JP2014186227A - 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光学系による画像の画質劣化に拘わらず位相差検出によって精度よく焦点検出を行う。
【解決手段】撮像素子１０３は光学系１０１の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列され、光学劣化推定部１１４は光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて画像における劣化領域の位置およびその方向を推定し、焦点検出領域設定部１０６は劣化領域の位置およびその方向に応じて画像において焦点検出領域を設定する。焦点検出画素積三部１０７および相関演算部１０８は焦点検出領域において画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出し、ＡＦ制御部１０９は位相差情報に基づいて光学系を光軸方向に沿って移動させて光学系をフォーカス位置に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像の結果得られた画像に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出機能を備える撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関する。

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、撮影レンズの焦点状態を検出する手法として、例えば、位相差検出方式（ずれ方式）が知られている。この位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割して、当該２分割した光束を一組の焦点検出用センサによって受光する。

そして、受光量に応じて焦点検出用センサから出力される一対の信号のずれ量、つまり、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出する。この相対的位置ずれ量に応じて合焦させるために必要な撮影レンズの駆動量を求める。

従って、焦点検出用センサによって一度蓄積動作を行えば、ピントずれの量とその方向とが得られるので、位相差検出方式を用いれば、高速に焦点調節動作を行うことができる。そして、このような位相差検出機能を、撮像装置に備えられた撮像素子に備えて、専用の焦点検出用センサを不要とするとともに、高速で位相差ＡＦ（オートフォーカス）を行うようにしている。

例えば、１つのマイクロレンズに対応して複数の光電変換部を備える撮像素子を有する撮像装置において、射出瞳の異なる領域を通過した光束によって得られる信号を用いて位相差測距を行って、かつ当該信号に応じて画像信号を生成するようにしたものがある（特許文献１参照）。これによって、特許文献１に記載の撮像装置では、焦点検出と撮像とを両立させるようにしている。

ところで、特許文献１に記載の手法では、所謂口径食又は手ぶれ補正用レンズの駆動による収差の変化などの光学系に起因する画質劣化の影響によって焦点検出可能な範囲が限定されてしまう。このような焦点検出可能範囲の限定を回避するため、例えば、口径食の影響を考慮して位相差測距を行う画素の範囲を斜め方向として、画面周辺（つまり、画像周辺）まで焦点検出を可能とするようにしたものがある（特許文献２参照）。

特開２００８−１３４３８９号公報 特開２０１０−１４００１３号公報

ところで、上述の特許文献２に記載の手法では、複数の画素で規定された画素ブロックにおいてその画素信号を加算して、加算後の信号に応じて位相差検出を行い、低照度撮影の際の画素信号のＳ／Ｎ比を改善するようにしている。

しかしながら、特許文献２においては、加算する画素の範囲および方向を選択することができず、さらには、光学系による画質劣化に起因して焦点検出可能な範囲が影響を受け、被写体に含まれる斜め線成分の影響の差異による誤差が残留してしまう。

そこで、本発明の目的は、光学系による画質劣化に拘わらず位相差検出によって精度よく焦点検出を行うことのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、少なくとも光軸方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じた画像を得る撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列されており、前記光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて前記画像における劣化領域の位置およびその方向を推定する推定手段と、前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定する設定手段と、前記焦点検出領域において前記画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出する算出手段と、前記位相差情報に基づいて前記光学系を前記光軸に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による制御方法は、少なくとも光軸方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じた画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置の制御方法であって、前記光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて前記画像における劣化領域の位置およびその方向を推定する推定ステップと、前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定する設定ステップと、前記焦点検出領域において前記画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出する算出ステップと、前記位相差情報に基づいて前記光学系を前記光軸に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明による制御プログラムは、少なくとも光軸方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じた画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置で用いられる制御プログラムであって、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて前記画像における劣化領域の位置およびその方向を推定する推定ステップと、前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定する設定ステップと、前記焦点検出領域において前記画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出する算出ステップと、前記位相差情報に基づいて前記光学系を前記光軸に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、光学系の光学収差に基づいて画像における劣化領域の位置およびその方向を推定して、当該劣化領域の位置およびその方向に応じて画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定し、焦点検出領域において画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出するようにしたので、光学系に起因する画像の画質劣化に拘わらず位相差検出によって精度よく焦点検出を行って、合焦制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。 図１の示す撮像素子における画素の構成を説明するための図であり、（ａ）は一対の画素を上方から見た図、（ｂ）は画素の回路構成を示す図である。 図１に示す撮像素子の構成の一例を示すブロック図である。 図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す図である。 図１に示す撮像素子における光学劣化領域および焦点検出領域を示す図である。 図１に示す焦点検出領域設定部で設定された焦点検出領域の一例を拡大して示す図である。 図１に示す焦点検出領域設定部で設定された焦点検出領域の他の例を拡大して示す図である。 本発明の第２の実施形態によるカメラの一例についてその構成を示すブロック図である。 図８に示す画像解析部に入力される加算画像信号が示す画像を小領域に分割した状態を示す図である。 図８に示す画像解析部による解析処理によって得られたエッジ情報の一例を示す図である。 図８に示す焦点検出領域設定部で設定された焦点検出領域の一例を拡大して示す図である。 図８に示す焦点検出領域設定部で設定された焦点検出領域の他の例を拡大して示す図である。

