CN107346056B - 焦点检测装置以及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种焦点检测装置以及摄像装置。焦点检测装置，包括：图像传感器，包括具有多个焦点检测像素的多个焦点检测像素列，多个焦点检测像素列各自输出一对焦点检测信号；空间累计部，对多个焦点检测像素列中的第一预定数的焦点检测像素列分别输出的一对焦点检测信号进行累计，计算空间累计值；以及焦点检测部，基于空间累计值，检测光学系统的焦点状态。

Description

焦点检测装置以及摄像装置
本申请是国际申请日为2013年9月20日、国际申请号为PCT/JP2013/075419、国家申请号为201380051161.7、发明名称为“焦点检测装置以及摄像装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及焦点检测装置以及摄像装置。
背景技术
将由微透镜和配置在其背后的一对光电转换部构成的焦点检测像素排列在摄影透镜的预定焦点面上。由此，生成与通过光学系统的一对焦点检测光束所形成的一对像对应的一对像信号。通过检测该一对像信号间的像偏差量(相位差)，检测摄影透镜的焦点调节状态(散焦量)。公知进行这样的动作的所谓的光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测装置。
从如上所述的焦点检测像素和摄像像素混合的摄像元件(图像传感器)以恒定帧时间间隔读取焦点检测像素以及摄像像素的信号，并且一并进行即时预览显示和焦点检测。与此同时地，在过去多帧期间，存储每帧的焦点检测像素的信号。在仅根据最新帧的焦点检测像素的信号的情况下输出电平不足而不能进行焦点检测时，将存储的过去多帧期间的焦点检测像素的信号相加而进行时间累计。公知由此使用输出电平提高的焦点检测像素的信号来进行焦点检测的焦点检测装置(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-85738号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的焦点检测装置中，存在如下的问题点：存在对移动的被摄体的焦点检测结果产生误差的情况。
用于解决课题的技术方案
根据本发明的第1方式，焦点检测装置，包括：图像传感器，包括具有多个焦点检测像素的多个焦点检测像素列，所述多个焦点检测像素列分别输出一对焦点检测信号；空间累计部，对多个焦点检测像素列中的第一预定数的焦点检测像素列分别输出的一对焦点检测信号进行累计而计算空间累计值；以及焦点检测部，基于空间累计值，检测光学系统的焦点状态。
根据本发明的第2方式，优选的是，在第1方式的焦点检测装置中，还包括时间累计部，该时间累计部计算基于空间累计值的时间累计值。第一预定数的焦点检测像素列的各焦点检测像素列每隔预定间隔重复输出一对焦点检测信号，每当各焦点检测像素列每隔预定间隔重复输出一对焦点检测信号时，空间累计部对第一预定数的焦点检测像素列输出的一对焦点检测信号分别进行累计来重复计算空间累计值，时间累计部通过对由空间累计部重复计算空间累计值而得到的第二预定数的空间累计值进行累计来计算时间累计值，焦点检测部根据空间累计值和基于空间累计值的时间累计值中的任一个，检测焦点状态。
根据本发明的第3方式，优选的是，在第2方式的焦点检测装置中，各焦点检测像素列由多个焦点检测像素沿着预定方向排列而构成，每隔预定间隔通过光电转换重复输出与基于一对焦点检测光束的一对像对应的一对焦点检测信号。
根据本发明的第4方式，优选的是，在第3方式的焦点检测装置中，在焦点检测部基于时间累计值来检测焦点状态时，以使基于一对焦点检测信号的评价值大于预定阈值的方式，确定第一预定数和第二预定数。
根据本发明的第5方式，优选的是，在第4方式的焦点检测装置中，在焦点检测部基于空间累计值来检测焦点状态时，评价值是基于空间累计值的第一累计值，以使第一累计值大于预定阈值的方式在不超过最大数的范围内确定第一预定数且将第二预定数确定为0，在焦点检测部基于时间累计值来检测焦点状态时，评价值是基于时间累计值的第二累计值，以使第二累计值大于预定阈值的方式将第一预定数确定为最大数且确定第二预定数。
根据本发明的第6方式，优选的是，在第5方式的焦点检测装置中，还包括存储装置，每当各焦点检测像素列每隔预定间隔重复输出一对焦点检测信号时，所述存储装置存储一对焦点检测信号。空间累计部对由存储装置存储的一对焦点检测信号分别进行累计，计算空间累计值。
根据本发明的第7方式，优选的是，在第5方式的焦点检测装置中，还包括存储装置，每当各焦点检测像素列每隔预定间隔重复输出一对焦点检测信号时，所述存储装置存储由空间累计部计算出的空间累计值。时间累计部通过对由存储装置存储的第二预定数的空间累计值进行累计，计算时间累计值。
根据本发明的第8方式，优选的是，在第5方式的焦点检测装置中，还包括存储装置，每当各焦点检测像素列每隔预定间隔重复输出一对焦点检测信号时，所述存储装置存储由时间累计部计算出的时间累计值。焦点检测部在基于时间累计值来检测焦点状态时，基于由存储装置存储的时间累计值来检测焦点状态。
根据本发明的第9方式，优选的是，在第4方式的焦点检测装置中，还包括移动量检测部，该移动量检测部检测预定间隔的期间的一对像的移动量。在焦点检测部基于时间累计值来检测焦点状态时，以移动量越大则第二预定数与第一预定数相比越小的方式，且以第一预定数和第二预定数之积大致等于与评价值和预定阈值对应的恒定值的方式，确定第一预定数和第二预定数。
根据本发明的第10方式，优选的是，在第5至第8中的任一个方式的焦点检测装置中，第一累计值以及第二累计值对应于空间累计值以及时间累计值各自的平均值、空间累计值以及时间累计值各自的最大值、空间累计值以及时间累计值各自的最大值与最小值之差中的任一个。
根据本发明的第11方式，优选的是，在第9方式的焦点检测装置中，评价值对应于一对焦点检测信号的平均值、一对焦点检测信号的最大值、一对焦点检测信号的最大值与最小值之差中的任一个。
根据本发明的第12方式，优选的是，在第3至第11中的任一个方式的焦点检测装置中，多个焦点检测像素分别具有供一对焦点检测光束透过的微透镜以及沿着预定方向排列且接受一对焦点检测光束并进行光电转换的一对光电转换部，一对光电转换部和一对焦点检测光束所通过的在光学系统的出瞳中与预定方向平行地排列的一对区域，通过微透镜彼此成为共轭关系。
根据本发明的第13方式，优选的是，在第12方式的焦点检测装置中，多个摄像像素与多个焦点检测像素混合配置于图像传感器，所述多个摄像像素接受通过光学系统的来自被摄体的摄影光束，并每隔预定间隔通过光电转换输出与被摄体像对应的被摄体像信号。
根据本发明的第14方式，优选的是，在第3方式的焦点检测装置中，构成各焦点检测像素列的多个焦点检测像素接受通过光学系统的出瞳中的与预定方向平行地排列的一对区域的一对焦点检测光束，多个焦点检测像素列彼此并列设置。
根据本发明的第15方式，摄像装置，包括：第1至第14中的任一个方式的焦点检测装置；驱动部，基于由焦点检测部检测出的焦点状态，将光学系统向对焦位置驱动；以及取得部，在光学系统位于对焦位置时，基于通过光学系统的来自被摄体的摄影光束，取得图像数据。
发明效果
根据本发明，焦点检测装置能够进行高精度的焦点检测。
附图说明
图1是表示数码相机的结构的横剖视图。
图2是详细表示摄像元件以及机身驱动控制装置的关系的框图。
图3是表示摄影画面上的焦点检测区域的图。
图4是表示摄像元件的详细结构的主视图。
图5是表示摄像元件的详细结构的主视图。
图6是表示使用了微透镜的光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测光学系统的结构的图。
图7是用于说明摄像元件的摄像像素所接受的摄影光束的情形的图。
图8是表示包括数码相机的焦点检测动作在内的摄像动作的流程图。
图9是焦点检测用数据的生成的处理流程图。
图10是表示空间累计处理的情形的图。
图11是表示时间累计处理的情形的图。
图12是焦点检测用数据的生成的处理动作的时序图。
图13是焦点检测用数据的生成的处理流程图。
图14是表示时间累计处理的情形的图。
图15是焦点检测用数据的生成的处理流程图。
图16是用于说明确定空间累计次数和时间累计次数的处理的详细内容的图表。
