(57)【要約】【課題】高精度な焦点調節を実現可能な撮像装置およびその制御方法、プログラム、記憶媒体を提供する。【解決手段】光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出手段（１０６、１１３、１１４）と、前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて、第１の周波数帯域および前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する生成手段（１１３）と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、
前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて、第１の周波数帯域および前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、
第１の周波数帯域を通った信号と第１の重みに基づく第１のコントラスト評価値と、前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域を通った信号と前記第１の重みとは異なる第２の重みに基づく第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成する生成手段と、を有し、
前記生成手段は、前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の重みおよび前記第２の重みを変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記第１の焦点検出手段は、位相差検出方式によりデフォーカス量を検出す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】
前記生成手段は、
前記第１の焦点検出手段により検出したデフォーカス量が第１の所定値より大きい場合は、前記第２の周波数帯域を通った信号から前記コントラスト評価値を生成し、
前記第１の焦点検出手段により検出したデフォーカス量が第１の所定値以下の場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から前記コントラスト評価値を生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の焦点検出手段は、位相差検出方式によりデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記生成手段は、
前記第１の焦点検出手段により検出したデフォーカス量が第２の所定値より大きい場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に第１の重みをかけた第１のコントラスト評価値と、前記第２の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に前記第１の重みよりも大きい第２の重みをかけた第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成し、
前記第１の焦点検出手段により検出したデフォーカス量が第２の所定値以下の場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に第３の重みをかけた第４のコントラスト評価値と、前記第２の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に前記第３の重みよりも小さい第４の重みをかけた第５のコントラスト評価値と、を足し合わせた第６のコントラスト評価値を生成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の焦点検出手段は、コントラスト検出方式によりコントラスト評価値を検出す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８】
撮影状態を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、第１の周波数帯域および前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
撮影状態を検出する検出手段と、
第１の周波数帯域を通った信号と第１の重みに基づく第１のコントラスト評価値と、前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域を通った信号と前記第１の重みとは異なる第２の重みに基づく第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成する生成手段と、を有し、
前記生成手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の重みおよび前記第２の重みを変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記生成手段は、前記検出手段から出力信号を受けた場合は、前記第２の周波数帯域を通った信号から前記コントラスト評価値を生成し、前記検出手段から出力信号を受けない場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から前記コントラスト評価値を生成する、
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記生成手段は、
前記検出手段からの出力値が第３の所定値より大きい場合は、前記第２の周波数帯域を通った信号から前記コントラスト評価値を生成し、
前記検出手段からの出力値が第３の所定値以下の場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から前記コントラスト評価値を生成する、
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記生成手段は、
前記検出手段から出力信号を受けた場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に第１の重みをかけた第１のコントラスト評価値と、前記第２の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に前記第１の重みよりも大きい第２の重みをかけた第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成し、
前記検出手段から出力信号を受けない場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に第３の重みをかけた第４のコントラスト評価値と、前記第２の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に前記第３の重みよりも小さい第４の重みをかけた第５のコントラスト評価値と、を足し合わせた第６のコントラスト評価値を生成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記生成手段は、
前記検出手段からの出力値が第４の所定値より大きい場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に第１の重みをかけた第１のコントラスト評価値と、前記第２の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に前記第１の重みよりも大きい第２の重みをかけた第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成し、
前記検出手段からの出力値が第４の所定値以下の場合は、前記第１の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に第３の重みをかけた第４のコントラスト評価値と、前記第２の周波数帯域を通った信号から生成したコントラスト評価値に前記第３の重みよりも小さい第４の重みをかけた第５のコントラスト評価値と、を足し合わせた第６のコントラスト評価値を生成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記撮影状態は、手振れ状態、または、ズーム中状態であることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
単一のマイクロレンズを共有して光学系の異なる瞳領域を通過した光を受光する第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の画素から得られる第１の信号と、前記第２の画素から得られる第２の信号と、をリフォーカス処理してリフォーカス信号を生成するリフォーカス信号生成手段と、を有し、
前記生成手段は、前記リフォーカス信号から前記コントラスト評価値を生成することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記コントラスト評価値に基づいてデフォーカス量を検出する第２の焦点検出手段を有することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記デフォーカス量に基づいて、焦点調節を行う制御手段を有することを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
