(57)【要約】【課題】焦点合わせを良好に行い得る撮像装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】撮影光学系によって生成される被写体像を光電変換する撮像素子と、撮影光学系の瞳領域の一部である第１の瞳部分領域を通過した光束による第１の信号と、瞳領域のうちの第１の瞳部分領域とは異なる第２の瞳部分領域を通過した光束による第２の信号と、第１の瞳部分領域を含むとともに第１の瞳部分領域よりも広い領域を通過した光束、又は、第２の瞳部分領域を含むとともに第２の瞳部分領域よりも広い領域を通過した光束による第３の信号とを、撮像素子を用いて取得する信号取得手段と、第１の信号と第２の信号とのうちの少なくともいずれかと、第３の信号とに基づいて、撮影光学系のデフォーカス状態を検出するデフォーカス状態検出手段とを有している。【選択図】図９
2020057017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系によって生成される被写体像を光電変換する撮像素子と、
前記撮影光学系の瞳領域の一部である第１の瞳部分領域を通過した光束による第１の信号と、前記瞳領域のうちの前記第１の瞳部分領域とは異なる第２の瞳部分領域を通過した光束による第２の信号と、前記第１の瞳部分領域を含むとともに前記第２の瞳部分領域を含む領域を通過した光束による第３の信号とを、前記撮像素子を用いて取得する信号取得手段と、
前記信号取得手段により取得された前記第１の信号と前記第３の信号に基づくＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｒｏｍ−Ｄｅｆｏｃｕｓ）処理により、前記撮影光学系のデフォーカス状態を検出するデフォーカス状態検出手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子は撮像画素を有し、前記撮像画素は第１の分割画素と第２の分割画素とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子には、撮像画素と別個に第１の焦点検出画素と第２の焦点検出画素とが配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ＤＦＤ処理は、異なるＦ値の光束を受光することにより得られる信号である前記第１の信号と前記第３の信号とを用い、これらの信号の一致度を検出することによって、デフォーカス状態を検出する処理であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の信号と前記第２の信号との相関に基づいて、前記撮影光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記デフォーカス状態検出手段による前記デフォーカス状態の検出の結果に基づいて、前記デフォーカス量の検出の対象となる領域を設定する検出対象領域設定手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の信号と前記第２の信号との相関に基づいて、前記撮影光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記デフォーカス状態検出手段による前記デフォーカス状態の検出の結果と前記デフォーカス量検出手段により検出されたデフォーカス量とに基づいて、前記撮影光学系の駆動量を算出する算出手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の信号と前記第２の信号との相関に基づいて、前記撮影光学系のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段と、
前記デフォーカス状態検出手段による前記デフォーカス状態の検出の結果に基づいて、前記デフォーカス量検出手段によって検出された前記デフォーカス量の信頼性を判定する信頼性判定手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記信頼性判定手段は、前記ＤＦＤ処理の結果と、前記デフォーカス量検出手段による検出結果との間に矛盾が生じている場合には、前記デフォーカス量検出手段による検出結果の信頼性は低いと判定し、前記ＤＦＤ処理の結果と、前記デフォーカス量検出手段による検出結果との間に矛盾が生じていない場合には、前記デフォーカス量検出手段による検出結果の信頼性は高いと判定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記被写体像を表示する表示手段を更に有し、
前記表示手段は、前記デフォーカス状態検出手段による検出の結果に基づいて、前記デフォーカス状態を表示する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮影光学系のＦ値、前記第１の信号の強度と前記第２の信号の強度と前記第３の信号の強度とのうちの少なくともいずれかのＳ／Ｎ比、又は、前記第１の信号の強度と前記第２の信号の強度と前記第３の信号の強度とのうちの少なくともいずれかの評価帯域に基づいて、前記撮影光学系が前記デフォーカス状態か否かを前記デフォーカス状態検出手段が検出するための閾値が設定され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。
【請求項１１】
撮影光学系によって生成される被写体像を光電変換する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮影光学系の瞳領域の一部である第１の瞳部分領域を通過した光束による第１の信号と、前記瞳領域のうちの前記第１の瞳部分領域とは異なる第２の瞳部分領域を通過した光束による第２の信号と、前記第１の瞳部分領域を含むとともに前記第２の瞳部分領域を含む領域を通過した光束による第３の信号とを、前記撮像素子を用いて取得する信号取得ステップと、
前記信号取得ステップにより取得された前記第１の信号と前記第３の信号に基づくＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｒｏｍ−Ｄｅｆｏｃｕｓ）処理により、前記撮影光学系のデフォーカス状態を検出するデフォーカス状態検出ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
コンピュータに、
撮影光学系によって生成される被写体像を光電変換する撮像素子を用いて、前記撮影光学系の瞳領域の一部である第１の瞳部分領域を通過した光束による第１の信号と、前記瞳領域のうちの前記第１の瞳部分領域とは異なる第２の瞳部分領域を通過した光束による第２の信号と、前記第１の瞳部分領域を含むとともに前記第２の瞳部分領域を含む領域を通過した光束による第３の信号とを、前記撮像素子を用いて取得する信号取得ステップと、
前記信号取得ステップにより取得された前記第１の信号と前記第３の信号に基づくＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｒｏｍ−Ｄｅｆｏｃｕｓ）処理により、前記撮影光学系のデフォーカス状態を検出するデフォーカス状態検出ステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ、カメラ付の携帯電話、ゲーム機、パーソナルコンピュータ等、撮像機能を有する電子機器においては、オートフォーカス（自動焦点検出）機能が実現されているのが一般的である。
【０００３】
特許文献１には、１つの画素に対して、１つのマイクロレンズと複数に分割された光電変換部とが形成された撮像素子が開示されている。分割された光電変換部は、１つのマイクロレンズを介して、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光を受光するように構成されており、瞳分割が行われるようになっている。分割された光電変換部を有する画素、即ち、焦点検出画素から出力される複数の焦点検出信号の相関量を算出し、当該相関量から像ずれ量を算出することによって、位相差方式の焦点検出を行うことができる。また、特許文献１では、分割された光電変換部から出力された焦点検出信号を画素毎に加算することによって撮像信号を生成することも開示されている。また、特許文献１には、位相差方式の焦点検出に加えて、ＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｒｏｍ−Ｄｅｆｏｃｕｓ）形式の焦点検出を行う技術が開示されている。また、特許文献２にも、ＤＦＤ形式の焦点検出を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６３１４２号公報
