(57)【要約】【課題】焦点検出性能を一定以上に保ったまま焦点検出を行うことができるようにして、小絞り連写においても良好な焦点検出を可能にする撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、撮影光学系の第１瞳部分領域および前記第１瞳部分領域と異なる第２瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する第１焦点検出画素および第２焦点検出画素とが複数配列された撮像素子と、第１焦点検出画素の受光信号に基づいて第１焦点検出信号を生成し、第２焦点検出画素の受光信号に基づいて第２焦点検出信号を生成する生成手段と、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に基づいて像ずれ量を算出し、算出した像ずれ量と、撮影時の撮影光学系の光学条件および前記撮像素子の光学条件に応じて算出される変換係数とからデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、変換係数に対する閾値を設定する設定手段と、変換係数と設定手段で設定された閾値とを比較した結果に基づき、焦点検出時の絞り値を決定する決定手段と、を備える。【選択図】図１１
2019028142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の第１瞳部分領域および前記第１瞳部分領域と異なる第２瞳部分領域をそれぞれを通過する光束を受光する第１焦点検出画素および第２焦点検出画素とが複数配列された撮像素子と、
前記第１焦点検出画素の受光信号に基づいて第１焦点検出信号を生成し、前記第２焦点検出画素の受光信号に基づいて第２焦点検出信号を生成する生成手段と、
前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号に基づいて像ずれ量を算出し、前記算出した前記像ずれ量と、撮影時の前記撮影光学系の光学条件および前記撮像素子の光学条件に応じて算出される変換係数とからデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、
前記変換係数に対する閾値を設定する設定手段と、
前記変換係数と前記設定手段によって設定された前記閾値とを比較した結果に基づき、焦点検出時の絞り値を決定する決定手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記変換係数は、撮影時の前記撮影光学系の光学条件および前記撮像素子の光学条件に応じて予めメモリに記録されている変換係数テーブルから選択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】
前記撮影光学系の光学条件とは、前記撮影光学系の射出瞳距離が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮影光学系の光学条件とは、前記撮影光学系の枠ケラレ情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子の光学条件とは、前記撮像素子の設定瞳距離であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記焦点検出時の絞り値を撮影モードに応じて撮影者が選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記決定手段は、前記変換係数が前記閾値を超える場合、前記焦点検出時の絞り値を前記変換係数が前記閾値以下となるような絞り値に設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記決定手段は、前記変換係数が前記閾値を超え、かつ前記検出されたデフォーカス量が閾値以下の場合、前記焦点検出時の絞り値を前記変換係数が前記閾値以下となるような絞り値に設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
撮影光学系の第１瞳部分領域および前記第１瞳部分領域と異なる第２瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する第１焦点検出画素および第２焦点検出画素とが複数配列された撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
前記第１焦点検出画素の受光信号に基づいて第１焦点検出信号を生成し、前記第２焦点検出画素の受光信号に基づいて第２焦点検出信号を生成する生成ステップと、
前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号に基づいて像ずれ量を算出し、前記算出した前記像ずれ量と、撮影時の前記撮影光学系の光学条件および前記撮像素子の光学条件に応じて算出される変換係数とからデフォーカス量を検出する焦点検出ステップと、
前記変換係数に対する閾値を設定する設定ステップと、
前記変換係数と前記設定ステップで設定された前記閾値とを比較した結果に基づき、焦点検出時の絞り値を決定する決定ステップと、を備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【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等の撮像装置及びその制御方法に関し、特に焦点検出機能を有する撮像素子を搭載した撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置は、一般に自動焦点検出（ＡＦ）機能を有する撮像素子が搭載されている。焦点検出方法としては、コントラスト検出方式とコントラスト検出方式より高速な焦点検出が可能な位相差検出方式とが知られているが、位相差検出方式は、瞳分割機能を有する専用のセンサが必要であるため、比較的大きく、かつ高価な撮像装置に用いられていた。しかし、近年、撮像素子の画素に瞳分割機能を付与することにより、専用のセンサを用いずに位相差検出方式による焦点検出を実現可能な撮像素子が提案されている。
【０００３】
