CN108401114A - 焦点检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种焦点检测装置。焦点检测装置，包括：检测部，检测穿过形成被摄体像的光学系统的第一区域的光并输出第一信号，且检测穿过所述光学系统的第二区域的光并输出第二信号；偏差量计算部，基于将所述第一信号与所述第二信号相加而得到的第三信号计算用于计算散焦量的第一像偏差量，并且基于作为所述第一信号与所述第二信号的差分的第四信号计算用于计算所述散焦量的第二像偏差量，所述散焦量是所述被摄体像的位置与拍摄所述被摄体像的摄像部的偏差量；以及散焦量计算部，使用所述第一像偏差量以及所述第二像偏差量中的至少一个计算所述散焦量。

Description

焦点检测装置
本申请是国际申请日为2013年5月1日、国际申请号为PCT/JP2013/062718、国家申请号为201380024280.3、发明名称为“焦点检测装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及瞳分割型相位差检测方式的焦点检测装置以及像偏差量检测装置。
背景技术
已知瞳分割型相位差检测方式的焦点检测装置(参照专利文献1)。该焦点检测装置生成与穿过光学系统的出瞳的一对焦点检测光束所形成的一对像对应的一对像信号。通过将该一对像信号相对地偏移并施加公知的相关运算，计算表示该相对地偏移的一对像信号串的一致度的相关值。基于该相关值，检测该相对地偏移的一对像信号串的图案的一致度成为最大的偏移量，作为该一对被摄体像的相对的像偏差量。与此同时，根据该像偏差量来检测光学系统的焦点调节状态。该光学系统的焦点调节状态由预定焦点面与检测到的像面之差即散焦量表示。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-233032号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述现有的瞳分割型相位差检测方式的焦点检测装置中，基于一对像图案的一致度来检测像偏差量。因此，在因光学系统的像差等的影响而使一对像图案的同一性、即像的形成位置以外的像波形(像图案)的同一性降低的情况下，产生像偏差检测误差，其结果是，存在焦点检测精度降低的问题。
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，生成与穿过光学系统的出瞳的一对光束所形成的一对像对应的第一像信号串以及第二像信号串；像偏差量检测部，在每次将所述第一像信号串以及所述第二像信号串相对地各偏移预定量时，通过将所述第一像信号串以及所述第二像信号串中的彼此对应的第一像信号以及第二像信号相加而生成多个合成像信号，基于所述多个合成像信号的评价值，检测所述一对像的相对的像偏差量；以及散焦量计算部，基于所述像偏差量，计算散焦量。
根据本发明的第2方式，优选在第1方式的焦点检测装置中，所述像偏差量检测部将与在每次将所述第一像信号串以及所述第二像信号串各偏移所述预定量时计算的所述评价值的最大值对应的、所述第一像信号串以及所述第二像信号串的相对的偏移量作为所述像偏差量来进行检测。
根据本发明的第3方式，优选在第2方式的焦点检测装置中，所述评价值基于所述多个合成像信号的差分值来进行计算。
根据本发明的第4方式，优选在第3方式的焦点检测装置中，所述评价值基于作为所述多个合成像信号的一阶差分值而获得的所述差分值来进行计算。
根据本发明的第5方式，优选在第4方式的焦点检测装置中，所述一阶差分值是由所述多个合成像信号形成的合成像信号串所包含的具有预定的顺序差的2个合成像信号的差分。
根据本发明的第6方式，优选在第3方式的焦点检测装置中，所述评价值基于作为所述多个合成像信号的信号值的最大值和最小值的差分而获得的所述差分值来进行计算。
根据本发明的第7方式，优选在第3方式的焦点检测装置中，所述评价值基于作为所述多个合成像信号的二阶差分值而获得的所述差分值来进行计算。
根据本发明的第8方式，优选在第7方式的焦点检测装置中，所述二阶差分值是如下两个差分之和：对于所述多个合成像信号形成的合成像信号串所包含的任意的合成像信号在降序方向具有预定的顺序差的其他合成像信号的差分；以及对于所述任意的合成像信号在升序方向具有所述预定的顺序差的其他合成像信号的差分。
根据本发明的第9方式，优选在第3方式的焦点检测装置中，将所述多个合成像信号的MTF在预定的频带的范围进行积分而获得所述评价值。
根据本发明的第10方式，优选在第1方式的焦点检测装置中，还包括：对比度提取部，从通过对所述多个合成像信号的线性结合运算而由所述多个合成像信号形成的合成像信号串中提取多个对比度成分，在每次所述第一像信号串以及所述第二像信号串各偏移所述预定量时，生成由所述多个对比度成分构成的对比度信号串，所述像偏差量检测部根据通过基于非线性函数对所述多个对比度成分进行非线性转换而转换所述对比度信号串所得到的非线性对比度信号串，在每次所述第一像信号串以及所述第二像信号串各偏移所述预定量时计算所述评价值，所述像偏差量检测部将与通过在每次所述第一像信号串以及所述第二像信号串各偏移所述预定量时计算所述评价值而获得的多个对比度评价值中的极值对应的偏移量作为所述像偏差量来进行检测。
根据本发明的第11方式，优选在第10方式的焦点检测装置中，所述非线性函数在所述多个对比度成分的绝对值可取的值的范围是单调函数。
根据本发明的第12方式，优选在第11方式的焦点检测装置中，所述非线性函数的一次导函数在所述多个对比度成分的绝对值可取的值的范围是单调函数。
根据本发明的第13方式，优选在第12方式的焦点检测装置中，所述非线性函数是二次函数。
根据本发明的第14方式，优选在第10～第13中的任一个方式的焦点检测装置中，所述线性结合运算是对正整数N进行的N阶差分运算。
根据本发明的第15方式，优选在第10～第14中的任一个方式的焦点检测装置中，所述像偏差量检测部通过累计构成所述非线性对比度信号串的各信号来计算所述评价值。
根据本发明的第16方式，优选在第10～第14中的任一个方式的焦点检测装置中，所述第一像信号串以及所述第二像信号串各自是将所述一对像各自以预定的空间间距离散地采样而获得的信号串，通过所述第一像信号串以及所述第二像信号串各偏移所述预定量而获得的多个偏移量是所述预定的空间间距单位的离散的值，所述像偏差量检测部基于在所述多个对比度评价值中表示所述极值的对比度评价值和与所述对比度评价值对应的所述偏移量以及相对于所述偏移量增减了所述预定的空间间距而得的2个偏移量的2个对比度评价值，以所述预定的空间间距以下的精度检测所述像偏差量。
根据本发明的第17方式，优选在第1～第16中的任一个方式的焦点检测装置中，还包括：其他检测部，在每次将所述第一像信号串以及所述第二像信号串相对地各偏移预定量时，通过相关运算来计算表示所述第一像信号串以及所述第二像信号串的一致度的相关值，基于所述相关值，将所述第一像信号串以及所述第二像信号串的所述一致度成为最大时的所述第一像信号串以及所述第二像信号串的相对的偏移量作为所述一对像的相对的第一像偏差量来进行检测；以及选择部，选择所述其他检测部和所述像偏差量检测部中的任一个，在由所述选择部选择了所述其他检测部时，所述散焦量计算部基于由所述其他检测部检测到的所述第一像偏差量来计算所述散焦量，在由所述选择部选择了所述像偏差量检测部时，所述散焦量计算部基于由所述像偏差量检测部检测到的所述像偏差量即第二像偏差量来计算所述散焦量。
根据本发明的第18方式，优选在第17方式的焦点检测装置中，所述选择部根据所述光学系统的焦点检测状态，选择所述第一像偏差量检测部和所述第二像偏差量检测部中的任一个。
根据本发明的第19方式，优选在第18方式的焦点检测装置中，所述焦点检测状态由所述散焦量的绝对值表示，所述选择部在所述散焦量的所述绝对值超过预定值的情况下选择所述其他检测部，在所述散焦量的所述绝对值为所述预定值以内的情况下选择所述像偏差量检测部。
根据本发明的第20方式，优选在第17方式的焦点检测装置中，所述选择部根据所述光学系统的光学特性，选择所述其他检测部和所述像偏差量检测部中的任一个。
根据本发明的第21方式，优选在第20方式的焦点检测装置中，所述光学特性由所述光学系统的像差量、所述光学系统的光圈F值以及所述光学系统的出瞳距离中的任一个表示。
根据本发明的第22方式，优选在第17方式的焦点检测装置中，所述选择部根据表示所述第一像信号串以及第二像信号串相对于光轴的生成位置的像高，选择所述其他检测部和所述像偏差量检测部中的任一个。
根据本发明的第23方式，优选在第17方式的焦点检测装置中，所述选择部根据所述散焦量的必要检测精度，选择所述其他检测部和所述像偏差量检测部中的任一个。
根据本发明的第24方式，优选在第17方式的焦点检测装置中，所述选择部根据基于所述第一像信号串以及所述第二像信号串而获得的所述一对像的像质量，选择所述其他检测部和所述像偏差量检测部中的任一个。
根据本发明的第25方式，优选在第1～第16中的任一个方式的焦点检测装置中，还包括：其他检测部，在每次将所述第一像信号串以及所述第二像信号串相对地各偏移预定量时，通过相关运算来计算表示所述第一像信号串以及所述第二像信号串的一致度的相关值，基于所述相关值，将所述第一像信号串以及所述第二像信号串的所述一致度成为最大时的所述第一像信号串以及所述第二像信号串的相对的偏移量作为所述一对像的相对的第一像偏差量来进行检测，所述散焦量计算部基于通过由所述其他检测部检测到的所述第一像偏差量和由所述像偏差量检测部检测到的所述像偏差量即第二像偏差量的加权算术平均而获得的平均像偏差量，计算所述散焦量。
发明效果
根据本发明，能够提供高精度的焦点检测装置。
附图说明
图1是表示数码相机的结构的横向剖视图。
图2是表示摄影画面上的焦点检测位置的图。
图3是表示摄像元件的详细的结构的主视图。
图4是用于说明摄像像素所接受的摄影光束的情况的图。
图5是用于说明焦点检测像素所接受的焦点检测光束的情况的图。
图6是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图7是用于说明像偏差检测运算处理的图。
图8是示意性地表示摄影光束和一对焦点检测光束在预定焦点面附近如何收敛的图。
图9是表示摄影光束在预定焦点面上形成的点像的点像分布(点像分布函数)的例子的图。
图10是表示一对焦点检测光束在预定焦点面上形成的点像的一对点像分布(点像分布函数)的例子的图。
图11是表示在摄影光学系统无像差的情况下，通过一对焦点检测光束在最佳像面上形成了黑白边缘的被摄体时的被摄体像的图。
图12是表示在使用了像差大的摄影光学系统的情况下，通过一对焦点检测光束在最佳像面上形成的被摄体像的图。
图13是使一对点像分布相对偏移像偏差量而重合的图。
图14是用于说明基于对比度评价的像偏差量检测的检测原理的图。
图15是表示基于焦点检测像素间距的采样位置和合成像信号强度(合成像信号串)的关系的图。
图16是表示合成被摄体像信号数据的锐度与像偏差量对应的变化的图。
图17是表示合成被摄体像信号的MTF的图。
图18是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图19是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图20是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图21是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图22是表示摄影画面上的焦点检测区域的图。
图23是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图24是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图25是表示数码相机的机身控制装置的动作的流程图。
图26是表示将与各种条件对应的第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的区分使用进行了多个组合的例子的流程图。
图27是详细叙述基于对于一对像信号串的对比度评价的像偏差检测运算处理的流程图。
图28是表示在作为一对像为级差C1的阶梯状图案的情况下的一对像信号串以及它们的合成像信号串的像信号强度的图。
图29是表示在作为一对像为级差C1的阶梯状图案的情况下的一对像信号串以及它们的合成像信号串的像信号强度的图。
图30是表示相对于偏移量k的对比度评价值C(k)的图。
图31是说明偏移量G的内插方法(3点内插)的图。
图32是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图33是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图34是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图35是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图36是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图37是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图38是表示非线性函数H(x)的例子的图。
图39是表示非线性函数H(x)的例子的图。
具体实施方式
---第一实施方式---
作为包括本发明的第一实施方式中的焦点检测装置的摄像装置，举出透镜交换式的数码相机为例进行说明。图1是表示本实施方式的数码相机201的结构的横向剖视图。本实施方式的数码相机201由交换透镜202和相机机身203构成，交换透镜202经由固定架(mount)部204安装到相机机身203。在相机机身203中，能够经由固定架部204安装具有各种摄影光学系统的交换透镜202。