【特許文献２】特開２０１４−４８４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の撮像装置では、焦点合わせを必ずしも良好に行い得ない場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、焦点合わせを良好に行い得る撮像装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、撮影光学系によって生成される被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮影光学系の瞳領域の一部である第１の瞳部分領域を通過した光束による第１の信号と、前記瞳領域のうちの前記第１の瞳部分領域とは異なる第２の瞳部分領域を通過した光束による第２の信号と、前記第１の瞳部分領域を含むとともに前記第１の瞳部分領域よりも広い領域を通過した光束、又は、前記第２の瞳部分領域を含むとともに前記第２の瞳部分領域よりも広い領域を通過した光束による第３の信号とを、前記撮像素子を用いて取得する信号取得手段と、前記第１の信号と前記第２の信号とのうちの少なくともいずれかと、前記第３の信号とに基づいて、前記撮影光学系のデフォーカス状態を検出するデフォーカス状態検出手段とを有することを特徴とする撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、焦点合わせを良好に行い得る撮像装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による撮像装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による撮像装置の撮像素子の一部を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態による撮像装置の撮像素子の画素部を示す平面図及び断面図である。
【図４】射出瞳と画素部との関係を示す概略図である。
【図５】射出瞳と撮像素子との関係を示す概略図である。
【図６】デフォーカス量と像ずれ量との関係を示す図である。
【図７】焦点検出領域の例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による撮像装置における焦点調節動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態による撮像装置におけるデフォーカス量の算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】シェーディング説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［一実施形態］
本発明の一実施形態による撮像装置及びその制御方法について図面を用いて説明する。
まず、本実施形態による撮像装置１０に用いられるレンズユニット１００について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置１０の構成の概略を示すブロック図である。なお、ここでは、撮像装置１０が、レンズ交換式のデジタル一眼レフカメラである場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態による撮像装置（カメラ）１０の本体（カメラ本体、ボディ）１２０には、レンズユニット１００が装着されるようになっている。レンズユニット１００は、図１の中央部において点線で示されたマウントＭを介して、撮像装置本体１２０に装着される。
【００１３】
レンズユニット１００は、撮影レンズ１０５とレンズ駆動／制御系１１９とを含んでいる。撮影レンズ１０５は、被写体の光学像、即ち、被写体像を形成するためのものである。撮影レンズ１０５は、第１のレンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２のレンズ群１０３、及び、フォーカスレンズ群（以下、「フォーカスレンズ」という）１０４を含んでいる。第１のレンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２のレンズ群１０３及びフォーカスレンズ１０４は、被写体の光学像を撮像素子１２２の撮像面（画素アレイ領域）に結像するための光学系（結像光学系、撮影光学系、撮像光学系）１３３の一部を構成する。
【００１４】
第１のレンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端部に配されており、光軸方向ＯＡに進退動作が可能に保持されている。絞り兼用シャッタ１０２は、撮影時の光量を調節する機能を有しており、静止画像の撮影時には露出時間を制御するメカニカルシャッタとしても機能する。絞り兼用シャッタ１０２と第２のレンズ群１０３とは、光軸方向ＯＡに一体的に進退動作が可能である。
【００１５】
第２のレンズ群１０３の進退動作と第１のレンズ群１０１の進退動作との連動によって、ズーム機能が実現される。また、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退動作させることが可能であり、フォーカスレンズ１０４の位置に応じて撮影レンズ１０５が合焦する被写体距離（合焦距離）が変化する。光軸方向ＯＡにおけるフォーカスレンズ１０４の位置を制御することによって、撮影レンズ１０５の合焦距離を調節する動作である焦点調節が行われる。
【００１６】
レンズ駆動／制御系１１９は、レンズユニット１００に関する駆動／制御を行うためのものである。レンズ駆動／制御系１１９は、ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、及び、レンズＭＰＵ１１７を含んでいる。更に、レンズ駆動／制御系１１９は、レンズメモリ１１８を含んでいる。
【００１７】
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のレンズ群１０１や第２のレンズ群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。絞りシャッタ駆動回路１１５は、絞りシャッタアクチュエータ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。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の現在の位置を検出する。
【００１８】
レンズＭＰＵ（MicroProcessor Unit）１１７は、レンズユニット１００に関する様々な演算処理を行い、レンズユニット１００全体の制御を司る。レンズＭＰＵ１１７は、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、及び、レンズメモリ１１８の制御を行う。また、レンズＭＰＵ１１７は、マウントＭを介してカメラＭＰＵ１２５と接続され、コマンド、データ等を通信する。例えば、レンズＭＰＵ１１７は、フォーカスレンズ１０４等の位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に基づいて、レンズ情報をカメラＭＰＵ１２５に通知する。レンズ情報は、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置や、光学系１３３の射出瞳４００（図４参照）の光軸方向ＯＡにおける位置及び直径の情報を含む。レンズ情報は、射出瞳４００を通過する光束を制限するレンズ枠（図示せず）の光軸方向ＯＡにおける位置及び直径等の情報をも含む。
【００１９】
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、絞りシャッタ駆動回路１１５、及び、フォーカス駆動回路１１６を制御する。レンズメモリ１１８には、自動焦点検出（オートフォーカス）に必要な光学情報等が予め記憶されている。カメラＭＰＵ１２５は、例えば、カメラＭＰＵ１２５に内蔵された不揮発性メモリ（図示せず）やレンズメモリ１１８等に記憶されているプログラムを実行することによって、レンズユニット１００の動作を制御する。
【００２０】
次に、本実施形態による撮像装置１０の本体、即ち、撮像装置本体（カメラ本体）１２０について説明する。
撮像装置本体１２０は、光学的ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２１と撮像素子１２２とを含む光学系と、撮像装置駆動／制御系（カメラ制御／駆動系）１３１とを含んでいる。光学的ローパスフィルタ１２１と撮像素子１２２を含む光学系は、撮像光学系１３３の一部を構成している。レンズユニット１００の第１のレンズ群１０１、絞り１０２、第２のレンズ群１０３及びフォーカスレンズ１０４と、撮像装置本体１２０の光学的ローパスフィルタ１２１及びマイクロレンズ３０５（図３参照）とが相俟って、撮影光学系１３３を構成している。
【００２１】
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、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子１２２は、瞳分割機能を有しており、画像データを用いた位相差方式の焦点検出（撮像面位相差ＡＦ、位相差ＡＦ）を行うための信号を出力することが可能である。
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から、位相差ＡＦ用のデータと、表示、記録、及び、コントラストＡＦ（ＴＶＡＦ）用の画像データとを生成する。
【００２２】
撮像装置駆動／制御系１３１は、撮像素子駆動回路（センサ駆動回路）１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、及び、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、及び、撮像面位相差焦点検出部（位相差ＡＦ部）１２９を含んでいる。更に、撮像装置駆動／制御系１３１は、ＴＶＡＦ焦点検出部（ＴＶＡＦ部）１３０を含んでいる。
【００２３】
撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するものである。撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２によって取得される画像信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された画像信号をカメラＭＰＵ１２５と画像処理回路１２４とに送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２によって取得された画像データに対して一般的な画像処理を行う。かかる一般的な画像処理としては、例えば、γ変換、ホワイトバランス調整処理、色補間処理、圧縮符号化処理等が挙げられる。また、画像処理回路１２４は、位相差ＡＦ用の信号をも生成する。
【００２４】
カメラＭＰＵ（撮像素子ＭＰＵ）１２５は、撮像装置本体１２０に関する様々な演算処理を行い、撮像装置本体１２０全体の制御を司る。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、撮像面位相差焦点検出部１２９、及び、ＴＶＡＦ焦点検出部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との間でコマンド、データ等を通信する。
【００２５】
カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７に対し、様々な要求を発行する。カメラＭＰＵ１２５がレンズＭＰＵ１１７に対して行う要求としては、例えば、レンズ情報の取得を要求するレンズ情報取得要求、所定の駆動量での絞り１０２の駆動を要求する絞り駆動要求等が挙げられる。また、所定の駆動量でのフォーカスレンズ１０４の駆動を要求するフォーカスレンズ駆動要求、ズーム駆動要求、レンズユニット１００に固有の光学情報を取得するための光学情報取得要求等も、カメラＭＰＵ１２５がレンズＭＰＵ１１７に対して行う。カメラＭＰＵ１２５には、撮像装置１０の動作を制御するプログラム等が格納されたＲＯＭ１２５ａ、変数等を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、及び、様々なパラメータ等を記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。
カメラＭＰＵ１２５は、後述する第１の焦点検出信号、第２の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号を、撮像素子１２２等を用いて取得する信号取得手段として機能し得る。また、カメラＭＰＵ１２５は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの少なくともいずれかと、第３の焦点検出信号とに基づいて、撮影光学系１３３のデフォーカス状態を検出するデフォーカス状態検出手段としても機能し得る。
【００２６】
また、カメラＭＰＵ１２５は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とにそれぞれ対応する光束のＦ値に基づいて、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの少なくともいずれかを選択する信号選択手段としても機能し得る。また、カメラＭＰＵ１２５は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との大小関係に基づいて、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの少なくともいずれかを選択する信号選択手段としても機能し得る。
また、カメラＭＰＵ１２５は、撮像光学系１３３のデフォーカス状態の検出の結果に基づいて、撮像面位相差焦点検出部１２９によって検出されたデフォーカス量の信頼性を判定する信頼性判定手段としても機能し得る。また、カメラＭＰＵ１２５は、後述する評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対しての閾値を設定する閾値設定手段としても機能し得る。
【００２７】
表示器１２６は、ＬＣＤ等によって構成されている。表示器１２６は、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、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態の表示画像等を表示する。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等により構成されている。メモリ１２８は、例えば、フラッシュメモリ等の着脱可能なメモリであり、撮影済みの画像等を記録する。
【００２８】
撮像面位相差焦点検出部１２９は、画像処理回路１２４によって画像処理を行うことによって得られる焦点検出用データを用いて位相差検出方式の焦点検出処理を行う。より具体的には、画像処理回路１２４が、撮影光学系１３３の一対の瞳領域（瞳部分領域）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する。そして、撮像面位相差焦点検出部１２９が、この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、撮像面位相差焦点検出部１２９は、専用のＡＦセンサを用いることなく、撮像素子１２２の出力に基づいて位相差ＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）を行う。なお、撮像面位相差焦点検出部１２９の動作の詳細については、後述することとする。
撮像面位相差焦点検出部１２９は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との相関に基づいて、撮影光学系１３３のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段として機能し得る。
【００２９】
ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４によって行われる画像処理によって生成されるＴＶＡＦ用評価値（画像データのコントラスト情報）に基づいて、コントラスト方式の焦点検出処理（ＴＶＡＦ）を行う。コントラスト方式の焦点検出処理では、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに移動させ、ＴＶＡＦ評価値がピークとなるときのフォーカスレンズ１０４の位置を合焦位置として検出する。
このように、本実施形態による撮像装置１０は、位相差ＡＦとＴＶＡＦの両方を実行することが可能であり、状況に応じて位相差ＡＦ又はＴＶＡＦを選択的に実行したり、位相差ＡＦとＴＶＡＦとを組み合わせて実行したりすることができる。
【００３０】
次に、本実施形態による撮像装置１０において用いられている撮像素子１２２について説明する。図２は、本実施形態による撮像装置１０において用いられている撮像素子１２２の一部を示す平面図である。
本実施形態において用いられている撮像素子１２２は、上述したように、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子１２２の撮像面、即ち、撮像素子１２２の画素アレイ領域（図示せず）には、撮像画素（画素）２００（図２参照）が２次元的、即ち、マトリクス状に配列されている。画素アレイ領域の周囲には、読み出し回路を含む周辺回路（図示せず）が配されている。図２においては、赤色（Ｒ）に感応する撮像画素が符号２００Ｒを用いて示されており、緑色（Ｇ）に感応する撮像画素が符号２００Ｇを用いて示されており、青色（Ｂ）に感応する撮像画素が符号２００Ｂを用いて示されている。感応する色を特に区別しないで説明する場合には、符号２００を用いて説明することとする。
【００３１】
各々の撮像画素２００は、２つの分割画素（分割領域）２０１、２０２をそれぞれ含んでいる。即ち、各々の撮像画素２００は、２列×１行に配列された第１の分割画素２０１と第２の分割画素２０２をそれぞれ含んでいる。第１の分割画素２０１の重心は、撮像画素２００において−Ｘ方向に偏心している。第２の分割画素２０２の重心は、撮像画素２００において＋Ｘ方向に偏心している。
【００３２】
図２には、４列×４行の撮像画素２００の配列が抜き出して示されている。１つの撮像画素２００は、２つの分割画素２０１、２０２を含むため、図２には、８列×４行の分割画素２０１、２０２の配列が抜き出して示されている。
２列×２行の撮像画素２００によって、１つの画素群２０３が構成されている。図２においては、各々の画素群２０３を太い実線を用いて示している。１つの画素群２０３は、赤色に感応する１つの撮像画素２００Ｒと、緑色に感応する２つの撮像画素２００Ｇと、青色に感応する１つの撮像画素２００Ｂとにより構成されている。赤色に感応する撮像画素２００Ｒは、画素群２０３のうちの左上の位置に配されている。緑色に感応する撮像画素２００Ｇは、画素群２０３のうちの右上と左下の位置に配されている。青色に感応する撮像画素２００Ｂは、画素群２０３のうちの右下の位置に配されている。このような画素配列は、ベイヤー配列と称されている。
このような画素群２０３が撮像素子１２２の撮像面（受光面）に２次元的に多数配置されているため、撮像素子１２２は明瞭且つ高精度な撮影画像を取得することができる。
【００３３】
撮像画素２００のピッチ（周期）Ｐは、例えば４μｍに設定されている。列方向（Ｘ方向）における撮像画素２００の配列数Ｎは、例えば５５７５に設定されており、行方向（Ｙ軸方向）における撮像画素２００の配列数は、例えば３７２５個に設定されている。即ち、撮像素子１２２の画素数（有効画素数）Ｎは、例えば約２０７５万画素に設定されている。なお、撮像素子１２２の水平方向（列方向、横方向）（図２における左右方向）をＸ軸方向とし、撮像素子１２２の垂直方向（行方向、縦方向）（図２における上下方向）をＹ軸方向とする。また、撮像素子１２２の撮像面の法線方向（図２における法線方向）をＺ軸方向とする。