このような撮像素子の出力信号を用いて位相差検出方式で連写を行う際に、特に高い像高において、撮像光学系の前枠や後枠などの影響で「ケラレがある」と判定された場合は、絞り値が所定値以上になるように制御する技術が提案されている（特許文献１）。この提案では、「ケラレがある」と判定された場合は、絞り値が所定値以上になるように制御することで、ケラレによって焦点検出性能が変化してしまうことを防ぎ、焦点検出精度を向上させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、本出願人が鋭意検討した結果、上記特許文献１のケラレの影響以外にも、レンズの射出瞳距離、撮像素子の設定瞳距離、絞り値、像高などの条件から決まってくる基線長によって焦点検出性能は変化することを知見した。したがって、上記特許文献１では、焦点検出性能を一定以上に保ったまま焦点検出を行うことに限界があり、前述した条件を加味した上で焦点検出用の絞り値を決定する必要がある。
【０００６】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、焦点検出性能を一定以上に保ったまま焦点検出を行うことができるようにして、小絞り連写においても良好な焦点検出を可能にする撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮影光学系の第１瞳部分領域および前記第１瞳部分領域と異なる第２瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する第１焦点検出画素および第２焦点検出画素とが複数配列された撮像素子と、前記第１焦点検出画素の受光信号に基づいて第１焦点検出信号を生成し、前記第２焦点検出画素の受光信号に基づいて第２焦点検出信号を生成する生成手段と、前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号に基づいて像ずれ量を算出し、前記算出した前記像ずれ量と、撮影時の前記撮影光学系の光学条件および前記撮像素子の光学条件に応じて算出される変換係数とからデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、前記変換係数に対する閾値を設定する設定手段と、前記変換係数と前記設定手段によって設定された前記閾値とを比較した結果に基づき、焦点検出時の絞り値を決定する決定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、焦点検出性能を一定以上に保ったまま焦点検出を行うことができるので、小絞り連写において良好な焦点検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の撮像装置の第１実施形態であるデジタルカメラのシステム構成例の概略を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の焦点検出画素を含む撮像画素の配列を示す概略図である。
【図３】（ａ）は撮像素子の１つの撮像画素を撮像素子の受光面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線断面図である。
【図４】図３（ａ）に示す画素構造のａ−ａ線断面図と撮影光学系の射出瞳面を示す概略図である。
【図５】撮像素子と瞳分割との対応関係を示す概略図である。
【図６】第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量との関係を示す概略図である。
【図７】撮像面位相差検出方式の焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図８】基線長、撮像素子の周辺像高における第１焦点検出画素の第１瞳部分領域、第２焦点検出画素の第２瞳部分領域、及び撮影光学系の射出瞳の関係を示す図である。
【図９】撮影光学系ごとの変換係数Ｋと像高の関係を示すグラフ図である。
【図１０】変換係数の像高ごとの変化が最も大きいレンズを用いる場合に、レンズの絞り値ごとの変換係数の像高変化を示すグラフ図である。
【図１１】連写開始から終了までの一連の処理を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の撮像装置の第２実施形態であるデジタルカメラにおいて、連写開始から終了までの一連の処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の撮像装置の第１実施形態であるデジタルカメラのシステム構成例の概略を示すブロック図である。
【００１２】
本実施形態のデジタルカメラ（以下、カメラという。）は、図１に示すように、撮影光学系を構成する第１レンズ群１０１を有する。第１レンズ群１０１は、撮影光学系の最も被写体側に配置され、光軸方向に進退移動可能に保持される。絞り兼用シャッタ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なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と一体となって光軸方向に進退移動し、第１レンズ群１０１の進退移動との連動により、ズーム動作を行う。
【００１３】
第３レンズ群１０５は、光軸方向の進退移動により、焦点調節を行なうフォーカスレンズである。光学ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１０７は、２次元ＣＭＯＳフォトセンサと周辺回路から構成され、撮影光学系を通過した被写体光束が結像する結像面を有する。
【００１４】
ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒が回転することで、第１レンズ群１０１ないし第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、ズーム動作を行なう。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。
【００１５】
ストロボユニット１１５は、キセノン管やＬＥＤ等を用いた発光装置であり、撮影時に被写体を照明する。ＡＦ補助光源１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００１６】
システム制御回路１２１は、カメラ全体の制御を司るＣＰＵの他、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。そして、システム制御回路１２１のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラの各種回路を駆動し、ＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の動作を実行する。