光学系の焦点状態を検出する焦点検出ステップと、
前記焦点検出ステップの検出結果に基づいて、第１の周波数帯域および前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する生成ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１９】
光学系の焦点状態を検出する焦点検出ステップと、
第１の周波数帯域を通った信号と第１の重みに基づく第１のコントラスト評価値と、前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域を通った信号と前記第１の重みとは異なる第２の重みに基づく第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成する生成ステップと、を有し、
前記生成ステップは、前記焦点検出ステップの検出結果に基づいて、前記第１の重みおよび前記第２の重みを変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項２０】
撮影状態を検出する検出ステップと、
前記検出ステップの検出結果に基づいて、第１の周波数帯域および前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する生成ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項２１】
撮影状態を検出する検出ステップと、
第１の周波数帯域を通った信号と第１の重みに基づく第１のコントラスト評価値と、前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域を通った信号と前記第１の重みとは異なる第２の重みに基づく第２のコントラスト評価値と、を足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成する生成ステップと、を有し、
前記生成ステップは、前記検出ステップの検出結果に基づいて、前記第１の重みおよび前記第２の重みを変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項２２】
請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラム。
【請求項２３】
コンピュータに、請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラムが記憶されたコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントラスト評価値に基づく焦点調節を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、撮像面位相差ＡＦのメリットである高速なピント調節とコントラストＡＦのメリットである厳密なピント調節を行うため、撮像面位相差ＡＦとコントラストＡＦを同時に実行する撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、コントラストの評価値を計算するときのフィルタ帯域は、撮像面位相差ＡＦのフィルタよりも高く設定するという条件だけである。そのため、十分なピント精度が得られず、狙った被写体にピントが合わなかったり、ボケ状態から合焦方向が正しく出力できない場合がある。
【０００５】
一例として、合焦付近でピントを追い込む場合、コントラストの評価値を低周波帯域で出力した場合は、十分なピント精度を得ることができない。また、ボケ状態からピント方向を取得したい場合、コントラストの評価値を高周波帯域で出力した場合は、正しいピント方向を得ることができない。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高精度な焦点調節を実現可能な撮像装置およびその制御方法、プログラム、記憶媒体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】
本発明の一側面としての撮像装置は、光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて、第１の周波数帯域および前記第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する生成手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
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】
【０００９】
本発明によれば、高精度な焦点調節を実現可能な撮像装置およびその制御方法、プログラム、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例における撮像装置で用いられる撮像素子の画素配列の概略図である。
【図３】本発明の第１の実施例における撮像装置で用いられる撮像素子の画素構成の概略平面図と概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例における撮像装置で用いられる撮像素子の画素と瞳分割領域との対応を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施例における撮像装置で用いられる撮像光学系と撮像素子における瞳分割を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施例における撮像装置で用いられる撮像素子からの画素信号から生成される第１の焦点検出信号および第２の焦点検出信号に基づく像のデフォーカス量と像ずれ量の関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例におけるリフォーカス処理の概略説明図である。
【図８】本発明の第１の実施例におけるフィルタ周波数帯域例である。
【図９】本発明の第１の実施例におけるリフォーカス信号から算出されたコントラスト評価値の例である。
【図１０】本発明の第１の実施例における第１の焦点検出の動作のフロ−チャートである。
【図１１】本発明の第１の実施例における第２の焦点検出の動作のフロ−チャートである。
【図１２】本発明の第１の実施例における焦点調節処理の動作のフローチャートである。
【図１３】本発明の第１の実施例における第１の評価値算出の動作のフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施例における第１の評価値算出の動作のフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施例における第１の評価値算出の動作のフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施例における焦点調節処理の動作のフローチャートである。
【図１７】本発明の第４の実施例における第１の評価値算出の動作のフローチャートである。
【図１８】本発明の第５の実施例における画素配列の概略図である。
【図１９】本発明の第５の実施例における画素の概略平面図と概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
［全体構成］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る焦点調節装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図であり、一例としてデジタルビデオカメラの構成図を示す。以下では、本発明の実施形態に係る撮像装置（光学機器）として、カメラ本体とレンズ装置とが一体的に形成されたレンズ一体型の撮像装置を例示的に示すが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ（カメラ本体）および交換レンズ（レンズ装置）から構成されるレンズ交換型の撮像装置を適用することも可能である。当該撮像装置は、後述するように、撮像光学系の射出瞳の瞳分割手段であるマイクロレンズを有する撮像素子を有し、撮像面位相差方式の焦点調節が可能な装置である。
【００１３】
図１において、本実施形態のデジタルビデオカメラ１００は、オートフォーカス機能を有するズームレンズ１２０を撮像光学系として備えている。ズームレンズ１２０は、第１固定レンズ１０１、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４及びフォーカスコンペンセータレンズ１０５を備える。フォーカスコンペンセータレンズ（以下、単にフォーカスレンズという）１０５は、変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えている。
【００１４】
撮像素子１０６は、２次元ＣＭＯＳフォトセンサーと周辺部からなる撮像素子であり、撮像光学系（結像光学系）の撮像面（結像面）に配置される。
【００１５】
ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７は撮像素子１０６の出力を相関二重サンプリングするとともに、ゲイン調整する。
【００１６】
カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を行い、映像信号を生成する。表示部１０９はＬＣＤ等により構成され、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を表示する。記録部１１５は、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を記録媒体（磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等）に記録する。
【００１７】
ズーム駆動回路１１０は、制御部１１４の制御に応じて変倍レンズ１０２を移動させる。フォーカスレンズ駆動回路１１１は制御部１１４の制御に応じてフォーカスレンズ１０５を移動させる。ズーム駆動回路１１０及びフォーカスレンズ駆動回路１１１は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。
【００１８】
ＡＦゲート１１２は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの全画素の出力信号のうち、制御部１１４が設定した焦点検出に用いられる領域（焦点検出領域又はＡＦ枠）の信号のみを後段のＡＦ信号処理回路１１３に供給する。
【００１９】
ＡＦ信号処理回路１１３は、ＡＦゲート１１２から供給される焦点検出領域中の画素信号に対してフィルタを適用して高周波成分を抽出し、ＡＦ評価値を生成する。後述するように、本実施形態のＡＦ信号処理回路１１３は、複数の周波数特性を有するフィルタ、もしくは周波数特性が可変なフィルタを有している。そして、後述する第１の焦点検出手段の出力結果などに応じて異なる周波数特性を有するフィルタを用いてＡＦ評価値を生成する。このように、ＡＦ信号処理回路１１３は、所定の周波数帯域を通った信号からＡＦ評価値（コントラスト評価値）を生成する生成手段として機能する。ここで、第１の焦点検出手段は、撮像光学系の焦点状態を検出できるものであり、例えば位相差検出方式やコントラスト検出方式の焦点検出手段が用いられる。
【００２０】
ＡＦ評価値は、制御部１１４に出力される。ＡＦ評価値は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラストの大きさ）を表す値であるが、ピントが合った映像の鮮鋭度は高く、ぼけた映像の鮮鋭度は低いので、撮像光学系の焦点状態を表す値として利用できる。
【００２１】
制御部１１４は例えばマイクロコンピュータであり、図示しないＲＯＭに予め記憶された制御プログラムを実行してデジタルビデオカメラ１００の各部を制御することにより、デジタルビデオカメラ１００全体の動作を司る。制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から与えられるＡＦ評価値に基づいて、フォーカスレンズ駆動回路１１１を制御してＡＦ制御（自動合焦制御）動作を行う。また、操作部１１６からのズーム指示に従って、ズーム駆動回路１１０を制御し、ズームレンズ１２０の倍率を変化させる。
【００２２】
操作部１１６は、ユーザがデジタルビデオカメラ１００に各種指示や設定を入力するためのスイッチ、ボタン、ダイヤル等の入力デバイス群である。撮影開始／一時停止ボタン、ズームスイッチ、静止画撮影ボタン、方向ボタン、メニューボタン、実行ボタンなどが操作部１１６に含まれる。
［撮像素子］
本第１の実施例の撮像装置が有する撮像素子の画素配列の概略図を図２に示す。同図は、本第１の実施例で用いられる撮像素子としての２次元ＣＭＯＳセンサーの画素配列を、撮像画素の４列×４行の範囲で（焦点検出画素の配列としては８列×４行の範囲）で示している。
【００２３】
本実施例では、図２に示した２列×２行の画素群２００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが図の左上の位置に配置されている。また、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下の位置に配置されている。また、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下の位置に配置されている。さらに、各画素（各撮像画素）２００ａは２列×１行に配列された第１の焦点検出画素２０１（第１の画素）と第２の焦点検出画素２０２（第２の画素）により構成されている。
【００２４】
撮像素子１０６は、図２に示す４列×４行の撮像画素（８列×４行の焦点検出画素）を撮像面上に多数配置し、撮像画像信号および焦点検出信号の取得を可能としている。本実施例では、撮像画素の周期Ｐが４μｍ、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４１５０万画素の撮像素子として説明を行う。
【００２５】
図２に示す撮像素子の１つの画素２００Ｇ（撮像画素）を、撮像素子の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図３（ａ）に示し、図３（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図３（ｂ）に示す。
【００２６】
図３に示すように、本実施例の画素２００Ｇでは、各画素の受光面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、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が、それぞれ、第１の焦点検出画素２０１と第２の焦点検出画素２０２に対応する。
【００２７】
光電変換部３０１と光電変換部３０２は、ｐ型層３００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良いし、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良い。
【００２８】
各画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１および光電変換部３０２との間に、カラーフィルター３０６が形成される。また、必要に応じて、副画素（焦点検出画素）毎にカラーフィルターの分光透過率を変えても良いし、カラーフィルターを省略しても良い。
【００２９】
図３に示した画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルター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。光電変換部３０１と光電変換部３０２では、光電変換により、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層に蓄積される。一方、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型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）(不図示)に転送され、電圧信号に変換されて画素信号として出力される。
【００３０】
図３に示した本実施例の画素構造と瞳分割との対応関係を図４に示す。図３（ａ）に示した本第１の実施例の画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面図と撮像光学系の射出瞳面を示す。図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させている。なお、図４において、図３と同様の部分は同じ符号を付して示す。
【００３１】
図４に示すように、第１の焦点検出画素２０１の第１の瞳部分領域４０１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、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第１の焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１の焦点検出画素２０１の第１の瞳部分領域４０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。図４で、第２の焦点検出画素２０２の第２の瞳部分領域４０２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、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第２の焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。第２の焦点検出画素２０２の第２の瞳部分領域４０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。また、図４で、瞳領域４００は、光電変換部３０１と光電変換部３０２（第１の焦点検出画素２０１と第２の焦点検出画素２０２）とを合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。
【００３２】
