JP2017223879A

JP2017223879A - 焦点検出装置、フォーカス制御装置、撮像装置、焦点検出方法および焦点検出プログラム

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Publication number: JP2017223879A
Application number: JP2016120384A
Authority: JP
Inventors: 広阿部; Hiroshi Abe; 一宮　敬; Takashi Ichinomiya; 敬一宮
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-21

Abstract

【課題】収差、組立誤差および撮影環境によって対の被写体像が相関方向に対して直交する方向に相対的にずれることによる焦点検出精度の低下を抑える。【解決手段】焦点検出装置２１０は、撮影光学系からの光束が分割されて形成された対の被写体像を焦点検出素子３０４により光電変換して得られる対の位相差像信号の位相差を用いて撮影光学系の焦点状態を検出する。焦点検出素子は、焦点状態に応じて対の被写体像間の相対距離が変化する第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向に二次元配列された複数の光電変換部を有する。焦点検出装置は、対の位相差像信号から第１の方向における上記相対距離である第１の相対距離を取得し、第２の方向における対の被写体像間の相対距離である第２の相対距離に対応する補正値を取得し、第１の相対距離と補正値とを用いて位相差を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、一眼レフカメラ等の撮像装置において二次元配列された光電変換画素を有する焦点検出素子を用いる焦点検出技術に関する。

撮像装置には、位相差検出方式で撮影光学系の焦点状態（デフォーカス量）を検出するものがある。この位相差検出方式では、撮影光学系を通った光束を分割し、これら分割光束により形成された対の被写体像を焦点検出素子により光電変換することで生成された対の位相差像信号のずれ量である位相差を演算し、該位相差からデフォーカス量を算出する。また、撮像装置には、焦点検出素子として、二次元配列された複数の光電変換部（画素）を含むものを用いるものもある。このような位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置には、焦点検出素子上に被写体像を結像させるための位相差検出専用の二次結像光学系が設けられている。

ただし、撮影光学系や二次結像光学系の収差によって焦点検出素子上に結像した被写体像が焦点検出素子の画素配列方向において歪むと、一対の位相差像信号が被写体像のうち互いに異なる領域を光電変換して生成された信号となる。この結果、一対の位相差像信号の位相差を精度良く検出することが困難である。

この問題を解消するために、特許文献１には、焦点検出素子の画素内に、二次結像光学系の収差に合わせた遮光層を設けることによって、該収差による影響を補正することが可能な撮像装置が開示されている。

特開平１１−１９１８６７号公報

しかしながら、撮影光学系や二次結像光学系の組立誤差や温度や湿度等の撮影時の環境（以下、撮影環境という）によって、対の被写体像が撮影光学系の焦点状態に相関を持って変位する方向（以下、相関方向という）に対して直交する方向に相対的にずれる。この結果、特許文献１にて開示されているように焦点検出素子が遮光層を有していても、一対の位相差像信号が被写体像のうち互いに異なる領域を光電変換して生成された信号となり、それらの位相差を精度良く検出することができなくなる。

本発明は、収差、組立誤差および撮影環境によって対の被写体像が相関方向に対して直交する方向に相対的にずれることによる焦点検出精度の低下を抑えることができるようにした焦点検出装置を提供する。

本発明の一側面としての焦点検出装置は、撮影光学系からの光束が分割されて形成された対の被写体像を焦点検出素子により光電変換して得られる対の位相差像信号の位相差を用いて撮影光学系の焦点状態を検出する。焦点検出素子は、焦点状態に応じて対の被写体像間の相対距離が変化する第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向に二次元配列された複数の光電変換部を有する。焦点検出装置は、対の位相差像信号から第１の方向における上記相対距離である第１の相対距離を取得する第１の取得手段と、第２の方向における対の被写体像間の相対距離である第２の相対距離に対応する補正値を取得する第２の取得手段と、第１の相対距離と補正値とを用いて位相差を算出する算出手段とを有することを特徴とする。

なお、上記焦点検出装置と、位相差に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有するフォーカス制御装置も、本発明の他の一側面を構成する。また、被写体像を撮像するための撮像素子と、上記フォーカス制御装置とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

さらに、本発明の他の一側面としての焦点検出方法は、撮影光学系からの光束が分割されて形成された対の被写体像を焦点検出素子により光電変換して得られる対の位相差像信号の位相差を用いて撮影光学系の焦点状態を検出する方法である。焦点検出素子は、焦点状態に応じて対の被写体像間の相対距離が変化する第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向に二次元配列された複数の光電変換部を有する。該方法は、対の位相差像信号から第１の方向における上記相対距離である第１の相対距離を取得するステップと、第２の方向における対の被写体像間の相対距離である第２の相対距離に対応する補正値を取得するステップと、第１の相対距離と補正値とを用いて位相差を算出するステップとを有することを特徴とする。

