特許 6039381 焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039381

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/28 20060101AFI20161128BHJP

   G02B 7/34 20060101ALI20161128BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20161128BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/28 N

   G02B7/34

   G03B13/36

   H04N5/232 Z

   H04N5/232 H

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-257035(P2012-257035)

(22)【出願日】2012年11月26日

(65)【公開番号】特開2014-106260(P2014-106260A)

(43)【公開日】2014年6月9日

【審査請求日】2015年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】竹内 健悟

【審査官】 森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１２２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５７５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２０７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−３２７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１４２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２９３７０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−６４７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２１１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２４１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０６９９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／２８ − ７／４０

Ｇ０３Ｂ ３／００ − ３／１２

Ｇ０３Ｂ １３／３０ − １３／３６

Ｈ０４Ｎ ５／２２２ − ５／２５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮影光学系の異なる射出瞳を通過した光束を検出する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子と、
前記第１の画素で得られた第１の輝度信号と所定の閾値との比較および前記第２の画素で得られた第２の輝度信号と所定の閾値との比較により、前記第１の画素と前記第２の画素との間の移動電荷量を推定する輝度評価回路と、
補正手段、およびデフォーカス量算出手段を実行するための１つ以上のプロセッサと、を有し、
前記補正手段は、前記輝度評価回路の推定結果に基づいて前記第１の輝度信号および前記第２の輝度信号を補正し、
前記デフォーカス量算出手段は、補正後の第１の輝度信号および補正後の第２の輝度信号に基づいてデフォーカス量を求め、
前記移動電荷量は、前記第１の画素または前記第２の画素の一方に蓄積された電荷量が飽和電荷量に近づくことに応じて前記第１の画素または前記第２の画素の他方に移動する電荷量であることを特徴とする焦点検出装置。

【請求項2】

前記輝度評価回路は、
前記第１の輝度信号と前記所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、
前記第２の輝度信号と前記所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、
前記第１の比較手段の結果と前記第２の比較手段の結果とを比較して、前記移動電荷量に応じた情報を出力する第３の比較手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。

【請求項3】

前記補正手段は、線形モデルを用いて前記第１の輝度信号および前記第２の輝度信号を補正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。

【請求項4】

前記補正手段は、前記第１の輝度信号および前記第２の輝度信号に、前記移動電荷量に応じた情報に所定の係数を掛けて得られた値を加算または減算することにより、該第１の輝度信号および該第２の輝度信号を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。

【請求項6】

撮像光学系と、
前記撮像光学系を介して得られた光学像を取得可能に構成された、請求項５に記載の撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。

【請求項7】

撮影光学系の異なる射出瞳を通過した光束を検出する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出方法であって、
前記第１の画素で得られた第１の輝度信号と所定の閾値との比較および前記第２の画素で得られた第２の輝度信号と所定の閾値との比較により、前記第１の画素と前記第２の画素との間の移動電荷量を推定する推定ステップと、
前記推定ステップの推定結果に基づいて前記第１の輝度信号および前記第２の輝度信号を補正する補正ステップと、
補正後の第１の輝度信号および補正後の第２の輝度信号に基づいてデフォーカス量を求めるデフォーカス量算出ステップと、を有し、
前記移動電荷量は、前記第１の画素または前記第２の画素の一方に蓄積された電荷量が飽和電荷量に近づくことに応じて前記第１の画素または前記第２の画素の他方に移動する電荷量であることを特徴とする焦点検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に用いられる焦点検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、各画素にマイクロレンズが形成された２次元イメージセンサ（撮像素子）を用いて、瞳分割方式の焦点検出を行う焦点検出装置が開示されている。また特許文献１に開示された焦点検出装置では、イメージセンサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割され、分割された光電変換部が一つのマイクロレンズを介して結像光学系の瞳における互いに異なる領域を通過した光束を受光する。

【0003】

特許文献２には、撮像素子としてＣＭＯＳセンサを用いて、瞳分割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２に開示された撮像装置では、ＣＭＯＳセンサを構成する多数の画素のうちの一部の画素において、撮影光学系（結像光学系）の焦点状態を検出するために分割された光電変換部を有する。分割された光電変換部は、一つのマイクロレンズを介して撮影レンズの瞳における互いに異なる領域を通過した光束を受光する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５８−２４１０５号公報

