JP2012123317A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体像のコントラストの方向にかかわらず焦点検出精度を向上させる。
【解決手段】撮像装置１０は、撮影光学系６２により形成された被写体像を光電変換する撮像素子１６と、該撮像素子に設けられ、撮影光学系における互いに異なる瞳領域を通過した光束により形成された一対の像をそれぞれ光電変換する第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群と、第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群からそれぞれ得られた第１の像信号および第２の像信号に対してフィルタを用いた像信号修正処理を行うフィルタ処理手段２０と、像信号修正処理後の第１および第２の像信号の位相差に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段２０，４０とを有する。フィルタ処理手段は、撮像素子からの出力を用いて、被写体像のコントラスト方向を算出し、該コントラスト方向に応じてフィルタを変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に位相差検出方式による焦点検出が可能な撮像装置に関する。

位相差検出方式による焦点検出では、撮影光学系における互いに異なる瞳領域を通過した光束（言い換えれば、瞳分割された光束）により形成された一対の像を光電変換することで一対の像信号を生成し、該一対の像信号の位相差を算出する。そして、該位相差から殺意光学系の焦点状態（デフォーカス量）を求める。

このような位相差検出方式による焦点検出は、撮影光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する撮像素子とは別に設けられた焦点検出ユニット内の光電変換素子を用いて行われたり、撮像素子の一部の画素を用いて行われたりする。

特許文献１には、撮像素子に２つの焦点検出画素群を設け、一方の焦点検出画素群の各画素の開口部と他方の焦点検出画素群の各画素の開口部とを互いに反対側に偏らせることで撮影光学系からの光束を瞳分割し、一対の像を光電変換する撮像装置が開示されている。２つの焦点検出画素群は、撮像素子において、撮影画像を生成するために設けられた撮像画素群の間に分散配置されている。

ところで、位相差検出方式により焦点検出においては、焦点検出ユニットや焦点検出画素群を備えた撮像素子に向かう光束にケラレが生じると、一対の像信号の一致度が低くなり、この結果、焦点検出精度が低下するという問題がある。ケラレの状態は、撮影光学系の状態（例えば、ズーム、フォーカスおよび絞りの状態）や像高によって変化する。

特許文献２には、光束のケラレの状態に応じて一対の像信号をフィルタ処理によって修復することで、該一対の像信号の一致度を高め、焦点検出精度を向上させる撮像装置が開示されている。

特開２００９−００３１２２号公報 特開２０１０−１１７６７９号公報

しかしながら、特許文献２にて開示された撮像装置では、焦点検出に用いられる光束のケラレ状態に応じてフィルタ処理に用いられるフィルタを算出するものの、被写体の種類、特に被写体がコントラストを有する方向については考慮されていない。このため、像信号の修復が被写体のコントラストの方向に応じて適切に行われない場合があり、この場合には像信号の一致度が十分に高くならず、焦点検出精度を向上させることもできない。

本発明は、被写体像のコントラストの方向にかかわらず高い焦点検出精度が得られるようにした撮像装置およびその制御方法を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子およびこれとは別に設けられた光電変換素子のうち一方である焦点検出素子に設けられ、撮影光学系における互いに異なる瞳領域を通過した光束により形成された一対の像をそれぞれ光電変換する第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群と、第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群からそれぞれ得られた第１の像信号および第２の像信号に対してフィルタを用いた像信号修正処理を行うフィルタ処理手段と、像信号修正処理後の第１および第２の像信号の位相差に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを有する。そして、フィルタ処理手段は、撮像素子からの出力を用いて、被写体像がコントラストを有する方向であるコントラスト方向を算出し、該コントラスト方向に応じてフィルタを変更することを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての撮像装置の制御方法は、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子およびこととは別に設けられた光電変換素子のうち一方である焦点検出素子に設けられ、撮影光学系における互いに異なる瞳領域を通過した光束により形成された一対の像をそれぞれ光電変換する第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群とを有する撮像装置に適用される。該制御方法は、第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群からそれぞれ得られた第１の像信号および第２の像信号に対してフィルタを用いた像信号修正処理を行うフィルタ処理ステップと、像信号修正処理後の第１および第２の像信号の位相差に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出するステップとを含む。そして、フィルタ処理ステップにおいて、撮像素子からの出力を用いて、被写体像がコントラストを有する方向であるコントラスト方向を算出し、該コントラスト方向に応じてフィルタを変更することを特徴とする。

