JP5871462B2 - 焦点検出装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は焦点検出装置およびその制御方法に関し、特には自動焦点検出を行う焦点検出装置及びその制御方法に関する。

現在、一般的なスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置は自動焦点検出（ＡＦ）機能を有している。また、自動焦点検出方式としてコントラスト検出方式及び位相差検出方式が広く用いられている。このうち位相差検出方式は、一対のラインセンサから得られる信号の位相差から、三角測量の原理を用いて被写体までの距離（あるいはデフォーカス量）を検出する。この検出結果に基づいて、撮像レンズが有するフォーカスレンズの位置を制御することにより、被写体に撮像レンズの焦点を合わせることができる。

位相差検出方式を実現するための具体的な構成として、撮像レンズに入射した光をラインセンサで受光するいわゆるＴＴＬ方式と、撮像レンズ以外の経路で入射した光をラインセンサで受光するいわゆる外測ＡＦ方式の２種類が知られている。前者はラインセンサの出力信号の位相差に基づいてデフォーカス量が検出でき、後者は被写体距離を検出可能である。

特開平１０−１２２８５５号公報

一方、外測ＡＦセンサが有する一対のラインセンサで得られる信号の位相差は、被写体との距離が近いほど大きく、遠いほど少ない。これは、ラインセンサで得られる像信号のうち、同じ被写体像に対応する信号区間が、被写体との距離が近くなるほど少なくなることを意味する。ＴＴＬ方式の場合でも、大デフォーカス時には像信号の位相ずれが大きくなるため、同様の問題が発生する。

異なる被写体像に対応する信号区間を多く含んだ像信号を比較して位相差を検出することは、位相差検出精度を低下させることになるため、被写体との距離に応じて適切な信号区間を用いて位相差検出を行う必要がある。しかし、従来はこのような位相差検出を行うことについて提案されていない。

また、位相差検出方式の合焦精度はラインセンサから得られる信号の質に依存するが、一対の信号を生成する光学系およびラインセンサは別個のものであるため、信号はそれらの特性のばらつきによる影響をうける。具体的には、ラインセンサの特性（例えば画素の感度）の相違や、結像する光学系（たとえばレンズ）の特性の相違などである。また、製造誤差以外の要因によって、一対の信号のうち片方のみに影響が生じるようなことも起こりうる。

位相差検出方式の合焦精度を高めるには、一対の信号間で質が異なる場合であっても、検出される位相差の誤差を少なくする必要がある。そのため、得られた像信号を補正するための提案がなされている。特許文献１では、迷光による像信号のノイズを像信号の平均値を基に補正することや、勾配をもった迷光によるノイズを補正するための提案がなされている。
しかしながら、被写体距離に応じて位相差検出に用いる像信号の区間を制御する場合に、像信号にどのような補正を行うかについては、従来提案されていなかった。

このように、本発明は、位相差検出方式の焦点検出装置及びその制御方法において、像信号の位相差が大きくなる場合であっても精度のよい自動焦点検出を実現することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る焦点検出装置は、一対のセンサから得られる一対の像信号の位相差を検出することによって被写体距離又はデフォーカス量を検出する焦点検出装置であって、一対の像信号を微分し、一対の微分像信号を生成する微分手段と、一対の微分像信号の位相差を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段によって検出された位相差を用いて、一対の像信号のうち、同一被写体に対応する区間を抽出する抽出手段と、一対の像信号のうち抽出手段が抽出した区間の信号を用いて、一対の像信号間のオフセット及びゲインの差を補正するための補正値を算出する算出手段と、補正値を用いてオフセット及びゲインの差が補正された一対の像信号を用いて、被写体距離又はデフォーカス量を検出するための一対の像信号の位相差を検出する第２の検出手段と、を有することを特徴とする。

このような構成により、本発明によれば、位相差検出方式の焦点検出装置及びその制御方法において、像信号の位相差が大きくなる場合であっても精度のよい自動焦点検出を実現することができる。

