JP6849325B2 - 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、自動焦点検出を行う撮像装置に関する。

従来、撮像装置の焦点検出方法として、焦点検出素子を用いた位相差検出方式や、撮像素子の画像のコントラスト成分を用いたコントラスト検出方式などの様々な方法が提案されている。また、撮像素子中の画素が撮像レンズの異なる瞳面の光を受光する構成を採用することにより、撮像と同時に位相差検出方式の焦点検出を行う技術が知られている。

特許文献１には、１つの画素における１つのマイクロレンズで集光される光束を、分割されたフォトダイオード（ＰＤ）で光電変換することにより、各々のＰＤが撮像レンズの異なる瞳面の光を受光する構成が開示されている。このような構成において、２つのＰＤの出力を比較することにより、焦点検出を行うことができる。

特許文献２には、撮像された互いに異なる均一な輝度を有する２つの画像をメモリに保存し、補正値算出の際に２つの画像を読み出して、ゲイン補正値およびオフセット補正値を算出する撮像装置が開示されている。このようなゲイン補正値およびオフセット補正値を用いることにより、画素ごとの固定パターンノイズを取り除くことができる。

特開２００１−０８３４０７号公報 特開２０１１−４４８１３号公報

しかしながら、特許文献１には、画素ごとの固定パターンノイズを考慮した焦点検出について開示されていない。焦点検出の際の相関演算結果は、画素ごとの固定パターンノイズが同相ノイズであることに起因してばらつくため、高精度な焦点検出を行うことができない。特許文献２には、撮像素子全面に関する補正値を記録するため、撮像素子全面分のメモリ容量が必要である。また、撮像素子全面に対して補正を行うため、処理に時間がかかる。

そこで本発明は、高速かつ高精度な焦点検出が可能な制御装置、撮像装置、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制御装置は、撮像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光電変換部および第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得する取得手段と、前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を取得し、前記補正値を用いて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正し、補正された前記相関値に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、を有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像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光電変換部および第２光電変換部を有する撮像素子と、前記制御装置とを有する。

本発明の他の側面としての制御方法は、撮像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光電変換部および第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得するステップと、
前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を取得し、前記補正値を用いて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正し、補正された前記相関値に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、を有する。

本発明の他の側面としてのプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。

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、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、高速かつ高精度な焦点検出が可能な制御装置、撮像装置、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。

各実施例における撮像装置のブロック図である。 各実施例における撮像素子の画素配列図および読み出し回路の構成図である。 各実施例における位相差検出方式の焦点検出の説明図である。 各実施例における位相差検出方式の焦点検出の説明図である。 各実施例における相関演算の説明図である。 各実施例における焦点調節のフローチャートである。 Ａ像とＢ像のノイズの説明図である。 ノイズを含むＡ像とＢ像とから算出される相関値の説明図である。 実施例１における相関値補正のフローチャートである。 実施例１における相関値補正の説明図である。 実施例２における相関値補正のフローチャートである。 実施例３における相関値補正のフローチャートである。 実施例３における相関値補正の説明図である。 実施例３における相関値補正の説明図である。 実施例３におけるノイズおよび相関値の説明図である。 実施例４における相関値補正のフローチャートである。 実施例４における相関値補正の説明図である。 実施例４における焦点検出領域の設定長さの説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（撮像装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施例における撮像装置１０（レンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラ）のブロック図である。撮像装置１０は、レンズユニット１００（交換レンズ）とカメラ本体１２０とを有するカメラシステムである。レンズユニット１００は、図２中の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と着脱可能に取り付けられる。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、レンズユニット（撮像光学系）とカメラ本体とが一体的に構成された撮像装置（デジタルカメラ）にも適用可能である。また本実施例は、デジタルカメラに限定されるものではなく、ビデオカメラなど他の撮像装置にも適用可能である。

レンズユニット１００は、光学系としての第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、および、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１０４と、駆動／制御系とを有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含み、被写体像を形成する撮影レンズ（撮像光学系）である。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行い、また静止画撮影時においては露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向ＯＡに移動可能であり、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡに移動可能であり、その位置に応じてレンズユニット１００が合焦する被写体距離（合焦距離）が変化する。フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置を制御することにより、レンズユニット１００の合焦距離を調節する焦点調節（フォーカス制御）が可能である。

駆動／制御系は、ズームアクチュエータ１１１、絞りアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、及び、レンズメモリ１１８を有する。ズーム駆動回路１１４は、ズームアクチュエータ１１１を用いて第１レンズ群１０１や第３レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット１００の光学系の画角を制御する（ズーム操作を行う）。絞り駆動回路１１５は、絞りアクチュエータ１１２を用いて絞り１０２を駆動し、絞り１０２の開口径や開閉動作を制御する。フォーカス駆動回路１１６は、フォーカスアクチュエータ１１３を用いてフォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット１００の光学系の合焦距離を制御する（フォーカス制御を行う）。また、フォーカス駆動回路１１６は、フォーカスアクチュエータ１１３を用いてフォーカスレンズ１０４の現在位置（レンズ位置）を検出する位置検出部としての機能を有する。

レンズＭＰＵ（プロセッサ）１１７は、レンズユニット１００に係る全ての演算、制御を行い、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、および、フォーカス駆動回路１１６を制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、マウントＭを通じてカメラＭＰＵ１２５と接続され、コマンドやデータを通信する。例えば、レンズＭＰＵ１１７はフォーカスレンズ１０４の位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。このレンズ位置情報は、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置、光学系が移動していない状態の射出瞳の光軸方向ＯＡにおける位置および直径、および、射出瞳の光束を制限するレンズ枠の光軸方向ＯＡにおける位置および直径などの情報を含む。またレンズＭＰＵ１１７は、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、および、フォーカス駆動回路１１６を制御する。レンズメモリ１１８は、自動焦点調節（ＡＦ制御）に必要な光学情報を記憶している。カメラＭＰＵ１２５は、例えば内蔵の不揮発性メモリやレンズメモリ１１８に記憶されているプログラムを実行することにより、レンズユニット１００の動作を制御する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２、および、駆動／制御系を有する。光学的ローパスフィルタ１２１および撮像素子１２２は、レンズユニット１００を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換し、画像データを出力する撮像部（撮像手段）として機能する。本実施例において、撮像素子１２２は、撮影光学系を介して形成された被写体像を光電変換し、画像データとして、撮像信号および焦点検出信号をそれぞれ出力する。また本実施例において、第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ１０４、および、光学的ローパスフィルタ１２１は、撮像光学系を構成する。

光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子１２２は、ＣＭＯＳイメージセンサおよびその周辺回路で構成され、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素（ｍ、ｎは２以上の整数）が配置されている。本実施例の撮像素子１２２は、瞳分割機能を有し、画像データ（画像信号）を用いた位相差検出方式の焦点検出（位相差ＡＦ）が可能な瞳分割画素を有する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２から出力される画像データに基づいて、位相差ＡＦ用のデータと、表示、記録、およびコントラストＡＦ（ＴＶＡＦ）用の画像データとを生成する。

駆動／制御系は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群（操作ＳＷ）１２７、メモリ１２８、位相差ＡＦ部１２９（撮像面位相差焦点検出部）およびＴＶＡＦ部１３０（ＴＶＡＦ焦点検出部）を有する。撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、撮像素子１２２から出力された画像信号（画像データ）をＡ／Ｄ変換し、カメラＭＰＵ１２５に送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２から出力された画像信号に対して、γ変換、ホワイトバランス調整処理、色補間処理、圧縮符号化処理など、デジタルカメラで行われる一般的な画像処理を行う。また画像処理回路１２４は、位相差ＡＦ用の信号を生成する。