以下、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、撮像レンズユニット（以下単に撮像レンズと呼ぶ）などの光学系１０１を有している。そして、この光学系１０１は光軸方向に沿って移動可能である。そして、光学系１０１は、例えば、ズームレンズ、絞り、およびフォーカスレンズを有するとともに、シフトレンズなどで構成される防振機構を備えている。

光学系駆動部１０２は、後述するＡＦ制御部１０９の出力であるフォーカス情報およびシステム制御部１１１の出力である光学系駆動情報に応じて、光学系１０１を制御する。例えば、光学駆動部１０２は光学系１０１を光軸方向に移動制御して、光学系１０１をフォーカス位置に制御する。

撮像素子１０３には、光学系１０１を介して光学像（被写体像）が結像され、被写体像を光電変換によって電気信号（アナログ信号）に変換した後、Ａ／Ｄ変換して画像信号として出力する。なお、撮像素子１０３は瞳分割された一対の画像信号（後述するＡ像の画像信号およびＢ像の画像信号）を出力する。そして、この画像信号は加算信号処理部１０４および焦点検出領域設定部１０６に与えられる。

加算信号処理部１０４は、撮像素子１０３から出力される瞳分割された画像信号を加算して、表示／記録用の加算画像信号を生成する。カメラ信号処理部１０５は加算信号処理部１０４から出力された加算画像信号に対して所定の画像処理を行って、表示／記録用の映像信号（カメラ信号ともいう）を生成する。

焦点検出領域設定部１０６は撮像素子１０３から画像信号を受けて、後述する光学劣化領域の位置およびその方向に応じて画素単位で焦点検出領域を設定する。焦点検出画素積算部１０７は、焦点検出領域設定部１０６で設定された光学劣化領域の位置およびその方向に応じて焦点検出領域の複数の画素について積算を行って対の位相差検出用信号を生成する。そして、相関演算部１０８は、後述するようにして、対の位相差検出用信号について相関演算を行って位相差情報を算出する。

ＡＦ（オートフォーカス）制御部１０９は、相関演算部１０８で算出された位相差情報に基づいて光学系１０１のフォーカス位置を制御するためのフォーカス情報を算出する。手ぶれ検出部１１０は、例えば、ジャイロセンサ又はベクトル検出などの既知の手法を用いて手ぶれを検出して、手ぶれ情報を生成する。

システム制御部１１１は撮像装置全体の制御を司る。システム制御部１１１はユーザの指示、撮影シーン、又は被写体検出などの撮影情報に基づいて光学系駆動部１０２および光学情報取得部１１３に、ズーム、絞り、およびレンズシフトなどの駆動状態を示す光学系駆動情報を出力する。

光学情報取得部１１３はシステム制御部１１１から受けた光学系駆動情報に基づいて、光学ＤＢ（データベース）１１２を検索して、光学系駆動情報に応じた光学収差情報を取得する。そして、光学情報取得部１１３は当該光学収差情報を光学劣化推定部１１４に与える。