本発明によれば、被写体像のコントラスト方向に適した像信号の修復が可能となるので、被写体像のコントラスト方向にかかわらず高いに焦点検出精度を有する撮像装置を実現することができる。

本発明の実施例であるデジタルカメラの構成を示すブロック図。 撮影レンズの瞳面上における焦点検出光束の受光強度分布を示す図。 焦点検出光束がケラレている状態および該焦点検出光束の受光強度分布のｙ軸方向への射影を示す図。 被写体像の光量分布（ａ）、軸外像高での線像分布関数（ｂ，ｃ）、修復前の像信号（ｄ，ｅ）および修復後の像信号（ｆ，ｇ）を示す図。 実施例における焦点検出処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラ（以下、単にカメラという）１０と交換レンズ６０とにより構成されるカメラシステムの構成を示している。なお、本実施例では、デジタル一眼レフカメラについて説明するが、他の実施例としてビデオカメラやレンズ一体型カメラ等の他の撮像装置を用いてもよい。

交換レンズ６０は、カメラ１０に対して着脱可能であり、撮影光学系（以下、撮影レンズという）６２と、ＭＰＵやＣＰＵ等により構成されるレンズコントローラ７０とを有する。レンズコントローラ７０は、カメラ１０内に設けられた、ＭＰＵやＣＰＵ等により構成されるカメラコントローラ２０と図中に二点鎖線で示すマウント部に設けられた不図示の通信接点を介して通信可能に接続される。

撮影レンズ６２は、不図示の被写体からの光束により該被写体の光学像である被写体像を形成する。撮影レンズ６２は、図中に一点鎖線で示す光軸Ｌが延びる方向（以下、光軸方向という）に移動して焦点調節を行う不図示のフォーカスレンズや、開口径を変化させて撮影レンズ６２を通過する光量を調節する不図示の絞りを含む。

レンズコントローラ７０は、撮影レンズ６２に関する各種演算や各種制御（フォーカスレンズの移動の制御を含む）を行う。また、レンズコントローラ７０は、現在のフォーカスレンズの位置や絞りの位置（開口径）を検出し、カメラコントローラ２０からの要求に応じて、該フォーカスレンズ位置や絞り位置等のレンズ情報をカメラコントローラ２０に送信する。さらに、レンズコントローラ７０は、交換レンズ６０の固有の光学情報（焦点距離情報、収差情報、ケラレ情報等）をカメラコントローラ２０に送信する。

カメラ１０は、メインミラー１１と、ファインダー光学系１３と、撮像素子１６と、画像処理部１８と、カメラコントローラ２０と、メモリ２２と、撮像面位相差ＡＦ（ＳＡＦ）部４０と、コントラストＡＦ（ＣＡＦ）部５０とを有する。

撮影レンズ６２と撮像素子１６の間には、メインミラー１１が配置されている。メインミラー１１は、ユーザがファインダー光学系１３又は後述する電子ビューファインダを通して被写体を観察する際（ファインダー観察時）には、撮影レンズ６２から撮像素子１６までの光路内に配置される。一方、撮影時には、メインミラー１１は該光路外に退避される。メインミラー１１はハーフミラーにより構成されている。ファインダー観察時には、撮影レンズ６２からの光束は、メインミラー１１で反射してファインダー光学系１３に導かれる反射光束と、メインミラー１１を透過して撮像素子１６に向かう透過光束とに分割される。ファインダー光学系１３は、ピント板と、ペンタプリズムと、接眼レンズとを含む。

メインミラー１１からの反射光束は、撮像素子１６ピント板のマット面上に被写体像を形成する。マット面上の被写体像は、ペンタプリズムおよび接眼レンズを介してユーザにより観察される。一方、メインミラー１１からの透過光束は撮像素子１６上に被写体像を形成する。撮像素子１６は、該被写体像を光電変換して得られたアナログ撮像信号を出力する。アナログ撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１９によりデジタル撮像信号に変換され、該デジタル撮像信号はカメラマイクロコンピュータ２０を介して画像処理部１８に入力される。