なお、コンピュータに、上記焦点検出装置が行う処理を実行させるコンピュータプログラムである焦点検出プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、収差、組立誤差および撮影環境によって対の被写体像が第１の方向（相関方向）に直交する第２の方向に相対的にずれることによる焦点検出精度の低下を抑え、高精度な焦点検出を行うことができる。

実施例１の撮像装置の構成を示すブロック図。実施例１における焦点検出光学ユニットの構成を示す断面図。実施例１における視野マスクの平面図。実施例１における合焦状態であの焦点検出素子上の光学像と画素との位置関係を示す図。実施例１における非合焦状態での焦点検出素子上の光学像と画素との位置関係を示す図。実施例１における焦点検出素子上での読み出し領域を示す図。実施例１における相対距離Ａ，Ｂと補正相対距離との関係を示す図。本発明の実施例２における焦点検出素子上での読み出し領域を示す図。実施例２におけるＡＦ処理を示すフローチャート。実施例２におけるＡＦ処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である焦点検出装置を備えた撮像装置２００の構成を示している。撮像装置２００には、撮影レンズ（交換レンズ）１００が不図示のマウント部に設けられたレンズ装着機構を介して取り外し可能に取り付けられる。マウント部には、電気接点ユニット１０４が設けられている。撮影レンズ１００内には、フォーカスレンズ１０１と不図示の変倍レンズや絞り等により構成される撮影光学系が設けられている。

不図示の被写体からの光束は、撮影光学系を通って撮像装置２００内のメインミラー２０１に導かれる。メインミラー２０１は、図示のように撮影光路内に光軸に対して斜めに配置されて被写体からの光束を上方のファインダ光学系に導く第１の位置と、撮影光路外に退避する第２の位置とに移動が可能である。

メインミラー２０１の中央部はハーフミラー部になっており、メインミラー２０１が第１の位置に配置されているときには、被写体からの光束の一部が該ハーフミラー部を透過する。そして、この透過した光束は、メインミラー２０１の背面側に設けられたサブミラー２０２で反射されて焦点検出光学ユニット２０７に導かれる。焦点検出光学ユニット２０７の詳細な構成については後述する。一方、メインミラー２０１で反射された光束は、撮像素子２０９と光学的に共役な位置に配置されたピント板２０３上に結像する。ピント板２０３にて拡散されてこれを透過した光（被写体像）は、ペンタダハプリズム２０４によって正立像に変換される。正立像は、接眼レンズ２０５によって拡大されてユーザにより観察される。

また、メインミラー２０１が第２の位置に退避すると、サブミラー２０２もメインミラー２０１に対して折り畳まれて撮影光路外に退避する。撮影レンズ１０１からの光束は、機械シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ２０８を通過し、撮像素子２０９に至る。フォーカルプレーンシャッタ２０８は、撮像素子２０９に入射する光量を制限する。撮像素子２０９は、撮影レンズ１により形成された被写体像を光電変換して電気信号を出力するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成されている。

カメラＣＰＵ２１０は、撮像装置２００および撮影レンズ１００の各種動作を制御するコントローラである。カメラＣＰＵ２１０は、電気接点ユニット１０４を介して撮影レンズ１００内のレンズＣＰＵ１０３と通信を行う。

また、カメラＣＰＵ２１０は、焦点検出光学ユニット２０７からの出力信号を用いて生成した対の位相差像信号を用いて撮影光学系のデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量を含むフォーカス駆動命令をレンズＣＰＵ１０３に送信する。レンズＣＰＵ１０３は、フォーカス駆動命令に応じてレンズ駆動機構１０２を制御することでフォーカスレンズ１０１を撮影光学系の光軸ＯＡの方向に駆動する。レンズ駆動機構１０２は、ステッピングモータを駆動源として有する。このようにして、位相差検出方式による焦点検出とフォーカスレンズ駆動を含む位相差ＡＦが行われる。

カメラＣＰＵ２１０は、第１の取得手段、第２の取得手段および算出手段を含む焦点検出装置に相当するとともに、さらに制御手段を含むフォーカス制御装置に相当する。

また、カメラＣＰＵ２１０には、撮像装置２００を制御するために必要なパラメータや、撮像装置２００の個体識別を行うためのカメラ識別情報や、撮影に関するパラメータに対する補正値等が記憶されたＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）２１１が接続されている。

