(57)【要約】【課題】高精度な焦点検出装置を提供する。【解決手段】焦点検出装置は、イメージセンサと、相対的にシフトされた一対の像信号列を互いに加算合成することによって合成像信号列を生成する像合成手段と、合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによってコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出手段と、コントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、合成像信号列のコントラスト評価値を算出するコントラスト評価手段と、複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を像ズレ量として検出する像ズレ量検出手段と、光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段とを備える。【選択図】図７
2014164258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の射出瞳の一対の領域を通過する光束がそれぞれ形成する像を光電変換し、一対の像信号列を生成するイメージセンサと、
複数のシフト量に対応して相対的にシフトされた前記一対の像信号列を互いに加算合成することによって、前記複数のシフト量の各シフト量に対応する複数の合成像信号からなる合成像信号列を生成する像合成手段と、
前記複数の合成像信号に対する線形結合演算を通じて前記合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、前記各シフト量に対応する前記複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出手段と、
前記複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することにより前記コントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、前記合成像信号列のコントラスト評価値を、前記各シフト量に対応して算出するコントラスト評価手段と、
前記コントラスト評価値が前記各シフト量に対応して算出されることによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、前記像の相対的な像ズレ量として検出する像ズレ量検出手段と、
前記像ズレ量に基づき、前記光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記非線形関数は、前記複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲では単調関数であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記非線形関数の一次導関数は、前記複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲では単調関数であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記非線形関数は、２次関数であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記線形結合演算は、正の整数ＮについてのＮ階差分演算であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記コントラスト評価手段は、前記非線形コントラスト信号列を構成する各信号を積算することにより前記コントラスト評価値を算出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の焦点検出装置において、
前記一対の像信号列は、前記像を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる信号列であり、
前記複数のシフト量は、前記所定の空間ピッチ単位の離散的な値であり、
前記像ズレ量検出手段は、前記複数のコントラスト評価値の中で前記極値を示すコントラスト評価値と、該コントラスト評価値に対応するシフト量及び該シフト量に対して前記所定の空間ピッチだけ増減した２つのシフト量における２つのコントラスト評価値とに基づき、前記像ズレ量を前記所定の空間ピッチ以下の精度で検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】
一対の像を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる一対の像信号列を生成する像信号列生成手段と、
複数のシフト量に対応して相対的にシフトされた前記一対の像信号列を互いに加算合成することによって、前記複数のシフト量の各シフト量に対応する複数の合成像信号からなる合成像信号列を生成する像合成手段と、
前記複数の合成像信号に対する線形結合演算を通じて前記合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、前記各シフト量に対応する前記複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出手段と、
前記複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することにより前記コントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、前記合成像信号列のコントラスト評価値を、前記各シフト量に対応して算出するコントラスト評価手段と、
前記コントラスト評価値が前記各シフト量に対応して算出されることによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、前記一対の像の相対的な像ズレ量として検出する像ズレ量検出手段とを備えることを特徴とする像ズレ量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置および像ズレ量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。その焦点検出装置においては、光学系の射出瞳を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を生成する。該一対の像信号を相対的にシフトして周知の相関演算を施すことにより、該相対的にシフトした一対の像信号パターンの一致度を表す相関値を算出する。該相関値に基づき相対的にシフトした一対の像信号パターンの一致度が最大となるシフト量を一対の被写体像の相対的な像ズレ量として検出する。それとともに、該像ズレ量に応じて光学系の焦点調節状態を検出する。光学系の焦点調節状態は、予定焦点面と検出された像面との差、すなわちデフォーカス量で表される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３３０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置においては、一対の像パターンの一致度に基づいて像ズレ量を検出している。そのため、光学系の収差などの影響により一対の像パターンの同一性、すなわち像の形成位置以外の像波形（像パターン）の同一性が低下した場合には像ズレ検出誤差が生じ、結果的に焦点検出精度が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１に記載の焦点検出装置は、光学系の射出瞳の一対の領域を通過する光束がそれぞれ形成する像を光電変換し、一対の像信号列を生成するイメージセンサと、複数のシフト量に対応して相対的にシフトされた一対の像信号列を互いに加算合成することによって、複数のシフト量の各シフト量に対応する複数の合成像信号からなる合成像信号列を生成する像合成手段と、複数の合成像信号に対する線形結合演算を通じて合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、各シフト量に対応する複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出手段と、複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することによりコントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、合成像信号列のコントラスト評価値を、各シフト量に対応して算出するコントラスト評価手段と、コントラスト評価値が各シフト量に対応して算出されることによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、像の相対的な像ズレ量として検出する像ズレ量検出手段と、像ズレ量に基づき、光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項８に記載の像ズレ量検出装置は、一対の像を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる一対の像信号列を生成する像信号列生成手段と、複数のシフト量に対応して相対的にシフトされた一対の像信号列を互いに加算合成することによって、複数のシフト量の各シフト量に対応する複数の合成像信号からなる合成像信号列を生成する像合成手段と、複数の合成像信号に対する線形結合演算を通じて合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、各シフト量に対応する複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出手段と、複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することによりコントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、合成像信号列のコントラスト評価値を、各シフト量に対応して算出するコントラスト評価手段と、コントラスト評価値が各シフト量に対応して算出されることによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、一対の像の相対的な像ズレ量として検出する像ズレ量検出手段と備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高精度な焦点検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】デジタルカメラの構成を示す横断面図である。
【図２】撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図４】撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。
