(57)【要約】【課題】低輝度の被写体の撮影や飽和画素を含む条件下でも焦点状態を精度良く検出可能な撮像装置およびその制御方法を提供すること。【解決手段】撮像装置は、撮像面位相差方式の第１焦点検出部とコントラスト方式の第２焦点検出部を備える。飽和検出部１２１１は、撮像素子に設けた焦点検出画素または撮像画素の出力が飽和したことを検出する。輝度検出部１２１２は被写体の輝度を検出する。ＣＰＵ１２１は、飽和検出部１２１１が画素出力の飽和を検出した画素数が所定値を超えた場合や輝度検出部１２１２が検出する被写体の輝度が所定値未満の場合、第１焦点検出部による第１検出量のみを用いて焦点調節動作を制御する。あるいはＣＰＵ１２１は、画素出力の飽和が検出された画素数の増加もしくは被写体の輝度の低下に応じて、第１焦点検出部による第１検出量および第２焦点検出部による第２検出量に重み付けを行った結果に基づいて焦点調節焦動作を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から得られる第１検出量の信号を出力する第１焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から得られる第２検出量の信号を出力する第２焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出画素の出力について飽和を検出する飽和検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値を超えた場合、前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御し、前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値以下の場合、前記第１検出量および第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撮像装置。
【請求項２】
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第１焦点検出画素、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２焦点検出画素と、前記第１瞳部分領域と前記第２瞳部分領域を併せた瞳領域を通過する光束を受光する撮像画素と、を複数配列した構成を有し、
前記飽和検出手段は、前記第１焦点検出画素、前記第２焦点検出画素、または前記撮像画素の出力について飽和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３】
前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した画素数が閾値を超えた場合、前記制御手段は前記第１焦点検出手段に対して、前記第１フィルタ処理よりも通過帯域を高く設定した第３フィルタ処理に変更する制御を行う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】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から得られる第１検出量の信号を出力する第１焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から得られる第２検出量の信号を出力する第２焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出画素の出力について飽和を検出する飽和検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記飽和検出手段により前記複数の焦点検出画素または前記複数の焦点検出画素を含む撮像画素の出力について飽和が検出された画素数から決定した重み付け係数を用いて、前記第１検出量および第２検出量の重み付け処理を行って第３検出量を算出し、該第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撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記飽和検出手段により出力の飽和が検出された画素を含む飽和ラインの数が多いほど、前記第１検出量に対する重み付け係数の値を、前記第２検出量の重み付け係数の値に対して相対的に大きく設定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第３検出量を算出する前に、前記第１焦点検出手段に対して、前記第１フィルタ処理よりも通過帯域を高く設定した第３フィルタ処理に変更する制御を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から得られる第１検出量の信号を出力する第１焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から得られる第２検出量の信号を出力する第２焦点検出手段と、
前記撮像素子により撮像した画像から被写体の輝度を検出する輝度検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記輝度検出手段が検出した輝度レベルが閾値未満の場合、前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御し、前記輝度検出手段が検出した輝度レベルが閾値以上の場合、前記第１検出量および第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撮像装置。
【請求項８】
前記撮像素子は、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焦点検出画素、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２焦点検出画素と、前記第１瞳部分領域と前記第２瞳部分領域を併せた瞳領域を通過する光束を受光する撮像画素と、を複数配列した構成を有し、
前記輝度検出手段は、前記第１焦点検出画素、前記第２焦点検出画素、または前記撮像画素の出力を取得して被写体の輝度を検出することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から得られる第１検出量の信号を出力する第１焦点検出手段と、
前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から得られる第２検出量の信号を出力する第２焦点検出手段と、
前記撮像素子により撮像した画像から被写体の輝度を検出する輝度検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記輝度検出手段により検出される被写体の輝度から決定した重み付け係数を用いて、前記第１検出量および第２検出量の重み付け処理を行って第３検出量を算出し、該第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撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記輝度検出手段により検出される被写体の輝度が低下するにしたがって、前記第１検出量に対する重み付け係数の値を、前記第２検出量の重み付け係数の値に対して相対的に大きく設定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】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から信号生成手段が複数の焦点検出信号を生成するステップと、
飽和検出手段が前記複数の焦点検出画素の出力について飽和を検出するステップと、
前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値を超えた場合、第１焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出して該相関量から第１検出量を求め、前記制御手段が前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御するステップと、
前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値以下の場合、前記第１焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出して該相関量から第１検出量を求め、前記制御手段が前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御した後、第２焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出して該コントラスト評価値から第２検出量を求め、前記制御手段が前記第２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。
【請求項１２】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から信号生成手段が複数の焦点検出信号を生成するステップと、
飽和検出手段が前記複数の焦点検出画素の出力について飽和を検出するステップと、
第１焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から第１検出量を求めるとともに、第２焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から第２検出量を求めるステップと、