图17是表示摄像元件的详细结构的主视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是表示作为包括本发明的第一实施方式中的焦点检测装置在内的摄像装置的镜头更换式数码相机201的结构的横剖视图。数码相机201由可换镜头202和相机机身203构成。各种可换镜头202通过固定架部204安装于相机机身203。
可换镜头202包括透镜209、变焦用透镜208、聚焦用透镜210、光圈211、透镜驱动控制装置206等。透镜驱动控制装置206由未图示的微型计算机、存储器、驱动控制电路等构成。透镜驱动控制装置206进行用于聚焦用透镜210的焦点调节、光圈211的开口直径调节的驱动控制，并且进行变焦用透镜208、聚焦用透镜210以及光圈211的状态检测等。除此之外，透镜驱动控制装置206通过与后述的机身驱动控制装置214的通信，进行透镜信息的发送以及相机信息的接收。在光圈211中为了进行光量以及模糊量调整而在光轴中心形成开口直径可变的开口。
相机机身203包括摄像元件(图像传感器)212、机身驱动控制装置214、液晶显示元件驱动电路215、液晶显示元件216、目镜217、存储卡219等。在摄像元件212中，呈二维状配置有多个摄像像素，并且在与焦点检测位置对应的部分插入有多个焦点检测像素。关于该摄像元件212，在后文中叙述详细内容。
机身驱动控制装置214包括微型计算机、存储器、驱动控制电路等。机身驱动控制装置214重复进行摄像元件212的驱动控制、图像信号以及焦点检测信号的读取、基于焦点检测信号的焦点检测运算以及可换镜头202的焦点调节，并且进行图像信号的处理及记录、相机的动作控制等。机身驱动控制装置214经由电触点213与透镜驱动控制装置206进行通信，进行透镜信息的接收以及相机信息(散焦量、光圈值等)的发送。
液晶显示元件216作为电子取景器(EVF：Electronic View Finder)发挥功能。液晶显示元件驱动电路215基于由摄像元件212得到的图像信号，将实时取景图像显示于液晶显示元件216。摄影者能够通过目镜217观察该实时取景图像。存储卡219是存储基于由摄像元件212拍摄到的图像信号而生成的图像数据的图像存储器。
根据通过了可换镜头202的光束，在摄像元件212的受光面上形成被摄体像。该被摄体像通过摄像元件212进行光电转换，图像信号和焦点检测信号被传送到机身驱动控制装置214。
机身驱动控制装置214基于来自摄像元件212的焦点检测像素的焦点检测信号而计算散焦量，并将该散焦量向透镜驱动控制装置206传送。并且，机身驱动控制装置214对来自摄像元件212的图像信号进行处理而生成图像数据，并存储在存储卡219中。与此同时地，机身驱动控制装置214将来自摄像元件212的实时取景图像信号传送到液晶显示元件驱动电路215，并使实时取景图像显示于液晶显示元件216。进而，机身驱动控制装置214向透镜驱动控制装置206传送光圈控制信息，进行光圈211的开口控制。
透镜驱动控制装置206根据聚焦状态、变焦状态、光圈设定状态、光圈开放F值等来更新透镜信息。具体而言，检测变焦用透镜208和聚焦用透镜210的位置以及光圈211的光圈值，且根据这些透镜位置和光圈值来运算透镜信息，或者从预先准备的查找表中选择与透镜位置和光圈值对应的透镜信息。
透镜驱动控制装置206基于接收到的散焦量来计算透镜驱动量，并根据透镜驱动量而将聚焦用透镜210向对焦位置驱动。并且，透镜驱动控制装置206根据接收到的光圈值来驱动光圈211。
图2是详细地表示与本发明相关的摄像元件212以及机身驱动控制装置214的关系的框图。如图2所示，在机身驱动控制装置214内容纳有摄像元件控制部220、缓冲存储器221、CPU(微型计算机)222、内部存储器223。摄像元件212根据摄像元件控制部220的控制，进行摄像像素以及焦点检测像素的电荷蓄积控制(电荷蓄积时间以及电荷蓄积定时)、图像信号以及焦点检测信号的输出控制。与由摄像元件控制部212从摄像元件212读取的被摄体像对应的图像信号以及与后述的一对像对应的焦点检测信号在接受了信号放大或AD转换的前处理之后，作为1帧量的数据而临时地存储于缓冲存储器221。CPU222对存储于缓冲存储器221的1帧量的数据中的图像信号进行公知的图像处理并进行图像显示、图像记录，并且对存储于缓冲存储器221的1帧量的数据中的焦点检测信号进行后述的焦点检测处理。内部存储器223是用于存储过去的多帧量的焦点检测信号的存储器。CPU222在焦点检测处理中参考在内部存储器223中存储的过去帧的焦点检测信号。当结束对最新帧的焦点检测信号的焦点检测处理时，临时存储于缓冲存储器221的最新帧的数据中的焦点检测信号被移送到内部存储器223。内部存储器223成为FILO(first in last out，先进后出)的栈结构，在内部存储器223中依次更新记录最近的过去的预定多帧量的焦点检测信号。
图3是表示摄影画面上的焦点检测区域的图，是在基于后述的摄像元件212上的焦点检测像素列进行的焦点检测时，在摄影画面上对像进行采样的区域(焦点检测区域、焦点检测位置)的一例。在该例中，在矩形的摄影画面100上的中央配置有焦点检测区域101。与以长方形表示的焦点检测区域101对应地排列有焦点检测像素。
图4、图5是表示摄像元件212的详细结构的主视图，是放大表示摄像元件212上的焦点检测区域101内的图。图4表示摄像像素310以及焦点检测像素311的布局。在图4中，在摄像元件212上，摄像像素310以及焦点检测像素311混合且呈二维正方格子状密集地排列。在沿着水平方向延伸的多个像素列的各列中，焦点检测像素311每隔1个像素地进行配置，从而形成焦点检测像素列L1～L8。图5表示在图4所示的摄像像素310以及焦点检测像素311中配置的颜色滤波器的排列。在摄像像素310以及焦点检测像素311中，根据拜尔排列的规则而配置有颜色滤波器、红色滤波器R、绿色滤波器G、蓝色滤波器B。红色滤波器R、绿色滤波器G以及蓝色滤波器B分别在不同的波长中表示较高的光谱灵敏度。焦点检测像素311具备绿色滤波器G。根据在水平方向的焦点检测像素列L1～L8的各列配置的多个焦点检测像素311的数据(焦点检测信号)，进行水平方向的相位差检测。配置在焦点检测像素列L1的多个焦点检测像素311的数据是用于一般的焦点检测的数据。根据状况，分别配置于焦点检测像素列L2～L8的多个焦点检测像素311的数据被累计到与它们对应的配置于焦点检测像素列L1的多个焦点检测像素311的数据，该累计值用于焦点检测。由于这样的累计是配置在空间上彼此不同的位置的焦点检测像素311的数据之间的累计，因此将这样的累计称为空间累计。
摄像像素310包括矩形的微透镜10和通过未图示的遮光掩模限制了受光区域的光电转换部11。焦点检测像素311由矩形的微透镜10和一对光电转换部13及14构成，该一对光电转换部13、14是利用沿垂直方向延伸的元件分离区域15将摄像像素310的光电转换部11分割成两部分而得到的。另外，为了简洁起见，在图4中未图示颜色滤波器。
摄像像素310设计成如下形状：光电转换部11全部接受利用微透镜10而通过最明亮的可换镜头202的出瞳直径(例如，F1.0)的摄影光束。此外，焦点检测像素311设计成如下形状：光电转换部13、14分别接受利用微透镜10而通过可换镜头202的出瞳中的与一对光电转换部13、14的并列方向平行地排列的一对区域的一对焦点检测光束。
图6表示使用了微透镜10的光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测光学系统的结构。图6示意性地放大表示在焦点检测区域101中的水平方向的焦点检测像素列L1配置的摄影光轴91附近的相邻的3个焦点检测像素311以及2个摄像像素310。在图6中，出瞳90设定在从配置在可换镜头202(参照图1)的预定成像面上的微透镜10向前方隔开距离d的位置。该距离d是根据微透镜10的曲率以及折射率、微透镜10和光电转换部13、14之间的距离等而确定的距离，在本说明书中将该距离d称为测距光瞳距离。在图6中，除此之外，还示出了可换镜头的光轴91、微透镜10、光电转换部13、14、焦点检测像素311、摄像像素310、焦点检测光束73、74。