上述したように、各々の撮像画素２００は、２列×１行で配列された第１の分割画素２０１と第２の分割画素２０２とによってそれぞれ構成されている。このため、列方向（Ｘ軸方向）における分割画素２０１、２０２のピッチ（周期）ＰＡＦは、例えば２μｍとなっている。列方向（Ｘ軸方向）における分割画素２０１、２０２の数は、例えば、１１１５０となっている。行方向（Ｙ軸方向）における分割画素２０１、２０２の数は、例えば３７２５となっている。撮像素子１２２の分割画素数ＮＡＦは、例えば約４１５０万画素となっている。
【００３４】
図３は、撮像素子の画素部を示す平面図及び断面図である。図３（ａ）は、撮像素子１２２の画素部を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ′線断面図である。図３（ｂ）には、光軸３０３が一点鎖線を用いて示されており、撮像素子１２２の受光面（撮像面）３０４が破線を用いて示されている。図３では、撮像素子に設けられている複数の画素（撮像画素、画素部）２００のうちの１つを抜き出して示している。
図３に示すように、各々の撮像画素２００は、複数の領域（分割画素）２０１、２０２にそれぞれ分割されている。具体的には、撮像画素２００は、Ｘ方向に２分割されており、Ｙ方向には分割されていない。このように、本実施形態では、各々の撮像画素２００が、２つの領域２０１、２０２にそれぞれ分割されている。
【００３５】
一方の分割画素２０１における基板３００内には、第１の分割画素２０１の光電変換部（第１の光電変換部）３０１が形成されている。他方の分割画素２０２における基板３００内には、第２の分割画素２０２の光電変換部（第２の光電変換部）３０２が形成されている。第１の光電変換部３０１の重心は、−Ｘ方向に偏心している。第２の光電変換部３０２の重心は、＋Ｘ方向に偏心している。
光電変換部３０１及び３０２は、例えば、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造のフォトダイオードにより構成されている。なお、光電変換部３０１、３０２は、ｐｉｎ構造のフォトダイオードに限定されるものではなく、イントリンシック層が省略された、ｐｎ接合のフォトダイオードであってもよい。
【００３６】
光電変換部３０１、３０２が形成された基板３００上には、絶縁層３１１や配線層３０７等が適宜形成されている。絶縁層３１１や配線層３０７等が形成された基板３００上には、カラーフィルタ３０６が形成されている。
なお、撮像画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ毎にカラーフィルタ３０６の分光透過率を異ならせてもよいし、カラーフィルタ３０６を適宜省略するようにしてもよい。
カラーフィルタ３０６が配された基板３００上には、各々の撮像画素２００に入射される光を集光するためのマイクロレンズ３０５がそれぞれ配されている。
【００３７】
各々の画素部２００に入射される光は、マイクロレンズ３０５によって集光され、カラーフィルタ３０６で分光された後、第１の光電変換部３０１と第２の光電変換部３０２とに達する。
第１の光電変換部３０１及び第２の光電変換部３０２では、受光量に応じて電子とホール（正孔）とが対生成される。対生成された電子とホールは、空乏層で分離される。負電荷である電子はｎ型層３０９、３１０に蓄積され、正電荷であるホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子１２２の外部へ排出される。
第１の光電変換部３０１及び第２の光電変換部３０２のｎ型層３０９、３１０にそれぞれ蓄積された電子は、転送ゲート（図示せず）を介して、静電容量部（ＦＤ）（図示せず）に転送され、電圧信号に変換され、電圧信号が出力される。
【００３８】
図４は、瞳領域と画素部との関係を示す概略図である。図４の下側の図は、画素部の断面図であり、図４の上側の図は、画素部側から見た射出瞳面の平面図である。
【００３９】
図４に示すように、瞳領域５００は、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とを含んでいる。第１の瞳部分領域５０１の重心は、瞳領域５００において＋Ｘ方向に偏心している。一方、上述したように、第１の分割画素２０１の重心は、撮像画素２００においてが−Ｘ方向に偏心している。そして、瞳領域５００と画素部２００との間にはマイクロレンズ３０５が存在している。このため、第１の瞳部分領域５０１と第１の分割画素２０１とは共役関係となっており、第１の瞳部分領域５０１を通過する光束は、第１の分割画素２０１において受光される。
【００４０】
第２の瞳部分領域５０２の重心は、瞳領域５００において−Ｘ方向に偏心している。一方、上述したように、第２の分割画素２０２の重心は、撮像画素２００において＋Ｘ方向に偏心している。そして、瞳領域５００と画素部２００との間にはマイクロレンズ３０５が存在している。このため、第２の瞳部分領域５０２と第２の分割画素２０２とは共役関係になっており、第２の瞳部分領域５０２を通過する光束は、第２の分割画素２０２において受光される。
【００４１】
上述したように、瞳領域５００は、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とを含んでいる。また、上述したように、撮像画素２００は、第１の分割画素２０１と第２の分割画素２０２とを含んでいる。このため、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とを含む瞳領域５００を通過する光束は、第１の分割画素２０１と第２の分割画素２０２とを含む撮像画素２００において受光される。
【００４２】
図５は、射出瞳と撮像素子との関係を示す概略図である。
ある点８０２ａから発せられた複数の光束は、互いに異なる瞳部分領域５０１，５０２をそれぞれ通過し、ある画素２００ａの第１の分割画素２０１ａと第２の分割画素２０２ａとによってそれぞれ受光される。
また、他の点８０２ｂから発せられた複数の光束は、互いに異なる瞳部分領域５０１，５０２をそれぞれ通過し、他の画素２００ｂの第１の分割画素２０１ｂと第２の分割画素２０２ｂとによってそれぞれ受光される。
なお、ここでは、瞳領域５００を水平方向（Ｘ方向）に２つに分割する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。必要に応じて、垂直方向（Ｙ方向）に瞳領域５００を分割してもよい。
【００４３】
また、ここでは、第１の分割画素２０１と第２の分割画素２０２とにより撮像画素２００を構成する場合を例に説明したが、撮像画素２００と別個に第１の焦点検出画素と第２の焦点検出画素とを適宜配置するようにしてもよい。
【００４４】
撮像素子１２２にマトリクス状に配列された撮像画素２００の各々の第１の分割画素２０１により検出される信号（受光信号）の集合体によって、第１の焦点検出信号（第１の焦点検出用画像データ、Ａ像信号）が構成される。また、撮像素子１２２にマトリクス状に配列された撮像画素２００の各々の第２の分割画素２０２により検出される信号（受光信号）の集合体によって、第２の焦点検出信号（第２の焦点検出用画像データ、Ｂ像信号）が構成される。こうして得られた第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とを用いて焦点検出が行われる。また、各々の第１の分割画素２０１により検出される信号と各々の第２の分割画素２０２により検出される信号とを加算した信号の集合体によって、有効画素数Ｎの撮像信号（撮像画像、Ａ＋Ｂ像信号）が構成される。
【００４５】
次に、デフォーカス量と像ずれ量との関係について図６を用いて説明する。図６は、デフォーカス量と像ずれ量との関係を示す図である。なお、撮像面８００には、上述した撮像素子１２２が配置されているが、図６においては図示を省略している。図４及び図５を用いて上述したように、撮影光学系１３３の射出瞳４００は、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とに２分割されている。
【００４６】
図６における符号ｄは、被写体の結像位置（結像点）と撮像面８００との間の距離、即ち、デフォーカス量を示している。デフォーカス量ｄの大きさは｜ｄ｜で表される。被写体の結像位置が撮像面８００の手前に位置している状態、即ち、前ピン状態の場合には、デフォーカス量の符号は負となる（ｄ＜０）。被写体の結像位置が撮像面８００より奥に位置している状態、即ち、後ピン状態の場合には、デフォーカス量の符号は正となる（ｄ＞０）。被写体の結像位置が撮像面８００に位置している状態、即ち、合焦状態である場合には、デフォーカス量ｄは０である。
図６のように被写体８０１が位置している場合には、合焦状態（ｄ＝０）となる。また、図６のように被写体８０２が位置している場合には、前ピン状態（ｄ＜０）となる。前ピン状態（ｄ＜０）も後ピン状態（ｄ＞０）も、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）に該当する。
【００４７】
前ピン状態（ｄ＜０）においては、被写体８０２からの光束のうちの、第１の瞳部分領域５０１を通過した光束は、撮像面８００の手前で集光した後、光束の重心位置Ｇ１を中心として幅Γ１で広がり、撮像面８００においてボケた像となる。撮像面８００に達したボケた像は、撮像素子１２２に配列された撮像画素２００の第１の分割画素２０１によって受光され、第１の焦点検出信号が生成される。こうして、幅Γ１でボケた被写体８０２の像が、撮像面８００上の重心位置Ｇ１において、第１の焦点検出信号（Ａ像信号）として検出される。
