(57)【要約】【課題】結像光学系の異なる瞳領域を通過する光束を受光する複数の画素を有する撮像素子を用いる撮像装置において、コントラスト評価値に基づく焦点検出シーケンスにより、高精度な焦点検出を可能とすること。【解決手段】撮像装置は、結像光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する第１画素、および、結像光学系の全瞳領域を通過する光束を受光する第２画素を有する撮像素子を備える。焦点検出信号の信号生成部は、第１画素の受光信号から第１信号を生成し、第２画素の受光信号から第２信号を生成する。制御部は、位相差方式の第１焦点検出（Ｓ１００）に続く第２焦点検出（Ｓ２００）において、第１信号および第２信号に対してシフト処理を行ってから加算してシフト加算信号を複数のシフト量に対して生成する。制御部は、生成したシフト加算信号の大きさからコントラスト評価値を算出してデフォーカス量を取得し、結像光学系の焦点調節動作を制御する。【選択図】  図１５
2015194736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の瞳部分領域を通過する光束を受光する第１画素、および前記瞳部分領域を含む瞳領域を通過する光束を受光する第２画素を有する撮像素子と、
前記第１画素が受光した信号から第１信号を生成し、前記第２画素が受光した信号から第２信号を生成する信号生成手段と、
前記第１信号および第２信号を用いて前記結像光学系の焦点調節動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１信号および第２信号に対してシフト処理を行って加算することにより得られるシフト加算信号から決定されるコントラスト評価値を複数のシフト量に対して算出し、該コントラスト評価値に基づいて決定される検出量を用いて焦点調節動作を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記シフト処理にて、前記第１信号および第２信号を相対的に前記瞳部分領域の瞳分割に係る瞳分割方向にシフトさせ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】
前記制御手段は、前記シフト量に対応する前記第１信号および第２信号を加算した値の絶対値を求め、該絶対値が焦点検出範囲内で最大となる値を前記コントラスト評価値として算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４】
前記シフト量を変えて算出した前記コントラスト評価値の最大値から、前記検出量を決定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２画素は、画像記録用の信号として用いら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６】
前記撮像素子は、前記結像光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する前記第１画素、および前記第１瞳部分領域とは異なる、前記結像光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する第３画素を有しており、
前記制御手段は、第１焦点検出にて前記第１信号と、前記第３画素が受光した信号から前記信号生成手段が生成した第３信号との相関量を算出し、該相関量から得られる第１検出量を用いて焦点調節動作を制御し、第２焦点検出にて前記コントラスト評価値から決定される第２検出量を用いて焦点調節動作を制御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７】
前記制御手段は、前記第１検出量が第１閾値より大きい場合、前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御し、前記第１検出量が前記第１閾値以下になった場合には、前記第２検出量を用いて焦点調節動作を制御し、当該焦点調節動作を前記第２検出量が第２閾値以下になるまで継続することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第２閾値は前記第１閾値よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第１焦点検出および前記第２焦点検出の並列処理を実行し、前記第２焦点検出にて前記第２検出量が取得された場合、第３検出量として前記第２検出量を設定し、前記第２焦点検出にて前記第２検出量が取得されなかった場合、前記第３検出量として前記第１検出量を設定し、前記第３検出量を用いて焦点調節動作を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第３検出量が第３閾値以下になるまで前記第１焦点検出および前記第２焦点検出の並列処理を継続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１１】
結像光学系の瞳部分領域を通過する光束を受光する第１画素、および前記瞳部分領域を含む瞳領域を通過する光束を受光する第２画素を有する撮像素子と、
前記第１画素が受光した信号から第１信号を生成し、前記第２画素が受光した信号から第２信号を生成する信号生成手段と、
前記第１信号および第２信号を用いて前記結像光学系の焦点調節動作を制御する制御手段と、を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記制御手段により、
前記第１信号および第２信号に対してシフト処理を行って加算することにより得られるシフト加算信号を複数のシフト量に対して生成するステップと、
複数の前記シフト加算信号の大きさからコントラスト評価値をそれぞれ算出し、該コントラスト評価値に基づいて検出量を決定するステップと、
前記検出量を用いて焦点調節動作を制御するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置とその制御方法に関し、特に撮像素子から出力される光電変換信号に基づくオートフォーカス（以下、ＡＦと略記する）制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の焦点検出方法の１つとして、撮像素子に形成した焦点検出画素により焦点状態の検出を行う撮像面位相差方式がある。また、撮像装置の焦点検出の別の方法には、撮像素子から出力される撮影画像信号に基づくコントラスト評価値を用いて焦点状態の検出を行うコントラスト方式がある。
【０００３】
特許文献１に開示された、撮像面位相差方式の撮像装置は、コントラスト評価手段と相関計算手段とを持ち、それらから得られる２つのピント評価範囲の絶対値を比較し、比較結果により被写体のピント評価値を決定する。コントラスト評価手段は、異なる瞳領域からの像信号をシフト加算して得られた信号のコントラスト評価値を元にコントラストピント位置を決定する。ＡＦ制御のためにフォーカスレンズの駆動を実際に行うことなくピント位置を特定することが可能である。
【０００４】
特許文献２には、光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された固体撮像装置が開示されており、光電変換セル群のうちの少なくとも一部が、測距のための信号を出力するように構成される。
【０００５】