测距光瞳93是由微透镜10对通过遮光掩模的开口部限制了受光区域的光电转换部13进行投影而形成的。同样地，测距光瞳94是由微透镜10对通过遮光掩模的开口部而限制了受光区域的光电转换部14进行投影而形成的。一对测距光瞳93、94相对于通过光轴91的垂直线呈线对称的形状。一对测距光瞳93、94对应于上述的一对区域。通过微透镜10，一对光电转换部13、14和上述的一对区域即一对测距光瞳93、94彼此成为共轭关系。
在配置于焦点检测区域101的水平方向的焦点检测像素列L1～L8的全部焦点检测像素311中，一对光电转换部13、14沿着与构成焦点检测像素列的焦点检测像素相同的水平方向并列。一对光电转换部13、14接受从各自对应地沿着与一对光电转换部13、14的并列方向相同的方向并列的一对测距光瞳93、94来到各微透镜的一对焦点检测光束73、74。当构成各焦点检测像素列的多个焦点检测像素311各自包含的一对光电转换部13、14接受一对焦点检测光束73、74时，通过光电转换，每隔预定帧间隔重复输出与基于一对焦点检测光束73、74的一对像对应的一对像信号。
通过以上的结构，光电转换部13输出与由通过测距光瞳93而朝向焦点检测像素311的微透镜10的焦点检测光束73在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。并且，光电转换部14输出与由通过测距光瞳94而朝向焦点检测像素311的微透镜10的焦点检测光束74在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。
在水平方向的焦点检测像素列L1排列的焦点检测像素311中，将各焦点检测像素311的光电转换部13、14的输出汇集到与测距光瞳93以及测距光瞳94分别对应的输出组。由此，得到与分别通过测距光瞳93以及测距光瞳94的焦点检测用光束73、74在水平方向的焦点检测像素列L1所包含的多个焦点检测像素311的排列上形成的一对像的强度分布相关的信息。通过对该信息实施像偏差检测运算处理(相关运算处理、相位差检测处理)，通过所谓的光瞳分割型相位差检测方式检测出水平方向的焦点检测像素列L1中的水平方向的一对像的像偏差量。
同样地，能够使用在水平方向的焦点检测像素列L2～L8中排列的焦点检测像素311的光电转换部13、14的输出，检测各焦点检测像素列中的水平方向的一对像的像偏差量。
进而，通过对像偏差量进行与一对测距光瞳93、94的重心间隔和测距光瞳距离的比例关系对应的转换运算，计算出当前的成像面相对于预定成像面的偏差(散焦量)。具体而言，对与光轴91垂直的面内的像偏差量乘以预定的转换系数，从而计算出散焦量即光轴91的方向上的成像面和预定成像面的偏差。预定的转换系数作为将测距光瞳距离d除以测距光瞳93、94的重心间隔的值而得到。
图7是用于与图6比较来说明图4所示的摄像元件212的摄像像素310所接受的摄影光束的情形的图。图7示意性地放大表示在与水平方向的焦点检测像素列L1相邻的水平方向的摄像像素列中配置的摄影光轴91附近的相邻的5个摄像像素310。另外，省略与图6重复的部分的说明。
摄像像素310由微透镜10和配置在其背后的光电转换部11等构成。与光电转换部11相邻配置的遮光掩模的开口部的形状在从微透镜10隔开测距光瞳距离d的出瞳90上投影。该投影形状形成大致与测距光瞳93、94外接的区域95。光电转换部11输出与由通过区域95而朝向微透镜10的摄影光束71在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。即，多个摄像像素310接受通过可换镜头202的来自被摄体的摄影光束71，并通过光电转换每隔预定帧间隔输出与被摄体像对应的被摄体像信号。
图8是表示包括本实施方式的焦点检测装置的数码相机(摄像装置)201的包括焦点检测动作在内的摄像动作的流程图。当在步骤S100中接通数码相机201的电源时，机身驱动控制装置214开始步骤S110以后的摄像动作。在步骤S110中，机身驱动控制装置214的摄像元件控制部220读取全部像素的像素数据，并且机身驱动控制装置214的CPU222使摄像像素310的像素数据显示于液晶显示元件216。在接下来的步骤S120中，机身驱动控制装置214的CPU222基于焦点检测像素311的像素数据，生成用于焦点检测的焦点检测用数据。关于该焦点检测用数据生成处理，在下文中详细地叙述。
在步骤S130中，机身驱动控制装置214的CPU222基于该焦点检测用数据，进行焦点检测区域101中的相位差检测运算(像偏差检测运算)。机身驱动控制装置214的CPU222基于通过该相位差检测运算而检测出的相位差(像偏差量)来计算散焦量。
在步骤S140中，机身驱动控制装置214的CPU222检测是否为对焦附近，即检测计算出的散焦量的绝对值是否为预定值以内。在判定为不是对焦附近的情况下，本处理进入步骤S150，机身驱动控制装置214的CPU222将散焦量向透镜驱动控制装置206发送，透镜驱动控制装置206将可换镜头202的聚焦用透镜210向对焦位置驱动。此后，本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。
另外，在不能进行焦点检测的情况下，本处理分支到该步骤S150，机身驱动控制装置214的CPU222向透镜驱动控制装置206发送扫描驱动指示，透镜驱动控制装置206将可换镜头202的聚焦用透镜210从无限远位置到最近位置之间的范围进行扫描驱动。此后，本处理返回到步骤S110而重复上述的动作。
在步骤S140中判定为是对焦附近的情况下，本处理进入步骤S160。在步骤S160中，机身驱动控制装置214的CPU222辨别是否通过快门按钮(未图示)的操作而进行了快门释放。在判定为没有进行快门释放的情况下，本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。另一方面，在判定为进行了快门释放的情况下，本处理进入步骤S170。在步骤S170中，机身驱动控制装置214的CPU222向透镜驱动控制装置206发送光圈调整指示，将可换镜头202的光圈值设为控制F值(由摄影者设定的F值或者自动设定的F值)。在光圈控制结束的时刻，机身驱动控制装置214的摄像元件控制部220使摄像元件212进行摄像动作，从摄像元件212的摄像像素310以及全部焦点检测像素311读取像素数据。
在步骤S180中，机身驱动控制装置214的CPU222根据各焦点检测像素311的像素数据，即将在各焦点检测像素311中配置的一对光电转换部13、14的输出数据相加，由此计算作为各焦点检测像素311的位置的图像数据的像素数据。在接下来的步骤S190中，机身驱动控制装置214的CPU222取得用作摄像像素310的图像数据的像素数据以及焦点检测像素位置的图像数据，并存储于存储卡219。该图像数据是在可换镜头202的聚焦用透镜210位于对焦位置时，基于通过可换镜头202的来自被摄体的摄影光束71而得到的。本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。
另外，步骤S110～步骤S160的重复动作与从摄像元件212以预定帧间隔周期性地读取1帧量的像素数据的帧读取动作联动地进行。
以下，说明图8的步骤S130中的像偏差检测运算处理(相关运算处理、相位差检测处理)的详细内容。焦点检测像素311所检测的一对像存在测距光瞳93、94由透镜的光圈开口分开而失去光量平衡的可能性。因此，在步骤S130中，机身驱动控制装置214的CPU222对光量平衡实施能够维持像偏差检测精度的类型的相关运算。对焦点检测用的一对像信号A1n(A11，……，A1M：M为信号数)、A2n(A21，……，A2M)使用例如在日本特开2007-333720号公报中公开的公知的相关运算式即下述(1)式，运算相关量C(k)。在(1)式中，Σ运算对变量n进行累计。变量n根据像偏移量k而限定为存在A1n、A1n+1、A2n+k、A2n+1+k的数据的范围。像偏差量k是整数，是以构成一对像信号的信号列的数据间隔为单位的相对的偏移量。
C(k)＝Σ|A1n·A2n+1+k-A2n+k·A1n+1|……(1)
在得到了与通过上述的(1)式而运算出的离散值即相关量C(k)对应的连续的相关量C(x)的极小值C(X)时，通过以下的(2)式，将提供连续的相关量C(x)的极小值C(X)的偏移量X换算为像偏差量shft。在(2)式中，系数PY成为构成焦点检测像素列L1～L8的焦点检测像素311的像素间距即在摄像元件212中排列的像素的像素间距的2倍的值。