画像処理部１８は、デジタル撮像信号に対して各種画像処理を行い、画像信号（画像データ）を生成する。ファインダー観察時において画像処理部１８により生成された画像データは、カメラ１０の背面に設けられたモニタ（図示せず）に電子ビューファインダ画像として表示される。また、画像処理部１８は、得られた画像データのうちコントラストＡＦに使用されるコントラストデータ（輝度データ）を、カメラコントローラ２０を介してＣＡＦ部５０に送る。さらに、撮影時において画像処理部１８により生成された画像データは、半導体メモリ等の不図示の記録媒体に記録される。

撮像素子１６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサとその周辺回路とにより構成されており、横方向にｍ個、縦方向にｎ個の画素を有する。各画素は、光電変換部を有し、被写体像の一部を光電変換する。撮像素子１６は、全画素が独立して出力が可能なように構成されている。また、撮像素子１６は、複数のＲＧＢ撮像画素（以下、撮像画素群ともいう）の間に、複数の焦点検出画素（以下、焦点検出画素群ともいう）が離散的に配置されている。

ここで、撮像素子１６におけるＲＧＢ撮像画素と焦点検出画素について説明する。撮像画素群は、撮影レンズ６２の射出瞳の全域を通過した光束により形成された被写体像（以下、撮影被写体像という）を光電変換するため、撮像素子１６の全体にわたって配置されている。撮像素子１６は、撮像画素群から、被写体像に対応するアナログ撮像信号を出力する。

焦点検出画素群は、射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過した光束により形成された一対の像（以下、焦点検出被写体像ともいう）をそれぞれ光電変換する第１の焦点検出画素群（第１の光電変換素子群）と第２の焦点検出画素群（第２の光電変換素子群）を含む。

各第１の焦点検出画素と各第２の焦点検出画素はそれぞれ、互いに異なる瞳領域からの光束をできるだけ多く画素に取り込むためのマイクロレンズと、各画素の中心（マイクロレンズの中心）に対して互いに反対側に偏って設けられた開口部（画素開口）とを有する。このような第１および第２の焦点検出画素（群）の構成により、撮影レンズ６２からの光束を瞳分割する瞳分割手段または瞳分割機能が実現される。そして、第１および第２の焦点検出画素群は、瞳分割された一対の光束により形成された一対の焦点検出被写体像を光電変換し、一対の像信号（第１の像信号および第２の像信号）をＡ／Ｄ変換器１９およびカメラコントローラ２０を介してＳＡＦ部４０に出力する。

例えば、撮像素子１６にベイヤー配列で設けられた２行×２列の画素（対角２箇所のＧ画素と他の対角２箇所のＲ画素とＢ画素）のうち、２つのＧ画素は撮像画素として使用し、Ｒ画素とＢ画素を第１および第２の焦点検出画素に置き換える。

ＳＡＦ部４０は、第１および第２の焦点検出画素群からの一対の像信号に対して相関演算を行うことで、該一対の像信号の位相差を算出する。カメラコントローラ２０は、該位相差に基づいて、撮影レンズ６２の焦点状態を示すデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に応じたフォーカスレンズ移動命令を、レンズコントローラ７０に送信する。レンズコントローラ７０は、フォーカスレンズ移動命令に応じて、不図示のアクチュエータを介してフォーカスレンズを光軸方向に移動させ、合焦状態を得る。このように、ＳＡＦ部４０とカメラコントローラ２０は、撮像素子１６を焦点検出素子として用いた、位相差検出方式による焦点検出とフォーカスレンズ駆動を含む位相差ＡＦを行う。

なお、撮影時においてＲＧＢの信号が得られない焦点検出画素からの出力は、撮影画像の生成には使用されない。しかし、カメラコントローラ２０および画像処理部１８は、焦点検出画素の周辺に配置された撮像画素の出力を用いた補間演算によって該焦点検出画素の位置の画像信号を生成（補間）して、画素欠陥のない撮影画像を生成する。