交换透镜202包括透镜209、变焦透镜208、聚焦透镜210、光圈211、透镜控制装置206等。透镜控制装置206由未图示的微型计算机、存储器、透镜驱动控制电路等构成。透镜控制装置206进行用于聚焦透镜210的焦点调节以及光圈211的开口径调节的驱动控制、以及进行变焦透镜208、聚焦透镜210以及光圈211的状态检测等。透镜控制装置206通过与后述的机身控制装置214的通信，进行透镜信息的发送和相机信息(散焦量或光圈值等)的接收。光圈211为了光量以及离焦量调整，在光轴中心形成开口径可变的开口。
相机机身203包括摄像元件212、机身控制装置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、AD转换装置221等。在摄像元件212中，摄像像素按照由行和列规定的二维状排列来配置，并且在与焦点检测位置对应的部分配置有焦点检测像素。关于该摄像元件212，在后面详细叙述。
机身控制装置214由微型计算机、存储器、机身驱动控制电路等构成。机身控制装置214重复进行摄像元件212的曝光控制、来自摄像元件212的像素信号的读取、基于焦点检测像素的像素信号的焦点检测运算以及交换透镜202的焦点调节，并且进行图像信号的处理、显示及记录、乃至相机的动作控制等。此外，机身控制装置214经由电接点213与透镜控制装置206进行通信，进行透镜信息的接收和相机信息的发送。
液晶显示元件216作为电子取景器(EVF：Electronic View Finder)发挥作用。液晶显示元件驱动电路215基于从摄像元件212读取的图像信号，将取景图像(throughimage)显示在液晶显示元件216中，摄影者能够经由目镜217来观察取景图像。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。
AD转换装置221将从摄像元件212输出的像素信号进行AD转换而传送到机身控制装置214。也可以是摄像元件212内置AD转换装置221的结构。
由穿过了交换透镜202的光束在摄像元件212的摄像面上形成被摄体像。该被摄体像通过摄像元件212进行光电转换，摄像像素以及焦点检测像素的像素信号传送到机身控制装置214。
机身控制装置214基于来自摄像元件212的焦点检测像素的像素信号(焦点检测信号)，计算散焦量，并将该散焦量传送到透镜控制装置206。此外，机身控制装置214对摄像元件212的摄像像素的像素信号(摄像信号)进行处理而生成图像数据，并存储在存储卡219中，并且将从摄像元件212读取的取景图像信号传送到液晶显示元件驱动电路215，使液晶显示元件216显示取景图像。进而，机身控制装置214对透镜控制装置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，检测变焦透镜208与聚焦透镜210的位置和光圈211的光圈值，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，将聚焦透镜210驱动到对焦位置。此外，透镜控制装置206根据接收到的光圈值来驱动光圈211。
图2是表示摄影画面上的焦点检测位置的图，表示在基于后述的摄像元件212上的焦点检测像素串而进行焦点检测时，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。在该例子中，在矩形的摄影画面100上的中央(光轴上)配置有焦点检测区域101。焦点检测像素沿着由长方形表示的焦点检测区域101的长边方向(水平方向)呈直线排列。
图3是表示摄像元件212的详细的结构的主视图，在图2中表示将沿着水平方向配置的焦点检测区域101的附近放大的像素排列的细节。在摄像元件212中，摄像像素310呈二维正方格子状稠密排列。摄像像素310由红像素(R)、绿像素(G)、蓝像素(B)构成，根据拜耳(ベイヤー)排列的配置规则而配置。在图3中，具有与摄像像素310相同的像素尺寸的水平方向焦点检测用的焦点检测像素315、316交替地连续排列在本应绿像素和蓝像素被连续配置的水平方向的直线上。
摄像像素310以及焦点检测像素315和316各自的微透镜的形状成为从原本大于像素尺寸的圆形的微透镜中以与像素尺寸对应的正方形的形状切出的形状。
如图3所示，摄像像素310由矩形的微透镜10、通过遮光掩模而将受光区域限制为正方形的光电转换部11以及滤色器构成。滤色器由红(R)、绿(G)、蓝(B)这3种构成，具有与各个颜色对应的分光灵敏度特性。在摄像元件212中，具有各滤色器的摄像像素310进行拜耳排列。
在焦点检测像素315、316中，设置有为了对全部颜色进行焦点检测而将全部可见光透过的白色滤波器，该白色滤波器具有如将绿像素、红像素以及蓝像素的分光灵敏度特性相加的分光灵敏度特性，显示高的灵敏度的光波长区域包括在绿像素、红像素以及蓝像素各自中各滤色器显示高的灵敏度的光波长区域。
如图3所示，焦点检测像素315由矩形的微透镜10、通过遮光掩模而将受光区域限制为正方形的左半部(在将正方形以垂直线进行了2等分的情况下的左半部)的光电转换部15以及白色滤波器(未图示)构成。
此外，如图3所示，焦点检测像素316由矩形的微透镜10、通过遮光掩模而将受光区域限制为正方形的右半部(在将正方形以垂直线进行了2等分的情况下的右半部)的光电转换部15以及白色滤波器(未图示)构成。
如果重合微透镜10而显示焦点检测像素315和焦点检测像素316，则通过遮光掩模将受光区域限制为正方形的一半的光电转换部15以及16沿着水平方向排列。
此外，如果对上述的限制为正方形的一半的受光区域的部分加上将正方形分成两半的剩余的部分，则成为与摄像像素310的受光区域相同的尺寸的正方形。
在如以上所述的摄像像素以及焦点检测像素的结构中，在通常的光源的前提下，绿色的摄像像素的输出电平和焦点检测像素的输出电平大致相等，红色的摄像像素以及蓝色的摄像像素的输出电平小于上述输出电平。
图4是用于说明图3所示的摄像像素310所接受的摄影光束的情况的图，取沿着水平方向排列的摄像像素排列的剖面。在摄像元件212上排列的全部摄像像素310的光电转换部11接受穿过了接近光电转换部11而配置的遮光掩模的开口的光束。遮光掩模开口的形状通过各摄像像素310的微透镜10投影到从微透镜10分离了测距瞳距离d的摄影光学系统的出瞳90上的、全部摄像像素共用的区域97。
因此，各摄像像素的光电转换部11接受穿过区域97和各摄像像素的微透镜10的光束71，输出与通过该光束71而在各微透镜10上形成的像的强度对应的信号。
图5是用于与图4比较而说明图3所示的焦点检测像素315、316所接受的焦点检测光束的情况的图，取沿着水平方向排列的焦点检测像素排列的剖面。
在摄像元件212上排列的全部焦点检测像素315、316的光电转换部15、16接受穿过了接近各个光电转换部15、16而配置的遮光掩模的开口的光束。接近光电转换部15而配置的遮光掩模开口的形状通过各焦点检测像素315的微透镜10投影到从微透镜10分离了测距瞳距离d的出瞳90上的、对全部焦点检测像素315共用的区域95。同样地，接近光电转换部16而配置的遮光掩模开口的形状通过各焦点检测像素316的微透镜10投影到从微透镜10分离了测距瞳距离d的出瞳90上的、对全部焦点检测像素316共用的区域96。将一对区域95、96称为测距瞳。
因此，各焦点检测像素315的光电转换部15接受穿过测距瞳95和各焦点检测像素315的微透镜10的光束75，输出与通过该光束75而在各微透镜10上形成的像的强度对应的信号。此外，各焦点检测像素316的光电转换部16接受穿过测距瞳96和各焦点检测像素316的微透镜16的光束76，输出与通过该光束76而在各微透镜10上形成的像的强度对应的信号。
将一对焦点检测像素315、316所接受的光束75、76穿过的出瞳90上的测距瞳95以及96进行了合并的区域与摄像像素310所接受的光束71穿过的出瞳90上的区域97一致，在出瞳90上一对光束75、76对光束71成为互补的关系。
在上述的说明中，通过遮光掩模而限制了光电转换部的受光区域，但也能够将光电转换部自身的形状设为遮光掩模的开口形状。此时，也可以去除遮光掩模。
总之，重要的是光电转换部和测距瞳通过微透镜而成为在光学上共轭的关系。
此外，测距瞳的位置(测距瞳距离)一般设定为与摄影光学系统的出瞳距离大致相同。在安装有多个交换透镜的情况下，将测距瞳距离设定为多个交换透镜的平均的出瞳距离。
将上述的一对焦点检测像素315、316交替且呈直线状地配置多个，将各焦点检测像素的光电转换部的输出汇总为与测距瞳95以及测距瞳96对应的一对输出组。由此，获得与分别穿过测距瞳95以及测距瞳96的一对光束在水平方向的焦点检测像素排列上形成的一对像的强度分布有关的信息(一对像信号串)。通过对该信息(一对像信号串)实施后述的像偏差检测运算处理(相位差检测处理)，检测到一对像的像偏差量。进而，通过对像偏差量使用与一对测距瞳的重心间隔和测距瞳距离的比例关系对应的转换系数进行转换运算，计算出焦点检测位置中的预定成像面与通过瞳分割型相位差检测方式检测到的成像面的偏差、即散焦量。
另外，在图5中，为了容易理解，以明确的形状表示一对测距瞳95、96的同时，以圆锥形状表现一对焦点检测光束75、76，且说明为在与光轴91垂直的剖面中截取了光束时在该剖面上光线密度一致。但是，实际上，根据焦点检测像素的微透镜的像差等而使一对测距瞳95、96的外形变得不清楚。此外，与光轴91垂直的剖面中的一对焦点检测光束75、76的光线密度不一致，表示与焦点检测光学系统的光学特性和摄影光学系统的光学特性对应的分布。
图6是表示本实施方式的数码相机201的机身控制装置214的动作的流程图。如果在步骤S100中数码相机201的电源接通(ON)，则机身控制装置214从步骤S110起开始动作。在步骤S110中，需要变更光圈的情况下，机身控制装置214对透镜控制装置206传送光圈调整指令而使其进行光圈调整。与此同时，机身控制装置214进行摄像动作而从摄像元件212读取摄像像素310的信号，并使液晶显示元件216显示。接着，在步骤S120中，机身控制装置214从焦点检测像素串中读取与一对被摄体像对应的一对像信号串。
在步骤S130中，机身控制装置214对读取的一对像信号串进行如后所述的基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理，计算一对像信号串的像偏差量，并且将该像偏差量转换为散焦量，本处理进入步骤S140。
在步骤S140中，机身控制装置214判别摄影光学系统的焦点调节状态是否为对焦状态，即判别计算出的散焦量的绝对值是否在预定值以内。预定值通过实验确定为例如100μm。在机身控制装置214判别为摄影光学系统的焦点调节状态不是对焦状态的情况下，本处理进入步骤S150。在步骤S150中，机身控制装置214将计算出的散焦量发送到透镜控制装置206，使图1所示的交换透镜202的聚焦透镜210驱动到对焦位置。之后，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，本处理也分支到该步骤S150，机身控制装置214对透镜控制装置206发送扫描驱动命令，使交换透镜202的聚焦透镜210从无限远位置扫描驱动到最近位置。之后，本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。
另一方面，在步骤S140中，判别为摄影光学系统的焦点调节状态是对焦状态的情况下，本处理进入步骤S160。在步骤S160中，机身控制装置214判别是否通过快门按钮(未图示)的操作而进行了快门释放，在判别为没有进行的情况下，本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。在步骤S160中，机身控制装置214判别为进行了快门释放的情况下，在步骤S170中，使摄像元件212进行摄像动作，从摄像元件212的摄像像素以及全部焦点检测像素读取信号。
在步骤S180中，机身控制装置214基于焦点检测像素的周围的摄像像素的信号，对焦点检测像素串的各像素位置的摄像信号进行像素插补。接着，在步骤S190中，机身控制装置214将由摄像像素的信号以及被插补的信号构成的图像数据保存在存储卡219中，本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。
在详细叙述图6的步骤S130中的对一对像信号串进行的基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理之前，说明现有技术的问题点。首先，说明基于一对像信号串的一致度而进行像偏差检测的现有的像偏差检测运算处理。将现有的基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理称为第一像偏差检测运算处理。在第一像偏差检测运算处理中，对从焦点检测像素串(像素数2M)中读取的一对像信号串A1～AM、B1～BM，进行如下述(1)式所示的公知的相关运算(绝对差之和(SAD：Sum of Absolute Difference))，运算表示一对像信号串图案的一致度的相关量E(k)。
E(k)＝Σ|An-Bn+k| (1)
在(1)式中，Σ运算对变量n累计。变量n的范围根据像偏移量k而限定为像信号串An、Bn+k存在的范围。像偏移量k是整数，是以一对像信号串的信号间距为单位的相对的偏移量。在(1)式的运算中，通过将一对像信号串相对地各偏移预定量，即将像偏移量k在预定范围中变更，计算对于多个偏移量k的相关量E(k)。在(1)式中，一对像信号串的值一致度越高则相关量E(k)的值越小，因此将提供对多个偏移量k求出的相关量E(k)的最小值的偏移量作为像偏差量。