さらに、カメラＣＰＵ２１０は、撮像素子２０９からの出力信号（撮像信号）に対して各種処理を行うことで画像データを生成する。表示装置２１２は、液晶表示素子等により構成され、カメラＣＰＵ２１０が生成した画像データを表示したりユーザが設定する項目を表示したりする。

また、カメラＣＰＵ２１０には、ユーザによる操作を検出する操作検出部２１３が接続されている。操作検出部２１３は、不図示のレリーズボタンやＡＦ開始ボタン等の操作部材に対するユーザ操作を検出する。

図２には焦点検出光学ユニット２０７のＹＺ断面を示している。また、図３には視野マスク３００のＸＹ面を示している。Ｚ軸は焦点検出光学ユニット２０７の光軸ＯＡ′と同じ方向に延び、Ｘ軸は視野マスク３００の開口３００Ａの長手方向に延び、Ｙ軸は該長手方向に直交する方向に延びている。

焦点検出光学ユニット２０７は、光軸ＯＡ′に沿って、視野マスク３００、フィールドレンズ３０１、多孔絞り３０２、再結像レンズユニット３０３および焦点検出素子３０４をこの順で含む。

視野マスク３００は、図３に示すように、撮影光学系を通過した光束を制限するための矩形の開口３００Ａを中央部に有する。視野マスク３００は、撮影光学系の予定結像面の近傍に配置される。多孔絞り３０２は薄板により構成され、２つ（対）の絞り開口３０２Ａ，３０２Ｂを有する。フィールドレンズ３０１は、多孔絞り３０２の絞り開口形状を撮影光学系の瞳面近傍に結像させる。これにより、撮影光学系を通過した光束が分割される。

再結像レンズユニット３０３は、撮影光学系によって形成された予定結像面上の被写体像を焦点検出素子３０４上に再結像させるレンズユニットであり、２つ（対）の再結像レンズ３０３Ａおよび再結像レンズ３０３Ｂを有する。焦点検出素子３０４上には、絞り開口３０２Ａおよび再結像レンズ３０３Ａを通過した光束により被写体像が形成されるとともに、絞り開口３０２Ｂおよび再結像レンズ３０３Ｂを通過した光束により被写体像が形成される。

焦点検出素子３０４は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成され、ＸＹ面内にて二次元配列された複数の光電変換部（以下、画素という）を有する。カメラＣＰＵ２０１は、焦点検出素子３０４において指定した読み出し領域内の画素群の電荷を位相差像信号として読み出すことができる。

図４には、撮影光学系が合焦状態にあるときの焦点検出素子３０４上の被写体像と画素との位置関係を示している。二次元配列された複数の画素４００上には、再結像レンズ３０３Ａが被写体像４０２Ａを形成し、再結像レンズ３０３Ｂが被写体像４０２Ｂを形成している。これら対の被写体像４０２Ａ，４０２Ｂが分かれて形成されるＸ方向が、対の被写体像が撮影光学系の焦点状態に相関を持って変位する相関方向であり、以下の説明ではＶｅ１方向（第１の方向）という。Ｖｅ１方向に直交する方向（Ｙ方向）を、Ｖｅ２方向（第２の方向）という。また、４０１Ａ，４０１Ｂは、被写体像４０２Ａ，４０２Ｂの像外形を表している。像外形は視野マスク３００の矩形開口３００Ａの形状に依存する。

図５には、撮影光学系が非合焦状態にあるときの焦点検出素子３０４上の被写体像と画素との位置関係を示している。４０３はＶｅ１方向における被写体像４０２Ａ，４０２Ｂ間の相対距離（第１の相対距離）である。撮影光学系の焦点状態が変化すると、Ｖｅ１方向に相対距離４０３が変化する。

図４および図５において、４０４はＶｅ２方向での被写体像４０２Ａ，４０２Ｂ間の相対距離（第２の相対距離）である。この相対距離４０４は、撮影光学系や再結像レンズユニット３０３の収差や組立誤差による再結像レンズユニット３０３と焦点検出素子３０４との相対的な位置ずれおよび角度ずれに起因して発生するものであり、撮影光学系の焦点状態が変化しても変化しない。

