JP6305180B2 - 撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、焦点検出画素を含む撮像素子を備えた撮像装置に関する。
特許文献１には、撮像画素群の間に焦点検出画素を所定の間隔で配置して、位相差方式の焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献１の構成では、焦点検出画素が配置された位置において画像情報の一部が欠損する。このため、焦点検出画素の周辺の撮像画素の情報から補間演算を行って像信号が生成される。ここで、焦点検出画素の配置密度を疎とすると、画素欠陥による画質劣化を低減することができる。しかし、焦点検出画像のサンプリング特性が劣化し、焦点検出性能が低下する。
特許文献２には、像の検出ピッチが短い第一焦点検出画素群で高精度な焦点検出を行い、像の検出ピッチが長い第二焦点検出画素群で大デフォーカス量検出を行うことにより、高精度な焦点検出と大デフォーカス量検出とを両立させた撮像装置が開示されている。
特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００７−２７９３１２号公報
しかしながら、特許文献２の構成では、合焦近傍の焦点状態を高精度に検出するため、第一焦点検出画素を密に配置している。そして、焦点検出画素の画素信号を周辺の撮像画素の出力信号、および焦点検出画素の出力信号を用いて補間処理により生成している。このため、焦点検出画素からの画素信号のサンプリング特性は改善するが、焦点検出領域において部分的な画質劣化が生じる可能性がある。
そこで本発明は、焦点検出画素を含む撮像素子を用いて高精度な焦点検出が可能な撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
本発明の一側面としての撮像装置は、焦点検出画素群および撮像画素群を有し、被写体像を光電変換する撮像素子と、前記焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出し、前記撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出し、該撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出する算出手段と、前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段とを有し、前記焦点検出手段は、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定する。
本発明の他の側面としての制御装置は、焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出し、撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出し、該撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出する算出手段と、前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段とを有し、前記焦点検出手段は、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定する。
本発明の他の側面としての制御方法は、焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出するステップと、撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出するステップと、前記撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出するステップと、前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出するステップとを有し、前記焦点状態を検出するステップは、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定する。
本発明の他の側面としてのプログラムは、焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出するステップと、撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出するステップと、前記撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出するステップと、前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出するステップとをコンピュータに実行させ、前記焦点状態を検出するステップは、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定するように構成されている。
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、焦点検出画素を含む撮像素子を用いて高精度な焦点検出が可能な撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
各実施形態における撮像装置の構成図である。 各実施形態における撮像素子（固体撮像素子）のブロック図である。 各実施形態における撮像素子の撮像画素の平面図と断面図である。 各実施形態における撮像素子の焦点検出画素の平面図と断面図である。 各実施形態において、焦点検出画素のケラレおよび焦点検出光束の重心間隔の説明図ある。 各実施形態における撮像素子の撮像画素および焦点検出画素の配置例を示す図である。 各実施形態における撮像素子上に結像する光学像の様子を示す図である。 各実施形態における焦点検出画素の出力信号の例を示す図である。 各実施形態における焦点検出誤差および像ずれ量の説明図である。 各実施形態における撮像装置の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態における撮像装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。 各実施形態における撮像装置の撮影動作を示すフローチャートである。 第２実施形態における撮像装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。 第２実施形態における焦点検出誤差および補正値算出の説明図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態における撮像装置について説明する。図１は、撮像装置１００（撮像システム）の構成図である。撮像装置１００は、撮像素子１０７を備えた撮像装置本体（カメラ本体）と撮影光学系（撮影レンズ）とが一体的に構成されている。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体と撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置（撮影光学系）とを備えて構成される撮像システムにも適用可能である。
図１において、１０１は第１レンズ群である。第１レンズ群１０１は、撮影光学系（結像光学系）の先端に配置されており、光軸ＯＡの方向（光軸方向）に進退可能に保持されている。１０２は絞り兼用シャッタである。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することにより、撮影時の光量調節を行う。また絞り兼用シャッタ１０２は、静止画撮影の際に露光秒時調節用シャッタとしての機能を有する。１０３は撮影光学系を構成する第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。１０５は撮影光学系を構成する第３レンズ群である。第３レンズ群１０５は、光軸方向に進退することにより、焦点調節を行う。１０６は光学的ローパスフィルタである。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。
１０７は撮像素子である。撮像素子１０７は、撮影光学系を介して得られた被写体像（光学像）を光電変換して像信号を出力する。撮像素子１０７は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路とを備えて構成されている。また撮像素子１０７では、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサが用いられている。後述のように、撮像素子１０７は、複数の焦点検出画素（焦点検出画素群）および複数の撮像画素（撮像画素群）を備えている。複数の焦点検出画素は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光して第１像信号（第１信号、第２信号）を出力する。複数の撮像画素は、撮影光学系の同一の瞳領域を通過した光束を受光して第２像信号（第３信号、第５信号）および第３像信号（第４信号、第６信号）を出力する。