如图7(a)所示，在(1)式的运算结果中，在与一对像信号串对应的一对数据串的相关高时的像偏移量中，相关量E(k)成为极小。相关量E(k)的值越小，则一对像信号串的相关度越高，即一对像信号的一致度越大。在图7(a)中，在像偏移量k＝kj＝2时，相关量E(k)取最小的值，即一对像信号的一致度最大。
由于像偏移量k是整数，因此相关量E(k)取离散值，接着，使用从(2)式到(5)式的3点内插的方法，求出提供连续的相关量中的极小值E(x)的偏移量x。如后所述，该偏移量x换算为一对被摄体像的相对的第一像偏差量shft1。
x＝kj+D/SLOP (2)
E(x)＝E(kj)-|D| (3)
D＝{E(kj-1)-E(kj+1)}/2 (4)
SLOP＝MAX{E(kj+1)-E(kj)，E(kj-1)-E(kj)} (5)
如下判定在(2)式中计算出的偏移量x是否有可靠性。如图7(b)所示，在与一对像信号串对应的一对数据串的相关度低的情况下，被内插的相关量的极小值E(x)的值增大。因此，在E(x)为预定的阈值以上的情况下，判定为计算出的偏移量的可靠性低，取消计算出的偏移量x。或者，在为了以数据的对比度将E(x)标准化而将E(x)除以作为与对比度成比例的值的SLOP所得的值为预定值以上的情况下，判定为计算出的偏移量的可靠性低，取消计算出的偏移量x。或者，此外，在作为与对比度成比例的值的SLOP为预定值以下的情况下，判定为被摄体为低对比度且计算出的偏移量的可靠性低，取消计算出的偏移量x。
如图7(c)所示，在与一对像信号串对应的一对数据串的相关度低且在偏移范围kmin～kmax之间没有相关量E(k)的下降的情况下，不能求出极小值E(x)，在这样的情况下，判定为不能进行焦点检测。
在判定为偏移量x有可靠性的情况下，通过(6)式，将偏移量x换算为第一像偏差量shft1。在(6)式中，检测间距PY为同一种类的焦点检测像素的采样间距、即摄像像素的间距的2倍。
shft1＝PY·x (6)
以上为第一像偏差检测运算处理。
为了将通过第一像偏差检测运算处理而计算出的第一像偏差量转换为散焦量，对通过(6)式而计算出的第一像偏差量shft1乘以预定的转换系数Kd而转换为散焦量def。
def＝Kd·shft1 (7)
在(7)式中，转换系数Kd是与一对测距瞳95、96的重心间隔和测距瞳距离的比例关系对应的转换系数，根据光学系统的光圈F值而变化。
另外，检测一对像信号串的一致度的相关运算式并不限定于(1)式，只要运算一对像信号串的一致度的即可。
能够通过上述的现有的第一像偏差检测运算来检测一对像信号串的一致度的原理基于以下的观点。如果一对焦点检测光束所形成的一对像信号的形状和波形这样的图案相同即一致的前提成立，则在对焦时一对像信号串的图案在位置上正好重合。因此，如果一对焦点检测光束所形成的一对像信号串的图案一致的前提被破坏，则由此根据通过第一像偏差检测运算来计算出的第一像偏差量所检测到的焦点调节状态产生误差。
图8是示意性地表示在预定焦点面98上形成有最佳像面的情况下，穿过图4以及图5所分别表示的出瞳的区域97的摄影光束和穿过出瞳的一对区域95、96的一对焦点检测光束在预定焦点面98附近如何收敛的图。最佳像面是，摄影光束所形成的被摄体像和一对焦点检测光束所形成的一对被摄体像的锐度、分辨率、对比度或者频率特性(MTF)这样的像质量成为最高的成像面。例如，在图8中，如果在光轴91上有点光源，则与点光源对应地在预定焦点面98的光轴91上形成点像。
在理想的无像差的摄影光学系统的情况下，穿过出瞳的区域97的摄影光束所形成的点像和穿过出瞳的一对区域95、96的一对焦点检测光束所形成的一对点像都成为在预定焦点面98上在空间上不具有宽度的完全的点，并且穿过出瞳的一对区域95、96的一对焦点检测光束所形成的一对点像在预定焦点面98上的空间上的位置也一致。在使用这样的无像差的摄影光学系统来拍摄一般的被摄体的情况下，通过一对焦点检测光束而在最佳像面上形成的一对被摄体像的形状完全一致，并且该一对被摄体像的位置也一致，因此能够保证在通过基于现有的一对像信号串的一致度的第一像偏差检测运算处理来求出的一对被摄体像的像偏差量为0的情况下对焦。
但是，在摄影光学系统具有光学上的像差的情况下，穿过出瞳的区域97的摄影光束所形成的点像和穿过出瞳的一对区域95、96的一对焦点检测光束所形成的一对点像都成为在预定焦点面98上在空间上具有宽度的点像。
图9表示在图8所示的状态即在预定焦点面98上形成有最佳像面的状态下、摄影光束在预定焦点面98上所形成的点像的点像分布51(点像分布函数)的例子，中心具有大的峰值且在周边部对称地形成低面(裾野)。另一方面，图10表示在相同的状态即在预定焦点面98上形成有最佳像面的状态下、一对焦点检测光束在预定焦点面98上所形成的点像的一对点像分布(点像分布函数)的例子，实线表示穿过区域95的焦点检测光束所形成的点像分布55，虚线表示穿过区域96的焦点检测光束所形成的点像分布56。另外，在图9、图10中，横轴是预定焦点面98中的水平方向的位置，纵轴是像的强度。此外，点像分布51、55、56的峰值位置是像面中心，即光轴91与预定焦点面98交叉的位置。
与点像分布51相同地，点像分布55、56在中心具有大的峰值且在周边部形成低面，但低面的形成法均为非对称。点像分布55的右侧的低面大，相对地，左侧基本上没有低面。点像分布56的左侧的低面大，相对地，右侧基本上没有低面。此外，一对焦点检测光束相对于摄影光束处于互补的关系，将一对焦点检测光束进行了合并的光束成为摄影光束，因此将由点像分布55和点像分布56来表示的一对像信号进行了加法合成的分布成为点像分布51。如图9以及图10所示，在光轴上形成有点像的情况下，点像分布51的形状为左右对称，点像分布55和点像分布56在将其中一个左右反转时形状一致。在点像位于光轴外的画面周边的情况下，根据点像相对于光轴的形成位置即像高，点像分布51、55、56的形状从图9以及图10所示的形状进一步变形，因此点像分布51的形状变得不左右对称，点像分布55和点像分布56在将其中一个左右反转时形状也不一致。
通常，在摄影光学系统的像差量小的情况下或者良好的情况下，在最佳像面中的点像分布51、55、56的形状中，与峰值部的尺寸相比低面部的宽度小，一对点像分布55、56基本上成为相同的形状，并且一对点像的位置也基本上一致。
另外，通常由有像差的摄影光学系统形成的被摄体像的像信号的分布函数成为，将由有像差的摄影光学系统形成的点像的像信号的分布函数对在无像差的情况下形成的被摄体像的像信号的分布函数进行了卷积(卷积运算)而成的分布函数。
因此，在像差量少的情况下或者在使用良好的摄影光学系统来拍摄一般的被摄体的情况下，通过一对焦点检测光束而在最佳像面上形成的一对被摄体像的形状基本上一致，且该一对被摄体像的位置也一致。因此，根据通过基于在一对被摄体像的一致度最高的像偏差量为0的情况下对焦这样的前提的第一像偏差检测运算处理来计算出的第一像偏差量进行焦点检测，也不会产生大的误差。
但是，在使用像差量大的摄影光学系统来拍摄一般的被摄体的情况下，通过一对焦点检测光束而在最佳像面上形成的一对被摄体像的形状不一致。因此，如果进行如下焦点检测则产生大的误差：通过基于在一对被摄体像的一致度最高的像偏差量为0的情况下对焦这样的前提的第一像偏差检测运算处理而进行计算。
图11表示在摄影光学系统为无像差的情况下通过一对焦点检测光束在最佳像面上形成了黑白边缘的被摄体时的被摄体像，穿过图8的区域95的焦点检测光束形成被摄体像65，穿过区域96的焦点检测光束形成被摄体像66。被摄体像65的边缘部45的位置和被摄体像66的边缘部46的位置一致，在这样的情况下，如果使用基于一对像信号的一致度的第一像偏差检测运算，则第一像偏差量计算为0。
另一方面，与图11相同地，图12表示在使用了像差大的摄影光学系统的情况下，对于黑白边缘的被摄体，通过一对焦点检测光束在最佳像面上形成的被摄体像。此外，穿过了该摄影光学系统的一对焦点检测光束在最佳像面上形成的一对点像的分布由例如图10所示的点像分布函数55、56表示。被摄体像67是由穿过区域95的焦点检测光束形成的边缘像，其成为将点像分布函数55对在无像差的情况下的被摄体像65进行了卷积的像。被摄体像68是由穿过区域96的焦点检测光束形成的边缘像，其成为将点像分布函数56对在无像差的情况下的被摄体像66进行了卷积的像。
一对被摄体像67以及68是原本相同的被摄体的像，但由一对焦点检测光束形成的一对点像分布不同，从而一对被摄体像的形状即一对像信号的图案彼此较大地不同。例如，被摄体像67的边缘部47的上部41的形状和被摄体像68的边缘部48的上部42的形状较大地不同。此外，被摄体像67的边缘部47的下部43的形状和被摄体像68的边缘部48的下部44的形状较大地不同。在最佳像面与预定焦点面一致的状态下，即使对这样彼此形状不同的一对被摄体像67以及68进行像偏差检测，被检测的像偏差量也不会成为0。例如，在该状态下，通过基于一对像信号串的一致度的第一像偏差检测运算而计算出第一像偏差量Δ(Δ≠0)的情况下，与该第一像偏差量Δ对应的像面例如成为图8的面99。
产生这样的误差(像偏差量Δ)的原因在于，如上所述那样在最佳像面中由一对焦点检测光束形成的一对点像分布不同。在最佳像面中图10的点像分布55、56的峰值位置一致，但对点像分布55、56实施了基于一对像信号串的一致度的第一像偏差检测运算处理而求出的第一像偏差量Δ不会成为0。如果使点像分布55、56相对地位置偏移第一像偏差量Δ而重合，则成为如图13所示。即，在基于一对像信号串的一致度的第一像偏差量检测运算中，判断图13所示的状态为点像分布55、56的一致度最高的状态。
如上所述，在基于一对像信号串的一致度的第一像偏差量检测运算中，在摄影光学系统的像差大的情况下，由于一对被摄体像的同一性被破坏，在像偏差量的检测中产生误差。
说明即使是在这样一对像信号图案的同一性被破坏的情况下也能够进行精度高的像偏差量的检测的、基于像质量评价值的第二像偏差量检测运算处理。第二像偏差量检测运算处理在图6的步骤S130中进行。在本发明所涉及的第二像偏差量检测运算处理中，基于对于将一对像信号进行加法合成而获得的合成被摄体像的、锐度、分辨率、对比度或者频率特性(MTF)这样的像质量的像质量评价值，进行第二像偏差量的检测。
图14是用于说明基于像质量评价值的第二像偏差量检测的检测原理的图。图14(d)、14(e)以及14(f)将由一对焦点检测光束在预定焦点面上形成的一对点像分布55以及56的相对的位置进行变更而重合显示。由实线表示的点像分布55由穿过区域95的焦点检测光束形成，由虚线表示的点像分布56由穿过区域96的焦点检测光束形成。图14(a)、14(b)以及14(c)表示通过将一对点像分布变更相对的位置而使其彼此重合并进行加法合成而获得的点像分布51a、51b以及51c。图14(a)以及14(d)中的一对点像分布的相对的位置Pa、图14(b)以及14(e)中的一对点像分布的相对的位置Pb、图14(c)以及14(f)中的一对点像分布的相对的位置Pc彼此不同。在基于像质量评价值的第二像偏差量检测运算处理中，使一对点像分布的相对的位置例如以图14(a)以及14(d)中的一对点像分布的相对的位置Pa、图14(b)以及14(e)中的一对点像分布的相对的位置Pb、图14(c)以及14(f)中的一对点像分布的相对的位置Pc的顺序进行改变。即，点像分布51a、51b以及51c是与分别不同的多个偏移量k对应的多个合成像信号的强度分布。
在图14(b)以及14(e)中的一对点像分布的相对的位置Pb中，由于合成像信号的点像分布51b的峰值表示最高值，因此像质量最高，最接近基于最佳像面和预定焦点面一致的情况下的摄影光束的点像分布(图9)。此外，由于随着从一对点像分布的相对的位置Pb背离到位置Pa或者Pc，合成像信号的点像分布51a以及51c的峰值低，因此像质量降低。
即，在点像的情况下，依次变更一对点像分布的相对的位置的同时生成合成被摄体像，且将该合成被摄体像的像信号的峰值成为最大而像质量最高的相对的位置作为第二像偏差量，由此，即使是在一对点像分布的同一性低的情况下，也能够进行准确的像偏差量的检测。
基于这样的原理的像偏差检测向一般的被摄体像的扩展也以与上述相同的方法进行。由一对焦点检测光束形成的一对被摄体像是将如上所述的点像分布对在无像差的情况下的被摄体像进行了卷积(卷积运算)而成。因此，依次变更一对被摄体像的相对的位置的同时生成合成像，且将该合成像的锐度、分辨率、对比度或者MTF这样的像质量成为最好的相对的位置作为像偏差量(第二像偏差量)，由此，即使是在一般的被摄体像中，也能够进行准确的像偏差量的检测。
在如上所述基于像质量评价值的第二像偏差量检测中，利用一对焦点检测光束相对于摄影光束处于互补的关系、即如果合并一对焦点检测光束则成为与摄影光束同等的情况，使由一对焦点检测光束形成的一对被摄体像相对地位移的同时进行加法合成，从而生成与由摄影光束形成的被摄体像同等的合成被摄体像，将该合成被摄体像的像质量评价值成为最高的位移量作为第二像偏差量。
基于像质量评价值的第二像偏差量检测中的被摄体像的像质量的评价，在进行与所谓的对比度检测方式的焦点检测同等的像质量评价这点上类似，但在以下的点上不同。在对比度检测方式的焦点检测中，为了改变像质量而检测像质量的峰值，需要沿着光轴方向对摄影光学系统进行扫描驱动。相对于此，在基于像质量评价值的第二像偏差量检测中，不需要为了改变像质量而沿着光轴方向对摄影光学系统进行扫描驱动。在基于像质量评价值的第二像偏差量检测中，仅使一对像信号串相对地位移即可。在基于像质量评价值的第二像偏差量检测中，使一对像信号串相对地位移起到与对比度检测方式的焦点检测中的摄影光学系统在光轴方向的扫描驱动同等的作用，具有不需要在每次进行焦点检测时都进行摄影光学系统在光轴方向的扫描驱动的效果。