特許文献３には、画質の劣化の度合いを小さくするとともに、焦点検出画素から得られる第１の像と撮像画素から得られる第２の像を用いて、撮影レンズの焦点状態（デフォーカス量）を算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０２５２４６号公報
【特許文献２】特許第３５９２１４７号公報
【特許文献３】特許第５２７４２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では特許文献２で開示されているようなマイクロレンズと光電変換部の相対位置を偏倚させた画素を２次元的に配置した撮像素子に関しては記載されていない。特許文献２に開示された撮像素子で特許文献１のコントラスト評価手段の焦点検出を行う場合、焦点検出画素対が空間的に離れている為、焦点検出精度が低下してしまうという課題がある。
【０００８】
また、特許文献３に開示の装置では、焦点検出画素から得られる第１の像と撮像画素から得られる第２の像についての重心の差からデフォーカス量を検出する。このため、特許文献１で開示されているようなコントラスト評価手段の焦点検出と比べて焦点検出精度が低下するという課題がある。
本発明は、結像光学系の異なる瞳領域を通過する光束を受光する複数の画素を有する撮像素子を用いる撮像装置において、コントラスト評価値に基づく焦点検出シーケンスにより、高精度な焦点検出を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、結像光学系の瞳部分領域を通過する光束を受光する第１画素、および前記瞳部分領域を含む瞳領域を通過する光束を受光する第２画素を有する撮像素子と、前記第１画素が受光した信号から第１信号を生成し、前記第２画素が受光した信号から第２信号を生成する信号生成手段と、前記第１信号および第２信号を用いて前記結像光学系の焦点調節動作を制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記第１信号および第２信号に対してシフト処理を行って加算することにより得られるシフト加算信号から決定されるコントラスト評価値を複数のシフト量に対して算出し、該コントラスト評価値に基づいて決定される検出量を用いて焦点調節動作を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、結像光学系の異なる瞳領域を通過する光束を受光する複数の画素を有する撮像素子を用いる撮像装置において、コントラスト評価値に基づく焦点検出シーケンスにより、高精度な焦点検出を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図２から図１５と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、撮像装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図２】撮像素子における画素配列を示す概略図である。
【図３】画素の概略平面図（Ａ）と概略断面図（Ｂ）である。
【図４】画素と瞳分割との関係を説明する概略図である。
【図５】焦点検出画素（第１画素）と瞳分割との対応関係を示した概略図（Ａ）、および第１信号と第３信号のデフォーカス量と像ずれ量の概略関係図（Ｂ）である。
【図６】第１焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図７】第１信号および第３信号の瞳ずれによるシェーディングの概略説明図である。
【図８】フィルタ周波数帯域を例示するグラフである。
【図９】第１信号および第３信号を例示するグラフ（Ａ）、および光学補正処理とフィルタ処理後の第１信号および第３信号を例示するグラフ（Ｂ）である。
【図１０】リフォーカス処理の概略説明図である。
【図１１】第２焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図１２】フィルタ処理後の第１信号および第２信号を例示するグラフ（Ａ）と、さらにシフト加算を行った後の第１信号および第２信号を例示するグラフ（Ｂ）である。
【図１３】第２評価値を例示するグラフである。
【図１４】リフォーカス可能範囲の概略説明図である。
【図１５】焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の第２実施形態における焦点検出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】
【００１２】
以下に、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群１０１は、レンズ鏡筒にて光軸方向に進退可能に保持される。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う他、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し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍動作によるズーム機能を有する。第３レンズ群１０５は、光軸方向の進退により焦点調節を行うフォーカスレンズである。光学的ローパスフィルタ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、例えば２次元ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）フォトセンサと周辺回路からなり、撮像光学系の結像面に配置される。
【００１３】
ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向に移動させて変倍動作を行う。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を光軸方向に移動させて焦点調節動作を行う。
被写体照明用の電子フラッシュ１１５は撮影時に使用し、キセノン管を用いた閃光照明装置または連続発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を備えた照明装置が用いられる。ＡＦ補助光源１１６は、低輝度の被写体また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。ＡＦ補助光源１１６により、所定の開口パターンを有したマスクの像が、投光レンズを介して被写界に投影される。
【００１４】
カメラシステムの制御部を構成するＣＰＵ（中央演算処理装置）１２１は、種々の制御を司る制御中枢機能をもつ。ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、Ａ（アナログ）／Ｄ（デジタル）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。ＣＰＵ１２１はＲＯＭに記憶された所定のプログラムに従って、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ制御、撮影、画像処理、記録処理等の一連の動作を実行する。本実施形態にてＣＰＵ１２１は、信号生成処理、焦点検出処理、画像生成処理等の制御を行う。
【００１５】
