JP2013235055A - 焦点検出装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出用の位相差像信号をバンドパスフィルタで処理して相関演算を行う場合に、位相差像信号の飽和による影響を回避する。
【解決手段】焦点検出装置では、マイクロレンズ２０４を共有する分割ＰＤ２０２，２０３からの各出力信号をフィルタ処理して位相差検出に用い、分割ＰＤ２０２，２０３からの加算出力信号における飽和画素領域を示す第一の飽和検出信号６０２と、第一の飽和検出信号６０２において飽和画素領域を示す範囲を拡張した第二の飽和検出信号６０３とを生成する。第二の飽和検出信号６０３に基づいてフィルタ処理された信号又はマスク信号を位相差像信号として用い、第一の飽和検出信号６０２に基づいて焦点検出のための相関演算を行うか否かを判定し、この判定結果と位相差像信号とに基づいて撮像素子に対して設けられる光学系のデフォーカス量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロレンズを共有する複数の光電変換部から取得した瞳分割像の信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う技術に関する。特に、本発明は、瞳分割像の信号にバンドパスフィルタを掛けて相関演算（位相差検出演算）を行うときに、瞳分割像の信号の飽和状態による影響を回避する技術に関する。

デジタルスチルカメラ等の撮像装置について、固体撮像素子を構成する１つのマイクロレンズに対して単位画素を構成するように配設された光電変換素子（ＰＤ：フォトダイオード）を複数に分割し、撮像と同時に位相差方式で焦点検出を行う技術が知られている。

例えば、単位画素を構成する光電変換素子を２つに分割する（以下、分割された個々の光電変換素子を「分割ＰＤ」といい、分割ＰＤに対応する画素を「分割画素」という）。そして、一方の分割ＰＤの電荷を非破壊で読み出した後、２つの分割ＰＤの加算電荷を読み出し、こうして読み出した２つの電荷の差分から他方の分割ＰＤの電荷を求める技術が提案されている（特許文献１参照）。つまり、一方の分割画素の画素値を読み出した後に、２つの分割画素の加算値（単位画素の画素値）を読み出し、これらの差分から他方の分割画素の画素値を求める。これにより、撮像用画像信号として用いられる２つの分割ＰＤからの出力信号の加算信号の高感度特性を保ちながら、位相差像信号として用いられる２つの分割ＰＤそれぞれからの出力信号（瞳分割像の信号）を取得することができる。

また、複数の分割ＰＤからの出力信号（瞳分割像の信号）の直流成分をバンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」という）によって取り除くことによって、ゴーストによるレベル差が生じた場合でも良好に焦点検出が可能な技術が提案されている（特許文献２参照）。

特許第４６９１９３０号公報 特許第２７６２４６３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術の場合、複数の分割ＰＤからの加算された出力信号がＡ／Ｄ変換のレンジを超えた点で線形性がなくなり、ハードニー特性をもつ。この特性に上記特許文献２に記載された技術を適用すると、飽和した分割ＰＤに隣接する分割ＰＤに対してＢＰＦのタップ数に応じたディストーションが残ってしまうため、焦点検出演算の信頼性が低下してしまう。