【図５】焦点検出画素が受光する焦点検出光束の様子を説明するための図である。
【図６】デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。
【図７】一対の像信号列に対するコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を詳述するフローチャートである。
【図８】撮影光束と一対の焦点検出光束とが予定焦点面近傍でどのように収束するかを模式的に示した図である。
【図９】撮影光束が予定焦点面上に形成する点像の点像分布（点像分布関数）の例を示す図である。
【図１０】一対の焦点検出光束が予定焦点面上に形成するの点像の一対の点像分布（点像分布関数）の例を示す図である。
【図１１】撮影光学系が無収差の場合において、白黒エッジの被写体を一対の焦点検出光束で最良像面に形成した時の被写体像を示す図である。
【図１２】収差の大きな撮影光学系を用いた場合に、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される被写体像を示す図である。
【図１３】像ズレ量だけ一対の点像分布を相対的に偏位させて重ね合わせた図である。
【図１４】コントラスト評価に基づく像ズレ量検出の検出原理を説明するための図である。
【図１５】焦点検出画素ピッチに基づくサンプリング位置と合成像信号強度（合成像信号列）との関係を表す図である。
【図１６】一対の像として段差Ｃ１のステップ状パターンの場合の一対の像信号列およびそれらの合成像信号列の像信号強度を示した図である。
【図１７】一対の像として段差Ｃ１のステップ状パターンの場合の一対の像信号列およびそれらの合成像信号列の像信号強度を示した図である。
【図１８】シフト量ｋに対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を示す図である。
【図１９】シフト量Ｇの内挿方法（３点内挿）を説明する図である。
【図２０】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２１】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２２】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２３】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２４】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２５】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２６】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【図２７】非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の第１の実施の形態における焦点検出装置を含む撮像装置として、レンズ交換式のデジタルカメラを例に挙げて説明する。図１は本実施の形態のデジタルカメラ２０１の構成を示す横断面図である。本実施の形態のデジタルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３とから構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００９】
交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミングレンズ２０８、フォーカシングレンズ２１０、絞り２１１、レンズ制御装置２０６などを有する。レンズ制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、レンズ駆動制御回路などから構成される。レンズ制御装置２０６は、フォーカシングレンズ２１０の焦点調節および絞り２１１の開口径調節のための駆動制御、ならびにズーミングレンズ２０８、フォーカシングレンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う。レンズ制御装置２０６は、後述するボディ制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の受信とを行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【００１０】
カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９、ＡＤ変換装置２２１などを有している。撮像素子２１２には、撮像画素が行と列とで規定される二次元状配列にしたがって配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が配置されている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、ボディ駆動制御回路などから構成される。ボディ制御装置２１４は、撮像素子２１２の露光制御と、撮像素子２１２からの画素信号の読み出しと、焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画像信号の処理、表示および記録、ならびにカメラの動作制御などを行う。また、ボディ制御装置２１４は、電気接点２１３を介してレンズ制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信とを行う。
【００１２】
液晶表示素子２１６は電子ビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２から読み出された画像信号に基づきスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像信号に基づいて生成される画像データを記憶する画像ストレージである。
【００１３】
ＡＤ変換装置２２１は、撮像素子２１２から出力される画素信号をＡＤ変換してボディ制御装置２１４に送る。撮像素子２１２がＡＤ変換装置２２１を内蔵する構成であってもよい。
【００１４】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の撮像面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、撮像画素および焦点検出画素の画素信号がボディ制御装置２１４へ送られる。
【００１５】
ボディ制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの画素信号（焦点検出信号）に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ制御装置２０６へ送る。また、ボディ制御装置２１４は、撮像素子２１２の撮像画素の画素信号（撮像信号）を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２から読み出されたスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１６】
レンズ制御装置２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミングレンズ２０８とフォーカシングレンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値とに応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値とに応じたレンズ情報を選択する。
【００１７】
レンズ制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシングレンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１８】
図２は、撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列による焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）に焦点検出エリア１０１が配置される。長方形で示す焦点検出エリア１０１の長手方向（水平方向）に、焦点検出画素が直線的に配列される。
【００１９】
図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図２において水平方向に配置された焦点検出エリア１０１の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図３においては撮像画素３１０と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素３１５、３１６が交互に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。
【００２０】
撮像画素３１０ならびに焦点検出画素３１５および３１６の各々のマイクロレンズの形状は、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズから画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。
【００２１】
撮像画素３１０は、図３に示すように矩形のマイクロレンズ１０、遮光マスクで受光領域を正方形に制限された光電変換部１１、および色フィルタから構成される。色フィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの色に対応する分光感度特性を有している。撮像素子２１２には、各色フィルタを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。
【００２２】
焦点検出画素３１５、３１６には全ての色に対して焦点検出を行うために全ての可視光を透過する白色フィルタが設けられている。その白色フィルタは、緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性を有し、高い感度を示す光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の各々において各色フィルタが高い感度を示す光波長領域を包括している。
【００２３】
焦点検出画素３１５は、図３に示すように矩形のマイクロレンズ１０と遮光マスクとで受光領域を正方形の左半分（正方形を垂直線で２等分した場合の左半分）に制限された光電変換部１５、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２４】
また、焦点検出画素３１６は、図３に示すように矩形のマイクロレンズ１０と遮光マスクとで受光領域を正方形の右半分（正方形を垂直線で２等分した場合の右半分）に制限された光電変換部１６、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２５】
焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を正方形の半分に制限された光電変換部１５および１６が水平方向に並んでいる。
【００２６】
また、上述した正方形の半分に制限された受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分を加えると、撮像画素３１０の受光領域と同じサイズの正方形となる。
【００２７】
以上のような撮像画素および焦点検出画素の構成においては、一般的な光源のもとでは、緑色の撮像画素の出力レベルと焦点検出画素の出力レベルとがほぼ等しくなり、赤色の撮像画素および青色の撮像画素の出力レベルはこれよりも小さくなる。
【００２８】
図４は、図３に示す撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を説明するための図であって、水平方向に配列した撮像画素配列の断面をとっている。撮像素子２１２上に配列された全ての撮像画素３１０の光電変換部１１は、光電変換部１１に近接して配置された遮光マスクの開口を通過した光束を受光する。遮光マスク開口の形状は、各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０により、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した撮影光学系の射出瞳９０上の全撮像画素に共通な領域９７に投影される。
【００２９】
従って各撮像画素の光電変換部１１は、領域９７と各撮像画素のマイクロレンズ１０を通過する光束７１を受光し、その光束７１によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３０】
図５は、図３に示す焦点検出画素３１５、３１６が受光する焦点検出光束の様子を、図４と比較して説明するための図であって、水平方向に配列した焦点検出画素配列の断面をとっている。
【００３１】
撮像素子２１２上に配列された全ての焦点検出画素３１５、３１６の光電変換部１５、１６は、光電変換部１５、１６の各々に近接して配置された遮光マスクの開口を通過した光束を受光する。光電変換部１５に近接して配置された遮光マスク開口の形状は、各焦点検出画素３１５のマイクロレンズ１０により、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の、焦点検出画素３１５に全てに共通した領域９５に投影される。同じく光電変換部１６に近接して配置された遮光マスク開口の形状は、各焦点検出画素３１６のマイクロレンズ１０により、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の、焦点検出画素３１６に全てに共通した領域９６に投影される。一対の領域９５、９６を測距瞳と呼ぶ。
【００３２】
従って各焦点検出画素３１５の光電変換部１５は、測距瞳９５と各焦点検出画素３１５のマイクロレンズ１０とを通過する光束７５を受光し、その光束７５によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また各焦点検出画素３１６の光電変換部１６は、測距瞳９６と各焦点検出画素３１６のマイクロレンズ１６とを通過する光束７６を受光し、その光束７６によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３３】
一対の焦点検出画素３１５、３１６が受光する光束７５、７６が通過する射出瞳９０上の測距瞳９５および９６を統合した領域は、撮像画素３１０が受光する光束７１が通過する射出瞳９０上の領域９７と一致し、射出瞳９０上において一対の光束７５、７６は光束７１に対して相補的な関係になっている。
【００３４】
上述の説明においては、遮光マスクにより光電変換部の受光領域が規制されているが、光電変換部自身の形状を遮光マスクの開口形状とすることも可能である。その場合は遮光マスクを排してもよい。
【００３５】
要は光電変換部と測距瞳とはマイクロレンズにより光学的に共役な関係となっていることが重要である。
【００３６】
また測距瞳の位置（測距瞳距離）は、一般に撮影光学系の射出瞳距離と略同一になるように設定される。複数の交換レンズが装着される場合には、複数の交換レンズの平均的な射出瞳距離に測距瞳距離を設定する。
【００３７】
上述した一対の焦点検出画素３１５、３１６を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を測距瞳９５および測距瞳９６に対応した一対の出力グループにまとめる。これにより、測距瞳９５および測距瞳９６をそれぞれ通過する一対の光束が水平方向の焦点検出画素配列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報（一対の像信号列）が得られる。この情報（一対の像信号列）に対して後述する像ズレ検出演算処理（位相差検出処理）を施すことによって、一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に、一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換係数を用いての変換演算を行うことによって、焦点検出位置における予定結像面と瞳分割型位相差検出方式で検出される結像面との偏差、すなわちデフォーカス量が算出される。
【００３８】
なお図５においては理解しやすいように一対の測距瞳９５、９６を明瞭な形状で示すとともに、一対の焦点検出光束７５、７６をコーン形状で表現し、光軸９１に対して垂直な断面で光束を切り取ったとき、該断面上で光線密度は一様であるかのように説明している。しかし、実際には焦点検出画素のマイクロレンズの収差などに応じて一対の測距瞳９５、９６の外形は不明瞭となる。また、光軸９１に対して垂直な断面における一対の焦点検出光束７５、７６の光線密度は、一様ではなく、焦点検出光学系の光学特性と撮影光学系の光学特性とに応じた分布を示す。
【００３９】
図６は、本実施の形態のデジタルカメラ２０１のボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１００でデジタルカメラ２０１の電源がＯＮされるとステップＳ１１０から動作を開始する。ステップＳ１１０において、絞り変更が必要な場合は、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６に絞り調整指令を送って絞り調整を行わせる。それとともに、ボディ制御装置２１４は、撮像動作を行って撮像素子２１２から撮像画素３１０の信号を読み出し、液晶表示素子２１６に表示させる。続くステップＳ１２０では、ボディ制御装置２１４は、焦点検出画素列から一対の被写体像に対応した一対の像信号列を読み出す。
【００４０】
ステップＳ１３０では、ボディ制御装置２１４は、読み出した一対の像信号列に対し後述するコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を行って一対の像信号列の像ズレ量を算出するとともに、該像ズレ量をデフォーカス量に変換し、本処理はステップＳ１４０に進む。コントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理とは、一対の像信号列を相対的に像ずらしして加算合成して合成像信号列を生成するとともに、該合成像信号列のコントラストが最大となる像ズレ量を算出する処理である。
【００４１】
ステップＳ１４０では、ボディ制御装置２１４は、撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が、所定値以内であるか否かを判別する。所定値は、実験により、例えば１００μｍと定められる。ボディ制御装置２１４が、撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態でないと判別した場合、本処理はステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１５０では、ボディ制御装置２１４は、算出したデフォーカス量をレンズ制御装置２０６へ送信し、図１に示す交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００４２】
なお、焦点検出不能な場合も本処理はこのステップＳ１５０へ分岐し、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限遠位置から至近位置までスキャン駆動させる。その後、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作が繰り返される。
【００４３】
一方、ステップＳ１４０で撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態であると判別された場合は、本処理はステップＳ１６０へ進む。ステップＳ１６０において、ボディ制御装置２１４は、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別し、なされていないと判別した場合は、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作が繰り返される。ステップＳ１６０において、ボディ制御装置２１４は、シャッターレリーズがなされたと判別した場合は、ステップＳ１７０で、撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素およびすべての焦点検出画素から信号を読み出す。
【００４４】
ステップＳ１８０において、ボディ制御装置２１４は、焦点検出画素列の各画素位置の撮像信号を焦点検出画素の周囲の撮像画素の信号に基づいて画素補間する。続くステップＳ１９０で、ボディ制御装置２１４は、撮像画素の信号および補間された信号からなる画像データをメモリカード２１９に保存し、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作が繰り返される。
【００４５】
図６のステップＳ１３０における一対の像信号列に対するコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理（図７）を詳述する前に、従来技術の問題点を説明する。まず、一対の像信号列の一致度に基づいて像ズレ検出を行なう従来の像ズレ検出演算処理について説明する。従来の一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理においては、焦点検出画素列（画素数２Ｍ）から読み出された一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭに対し、下記（１）式のような周知の相関演算（ＳＡＤ：Sum of Absolute Difference）を行い、一対の像信号列パターンの一致度を表す相関量Ｅ(ｋ)を演算する。
Ｅ(ｋ)＝Σ｜Ａｎ−Ｂｎ＋ｋ｜       （１）
【００４６】