また、前ピン状態（ｄ＜０）においては、被写体８０２からの光束のうちの、第２の瞳部分領域５０２を通過した光束は、撮像面８００の手前で集光した後、光束の重心位置Ｇ２を中心として幅Γ２で広がり、撮像面８００においてボケた像となる。撮像面８００に達したボケた像は、撮像素子１２２に配された撮像画素２００の第２の分割画素２０２によって受光され、第２の焦点検出信号が生成される。こうして、幅Γ２でボケた被写体８０２の像が、撮像面８００上の重心位置Ｇ２において、第２の焦点検出信号（Ｂ像信号）として検出される。
【００４８】
被写体像のボケ幅Γ１及びΓ２は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴って、概ね比例して増加していく。また、第１の焦点検出信号が示す被写体像と第２の焦点検出信号が示す被写体像との間の像ずれ量ｐ（光束の重心位置の差（Ｇ１−Ｇ２））の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴って、概ね比例して増加していく。
後ピン状態（ｄ＞０）の場合には、第１の焦点検出信号が示す被写体像と第２の焦点検出信号が示す被写体像との間の像ずれ方向が、前ピン状態の場合に対して反対の方向となること以外は、前ピン状態の場合と同様である。
【００４９】
デフォーカス量と像ずれ量との間には、上記のような関係がある。即ち、デフォーカス量ｄの大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号が示す被写体像と第２の焦点検出信号が示す被写体像との間の像ずれ量ｐの大きさが増加する。このような関係が成立するため、像ずれ量ｐ、即ち、位相差に基づいてデフォーカス量ｄを算出することが可能である。位相差（像ずれ量）に基づいてデフォーカス量の検出が行われる焦点検出は、位相差方式の焦点検出と称される。
【００５０】
なお、本実施形態による撮像装置１０は、位相差方式の焦点検出のみならず、ＤＦＤ方式の焦点検出をも行い得る。なお、ＤＦＤ方式の焦点検出については、後述することとする。
次に、焦点検出領域について図７を用いて説明する。図７は、焦点検出領域の例を示す図である。図７は、撮像素子１２２の有効画素領域１０００内における焦点検出領域と、焦点検出時に表示器１２６に表示される焦点検出領域を示す指標とを重ねて示したものである。本実施形態では、行方向に３つ、列方向に３つの、計９個の焦点検出領域が設定されている。行方向においてｎ番目に位置し、列方向においてｍ番目に位置している焦点検出領域は、Ａ（ｎ，ｍ）で表されている。行方向においてｎ番目に位置し、列方向においてｍ番目に位置している焦点検出領域の指標は、Ｉ（ｎ，ｍ）で表されている。焦点検出領域Ａ（ｎ，ｍ）内に位置している第１の焦点検出画素２０１と第２の焦点検出画素２０２とによってそれぞれ取得される第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とを用いて、後述するような焦点検出等が行われる。
【００５１】
なお、本実施形態では、行方向に３つ、列方向に３つの焦点検出領域Ａ（ｎ，ｍ）を設定する場合を例に示したが、これに限定されるものではない。焦点検出領域Ａ（ｎ，ｍ）の数、位置、及び、サイズを、適宜設定することができる。例えば、撮影者が指定した領域を中心として、所定の範囲を焦点検出領域Ａ（ｎ，ｍ）として設定してもよい。
【００５２】
次に、本実施形態による撮像装置１０における焦点調節動作について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による撮像装置における焦点調節動作を示すフローチャートである。なお、図８に示す焦点調節動作は、例えば、ライブビュー表示時（表示用動画撮影時）や動画記録時（記録用動画撮影時）において実施される。なお、ここでは、撮像素子１２２の出力を用いて位相差検出方式の自動焦点検出を行う場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、上述したように、コントラスト検出方式の自動焦点検出を行うようにしてもよい。
【００５３】
まず、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７等の操作によって焦点検出開始の指示が入力されたか否かを判定する（ステップＳ８０１）。焦点検出開始の指示が入力された場合には（ステップＳ８０１においてＹＥＳ）、ステップＳ８０２に移行する。一方、焦点検出開始の指示が入力されていない場合には（ステップＳ８０１においてＮＯ）、待機、即ち、ステップＳ８０１を繰り返す。なお、ここでは、ステップＳ８０２に移行するためのトリガが、焦点検出開始の指示の入力である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ライブビュー表示の開始や動画記録の開始を、ステップＳ８０２に移行するためのトリガとしてもよい。
【００５４】
次に、カメラＭＰＵ１２５は、レンズユニット１００のレンズ枠情報やフォーカスレンズ１０４の位置情報等の各種レンズ情報を、マウントＭを介してレンズＭＰＵ１１７から取得する（ステップＳ８０２）。
次に、カメラＭＰＵ１２５は、ＡＦ用の像信号である第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）との生成を行うように、画像処理回路１２４に対して指示する（ステップＳ８０３）。画像処理回路１２４は、逐次読み出されているフレームの画像データのうちの焦点検出領域Ａ（ｎ，ｍ）に対応する部分の画素データから、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）とを生成する。画像処理回路１２４によって生成された第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）とは、撮像面位相差焦点検出部１２９に送られる。焦点検出用の画素と撮影用の画素とで光電変換部の大きさが異なっていることに起因して生ずる信号レベルの差を補正する処理等が、例えば撮像面位相差焦点検出部１２９によって行われる。
【００５５】
次に、撮像面位相差焦点検出部１２９は、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）、即ち、対になっている像信号に対して、公知の相関演算等を適用することによって、像のずれ量を算出する。そして、撮像面位相差焦点検出部１２９は、算出した像のずれ量をデフォーカス量に変換する（ステップＳ８０４）。また、撮像面位相差焦点検出部１２９は、検出したデフォーカス量の信頼性等の判定をも行う。デフォーカス量の信頼性の判定の処理の詳細については、後述することとする。撮像面位相差焦点検出部１２９は、算出したデフォーカス量をカメラＭＰＵ１２５に出力する。
次に、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９によって算出されたデフォーカス量に基づいて、レンズユニット１００のフォーカスレンズ１０４に対する駆動量、即ち、レンズ駆動量を算出する（ステップＳ８０５）。
【００５６】
次に、カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭを介して、レンズ駆動量及び駆動方向の情報をレンズユニット１００のフォーカス駆動回路１１６に送信する（ステップＳ８０６）。フォーカス駆動回路１１６は、受信したレンズ駆動量と駆動方向の情報とに基づいて、フォーカスレンズ１０４を駆動する。こうして、レンズユニット１００における焦点調節が行われる。なお、図８に示す焦点調節動作は、動画像を構成する各フレームの動画データが取得される毎に実施されるようにしてもよい。
【００５７】
次に、図８を用いて上述したデフォーカス量の算出の処理（ステップＳ８０４）について、図９を用いて更に説明する。なお、図９に示すデフォーカス量の算出の処理は、主としてカメラＭＰＵ１２５によって行われてもよいし、カメラＭＰＵ１２５と別個に設けられる処理部によって行われてもよい。
まず、撮像面位相差焦点検出部１２９が、同じ行（ｍ行目とする）に位置する画素から出力されたＡ像とＢ像との相関演算を行う（ステップＳ９０１）。Ａ像とＢ像との相関演算において用いられる相関量ＣＯＲ１（ｋ）は、例えば以下の式（１）によって算出することができる。但し、−ｋｍａｘ≦ｋ≦ｋｍａｘである。
【数１】
2020057017.tif 000003
【００５８】
式（１）において用いられている変数ｋは、相関演算時のシフト量を示しており、−ｋｍａｘ以上、ｋｍａｘ以下の整数である。撮像面位相差焦点検出部１２９は、各シフト量ｋについての相関量ＣＯＲ１（ｋ）を求めた後、Ａ像とＢ像との相関量が最大となるときのシフト量ｋ、すなわち、相関量ＣＯＲ１（ｋ）が最小となるときのシフト量ｋの値を求める。なお、相関量ＣＯＲ１（ｋ）を算出する際に設定するシフト量ｋは整数とするが、相関量ＣＯＲ１（ｋ）が最小となるときのシフト量ｋを求める際には、補間処理等を適宜行うことによって、デフォーカス量を高い精度で算出することが好ましい。補間処理等を行えば、デフォーカス量をサブピクセルのオーダーで求めることができる。
【００５９】
本実施形態では、相関量ＣＯＲ１（ｋ）の差分値の符号が変化するときのシフト量ｄｋを、相関量ＣＯＲ１（ｋ）が最小となるときのシフト量ｋとして算出する。