光学劣化領域推定部１１４は、光学情報取得部１１３から受けた光学収差情報に基づいて画像における光学劣化領域を推定して光学劣化領域を示す光学劣化領域推定情報を光学焦点検出領域設定部１０６および焦点検出画素積算部１０７に送る。

図２は、図１の示す撮像素子１０３における画素の構成を説明するための図である。そして、図２（ａ）は一対の光電変換部を上方から見た図であり、図２（ｂ）は画素の回路構成を示す図である。なお、撮像素子１０３は、所謂ＸＹアドレス型の走査を用いた、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサである。

図２（ａ）に示す例では、２つの光電変換部（例えば、フォトダイオード（ＰＤ））２０１および２０２が示されている。そして、２つの光電変換部２０１および２０２に共通して１つのマイクロレンズ２０４が対応付けられている。

なお、撮像素子１０３は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を有しており、画素の各々は上記の光電変換部を備えている。そして、ここでは、２つの画素とマイクロレンズとによって画素部が構成され、これら画素部が２次元マトリックス状に配列されていることになる。

図２（ｂ）は、撮像素子１０３の１つの画素の構成が示されており、ここでは、画素には参照番号２１１が付されている。画素２１１は光電変換部（ＰＤ）２０１を有している（図２（ａ）に示す光電変換部２０２は他の画素が有している）。光電変換部２０１は入射光を受光して入射光に応じた電荷を発生する。

転送スイッチ２０５が転送パルスｐＴＸによってオンとされると、光電変換部２０１の電荷はフローティングデフュージョン部（ＦＤ）２０６に転送されて、ここに一時的に蓄積される。また、リセットスイッチ２０７がリセットパルスｐＲＥＳによってオンとされると、ＦＤ２０６に蓄積された電荷はリセットされる。

画素２１１は増幅ＭＯＳアンプ２０８を備えており、この増幅ＭＯＳアンプ２０８はソースフォロアアンプとして機能する。そして、増幅ＭＯＳアンプ２０８は選択スイッチ３０２に接続されるとともに、電源ライン２０９に接続されている。なお、図示のように、リセットスイッチ２０７は電源ライン２０９に接続されている。

選択スイッチ３０２は信号出力線２１０に接続され、転送スイッチ２０５、リセットスイッチ２０７、および選択スイッチ３０２のゲート電極は行単位でそれぞれ転送パルスｐＴＸ、リセットパルスｐＲＥＳ、選択パルスｐＳＥＬを供給する信号線（図２（ｂ）には示さず）に接続されている。

図３は、図１に示す撮像素子１０３の構成の一例を示すブロック図である。

図３も参照して、前述の転送パルスｐＴＸ、リセットパルスｐＲＥＳ、選択パルスｐＳＥＬは垂直走査回路３０１から選択的に供給される。

図示のように、列方向に配列された画素２１１に接続された選択スイッチ３０２は１つの出力信号線２１０に接続されており、この出力信号線２１０には増幅ＭＯＳアンプ２０８の負荷となる定電流源３０４が接続されている。そして、画素２１１と定電流源３０４とは信号出力線２１０を介して列ＡＤ変換回路３０５に列単位で接続される。

ＦＤ２０６、増幅ＭＯＳアンプ２０８、および定電流源３０４によって所謂フローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ３０２で選択された画素２１１の信号電荷が電圧信号に変換される。そして、当該電圧信号は信号出力線２１０を介して列ＡＤ変換回路２０８に出力される。

図３に示す例においては、２つの画素２１１および選択スイッチ３０２によって画素部２０３が構成されている。ここでは、説明の便宜上、３行×４列の画素２１１から成る撮像素子１０３が示されているが、実際には数十万〜数千万の画素２１１が２次元マトリックス状に配列されている。

さらに、撮像素子１０３では画素部２０３が所定のアスペクト比で２次元的に配置される。そして、画素部２０３の各々をＲ（赤）、Ｇ（緑）、およびＢ（青）のいずれかの色相のカラーフィルタによって覆うようにしてもよい。この際には、例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢのカラーフィルタがベイヤー配列に配置される。

列ＡＤ変換回路３０５は上述の電圧信号をデジタル信号に変換する回路であって、例えば、コンパレータによって電圧信号とランプ波形信号とを比較する。そして、列ＡＤ変換回路３０５はランプ波形信号の出力の開始とともにカウンターを動作させて電圧信号とランプ波形信号とが一致した際のカウンター値をデジタル信号として出力する。