本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用可能な撮像装置の例としてのビデオカメラの構成例を示すブロック図。 図１の外測ＡＦセンサユニットの構成例を示す図。 （ａ）は被写体輝度の一例を、（ｂ）は（ａ）の被写体輝度から外測ＡＦユニット１３０で得られる理想的な像信号の一例を、（ｃ）は（ａ）の被写体輝度から外測ＡＦユニット１３０で得られる実際の像信号の一例をそれぞれ示す図。 本発明の実施形態に係るビデオカメラにおける焦点検出処理を説明するためのフローチャート。 図４のＳ４０７における補正量算出処理の詳細を説明するためのフローチャート。 （ａ）は像信号の一例を、（ｂ）は（ａ）の像信号の微分信号の一例をそれぞれ示す図。 Ｓ４０６で算出した簡易位相差Ｗｎと微分像信号との関係を示す図。 本発明の実施形態における、像信号と補正値の算出に用いられる区間との関係、並びに像信号と第１補正量との関係を示す図。 本発明の第１の実施形態における、像信号と第２補正量との関係を示す図。 本発明の第１の実施形態における、補正前後の像信号の関係を示す図。 本発明の第１の実施形態の効果を説明するための図。第２の実施形態における補正量算出のフローチャート 本発明の第２の実施形態における補正量算出処理の詳細を説明するためのフローチャート。 本発明の第３の実施形態における補正量算出処理の詳細を説明するためのフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の例示的な実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る外測ＡＦ方式の焦点検出装置を適用した撮像装置の一例としてのデジタルビデオカメラ１０の構成例を示すブロック図である。

レンズユニット１００は撮像光学系を構成し、被写体側（光側）から順に、固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞り１０３、固定レンズ１０４及びフォーカスレンズ１０５が配置されている。なお、これらの個々のレンズは、図では１枚のレンズとして記載しているが、複数のレンズから構成されていてもよい。
位置エンコーダ１０８は、変倍レンズ１０２の倍率、絞り１０３の大きさ（絞り値）、及びフォーカスレンズ１０５の位置を検出する。

変倍レンズ１０２はズームモータ（ＺＭ）１０６により光軸方向に駆動され、フォーカスレンズ１０５はフォーカスモータ（ＦＭ）１０７により光軸方向に駆動される。これらズームモータ１０６及びフォーカスモータ１０７はそれぞれ、ズーム駆動回路１２０及びフォーカス駆動回路１２１からの駆動信号を受けて動作する。

撮像素子１０９は例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子１０９は、レンズユニット１００に入射した光によって形成された、撮像範囲内の被写体像を複数の光電変換素子によって画素ごとの電気信号に変換する。信号処理回路１１９は、撮像素子１０９が出力する電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換処理、増幅処理、ホワイトバランス処理、色補間処理、ガンマ補正処理、等の各種信号処理を施し、所定フォーマットの画像データを生成する。画像データは表示装置１１４に出力されたり、半導体メモリ、光ディスク、ハードディスク等の記録メディア１１５に記録されたりする。

操作スイッチ群１１１には、電源スイッチや、録画動作や再生動作を開始及び停止させるスイッチ、動作モードを選択するためのスイッチ、レンズユニット１００のズーム倍率（画角）を変化させるズームスイッチ等が設けられている。電源スイッチが操作されると、不揮発性メモリ１１３に格納されているプログラムの一部がＲＡＭ１１２にロードされ、ＣＰＵ１１０がＲＡＭ１１２にロードされたプログラムを実行することにより、ビデオカメラの各部の動作を制御する。本実施形態のビデオカメラは外測ＡＦの他に、撮像素子１０９で撮像された画像の一部（焦点検出エリア）の画像データのコントラストがピークとなる位置を探索することによって焦点検出するコントラストＡＦが可能であるとする。コントラストＡＦでは、撮像と焦点検出エリアの画像データからのコントラスト検出とをフォーカスレンズを微少量ずつ移動させながら繰り返し実行しながらコントラストが最高となる合焦ピークを探索する、いわゆる山登り制御によって合焦位置の探索が行われる。