（１）式において、Σ演算は変数ｎについて累積される。変数ｎの範囲は、像ずらし量ｋに応じて像信号列Ａｎ、Ｂｎ＋ｋが存在する範囲に限定される。像ずらし量ｋは整数であり、一対の像信号列の信号ピッチを単位とした相対的シフト量である。（１）式の演算を一対の像信号列を相対的に所定量ずつシフトすることにより、すなわち像ずらし量ｋを所定範囲で変更することにより、複数のシフト量ｋに対する相関量Ｅ（ｋ）を算出する。（１）式においては一対の像信号列の値は一致度が高いほど相関量Ｅ（ｋ）の値は小さくなるので、複数のシフト量ｋに対して求められた相関量Ｅ（ｋ）の最小値を与えるシフト量を像ズレ量とする。なお、一対の像信号列の一致度を検出する相関演算式は（１）式に限定されず、一対の像信号列の一致度を演算するものであれば良い。
【００４７】
上述した従来の像ズレ検出演算により一対の像信号列の一致度を検出することができるという原理は、以下の考え方に基づく。一対の焦点検出光束が形成する一対の被写体像信号の形状や波形といったパターンは同一である、すなわち一致するという前提が成立するならば、合焦時には一対の像信号列のパターンが位置的にぴったりと重なる。従って一対の焦点検出光束が形成する一対の像信号列のパターンが一致するという前提が崩れれば、それに応じて従来の像ズレ検出演算により算出される像ズレ量に応じて検出される焦点調節状態は誤差を生じることになる。
【００４８】
図８は、予定焦点面９８上に最良像面が形成された場合において、図４および図５にそれぞれ示した射出瞳の領域９７を通る撮影光束と射出瞳の一対の領域９５、９６を通過する一対の焦点検出光束とが、予定焦点面９８近傍でどのように収束するかを模式的に示した図である。最良像面は、撮影光束が形成する被写体像や、一対の焦点検出光束が形成する一対の被写体像の、鮮鋭度またはコントラストといった像品質が最高となる結像面である。例えば図８において、光軸９１上に点光源があるとすると、点光源に対応して予定焦点面９８の光軸９１上に点像が形成されることになる。
【００４９】
理想的な無収差の撮影光学系の場合は、射出瞳の領域９７を通る撮影光束が形成する点像も、射出瞳の一対の領域９５、９６を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の点像も、いずれも予定焦点面９８上で空間的に広がりを持たない完全な点となるとともに、射出瞳の一対の領域９５、９６を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の点像の予定焦点面９８上での空間的な位置も一致する。このような無収差の撮影光学系を使用して一般の被写体を撮影する場合には、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される一対の被写体像の形状は完全に一致するとともに、該一対の被写体像の位置も一致するので、従来の一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理により求められた一対の被写体像の像ズレ量が０の場合に合焦であるということが保証できる。
【００５０】
しかしながら撮影光学系が光学的な収差を持つ場合には、射出瞳の領域９７を通る撮影光束が形成する点像も、射出瞳の一対の領域９５、９６を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の点像も、いずれも予定焦点面９８上で空間的に広がりをもった点像となる。
【００５１】
図９は、図８に示す状態、すなわち予定焦点面９８上に最良像面が形成された状態において、撮影光束が予定焦点面９８上に形成する点像の点像分布５１（点像分布関数）の例を示しており、中心に大きなピークを持ち周辺部で対称的に裾野を引いている。一方図１０は同じ状態、すなわち予定焦点面９８上に最良像面が形成された状態において、一対の焦点検出光束が予定焦点面９８上に形成する点像の一対の点像分布（点像分布関数）の例を示しており、実線が領域９５を通過する焦点検出光束が形成する点像分布５５、破線が領域９６を通過する焦点検出光束が形成する点像分布５６を示している。なお図９、図１０において横軸は予定焦点面９８における水平方向の位置であり、縦軸は像の強度である。また点像分布５１、５５、５６のピーク位置が像面中心、すなわち光軸９１が予定焦点面９８と交わる位置である。
【００５２】
点像分布５５、５６は点像分布５１と同様に中心に大きなピークを持ち周辺部で裾野を引いているが、裾野の引き方はともに非対称である。点像分布５５の右側の裾野は大きいのに対し、左側の裾野はほとんどない。点像分布５６の左側の裾野は大きいのに対し、右側の裾野はほとんどない。また一対の焦点検出光束は撮影光束に対して相補的な関係にあり、一対の焦点検出光束を統合したものが撮影光束になるので、点像分布５５と点像分布５６とで表される一対の被写体像信号を加算合成したものが点像分布５１となる。図９および図１０に示すように、点像が光軸上に形成された場合には、点像分布５１の形状は左右対称であり、点像分布５５と点像分布５６とは一方を左右反転した時に形状が一致する。点像が光軸外の画面周辺にある場合には、光軸に対する点像の形成位置、すなわち像高に応じて点像分布５１、５５、５６の形状は図９および図１０に示す形状からさらに変形するので、点像分布５１の形状は左右対称でなくなり、点像分布５５と点像分布５６とは一方を左右反転した時にも形状が一致しなくなる。
【００５３】
一般に撮影光学系の収差量が小さい場合あるいは良好な場合には、最良像面における点像分布５１、５５、５６の形状において、ピーク部のサイズに比較して裾野部の広がりは小さく、一対の点像分布５５、５６はほとんど同一の形状となるとともに、一対の点像の位置もほとんど一致する。
【００５４】
ところで一般に収差のある撮影光学系により形成される被写体像の像信号の分布関数は、無収差の場合に形成される被写体像の像信号の分布関数に、収差のある撮影光学系により形成される点像の像信号の分布関数をコンボルーションしたものとなる。
【００５５】
したがって、収差量が少ない場合、あるいは良好な撮影光学系を用いて一般の被写体を撮影する場合には、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される一対の被写体像の形状はほとんど一致するとともに、該一対の被写体像の位置も一致する。したがって、一対の被写体像の一致度が最も高い像ズレ量が０の場合に合焦であるという前提に基づいた従来の像ズレ検出演算処理により算出した像ズレ量に応じて焦点検出を行っても大きな誤差を生じない。
【００５６】
しかしながら収差量が大きい撮影光学系を用いて一般の被写体を撮影する場合には、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される一対の被写体像の形状が一致しない。したがって、一対の被写体像の一致度が最も高い像ズレ量が０の場合に合焦であるという前提に基づいた従来の像ズレ検出演算処理により算出した焦点検出を行うと大きな誤差を生じてしまう。
【００５７】
図１１は、撮影光学系が無収差の場合において、白黒エッジの被写体を一対の焦点検出光束で最良像面に形成した時の被写体像を示しており、図８の領域９５を通過する焦点検出光束は被写体像６５を形成し、領域９６を通過する焦点検出光束は被写体像６６を形成する。被写体像６５のエッジ部４５の位置と被写体像６６のエッジ部４６の位置とは一致しており、このような場合には一対の被写体像信号の一致度に基づく像ズレ検出演算を用いても、像ズレ量は０と算出される。
【００５８】
一方図１２は図１１と同じ白黒エッジの被写体に対し、収差の大きな撮影光学系を用いた場合に、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される被写体像を示している。また該撮影光学系を通過した一対の焦点検出光束が最良像面に形成する一対の点像の分布が、例えば図１０に示す点像分布関数５５、５６で表わされたとする。被写体像６７は領域９５を通過する焦点検出光束により形成されるエッジ像であり、無収差の場合の被写体像６５に点像分布関数５５をコンボルーションした像となる。被写体像６８は領域９６を通過する焦点検出光束により形成されるエッジ像であり、無収差の場合の被写体像６６に点像分布関数５６をコンボルーションした像となる。
【００５９】
一対の被写体像６７および６８はもともと同じ被写体の像であるが、一対の焦点検出光束により形成される一対の点像分布が同一でないことにより、一対の被写体像の形状、すなわち一対の被写体像信号のパターンが互いに大きく異なってきてしまう。例えば被写体像６７のエッジ部４７の上部４１の形状と、被写体像６８のエッジ部４８の上部４２の形状とは大きく異なる。また被写体像６７のエッジ部４７の下部４３の形状と、被写体像６８のエッジ部４８の下部４４の形状とは大きく異なる。最良像面が予定焦点面と一致した状態において、このように互いに形状が異なる一対の被写体像６７および６８に対して像ズレ検出を行っても検出される像ズレ量は０とならない。例えばこの状態において一対の被写体像信号の一致度に基づく像ズレ検出演算により像ズレ量Δ（Δ≠０）が算出された場合には、該像ズレ量Δに対応する像面は例えば図８の面９９となってしまう。
【００６０】
このような誤差（像ズレ量Δ）を生ずる原因は、前述したように最良像面において一対の焦点検出光束により形成される一対の点像分布が同一でないことにある。最良像面において図１０の点像分布５５、５６のピーク位置は一致しているが、点像分布５５、５６に対して一対の被写体像信号パターンの一致度に基づく像ズレ検出演算処理を施して求めた像ズレ量Δは０にはならない。像ズレ量Δだけ点像分布５５、５６を相対的に偏位させて重ね合わせると図１３のようになる。すなわち一対の被写体像信号パターンの一致度に基づく像ズレ検出演算では、図１３に示す状態が点像分布５５、５６の一致度が最も高い状態と判断されてしまうのである。
【００６１】
上述したように、一対の被写体像信号パターンの一致度に基づく像ズレ検出演算においては、撮影光学系の収差が大きい場合には一対の被写体像の同一性が崩れるために、像ズレ量の検出に誤差が生じる。
【００６２】
このように一対の被写体像信号パターンの同一性が崩れた場合においても、精度の高い像ズレ量の検出が可能となるコントラスト評価（像品質）に基づく像ズレ量検出演算処理について説明する。
【００６３】