１１１はズームアクチュエータである。ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することにより、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３、および、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータである。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影の際に露光時間制御を行う。１１４はフォーカスアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
１１５は、撮影時の被写体照明用の電子フラッシュ（照明手段）である。電子フラッシュ１１５としては、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いてもよい。１１６はＡＦ補助光手段である。ＡＦ補助光手段１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体または低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
１２１はＣＰＵ（制御装置）である。ＣＰＵ１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラＣＰＵ（カメラ制御部）であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラ本体の各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、および、記録などの一連の動作を実行する。またＣＰＵ１２１は、評価値算出手段１２１ａ（算出手段）および焦点検出手段１２１ｂを有する。焦点検出手段１２１ｂは、補正値算出手段および補正手段としての機能も有する。これらの具体的な動作については後述する。
１２２は電子フラッシュ制御回路である。電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路である。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期して、ＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路である。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、撮像素子１０７から出力された像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路である。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７から得られた像信号に対して、γ変換、カラー補間、および、ＪＰＥＧ圧縮などの画像処理を行う。
１２６はフォーカス駆動回路である。フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１２８は絞りシャッタ駆動回路である。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して、絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路である。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
１３１はＬＣＤなどの表示器である。表示器１３１は、カメラ本体の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。１３２は操作スイッチ群である。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮影モード選択スイッチなどにより構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリである。フラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。
図２は、撮像素子１０７（固体撮像素子）のブロック図を示している。なお、図２のブロック図は、像信号の読み出し動作の説明に必要な最低限の構成を示し、画素リセット信号などが省略されている。図２において、２０１は、光電変換部（以下、「ＰＤｍｎ」ともいう。ｍは、Ｘ方向アドレスであり、ｍ＝０、１、…、ｍ−１、ｎは、Ｙ方向アドレスであり、ｎ＝０、１、…、ｎ−１である。）であり、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。また、本実施形態の撮像素子１０７は、ｍ×ｎの光電変換部を２次元上に配置して構成されている。符号は、煩雑になるため、左上の光電変換部ＰＤ００付近のみに付記している。
２０２は、光電変換部２０１（ＰＤｍｎ）の出力を選択するスイッチであり、垂直走査回路２０８により、一行ごとに選択される。２０３は、光電変換部２０１（ＰＤｍｎ）の出力を一時的に記憶するためのラインメモリ（ＭＥＭ）であり、垂直走査回路２０８により選択された、一行分の光電変換部２０１（ＰＤｍｎ）の出力を記憶する。ラインメモリ２０３としては、通常、コンデンサが用いられる。
２０４は、水平出力線に接続されて、水平出力線を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするためのスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。２０５は、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１（ＰＤｍｎ）の出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチ（Ｈ０〜Ｈｍ−１）である。スイッチ２０５（Ｈ０〜Ｈｍ−１）を後述の水平走査回路２０６で順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。
２０６は水平走査回路であり、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１の出力を順次操作して、水平出力線に出力させる。信号ＰＨＳＴは、水平走査回路２０６のデータ入力、ＰＨ１、ＰＨ２はシフトクロック入力であり、ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２でデータがラッチされる構成となっている。シフトクロック入力ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、信号ＰＨＳＴを順次シフトさせて、スイッチ２０５（Ｈ０〜Ｈｍ−１）を順次オンさせることができる。信号ＳＫＩＰは、間引き読み出し時に設定を行わせる制御入力信号である。信号ＳＫＩＰをＨレベルに設定することにより、水平走査回路２０６を所定間隔でスキップさせることが可能になる。２０７は水平出力線の信号を増幅して端子ＶＯＵＴに出力する増幅器ＡＭＰである。
２０８は垂直走査回路であり、順次走査して、制御信号Ｖ０〜Ｖｎ−１を出力することにより、光電変換部２０１（ＰＤｍｎ）の選択スイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路２０６の場合と同様に、データ入力である信号ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、及び、間引き読み設定を行う信号ＳＫＩＰにより制御される。動作の詳細は、水平走査回路２０６と同様であるため、その説明は省略する。
図３乃至図５は、撮像画素と焦点検出画素の構造を説明する図である。本実施形態においては、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そしてベイヤー配列の間に、後述する構造を有する焦点検出用画素が所定の規則で分散配置されている。
図３は、撮像画素の配置および構造を示す。図３（ａ）は、２行×２列の撮像画素の平面図である。周知のように、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置されている。そして、この２行×２列の構造が繰り返し配置される。
図３（ｂ）は、図３（ａ）の断面Ａ−Ａを示す断面図である。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したものであり、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは、撮影光学系を模式的に示したものである。
撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部ＰＤの有効面積は大面積であるように設計される。また、図３（ｂ）ではＧ画素の入射光束について説明したが、Ｒ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造を有する。従って、ＲＧＢの各々の撮像用画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込むことで像信号のＳ／Ｎを向上させている。
図４は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向（横方向）とは、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図４（ａ）は、焦点検出画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録または観賞のための像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方、Ｒ画素、Ｂ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出画素に置き換える。これを、図４（ａ）においてＳＡおよびＳＢでそれぞれ示している。
図４（ｂ）は、図４（ａ）における断面Ａ−Ａを示す断面図である。マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、図３（ｂ）に示される撮像画素と同一構造である。本実施形態において、焦点検出画素は、Ｂ画素の画素位置にＧ画素のカラーフィルタＣＦＧ（Ｇｒｅｅｎ）が配置することにより構成されている。また、撮像素子１０７で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＡの開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。画素ＳＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＢも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とする。そしてＡ像とＢ像の相対位置を検出し、像のズレ量に対して変換係数を乗じることにより、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を算出することができる。
続いて、像ズレ量からデフォーカス量を算出するための変換係数を得る方法について説明する。変換係数は、結像光学系の口径情報および焦点検出画素の感度分布に基づいて算出される。イメージセンサ（撮像素子１０７）には、撮影レンズＴＬのレンズ保持枠や絞り１０２などのいくつかの構成部材によって制限された光束が入射する。図５は、撮影光学系のケラレにより、焦点検出用の光束が制限されている様子を示す図である。図５は、イメージセンサの中央近傍の画素に対して、射出瞳面５０１の位置にある結像光学系の絞り５０２によって光束が制限されている様子を示している。図５（ａ）において、５０３、５０４はイメージセンサ（５０３は、予定結像面位置におけるイメージセンサ）、５０５は光軸、５０６はイメージセンサ５０３上での光軸の位置である。５０７、５０８は絞り５０２によって光束が限定された場合の光束（絞り５０２が絞られている場合の光束）、５０９、５１０は絞り５０２により制限されていない光束（絞り５０２が開放している場合の光束）である。５１１、５１２はそれぞれ、光束５０７、５０８に対する焦点検出用光束である。５１５、５１６はそれぞれ、焦点検出用光束５１１、５１２の重心位置である。同様に、５１３、５１４はそれぞれ、光束５０９、５１０に対する焦点検出用光束である。５１７、５１８はそれぞれ、焦点検出用光束５１３、５１４の重心位置である。５３０はイメージセンサに最も近い側にあるレンズ保持枠、５３１は被写体に最も近い側にあるレンズ保持枠である。
図５（ｂ）は、イメージセンサの中央の焦点検出用画素の射出瞳面５０１でのケラレによる重心位置の変化を説明する図である。図５（ｂ）において、５２３、５２４はそれぞれ、イメージセンサ５０４の中央の画素に対して制限された光束５０７、５０８、および、制限されていない光束５０９、５１０の瞳領域を示す。５２５、５２６はそれぞれ、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの入射角特性を示す。焦点検出画素ＳＡ、ＳＢには、瞳領域５２３、５２４の内側を透過した光束が入射角特性５２５、５２６で示される感度分布で入射する。このため、瞳領域５２３、５２４の内側を透過した焦点検出用光束の分布重心をそれぞれ求めることで、焦点検出用光束が制限されている場合（絞りが絞られている状態）と、制限されていない場合（絞り開放状態）の重心間隔を算出することができる。そしてこれらの重心間隔から、それぞれの基線長を求めることができる。焦点検出用画素の感度分布情報および結像光学系の口径情報を測定及び計算から求めて予め記憶しておくことで、像ズレ量からデフォーカス量を算出するための変換係数を求めることができる。
図５（ａ）において、デフォーカス量５１９をＤＥＦ、イメージセンサ５０３から射出瞳面５０１までの距離５２０をＬとする。また、焦点検出用光束が制限されている場合と制限されていない場合の基線長（重心間隔）をそれぞれＧ１（重心位置５１５、５１６間距離）、Ｇ２（重心位置５１７、５１８間距離）とする。また、像ズレ量５２１、５２２をそれぞれＰＲＥＤ１、ＰＲＥＤ２、像ズレ量５２１、５２２のそれぞれをデフォーカス量ＤＥＦに変換する変換係数をＫ１、Ｋ２とする。このとき、以下の式（１）によりデフォーカス量ＤＥＦを求めることができる。
ＤＥＦ＝Ｋ１×ＰＲＥＤ１＝Ｋ２×ＰＲＥＤ２ … （１）
また、像ずれ量５２１、５２２をデフォーカス量ＤＥＦに変換する変換係数Ｋ１、Ｋ２は、それぞれ以下の式（２）、（３）により求められる。
Ｋ１＝Ｌ／Ｇ１ … （２）
Ｋ２＝Ｌ／Ｇ２ … （３）
ここで、Ｋ１＞Ｋ２である。このため、絞りが開放されている場合と絞りが絞られている場合とを比較すると、像ズレ量を算出する際に像ズレ量に同等の誤差が発生すると、絞りが絞られている場合のほうがデフォーカス量として、Ｋ１／Ｋ２倍の誤差が発生する。
図５（ｃ）は、図５（ｂ）における感度分布の断面Ａ−Ａを示す断面図である。図５（ｃ）において、（ｃ）−１は絞りを開放した場合、（ｃ）−２は絞りが絞られている場合のＡ像画素５３０、Ｂ像画素５３１、および、撮像画素５３２の感度分布を示している。図５（ｃ）の両図において、横軸は光入射角度、縦軸は感度分布をそれぞれ示す。両図を比較すると、絞り開放状態のほうが基線長が長く、また感度を持つ入射角度幅が広くなる。基線長と、デフォーカスに対するＡ像、Ｂ像の像ズレ量とは比例関係にあるため、基線長が長くなるとデフォーカスに対する像ズレ量の敏感度が高くなる。感度を持つ入射角度幅が大きくなると、デフォーカスに対するＡ像、Ｂ像のボケ量、像ケラレが大きくなる。一般的に、焦点検出画素による像信号としては、デフォーカスに対して、像ずれ量の敏感度が高く、ボケ量および像ケラレが小さい像信号が望まれる。
図６は、撮像素子１０７における撮像画素および焦点検出画素の配置例を示す図である。図６において、Ｇ、Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄは、緑のカラーフィルタ（緑フィルタ）を有する画素、Ｒは、赤のカラーフィルタ（赤フィルタ）を有する画素、Ｂは、青のカラーフィルタ（青フィルタ）を有する画素である。図６中のＳＡは、画素部の開口を水平方向に偏倚させて形成された焦点検出画素であり、後述の焦点検出画素ＳＢに対する水平方向の像ズレ量を検出するための基準画素群（第１画素群）である。また、ＳＢは、画素の開口部を焦点検出画素ＳＡとは逆方向に偏倚させて形成された焦点検出画素であり、焦点検出画素ＳＡとの水平方向の像ズレ量を検出するための参照画素群（第２画素群）である。焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの白抜き部分は、偏倚した画素の開口位置を示している。焦点検出画素ＳＡ、ＳＢは、ＡＦライン１からＡＦライン４に配置されている。
合焦近傍の焦点状態を高精度に検出するには、焦点検出画素を密に配置する必要がある。一方、焦点検出画素の位置における像信号（画素信号）は、周辺の撮像画素の出力信号、および焦点検出画素の出力信号を用いて補間処理により生成する必要がある。このため、画質劣化の影響を考慮すると、焦点検出画素を疎に配置することが望まれる。図６（ａ）において、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢは、画質劣化の影響を考慮して、欠損による画質劣化が認識され難いＢ画素の位置に配置している。一方で、図６（ｂ）において、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢは、周辺に同色の撮像画素が多く配置されるため、焦点検出画素の位置における像信号の補間処理が、比較的容易となるＧ画素の位置に配置している。本発明においては、焦点検出画素から得られる信号を用いて、焦点検出処理及び、焦点検出結果の補正処理を行うが、その際の焦点検出画素の配置は、図６の２つの例に限らない。