このデジタル信号は列ＡＤ変換回路３０５からラインメモリ３０６に与えられて、ラインメモリ３０６は当該デジタル信号を一旦記憶する。タイミング制御回路３０７はシステム制御部１１１の制御下で（図１においては信号線は示されていない）、つまり、システム制御部１１１から送られる指示情報に応じたタイミングでラインメモリ３０６に記憶されたデジタル信号を画像信号として出力する。

さらに、タイミング制御回路３０７は、図２（ａ）に示すように、隣り合う２つの光電変換部２０１および２０２に対応するデジタル信号を同時にラインメモリ３０６から読み出して、これらデジタル信号を加算して出力するとともに、光電変換部２０１および２０２に対応するデジタル信号をそれぞれ出力する。

図４は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す図である。

図４において、射出瞳４０１は、像側からみた撮像レンズの射出瞳であり、合焦の際の撮像レンズの結像面４０６から射出瞳４０１までの距離は射出瞳位置と呼ばれる。絞り（図示せず）よりも後方（結像面側）にあるレンズ群の曲率および絞りとの位置関係などに応じて射出瞳位置は変化する。また、絞りの径によって射出瞳の大きさは変化する。

射出瞳４０４および４０５はそれぞれマイクロレンズ２０４によって射出瞳位置に投影された光電変換部２０２および２０１の射出瞳である。光電変換部２０１には、射出瞳４０５を通過する光束４０３が入射するように設計され、一方、光電変換部２０２には、射出瞳９０４を通過する光束４０２が入射するように設計される。

なお、撮像素子１０３を構成する他の画素部についても同様に設計されており、光電変換部２０１と同一の位置に位置する複数の光電変換部には、撮像レンズの射出瞳４０１のうち左側の領域４０４で見た光学像が入射される。同様にして、光電変換部２０２と同一の位置に位置する複数の光電変換部には、撮像レンズの射出瞳４０１のうち右側の領域４０５で見た光学像が入射される。

いま、光束４０２によって撮像素子１０３に結像される像をＡ像、光束４０３によって撮像素子１０３に結像される像をＢ像とすると、合焦状態に応じて画像信号には視差が含まれることになる。

ここで、撮像素子１０３から出力される画像信号に応じた位相差検出による合焦について説明する。

加算信号処理部１０４は、撮像素子１０３から読み出された画像信号を受けて、Ａ像およびＢ像の画像信号の加算処理を行って加算画像信号とする。Ａ像の画像信号とＢ像の画像信号とは同一のマイクロレンズ２０４を通過した光束に応じて生成され、これら画像信号は視差を含む２分割された信号である。

よって、加算処理を行わないと、画素信号は画素部の数の２倍存在することになる。つまり、加算処理によって１画素部分の画素信号を得て、画素部の数と同一の数の画素信号を得るようにする。カメラ信号処理部１０５は、前述のように、加算信号処理部１０４から出力された加算画像信号に対して所定の画像処理を行って、表示／記録用の映像信号（カメラ信号）を生成する。

さらに、前述のように、撮像素子１０３から読み出された画像信号は、焦点検出領域設定部１０６に入力される。そして、焦点検出領域設定部１０６は、後述する光学劣化領域の位置およびその方向に応じて画素単位で焦点検出領域を設定する。焦点検出画素積算部１０７は、設定された光学劣化領域の位置およびその方向に応じて焦点検出領域における複数の画素信号を積算して、対の位相差検出用信号を生成する。

図５は、図１に示す撮像素子１０３における光学劣化領域および焦点検出領域を示す図である。

撮像レンズ（光学系）１０１においては、各レンズの収差特性および手ぶれ補正動作に応じたレンズの一方向への駆動などが起因となって、複数のレンズ間における相対関係がずれる。光学劣化領域とは、当該相対関係のずれによって、撮像素子１０３における結像位置が変化する領域をいう。