図６には、焦点検出素子３０４における被写体像４０２Ａ，４０２Ｂに対応する読み出し領域５００Ａ，５００Ｂを破線枠で示している。読み出し領域５００Ａ内の画素群は一方の被写体像４０２Ａを、読み出し領域５００Ｂ内の画素群は他方の被写体像４０２Ｂをそれぞれ光電変換する。読み出し領域５００Ａ，５００Ｂのそれぞれには、それぞれ１つの画素列（２つ以上の画素）を含む複数の検出領域（例えば、５０１Ａ，５０２Ａ，５０１Ｂ，５０２Ｂ）が設けられている。カメラＣＰＵ２１０は、各検出領域の画素列が蓄積した電荷をＶｅ１方向に読み出して位相差像信号を生成する。そして、カメラＣＰＵ２１０は、読み出し領域５００Ａ，５００Ｂ間において互いに対応する（対をなす）検出領域から読み出した電荷から生成した２つの位相差像信号を対の位相差像信号とし、それらの相対的なずれ量である位相差を算出する。

位相差は相対距離４０３に対応しており、カメラＣＰＵ２１０は該位相差を用いて撮影光学系の焦点状態としてのデフォーカス量を算出する。このようにＶｅ１方向に電荷を読み出して生成した位相差像信号から相対距離４０３を算出する処理を第１の算出処理という。

ここで、Ｖｅ２方向での相対距離４０４が０であれば、Ｖｅ２方向にて同じ位置（同一列）の検出領域（例えば５０１Ａと５０１Ｂまたは５０２Ａと５０２Ｂ）から読み出した電荷から生成した対の位相差像信号を用いて相対距離４０３を正確に求めることができる。しかし、実際には上述した理由により相対距離４０４は０にはならない。このため、図６に示すように、同一列の検出領域から電荷を読み出すことで生成した一対の位相差像信号は、それぞれ被写体像４０２Ａ，４０２Ｂのうち異なる領域を光電変換することで得られるものとなる。したがって、同一列の検出領域から電荷を読み出すことで生成した一対の位相差像信号からはＶｅ１方向での相対距離４０３、さらにはデフォーカス量を正確に求めることはできない。デフォーカス量を正確に算出するためには、Ｖｅ２方向での相対距離４０４を考慮する必要がある。

このため、本実施例では、収差や組立誤差によって発生した相対距離４０４を撮像装置の製造工場にて予め取得（算出）してＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶し、該相対距離４０４を後述する補正後の相対距離４０３′を算出する際の補正値（第１の補正値）として用いる。補正値は、相対距離４０４そのものであってもよいし、適宜変形した値であってもよく、相対距離４０４に対応する値であればよい。

本実施例では、この補正値を相対距離４０４の大きさを示すＣビットとする。図６では、被写体像４０２Ｂが被写体像４０２Ａに対して右側にずれているため、検出領域５０１Ａ，５０１Ｂの電荷を読み出して生成した２つの位相差像信号だけでなく、検出領域５０２Ｂの電荷を読み出して生成した位相差像信号を考慮する必要がある。

そこで、カメラＣＰＵ２１０は第１の検出領域、第２の検出領域および第３の検出領域としての検出領域５０１Ａ，５０１Ｂ，５０２ＢのそれぞれからＶｅ１方向に読み出した電荷から第１の位相差像信号、第２の位相差像信号および第３の位相差像信号を生成する。次に、カメラＣＰＵ２１０は、第１から第３の位相差像信号を用いた上述した第１の算出処理により２つの相対距離を算出する。すなわち、第１および第２の位相差像信号から検出領域５０１Ａ，５０１Ｂ間の相対距離Ａ（４０３：第１の相対距離）を算出するとともに、第２および第３の位相差像信号から検出領域５０１Ａ，５０２Ｂ間の相対距離Ｂ（第１の相対距離）を算出する。そして、カメラＣＰＵ２１０は、相対距離Ａ，Ｂと補正値Ｃとを用いて補正後の相対距離（以下、補正相対距離という）４０３′を算出する。

図７には、相対距離Ａ，Ｂと補正相対距離４０３′との関係を示している。ここでは、図６に示すように、被写体像４０２Ｂ側の読み出し領域５００Ｂの検出領域を右側にずらすと相対距離が大きくなる被写体を想定している。相対距離４０４はＣビットであるので、補正後の相対距離４０３′はＡとＢを用いた補間演算によって算出可能である。ここで、補正相対距離４０３′は、下記の式（１）による補間演算によって導出される。
補正相対距離４０３′＝Ａ＋Ｃ（Ｂ−Ａ) （１）
そして、カメラＣＰＵ２１０は、補正後相対距離４０３を対の位相差像信号の真の位相差として用いてデフォーカス量を算出する。デフォーカス量は、位相差にデフォーカス量と位相差との比率を示す係数を乗ずることで算出される。