【特許文献2】特開２００５−１０６９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術では、一つのマイクロレンズを共有する複数の画素の加算信号を画像信号として用いている。そして、これらの複数の画素の間の電荷を移動可能に構成することにより、電荷飽和に伴う画質劣化を低減させている。しかしながら、複数の画素の画素信号を用いて焦点検出を行う場合、入射光量が高い場合（高輝度時）に複数の画素の間の電荷が移動することにより、正確な焦点検出結果を得ることが困難である。すなわち、電荷移動（電荷転送）が発生すると、本来のそれよりも小さな位相差が検出される。このため、焦点検出誤差が大きくなり、合焦精度の劣化や合焦動作の遅延などが起こる。

【0006】

そこで本発明は、入射光量が高い場合（高輝度時）における焦点検出誤差を低減可能な焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としての焦点検出装置は、撮影光学系の異なる射出瞳を通過した光束を検出する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子と、前記第１の画素で得られた第１の輝度信号と所定の閾値との比較および前記第２の画素で得られた第２の輝度信号と所定の閾値との比較により、前記第１の画素と前記第２の画素との間の移動電荷量を推定する輝度評価回路と、補正手段、およびデフォーカス量算出手段を実行するための１つ以上のプロセッサと、を有し、前記補正手段は、前記輝度評価回路の推定結果に基づいて前記第１の輝度信号および前記第２の輝度信号を補正し、前記デフォーカス量算出手段は、補正後の第１の輝度信号および補正後の第２の輝度信号に基づいてデフォーカス量を求め、前記移動電荷量は、前記第１の画素または前記第２の画素の一方に蓄積された電荷量が飽和電荷量に近づくことに応じて前記第１の画素または前記第２の画素の他方に移動する電荷量である。

【0009】

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記焦点検出装置を有する。

【0010】

本発明の他の側面としての撮像システムは、撮像光学系と、前記撮像光学系を介して得られた光学像を取得可能に構成された前記撮像装置とを有する。

【0011】

本発明の他の側面としての焦点検出方法は、撮影光学系の異なる射出瞳を通過した光束を検出する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出方法であって、前記第１の画素で得られた第１の輝度信号と所定の閾値との比較および前記第２の画素で得られた第２の輝度信号と所定の閾値との比較により、前記第１の画素と前記第２の画素との間の移動電荷量を推定する推定ステップと、前記推定ステップの推定結果に基づいて前記第１の輝度信号および前記第２の輝度信号を補正する補正ステップと、補正後の第１の輝度信号および補正後の第２の輝度信号に基づいてデフォーカス量を求めるデフォーカス量算出ステップと、を有し、前記移動電荷量は、前記第１の画素または前記第２の画素の一方に蓄積された電荷量が飽和電荷量に近づくことに応じて前記第１の画素または前記第２の画素の他方に移動する電荷量である。

【0013】

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。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、入射光量が高い場合（高輝度時）における焦点検出誤差を低減可能な焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例１における撮像装置の構成を示すブロック図である。

【図2】実施例１における撮像センサの概略構成図である。

【図3】実施例１におけるニーポイントの説明図である。

【図4】実施例１において、デフォーカス時におけるバーチャートの二像の波形図である。

【図5】実施例１における輝度評価回路の構成を示すブロック図である。

【図6】実施例１における補正方法を説明する波形図である。

【図7】実施例２における補正方法を説明する波形図である。

【図8】実施例１における焦点検出結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【実施例1】

【0017】

まず、図１を参照して、本発明の実施例１における焦点検出装置を有す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（カメラシステム）の構成を示すブロック図である。撮像装置１０は、一つのマイクロレンズを共有する複数の画素（第１の画素および第２の画素）を備えた撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置を含んで構成されている。なお本実施例の焦点検出装置は、撮像光学系を介して得られた光学像を取得可能に構成された撮像装置（撮像装置本体）と、撮像装置本体に着脱可能なレンズユニット（撮像光学系）とを備えて構成された撮像システムに適用される。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、レンズユニットが一体的に設けられた撮像装置にも適用可能である。

【0018】

図１において、１００は、フォーカスレンズ、ズームレンズ、および、絞りなどを備えて構成されるレンズユニット（撮像光学系）である。１０１は、レンズユニット１００を介して得られた被写体像（光学像）の光電変換を行う撮像センサ（撮像素子）であり、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサからなる。撮像センサ１０１は、後述のように、一つのマイクロレンズを共有する複数の画素（第１の画素および第２の画素）を有する。１０２は分割像生成回路（左右像生成回路）である。分割像生成回路１０２（生成手段）は、撮像センサ１０１からの出力信号に基づいて、分割された二像を生成する。より具体的には、後述のように、第１の画素および第２の画素のそれぞれから独立して得られた信号を用いて第１の輝度信号および第２の輝度信号をそれぞれ生成する。１０３は輝度評価回路である。輝度評価回路１０３は、分割像生成回路１０２からの出力信号に基づいて、二像の輝度を評価する。輝度評価回路１０３は、後述のように、第１の輝度信号および第２の輝度信号を用いて第１の画素（第１の光電変換素子）と第２の画素（第２の光電変換素子）との間の移動電荷量を推定する推定手段である。