図１４はコントラスト評価に基づく像ズレ量検出の検出原理を説明するための図である。図１４（ｄ）、１４（ｅ）および１４（ｆ）は、一対の焦点検出光束により予定焦点面上に形成される一対の点像分布５５および５６の相対的な位置を変更して重ね合わせて表示している。実線で表された点像分布５５は、領域９５を通過する焦点検出光束によって形成され、破線で表された点像分布５６は、領域９６を通過する焦点検出光束によって形成される。図１４（ａ）、１４（ｂ）および１４（ｃ）は、一対の点像分布を相対的な位置を変更して互いに重ね合わせて加算合成することによって得られる点像分布５１ａ、５１ｂ、および５１ｃを示している。図１４（ａ）および１４（ｄ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐａと、図１４（ｂ）および１４（ｅ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂと、図１４（ｃ）および１４（ｆ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｃとは、互いに異なり、コントラスト評価に基づく像ズレ量検出演算処理では、一対の点像分布の相対的な位置を、例えば位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの順に変化させる。すなわち、点像分布５１ａ、５１ｂ、および５１ｃは、それぞれ相異なる複数のシフト量ｋに対応する複数の合成像信号の強度分布である。
【００６４】
図１４（ｂ）および１４（ｅ）に示すように、一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂにおいて、合成被写体像信号の点像分布５１ｂのピーク値が最高値を示すので、像品質が最も高くなり、最良像面と予定焦点面とが一致した場合の撮影光束による点像分布（図９）に最も近づく。また一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂから位置ＰａまたはＰｃに離反するに従って合成被写体像信号の点像分布５１ａおよび５１ｃのピーク値が低いので、像品質が低下する。
【００６５】
すなわち点像の場合は、一対の点像分布の相対的な位置を順次変更しながら合成被写体像を生成するとともに、該合成被写体像の像信号のピーク値が最大となって像品質が最も高くなる相対的な位置を像ズレ量とすることにより、一対の点像分布の同一性が低い場合においても正確な像ズレ量の検出が可能になる。
【００６６】
このような原理による像ズレ検出の一般的な被写体像への拡張も上記と同様な仕組みで行われる。一対の焦点検出光束により形成される一対の被写体像は無収差の場合の被写体像に上記のような点像分布をコンボルーションされたものとなっているので、一対の被写体像の相対的な位置を順次変更しながら合成像を生成するとともに、該合成像のコントラストが最も良好となる相対的な位置を像ズレ量とすることにより、一般的な被写体像においても正確な像ズレ量の検出が可能になる。
【００６７】
上述したようにコントラスト評価に基づく像ズレ量検出においては、一対の焦点検出光束は撮影光束に対して相補的な関係にあること、すなわち一対の焦点検出光束を統合すると撮影光束と同等になるということを利用して、一対の焦点検出光束によって形成された一対の被写体像を相対的に変位させながら加算合成することにより、撮影光束によって形成される被写体像と同等な合成被写体像を生成し、該合成被写体像のコントラスト評価値が極値、すなわち最大値または最小値となる変位量を像ズレ量としている。
【００６８】
コントラスト評価に基づく像ズレ量検出における被写体像のコントラストの評価は、いわゆるコントラスト検出方式の焦点検出と同等な像品質評価を行う点で類似しているが、以下の点で異なる。すなわち、コントラスト検出方式の焦点検出においては、像品質を変化させて像品質のピークを検出するために、撮影光学系を光軸方向に走査駆動する必要があるのに対し、コントラスト評価に基づく像ズレ量検出においては、像品質を変化させるために、撮影光学系を光軸方向に走査駆動する必要は無い。コントラスト評価に基づく像ズレ量検出においては、単に一対の被写体像信号を相対的に変位させるだけで良い。コントラスト評価に基づく像ズレ量検出においては、一対の被写体像信号を相対的に変位させることが、コントラスト検出方式の焦点検出における撮影光学系の光軸方向の走査駆動と同等な役割を果たしており、焦点検出の都度撮影光学系の光軸方向の走査駆動を行う必要がないという効果が有る。
【００６９】
次に、図６のステップＳ１３０における一対の像信号列に対するコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を図７のフローチャートを用いて具体的に詳述する。
【００７０】
ステップＳ２００では、焦点検出画素列（画素数２Ｍ）から読み出された一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭの相対的なシフト量ｋの初期値をｋ＝−５に設定する。
【００７１】
ステップＳ２１０では、一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭを相対的にシフト量ｋだけシフトする。即ちシフト量ｋにより像信号列Ａの信号ＡＮと像信号列Ｂの信号ＢＮ＋ｋとが対応することになる。
【００７２】
ステップＳ２２０では、相対的にシフト量ｋだけシフトされた一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭを（２）式により加算合成演算して、図１５に示すＭ＋１−２｜ｋ｜個の合成像信号からなる合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する（ｎ＝｜ｋ｜，｜ｋ｜＋１，・・・，Ｍ−１−｜ｋ｜，Ｍ−｜ｋ｜）。
Ｆ（ｎ，ｋ）＝Ａｎ＋Ｂｎ＋ｋ      （２）
【００７３】
図１５において、横軸は焦点検出画素ピッチに基づくサンプリング位置、縦軸は合成像信号強度（合成像信号列）を表す。実線１５１０で示す合成像信号の強度を焦点検出画素ピッチで空間的に離散サンプリングすることによりサンプリング出力して得られた合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を○印で表している。
【００７４】
ステップＳ２３０では、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し、線形結合演算である（３）式の１階差分処理を施し、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から高周波数のコントラスト成分を抽出する。こうして得られるＭ−２｜ｋ｜個のコントラスト成分からなるコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成する。
Ｐ（ｎ，ｋ）＝Ｆ（ｎ，ｋ）−Ｆ(ｎ−１，ｋ)   （３）
【００７５】
ステップＳ２４０では、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）に対し（４）式のように非線形関数Ｈ（ｘ）である２次関数（２乗関数：ｙ＝Ｈ（ｘ）＝ｘ２）により非線形変換を行ない、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を生成する。
Ｑ（ｎ，ｋ）＝Ｈ（Ｐ（ｎ，ｋ））＝（Ｐ（ｎ，ｋ））２  （４）
【００７６】
ここでコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）に対し（４）式のような非線形関数による非線形変換を行なって非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を生成する理由について説明する。
【００７７】
図１６（ａ）、（ｂ）は一対の像として段差Ｃ１のステップ状パターンの場合の一対の像信号列を示したものである。一対の像信号列は相対的にシフト量ｋ１だけシフトされた状態となり、それぞれの像信号列において段差Ｃ１の位置が異なっている。図１６（ｃ）は図１６（ａ）、（ｂ）の一対の像信号列を加算合成して得られる複数の合成像信号からなる合成像信号列を示したものである。２カ所において段差Ｃ１を有するステップ状パターンとなる。もしコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）の絶対値を積算して合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出すると（Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ｐ（ｎ，ｋ）｜）、図１６（ｃ）の合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ１）は次のようにして求められる。すなわち、図１６（ｃ）の合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ１）は、合成像信号列の段差（１階差分）の絶対値を合成像信号列が存在する区間に亘って積算することにより算出されるので、Ｃ（ｋ１）＝２×｜Ｃ１｜となる。
【００７８】
図１７（ａ）、（ｂ）は図１６（ａ）、（ｂ）と同様に一対の像が段差Ｃ１を有するステップ状パターンの場合の一対の像信号列を示したものであり、一対の像信号列は相対的にシフト量ｋ２だけシフトされた状態において、それぞれの像信号列の段差Ｃ１の位置が一致している。図１７（ｃ）は図１７（ａ）、（ｂ）の一対の像信号列を加算合成した合成像信号列を示したものであり、１カ所において段差Ｃ２（＝２×Ｃ１）を有するステップ状パターンとなる。図１７（ｃ）の合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ２）を、合成像信号列の段差の絶対値をそのまま合成像信号列が存在する区間に亘って積算して算出すると、Ｃ（ｋ２）＝｜２×Ｃ１｜＝２×｜Ｃ１｜＝Ｃ（ｋ１）となる。すなわち図１８（ａ）に示すように、シフト量ｋに対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ）はシフト量ｋに依らず一定となってしまい、いくら一対の像信号列を相対的にシフトしてコントラスト評価値を算出しても、コントラスト評価値のピークやボトムが検出出来ず、従って像ズレ量の検出が出来ないことになってしまう。
【００７９】
以上の説明ではコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を合成像信号列の段差の絶対値を積算して求めるとして説明したが、段差は合成像信号列のコントラスト成分のことであり、実際には（３）式の１階差分演算で算出される。また合成像信号列のコントラスト成分は一般に合成像信号列のＮ階差分処理（Ｎは正の整数）で求めることが出来るが、合成像信号列のＮ階差分処理によりコントラスト成分を抽出した場合においても、該コントラスト成分の絶対値をそのまま積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する場合には同様な現象が生じる。
【００８０】