本実施例によれば、収差や組立誤差に起因して対の被写体像が相関方向に直交する方向に相対的にずれることにより、相関方向にて算出される位相差が不正確なものとなって焦点検出精度が低下することを抑えることができる。これにより、より高精度な焦点検出、つまりは位相差ＡＦを行うことができる。

次に、本発明の実施例２である撮像装置および焦点検出装置について説明する。本実施例における撮像装置および焦点検出装置の構成は、実施例１にて説明したものと同じであり、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

実施例１では収差や組立誤差に起因した焦点検出精度の低下を抑えるための補正値を工場での検出値（固定値）とする場合について説明した。しかし、図６に示した相対距離４０４は、撮影時の温度や湿度に代表される撮影環境によって変動する。本実施例では、撮影環境による相対距離４０４を撮影時に検出して補正値として用いる場合について説明する。

図８には、本実施例での焦点検出素子３０４上における被写体像４０２Ａ，４０２Ｂに対応する読み出し領域５００Ａ，５００Ｂを示している。実施例１と同様に、読み出し領域５００Ａ内の画素群は被写体像４０２Ａを、読み出し領域５００Ｂ内の画素群は被写体像４０２Ｂをそれぞれ光電変換する。本実施例では、読み出し領域５００Ａ，５００Ｂのそれぞれには、それぞれ１つの画素行（２つ以上の画素）を含む複数の検出領域７０１Ａ〜７０７Ａ，７０１Ｂ〜７０７Ｂが設けられている。カメラＣＰＵ２１０は、各検出領域の画素列が蓄積した電荷をＶｅ２方向（第２の方向）に読み出して相対距離算出用像信号（以下、Ｖｅ２信号という）を生成する。そして、カメラＣＰＵ２１０は、読み出し領域７００Ａ，７００Ｂ間において互いに対をなす検出領域から読み出した電荷から生成した対のＶｅ２信号のずれ量に相当する相対距離４０４を算出する。本実施例では、実際の撮影環境下での相対距離４０４を求め、該相対距離４０４を位相差を算出する際の補正値として用いる。

図９のフローチャートには、本実施例における撮影光学系を合焦状態とする位相差ＡＦの処理を示している。コンピュータとしてのカメラＣＰＵ２１０は、本処理をコンピュータプログラムである焦点検出プログラムに従って実行する。

ステップＳ１０１では、カメラＣＰＵ２１０はユーザによる操作検出部２１３を介した合焦動作開始指示があったか否かを確認する。合焦動作開始指示があった場合はカメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、カメラＣＰＵ２１０は、図８中に破線枠で示した検出領域（例えば５０１Ａ，５０１Ｂ，５０２Ａ，５０２Ｂ等）からＶｅ１方向に電荷を読み出して、実施例１で説明した第１の算出処理を行い、相対距離Ａ，Ｂを算出する。

次にステップＳ１０３では、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０２で生成した位相差像信号の波形から位相差像信号の信頼性、つまりは相対距離４０３の信頼性を判定する。そして、その信頼性判定の結果に基づいて相対距離（第２の相対距離）４０４の算出の可否を判定する。

実際の撮影環境下における相対距離４０４を算出するためには、被写体像４０２Ａ，４０２Ｂにおける同一領域のコントラストをＶｅ２方向に読み出す必要がある。しかし、被写体像４０２Ａ，４０２ＢのＶｅ１方向での位置は撮影光学系の焦点状態によって異なる。このため、カメラＣＰＵ２１０は、ステップＳ１０２で生成した対の位相差像信号の波形から得られるコントラストを用いて、該対の位相差像信号が被写体像４０２Ａ，４０２Ｂの同一領域を光電変換して得られた信号か否かを判定する。対の位相差像信号が被写体像４０２Ａ，４０２Ｂの同一領域を光電変換して得られた信頼性が高い信号であれば、それら対の位相差像信号から算出された相対距離４０３の信頼性も高いことになる。信頼性が所定の閾値以上であればコントラストも高いため、被写体像４０２Ａ，４０２Ｂにおける同一領域が検出領域の何画素目にあるかを精度良く判定することが可能であり、これによりカメラＣＰＵ２１０は信頼性の高い相対距離４０３を算出することが可能となる。相対距離４０３の信頼性が高ければ、後述するステップＳ１０４にて相対距離４０４を算出するための対の検出領域を精度良く決定することができる。カメラＣＰＵ２１０は、信頼性が閾値以上であればステップＳ１０４へ進む。

