(57)【要約】【課題】製造工程においてレンズ毎に光学的特性を測定することなく、空間周波数毎の合焦位置のずれを吸収する。【解決手段】レンズ特性ＲＯＭ１１１にはレンズの製造ばらつきと空間周波数毎の撮像光学系１０１における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録され、第１および第２のＢＰＦ１０５および１０６と第１および第２の評価値生成回路１０７および１０８は複数の空間周波数の各々において撮像素子１０２の出力である画像信号に基づいて撮像光学系の合焦位置を求める。マイクロコンピュータ１１０は合焦位置のずれ量に応じてレンズ特性情報を参照してナイキスト空間周波数における合焦位置を撮像光学系における合焦位置とする。【選択図】図１
2015022265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子から前記画像信号を受けて、当該画像信号に応じて前記撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置であって、
レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の前記撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録された記憶手段と、
複数の空間周波数の各々において前記画像信号に基づいて前記撮像光学系の合焦位置を求める合焦位置算出手段と、
前記合焦位置算出手段で得られた前記合焦位置のずれ量に応じて前記レンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を前記撮像光学系における合焦位置とする合焦位置判定手段と、
を有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記予め定められた空間周波数はナイキスト周波数であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記合焦位置算出手段は前記画像信号のコントラストに応じて前記撮像光学系の合焦位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記合焦位置算出手段は、前記画像信号の高帯域成分を通過させて第１のフィルタ信号を得る第１のフィルタ手段と、
前記画像信号の低帯域成分を通過させて第２のフィルタ信号を得る第２のフィルタ手段と、
前記第１のフィルタ信号および前記第２のフィルタ信号に基づいてそれぞれ前記撮像光学系の合焦位置を示す第１の合焦位置および第２の合焦位置を求めて、前記第１の合焦位置および前記２の合焦位置とのずれを示すずれ量を前記合焦位置判定手段に与える演算手段と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記合焦位置算出手段は前記撮像素子から前記画像信号として得られる瞳分割された第１の像および第２の像の位相差に応じて前記撮像光学系の合焦位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記合焦位置算出手段は、前記第１の像および前記第２の像の高帯域成分を通過させて一対の第１のフィルタ信号を得る第１のフィルタ手段と、
前記第１の像および前記第２の像の低帯域成分を通過させて一対の第２のフィルタ信号を得る第２のフィルタ手段と、
前記一対の第１のフィルタ信号に基づいて前記第１の像および前記第２の像のずれである位相差を求めて第１の像ずれ量を得るとともに、前記一対の第１のフィルタ信号に基づいて前記第１の像および前記第２の像のずれである位相差を求めて第２の像ずれ量を得て、前記第１の像ずれ量および前記第２の像ずれ量を前記合焦位置判定手段に与える演算手段と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子から前記画像信号を受けて、当該画像信号に応じて前記撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置の制御方法であって、
前記焦点検出装置には、レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の前記撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録された記憶手段が備えられており、
複数の空間周波数の各々において前記画像信号に基づいて前記撮像光学系の合焦位置を求める合焦位置算出ステップと、
前記合焦位置算出ステップで得られた前記合焦位置のずれ量に応じて前記レンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を前記撮像光学系における合焦位置とする合焦位置判定ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項８】
撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子から前記画像信号を受けて、当該画像信号に応じて前記撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置で用いられる制御プログラムであって、