【００１７】
また、システム制御回路１２１のＲＯＭ等には、後述する撮像素子１０７の出力信号を用いた焦点調節で必要となる補正値算出係数が記憶されている。この補正値算出係数は、第３レンズ群１０５の位置に対応したフォーカス状態、第１レンズ群１０１ないし第２レンズ群１０３の位置に対応したズーム状態、撮影光学系のＦ値、撮像素子１０７の設定瞳距離、画素サイズ毎に複数用意されている。
【００１８】
焦点調節を行う際は、撮影光学系の焦点調節状態（フォーカス状態、ズーム状態）と絞り値、撮像素子１０７の設定瞳距離、画素サイズの組み合わせに応じて最適な補正値算出係数が選択される。そして、選択された補正値算出係数と撮像素子１０７の像高から補正値が算出される。
【００１９】
本実施形態では、補正値算出係数をシステム制御回路１２１のＲＯＭ等に記憶するようにしているが、例えば、レンズ交換式の撮像装置では、交換レンズが有するＲＯＭ等に補正値算出係数を記憶するようにしてもよい。この場合は、撮影光学系の焦点調節状態に応じて、補正値算出係数をカメラに送信すればよい。
【００２０】
ストロボ制御回路１２２は、撮影動作に同期してストロボユニット１１５の発光部を点灯制御する。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光源１１６を点灯制御する。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してシステム制御回路１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。
【００２１】
フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００２２】
表示部１３１は、ＬＣＤ等で構成され、カメラ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、焦点検出時の焦点検出領域の枠や合焦状態の画像等を表示する。操作スイッチ群１３２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で構成される。記録媒体１３３は、例えば着脱可能なメモリカード等で構成され、取得された画像を記録する。
【００２３】
次に、図２を参照して、撮像素子１０７の焦点検出画素を含む撮像画素の配列について説明する。図２は、２次元ＣＭＯＳセンサで構成される撮像素子１０７の撮像画素の配列を４列×４行の範囲（焦点検出画素の配列を８列×４行の範囲）で示す概略図である。
【００２４】
図２において、２列×２行の撮像画素群２００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する撮像画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する撮像画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する撮像画素２００Ｂが右下にそれぞれ配置されている。また、各撮像画素は、２列×１行に配列された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２を有する。
【００２５】
４列×４行の撮像画素（８列×４行の焦点検出画素）を面上に多数配置し、撮像信号（焦点検出信号）の取得を可能としている。本実施形態の撮像素子１０７では、撮像画素の周期Ｐが４μｍ、撮像画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、焦点検出画素の列方向周期ＰＡＦが２μｍ、焦点検出画素数ＮＡＦが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５０万画素とする。
【００２６】
図３（ａ）は撮像素子１０７の１つの撮像画素２００Ｇを撮像素子１０７の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のａ−ａ線断面を−ｙ側から見た断面図である。
【００２７】
図３に示すように、撮像画素２００Ｇには、各撮像画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、また、ｘ方向にＮＨ分割（２分割）、ｙ方向にＮＶ分割（１分割）された光電変換部３０１と光電変換部３０２が形成される。光電変換部３０１と光電変換部３０２は、それぞれ第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に対応している。
【００２８】
光電変換部３０１と光電変換部３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしてもよいし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合フォトダイオードとしてもよい。
【００２９】
各撮像画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１及び光電変換部３０２との間に、カラーフィルタ３０６が形成される。なお、必要に応じて、各副画素毎にカラーフィルタの分光透過率を変えてもよいし、カラーフィルタを省略してもよい。撮像画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルタ３０６で分光されたのち、光電変換部３０１と光電変換部３０２で受光される。
【００３０】
光電変換部３０１と光電変換部３０２では、受光量に応じて電子とホールが対生成され、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積され、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１０７の外部へ排出される。光電変換部３０１と光電変換部３０２のｎ型層（不図示）に蓄積された電子は、転送ゲートを介して静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。
【００３１】