接着，具体说明合成被摄体像的锐度、分辨率、对比度、MTF这样的像质量的评价。对与从焦点检测像素串读取的一对像信号串对应的数据数M的一对数据串A1～AM、B1～BM和它们的一对数据串进行如下述(8)式那样的像偏移加法运算，生成图15所示的合成像信号串F(n，k)(n＝|k|，|k|+1，……，M-1-|k|，M-|k|)。在(8)式中，像偏移量k是整数，是以数据串的数据间隔为单位的相对的偏移量。
F(n，k)＝An+Bn+k (8)
在图15中，横轴表示基于焦点检测像素间距的采样位置、纵轴表示合成像信号强度(合成像信号串)。以○标记表示通过以焦点检测像素间距对由实线1510表示的合成像信号的强度在空间上进行离散采样而采样输出从而获得的合成像信号串F(n，k)。
对上述合成像信号串F(n，k)进行如下述(9)式那样的锐度评价运算，像偏差量k中的合成像信号的锐度评价值作为像质量评价值P(k)进行运算。
P(k)＝Σ|F(n，k)-F(n+v，k)| (9)
在(9)式中，Σ运算对变量n的范围进行计算。(9)式表示计算合成像信号串F(n，k)的、表示预定数据间隔的整数v中的一阶差分的绝对值的总和的运算。由于合成像信号串F(n，k)的锐度越高则差分量越大，因此锐度评价值P(k)也成为较大的值。合成像信号的一阶差分与合成被摄体像的边缘部的倾斜量对应，倾斜越陡峭则看得越清晰，因此可以说(9)式是评价合成像信号的锐度的运算式。表示数据间隔的整数v越减小则能提取出越高的空间频率成分。表示数据间隔的整数v是基于被摄体的MTF特性、焦点检测像素间距、想要提取的空间频率等，通过实验而确定的值。
通过依次变更像偏差量k而进行(9)式的运算，如图16所示，获得在合成像信号串F(n，k)的锐度高的像偏差量中锐度评价值P(k)成为极大值Pmax即最大值的曲线图。也可以将获得极大值Pmax的像偏差量原样采用作为第二像偏差检测运算的结果即第二像偏差量。此外，也可以是，将离散地计算的锐度价值P(k)通过公知的曲线拟合等的方法，如图16的实线1610所示那样进行连续函数化，计算采样间距单位以下的第二像偏差量。例如，也可以作为成为对极大值Pmax乘以预定值E(0＜E＜1)而得到的评价值的范围、即作为包括极大值Pmax的预定范围的中点W来检测第二像偏差量。预定值E基于图16所示的锐度评价值P(k)的曲线图所描画的曲线的陡峭度，通过实验而确定，例如，如果曲线陡峭则为90％左右，如果曲线缓和则为70％左右。
此外，也可以是，以如下方式计算采样间距单位以下的第二像偏差量。首先，通过数据内插的方法来生成采样间隔比焦点检测像素间距变细的一对像信号数据，以代替将以焦点检测像素间距获得的一对像信号的数据相互进行加法合成而生成合成像的方法。使该一对像信号数据以变细的采样间距单位相对地位移之后相互进行加法合成而生成合成像信号。计算该合成像信号的锐度评价值，将锐度评价值成为极大时的位移量(偏移量)作为采样间距单位以下的第二像偏差量。
锐度评价运算并不限定于(9)式，只要运算与像偏移量k中的合成像信号的锐度有关的像质量评价值P(k)即可，例如也可以是(10)式。
P(k)＝Max(|F(n，k)-F(n+v，k)|) (10)
在(10)式中，函数Max(z)是提取变量z的最大值的函数，对变量n的范围进行计算。根据(10)式，获得合成像信号串F(n，k)的、表示预定数据间隔的整数v中的一阶差分的绝对值的最大值。由于合成像信号串F(n，k)的锐度越高则合成被摄体像的边缘部的斜率越陡峭，因此(10)式的锐度评价值P(k)也成为较大的值。在合成像信号串F(n，k)的锐度最高的像偏差量中，锐度评价值P(k)成为最大值。
像质量评价运算并不限定于(9)、(10)式的锐度评价运算，也可以运算像偏移量k中的与除了合成像信号的锐度以外的特性有关的像质量评价值P(k)。例如，也可以是如(11)式所示的评价合成像信号的分辨率的运算。
P(k)
＝Σ|-F(n-v，k)+2×F(n，k)-F(n+v，k)| (11)
在(11)式中，Σ运算对变量n的范围进行计算。(11)式是计算合成像信号串F(n，k)的、表示预定数据间隔的整数v中的二阶差分的绝对值的总和的运算式。合成信号串F(n，k)的分辨率越高则差分量变得越大，因此分辨率评价值P(k)也成为较大的值。在(11)式中，二阶差分具有带通滤波器特性，表示数据间隔的整数v越减小则能提取出越高的空间频率成分，因此可以说(11)式是评价合成像信号的分辨率的运算式。在合成像信号串F(n，k)的分辨率最高的像偏差量中，分辨率评价值P(k)成为最大值。
分辨率评价运算并不限定于(11)式，只要运算像偏移量k中的与合成像信号的分辨率有关的像质量评价值P(k)即可，也可以是例如(12)式。
P(k)
＝Max(|-F(n-v，k)+2×F(n，k)-F(n+v，k)|) (12)
在(12)式中，函数Max(z)是提取变量z的最大值的函数，对变量n的范围进行计算。(12)式是计算合成像信号串F(n，k)的、表示预定数据间隔的整数v中的二阶差分的绝对值的最大值的运算式。由于合成像信号串F(n，k)的分辨率越高则合成像信号的高频成分量越增大，因此(12)式的分辨率评价值P(k)也成为较大的值。在合成像信号串F(n，k)的分辨率最高的像偏差量中，分辨率评价值P(k)成为最大值。
像质量评价运算也可以运算像偏移量k中的与对比度有关的像质量评价值P(k)。也可以是例如(13)式所示的评价合成像信号的对比度的运算。
P(k)
＝{Max(F(n，k))-Min(F(n，k))}/{Max(F(n，k))+Min(F(n，k)) (13)
在(13)式中，函数Max(z)是提取变量z的最大值的函数，对变量n的范围进行计算。函数Min(z)是提取变量z的最小值的函数，对变量n的范围进行计算。(13)式是表示合成像信号串F(n，k)的对比度的运算式，合成像信号的对比度越高则(13)式的对比度评价值P(k)也成为越大的值。在合成像信号串F(n，k)的对比度最高的像偏差量中，对比度评价值P(k)成为最大值。
像质量评价运算也可以运算像偏移量k中的与频率特性即MTF(调制传递函数(Modulation Transfer Function))特性有关的像质量评价值P(k)。例如，以如下方式计算与MTF有关的像质量评价值P(k)。
图17的实线1710是表示对图15所示的合成像信号串F(n，k)进行傅里叶变换而求出的合成像信号的MTF的图，横轴表示空间频率ω、纵轴表示MTF的值。在该曲线图中，在对合成像信号的锐度、分辨率、对比度这样的像质量产生作用的高频带(ω0～ω1)中对合成像信号的MTF进行了积分的值为与合成像信号的MTF有关的像质量评价值P(k)，等于图17的斜线部1720的面积。在合成像信号串F(n，k)的MTF最高的像偏差量中，MTF评价值P(k)成为最大值。
在上述的第二像偏差检测运算中，通过将一对像信号串相对地偏移并进行加法合成，虚拟地生成与沿着光轴方向对摄影光学系统进行了扫描时的摄影光束所形成的所谓的对比度检测方式的焦点检测的像信号同等的合成像信号。由于对该合成像信号进行锐度、分辨率、对比度、MTF这样的像质量的评价，因此即使在由一对焦点检测光束形成的一对像信号串的图案的同一性被破坏的情况下，也能够无误差地检测准确的像偏差量。
---第二实施方式---
在现有的瞳分割型相位差检测方式的焦点检测装置中，即使是在较大散焦的情况下，只要没有光学系统的像差等的影响，就能够进行比较高的像偏差检测精度且比较短的处理时间的焦点检测。在包括第二实施方式中的焦点检测装置的数码相机201中，只有在被要求高精度的像偏差检测运算的对焦附近的情况下，使用第二像偏差检测运算处理。
图18是表示本实施方式的数码相机201的机身控制装置214的动作的流程图。根据图18的流程图，进行步骤S1130、S1135、S1136、S1137、S1138以及S1140来代替进行图6的流程图中的步骤S130以及S140。第二像偏差量检测运算处理在图18的步骤S1137中进行。
在步骤S1130中，机身控制装置214基于读取的一对像信号的数据来进行上述的第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的现有的像偏差检测运算处理。
在步骤S1135中，机身控制装置214将在步骤S1130中计算出的第一像偏差量转换为散焦量。
在步骤S1136中，机身控制装置214判别摄影光学系统的焦点调节状态是否为对焦附近、即判别计算出的散焦量的绝对值是否在第一预定值以内。第一预定值通过实验而确定为例如200μm。在判别为不是对焦附近的情况下，本处理进入步骤S150，在判别为是对焦附近的情况下，进入步骤S1137。另外，在步骤S1136中，即使是在第一像偏差检测运算处理的结果是不能进行焦点检测的情况下，即不能进行散焦量计算的情况下或者计算出的散焦量的可靠性低的情况下，机身控制装置214也判断为摄影光学系统的焦点调节状态不在对焦附近，本处理进入步骤S150。
在步骤S1137中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号的数据来进行上述的第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S1138中，机身控制装置214将在步骤S1137中计算出的第二像偏差量转换为散焦量，本处理进入步骤S1140。
在步骤S1140中，机身控制装置214判别摄影光学系统的焦点调节状态是否为对焦状态、即判别计算出的散焦量的绝对值是否在比第一预定值小的第二预定值以内。第二预定值通过实验而确定为例如100μm。在机身控制装置214判别为摄影光学系统的焦点调节状态不是对焦状态的情况下，本处理进入步骤S150。
例如，在被摄体静止的情况下，也可以是，在步骤S1136中进行一次确定判定之后，在步骤S1137、S1138、S1140以及S150之后，将本处理返回到步骤S1136而不是返回到步骤S110，将第二像偏差检测运算处理重复最大数次左右。
在步骤S1140中，判别为摄影光学系统的焦点调节状态是对焦状态的情况下，本处理进入步骤S160。
在图18的步骤S1130中的用于基于一对像信号的一致度的像偏差检测的第一像偏差检测运算处理时，与第一实施方式相同地，作为检测一对像信号串的一致度的相关运算式而使用(1)式。
另外，检测一对像信号串的一致度的相关运算式并不限定于(1)式，只要是运算一对像信号串的一致度的相关运算式，可以使用任意的相关运算式。
例如，也可以使用采用了平方运算的(14)式的相关运算(平方差之和(SSD：Sum ofSquared Difference))来代替(1)式的绝对值运算。
E(k)＝Σ(An-Bn+k)2 (14)
此外，在一对像信号串之间有放大度的差异的情况下，也可以使用能够检测一对像信号串的一致度的如(15)式这样的相关运算式。
E(k)＝Σ|An·Bn+s+k-Bn+k·An+s| (15)
另外，在(15)式中变量n所取的范围根据像偏移量k而限定为数据An、An+s、Bn+k、Bn+s+k存在的范围。此外，作为变量s，适当地选择整数1、2、……。除了(1)、(14)、(15)式以外，只要是运算一对像信号串的一致度的相关运算式，可以使用任意的相关运算式。
在表示数码相机201的机身控制装置214的动作的图18的流程图中，根据以散焦量的绝对值表示的光学系统的焦点检测状态，区分使用上述的第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理。只有在要求高精度的像偏差检测运算的对焦附近的情况下即散焦量的绝对值为第一预定值以内的情况下，使用第二像偏差检测运算处理。在不是对焦附近的情况下即散焦量的绝对值超过第一预定值的情况下，不使用第二像偏差检测运算处理。其理由在于，如果散焦量变大则空间频率的高频成分减少而像质量的评价值降低，并且相对于散焦量的像质量评价值的变化也变得微小，因此基于第二像偏差检测运算处理的像偏差检测运算精度降低。相对于此，在第一像偏差检测运算处理中，由于空间频率的低频成分也用于像偏差检测，因此即使散焦量变大，像偏差检测精度的降低也较少。
通过区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理，能够提供高精度且高效的焦点检测装置。
关于第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的区分使用，并不限定于与如图18的流程图所说明的焦点检测状态即散焦量的绝对值对应的区分使用，只要是与第一像偏差检测运算处理以及第二像偏差检测运算处理的特质对应的区分使用，则也可以是其他的区分使用。
-进行第一以及第二像偏差检测运算处理这双方的情况-
图19是在进行第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理这双方，并将作为各自的结果而获得的第一像偏差量和第二像偏差量进行加权算术平均的情况下的流程图。本流程图表示对图18的步骤S1130至步骤S1138的处理进行置换的处理。
在步骤S230中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串，进行第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量shft1。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理。
在步骤S231中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串，进行第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量shft2。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S232中，如(16)式所示，机身控制装置214将第一像偏差量shft1和第二像偏差量shft2通过加权系数k1、k2进行加权算术平均，计算平均像偏差量shftA。