カメラＭＰＵ１２５（プロセッサ、制御装置）は、カメラ本体１２０に係る全ての演算および制御を行う。すなわちカメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、位相差ＡＦ部１２９、および、ＴＶＡＦ部１３０を制御する。カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７とコマンドやデータを通信する。カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７に対して、レンズ位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行し、また、レンズＭＰＵ１１７からレンズユニット１００に固有の光学情報の取得要求などを発行する。

カメラＭＰＵ１２５には、カメラ本体１２０の動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ（カメラメモリ）、および、各種のパラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。またカメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納されているプログラムに基づいて、焦点検出処理を実行する。焦点検出処理においては、撮像光学系の互いに異なる瞳領域（瞳部分領域）を通過した光束により形成される光学像を光電変換した対の像信号を用いて、公知の相関演算処理が実行される。

表示器１２６はＬＣＤなどから構成され、撮像装置１０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。操作スイッチ群１２７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、撮影モード選択スイッチなどで構成される。メモリ１２８（記録手段）は、着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。

位相差ＡＦ部１２９は、撮像素子１２２および画像処理回路１２４から得られる焦点検出用画像データの像信号に基づいて、位相差検出方式による焦点検出処理を行う。より具体的には、画像処理回路１２４は、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束で形成される一対の像データを焦点検出用データとして生成し、位相差ＡＦ部１２９は、一対の像データのずれ量に基づいて焦点ずれ量を検出する。このように、本実施例の位相差ＡＦ部１２９は、専用のＡＦセンサを用いず、撮像素子１２２の出力に基づく位相差ＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）を行う。本実施例において、位相差ＡＦ部１２９は、取得手段１２９ａおよび算出手段１２９ｂを有する。これらの各手段の動作については後述する。なお、位相差ＡＦ部１２９の少なくとも一部の手段（取得手段１２９ａまたは算出手段１２９ｂの一部）を、カメラＭＰＵ１２５に設けてもよい。なお、位相差ＡＦ部１２９の動作の詳細については後述する。

ＴＶＡＦ部１３０は、画像処理回路１２４により生成されるＴＶＡＦ用評価値（画像データのコントラスト情報）に基づいて、コントラスト検出方式の焦点検出処理を行う。コントラスト検出方式の焦点検出処理の際には、フォーカスレンズ１０４を移動して評価値（焦点評価値）がピークとなるフォーカスレンズ位置が合焦位置として検出される。

このように、本実施例の撮像装置１０は、撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦとを組み合わせて実行可能であり、状況に応じて、これらを選択的に使用し、または、組み合わせて使用することができる。位相差ＡＦ部１２９およびＴＶＡＦ部１３０は、各々の焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ１０４の位置を制御するフォーカス制御手段として機能する。

このように、本実施例の撮像装置１０は、撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦとを組み合わせて実行可能であり、状況に応じて、これらを選択的に使用し、または、組み合わせて使用することができる。位相差ＡＦ部１２９およびＴＶＡＦ部１３０は、各々の焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ１０４の位置を制御するフォーカス制御手段として機能する。

次に、図２（ａ）、（ｂ）を参照して、位相差ＡＦ部１２９の動作について説明する。図２（ａ）は、本実施例における撮像素子１２２の画素配列図であり、２次元ＣＭＯＳエリアセンサの縦（Ｙ方向）６行および横（Ｘ方向）８列の範囲を、レンズユニット１００側から観察した状態を示している。撮像素子１２２には、ベイヤー配列のカラーフィルタが設けられている。奇数行の画素には、左から順に緑（Ｇ）と赤（Ｒ）のカラーフィルタが交互に配置され、偶数行の画素には、左から順に青（Ｂ）と緑（Ｇ）のカラーフィルタが交互に配置されている。画素２１１において、円２１１ｉはオンチップマイクロレンズであり、オンチップマイクロレンズ２１１ｉの内側に配置された複数の矩形は、光電変換部２１１ａ、２１１ｂ（第１光電変換部、第２光電変換部）である。

本実施例の撮像素子１２２において、全ての画素２１１は、光電変換部２１１ａ、２１１ｂとしてＸ方向に２分割されている。そして、分割された一方の光電変換部（光電変換部２１１ａ、２１１ｂの一方）の光電変換信号、および、２つの光電変換信号の和は、独立して読み出し可能である。カメラＭＰＵ１２５は、２つの光電変換信号の和から、分割された一方の光電変換部（例えば、光電変換部２１１ａ）の光電変換信号を減じる。これにより、他方の光電変換部（例えば、光電変換部２１１ｂ）で得られる光電変換信号に相当する信号を得ることができる。上記一連の動作を行い、第１光電変換部の信号と第２光電変換部の信号とを取得する信号取得手段は、光電変換部およびカメラＭＰＵ１２５により構成される。分割された光電変換部の光電変換信号は、位相差ＡＦ用のデータとして用いられ、また、３Ｄ（３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）画像を構成するための視差画像の生成に用いることができる。また、２つの光電変換信号の和は、通常の撮影画像データとして用いることが可能である。

ここで、位相差ＡＦを行う場合の画素信号について説明する。後述のように、本実施例では、図２のマイクロレンズ２１１ｉと、分割された光電変換部２１１ａ、２１１ｂとにより、撮像光学系の射出光束を瞳分割する。光電変換部２１１ａ、２１１ｂは、本実施例の瞳分割画素を構成する。そして、同一画素行に配置された所定範囲内の複数の画素２１１において、光電変換部２１１ａの出力をつなぎ合わせて編成したものをＡＦ用Ａ像とする。同様に、光電変換部２１１ｂの出力をつなぎ合わせて編成したものをＡＦ用Ｂ像とする。光電変換部２１１ａ、２１１ｂの出力としては、カラーフィルタの単位配列に含まれる（ベイヤー配列の）緑、赤、青、緑の出力を加算して算出された疑似的な輝度（Ｙ）信号が用いられる。ただし、赤、青、緑の色ごとに、ＡＦ用Ａ像、Ｂ像を編成してもよい。このように生成したＡＦ用Ａ像とＢ像の相対的な像ずれ量を相関演算により検出することにより、所定領域の焦点ずれ量、すなわちデフォーカス量を検出（算出）することができる。

本実施例では、ＡＦ用Ａ像またはＢ像の一方は、撮像素子１２２から出力されないが、前述のように、Ａ像出力とＢ像出力の和は出力されるため、その出力と一方の出力の差分から、他方の信号を得て焦点検出を行うことができる。なお、本実施例の撮像素子１２２は、例えば特開２００４−１３４８６７号公報に開示された技術を用いて製造することができるため、詳細な構造に関する説明は省略する。

本実施例では、一方の光電変換部の出力、および、全ての光電変換部の出力の和を撮像素子１２２から読み出す。例えば、光電変換部２１１ａの出力と、光電変換部２１１ａ、２１１ｂの出力の和とが読み出される場合、光電変換部２１１ｂの出力は、光電変換部２１１ａ、２１１ｂの出力の和から光電変換部２１１ａの出力を減じることで取得される。これにより、ＡＦ用Ａ像とＢ像との両方を得ることができ、位相差ＡＦが実現可能となる。なお、本実施例の撮像素子１２２の基本構造は、例えば特開２００４−１３４８６７号公報に開示されているため、その詳細な説明は省略する。