本実施例の撮像素子とマイクロレンズ（瞳分割手段）による瞳分割との対応関係の概略を図５に示す。射出瞳４１０の第１の瞳部分領域４０１と第２の瞳部分領域４０２の異なる瞳部分領域を通過した光束は、撮像素子の各画素に、それぞれ、異なる角度で入射し、２×１分割された第１の焦点検出画素２０１と第２の焦点検出画素２０２で受光される。なお、本実施例では、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例を示しているが、必要に応じて、垂直方向に瞳分割を行っても良い。
【００３３】
上述のように、本実施例で用いる撮像素子は、撮像光学系の第１の瞳部分領域を通過する光束を受光する第１の焦点検出画素と、第１瞳部分領域と異なる撮像光学系の第２の瞳部分領域を通過する光束を受光する第２の焦点検出画素を有する。より具体的には、撮像素子は、単一のマイクロレンズを共有して撮像光学系の異なる瞳領域（第１の瞳部分領域、第２の瞳部分領域）を通過した光を受光する第１の焦点検出画素および第２の焦点検出画素を備える。また、撮像光学系の第１の瞳部分領域と第２の瞳部分領域を合わせた瞳領域を通過した光束を受光する撮像画素の配列も有する。本実施例の撮像素子では、それぞれの撮像画素が第１の焦点検出画素と第２の焦点検出画素から構成されている。しかし、必要に応じて、撮像画素と第１の焦点検出画素、第２の焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１の焦点検出画素と第２の焦点検出画素を部分的に配置する構成としても良い。
【００３４】
本実施例では、撮像素子の各画素２００ａの第１の焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１の焦点検出信号を生成し、各画素２００ａの第２の焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２の焦点検出信号を生成（焦点検出信号生成手段）して焦点検出を行う。また、撮像素子の画素毎に、第１の焦点検出画素２０１と第２の焦点検出画素２０２の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。
［デフォーカス量と像ずれ量の関係］
次に、本実施例で用いる撮像素子により取得される第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号の像ずれ量とデフォーカス量との関係について説明する。
【００３５】
図６に、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号のデフォーカス量と第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の像ずれ量の関係を示す。撮像面５００に本実施例の撮像素子（不図示）が配置され、図４、図５と同様に、撮像光学系の射出瞳が、第１の瞳部分領域４０１と第２瞳部分領域４０２に２分割される。なお、図６において、図３及び５と同様な部分は同じ符号を付して示す。
【００３６】
デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面５００までの距離を大きさ｜ｄ｜としたとき、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負（ｄ＜０）、撮像面５００より被写体の反対側にある後ピン状態を正（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面５００（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図６で、被写体６０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体６０２は前ピン状態（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。
【００３７】
前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体６０２からの光束のうち、第１の瞳部分領域４０１を通過した被写体光は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１を中心として幅Γ１に広がり、撮像面５００でボケた像となる。第２の瞳部分領域４０２を通過した被写体光についても同様であり、重心位置Ｇ２を中心として幅Γ２に広がったボケた像を形成する。ボケた像は、撮像素子に配列された各画素を構成する第１の焦点検出画素２０１（第２の焦点検出画素２０２）により受光され、第１の焦点検出信号（第２の焦点検出信号）が生成される。よって、第１の焦点検出信号（第２の焦点検出信号）は、撮像面５００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体６０２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｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、第１の焦点検出信号と第２の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｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１の焦点検出信号と第２の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。
【００３８】
したがって、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号、もしくは、第１の焦点検出信号と第２の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のに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。
［焦点検出］
本実施例では、後述の第２の焦点検出手段は、上述した第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関連性を用いて、リフォーカス原理に基づいた方式（以後、リフォーカス方式と呼ぶ）の第１の焦点検出を行う。また、位相差方式の第２の焦点検出結果に応じてリフォーカス方式の第１の焦点検出に用いる評価値のフィルタ帯域を変更する。
【００３９】
被写体の焦点調節状態の判定は、本実施例では、所定値と検出されたデフォーカス量との比較で判断する。
［リフォーカス方式の第１の焦点検出］
まず、本実施例におけるリフォーカス方式の第１の焦点検出について説明する。
【００４０】
本実施例のリフォーカス方式の第１の焦点検出では、ＡＦ信号処理回路１１３は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を相対的にシフトして加算し、シフト加算信号（リフォーカス信号）を生成する。換言すれば、ＡＦ信号処理回路１１３は、第１の焦点検出画素から得られる第１の焦点検出信号と、第２の焦点検出画素から得られる第２の焦点検出信号と、をリフォーカス処理してリフォーカス信号を生成するリフォーカス信号生成手段として機能する。次いで、生成されたシフト加算信号（リフォーカス信号）のコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値に基づいて撮像信号のＭＴＦピーク位置を推定し、第１の検出デフォーカス量を検出する。
【００４１】
図７は、本実施例の撮像素子により取得された第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号による１次元方向（行方向、水平方向）のリフォーカス処理を説明するための図である。同図において、図５、図６と同様の部分は同じ符号を付して示す。図７では、ｉを整数として、撮像面５００に配置された撮像素子の行方向ｉ番目の画素の第１の焦点検出信号をＡｉ、第２の焦点検出信号をＢｉで模式的に表している。第１の焦点検出信号Ａｉは、（図５の瞳部分領域４０１に対応した）主光線角度θａでｉ番目の画素に入射した光束の受光信号である。第２の焦点検出信号Ｂｉは、（図５の瞳部分領域４０２に対応した）主光線角度θｂでｉ番目の画素に入射した光束の受光信号である。
【００４２】
第１の焦点検出信号Ａｉと第２の焦点検出信号Ｂｉは、光強度分布情報だけでなく、入射角度情報も有している。よって、第１の焦点検出信号Ａｉを角度θａに沿って仮想結像面７１０まで平行移動させ、第２の焦点検出信号Ｂｉを角度θｂに沿って仮想結像位置７１０まで平行移動させ、加算することで、仮想結像面７１０でのリフォーカス信号を生成できる。第１の焦点検出信号Ａｉを角度θａに沿って仮想結像面７１０まで平行移動させることは、行方向に＋０．５画素シフトに対応し、第２の焦点検出信号Ｂｉを角度θｂに沿って仮想結像面７１０まで平行移動させることは、行方向に−０．５画素シフトに対応する。したがって、第１の焦点検出信号Ａｉと第２の焦点検出信号Ｂｉを相対的に＋１画素シフトさせ、ＡｉとＢｉ＋１を対応させて加算することで、仮想結像面７１０でのリフォーカス信号を生成できる。同様に、第１の焦点検出信号Ａｉと第２の焦点検出信号Ｂｉを画素整数個分シフトさせて加算することで、整数シフト量に応じた各仮想結像面でのシフト加算信号（リフォーカス信号）を生成できる。
【００４３】
生成されたシフト加算信号（リフォーカス信号）のコントラスト評価値を算出し、算出されたコントラスト評価値から撮像信号のＭＴＦピーク位置を推定することで、リフォーカス方式の第１の焦点検出を行う。