デジタルビデオカメラ１０には、レンズユニット１００（撮像光学系）と光軸が重複しないように配置される焦点検出光学系を有する外測ＡＦセンサユニット１３０が設けられている。外測ＡＦセンサユニット１３０は、光軸が平行な一対の結像レンズ１３１（焦点検出光学系）と、一対のラインセンサ１３２とを有している。ラインセンサ１３２は、複数の受光素子（画素）が一列に並べられて構成されており、その詳細については図２を参照して後述する。ラインセンサ１３２には、固定焦点距離ｆの結像レンズ１３１を通って（すなわち撮像光学系であるレンズユニット１００を通らずに）被写体光が入射する。被写体像はラインセンサ１３２において光電変換された後、て、図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換される。ラインセンサ１３２を構成する一対のラインセンサから得られる一対のデジタルデータと周知な手法とを用いて、ＣＰＵ１１０は被写体距離、相関量、信頼度などを算出する。ＣＰＵ１１０はこれらの算出結果に基づき、フォーカス駆動回路１２１に対してフォーカスレンズ１０５を移動すべき位置を与え、フォーカスレンズ１０５の位置を制御することで、外測ＡＦを実現している。

次に、図２を用いて外測ＡＦセンサユニット１３０の構成例について説明する。
図２（ａ）において、被写体２０１は、撮影範囲（被写界）に含まれる被写体のうち、焦点検出を行う被写体である。結像レンズ１３１は、光軸が平行な第１及び第２の結像レンズ２０２Ａおよび２０２Ｂが一体形成された構成を有する。また、ラインセンサ１３２は、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂとを有している。

第１の結像レンズ２０２Ａによる被写界像が一対のラインセンサの一方である第１のラインセンサ２０３Ａで、第２の結像レンズ２０２Ｂによる被写界像が一対のラインセンサの他方である第２のラインセンサ２０３Ｂでそれぞれ検出される。第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂは個々の被写界像を光電変換し、被写界像の輝度に対応した電気信号を出力する。第１のラインセンサ２０３Ａが出力する電気信号をＡ像信号、第２のラインセンサ２０３Ｂが出力する電気信号をＢ像信号と呼ぶ。

第１及び第２の結像レンズ２０２Ａと２０２Ｂ、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａと２０３Ｂは、それぞれ予め定められた基線長Ｂだけ互いに離れて設置されている。そのため、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂから得られるＡ像信号及びＢ像信号を用い、三角測量の原理に基づいて被写体距離Ｌを測定することができる。

図２（ｂ）は、第１のラインセンサ２０３Ａをさらに詳細に示したものである。第１のラインセンサ２０３Ａは、４０個の長方画素が画素ピッチｐで隣接配置された構成を有する。第１のラインセンサ２０３Ａはさらに、電荷蓄積を制御するためのディジタル回路（不図示）を有し、一つの画素での蓄積電荷量が所定値に達すると他の画素の蓄積動作も停止するように構成されている。また、４０個の画素のうちどの画素で電荷蓄積を行うかをＣＰＵ１１０から設定することが可能である。この設定方法に特に制限はないが、有効とする画素には「１」を、無効とする画素には「０」を対応付けた４０ビットのデータを用い、各ビットを入力の１つとする４０個の論理ゲートを用いて各画素の有効無効を制御することができる。なお、第２のラインセンサ２０３Ｂの構成は、第１のラインセンサ２０３Ａと同等であるため説明を省略する。以下の説明では、第１のラインセンサ２０３Ａの画素１〜４０をＳＡ１〜ＳＡ４０、第２のラインセンサ２０３Ｂの画素１〜４０をＳＢ１〜ＳＢ４０と表記する。

図３（ａ）は被写体輝度の一例を、図３（ｂ）は図３（ａ）の被写体輝度から外測ＡＦセンサユニット１３０で得られるＡ像信号及びＢ像信号の一例を示す。
図３（ａ）には、近距離被写体の被写体輝度３０１と、第１のラインセンサ２０３Ａの視野（Ａ像視野）と、第２のラインセンサ２０３Ｂの視野（Ｂ像視野）をそれぞれ示している。また、図３（ｂ）には、図３（ａ）の被写体輝度に対する理想的なＡ像信号３０１Ａ及びＢ像信号３０１Ｂを示している。

ここでは説明のため、被写体距離は既知であり、Ａ像信号３０１ＡとＢ像信号３０１Ｂは、２０．１画素相当シフトすると共通視野区間の信号が完全に一致するものとする（すなわち、位相差＝２０．１画素相当）。つまり、図３の例では、Ａ像信号３０１ＡとＢ像信号３０１Ｂとで共通した被写体像に対応する信号区間は約２０画素分であり、残りの約２０画素分はそれぞれ異なる被写体像に対応した像信号である。実際には、Ａ像信号３０１ＡとＢ像信号３０１Ｂの位相差（２０．１画素相当分）を、相関演算によって算出する必要がある。