図２（ｂ）は、本実施例における撮像素子１２２の読み出し回路の構成図である。図２（ｂ）において、１５１は水平走査回路、１５３は垂直走査回路である。各画素の境界部には、水平走査ライン１５２ａ、１５２ｂ、および、垂直走査ライン１５４ａ、１５４ｂが配線されており、各光電変換部２１１ａ、２１１ｂからの信号は、これらの走査ラインを介して外部に読み出される。

本実施例の撮像素子１２２は、前述の画素内の読み出し方法に加えて、以下の２種類の読み出しモード（第１の読み出しモード、第２の読み出しモード）を有する。第１の読み出しモードは、全画素読み出しモードと称するものであり、高精細静止画を撮像するためのモードである。第１の読み出しモードでは、全画素の信号が読み出される。一方、第２の読み出しモードは、間引き読み出しモードと称するものであり、動画記録またはプレビュー画像の表示のみを行うためのモードである。第２の読み出しモードでは、必要な画素数は全画素数よりも少ないため、全画素のうちＸ方向及びＹ方向ともに所定比率に間引いた画素のみが読み出される。また、高速に読み出す必要がある場合にも、同様に間引き読み出しモードが用いられる。Ｘ方向に間引く際には、信号の加算を行ってＳ／Ｎの改善を図る。また、Ｙ方向に間引く際には、間引かれる行の信号出力を無視する。通常、第２の読み出しモードで位相差ＡＦまたはＴＶＡＦが行われる。

（焦点調節）
次に、図３および図４を参照して、位相差検出方式の焦点検出について説明する。図３および図４は、位相差検出方式の焦点検出の説明図である。

まず、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、撮像素子１２２におけるピントと位相差との関係について説明する。図３（ａ）は、ピント（焦点位置）が合っている場合（合焦状態）におけるレンズユニット１００、被写体３００、光軸３０１、および、撮像素子１２２の位置関係と、光束とを示している。図３（ｂ）は、ピントが合っていない場合（非合焦状態）における位置関係と光束とを示している。図３（ａ）、（ｂ）の撮像素子１２２は、図２（ａ）に示される撮像素子１２２を断面方向から見た状態である。

撮像素子１２２の各画素には、１つのマイクロレンズ２１１ｉが設けられている。前述のように、フォトダイオード２１１ａ、２１１ｂは、同一のマイクロレンズ２１１ｉを通過した光束を受光するように構成されている。フォトダイオード２１１ａ、２１１ｂには、後述する構成により、位相差を有する互いに異なる像が入射される。本実施例では、フォトダイオード２１１ａを第１光電変換部、フォトダイオード２１１ｂを第２光電変換部という。図３（ａ）、（ｂ）において、第１光電変換部をＡ、第２光電変換部をＢと表記している。

このように撮像素子１２２は、１つのマイクロレンズ２１１ｉに対して第１光電変換部および第２光電変換部を有し、マイクロレンズ２１１ｉが２次元状に配列されている。なお本実施例では、１つのマイクロレンズ２１１ｉに対して２つのフォトダイオード２１１ａ、２１１ｂが配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、１つのマイクロレンズに対して、４つのフォトダイオード（上下方向および左右方向のそれぞれに２つのフォトダイオード）を配置してもよい。すなわち、複数のフォトダイオードが、１つのマイクロレンズ２１１ｉに対して、上下方向または左右方向の少なくとも一方に複数配置される構成であればよい。

レンズユニット１００は、図１に示されるように、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３、および、フォーカスレンズ１０４を合わせて１つのレンズと考えた場合の等価的な撮像レンズである。被写体３００から発せられた光は、光軸３０１を中心として、レンズユニット１００の各領域を通過し、撮像素子１２２に結像する。なお、ここでは射出瞳の位置と撮像レンズの中心位置は同一としている。

このような構成によれば、撮像光学系を第１光電変換部から見た場合と第２光電変換部から見た場合とで、撮像光学系の瞳が対称に分割されたことと等価となる。換言すると、撮像光学系からの光束が２つの光束に分割された、いわゆる瞳分割の構成となっている。それぞれの分割光束が第１光電変換部および第２光電変換部に入射する。このように、第１光電変換部および第２光電変換部のそれぞれは、撮像光学系の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光して光電変換するため、焦点検出画素として機能する。また、第１光電変換部および第２光電変換部は、互いの信号を加算（合算または合成）することにより、撮像画素としても機能する。

被写体３００上の特定点からの光束は、第１光電変換部に対応する分割瞳を通過して第１光電変換部に入射する光束ΦＬａと、第２光電変換部に対応する分割瞳を通過して第２光電変換部に入射する光束ΦＬｂとに分割される。これら２つの光束は、被写体３００上の同一点から入射しているため、撮像光学系のピントが合った状態（合焦状態）では、図３（ａ）に示されるように、同一のマイクロレンズを通過して撮像素子１２２上の１点に到達する。したがって、第１光電変換部および第２光電変換部のそれぞれから得られる像信号は、互いに一致する。

一方、図３（ｂ）に示されるように、光軸方向にＹだけピントがずれている状態（非合焦状態）では、光束ΦＬａ、ΦＬｂのマイクロレンズへの入射角の変化分だけ光束ΦＬａ、ΦＬｂの到達位置は、光軸３０１と垂直方向に互いにずれる。したがって、第１光電変換部および第２光電変換部のそれぞれから得られる像信号には、位相差が生じる。第１光電変換部および第２光電変換部のそれぞれは、位相差を有する２つの被写体像（Ａ像およびＢ像）を光電変換して第１光電変換部の信号（第１信号）および第２光電変換部の信号（第２信号）を生成する。これらの信号は、撮像素子１２２の外部へ出力され、焦点検出に用いられる。

撮像素子１２２は、前述のように、第１光電変換部の信号（第１信号、焦点検出信号）を独立して読み出す第１の読み出しと、第１光電変換部と第２光電変換部との信号を加算（合算または合成）した信号（撮像信号）を読み出す第２の読み出しとを行う。以降、撮像素子１２２から出力される、第１光電変換部の信号をＡ像、第２光電変換部の信号をＢ像、第１光電変換部と第２光電変換部の信号を加算した信号をＡＢ像とする。

なお本実施例では、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部が配置され、瞳分割された光束が各光電変換部に入射される構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば焦点検出画素の構成は、マイクロレンズ下に１つのＰＤを有し、遮光層により左右または上下を遮光することで瞳分割を行う構成でもよい。また、複数の撮像画素の配列の中に一対の焦点検出画素を離散的に配置し、その一対の焦点検出画素からＡ像信号およびＢ像信号を取得する構成でもよい。