【００４４】
図１０に、本第１の実施例の第１の焦点検出動作のフローチャートを示す。なお、図１０の動作は、撮像素子１０６、ＡＦ信号処理回路１１３およびそれらを制御する制御部１１４（第２の焦点検出手段）によって実行される。
【００４５】
ステップＳ１０００は処理の開始を表している。
【００４６】
ステップＳ１０１０で、制御部１１４は、まず撮像素子の有効画素領域の中から焦点調節を行う焦点検出領域を設定する。次いで、撮像素子１０６の駆動を制御して、焦点検出信号生成手段により、焦点検出領域の第１の焦点検出画素の受光信号から第１の焦点検出信号を、また焦点検出領域の第２の焦点検出画素の受光信号から第２の焦点検出信号を取得する。
【００４７】
ステップＳ１０２０で、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号に、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Ｙ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第１の画素加算処理とする。必要に応じて、３画素加算処理とベイヤー（ＲＧＢ）加算処理のいずれか、または、これら両方の加算処理を省略しても良い。
【００４８】
ステップＳ１０３０では、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせる第１のシフト処理を行い、加算してシフト加算信号（リフォーカス信号）を生成する。さらに、生成されたシフト加算信号からコントラスト評価値（第１の評価値）を算出する。
【００４９】
ステップＳ１０３０の第１の評価値算出手段は、本実施形態の特徴的な部分であり、後述する第１の焦点検出手段（位相差方式）の結果に基づいて評価値算出処理を行う。第１の評価値算出手段の詳細は、図１３のフローチャートを用いて後述する。
【００５０】
ｋ番目の第１の焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２の焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。第１のシフト処理によるシフト量をｓ１、シフト量ｓ１のシフト範囲をΓ１として、コントラスト評価値（第１の評価値）ＲＦＣＯＮは、式（１）により算出される。
【００５１】
【数１】
2015219439.tif 000003
【００５２】
シフト量ｓ１の第１のシフト処理により、ｋ番目の第１の焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ１番目の第２の焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ１）を対応させて加算し、シフト加算信号を生成する。シフト加算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域Ｗの範囲での最大値を取り、コントラスト評価値（第１の評価値）ＲＦＣＯＮ（ｓ１）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出されたコントラスト評価値（第１の評価値）を、各シフト量毎に、複数行に渡って加算しても良い。
【００５３】
ステップＳ１０４０では、コントラスト評価値（第１の評価値）から、サブピクセル演算により、コントラスト評価値が最大値となる実数値のシフト量を算出してピークシフト量ｐ１とする。ピークシフト量ｐ１に、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（撮像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた第１の変換係数Ｋ１をかけて、第１の検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１）を検出する。
【００５４】
本発明では、リフォーカス方式の第２の焦点検出手段により、第１の焦点検出信号と前記第２の焦点検出信号に、第１のシフト処理を行い、その後加算してシフト加算信号を生成する。次いで、シフト加算信号から上述した周波数帯域に対応するコントラスト評価値を算出し、算出されたコントラスト評価値から第１の検出デフォーカス量を検出する。
【００５５】
各シフト加算信号から算出されたコントラスト評価値（第１の評価値）の例を図９に示す。
［位相差方式の第２の焦点検出］
まず、本第１の実施例における位相差方式の第２の焦点検出について説明する。
【００５６】
位相差方式の第２の焦点検出では、第１の焦点検出信号と第２の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（第２の評価値）を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関連性から、像ずれ量を第２の検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。
【００５７】
図１１に、本第１の実施例の第２の焦点検出動作のフローチャートを示す。なお、図１１の動作は、撮像素子１０６、ＡＦ信号処理回路１１３と、それらを制御する制御部１１４（第１の焦点検出手段）によって実行される。
【００５８】
ステップＳ１１００は処理の開始を示している。
【００５９】
ステップＳ１１１０で、まず制御部１１４は、撮像素子の有効画素領域の中から焦点調節を行う焦点検出領域を設定する。次いで、制御部１１４は撮像素子１０６を制御し、焦点検出領域の第１の焦点検出画素の受光信号から第１の焦点検出信号を、また焦点検出領域の第２の焦点検出画素の受光信号から第２の焦点検出信号を取得する。
【００６０】
ステップＳ１１２０で、ＡＦ信号処理回路１１３は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号に、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Ｙ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第２の画素加算処理とする。
【００６１】
図１１のステップＳ１１３０では、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号に、フィルタ処理を行う。本実施例のフィルタ処理の通過帯域例を、図８に実線で示す。本実施例では、位相差方式の第２の焦点検出により、大デフォーカス状態での焦点検出を行うため、フィルタ処理の通過帯域は低周波帯域を含むように構成する。必要に応じて、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う際に、デフォーカス状態に応じて、第２の焦点検出時のフィルタ処理の通過帯域を、図９に１点鎖線で示すように、より高周波帯域に調整しても良い。
【００６２】
次に、図１１のステップＳ１１４０では、フィルタ処理後の第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせる第２のシフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量（第２の評価値）を算出する。
【００６３】
フィルタ処理後のｋ番目の第１の焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２の焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。第２のシフト処理によるシフト量をｓ２、シフト量ｓ２のシフト範囲をΓ２として、相関量（第２の評価値）ＣＯＲは、式（２）により算出される。
【００６４】
【数２】
2015219439.tif 000004
【００６５】
シフト量ｓ２の第２のシフト処理により、ｋ番目の第１の焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ２番目の第２の焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ２）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（第２の評価値）ＣＯＲ（ｓ２）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出された相関量（第２の評価値）を、各シフト量に、複数行に渡って加算しても良い。
【００６６】
ステップＳ１１５０では、相関量（第２の評価値）から、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐ２とする。像ずれ量ｐ２に、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（撮像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた第２の変換係数Ｋ２をかけて、第２の検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）を検出する。
【００６７】
なお、必要に応じて、第１の変換係数Ｋ１と第２の変換係数Ｋ２を同一の値としても良い。