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、焦点検出精度を考慮して、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢをＢ画素の位置に４画素毎に配置する場合の配置例を示している。ここで、図６（ａ）、（ｂ）の各配置に対して、焦点検出画素の配置起因で発生する焦点検出誤差について説明する。
図７は、撮像素子１０７上に結像する光学像（被写体像）の様子を示す図である。図７には、垂直方向（図７中の上下方向）に沿って白部と黒部との境界（白黒境界部）を有する被写体が、撮像素子１０７上に光学像として結像している様子が示されている。撮像素子１０７上の焦点検出画素の配置は、図６（ａ）の場合を示しているが、図６（ｂ）の場合でも同様である。図７に示される焦点検出画素は、焦点検出領域を構成する焦点検出画素群の一部（ＡＦライン１）のみを抽出して示している。
図７に示されるように、本実施形態において、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢは、それぞれ８画素毎に配置されている。このため、被写体の白黒境界部が図７中の水平方向（左右方向）に移動した場合、その移動量を検出することができない場合がある。
図７において、例えば被写体の白黒境界部が領域Ａ１の範囲に存在する場合、白黒境界部の移動に伴い、白黒境界部の近傍における焦点検出画素ＳＡの出力信号は変化する。このため焦点検出画素ＳＡは、領域Ａ１の範囲における白黒境界部の移動を検出することができる。一方、領域Ａ２の範囲に白黒境界部が存在する場合、焦点検出画素ＳＡは、その移動を検出することができない。ここで、図７中の領域Ａ１が焦点検出画素の１画素の長さに対して若干長くなっているのは、光学的ローパスフィルタ１０６の効果により、白黒境界部が所定の幅を有するためである。同様に、被写体の白黒境界部が領域Ｂ１の範囲に存在する場合、焦点検出画素ＳＢは、白黒境界部の移動を検出することができる。一方、被写体の白黒境界部が領域Ｂ２の範囲に存在する場合、その移動を検出することができない。このように、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢは、それぞれ、白黒境界部の移動を検出可能な領域Ａ１、Ｂ１が互いに異なる。このため、白黒境界部の位置に応じて焦点検出誤差が生じる。
次に、図８を参照して、被写体の白黒境界部の位置に応じた焦点検出誤差について説明する。図８は、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号の例を示す図である。図８において、縦軸は、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢから得られる出力信号を示している。また横軸は、画素位置を示しており、焦点検出画素ＳＡ、ＳＡ以外の画素（撮像画素）の信号については省略している。また、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢは、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの画素ピッチ（８画素）の半分（４画素）だけ互いにずれて撮像素子１０７上に配置されている。このため図８において、焦点検出画素ＳＡの出力信号（黒丸部）と焦点検出画素ＳＢの出力信号（白丸部）は、横軸方向に互いにずらして示されている。また図８は、合焦時の出力信号を示している。このため、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号のずれ（位相差）がない状況が理想的であり、これらの出力信号の間にずれ量が存在する場合、そのずれ量は焦点検出誤差となる。
図８（ａ）は、領域Ａ１の中心近傍に白黒境界部が存在する場合の出力信号を示している。この場合、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号の間にずれ（位相差）は生じておらず、焦点検出誤差は小さい。図８（ｂ）は、領域Ａ１と領域Ｂ１との間に白黒境界部が存在する場合の出力信号を示している。この場合、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号の間に画素ピッチの約半分（４画素）の焦点検出誤差が発生している。図８（ｃ）は、領域Ｂ１の中心近傍に白黒境界部が存在する場合の出力信号を示している。この場合、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号にずれ（位相差）は生じておらず、焦点検出誤差は小さい。図８（ｄ）は、領域Ｂ１と領域Ａ１との間に白黒境界部が存在する場合の出力信号を示している。この場合、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号に画素ピッチの約半分の焦点検出誤差が発生している。また、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの出力信号の間に生じるずれの方向は、図８（ｂ）の場合のずれの方向と反対方向である。このため、図８（ｄ）の場合における焦点検出誤差の符号は、図８（ｂ）の場合と逆になる。
図９は、焦点検出誤差および像ずれ量の説明図である。図９（ａ）は、図８を参照して説明した被写体の白黒境界部の位置と焦点検出誤差との関係を示している。図９（ａ）において、横軸は白黒境界部の位置を示し、縦軸は発生する焦点検出誤差（焦点検出誤差量）を示している。
図８を参照して説明したように、焦点検出誤差の発生量は、焦点検出画素の画素ピッチである８画素周期で変化する。図９（ａ）中のｎ画素目に白黒境界部が存在する場合が図８（ａ）の状況に相当する。同様に、ｎ＋１画素目からｎ＋３画素目に白黒境界部が存在する場合が図８（ｂ）の状況に相当する。また、ｎ＋４画素目に白黒境界部が存在する場合が図８（ｃ）の状況に相当し、ｎ＋５画素目からｎ＋７画素目に白黒境界部が存在する場合が図８（ｄ）の状況に相当する。本実施形態では、前述のように発生する焦点検出誤差を、焦点検出画素の周囲の撮像画素の出力信号を用いて検出し、焦点検出結果に対する補正を行う。
図９（ｂ）は、図７に示される画素Ｇａ（第３画素群）および画素Ｇｃ（第５画素群）の出力信号の間のずれ量を算出した結果を示している。画素Ｇａ、Ｇｃは、撮像画素の一部であるため、撮影光学系ＴＬの射出瞳の同じ領域を通過した光束を受光する。このため、被写体像のピントずれ量に応じて像ずれは生じない。一方、画素Ｇａ、Ｇｃはそれぞれ、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢと同様に、８画素ピッチで配置されている。このため、図７および図８を参照して説明したように、白黒境界部の位置によっては、像ずれが生じる。画素Ｇａ、Ｇｃの出力信号の像ずれ（像ずれ量）は、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの焦点検出誤差と同量である。このため、画素Ｇａ、Ｇｃの出力信号に応じて生じる像ずれは、焦点検出結果の補正に用いることができる。ここで、図７に示されるように、画素Ｇａ、Ｇｃは、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢに対してそれぞれ１画素だけ左側に配置されている。このため、画素Ｇａ、Ｇｃの出力信号から得られる像ずれ量（像ずれ量が生じる白黒境界部の位置）は、図９（ｂ）に示されるように、図９（ａ）の焦点検出誤差に対して１画素分だけ左側にずれる。
図９（ｃ）は、図７に示される画素Ｇｂ（第４画素群）および画素Ｇｄ（第６画素群）の出力信号の間のずれ量を算出した結果を示している。画素Ｇｂ、Ｇｄの出力信号のずれ量（像ずれ量）は、図９（ｂ）の場合と同様に、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの焦点検出誤差と同量である。ただし、図７に示されるように、画素Ｇｂ、Ｇｄは、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢに対してそれぞれ１画素だけ右側に配置されている。このため、画素Ｇｂ、Ｇｄの出力信号から得られる像ずれ量（像ずれ量が生じる白黒境界部の位置）は、図９（ｃ）に示されるように、図９（ａ）の焦点検出誤差に対して１画素分だけ右側にずれる。