次に、図４を参照して、図３に示す画素構造と瞳分割との対応関係を説明する。図４は、図３（ａ）に示す画素構造のａ−ａ線断面を＋ｙ側から見た断面図と撮影光学系の射出瞳面を示す概略図である。なお、図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るため、図３（ｂ）に対してｘ軸とｙ軸を反転させている。
【００３２】
図４においては、第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、重心が−ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面とマイクロレンズ３０５によって、略共役関係になっており、第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。
【００３３】
一方、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面とマイクロレンズ３０５によって、略共役関係になっており、第２焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。
【００３４】
また、瞳領域５００は、光電変換部３０１（第１焦点検出画素２０１）と光電変換部３０２（第２焦点検出画素２０２）を全て合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。撮像面位相差ＡＦでは、撮像素子１０７のマイクロレンズ３０５を利用して瞳分割するため回折の影響を受ける。
【００３５】
図４では、射出瞳面までの瞳距離が数１０ｍｍであるのに対し、マイクロレンズ３０５の直径は数μｍである。そのため、マイクロレンズ３０５の絞り値が数万となり、数１０ｍｍレベルの回折ボケが生じる。よって、光電変換部３０１，３０２の受光面の像は、明瞭な瞳領域や瞳部分領域とはならず、瞳強度分布（受光率の入射角分布）となる。
【００３６】
図５は、撮像素子１０７と瞳分割との対応関係を示す概略図である。第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２の異なる瞳部分領域を通過した光束は、撮像素子１０７の各撮像画素に対して、それぞれ異なる角度で入射し、２×１分割された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２で受光される。なお、本実施形態では、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されているが、必要に応じて、垂直方向に瞳分割を行ってもよい。
【００３７】
本実施形態では、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２とを有する撮像画素が複数配列された撮像素子１０７を用いている。第１焦点検出画素２０１は、撮影光学系の第１瞳部分領域５０１を通過する光束を受光し、第２焦点検出画素２０２は、第１瞳部分領域５０１と異なる撮影光学系の第２瞳部分領域５０２を通過する光束を受光する。また、撮像画素は、撮影光学系の第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２を合わせた瞳領域を通過する光束を受光する。
【００３８】
そして、撮像素子１０７の各撮像画素の第１焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点検出信号を生成し、各撮像画素の第２焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子１０７の各撮像画素毎に、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の受光信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。
【００３９】
なお、本実施形態では、撮像素子１０７のそれぞれの撮像画素が第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２から構成されているが、必要に応じて、撮像画素と第１焦点検出画素、第２焦点検出画素を個別の画素構成としてもよい。例えば、撮像画素の配列の一部に第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を部分的に配置する構成としてもよい。
【００４０】
次に、図６を参照して、撮像素子１０７により取得される第１焦点検出信号及び第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量との関係について説明する。図６は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量との関係を示す概略図である。
【００４１】
図６において、撮影光学系の射出瞳は、図４及び図５と同様に、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２に２分割される。デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像素子１０７の撮像面８００までの距離を大きさ｜ｄ｜とし、被写体の結像位置が撮像面８００より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）として定義する。また、被写体の結像位置が撮像面８００より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義する。
【００４２】
被写体の結像位置が撮像面８００（合焦位置）にある合焦状態は、ｄ＝０である。図５では、被写体８０１が合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体８０２が前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。
【００４３】