電子フラッシュ制御回路１２２はＣＰＵ１２１の制御指令に従い、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。補助光駆動回路１２３はＣＰＵ１２１の制御指令に従い、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、取得した撮像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５はＣＰＵ１２１の制御指令に従い、撮像素子１０７により取得した画像のガンマ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）圧縮等の処理を行う。
【００１６】
フォーカス駆動回路１２６はＣＰＵ１２１の制御指令に従い、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を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８はＣＰＵ１２１の制御指令に従い、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の開口径を制御する。ズーム駆動回路１２９はＣＰＵ１２１の制御指令に従い、撮影者のズーム操作指示に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
表示部１３１はＬＣＤ（液晶表示装置）等の表示デバイスを有し、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、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。操作部１３２は操作スイッチとして、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を備え、操作指示信号をＣＰＵ１２１に出力する。フラッシュメモリ１３３はカメラ本体部に着脱可能な記録媒体であり、撮影済み画像データ等を記録する。
【００１７】
次に図２を参照して本実施形態における撮像素子の撮像画素と焦点検出画素の配列を説明する。図２は、２次元ＣＭＯＳセンサ（撮像素子）のうち、撮像画素および焦点検出画素を含む、６列×６行の範囲での画素配列を例示する。本実施形態では、撮像信号を生成するための撮像画素を第２画素とし、複数の焦点検出画素を第１画素および第３画素とする。ここで、撮像画素とは主として画像記録用の信号として用いられる画素で、焦点検出用画素は撮像画素より制限された瞳領域からの光束を受光する、主として焦点検出処理に用いられる画素であり、各画素はその用途を必ずしも限定されていない。本実施形態では、撮像（撮影）により撮像素子１０７の撮像画素から得られる撮像信号は、画像処理回路１２５等の処理を経てフラッシュメモリ１３３等の記録媒体に記録される記録画像に用いられる。その際、焦点検出用画素の配されている画素位置に対応する記録用の信号は、該当位置近傍の撮像画素（必要に応じて焦点検出用画素）からの信号を用いて補間するなどして生成される。なお、図２の紙面に垂直な方向をｚ方向とし、これに直交する左右方向をｘ方向とし、上下方向をｙ方向と定義する。
２列×２行の画素群２０１にて、左上の位置にはＧ（緑）の分光感度を有する焦点検出画素２０１Ｇｓが配置され、検出部が画素中心よりも図２の左側に偏倚している。Ｇ（緑）の分光感度を有する２つの画素２０１Ｇは右上と左下にそれぞれ配置され、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置されている。また、２列×２行の画素群２０３では、左上の位置にＧ（緑）の分光感度を有する焦点検出画素２０３Ｇｓが配置され、検出部が画素中心よりも図２の右側に偏倚している。Ｇ（緑）の分光感度を有する２つの画素２０３Ｇは右上と左下にそれぞれ配置され、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２０３Ｂが右下に配置されている。なお、本実施形態では、２列×２行の画素群にて左上の焦点検出画素がＧ（緑）の分光感度を有する例を説明するが、Ｇ（緑）フィルタの代わりに透明膜であっても構わない。２列×２行の画素群２０２では、左上の位置にＲ（赤）の分光感度を有する画素２０２Ｒが配置されている。Ｇ（緑）の分光感度を有する２つの画素２０２は右上と左下に配置され、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２０２Ｂが右下に配置されている。
図２に示した２列×２行の画素群２０１から画素群２０３を、ｘ−ｙ平面上にて多数配置することにより、撮像された画像信号（第２信号）や焦点検出信号（第１信号および第３信号）を取得可能である。
【００１８】
図２は、撮像画素である第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂと、焦点検出画素である第１画素Ｇｓ１および第３画素Ｇｓ２の配列を例示する。各画素の構造について、図３を参照して説明する。撮像素子の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）では紙面に垂直な方向をｚ方向とし、これに直交する左右方向をｘ方向とし、上下方向をｙ方向と定義する。また、図３（Ａ）のａ−ａ断面、ｂ−ｂ断面、ｃ−ｃ断面を、−ｙ方向から見た断面図を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）では紙面に垂直な方向をｙ方向とし、これに直交する左右方向をｘ方向とし、上下方向をｚ方向と定義する。図３にて左側から順に、焦点検出画素である第１画素Ｇｓ１、撮像素子である第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂ、焦点検出画素である第３画素Ｇｓ２を示している。本実施形態では、第１画素Ｇｓ１および第３画素Ｇｓ２の各受光部が第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂの受光部の半分の面積を有するとして説明する。但し、これらの画素は、さらに面積が小さい受光部をもつ複数の画素であってもよい。
【００１９】
図３の左側に示すように、第１画素Ｇｓ１では、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方向に偏倚した光電変換部３０１が形成される。また図３の中央に示すように、第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂ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、光電変換部３０２が形成される。さらに図３の右側に示すように、第３画素Ｇｓ２では、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方向に偏倚した光電変換部３０３が形成される。各画素には、マイクロレンズ（３０５）と、光電変換部（３０１，３０２，３０３）との間に、カラーフィルタ３０６が形成される。または、必要に応じて、各焦点検出画素の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。
【００２０】