【0019】

１０４は撮像信号処理回路である。撮像信号処理回路１０４は、撮像センサ１０１からの出力信号を撮像信号として取得し、この撮像信号に対して複数のノイズ処理などを行う。１０５は画像処理回路（画像処理手段）である。画像処理回路１０５は、撮像信号処理回路１０４からの出力信号（画像信号）に対して各種の画像処理を行う。撮像信号処理回路１０４および画像処理回路１０５は、後述のように、第１の画素および第２の画素の加算信号を用いて得られた画像信号を処理する。１０６は、画像を取り外し可能な記憶媒体（不図示）に記憶させるための記憶回路である。１０７は、画像を記憶する画像メモリである。

【0020】

１０９はＣＰＵであり、撮像装置１０における各種制御、および、焦点算出（相関演算）やレンズ駆動制御を行う。ＣＰＵ１０９は、輝度評価回路１０３（推定手段）の推定結果に基づいて第１の輝度信号および第２の輝度信号を補正する補正手段を含む。またＣＰＵ１０９は、第１の輝度信号および第２の輝度信号の補正値を用いて相関演算を行う演算手段を含む。１０８は、ＣＰＵ１０９で動作するプログラムやそのプログラムで用いられるデータを保持するメモリである。１１０は、レンズユニット１００のフォーカスレンズや絞りなどを駆動するレンズ駆動回路である。

【0021】

図２は、本実施例における撮像センサ１０１の概略構成図である。図２において、２０１は、撮像センサ１０１の全体２００の一部を切り出して拡大したブロックである。ブロック２０１において、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各画素はベイヤー配列を構成している。またブロック２０１において、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画素は、一つのマイクロレンズを共有して二分割されている。すなわち撮像センサ１０１は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれについて、一つのマイクロレンズを共有する二つの画素（第１の画素および第２の画素）を有する。例えば、ブロック２０１のＲ画素は二分割されて、Ａ像画素２０２（第１の画素、第１の光電変換素子）およびＢ像画素２０３（第２の画素、第２の光電変換素子）を構成する。以下、Ａ像画素２０２、Ｂ像画素２０３から出力される像（画素値）をそれぞれＡ像、Ｂ像（Ａ像画素値、Ｂ像画素値）という。本実施例の撮像センサ１０１は、Ａ像画素２０２およびＢ像画素２０１の一方が所定量以上の光量を受けることにより一方の画素に所定以上の電荷量が蓄積された場合、蓄積された電荷量の少なくとも一部を他方の画素へ移動（転送）可能に構成されている。

【0022】

撮像センサ１０１から得られたＡ像、Ｂ像は、撮像信号処理回路１０４に出力される場合、Ａ／Ｄ変換器（不図示）によりそれぞれＡ／Ｄ変換された後に加算され、Ａ像画素値およびＢ像画素値の加算画素値が得られる。撮像信号処理回路１０４は、この加算画素値を通常の一画素の出力（画像信号）として扱う。撮影画像（画像信号）は、撮像信号処理回路１０４にて所定の信号処理がなされた後、画像処理回路１０５により所定のフォーマット形式に変換される。そして撮影画像は、記憶回路１０６により記憶媒体に記憶される。

【0023】

ところで、図２に示されるような撮像センサ１０１では、左右の二画素の光の受光量に対する出力（光量に対する感度）が異なる場合、図３に示されるようなニーポイントが発生する。図３は、ニーポイントの説明図であり、縦軸は輝度値、横軸は入射光量をそれぞれ示す。図３において、点線は左画素の入射光量に対する輝度値（出力値）、一点鎖線は右画素の輝度値、実線はこれらの加算値（合成値）をそれぞれ示している。図３は、左画素の感度は右画素よりも高く、左画素のほうが右画素よりも先に飽和する場合について示している。