shft＝PY·X……(2)
使用图9的处理流程图，说明基于图8的步骤S120中的焦点检测像素311的像素数据进行的焦点检测用数据的生成的详细内容。在图4的焦点检测像素列L1～L8的各焦点检测像素列中，排列有N个焦点检测像素311。按照水平方向的排列顺序，对构成各焦点检测像素列Lp(p＝1，2，……，8)的各焦点检测像素311对应地附属标号n(n＝1～N)。焦点检测像素列Lp的第n个焦点检测像素311所具有的一对光电转换部13、14中的第s(s＝1，2)个光电转换部输出数据B(s，n，p)。即，一对光电转换部13、14分别输出一对数据B(1，n，p)、B(2，n，p)。
在步骤S200中，机身驱动控制装置214的CPU222检查构成图3所示的焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据的最大值是否超过预定阈值T1，即检查是否满足(3)式。在构成焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据的最大值超过预定阈值T1时，焦点检测像素311的输出电平达到足够进行焦点检测的电平。在(3)式中，Max()是求出最大值的函数。
Max(B(s，n，1))＞T1……(3)
在步骤S200中，在满足(3)式的情况下，本处理进入步骤S210。在步骤S210中，如(4)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将在焦点检测像素列L1(p＝1)中排列的焦点检测像素311的像素数据确定为焦点检测用数据B0(s，n)。本处理进入步骤S310。
B0(s，n)＝B(s，n，1)s＝1，2n＝1～N……(4)
另一方面，在步骤S200中，在不满足(3)式的情况下，本处理进入步骤S220。在步骤S220中，机身驱动控制装置214的CPU222将焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据和与焦点检测像素列L1相邻的焦点检测像素列L2的焦点检测像素311的像素数据进行空间累计。如(5)式所示，通过对配置在按照水平方向的排列顺序附属的变量n相同的位置的焦点检测像素之间的同一种类的光电转换部之间所输出的数据进行的空间累计，计算出数据B1(s，n，2)。在(5)式中，为s＝1、2，n＝1～N。
B1(s，n，2)＝B1(s，n，1)+B(s，n，2)……(5)
即，通过(5)式，在垂直方向上相邻的焦点检测像素311的像素数据在空间上进行累计(空间累计)，由此得到从焦点检测像素列L1至Lp进行了空间累计的焦点检测像素311的数据B1(s，n，p)。另外，数据B1(s，n，1)等于数据B(s，n，1)。
在步骤S230中，机身驱动控制装置214的CPU222检查进行了空间累计的数据B1(s，n，p)(在最初来到该步骤的情况下，p＝2)的最大值是否超过预定阈值T1，即是否满足(6)式。在(6)式中，s＝1、2，n＝1～N。
Max(B1(s，n，p))＞T1……(6)
在步骤S230中，在满足了(6)式的情况下，本处理进入步骤S240。在步骤S240中，如(7)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将进行了空间累计直到焦点检测像素列Lp为止的焦点检测像素311的数据B1(s，n，p)确定为焦点检测用数据B0(s，n)。本处理进入步骤S310。在(7)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B0(s，n)＝B1(s，n，p)……(7)
另一方面，在步骤S230中，在不满足(6)式的情况下，本处理进入步骤S240。在步骤S240中，机身驱动控制装置214的CPU222检查空间累计是否进行到焦点检测像素列L8，即检查空间累计次数是否达到最大累计次数7次。在空间累计没有达到焦点检测像素列L8的情况下，本处理返回到步骤S220。在步骤S220中，如(8)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将在下一个焦点检测像素列L(p+1)中排列的焦点检测像素311的数据B(s，n，p+1)空间累计到目前为止进行了空间累计的焦点检测像素311的数据B1(s，n，p)。在(8)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B1(s，n，p+1)＝B1(s，n，p)+B(s，n，p+1)……(8)
在本处理进行了步骤S220、步骤S230、步骤S240的循环，最后在步骤S240中判断为空间累计次数达到最大累计次数的情况下，即判断为不再有焦点检测像素列而因此不能进行空间累计的情况下，本处理进入步骤S260。此时，在最新帧中，得到从焦点检测像素列L1至L8进行空间累计的焦点检测像素311的数据的空间累计数据B2(s，n，0)。在步骤S260中，机身驱动控制装置214的CPU222读取在内部存储器223中存储的1帧前的焦点检测像素311的像素数据，且如(9)式所示，对在焦点检测像素列L1～L8中排列的焦点检测像素311的数据进行空间累计。此时，得到相对于最新帧在v帧前(在第一次进入该步骤S260时，v＝1)的焦点检测像素311的数据的空间累计数据B2(s，n，v)。并且，设为在内部存储器223中存储有直到10帧前(v＝10)的焦点检测像素的数据。在(9)式中，Σ运算以p＝1～8进行。
B2(s，n，v)＝ΣB(s，n，p)……(9)
在步骤S270中，如(10)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将在步骤S260中计算出的1帧前的空间累计数据B2(s，n，v)和直到目前的帧为止的时间累计数据B3(s，n，v-1)进行时间累计。在(10)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B3(s，n，v)＝B3(s，n，v-1)+B2(s，n，v)……(10)
即，通过(10)式，将在时间上相邻的帧的空间累计数据在过去范围内在时间上进行累计(时间累计)，得到时间累计数据B3(s，n，v)。时间累计数据B3(s，n，v)表示将从最新帧到v帧前为止的空间累计数据B2(s，n，v)进行了时间累计的焦点检测像素的数据。其中，时间累计数据B3(s，n，0)等于空间累计数据B2(s，n，0)以及数据B1(s，n，8)。
在步骤S280中，机身驱动控制装置214的CPU222检查进行了时间累计的数据B3(s，n，v)的最大值是否超过预定阈值T1，即检查是否满足(11)式。在第一次进行步骤S280中的判定处理时，v＝1。
Max(B3(s，n，v))＞T1……(11)
在步骤S280中，在满足(11)式的情况下，本处理进入步骤S290。在步骤S290中，如(12)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将从最新帧到v帧前为止进行了时间累计的焦点检测像素的时间累计数据B3(s，n，v)确定为焦点检测用数据B0(s，n)。在(12)式中，s＝1、2，n＝1～N。本处理进入步骤S310。
B0(s，n)＝B3(s，n，v)……(12)
另一方面，在步骤S280中，在不满足(11)式的情况下，本处理进入步骤S300。在步骤S300中，机身驱动控制装置214的CPU222检查时间累计是否进行到10帧前，即检查时间累计次数是否达到最大累计次数10次。在时间累计没有达到10帧前的情况下，本处理返回到步骤S260，机身驱动控制装置214的CPU222对目前为止进行了时间累计的帧的前一个过去帧进行空间累计。与此同时，重复步骤S260、步骤S270、步骤S280、步骤S300的循环。
在步骤S300中，在判定为时间累计次数达到最大累计次数10次的情况下，机身驱动控制装置214的CPU222将在步骤S290中从最新帧到10帧前为止进行了时间累计的焦点检测像素的时间累计数据B3(s，n，10)确定为焦点检测用数据B0(s，n)。本处理进入步骤S310。