本実施形態では、図９（ｂ）、（ｃ）に示されるように、白黒境界部の位置に関して位相がずれた複数の像ずれ量を、焦点検出画素の近傍の撮像画素の出力信号（撮像信号）から算出する。そして、複数の像ずれ量を選択的に利用して、または、複数の像ずれ量に対して重み付けを行い、焦点検出結果の補正量を算出する。焦点検出結果の補正量の算出方法については、後述する。
続いて、図１０乃至図１２を参照して、本実施形態における撮像装置１００の制御方法（カメラの焦点調節動作および撮影動作）について説明する。図１０は、撮像装置１００の制御方法（撮像装置の動作）を示すフローチャートである。図１０の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。
まずステップＳ９０１において、撮影者が撮像装置１００の電源スイッチ（メインスイッチ）をオンにすると、ステップＳ９０２において、ＣＰＵ１２１は撮像装置１００の各アクチュエータや撮像素子１０７の動作確認を行う。またＣＰＵ１２１は、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行うとともに、撮影準備動作を行う。続いてステップＳ９０３において、ＣＰＵ１２１は撮像素子１０７の撮像動作を開始し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。そしてステップＳ９０４において、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７から読み出された画像（プレビュー画像）を撮像装置１００の背面に設けられた表示器１３１に表示する。撮影者は、このプレビュー画像を目視して、撮影時の構図を決定する。続いてステップＳ９０５において、ＣＰＵ１２１は、画像領域の中から焦点検出領域を決定する。
次にステップＳ１００１において、ＣＰＵ１２１は、焦点検出サブルーチンを実行する。図１１は、焦点検出サブルーチン（図１０のステップＳ１００１）を示すフローチャートである。まずステップＳ１００２において、ＣＰＵ１２１（および、撮像素子駆動回路１２４）は、複数の焦点検出画素（焦点検出画素群）から画素信号（第１像信号）を読み出し、複数の撮像画素（撮像画素群）から画素信号（第２像信号、第３像信号）を読み出す。すなわちＣＰＵ１２１は、メインルーチン（図１０）のステップＳ９０５にて決定された焦点検出領域に含まれる焦点検出画素群（焦点検出画素ＳＡ、ＳＢ）、および、焦点検出画素周辺の撮像画素群（画素Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）を読み出す。具体的には、ＣＰＵ１２１は、図６に示される焦点検出画素ＳＡ（第１画素群）の出力信号および焦点検出画素ＳＢ（第２画素群）の出力信号を、それぞれ第１信号および第２信号（これらの信号をまとめて第１像信号という）として読み出す。またＣＰＵ１２１は、画素Ｇａ（第３画素群）および画素Ｇｃ（第５画素群）の出力信号を、それぞれ第３信号および第５信号（これらの信号をまとめて第２像信号という）として読み出す。またＣＰＵ１２１は、画素Ｇｂ（第４画素群）および画素Ｇｄ（第６画素群）の出力信号を、それぞれ第４信号および第６信号（これらをまとめて第３像信号という）として読み出す。
続いてステップＳ１００３において、ＣＰＵ１２１（評価値算出手段１２１ａ）は、複数の焦点検出画素（焦点検出画素群）から得られた第１信号および第２信号（第１像信号）に基づいて相関演算を行い、第１相関評価値を算出する。すなわちＣＰＵ１２１は、得られた焦点検出画素ＳＡ、ＳＢの第１像信号（第１信号および第２信号）に対して２像の相関演算を行い、２像の相対的な位置ずれ量（第１相関評価値としての第１像ずれ量）を算出する。本実施形態において、ＣＰＵ１２１（評価値算出手段１２１ａ）は、焦点検出画素列から読み出された一対の像信号（ａ１〜ａｎ、ｂ１〜ｂｎ：ｎはデータ数）に対して、以下の式（４）のように表される相関演算を行う。これによりＣＰＵ１２１は、第１相関評価値としての相関量Ｃｏｒｒ（ｌ）を算出することができる。
式（４）において、ｌは像ずらし量、像をずらした際のデータ数はｎ−ｌに限定される。また、像ずらし量ｌは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的なシフト量である。式（４）の演算結果は、一対のデータの相関が最も高い場合に、相関量Ｃｏｒｒ（ｌ）が極小となる。また、相関量Ｃｏｒｒ（ｍ）（極小となるシフト量ｍ）、および、ｍに近いシフト量で算出された相関量を用いて、３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値Ｃｏｒｒ（ｄ）を与えるシフト量ｄを求める。
続いてステップＳ１００４において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１００３にて算出された相関演算結果の信頼性（相関信頼性）を求める。ここで信頼性（相関信頼性）とは、式（４）にて算出された相関量Ｃｏｒｒ（ｌ）に対して、相関性が最も高いときの値Ｃｏｒｒ（ｄ）である。デフォーカス量が大きい場合、Ａ像、Ｂ像（第１信号および第２信号）の非対称性が大きくなる。このため、極小値Ｃｏｒｒ（ｄ）は大きく算出され、信頼性が劣化する。また、レンズの位置が合焦位置に近いほど、極小値Ｃｏｒｒ（ｄ）は低く算出され、信頼性が高くなる。
続いてステップＳ１００５において、ＣＰＵ１２１（評価値算出手段１２１ａ）は、複数の撮像画素（画素Ｇａ、Ｇｃ）から得られた第３信号および第５信号に基づいて相関演算を行い、第２相関評価値を算出する。すなわちＣＰＵ１２１は、焦点検出画素周辺の撮像画素（第１撮像画素群）の第２像信号（第３信号および第５信号）に対して２像の相関演算を行い、２像の相対的な位置ずれ量（第２相関評価値としての第２像ずれ量）を算出する。このときの相関演算手法は、式（４）を用いた手法と同様である。また同様に、ステップＳ１００５において、ＣＰＵ１２１（評価値算出手段１２１ａ）は、複数の撮像画素（画素Ｇｂ、Ｇｄ）から得られた第４信号および第６信号に基づいて相関演算を行い、第３相関評価値を算出する。すなわちＣＰＵ１２１は、焦点検出画素周辺の撮像画素（第２撮像画素群）の第３像信号（第４信号および第６信号）に対して２像の相関演算を行い、２像の相対的な位置ズレ量（第３相関評価値としての第３像ずれ量）を算出する。このときの相関演算手法は、式（４）を用いた手法と同様である。そしてステップＳ１００６において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１００５にて算出された相関演算結果の信頼性（相関信頼性）を演算する。信頼性の演算方法は、ステップＳ１００４と同様である。
続いてステップＳ１００７において、ＣＰＵ１２１は、第２像ずれ量（第２相関評価値）に第３像ずれ量（第３相関評価値）を乗じた値が正であるか否かを判定する。この値が正の場合、ステップＳ１００８に進む。一方、この値が負の場合、ステップＳ１０１１に進む。ステップＳ１０１１において、ＣＰＵ１２１（補正値算出手段としての焦点検出手段１２１ｂ）は、第２像ずれ量および第３像ずれ量に対して１：１の重み付け係数を乗じる（すなわち、両方の像ずれ量に対して重み付け係数として０．５を乗じる）。そしてＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は、重み付けされた第２像ずれ量と第３像ずれ量との和を算出し、算出された値（第２像ずれ量と第３像ずれ量との和）を補正値として設定する。
ステップＳ１００８において、ＣＰＵ１２１は、第２像ずれ量の絶対値が第３像ずれ量の絶対値よりも大きいか否かを判定する。第２像ずれ量の絶対値が第３像ずれ量の絶対値よりも大きい場合、ステップＳ１００９に進む。ステップＳ１００９において、ＣＰＵ１２１は、第２像ずれ量を補正値として設定する。一方、ステップＳ１００８にて第２像ずれ量の絶対値が第３像ずれ量以下である場合、ステップＳ１０１０に進む。ステップＳ１０１０において、ＣＰＵ１２１は、第３像ずれ量を補正値として設定する。
ここで、ステップＳ１００９、Ｓ１０１０、Ｓ１０１１にて設定されるそれぞれの補正値の妥当性について説明する。前述のとおり、第２像ずれ量および第３像ずれ量はそれぞれ、デフォーカスによるずれ量を含まない。このため、第１像ずれ量に対して、被写体像の位置がそれぞれ反対方向に１画素ずれた位置での焦点検出誤差を示している。したがって、第２像ずれ量または第３像ずれ量を用いて第１像ずれ量を補正すると、補正誤差が生じる場合がある。