位相差ＡＦ部１２９は、入力されたＡ像とＢ像とを用いて焦点検出を行う。図４（ａ）は、ピントが合っている図３（ａ）の状態（合焦状態）におけるＡ像とＢ像の強度分布を示すグラフである。図４（ａ）において、横軸は画素位置、縦軸は出力信号の強度を表す。ピントが合っている場合、Ａ像とＢ像とは互いに一致する。図４（ｂ）は、ピントが合っていない図３（ｂ）の状態（非合焦状態）におけるＡ像とＢ像の強度分布を示すグラフである。この場合、Ａ像とＢ像は前述した理由により位相差を有し、強度のピーク位置がずれ量Ｘだけ互いにずれている。位相差ＡＦ部１２９は、フレームごとにずれ量Ｘを算出し、算出したずれ量Ｘを用いて所定の演算処理を行うことにより、ピントのずれ量、すなわち図３（ｂ）におけるＹ値を算出する。位相差ＡＦ部１２９は、算出したＹ値をフォーカス駆動回路１１６に転送する。

フォーカス駆動回路１１６は、位相差ＡＦ部１２９から取得したＹ値に基づいて、フォーカスレンズ１０４の移動量を算出し、フォーカスアクチュエータ１１３に駆動信号を出力する。フォーカスレンズ１０４は、フォーカスアクチュエータ１１３の駆動によりピントが合う位置（合焦位置）まで移動し、ピントが合った状態（合焦状態）が実現される。

次に、図５を参照して、相関演算について説明する。図５は、相関演算の説明図である。図５（ａ）は、画素の水平方向の位置（水平画素位置）に対するＡ像およびＢ像のレベル（強度）を示す複数のグラフである。図５（ａ）には、Ａ像の位置がシフト量−Ｓ〜Ｓの範囲で移動（シフト移動）した場合の複数のグラフを示している。ここでは、Ａ像データを左にシフトする場合のシフト量をマイナス、Ａ像データを右にシフトする場合のシフト量をプラスとしている。各位置に対応するＡ像とＢ像との差の絶対値を算出し、各画素位置の絶対値（絶対値データ）を加算した値を１行分の相関値（相関量または相関データ）として算出する。各行で算出された相関値を、各シフト量で、複数行に渡って加算してもよい。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の例において、各シフト量に対して算出される相関値（相関データ）を示すグラフである。図５（ｂ）において、横軸はシフト量、縦軸は相関データをそれぞれ示す。図５（ａ）に示される例では、Ａ像とＢ像はシフト量＝Ｘで互いに重なるような焦点位置となっている。この場合、図５（ｂ）に示されるように、シフト量＝Ｘの場合に相関値（相関データ）が最小となる。なお、本実施例に適用可能な相関値の算出方法はこれに限定されるものではない。Ａ像とＢ像との相関を示す算出方法であれば、いずれの方法でも適用可能である。

次に、図６を参照して、本実施例における焦点調節（フォーカス制御）について説明する。図６は、本実施例における焦点調節のフローチャート（メインフロー）である。図６の各ステップは、カメラＭＰＵ１２５の指令に基づいて、主に、位相差ＡＦ部１２９、フォーカスアクチュエータ１１３、フォーカス駆動回路１１６、または、レンズＭＰＵ１１７により実行される。

まずステップＳ６０１において、位相差ＡＦ部１２９は、撮像素子１２２の有効画素領域の中から焦点調節を行う対象となる焦点検出領域を設定する。続いてステップＳ６０２において、カメラＭＰＵ１２５（位相差ＡＦ部１２９）は、撮像素子１２２から、第１光電変換部の信号（第１信号、Ａ像）と第２光電変換部（第２信号、Ｂ像）を取得する。続いてステップＳ６０３において、カメラＭＰＵ１２５（位相差ＡＦ部１２９）は、Ａ像とＢ像とのそれぞれに対してシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。位相差検出方式の焦点検出では、Ａ像とＢ像との相関（信号の一致度）に基づいて、ピント（焦点状態）を検出する。シェーディングが生じると、Ａ像とＢ像との相関が低下する場合がある。本実施例では、Ａ像とＢ像との相関を改善して焦点検出を良好に行うため、シェーディング補正処理を行うことが好ましい。

続いてステップＳ６０４において、カメラＭＰＵ１２５（位相差ＡＦ部１２９）は、Ａ像とＢ像とのそれぞれに対してフィルタ処理を行う。一般的に、位相差検出方式の焦点検出では、大デフォーカス状態での焦点検出を行うため、フィルタ処理の通過帯域は低周波帯域を含むように構成される。ただし、必要に応じて、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う際に、デフォーカス状態に応じて、焦点検出の際のフィルタ処理の通過帯域を高周波帯域側に調整してもよい。

続いてステップＳ６０５において、位相差ＡＦ部１２９は、フィルタ処理後のＡ像とＢ像とに対して、前述の相関演算を行い、信号の一致度を表す相関値（Ａ像とＢ像との相関演算結果）を算出する。続いてステップＳ６０６において、位相差ＡＦ部１２９（カメラＭＰＵ１２５）は、ステップＳ６０５にて算出された相関値（相関演算結果）を補正する（相関値補正）。なお、相関値補正の詳細については、図８を参照して後述する。

続いてステップＳ６０７において、位相差ＡＦ部１２９は、ステップＳ６０６にて補正された相関値（補正相関値）に基づいて、デフォーカス量を算出する。具体的には、位相差ＡＦ部１２９は、サブピクセル演算により、相関値（補正相関値）が最小値となるシフト量に基づいて像ずれ量Ｘを算出する。そして位相差ＡＦ部１２９は、像ずれ量Ｘに対して、焦点検出領域の像高と、絞り１０２のＦ値（絞り値）と、レンズユニット１００の射出瞳距離とに応じた変換係数を掛けて、デフォーカス量を算出する。続いてステップＳ６０８において、カメラＭＰＵ１２５、レンズＭＰＵ１１７、フォーカス駆動回路１１６、フォーカスアクチュエータ１１３は、ステップＳ６０７にて算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ１０４を駆動する（レンズ駆動）。以上で、焦点調節に関する本フローは終了する。

（相関値補正）
次に、図７（ａ）および図７（ｂ）を参照して、本実施例における相関値補正（相関量補正）の概念を説明する。図７（ａ）は、Ａ像とＢ像のノイズの説明図であり、Ａ像およびＢ像のそれぞれに含まれる画素ごとのノイズを示している。図７（ａ）において、横軸は画素位置、縦軸は出力信号の強度をそれぞれ示している。なお、Ａ像およびＢ像のそれぞれを分かりやすく示すため、便宜上、Ａ像とＢ像の基準位置を上下方向に互いにずらして表示している。図７（ａ）に示される複数のグラフは、第１光電変換部と第２光電変換部との受光量の和がＬ０〜Ｌｎ−１の範囲で変化した状態にそれぞれ対応している。ここでは、第１光電変換部と第２光電変換部との受光量の和を例にして説明するが、第１光電変換部または第２光電変換部の一方の受光量でもよい。なお、受光量の大きさは、Ｌ０＞Ｌｋ＞Ｌｎ−１の関係となっている。

図７（ａ）に示される画素ごとのノイズは、Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズであり、同一の画素に関して、Ａ像およびＢ像の出力信号強度は互いに同じである。Ａ像およびＢ像に共通で生じるノイズは、Ａ像およびＢ像でフォトダイオード、カラーフィルタ、コンデンサ、読み出し回路、および、アンプ回路などを共有していることに起因する。これらの感度、特性、容量、および、抵抗が画素ごとにばらつくことにより、出力信号強度は画素位置方向にばらつき、ノイズとなる。一方、これらの成分に関するノイズのＡ像およびＢ像の出力信号強度は互いに同じであるため、Ａ像とＢ像は同相のノイズとなる。前述した画素ごとのばらつきは、受光量に比例して変化するため、図７（ａ）に示されるように、受光量がＬ０〜Ｌｎ−１に減少するにつれてノイズの振幅が小さくなる。