在步骤S310中，为了下一帧中的焦点检测运算处理作准备，将最新帧的焦点检测像素311的像素数据存储在内部存储器223中。本处理从图8的流程的步骤S130中省略。此时，该焦点检测用数据B0(s，n)加载为(1)式的焦点检测用的一对像信号A1n(A11，……，A1M：M是数据数)、A2n(A21、……、A2M)。
图10、图11是在数据处理的观点上表示图9所示的处理流程图的动作的图。在图10、图11所示的图表中，纵轴是数据值、横轴是数据位置(水平方向的位置)。在图10中，通过从焦点检测像素列L1起依次对焦点检测像素数据进行空间累计，从而生成空间累计数据。另外，在图中，为了简洁起见，仅以一对像信号中的一个(s＝1)为代表进行表示。图10是表示对最新帧的焦点检测像素311的数据进行空间累计处理的情形的图。在图10中，在焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据的最大值没有超过预定阈值T1的情况下，焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据依次与焦点检测像素列L2、L3……的焦点检测像素311的数据进行空间累计，在即使将焦点检测像素311的像素数据进行空间累计直到焦点检测像素列L8为止的阶段，空间累计数据的最大值也没有超过预定阈值T1的情况下，处理进入图11所示的时间累计处理。在多个焦点检测像素列之间的空间累计处理中，将各焦点检测像素列的水平方向的像素位置相同的第n个焦点检测像素之间进行累计。这些被累计的焦点检测像素配置在彼此在垂直方向上相邻的位置。
如图11所示，在最新帧的空间累计数据的最大值没有超过预定阈值T1的情况下，依次将1帧前、2帧前……的空间累计数据从最新帧向过去直到最大10帧前为止进行时间累计。在将空间累计数据进行了时间累计的时间累计数据的最大值超过了预定阈值T1的阶段，时间累计结束。
图12是以时序图表示了在图8中表示的动作流程图的动作的图。在图12中，从摄像元件212以恒定的帧频(例如1/60秒)读取摄像像素以及焦点检测像素的像素数据。在图12中，例示了从第(N-1)帧至第(N+2)帧的4帧。作为代表，说明第N帧的动作。首先，从摄像元件212读取在第(N-1)帧中进行了第N帧用的电荷蓄积的图像数据(摄像像素310的像素数据以及焦点检测像素311的像素数据)。与此同时，在摄像元件212中开始第(N+1)帧用的电荷蓄积。当图像数据的读取结束时，基于读取的摄像像素310的像素数据，更新即时预览显示图像。并且，基于第N帧的焦点检测像素311的像素数据和在第(N-1)帧的生成时刻所存储的第(N-1)帧以前的焦点检测像素311的像素数据(信号)来进行焦点检测，计算出在第N帧生成时刻的散焦量。当计算出散焦量时，根据该散焦量而进行焦点调节，并且将第N帧的焦点检测像素311的像素数据(信号)存储在内部存储器223中。在每帧重复以上的动作。
在以上的说明中，如图4所示，在焦点检测像素列L1～L8这8列中多个焦点检测像素311沿着水平方向配置，在空间累计中，垂直方向的焦点检测像素311的像素数据最大累计到7次，但并不限定于此，也可以将焦点检测像素列Lp配置8列以上。在该情况下，能够通过实验来确定空间累计次数的上限(最大累计次数)，使得由垂直方向的空间累计引起的像的高频分量的下降不会引起焦点检测精度的下降。例如，如图4所示，在焦点检测像素311隔1行配置且像素间距为Pa的情况下，能够以满足下式(13)的方式，确定空间累计次数N的上限Nmax。
N≤Nmax＝Ca/(2·Pa)……(13)
在此，常数Ca通过实验而确定，通过在预定焦点面上能够维持焦点检测精度的最低空间频率而确定。由于空间频率越高则焦点检测精度越高，因此常数Ca例如确定为最低空间频率的倒数。例如，在最低空间频率为10条/mm的情况下，常数Ca成为100μm。如果像素间距Pa为5μm，则焦点检测像素的间隔为其2倍的10μm，因此通过(13)式，成为Nmax＝100μm/10μm＝10次。并且，根据对焦点检测精度产生影响的摄影要因，例如根据像的移动量、相机的偏差量、摄影透镜的光圈值、视野的亮度、相机的摄影模式(静止被摄体摄影模式/移动被摄体摄影模式的区别)等而变更最低空间频率，由此能够设定适合于焦点检测的随机应变的空间累计次数N的上限Nmax。
在以上的说明中，对于在内部存储器223中各帧的焦点检测像素的数据被原样存储的情况进行了说明。但是，由于除了最新帧以外的焦点检测像素的数据在进行了空间累计之后用于焦点检测用数据的生成，因此也可以在存储于内部存储器223的阶段之前进行焦点检测像素的数据空间累计(8列量)之后，将空间累计数据存储在内部存储器223中。例如，在图12中，在各帧的存储信号更新处理时将各帧的焦点检测像素的数据进行空间累计(8列量)，并将进行了空间累计的数据(在第N帧中为第N帧的空间累计数据)存储在内部存储器223中。在下一帧中，在内部存储器223中存储的过去的帧的空间累计数据用于焦点检测。这样一来，不需要在焦点检测处理时每次都对过去的帧的焦点检测像素的数据进行空间累计，因此能够缩短运算时间，并且还能够节约内部存储器223的容量。
在以上的说明中，在空间累计处理中，沿垂直方向逐行地将焦点检测像素的数据相加，并且还在时间累计处理中向过去逐帧地累计过去的空间累计数据，并且检查累计后的数据的最大值是否超过预定阈值而确定是否需要继续累计处理。这样的处理具有能够应对在焦点检测像素上形成按每个焦点检测像素列而不同的被摄体图案的情况或视野的亮度在帧间骤变的情况的优点。另外，在以上的累计处理的控制中，除了累计数据的最大值以外，还能够使用累计数据的平均值、对比度值(最大值和最小值之差)等表示数据特性的评价值。
另外，在进行空间累计的焦点检测像素间的空间距离小的情况下(在图4的情况下，即使对从焦点检测像素列L1至L8进行了空间累计，在空间上沿垂直方向最大只偏离14个像素)，即使假设要进行空间累计的焦点检测像素接受大致相同的被摄体图案，也不会产生大的误差。另外，如图9的步骤S300所示，如果将最大时间累计次数设定为10次左右，则即使将每1帧设为1/60秒，在进行了10次的时间累计时，也成为1/6秒间的时间累计，因此即使假设为没有帧间的亮度变动而一致，也不会产生大的误差。
这样一来，如果假设空间上的一致性以及时间上的一致性，则能够将图9的处理进一步简化为如图13所示。另外，设为在内部存储器223中存储有在各帧的存储信号更新处理时各帧的焦点检测像素的数据进行了空间累计的空间累计数据即第v帧的空间累计数据B2(s、n、v)。
在步骤S400中，机身驱动控制装置214的CPU222检查焦点检测像素的数据的最大值是否超过预定阈值T1(是否满足(3)式)。
在步骤S400中，在满足了(3)式的情况下，本处理进入步骤S410，如(4)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将在焦点检测像素列L1中排列的焦点检测像素的数据确定为焦点检测用数据。本处理进入步骤S450。
另一方面，在步骤S400中，在不满足(7)式的情况下，本处理进入步骤S420，机身驱动控制装置214的CPU222检查将预定阈值T1除以焦点检测像素的数据的最大值Max(B(s，n，1))所得的值的整数部Ns是否为最大空间累计次数8以下(是否满足(14)式)。
Ns＜8……(14)
在步骤S420中，在满足了(14)式的情况下，本处理进入步骤S430，如(15)式所示，机身驱动控制装置214的CPU222将焦点检测像素311的数据进行空间累计直到第(Ns+1)个焦点检测像素列L(Ns+1)为止。机身驱动控制装置214的CPU222在步骤S440中将空间累计数据B1(s，n，Ns+1)确定为焦点检测用数据B0(s，n)。本处理进入步骤S450。另外，在(15)式中，Σ运算以变量m＝1～Ns+1进行。在(15)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B0(s，n)＝B1(s，n，Ns+1)＝ΣB(s，n，m)……(15)