図５に示す例では、説明の便宜上、光学劣化領域５０１における結像位置が濃淡で示されている。そして、同一の濃さの領域が同一の結像位置である。また、図５においては光学劣化領域が斜め方向となっているものとする。実際には、光学系１０１の駆動状態によって光学劣化領域の方向および程度は変化するが、被写体に拘わらず、光学系１０１の駆動状態から一意に決まるので、光学劣化領域推定部１１４は光学劣化領域の方向およびその程度を推定することができる。

焦点検出領域設定部１０６は、光学劣化推定部１１４で特定された光学劣化領域に対して複数の焦点検出領域の位置、範囲、および方向を設定して焦点検出領域５０２を配置する。この際、焦点検出領域設定部１０６は各焦点検出領域５０２について同程度の結像位置にある画素が選択されるように焦点検出領域５０２を配置する。

そして、焦点検出画素積算部１０７は焦点検出領域における複数の画素について画素信号を積算して、対の位相差検出用信号を生成する。なお、焦点検出領域の方向および焦点検出画素の積算の組み合わせについては、焦点検出領域が配置される光学劣化領域の傾きに応じて決定される。つまり、焦点検出画素積算部１０７は光学劣化領域の位置およびその方向に応じて焦点検出領域において積算対象とする画素の範囲およびその方向を変更することになる。

図６は、図１に示す焦点検出領域設定部１０６で設定された焦点検出領域の一例を拡大して示す図である。

前述のように、画素にはベイヤー配列のカラーフィルタが配置されている。ここで、互いに隣接するＡ像用の画素とＢ像用の画素に対しては、同色のカラーフィルタが配置されているものとし、Ｒ、Ｇ、およびＢ画素をＲａ（Ａ像）、Ｒｂ（Ｂ像）、Ｇａ（Ａ像）、Ｇｂ（Ｂ像）、Ｂａ（Ａ像）、およびＢｂ（Ｂ像）として区別するものとする。

図６において、焦点検出領域５１は斜め方向に配置されている。焦点検出領域５１は、さらに複数の画素ブロック５１１、５１２、５１３、および５１４に分割されており画素ブロック５１１、５１２、５１３、および５１４毎にＡ像およびＢ像に係る焦点検出画素について積算処理が行われる。

画素ブロック５１１においてＡ像については画素５１１−ａの積算が行われ、Ｂ像については画素５１１−ｂの積算が行われて、画素ブロック５１１、５１２、５１３、および５１４毎に対の位相差検出用信号が得られる。

図７は、図１に示す焦点検出領域設定部１０６で設定された焦点検出領域の他の例を拡大して示す図である。

図７に示す例では、図６に示す例においてさらに焦点検出領域５２が斜め方向に配置されている。図６においては、画素ブロック５１１、５１２、５１３、および５１４が矩形状となるように焦点検出領域５１が配置されているが、図７では、Ａ像およびＢ像の対となる画素単位で画素ブロックが形成されるように焦点検出領域５２が配置される。図７に示すように焦点検出領域５２を配置すれば、その傾きが大きくなっても精度よく焦点の検出を行うことができる。

焦点検出領域設定部１０６は、光学劣化領域に対する結像位置の傾き角度と焦点検出領域５１又は５２の傾斜角度とが一致するように、Ａ像およびＢ像の対となる画素単位で焦点検出領域の範囲を決定する。

相関演算部１０８はＡ像の画像信号とＢ像の画像信号とに応じて対の位相差検出用信号に基づいて、自己相関処理を行って光学系１０１の位相差情報を算出する。なお、自己相関処理とは、対の位相差検出用信号の位相差ずれを算出するための処理であり、位相差検出方式の焦点検出においては一般に自己相関処理が用いられるので、ここでは詳細説明を省略する。

続いて、ＡＦ制御部１０９は相関演算部１０８で得られた位相差情報に基づいて目標フォーカス位置を決定して、現在のフォーカス位置からの移動方向および移動量を示すフォーカス情報を光学系駆動部１０２に送る。そして、光学系駆動部１０２は当該フォーカス情報に応じて光学系１０１を駆動する。

このように、本発明の第１の実施形態では、光学系に起因して生じる撮像素子１０３の光学劣化領域の向きに応じて位相差測距で用いる焦点検出領域を設定するとともに、焦点検出画素の積算範囲を制御するようにしたので、光学系による画質劣化に拘わらず画位相差検出によって精度よく焦点検出を行うことができる。