前記制御手段が、前記飽和検出手段により前記複数の焦点検出画素または前記複数の焦点検出画素を含む撮像画素の出力について飽和が検出された画素数から決定した重み付け係数を用いて、前記第１検出量および第２検出量の重み付け処理を行って第３検出量を算出し、該第３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。
【請求項１３】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から信号生成手段が複数の焦点検出信号を生成するステップと、
輝度検出手段が前記撮像素子により撮像した画像から被写体の輝度を検出するステップと、
前記輝度検出手段が検出した輝度レベルが閾値未満の場合、第１焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出して該相関量から第１検出量を求め、前記制御手段が前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御するステップと、
前記輝度検出手段が検出した輝度レベルが閾値以上の場合、前記第１焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出して該相関量から第１検出量を求め、前記制御手段が前記第１検出量を用いて焦点調節動作を制御した後、第２焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出して該コントラスト評価値から第２検出量を求め、前記制御手段が前記第２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。
【請求項１４】
結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記複数の焦点検出画素が受光した信号から信号生成手段が複数の焦点検出信号を生成するステップと、
輝度検出手段が前記撮像素子により撮像した画像から被写体の輝度を検出するステップと、
第１焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から第１検出量を求めるとともに、第２焦点検出手段が、前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から第２検出量を求めるステップと、
前記制御手段が、前記輝度検出手段により検出される被写体の輝度から決定した重み付け係数を用いて、前記第１検出量および第２検出量の重み付け処理を行って第３検出量を算出し、該第３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１には、コントラスト評価手段が相関計算手段に比べ不得意である低輝度の被写体や飽和条件下での結果評価に関して、具体的な対策が示されていない。このため、コントラスト評価手段での焦点検出が不能である場合に、合焦状態での撮影が困難となってしまう可能性がある。
本発明の目的は、低輝度の被写体の撮影や飽和画素を含む条件下でも焦点状態を精度良く検出可能な撮像装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、結像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素による検出信号を用いて焦点調節動作を制御する制御手段を備える撮像装置であって、前記複数の焦点検出画素が受光した信号から複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、前記複数の焦点検出信号に対して第１フィルタ処理および第１シフト処理を行って相関量を算出し、該相関量から得られる第１検出量の信号を出力する第１焦点検出手段と、前記複数の焦点検出信号に対して第２フィルタ処理および第２シフト処理を行って加算によりシフト加算信号を生成してコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値から得られる第２検出量の信号を出力する第２焦点検出手段と、前記複数の焦点検出画素の出力について飽和を検出する飽和検出手段または前記撮像素子により撮像した画像から被写体の輝度を検出する輝度検出手段と、を有する。
【０００７】
本発明の第１の側面に係る撮像装置は、前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値を超えた場合、前記第１検出量を用いて制御手段が焦点調節動作を制御し、前記飽和検出手段が出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値以下の場合、前記第１検出量および第２検出量を用いて制御手段が焦点調節動作を制御する。
本発明の第２の側面に係る撮像装置は、前記制御手段が、前記飽和検出手段により前記複数の焦点検出画素または前記複数の焦点検出画素を含む撮像画素の出力について飽和が検出された画素数から決定した重み付け係数を用いて、前記第１検出量および第２検出量の重み付け処理を行って第３検出量を算出し、該第３検出量を用いて焦点調節動作を制御する。
【０００８】
本発明の第３の側面に係る撮像装置は、前記輝度検出手段が検出した輝度レベルが閾値未満の場合、前記第１検出量を用いて制御手段が焦点調節動作を制御し、前記輝度検出手段が検出した輝度レベルが閾値以上の場合、前記第１検出量および第２検出量を用いて制御手段が焦点調節動作を制御する。
本発明の第４の側面に係る撮像装置は、前記制御手段が、前記輝度検出手段により検出される被写体の輝度から決定した重み付け係数を用いて、前記第１検出量および第２検出量の重み付け処理を行って第３検出量を算出し、該第３検出量を用いて焦点調節動作を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低輝度の被写体の撮影や飽和画素を含む条件下にて焦点状態を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図２から図１８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】撮像素子と瞳分割の概略説明図（Ａ）、および第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焦点検出信号と第２焦点検出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および第２焦点検出信号を例示するグラフ（Ａ）、および光学補正処理と第１フィルタ処理後の第１および第２焦点検出信号を例示するグラフ（Ｂ）である。
【図１０】第１および第２検出デフォーカス量の算出例を示すグラフである。
【図１１】リフォーカス処理の概略説明図である。
【図１２】第２焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図１３】第２フィルタ処理後の第１および第２焦点検出信号を例示するグラフ（Ａ）、およびさらにシフト加算を行った後の信号を例示するグラフ（Ｂ）である。
【図１４】第２評価値を例示するグラフである。
【図１５】リフォーカス可能範囲の概略説明図である。
【図１６】飽和信号の有無による第２検出デフォーカス量の差異を示す概略図である。
【図１７】飽和信号を含むライン数に応じた焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図１８】輝度レベルに応じた焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図１９】図２０とともに本発明の第２実施形態を説明するために、飽和信号を含むライン数に応じた焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図２０】輝度レベルに応じた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】
【００１１】
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、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。また、ＣＰＵ１２１は制御プログラムの実行により実現される飽和検出部１２１１と輝度検出部１２１２を有する。飽和検出部１２１１は、撮像素子１０７により取得される各画素信号について輝度出力の飽和状態を検出する。また輝度検出部１２１２は被写体の輝度を検出し、輝度検出信号はＡＦ制御の際の判断に用いる。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）の撮像画素配列を４列×４行の範囲で例示し、焦点検出画素配列を８列×４行の範囲で例示する。
２列×２行の画素群２００は、以下に示す１組の画素２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂを備える。
・画素２００Ｒ（左上の位置参照）：Ｒ（赤）色の分光感度を有する画素。
・画素２００Ｇ（右上と左下の位置参照）：Ｇ（緑）色の分光感度を有する画素。
・画素２００Ｂ（右下の位置参照）：Ｂ（青）色の分光感度を有する画素。
【００１７】