カメラコントローラ２０は、カメラ１０内の各部を制御するとともに、レンズコントローラ７０を介して交換レンズ６０内の各部も制御する。焦点調節については、ＳＡＦ部４０およびＣＡＦ部５０により検出された焦点状態に基づいて、レンズコントローラ７０を介してフォーカスレンズを移動させるＡＦ制御を行う。

メモリ２２は、カメラコントローラ２０や画像処理部１８の動作に必要なコンピュータプログラム、各種情報および設定値等を格納している。

ＣＡＦ部５０は、画像処理部１８から送られてきた画像のコントラストデータを用いて、コントラスト検出方式によるＡＦを行う。具体的には、コントラストデータからＡＦ評価値（コントラスト評価値）を生成し、該ＡＦ評価値が最大となる位置、すなわち合焦位置にフォーカスレンズを移動させる。

次に、本実施例のカメラ１０が行う処理について説明する。図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、撮影レンズ６２の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過して第１および第２の焦点検出画素群に入射する光束の強度分布（以下、受光強度分布という）を表している。ｘ軸は図１の紙面に垂直な方向（左右方向）に対応し、ｙ軸は図1の上下方向に対応する。また、これらの図において、色が濃いほど受光強度が高いことを示す。

焦点検出画素に到達した光束は該焦点検出画素を構成するマイクロレンズや画素開口の回折による影響を受けるため、図２（ａ），（ｂ）に示す受光強度分布は大きく広がっている。

なお、本実施例では、第１および第２の焦点検出画素群はそれぞれ撮影レンズの射出瞳を左右方向に分割する構造を有している。そして、左右方向において離散的に配置された第１の焦点検出画素群からの撮像信号を連結することで第１の像信号が生成され、同様に左右方向において離散的に配置された第２の焦点検出画素群からの撮像信号を連結することで第２の像信号が生成される。

図３（ａ），（ｂ）にはそれぞれ、図２（ａ），図２（ｂ）に示した受光強度分布を有する光束が、交換レンズ６０の構成部材や撮影レンズ６２中のレンズ、絞り等によってケラレている様子を模式的に示している。各焦点検出用画素には、Ａｒｅａ１で示した領域の内側を透過した光束のみが、図３（ｃ）に示した受光強度分布で入射する。

ただし、実際の撮影レンズによるケラレは図３（ａ），（ｂ）に示した様子よりも複雑であり、像高や撮影レンズの状態（レンズの位置や絞り開口径）によってＡｒｅａ１で示す領域の大きさや形状は変化する。

図３（ｃ）に示す受光強度分布は、図３（ａ），（ｂ）に示した受光強度分布のｙ軸方向への射影を示している。横軸は射出瞳面上でのｘ軸方向での座標を示し、縦軸は、各ｘ座標においてＡｒｅａ１内に含まれる各ｙ座標での受光強度をｙ軸方向に加算した強度加算値を示している。射影ＥｓｄＡｈが図３（ａ）に示した受光強度に対応し、射影ＥｓｄＢｈが図３（ｂ）に示した受光強度に対応する。

左右の瞳領域での受光強度分布はそれぞれ左右方向にて対称であるが、Ａｒｅａ１が受光強度分布に対して左右方向で非対称の形状を有するため、射影ＥｓｄＡｃ，ＥｓｄＢｃのそれぞれも左右方向で非対称な形状を持つ。

被写体の光量分布をｆ（ｘ，ｙ）とし、被写体像の光量分布をｇ（ｘ，ｙ）とするとき、ｇ（ｘ，ｙ）は以下の式（１）で表すことができる。

Ｐ（ｘ，ｙ）は被写体が撮影レンズ６２において劣化する（撮像素子１６や画像処理部１８を含む撮像システム全体による劣化と考えることもできる）状態を表す伝達関数であり、点像分布関数（point spread function）と呼ばれる。通常は２次元の被写体像を点像分布関数を用いて表す。

ただし、位相差検出方式では、焦点検出被写体像を一次元のものとして扱うため、点像分布関数の代わりに、線像分布関数（line spread function）を用いる。上記（１）式において被写体の光量分布をｆ（ｘ）とし、焦点検出被写体像の光量分布をｇ（ｘ）とし、線像分布関数をＬ（ａ）とすると、式（１）は式（２）に書き換えられる。