本発明は、焦点検出用の位相差像信号をＢＰＦでフィルタ処理して相関演算を行う場合に、分割ＰＤの飽和による影響を回避する技術を提供することを目的とする。

本発明に係る焦点検出装置は、マイクロレンズを共有する複数の光電変換部を有する撮像素子と、前記複数の光電変換部からの出力信号と、前記複数の光電変換部からの出力信号を加算した加算信号とを生成する生成手段と、前記加算信号から前記撮像素子の飽和画素領域を検出する検出手段と、前記複数の光電変換部からの出力信号から位相差を検出するための相関演算において不要な周波数を取り除く周波数除去手段と、前記検出手段が検出した飽和画素領域を示す第一の飽和検出信号を生成し、前記第一の飽和検出信号において前記飽和画素領域を示す範囲を、前記複数の光電変換部からの出力信号を前記周波数除去手段によって処理したときにディストーションの影響が出る範囲に拡張した第二の飽和検出信号を生成する検出信号生成手段と、前記第二の飽和検出信号に基づいて、前記周波数除去手段により処理された信号又はマスク信号を位相差像信号として出力する選択手段と、前記第一の飽和検出信号に基づいて、焦点検出のための相関演算を行うか否かを判定する判定手段と、前記選択手段から出力された位相差像信号と、前記判定手段による判定結果に基づいて前記撮像素子に対して設けられる光学系のデフォーカス量を算出する位相差検出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、焦点検出用の位相差像信号をＢＰＦでフィルタ処理して相関演算を行う場合に、分割ＰＤにおける飽和の影響を回避することができ、これにより、正確な焦点検出を行うことができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の撮像素子を構成する単位画素セルの正面図及び断面図である。 図１に示すＡＦ評価値算出部の詳細な構成を示すブロック図である。 図２に示す分割ＰＤの露光量に対する出力特性を示すグラフである。 図２に示す分割ＰＤにおける飽和の有無による画素レベルとバンドパスフィルタによる影響を信号波形で模式的に示す図である。 図３に示すバンドパスフィルタのフィルタタップ長を５タップとしたときの各種信号のタイミングチャートである。 図３に示すバンドパスフィルタの回路図である。 図３に示すバンドパスフィルタのフィルタ特性（空間周波数と透過度との関係）を示すグラフである。 図３に示す選択セレクタ部の出力信号波形を示す図である。 図１に示すＢ像生成部においてＢ信号を算出するプロセスを模式的に示すタイミングチャートである。 図３に示すＮＧ判定部がＮＧ判定信号を出力するタイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の別の実施形態に係るＡＦ評価値算出部のブロック図である。

＜撮像装置の全体的な構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１００では、実空間の像が、フォーカシングレンズを含む撮像用のレンズ群１０１を含む光学系を通して、光学像を電気信号に変換する撮像素子１０２上に結像される。撮像素子１０２は、マイクロレンズを共有する複数の分割ＰＤ（単位画素セルを構成する複数の光電変換部）がベイヤー配列された構造を有し、各分割ＰＤは電荷蓄積を行い、蓄積した電荷をＡ／Ｄ変換部１０３へ出力する。

図２を参照して、撮像素子１０２の単位画素セルについて説明する。図２（ａ）は、撮像素子１０２を構成する単位画素セルの正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の単位画素セルの断面図である。図２（ａ）に示されるように、単位画素セルであるＰＤ（フォトダイオード）２０１は、マイクロレンズ２０４と、２つの分割画素に対応する分割ＰＤ２０２と分割ＰＤ２０３を有し、分割ＰＤ２０２及び分割ＰＤ２０３はマイクロレンズ２０４を共有している。また、ＰＤ２０１は、図２（ｂ）に示されるように、更に、カラーフィルタ２０５と配線層２０６とを有する。

入射光は、マイクロレンズ２０４を通り、カラーフィルタ２０５によって分光特性を持ち、分割ＰＤ２０２，２０３へ照射される。分割ＰＤ２０２，２０３はそれぞれ、射出瞳の光束が制限された特性を有し、Ａ像用の分割ＰＤ（以下「Ａ像用分割ＰＤ２０２」という），Ｂ像用の分割ＰＤ（以下「Ｂ像用分割ＰＤ２０３」という）として用いられる。

Ａ像用分割ＰＤ２０２とＢ像用分割ＰＤ２０３から出力される信号は、後述する所定の処理を受けた後、焦点検出用の位相差像信号（以下単に「位相差像信号」という）として、後述する位相差検出部１０７に送られる。位相差検出部１０７では、位相差検出方式による焦点検出処理が行われる。

撮像素子１０２のそれぞれのＰＤ２０１に蓄積された電荷は、不図示の制御手段によって読み出される。こうして撮像素子１０２から出力されたアナログ信号は、不図示のＣＤＳ回路やＩＳＯ感度の増幅に代表されるアナログ信号処理部を介して、Ａ／Ｄ変換部１０３に入力される。Ａ／Ｄ変換部１０３は、入力されたアナログ信号をデジタル信号であるＡ／Ｄ変換部出力信号１１６に変換して、分離部１１２へ出力する。