このような結果になる数学的な理由は、合成像信号列の加算合成処理は一対の像信号列の１次線形結合（一対の像信号列の加算）となっているとともに、合成像信号列のコントラスト成分を抽出するためのＮ階差分処理も、合成像信号列の信号列の１次線形結合（各信号に所定係数を乗じて加算する演算）となっているためである。すなわち図１６、図１７に示したような像パターンに対しては、合成像信号列に対するＮ階差分処理で抽出したコントラスト成分の絶対値の積算によりコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出した場合には、該コントラスト評価値Ｃ（ｋ）が一対の信号列の各々に対するコントラスト評価値を加算したもの（一対の信号列の各々に対するコントラスト評価値を１次線形結合したもの）と等しくなってしまうため、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）がシフト量ｋに依らず一定になってしまうのである。
【００８１】
このような問題は、コントラスト成分を積算する前に（４）式のように一度非線形変換することにより解決することができる。すなわち（４）式のようにコントラスト信号列を２乗関数により非線形変換して得られるＱ（ｎ，ｋ）を積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出した場合には（Ｃ（ｋ）＝ΣＱ（ｎ，ｋ）＝Σ｜Ｐ（ｎ，ｋ）｜２）、次のようになる。図１７（ｃ）のように一対の像の段差部が一致した時の合成像信号列に対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ２）＝４×Ｃ１２となり、図１６（ｃ）のように一対の像の段差部が一致しない時の合成像信号列に対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ１）＝２×Ｃ１２より大きくなる。従ってコントラスト評価値Ｃ（ｋ）がシフト量ｋに依らず一定にならず、一対の像の段差部が一致して合成像信号列のコントラストが最も高くなるシフト量においてコントラスト評価値Ｃ（ｋ）がピークを示すようになり、該シフト量に基づき像ズレ量の検出が可能になる。
【００８２】
図１６（ａ）および１６（ｂ）に示すような段差Ｃ１のステップパターンに対して図１６（ｃ）に示す合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）をコントラスト信号列ｘ＝Ｐ（ｎ，ｋ）の２乗関数ｙ＝ｘ２を積算して求める。ｘ＝Ｃ１のときはｙ＝Ｃ１２であり、図１６（ｃ）に示すように合成像信号列の段差Ｃ１は２か所なので、Ｃ（ｋ１）＝２ｙ＝２Ｃ１２となる。図１７（ａ）および１７（ｂ）に示すような段差Ｃ１のステップパターンに対して図１７（ｃ）に示す合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）をコントラスト信号列ｘ＝Ｐ（ｎ，ｋ）の２乗関数ｙ＝ｘ２を積算して求める。ｘ＝２Ｃ１のときはｙ＝４Ｃ１２であり、図１７（ｃ）に示すように合成像信号列の段差２Ｃ１は１か所なので、Ｃ（ｋ２）＝ｙ＝４Ｃ１２となる。Ｃ（ｋ１）＝２ｙ＝２Ｃ１２よりもＣ（ｋ２）＝ｙ＝４Ｃ１２の方が大きいので、合成像信号列が図１６（ａ）、１６（ｂ）、１７（ａ）および１７（ｂ）のような厳密なステップパターンよりもなだらかに変化する信号パターンの場合は、図１８（ｂ）のように、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）はシフト量ｋ＝ｋ２において極値（この場合はピーク）を示す曲線が得られる。
【００８３】
図７の説明に戻り、ステップＳ２５０では、（５）式により非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を構成する各信号を積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する。（５）式においてΣはｎに関する積算を表わす。
Ｃ（ｋ）＝ΣＱ（ｎ，ｋ）  （５）
【００８４】
ステップＳ２６０ではシフト量ｋが５に達したか否かをチェックし、達していない場合にはシフト量ｋをインクリメントして更新し、ステップＳ２１０に戻り、更新されたシフト量ｋに対してステップＳ２１０〜ステップＳ２５０の処理によりコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する。
【００８５】
ステップＳ２６０でシフト量ｋが５となった場合には、シフト量ｋ＝―５〜５の各シフト量毎のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）が全て算出されたことになるので、ステップＳ２８０に分岐し、整数単位のシフト量ｋ＝―５〜５に対応して離散的に求められたコントラスト評価値Ｃ（ｋ）に基づき、連続的なシフト量を仮定した場合のコントラスト評価値が最大となるシフト量Ｇ（小数単位）を内挿して求める。
【００８６】
図１９はシフト量Ｇの内挿方法（３点内挿）を説明する図であって、横軸がシフト量ｋ（―５、―４、・・４、５）であり、縦軸がコントラスト評価値である。また整数のシフト量ｋに対応するコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を●で示しており、シフト量ｋ＝２においてコントラスト評価値Ｃ（２）が最大になるとしている。またシフト量ｋ＝２の１つ前のシフト量ｋ＝１と１つ後のシフト量ｋ＝３のコントラスト評価値をそれぞれＣ（１）、Ｃ（３）とするとともに、Ｃ（１）＞Ｃ（３）となっているとする。シフト量Ｇ（小数単位）を内挿するにあたっては、コントラスト評価値Ｃ（１）、Ｃ（３）を通る直線と、該直線と反対の傾きを持ちコントラスト評価値Ｃ（２）を通る直線との交点の座標が連続的なシフト量を仮定した場合の最大のコントラスト評価値Ｃ（Ｇ）（○で示す）とシフト量Ｇになると仮定する。一般化するために整数のシフト量ｋｊにおいてコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ）が最大となり、シフト量ｋｊ−１、ｋｊ＋１におけるコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ−１）、Ｃ（ｋｊ＋１）とすると、連続的なシフト量を仮定した場合の最大のコントラスト評価値Ｃ（Ｇ）が得られるシフト量Ｇは（６）式から（９）式の３点内挿の手法を用いて求めることができる。
Ｇ＝ｋｊ−Ｄ／ＳＬＯＰ       （６）
Ｃ（Ｇ）＝Ｃ（ｋｊ）＋｜Ｄ｜       （７）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２       （８）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛｜Ｃ（ｋｊ＋１）−Ｃ（ｋｊ）｜，｜Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ）｜｝  （９）
【００８７】
（６）式で算出されたシフト量Ｇの信頼性があるかどうかは、（７）式で算出されるコントラスト評価値Ｃ（Ｇ）が所定閾値を下回ること、および／または（９）式で算出されるＳＬＯＰが所定閾値を下回ること等の基準により判定される。図１９においてコントラスト評価値のピークが存在しないような場合には焦点検出不能と判定する。
【００８８】
シフト量Ｇが算出されるとともに、シフト量Ｇの信頼性があると判定された場合は、ステップＳ２９０において（１０）式によりシフト量Ｇを像ズレ量Ｓｆに換算する。（１０）式において、検出ピッチＰＹは、同一種類の焦点検出画素によるサンプリングピッチ、すなわち撮像画素のピッチの２倍となる。
Ｓｆ＝ＰＹ×Ｇ           （１０）
【００８９】
さらに像ズレ量Ｓｆに所定の変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量Ｄｆへ変換する。
Ｄｆ＝Ｋｄ×Ｓｆ           （１１）
【００９０】
（１１）式において変換係数Ｋｄは一対の測距瞳９５、９６の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換係数であり、光学系の絞りＦ値に応じて変化する。
【００９１】
以上がコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理の詳細である。本実施の形態における焦点検出装置を含むデジタルカメラ２０１は、撮像素子２１２と、ボディ制御装置２１４とを含む。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２１０において一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭを相対的にシフトする像シフト処理を行う。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２０において一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭを互いに加算合成することによって合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する像合成処理を行う。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２３０において合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から複数のコントラスト成分を抽出することによってコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成するコントラスト抽出処理を行う。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２４０においてコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）に変換する非線形変換処理を行う。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２５０において合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出するコントラスト評価処理を行う。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２８０において複数のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）の中の極値Ｃ（Ｇ）に対応するシフト量Ｇを像ズレ量Ｓｆとして検出する像ズレ量検出処理を行う。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２９０において交換レンズ２０２のデフォーカス量Ｄｆを算出するデフォーカス量算出処理を行う。
【００９２】
このようにコントラスト評価値に基づいて像ズレ量を検出することにより、光学的な収差により一対の像の同一性が崩れた場合においても正確な像ズレ量の検出が可能になるとともに、コントラスト評価値の算出において合成像信号列のコントラスト成分を非線形変換しているため、図１６や図１７に示すようなステップ状の像パターンに対しても像ズレ量を確実に検出することが可能になる。
【００９３】