shftA＝k1·shft1+k2·shft2
其中，k1+k2＝1 (16)
在(16)式中，也可以根据焦点检测状态而变更加权系数k1、k2。例如，在对焦附近，将加权系数k2设为大于加权系数k1。在(16)式中，也可以根据第一像偏差量shft1以及第二像偏差量shft2的可靠性评价值而变更加权系数k1、k2。此时，将可靠性相对高的一方的加权系数设为大于低的一方的加权系数。例如，在第一像偏差量shft1的可靠性评价值r1的计算中，使用(5)式的SLOP。此外，在第二像偏差量shft2的可靠性评价值r2的计算中，使用图17的锐度评价值的最大值Pmax。此时，设加权系数k1＝r1/(r1+r2)，设加权系数k2＝r2/(r1+r2)。
在步骤S233中，机身控制装置214将在步骤S232中计算出的平均像偏差量shftA转换为散焦量。
这样一来，由于没有第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的切换的像偏差量和散焦量的急剧变化，能够进行流畅的焦点调节动作。
-根据像差而区分使用第一以及第二像偏差检测运算处理的情况-
图20是表示在根据例如像差的摄影光学系统的光学特性而区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的情况下的机身控制装置214的动作的流程图。本流程图表示对图18的步骤S1130至步骤S1138的处理进行置换的处理。
在步骤S330中，机身控制装置214从透镜控制装置206接收球面像差信息作为光学特性的信息。在透镜控制装置206或者交换透镜202内的未图示的存储装置中，球面像差的设计值或者测定值等的信息作为球面像差信息而预先存储。
在步骤S331中，机身控制装置214基于接收到的光学特性的信息即球面像差信息，判定光学特性是否良好。具体而言，机身控制装置214在光圈开放值的球面像差(纵像差量)与F5.6中的球面像差(纵像差量)之差的绝对值在预定值以下的情况下，判定为良好。通常，上述纵像差量的差越大的摄影光学系统则图10中所示的一对点像信号的图案的一致度越差。
在步骤S331中判定为光学特性良好的情况下，在步骤S332中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串进行第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量shft1。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理。
在步骤S333中，机身控制装置214将在步骤S332中计算出的第一像偏差量shft1转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
另一方面，在步骤S331中判定为光学特性不良的情况下，在步骤S334中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串进行第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量shft2。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S335中，机身控制装置214将在步骤S334中计算出的第二像偏差量shft2转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
这样一来，在由于摄影光学系统的光学特性良好而在对焦附近中也不会产生第一像偏差检测运算处理的误差的情况下，使用由于运算规模比较少因此处理时间短的第一像偏差检测运算处理。因此，能够提高焦点调节的响应。与此同时，在由于摄影光学系统的光学特性不良而在对焦附近产生第一像偏差检测运算处理的误差的情况下，通过使用高精度的第二像偏差检测运算处理，能够进行准确的焦点调节。
光学特性的良好与否判定并不限定于如上所述使用摄影光学系统的球面像差信息，也可以使用其他像差量的信息，例如色差、彗形像差、非点像差等的信息。特别是，与空间频率对应的最佳像面位置的位移信息由于与一对像信号串的图案的同一性有较深关系，因此是重要的。例如，基于光学设计信息预先计算或者在实验中测定包括预定值ωL的低空间频率的最佳像面位置与包括大于预定值ωL的预定值ωH的高空间频率的最佳像面位置之差，并存储在交换透镜202侧。机身控制装置214将对于这两个空间频率的各自的最佳像面的位置之差读取到相机机身203侧，在读取的最佳像面的位置之差的绝对值为预定值以下的情况下，作为光学特性良好的情况，进行第一像偏差检测运算处理。机身控制装置214在读取的最佳像面的位置之差的绝对值超过预定值的情况下，作为光学特性不良的情况，进行第二像偏差检测运算处理。
此外，也可以采用如下方式代替在相机机身203侧判定光学特性的良好与否：透镜控制装置206从交换透镜202侧向相机机身203侧发送与光学特性对应的良好与否信息，在相机机身203侧，机身控制装置214根据该良好与否信息而切换第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理。
此外，预先在相机机身203侧具备拾取了光学特性不良的透镜的识别信息的表格，在相机机身203中所安装的交换透镜202的透镜的识别信息与在该表格中拾取的透镜识别信息一致的情况下，机身控制装置214判定为所安装的交换透镜202的透镜的光学特性不良。
-根据光圈F值而区分使用第一以及第二像偏差检测运算处理的情况-
图21是表示根据摄影光学系统的光学特性、例如光圈F值而区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的情况下的机身控制装置214的动作的流程图。本流程图表示对图18的步骤S1130至步骤S1138的处理进行置换的处理。
在步骤S430中，机身控制装置214从透镜控制装置206接收光圈F值信息即在该时刻的控制F值信息来作为光学特性的信息。
在步骤S431中，机身控制装置214基于接收到的光学特性的信息即光圈F值信息，判定是否为容易产生第一像偏差检测运算处理的误差的状态，即判定由一对焦点检测光束形成的一对被摄体像的同一性是否良好。具体而言，在光圈F值为与预定值以上的较暗的光量对应的F值的情况下，由于图10所示的一对点像分布的低面的宽度与峰值部的大小相比减小，因此机身控制装置214判断为难以产生第一像偏差检测运算处理的误差。本处理进入步骤S432，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串来进行第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量shft1。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理。
在步骤S433中，机身控制装置214将在步骤S432中计算出的第一像偏差量shft1转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
另一方面，在步骤S431中，在光圈F值为与小于预定值的较亮的光量对应的较亮的F值的情况下，由于图10所示的一对点像分布的低面的宽度与峰值部的大小相比增大，因此机身控制装置214判断为容易产生第一像偏差检测运算处理的误差。本处理进入步骤S434，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串来进行第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量shft2。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S435中，机身控制装置214将在步骤S434中计算出的第二像偏差量shft2转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
这样一来，在摄影光学系统的光学特性中包含的光圈F值大且难以产生第一像偏差检测运算处理的误差的情况下，使用由于运算规模比较少而处理时间短的第一像偏差检测运算处理。因此，能够提高焦点调节的响应。与此同时，在摄影光学系统的光圈F值小且容易产生第一像偏差检测运算处理的误差的情况下，通过使用高精度的第二像偏差检测运算处理，能够进行准确的焦点调节。
-根据像高和出瞳距离而区分使用第一以及第二像偏差检测运算处理的情况-
在焦点检测区域除了画面中心之外还存在于画面周边的位置的情况下，还能够根据在焦点检测中使用的焦点检测区域的位置即显示该焦点检测区域离画面中央的距离的像高、例如出瞳距离的摄影光学系统的光学特性，区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理。由于在焦点检测所使用的焦点检测区域中配置有生成一对像信号的一对焦点检测像素，因此像高也可以说是相对于光轴生成一对像信号的位置。
图22是表示在这样的情况下的摄影画面上的焦点检测区域的位置的图，在矩形的摄影画面100上的中央(光轴上)以及水平垂直方向的周边的合计25处配置有焦点检测区域102。沿着以长方形表示的焦点检测区域102的长边方向即水平方向，焦点检测像素呈直线排列。
图23是表示根据焦点检测区域的位置即显示该焦点检测区域离画面中央的距离的像高、例如出瞳距离的摄影光学系统的光学特性，区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的情况下的、机身控制装置214的动作的流程图。本流程图表示对图18的步骤S1130至步骤S1138的处理进行置换的处理。另外，在焦点检测所使用的焦点检测区域的位置是由用户手动选择的。
在步骤S530中，机身控制装置214从透镜控制装置206接收出瞳距离数据作为光学特性的信息。
在步骤S531中，机身控制装置214基于接收到的光学特性的信息即出瞳距离数据，判定是否为容易产生第一像偏差检测运算处理的误差的状态，即判定由一对焦点检测光束形成的一对像的同一性是否良好。具体而言，在出瞳距离为预定距离范围以内的情况下，由于一对焦点检测光束的基于光圈开口的遮光大致均匀地产生，因此机身控制装置214判定为一对点像分布的同一性也高，本处理进入步骤S535以后的第一像偏差检测运算处理。在出瞳距离为图5所示的测距瞳距离d的附近时、即在d±预定距离以内时，判定为出瞳距离在预定距离范围以内。在出瞳距离在预定距离范围外的情况下，由于一对焦点检测光束的基于光圈开口的遮光不均匀地产生，因此机身控制装置214判定为一对点像分布的同一性也容易被破坏，本处理进入步骤S532。在出瞳距离远离了图5所示的测距瞳距离d时，即在d±预定距离外时，判定为出瞳距离在预定距离范围外。
在步骤S532中，机身控制装置214判定由用户选择的焦点检测区域是否位于画面周边。在表示所选择的焦点检测区域离画面中心的距离的像高为预定值以上时，判定为所选择的焦点检测区域位于画面周边。在所选择的焦点检测区域位于画面周边的情况下，由于一对焦点检测光束的基于光圈开口的遮光的不均匀性被放大，因此机身控制装置214判定为一对点像分布的同一性也被破坏。为了进行在这样的状态下也难以产生误差的像偏差检测，机身控制装置214使本处理进入步骤S533以后的第二像偏差检测运算处理。在所选择的焦点检测区域位于画面中央附近的情况下，由于一对焦点检测光束的基于光圈开口的遮光的不均匀较少，因此机身控制装置214判定为一对点像分布的同一性也高，并使本处理进入步骤S535以后的第一像偏差检测运算处理。
在步骤S533中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串来进行第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量shft2。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S534中，机身控制装置214将在步骤S533中计算出的第二像偏差量shft2转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
在步骤S535中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串来进行第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量shft1。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理。
在步骤S536中，机身控制装置214将在步骤S535中计算出的第一像偏差量shft1转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
在摄影光学系统的出瞳距离为测距瞳距离d的附近或者焦点检测区域的位置为画面中心附近时，难以产生一对焦点检测光束的基于光圈的不均匀的遮光。但是，如果如上所述，则在由于是难以产生一对焦点检测光束的基于光圈的不均匀的遮光的状态而因此难以产生第一像偏差检测运算处理的误差的情况下，使用由于运算规模比较少而处理时间短的第一像偏差检测运算处理，因此能够提高焦点调节的响应。在摄影光学系统的出瞳从脱离测距瞳距离d分离时或者在焦点检测区域的位置位于画面周边时，容易产生一对焦点检测光束的基于光圈的不均匀的遮光。但是，如果如上所述，则在由于是容易产生一对焦点检测光束的基于光圈的不均匀的遮光的状态而因此容易产生第一像偏差检测运算处理的误差的情况下，使用高精度的第二像偏差检测运算处理，因此能够进行准确的焦点调节。