分離部１１２は、Ａ／Ｄ変換部１０３から受信したＡ／Ｄ変換部出力信号１１６から、位相差像信号であるＡ信号１１８と、撮像用画像信号（加算信号）であるＡ＋Ｂ信号１１７とを生成し、これらの信号を選択的に出力する。具体的には、分離部１１２は、Ａ信号１１８をＢ像生成部１１３の遅延ライン部１１４に出力し、Ａ＋Ｂ信号１１７を、デジタル信号処理部１０４、ＡＦ評価値算出部３００の検出信号生成部１０９及びＢ像生成部１１３のＢ像演算部１１５に出力する。なお、Ａ信号１１８は、Ａ像用分割ＰＤ２０２からの出力信号に対応する信号であり、Ａ＋Ｂ信号１１７は、Ａ像用分割ＰＤ２０２とＢ像用分割ＰＤ２０３からの各出力信号を加算した信号に対応する信号である。

Ｂ像生成部１１３は、遅延ライン部１１４とＢ像演算部１１５とで構成されており、Ａ＋Ｂ信号１１７からＡ信号１１８を減算して、位相差像信号であるＢ信号１２０を生成する役割を担う。つまり、Ｂ信号１２０は、Ｂ像用分割ＰＤ２０３からの出力信号に対応する信号である。具体的には、遅延ライン部１１４は、Ａ信号１１８を１ライン分遅延させて遅延Ａ信号１１９を生成し、Ａ＋Ｂ信号１１７とのタイミングを合わせてＢ像演算部１１５へ出力すると共に、ＡＦ評価値算出部３００のフィルタ部１１１へ出力する。Ｂ像演算部１１５は、Ａ＋Ｂ信号１１７から遅延Ａ信号１１９を減算してＢ信号１２０を生成し、Ｂ信号１２０をＡＦ評価値算出部３００のフィルタ部１１１へ出力する。

このようなＡ＋Ｂ信号１１７から遅延Ａ信号１１９を減算してＢ信号１２０を算出するプロセスについて、図１０のタイミングチャートを参照して説明する。１ライン目の動作では、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力されたＡ／Ｄ変換部出力信号１１６は、分離部１１２によってＡ＋Ｂ信号１１７とＡ信号１１８とに分離される。

Ａ＋Ｂ信号１１７とＡ信号１１８のタイミングを合わせてＢ像演算部１１５へ入力するために、Ａ信号１１８は、遅延ライン部１１４を介して、遅延Ａ信号１１９としてＢ像演算部１１５へ出力される。Ｂ信号１２０は、Ｂ像演算部１１５によってＡ＋Ｂ信号１１７から遅延Ａ信号１１９を減算することによって求められる。このような動作が、２ライン目以降、同様に繰り返される。

図１の説明に戻る。ＡＦ評価値算出部３００は、撮像装置１００における焦点検出装置を構成する特徴的なブロックである。ＡＦ評価値算出部３００は、フィルタ部１１１、検出信号生成部１０９、ＮＧ判定部１１０及び位相差検出部１０７を有する。ＡＦ評価値算出部３００は、概ね、入力信号に基づいて、ＡＦ用評価値であるデフォーカス量を算出する共に、ＡＦ動作を行うか否かを判定したＮＧ判定信号の生成を行い、デフォーカス量とＮＧ判定信号をＡＦ制御部１０６に出力する。なお、より具体的な説明は後に行う。

ＡＦ制御部１０６は、ＡＦ評価値算出部３００から出力されるデフォーカス量及びＮＧ判定信号に基づいて、フォーカシングレンズを合焦位置に移動するかどうかを判定し、レンズ群１０１の駆動制御を行う。デジタル信号処理部１０４は、分離部１１２の出力に対して画像補間処理などのデジタル信号処理や現像処理を行い、ＤＲＡＭ（不図示）を介して外部記憶装置に出力する。

＜ＡＦ評価値算出部３００の構成＞
図３は、ＡＦ評価値算出部３００の詳細な構成を示すブロック図である。図１にも示した通り、ＡＦ評価値算出部３００は、大略的に、フィルタ部１１１、検出信号生成部１０９、ＮＧ判定部１１０及び位相差検出部１０７によって構成されている。ＡＦ評価値算出部３００は、撮像用画像信号であるＡ＋Ｂ信号１１７と位相差像信号である遅延Ａ信号１１９及びＢ信号１２０から、デフォーカス量とＮＧ判定信号を生成し、出力する。