即ち、まず、撮像面位相差焦点検出部１２９は、相関量の差分値ＤＣＯＲ１を以下の式（２）によって算出する。
ＤＣＯＲ１（ｋ）＝ＣＯＲ１（ｋ）−ＣＯＲ１（ｋ−１）    ・・・（２）
そして、撮像面位相差焦点検出部１２９は、相関量の差分値ＤＣＯＲ１を用いて、差分値の符号が変化するときのシフト量ｄｋ１を求める。差分値の符号が変化する直前のｋの値をｋ１とし、差分値の符号が変化したときのｋの値をｋ２（ｋ２＝ｋ１＋１）とし、撮像面位相差焦点検出部１２９は、シフト量ｄｋ１を、以下の式（３）によって算出する。
ｄｋ１＝ｋ１＋｜ＤＣＯＲ１（ｋ１）｜／｜ＤＣＯＲ１（ｋ１）−ＤＣＯＲ１（ｋ２）｜    ・・・（３）
このようにして、撮像面位相差焦点検出部１２９は、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）との相関量が最大となるときのシフト量ｄｋ１をサブピクセルのオーダーで算出し、ステップＳ９０１の処理を完了する。
なお、２つの１次元の像信号の位相差を算出する方法は、上記の方法に限定されるものではなく、公知の任意の方法を適宜用いることができる。
【００６０】
次に、ＤＦＤ処理を行う際に用いられる信号の選択が行われる（ステップＳ９０２）。ＤＦＤ処理では、異なるＦ値の光束を受光することにより得られる信号を用い、これらの信号の一致度を検出することによって、デフォーカス状態を検出する。デフォーカス状態におけるボケ方は、Ｆ値によって大きく異なる。このため、デフォーカス状態においては、Ｆ値の異なる光束から得られるこれらの信号の一致度は比較的低くなる。一方、合焦状態においては、Ｆ値の異なる光束から得られるこれらの信号の一致度は比較的高くなる。本実施形態で行われるＤＦＤ処理においては、このような現象を利用することによって、デフォーカス状態を検出する。ＤＦＤ処理を行う際には、このように、Ｆ値の異なる光束からそれぞれ得られる複数の信号が必要である。Ｆ値が異なる光束からそれぞれ得られる複数の信号としては、例えば、以下の３つが挙げられる。第１は、Ａ＋Ｂ像信号である第３の焦点検出信号（第３の信号）である。第２は、Ａ像信号である第１の焦点検出信号（第１の信号）である。第３は、Ｂ像である第２の焦点検出信号（第２の信号）である。
なお、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号との大きさを揃えるため、即ち、正規化のため、本実施形態では、第３の焦点検出信号として、Ａ像信号とＢ像信号との平均値が用いられる。
ただし、撮像信号としては、Ａ像信号とＢ像信号との平均値ではなく、Ａ像信号とＢ像信号との加算値が用いられる。
【００６１】
第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像信号）は、Ｆ値が比較的小さい光束によって得られる信号であるのに対し、第１の焦点検出信号（Ａ像信号）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）は、Ｆ値が比較的大きい光束によって得られる信号である。従って、ＤＦＤ処理においては、Ｆ値が比較的小さい光束によって得られる信号として、第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像信号）が用いられる。一方、Ｆ値が比較的大きい光束によって得られる信号として、第１の焦点検出信号（Ａ像信号）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）とのうちの少なくともいずれかが用いられる。ステップＳ９０２においては、Ｆ値が比較的大きい光束によって得られる信号として、どの信号を用いるかの選択が行われる。ステップＳ９０２においては、第１の焦点検出信号（Ａ像信号）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）の両方が選択される場合もあるし、第１の焦点検出信号が選択される場合もあるし、第２の焦点検出信号が選択される場合もある。なお、本実施形態において行われるＤＦＤ処理の詳細については、後述することとする。
【００６２】
ＤＦＤ処理を行う際に用いられる信号の選択は、撮影光学系１３３の情報と焦点検出情報とに基づいて行われる。撮影光学系１３３の情報とは、収差情報、射出瞳４００を通過する光束を制限するレンズ枠の光軸方向ＯＡにおける位置及び直径等のビネッティング情報、射出瞳４００の光軸方向ＯＡにおける位置及び直径等の開口情報等である。焦点検出情報とは、撮像素子１２２の画素アレイ領域の各箇所の受光感度の角度特性や、撮像素子１２２上における焦点検出領域Ａ（ｎ，ｍ）の位置情報等である。上述したように、ＤＦＤ処理は、Ｆ値の異なる光束によって得られる信号を用いて行われるが、Ｆ値の差は、上述した撮影光学系１３３の情報と焦点検出情報とに基づいて算出し得る。
【００６３】
図１０は、シェーディングを説明するための概略図である。射出瞳距離Ｄｌは、撮影光学系１３３の射出瞳４００と撮像素子１２２との間の光軸方向ＯＡにおける距離を示している。また、設定瞳距離Ｄｓは、周辺像高における受光感度の角度特性のうちで最も感度の高い方向と光軸３０３とが交わる位置と撮像素子１２２との間の光軸方向ＯＡにおける距離を示している。
【００６４】
図１０（ａ）は、撮影光学系１３３の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子１２２の設定瞳距離Ｄｓとが等しい場合を示している。この場合には、中央像高においても周辺像高においても、撮影光学系１３３の射出瞳４００を通過する光束が、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とにより、概ね均等に分割される。
【００６５】
図１０（ｂ）は、撮影光学系１３３の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１２２の設定瞳距離Ｄｓより短い場合を示している。この場合には、周辺像高においては、撮影光学系１３３の射出瞳４００と撮像素子１２２の入射瞳との間で瞳ずれが生じる。このため、撮影光学系１３３の射出瞳４００を通過する光束が、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とによって不均一に分割されてしまう。即ち、図１０（ｂ）に示すように、結像光学系１３３の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１２２の設定瞳距離Ｄｓより短い場合には、周辺像高における瞳分割が不均一になる。
図１０（ｃ）は、撮影光学系１３３の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１２２の設定瞳距離Ｄｓより長い場合を示している。この場合にも、周辺像高においては、撮影光学系１３３の射出瞳４００と撮像素子１２２の入射瞳との間で瞳ずれが生じる。このため、撮影光学系１３３の射出瞳４００を通過する光束が、第１の瞳部分領域５０１と第２の瞳部分領域５０２とによって不均一に分割されてしまう。即ち、図１０（ｃ）に示すように、結像光学系１３３の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１２２の設定瞳距離Ｄｓより長い場合にも、周辺像高における瞳分割が不均一になる。
周辺像高において瞳分割が不均一になるのに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号の強度も不均一になる。即ち、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなる。このような現象は、シェーディングと称される。
【００６６】
周辺像高において瞳分割が不均一になるのに伴って第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度が不均一になるが、様々な情報を用いることによって、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差を算出することが可能である。本実施形態では、射出瞳距離Ｄｌと、射出瞳４００の直径の情報と、焦点検出情報とを用いることによって、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差を算出する。射出瞳４００を通過する光束を遮る撮影光学系１３３の枠に関する情報を更に用いれば、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差をより正確に算出することも可能である。こうして行われる第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差の算出は、焦点検出領域の像高と第１の焦点検出信号のＦ値と第２の焦点検出信号のＦ値とによって、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差を算出していることに相当する。
【００６７】
ステップＳ９０２においては、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差が所定の閾値以下である場合には、ＤＦＤ処理に用いる信号として、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号のすべてを選択する。一方、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差が所定の閾値より大きい場合には、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの強度が小さい方の信号と、第３の焦点検出信号とを選択する。このような場合に、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの強度が小さい方の信号をＤＦＤ処理の際に用いる信号として選択するのは、Ｆ値が十分に異なっている光束による信号がＤＦＤ処理の際に用いられるようにするためである。