前記焦点検出装置には、レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の前記撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録された記憶手段が備えられており、
前記焦点検出装置に備えられたコンピュータに、
複数の空間周波数の各々において前記画像信号に基づいて前記撮像光学系の合焦位置を求める合焦位置算出ステップと、
前記合焦位置算出ステップで得られた前記合焦位置のずれ量に応じて前記レンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を前記撮像光学系における合焦位置とする合焦位置判定ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項９】
撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
前記合焦位置判定手段によって前記撮像光学系における合焦位置とされた位置に前記撮像光学系に備えられたフォーカシングレンズを駆動制御する駆動制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置に関し、特に、自動焦点検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの撮像装置で用いられる自動焦点検出装置において、測距系の光学的特性と撮像系の光学的特性との相違によって、検出の結果得られた合焦位置と撮像系における合焦位置とがずれることが知られている。そして、このようなずれ（差）を吸収して撮像系の合焦位置を制御することが行われている。
【０００３】
特に、撮像系に備えられたレンズにおける球面収差の影響によって、空間周波数毎に合焦位置が異なることが知られており、測距系において支配的となる空間周波数と撮像系で得られる空間周波数との相違を吸収することによって合焦精度を向上させることができる。
【０００４】
さらに、レンズ製造の際の製造ばらつきに起因して空間周波数毎の合焦位置に撮像装置毎に個体差が生じる。そして、当該個体差を製造の際に測定して補正することが行われている。
【０００５】
例えば、製造工程において、測距系で支配的となる空間周波数と撮像系で得られる空間周波数との合焦位置の差を測定して、当該測定結果を撮像装置に備えられたメモリに記憶する。そして、撮像装置が動作する際に測距結果から素指定結果を減算してレンズを合焦位置に駆動させる手法がある。
【０００６】
具体的には、生産工程において空間周波数毎に測距系および撮像系の合焦位置の差を測定して補正値とし、当該補正値を製品ＲＯＭに記憶する。そして、撮像装置の動作の際に撮影モードに応じた被写体の空間周波数に合致する補正値を減算してレンズを駆動するようにした撮像装置がある（特許文献１参照）。
【０００７】
さらには、複数の互いに異なる空間周波数帯域の測距系を備えて、生産工程においてこれら測距系の各々と撮像系の合焦位置の差を補正値とし、当該補正値を製品ＲＯＭに記憶するようにしたものがある。そして、撮像装置の動作の際には複数の異なる空間周波数帯域で測距を行って、もっとも信頼性の高い測距結果が得られた測距結果を用いて、当該空間周波数帯域の補正値を用いてレンズ駆動位置を補正する（特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献２に記載の撮像装置では、ディスプレイなどに画像を拡大して鑑賞するため、撮像光学系で得られる空間周波数はナイキスト周波数である。一方、測距の際には、撮像装置に備えられたディスプレイに画像を滑らかに表示するため、撮像素子から画像を読みだす際に画素の間引きおよび加算が行われるので、その空間周波数はナイキスト周波数よりも低い周波数となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−６６３１７号公報
【特許文献２】特開２００９−１７５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、特許文献１および２に記載の撮像装置ともに、製造工程においてレンズ毎にその光学的特性を測定しなければならず、製造コストがアップしてしまう。
【００１１】