図３（ｂ）に示したＡ像信号３０１ＡとＢ像信号３０１Ｂは理想的な信号である。被写体像がラインセンサに結像するまでの過程には様々な変動要因が存在するため、実際にはこのような理想的な像信号は得られない。例えば、被写体像をラインセンサに結像する第１及び第２の結像レンズ２０２Ａと２０２Ｂの収差や、レンズに付着したほこりやごみ、ラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂが有する画素間の感度差、オフセット差、ゲイン差などの影響が像信号に影響する。以下の説明では、図３（ｃ）に示すように、やや感度が低下したようなＡ像信号３０１Ａ’と、理想的なＢ像信号３０１Ｂが得られたものとする。

次に、本実施形態における外測ＡＦセンサユニット１３０による焦点検出動作を、図４のフローチャートを用いて説明する。
Ｓ４０１で例えば操作スイッチ群１１１に含まれる特定のボタン操作などにより焦点検出開始指示が発生すると、ＣＰＵ１１０はＳ４０２において外測ＡＦセンサユニット１３０に対して蓄積開始を指示する。ラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂのいずれかの画素における蓄積電荷量（電圧）が所定値に達すると、外測ＡＦセンサユニット１３０が有する制御回路により全画素の電荷蓄積動作が自動的に終了される。

Ｓ４０３でＣＰＵ１１０は、ラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂが有するアンプ（図示せず）で増幅された各画素の電荷量をＡ／Ｄ変換することにより、被写体輝度に応じたＡ像信号およびＢ像信号を得る。ここでＣＰＵ１１０は、第１のラインセンサ２０３ＡのＳＡ１〜ＳＡ４０と、第２のラインセンサ２０３ＢのＳＢ１〜ＳＢ４０のそれぞれ蓄積された電荷を読み出してＡ像信号およびＢ像信号を得る。得られた像信号を図６（ａ）に示す。図６（ａ）は図３（ｃ）と同一である。

Ｓ４０４でＣＰＵ１１０は、第１及び第２の結像レンズ２０２Ａ及び２０２Ｂの収差や、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂの画素の感度差など、静的な要因が像信号に与える影響を除去するため、予め画素毎に用意した補正値で像信号を補正する。

Ｓ４０５でＣＰＵ１１０はＳ４０４において得られた補正された像信号の画素方向における微分信号を生成する。ここで、画素方向における微分信号とは、隣接する２画素の中間位置に画素を補間した信号である。例えば、Ａ像信号であれば、ＳＡ１とＳＡ２の間に、ＳＡ１．５を演算によって追加する。なお、微分信号は様々な方法で求めることができるため、特定の方法には限定されないが、一例を挙げれば、ＳＡ２．５をＳＡ１〜ＳＡ４の４画素値から算出する微分演算として、
ＳＡ２．５＝２×ＳＡ１＋ＳＡ２−ＳＡ３−２×ＳＡ４
を用いることができる。この演算式は、微分に加え、ローパスフィルタとしての演算も含んでいる。この演算式を図６（ａ）の像信号に適用して得られた微分Ａ像信号６０１Ａ、微分Ｂ像信号６０１Ｂを図６（ｂ）に示す。この演算により、例えば何らかの外的要因によってＡ像信号のみ感度が低いといった場合に生じる像信号間のオフセットの影響を排除することができる。

Ｓ４０６で、第１の検出手段としてのＣＰＵ１１０は、Ｓ４０５で得られた微分Ａ像信号６０１Ａと微分Ｂ像信号６０１Ｂの位相差（ずれ量）Ｗｎを算出する。ここでは、画素単位の半分の精度で位相差Ｗｎを算出できればよく、本例では２０画素相当というずれ量が得られれば十分である。実際にフォーカスレンズ位置を決定するための位相差を算出する場合には、さらに分解能をあげて１画素間をより細かく補間した精度でずれ量を算出するが、ここでは像信号の補正値を算出する区間を検出するための位相差であるため、１／２画素程度の精度でよい。そのため、Ｓ４０６で得る位相差を簡易位相差Ｗｎと呼ぶ。