但し、ＤＦＤ処理を行う際に用いられる信号の選択方法はこれに限定されるものではない。第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差が大きく、一方の信号の大きさが非常に小さい場合には、小さい方の信号を採用すると、高精度なＤＦＤ処理を行い得ない。このため、かかる場合には、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの強度が大きい方の信号と、第３の焦点検出信号とを、ＤＦＤ処理の際に用いる信号として選択してもよい。
【００６８】
なお、ここでは、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との強度差を算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ピーク値や積算値を比較することによって、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との大小関係を判定するようにしてもよい。
【００６９】
また、上述したように、ＤＦＤ処理の際に用いられる信号の選択を信号の強度の比較によって行ってもよいが、他の方法を用いて、ＤＦＤ処理の際に用いられる信号の選択を行ってもよい。例えば、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とに含まれる収差の状況によって、ＤＦＤ処理の際に用いられる信号を選択してもよい。
上述したように、ＤＦＤ処理によるデフォーカス状態の検出においては、Ｆ値の異なる信号の一致度が高い場合に、合焦状態に近いと判定する。しかしながら、Ｆ値の異なる信号のうちの一方が、収差の大きい信号である場合には、合焦状態においても、これらの信号の一致度が高くならない。このため、収差の大きい信号を用いた場合には、ＤＦＤ処理の検出精度が悪化する。このため、撮影光学系１３３の収差情報を取得し、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号とのうちの収差の小さい方の信号を選択するという方法も考えられる。収差の小さい信号を用いるようにすれば、精度の高いＤＦＤ処理を行うことが可能となる。
【００７０】
ステップＳ９０３においては、第１の焦点検出信号（Ａ像信号）と第２の焦点検出信号（Ｂ像信号）と第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像信号）のすべてがＤＦＤ処理の際に用いられるか否かの判定が行われる。第１乃至第３の焦点検出信号のすべてがＤＦＤ処理の際に用いられる場合には（ステップＳ９０３においてＹＥＳ）、ステップＳ９０５に移行する。ステップＳ９０５では、第１乃至第３の焦点検出信号のすべてを用いてＤＦＤ処理を行う。
【００７１】
ＤＦＤ処理においては、公知の方法を用いて、Ｆ値の異なる光束によって得られた信号の相関関係の定量化を行えばよい。例えば、所定の空間周波数帯域を抽出した各信号のパワーの比を算出することによって、これらの信号の相関関係を定量化することができる。即ち、所定の評価帯域における各信号のパワーの比を算出することによって、これらの信号の相関関係を定量化することができる。
具体的には、フィルタ処理等を行うことにより抽出された第３の焦点検出信号に対して、以下の式によって、第３の焦点検出信号Ｉ３（ｋ）（１≦ｋ≦ｎ）のパワーＰ３を算出する。
【数２】
2020057017.tif 000004
第１の焦点検出信号のパワーＰ１についても、同様に算出することができる。また、第２の焦点検出信号のパワーＰ２についても、同様に算出することができる。
そして、デフォーカス状態を判定するための評価値ＥＶ＿ＤＦＤを、例えば、以下のような式（５）によって算出する。
ＥＶ＿ＤＦＤ＝Ｐ３／（Ｐ１とＰ２との平均値）＝（Ｐ３／（Ｐ１＋Ｐ２））×２    ・・・（５）
【００７２】
評価値ＥＶ＿ＤＦＤは、Ｆ値の異なる光束で得られた信号のパワーの比を示しており、合焦状態の近傍においては、所定の正の値に近づき、デフォーカス状態においては、値が小さくなる。例えば、合焦状態の近傍においては、評価値ＥＶ＿ＤＦＤは１に近い値となる。合焦状態の近傍において、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが１に近い値となるのは、合焦状態の近傍においては、点像のボケの広がりが小さいため、Ｆ値の異なる各焦点検出信号の差が小さくなり、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３の関係となるためである。
一方、デフォーカス状態においては、Ｆ値の小さい光束による信号である第３の焦点検出信号は、Ｆ値の大きい光束による信号である第１の焦点検出信号や第２の焦点検出信号に対して、ボケによる高周波成分の減衰が大きい。このため、デフォーカスが大きくなるに従って、Ｐ１＝Ｐ２＞Ｐ３の関係が顕著となり、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが減少する。
【００７３】
本実施形態では、閾値を設定し、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが当該閾値を超えるか否かによって合焦状態か否かの判定、換言すれば、デフォーカス状態か否かの判定を行う。例えば、合焦状態において、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが１に近づくような式を用いて判定する場合には、閾値を例えば０．６とし、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが当該閾値を超えた場合には合焦状態であると判定する。一方、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが当該閾値を超えない場合には、デフォーカス状態であると判定する。
【００７４】
合焦状態の際の評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対して、デフォーカスによって評価値ＥＶ＿ＤＦＤがどの程度減少するかは、撮影光学系１３３のＦ値、焦点検出信号のＳ／Ｎ比、焦点検出信号を抽出する周波数帯域（評価帯域）等によって異なる。例えば、Ｆ値が小さい場合には、デフォーカスによって生ずる焦点検出信号の減衰が大きいため、小さいデフォーカス量であっても、評価値ＥＶ＿ＤＦＤは十分に変化する。また、焦点検出信号に含まれているノイズが大きい場合には、焦点検出信号の強度の変化がノイズの影響によって検出しにくいため、デフォーカスによる評価値ＥＶ＿ＤＦＤの変化を検出しにくい。また、焦点検出信号を抽出する周波数帯域が高いほど、抽出される焦点検出信号のパワーのデフォーカスによる減衰は大きくなる。このため、焦点検出信号を抽出する周波数帯域を高く設定した場合には、小さいデフォーカス量であっても、評価値ＥＶ＿ＤＦＤは十分に変化する。これらの特性に鑑みて、評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対する閾値を適宜設定するようにすればよい。具体的には、撮影光学系１３３のＦ値によって、評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対する閾値を切り替えるようにしてもよい。また、焦点検出信号のゲイン等のＳ／Ｎ比に関する情報に基づいて、評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対する閾値を切り替えるようにしてもよい。また、焦点検出信号を抽出する周波数帯域、即ち、焦点検出信号の評価帯域等によって、評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対する閾値を切り替えるようにしてもよい。
【００７５】
また、焦点検出信号を抽出する周波数帯域を、用途に応じて変更するようにしてもよい。焦点検出信号を抽出する周波数帯域を高く設定した場合には、合焦近傍においては、デフォーカス量に対する評価値ＥＶ＿ＤＦＤの変化を大きくすることができる。しかしながら、かかる場合には、大きくデフォーカスしている状態においては、十分に大きい評価値ＥＶ＿ＤＦＤの変化が得られない。一方、焦点検出信号を抽出する周波数帯域を低く設定した場合には、より広いデフォーカス範囲において、ある程度の評価値ＥＶ＿ＤＦＤの変化を得ることができる。従って、合焦近傍においてデフォーカス状態を高精度に判定したい場合には、焦点検出信号を抽出する周波数帯域を高く設定すればよい。一方、広いデフォーカス範囲において、ある程度の評価値ＥＶ＿ＤＦＤの変化を得たい場合には、焦点検出信号を抽出する周波数帯域を低く設定するようにすればよい。
【００７６】
第１乃至第３の焦点検出信号のすべてをＤＦＤ処理の際に用いるわけではない場合には（ステップＳ９０３においてＮＯ）、ステップＳ９０４に移行する。ステップＳ９０４では、第１焦点検出信号（Ａ像信号）と第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像信号）とがＤＦＤ処理の際に用いられるか否かの判定が行われる。第１及び第３の焦点検出信号を用いてＤＦＤ処理が行われる場合には（ステップＳ９０４においてＹＥＳ）、ステップＳ９０６に移行する。