また、線像分布関数は、以下の式（３）のように点像分布関数の射影により算出することができる。言い換えれば、線像分布関数は、点像分布関数を一方向に積分することで算出することができる。

式（２），（３）により、位相差検出方式で焦点検出を行う本実施例においても、線像分布関数を知ることで焦点検出被写体像（つまりは、像信号）を計算することが可能となる。

ここで、光学系の点像分布関数は、収差を無視すれば、射出瞳の形状が結像面上に縮小投影されていると考えて導出することができる。本実施例での焦点検出用の点像分布関数は、図３（ａ），（ｂ）に示したＡｒｅａ１内での受光強度分布に対応したものとなり、線像分布関数は、図３（ｃ）に示した射影ＥｓｄＡｃ，ＥｓｄＢｃに対応したものとなる。そして、撮影レンズ６２がデフォーカス状態にあるときの線像分布関数は、図３（ｃ）に示したＥｓｄＡｃ，ＥｓｄＢｃを左右方向に伸縮することによって作成することができる。

ところで、一般的に位相差検出方式の焦点検出において対の像信号の位相差を算出する際には、該対の像信号の一致度が高いことを前提としてそれらのずれ量である位相差を算出する。このため、対の像信号のそれぞれに対応する線像分布関数が、位相差の算出方向において対称であることが必要となる。

しかしながら、図３（ａ），（ｂ）に示すＡｒｅａ１内の受光強度分布は、該Ａｒｅａ１の中心（光軸位置）に対して対称ではないため、射影ＥｓｄＡｃ，ＥｓｄＢｃのそれぞれも左右方向で非対称な形状を持つ。非対称な形状の射影に対応する像信号をそのまま用いて位相差を算出しても、算出誤差が大きくなり、その結果、焦点検出精度（つまりはＡＦ精度）が低下する。このため、各像信号の非対称性を修正し、これらの一致度を上げることが焦点検出精度の向上に有効である。

以下に、像信号の非対称性を補正するための像信号修正処理（像信号修復処理または像信号回復処理ともいう）について説明する。

像信号の非対称性は、非対称な線像分布関数が畳み込み積分されることによって生じる。図４（ａ）〜（ｇ）には、像信号修正処理の概念を示している。図４の各図において、横軸ｘは焦点検出画素が並んでいる方向を示し、縦軸は像信号の強度をそれぞれ表している。図４（ａ）は被写体の光量分布をＯｂｊとして表しており、図４（ｂ），（ｃ）は撮像素子１６の軸外の像高における線像分布関数をＥｓｄＡｘ，ＥｓｄＢｘとして示している。

なお、図３における線像分布関数は、撮像素子１６の軸上付近の焦点検出画素に対応しているため、線像分布関数ＥｓｄＡｃ，ＥｓｄＢｃはそれぞれが左右非対称形状を有するとともに、両者はほぼミラー反転した形状となっている。しかし、図４における線像分布関数は、撮像素子１６の軸外の焦点検出画素に対応しているため、線像分布関数ＥｓｄＡｘ，ＥｓｄＢｘは互いに関連のない形状を有する。

図４（ｄ），（ｅ）はそれぞれ、あるデフォーカス状態での像信号Ａ（ＩｍｇＡ）と像信号Ｂ（ＩｍｇＢ）とを表している。これら像信号Ａ（ＩｍｇＡ）と像信号Ｂ（ＩｍｇＢ）はそれぞれ、被写体の光量分布Ｏｂｊに線像分布関数ＥｓｄＡｘ，ＥｓｄＢｘを式（２）により畳み込み積分して得られる。

図４（ｆ）は、像信号Ａ（ＩｍｇＡ）に線像分布関数ＥｓｄＢｘをさらに畳み込み積分した像信号修正処理後の像信号である修正像信号Ａ（ＲｅＩｍｇＡ）を示している。また、図４（ｇ）は、像信号Ｂ（ＩｍｇＢ）に線像分布関数ＥｓｄＡｘをさらに畳み込み積分した像信号修正処理後の像信号である修正像信号Ｂ（ＲｅＩｍｇＢ）を示している。これらの修正像信号Ａ，Ｂは、互いに左右方向にずれているが、互いに同一形状を有するように、すなわち像信号の一致度が高くなるように修正されている。以下、修正像信号が互いに同一形状を有するように修正される原理について説明する。