図７（ｂ）に示される複数のグラフは、図７（ａ）のＡ像およびＢ像のそれぞれの受光量に対して算出される相関値を示している。図７（ｂ）において、横軸はシフト量、縦軸は相関値（相関データ）を表している。図７（ｂ）に示されるように、シフト量＝０の場合、他のシフト量と比較して相関値が小さく算出され、シフト量＝０で極小値が生じる。これは、Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズの出力強度が同じであるため、シフト量＝０との場合に像が一致することによる。また、受光量が大きいほどノイズの振幅が大きくなる。このため、光量が大きいほどシフト量＝０以外でのＡ像、Ｂ像の一致度は低くなる。したがって、光量が大きいほど、シフト量＝０で生じる極小値（他のシフト量での相関データとシフト量＝０での相関データとの差）は大きくなる。

このように、Ａ像およびＢ像に共通して生じる固定パターンノイズは、シフト量＝０でのＡ像とＢ像との一致度を高めてしまう。そこで本実施例では、相関演算結果（第１信号と第２信号とに基づいて算出された相関値）からＡ像およびＢ像に共通して生じる固定パターンノイズの相関値を減算する。これにより、Ａ像およびＢ像に共通して生じる固定パターンノイズの影響を除去または低減して相関値補正を行うことができる。

次に、図８および図９を参照して、本実施例における相関値補正（図６のステップＳ６０６）について説明する。図８は、本実施例における相関値補正のフローチャートである。図８の各ステップは、主にカメラＭＰＵ１２５および位相差ＡＦ部１２９により実行される。図９は本実施例における相関量補正の説明図であり、図９（ａ）〜（ｄ）はＡ像とＢ像とが互いにずれ量Ｘだけずれている場合の相関演算結果を示している。図９において、横軸はシフト量、縦軸は相関値（相関データ）をそれぞれ示している。

まず、図８のステップＳ８０１において、カメラＭＰＵ１２５は、図６のステップＳ６０５にて算出された相関値（相関演算結果）を取得する。取得した相関値は、図９（ａ）に示されるように、Ａ像とＢ像との間のずれ量Ｘによりシフト量＝Ｘの位置で、Ａ像とＢ像との一致度が高くなり極小値となる。また、それに加えて、前述のようにＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因して、シフト量＝０の位置でも極小値が生じている。これは、前述のように図５（ｂ）の状態と、Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因する受光量に応じた図７（ｂ）の状態が重畳された状態にあるためである。このように、Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズを含む場合、相関演算結果に複数の極小値（極小点）が生じ、高精度な焦点検出を行うことができない。

続いて、図８のステップＳ８０２において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８（記憶手段）に記憶されている第１補正値を取得する。第１補正値は、図９（ｂ）に示されるように、図７（ｂ）の受光量Ｌ０に対応する相関値（代表値）である。本実施例では、一例として受光量Ｌ０における補正値を第１補正値として記憶しているが、これに限定されるものではなく、他の受光量に対応する補正値を第１補正値として記憶してもよい。続いてステップＳ８０３において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に記憶されている第１受光量を取得する。第１受光量は、ステップＳ８０２にて取得された第１補正値に対応するＡ像およびＢ像の受光量の和であり、本実施例では受光量Ｌ０と対応する。なお、第１補正値は、カメラＭＰＵ１２５の外部に設けられたメモリ１２８ではなく、ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃなどのカメラＭＰＵ１２５の内部メモリに記憶してもよい。

続いてステップＳ８０４において、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２のＡ像およびＢ像の出力信号強度から第２受光量を取得する。本実施例では、カメラＭＰＵ１２５によりＡ像およびＢ像の出力信号強度から第２受光量を取得するが、ＡＥセンサなどの情報から第２受光量を取得してもよい。第２受光量は、図６のステップＳ６０５の相関演算に用いられるＡ像とＢ像の受光量の和である。本実施例では、第２受光量が受光量Ｌｋである場合を例として説明する。本実施例では、第１受光量および第２受光量ともに、Ａ像とＢ像の受光量の和であるが、これに限定されるものではない。第１受光量および第２受光量のそれぞれがＡ像の受光量、または、第１受光量および第２受光量のそれぞれがＢ像の受光量（すなわち、Ａ像またはＢ像のうち一方の受光量を第１受光量および第２受光量）としてもよい。これは、他の実施例でも同様である。

続いてステップＳ８０５において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ８０３にて取得した第１受光量と、ステップＳ８０４にて取得した第２受光量との比（α＝Ｌｋ／Ｌ０）を算出する。続いてステップＳ８０６において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ８０２にて取得した第１補正値と、ステップＳ８０５にて算出した第１受光量と第２受光量との比（α）との積（第１補正値×α）に基づいて、第２補正値を算出する。図９（ｃ）に示されるように、第２補正値は、図７（ｂ）の受光量Ｌｋにおける相関値を、受光量Ｌ０における補正値である第１補正値から換算した値である。このように、補正値の代表値と受光量の比とに基づいて、第１補正値（所定の補正値）を受光量（本実施例では、第１受光量と第２受光量との比）に基づいて換算して第２補正値（受光量に応じた補正値）を算出する。これにより、メモリ１２８の記憶容量の削減が可能である。

続いてステップＳ８０７において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ８０１にて取得した相関値（相関演算結果）から、ステップＳ８０６にて算出した第２補正値を減算する。図９（ａ）のように相関演算結果（相関値、相関データ）に複数の極小値が生じる場合でも、相関値から第２補正値を減算すると、図９（ｄ）のようにシフト量＝０でＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因する極小値がキャンセルされる。このように相関値から第２補正値を減算することにより、ノイズが補正された相関演算結果（補正相関値、補正相関データ）を得ることができる。

このように本実施例において、制御装置（カメラＭＰＵ１２５、位相差ＡＦ部１２９）は、取得手段１２９ａおよび算出手段１２９ｂを有する。取得手段１２９ａは、撮像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光電変換部および第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得する。算出手段１２９ｂは、第１信号と第２信号との相関値を算出し、相関値に基づいてデフォーカス量を算出する。また算出手段１２９ｂは、第１光電変換部または第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて相関値を補正する。なお、算出手段１２９ｂに代えてカメラＭＰＵ１２５が相関値を補正し、カメラＭＰＵ１２５が補正した相関値を位相差ＡＦ部１２９（算出手段１２９ｂ）に送信してもよい。

好ましくは、算出手段１２９ｂは、第１光電変換部または第２光電変換部の少なくとも一方の受光量（第２受光量）と所定の受光量（第１受光量）とに基づいて補正値（第２補正値）を算出し、算出した補正値を用いて相関値を補正する。より好ましくは、算出手段１２９ｂは、受光量と所定の受光量との比に基づいて補正値を算出する。より好ましくは、算出手段１２９ｂは、所定の受光量に対応する第１補正値と、受光量と所定の受光量との比αと、を用いて、第２補正値としての補正値を算出する。より好ましくは、第１補正値は、第１光電変換部と第２光電変換部とのノイズの相関値である。また好ましくは、第１光電変換部または第２光電変換部の少なくとも一方の所定の受光量と、所定の受光量に対応する第１補正値とを記憶する記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃ、メモリ１２８）を有する。また好ましくは、算出手段１２９ｂは、相関値から補正値を減算することにより、相関値を補正する。