在步骤S450中，机身驱动控制装置214的CPU222通过(16)式来计算用于存储在内部存储器223中的空间累计数据B4(s，n)。本处理进入步骤S510。另外，在(16)式中，Σ运算以变量m＝1～8进行。在(16)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B4(s，n)＝B1(s，n，8)＝ΣB(s，n，m)……(16)
另一方面，在步骤S420中，在不满足(14)式的情况下，本处理进入步骤S460，机身驱动控制装置214的CPU222检查将预定阈值T1除以焦点检测像素的数据的最大值Max(B(s，n，1))的8倍所得的值的整数部Nt是否为10以上(是否满足(17)式)。
Nt＞10……(17)
在步骤S460中，在满足了(17)式的情况下，本处理进入步骤S470，机身驱动控制装置214的CPU222将整数部Nt确定为10。本处理进入步骤S480。在步骤S460中，在不满足(17)式的情况下，本处理直接进入步骤S480。
在步骤S480中，与步骤S450相同地，机身驱动控制装置214的CPU222通过(16)式，将最新帧的焦点检测像素的数据从焦点检测像素列L1到L8为止进行空间累计，并计算出最新帧的空间累计数据B2(s，n，0)。
在步骤S490中，机身驱动控制装置214的CPU222使用最新帧(设为第Na帧)的空间累计数据B2(s，n，0)和在内部存储器223中存储的直到Nt帧前为止的空间累计数据B2(s，n，1)～B2(s，n，Nt)，如(18)式所示地计算时间累计数据B3(s，n，Nt)。在步骤S500中，机身驱动控制装置214的CPU222将时间累计数据B3(s，n，Nt)确定为焦点检测用数据B0(s，n)。本处理进入步骤S510。另外，在(18)式中，Σ运算以变量m＝0～Nt中进行。在(18)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B0(s，n)＝B3(s，n，Nt)＝ΣB2(s，n，m)……(18)
在步骤S510中，机身驱动控制装置214的CPU222为了在下次的帧中的焦点检测运算处理作准备，而将最新帧的空间累计数据存储在内部存储器223中。本处理从图8的流程的步骤S130省略。
在图13的处理流程中，在处理的最初的阶段确定空间累计次数以及时间累计次数，与图9的流程相比，没有每个循环处理的判定处理，因此能够实现处理时间的缩短，并且由于逐帧地存储空间累计数据，因此能够减少内部存储器223的存储器容量。
进而，也可以是，代替逐帧地将各帧的空间累计数据存储在内部存储器223中，而逐帧地计算直到10帧前为止的时间累计数据，并将该时间累计数据存储在内部存储器223中。
即，在图12的各帧的存储信号更新处理时，将最新帧的空间累计数据对前一帧所存储的10帧量的时间累计数据进行时间累计并进行更新存储。由此，在内部存储器223中存储的时间累计数据成为从最新帧到v帧前为止的时间累计数据。与图11对应地，在图14中表示这样将在内部存储器223中存储的时间累计数据用作焦点检测用数据的情况下的情形。在最新帧中，在内部存储器223中记录有1帧前的时间累计数据(空间累计数据B2(s，n，1))、从1帧前到2帧前为止的时间累计数据(B2(s，n，1)+B2(s，n，2))、从1帧前到3帧前为止的累计数据(B2(s，n，1)+B2(s，n，2)+B2(s，n，3))、……。在需要从最新帧到Nt帧前为止进行了时间累计的时间累计数据B3(s，n，Nt)的情况下，将最新帧的空间累计数据B2(s，n，0)和从1帧前到Nt帧前为止的时间累计数据(B2(s，n，1)+B2(s，n，2)+B2(s，n，3)+……+B2(s，n，Nt))直接进行时间累计即可。
这样一来，在进行焦点检测中使用的时间累计数据的计算时，仅从内部存储器223读取从1帧前到Nt帧前为止的已完成了时间累计的时间累计数据即可，因此焦点检测运算的处理速度提高。另外，通过使用与CPU222分开另行设置的专用的运算电路来进行时间累计数据的运算以及内部存储器223的更新存储，能够实现处理速度的进一步提高。
作为包括上述的第一实施方式中的焦点检测装置在内的摄像装置的数码相机201，包括摄像元件(图像传感器)212和机身驱动控制装置214。
在摄像元件212中，多个焦点检测像素列L1～L8彼此并列地设置。多个焦点检测像素列L1～L8由各焦点检测像素列Lp构成。各焦点检测像素列Lp由沿着水平方向排列的多个焦点检测像素311构成。构成各焦点检测像素列Lp的多个焦点检测像素311沿着水平方向排列，并接受一对焦点检测光束73、74，该一对焦点检测光束73、74通过与可换镜头202的出瞳90中的多个焦点检测像素311的并列方向即水平方向平行地排列的一对测距光瞳93、94。在摄像元件212中，各焦点检测像素列Lp通过光电转换，每隔预定帧间隔重复输出与基于一对焦点检测光束73、74的一对像对应的一对像信号A1n、A2n。
机身驱动控制装置214在每当各焦点检测像素列Lp每隔预定帧间隔重复输出一对像信号A1n、A2n时，将多个焦点检测像素列L1～L8中的焦点检测像素列L1和与其相邻的一个或者多个焦点检测像素列所输出的一对像信号A1n、A2n分别进行累计，从而计算空间累计数据B2(s，n，v)。
机身驱动控制装置214将每当各焦点检测像素列Lp每隔预定帧间隔重复输出一对像信号A1n、A2n时计算空间累计数据B2(s，n，v)而得到的最新帧到v帧前为止的空间累计数据B2(s，n，v)进行累计，从而计算时间累计数据B3(s，n，v)。
机身驱动控制装置214基于空间累计数据B2(s，n，v)和时间累计数据B3(s，n，v)中的任一个，检测可换镜头202的焦点状态。
在作为包括具有以上的结构的本发明的第一实施方式的焦点检测装置在内的摄像装置的数码相机201中，在进行焦点检测用数据的生成时，在空间累计(相邻的多个焦点检测像素的数据的累计)优先且仅根据空间累计无法确保焦点检测用数据的有效性(最大值、平均值或者对比度值为预定阈值以上)的情况下，进行时间累计(同一个焦点检测像素的与过去帧的数据的累计)。因此，能够将与时间累计相伴的不良情况，例如将与被摄体像的时间变化和移动相伴的焦点检测精度的恶化抑制为最低限度的水平，在低亮度或者低对比度时也能够进行舒适的自动焦点调节。
(第二实施方式)
在第一实施方式中，在对焦点检测像素的数据进行累计的情况下，始终使空间累计优先于时间累计。在第二实施方式中，根据被摄体的移动、手抖等状况而适当地组合空间累计和时间累计，从而能够起到本发明的效果。
第二实施方式的结构与第一实施方式相同，大致的动作流程也相同(图8)，焦点检测用数据的生成处理的部分不同。另外，设为在内部存储器223中更新存储了从最新帧到10帧前为止的10帧量的各帧的焦点检测像素的数据(焦点检测像素列L1～L8)。
使用图15的处理流程图，说明第二实施方式的图8的步骤S120中的基于焦点检测像素的数据进行的焦点检测用数据的生成的详细内容。
在步骤S600中，机身驱动控制装置214的CPU222检查焦点检测像素的数据(在图3的焦点检测像素列L1中排列的焦点检测像素311的数据)的最大值是否超过预定阈值T1(是否满足(3)式)。
在步骤S600中，在满足了(3)式的情况下，本处理进入步骤S610，机身驱动控制装置214的CPU222如(4)式所示地将在焦点检测像素列L1中排列的焦点检测像素的数据确定为焦点检测用数据。本处理进入步骤S680。
另一方面，在步骤S600中，在不满足(3)式的情况下，本处理进入步骤S620，机身驱动控制装置214的CPU222计算对将预定阈值T1除以焦点检测像素的数据的最大值Max(B(s，n，1))而得到的值的整数部加1所得的值，并作为综合累计次数P。
在步骤S630中，机身驱动控制装置214的CPU222基于最新帧的图像数据(摄像像素的数据)和1帧前的图像数据，通过公知的方法求出帧间的移动矢量，取移动矢量的绝对值而计算出帧间的移动量Mv。另外，设为1帧前的图像数据残留在缓冲存储器或者内部存储器223中。
在步骤S640中，机身驱动控制装置214的CPU222基于累计次数P和移动量Mv，确定空间累计次数Ps和时间累计次数Pt。该处理的详细内容在后文中叙述。
在步骤S650中，机身驱动控制装置214的CPU222基于空间累计次数Ps，将从最新帧到(Pt-1)帧前为止的焦点检测像素数据(从焦点检测像素列L1到L(Ps)为止的焦点检测像素数据)进行空间累计，计算Pt帧量的空间累计数据。