一方、位相差像信号の信頼性が閾値より低い場合は、カメラＣＰＵ２１０は相対距離４０４を検出不可能であると判定し、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１０４では、カメラＣＰＵ２１０は相対距離４０４を算出するための対の検出領域を決定する。上述したように実際の撮影環境下における相対距離４０４を算出するためには、被写体像４０２Ａ，４０２Ｂにおける同一領域のコントラストをＶｅ２方向に読み出す必要があるが、被写体像４０２Ａ，４０２Ｂの位置は撮影光学系の焦点状態によって異なる。このため、カメラＣＰＵ２１０は、ステップＳ１０２で検出した信頼性の高い相対距離４０３を用いて被写体像４０２Ａ，４０２Ｂにおける同一領域を判定し、該同一領域にそれぞれ対応する検出領域を相対距離４０４を算出するための対の検出領域として選択する。この後、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、カメラＣＰＵ２１０は補正値（第２の補正値）としての相対距離４０４を算出する。具体的には、カメラＣＰＵ２１１は検出領域７０１Ａ，７０１Ｂや検出領域７０２Ａ，７０２Ｂ等、被写体像４０２Ａ，４０２Ｂの同一領域を光電変換した対の検出領域からＶｅ２方向に電荷を読み出して対のＶｅ２信号を生成する。そして、該対のＶｅ２信号を用いて相対距離４０４を算出する。このようにＶｅ２方向に電荷を読み出して生成したＶｅ２信号から相対距離４０４を算出する処理を第２の算出処理という。

相対距離４０４を算出する際に用いるＶｅ２方向に電荷を読み出して生成する対のＶｅ２信号の数を、相対距離４０３を算出する際にＶｅ１方向に電荷を読み出した画素の数と一致させることが望ましい。本実施例では、Ｖｅ１方向に電荷を読み出した画素数は７つであるため、対のＶｅ２信号の数も７つとして相関距離４０４を算出することで、相対距離４０４の算出精度を高めることができる。ステップＳ１０５が完了すると、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０５で生成したＶｅ２信号の信頼性、つまりは相対距離４０４の信頼性を判定し、その信頼性判定の結果に基づいて相対距離４０４を用いてデフォーカス量を算出するか否かを判定する。カメラＣＰＵ２１０は、Ｖｅ２信号の信頼性を、ステップＳ１０５で生成したＶｅ２信号の波形から得られるコントラストを用いて算出する。

コントラストが高くＶｅ２信号の信頼性が所定の閾値以上である場合は、ステップＳ１０５で算出された補正値としての相対距離４０４の信頼性も高い。このため、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０７に進み、相対距離４０３と相対距離４０４とを用いて補正相対距離４０３′を求め、該補正相対距離４０３′を位相差として用いてデフォーカス量を算出する。具体的には、カメラＣＰＵ２１０は、以下の式（２）を用いて補正相対距離（位相差）４０３′を求める。Ａ，ＢはステップＳ１０２で算出した相対距離Ａ，Ｂである。
補正相対距離４０３′＝Ａ＋相対距離４０４（Ｂ−Ａ) （２）
そして、デフォーカス量を、位相差にデフォーカス量と位相差との比率を示す係数を乗ずることで算出する。

一方、Ｖｅ２信号の信頼性が閾値より低い場合は、補正値としての相対距離４０４の信頼性は低い。このため、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１１１に進み、相対距離４０３と実施例１にて説明したＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶された補正値Ｃとを用いて補正相対距離４０３′を求め、該補正相対距離４０３′を位相差として用いてデフォーカス量を算出する。具体的には、カメラＣＰＵ２１０は、実施例１で説明した式（１）を用いて補正相対距離（位相差）４０３′を求める。そして、カメラＣＰＵ２１０は、デフォーカス量を、位相差に上述した係数を乗ずることで算出する。ステップＳ１０７およびステップＳ１１１でデフォーカス量を求めたカメラＣＰＵ２１０は、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、カメラＣＰＵ２１０は算出したデフォーカス量を含むフォーカス駆動命令をレンズＣＰＵ１０３に送信し、レンズＣＰＵ１０３にデフォーカス量に応じた駆動量だけフォーカスレンズ１０１を駆動させる。これにより、撮影光学系の合焦状態が得られる。