本実施例によれば、被写体像から得られる相関値とは関係のない、Ａ像およびＢ像に共通に生じる固定パターンノイズに起因する相関値が相関演算結果に重畳されている場合でも、被写体像の相関値を算出して適切なピント位置（焦点状態）を検出することができる。その結果、画素ごとのノイズの影響を低減して高精度な焦点検出が可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例は、相関値補正の方法に関して実施例１とは異なる。本実施例における他の構成および動作は、実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。

図１０を参照して、本実施例における相関値補正（図６のステップＳ６０６）について説明する。図１０は、本実施例における相関値補正のフローチャートである。図１０の各ステップは、主にカメラＭＰＵ１２５および位相差ＡＦ部１２９により実行される。

まず、ステップＳ１００１において、カメラＭＰＵ１２５は、図６のステップＳ６０５にて算出された相関値（相関演算結果）を取得する。取得した相関値は、図９（ａ）に示されるように、Ａ像とＢ像との間のずれ量Ｘによりシフト量＝Ｘの位置で、Ａ像とＢ像との一致度が高くなり極小値となる。また、それに加えて、前述のようにＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因して、シフト量＝０の位置でも極小値が生じている。

続いて、図１０のステップＳ１００２において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８（記憶手段）に記憶されている第１補正値を取得する。第１補正値は、図７（ｂ）に示されるように、複数の受光量（Ｌ０〜Ｌｎ−１）のそれぞれに対応する複数の相関値である。このように本実施例は、複数の受光量のそれぞれに対応する複数の相関値が第１補正値として記憶されている点で、所定の補正値（代表値）のみが記憶されている実施例１とは異なる。

続いてステップＳ１００３において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に記憶されている第１受光量を取得する。第１受光量は、ステップＳ１００２にて取得された第１補正値（複数の相関値）のそれぞれに対応するＡ像およびＢ像の受光量の和である。続いてステップＳ１００４において、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２のＡ像およびＢ像の出力信号強度から第２受光量を取得する。

続いてステップＳ１００５において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１００３にて取得した第１受光量（複数の受光量）の中から、ステップＳ１００４にて取得した第２受光量に最も近い第１受光量（１つの受光量）を検索する。続いてステップＳ１００６において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１００２にて取得した第１補正値の中から、第２補正値を選択して取得する。すなわちカメラＭＰＵ１２５は、第１補正値の中から、ステップＳ１００５にて検索した第１受光量（すなわち、第２受光量に最も近い第１受光量）に対応する第１補正値（複数の第１補正値から選択された１つの第１補正値）を第２補正値として選択する。

続いてステップＳ１００７において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１００１にて取得した相関値（相関演算結果）から、ステップＳ１００６にて取得した第２補正値を減算する。図９（ａ）のように相関演算結果（相関値、相関データ）に複数の極小値が生じる場合でも、相関値から第２補正値を減算すると、図９（ｄ）のようにシフト量＝０でＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因する極小値がキャンセルされる。このように相関値から第２補正値を減算することにより、ノイズが補正された相関演算結果（補正相関値、補正相関データ）を得ることができる。

このように本実施例において、制御装置（撮像装置１０）は、複数の受光量と、複数の受光量のそれぞれに対応する複数の補正値とを記憶する記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃ、メモリ１２８）を有する。算出手段１２９ｂは、複数の受光量から、第１光電変換部または第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に最も近い１つの受光量を検索する。そして算出手段１２９ｂは、複数の補正値（第１補正値）から、１つの受光量に対応する補正値（第２補正値）を選択する。

本実施例によれば、被写体像から得られる相関値とは関係のないＡ像およびＢ像に共通に生じる固定パターンノイズに起因する相関値が相関演算結果に重畳されている場合でも、被写体像の相関値を算出して適切なピント位置（焦点状態）を検出することができる。その結果、画素ごとのノイズの影響を低減して高精度な焦点検出が可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、相関値補正の方法に関して実施例１とは異なる。本実施例における他の構成および動作は、実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。

次に、図１１、図１２、および、図１３を参照して、本実施例における相関値補正（図６のステップＳ６０６）について説明する。図１１は、本実施例における相関値補正のフローチャートである。図１１の各ステップは、主にカメラＭＰＵ１２５および位相差ＡＦ部１２９により実行される。図１２（ａ）〜（ｆ）は、本実施例における相関量補正の説明図であり、受光量が大きく、Ａ像とＢ像とが互いにずれ量Ｘだけずれている場合の相関値（相関データ）を示している。図１３（ａ）〜（ｆ）は、受光量が小さく、Ａ像とＢ像とのずれ量Ｘ＝０である場合の相関演算結果を示している。図１２および図１３において、横軸はシフト量、縦軸は相関値（相関データ）をそれぞれ示している。

まず、図１１のステップＳ１２０１において、カメラＭＰＵ１２５は、図６のステップＳ６０５にて算出された相関値（相関演算結果）を取得する。取得した相関値は、図１２（ａ）に示されるように、Ａ像とＢ像との間のずれ量Ｘによりシフト量＝Ｘの位置で、Ａ像とＢ像との一致度が高くなり極小値となる。また、それに加えて、前述のようにＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因して、シフト量＝０の位置でも極小値が生じている。一方、図１３（ａ）の場合、Ａ像とＢ像とのずれ量Ｘ＝０であるため、シフト量＝０付近のＡ像とＢ像の一致度が高くなり極小値となる。加えて、第１光電変換部と第２光電変換部との加算信号（合算信号、ＡＢ像）から第１光電変換部の信号（Ａ像）を減算して第２光電変換部の信号（Ｂ像）に相当する信号を求めたことに起因するノイズにより、シフト量＝０の位置に極大値が生じる。

ここで、図１４を参照して、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズに関して説明する。図１４は本実施例におけるノイズおよび相関値の説明図である。図１４（ａ）は、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズを示し、横軸は画素位置、縦軸は出力信号強度をそれぞれ示している。Ａ像とＢ像をそれぞれ示すため、便宜上、Ａ像とＢ像の基準位置を上下方向にずらして表示している。ＡＢ像とＡ像からＢ像を生成し相関演算を行う場合、Ａ像に重畳されるランダムノイズ量の符号が反転したランダムノイズ量がＢ像に重畳される。Ａ像が極大値となる位置でＢ像は極小値をとり、Ａ像とＢ像とは逆相のノイズとなる。このため、シフト量＝０でのＡ像とＢ像との一致度は低くなり、シフト量＝０の位置で極大値が生じる。図１４（ｂ）は、このときの相関値のグラフを示す。横軸はシフト量、縦軸は相関値（相関データ）をそれぞれ表している。図１４（ｂ）に示されるようにシフト量＝０の場合、他のシフト量と比較して相関量が大きく算出され、シフト量＝０の位置で極大値が生じる。

前述のように、Ａ像およびＢ像のそれぞれは、Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズと、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズの２種類のノイズを含む。Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズは受光量が大きいほど大きくなり、Ａ像とＢ像のシフト量＝０での一致度が高くなり極小値が大きくなる。一方、受光量が小さいほどシフト量＝０での一致度は低くなり、極小値が小さくなる。