另外，也可以只根据像高以及出瞳距离中的任一个而区分使用第一以及第二像偏差检测运算处理。即，在图23中，也可以只进行步骤S531以及步骤S532中的判定处理中的任一个判定。
-根据AF的必要检测精度而区分使用第一以及第二像偏差检测运算处理的情况-
图24是表示在根据必要的散焦量检测精度即由用户设定的AF精度关联的设定状态而区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的情况下的、机身控制装置214的动作的流程图。本流程图表示对图18的步骤S1130至步骤S1138的处理进行置换的处理。
在步骤S630中，机身控制装置214检测由用户设定的AF精度关联的设定状态。AF精度关联的设定是指，既可以是例如直接切换AF精度优先和AF响应优先的情况下的切换选择设定，也可以是间接切换AF精度优先和AF响应优先的情况下的切换选择设定。间接切换AF精度优先和AF响应优先的情况下的切换选择设定是指，例如一键式AF模式和连续式AF模式的切换选择设定，与用户选择哪个模式连动地选择AF精度优先和AF响应优先中的任一个。在一键式AF模式中，由于到达对焦状态后禁止透镜驱动，因此请求较高的AF精度，成为AF精度优先。在连续AF模式中，由于是连续摄影，因此根据检测到的焦点调节状态而始终进行透镜驱动，因此请求迅速性，成为AF响应优先。
在步骤S631中，机身控制装置214基于检测到的AF精度关联的设定状态，判定是否AF精度被优先。本处理在AF精度被优先的情况下进入步骤S634，在AF精度未被优先的情况下，即在除了AF精度以外的AF特性、例如AF响应被优先的情况下，进入步骤S632。
在步骤S632中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串来进行第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量shft1。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理。
在步骤S633中，机身控制装置214将在步骤S632中计算出的第一像偏差量shft1转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
在步骤S634中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串来进行第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量shft2。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S635中，机身控制装置214将在步骤S634中计算出的第二像偏差量shft2转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
这样一来，在对像偏差检测所请求的精度比较宽松的情况下，使用由于运算规模比较少因此处理时间短的第一像偏差检测运算处理。因此，能够提高焦点调节的响应。与此同时，在对摄影光学系统的像偏差检测请求的精度比较严格的情况下，通过使用高精度的第二像偏差检测运算处理，能够进行准确的焦点调节。
关于AF精度的设定，既可以如上所述是用户的手动设定，也可以是相机机身203的机身控制装置214自动设定。例如，也可以是进行如下自动设定：相机机身203的机身控制装置214基于读取的图像数据进行亮度检测，在高亮度的情况下设定为AF精度优先，在低亮度的情况下设定为AF响应优先。此外，也可以进行如下自动设定：相机机身203的机身控制装置214基于读取的图像数据，进行关于被摄体是移动被摄体还是静止被摄体的检测，在静止被摄体的情况下设定为AF精度优先，在移动被摄体的情况下设定为AF响应优先。此外，也可以进行如下自动设定：相机机身203的机身控制装置214基于读取的图像数据或者未图示的加速度传感器输出，进行表示相机机身203的抖动状态的抖动量的检测，在抖动少的情况下即抖动量为预定值以内的情况下设定为AF精度优先，在抖动大的情况下即抖动量为预定值以上的情况下设定为AF响应优先。
-根据一对像质量而区分使用第一以及第二像偏差检测运算处理的情况-
图25是在根据基于在像偏差检测中使用的一对焦点检测像素的数据而评价的一对像的像质量来区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的情况下的流程图。本流程图表示对图18的步骤S1130至步骤S1138的处理进行置换的处理。
在步骤S730中，机身控制装置214基于在像偏差检测中使用的一对焦点检测像素的数据，计算一对像的像质量的评价值。具体而言，能够通过与前述的求出合成像信号的像质量评价值P(k)的运算相同的运算，计算一对像信号的像质量评价值Q。能够基于一对焦点检测像素所输出的一对像信号数据A(n)、B(n)，例如通过与(9)式相同的锐度评价运算的(17)式，计算像质量评价值Q。
Q＝Σ(|A(n)-A(n+v)|+|B(n)-B(n+v)|) (17)
在(17)式中，Σ运算对变量n的范围进行计算。(17)式表示计算一对焦点检测像素输出的一对像信号数据A(n)、B(n)的、表示预定数据间隔的整数v中的一阶差分的绝对值的总和的运算。由于一对焦点检测像素输出的一对像信号数据A(n)、B(n)的锐度越高则差分量越大，因此像质量评价值Q也成为较大的值。一阶差分量对应于一对像的边缘部的倾斜量，倾斜越陡峭则看得越清晰，因此可以说(17)式是评价一对像信号的像质量即锐度的运算。另外，(17)式针对一对焦点检测像素输出的一对像信号数据A(n)、B(n)这双方进行运算，但也可以只是针对其中任一个。
在步骤S731中，基于一对像信号的像质量评价值，判定一对像的像质量是否良好。本处理在一对像的像质量为良好的情况下即像质量评价值为预定值以上的情况下，进入步骤S734，在一对像的像质量不良的情况下即像质量评价值小于预定值的情况下，进入步骤S732。
在步骤S732中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串，进行第一像偏差检测运算处理，计算第一像偏差量shft1。如上所述，第一像偏差检测运算处理是基于一对像信号串的一致度的像偏差检测运算处理。
在步骤S733中，机身控制装置214将在步骤S732中计算出的第一像偏差量shft1转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
在步骤S734中，机身控制装置214基于在步骤S120中读取的一对像信号串，进行第二像偏差检测运算处理，计算第二像偏差量shft2。如上所述，第二像偏差检测运算处理是基于合成像信号的像质量评价值的像偏差检测运算处理。
在步骤S735中，机身控制装置214将在步骤S734中计算出的第二像偏差量shft2转换为散焦量，本处理进入图18的步骤S1140。
有时因一对体像的像质量不良，因此基于第二像偏差检测运算的精度恶化。例如，散焦量大且由于像离焦而高频成分不存在的情况。即使是在这样的高频成分少的情况下，通过第一像偏差检测运算处理，也能够进行精度比较高的像偏差检测。在上述的步骤S731中，判定为一对像的像质量不良的情况下，在步骤S732中，使用第一像偏差检测运算处理，因此能够维持焦点检测精度。并且，在步骤S731中，在由于一对像的像质量良好因此能够期待基于第二像偏差检测运算的高精度的像偏差检测的情况下、例如在对焦附近高频成分多的情况下，由于在步骤S734中使用高精度的第二像偏差检测运算处理，因此能够进行准确的焦点调节。
在步骤S730中，基于一对焦点检测像素所输出的一对像信号数据A(n)、B(n)，使用锐度作为一对像信号的像质量评价值Q，通过锐度评价运算的(17)式而计算像质量评价值Q。但是，作为像质量评价值，也可以使用一对像信号的分辨率来代替锐度。此时，例如使用以下的(18)式来代替(17)式。
Q＝Σ(|-A(n-v)+2×A(n)-A(n+v)|+|-B(n-v)+2×B(n)-B(n+v)|) (18)
作为像质量评价值Q，也可以使用一对像信号的频率特性(MTF)来代替锐度。也可以是，与使用图17求出与合成像信号的MTF有关的像质量评价值P(k)的方法相同地，将在对一对被摄体像的像质量产生作用的高频带中对合成像信号的MTF进行了积分的值作为像质量评价值Q。
关于与上述的各种条件对应的第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理的区分使用，能够组合多个来使用。
例如，在图18所示的流程图中，也可以是，在步骤S1136至步骤S1137之间进一步插入图20的步骤S330和步骤S331。图26表示这个状态。在步骤S331中判定为光学特性良好的情况下，本处理进入步骤S1140，在步骤S331中判定为光学特性不良的情况下，本处理进入步骤S1137。
通过以上述方式组合多个条件，能够更加适当地区分使用第一像偏差检测运算处理和第二像偏差检测运算处理。
---变形例—
(1)在第一以及第二实施方式中，在第二像偏差量检测运算处理中，基于针对将一对像信号进行加法合成而获得的合成被摄体像的、锐度、分辨率、对比度或者频率特性(MTF)这样的像质量的像质量评价值，进行第二像偏差量的检测。在包括焦点检测装置的数码相机201中，机身控制装置214也可以是，对从焦点检测像素315以及316读取的一对像信号串基于使用了后述的对比度评价值作为像质量评价值的对比度评价来进行像偏差检测运算处理，计算一对像信号串的第二像偏差量，并且将该第二像偏差量转换为散焦量。
即，在图6的步骤S130中，本变形例的数码相机201的机身控制装置214对读取的一对像信号串进行基于后述的对比度评价的像偏差检测运算处理，计算一对像信号串的像偏差量(第二像偏差量)，并且将该像偏差量转换为散焦量。基于对比度评价的像偏差检测运算处理是指，使一对像信号串相对地像偏移并进行加法合成而生成合成像信号串并且计算该合成像信号串的对比度成为最大的像偏差量的处理。当该合成像信号串的对比度成为最大时，合成像信号的像质量成为最高。
接着，使用图27的流程图，具体地详细叙述图6的步骤S130中的基于针对一对像信号串的对比度评价的、由机身控制装置214进行的像偏差检测运算处理。
在步骤S2200中，将从焦点检测像素串(像素数2M)读取的一对像信号串A1～AM、B1～BM的相对的偏移量k的初期值设定为k＝-5。
在步骤S2210中，使一对像信号串A1～AM、B1～BM相对地偏移偏移量k。即，通过偏移量k，像信号串A的信号AN和像信号串B的信号BN+k对应。
在步骤S2220中，将相对地偏移了偏移量k的一对像信号串A1～AM、B1～BM通过上述的(8)式进行加法合成运算，生成图15所示的由M+1-2|k|个合成像信号构成的合成像信号串F(n，k)(n＝|k|，|k|+1，……，M-1-|k|，M-|k|)。
F(n，k)＝An+Bn+k (8)
在步骤S2230中，对合成像信号串F(n，k)实施作为线性结合运算的(19)式的一阶差分处理，从合成像信号串F(n，k)提取高频率的对比度成分。生成由如此获得的M-2|k|个对比度成分构成的对比度信号串P(n，k)。
P(n，k)＝F(n，k)-F(n-1，k) (19)
在步骤S2240中，通过如(20)式那样的作为非线性函数H(x)的二次函数(平方函数：y＝H(x)＝x2)对对比度信号串P(n，k)进行非线性转换，生成非线性对比度信号串Q(n，k)。
Q(n，k)＝H(P(n，k))＝(P(n，k))2 (20)
这里，说明对对比度信号串P(n，k)进行基于如(20)式那样的非线性函数的非线性转换而生成非线性对比度信号串Q(n，k)的理由。
图28(a)、(b)表示作为一对像而在级差C1的阶梯状图案的情况下的一对像信号串。一对像信号串成为相对地偏移了偏移量k1的状态，在各个像信号串中，级差C1的位置不同。图28(c)表示由将图28(a)、(b)的一对像信号串进行加法合成而获得的多个合成像信号构成的合成像信号串。成为在两处具有级差C1的阶梯状图案。如果将对比度信号串P(n，k)的绝对值累计并计算合成像信号串的对比度评价值C(k)(C(k)＝Σ|P(n，k)|)，则以下述方式求出图28(c)的合成像信号串的对比度评价值C(k1)。即，图28(c)的合成像信号串的对比度评价值C(k1)通过在合成像信号串存在的区间范围将合成像信号串的级差(一阶差分)的绝对值累计而被计算出，因此成为C(k1)＝2×|C1|。
与图28(a)、(b)相同地，图29(a)、(b)表示在一对像是具有级差C1的阶梯状图案的情况下的一对像信号串。一对像信号串成为相对地偏移了偏移量k2的状态，在各个像信号串中，级差C1的位置一致。图29(c)表示由将图29(a)、(b)的一对像信号串进行加法合成而成的合成像信号串。成为在一处具有级差C2(＝2×C1)的阶梯状图案。如果将合成像信号串的级差的绝对值原样在合成像信号串存在的区间范围累计而计算图29(c)的合成像信号串的对比度评价值C(k2)，则成为C(k2)＝|2×C1|＝2×|C1|＝C(k1)。即，如图30(a)所示，相对于偏移量k的对比度评价值C(k)不依赖偏移量k而成为恒定。此时，无论使一对像信号串相对地偏移多少并计算对比度评价值，也不能检测对比度评价值的峰值和谷值，因此，不能进行像偏差量的检测。
在以上的说明中，累计合成像信号串的级差的绝对值来求出了对比度评价值C(k)。合成像信号串的级差是指合成像信号串的对比度成分，实际上通过(19)式的一阶差分运算而计算。合成像信号串的对比度成分通常能够通过合成像信号串的N阶差分处理(N是正整数)来求出。在通过合成像信号串的N阶差分处理提取了对比度成分的情况下，在将该对比度成分的绝对值原样累计来计算对比度评价值C(k)的情况下，也产生同样的现象。