従って、本発明の目的は、製造工程においてレンズ毎に光学的特性（つまり、個体差）を測定することなく、測距系および撮像系における空間周波数毎の合焦位置のずれを吸収することができる焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明による焦点検出装置は、撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子から前記画像信号を受けて、当該画像信号に応じて前記撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置であって、レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の前記撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録された記憶手段と、複数の空間周波数の各々において前記画像信号に基づいて前記撮像光学系の合焦位置を求める合焦位置算出手段と、前記合焦位置算出手段で得られた前記合焦位置のずれ量に応じて前記レンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を前記撮像光学系における合焦位置とする合焦位置判定手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明による制御方法は、撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子から前記画像信号を受けて、当該画像信号に応じて前記撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置の制御方法であって、前記焦点検出装置には、レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の前記撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録された記憶手段が備えられており、複数の空間周波数の各々において前記画像信号に基づいて前記撮像光学系の合焦位置を求める合焦位置算出ステップと、前記合焦位置算出ステップで得られた前記合焦位置のずれ量に応じて前記レンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を前記撮像光学系における合焦位置とする合焦位置判定ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明による制御プログラムは、撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子から前記画像信号を受けて、当該画像信号に応じて前記撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置で用いられる制御プログラムであって、前記焦点検出装置には、レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の前記撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係がレンズ特性情報として記録された記憶手段が備えられており、前記焦点検出装置に備えられたコンピュータに、複数の空間周波数の各々において前記画像信号に基づいて前記撮像光学系の合焦位置を求める合焦位置算出ステップと、前記合焦位置算出ステップで得られた前記合焦位置のずれ量に応じて前記レンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を前記撮像光学系における合焦位置とする合焦位置判定ステップと、を実行させることを特徴とする。
【００１５】
本発明による撮像装置は、撮像光学系を介して入射した光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、上記の焦点検出装置と、前記合焦位置判定手段によって前記撮像光学系における合焦位置とされた位置に前記撮像光学系に備えられたフォーカシングレンズを駆動制御する駆動制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の空間周波数の各々において画像信号に基づいて撮像光学系の合焦位置を求め、当該合焦位置のずれ量に応じて、レンズの製造ばらつきと空間周波数毎の撮像光学系における合焦位置のずれ量との関係を示すレンズ特性情報を参照して予め定められた空間周波数における合焦位置を撮像光学系における合焦位置とするようにしたので、製造工程においてレンズ毎に光学的特性を測定することなく、測距系および撮像系における空間周波数毎の合焦位置のずれを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態による焦点検出装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像光学系に備えられたフォーカシングレンズの位置と評価値との関係を示す図である。
【図３】図１に示す撮像光学系に備えられたレンズの肉厚と空間周波数毎の合焦位置のずれとの関係を示す図である。