図７に、Ｓ４０５で得られた簡易位相差Ｗｎと微分像信号との関係を示す。Ｓ４０５で得られた微分Ａ像信号６０１Ａを白丸で、微分Ｂ像信号６０１Ｂを黒三角でプロットしている。また、信号７０１はＳ４０６における簡易位相差Ｗｎの演算の過程において、微分Ｂ像信号６０１Ｂを２０画素シフトした信号を白三角でプロットしている。図７からわかる通り、微分Ｂ像信号を２０画素シフトすればおおむね微分Ａ像信号６０１Ａと一致する範囲と、一致しない範囲がある。

Ｓ４０７でＣＰＵ１１０は、補正量の算出処理を行う。この補正量算出処理について、図５のフローチャートを用いて詳細に説明する。
Ｓ５０２においてＣＰＵ１１０は、元のＡ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂから、同一被写体に対応する区間を抽出する。具体的には、ＣＰＵ１１０は、Ｓ４０５で補正した像信号を用い、Ａ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂの全区間のうち、同一被写体像に対応する、共通区間の画素データを、Ｓ４０６で求めた簡易位相差Ｗｎをもとに抽出する。

上述の通り、本例ではＳ４０６で簡易位相差Ｗｎ＝２０画素と求まっているので、Ｂ像信号３０１ＢはＳＢ１〜ＳＢ２０のデータが、Ａ像信号３０１Ａ’はＳＡ２１〜ＳＡ４０のデータが共通区間のデータとしてそれぞれ抽出される。図８に、Ａ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂのうち、Ｓ５０２で抽出される区間をそれぞれ枠８０６および８０７で示す。

Ｓ５０３でＣＰＵ１１０は、Ａ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂの抽出区間の先頭（画素番号の若い方）から平坦点の探索を開始する。ここでいう平坦点とは、信号の変化がなだらかな点を意味する。具体的にはＣＰＵ１１０は、直前もしくは直後の画素データとの値の差が所定の閾値範囲内（条件１）であるか、直前の画素データとの間に変極点が存在する（条件２）画素を、平坦点としてＳＡ２１〜ＳＡ４０及びＳＢ１〜ＳＢ２０の区間で順次探索する。ここでは、ｎ番目に検出された平坦点を第ｎ平坦点と呼ぶ。

図８の例では、Ａ像信号３０１Ａ’の画素データ８０１は上述の条件２を、画素データ８０２は条件１を満たすため、平坦点として検出される。同様に、Ｂ像信号３０１Ｂにおいて、画素データ８０３及び８０４が平坦点として検出される。
平坦点探索の結果、Ａ像信号３０１Ａ’で平坦点が１つも検出できない場合（Ｓ５０４，Ｙ）および平坦点が１つしか検出できない場合（Ｓ５０６，Ｙ）は補正量の算出ができない場合として異常終了する（Ｓ５１１）。

本実施形態では、図８に示したように、Ａ像信号３０１Ａ’において第１平坦点（画素データ８０１）および第２平坦点（画素データ８０２）が検出されたものとする。
Ｓ５０７でＣＰＵ１１０は、検出されたＡ像信号３０１Ａ’の第１平坦点および第２平坦点に対応する平坦点がＢ像信号３０１Ｂで検出されているか調べる。本実施形態では、図８に示したように、Ｂ像信号３０１Ｂにおいて、Ａ像信号３０１Ａ’の第１平坦点と第２平坦点に対応する第１平坦点（画素データ８０３）および第２平坦点（画素データ８０４）が検出されているものとする。Ｂ像信号３０１ＢにおいてＡ像信号３０１Ａ’の第１及び第２の平坦点に対応する平坦点が検出されていない場合（Ｓ５０７，Ｙ）には、補正量の算出ができない場合として異常終了する（Ｓ５１１）。

なお、ここで、「対応する平坦点」とは、例えば、抽出区間内におけるほぼ同じ位置において検出されている平坦点であってよい。さらに、平坦点として満たしている条件（例えば上述の条件１、条件２）が共通であることを要件として加えてもよい。

図８に示すように、Ｂ像信号３０１Ｂに、Ａ像信号３０１Ａ’の第１および第２平坦点に対応する平坦点が検出されている（Ｓ５０７，Ｎ）場合、ＣＰＵ１１０はＳ５０８で第１補正量（オフセット補正量）を算出する。具体的にはＣＰＵ１１０は、図８に示す通り、検出された第１及び第２の平坦点のうち、値の低い平坦点（ここでは第２平坦点）についての、Ａ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂの差を第１補正量として算出する。