成为这样的结果的数学上的理由如下所述。合成像信号串的加法合成处理成为一对像信号串的一次线性结合(一对像信号串的加法)。并且，用于提取合成像信号串的对比度成分的N阶差分处理也成为合成像信号串的信号串的一次线性结合(对各信号乘以预定系数并相加的运算)。即，针对如图28、图29所示的像图案，在通过在对于合成像信号串的N阶差分处理中提取出的对比度成分的绝对值的累计来计算对比度评价值C(k)的情况下，成为如下的状况。该对比度评价值C(k)等于将对于一对信号串各自的对比度评价值相加而获得的值、即将对于一对信号串各自的对比度评价值进行一次线性结合而获得的值。因此，对比度评价值C(k)与偏移量k无关而成为恒定。
这样的问题能够通过在累计对比度成分之前如(20)式那样进行一次非线性转换来解决。即，在对如(20)式那样将对比度信号串通过平方函数进行非线性转换而获得的Q(n，k)进行累计而计算了对比度评价值C(k)的情况下(C(k)＝ΣQ(n，k)＝Σ|P(n，k)|2)，成为如下情况。如图29(c)所示，针对一对像的级差部一致时的合成像信号串的对比度评价值C(k2)＝4×C12。这大于如图28(c)那样针对一对像的级差部不一致时的合成像信号串的对比度评价值C(k1)＝2×C12。因此，对比度评价值C(k)不会不依赖偏移量k而成为恒定。由于在一对像的级差部一致且合成像信号串的对比度最高的偏移量中，对比度评价值C(k)表示峰值，因此能够基于该偏移量而检测像偏差量。
以下述方式求出与如图28(a)以及28(b)所示的级差C1的阶梯图案对应的图28(c)所示的合成像信号串的对比度评价值C(k)。即，通过累计对比度信号串x＝P(n，k)的平方函数y＝x2，求出对比度评价值C(k)。在x＝C1时，y＝C12。在图28(c)中，由于合成像信号串的级差C1存在两处，因此对于此时的对比度评价值C(k)＝C(k1)，成为C(k1)＝2y＝2C12。
对如图29(a)以及29(b)所示的级差C1的阶梯图案，同样求出如图29(c)所示的合成像信号串的对比度评价值C(k)。即，通过如上所述累计对比度信号串x＝P(n，k)的平方函数y＝x2，求出对比度评价值C(k)。在x＝2C1时，y＝4C12。在图29(c)中，由于合成像信号串的级差2C1存在一处，因此对于此时的对比度评价值C(k)＝C(k2)，成为C(k2)＝y＝4C12。
由此，由于C(k2)＝y＝4C12大于C(k1)＝2y＝2C12，因此对比度评价值C(k)不会不依赖偏移量k而成为恒定。在合成像信号串为比如图28(a)、28(b)、29(a)以及29(b)所示的严格的阶梯图案更平稳地变化的信号图案的情况下，如图30(b)所示，获得对比度评价值C(k)在偏移量k＝k2中表示极值(此时是峰值)的曲线。
返回到图27的说明，在步骤S2250中，通过(21)式而累计构成非线性对比度信号串Q(n，k)的各信号，计算对比度评价值C(k)。在(21)式中，Σ表示有关n的累计。
C(k)＝ΣQ(n，k) (21)
在步骤S2260中，检查偏移量k是否达到5，在未达到的情况下，增加偏移量k并更新。之后，本处理返回到步骤S2210，针对被更新的偏移量k，通过步骤S2210～步骤S2250的处理来计算对比度评价值C(k)。
在步骤S2260中，在偏移量k成为5的情况下，偏移量k＝-5～5的各偏移量中的每一个的对比度评价值C(k)全部被算出。此时，本处理分支到步骤S2280，基于与整数单位的偏移量k＝-5～5对应而离散地求出的对比度评价值C(k)，将在假设了连续的偏移量的情况下的对比度评价值成为最大的偏移量G(小数单位)进行内插而求出。
图31是用于说明偏移量G的内插方法(3点内插)的图，横轴是偏移量k(-5、-4、……4、5)，纵轴是对比度评价值。以●表示与整数的偏移量k对应的对比度评价值C(k)，在图31所示的例子中，在偏移量k＝2时对比度评价值C(2)成为最大。在图31所示的例子中，关于偏移量k＝2的前一个偏移量k＝1以及后一个偏移量k＝3各自的对比度评价值C(1)以及C(3)，成为C(1)＞C(3)。在将偏移量G(小数单位)进行内插时，穿过对比度评价值C(2)、C(3)的直线和具有与该直线相反的斜率且穿过对比度评价值C(1)的直线的交点的坐标是在假设了连续的偏移量的情况下的最大的对比度评价值C(G)(在图31的例子中以○表示)以及偏移量G。
如果将使用图31说明的内容进行一般化，则能够如下说明。在整数的偏移量kj时对比度评价值C(kj)成为最大，偏移量kj-1、kj+1时的对比度评价值为C(kj-1)、C(kj+1)。使用由(22)式至(25)式表示的3点内插的方法，求出在假设了连续的偏移量的情况下的获得最大的对比度评价值C(G)的偏移量G。
G＝kj-D/SLOP (22)
C(G)＝C(kj)+|D| (23)
D＝{C(kj-1)-C(kj+1)}/2 (24)
SLOP＝MAX{|C(kj+1)-C(kj)|，|C(kj-1)-C(kj)|} (25)
通过以(23)式计算出的对比度评价值C(G)低于预定阈值和/或以(25)式计算出的SLOP低于预定阈值等基准，判定在(22)式中计算出的偏移量G是否有可靠性。在图31中，在不存在对比度评价值的峰值的情况下，判定为不能进行焦点检测。
在计算出偏移量G且判定为偏移量G有可靠性的情况下，在步骤S2290中，通过(26)式将偏移量G换算为像偏差量(第二像偏差量)shft2。在(26)式中，检测间距PY成为同一种类的焦点检测像素的采样间距、即摄像像素的间距的2倍。
shft2＝PY×G (26)
进而，对像偏差量shft2乘以预定的转换系数Kd而转换为散焦量def。
def＝Kd×shft2 (27)
在(27)式中，转换系数Kd是与一对测距瞳95、96的重心间隔和测距瞳距离的比例关系对应的转换系数，根据光学系统的光圈F值而变化。
以上是基于对比度评价的像偏差检测运算处理的细节。包括本变形例中的焦点检测装置的数码相机201包括摄像元件212和机身控制装置214。
机身控制装置214在步骤S2210中，进行将一对像信号串A1～AM、B1～BM相对地偏移的像偏移处理。
机身控制装置214在步骤S2220中，进行通过将一对像信号串A1～AM、B1～BM彼此加法合成来生成合成像信号串F(n，k)的像合成处理。
机身控制装置214在步骤S2230中，进行通过从合成像信号串F(n，k)提取多个对比度成分来生成对比度信号串P(n，k)的对比度提取处理。
机身控制装置214在步骤S2240中，进行将对比度信号串P(n，k)转换为非线性对比度信号串Q(n，k)的非线性转换处理。
机身控制装置214在步骤S2250中，进行计算合成像信号串F(n，k)的对比度评价值C(k)的对比度评价处理。
机身控制装置214在步骤S2280中，进行对与多个对比度评价值C(k)中的极值C(G)对应的偏移量G进行检测而作为像偏差量shft2的像偏差量检测处理。
机身控制装置214在步骤S2290中，进行计算交换透镜202的散焦量def的散焦量计算处理。
通过以上述方式基于对比度评价值来检测像偏差量，即使在由于光学的像差而使一对像的同一性破坏的情况下，也能够进行准确的像偏差量的检测。与此同时，在对比度评价值的计算中，将合成像信号串的对比度成分进行非线性转换。因此，对于图28或图29所示的阶梯状的像图案，也能够切实地检测像偏差量。
在上述的数码相机201中，一对像信号串A1～AM、B1～BM是将一对被摄体像67以及68以同一种类的焦点检测像素的采样间距即检测间距PY离散地采样而获得的信号串。多个偏移量k是检测间距PY单位的离散的值。
基于在对比度评价值C(k)中表示极值的对比度评价值C(kj)和2个对比度评价值C(kj-1)和C(kj+1)，机身控制装置214以检测间距PY以下的精度检测像偏差量Sf。由此，能够更高精度地检测像偏差量。另外，2个对比度评价值C(kj-1)和C(kj+1)是对与对比度评价值C(G)对应的偏移量kj和偏移量kj增减了检测间距PY而得到的2个偏移量kj-1和kj+1的对比度评价值。
(2)在图27的步骤S2230中，对合成像信号串F(n，k)实施(19)式的一阶差分处理。如前所述，作为从合成像信号串F(n，k)提取高频率的对比度成分而生成对比度信号串P(n，k)的线性结合运算处理，能够使用对于正整数N的N阶差分运算处理。例如，在使用了二阶差分处理的情况下，如(28)式所示。
P(n，k)＝-F(n-1，k)+2×F(n，k)-F(n+1，k) (28)
在差分间隔相同的情况下，由于与一阶差分处理相比，二阶差分处理的提取高频成分的效率高，因此优选。
(3)在图27的步骤S2240中的非线性函数H(x)是单纯的平方函数(y＝H(x)＝x2)。实际上，有使输出y的输出范围相对于输入x的输入范围进行整合的话变得更方便的情况(例如，在CPU的运算比特数上有限制的情况)。此时，能够适当调整非线性函数H(x)。例如，在将输入x的输入范围设为0～100、将输出y的输出范围设为0～100的情况下，能够如(29)式那样确定非线性函数H(x)，该非线性函数H(x)由图32的曲线图表示。
y＝H(x)＝x2/100 (29)
(4)以下，作为输入x的输入范围的符号为正、非线性函数H(x)为输出y的输出范围的符号为正的函数，进行说明。
非线性函数H(x)并不限定于上述的平方函数，可以考虑各种变化。为了确保对比度评价的稳定性(在对比度高时对比度评价值变高或者变低这样的特性与对比度成分的大小无关地不变化)，需要使非线性函数H(x)的非线性转换后的对比度成分的大小关系与非线性转换前的对比度成分的值无关地始终恒定。这等于在非线性函数H(x)的输入x的输入范围所包含的任意的输入x的大小关系在输出y中始终保存或者反转保存的非线性函数。
即，在非线性函数H(x)中，在任意的输入x1、x2(x1＜x2)的情况下，H(x1)＜H(x2)或者H(x1)＞H(x2)始终成立，H(x1)＝H(x2)不成立。这意味着非线性函数H(x)在输入x的输入范围中是单调增加函数或者单调减少函数。将这个条件换句话说，非线性函数H(x)的一次导函数h(x)在输入x的输入范围中成为h(x)＞0或者h(x)＜0。即，对于任意的x，h(x)≠0。
此外，同样地，为了确保对比度评价的稳定性，对于非线性函数H(x)的一次导函数h(x)，优选输入x的输入范围所包含的任意的输入x的大小关系在一次导函数h(x)的值中始终保存或者反转保存。即，在一次导函数h(x)中，在任意的输入x1、x2(x1＜x2)的情况下，h(x1)＜h(x2)或者h(x1)＞h(x2)始终成立，h(x1)＝h(x2)不成立。这意味着一次导函数h(x)在输入x的输入范围中是单调增加函数或者单调减少函数。将这个条件换句话说，非线性函数H(x)的二次导函数r(x)在输入x的输入范围中成为r(x)＞0或者r(x)＜0。即，对于任意的x，r(x)≠0。
对于(29)式的非线性函数H(x)，一次导函数h(x)＝x/50＞0(x＝0～100)、二次导函数r(x)＝1/50＞0(x＝0～100)。因此，满足非线性函数H(x)单调增加(一次导函数h(x)＞0)、一次导函数h(x)单调增加(二次导函数r(x)＞0)的条件。在满足非线性函数H(x)单调增加(一次导函数h(x)＞0)且一次导函数h(x)单调增加(二次导函数r(x)＞0)的条件的非线性函数H(x)的情况下，如图30(b)所示，对比度评价值C(k)的曲线图具有在合成像信号串的对比度成为最高的偏移量中具有峰值(极值)的特性(凸形特性)。
在满足非线性函数H(x)单调减少(一次导函数h(x)＜0)且一次导函数h(x)单调增加(二次导函数r(x)＞0)的条件的非线性函数H(x)的情况下，如图30(c)所示，对比度评价值C(k)的曲线图具有在合成像信号串的对比度成为最高的偏移量中具有谷值(极值)的特性(凹形特性)。
以对合成像信号串具有如图28(a)、28(b)、29(a)以及29(b)所示的级差的阶梯图案进行例如后述的图37所示的非线性函数(一次导函数h(x)＞0且二次导函数r(x)＜0)的非线性转换的情况为例，进行说明。如果将阶梯图案的级差的值设为30，则在如图28(c)所示的合成像信号串的级差有两处的情况下，根据图37，在x＝30时的y的值大约为55，对比度评价值C(k1)成为对该y的值乘以级差的数目的值、即2倍的值即大约110。在如图29(c)所示的合成像信号串的级差的值为60的级差有一处的情况下，根据图37，对比度评价值C(k2)成为相当于阶梯图案的级差的2倍的x＝60中的y的值、即大约77。由于C(k1)＞C(k2)，因此对比度评价值C(k)的曲线图具有凹形特性。
在满足非线性函数H(x)单调增加(一次导函数h(x)＞0)且一次导函数h(x)单调减少(二次导函数r(x)＜0)的条件的非线性函数H(x)的情况下，以及在满足非线性函数H(x)单调减少(一次导函数h(x)＜0)且一次导函数h(x)单调减少(二次导函数r(x)＜0)的条件的非线性函数H(x)的情况下，如图30(c)所示，对比度评价值C(k)的曲线图具有在合成像信号串的对比度成为最高的偏移量中具有谷值(极值)的特性(凹形特性)。
在表1中汇总表示上述的条件和对比度评价值的特性的关系。在对比度评价值C(k)的曲线图具有凹形的特性的情况下，也能够通过3点内插的方法求出在假设了连续的偏移量的情况下的对比度评价值成为最小的偏移量G(小数单位)。在对比度评价值C(k)的曲线图具有凹形的特性的情况下，对比度评价值C(k)为最小值时像质量评价值成为最高，在对比度评价值C(k)的曲线图具有凸形的特性的情况下，对比度评价值C(k)为最大值时像质量评价值成为最高。将合成被摄体像的对比度评价值成为极值即最大值或者最小值的位移量作为像质量评价值成为最高的像偏差量。
[表1]
作为满足非线性函数H(x)单调增加(一次导函数h(x)＞0)且一次导函数h(x)单调增加(二次导函数r(x)＞0)的条件的非线性函数H(x)的例子，存在(30)式(图33)、(31)式(图34)、(32)式(图35)、(33)式(图36)。(31)式中的EXP()函数是纳皮尔(Napier)数e的幂函数，(32)式中的LOG()函数是以10为底的常用对数。