【図４】図１に示すマイクロコンピュータで行われる撮影制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１に示すマイクロコンピュータ１１０で行われる測距の一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラで用いられる撮像素子の構成についてその一例を説明するための図であり、（ａ）は撮像素子の画素の断面図、（ｂ）は撮像素子の画素の正面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの一例をについてその構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示すマイクロコンピュータで行われる撮影制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態による焦点検出装置の一例について図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による焦点検出装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【００２０】
図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、フォーカシングレンズを有する撮像光学系（以下撮像レンズと呼ぶ）１０１を有している。撮像レンズ１０１に入射した光学像（被写体像）はＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子１０２に結像する。そして、撮像素子１０２は光学像に応じたアナログ信号（画像信号）を出力する。そして、この画像信号は信号処理回路１０３に与えられるとともに、第１および第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０５および１０６に与えられる。
【００２１】
信号処理回路１０３は画像信号をＡ／Ｄ変換した後、所定の画像処理を行って画像データを生成し、当該画像データをメモリ１０４に記録する。第１および第２のＢＰＦ１０５および１０６は互いに通過周波数帯域が異なり、第１のＢＰＦ１０５（第１のフィルタ手段）は画像信号をフィルタリングして（ここでは、高帯域成分を通過させて）第１のＢＰＦ信号（第１のフィルタ信号）を出力する。同様にして、第２のＢＰＦ１０６（第２のフィルタ手段）は画像信号をフィルタリングして（ここでは、低帯域成分を通過させて）第２のＢＰＦ信号（第２のフィルタ信号）を出力する。
【００２２】
第１および第２の評価値生成回路１０７および１０８はそれぞれ第１および第２のＢＰＦ信号を受けてＡ／Ｄ変換した後、第１および第２のＢＰＦ信号を積算してエネルギー量を得る。そして、第１及び第２の評価値生成回路１０７および１０８は当該エネルギー量をそれぞれ第１および第２の評価値としてマイクロコンピュータ１１０に出力する。
【００２３】
レンズ特性ＲＯＭ１１１には撮影レンズの特性を示すレンズ特性情報が予め記録されている。マイクロコンピュータ１１０は、後述するようにして、第１および第２の評価値とレンズ特性情報とに応じてレンズ駆動装置１０９を制御して撮影レンズ１０１に備えられたフォーカシングレンズを光軸に沿って駆動して、フォーカシングレンズを合焦状態とする。
【００２４】
図２は、図１に示す撮像光学系１０１に備えられたフォーカシングレンズの位置と評価値との関係を示す図である。
【００２５】
図２において、フォーカシングレンズを至近状態から無限状態に移動させ、この際に得られる評価値をプロットすると、最も評価値の大きい位置が合焦位置となる。このようにして合焦位置を得る手法はコントラストＡＦと呼ばれている。
【００２６】
曲線２０１は、静止画撮影の際のナイキスト周波数における評価値の変化を示す。ナイキスト周波数において最も高いコントラストが得られる位置にフォーカシングレンズを位置づけると（つまり、合焦させると）、画像を拡大表示する際においても高いコントラストを有する画像を得ることができる。
【００２７】
ところで、焦点検出の際には速やかにフォーカシングレンズを合焦させる必要がある。そして、シャッタータイミングを逃さないために、画像の表示タイムラグなども短くする必要がある。このため、撮像素子１０２の全ての画素から信号を読み出すのではなく、画素を間引くか又は画素加算を行って結果的に読み出し画素を減らす読み出し手法が用いられる。よって、全ての画素を読み出す場合よりも、低い周波数帯域における評価値を用いて合焦させる必要がある。
【００２８】
曲線２０２は、画素を間引き読み出した際に、第１のＢＰＦ１０５で高域周波数を抽出した際に得られる評価値の変化を示す。一方、曲線２０３は画素を間引き読み出した際に、第２のＢＰＦ１０６で低域周波数を抽出した際の得られる評価値の変化を示す。曲線２０１〜２０３を参照すると、高域周波数、低域周波数、およびナイキスト周波数における合焦位置がずれることが分かる。この合焦位置のずれは、撮像光学系１０１におけるレンズの球面収差の影響によって空間周波数毎に合焦位置がずれることによって生じる。
【００２９】
前述の特許文献２においては、ずれ量に相当する補正値２０４および２０５を製造工程で予め測定してＲＯＭに記憶させる。そして、カメラで撮影の際に補正値２０４又は２０５で合焦位置の補正を行ってフォーカシングレンズを駆動し、フォーカシングレンズを補正された合焦位置に移動させている。
【００３０】
ここで、上記の補正値がカメラ（つまり、撮像光学系）毎に異なるか（個体差を有するか）について説明する。
【００３１】