なお、ここにいう「同じ形状」とは相関演算を行う上で同じ形状とみなせる形状であればよく、必ずしも完全に同じ形状でなくてもよい。

像信号修正処理前の像信号Ａ（ＩｍｇＡ）は、前述した式（２）により得られる。この修正前像信号Ａ（ＩｍｇＡ）に線像分布関数ＥｓｄＢｘを畳み込み積分して得られる修正像信号Ａ（ＲｅＩｍｇＡ）をｋ_Ａ（ｘ）とすると、ｋ_Ａ（ｘ）は以下の式（４）で表すことができる。

同様に、修正像信号Ｂ（ＲｅＩｍｇＢ）をｋ_Ｂ（ｘ）とすると、ｋ_Ｂ（ｘ）は以下の式（５）で表すことができる。

上式（４），（５）より、得られた修正像信号Ａ，Ｂが互いに同一形状を有することが分かる。

このようにして、位相差検出方式の焦点検出における相関演算に適した一致度の高い修正像信号Ａ，Ｂを得ることができる。

なお、式（４），（５）では、得られる修正像信号Ａ，Ｂがそれぞれまったく同じになってしまうため、デフォーカスに伴う位相差が発生しなくなってしまう。そこで、実際の像信号修正処理では、式（４），（５）による畳み込み積分を行う際に、像信号修正処理前の像信号Ａ，Ｂの相対的な重心間隔が変化しないように演算を行う。例えば、式（４），（５）で畳み込み積分を行う線像分布関数Ｌ_Ａ（ｂ），Ｌ_Ｂ（ｂ）を左右方向に平行シフトし、互いに重心位置が一致した状態で畳み込み積分を行う。これにより、修正像信号Ａ，Ｂの相対的な重心間隔を変化させることなく、像信号の歪みのみを修正することが可能となる。

なお、正しい修正像信号Ａ，Ｂを得るためには、修正前像信号Ａ，Ｂのデフォーカス状態に合わせて線像分布関数を用いる必要がある。しかし、修正像信号を用いてデフォーカス量を算出するため、修正前には正しいデフォーカス量を知ることができない。そこで、本実施例では、複数回の修正像信号の算出処理（像信号修正処理）を行うことで、この問題を解決する。詳細については後述する。

次に、線像分布関数と被写体像のコントラスト方向との関係について説明する。ここにいう被写体像のコントラスト方向とは、被写体像（つまりは被写体）がその明暗差（輝度差）であるコントラストを有する方向、またはある方向のコントラストよりも大きいコントラストを有する方向を意味し、コントラストが最も大きい方向が望ましい。

上記式（３）にて説明したように、線像分布関数は点像分布関数を一方向に積分することで算出することができる。しかし、線像分布関数で撮影レンズ（または撮像システム）を表すには、被写体像の光強度分布と線像分布関数の分布方向、すなわち図３におけるｘ軸方向との関係が制限される。

例えば、黒地に無限に細い白い一本線が存在するような線被写体を考える。この線被写体の像である線像がｘ軸と直交する場合は、式（３）により線像分布関数を表すことができる。しかし、線像がｘ軸に対して傾きを有する場合は、式（３）を用いることができなくなる。なぜなら、線像分布関数で表せるのは線像に直交する方向のみという制限があるためである。

線像がｘ軸に対して傾きを有する場合の線像分布関数は、その傾き方向に並んだ点像分布関数をｘ軸で切断したものと考えることができる。したがって、線像がｘ軸となす角をθとすると、線像がｘ軸に対して傾きを有する場合の線像分布関数は以下の式（６）で表すことができる。

一般に、被写体のコントラスト方向は様々であるため、式（３）による線像分布関数を用いて、式（４），（５）による修正像信号を算出すると、上述した理由により被写体のコントラスト方向によって線像分布関数を表現することができない。これにより、焦点検出精度が低下してしまう。

そこで、本実施例では、式（６）に示す線像分布関数を用いることで、被写体像のコントラスト方向、すなわち被写体（被写体像）の種類にかかわらず、高精度な焦点検出を実現することができる。