図３の左側に示す第１画素Ｇｓ１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が受光する。また、図３の中央に示した第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂにそれぞれ入射した光は、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３０２が受光する。図３の右側に示した第３画素Ｇｓ２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３０３が受光する。
【００２１】
各光電変換部では、受光量に応じて電子とホール（正孔）が対生成し、空乏層で分離される。その後、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外部へ排出される。各光電変換部の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。
【００２２】
図３に示した画素構造と瞳分割との対応関係について、図４の概略図を参照して説明する。図３（Ａ）に示した、焦点検出画素（第１画素）のａ−ａ断面、撮像画素（第２画素）のｂ−ｂ断面、焦点検出画素（第３画素）のｃ−ｃ断面を、＋ｙ方向から見た断面図と、結像光学系の射出瞳面を図４に示す。図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面でのｘ軸およびｙ軸を図３に対して反転させている。また、図４の上側に示す射出瞳面の座標軸については紙面に垂直な方向をＺ方向とし、これに直交する左右方向をＸ方向とし、上下方向をＹ方向と定義する。
【００２３】
図４の右図（Ｃ）に示すように、第１画素Ｇｓ１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、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第１画素Ｇｓ１で受光可能な瞳領域を表している。第１画素Ｇｓ１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。
図４の中央図（Ｂ）に示すように、第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂの瞳領域５０２は、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画素Ｒ，Ｇ，Ｂで受光可能な瞳領域を表している。
図４の左図（Ａ）に示すように、第３画素Ｇｓ２の第２瞳部分領域５０３は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０３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３画素Ｇｓ２で受光可能な瞳領域を表している。第３画素Ｇｓ２の第２瞳部分領域５０３は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。
【００２４】
図５（Ａ）は、焦点検出画素である第１画素Ｇｓ１と瞳分割との対応関係を示した概略図である。図５（Ａ）では紙面に垂直な方向をｙ方向とし、これに直交する左右方向をｚ方向とし、上下方向をｘ方向と定義する。
第１瞳部分領域５０１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て第１画素Ｇｓ１で受光される。本実施形態では、焦点検出画素について、それぞれ水平方向に異なる瞳領域に分割されている例を示す。撮像素子は、以下の第１ないし第３画素を複数配列させた構造を有する。
・第１画素：結像光学系の第１瞳部分領域５０１を通過する光束を受光する焦点検出画素。
・第２画素：結像光学系の瞳領域を通過する全光束を受光する撮像画素。
・第３画素：第１瞳部分領域５０１と異なる、結像光学系の第２瞳部分領域５０３を通過する光束を受光する焦点検出画素。
【００２５】
本実施形態では、焦点検出画素である第１画素Ｇｓ１の受光信号を集めて第１信号を生成し、撮像画素である第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂの受光信号を集めて第２信号を生成して焦点検出を行う。あるいは、第１画素Ｇｓ１の代わりに第３画素Ｇｓ２の受光信号を集めた第３信号を用いてもよい。また、撮像画素である第２画素Ｒ，Ｇ，Ｂの第２信号と、焦点検出画素である第１画素Ｇｓ１および第３画素Ｇｓ２をそれぞれ補間して算出した補間信号を用いて、有効画素数Ｎの解像度をもつ撮像信号（撮像画像）が生成される。
【００２６】
次に、撮像素子により取得される第１信号と第３信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係について説明する。図５（Ｂ）は、第１信号と第３信号のデフォーカス量と、第１信号と第３信号との間の像ずれ量を示す概略関係図である。図５（Ｂ）では紙面に垂直な方向をｙ方向とし、これに直交する左右方向をｚ方向とし、上下方向をｘ方向と定義する。
撮像面８００に撮像素子が配置され、図４、図５（Ａ）と同様に、結像光学系の射出瞳が第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０３に分割される。第１画素Ｇｓ１は第１瞳部分領域５０１からの光を受光し、第３画素Ｇｓ２は第２瞳部分領域５０３からの光を受光する。図５（Ｂ）では、撮像素子の第１画素Ｇｓ１を含む画素行ｙ１と第３画素Ｇｓ２を含む画素行ｙ２を示している。
【００２７】
デフォーカス量（ｄと記す）は、その大きさ｜ｄ｜が被写体像の結像位置から撮像面８００までの距離を表す。被写体像の結像位置が撮像面８００よりも被写体側にある前ピン状態では、負符号（ｄ＜０）とし、これとは反対の後ピン状態では正符号（ｄ＞０）として向きを定義する。被写体像の結像位置が撮像面（合焦位置）にある合焦状態では、ｄ＝０である。
【００２８】
図５（Ｂ）に示す被写体８０１の位置は、合焦状態（ｄ＝０）に対応する位置を示しており、被写体８０２の位置は前ピン状態（ｄ＜０）に対応する位置を例示する。以下では、前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）とを併せて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）という。
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（または第２瞳部分領域５０３）を通過した光束は、いったん集光した後、光束の重心位置Ｇ１（またはＧ３）を中心として幅Γ１（またはΓ３）に広がる。この場合、撮像面８００上で暈けた像となる。暈け像は、撮像素子に配列された第１画素Ｇｓ１（または第３画素Ｇｓ２）により受光され、第１信号（または第３信号）が生成される。よって、第１信号（または第３信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（またはＧ３）にて、幅Γ１（またはΓ３）をもった被写体像（暈け像）として検出される。被写体像の幅Γ１（またはΓ３）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね比例して増加する。同様に、第１信号と第３信号との間の被写体像の像ずれ量を「ｐ」と記すと、その大きさ｜ｐ｜はデフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜の増加に伴って増加する。例えば、像ずれ量ｐは各光束の重心位置の差「Ｇ１−Ｇ３」として定義され、その大きさ｜ｐ｜は、｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね比例して増加する。なお、後ピン状態（ｄ＞０）では、第１信号と第３信号との間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態とは反対となるが、同様の傾向がある。したがって、本実施形態では、第１信号と第２信号、または、第１信号と第３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信号と第２信号との間の像ずれ量の大きさや、第１信号と第３信号との間の像ずれ量の大きさが増加する。