撮像光学系に備えられたレンズの性能はその素材によって決定される屈折率とレンズの形状によって定まる。レンズの屈折率は素材に固有のものであるが、レンズの形状は加工精度によってばらつく。そして、レンズを加工する際には、製造上のばらつきを設計上の公差の範囲に入るようにする。一般に、公差であるばらつき範囲が大きければ製造しやすく、ばらつき範囲を狭くすると製造コストがアップする。
【００３２】
レンズ製造において生産されるレンズの肉厚には公差としてある程度のばらつきが許容されており、その結果、空間周波数毎の合焦位置のずれに個体差が生じてしまい、前途のように空間周波数に応じて合焦位置を補正する必要がある。近年、コンピュータシミュレーションによって、レンズ肉厚のばらつきと球面収差との関係を詳細に計算することができる。
【００３３】
図３は、図１に示す撮像光学系１０１に備えられたレンズの肉厚と空間周波数毎の合焦位置のずれとの関係を示す図である。
【００３４】
図３において、横軸は空間周波数を示し、縦軸はナイキスト周波数における合焦位置を基準とする合焦位置のずれ量を示す。そして、空間周波数３０１が全画素読み出しの際のナイキスト周波数である。ナイキスト周波数３０１から図中左（つまり、低周波数側）にいくに連れて合焦位置にずれが生じていることが分かる。
【００３５】
曲線３０５、３０６、および３０７は肉厚が互いに異なるレンズにおける合焦位置のずれの変化を示す。ここでは、曲線３０５、３０６、および３０７におけるレンズの肉厚をそれぞれＡ、Ｂ、およびＣとし、肉厚Ａ、Ｂ、およびＣはその誤差はいずれも公差内であるものとし、Ａ＞Ｂ＞Ｃである。そして、曲線３０７、３０６、および３０５の順にその変化がなだらかであることが分かる。
【００３６】
空間周波数３０２は、間引き読み出しの際の高帯域通過周波数であり、空間周波数３０３は間引き読み出しの際の低帯域通過周波数である。ここで、空間周波数３０２における合焦位置と空間周波数３０３における合焦位置との差である合焦位置ずれ量３０４に着目して、空間周波数３０２および３０３における合焦位置を測定した結果、そのずれ量が合焦位置ずれ量３０４に近似すれば、当該レンズの特性は曲線３０５に近似すると推定することができる。そして、このレンズは肉厚Ａのレンズであると推定することができる。この結果、図３から明らかなように、ナイキスト周波数における合焦位置も推定することができる。
【００３７】
ところで、図１に示すレンズ特性ＲＯＭ１１１には、例えば、図３に示す曲線３０５〜３０７がレンズ特性（レンズ特性情報）としてレンズ肉厚Ａ〜Ｃに対応付けて格納されている。なお、図３には肉厚がＡ〜Ｃのレンズに係る３つの曲線が示されている画、レンズ特性ＲＯＭ１１１には、多数の肉厚のレンズに係る曲線が格納されているものとする。
【００３８】
図４は、図１に示すマイクロコンピュータ１１０で行われる撮影制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【００３９】
ユーザ操作によって撮影が開始されると、マイクロコンピュータ１１０はレンズ駆動装置１０９を制御して、フォーカシングレンズを至近端位置に移動させる（ステップＳ４０１）。そして、マイクロコンピュータ１１０は撮像素子１０２を画素間引き読み出し駆動して、第１および第２の評価値生成回路１０７および１０８からそれぞれ第１および第２の評価値を得る（ステップＳ４０２）。
【００４０】
なお、図１に示す例では、撮像素子１０２の読み出し制御を行うための制御線は省略されている。また、第１および第２のＢＰＦ１０５および１０６では、第１のＢＰＦ１０５の方が第２のＢＰＦ１０６よりもその通過帯域が高周波帯域であるものとする。
【００４１】
続いて、マイクロコンピュータ１１０はフォーカシングレンズが無限端位置（無限位置）に位置するか否かを判定する（ステップＳ４０３）。フォーカシングレンズが無限位置に位置しないと（ステップＳ４０３において、ＮＯ）、マイクロコンピュータ１１０はレンズ駆動装置１０９を制御してフォーカシングレンズを無限端方向（無限方向）に１ステップ移動させる（ステップＳ４０４）。そして、マイクロコンピュータ１１０はステップＳ４０２の処理に戻って第１および第２の評価値を得る。
【００４２】
このようにして、ステップＳ４０２〜Ｓ４０５の動作を繰り返すと、マイクロコンピュータ１１０は至近端から無限端までについて１ステップ毎に第１および第２の評価値を得ることができる。
【００４３】
一方、フォーカシングレンズが無限位置に位置すると（ステップＳ４０３において、ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１１０は、上述のようにして得られた複数の第１の評価値に応じて第１の評価値曲線を求めるとともに、複数の第２の評価値に応じて第２の評価値曲線を求める。そして、マイクロコンピュータ１１０は第１の評価値曲線に応じて高周波数帯域における合焦位置である第１の合焦位置（高域合焦位置ともいう）を求める。さらに、マイクロコンピュータ１１０は第２の評価値曲線に応じて低周波数帯域における合焦位置である第２の合焦位置（低域合焦位置ともいう）を求める（ステップＳ４０５）。
【００４４】