Ｓ５０９においてＣＰＵ１１０は、Ｓ５０８で算出した第１補正量を用いて第２補正量を算出する。具体的にはＣＰＵ１１０は、図９に示すＹ１とＹ２の比（Ｙ１／Ｙ２）を第２補正量として算出する。より詳細に説明すると、ＣＰＵ１１０は、第１補正量に等しいオフセットをＡ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂの一方に加算又は減算し、第２平坦点の値が等しくなるように補正する。ここでは、Ａ像信号３０１Ａに第１補正量を加算してＡ像信号３０１Ａ”としたものとする。

そして、ＣＰＵ１１０は、第２平坦点８０２，８０４の値を揃えたＡ像信号３０１Ａ”とＢ像信号３０１Ｂにおける第２平坦点の値と第１平坦点の値の差Ｙ１，Ｙ２を求め、その比Ｙ１／Ｙ２を第２補正量（ゲイン補正量）として算出する。なお、Ｙ２／Ｙ１を第２補正量として求めてもよい。ここでは、Ｙ１＜Ｙ２であることから、Ａ像信号３０１Ａ’を増幅するためにＹ２／Ｙ１を第２補正量として算出するものとする。第２補正量を算出すると、補正量が正しく算出できたとしてＣＰＵ１１０は補正量算出処理を正常終了する（Ｓ５１０）。

図４に戻って、Ｓ４０８でＣＰＵ１１０はＳ４０７における補正量算出処理が異常終了していれば（Ｓ４０８，Ｎ）、Ｓ４０９における像補正は行わずに相関演算を行うために処理をＳ４１０へ移行させる。一方、補正量算出処理が正常終了した場合、ＣＰＵ１１０はＳ４０９で像信号を再度補正する。

Ｓ４０９における像信号の補正は、予めわかっているセンサ感度のばらつきやレンズ収差などの静的要因による固定的な像信号への影響を除去するためにＳ４０４で行った補正とは異なり、動的な外的要因による像信号への影響を除去するための補正である。

ＣＰＵ１１０は、Ａ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂの一方について、全区間に対して第１補正量を適用して、図９に示したように第２平坦点の値が一致するようにオフセット補正を行う。ここでは、上述したように感度がやや低いＡ像信号３０１Ａ’が検出されているため、Ａ像信号３０１Ａ’に第１補正量を加算するオフセット補正を行い、Ａ像信号３０１Ａ”を得たものとする。さらにＣＰＵ１１０は、第２補正量として算出したＹ２／Ｙ１をオフセット補正後のＡ像信号３０１Ａ”を構成する各画素データに対して適用することによってゲイン補正を行い、第１平坦点の値もＢ像信号３０１Ｂとほぼ一致するＡ像信号３０１Ａ’’’を得る。図１０に補正前後のＡ像信号およびＢ像信号を示した。このように像信号の補正を行った上で、第２の検出手段としてのＣＰＵ１１０はＳ４１０で焦点検出用の（高精度な）位相差を算出する。

Ｓ４１０における位相差の算出は、信号間の位相差を検出する任意の方法を用いて実行可能であるが、例えばＭｉｎ法（ａｎｄ法）を用いることができる。Ｍｉｎ法はＢ像信号をずらしてＡ像信号に重ね合わせたときに、Ａ像信号とＢ像信号の対応する位置における差分値を画素方向に積分して、像信号が重ならない部分の面積を求め、その面積が最小となる位相差を算出する方式である。なお、上述の通り、Ｓ４１０での位相差（ずれ量）の検出は、例えば０．１画素単位のように、簡易位相差Ｗｎの算出時よりも高分解能で行う。

Ｓ４１０で位相差の算出が終わると、１回の焦点検出シーケンスが終了する。次のＳ４１１で焦点検出終了指示が検出されるまで、ＣＰＵ１１０は処理をＳ４０２に戻して焦点検出シーケンスを繰り返す。Ｓ４１１で焦点検出終了指示が検出されれば、ＣＰＵ１１０は焦点検出処理を終了する。