【００７７】
ステップＳ９０６では、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像）とを用いてＤＦＤ処理が行われる。具体的には、上記のようにして算出される第１の焦点検出信号のパワーＰ１と第３の焦点検出信号のパワーＰ３とを用い、デフォーカス状態を判定するための評価値ＥＶ＿ＤＦＤを、例えば以下のような式（６）によって算出する。
ＥＶ＿ＤＦＤ＝（Ｐ３／（２×Ｐ１））×２    ・・・（６）
Ｆ値が互いに大きく異なる光束によって第１の焦点検出信号と第３の焦点検出信号とが得られており、第１の焦点検出信号と第３の焦点検出信号との強度差も適切に設定されるため、信頼性の高い評価値ＥＶ＿ＤＦＤが得られる。
【００７８】
式（６）によって得られる評価値ＥＶ＿ＤＦＤは、式（５）によって得られる評価値ＥＶ＿ＤＦＤの上述した特性と同様の特性を有している。評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対して閾値を設け、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが閾値を超えるか否かによって合焦状態の判定を行う点は、ステップＳ９０５で行われる処理と同様である。
【００７９】
第２の焦点信号（Ｂ像信号）と第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像信号）とを用いてＤＦＤ処理を行う場合には（ステップＳ９０４においてＮＯ）、ステップＳ９０７に移行する。ステップ９０７では、第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号とを用いてＤＦＤ処理が行われる。具体的には、上記のようにして算出される第２の焦点検出信号のパワーＰ２と第３の焦点検出信号のパワーＰ３とを用い、デフォーカス状態を判定するための評価値ＥＶ＿ＤＦＤを、例えば以下のような式（７）によって算出する。
ＥＶ＿ＤＦＤ＝（Ｐ３／（２×Ｐ２））×２    ・・・（７）
Ｆ値が互いに大きく異なる光束によって第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号とが得られており、第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号との強度差も適切に設定されるため、信頼性の高い評価値ＥＶ＿ＤＦＤが得られる。
式（７）によって得られる評価値ＥＶ＿ＤＦＤは、式（６）によって得られる評価値ＥＶ＿ＤＦＤの上述した特性と同様の特性を有している。評価値ＥＶ＿ＤＦＤに対して閾値を設け、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが閾値を超えるか否かによって合焦状態の判定を行う点は、ステップＳ９０５やステップＳ９０６で行われる処理と同様である。
【００８０】
ステップＳ９０５〜Ｓ９０７のいずれかによるＤＦＤ処理が終了した後には、ステップＳ９０８に移行する。ステップ９０８では、ステップＳ９０１において行われたＡ像とＢ像との相関演算の結果、即ち、焦点検出結果の信頼性が高いか否かが判定される。信頼性の判定の手法としては種々のものが考えられるが、本実施形態においては、ＤＦＤ処理によって行われる合焦近傍か否かの判定が少なくとも用いられる。位相差方式等による焦点検出においては、被写体が白黒の繰り返し模様等になっている場合には、相関量ＣＯＲ１（ｋ）が極小値となるようなシフト量が複数検出される場合がある。このような場合には、ＤＦＤ処理の結果と位相差方式等による焦点検出結果との間に矛盾が生じることとなる。ＤＦＤ処理の結果と位相差方式等による焦点検出結果との間に矛盾が生じている場合には、位相差方式による焦点検出結果の信頼性は低いと判定する。即ち、ＤＦＤ処理の結果が合焦近傍でないと判定しているにもかかわらず、位相差方式等による焦点検出の結果が合焦近傍であることを示している場合には、位相差方式による焦点検出結果の信頼性は低いと判定する。ＤＦＤ処理の結果と位相差方式等による焦点検出結果との間に矛盾が生じていない場合には、位相差方式等による焦点検出結果の信頼性は高いと判定する。
【００８１】
更に、ステップＳ９０８では、ＤＦＤ処理の結果のみならず、焦点検出に用いられた２つの像の一致度やコントラスト等をも鑑みることによって、焦点検出結果の信頼性が高いか否かを判定する。
【００８２】
焦点検出結果の信頼性が高いと判定された場合には（ステップ９０８においてＹＥＳ）、ステップＳ９０９に移行し、デフォーカス量の算出を行う。即ち、撮像面位相差焦点検出部１２９が、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）、即ち、対になっている像信号に対して、公知の相関演算等を適用することによって、像のずれ量を算出する。そして、撮像面位相差焦点検出部１２９が、算出した像のずれ量をデフォーカス量に変換する。こうして、デフォーカス量の算出が行われる。
【００８３】
一方、焦点検出結果の信頼性が高くないと判定された場合には（ステップＳ９０８においてＮＯ）、Ｓ９１０に移行し、デフォーカス量の算出が不能であると判定する。このようにして、デフォーカス量の算出処理が行われる。
【００８４】
このように、本実施形態によれば、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）とのうちの少なくともいずれかと、第３の焦点検出信号（Ａ＋Ｂ像）とに基づいて、デフォーカス状態を検出することができる。こうして検出されたデフォーカス状態の検出結果と位相差方式等による焦点検出結果との間に矛盾があるか否かによって、位相差方式等による焦点検出結果の信頼性を判定することができる。従って、本実施形態によれば、良好に焦点合わせを行い得る撮像装置を提供することができる。
【００８５】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ＤＦＤ処理によって得られたデフォーカス状態の検出結果を用いて、位相差方式の焦点検出結果の信頼性の有無を判定したが、これに限定されるものではない。例えば、ＤＦＤ処理によって得られたデフォーカス状態の検出結果を用いて、コントラスト方式等による焦点検出結果の信頼性を判定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ＤＦＤ方式によって得られたデフォーカス状態の検出結果を用いて、ＤＦＤ方式とは異なる方式によって得られた焦点検出結果の信頼性の有無を判定したが、ＤＦＤ方式の焦点検出の利用態様はこれに限定されるものではない。上述したように、ＤＦＤ方式では、Ｆ値の異なる光束によって得られる信号の一致度を検出することによって、合焦近傍であるか否かを判定することが可能である。従って、ＤＦＤ処理の結果を用い、撮影範囲のうちの合焦状態の近傍の領域を撮影者に通知するようにすることも可能である。例えば、撮影範囲のうちの合焦状態の近傍の領域を、撮像装置１０の背面に配された表示器１２６においてハイライト表示するようにしてもよい。これにより、撮影者は、例えば、マニュアルフォーカス設定時等において、合焦状態を確認しながら撮影を行うことができる。なお、合焦状態を表示するということは、デフォーカス状態を表示することでもある。このように、ＤＦＤ処理の結果を、デフォーカス状態の表示に用いるようにしてもよい。
【００８６】
また、焦点検出領域を設定する際に、ＤＦＤ処理の結果を用いるようにすることも可能である。一般に、撮像装置１０からの距離が異なる被写体が焦点検出領域内に複数存在している場合には、遠近競合が生じ、焦点検出誤差が発生し得る。このため、焦点検出を行う際には、撮像装置１０からの距離がほぼ等しい被写体が焦点検出領域内に位置していることが望ましい。上述したように、ＤＦＤ方式の焦点検出では、デフォーカス状態の判定を行うことが可能であるため、焦点検出領域の設定を行うことが可能である。例えば、評価値ＥＶ＿ＤＦＤが所定の範囲内となっている領域を焦点検出領域として設定し、設定した焦点検出領域に対して位相差方式の焦点検出を行うようにしてもよい。即ち、デフォーカス状態検出手段によるデフォーカス状態の検出の結果に基づいて、デフォーカス量の検出の対象となる領域を設定するようにしてもよい。これにより、遠近競合によって焦点検出誤差が発生するのを防止することができる。カメラＭＰＵ１２５は、デフォーカス状態検出手段によるデフォーカス状態の検出の結果に基づいて、デフォーカス量の検出の対象となる領域を設定する検出対象領域設定手段としても機能し得る。
【００８７】
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。
【図１】
2020057017.tif 000005
【図２】
2020057017.tif 000006
【図３】
2020057017.tif 000007
【図４】
2020057017.tif 000008
【図５】
2020057017.tif 000009
【図６】
2020057017.tif 000010
【図７】
2020057017.tif 000011
【図８】
2020057017.tif 000012
【図９】
2020057017.tif 000013
【図１０】
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