続いて、マイクロコンピュータ１１０は第１の合焦位置と第２の合焦位置との差である合焦位置ずれ量を求める。マイクロコンピュータ１１０はレンズ特性ＲＯＭ１１１に格納されたレンズ特性を参照して当該合焦位置ずれ量に最も近似する合焦ずれ量の曲線を得て、当該曲線に応じてレンズ肉厚を特定する。そして、マイクロコンピュータ１１０は特定したレンズ肉厚（つまり、特定した曲線）における全画素読み出しの際のナイキスト周波数に係る合焦位置（以下ナイキスト合焦位置又は第３の合焦位置と呼ぶ）を求める（ステップＳ４０６）。
【００４５】
次に、マイクロコンピュータ１１０はナイキスト合焦位置に基づいて、レンズ駆動装置１０９を制御してフォーカシングレンズを光軸に沿って移動する（ステップＳ４０７）。そして、マイクロコンピュータ１１０は撮像素子１０２を全画素読み出しモードで駆動制御して撮影を実行する（ステップＳ４０８）。これによって、信号処理回路１０３で信号処理された画像データがメモリ１０４に格納される（ステップＳ４０９）。そして、マイクロコンピュータ１１０は撮影制御を終了する。
【００４６】
このようにして、フォーカシングレンズをナイキスト合焦位置に駆動制御すれば、カメラの正像工程において、予め撮像光学系１０１に備えられたレンズの特性を測定することなく、ナイキスト周波数において焦点検出を行うことができる。さらに、たとえ、雰囲気温度などに起因してレンズの肉厚の変動があったとしても、最適なナイキスト合焦位置を得ることができる。この結果、雰囲気温度などに起因して肉厚の変動が大きいレンズ材料を用いることができ、レンズ設計の際の材料選択の自由度が向上する。
【００４７】
ところで、まれに被写体自体に低域および高域の周波数が含まれていないことがある。このような場合には、マイクロコンピュータ１１０は次のようにして撮影制御、つまり、焦点検出制御を実行する。
【００４８】
図５は、図１に示すマイクロコンピュータ１１０で行われる測距の一例を説明するためのフローチャートである。
【００４９】
測距を開始すると、マイクロコンピュータ１１０はレンズ駆動装置１０９を制御してフォーカシングレンズを至近端から無限端に移動させつつ第１および第２の評価値を得て、第１および第２の評価値曲線の各々における山（つまり、ピーク）を検出する（ステップＳ５０１）。なお、ステップＳ５０１に係る処理は図４に示すステップＳ４０１からＳ４０５で説明した処理と同様の処理である。
【００５０】
続いて、マイクロコンピュータ１１０は低域周波数および高域周波数において合焦位置の判定が可能であるか否かを確認する（ステップＳ５０２）。低域周波数および高域周波数の双方で合焦位置の判定が可能であると（ステップＳ５０２において、ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１１０は第１および第２の評価値曲線における合焦位置の差を合焦位置履歴として内蔵メモリに保存する（ステップＳ５０３）。
【００５１】
例えば、白い壁に細い線が描かれた被写体の場合には、高域のＢＰＦ（つまり、第１のＢＰＦ１０５）を通過する信号は存在するが、低域のＢＰＦ（つまり、第２のＢＰＦ１０６）を通過する信号は存在しないので、正しく焦点を検出することができない。従って、低域周波数および高域周波数の少なくとも一方で合焦位置の判定が可能でないと（ステップＳ５０２において、ＮＯ）、マイクロコンピュータ１１０は以前にステップＳ５０３の処理を行った際に保存された合焦位置履歴が内蔵メモリに存在する否かを判定する（ステップＳ５０４）。
【００５２】
合焦位置履歴が内蔵メモリに存在すると（ステップＳ５０４において、ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１１０は合焦位置履歴が示す低域周波数および高域周波数の合焦位置の差であるずれ量を今回の焦点検出に用いる（ステップＳ５０５）。一方、合焦位置履歴が内蔵メモリに存在しないと（ステップＳ５０４において、ＮＯ）、マイクロコンピュータ１１０は設計の際のレンズの肉厚が中央である肉厚（例えば、肉厚Ｂ）のレンズにおける低域周波数および高域周波数の合焦位置の差であるずれ量を今回の焦点検出に用いる（ステップＳ５０６）。
【００５３】
ステップＳ５０３、Ｓ５０５、又はＳ５０６の処理に続いて、マイクロコンピュータ１１０は、図４に関連して説明したように、低域周波数および高域周波数の合焦位置の差であるずれ量に応じて全画素読み出しの際のナイキスト周波数における合焦位置を求める（ステップＳ５０７）。そして、マイクロコンピュータ１１０は測距を終了する。なお、図５で説明した測距終了の後、例えば、マイクロコンピュータ１１０は、図４で説明したステップＳ４０７以降の処理を実行する。
【００５４】
このように、本発明の第１の実施形態では、高域合焦位置および低域合焦位置に応じた合焦位置ずれ量に応じてレンズ肉厚を特定してナイキスト合焦位置を得るようにしたので、予め撮像光学系に備えられたレンズの特性を測定することなく、ナイキスト周波数において焦点検出を行うことができる。つまり、第１の実施形態では、製造工程においてレンズ毎に光学的特性（つまり、個体差）を測定することなく、測距系および撮像系における空間周波数毎の合焦位置のずれを吸収することができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの一例について説明する。