各画素は、２列×１行に配列した、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２により構成されている。図２に示した４列×４行の画素（８列×４行の焦点検出画素）が平面上にて格子状に多数配置されることで、撮像画像信号および焦点検出信号を取得可能である。本実施形態にて説明する撮像素子では、画素の周期Ｐ＝４（μｍ）、画素数Ｎを横５５７５列×縦３７２５行（＝約２０７５万画素）とする。また焦点検出画素の列方向の周期ＰＡＦ＝２（μｍ）、焦点検出画素数ＮＡＦを横１１１５０列×縦３７２５行（＝約４１５０万画素）とする。
【００１８】
図２に示した撮像素子における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３（Ａ）に示す。図３（Ａ）の紙面に垂直な方向にｚ軸を設定し、手前側をｚ軸の正方向と定義する。また、ｚ軸に直交する上下方向にｙ軸を設定して上方をｙ軸の正方向とし、ｚ軸およびｙ軸に直交する左右方向にｘ軸を設定して右方をｘ軸の正方向と定義する。図３（Ａ）にてａ−ａ切断線に沿って、−ｙ側から見た場合の断面図を図３（Ｂ）に示す。
【００１９】
図３（Ｂ）に示すように、画素２００Ｇは、各画素の受光面側（＋ｚ方向）にて入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、分割された複数の光電変換部を備える。例えば、ｘ方向における分割数をＮＨとし、ｙ方向における分割数をＮＶとする。図３には、瞳領域を水平方向にて２分割した例、すなわち、ＮＨ＝２，ＮＶ＝１の場合を例示し、副画素としての光電変換部３０１と光電変換部３０２が形成されている。光電変換部３０１は第１焦点検出画素２０１に対応し、光電変換部３０２は第２焦点検出画素２０２に対応する。光電変換部３０１と光電変換部３０２は、例えばｐ型層３００とｎ型層と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形成される。または必要に応じて、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形成してもよい。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３０６が形成される。必要に応じて、副画素ごとにカラーフィルタ３０６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構わない。
【００２０】
画素２００Ｇに入射した光はマイクロレンズ３０５が集光し、さらにカラーフィルタ３０６で分光された後に、光電変換部３０１と光電変換部３０２が受光する。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（正孔）が対生成され、空乏層で分離された後、負電荷をもつ電子はｎ型層（不図示）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）に転送されて電圧信号に変換される。
【００２１】
図４は、画素構造と瞳分割との対応関係を示した概略的な説明図である。図４には、図３（Ａ）に示した画素構造のａ−ａ線での切断面を、＋ｙ方向から見た場合の断面図と、結像光学系の射出瞳面（射出瞳４００参照）を、−ｚ方向から見た図を示す。図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図にてｘ軸とｙ軸を図３に示す状態とは反転させて示している。第１焦点検出画素２０１に対応する第１瞳部分領域５０１は、−ｘ方向に重心が偏倚している光電変換部３０１の受光面に対し、マイクロレンズ３０５によって、概ね共役関係になっている。つまり、第１瞳部分領域５０１は第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表し、瞳面上で＋ｘ方向に重心が偏倚している。また、第２焦点検出画素２０２に対応する第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の受光面に対し、マイクロレンズ３０５によって、概ね共役関係になっている。第２瞳部分領域５０２は第２焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表し、瞳面上で、−ｘ側に重心が偏倚している。
【００２２】
図４に示す瞳領域５００は、光電変換部３０１と光電変換部３０２（第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２）を全て併せた場合の、画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。撮像素子と瞳分割との対応関係を図５（Ａ）の概略図に示す。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それぞれ通過した光束は、撮像素子の各画素に異なる角度で入射する。入射光は、ＮＨ（＝２）×ＮＶ（＝１）に分割された第１焦点検出画素２０１の光電変換部３０１と第２焦点検出画素２０２の光電変換部３０２がそれぞれ受光して光電変換する。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係る撮像素子１０７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焦点検出画素と、第１瞳部分領域とは異なる、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２焦点検出画素を備える。結像光学系の第１瞳部分領域と第２瞳部分領域とを併せた瞳領域を通過する光束を受光する撮像画素は２次元アレイ状に複数配列されている。つまり、各撮像画素は第１焦点検出画素と第２焦点検出画素から構成される。なお、必要に応じて、撮像画素と、第１焦点検出画素および第２焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列にて第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を部分的に分散配置した構成を採用してもよい。
撮像素子における各画素の第１焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点検出信号が生成され、各画素の第２焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点検出信号が生成される。焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号から像ずれ量を算出する処理が行われる。また、撮像素子の画素ごとに、第１焦点検出画素２０１の出力信号と第２焦点検出画素２０２の出力信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度をもつ撮像信号が生成される。これにより、撮像画像データを取得することができる。
【００２４】
次に、撮像素子１０７により取得される第１焦点検出信号および第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量との関係を説明する。図５（Ｂ）は、第１焦点検出信号および第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焦点検出信号との間の像ずれ量について概略的に示す関係図である。撮像面８００には撮像素子（不図示）が配置され、図４、図５（Ａ）の場合と同様に、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５０２に２分割される。
【００２５】
デフォーカス量ｄ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。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。
【００２６】
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５０２）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Ｇ２）を中心として幅Γ１（またはΓ２）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各画素を構成する第１焦点検出画素２０１（または第２焦点検出画素２０２）により受光され、第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）が生成される。よって、第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（またはＧ２）にて、幅Γ１（またはΓ２）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、概ね比例して増加する。同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出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は光束の重心位置の差「Ｇ１−Ｇ２」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焦点検出信号と第２焦点検出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。
【００２７】
以上のように、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、または第１焦点検出信号と第２焦点検出信号と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焦点検出信号と第２焦点検出信号との間の像ずれ量の大きさが増加する。