【００２９】
本実施形態では、以下に示す２種類の焦点検出を行う。
・第１焦点検出：第１信号と第３信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係性を用いる、位相差方式の焦点検出。
・第２焦点検出：第１信号と第２信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係性を用いる、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）の焦点検出。
また、本実施形態では、結像光学系の第１状態（デフォーカス量の大きい大デフォーカス状態）から第２状態（デフォーカス量の小さい小デフォーカス状態）まで焦点調節するために第１焦点検出手段を使用する。小デフォーカス状態から最良合焦位置の近傍まで焦点調節するために第２焦点検出手段を使用する。しかし、各焦点検出の利用方法としてはこの組み合わせに限らない。
【００３０】
先ず、撮像面位相差方式の第１焦点検出について説明する。
第１焦点検出では、第１信号と第３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１評価値）を計算し、相関（信号の一致度）が高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信号と第３信号間の像ずれ量の大きさが増加するという関係性から、像ずれ量を第１検出デフォーカス量に変換して焦点検出が行われる。
【００３１】
図６のフローチャートを参照して、第１焦点検出処理の流れを説明する。本処理は、ＣＰＵ１２１が実行するプログラムに従って撮像素子１０７、画像処理回路１２５を制御することで実現される焦点検出信号生成部が行う。
Ｓ１１０では、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処理が実行される。焦点検出信号生成部は、焦点検出領域の第１画素の受光信号（Ａ像信号）から第１信号を生成し、焦点検出領域の第３画素の受光信号（Ｂ像信号）から第３信号を生成する。
【００３２】
Ｓ１２０では、第１信号と第３信号に対し、それぞれシェーディング補正処理（光学補正処理）が行われる。図７を参照して、第３信号（または第１信号）の瞳ずれによるシェーディングについて説明する。図７は、撮像素子の周辺像高における第３画素Ｇｓ２の第２瞳部分領域５０３、および結像光学系の射出瞳４００の関係を示す。
【００３３】
図７（Ａ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓが同じ場合を示す。この場合、第２瞳部分領域５０３により、結像光学系の射出瞳４００が、概ね、半分に瞳分割される。これに対して、図７（Ｂ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより短い場合を示す。撮像素子の周辺像高では、結像光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれを生じ、結像光学系の射出瞳４００が不均等に瞳分割されてしまう。同様に、図７（Ｃ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより長い場合を示す。撮像素子の周辺像高では、結像光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれを生じ、結像光学系の射出瞳４００が不均等に瞳分割されてしまう。周辺像高で瞳分割が不均等になるのに伴い、第３信号の強度も不均等になり、第１信号と第３信号のいずれか一方の強度が相対的に大きくなり、他方の強度が相対的に小さくなるシェーディングが生じる。
【００３４】
図６のＳ１２０では、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じて、第１信号の第１シェーディング補正係数と、第３信号の第３シェーディング補正係数を、それぞれ生成する処理が行われる。第１シェーディング補正係数を第１信号に乗算し、第３シェーディング補正係数を第３信号に乗算することにより、第１信号と第３信号のシェーディング補正処理（光学補正処理）が実行される。
【００３５】
位相差方式の第１焦点検出では、第１信号と第３信号の相関（信号の一致度）に基づいて第１検出デフォーカス量（以下、第１検出量といい、ＤＥＦ１と記す）が検出される。瞳ずれによるシェーディングが生じると、第１信号と第３信号との相関（信号の一致度）が低下する場合がある。よって、位相差方式の第１焦点検出では、第１信号と第３信号の相関（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）が行われる。
【００３６】
図６のＳ１３０では、第１信号と第３信号に対してフィルタ処理が行われる。本実施形態のフィルタ処理の通過帯域例を、図８に実線のグラフｇａで示す。横軸には空間周波数（ライン・スペース／mm）を示し、縦軸には最大値を１としたゲインを示す。本実施形態では、位相差方式の第１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ので、フィルタ処理の通過帯域が低周波帯域を含むように構成される。なお、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、デフォーカス状態にしたがってフィルタ処理の通過帯域を、図８の１点鎖線のグラフｇｂのように、より高周波帯域に調整してもよい。
図９（Ａ）は、本実施形態に係る撮像素子の周辺像高での、撮像信号の最良合焦位置における第１信号（破線参照）と第３信号（実線参照）を例示する。横軸は画素位置に対応する画素アドレスを示し、縦軸は信号レベルを示す。図９（Ｂ）は、光学補正処理とフィルタ処理後の第１信号（破線参照）と第３信号（実線参照）を例示する。
【００３７】
次に、図６のＳ１４０では、フィルタ処理後の第１信号と第３信号を瞳分割方向にて相対的にシフトさせるシフト処理が行われる。シフト処理により、第１信号と第３信号との一致度を表す相関量（第１評価値）が算出される。
フィルタ処理後のｋ番目の第１信号をＧｓ１（ｋ）とし、フィルタ処理後のｋ番目の第３信号をＧｓ２（ｋ）とする。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ｓ１とし、その範囲（シフト範囲）をΓ１として、相関量（第１評価値）ＣＯＲは、式（１）により算出される。
【数１】
2015194736.tif 000003