【００５６】
図６は、本発明の第２の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラで用いられる撮像素子の構成についてその一例を説明するための図である。そして、図６（ａ）は撮像素子の画素の断面図であり、図６（ｂ）は撮像素子の画素の正面図である。
【００５７】
撮像素子１０２は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を備えており、ここでは、画素の各々は、一対のフォトダイオード（ＰＤ）６０４および６０５を有するとともに半導体配線層６０３を有している。そして、ＰＤ６０４および６０５上にはカラーフィルタ６０２を介してマイクロレンズ（ＭＬ）６０１が配置されている。
【００５８】
図示の画素構造を備える撮像素子１０２においては、ＰＤ６０４および６０５から得られる信号を加算すれば、画素信号が得られ、ＰＤ６０４および６０５を別々に読み出し制御すれば、図中左右に瞳分割した像信号が得られる。ここでは、ＰＤ６０４から得られる像信号をＡ像と呼び、ＰＤ６０５から得られる像信号をＢ像と呼ぶ。
【００５９】
フォーカシングレンズが合焦位置にある際には、Ａ像とＢ像は一致して位相差が存在しない。そして、デフォーカス量に応じてＡ像およびＢ像が左右にずれる。このＡ像とＢ像とのずれ量を測定してデフォーカス量を求める焦点検出手法は位相差検出方式として知られている。
【００６０】
図７は、本発明の第２の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの一例をについてその構成を示すブロック図である。なお、図７において図１に示すカメラと同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００６１】
図７に示すカメラは、第１および第２のＢＰＦ装置７０４および７０５を備えており、さらに第１および第２の相関演算回路７０２および７０３と加算回路７０１を有している。第１のＢＰＦ装置７０４は、図１で説明した第１のＢＰＦ１０５を２つ（つまり、第１のＢＰＦ１０５ａおよび１０５ｂ）備えており、同様に、第２のＢＰＦ装置７０５は、図１で説明した第２のＢＰＦ１０６を２つ（つまり、第２のＢＰＦ１０６ａおよび１０６ｂ）備えている。
【００６２】
前述のように、撮像素子１０２ａからはＡ像およびＢ像が出力され、加算回路７０１はＡ像およびＢ像を加算して画像信号として信号処理回路１０３に送る。そして、信号処理回路１０３は、前述したようにして、画像信号に対して所定の信号処理を行って画像データをメモリ１０４に格納する。
【００６３】
Ａ像は第１および第２のＢＰＦ１０５および１０６に入力され、同様に、Ｂ像は第１および第２のＢＰＦ１０５および１０６に入力される。第１のＢＰＦ１０５ａおよび１０５ｂはそれぞれＡ像およびＢ像をフィルタリングして第１のＡ像ＢＰＦ信号および第１のＢ像ＢＰＦ信号を出力する。同様にして、第２のＢＰＦ１０６ａおよび１０６ｂはそれぞれＡ像およびＢ像をフィルタリングして第２のＡ像ＢＰＦ信号および第２のＢ像ＢＰＦ信号を出力する。
【００６４】
第１の相関演算回路７０２は第１のＡ像ＢＰＦ信号および第１のＢ像ＢＰＦ信号を受けて、第１のＡ像ＢＰＦ信号および第１のＢ像ＢＰＦ信号の相関を演算してそのずれ量を求める。例えば、第１の相関演算回路７０２はＡ像およびＢ像を所定量ずつずらして、Ａ像とＢ像との一致度が最も高くなった（つまり、相関が高くなった）状態におけるずれ量を第１の像ずれ量として出力する。
【００６５】
同様にして、第２の相関演算回路７０３は第２のＡ像ＢＰＦ信号および第２のＢ像ＢＰＦ信号を受けて、第２のＡ像ＢＰＦ信号および第２のＢ像ＢＰＦ信号の相関を演算してそのずれ量を求める。例えば、第２の相関演算回路７０３はＡ像およびＢ像を所定量ずつずらして、Ａ像とＢ像との一致度が最も高くなった状態におけるずれ量を第２の像ずれ量として出力する。
【００６６】
マイクロコンピュータ１１０は第１および第２の像ずれ量を受けて、これら第１および第２の像ずれ量に対してそれぞれＡ像およびＢ像の基線長で決定される定数Ｋを乗算して第１および第２のデフォーカス量を求める。ここで、第１および第２の像ずれ量は第１および第２のＢＰＦにおける通過周波数帯域の相違に起因して互いに異なるずれ量となる。
【００６７】
マイクロコンピュータ１１０は第１および第２のデフォーカス量の差（以下デフォーカス差分と呼ぶ）を求める。そして、マイクロコンピュータ１１０は、当該デフォーカス差分に基づいてレンズ特性ＲＯＭ１１１を検索して、当該デフォーカス差分に最も近いずれ量を有するレンズ特性を得て、当該レンズ特性に応じてナイキスト周波数における合焦位置を求める。
【００６８】
図８は、図７に示すマイクロコンピュータで行われる撮影制御の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図８において、図４に示すフローチャートに係る処理と同一の処理については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６９】