次にステップＳ１０９では、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１０５で算出した相対距離４０４の信頼性が所定の書き込み閾値以上か否かを判定する。撮影環境に応じて最適な補正値は変化する。このため、相対距離４０４の信頼度が高い場合は、カメラＣＰＵ２１０はステップＳ１１０に進み、該相対距離（第２の補正値）４０４でＥＥＰＲＯＭ２１１に書き込まれている補正値（第１の補正値）Ｃを書き換えて、補正値Ｃを最新の撮影環境に最適化する。書き込み閾値は、ステップＳ１０６での相対距離４０４の信頼性の判定に用いる閾値よりも高い値に設定して、容易に補正値Ｃが書き換えられないようにすることが望ましい。

このように撮影環境で取得した補正値をＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶させておくことで、次回以降の位相差ＡＦでのステップＳ１０３で相対距離４０３の信頼性が低くても、ＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶された撮影環境に最適な補正値を用いることができる。ＥＥＰＲＯＭ２１１書き込む補正値は、実施例１でも説明したように、相対距離４０４そのものであってもよいし、適宜変形した値であってもよく、相対距離４０４に対応する値であればよい。そして、カメラＣＰＵ２１０は位相差ＡＦを終了する。

本実施例では、撮影環境下で算出した相対距離４０４を補正値として用いてデフォーカス量の計算を行う場合について説明した。しかし、初回の撮影時に撮影環境下で算出した相対距離４０４をＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶しておき、該相対距離４０４と２回目以降の撮影ごとに算出する調整値との和を補正値として用いるようにしてもよい。このことは、後述する実施例３でも同じである。

次に、本発明の実施例３である撮像装置および焦点検出装置について説明する。本実施例は、実施例２の変形例である。本実施例における撮像装置および焦点検出装置の構成は、実施例１にて説明したものと同じであり、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

実施例２では相対距離４０４を算出する前にフォーカスレンズ１０１を駆動しない場合について説明したが、デフォーカス量が大きい場合は被写体像４０２Ａ，４０２Ｂが像外形４０１Ａ，４０１Ｂの内側に十分に含まれない可能性がある。このため、本実施例では、一度合焦状態の近傍の状態（以下、合焦近傍状態という）までフォーカスレンズ１０１を駆動してから相対距離４０４を算出する。

図１０のフローチャートには、本実施例における撮影光学系を合焦状態とする位相差ＡＦの処理を示している。図１０において、実施例２（図９）に示したステップと同じステップには実施例２と同じステップ番号を付す。

ステップＳ１０１においてユーザによる合焦動作開始指示があったことを確認したカメラＣＰＵ２１０は、ステップＳ２０１に進む。

ステップＳ２０１では、カメラＣＰＵ２１０は、後のステップＳ１０２と同様に、図８中に破線枠で示した対の検出領域（５０１Ａと５０１Ｂ、５０２Ａと５０２Ｂ等）からＶｅ１方向に電荷を読み出して対の位相差像信号を生成する。そして、該対の位相差像信号の位相差に対応する相対距離（第１の相対距離）４０３を算出する。この際、対の検出領域の数は少なくとも２つであることが望ましい。

次にステップＳ２０２では、カメラＣＰＵ２１０は、ステップＳ２０２で算出した相対距離４０３としての位相差にデフォーカス量と位相差との比率を示す係数を乗ずることでデフォーカス量を算出する。

次にステップＳ２０３では、カメラＣＰＵ２１０は、算出したデフォーカス量を含むフォーカス駆動命令をレンズＣＰＵ１０３に送信し、レンズＣＰＵ１０３にデフォーカス量に応じた駆動量だけフォーカスレンズ１０１を駆動させる。これにより、撮影光学系を合焦近傍状態とすることができる。

次にカメラＣＰＵ２１０は、ステップＳ１０２からステップＳＳ１１０までの処理に進む。

上記各実施例では、撮像素子２０９とは別に設けられた焦点検出素子３０４を用いて位相差検出方式の焦点検出を行う場合について説明したが、複数の画素が二次元配列された撮像素子２０９を焦点検出素子として用いて位相差検出方式の焦点検出を行ってもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１００撮影レンズ
２０７焦点検出光学ユニット
２１０カメラＣＰＵ
４０３第１の相対距離
４０４第２の相対距離