y＝H(x)＝750/(15-x/10)-50 (30)
y＝H(x)＝100×(EXP(95+x/20)-EXP(95))/EXP(100) (31)
y＝H(x)＝100-50×LOG(100-99×x/100) (32)
y＝H(x)＝800×(1-COS(x/200)) (33)
作为满足非线性函数H(x)单调增加(一次导函数h(x)＞0)且一次导函数h(x)单调减少(二次导函数r(x)＜0＝的条件的非线性函数H(x)的例子，存在(34)式(图37)。(34)式中的SQRT()函数是根(平方根)函数。
y＝H(x)＝10×SQRT(x) (34)
作为满足非线性函数H(x)单调减少(一次导函数h(x)＜0＝且一次导函数h(x)单调增加(二次导函数r(x)＞0)的条件的非线性函数H(x)的例子，存在(35)式(图38)。
y＝H(x)＝100-10×SQRT(x) (35)
作为满足非线性函数H(x)单调减少(一次导函数h(x)＜0＝且一次导函数h(x)单调减少(二次导函数r(x)＜0＝的条件的非线性函数H(x)的例子，存在(36)式(图39)。
y＝H(x)＝100-x2/100 (36)
上述的非线性函数以及其一次导函数在多个对比度成分的绝对值可取的值的范围中都是单调函数。因此，能够确保对比度评价的稳定性，能够准确地获得像偏差量。
(5)关于图27的步骤S2210～步骤S2250，为了容易理解变形例(1)～(4)的本质上的内容，将计算对比度评价值C(k)的处理分解为以下的步骤(i)～(v)进行说明。
(i)将一对像信号串A1～AM、B1～BM相对地偏移偏移量k。
(ii)将相对地偏移了偏移量k的一对像信号串A1～AM、B1～BM通过(8)式进行加法合成运算，生成合成像信号串F(n，k)。
(iii)对合成像信号串F(n，k)实施(19)式的一阶差分处理，生成从合成像信号串F(n，k)中提取了高频率的对比度成分的对比度信号串P(n，k)。
(iv)通过如(20)式那样的作为非线性函数H(x)的二次函数(在上述的说明中为平方函数H(x)＝x2)对对比度信号串P(n，k)进行非线性转换，生成非线性对比度信号串Q(n，k)。
(v)将非线性对比度信号串Q(n，k)通过(21)式进行累计而计算对比度评价值C(k)。
但是，在计算对比度评价值C(k)的实际的处理中，不需要必须明示地生成运算上的中间的生成物即合成像信号串F(n，k)、对比度信号串P(n，k)、非线性对比度信号串Q(n，k)。例如，如(37)式所示，也能够不明示地生成合成像信号串F(n，k)而直接计算对比度信号串P(n，k)。
P(n，k)＝(An+Bn+k)-(An-1+Bn-1+k) (37)
此外，例如，如(38)式所示，也能够不明示地生成对比度信号串P(n，k)而直接计算非线性对比度信号串Q(n，k)。
Q(n，k)＝((An+Bn+k)-(An-1+Bn-1+k))2 (38)
或者，如(39)式所示，也能够不明示地生成一切中间的信号串而从一对像信号串直接计算对比度评价值C(k)。
C(k)＝Σ((An+Bn+k)-(An-1+Bn-1+k))2 (39)
即，在本发明中，是否明示地生成合成像信号串F(n，k)、对比度信号串P(n，k)、非线性对比度信号串Q(n，k)不是本质性的内容。通过将一对像信号串相对地偏移并加法合成而成的信息的对比度成分进行非线性转换而累计、从而计算对比度评价值C(k)的处理过程才是本质性的内容。
(6)在上述的实施方式以及变形例中，一对焦点检测像素315、316分别具有一个光电转换部，单独接受一对焦点检测光束75、76。但是，也能够变更为在一个焦点检测像素中设置一对光电转换部，该一对光电转换部单独接受一对焦点检测光束75、76的结构。
(7)在上述的实施方式以及变形例中，以使用了微透镜的瞳分割相位差检测方式的焦点检测动作为例进行了说明，但本发明并不限定于这样的方式的焦点检测，还能够适用于公知的再成像瞳分割相位差检测方式的焦点检测。
在再成像瞳分割相位差检测方式中，在一次像面上形成的被摄体像通过使用一对分离(separator)透镜而作为穿过一对测距瞳的一对焦点检测光束所形成的一对被摄体像在一对图像传感器上再成像。基于该一对图像传感器的输出，检测上述一对被摄体像的像偏差量。因此，在摄影光学系统的光学特性不良的情况下，产生上述一对被摄体像的信号图案(形状)的同一性被破坏、一对被摄体像信号串的一致度恶化这样的与使用了微透镜的瞳分割相位差检测方式相同的问题。在这样的情况下，通过使用高精度的第二像偏差检测运算处理，能够进行准确的焦点调节。在第二实施方式以及其变形例中，在摄影光学系统的光学特性良好的情况下，使用由于运算规模比较少因此处理时间短的第一像偏差检测运算处理。
(8)作为应用焦点检测装置的摄像装置，并不限定于在如上述的相机机身203中安装了交换透镜202的结构的数码相机201。例如，也能够将本发明应用于透镜一体型的数码相机或者摄像机。进而，还能够应用于在便携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。
(9)本发明的应用并不限定于通过TTL方式检测摄影光学系统的散焦量的所谓的瞳分割相位差检测方式的焦点检测装置。例如，本发明还能够应用于与摄影光学系统分体地具有一对测距光学系统的所谓的外光式的相位差检测的距离测定装置。一对图像传感器在空间上以预定间距离散地采样由一对测距光学系统形成的一对像。通过将本发明应用于由此生成的一对像信号串，能够检测一对像信号串的像偏差量，并基于该像偏差量来计算被摄体距离。这样一来，在多少产生一对测距光学系统的像差特性的差异的情况下，也能够实现高精度的像偏差检测。因此，不需要使一对测距光学系统的像差特性以高精度相互一致，制造变得容易且降低成本。
(10)本发明的对于一对像的像偏差检测的应用并不限定于上述的焦点检测和距离测定。例如，能够将本发明的像偏差检测应用于在如下摄像装置中：具有摄影光学系统和将由该摄影光学系统形成的像在空间上二维地采样的图像传感器，并以预定帧间隔生成图像信号串。通过将本发明的像偏差检测二维地应用于不同的帧的2个图像信号串(一对像信号串)，能够检测2个图像信号串的像偏差量。对于该像偏差量，能够作为摄像装置的抖动量来识别，也能够作为帧间的被摄体像的移动(动作矢量)来识别。
(11)本发明也能够应用于完全单独生成的2个图像信号串(一对像信号串)。例如，还能够应用于所谓的模板匹配，该模板匹配为了检测特定的图案，比对图像信号串和观测到的参照图像信号串，检测参照图像信号串中的特定的图案的位置和有无该特定的图案。
作为这样的应用例的像偏差量检测装置具有生成将一对像以预定的空间间距离散地采样而获得的一对像信号串的图像传感器。
该像偏差量检测装置具有与多个偏移量对应地将一对像信号串相对地偏移的像偏移处理部。
该像偏差量检测装置具有像合成处理部，该像合成处理部通过将由像偏移处理部相对地偏移的一对像信号串相互进行加法合成，从而对多个偏移量的各偏移量的每个生成由多个合成像信号构成的合成像信号串。
该像偏差量检测装置具有对比度提取处理部，该对比度提取处理部通过对多个合成像信号进行线性结合运算，从合成像信号串中提取多个对比度成分，从而对各偏移量的每个生成由多个对比度成分构成的对比度信号串。
该像偏差量检测装置具有非线性转换处理部，该非线性转换处理部基于非线性函数对多个对比度成分进行非线性转换，从而将对比度信号串转换为非线性对比度信号串。
该像偏差量检测装置具有对比度评价处理部，该对比度评价处理部基于非线性对比度信号串，对各偏移量的每个计算合成像信号串的对比度评价值。
该像偏差量检测装置具有像偏差量检测处理部，该像偏差量检测处理部检测与通过与多个偏移量对应地计算各偏移量的每个的对比度评价值而获得的多个对比度评价值中的极值对应的偏移量，来作为一对像的相对的像偏差量。
根据具有这些结构的该像偏差量检测装置，能够高精度地检测像偏差量。
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日本专利申请2012年第105850号(2012年5月7日申请)
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标号说明
10 微透镜、
11、15、16 光电转换部、
41、42 上部、
43、44 下部、
45、46、47、48 边缘部、
51、55、56、点像分布、
65、66、67、68 被摄体像、
71、75、76 光束、
90 出瞳、
91 光轴、
95、96 测距瞳、
97 区域、
98 预定焦点面、
99 面、
100 摄影画面、
101、102 焦点检测区域、
201 数码相机、
202 交换透镜、
203 相机机身、
204 固定架部、
206 透镜控制装置、
208 变焦透镜、
209 透镜、
210 聚焦透镜、
211 光圈、
212 摄像元件、
213 电接点、
214 机身控制装置、
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、
221 AD转换装置、
310 摄像像素、
315、316 焦点检测像素、
1510、1610、1710 实线、
1720 斜线部

Claims (14)

1.一种焦点检测装置，包括：
检测部，检测穿过形成被摄体像的光学系统的第一区域的光并输出第一信号，且检测穿过所述光学系统的第二区域的光并输出第二信号；
偏差量计算部，基于将所述第一信号与所述第二信号相加而得到的第三信号计算用于计算散焦量的第一像偏差量，并且基于作为所述第一信号与所述第二信号的差分的第四信号计算用于计算所述散焦量的第二像偏差量，所述散焦量是所述被摄体像的位置与拍摄所述被摄体像的摄像部的偏差量；以及
散焦量计算部，使用所述第一像偏差量以及所述第二像偏差量中的至少一个计算所述散焦量。
2.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述偏差量计算部在使用所述第一像偏差量计算所述散焦量时，不进行所述第二像偏差量的计算，在使用所述第二像偏差量计算所述散焦量时，不进行所述第一像偏差量的计算。
3.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述焦点检测装置还包括控制部，该控制部基于由所述散焦量计算部计算出的所述散焦量，对所述光学系统的至少一部分进行驱动控制。
4.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述检测部配置在所述摄像部中。
5.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述检测部检测形成通过再成像光学系统对所述被摄体像进行再成像而得到的像的光，并输出所述第一信号以及所述第二信号。
6.根据权利要求3所述的焦点检测装置，其中，
当基于所述第一像偏差量计算出的所述散焦量的大小比第一值大时，所述控制部通过基于所述第一像偏差量计算出的所述散焦量对所述光学系统的所述至少一部分进行驱动控制，当基于所述第一像偏差量计算出的所述散焦量的大小为第一值以下时，所述控制部通过基于所述第二像偏差量计算出的所述散焦量对所述光学系统的所述至少一部分进行驱动控制。
7.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述散焦量计算部基于所述第一像偏差量与所述第二像偏差量的加权平均量计算所述散焦量。
8.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述焦点检测装置还具有接收与所述光学系统有关的信息的接收部，
所述散焦量计算部根据由所述接收部接收到的与所述光学系统有关的所述信息，对基于所述第一像偏差量计算所述散焦量还是基于所述第二像偏差量计算所述散焦量进行变更。
9.根据权利要求8所述的焦点检测装置，其中，
与所述光学系统有关的所述信息是所述光学系统的像差信息。
10.根据权利要求8所述的焦点检测装置，其中，
与所述光学系统有关的所述信息是所述光学系统的F值。
11.根据权利要求8所述的焦点检测装置，其中，
与所述光学系统有关的所述信息是所述光学系统的出瞳距离数据。
12.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
在基于所述摄像部的摄像范围内，包含多个用于进行所述散焦量的计算的焦点检测区域，
所述散焦量计算部根据进行所述散焦量的所述计算的所述焦点检测区域的位置，对基于所述第一像偏差量计算所述散焦量还是基于所述第二像偏差量计算所述散焦量进行变更。
13.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述焦点检测装置还具有模式设定部，该模式设定部设定与所述焦点检测装置的动作有关的模式，
所述散焦量计算部根据由所述模式设定部设定的所述模式，对基于所述第一像偏差量计算所述散焦量还是基于所述第二像偏差量计算所述散焦量进行变更。
14.一种焦点检测装置，包括：
检测部，检测穿过形成被摄体像的光学系统的第一区域的光并输出第一信号，且检测穿过所述光学系统的第二区域的光并输出第二信号；
接收部，接收与所述光学系统有关的信息；
计算部，使用所述第一信号和所述第二信号，通过不同的方法计算第一像偏差量和第二像偏差量；以及
散焦量计算部，使用与所述光学系统有关的所述信息以及所述第一像偏差量和所述第二像偏差量中的至少一个像偏差量计算散焦量，该散焦量是所述被摄体像的位置与拍摄所述被摄体像的摄像部的偏差量。
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