なお、上記説明では、式（４），（５）に示した畳み込み積分により修正像信号が得られることを述べたが、実際の像信号Ａ，Ｂは所定間隔にて分散配置された焦点検出画素からの信号により形成される離散的な信号となる。したがって、式（３），（６）で表される線像分布関数のデータも離散的なデータとなり、式（４），（５）の畳み込み積分は、実際にはフィルタを用いたフィルタ処理としての像信号修正処理が行われる。

したがって、実際の実施例では、対の像信号に対してフィルタを用いた像信号修正処理を行う際に用いられるフィルタを、被写体像のコントラスト方向に応じて変更することになる。

次に、カメラ１０にて行われるＳＡＦ動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。このＳＡＦ動作は、ＳＡＦ部４０とカメラコントローラ２０が実行し、カメラコントローラ２０は、メモリ２２に格納されたコンピュータプログラムに従ってＳＡＦ動作を制御する。カメラコントローラ２０がフィルタ処理手段に相当し、ＳＡＦ部４０とカメラコントローラ２０が焦点検出手段に相当する。

なお、図５のフローチャートでは、ＳＡＦ動作のうちカメラ１０に設けられた不図示のＡＦ開始指示用の操作部材が操作された後で行われる焦点検出演算処理のみを示し、その後のフォーカスレンズ駆動等に関する処理は省略している。

ステップＳ００１では、カメラコントローラ２０は、レンズコントローラ７０からフォーカスレンズ位置、絞り値、ズームレンズ位置、ケラレ情報等のレンズ情報や光学情報を受信する。ケラレ情報は、図３（ａ），（ｂ）に示したＡｒｅａ１のサイズや形状に関する情報である。

次にステップＳ００２では、ＳＡＦ部４０は、不図示の指示手段を通じて撮影画面内にて指定された焦点検出領域に含まれる第１および第２の焦点検出画素群から対の像信号Ａ，Ｂを生成する。
次にステップＳ００３では、カメラコントローラ２０は、ステップＳ００２においてＳＡＦ部４０が像信号Ａ，Ｂを読み出した焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラスト方向を算出する。コントラスト方向は、読み出された像信号から算出してもよいし、当該焦点検出領域に含まれる撮像画素群の出力に基づいて得られた画像データから算出してもよい。

本実施例では焦点検出画素が離散的に配置されているため、より密度の高い撮像画素群の出力に基づいて得られた画像データから算出した方が正確なコントラスト方向を算出することができる。なお、コントラスト方向の算出は、焦点検出領域を複数に分割し、その分割領域ごとに算出してもよいが、本実施例では、その後の演算負荷を考慮して、焦点検出領域内で代表的な１つのコントラスト方向を算出する。

続いてステップＳ００４では、カメラコントローラ２０は、各焦点検出画素群における受光強度分布をメモリ２２から読み出す。そして、該受光強度分布や、ステップＳ００１で取得したケラレ情報やステップＳ００３で算出したコントラスト方向に基づいて、式（６）により線像分布関数を算出してフィルタを生成（算出）する。

前述したように、正しい線像分布関数を得るためにはデフォーカス量を知る必要がある。しかしながら、この時点ではデフォーカス量がまだ決まっていない。そこで、カメラコントローラ２０は、初期値として、所定のデフォーカス量を用いて線像分布関数を算出する。後のステップＳ００８で戻ってきた場合には、前回算出されたデフォーカス量を用いることとする。

ステップＳ００５では、カメラコントローラ２０は、ステップＳ００４で生成したフィルタを用いて、式（４），（５）の考え方に基づいて修正像信号Ａ，Ｂを算出する。なお、初期値としては、固定値を用いるのではなく、レンズ情報や光学情報に応じた可変値としてもよいし、修正前の像信号Ａ，Ｂを用いて相関演算した結果を用いてもよい。

次にステップＳ００６では、カメラコントローラ２０は、修正像信号Ａ，Ｂに対して光量の不均一性を修正する補正等の処理を施す。そして、ＳＡＦ部４０は、該処理がなされた修正像信号Ａ，Ｂに対して相関演算を行い、修正像信号Ａ，Ｂの位相差を算出する。