【0024】

左画素および右画素のいずれも飽和していない場合、左右の画素の和として平均値が出力され、入射光量に対する輝度値の変化（傾き）も一定となる。しかし、左画素が飽和すると、合成値は右画素の特性（傾き）となり、飽和前の左画素の傾きとは異なる。この場合、入射光量に対するリニアリティが損なわれて、画質が劣化する。そこで、左右いずれか一方の入射光量が所定量を超えて電荷が蓄積された場合（飽和に近づいた場合）、一つのマイクロレンズを共有する一方の画素から他の画素への電荷を移動（転送）させることで、このような影響を軽減させている。

【0025】

一方、撮像センサ１０１から得られたＡ像、Ｂ像は、分割像生成回路１０２に出力される場合、そのまま独立して出力される。分割像生成回路１０２は、Ａ像およびＢ像をそれぞれ独立した二つの像信号として扱う。分割像生成回路１０２は、独立して入力された二つの像信号（Ａ像およびＢ像）のそれぞれを輝度値に変換し、輝度評価回路１０３に出力する。分割像生成回路１０２は、ベイヤー単位に従い、Ａ像に関しては、赤画素（Ｒ画素）、緑画素（Ｇ画素）、青画素（Ｂ画素）のそれぞれのＡ像を加算してＡ像の輝度Ｙを取得する。同様に、Ｂ像に関しては、赤画素（Ｒ画素）、緑画素（Ｇ画素）、青画素（Ｂ画素）のそれぞれのＢ像を加算して、Ｂ像の輝度Ｙを取得する。ここで、撮像センサ１０１のセンサ面上の水平方向読み出し順に配列されたＡ像の輝度信号配列をＡ像配列（Ａ像信号）、Ｂ像の輝度信号配列をＢ像配列（Ｂ像信号）という。このように生成された二像の輝度信号配列（Ａ像信号、Ｂ像信号）は、輝度評価回路１０３に入力されるとともに、メモリ１０８に順次格納される。

【0026】

図５は、輝度評価回路１０３（推定手段）の構成を示すブロック図である。二像の輝度値であるＡ像信号（第１の輝度信号）およびＢ像信号（第２の輝度信号）は、入力部５０１、５０２にそれぞれ順次入力される。差分回路５０４（第１の比較手段）は、Ａ像信号と記憶部５０３に予め記憶されている所定の閾値Ｃとを比較して、これらの差を演算する。差分回路５０５（第２の比較手段）は、Ｂ像信号と記憶部５０３に予め記憶されている所定の閾値Ｃとを比較して、これらの差を演算する。差分回路５０４、５０５の出力は、下限リミット０として出力される。

【0027】

所定の閾値Ｃは、例えば、Ａ像画素とＢ像画素との間の電荷移動（Ａ−Ｂ間クロス）が開始するレベルに設定される。これにより、差分回路５０４からの出力は、Ａ像からＢ像へ流出するエネルギー量（電荷量）に略対応する成分となる。ここで、略対応とは、厳密に対応（一致）する場合だけでなく、実質的に対応（一致）すると評価される場合も含む意味である。同様に、差分回路５０５からの出力は、Ｂ像からＡ像へ流出するエネルギー量（電荷量）に略対応する成分となる。Ａ像信号およびＢ像信号の両方とも所定の閾値Ｃを超えていない場合、エネルギーは負にはならないため、下限リミット値として０が設計されている。

【0028】

差分回路５０４、５０５からの出力は、差分回路５０６に入力される。差分回路５０６（第３の比較手段）は、差分回路５０４、５０５からの出力信号に基づいて、電荷の移動方向（クロス方向）に関する情報（移動電荷量に応じた情報）を表すエネルギー量（Ｅ値）を算出し、Ｅ値（エネルギー値）を出力部５０７に出力する。すなわち、第１の比較手段の結果と前記第２の比較手段の結果とを比較して、移動電荷量に応じた情報を出力する。Ｅ値もＡ像信号とＢ像信号の配列に従って順次入力されるため、Ｅ値配列となる。Ｅ値配列は、メモリ１０８に順次格納される。ここで移動電荷量とは、第１の画素または第２の画素の一方に蓄積された電荷量が飽和電荷量に近づくことに応じて第１の画素または第２の画素の他方に移動する電荷量である。

【0029】

次に、ＣＰＵ１０９は、メモリ１０８に格納されたＡ像配列、Ｂ像配列、および、Ｅ値配列を用いて、以下の式（１）、（２）で表される演算を行い、Ａ像配列Ａ［ｉ］およびＢ像配列Ｂ［ｉ］を補正する。