上述したデジタルカメラ２０１において、一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭは、一対の被写体像６７および６８を同一種類の焦点検出画素によるサンプリングピッチである検出ピッチＰＹで離散的にサンプリングして得られる信号列である。複数のシフト量ｋは、検出ピッチＰＹ単位の離散的な値である。ボディ制御装置２１４は、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）の中で極値を示すコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ）と、コントラスト評価値Ｃ（Ｇ）に対応するシフト量ｋｊ及びシフト量ｋｊに対して検出ピッチＰＹだけ増減した２つのシフト量ｋｊ−１およびｋｊ＋１における２つのコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ−１）及びＣ（ｋｊ＋１）とに基づき、像ズレ量Ｓｆを検出ピッチＰＹ以下の精度で検出する。これにより、より高精度に像ズレ量の検出が可能になる。
【００９４】
図７のステップＳ２３０においては、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し（３）式の１階差分処理を施しているが、前述したように合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から高周波数のコントラスト成分を抽出してコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成する線形結合演算処理としては正の整数ＮについてのＮ階差分演算処理を用いることができる。例えば２階差分処理を用いた場合には（１２）式のようになる。
Ｐ（ｎ，ｋ）＝−Ｆ(ｎ−１，ｋ)＋２×Ｆ（ｎ，ｋ）−Ｆ(ｎ＋１，ｋ)   （１２）
【００９５】
差分間隔が同一の場合は１階差分処理に比較して２階差分処理のほうが高周波成分を抽出する効率が高くなるので好ましい。
【００９６】
図７のステップＳ２４０における非線形関数Ｈ（ｘ）は単純な２乗関数（ｙ＝Ｈ（ｘ）＝ｘ２）であるが、現実的には入力ｘの入力レンジに対し出力ｙの出力レンジを整合させるほうが便利になる場合（例えばＣＰＵの演算ビット数に制限がある場合）がある。そのような場合には非線形関数Ｈ（ｘ）を適宜調整することができる。例えば入力ｘの入力レンジを０〜１００、出力ｙの出力レンジを０〜１００とした場合には（１３）式のように非線形関数Ｈ（ｘ）を定めることができ、該非線形関数Ｈ（ｘ）は図２０のグラフで表わされる。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝ｘ２／１００        （１３）
【００９７】
以下入力ｘの入力レンジの符号がプラスであり、非線形関数Ｈ（ｘ）は出力ｙの出力レンジの符号がプラスになる関数であるとして説明を行なう。
【００９８】
非線形関数Ｈ（ｘ）は上述の２乗関数に限定されず、種々のバリエーションが考えられる。しかしながら、コントラスト評価の定常性（コントラストが高いときにコントラスト評価値が高くなるあるいは低くなるという特性がコントラスト成分の大小によらず変化しないこと）を確保するために、非線形関数Ｈ（ｘ）による非線形変換後のコントラスト成分の大小関係は非線形変換前のコントラスト成分の値に関わらす常に一定となる必要がある。これは非線形関数Ｈ（ｘ）の入力ｘの入力レンジにおける任意の入力ｘにおける大小関係が、出力ｙにおいて常に保存または反転保存される非線形関数であることと等しい。すなわち非線形関数Ｈ（ｘ）において、任意の入力ｘ１、ｘ２（ｘ１＜ｘ２）とした場合には、Ｈ（ｘ１）＜Ｈ（ｘ２）あるいはＨ（ｘ１）＞Ｈ（ｘ２）が常に成立し、Ｈ（ｘ１）＝Ｈ（ｘ２）が成立しない。これは非線形関数Ｈ（ｘ）が入力ｘの入力レンジにおいて単調増加関数あるいは単調減少関数であることを意味している。この条件を言い換えると非線形関数Ｈ（ｘ）の１次導関数をｈ（ｘ）すると、１次導関数ｈ（ｘ）は入力ｘの入力レンジにおいてｈ（ｘ）＞０あるいはｈ（ｘ）＜０となる。すなわち任意のｘについてｈ（ｘ）≠０である。
【００９９】
また同様にコントラスト評価の定常性を確保するために、非線形関数Ｈ（ｘ）の１次導関数ｈ（ｘ）に関しても、入力ｘの入力レンジにおける任意の入力ｘにおける大小関係が、１次導関数ｈ（ｘ）の値において常に保存または反転保存されることが望ましい。すなわち１次導関数ｈ（ｘ）において、任意の入力ｘ１、ｘ２（ｘ１＜ｘ２）とした場合には、ｈ（ｘ１）＜ｈ（ｘ２）あるいはｈ（ｘ１）＞ｈ（ｘ２）が常に成立し、ｈ（ｘ１）＝ｈ（ｘ２）が成立しない。これは１次導関数ｈ（ｘ）が入力ｘの入力レンジにおいて単調増加関数あるいは単調減少関数であることを意味している。この条件を言い換えると非線形関数Ｈ（ｘ）の２次導関数をｒ（ｘ）すると、２次導関数ｒ（ｘ）は入力ｘの入力レンジにおいてｒ（ｘ）＞０あるいはｒ（ｘ）＜０となる。すなわち任意のｘについてｒ（ｘ）≠０である。
【０１００】
（１３）式の非線形関数Ｈ（ｘ）については、１次導関数ｈ（ｘ）＝ｘ／５０＞０（ｘ＝０〜１００）、２次導関数ｒ（ｘ）＝１／５０＞０（ｘ＝０〜１００）となる。したがって、非線形関数Ｈ（ｘ）：単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）の条件を満足する。非線形関数Ｈ（ｘ）：単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合は、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは図１８（ｂ）のような合成像信号列のコントラストが最高となるシフト量においてピーク（極値）を有する特性（凸形特性）となる。
【０１０１】
また非線形関数Ｈ（ｘ）：単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合は、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは図１８（ｃ）のような合成像信号列のコントラストが最高となるシフト量においてボトム（極値）を有する特性（凹形特性）となる。合成像信号列が図１６（ａ）、１６（ｂ）、１７（ａ）および１７（ｂ）のような段差を有するステップパターンに対して、例えば後述する図２５に示す非線形関数（１次導関数ｈ（ｘ）＞０かつ２次導関数ｒ（ｘ）＜０）による非線形変換を行う場合を例に説明する。ステップパターンの段差の値を３０とすると、図１６（ｃ）に示すような合成像信号列の段差が２か所ある場合においては、図２５によれば、ｘ＝３０のときのｙの値は約５５であり、コントラスト評価値Ｃ（ｋ１）は、そのｙの値を段差の数だけ乗じた値、すなわち２倍した値である約１１０となる。図１７（ｃ）に示すような合成像信号列の段差の値が６０である段差が１か所ある場合においては、図２５によれば、コントラスト評価値Ｃ（ｋ２）は段差の２倍にあたるｘ＝６０におけるｙの値、すなわち約７７となる。Ｃ（ｋ１）＞Ｃ（ｋ２）であるため、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは凹形特性を有する。
【０１０２】
非線形関数Ｈ（ｘ）：単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合、および非線形関数Ｈ（ｘ）：単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合には、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは図１８（ｃ）のような合成像信号列のコントラストが最高となるシフト量においてボトム（極値）を有する特性（凹形特性）となる。上述した条件とコントラスト評価値の特性の関係を下表にまとめて示す。コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフが凹形の特性を有する場合においても、連続的なシフト量を仮定した場合のコントラスト評価値が最小となるシフト量Ｇ（小数単位）を３点内挿の手法で求めることができる。
【表１】
2014164258.tif 000003
【０１０３】
非線形関数Ｈ（ｘ）：単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）および１次導関数ｈ（ｘ）：単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（１４）式（図２１）、（１５）式（図２２）、（１６）式（図２３）、（１７）式（図２４）がある。（１５）式におけるＥＸＰ（）関数はネイピア数ｅのベキ乗関数、（１６）式におけるＬＯＧ（）関数は１０を底とする常用対数である。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝７５０／（１５−ｘ／１０）−５０        （１４）
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００×（ＥＸＰ（９５＋ｘ／２０）−ＥＸＰ（９５））／ＥＸＰ（１００）    （１５）
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００−５０×ＬＯＧ（１００−９９×ｘ／１００）  （１６）
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝８００×（１−ＣＯＳ（ｘ／２００））    （１７）
【０１０４】
非線形関数Ｈ（ｘ）：単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（１８）式（図２５）がある。（１８）式におけるＳＱＲＴ（）関数はルート（平方根）関数である。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１０×ＳＱＲＴ（ｘ）        （１８）
【０１０５】
非線形関数Ｈ（ｘ）：単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（１９）式（図２６）がある。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００−１０×ＳＱＲＴ（ｘ）        （１９）
【０１０６】
非線形関数Ｈ（ｘ）：単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）と１次導関数ｈ（ｘ）：単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）の条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（２０）式（図２７）がある。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００−ｘ２／１００        （２０）
【０１０７】
上述した非線形関数およびその一次導関数は、複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲ではともに単調関数である。したがって、コントラスト評価の定常性を確保することができ、的確に像ズレ量が得られる。