それに対し、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズは、受光量に依存せず常に一定量存在し、常にシフト量＝０で一定の極大値を有する。このため、前述したノイズが共に存在する場合、受光量が大きいほど、Ａ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズが支配的でシフト量＝０で極小値となる。一方、受光量が小さい場合、Ｂ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズが支配的となり、シフト量＝０で極大値となる。

このため、受光量が大きい場合を示す図１２（ａ）では、シフト量＝０で極小値となり、受光量が小さい場合を示している図１３（ａ）では、シフト量＝０で極大値となる。図１２（ａ）に関しては、実施例１で説明したように、相関値（相関演算結果）に複数の極小点が生じ、高精度の焦点検出を行うことが難しい。図１３（ａ）に関しては、Ａ像とＢ像とのずれ量＝０によりシフト量＝０で極小値となるはずが、ノイズにより極大値が生じ、高精度の焦点検出を行うことが難しい。

続いて、図１１のステップＳ１２０２において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に記憶されている第１補正値を取得する。第１補正値は、例えば、図１２（ｂ）および図１３（ｂ）に示されるように、図７（ｂ）の受光量Ｌ０における相関値（代表値）である。続いてステップＳ１２０３において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に記憶されている第１受光量を取得する。続いてステップＳ１２０４において、カメラＭＰＵ１２５は、Ａ像およびＢ像の出力信号強度から第２受光量を取得する。続いてステップＳ１２０５において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１２０３にて取得した第１受光量と、ステップＳ１２０４にて取得した第２受光量との比（α＝Ｌｋ／Ｌ０）を算出する。

続いてステップＳ１２０６において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に記憶されている第３補正値を取得する。第３補正値は、図１２（ｃ）および図１３（ｃ）に示されるように、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズの相関値（図１４（ｂ））に相当する。本実施例は、第３補正値を取得して相関値を補正する点で、実施例１とは異なる。

続いてステップＳ１２０７において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１２０２にて取得した第１補正値と、ステップＳ１２０５にて算出した第１受光量と第２受光量の比αと、ステップＳ１２０６にて取得した第３補正値とに基づいて、第２補正値を算出する。より具体的には、第１補正値と比αとの積と、第２補正値との和（第１補正値×α＋第３補正値）により、第２補正値を算出する。図１２（ｄ）および図１３（ｄ）は、第１補正値と第１受光量と第２受光量との比（α）の積（第１補正値×α）を示している。図１２（ｅ）および図１３（ｅ）は、第１補正値×αである図１２（ｄ）および図１３（ｄ）と、第３補正値である図１２（ｃ）および図１３（ｃ）との和（第１補正値×α＋第３補正値）をそれぞれ示している。図１２（ｄ）および図１３（ｄ）に示されるように、光量が大きい場合の図１２（ｄ）では、極小値の大きさが、第３補正値である図１２（ｃ）よりも大きい。一方、光量が小さい場合の図１３（ｄ）では、極小値の大きさが、第３補正値である図１２（ｃ）よりも小さい。このため、第１補正値×αと第３補正値との和である図１２（ｅ）では、Ａ像とＢ像に共通で生じる固定パターンノイズが支配的となり極小値となる。その結果、図１３（ｅ）では、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズが支配的となり極大値となる。

続いてステップＳ１２０８において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１２０１にて取得した相関値（相関演算結果）から、ステップＳ１２０７にて算出した第２補正値を減算する。図１２（ａ）に示されるように相関演算結果に複数の極小値が生じる場合でも、第２補正値の減算を行うと、図１２（ｆ）に示されるように、シフト量＝０にあるＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因する極小値がキャンセルされる。また、図１３（ａ）のように相関値のシフト量＝０に極大値が生じる場合でも、第２補正値の減算を行うと、図１３（ｆ）のようにシフト量＝０にあるＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズによる極小値がキャンセルされる。このように、相関値から第２補正値を減算することにより、ノイズが補正された相関演算結果（補正相関値）を得ることができる。

このように本実施例において、位相差ＡＦ部１２９（算出手段１２９ｂ）は、第１補正値と、受光量（第２受光量）と所定の受光量（第１受光量）との比αと、第３補正値と、を用いて、第２補正値としての補正値を算出する。より好ましくは、位相差ＡＦ部１２９（取得手段１２９ａ）は、第１光電変換部から第１信号を取得し、第１光電変換部と第２光電変換部との合算信号から第１信号を減算して第２信号を取得する。第３補正値は、第２信号の取得に起因して生じるノイズの相関値に対応する。また好ましくは、撮像装置１０は、第１光電変換部または第２光電変換部の少なくとも一方の所定の受光量と、所定の受光量に対応する第１補正値と、第３補正値とを記憶する記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃ、メモリ１２８）を有する。

本実施例によれば、被写体像から得られる相関値とは関係のないＡ像およびＢ像に共通に生じる固定パターンノイズに起因する相関値が相関演算結果に重畳されている場合でも、被写体像の相関値を算出して適切なピント位置（焦点状態）を検出することができる。また本実施例によれば、ＡＢ像からＡ像を減算してＢ像に相当する信号を求めたことに起因するノイズによる相関値が相関演算結果に重畳されている場合でも、被写体像の相関値を算出して適切なピント位置（合焦位置）を検出することができる。その結果、画素ごとのノイズの影響を低減して高精度な焦点検出が可能となる。

次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例は、相関値補正の方法に関して実施例１とは異なる。本実施例における他の構成および動作は、実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。

図１５および図１６を参照して、本実施例における相関値補正（図６のステップＳ６０６）について説明する。図１５は、本実施例における相関値補正のフローチャートである。図１５の各ステップは、主にカメラＭＰＵ１２５および位相差ＡＦ部１２９により実行される。図１６は本実施例における相関量補正の説明図であり、図１６（ａ）〜（ｅ）はＡ像とＢ像とが互いにずれ量Ｘだけずれている場合の相関演算結果を示している。図１６において、横軸はシフト量、縦軸は相関値（相関データ）をそれぞれ示している。

まず、図１５のステップＳ１５０１において、カメラＭＰＵ１２５は、図６のステップＳ６０５にて算出された相関値（相関演算結果）を取得する。取得した相関値は、図１６（ａ）に示されるように、Ａ像とＢ像との間のずれ量Ｘによりシフト量＝Ｘの位置で、Ａ像とＢ像との一致度が高くなり極小値となる。また、それに加えて、前述のようにＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因して、シフト量＝０の位置でも極小値が生じている。

続いてステップＳ１５０２において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８（記憶手段）に記憶されている第１補正値を取得する。第１補正値は、例えば、図１６（ｂ）に示されるように、図７（ｂ）の受光量Ｌ０に対応する相関値（代表値）である。続いてステップＳ１５０３において、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に記憶されている第１受光量を取得する。第１受光量は、ステップＳ１５０２にて取得された第１補正値に対応するＡ像およびＢ像の受光量の和であり、本実施例では受光量Ｌ０と対応する。

続いてステップＳ１５０４において、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２のＡ像およびＢ像の出力信号強度から第２受光量を取得する。続いてステップＳ１５０５において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１５０３にて取得した第１受光量と、ステップＳ１５０４にて取得した第２受光量との比（α＝Ｌｋ／Ｌ０）を算出する。