前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、第１瞳部分領域５０１（第２瞳部分領域５０２）を通過した光束は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心として幅Γ１（Γ２）に広がり、撮像面８００でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子１０７に配列された各撮像画素を構成する第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）により受光され、これにより、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）が生成される。
【００４４】
よって、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体８０２が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するに伴い、略比例して増加していく。
【００４５】
同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ量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｜が増加するに伴い、略比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。
【００４６】
したがって、本実施形態では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、又は第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量ｐの大きさが増加する。
【００４７】
本実施形態の位相差検出方式の焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を計算し、相関量が良くなるシフト量から像ずれ量ｐを検出する。撮像信号のデフォーカス量ｄの大きさが増加するに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量ｐの大きさが増加する関係性から、像ずれ量ｐを変換係数により検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。
【００４８】
図７は、撮像面位相差検出方式の焦点検出処理を説明するフローチャートである。図７の各処理は、システム制御回路１２１のＲＯＭ等に記憶されたプログラムがＲＡＭに展開されてＣＰＵ等が画像処理回路１２５を制御することによって実行される。
【００４９】
図７において、ステップＳ７０１では、システム制御回路１２１は、撮像素子１０７の有効画素領域の中から、焦点調節を行う像高（Ｘ，Ｙ）を中心とする焦点検出領域を設定し、ステップＳ７０２に進む。ステップＳ７０２では、システム制御回路１２１は、焦点検出領域の第１焦点検出画素２０１の受光信号から第１焦点検出信号を生成し、焦点検出領域の第２焦点検出画素２０２の受光信号から第２焦点検出信号を生成し、ステップＳ７０３に進む。
【００５０】
ステップＳ７０３では、システム制御回路１２１は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して、それぞれ画素加算処理を行い、ステップＳ７０４に進む。具体的には、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して、それぞれ信号データ量を抑制するために列方向に３画素加算処理を行い、さらに、ＲＧＢ信号を輝度信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理を行う。これら２つの加算処理を合わせて画素加算処理とする。
【００５１】
ステップＳ７０４では、システム制御回路１２１は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して、それぞれシェーディング補正処理（光学補正処理）を行い、ステップＳ７０５に進む。
【００５２】
ここで、図８を参照して、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによる像ずれ量ｐから検出デフォーカス量への換算に必要な変換係数の変化とシェーディング補正処理について説明する。図８は、基線長ＢＬ０，ＢＬ１，ＢＬ２、撮像素子１０７の周辺像高における第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２、及び撮影光学系の射出瞳４００の関係を示す図である。
【００５３】
図８（ａ）は、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓが同じ場合を示している。撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓとは、射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓと同じであった場合、撮像素子１０７のどの撮像画素においても、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の強度が略同じになるパラメータである。このパラメータは、前記光電変換部３０１，３０２とマイクロレンズ３０５の位置関係などによって決まる値である。
【００５４】
撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓが同じ場合は、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２により、撮影光学系の射出瞳４００が、略均等に瞳分割される。射出瞳４００の内部における、それぞれ第１瞳部分領域５０１の重心と第２瞳部分領域５０２の重心との間隔である基線長をＢＬ０で示す。このとき、像ずれ量ｐから検出デフォーカス量への換算に必要な変換係数Ｋ０は、Ｋ０＝Ｄｓ／ＢＬ０で求められる。
【００５５】
これに対して、図８（ｂ）は、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓより短い場合を示している。この場合、撮像素子１０７の周辺像高では、撮影光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳の瞳ずれを生じ、撮影光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。したがって、基線長は片側に偏ったＢＬ１となり、それに伴い、変換係数Ｋ１＝Ｄｓ／ＢＬ１と変化する。