在步骤S660中，机身驱动控制装置214的CPU222将Pt帧量的空间累计数据进一步进行时间累计，计算从最新帧到(Pt-1)帧前为止的时间累计数据。
在步骤670中，机身驱动控制装置214的CPU222将时间累计数据确定为焦点检测用数据。本处理进入步骤S680。
在步骤S680中，机身驱动控制装置214的CPU222为了在下次的帧中的焦点检测运算处理作准备，而将最新帧的焦点检测像素的数据存储在内部存储器223中。本处理从图8的流程的步骤S130省略。
图16是用于说明确定图15的步骤S640中的空间累计次数Ps和时间累计次数Pt的处理的详细内容的图表。
在图16中，横轴是表示空间累计次数的变量Px，纵轴是表示时间累计次数的变量Py。表示空间累计次数的变量Px由于焦点检测像素列L1～L8为8列而被限制为1≤Px≤8。并且，关于时间累计次数Pt，由于在内部存储器223中更新存储了直到10帧前为止的数据，因此包括最新的帧在内最多只能将11帧进行时间累计。即，限制为1≤Pt≤11。因此，空间累计次数Px和时间累计次数Py的组合被限制为由图16的斜线部的区域围绕的区域(容许范围)。
空间累计次数Px和时间累计次数Py之积是综合累计次数P。即，P＝Px·Py。这样一来，能够根据累计次数P的值来确定彼此处于函数的关系的Px以及Py。图16表示P＝88、P＝P0、P＝1(1＜P0＜88)的情况下的例。
另一方面，基于移动量Mv来确定函数Py＝K·Px。在此，系数K＝D/Mv，是焦点检测像素列间的间距D(例如，焦点检测像素列L1和与其相邻的焦点检测像素列L2之间的垂直方向的间隔)和移动量Mv之比。即，在移动量Mv比间距D大的情况下，基于时间累计的像的模糊量增大(对比度减少)，并超过基于空间累计的像的模糊量的增大(对比度的减少)的影响，因此系数K变小，从而抑制时间累计次数Py。
另一方面，在移动量Mv比间距D小的情况下，基于空间累计的像的模糊量增大(对比度减少)，并超过基于时间累计的像的模糊量的增大(对比度的减少)的影响，因此系数K变大，从而抑制空间累计次数Px。在图16中，作为函数Py＝K·Px，示出了系数K较大的情况(K＝K0)和较小的情况(K＝K1)。
例如，在综合累计次数为P0且对应于移动量Mv的系数K为K0的情况下，求出函数Px·Py＝P0和函数Py＝K0·Px的交点。在交点坐标(Px0，Py0)如图16所示位于容许范围内的情况下，求出相对于交点坐标(Px0，Py0)最靠近且位于容许范围内的整数的交点坐标(Pxs，Pyt)，将空间累计次数设为Ps＝Pxs，将时间累计次数设为Pt＝Pxt。
并且，在综合累计次数为P0且对应于移动量Mv的系数K为K1的情况下，函数Px·Py＝P0和函数Py＝K1·Px的交点坐标(Px1，Py1)处于容许范围外。在这样的情况下，求出相对于从交点坐标(Px1，Py1)沿着函数Px·Py＝P0朝向容许范围的方向移动坐标并进入了容许范围内时的坐标(在图16的情况下，(8，P0/8))最靠近且位于容许范围内的整数的交点坐标(Pxs，Pyt)，将空间累计次数设为Ps＝Pxs，将时间累计次数设为Pt＝Pyt。
综上所述，在空间累计次数和时间累计次数之积为恒定(P0)的条件下，以时间累计次数以及空间累计次数的值成为与移动量呈反比例的系数K的值的方式，确定空间累计次数以及时间累计次数。以表示焦点检测用数据的数据特性的评价值(最大值、平均值或者对比度值等)超过在第一实施方式中使用的预定阈值T1的方式，确定作为空间累计次数和时间累计次数之积的恒定值P0。以时间累计次数Py比空间累计次数Px更小的方式且空间累计次数Px和时间累计次数Py之积大致等于该恒定值P0的方式，确定空间累计次数Px以及时间累计次数Py。
在图16中，将系数K以间距D和移动量Mv之比来定义，但也可以是，将移动量Mv在多帧的范围内的平均值设为Mv1，并以间距D和移动量Mv1之比(K＝D/Mv1)来定义。进而，也可以是，将移动矢量的垂直方向的移动量设为Mv2，并将系数K以间距D和移动量Mv2之比(K＝D/Mv2)来定义。进而，也可以是，将移动矢量的水平方向的移动量设为Mv3，将系数K以间距D和移动量Mv3之比(K＝D/Mv3)来定义。
另外，移动矢量的方向越接近水平，则与空间累计对焦点检测精度产生的影响相比，时间累计对焦点检测精度产生的影响越大，因此也可以将系数K以垂直方向的移动量Mv2和水平方向的移动量Mv3之比(K＝Mv2/Mv3)来定义。
另外，移动量的检测并不限定于帧间的图像的移动矢量的检测，也可以设置专用的移动检测装置。作为专用的移动检测装置，例如也可以是，在机身内设置加速度传感器，根据帧间隔将加速度传感器的输出进行时间积分，从而检测1帧中的相机的移动(图像抖动)。
进而，上述系数K并不限定于对应于移动量的值，也可以是对应于与时间累计以及空间累计相关并对焦点检测精度产生影响的某种要因的值。例如，由于像的水平方向的高频分量因时间累计而降低的可能性较高，伴随于此，焦点检测精度也会降低，因此也可以是，通过图像处理而求出像的水平方向的高频分量的量，并将上述的系数K定义为与该高频分量的量呈反比例的值。
另外，由于在散焦量大的情况下，高频分量因模糊而减小，因此也可以将上述的系数K定义为与焦点检测时的散焦量呈正比例的值。
除此之外，根据对焦点检测精度产生影响的摄影要因，例如根据透镜驱动速度、摄影透镜的光圈值、视野的亮度、相机的摄影模式(静止被摄体摄影模式或者移动被摄体摄影模式的区别)等而变更系数K，从而能够设定适合于焦点检测的随机应变的空间累计次数以及时间累计次数。
以上，在本发明的第二实施方式中，在进行焦点检测用数据的生成时，以尽可能减小由空间累计以及时间累计而产生的像的模糊(对比度降低)的方式，基于像的移动量等来确定空间累计次数(靠近的多个焦点检测像素的数据的累计次数)和时间累计次数(同一个焦点检测像素的与过去帧的数据的累计次数)，使得能够实现根据表示数据特性的评价值(最大值、平均值或者对比度值等)而确定的综合累计次数。因此，能够将与数据累计相伴的不良情况(与对比度降低相伴的焦点检测精度的恶化)抑制为最低限度的水平，在低亮度或者低对比度时也能够进行舒适的自动焦点调节。
在图4所示的摄像元件212中，排列有在1个像素中具备1对光电转换部的焦点检测像素311，但也可以是交替地排列在1个像素中具备1个光电转换部(一对光电转换部中的一个)的第一焦点检测像素和在1个像素中具备1个光电转换部(一对光电转换部中的另一个)的第二焦点检测像素的结构。
在上述的实施方式中，将在图4所示的摄像元件212中配置的焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据和按照与焦点检测像素列L1靠近的顺序的一个或者多个焦点检测像素列L2～Lp的焦点检测像素311的像素数据进行空间累计。在图4所示的摄像元件212中，焦点检测像素列L2～L8都位于比焦点检测像素列L1靠下侧的位置。但是，如图17所示，也可以是按照与焦点检测像素列L1的下侧靠近的顺序配置焦点检测像素列L2、L4、L6、L8，且按照与焦点检测像素列L1的上侧靠近的顺序配置焦点检测像素列L3、L5、L7的摄像元件212。此时，也按照与焦点检测像素列L1靠近的顺序，即按照焦点检测像素列L2～L8的顺序进行空间累计。
在上述的实施方式中，将在图4所示的摄像元件212中配置的焦点检测像素列L1的焦点检测像素311的像素数据和按照与焦点检测像素列L1靠近的顺序的一个或者多个焦点检测像素列L2～Lp的焦点检测像素311的像素数据进行空间累计。此时，如(5)式所示，通过对配置在按照水平方向的排列顺序附属的变量n相同的位置的焦点检测像素之间，即沿着垂直方向相邻的焦点检测像素311之间的同一种类的光电转换部之间所输出的数据进行的空间累计，计算出数据B1(s，n，p)。
但是，如(19)式所示，随着按照与焦点检测像素列L1相邻的顺序进行空间累计的焦点检测像素列Lp相对于焦点检测像素列L1离开，即随着变量p变大，也可以是，对配置在按照水平方向的排列顺序附属的变量n各偏移了一个的位置的焦点检测像素之间，即沿着斜方向相邻的焦点检测像素311之间的同一种类的光电转换部之间所输出的数据进行空间累计。在(19)式中，s＝1、2，n＝1～N，p＝1～8。
B1(s，n，p)＝B1(s，n，p-1)+B(s，n+p-1，p)……(19)