本実施形態では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に係るデフォーカス量ｄと像ずれ量ｐとの関係を利用して、位相差方式による第１焦点検出と、リフォーカス原理に基づく方式（以後、リフォーカス方式と呼ぶ）による第２焦点検出を行う。基本的には、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）までの範囲で焦点調節を行うために第１焦点検出を使用する。さらに、小デフォーカス状態から第３状態（最良の合焦位置近傍の状態）まで焦点調節を行うために第２焦点検出を使用する。なお、第２焦点検出の方が第１焦点検出に比較して合焦精度が低くなる条件（飽和画素を含む条件および低輝度の条件）における焦点検出のシーケンスについては後述する。
【００２８】
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、以下の処理が実行される。
（１）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（第１評価値）を計算する演算処理。
（２）相関量（信号の一致度）が高くなるシフト量から像ずれ量を算出する処理。
（３）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焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加するという関係性を利用して、像ずれ量を第１検出デフォーカス量に変換する処理。以下、第１検出デフォーカス量を第１検出量といい、Ｄｅｆ１と記す。
【００２９】
図６は、第１焦点検出処理の流れを概略的に示すフローチャートである。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焦点検出画素の受光信号（Ａ像信号）から第１焦点検出信号を生成し、第２焦点検出画素の受光信号（Ｂ像信号）から第２焦点検出信号を生成する。Ｓ１２０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対し、それぞれ、信号データ量を抑制するために列方向に３画素分の加算処理が行われる。さらに、ＲＧＢ信号を輝度信号（Ｙ信号）にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理が行われる。これらの２つの加算処理を併せて第１画素加算処理とする。Ｓ１３０では、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）が行われる。
【００３０】
図７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１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１および第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２と、結像光学系の射出瞳４００との関係を示す。
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１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２により、結像光学系の射出瞳４００が、ほぼ均等に瞳分割される。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。この場合、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が生じ、結像光学系の射出瞳４００が不均等に瞳分割されてしまう。また、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。この場合、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が生じ、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１焦点検出信号と第２焦点検出信号の強度が不均等になる。その結果、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相対的に大きくなり、他方の強度が小さくなるシェーディングが生じる。
【００３１】
図６のＳ１３０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シェーディング補正係数が決定される。つまり、第１焦点検出信号についての第１シェーディング補正係数と、第２焦点検出信号についての第２シェーディング補正係数がそれぞれ生成される。第１シェーディング補正係数は第１焦点検出信号に乗算され、第２シェーディング補正係数は第２焦点検出信号に乗算されて、シェーディング補正処理が実行される。
【００３２】
位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との相関性（信号の一致度）に基づいて、第１検出量の検出処理が行われる。瞳ずれによるシェーディングが発生すると、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との相関性（信号の一致度）が低下する場合がある。位相差方式の第１焦点検出ではシェーディング補正処理により、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との相関性（信号の一致度）を改善し、焦点検出性能を良好にすることができる。
【００３３】
図６のＳ１４０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対する、第１フィルタ処理が行われる。第１フィルタ処理の通過帯域を、図８の実線のグラフｇａに例示する。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ため、第１フィルタ処理における通過帯域が低周波数帯域を含むようにフィルタが構成される。なお、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は、デフォーカス状態に応じて、第１焦点検出時の第１フィルタ処理における通過帯域を、図８の１点鎖線のグラフｇｂに示すように、より高周波帯域に調整してもよい。後述するような飽和信号を含む条件に対して、このようなフィルタ特性の帯域調整を行うことで、第１焦点検出による第１検出量（Ｄｅｆ１）の精度を改善する効果が得られる。
【００３４】
次に、図６のＳ１５０では、第１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、瞳分割方向にて相対的にシフトさせる第１シフト処理が行われる。第１シフト処理により、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との一致度を表す相関量（第１評価値）が算出される。第１フィルタ処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）とし、第１フィルタ処理後のｋ番目の第２焦点検出信号をＢ（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。第１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】
2015129846.tif 000003
シフト量ｓ１による第１シフト処理の結果、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）と、「ｋ−ｓ１」番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ１）と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での和を求めることにより、相関量（第１評価値）ＣＯＲ（ｓ１）を算出することができる。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。
【００３５】
Ｓ１６０では、Ｓ１５０で求めた相関量（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焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して第１フィルタ処理と第１シフト処理を行って相関量を算出し、相関量から第１検出量を検出する。
【００３６】
撮像素子では、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とが異なり、結像光学系の各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）によって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。その差異は、結像光学系の絞り値が小さい（明るい）と大きくなる。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検出合焦位置、つまり第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（Modulation Transfer Function）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可能性がある。
【００３７】