【０１０８】
図７のステップＳ２１０〜ステップＳ２５０においては、本発明の本質的内容を理解しやすくするためにコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する処理を以下のステップに分解して説明した。即ち（ｉ）一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭを相対的にシフト量ｋだけシフトする。（ｉｉ）相対的にシフト量ｋだけシフトされた一対の像信号列Ａ１〜ＡＭ、Ｂ１〜ＢＭを（２）式により加算合成演算して、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する。（ｉｉｉ）合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し（３）式の１階差分処理を施し、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から高周波数のコントラスト成分を抽出したコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成する。（ｉｖ）コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）に対し（４）式のように非線形関数Ｈ（ｘ）である２次関数（２乗関数：Ｈ（ｘ）＝ｘ２）により非線形変換を行ない、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を生成する。（ｖ）非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を（５）式により積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する。
【０１０９】
しかしながらコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する実際の処理においては、演算上の中間的な生成物である合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を必ずしも明示的に生成する必要はない。例えば（２１）式に示すように、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を明示的に生成せずに直接コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を算出することもできる。
Ｐ（ｎ，ｋ）＝（Ａｎ＋Ｂｎ＋ｋ）−（Ａｎ−１＋Ｂｎ−１＋ｋ）    （２１）
【０１１０】
また例えば（２２）式に示すように、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を明示的に生成せずに直接非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を算出することもできる。
Ｑ（ｎ，ｋ）＝（（Ａｎ＋Ｂｎ＋ｋ）−（Ａｎ−１＋Ｂｎ−１＋ｋ））２    （２２）
【０１１１】
あるいは（２３）式に示すように、中間的な信号列を明示的に一切生成せずに一対の像信号列から直接コントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出することもできる。
Ｃ（ｋ）＝Σ（（Ａｎ＋Ｂｎ＋ｋ）−（Ａｎ−１＋Ｂｎ−１＋ｋ））２    （２３）
【０１１２】
すなわち本発明において、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を明示的に生成するか否かは本質的なことではない。一対の像信号列を相対的にシフトして加算合成した情報のコントラスト成分を非線形変換して積算することによりコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出するという処理過程が本質的な点なのである。
【０１１３】
上述した実施の形態では、一対の焦点検出画素３１５、３１６はそれぞれ１つの光電変換部を有し、一対の焦点検出光束７５、７６を個別に受光しているが、１つの焦点検出画素に一対の光電変換部を設け、該一対の光電変換部が一対の焦点検出光束７５、７６を個別に受光するような構成に変更することも可能である。
【０１１４】
上述した実施の形態では、マイクロレンズを用いた瞳分割位相差検出方式による焦点検出動作を例にとって説明したが、本発明はこのような方式の焦点検出に限定されず、周知の再結像瞳分割位相差検出方式の焦点検出にも適用可能である。
【０１１５】
再結像瞳分割位相差検出方式においては、１次像面上に形成される被写体像を一対のセパレータレンズを用い、一対の測距瞳を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の被写体像として一対のイメージセンサ上に再結像し、該一対のイメージセンサの出力に基づき、上記一対の被写体像の像ズレ量を検出している。従って撮影光学系の光学特性が良好でない場合には、上記一対の被写体像の信号パターン（形状）の同一性が崩れ、一対の被写体像信号の一致度が悪化するという、マイクロレンズを用いた瞳分割位相差検出方式と同様な問題が発生するので、本発明によるコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を用いることにより正確な焦点調節を行うことができる。
【０１１６】
なお、焦点検出装置が適用される撮像装置としては、上述したようなカメラボディ２０３に交換レンズ２０２が装着される構成のデジタルカメラ２０１に限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルカメラあるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用することができる。
【０１１７】
また本発明はＴＴＬ方式で撮影光学系のデフォーカス量を検出するいわゆる瞳分割位相差検出方式の焦点検出装置に限定されることはない。例えば撮影光学系とは別に一対の測距光学系を有するいわゆる外光式の位相差検出の距離測定装置にも適用することが可能である。一対の測距光学系により形成される一対の像を一対のイメージセンサが空間的に所定ピッチで離散的にサンプリングすることによって生成される一対の像信号列に対して本発明を適用することにより、一対の像信号列の像ズレ量を検出し、該像ズレ量に基づき被写体距離を算出することも可能である。このようにすれば一対の測距光学系の収差特性の違いが多少生じている場合においても高精度な像ズレ検出を達成できるので、一対の測距光学系の収差特性を高精度で互いに一致させる必要がなくなり、製造が容易になるとともにコストダウンをはかれる。
【０１１８】
また本発明による一対の像に対する像ズレ検出は、上述の焦点検出や距離測定に限定されることはない。例えば撮影光学系と該撮影光学系により形成された像を空間的に２次元的にサンプリングするイメージセンサを備え、所定フレーム間隔で画像信号列を生成する撮像装置において、本発明による像ズレ検出を異なるフレームの２つの画像信号列（一対の像信号列）に対して２次元的に適用することにより、２つの画像信号列の像ズレ量を検出することができる。該像ズレ量を撮像装置のブレ量として認識することもできるし、フレーム間の被写体像の移動（動きベクトル）として認識することもできる。さらには全く個別に生成された２つの画像信号列（一対の像信号列）にも適用することが可能である。例えば特定のパターンを検出するため画像信号列と、観測された参照画像信号列とを照らしあわせて、参照画像信号列中における特定のパターンの位置や有無を検出するいわゆるテンプレートマッチングにも応用することができる。
【０１１９】
このような応用例としての像ズレ量検出装置は、一対の像を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる一対の像信号列を生成するイメージセンサを有する。この像ズレ量検出装置は、複数のシフト量に対応して一対の像信号列を相対的にシフトする像シフト処理部を有する。この像ズレ量検出装置は、像シフト処理部により相対的にシフトされた一対の像信号列を互いに加算合成することによって、複数のシフト量の各シフト量毎に複数の合成像信号からなる合成像信号列を生成する像合成処理部を有する。この像ズレ量検出装置は、複数の合成像信号に対して線形結合演算を行うことにより合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、前記各シフト量毎に前記複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出処理部を有する。この像ズレ量検出装置は、複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することによりコントラスト信号列を非線形コントラスト信号列に変換する非線形変換処理部を有する。この像ズレ量検出装置は、非線形コントラスト信号列に基づいて、合成像信号列のコントラスト評価値を、各シフト量毎に算出するコントラスト評価処理部を有する。この像ズレ量検出装置は、複数のシフト量に対応して各シフト量毎のコントラスト評価値が算出されることによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、一対の像の相対的な像ズレ量として検出する像ズレ量検出処理部を有する。これらの構成が含まれるこの像ズレ量検出装置によれば、高精度に像ズレ量を検出することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０  マイクロレンズ、１１、１５、１６  光電変換部、
４１  上部、４４  下部、４５、４６、４７、４８  エッジ部、
５１、５５、５６  点像分布、６５、６６、６７、６８  被写体像、
７１、７５、７６  光束、９０  射出瞳、９１  光軸、９５、９６  測距瞳、
９７  全撮像画素に共通な領域、９８  予定焦点面、９９  面、
１００  撮影画面、１０１  焦点検出エリア、
２０１  デジタルカメラ、２０２  交換レンズ、２０３  カメラボディ、
２０４  マウント部、２０６  レンズ制御装置、２０８  ズーミングレンズ、
２０９  レンズ、２１０  フォーカシングレンズ、２１１  絞り、２１２  撮像素子、
２１４  ボディ制御装置、２１５  液晶表示素子駆動回路、２１６  液晶表示素子、
２１７  接眼レンズ、２１９  メモリカード、２２１  ＡＤ変換装置、
３１０  撮像画素、３１５、３１６  焦点検出画素、
１５１０  実線
【図１】
2014164258.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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