そこで本実施形態では、ＣＰＵ１２１（補正値算出手段としての焦点検出手段１２１ｂ）は、第２像ずれ量と第３像ずれ量の正負の符号、および、第２像ずれ量の絶対値と第３像ずれ量の絶対値との大小関係に基づいて補正値を算出する。図９において、白黒境界部の位置がｎ画素目とｎ＋１画素目の間に存在する場合、図９（ｂ）に示される第２像ずれ量は正であり、図９（ｃ）に示される第３像ずれ量は負である。このため、図１１のステップＳ１００７における判定結果は「ＮＯ」となり、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は、ステップＳ１０１１に進み、第２像ずれ量と第３像ずれ量との和を補正値として設定する。図９に示されるように、第２像ずれ量と第３像ずれ量との平均値は、図９（ａ）に示される第１像ずれ量と等しい。このため、第１像ずれ量に対して、補正値（第２像ずれ量と第３像ずれ量との和）を差し引くことにより、焦点検出誤差を低減することができる。
また、図９において、白黒境界部の位置がｎ＋１画素目とｎ＋２画素目の間に存在する場合、図９（ｂ）に示される第２像ずれ量は正であり、図９（ｃ）に示される第３像ずれ量は正である。このため、図１１のステップＳ１００７における判定結果は「ＹＥＳ」となり、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１００８に進む。ステップＳ１００８において、第２像ずれ量の絶対値は、第３像ずれ量の絶対値よりも大きい。このためステップＳ１００９に進み、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は第２像ずれ量を補正値として設定する。図９に示されるように、第２像ずれ量は、図９（ａ）に示される第１像ずれ量と等しい。このため、第１像ずれ量に対して、補正値（第２像ずれ量）を差し引くことにより、焦点検出誤差を低減することができる。
同様に、白黒境界部の位置に応じて、第２像ずれ量と第３像ずれ量の符号や、それらの大小関係に基づいて、図１１のサブルーチンを実行すると、補正値として図９（ａ）と同様の曲線が得られる。このような処理を行うことにより、白黒境界部の位置によらず、焦点検出誤差を高精度に補正することができる。
続いてステップＳ１０１２において、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は、ステップＳ１００３にて算出された第１相関評価値（第１像ずれ量）、および、ステップＳ１００９〜Ｓ１０１１のいずれかにて設定された補正値を用いて、焦点状態を検出する。本実施形態において、ＣＰＵ１２１（補正手段としての焦点検出手段１２１ｂ）は、焦点検出画素の周辺の撮像画素（画素Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）の出力信号に基づいて得られた補正値を用いて第１相関評価値を修正（補正）し、補正後の相関評価値を算出する。より具体的には、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は、第１相関評価値と補正値との差分値に基づいて焦点状態（補正後の像ずれ量）を検出する（焦点検出画素の像ずれ量の補正演算を行う）。
そしてステップＳ１０１３において、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は、ステップＳ１０１２にて得られた像ずれ量（補正後の像ずれ量、すなわち補正後の相関評価値）を用いて焦点状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を演算する。より具体的には、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０１２にて得られた像ずれ量に対して所定のデフォーカス換算係数を乗ずることにより、デフォーカス量ＤＥＦ（検出デフォーカス量）を演算する。
続いてステップＳ１０１４において、ＣＰＵ１２１は、測距領域内（焦点検出領域内）の全測距ラインに対して測距演算が終了しているか否かを判定する。全測距ラインに対する測距演算が終了していない場合、ステップＳ１００２に戻り、他のラインに対して、ステップＳ１００２〜Ｓ１０１３を繰り返す。
一方、全測距ラインに対する測距演算が終了している場合、ステップＳ１０１５に進む。そしてステップＳ１０１５において、ＣＰＵ１２１は、測距領域内にある複数の測距ライン（焦点検出ライン、またはＡＦライン）の中から、高信頼性の測距ラインを選択する。より具体的には、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１００４およびステップＳ１００６にて演算された信頼性（相関信頼性）がともに高い測距ラインから得られた情報を優先的に採用するように処理を行う。そしてＣＰＵ１２１は、その処理に基づいて、最終的な測距結果を決定する。続いてステップＳ１０１６において、図１０のメインフロー内のステップＳ９０７にリターンする。
図１０のステップＳ９０７において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１００１にて演算されたデフォーカス量が許容値以下である否か、すなわち合焦状態であるか否かを判定する。デフォーカス量が許容値よりも大きい場合、ＣＰＵ１２１は非合焦状態であると判定する。そしてステップＳ９０８において、ＣＰＵ１２１（フォーカス駆動回路１２６、フォーカスアクチュエータ１１４）は、第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）を駆動制御する。その後、ステップＳ１００１およびステップＳ９０７を繰り返し実行する。
一方、ステップＳ９０７にて合焦状態と判定されると、ステップＳ９０９において、ＣＰＵ１２１は表示器１３１に合焦表示を行う。続いてステップＳ９１０において、ＣＰＵ１２１は、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判定する。撮影開始スイッチのオン操作がされていない場合、ステップＳ９１０を繰り返し、撮影待機状態を維持する。
一方、ステップＳ９１０にて撮影開始スイッチがオン操作されると、ステップＳ１１０１に移行し、ＣＰＵ１２１は撮影サブルーチンを実行する。図１２は、撮影サブルーチン（図１０のステップＳ１１０１）のフローチャートである。
撮影開始スイッチが操作されると、ステップＳ１１０２において、ＣＰＵ１２１（絞りシャッタ駆動回路１２８、絞りシャッタアクチュエータ１１２）は光量調整絞り（絞り兼用シャッタ１０２）を駆動制御する。これにより、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御が行われる。続いてステップＳ１１０３において、ＣＰＵ１２１（撮像素子駆動回路１２４）は、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行う。続いてステップＳ１１０４において、ＣＰＵ１２１は、読み出された像信号の欠損画素補間を行う。焦点検出画素信号は、元々、その位置に配置されていた撮像画素と構造が異なる。このため、焦点検出画素の出力、または、焦点検出画素の周辺の撮像画素の出力を用いて、撮像信号を生成する必要がある。
続いてステップＳ１１０５において、画像処理回路１２５は、画像のγ補正やエッジ強調などの画像処理を行う。そしてステップＳ１１０６において、ＣＰＵ１２１はフラッシュメモリ１３３に撮影画像を記録する。またステップＳ１１０７において、ＣＰＵ１２１は表示器１３１に撮影済み画像を表示する。そしてステップＳ１１０８において、図１０のメインフローにリターンする。図１０のメインフローに戻ると、ステップＳ９１２において、一連の撮影動作が終了する。
（第２実施形態）
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、焦点検出領域内に存在する被写体の輪郭の角度を検出し、撮像画素の出力信号から得られる第２像ずれ量および第３像ずれ量に対して、角度に応じた重み付けを行って補正値を算出する点で、第１実施形態と異なる。本実施形態の他の構成は第１実施形態と同様であるため、その説明については省略する。
第１実施形態では、図６（ｂ）に示されるように画素が配置されている場合、焦点検出画素と同一の行に同色(緑色)の撮像画素が近傍に存在しない。このため、焦点検出画素の行とは異なる行の緑色の画素をＧａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄとして設定している。被写体のコントラスト差があるエッジ部が図６（ｂ）中の垂直方向に対して傾いている場合、第２相関評価値および第３相関評価値から得られる像ずれ量は、図９（ｂ）、（ｃ）のように図９（ａ）の焦点検出誤差に対して１画素分だけずれることにはならない。
図１４は、本実施形態における焦点検出誤差および補正値算出の説明図である。図１４（ａ）は、被写体のエッジ部が図６（ｂ）中の垂直方向に対して３０度程度傾いている場合の第１相関評価値、第２相関評価値、および、第３相関評価値をそれぞれ示している。図１４（ａ）では、第１相関評価値に対して、第２相関評価値は左に０．５画素程度（破線）、第３相関評価値は右に１．５画素程度（１点鎖線）ずれている。