シフト量ｓ１によるシフト処理の結果、ｋ番目の第１信号Ｇｓ１（ｋ）と、ｋ−ｓ１番目の第３信号Ｇｓ２（ｋ−ｓ１）を対応させて減算することで、シフト減算信号が生成される。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での和を求めて、相関量（第１評価値）であるＣＯＲ（ｓ１）が算出される。必要に応じて、行ごとに算出された相関量（第１評価値）を、シフト量ごとに、複数の行に亘って加算してもよい。
【００３８】
Ｓ１５０では、相関量（第１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する処理が実行され、像ずれ量ｐ１が求められる。この像ずれ量ｐ１に対し、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた第１変換係数Ｋ１を乗算することで、第１検出量（Ｄｅｆ１）が算出される。
以上のように、位相差方式の第１焦点検出では、第１信号と第３信号に対してフィルタ処理とシフト処理を行うことにより、相関量から第１検出量が算出される。
【００３９】
次に、本実施形態におけるリフォーカス方式の第２焦点検出について説明する。
第２焦点検出では、第１信号と第２信号を相対的にシフトして加算することで、シフト加算信号（リフォーカス信号）が生成される。生成したリフォーカス信号から算出されるコントラスト評価値を用いて、撮像信号のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）のピーク位置を算定することで、第２検出デフォーカス量が算出される。以下、第２検出デフォーカス量を第２検出量といい、Ｄｅｆ２と記す。
【００４０】
図１０を参照してリフォーカス処理を説明する。図１０（Ａ）は、撮像素子を模式的に示す断面図であり、図１０（Ｂ）はリフォーカス処理を説明するための概略図である。撮像素子により取得された第１信号と第２信号による１次元方向（列方向または水平方向）のリフォーカス処理を例にして説明する。図１０（Ａ）に示す撮像面８００は、図５に示した撮像面８００に対応している。図１０では、ｉとｊを整数の変数として、撮像面８００に配置された、撮像素子の列方向におけるｉ番目の焦点検出画素の第１信号をＧｓ１（ｉ）で示す。また撮像素子の列方向におけるｊ番目の撮像画素の第２信号をＧ（ｊ）で示す。「ｊ＝ｉ＋１」の関係を満たすものとする。なお、図１０では焦点検出信号として、第１画素Ｇｓ１を用いて説明するが、第３画素Ｇｓ２を用いる場合も同様である。
【００４１】
リフォーカス方式の第２焦点検出では、撮像面８００において第１信号Ｇｓ１（ｉ）と第２信号Ｇ（ｊ）とが交互に並んでいる撮像素子の画素行を用いる（ｊ＝ｉ＋１）。仮想撮像面８００Ｉｍは、第１信号Ｇｓ１（ｉ）に係るｉ番目の画素位置と、第２信号Ｇ（ｊ）に係るｊ番目の画素位置とが等しい（ｊ＝ｉ）とした場合の撮像面を表す。第１信号Ｇｓ１（ｉ）と第２信号Ｇ（ｊ）については、本実施形態において、どちらも１画素おきの離散的な信号となる。また撮像面８００から仮想撮像面８００Ｉｍに置き換えた際の、仮想画素ずらし量をΔ（１画素分に相当）と記し、仮想撮像面８００Ｉｍでの演算後に補正処理が行われる。第１信号Ｇｓ１（ｉ）は、図５（Ａ）の瞳部分領域５０１に対応した、主光線角度θGs１でｉ番目の画素に入射した光束の受光信号である。また、第２信号Ｇ（ｊ）は、図５（Ａ）の瞳部分領域５０１，５０３に対応した全瞳領域から入射した光束の受光信号である。第１信号Ｇｓ１（ｉ）と第２信号Ｇ（ｊ）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。この為、第１信号Ｇｓ１（ｉ）については、角度θGs1の方向に沿って仮想撮像面８００Ｉｍから仮想結像面８１０Ｉｍまで平行移動させる。また第２信号Ｇ（ｊ）は、図５（Ａ）の瞳部分領域５０３に対応した主光線角度θGs2でj番目の画素に入射した光束の受光信号も含んでいる。この為、第２信号Ｇ（ｊ）は角度θGs2の方向に沿って仮想撮像面８００Ｉｍから仮想結像面８１０Ｉｍの位置まで平行移動させる。平行移動した両信号を加算することで、仮想結像面８１０Ｉｍでのリフォーカス信号を生成することができる。仮想結像面８２０Ｉｍでのリフォーカス信号についても同様に仮想結像面８１０Ｉｍから仮想結像面８２０Ｉｍまで平行移動させることで生成できる。
【００４２】
第１信号Ｇｓ１（ｉ）を角度θGs1の方向に沿って仮想撮像面８００Ｉｍから仮想結像面８１０Ｉｍまで平行移動させることは、列方向への＋０．５画素のシフトに対応する。また、第２信号Ｇ（ｊ）を角度θGs2の方向に沿って仮想撮像面８００Ｉｍから仮想結像面８１０Ｉｍまで平行移動させることは、列方向への−０．５画素のシフトに対応する。したがって、第１信号Ｇｓ１（ｉ）と第２信号Ｇ（ｊ）とを相対的に＋２画素シフトさせ、Ｇｓ１（ｉ）とＧ（ｊ＋２）を対応させて加算することで、仮想結像面８１０Ｉｍでのリフォーカス信号を生成できる。同様に、第１信号Ｇｓ１（ｉ）と第２信号Ｇ（ｊ）を整数の画素分だけシフトさせて加算することで、整数の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。こうして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が算出される。当該コントラスト評価値から撮像信号のＭＴＦのピーク位置を算出することで、第２検出量ＤＥＦ２が取得される。
【００４３】
図１１のフローチャートを参照して、第２焦点検出処理の流れを説明する。本処理は、ＣＰＵ１２１が実行するプログラムに従って撮像素子１０７、画像処理回路１２５を制御することで実現される焦点検出信号生成部が行う。
Ｓ２１０では、撮像素子１０７の有効画素領域内で焦点調節を行う焦点検出領域を設定する処理が行われる。焦点検出信号生成部は、焦点検出領域のうち、第１画素の受光信号（Ａ像信号）から第１信号を生成し、第２画素の受光信号（撮像信号）から第２信号を生成する。
【００４４】
Ｓ２２０では、第１信号と第２信号に対してフィルタ処理が行われる。本実施形態のフィルタ処理の通過帯域例を、図８の破線のグラフｇｃおよび点線のグラフｇｄで例示する。本実施形態では、リフォーカス方式の第２焦点検出により、小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍まで焦点検出を行う。したがって、フィルタ処理の通過帯域は、第１焦点検出におけるフィルタ処理の通過帯域よりも、高周波帯域を含むようにフィルタ特性が設定される。なお、必要に応じて、本フィルタ処理にて被写体像の信号のエッジ抽出を行うラプラシアン型（２階微分型）の、［１，−２，１］フィルタを用いてもよい。この場合、図８の点線のグラフｇｄで示すように、フィルタ処理の通過帯域をより高周波帯域に設定することができる。被写体像の高周波成分を抽出して第２焦点検出を行うことにより、焦点検出精度が向上する。
【００４５】
図１１のＳ２３０では、フィルタ処理後の第１信号と第２信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせる処理を行って加算することでシフト加算信号（リフォーカス信号）が生成される。生成されたシフト加算信号の大きさから演算式によって決定されるコントラスト評価値（第２評価値）が算出される。フィルタ処理後のｋ番目の第１信号をＧｓ１（ｋ）とし、フィルタ処理後のｋ番目の第２信号をＧ（ｋ）とし、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲（焦点検出範囲内）をＷとする。また、本実施形態では撮像信号である第２信号Ｇ（ｋ）は焦点検出信号である第１信号Ｇｓ１（ｋ）と比べて受光部の面積が大きいので、両者の受光量が異なる。その為、受光面積比に応じて第２信号Ｇ（ｋ）を正規化する処理が行われる。正規化処理後の第２信号をＧN（ｋ）とする。シフト処理によるシフト量をｓ２とし、その範囲（シフト範囲）をΓ２として、コントラスト評価値（第２評価値）ＲＦＣＯＮは、式（２）により算出される。