本実施形態による像信号の補正が焦点検出精度に与える影響について図１１を用いて説明する。本実施形態で説明した例では、算出すべき位相差は２０．１画素（ピッチ）相当である。しかしながら、一方の像信号のみにオフセットやゲイン差のようなノイズ成分が混入した場合、像信号の補正を行わないと、位相差検出の精度は（ａ）で示す範囲のようなほぼ画素単位まで低下する。これは一方の像信号にのみノイズ成分が混入すると、相関演算に使用すべき像信号の区間が正しく検出できず、その結果、像信号間で異なる画素位置の値を比較して相関演算が行われて、相関演算結果のピークが不明確になるからである。一方、本実施形態のように、微分像波形を用いることにより、相関演算に用いる像信号の区間をノイズ成分の影響を排除した状態で検出できる。そのため、像信号間の画素位置の一致度が高い状態で相関演算を行うことができ、相関演算結果のピークが明確になり、例えば（ｂ）に示すような範囲での精度で位相差が検出できる。

以上説明したように、本実施形態では、像信号のオフセット及びゲイン補正を行うための補正値を、像信号の全区間を用いて算出せず、同一被写体に対応する区間（視野が共通な区間）を用いて算出する。そのため、例えば近距離被写体に対して外測ＡＦセンサで得られるような位相差の大きな像信号となっても、異なる被写体に対応する像信号の影響を大幅に抑制することができ、精度のよい焦点検出が実現できる。

さらに、補正値を算出するために用いる像信号の区間を、微分した像信号の位相差によって決定することで、一方の像信号にのみノイズ成分が混入した場合であっても、ノイズ成分の影響を受けずに適切な区間を抽出でき、精度のよい補正量を得ることができる。そのため、結果として焦点検出精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第１の実施形態において図５を用いて説明した補正量算出処理の別の例を説明する。他の処理は第１の実施形態と同等であってよいため、説明を省略する。
図１２は、本実施形態に係る補正量算出処理を説明するためのフローチャートである。まず、Ｓ１２０２でＣＰＵ１１０は、Ｓ５０２と同様に、元のＡ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂから、同一被写体に対応する区間を抽出する。

Ｓ１２０３においてＣＰＵ１１０は、Ａ像信号３０１Ａ’の抽出区間ＳＡ２１からＳＡ４０の最大値および最小値をそれぞれＡmin,Ａmaxとして検出する。また、Ｓ１２０４においてＣＰＵ１１０は、Ｂ像信号３０１Ｂの抽出区間ＳＢ１からＳＢ２０の最大値および最小値をそれぞれＢmin,Ｂmaxとして検出する。
Ｓ１２０５でＣＰＵ１１０は、第１補正量としてＢmin-Ａminを算出し、Ｓ１２０６では第２補正量として（Ｂmax - Ｂmin） / （Ａmax - Ａmin）を算出する。

（第３の実施形態）
次に、第１の実施形態において図５を用いて説明した補正量算出処理のさらに別の例を説明する。他の処理は第１の実施形態と同等であってよいため、説明を省略する。
図１３は、本実施形態に係る補正量算出処理を説明するためのフローチャートである。まず、Ｓ１３０２でＣＰＵ１１０は、Ｓ５０２と同様に、元のＡ像信号３０１Ａ’とＢ像信号３０１Ｂから、同一被写体に対応する区間を抽出する。

Ｓ１３０３においてＣＰＵ１１０は、Ａ像信号３０１Ａ’の抽出区間ＳＡ２１からＳＡ４０の平均値と最小値をそれぞれＡave,Ａminとして検出する。また、Ｓ１３０４においてＣＰＵ１１０は、Ｂ像信号３０１Ｂの抽出区間ＳＢ１からＳＢ２０の平均値と最小値をそれぞれＢave,Ｂminとして検出する。
Ｓ１３０５でＣＰＵ１１０は、第１補正量としてＢmin-Ａminを算出し、Ｓ１３０６では第２補正量として、（Ｂave- Ｂmin） / （Ａave - Ａmin）を算出する。
なお、最小値の代わりに最大値を用いてもよく、この場合第２の補正量は（Ｂmax - Ｂave） / （Ａmax - Ａave）とする。