図９（Ａ）は、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焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（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。図９（Ａ）では結像光学系の各収差の影響により、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の形状が異なる例を示す。図９（Ｂ）は、シェーディング補正処理および第１フィルタ処理後の、第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）を例示する。これは撮像信号の最良合焦位置にて、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との間の像ずれ量ｐ１がゼロでない例である。この場合、位相差方式の第１焦点検出により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に差が生じる。
【００３８】
図１０は、位相差方式の第１焦点検出による第１検出量（破線のグラフｇ１参照）を例示する。横軸は設定デフォーカス量（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は検出デフォーカス量（単位：ｍｍ）を示す。１点鎖線は、設定デフォーカス量と検出デフォーカス量とが１：１の比率で正比例する場合のグラフを示す。図９（Ａ）に示した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号は、図１０において設定デフォーカス量が０における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号である。図１０の例では、設定デフォーカス量が０である最良合焦位置にて、第１焦点検出による第１検出量が後ピン側に約５０μｍ（マイクロメートル）のオフセットをもつ（Δｄｅｆ参照）。つまり、最良合焦位置と第１焦点検出により算出される検出合焦位置との間には、約５０μｍの差異が生じていることが判る。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差を抑制することによって、高精度な焦点検出が可能となる。そのためには、位相差方式の第１焦点検出に加えて、結像光学系の最良合焦位置の近傍で高精度な焦点検出が可能なリフォーカス方式の第２焦点検出が行われる。
【００３９】
以下、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。
リフォーカス方式の第２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１１は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号による１次元方向（列方向、または水平方向）のリフォーカス処理について概要を示す説明図である。図１１の撮像面８００は、図５に示した撮像面８００に対応している。図１１では、ｉ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番目の画素を模式的に示す。ｉ番目の画素による第１焦点検出信号をＡｉと記し、ｉ番目の画素による第２焦点検出信号をＢｉと記す。第１焦点検出信号Ａｉは、（図５の第１瞳部分領域５０１に対応する）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。また第２焦点検出信号Ｂｉは、（図５の第２瞳部分領域５０２に対応する）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。
【００４１】
第１焦点検出信号Ａｉと第２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。以下の平行移動および加算処理によって仮想結像面８１０でのリフォーカス信号を生成できる。
・第１焦点検出信号Ａｉを角度θａの方向に沿って仮想結像面８１０まで平行移動させ、第２焦点検出信号Ｂｉを角度θｂの方向に沿って仮想結像面８１０まで平行移動させる処理。
・平行移動した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号とを加算する処理。
第１焦点検出信号Ａｉを角度θａの方向に沿って仮想結像面８１０まで平行移動させることは、列方向における＋０．５画素シフトに対応する。また、第２焦点検出信号Ｂｉを角度θｂの方向に沿って仮想結像面８１０まで平行移動させることは、列方向における−０．５画素シフトに対応する。したがって、第１焦点検出信号Ａｉと第２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８１０でのリフォーカス信号を生成できる。同様に、第１焦点検出信号Ａｉと第２焦点検出信号Ｂｉ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。生成されたシフト加算信号（リフォーカス信号）からコントラスト評価値が算出される。算出されたコントラスト評価値から撮像信号のＭＴＦピーク位置を算定することで、リフォーカス方式の第２焦点検出が行われる。
【００４２】
図１２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焦点検出画素の受光信号（Ａ像信号）から第１焦点検出信号を生成し、第２焦点検出画素の受光信号（Ｂ像信号）から第２焦点検出信号を生成する。Ｓ２２０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対し、それぞれ、信号データ量を抑制するために列方向に３画素分の加算処理が行われる。さらに、ＲＧＢ信号を輝度Ｙ信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理が行われる。これらの２つの加算処理を合わせて第２画素加算処理とする。なお、３画素の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よい。
【００４３】
Ｓ２３０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対する、第２フィルタ処理が行われる。第２フィルタ処理における通過帯域を、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、第２フィルタ処理の通過帯域は、第１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、第２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、第２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。
【００４４】
図１２のＳ２４０では、第２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第２シフト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。Ｓ２４０ではさらに、生成されたシフト加算信号からコントラスト評価値（第２評価値）を算出する処理が行われる。第２フィルタ処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）とし、第２フィルタ処理後のｋ番目の第２焦点検出信号をＢ（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。第２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】
2015129846.tif 000004
シフト量ｓ２による第２シフト処理の結果、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）と、「ｋ−ｓ２」番目の第２焦点検出信号Ｂ（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。
【００４５】
Ｓ２５０では、Ｓ２４０で求めた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を算出する処理が実行され、ピークシフト量ｐ２が求められる。このピークシフト量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を乗算することで、第２検出量（Ｄｅｆ２）が算出される。第２変換係数Ｋ２の値については、必要に応じて、第１変換係数Ｋ１と同一の値としてもよい。
【００４６】
以上のように、リフォーカス方式の第２焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して第２フィルタ処理と第２シフト処理を行い、加算によりシフト加算信号を生成する。生成したシフト加算信号からコントラスト評価値が算出され、コントラスト評価値から第２検出量（Ｄｅｆ２）が算出される。