【００５６】
図８（ｃ）は、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓより長い場合を示している。この場合も図８（ｂ）と同様に、撮像素子１０７の周辺像高では、撮影光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳の瞳ずれを生じ、撮影光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。したがって、基線長は、図８（ｂ）と反対側に偏ったＢＬ２となり、それに伴い、変換係数Ｋ２＝Ｄｓ／ＢＬ２と変化する。
【００５７】
また、撮像素子１０７の周辺像高で瞳分割が不均一になるのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の強度も不均一になり、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のいずれか一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなるシェーディングが生じる。さらに、撮影光学系の絞り値が変わると、図８の射出瞳４００の大きさが変化するため、絞り値に応じても変換係数Ｋとシェーディングが変化することがわかる。
【００５８】
したがって、像ずれ量ｐから検出デフォーカス量への変換係数Ｋ及びシェーディングは、撮影光学系の絞り値と射出瞳距離Ｄｌ、撮像素子１０７の瞳強度分布（光学特性）、及び像高に応じて変化することがわかる。
【００５９】
よって、システム制御回路１２１は、撮像素子１０７の焦点検出領域の像高、撮影光学系のＦ値、射出瞳距離Ｄｌに応じて、第１焦点検出信号の第１シェーディング補正係数と第２焦点検出信号の第２シェーディング補正係数をそれぞれ生成する。そして、第１シェーディング補正係数を第１焦点検出信号に乗算し、第２シェーディング補正係数を第２焦点検出信号に乗算して、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。
【００６０】
撮像面位相差検出方式の焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関量（信号の一致度）を基に、検出デフォーカス量の検出を行う。瞳ずれによるシェーディングが生じると第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関量（信号の一致度）が低下する場合がある。よって、撮像面位相差方式の焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関量（信号の一致度）を改善し、焦点検出性能を良好とするために、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行うことが望ましい。
【００６１】
なお、ここでは、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓが同じで、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌが変化する場合の例で瞳ずれの説明を行ったが、逆に、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌが同じで、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓが変化する場合も同様である。撮像面位相差検出方式の焦点検出では、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓの変化に伴い、焦点検出画素（第１焦点検出画素、第２焦点検出画素）が受光する光束と、撮像画素が受光する光束も変化する。
【００６２】
図７のステップＳ７０５では、相関量（信号の一致度）を良くして焦点検出精度を向上するため、システム制御回路１２１は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して特定の通過周波数帯域を有するバンドパスフィルタ処理を行い、ステップＳ７０６に進む。バンドパスフィルタの例としては、ＤＣ成分をカットしてエッジ抽出を行う（１，０、−１）などの差分型フィルタや、高周波ノイズ成分を抑制する（１，２，１）などの加算型フィルタがある。
【００６３】
ステップＳ７０６では、システム制御回路１２１は、フィルタ処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせるシフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量を算出し、ステップＳ７０７に進む。
【００６４】
ここでは、フィルタ処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。シフト処理によるシフト量をｓ、シフト量ｓのシフト範囲をΓとして、相関量ＣＯＲは、次式（１）により算出される。
【００６５】
【数１】
2019028142.tif 000003
【００６６】
シフト量ｓのシフト処理により、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ）を対応させ減算し、シフト減算信号を生成する。生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域に対応する範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、相関量ＣＯＲ（ｓ）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出された相関量を、各シフト量毎に、複数行に渡って加算しても良い。
【００６７】
ステップＳ７０７では、システム制御回路１２１は、相関量ＣＯＲ（ｓ）からサブピクセル演算により、相関量相関量ＣＯＲ（ｓ）が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐとする。そして、システム制御回路１２１は、像ずれ量ｐに対して、焦点検出領域の像高と、撮影光学系のＦ値、撮影光学系の射出瞳距離Ｄｌに応じた変換係数Ｋをかけて、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）を検出し、焦点検出処理を終了する。その後、システム制御回路１２１は、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）が所定値以下となるまでレンズを駆動し、所定値以下となると、露光量を算出して撮像動作を行う。