Claims

撮影光学系からの光束が分割されて形成された対の被写体像を焦点検出素子により光電変換して得られる対の位相差像信号の位相差を用いて前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
前記焦点検出素子は、前記焦点状態に応じて前記対の被写体像間の相対距離が変化する第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向に二次元配列された複数の光電変換部を有しており、
前記対の位相差像信号から前記第１の方向における前記相対距離である第１の相対距離を取得する第１の取得手段と、
前記第２の方向における前記対の被写体像間の相対距離である第２の相対距離に対応する補正値を取得する第２の取得手段と、
前記第１の相対距離と前記補正値とを用いて前記位相差を算出する算出手段とを有することを特徴とする焦点検出装置。
前記第１の取得手段は、前記焦点検出素子においてそれぞれ前記第１の方向に配列された２つ以上の前記光電変換部を含む検出領域であって前記対の被写体像のうち一方の被写体像を光電変換する第１の検出領域、他方の被写体像を光電変換する第２の検出領域および前記第２の検出領域に対して前記第２の方向に位置して前記他方の被写体像を光電変換する第３の検出領域のそれぞれから前記第１の方向に電荷を読み出して第１の位相差像信号、第２の位相差像信号および第３の位相差像信号を生成し、前記第１および第２の位相差像信号を用いて前記第１の相対距離としての相対距離Ａを算出するとともに、前記第１および第３の位相差像信号を用いて前記第１の相対距離としての相対距離Ｂを算出し、
前記算出手段は、前記相対距離Ａ、前記相対距離Ｂおよび前記補正値を用いた補間演算により前記位相差を算出することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記第２の取得手段により予め取得された前記補正値を第１の補正値として記憶する記憶手段を有し、
前記算出手段は、前記第１の相対距離と前記第１の補正値とを用いて前記位相差を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
前記第２の取得手段は、前記焦点検出素子においてそれぞれ前記第２の方向に配列された２つ以上の前記光電変換部を含む検出領域であって前記対の被写体像のそれぞれを光電変換する対の検出領域のそれぞれから前記第２の方向に電荷を読み出して対の相対距離算出用像信号を生成し、該対の相対距離算出用像信号を用いて前記補正値としての第２の補正値を算出し、
前記算出手段は、前記第１の相対距離と前記第２の補正値とを用いて前記位相差を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
前記第２の取得手段により予め取得された前記補正値を第１の補正値として記憶する記憶手段を有し、
前記算出手段は、前記相対距離算出用像信号の信頼性を判定した結果に応じて、前記第１の補正値および前記第２の補正値のうち一方の補正値を選択して前記位相差の算出に用いることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
前記第２の取得手段は、前記第１の相対距離に基づいて前記対の検出領域を選択することを特徴とする請求項４または５に記載の焦点検出装置。
前記算出手段は、前記第１の相対距離の信頼性が閾値より低い場合は、前記第１の補正値を前記一方の補正値として選択することを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
前記算出手段は、前記第２の補正値を、前記記憶手段に新たな前記第１の補正値として記憶させることを特徴とする請求項５または６に記載の焦点検出装置。
前記算出手段は、
前記補正値を用いずに前記第１の相対距離を用いて前記位相差としての第１の位相差を算出し、
該第１の位相差に基づいて前記撮影光学系のフォーカスレンズが駆動された後に、前記第１の相対距離と前記補正値とを用いて前記位相差としての第２の位相差を算出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
請求項１から９のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記位相差に基づいて前記撮影光学系のフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有することを特徴とするフォーカス制御装置。
被写体像を撮像するための撮像素子と、
請求項１０に記載のフォーカス制御装置とを有することを特徴とする撮像装置。
撮影光学系からの光束が分割されて形成された対の被写体像を焦点検出素子により光電変換して得られる対の位相差像信号の位相差を用いて前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出方法であって、
前記焦点検出素子は、前記焦点状態に応じて前記対の被写体像間の相対距離が変化する第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向に二次元配列された複数の光電変換部を有しており、
該方法は、
前記対の位相差像信号から前記第１の方向における前記相対距離である第１の相対距離を取得するステップと、
前記第２の方向における前記対の被写体像間の相対距離である第２の相対距離に対応する補正値を取得するステップと、
前記第１の相対距離と前記補正値とを用いて前記位相差を算出するステップとを有することを特徴とする焦点検出方法。
撮影光学系からの光束が分割されて形成された対の被写体像を焦点検出素子により光電変換して得られる対の位相差像信号の位相差を用いて前記撮影光学系の焦点状態を検出する処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
前記焦点検出素子は、前記焦点状態に応じて前記対の被写体像間の相対距離が変化する第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向に二次元配列された複数の光電変換部を有しており、
前記コンピュータに、
前記対の位相差像信号から前記第１の方向における前記相対距離である第１の相対距離を取得させ、
前記第２の方向における前記対の被写体像間の相対距離である第２の相対距離に対応する補正値を取得させ、
前記第１の相対距離と前記補正値とを用いて前記位相差を算出させることを特徴とする焦点検出プログラム。