このような場合、本実施形態のＣＰＵ１２１は、エッジ部の角度を検出して、角度に応じた重み付け係数を算出する。そしてＣＰＵ１２１は、算出した重み付け係数を、第２相関評価値および第３相関評価値のそれぞれに適用して補正値を算出し、第１相関評価値を補正する。これにより、本実施形態では、被写体のコントラスト差のある輪郭部（エッジ部）が傾いている場合でも、焦点検出誤差を高精度に補正することができ、高精度な焦点検出を実現することが可能となる。
図１３は、本実施形態における焦点検出サブルーチン（図１０のステップＳ１００１）を示すフローチャートである。本実施形態は、ステップＳ２００１が付加されている点、および、図１１のステップＳ１００９〜Ｓ１０１１に代えてステップＳ２００２〜Ｓ２００４が付加されている点で、図１１を参照して説明した第１実施形態の焦点検出サブルーチンと異なる。図１３のステップＳ１００２〜Ｓ１００８、Ｓ１０１２〜Ｓ１０１６は、図１１の各ステップと同様であるため、それらの説明については省略する。
図１３のステップＳ２００１において、ＣＰＵ１２１（検出手段）は、被写体のコントラスト差のあるエッジ部（輪郭部）の角度（エッジ角度）を検出する。エッジ部の角度の検出方法は公知のため、その説明については省略するが、例えば、特開２０１１−１４５５５９号公報に開示されている方法を用いてもよい。そしてＣＰＵ１２１は、検出された角度（エッジ角度）に基づいて、重み付け係数Ｗｇｔ１、Ｗｇｔ２、Ｗｇｔ３を設定する。これらの重み付け係数Ｗｇｔ１〜Ｗｇｔ３は、検出される角度に対応するテーブルを事前に記憶部（不図示）に記憶しておくことができる。
ステップＳ２００２において、ＣＰＵ１２１は、重み付け係数Ｗｇｔ１を用いて、以下の式（５）により補正値ＣＡＬを算出する。
ＣＡＬ＝Ｗｇｔ１×Ｅｖ２＋（１−Ｗｇｔ１）×Ｅｖ３ … （５）
ここで、Ｅｖ２は第２相関評価値、Ｅｖ３は第３相関評価値である。
同様に、ステップＳ２００３において、ＣＰＵ１２１は、重み付け係数Ｗｇｔ２を用いて、以下の式（６）により補正値ＣＡＬを算出する。
ＣＡＬ＝Ｗｇｔ２×Ｅｖ２＋（１−Ｗｇｔ２）×Ｅｖ３ … （６）
同様に、ステップＳ２００４において、ＣＰＵ１２１は、重み付け係数Ｗｇｔ３を用いて、以下の式（７）により補正値ＣＡＬを算出する。
ＣＡＬ＝Ｗｇｔ３×Ｅｖ２＋（１−Ｗｇｔ３）×Ｅｖ３ … （７）
以上のように、本実施形態によれば、被写体のエッジ部（輪郭部）の角度（エッジ角度）に応じた補正値を算出することができる。
次に、角度（エッジ角度）に応じた重み付け係数の算出方法について説明する。第１実施形態と同様に、ＣＰＵ１２１は、第２相関評価値および第３相関評価値に基づいて補正値を算出し、第１相関評価値との差が小さい値（補正値）を算出する。図１４（ａ）において、エッジ部の傾きの方向により、第２相関評価値は、第３相関評価値に対して、第１相関評価値との図中の横軸方向の差が小さい。すなわち、第２相関評価値は、第３相関評価値よりも第１相関評価値に近い。このためＣＰＵ１２１は、第２相関評価値の重み付けが第３相関評価値の重み付けよりも大きくなるように重み付け係数を算出する。
まず、図１３のステップＳ２００２に分類される場合（ステップＳ１００７、Ｓ１００８の両方で「ＹＥＳ」の場合）、図１４（ａ）の横軸上で１．５画素から２．５画素まで、および、５．５画素から６．５画素までの区間である。これらの区間において、第２相関評価値は、第１相関評価値と等しい。このため、重み付け係数Ｗｇｔ１は１に設定すればよい。
次に、図１３のステップＳ２００３に分類される場合（ステップＳ１００７で「ＹＥＳ」、ステップＳ１００８で「ＮＯ」の場合）、図１４（ａ）の横軸上で２．５画素から３．５画素まで、および、６．５画素から７．５画素までの区間である。これらの区間には、第３相関評価値と第１相関評価値とが同一の値となる区間が含まれている。このため、第３相関評価値の重み付けを、第２相関評価値の重み付けよりも大きくすることが好ましい。重み付け係数Ｗｇｔ２は、例えば０．４程度に設定される。
次に、図１３のステップＳ２００４に分類される場合（ステップＳ１００７で「ＮＯ」の場合）、図１４（ａ）の横軸上で０画素から１．５画素まで、３．５画素から５．５画素まで、および、７．５画素から８画素までの区間である。これらの区間において、第２相関評価値は、第３相関評価値よりも第１相関評価値に近い。このため、第２相関評価値の重み付けを第３相関評価値の重み付けよりも大きくすることが好ましい。重み付け係数Ｗｇｔ３は、例えば０．８５程度に設定される。
以上のような考え方により、重み付け係数を設定する。図１４（ｂ）は、前述の重み付け係数により補正値を算出した結果である。図１４（ｂ）において、理想的な補正値（第１相関評価値）を破線で示し、重み付け係数を用いて算出された補正値を実線で示している。このように、検出された角度（エッジ角度）に応じて、重み付け係数を算出し、重み付け係数を用いた補正値算出を行うことにより、より高精度に焦点検出誤差を補正することができる。
各実施形態において、算出手段（評価値算出手段１２１ａ）は、焦点検出画素群（焦点検出画素ＳＡ、ＳＢ）の第１像信号（第１信号、第２信号）に基づいて第１相関評価値を算出する。また算出手段は、撮像画素群のうちの第１撮像画素群（画素Ｇａ、Ｇｃ）の第２像信号（第３信号、第５信号）に基づいて第２相関評価値を算出する。また算出手段は、撮像画素群のうちの第２撮像画素群（画素Ｇｂ、Ｇｄ）の第３像信号（第４信号、第６信号）に基づいて第３相関評価値を算出する。焦点検出手段１２１ｂは、第１相関評価値、第２相関評価値、および、第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出する。
好ましくは、焦点検出手段は、第２相関評価値および第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて第１相関評価値を補正し、補正後の第１相関評価値に基づいて焦点状態を検出する。また好ましくは、焦点検出手段は、第２相関評価値および第３相関評価値に応じて第２相関評価値および第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更する。そして焦点検出手段は、重み付け係数が適用された第２相関評価値および第３相関評価値の和を補正値として設定する。より好ましくは、焦点検出手段は、第２相関評価値および第３相関評価値の符号に基づいて重み付け係数を設定する。また好ましくは、焦点検出手段は、第２相関評価値および第３相関評価値の大きさに基づいて重み付け係数を設定する。
好ましくは、焦点検出画素群は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第１画素群（焦点検出画素ＳＡ）および第２画素群（焦点検出画素ＳＢ）を含む。第１撮像画素群は、第１画素群の近傍に配置された第３画素群（画素Ｇａ）、および、第２画素群の近傍に配置された第５画素群（画素Ｇｃ）を含む。第２撮像画素群は、第１画素群の近傍に配置された第４画素群（画素Ｇｂ）、および、第２画素群の近傍に配置された第６画素群（画素Ｇｄ）を含む。より好ましくは、第３画素群および第４画素群は、第１画素群の隣接画素群である。また第５画素群および第６画素群は、第２画素群の隣接画素群である。また好ましくは、算出手段は、第１画素群および第２画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出する。また算出手段は、第３画素群および第５画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出する。また算出手段は、第４画素群および第６画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出する。
好ましくは、第１画素群、第２画素群、第３画素群、第４画素群、第５画素群、および、第６画素群のそれぞれを構成する複数の画素は、互いに等しい間隔で配置されている。より好ましくは、第３画素群および第４画素群は、第１画素群および第２画素群による瞳分割方向（水平方向）に沿って第１画素群の両側に配置されている。また、第５画素群および第６画素群は、瞳分割方向に沿って第２画素群の両側に配置されている。または、好ましくは、第３画素群および第４画素群は、第１画素群に対して瞳分割方向と異なる方向（斜め方向）に配置されている。また、第５画素群および第６画素群は、第２画素群に対して瞳分割方向と異なる方向に配置されている。
好ましくは、撮像装置１００は、被写体像のコントラスト差に基づく情報を検出する検出手段を更に有する。焦点検出手段は、その情報に基づいて焦点状態を検出する。より好ましくは、検出手段は、その情報として、被写体像のコントラスト差を有する境界部の角度を検出する。
［その他の実施形態］
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。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶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（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