【００６８】
次に、図９を参照して、変換係数Ｋと焦点検出性能の関係性について説明する。図９は、撮影光学系（撮影レンズ）ごとの変換係数Ｋと像高の関係を示すグラフ図である。前述したように、変換係数Ｋは、撮影光学系の射出瞳距離Ｄ１と撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓと像高との関係によって決まり、撮影光学系によっては同じ像高でも変換係数Ｋが大きく異なる場合がある。変換係数Ｋは、その値が大きくなるほど焦点検出性能が低下する傾向にある。
【００６９】
前述したように、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）は、像ずれ量ｐに変換係数Ｋをかけあわせることにより算出するが、ノイズ等の影響により像ずれ量ｐに誤差が生じるような場合、変換係数Ｋをかけることにより、誤差分をＫ倍に拡大することになる。このため、その拡大率、つまり変換係数Ｋが大きくなるほど焦点検出性能が低下することになる。このように、変換係数Ｋは、焦点検出をする際の性能に指標として使うことが可能である。
【００７０】
次に、図９乃至図１１を参照して、連写を行う際の焦点検出について説明する。いわゆる小絞り状態で連写を行いたい場合、より精度よく焦点検出を行うためには、できるだけ基線長を長く取る開放絞り値で焦点検出を行うが望ましい。この場合、前述したように、変換係数Ｋを焦点検出性能の指標として用いることができる。
【００７１】
図９を参照して、撮影用光学系であるレンズＡ，Ｂ，Ｃは、異なる射出瞳距離Ｄ１を有し、像高、および射出瞳距離Ｄｌ、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓの関係性から、像高ごとに変換係数Ｋが異なる。この変換係数Ｋによって焦点検出精度が異なってくるため、本実施形態では、焦点検出性能を一定以上に保つため、変換係数Ｋに閾値Ｋｔｈを設けて制御する。
【００７２】
図１０は、例えば、変換係数Ｋの像高ごとの変化が最も大きい図９のレンズＡを用いる場合に、レンズＡの絞り値ごとの変換係数Ｋの像高変化を示すグラフ図である。変換係数Ｋは、撮影光学系の射出瞳面上での基線長に由来するため、Ｆ値によって、変換係数Ｋが決まる。このとき、絞り値が小さいほうが基線長を長く取ることができ、変換係数Ｋの値は小さくなる。
【００７３】
ここで、前述したように、焦点検出性能を一定以上に保つための変換係数Ｋの閾値Ｋｔｈを1としたとする。図１０から、像高０ｍｍ付近、つまり中央像高付近ではＦ１１の小絞り状態においても変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈ以下であるため、良好な焦点検出性能で焦点検出を行うことができる。一方、像高が５ｍｍを超えるあたりから、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈを超え、焦点検出性能が下がってしまう。このため、絞り開放であるＦ２．８で焦点検出を行う必要があることが分かる。
【００７４】
このように、変換係数Ｋに閾値Ｋｔｈを設け、閾値Ｋｔｈを基に小絞りの状態で焦点検出を行うか、絞り開放まで開いてから焦点検出を行うかを選択することによって、一定以上の焦点検出性能を保ちながら小絞り連写を行うことが可能となる。
【００７５】
図１１は、連写開始から終了までの一連の処理を説明するフローチャートである。図１１の各処理は、システム制御回路１２１のＲＯＭ等に記憶されたプログラムがＲＡＭに展開されてＣＰＵ等によって実行される。
【００７６】
図１１において、ステップＳ１１０１では、システム制御回路１２１は、焦点検出用の露出条件を決定し、ステップＳ１１０２に進む。ステップＳ１１０２では、システム制御回路１２１は、焦点検出を行うとき変換係数Ｋを取得し、ステップＳ１１０３に進む。
【００７７】
ここで取得する変換係数Ｋは、あらかじめ像高やＦ値や撮影光学系の射出瞳距離Ｄ１、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓなどの光学条件に応じた値を算出した変換係数テーブルをシステム制御回路１２１のＲＯＭ等に保存しておく。又はシステム制御回路１２１において、その都度、像高やＦ値や射出瞳距離Ｄ１、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓなどの光学条件から変換係数を算出して用いてもよい。
【００７８】
また、撮影光学系であるレンズの前枠や後枠による、いわゆる枠ケラレの情報を用いてもよい。例えば、射出瞳距離Ｄ１や撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓ、及び像高などの光学条件から変換係数Ｋを算出するが、そこにレンズごとの枠ケラレ情報を用いて、周辺像高における変換係数に補正を掛ければ、より高精度な変換係数Ｋを算出することができる。また、変換係数Ｋによる絞り駆動の切り替えも、より正確なものにすることができる。
【００７９】
ステップＳ１１０３では、システム制御回路１２１は、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈ以下（閾値以下）か否かを判定し、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈ以下の場合は、ステップＳ１１０４に進み、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈを超えている場合は、ステップＳ１１０８に進む。ステップＳ１１０４では、十分な焦点検出性能があると言えるので、システム制御回路１２１は、その絞り値のまま焦点検出を行い、ステップＳ１１０５に進む。
【００８０】
この状態では既に合焦状態は良好であるため、システム制御回路１２１は、ステップＳ１１０６で撮像動作を行い、ステップＳ１１０７で連写が終了したか否かを判定し、終了した場合は、処理を終了し、終了していない場合は、ステップＳ１１０１に戻る。
【００８１】