本実施形態の撮像素子１０７では、図４、図５に示したように、第１焦点検出画素が受光する光束と第２焦点検出画素が受光する光束を加算した結果が、撮像画素の受光する光束となる。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、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシフト加算信号（リフォーカス信号）により焦点検出を行う。したがって、第２焦点検出で用いるシフト加算信号に対応する光束と、撮像信号に対応する光束とはほぼ一致する。このため、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、シフト加算信号への影響と撮像信号への影響は、概ね同じである。よって、リフォーカス方式の第２焦点検出により算出される検出合焦位置（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）はほぼ一致する。すなわちリフォーカス方式の第２焦点検出は、位相差方式の第１焦点検出に比べて高精度である。
【００４７】
図９（Ａ）に示した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焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）を例にして、第２フィルタ処理を施した後の第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）を図１３（Ａ）に示す。横軸は画素アドレスを示し、縦軸は信号レベルを示す。また、第２フィルタ処理後の第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（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１３（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１４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。
【００４８】
図１０には、本実施形態におけるリフォーカス方式の第２焦点検出による第２検出量（実線のグラフｇ２参照）を例示する。図９（Ａ）に示した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号は、図１０の設定デフォーカス量が０［ｍｍ］である場合の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号である。設定デフォーカス量がゼロである最良合焦位置において、第２焦点検出による第２検出量は、第１焦点検出による第１検出量よりも小さく抑制されるので、高精度に焦点検出できることがわかる。すなわち、結像光学系の設定デフォーカス量がゼロである最良合焦位置の近傍において、リフォーカス方式の第２焦点検出の方が、位相差方式の第１焦点検出よりも検出精度が高い。
【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１５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。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。これに対して、ＮＨ×ＮＶ（例えば、２×１）に分割されて狭くなった瞳部分領域５０１（または５０２）の水平方向の実効絞り値Ｆ０１（またはＦ０２）は、Ｆ０１＝ＮＨ×Ｆ（またはＦ０２＝ＮＨ×Ｆ）となって暗くなる。第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）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焦点検出信号（または第２焦点検出信号）ごとに合焦した被写体像が取得されている。よって、図１１に示した主光線角度θａ（またはθｂ）に沿って第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）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。
【００５０】
撮影後に合焦位置を再調整可能な、撮像面からのデフォーカス量ｄは限定される。デフォーカス量ｄのリフォーカス可能範囲は、概ね、式（３）の範囲である。
【数３】
2015129846.tif 000005
許容錯乱円径δは、δ＝２・ΔＸ（画素周期ΔＸのナイキスト周波数１／（２・ΔＸ）の逆数）などで規定される。必要に応じて、第２画素加算処理後の第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）の周期ΔＸＡＦ（＝Ｍ・ΔＸ：Ｍ画素加算の場合）のナイキスト周波数１／（２・ΔＸＡＦ）の逆数から、許容錯乱円径δ＝２・ΔＸＡＦとして用いてもよい。
リフォーカス方式の第２焦点検出にて高精度で検出できる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焦点検出可能なデフォーカス範囲は、位相差方式の第１焦点検出により検出可能なデフォーカス範囲以下である。図５（Ｂ）に示したように、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との水平方向の相対的なシフト量とデフォーカス量は、概ね比例する。
【００５１】
本実施形態では、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焦点調節を行うために第１焦点検出を用い、結像光学系の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を行うために第２焦点検出を用いることを基本とする。第２焦点検出における第２フィルタ処理の通過帯域は、第１焦点検出における第１フィルタ処理の通過帯域よりも高周波帯域を含む。また、第２焦点検出における第２画素加算処理の画素加算数は、第１焦点検出における第１画素加算処理の画素加算数以下である。
上述したように、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焦点検出を使用する。すなわち第２検出量を用いることで高精度な焦点検出を実現できる。
【００５２】
次に、飽和画素を含む場合の焦点検出処理について説明する。
焦点検出の対象となる画像領域（ＡＦ領域）が飽和画素を含む場合、第２焦点検出による第２検出量の精度が、第１焦点検出による第１検出量の精度よりも低下することがある。これは、第２焦点検出の際にシフト加算を行う信号の一部に飽和画素の出力が含まれる場合に、シフト加算信号が飽和し、あたかも輝度の諧調がない（コントラストがない）状態に陥ってしまうために発生する。図１６（Ａ）は、飽和画素の信号を含む状態（Ｉ）と、飽和画素の信号を含まない状態（ＩＩ）とで、第１焦点検出信号（実線）と第２焦点検出信号（破線）を対比して示す図である。横軸は画素位置に相当するアドレスを示し、縦軸は信号レベルを示す。両信号が、２ビットのシフト量の移動で互いに一致する波形をもつ例を示す。
【００５３】
図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号にシフト処理を施して加算したシフト加算信号を示す図である。図の左側に飽和信号を含む状態（Ｉ）を示し、右側に飽和信号を含まない状態（ＩＩ）を示す。図１６（Ｃ）は、図１６（Ｂ）のシフト加算信号に対して微分処理を行い、最大値（いわゆるコントラスト評価値）を各シフト条件に関してプロットした図である。横軸はビットシフト量を示し、縦軸はコントラスト評価値を示している。図の左側に飽和画素の信号を含む状態（Ｉ）を示し、右側に飽和画素の信号を含まない状態（ＩＩ）を示す。状態（ＩＩ）では２ビットのシフト状態（図の横軸の「−２」参照）においてコントラスト評価値のピークがある。しかし、状態（Ｉ）においては、本来ピークを持つべき２ビットのシフト状態（図の横軸の「−２」参照）にてピークが存在しない。このため、正しい最良合焦位置が検出できない。そこで、本実施形態においては、飽和信号を含む条件に対して以下のような焦点検出処理を行う。
【００５４】
図１７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、出力の飽和を検出した焦点検出画素の数が閾値を超えた場合と閾値以下の場合とで焦点検出処理の内容を変更する。例えば、飽和ライン数（ＳＬと記す）が所定数以下である場合、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値１（第１閾値）以下になるまで位相差方式の第１焦点検出の結果を用い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の焦点調節動作が行われる。その後、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値２（第２閾値であり、「所定値２＜所定値１」とする）以下になるまでリフォーカス方式の第２焦点検出の結果を用い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の焦点調節動作が行われる。また、飽和ライン数ＳＬが所定数より大きい場合には、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値１以下になるまで位相差方式の第１焦点検出の結果を用い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の焦点調節動作が行われる。その後、第１焦点検出における第１フィルタ処理の通過帯域が変更されて第３フィルタ処理が行われる。この第３フィルタ処理では、第２焦点検出における第２フィルタ処理の通過帯域と同等の高域を通過帯域とするフィルタで演算処理が実行される。通過帯域を変更したうえで、再度第１焦点検出が行われ、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値３（第３閾値であり、「所定値３＜所定値１」とする）以下になるまで位相差方式の第１焦点検出の結果を用い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、さらにデフォーカス量が小さい状態となるまで焦点調節動作が実行される。