【数２】
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シフト量ｓ２によるシフト処理の結果、ｋ番目の第１信号Ｇｓ１（ｋ）と、「ｋ−ｓ２」番目の正規化第２信号ＧN（ｋ−ｓ２）を対応させて加算することで、シフト加算信号が生成される。生成されたシフト加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での最大値をとることで、コントラスト評価値（第２評価値）としてＲＦＣＯＮ（ｓ２）が算出される。必要に応じて、行ごとに算出されたコントラスト評価値（第２評価値）を、シフト量ごとに、複数の行に亘って加算してもよい。
【００４６】
Ｓ２４０では、コントラスト評価値（第２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ｐが算出される。リフォーカス方式の第２焦点検出では、図１０の撮像面８００での第１画素Ｇｓ１（ｉ）と第２画素Ｇ（ｊ）（ｊ＝ｉ＋１）ではなく、仮想撮像面８００Ｉｍでの第１画素Ｇｓ１（ｉ）と第２画素Ｇ（ｊ）（ｊ＝ｉ）についての演算が実行される。これより、算出されたシフト量ｐは仮想撮像面８００Ｉｍでのコントラスト評価値が最大値となる実数値が得られる。その為、仮想撮像面８００Ｉｍから撮像面８００に置き換える際、第１画素Ｇｓ１（ｉ）と第２画素Ｇ（ｊ）の仮想画素ずらし量Δを補正したシフト量が、ピークシフト量ｐ２（＝ｐ＋Δ）として算定される。ピークシフト量ｐ２に対し、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた第２変換係数Ｋ２を乗算することにより、第２検出量（Ｄｅｆ２）が算出される。
【００４７】
以上のように、リフォーカス方式の第２焦点検出では、撮像素子の第１信号と第２信号に対してフィルタ処理とシフト処理を行い、加算してシフト加算信号を生成する。シフト加算信号の大きさから決定されたコントラスト評価値から第２検出量が取得される。すなわち、空間的に離れた第１画素と第３画素を用いる位相差方式の第１焦点検出とは異なり、リフォーカス方式の第２焦点検出では、隣接した位置で取得される第１信号と正規化第２信号とのシフト加算信号（リフォーカス信号）を用いて焦点検出が行われる。よって、シフト加算信号に対応する光束と、撮像信号である第２信号に対応する光束が、概ね一致するため、結像光学系の各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）によるシフト加算信号や撮像信号への影響も、概ね同じである。したがって、第２焦点検出により算出される合焦位置（第２検出量が０となる位置）と、撮像信号の最良合焦位置（撮像信号のＭＴＦピーク位置）とが、概ね一致するため、高精度な焦点検出を実現できる。
【００４８】
図１２（Ａ）はフィルタ処理後の第１信号（破線）と正規化第２信号（実線）を例示する。横軸は画素位置に対応する画素アドレスを示し、縦軸は信号レベルを示す。また、フィルタ処理後の第１信号（破線）と正規化第２信号（実線）をそれぞれ、相対的に−２、−１、０、１、２のシフト量でずらして加算したシフト加算信号（リフォーカス信号）を図１２（Ｂ）に例示する。シフト量の変化に伴い、シフト加算信号のピーク値が変化することがわかる。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２評価値）を図１３に例示する。横軸はシフト量を示し、縦軸はコントラスト評価値を示す。図１３を参照すれば、算出したピークシフト量ｐ２と、最良合焦位置であるシフト量０とのずれ量（差）が小さく抑制されており、高精度に焦点検出できることが分かる。
【００４９】
一方、リフォーカス可能範囲には限界があるため、リフォーカス方式の第２焦点検出が高精度で焦点検出可能なデフォーカス量の範囲は限定される。図１４を参照して本実施形態におけるリフォーカス可能範囲を説明する。図１４では紙面に垂直な方向をｙ方向とし、これに直交する左右方向をｚ方向とし、上下方向をｘ方向と定義する。
【００５０】
許容錯乱円径をδとし、結像光学系の絞り値をＦとすると、絞り値Ｆでの被写界深度は、±Ｆ×δである。本実施形態の受光部では、水平方向にて１／ＮＨ（＝１／２）、垂直方向に１／ＮＶ（＝１）の分割となる。受光部の面積が狭くなった瞳部分領域５０１（または５０３）の水平方向の実効絞り値Ｆ０１（またはＦ０３）は、Ｆ０１＝ＮＨ×Ｆ（またはＦ０３＝ＮＨ×Ｆ）となって暗くなる。第１信号（または第３信号）ごとの実効的な被写界深度は、±ＮＨ×Ｆ×δで、ＮＨ倍深くなり、合焦範囲がＮＨ倍に広がる。実効的な被写界深度、±ＮＨ×Ｆ×δの範囲内では、第１信号（または第３信号）ごとに合焦した被写体像が取得される。よって、図１０に示した主光線角度θＧｓ１（またはθＧｓ２）に沿って第１信号（または第３信号）を平行移動させるリフォーカス処理により、撮影後に合焦位置を再調整（リフォーカス）することができる。よって、撮影後に合焦位置を再調整（リフォーカス）できる、撮像面からの調整デフォーカス量ｄｍは概ね、式（３）の範囲である。
【数３】
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リフォーカス方式の第２焦点検出において高精度に焦点検出可能なデフォーカス量の範囲は、概ね、式（３）の範囲に限定される。第２焦点検出により高精度に検出可能なデフォーカス範囲は、位相差方式の第１焦点検出において検出可能なデフォーカス範囲以下の範囲である。したがって、リフォーカス方式の第２焦点検出のシフト処理におけるシフト範囲が、位相差方式の第１焦点検出のシフト処理におけるシフト範囲以下となるように構成される。
【００５１】
本実施形態の焦点検出では、結像光学系の大デフォーカス状態から小デフォーカス状態までの焦点調節に第１焦点検出を行い、小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍までの焦点調節に第２焦点検出を行う。第２焦点検出のフィルタ処理の通過帯域は、第１焦点検出のフィルタ処理の通過帯域よりも高周波帯域を含む。また、本実施形態の撮像素子では、焦点検出画素（第１画素および第３画素）が受光する光束と、撮像画素（第２画素）が受光する光束が異なる。つまり、結像光学系の各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）による、焦点検出画素への影響と撮像信号への影響とが異なる場合がある。その影響の差異は、結像光学系の絞り値が小さい（明るい）とより大きくなる。そのため、結像光学系の絞り値が小さい（明るい）時に、位相差方式の第１焦点検出により算出される合焦位置（第１検出量が０となる位置）と撮像信号の最良合焦位置との間に差が生じる場合がある。撮像信号の最良合焦位置とは、撮像信号のＭＴＦのピーク位置に相当する。よって、特に、結像光学系の絞り値が所定の絞り値以下の場合、位相差方式の第１焦点検出の焦点検出精度が低下する場合がある。したがって、必要に応じて、結像光学系の絞り値が所定の絞り値以下の場合には、位相差方式の第１焦点検出に加えて、リフォーカス方式の第２焦点検出により取得した第２検出量を使用して、高精度な焦点検出を行うことが望ましい。また、第２焦点検出では、基本的にレンズを駆動することなく最終的な合焦位置を検出できるので、従来の撮像画像信号によるコントラスト評価ＡＦのような、煩わしいレンズ駆動やライブビュー表示画像のピント振りなどが抑制される。