［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態によるカメラの一例について説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態によるカメラの一例についてその構成を示すブロック図である。なお、図８において、図１に示すカメラと同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。

図８に示すカメラでは、画像解析部１１５が備えられており、画像解析部１１５は加算信号処理部１０４の出力である加算画像信号に対して画像解析を行って、被写体のエッジ方向を検出する。そして、画像解析部１１５は被写体のエッジ方向を示すエッジ情報を焦点検出領域設定部１０６および焦点検出画素積算部１０７に送る。

図８に示す例では、焦点検出領域設定部１０６は、光学劣化領域の位置およびその方向と被写体のエッジ方向とに基づいて画素単位で焦点検出領域を設定する。また、焦点検出画素積算部１０７は光学劣化領域の位置およびその方向と被写体のエッジ方向とに基づいて焦点検出領域における複数の画素（つまり、画素信号）を積算して、対の位相差検出用信号を生成する。

そして、第１の実施形態で説明したように、相関演算部１０８は対の位相差検出用信号に対して自己相関処理を行って位相差情報を算出する。ＡＦ制御部１０９は位相差情報に基づいて光学系１０１のフォーカス位置を制御するためのフォーカス情報を算出する。

図９は、図８に示す画像解析部１１５に入力される加算画像信号が示す画像を小領域に分割した状態を示す図である。

画像解析部１１５は、加算信号処理部１０４から加算画像信号を受けると、当該加算画像信号が示す画像を所定サイズの複数の小領域９０１に分割する（図９）。毎のエッジ方向情報である。

図１０は、図８に示す画像解析部１１５による解析処理によって得られたエッジ情報の一例を示す図である。

続いて、画像解析部１１５は小領域９０１毎に微分フィルタ処理を行って、水平方向、垂直方向、および斜め方向の勾配値を算出し画素毎の勾配値を統計処理して、小領域９０１毎のエッジ方向を判定する。図１０に示す例では、小領域８０１においては、エッジ方向は垂直方向となっており、小領域８０２においては、エッジ方向は斜め方向となっている。

このように、画像解析部１１５は小領域毎にそのエッジ方向を判定してエッジ情報を生成する。なお、図９において、被写体領域以外の小領域においては、エッジ方向は垂直方向とされる。つまり、被写体のエッジが存在する小領域以外の小領域においてはそのエッジ方向は垂直方向とされる。

なお、第２の実施形態においては、焦点検出領域の方向および焦点検出画素の積算の組み合わせについては、焦点検出領域が配置される被写体のエッジ方向に応じて決定する。

図１１は、図８に示す焦点検出領域設定部１０６で設定された焦点検出領域の一例を拡大して示す図である。

前述のように、画素にはベイヤー配列のカラーフィルタが配置されている。ここで、互いに隣接するＡ像用の画素とＢ像用の画素に対しては、同色のカラーフィルタが配置されているものとし、Ｒ、Ｇ、およびＢ画素をＲａ（Ａ像）、Ｒｂ（Ｂ像）、Ｇａ（Ａ像）、Ｇｂ（Ｂ像）、Ｂａ（Ａ像）、およびＢｂ（Ｂ像）として区別するものとする。

図１１において、焦点検出領域９１は斜め方向に配置されている。焦点検出領域９１は、さらに複数の画素ブロック９１１、９１２、９１３、および９１４に分割されており画素ブロック９１１、９１２、９１３、および９１４毎にＡ像およびＢ像に係る焦点検出画素について積算処理が行われる。

積算対象となる画素ブロック９１１、９１２、９１３、および９１４の配置は、被写体のエッジ方向に応じて決定され、エッジ方向が垂直である場合には、積算すべき画素が垂直方向に並ぶように配置される。例えば、画素ブロック９１１においてＡ像については画素９１１−ａの積算が行われ、Ｂ像については画素９１１−ｂの積算が行われる。そして、画素ブロック５１１、５１２、５１３、および５１４毎に対の位相差検出用信号が得られる。