或者，如(20)式以及(21)式所示，也可以是，在焦点检测像素列Lp为第奇数个焦点检测像素列时即变量p为奇数时，以及在焦点检测像素列Lp为第偶数个焦点检测像素列时即变量p为偶数时，对配置在按照水平方向的排列顺序附属的变量n偏移了一个的位置的焦点检测像素之间，即呈交错状相邻的焦点检测像素311之间的同一种类的光电转换部之间所输出的数据进行空间累计。在(20)式中，p＝1、3、5、7，在(20)式中，p＝2、4、6、8。此外，在(20)式以及(21)式中，s＝1、2，n＝1～N。
B1(s，n，p)＝B1(s，n，p-1)+B(s，n，p)……(20)
B1(s，n，p)＝B1(s，n，p-1)+B(s，n+1，p)……(21)
在上述的实施方式中的摄像元件212中，示出了摄像像素具有拜尔排列的颜色滤波器的例子，但颜色滤波器的结构和排列并不限定于此，也能够将本发明应用于补色滤波器(绿：G，黄：Ye，品红：Mg，青：Cy)的排列或除了拜尔排列以外的排列。
在上述的实施方式中，在摄像元件上，摄像像素和焦点检测像素混在一起。只要是在光路中配置反射镜并在仅由摄像像素构成的摄像元件和仅由焦点检测像素构成的焦点检测元件(图像传感器)中分离光束的结构，则也能够将本发明应用于该焦点检测元件。
另外，作为摄像装置，并不限定于在上述的相机机身安装有可换镜头的结构的数码相机。例如，也能够将本发明应用于镜头一体式数码相机、胶片相机或者摄像机。进而，也能够应用于在携带电话等中内置的小型相机模块、监视相机或机器人用的视觉识别装置、车载相机等。
如下的优先权基础申请的公开内容作为引用文献，引用于此。
日本专利申请2012年第217303号(2012年9月28日提出申请)
标号说明
10 微透镜、11，13，14 光电转换部、
15 元件分离区域、
71 摄影光束、73，74 焦点检测光束、90 出瞳、91 光轴、
93，94 测距光瞳、95 区域、101 焦点检测位置、
201 数码相机、202 可换镜头、
203 相机机身、
204 固定架部、206 透镜驱动控制装置、
208 变焦用透镜、209 透镜、
210 聚焦用透镜、
211 光圈、212 摄像元件、213 电触点、
214 机身驱动控制装置、
215 液晶显示元件驱动电路、216 液晶显示元件、
217 目镜、
219 存储卡、220 摄像元件控制部、
221 缓冲存储器、
222 CPU、223 内部存储器、
310 摄像像素、311 焦点检测像素

Claims (19)

1.一种焦点检测装置，具备：
摄像部，具有多个接受透过了光学系统的光而输出焦点检测信号的焦点检测像素；
累计部，对从多个所述焦点检测像素输出的信号组合地进行在空间上的累计以及在时间上的累计；以及
焦点检测部，根据通过所述累计部进行累计而得到的信号，检测所述光学系统所成的像的成像面相对于预定成像面的偏差，
所述累计部对从多个所述焦点检测像素输出的信号组合地进行在空间上的累计以及在时间上的累计，直至进行累计而得到的信号的值成为预定值以上或者进行了累计的像素数量成为预定的像素数量为止。
2.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
在从所述焦点检测像素输出的信号小于所述预定值时，所述累计部对从多个所述焦点检测像素输出的信号组合地进行在空间上的累计以及在时间上的累计。
3.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述累计部根据多个所述焦点检测像素的间隔、所述光学系统所成的像的移动量、所述光学系统所具有的光圈的光圈值及视野的亮度中的至少一方，确定所述预定的像素数量。
4.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述累计部对从在垂直方向上配置的焦点检测像素列的所述焦点检测像素输出的信号组合地进行在空间上的累计以及在时间上的累计。
5.根据权利要求4所述的焦点检测装置，其中，
所述累计部按照垂直方向上的排列顺序对从焦点检测像素列的所述焦点检测像素输出的信号在空间上进行累计。
6.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述焦点检测装置具备内部存储器，该内部存储器记录从所述焦点检测像素输出的信号和通过所述累计部进行累计而得到的信号中的至少一方。
7.根据权利要求6所述的焦点检测装置，其中，
在从所述焦点检测像素输出的信号小于所述预定值且空间上的累积次数达到预定累计次数时，所述累计部对存储在内部存储器中的信号与过去的帧的通过所述累计部进行累计而得到的信号进行累计。
8.根据权利要求7所述的焦点检测装置，其中，
在进行累计而得到的信号小于所述预定值时，所述累计部依次将过去的帧的通过所述累计部在空间上进行累计而得到的信号与进行时间累计而得到的信号在时间上进行累计。
9.根据权利要求7所述的焦点检测装置，其中，
所述累计部对各帧的通过所述累计部在空间上进行累计而得到的信号在时间上进行累计，直至进行时间累计而得到的信号的值成为预定值以上或者时间累计次数成为预定次数为止。
10.根据权利要求9所述的焦点检测装置，其中，
所述累计部根据多个所述焦点检测像素的间隔、所述光学系统所成的像的移动量、所述光学系统所具有的光圈的光圈值及视野的亮度中的至少一方，确定所述预定次数。
11.根据权利要求7所述的焦点检测装置，其中，
所述内部存储器记录通过所述累计部对以下的信号进行时间累计而得到的信号：记录于所述内部存储器中的通过所述累计部在空间上进行累计而得到的信号和最新帧的从多个所述焦点检测像素输出并通过所述累计部在空间上进行累计而得到的信号。
12.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述焦点检测像素具有对透过了所述光学系统的光进行光电转换而生成电荷的一对光电转换部，并输出基于由所述一对光电转换部生成的电荷的信号。
13.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
多个所述焦点检测像素的一部分具有对透过了所述光学系统的第1光瞳区域的光进行光电转换而生成电荷的光电转换部，并输出基于由所述光电转换部生成的电荷的信号，
多个所述焦点检测像素的一部分具有对透过了所述光学系统的第2光瞳区域的光进行光电转换而生成电荷的光电转换部，并输出基于由所述光电转换部生成的电荷的信号，所述第2光瞳区域相对于通过所述光学系统的光轴的垂直线与所述第1光瞳区域呈线对称的形状。
14.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述摄像部还具有输出用于生成图像数据的信号的摄像像素，所述焦点检测像素设置在多个所述摄像像素之间。
15.一种焦点检测装置，具备：
摄像部，具有多个接受透过了光学系统的光而输出焦点检测信号的焦点检测像素；
空间累计部，进行对从多个所述焦点检测像素输出的信号在空间上进行累计的空间累计处理；
时间累计部，与所述空间累积部所进行的所述空间累计处理组合而进行对在不同的定时从所述焦点检测像素输出的信号在时间上进行累计的时间累计处理；以及
焦点检测部，根据通过所述空间累计部和所述时间累计部进行累计而得到的信号，检测所述光学系统所成的像的成像面相对于预定成像面的偏差。
16.根据权利要求15所述的焦点检测装置，其中，
所述空间累计部进行所述空间累计处理或所述时间累计部进行所述时间累计处理，直至空间累积次数和时间累计次数分别成为预定的次数为止。
17.根据权利要求15所述的焦点检测装置，其中，
所述空间累计部和所述时间累计部分别根据从所述焦点检测像素输出的信号、多个所述焦点检测像素的间隔、所述光学系统所成的像的移动量、所述光学系统所具有的光圈的光圈值及视野的亮度中的至少一方，确定进行所述空间累计处理和所述时间累计处理的次数。
18.根据权利要求15所述的焦点检测装置，其中，
所述时间累计部使用通过所述空间累计处理进行空间累计而得到的信号来进行所述时间累计处理。
19.一种摄像装置，具备：
权利要求1～18中的任意一项所述的焦点检测装置；以及
生成部，根据从所述摄像部输出的信号来生成图像数据。
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