次にステップＳ００７では、カメラコントローラ２０は、ステップＳ００６で算出した位相差を撮影レンズ６２のデフォーカス量に変換する。

さらにステップＳ００８では、カメラコントローラ２０は、ステップＳ００７で算出したデフォーカス量が所定の条件を満足するか否かを判定する。所定の条件を満足する場合は、カメラコントローラ２０は、本動作を終了する。デフォーカス量が所定の条件を満足していない場合はステップＳ００４に戻る。

ここにいう「所定の条件」とは、前回算出したデフォーカス量と今回算出したデフォーカス量の差が所定値以下となることである。したがって、初回のフローでは必ずステップＳ００８からステップＳ００４に戻ることになる。このような判定を行うのは、前述したように、フィルタ生成の基礎となる線像分布関数がデフォーカス量に基づいて決まるためである。このような判定を行うことによって、複数回の修正像信号の算出による収束計算が行われることになり、より高精度なデフォーカス量の算出が可能となる。

なお、図５では図示を省略したが、複数回の修正像信号の算出に回数の上限を設け、所定回数を過ぎても収束しない場合は、合焦不能と判定してもよい。

以上説明した本実施例によれば、被写体の種類（被写体像のコントラスト方向）にかかわらず、位相差検出方式による焦点検出精度、ひいてはフォーカス制御の精度を向上させることができる。

なお、本実施例では、撮像素子に設けられた焦点検出画素からの出力信号を用いて（すなわち、撮像素子を焦点検出素子として用いて）位相差ＡＦを行う場合について説明した。しかし、撮像素子とは別に設けられた光電変換素子を焦点検出素子として用いて、位相差ＡＦを行ってもよい。例えば、メインミラーを透過した撮影光学系からの光束を、メインミラーの背後に配置されたサブミラーにより反射し、該反射光を分割しつつ光電変換素子に導く。そして、該分割された一対の光束により形成された一対の被写体像を光電変換素子により光電変換することで一対の像信号を得ることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

被写体像のコントラスト方向にかかわらず良好な位相差ＡＦが行える撮像装置を提供できる。

１０ カメラ
６０ 交換レンズ
１６ 撮像素子
２０ カメラコントローラ
ＩｍｇＡ，ＩｍｇＢ 像信号
ＲｅＩｍｇＡ，ＲｅＩｍｇＢ 修正像信号

Claims (3)

1. 撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像素子および該撮像素子とは別に設けられた光電変換素子のうち一方である焦点検出素子に設けられ、前記撮影光学系における互いに異なる瞳領域を通過した光束により形成された一対の像をそれぞれ光電変換する第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群と、
   前記第１の光電変換素子群および前記第２の光電変換素子群からそれぞれ得られた第１の像信号および第２の像信号に対してフィルタを用いた像信号修正処理を行うフィルタ処理手段と、
   前記像信号修正処理後の前記第１および第２の像信号の位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを有し、
   前記フィルタ処理手段は、前記撮像素子からの出力を用いて、前記被写体像がコントラストを有する方向であるコントラスト方向を算出し、該コントラスト方向に応じて前記フィルタを変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記フィルタ処理手段は、前記コントラスト方向に応じた前記一対の像の射影を算出し、該射影に基づいて前記フィルタを生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子および該撮像素子とは別に設けられた光電変換素子のうち一方である焦点検出素子に設けられ、前記撮影光学系における互いに異なる瞳領域を通過した光束により形成された一対の像をそれぞれ光電変換する第１の光電変換素子群および第２の光電変換素子群とを有する撮像装置の制御方法であって、
   前記第１の光電変換素子群および前記第２の光電変換素子群からそれぞれ得られた第１の像信号および第２の像信号に対してフィルタを用いた像信号修正処理を行うフィルタ処理ステップと、
   前記像信号修正処理後の前記第１および第２の像信号の位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点状態を検出するステップとを有し、
   前記フィルタ処理ステップにおいて、前記撮像素子からの出力を用いて、前記被写体像がコントラストを有する方向であるコントラスト方向を算出し、該コントラスト方向に応じて前記フィルタを変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。