第２及び第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上述の実施形態において、Ｓ４１０で焦点検出用の位相差算出に微分像信号を用いてもよい。これにより、より高精度な検出が可能となる。なお、ここでの微分処理は、Ｓ４０５における微分処理よりもより強く（高次に）してもよい。また、上述の実施形態は位相差検出ＡＦ方式のうち、被写体距離を検出する外測ＡＦ方式を前提に説明したが、デフォーカス量を検出するＴＴＬ方式はもちろん、ラインセンサ以外を用いて一対の像信号を得る方式に対しても同様に適用可能である。ラインセンサを用いない方式としては、例えば、撮像素子に設けた複数の位相差検出用画素から得られる像信号の位相差を検出する方式がある。

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。即ち、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（または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。

Claims (10)

1. 一対のセンサから得られる一対の像信号の位相差を検出することによって被写体距離又はデフォーカス量を検出する焦点検出装置であって、
   前記一対の像信号を微分し、一対の微分像信号を生成する微分手段と、
   前記一対の微分像信号の位相差を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の検出手段によって検出された位相差を用いて、前記一対の像信号のうち、同一被写体に対応する区間を抽出する抽出手段と、
   前記一対の像信号のうち前記抽出手段が抽出した区間の信号を用いて、前記一対の像信号間のオフセット及びゲインの差を補正するための補正値を算出する算出手段と、
   前記補正値を用いて前記オフセット及びゲインの差が補正された前記一対の像信号を用いて、前記被写体距離又はデフォーカス量を検出するための前記一対の像信号の位相差を検出する第２の検出手段と、を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記算出手段は、前記一対の像信号の前記抽出手段が抽出した区間の各々において一対の平坦点を検出し、前記一対の像信号の一方の前記区間で検出した一対の平坦点の値と、前記一対の像信号の他方の前記区間で検出した一対の平坦点の値とを合わせるための補正値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。
3. 前記算出手段は、前記一対の像信号の前記抽出手段が抽出した区間の各々において最大値と最小値を検出し、前記一対の像信号の一方の前記区間で検出した最大値と最小値と、前記一対の像信号の他方の前記区間で検出した最大値と最小値とを合わせるための補正値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。
4. 前記算出手段は、前記一対の像信号の前記抽出手段が抽出した区間の各々において、平均値と最大値、または、平均値と最小値を検出し、前記一対の像信号の一方の前記区間で検出した平均値と最大値、または、平均値と最小値と、前記一対の像信号の他方の前記区間で検出した平均値と最大値、または、平均値と最小値とを合わせるための補正値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。
5. 前記補正値は、前記一対の像信号間のオフセットの差を補正するための第１の補正値と、前記一対の像信号間のゲインの差を補正するための第２の補正値とを含み、
   前記算出手段は、前記一対の像信号の前記区間の各々から一対の特徴点を検出し、前記一対の特徴点の一方の値に基づいて前記第１の補正値を算出し、前記第１の補正値で補正した前記一対の特徴点の値に基づいて前記第２の補正値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。
6. 前記特徴点が一対の平坦点、最大値と最小値、平均値と最大値、または、平均値と最小値であることを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。
7. 前記第１の検出手段よりも前記第２の検出手段が高い分解能で位相差を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記第２の検出手段が、前記微分像信号よりも高次に微分された一対の像信号を用いて前記位相差を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 前記一対のセンサが、撮像素子に設けられた複数の位相差検出用画素であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
10. 一対のセンサから得られる一対の像信号の位相差を検出することによって被写体距離又はデフォーカス量を検出する焦点検出装置の制御方法であって、
    微分手段が前記一対の像信号を微分し、一対の微分像信号を生成する微分工程と、
    第１の検出手段が前記一対の微分像信号の位相差を検出する第１の検出工程と、
    抽出手段が、前記第１の検出手段によって検出された位相差を用いて、前記一対の像信号のうち、同一被写体に対応する区間を抽出する抽出工程と、
    算出手段が、前記一対の像信号のうち前記抽出工程で抽出された区間の信号を用いて、前記一対の像信号間のオフセット及びゲインの差を補正するための補正値を算出する算出工程と、
    第２の検出手段が、前記補正値を用いて前記オフセット及びゲインの差が補正された前記一対の像信号を用いて、前記被写体距離又はデフォーカス量を検出するための前記一対の像信号の位相差を検出する第２の検出工程と、を有することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。

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