【0030】

Ａ［ｉ］＝Ａ［ｉ］＋Ｋ×Ｅ［ｉ］ … （１）
Ｂ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］−Ｋ×Ｅ［ｉ］ … （２）
ここで、Ｋは比例係数であり、実験的に算出可能である。ｉは配列番号である。算出方法の一例については後述する。このように本実施例において、補正手段としてのＣＰＵ１０９は、線形モデルを用いて第１の輝度信号および第２の輝度信号を補正する。より具体的には、第１の輝度信号および第２の輝度信号に対して、移動電荷量に応じた情報に所定の係数を掛けて得られた値を加算または減算することにより、第１の輝度信号および第２の輝度信号を補正する。そしてＣＰＵ１０９は、上記の式（１）、（２）による補正を行った後のＡ像配列およびＢ像配列を用いて、所定の相関演算を行い、位相差を求めて焦点検出処理を行う。

【0031】

次に、図４および図６を参照して、本実施例における補正方法（焦点検出方法）について説明する。本実施例の焦点検出方法は、ＣＰＵ１０９の指令に基づいて行われる。

【0032】

図４は、デフォーカス時におけるバーチャートの二像の波形図であり、縦軸は信号値、横軸は画素位置をそれぞれ示している。図４において、波形４０２、４０４は、撮像センサ１０１の出力（Ａ像信号、Ｂ像信号）であり、高輝度のバーを撮像して得られたＡ像配列およびＢ像配列（輝度信号）をそれぞれ示している。また、波形４０１、４０３は、Ａ−Ｂ間クロス（Ａ像画素とＢ像画素との間の電荷移動）がない場合に本来得られるはずの出力（Ａ−Ｂ間クロスがない場合におけるＡ像配列およびＢ像配列）である。波形４０５は、波形４０１と波形４０２との差分であり、波形４０２が得られた場合における補正量（輝度信号の補正値）を表している。

【0033】

図６は、本実施例における補正方法（焦点検出方法）を説明する波形図であり、縦軸は信号値、横軸は画素位置をそれぞれ示している。波形６０１は、Ａ像信号（波形４０２）と閾値Ｃとの差であり、差分回路５０４の出力を示している。波形６０２は、Ｂ像信号（波形４０４）と閾値Ｃとの差であり、差分回路５０５の出力を示している。波形６０３は、波形６０１と波形６０２との差であり、差分回路５０６の出力、すなわちＥ値配列を示している。

【0034】

波形６０３として示されるＥ値配列を用いて、図４に示される波形４０５の補正値を求めることにより、Ａ−Ｂ間クロスが発生した状態で得られた波形を元の波形に戻すことが可能である。波形を元に戻すには、多くの非線形処理が必要となるが、重心位置を補正するには、上述の式（１）（２）で表される簡易な線形モデルで十分である。本実施例では、例えば、波形６０３を２．５倍にする、すなわち波形６０３に対する比例係数Ｋを２．５（Ｋ＝２．５）に設定することで、波形６０４が得られる。波形６０５、６０６は、波形６０４を用いて元の波形４０２、４０４（Ａ像信号、Ｂ像信号）のそれぞれを補正して得られた波形（補正後のＡ像信号、Ｂ像信号）である。波形６０５、６０６を用いて相関演算を行うことにより得られた焦点検出結果は、図４の波形４０１、４０３を用いて相関演算を行うことにより得られた焦点検出結果と略等しい。このように本実施例によれば、簡易な線形モデルを用いて顕著な補正効果が得られる。

【0035】

図８は、本実施例における焦点検出結果を示すグラフであり、補正前および補正後の結果をそれぞれ比較して示している。図８において、横軸は被写体のデフォーカス量を示し、縦軸は焦点検出結果を示している。低光量時にはＡ−Ｂ間クロスが生じないため、概ね正確なデフォーカス量を検出することが可能である（実線）。一方、高光量時には、Ａ−Ｂ間クロスが発生するため、位相差（デフォーカス量）が小さくなる方向に測距結果（焦点検出結果）に誤差が生じる（二点鎖線）。この二つのグラフの傾きの変化量は、光量（Ａ−Ｂ間クロス量、移動電荷量）に依存する。本実施例の補正を行うことにより、高光量時においても、低光量時と略等価な焦点検出結果を得ることができる（点線）。