ユーザ操作によって撮影が開始されると、マイクロコンピュータ１１０は、前述したようにして、撮像素子１０２ａを間引き読み出し駆動して、第１および第２の相関演算回路７０２および７０３からそれぞれ第１および第２の像ずれ量を取得する（ステップＳ８０１）。そして、マイクロコンピュータ１１０は第１および第２の像ずれ量に応じて第１および第２のデフォーカス量を求める。つまり、マイクロコンピュータ１１０は第１および第２の像ずれ量に基づいて低域周波数および高域周波数の合焦位置（つまり、第１および第２の合焦位置）を求めることになる（ステップＳ８０２）。
【００７０】
続いて、マイクロコンピュータ１１０は、図４で説明したステップＳ４０６の処理を行う。つまり、マイクロコンピュータ１１０は第１の合焦位置と第２の合焦位置との差である合焦位置ずれ量を求める。そして、マイクロコンピュータ１１０はレンズ特性ＲＯＭ１１１に格納されたレンズ特性を参照して当該合焦位置ずれ量に最も近似する合焦ずれ量の曲線を得て、全画素読み出しの際のナイキスト合焦位置を求める。
【００７１】
その後、マイクロコンピュータ１１０は、図４で説明したステップＳ４０７に進み、ナイキスト合焦位置に基づいてレンズ駆動装置１０９を制御してフォーカシングレンズを移動する。そして、マイクロコンピュータ１１０は、ステップＳ４０８で撮像素子１０２ａを全画素読み出しモードで駆動制御して撮影を実行し、ステップＳ４０９で信号処理回路１０３で信号処理された画像データをメモリ１０４に格納する（ステップＳ４０９）。そして、マイクロコンピュータ１１０は撮影制御を終了する。
【００７２】
このように、本発明の第２の実施形態ではＡ像とＢ像とのずれ量に応じてフォーカス制御を行う位相差検出方式においても、高域合焦位置および低域合焦位置に応じた合焦位置ずれ量に応じてレンズ肉厚を特定してナイキスト合焦位置を得るようにしたので、予め撮像光学系に備えられたレンズの特性を測定することなく、ナイキスト周波数において焦点検出を行うことができる。
【００７３】
なお、上述の第１および第２の実施形態において、絞り又はズームポジションなどの撮影条件によってレンズ特性が変化する場合には、当該撮影条件毎にレンズ特性ＲＯＭ１１１にレンズ肉厚に応じた合焦位置と空間周波数との関係を示す曲線を予め格納しておき、撮影の都度、撮影条件に合致する曲線を用いて上述の処理を行うことになる。
【００７４】
上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、レンズ特性ＲＯＭ１１１が記憶手段として用いられ、第１のＢＰＦ１０５、第２のＢＰＦ１０６、第１の評価値生成回路１０７、第２の評価値生成回路１０７、およびマイクロコンピュータ１１０が合焦位置算出手段として機能する。さらに、マイクロコンピュータ１１０は合焦位置判定手段として機能する。
【００７５】
また、第１の評価値生成回路１０７、第２の評価値生成回路１０７、およびマイクロコンピュータ１１０は演算手段として機能し、マイクロコンピュータ１１０およびレンズ駆動装置１０９は駆動制御手段として機能する。
【００７６】
なお、図１に示す例では、少なくとも撮像素子１１０２、第１のＢＰＦ１０５、第２のＢＰＦ１０６、第１の評価値生成回路１０７、第２の評価値生成回路１０７、マイクロコンピュータ１１０、およびレンズ特性ＲＯＭ１１１が焦点検出装置を構成する。
【００７７】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、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。
【００７８】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を焦点検出装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを焦点検出装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【００７９】
上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも合焦位置算出ステップおよび合焦位置判定ステップを有している。
【００８０】
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。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００８１】
１０１  撮像光学系（レンズ）
１０２，１０２ａ  撮像素子
１０３  信号処理回路
１０４  メモリ
１０５，１０６  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１０７，１０８  評価値生成回路
１０９  レンズ駆動装置
１１０  マイクロコンピュータ
１１１…レンズ特性ＲＯＭ
７０２，７０３  相関演算回路
【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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