【手続補正書】
【提出日】平成29年4月7日(2017.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】焦点検出装置及び撮像装置、及び、焦点検出方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は焦点検出装置及び該焦点検出装置を有する撮像装置、及び、焦点検出方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、被写体の光学像を形成する結像光学系の異なる瞳領域を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して得られた第１及び第２の画素信号を用いて、前記被写体の焦点状態を検出する本発明の焦点検出装置は、前記第１及び第２の画素信号から前記被写体の焦点状態を検出する検出手段と、前記第１及び第２の画素信号を、それぞれ予め決められた加算数ずつ加算する加算手段と、前記加算手段により加算された前記第１及び第２の画素信号を相対的にシフトし、シフトした後に対応する前記第１の画素信号と第２の画素信号をそれぞれ加算した信号のコントラスト評価値を求める算出手段と、前記コントラスト評価値からデフォーカス量を検出する焦点検出手段とを有し、前記加算手段は、前記検出手段により検出された焦点状態に応じて、前記加算数を設定する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図２に示す撮像素子１０６の１つの画素２００Ｇを、撮像素子１０６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。図３に示すように、本実施形態の画素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、ｐ型基盤３００内にｘ方向にＮＨ分割（２分割）、ｙ方向にＮＶ分割（１分割）されたｎ型の光電変換部３０１及び３０２が形成される。光電変換部３０１及び３０２が、それぞれ、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に対応する。光電変換部３０１及び３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしても良いし、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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
Ｓ２３０では、第２画素加算処理した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、第２フィルター処理を行う。本第１の実施形態の第２フィルター処理の通過帯域例を、図９の破線９０３で示す。本実施形態では、リフォーカス方式の第２の焦点検出により、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。従って、第２フィルター処理の通過帯域は、第１フィルター処理の通過帯域よりも、高周波帯域を含むように構成する。必要に応じて、第２フィルター処理に被写体信号のエッジ抽出を行うラプラシアン型（２階微分型）［１、−２、１］フィルターを用いて、図９の点線９０４で示すように第２フィルター処理の通過帯域をより高周波帯域に構成しても良い。被写体の高周波成分を抽出して第２の焦点検出を行うことにより、焦点検出精度をより向上することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図１２に、本実施形態におけるリフォーカス方式の第２の焦点検出により得られた第２検出デフォーカス量（実線）の例を示す。横軸は、最良合焦位置をデフォーカス量０［ｍｍ］とした設定デフォーカス量であり、縦軸は検出デフォーカス量である。図１０に示した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号は、図１２の設定デフォーカス量０［ｍｍ］である最良合焦位置における、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０［ｍｍ］の最良合焦位置において、第２の焦点検出による第２検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）は、第１の焦点検出による第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１）よりも小さく抑制され、高精度に焦点検出できることがわかる。従って、本実施形態では、結像光学系の設定デフォーカス量０［ｍｍ］の最良合焦位置近傍において、リフォーカス方式の第２の焦点検出の方が、位相差方式の第１の焦点検出より、高精度に焦点検出できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
図１８は、本実施形態におけるリフォーカス可能範囲の概略説明図である。図１８において、図５及び図６と同様の部分には、同じ符号を付して示す。許容錯乱円を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±Ｆδである。これに対して、ＮＨ×ＮＶ（２×１）分割されて狭くなった瞳部分領域４０１の水平方向の実効絞り値Ｆ０１は、Ｆ０１＝ＮＨＦと暗くなる。第１焦点検出信号毎の実効的な被写界深度は±ＮＨＦδと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±ＮＨＦδ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）毎に合焦した被写体像が取得されている。瞳部分領域４０２の水平方向の実効絞り値Ｆ０２についても同様であり、Ｆ０２＝ＮＨＦと暗くなり、第２焦点検出信号毎の実効的な被写界深度は±ＮＨＦδとＮＨ倍深くなる。この実効的な被写界深度の範囲内で、第２焦点検出信号毎に合焦した被写体像が取得されている。よって、図１３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）を平行移動す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デフォーカス量ｄは限定されており、デフォーカス量ｄのリフォーカス可能範囲は、概ね式（３）に示す範囲である。