一方、ステップＳ１１０８では、システム制御回路１２１は、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈ以下の絞り値、又は開放絞り値に設定し、ステップＳ１１０９に進む。絞り値を開放絞り値に設定することによって、変換係数Ｋをできるだけ下げることができ、良好な焦点検出性能を得ることができる。
【００８２】
ステップＳ１００９では、システム制御回路１２１は、ステップＳ１００８で設定された絞り値における露出条件を決定し、ステップＳ１０１０に進む。そして、システム制御回路１２１は、ステップＳ１０１０で焦点検出を行い、ステップＳ１０１１にてレンズ駆動を行った後に、ステップＳ１０１２にて、ステップＳ１００８で設定された絞り値を撮影用の絞り値に戻し、ステップＳ１１０６にて撮像を行う。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態では、焦点検出性能を一定以上に保ったまま焦点検出を行うことができるので、小絞り連写においても良好な焦点検出を行うことができ、連写中に良好な合焦状態の画像を得ることが可能となる。
【００８４】
（第２の実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明の撮像装置の第２実施形態であるデジタルカメラについて説明する。なお、上記第１の実施形態に対して重複する部分については、図及び符号を流用しつつ、主に相違点について説明する。
【００８５】
上記第１の実施形態では、図１１のステップＳ１１０３で変換係数Ｋと閾値Ｋｔｈの比較結果に応じて焦点検出時の絞り値を決定していたが、これに限定されない。例えば、焦点検出を行っている際に、その都度検出されるデフォーカス量も加味して、その次の焦点検出の絞り値を決定してもよい。撮像面位相差検出方式による焦点検出は、絞り値が大きいほど、得られる像はボケにくく鮮明になるため、デフォーカス量が大きい場合における焦点検出性能は向上する。
【００８６】
図１２は、連写開始から終了までの一連の処理を説明するフローチャートである。図１２の各処理は、システム制御回路１２１のＲＯＭ等に記憶されたプログラムがＲＡＭに展開されてＣＰＵ等によって実行される。なお、図１２のステップＳ１２０１〜ステップＳ１２１２の処理は、上記第１の実施形態の図１１のステップＳ１１０１〜ステップＳ１１０２の処理と同一であるため、ステップＳ１２０３ａについて説明する。
【００８７】
ステップＳ１２０３において、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈを超えていたとしても、その時、もしくはその直前で検出された検出デフォーカス量Ｄｅｆが閾値Ｄｔｈを超えている場合であれば、小絞りのまま焦点検出を行ったほうが正確である。
【００８８】
変換係数Ｋは、合焦近傍付近において高い検出性能を示すには小さいほど良いが、検出される検出デフォーカス量Ｄｅｆが大きい場合はそうとは限らない。
【００８９】
よって、ステップＳ１２０３ａでは、システム制御回路１２１は、検出デフォーカス量Ｄｅｆが閾値Ｄｔｈを超えている場合は、ステップＳ１２０４に進んで小絞りのまま焦点検出を行い、閾値Ｄｔｈ以下の場合にステップＳ１２０８に進む。このように焦点検出用の絞り値を決定すれば、あらゆるデフォーカス状態においても良好に焦点検出を行うことが可能となる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。
【００９０】
なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００９１】
ところで、近年では、連写を行う際に、撮影者が合焦精度を重視するか、もしくは連写速度を重視するかを選択できるカメラが増えてきている。このため、撮影者が合焦精度を重視する場合は、変換係数Ｋが閾値Ｋｔｈを超えるとき、閾値Ｋｔｈ以下の絞り値に変更し、連写速度を重視したい場合は、絞り駆動自体を省略したいので、絞りは撮影用の絞り値のまま焦点検出を行って撮影を行うようにしてもよい。これにより、撮影者が合焦精度を重視する場合、もしくは連写速度を重視する場合などにおいて、それぞれ適した絞り駆動を行い、合焦精度と連写速度のバランスを持った連写を行うことが可能となる。
【００９２】
また、上記各実施形態では、連写を行う際の焦点検出の絞り値決定方法について説明したが、連写に限ることなく、１枚のみの単体撮影を行う場合でもよい。
【００９３】
また、本発明の適用範囲は、静止画を撮影するための撮像装置、動画を撮影するための撮像装置、またその両方を撮影するための撮像装置の全てに適用することができる。例えば、一般的な一眼レフカメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、または監視カメラ等の像ぶれ補正を行う撮像装置において適用することができる。
【００９４】
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、本発明は、上述の実施形態の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ー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。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  第１レンズ群
１０２  絞り兼用シャッタ
１０３  第２レンズ
１０５  第３レンズ
１０７  撮像素子
１１２  絞りシャッタアクチュエータ
１２１  システム制御回路
１２４  撮像素子駆動回路
１２５  画像処理回路
１２８  絞りシャッタ駆動回路
【図１】
2019028142.tif 000004
【図２】
2019028142.tif 000005
【図３】
2019028142.tif 000006
【図４】
2019028142.tif 000007
【図５】
2019028142.tif 000008
【図６】
2019028142.tif 000009
【図７】
2019028142.tif 000010
【図８】
2019028142.tif 000011
【図９】
2019028142.tif 000012
【図１０】
2019028142.tif 000013
【図１１】
2019028142.tif 000014
【図１２】
2019028142.tif 000015