【００５２】
図１５は、本実施形態における焦点検出処理の流れを説明するフローチャートである。本フローによる焦点検出処理は、例えば撮像装置が何らかの撮影モードに設定され、撮像素子１０７からの信号を逐次処理し、表示画像を表示部１３１を用いて表示するライブビュー表示中に行われる。本焦点検出処理はライブビュー表示中繰り返し行われてもよいし、操作部１３２を用いた撮影準備指示（シャッターボタン半押しでＡＦ、ＡＥ、など）や撮影指示などに応じて行われてもよい。本処理は、ＣＰＵ１２１が実行するプログラムに従って実現される。本実施形態では、第１検出量Ｄｅｆ１の絶対値が第１閾値（所定値１と記す）以下になるまで位相差方式の第１焦点検出が実行されてフォーカスレンズが駆動される。これにより、結像光学系の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が行われる。その後、第２検出量Ｄｅｆ２の絶対値が第２閾値（所定値２と記し、所定値２＜所定値１である）以下になるまでリフォーカス方式の第２焦点検出が実行されてフォーカスレンズが駆動される。これにより、結像光学系の小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍まで焦点調節が行われる。
【００５３】
図１５の処理が開始すると、Ｓ１００からＳ１０２までの反復処理が実行される。つまりＳ１００およびＳ１０２の処理は、Ｓ１０１の判定条件を満たさない場合、繰り返し実行される。Ｓ１００では、位相差方式による第１焦点検出の結果に基づいて第１検出量（Ｄｅｆ１）が取得される。Ｓ１０１にて、第１検出量（Ｄｅｆ１）の大きさ｜Ｄｅｆ１｜が所定値１と比較される。｜Ｄｅｆ１｜が所定値１より大きい場合、Ｓ１０２に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合、Ｓ２００に移行する。Ｓ１０２では第１検出量（Ｄｅｆ１）に応じてフォーカスレンズの駆動が行われ、Ｓ１００に戻る。
Ｓ２００およびＳ２０２の処理は、Ｓ２０１の判定条件を満たさない場合、反復処理として実行される。Ｓ２００では、リフォーカス方式による第２焦点検出に基づいて第２検出量（Ｄｅｆ２）が取得される。Ｓ２０１にて、第２検出量（Ｄｅｆ２）の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値２（＜所定値１）と比較される。｜Ｄｅｆ２｜が所定値２より大きい場合、Ｓ２０２に進み、｜Ｄｅｆ２｜が所定値２以下の場合、焦点調節動作を終了する。Ｓ２０２では、第２検出量（Ｄｅｆ２）に応じてフォーカスレンズの駆動が行われ、Ｓ２００に戻る。
【００５４】
本実施形態では、第１焦点検出に続いて第２焦点検出が実行される。第１検出量が第１閾値より大きい場合、第１検出量を用いて焦点調節動作が行われる。第１検出量が第１閾値以下になった場合には、第２焦点検出による第２検出量を用いて焦点調節動作が行われ、この焦点調節動作は第２検出量が第２閾値以下になるまで継続する。本実施形態によれば、焦点検出信号から算出される合焦位置と、撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な焦点検出を実現できる。
【００５５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態にて第１実施形態と同様の構成については既に使用した符号を用いることによって、それらの詳細な説明を省略する。以下では、第１実施形態と相違する焦点検出処理について説明する。
図１６のフローチャートを参照して、本実施形態の焦点検出処理の流れを説明する。本処理は、ＣＰＵ１２１が実行するプログラムに従って実現される。本実施形態では、位相差方式の第１焦点検出とリフォーカス方式の第２焦点検出を並列処理することで高速化を実現できる。図１６に示すＳ１００，Ｓ２００，Ｓ３００，Ｓ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０４は、Ｓ３０３の判定条件を満たさない場合、反復処理として実行される。
【００５６】
Ｓ１００およびＳ２００の処理は並列処理として実行される。つまり、Ｓ１００では、位相差方式による第１焦点検出が実行され、第１検出量（Ｄｅｆ１）が算出される。これと並列的に実行されるＳ２００では、リフォーカス方式による第２焦点検出により、コントラスト評価値に基づいて決定される第２検出量（Ｄｅｆ２）が算出される。Ｓ１００およびＳ２００の処理後、Ｓ３００に進む。Ｓ３００は、シフト処理にてシフト範囲内で第２検出量（Ｄｅｆ２）が取得されたか否かについての判定処理である。判定の結果、第２検出量（Ｄｅｆ２）が取得された場合、Ｓ３０２に進み、第２検出量が（Ｄｅｆ２）が取得されない場合、Ｓ３０１に進む。
【００５７】
Ｓ３０２では、第２検出量（Ｄｅｆ２）を第３検出デフォーカス量（以下、第３検出量といい、Ｄｅｆ３と記す）として設定する処理が行われる。また、Ｓ３０１では、第１検出量（Ｄｅｆ１）を第３検出量（Ｄｅｆ３）として設定する処理が行われる。Ｓ３０１，Ｓ３０２の処理後、Ｓ３０３に処理を進める。Ｓ３０３では、第３検出量（Ｄｅｆ３）の大きさ｜Ｄｅｆ３｜が第３閾値（所定値３と記す）と比較される。例えば、所定値３は前記所定値２に等しい。第３検出量（Ｄｅｆ３）が所定値３より大きい場合、Ｓ３０４に進み、第３検出量（Ｄｅｆ３）が所定値３以下の場合、焦点調節動作を終了する。Ｓ３０４では、第３検出量（Ｄｅｆ３）に応じてフォーカスレンズが駆動される。そして、Ｓ１００およびＳ２００の並列処理に戻る。
【００５８】
本実施形態では、第１焦点検出および第２焦点検出の並列処理が実行され、第２焦点検出にて第２検出量が取得された場合には第３検出量として第２検出量を使用する。第２焦点検出にて第２検出量が取得されなかった場合には第３検出量として第１検出量を使用する。第３検出量を用いた焦点調節動作は、第３検出量が第３閾値以下になるまで継続する。本実施形態によれば、第１実施形態と同様に高精度な焦点検出を、第１および第２焦点検出処理の並列処理により高速に行うことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０５・・・第３レンズ群（フォーカスレンズ）
１０７・・・撮像素子
１２１・・・ＣＰＵ
【図１】
2015194736.tif 000006
【図２】
2015194736.tif 000007
【図３】
2015194736.tif 000008
【図４】
2015194736.tif 000009
【図５】
2015194736.tif 000010
【図６】
2015194736.tif 000011
【図７】
2015194736.tif 000012
【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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