【００５５】
図１７の処理が開始すると、Ｓ０１０で飽和検出部１２１１は撮像画像の飽和ライン数ＳＬをカウントする。この際、飽和検出部１２１１が飽和ライン数ＳＬをカウントする範囲については、設定されたＡＦ範囲内に限定してもよい。なお、飽和ラインとは飽和画素を含む行を示す。次のＳ０１１では、飽和ライン数ＳＬが所定数（ＳＬ１と記す）と比較される。Ｓ０１０でカウントされた飽和ライン数ＳＬが、ＡＦ結果に影響を及ぼす所定の飽和ライン数ＳＬ１よりも多い場合には、Ｓ１００に進む。また、Ｓ０１０にてカウントされた飽和ライン数ＳＬが、所定の飽和ライン数ＳＬ１以下の場合には、Ｓ１０４に進む。
【００５６】
Ｓ１００およびＳ１０１の処理は、Ｓ０１２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。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）が検出される。Ｓ０１２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、Ｓ１０１に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合、Ｓ０１３に移行する。Ｓ１０１で、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。
Ｓ０１３では、フィルタの帯域変更処理が実行される。この後に再度行われる第１検出量の検出の際に利用される第３フィルタ処理として、第１焦点検出の第１フィルタ処理の通過帯域を、第２焦点検出の第２フィルタ処理の通過帯域と同等の高域に変更する処理が行われる。小デフォーカス状態にて第１フィルタ処理の通過帯域を高めることにより、結像光学系の小デフォーカス状態からさらにデフォーカス量の小さい状態となるまで焦点調節を行うことが可能となる。
【００５７】
Ｓ１０２およびＳ１０３の処理は、Ｓ０１４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。Ｓ１０２では、位相差方式による第１焦点検出に基づいて第１検出量（Ｄｅｆ１）が検出される。Ｓ０１４にて、第１検出量（Ｄｅｆ１）の大きさ｜Ｄｅｆ１｜が所定値３（＜所定値１）と比較される。｜Ｄｅｆ１｜が所定値３より大きい場合、Ｓ１０３に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値３以下の場合、焦点調節動作を終了する。Ｓ１０３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、Ｓ１０２に戻る。
Ｓ１０４およびＳ１０５の処理は、Ｓ０１５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。Ｓ１０４では、位相差方式による第１焦点検出に基づいて第１検出量（Ｄｅｆ１）が検出される。Ｓ０１５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、Ｓ１０５に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合、Ｓ２００に移行する。Ｓ１０５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、Ｓ１０４に戻る。
【００５８】
Ｓ２００およびＳ２０１の処理は、Ｓ０１６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焦点検出の結果に基づいて第２検出量（Ｄｅｆ２）が検出される。Ｓ０１６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、Ｓ２０１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。Ｓ２０１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。
以上の処理が実行されることで、第２焦点検出による第２検出量の精度が低下する可能性のある飽和ラインを含む条件においても、高精度な焦点検出が可能となる。
【００５９】
次に、低輝度の場合の焦点検出処理を説明する。
被写体輝度が低い場合、第２焦点検出による第２検出量の精度が、第１焦点検出による第１検出量の精度に比べて低下することがある。第２焦点検出においては、例えば各シフト加算信号のエッジ抽出で第２評価値が算出される。低輝度条件にてＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）が低下した場合、ショットノイズ等により生じるピークが高コントラストであると誤判定されることが起こり得る。本実施形態では、以下の処理によって対策を講じる。
【００６０】
図１８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。本処理は、ＣＰＵ１２１が実行するプログラムに従って実現される。
被写体輝度が所定の閾値以上の場合には、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が第１閾値（所定値１）以下になるまで位相差方式の第１焦点検出の結果を用い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動作が行われる。その後、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が第２閾値である所定値２（＜所定値１）以下になるまでリフォーカス方式の第２焦点検出の結果を用い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動作が行われる。また、被写体輝度が所定の閾値未満である場合には、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値１以下になるまで位相差方式の第１焦点検出の結果を用いてフォーカスレンズが駆動される。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動作が行われる。その後に第２焦点検出を実施しないで焦点調節が完了する。
【００６１】
Ｓ３００で輝度検出部１２１２は撮像画像に係る被写体輝度（Ｌｖと記す）を検出する。被写体輝度を検出する範囲については、設定されたＡＦ範囲内に限定してもよい。Ｓ３０１では、Ｓ３００にて検出された被写体輝度Ｌｖが所定の輝度レベル（Ｌｖ１と記す）と比較される。被写体輝度Ｌｖが、ＡＦ結果に影響を及ぼす輝度レベルＬｖ１未満の場合、Ｓ４００に進み、輝度レベルＬｖ１以上の場合にはＳ４０２に進む。
Ｓ４００およびＳ４０１の処理は、Ｓ３０２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。Ｓ４００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）が検出される。Ｓ３０２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、Ｓ４０１に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合には焦点調節動作を終了する。Ｓ４０１では、第１デフォーカス量（Ｄｅｆ１）に応じてフォーカスレンズの駆動が行われ、Ｓ４００に戻る。
【００６２】
Ｓ４０２およびＳ４０３の処理は、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。Ｓ４０２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）が検出される。Ｓ３０３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、Ｓ４０３に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合には、Ｓ５００に移行する。Ｓ４０３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、Ｓ４０２に戻る。
Ｓ５００およびＳ５０１の処理は、Ｓ３０４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。Ｓ５００では、リフォーカス方式による第２焦点検出の結果に基づいて第２検出量（Ｄｅｆ２）が検出される。Ｓ３０４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、Ｓ５０１に進み、｜Ｄｅｆ２｜が所定値２以下の場合には、焦点調節動作を終了する。Ｓ５０１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、Ｓ５００に戻る。
【００６３】