上述したように、本実施例では、位相差方式の第１の焦点検出手段により、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号に、フィルタ処理と第２のシフト処理を行って相関量を算出し、相関量から第２の検出デフォーカス量を検出する。
［第１の評価値算出］
前述したステップＳ１０３０における第１のフィルタ処理の詳細について図１２〜図１３のフローチャートを用いて説明する。
【００６８】
なお、図１２〜図１３の動作も、撮像素子１０６、ＡＦ信号処理回路１１３およびそれらを制御する制御部１１４によって実行される。
【００６９】
本第１の実施の形態では撮像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値１以下になるまでリフォーカス方式の第１の焦点検出を行ってレンズ駆動し、最良合焦位置近傍まで焦点調節を行う。
【００７０】
まず、図１２を用いて本実施の形態に係る焦点調節処理について説明する。
【００７１】
ステップＳ１１００において図１１で説明した位相差方式の第２の焦点検出処理を行い、ステップＳ１０００に遷移する。
【００７２】
次にステップＳ１０００において図１０で説明したリフォーカス方式の第１の焦点検出処理を行い、ステップＳ１２１０に遷移する。
【００７３】
次にステップＳ１２１０において、ステップＳ１０００で算出した第１のデフォーカス量（Ｄｅｆ１）が所定値１以下か否かを判定する。
【００７４】
検出された第１のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合は、焦点調節が完了したと判断して処理を終了する。一方、所定値１より大きい場合は、第１のデフォーカス量（Ｄｅｆ１）に応じてステップＳ１２２０においてレンズ駆動を行い、ステップＳ１１００に戻る。このように、制御部１１４は、算出したデフォーカス量に基づいて、焦点調節を行う制御手段として機能する。
【００７５】
次に、図１３を用いて図１０のステップＳ１０３０の第１の評価値算出処理の詳細について説明する。
【００７６】
図１３において、第１の評価値算出処理を開始すると、ステップＳ１３１０において高周波数帯域フィルタ（第１の周波数帯域のフィルタ）を設定し、ステップＳ１３２０に遷移する。
【００７７】
次に、ステップＳ１３２０において、ステップＳ１３２０で設定した高周波数帯域フィルタよりも低い周波数帯域である低周波数帯域フィルタ（第２の周波数帯域のフィルタ）を設定し処理を終了する。
【００７８】
上述の周波数帯域例を、図８の破線及び一点鎖線で示す。なお、図８の破線に代えて、図８の点線で示される周波数帯域のフィルタを設定してもよい。
【００７９】
但し、図１３においては、高周波数帯域フィルタと低周波数帯域フィルタの２つのフィルタのみを設定しているが、３つ以上の周波数帯域フィルタを設定できるような構成でも良い。さらに、設定する周波数帯域は、位相差方式の第２の焦点検出処理におけるフィルタ処理で用いる周波数帯域フィルタと異なるフィルタを設定する構成であるが、フィルタ処理で用いる周波数帯域フィルタと同じフィルタ処理をかける構成であっても良い。
【００８０】
次にステップＳ１３３０では、ステップＳ１３１０とステップＳ１３２０で設定した周波数帯域フィルタを通過した各コントラスト評価値を取得して、ステップＳ１３４０へ遷移する。
【００８１】
次に、ステップＳ１３４０において、ステップＳ１１００で算出した位相差方式で検出される第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）が所定値２以下か否かを判定する。
【００８２】
検出された第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値２以下の場合は、ステップＳ１３５０へ遷移する。一方、所定値２より大きい場合は、ステップＳ１３６０へ遷移する。
【００８３】
次に、ステップＳ１３５０において、第１の評価値を高周波数帯域のフィルタを通過したコントラスト評価値として処理を終了する。すなわち、第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値２以下（第１の所定値以下）の場合は、高周波数帯域（第１の周波数帯域）を通った信号からコントラスト評価値を生成する。
【００８４】
また、ステップＳ１３６０においては、第１の評価値を低周波数帯域のフィルタを通過したコントラスト評価値として処理を終了する。すなわち、第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値２（第１の所定値）より大きい場合は、低周波数帯域（第２の周波数帯域）を通った信号からコントラスト評価値を生成する。
【００８５】
このように、本実施例では、位相差検出方式の焦点検出手段の検出結果（Ｄｅｆ２）に基づいて、第１の周波数帯域および該第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号から第１の評価値を生成する。
【００８６】
以上の構成により、リフォーカス方式による第１の焦点調節方法によって焦点調節を行う場合、位相差方式による第２の焦点検出結果に基づいて、適切な周波数帯域フィルタを設定することができ、高速で安定した（すなわち、高精度な）焦点調節が可能となる。なお、本実施例では撮像画素を水平方向に分割しているが、垂直方向に分割した場合でも同様に動作が可能である。
【実施例２】
【００８７】
以下、本発明の第二の実施形態について説明する。まず本実施形態と第一の実施形態との違いについて説明する。
【００８８】
本実施の形態では、第一の実施の形態の特徴的な部分として説明した第１の評価値算出の方法を変更する。第一の実施形態では、ＡＦ信号処理回路１１３から取得する各帯域のコントラスト評価値を、高周波数帯域フィルタから出力されるコントラスト評価値にするか低周波数帯域フィルタから出力されるコントラスト評価値にするかを切り替えた。第二の実施形態では、上記の両方（３つ以上のフィルタの場合は２つ以上）のコントラスト評価値を所定の重みで足し合わせたコントラスト評価値を生成する。
【００８９】
本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ１００の構成は、第一の実施形態で図１を基に説明した構成と同様なので説明は省略する。
【００９０】
また第一の実施形態で図２〜１２のフローチャートを用いて説明したデジタルビデオカメラ１００の動作は、本実施形態においても同様の処理を行うので説明を省略する。
【００９１】
本第２の実施形態の特徴的な部分について、図１４を用いて説明する。但し、第一の実施形態と同じ処理については同じ番号を付して説明を省略する。
【００９２】
ステップＳ１４１０において、ステップＳ１１００で算出した位相差方式で検出される第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）が所定値３以下か否かを判定する。
【００９３】
検出された第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値３以下の場合は、ステップＳ１４２０へ遷移する。一方、所定値３より大きい場合は、ステップＳ１４３０へ遷移する。
【００９４】
ステップＳ１４２０及びＳ１４３０においては、複数の評価値を足し合わせるときに乗じる係数αとβを設定する。
【００９５】
本第２の実施形態では、第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値３以下（第２の所定値以下）の場合は、高周波数帯域（第１の周波数帯域）のコントラスト評価値に重みβ（第３の重み）をかけた第４のコントラスト評価値を生成する。また、低周波数帯域（第２の周波数帯域）のコントラスト評価値に重みβよりも小さい重みα（第４の重み）をかけた第５のコントラスト評価値を生成する。そして、この第４のコントラスト評価値および第５のコントラスト評価値を足し合わせた第６のコントラスト評価値に基づいて第１のデフォーカス量を検出する。上述したように、ステップＳ１４２０においてはα＜βとなるようなα及びβの値を設定する。
【００９６】
一方、第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値３（第２の所定値）よりも大きい場合は、高周波数帯域（第１の周波数帯域）のコントラスト評価値に重みβ（第１の重み）をかけた第１のコントラスト評価値を生成する。また、低周波数帯域（第２の周波数帯域）のコントラスト評価値に重みβよりも大きい重みα（第２の重み）をかけたコントラスト評価値（第２のコントラスト評価値）を生成する。そして、この第１のコントラスト評価値および第２のコントラスト評価値を足し合わせた第３のコントラスト評価値に基づいて第１のデフォーカス量を検出する。上述したように、ステップＳ１４３０においてはα＞βとなるようなα及びβの値を設定する。
【００９７】
これによって、第２のデフォーカス量が大きい、つまり現在のレンズ位置が合焦位置から遠く、ボケていると判断した場合は、低周波数帯域のコントラスト評価値によって合焦点及び合焦方向をより精度良く求めることができる。
【００９８】
また、第２のデフォーカス量が小さい、つまり現在のレンズ位置が合焦位置に近いと判断した場合は、高周波数帯域のコントラスト評価値によって合焦点及び合焦方向をより精度良く求めることができる。
【００９９】