続いてステップＳ１５０６において、カメラＭＰＵ１２５は、図６のＳ６０１にて設定した焦点検出領域の設定長さを取得する。焦点検出領域の設定長さはモードに応じて異なる。図１７は、焦点検出領域の設定長さの説明図である。一般的には、図１７に示されるように、通常モードの際には、長さ（Ｒ０）の焦点検出領域１７０１が設定される。一方、例えば顔検出モードの際には、顔の大きさに合わせて長さ（Ｒ１）の焦点検出領域１７０２が設定される。本実施例では、長さ（Ｒ１）の焦点検出領域１７０２が設定された場合を例にして説明する。このため、図１５のステップＳ１５０６では、図１７に示されるように焦点検出領域１７０２の長さ（Ｒ１）を取得する。

続いてステップＳ１５０７において、カメラＭＰＵ１２５は、第１焦点検出領域の設定長さを取得する。第１焦点検出領域の設定長さは、第１補正値に対応する焦点検出領域の設定長さである。本実施例において、通常モード時の設定長さでの相関値を第１補正値として記憶している場合を例にして説明する。このため、ステップＳ１５０７では、図１７の焦点検出領域１７０１の長さ（Ｒ０）を取得する。

続いてステップＳ１５０８おいて、ステップＳ１５０６にて取得した焦点検出領域の設定長さと、ステップＳ１５０７にて取得した第１焦点検出領域の設定長さとの比（β＝Ｒ１／Ｒ０）を算出する。

続いてステップＳ１５０９にて、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１５０２にて取得した第１補正値と、ステップＳ１５０５にて算出した受光量の比（α）と、ステップＳ１５０８にて算出した焦点検出領域の設定長さの比（β）とを用いて第２補正値を算出する。具体的には、カメラＭＰＵ１２５は、第１補正値と、第１受光量と第２受光量との比（α）と、焦点検出領域の設定長さと第１焦点検出領域の設定長さとの比（β）との積（第１補正値×α×β）に基づいて、第２補正値を算出する。図１６（ｃ）は、図７（ｂ）の受光量Ｌｋにおける相関値を、受光量Ｌ０における補正値である第１補正値から換算した相関値（第１補正値×α）である。図１６（ｄ）は、図１６（ｃ）の相関値を焦点検出領域の設定長さに応じて換算した値である（第１補正値×α×β）。

続いて、図１５のステップＳ１５１０において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１５０１にて取得した相関値（相関演算結果）から、ステップＳ１５０９にて算出した第２補正値を減算する。図１６（ａ）のように相関演算結果（相関値、相関データ）に複数の極小値が生じる場合でも、相関値から第２補正値を減算すると、図１６（ｅ）のようにシフト量＝０でＡ像およびＢ像に共通で生じる固定パターンノイズに起因する極小値がキャンセルされる。このように相関値から第２補正値を減算することにより、ノイズが補正された相関演算結果（補正相関値、補正相関データ）を得ることができる。

このように本実施例において、位相差ＡＦ部１２９（算出手段１２９ｂ）は、第１補正値と、受光量（第２受光量）と所定の受光量（第１受光量）との比αと、焦点検出領域の設定長さに関する情報と、を用いて、第２補正値としての補正値を算出する。より好ましくは、撮像装置１０は、第１補正値に対応する第１焦点検出領域の設定長さを記憶する記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃ、メモリ１２８）を有する。算出手段１２９ｂは、焦点検出の際における焦点検出領域の設定長さと、第１焦点検出領域の設定長さとの比βに基づいて、第２補正値を算出する。

本実施例によれば、被写体像から得られる相関値とは関係のないＡ像およびＢ像に共通に生じる固定パターンノイズに起因する相関値が相関演算結果に重畳されている場合でも、被写体像の相関値を算出して適切なピント位置（焦点状態）を検出することができる。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施例の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。

各実施例によれば、画素ごとの固定パターンノイズが同相ノイズであることに起因する相関演算結果のばらつきを低減することができる。このため各実施例によれば、高速かつ高精度な焦点検出が可能な制御装置、撮像装置、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例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

各実施例は、例えば、位相差検出方式の焦点検出（位相差ＡＦ）とコントラスト検出方式の焦点検出（コントラストＡＦ）とを組み合わせたハイブリッドＡＦを行う撮像装置にも適用可能である。このような撮像装置は、状況に応じて、位相差ＡＦまたはコントラストＡＦを選択的に使用し、または、これらを組み合わせて使用することができる。

１２５ カメラＭＰＵ（制御装置）
１２９ａ 取得手段
１２９ｂ 算出手段

Claims (17)

1. 撮像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光電変換部および第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得する取得手段と、
   前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を取得し、前記補正値を用いて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正し、補正された前記相関値に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、を有することを特徴とする制御装置。
2. 前記算出手段は、
   前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の前記受光量と所定の受光量とに基づいて補正値を算出し、
   前記補正値を用いて前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記算出手段は、前記受光量と前記所定の受光量との比に基づいて前記補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記算出手段は、前記所定の受光量に対応する第１補正値と、前記受光量と前記所定の受光量との前記比と、を用いて、第２補正値としての前記補正値を算出することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の前記所定の受光量と、該所定の受光量に対応する前記第１補正値とを記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記算出手段は、前記第１信号と前記第２信号との相関値から前記補正値を減算することにより、該相関値を補正することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
7. 複数の受光量と、該複数の受光量のそれぞれに対応する複数の補正値とを記憶する記憶手段を更に有し、
   前記算出手段は、
   前記複数の受光量から、前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の前記受光量に最も近い１つの受光量を検索し、
   前記複数の補正値から、前記１つの受光量に対応する補正値を選択する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
8. 前記算出手段は、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値と、前記第１信号と前記第２信号とに生じるランダムノイズに起因する相関値に対応する補正値とに基づいて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
9. 前記取得手段は、
   前記第１光電変換部から前記第１信号を取得し、
   前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との合算信号から前記第１信号を減算して前記第２信号を取得し、
   前記第１信号と前記第２信号とに生じるランダムノイズに起因する相関値に対応する補正値は、前記第２信号の取得に起因して生じるノイズの相関値に対応する、ことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
10. 前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項８または９に記載の制御装置。
11. 前記算出手段は、前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の前記受光量と所定の受光量との比と、焦点検出領域の設定長さに関する情報とに基づいて前記補正値を取得することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
12. 前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の所定の受光量に対応する補正値に対応する第１焦点検出領域の設定長さを記憶する記憶手段を更に有し、
    前記算出手段は、焦点検出の際における焦点検出領域の設定長さと、前記第１焦点検出領域の設定長さとの比に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
13. 撮像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光電変換部および第２光電変換部を有する撮像素子と、
    前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得する取得手段と、
    前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を取得し、前記補正値を用いて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正し、補正された前記相関値に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
14. 前記撮像素子は、１つのマイクロレンズに対して前記第１光電変換部および前記第２光電変換部を有し、該マイクロレンズが２次元状に配列されていることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
15. 撮像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光電変換部および第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得するステップと、
    前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を取得し、前記補正値を用いて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正し、補正された前記相関値に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、を有することを特徴とする制御方法。
16. 撮像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光電変換部および第２光電変換部の出力信号に対応する第１信号および第２信号をそれぞれ取得するステップと、
    前記第１光電変換部または前記第２光電変換部の少なくとも一方の受光量に基づいて、前記第１信号と前記第２信号とに生じる固定パターンノイズに起因する相関値に対応する補正値を取得し、前記補正値を用いて、前記第１信号と前記第２信号との相関値を補正し、補正された前記相関値に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
17. 請求項１６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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