図１２は、図８に示す焦点検出領域設定部１０６で設定された焦点検出領域の他の例を拡大して示す図である。

図１２に示す例では、被写体のエッジ方向に沿って焦点検出領域９２が配置される。つまり、図１１に示す例では、積算すべき画素が垂直に並ぶ画素ブロック９１１、９１２、９１３、および９１４となるように焦点検出領域９１が配置されているが、図１２に示す例では、積算すべき画素が被写体のエッジ方向に沿う画素ブロック９２１、９２２、９２３、および９２４となるように焦点検出領域９２が配置される。図１２に示すように焦点検出領域９２を配置すれば、被写体の変化に応じて精度よく焦点の検出を行うことができる。

そして、相関演算部１０８はＡ像の画像信号とＢ像の画像信号とに応じて対の位相差検出用信号に基づいて、自己相関処理を行って光学系１０１の位相差情報を算出する。続いて、ＡＦ制御部１０９は相関演算部１０８で得られた位相差情報に基づいて目標フォーカス位置を決定して、現在のフォーカス位置からの移動方向および移動量を示すフォーカス情報を光学系駆動部１０２に送る。そして、光学系駆動部１０２は当該フォーカス情報に応じて光学系１０１を駆動する。

このように、本発明の第２の実施形態では、光学系に起因して生じる撮像素子１０３の光学劣化領域の向きと被写体のエッジ方向とに応じて位相差測距で用いる焦点検出領域を設定するとともに、焦点検出画素の積算範囲を制御するようにしたので、光学系による画質劣化に拘わらず画位相差検出によって精度よく焦点検出を行うことができばかりでなく、被写体の影響を回避して画位相差検出による焦点検出を行うことができる。

上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、システム制御部１１１、光学ＤＢ１１２、光学情報取得部１１３、および光学劣化推定部１１４が推定手段として機能する。また、焦点検出領域設定部１０６が設定手段として機能し、焦点検出画素積算部１０７および相関演算部１０８が算出手段として機能する。そして、ＡＦ制御部１０９および光学系駆動部１０２が制御手段として機能する。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも推定ステップ、設定ステップ、算出ステップ、および制御ステップを有している。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０１ 光学系
１０２ 光学系駆動部
１０３ 撮像素子
１０４ 加算信号処理部
１０５ カメラ信号処理部
１０６ 焦点検出領域設定部
１０７ 焦点検出画素積算部
１０８ 相関演算部
１０９ ＡＦ制御部
１１１ システム制御部

Claims (7)

1. 少なくとも光軸方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じた画像を得る撮像素子を備える撮像装置であって、
   前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列されており、
   前記光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて前記画像における劣化領域の位置およびその方向を推定する推定手段と、
   前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定する設定手段と、
   前記焦点検出領域において前記画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出する算出手段と、
   前記位相差情報に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記設定手段は、前記劣化領域の位置およびその方向に応じて画素単位で焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記算出手段は前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記焦点検出領域において積算対象とする画素の範囲およびその方向を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子から出力される画像を解析して被写体のエッジ方向を検出する解析手段を備え、
   前記焦点検出領域設定手段は、前記劣化領域の位置およびその方向と前記解析手段で検出された前記被写体におけるエッジ方向とに応じて画素単位で前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記算出手段は、前記劣化領域の位置およびその方向と前記解析手段で検出された被写体におけるエッジ方向とに応じて焦点検出領域において積算対象とする画素の範囲およびその方向を変更することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 少なくとも光軸方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じた画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置の制御方法であって、
   前記光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて前記画像における劣化領域の位置およびその方向を推定する推定ステップと、
   前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定する設定ステップと、
   前記焦点検出領域において前記画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出する算出ステップと、
   前記位相差情報に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
7. 少なくとも光軸方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じた画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
   前記撮像装置が備えるコンピュータに、
   前記光学系の駆動状態に対応する光学収差に基づいて前記画像における劣化領域の位置およびその方向を推定する推定ステップと、
   前記劣化領域の位置およびその方向に応じて前記画像において位相差測距を行うための焦点検出領域を設定する設定ステップと、
   前記焦点検出領域において前記画素部における画素信号を積算して得られる一対の位相差検出用信号に応じて位相差を示す位相差情報を算出する算出ステップと、
   前記位相差情報に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、
   を実行させることを特徴とする制御プログラム。