以上のように、被写体輝度ＬｖとＬｖ１（閾値）との比較結果に従って、焦点検出処理の内容が異なる。Ｓ３０２において第１検出量（Ｄｅｆ１）の大きさ｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下となった時点で、焦点調節動作を終了させる理由は、低輝度条件が第２焦点検出に影響を与えることを回避するためである。この時点ではＳ５０１の処理後に到達する最良合焦位置に比較してデフォーカス量が残存している。しかし、低輝度条件における最良の合焦位置に到達したと判断できるため、Ｓ３０２の判定条件を満たした時点で焦点調節動作を終了する。なお、図１８に示す処理では、図１７で説明した、飽和信号が存在する場合の処理とは異なり、フィルタの通過帯域を高めることは実施していない。これは、低輝度下における画像信号に含まれる高域情報は主にノイズであり、むしろ低域信号の検波が有効であることによる。本実施形態では、第２焦点検出による第２検出量の精度が低下する可能性のある低輝度条件において、最良となる最終合焦位置への焦点調節動作が可能となる。
本実施形態によれば、コントラスト評価手段では焦点検出精度が低下する可能性のある条件、例えば低輝度の被写体の撮影や飽和画素を含む条件を考慮したシーケンスにより、焦点状態を精度良く検出することができる。
【００６４】
［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。
【００６５】
図１９のフローチャートを参照して、飽和信号を含む場合の焦点検出処理を説明する。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、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値１以下になるまで位相差方式の第１焦点検出が行わ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動作が行われる。その後、飽和ライン数ＳＬに応じて、第１検出量と第２検出量の重み付け処理が行われ、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）が生成される。生成後の第３検出量の絶対値が所定値４（＜所定値１）以下になるまで焦点調節動作が行われる。
【００６６】
Ｓ６００で飽和検出部１２１１は、撮像画像の飽和ライン数ＳＬをカウントする。この処理は、図１７のＳ０１０と同様であるが、Ｓ０１１の判定処理がなく、Ｓ７００に移行する。Ｓ７００およびＳ７０２の処理は、Ｓ７０１の判定条件を満たさない場合に反復処理として実行される。Ｓ７００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）が検出される。Ｓ７０１の判定処理にて、第１検出量（Ｄｅｆ１）の大きさ｜Ｄｅｆ１｜が所定値１より大きいと判定された場合、Ｓ７０２に進み、｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合は、Ｓ６０１に進む。Ｓ７０２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、Ｓ７００に戻る。
【００６７】
Ｓ６０１は、図１７のＳ０１３と同様に、フィルタ帯域の変更処理が実行される。つまり、第３フィルタ処理に変更するために、第１焦点検出の第１フィルタ処理の通過帯域が、第２焦点検出の第２フィルタ処理の通過帯域と同等の高域に設定される。Ｓ６０１の後、Ｓ８００およびＳ８０１の並行処理が実行される。Ｓ８００では、位相差方式による第１焦点検出の結果から第１検出量（Ｄｅｆ１）が得られ、Ｓ８０１では、リフォーカス方式による第２焦点検出の結果から第２検出量（Ｄｅｆ２）が得られる。Ｓ８００およびＳ８０１の処理後、Ｓ８０２に進み、第３検出量（Ｄｅｆ３）が算出される。第３検出量（Ｄｅｆ３）は、Ｓ８００で得た第１検出量（Ｄｅｆ１）と、Ｓ８０１で得た第２検出量（Ｄｅｆ２）との加重平均演算により算出される。その際に使用する重み付け係数は、Ｓ６００で検出された飽和ライン数ＳＬによって決定される。つまり、第３検出量（Ｄｅｆ３）を算出する重み付け平均処理では、Ｓ６００で検出された飽和ライン数ＳＬの値が大きいほど、第１検出量（Ｄｅｆ１）に対する加重値、つまり重み付け係数の値が大きくなるように設定される。その理由は、飽和信号が多い場合に第２焦点検出による第２検出量の精度が低下するので、第２検出量が占める割合を第１検出量に対して相対的に小さくするためである。
【００６８】
Ｓ８０３では、重み付け平均処理の演算結果である第３検出量の大きさ｜Ｄｅｆ３｜が所定値４（＜所定値１）と比較される。｜Ｄｅｆ３｜が所定値４より大きい場合、Ｓ８０４に進み、｜Ｄｅｆ３｜が所定値４以下の場合には、焦点調節動作を終了する。Ｓ８０４では、第３検出量（Ｄｅｆ３）に応じてフォーカスレンズの駆動が行われる。Ｓ８００、Ｓ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０４の処理は、Ｓ８０３の判定条件を満たさない場合に反復処理として実行される。
本実施形態では、第２焦点検出による第２検出量の精度が低下する可能性のある飽和ラインを含む条件においても、高精度な焦点検出が可能となる。
【００６９】
次に、図２０のフローチャートを参照して、低輝度の場合の焦点検出処理を説明する。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、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値１以下になるまで位相差方式の第１焦点検出が行わ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動作が行われる。その後、被写体輝度Ｌｖに応じて第４検出デフォーカス量（Ｄｅｆ４）が算出される。第４検出デフォーカス量（Ｄｅｆ４）は、第１検出量と第２検出量を用いた重み付け処理により生成される。第４検出デフォーカス量を用いて、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が所定値５（＜所定値１）以下になるまで焦点調節動作が行われる。
【００７０】
Ｓ６１０では、図１８のＳ３００と同様に、輝度検出部１２１２が撮像画像における被写体輝度Ｌｖを検出する。Ｓ７１０およびＳ７１２の処理は、Ｓ７１１の判定条件である、「｜Ｄｅｆ１｜≦所定値１」を満たさない場合に反復処理として実行される。Ｓ７１０の第１焦点検出およびＳ７１２のレンズ駆動処理はそれぞれ、図１９のＳ７００、Ｓ７０２の処理と同様であるため、説明を省略する。
Ｓ７１１にて、第１検出量（Ｄｅｆ１）の大きさ｜Ｄｅｆ１｜が所定値１以下の場合、Ｓ８１０およびＳ８１１の並行処理に進む。Ｓ８１０では、図１９のＳ８００と同様に、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）が算出される。Ｓ８１１では、図１９のＳ８０１と同様に、リフォーカス方式による第２焦点検出の結果に基づいて、第２検出量（Ｄｅｆ２）が算出される。Ｓ８１０およびＳ８１１の後にＳ８１２に進む。
【００７１】
Ｓ８１２では、第４検出デフォーカス量（Ｄｅｆ４）が算出される。すなわち、第１検出量（Ｄｅｆ１）と第２検出量（Ｄｅｆ２）の加重平均演算が実行される。その際に使用する重み付け係数は、Ｓ６１０で検出した被写体輝度Ｌｖによって決定される。重み付け平均処理では、被写体輝度Ｌｖが低いほど第１検出量（Ｄｅｆ１）に対する加重値、つまり重み付け係数の値が大きくなるように設定される。その理由は、被写体輝度が低い場合に第２焦点検出による第２検出量の精度が低下するので、第２検出量が占める割合を第１検出量に対して相対的に小さくするためである。
【００７２】
Ｓ８１３の判定処理では、第４検出デフォーカス量の大きさ｜Ｄｅｆ４｜が所定値５（＜所定値１）と比較される。｜Ｄｅｆ４｜が所定値５より大きい場合、Ｓ８１４に進み、｜Ｄｅｆ４｜が所定値５以下の場合には、焦点調節動作を終了する。Ｓ８１４では、第１検出量（Ｄｅｆ３）に応じてフォーカスレンズの駆動が行われる。Ｓ８１０、Ｓ８１１、Ｓ８１２、Ｓ８１４の処理は、Ｓ８１３の判定条件を満たさない場合に反復処理として実行される。
【００７３】
本実施形態では、第２焦点検出による第２検出量の精度が低下する可能性のある輝度条件、つまり低輝度条件下で最良となる最終合焦位置への焦点調節動作が可能となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０７・・・撮像素子
１２１・・・ＣＰＵ
１２１１・・・飽和検出部
１２１２・・・輝度検出部
【図１】
2015129846.tif 000006
【図２】
2015129846.tif 000007
【図３】
2015129846.tif 000008
【図４】
2015129846.tif 000009
【図５】
2015129846.tif 000010
【図６】
2015129846.tif 000011
【図７】
2015129846.tif 000012
【図８】
2015129846.tif 000013
【図９】
2015129846.tif 000014
【図１０】
2015129846.tif 000015
【図１１】
2015129846.tif 000016
【図１２】
2015129846.tif 000017
【図１３】
2015129846.tif 000018
【図１４】
2015129846.tif 000019
【図１５】
2015129846.tif 000020
【図１６】
2015129846.tif 000021
【図１７】
2015129846.tif 000022
【図１８】
2015129846.tif 000023
【図１９】
2015129846.tif 000024
【図２０】
2015129846.tif 000025