｜ｄ｜≦ＮＨＦδ      …（３）
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
Ｓ２０１２では第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２をデフォーカス量Ｄｅｆに設定し、Ｓ２０１３に進む。Ｓ２０１３でカメラマイコン１１４は、デフォーカス量Ｄｅｆの大きさが合焦していると見なすことのできる所定値ｓより大きいかどうか判定する。デフォーカス量Ｄｅｆの大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値ｓより大きい場合は、Ｓ２０１４で、デフォーカス量Ｄｅｆ２に応じてフォーカスレンズ１０５のレンズ駆動を行い、処理を終了する。Ｓ２０１３にて検出されたデフォーカス量Ｄｅｆの大きさ｜Ｄｅｆ２｜が所定値ｓ以下の場合は、レンズ駆動を行わずに焦点調節動作を終了する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
上記の通り第２の実施形態によれば、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、高精度な焦点検出が可能となる。なお、第２の実施形態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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学像を形成する結像光学系の異なる瞳領域を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して得られた第１及び第２の画素信号を用いて、前記被写体の焦点状態を検出する焦点検出装置において、
前記第１及び第２の画素信号から前記被写体の焦点状態を検出する検出手段と、
前記第１及び第２の画素信号を、それぞれ予め決められた加算数ずつ加算する加算手段と、
前記加算手段により加算された前記第１及び第２の画素信号を相対的にシフトし、シフトした後に対応する前記第１の画素信号と第２の画素信号をそれぞれ加算した信号のコントラスト評価値を求める算出手段と、
前記コントラスト評価値からデフォーカス量を検出する焦点検出手段とを有し、
前記加算手段は、前記検出手段により検出された焦点状態に応じて、前記加算数を設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記第１の画素信号と第２の画素信号との間の位相差に基づいて、焦点状態を検出す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】
焦点調節に用いる値として、前記位相差と、前記デフォーカス量のいずれかを選択する選択手段を更に有し、
前記選択手段は、前記焦点状態が予め決められた状態よりも低い場合に、前記位相差を選択することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の画素信号は、複数の光電変換部を有する画素から、各光電変換部ごとに出力される信号であって、
前記検出手段は、前記第１及び第２の画素信号を画素ごとに加算した画像信号のコントラストに基づいて、焦点状態を検出す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５】
前記加算手段は、前記焦点状態が予め決められた状態よりも低い場合に、高い場合よりも、前記加算数を多くすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記加算手段は、前記焦点状態が前記予め決められた状態よりも高い状態を示す予め決められた閾値を超える場合に、前記加算を行わない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】
前記加算手段は、前記結像光学系の開口径が予め決められた開口径よりも大きい場合に、小さい場合よりも、前記加算数を多くすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記算出手段は、前記加算手段により加算された前記第１及び第２の画素信号を、前記異なる瞳領域を通過したそれぞれの入射角に基づいて相対的にシフトして加算することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項９】
前記算出手段は、前記加算数に関わらず、前記加算手段により加算された一定の数の前記第１及び第２の画素信号を用いて前記コントラスト評価値を求めることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項１０】
被写体の光学像を形成する結像光学系の異なる瞳領域を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して第１及び第２の画像信号を出力する撮像手段と、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
前記焦点検出装置により検出された前記デフォーカス量に基づいて、焦点調節を行う焦点調節手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
被写体の光学像を形成する結像光学系の異なる瞳領域を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して得られた第１及び第２の画素信号を用いて、前記被写体の焦点状態を検出する焦点検出方法において、
検出手段が、前記第１及び第２の画素信号から前記被写体の焦点状態を検出する検出工程と、
加算手段が、前記第１及び第２の画素信号を、それぞれ予め決められた加算数ずつ加算する加算工程と、
算出手段が、前記加算工程で加算された前記第１及び第２の画素信号を相対的にシフトし、シフトした後に対応する前記第１の画素信号と第２の画素信号をそれぞれ加算した信号のコントラスト評価値を求める算出工程と、
焦点検出手段が、前記コントラスト評価値からデフォーカス量を検出する焦点検出工程とを有し、
前記加算工程では、前記検出工程で検出された焦点状態に応じて、前記加算数を設定することを特徴とする焦点検出方法。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2015200826.tif 000001