【実施例2】

【0036】

次に、本発明の実施例２における焦点検出方法について説明する。実施例１の焦点検出方法（補正方法）は、ハードウェアとＣＰＵ１０９によるソフトウェア処理の組み合わせにより、線形モデルとして実現している。ただし、より正確な補正を行うには、前述のとおり、Ｅ値配列を用いて図４の波形４０５（輝度信号の補正値）を求める必要がある。

【0037】

図７は、本実施例における補正方法を説明する波形図であり、図４の波形４０５と図６の波形６０３を重ねて示している。実施例１よりも厳密な補正を行うには、二つの要素を加味すればよい。一つは、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素からの画素信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）に対してそれぞれ独立で実施例１と等価な処理を行うことであり、その後、輝度信号（Ｙ信号）を生成する。また、他の一つは、電荷移動時の損失項である。

【0038】

Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素からの画素信号に対してそれぞれ独立で補正値を求める際には、実施例１の補正方法を各色の画素に対してそれぞれ独立に行えばよい。例えば、ＣＰＵ１０９（推定手段）は、第１の画素および第２の画素のそれぞれから独立して得られた色ごとの画素信号を用いて、第１の画素と第２の画素との間の移動電荷量を推定する。またＣＰＵ１０９（補正手段）は、推定手段の推定結果に基づいて色ごとの画素信号を補正する。分割像生成回路１０２（生成手段）は、色ごとの画素信号の補正値を用いて、第１の画素に対する第１の輝度信号および第２の画素に対する第２の輝度信号を生成する。そしてＣＰＵ１０９（演算手段）は、第１の輝度信号および第２の輝度信号を用いて相関演算を行う。

【0039】

損失項については、実験的に簡単に求めることが可能である。図４において、波形４０５は波形４０１と波形４０２との差である。同様に、波形４０３と波形４０４との差をとれば、Ｂ像信号用の補正量の波形を算出することができる（不図示）。さらに、Ａ像信号の補正後の波形４０５とＢ像信号の補正後の波形を加算すると、損失量の波形が得られる（損失がなければ０になる）。また本実施例において、撮像センサ１０１構造に依存する量として所定のオフセット量Ｎが用いられる。このため、本実施例では、以下の式（３）、（４）で表されるように補正を行うことができる。

【0040】

Ａｒ［ｉ］＝Ａｒ［ｉ］＋Ｋｒ×Ｅｒ［ｉ］−Ｎ … （３−１）
Ａｂ［ｉ］＝Ａｂ［ｉ］＋Ｋｂ×Ｅｒ［ｉ］−Ｎ … （３−２）
Ａｇ［ｉ］＝Ａｇ［ｉ］＋Ｋｇ×Ｅｒ［ｉ］−Ｎ … （３−３）
Ａ［ｉ］＝Ａｒ［ｉ］＋Ａｇ［ｉ］＋Ａｂ［ｉ］ … （３−４）
Ｂｒ［ｉ］＝Ｂｒ［ｉ］＋Ｋｒ×Ｂｒ［ｉ］＋Ｎ … （４−１）
Ｂｂ［ｉ］＝Ｂｂ［ｉ］＋Ｋｂ×Ｂｂ［ｉ］＋Ｎ … （４−２）
Ｂｇ［ｉ］＝Ｂｇ［ｉ］＋Ｋｇ×Ｂｇ［ｉ］＋Ｎ … （４−３）
Ｂ［ｉ］＝Ｂｒ［ｉ］＋Ｂｇ［ｉ］＋Ｂｂ［ｉ］ … （４−４）
各式において、ｒ、ｂ、ｇは、Ｒ画素、Ｂ画素、Ｇ画素のそれぞれの色を示している。このように、本実施例では非線形成分をも考慮することで（非線形モデルを用いて色ごとの画素信号を補正することで）、より高精度の補正が可能となり、焦点検出精度を向上させることができる。このとき、更に、撮像センサ１０１に依存するオフセット量を用いて色ごとの画素信号を補正することが好ましい。

【0041】

上記各実施例によれば、高輝度被写体など光量が多い被写体や撮像条件においても、測距誤差（焦点検出誤差）を低減でき、合焦精度および合焦速度の劣化を回避することが可能である。このため、入射光量が高い場合（高輝度時）における焦点検出誤差を低減可能な焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供することができる。

【0042】

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。

【符号の説明】

【0043】

１０ 焦点検出装置
１０１ 撮像センサ
１０２ 分割像生成回路
１０３ 輝度評価回路
１０５ 画像処理回路
１０９ ＣＰＵ

【図2】

【図3】

【図8】

【図1】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】