次に、ステップＳ１４４０において、ステップＳ１４２０またはステップＳ１４３０で設定したαとβの値に基づいて低周波数帯域のコントラスト評価値と高周波数帯域のコントラスト評価値を足し合わせて第１の評価値を生成する。
【０１００】
第１の評価値は以下の式（３）で求められる。
【０１０１】
【数３】
2015219439.tif 000005
【０１０２】
本実施の形態においてαとβは、α＋β＝１となるように設定し、また、位相差方式で検出される第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）の値が大きいほどαの値が大きくなり、小さいほどβの値が大きくなる。つまり、本実施例では、第１の焦点検出手段の検出結果（Ｄｅｆ２）に基づいて、重みαおよび重みβを変更する。
【０１０３】
第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）の大きさに対するαとβの値の比率は上述の条件を満たしている限り自由に設定することができる。本実施の形態においては、第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）が０のときにα＝０、β＝１となり、第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）が予め決められた最大デフォーカス量となったときにα＝１、β＝０となるような線形変化する値を設定することとする。
【０１０４】
このように、本実施例では、｜Ｄｅｆ２｜が所定値３より大きい場合は、高周波数帯域を通過した信号から生成したコントラスト評価値に第１の重みβをかけた第１のコントラスト評価値を生成する。また、低周波数帯域を通過した信号から生成したコントラスト評価値に第１の重みβよりも大きい第２の重みαをかけた第２のコントラスト評価値を生成し、第１のコントラスト評価値と足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成する。一方、｜Ｄｅｆ２｜が所定値３以下の場合は、高周波数帯域を通過した信号から生成したコントラスト評価値に第３の重みβをかけた第４のコントラスト評価値を生成する。また、低周波数帯域を通過した信号から生成したコントラスト評価値に第３の重みβよりも小さい第４の重みαをかけた第５のコントラスト評価値を生成し、第４のコントラスト評価値と足し合わせた第６のコントラスト評価値を生成する。
【０１０５】
以上の構成により、リフォーカス方式による第１の焦点調節方法によって焦点調節を行う場合、位相差方式による第２の焦点検出結果に基づいて、適切な周波数帯域フィルタを設定することができ、高速で安定した（すなわち、高精度な）焦点調節が可能となる。
【実施例３】
【０１０６】
以下、本発明の第三の実施形態について説明する。まず本実施形態と第一及び第二の実施形態との違いについて説明する。
【０１０７】
本実施の形態では、第一及び第二の実施の形態の特徴的な部分として説明した第１の評価値算出の方法を変更する。
【０１０８】
第一の実施形態では、ＡＦ信号処理回路１１３から取得する各帯域のコントラスト評価値を、高周波数帯域フィルタから出力されるコントラスト評価値にするか低周波数帯域フィルタから出力されるコントラスト評価値にするかを切り替えた。
【０１０９】
また、第二の実施形態では、上記の両方（３つ以上のフィルタの場合は２つ以上）のコントラスト評価値を所定の重みで足し合わせたコントラスト評価値を生成した。
【０１１０】
第三の実施形態ではＡＦ信号処理回路１１３に設定するフィルタの周波数帯域を第２のデフォーカス量に応じて切り替える。
【０１１１】
本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ１００の構成は、第一の実施形態で図１を基に説明した構成と同様なので説明は省略する。
【０１１２】
また第一の実施形態で図２〜１２のフローチャートを用いて説明したデジタルビデオカメラ１００の動作は、本実施形態においても同様の処理を行うので説明を省略する。
【０１１３】
本第２の実施形態の特徴的な部分について、図１５を用いて説明する。但し、第一の実施形態と同じ処理については同じ番号を付して説明を省略する。
【０１１４】
ステップＳ１５１０において、ステップＳ１１００で算出した位相差方式で検出される第２のデフォーカス量（Ｄｅｆ２）が所定値４以下か否かを判定する。
【０１１５】
検出された第２のデフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値４以下の場合は、ステップＳ１３１０へ遷移して高周波数帯域フィルタ設定を行う。一方、所定値４より大きい場合は、ステップＳ１３２０へ遷移して低周波数帯域フィルタ設定を行う。
【０１１６】
次に、ステップＳ１５２０において、ステップＳ１３１０またはステップＳ１３２０にて設定したフィルタによるコントラスト評価値の出力結果を取得し、第１の評価値とする。
【０１１７】
このように、本実施例では、位相差検出方式の焦点検出手段の検出結果（Ｄｅｆ２）に基づいて、第１の周波数帯域および該第１の周波数帯域よりも低い周波数帯域である第２の周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号から第１の評価値を生成する。
【０１１８】
以上の構成により、リフォーカス方式による第１の焦点調節方法によって焦点調節を行う場合、位相差方式による第２の焦点検出結果に基づいて、適切な周波数帯域フィルタを設定したコントラスト評価値によって第１のデフォーカス量を求めることができる。これにより、高速で安定した（すなわち、高精度な）焦点調節が可能となる。
【実施例４】
【０１１９】
以下、本発明の第四の実施形態について説明する。まず本実施形態と第一及び第二及び第三の実施形態との違いについて説明する。
【０１２０】
本実施の形態では、第一及び第二及び第三の実施形態の特徴的な部分として説明した第２の焦点検出手段において検出方法を変更する。
【０１２１】
本実施の形態におけるデジタルビデオカメラ１００の構成は、第一の実施形態で図１を基に説明した構成と同様なので説明は省略する。
【０１２２】
また第一の実施形態で図２〜１１のフローチャートを用いて説明したデジタルビデオカメラ１００の動作は、本実施形態においても同様の処理を行うので説明を省略する。
【０１２３】
本第四の実施形態の特徴的な部分について、図１６及び図１７を用いて説明する。但し、第一又は第二の実施形態と同じ処理については同じ番号を付して説明を省略する。
【０１２４】
まず、図１６において焦点調節処理を開始するとステップＳ１６００の撮影状態判断処理に遷移する。その後の処理は上述の理由により省略する。
【０１２５】
ステップＳ１６００の撮影状態判断処理では、制御部１１４が手振れ検出センサー（不図示）から手振れが発生している旨の情報を受信しているか否か、又は操作部１１６からズームの操作指示を受信しているか否かを判断する。このように本実施例では、制御部１１４は、手振れ状態やズーム中状態などの撮影状態を検出する検出手段として機能する。
【０１２６】
次に、ステップＳ１０００の第１の焦点検出処理における、第１の評価値算出処理について、以下３つの第１の評価値算出処理パターンを図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。
【０１２７】
図１７（ａ）のステップＳ１７１０において、上述したステップＳ１６００の撮影状態判断処理の結果、手振れが発生していない、又はズーム操作がされていないと判断した場合はステップＳ１３５０へ遷移する。一方、手振れを検出している、又はズーム操作がされていると判断した場合はステップＳ１３６０へ遷移する。このように、図１７（ａ）の例では、ＡＦ信号処理回路１１３は、検出手段の検出結果に基づいて、高周波数帯域（第１の周波数帯域）および低周波数帯域（第２の周波数帯域）のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する。より具体的には、制御部１１４（検出手段）から出力信号を受けた場合は、低周波数帯域（第２の周波数帯域）を通った信号からコントラスト評価値を生成する。また、制御部１１４（検出手段）から出力信号を受けない場合は、高周波数帯域（第１の周波数帯域）を通った信号からコントラスト評価値を生成する。
【０１２８】
また、図１７（ｂ）のステップＳ１７１０において、上述したステップＳ１６００の撮影状態判断処理の結果、手振れが発生していない、又はズーム操作がされていないと判断した場合はステップＳ１４２０へ遷移する。一方、手振れを検出している、又はズーム操作がされていると判断した場合はステップＳ１４３０へ遷移する。このように、図１７（ｂ）の例では、ＡＦ信号処理回路１１３は、高周波数帯域を通った信号と重みβに基づく第１のコントラスト評価値と、低周波数帯域を通った信号と重みαに基づく第２のコントラスト評価値を生成する。そして、該第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値とを足し合わせた第３のコントラスト評価値を生成している。また、第３のコントラスト評価値を生成する際に、制御部１１４（検出手段）の検出結果に基づいて、重みαおよび重みβを変更している。具体的には、検出手段から出力信号を受けた場合は、重みβよりも重みαが大きくなるように設定する。また、検出手段から出力信号を受けない場合は、重みβよりも重みαが小さくなるように設定する。