各実施形態によれば、焦点検出画素および撮像画素を含む撮像素子を備えた撮像装置において、焦点検出性能の維持と画質劣化防止とを両立させることができる。このため各実施形態によれば、焦点検出画素を含む撮像素子を用いて高精度な焦点検出が可能な撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
１００ 撮像装置
１０７ 撮像素子
１２１ａ 評価値算出手段
１２１ｂ 焦点検出手段

Claims (15)

  1. 焦点検出画素群および撮像画素群を有し、被写体像を光電変換する撮像素子と、
    前記焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出し、前記撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出し、該撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出する算出手段と、
    前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有し、
    前記焦点検出手段は、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、
    補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、
    前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記焦点検出手段は、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の符号に基づいて前記重み付け係数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. 前記焦点検出手段は、前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の大きさに基づいて前記重み付け係数を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
  4. 前記焦点検出画素群は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第１画素群および第２画素群を含み、
    前記第１撮像画素群は、前記第１画素群の近傍に配置された第３画素群、および、前記第２画素群の近傍に配置された第５画素群を含み、
    前記第２撮像画素群は、前記第１画素群の近傍に配置された第４画素群、および、前記第２画素群の近傍に配置された第６画素群を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  5. 前記算出手段は、
    前記第１画素群および前記第２画素群の前記第１像信号に基づいて前記第１相関評価値を算出し、
    前記第３画素群および前記第５画素群の前記第２像信号に基づいて前記第２相関評価値を算出し、
    前記第４画素群および前記第６画素群の前記第３像信号に基づいて前記第３相関評価値を算出する、ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
  6. 前記第１画素群、前記第２画素群、前記第３画素群、前記第４画素群、前記第５画素群、および、前記第６画素群のそれぞれを構成する複数の画素は、互いに等しい間隔で配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
  7. 前記第３画素群および前記第４画素群は、前記第１画素群および前記第２画素群による瞳分割方向に沿って前記第１画素群の両側に配置されており、
    前記第５画素群および前記第６画素群は、前記瞳分割方向に沿って前記第２画素群の両側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
  8. 前記第３画素群および前記第４画素群は、前記第１画素群に対して、前記第１画素群および前記第２画素群の瞳分割方向とは異なる方向に配置されており、
    前記第５画素群および前記第６画素群は、前記第２画素群に対して、前記瞳分割方向とは異なる前記方向に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
  9. 前記第３画素群および前記第４画素群は、前記第１画素群の隣接画素群であり、
    前記第５画素群および前記第６画素群は、前記第２画素群の隣接画素群であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
  10. 前記被写体像のコントラスト差に基づく情報を検出する検出手段を更に有し、
    前記焦点検出手段は、前記情報に基づいて前記焦点状態を検出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. 前記検出手段は、前記情報として、前記被写体像の前記コントラスト差を有する境界部の角度を検出することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
  12. 焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出し、撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出し、該撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出する算出手段と、
    前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有し、
    前記焦点検出手段は、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、
    補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、
    前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定することを特徴する制御装置。
  13. 焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出するステップと、
    撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出するステップと、
    前記撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出するステップと、
    前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出するステップと、を有し、
    前記焦点状態を検出するステップは、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、
    補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、
    前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定することを特徴する制御方法。
  14. 焦点検出画素群の第１像信号に基づいて第１相関評価値を算出するステップと、
    撮像画素群のうちの第１撮像画素群の第２像信号に基づいて第２相関評価値を算出するステップと、
    前記撮像画素群のうちの第２撮像画素群の第３像信号に基づいて第３相関評価値を算出するステップと、
    前記第１相関評価値、前記第２相関評価値、および、前記第３相関評価値に基づいて焦点状態を検出するステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記焦点状態を検出するステップは、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて設定される補正値を用いて前記第１相関評価値を補正し、
    補正後の前記第１相関評価値に基づいて前記焦点状態を検出し、
    前記第２相関評価値および前記第３相関評価値に応じて該第２相関評価値および該第３相関評価値のそれぞれに適用する重み付け係数を変更し、
    前記重み付け係数が適用された前記第２相関評価値および前記第３相関評価値の和を前記補正値として設定するように構成されていることを特徴するプログラム。
  15. 請求項１４に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
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