【０１２９】
さらに、図１７（ｃ）のステップＳ１７１０において、上述したステップＳ１６００の撮影状態判断処理の結果、手振れが発生していない、又はズーム操作がされていないと判断した場合はステップＳ１３１０へ遷移する。一方、手振れを検出している、又はズーム操作がされていると判断した場合はステップＳ１３２０へ遷移する。このように、図１７（ｃ）の例では、ＡＦ信号処理回路１１３は、図１７（ａ）と同様に、制御部１１４（検出手段）の検出結果に基づいて、高周波数帯域および低周波数帯域のうち１つの周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する。ただし、図１７（ｃ）では、検出手段の検出結果に基づいて選択（設定）されたフィルタのコントラスト評価値のみを生成し、選択（設定）されない方のフィルタのコントラスト評価値は生成しない。ＡＦ信号処理回路１１３は、検出手段から出力信号を受けた場合は、低周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成し、検出手段から出力信号を受けない場合は、高周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する。
【０１３０】
本第４の実施形態の図１７においては、各条件を手振れ及びズーム操作を検出しているか否かとしたが、手振れの度合いやズームによる画角変化の速さを条件としても良い。
【０１３１】
一例として、図１７（ａ）において、手振れ度合いが所定（第３の所定値）よりも大きい場合は低周波数帯域のコントラスト評価値を、第３の所定値以下の場合には高周波数帯域のコントラスト評価値を用いるようにしても良い。換言すれば、検出手段からの出力値が第３の所定値より大きい場合は、低周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成し、検出手段からの出力値が第３の所定値以下の場合は、高周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する。
【０１３２】
また、図１７（ｂ）において、αとβの算出時に、手振れ度合いが所定（第４の所定値）よりも大きい場合は、第４の所定値以下の場合よりもαの値を大きく（βの値を小さく）するようにしても良い。換言すれば、検出手段からの出力値が第４の所定値より大きい場合は、重みβよりも重みαが大きくなるように設定する。また、検出手段からの出力値が第４の所定値以下の場合は、重みβよりも重みαが小さくなるように設定する。
【０１３３】
同様に、図１７（ｃ）において、手振れ度合いが所定（第５の所定値）よりも大きい場合は低周波数帯域フィルタ設定を、第５の所定値以下の場合には高周波数帯域フィルタ設定を行うようにしても良い。換言すれば、検出手段からの出力値が第５の所定値より大きい場合は、低周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成し、検出手段からの出力値が第５の所定値以下の場合は、高周波数帯域を通った信号からコントラスト評価値を生成する。
【０１３４】
以上の構成により、リフォーカス方式による第１の焦点調節方法によって焦点調節を行う場合、ズーム状態や手振れ状態などの撮影状態に基づいて、適切な周波数帯域フィルタを設定することができ、高速で安定した（すなわち、高精度な）焦点調節が可能となる。
【実施例５】
【０１３５】
本発明の第五の実施例における撮像素子の撮像画素と副画素の配列の概略図を図１８に示す。図１８は、本第五の実施例の２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で、副画素（焦点検出画素）配列を８列×８行の範囲で示したものである。なお、図２と同様の部分は同じ符号を付して示す。また、本実施例における撮像装置の構成は、撮像素子の画素構成を除いて第１の実施例と同様であるので、ここでは撮像素子の画素構成について説明する。
【０１３６】
本実施例において、図１８に示す２列×２行の画素群２００では、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上の位置に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下の位置に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下の位置に配置される。さらに、各画素は２列×２行に配列された副画素２１０１から副画素２１０４により構成されている。
【０１３７】
図１８に示した４列×４行の画素（８列×８行の副画素）を面上に多数配置し、撮像画像（副画素信号）の取得を可能としている。本実施例では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、副画素の周期ＰＳＵＢが２μｍ、副画素数ＮＳＵＢが横１１１５０列×縦７４５０行＝約８３００万画素の撮像素子として説明を行う。
【０１３８】
図１８に示した撮像素子の１つの画素２００Ｇを、撮像素子の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図１９（ａ）に示し、図１９（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図１９（ｂ）に示す。図１９において、図３と同様の部分は同じ符号を付して示す。
【０１３９】
図１９に示すように、本実施例の画素２００Ｇでは、各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、ｘ方向にＮＨ分割（２分割）、ｙ方向にＮＶ分割（２分割）された光電変換部２２０１から光電変換部２２０４が形成される。光電変換部２２０１から光電変換部２２０４が、それぞれ、副画素２１０１から副画素２１０４に対応する。
【０１４０】
本実施例では、撮像素子の各画素（２１００）毎に、副画素２１０１から副画素２１０４の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。また、各画素毎に、副画素２１０１と副画素２１０３の信号を加算して第１の焦点検出信号を生成し、副画素２１０２と副画素２１０４の信号を加算して第２の焦点検出信号を生成することができる。これらの加算処理により、水平方向の瞳分割に対応した第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を取得でき、位相差方式の第１の焦点検出とリフォーカス方式の第２の焦点検出を行うことができる。
【０１４１】
同様に、本実施例では、各画素毎に、副画素２１０１と副画素２１０２の信号を加算して第１の焦点検出信号を生成し、副画素２１０３と副画素２１０４の信号を加算して第２の焦点検出信号を生成することができる。これらの加算処理により、垂直方向の瞳分割に対応した第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を取得でき、位相差方式の第１の焦点検出とリフォーカス方式の第２の焦点検出を行うことができる。これにより、本実施例の撮像素子を第一乃至第五の実施例における撮像装置の撮像素子として使用することが可能である。
【０１４２】
上記以外は、第１の実施例と同様である。
【０１４３】
以上の構成により、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な、または高感度で高速な焦点検出が可能となる。
【０１４４】
以上、本発明によれば、より適切な周波数のフィルタ帯域を用いてコントラスト評価値を取得することでより安定した精度の高い焦点調節を実現することができる。つまり、焦点検出信号から算出される検出合焦位置や合焦方向を現在の焦点状態によらず精度よく検出することが可能となり、より高速に合焦方向の判定が可能となり、また、より高精度に合焦点を判定することが可能となる。
【０１４５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【０１４６】
また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。
【０１４７】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するための手順が記述されたコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。
【０１４８】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。
【０１４９】
また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
【０１５０】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１５２】
１０６‥‥‥撮像素子
１１３‥‥‥ＡＦ信号処理回路
１１４‥‥‥制御部
【図１】
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【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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