［検出信号生成部１０９の構成］
検出信号生成部１０９の機能についての理解を容易とするために、検出信号生成部１０９の機能について説明する前に、分割ＰＤの飽和による影響について、図４を参照して説明する。図４は、露光量に対するＡ像用分割ＰＤ２０２及びＢ像用分割ＰＤ２０３の出力特性と、Ａ＋Ｂ像についての出力特性を示すグラフであり、図４（ａ）はＩＳＯ１００の場合を、図４（ｂ）はＩＳＯ２００の場合をそれぞれ示している。

図４（ａ）の場合、露光が開始されると、Ａ像、Ｂ像及びＡ＋Ｂ像について、露光量の増大に従ってＡ像用分割ＰＤ２０２及びＢ像用分割ＰＤ２０３からの出力値は線形的に増加する。Ａ像については、Ｐ点付近で出力値は飽和レベルに近づく。すると、Ａ像用分割ＰＤ２０２は、マイクロレンズ２０４で共有されたＢ像用分割ＰＤ２０３に電荷を漏らす。この影響により、Ａ像については、破線で示す線形性が崩れ、Ａ像用分割ＰＤ２０２からの出力はなだらかに飽和に近付き、その一方で、Ｂ像についても、破線で示す線形性が崩れて、Ｂ像用分割ＰＤ２０３の出力は非線形に増加する。こうして、Ａ像及びＢ像のそれぞれについての出力特性（Ａ像用分割ＰＤ２０２及びＢ像用分割ＰＤ２０３のそれぞれの出力特性）は、Ｐ点付近において、ソフトニー特性を示す。

更に、Ｐ点を超えて更に露光を続けると、Ａ＋Ｂ像及びＡ像についてのそれぞれの出力はＱ点で飽和するため、Ａ＋Ｂ像についての出力からＡ像についての出力を減算して求められるＢ像についての出力も、同様にＱ点で飽和する。こうして、Ａ像、Ｂ像及びＡ＋Ｂ像のそれぞれについての出力は、グラフ上、非線形特性であるハードニー特性を示す。

図４（ｂ）の場合、Ａ像用分割ＰＤ２０２露光感度を高めるために、アナログ信号処理部（不図示）により、出力ゲインが上げられ、これに伴って、Ａ＋Ｂ像についても、露光感度が高められる。露光が開始されると、Ａ像については、Ｈ点において、ＩＳＯ１００におけるＡ像の飽和レベルを超えて出力される。Ａ＋Ｂ像についての出力がＩ点においてＡ／Ｄ変換部１０３の変換レンジの上限である飽和レベル（図４（ａ）のＡ＋Ｂ像飽和レベルと同等）に達すると、Ａ＋Ｂ像についての出力からＡ像についての出力を減算したＢ像についての出力は減少する。そのため、Ｂ像についての出力は、Ｉ点で非線形特性となり、Ｉ点から徐々にＲ点で０に近付くように減少する。

このように、Ａ像及びＢ像についての出力特性（Ａ像用分割ＰＤ２０２及びＢ像用分割ＰＤ２０３の出力特性）は非線形を伴うため、Ａ／Ｄ変換で画素値に変換した後にＢＰＦ（バンドパスフィルタ）でフィルタ処理を行うと、ディストーションが生じてしまう。このＢＰＦでのフィルタ処理によるディストーションについて、図５を参照して説明する。

図５は、Ａ像用分割ＰＤ２０２及びＢ像用分割ＰＤ２０３における飽和の有無による画素レベルとＢＰＦによる影響を信号波形で模式的に示す図である。図５（ａ）では、横軸に撮像素子１０２の水平走査線位置を、縦軸に画素値レベルを取っており、撮像用画像信号（Ａ＋Ｂ像）と位相差像信号（Ａ像、Ｂ像）の飽和特性を示している。なお、前提として、Ａ像、Ｂ像及びＡ＋Ｂ像は、１ラインの中央付近において飽和しているものとする。

走査が開始されると、Ａ像、Ｂ像及びＡ＋Ｂ像の画素値は徐々に飽和レベルに近づく。Ｅ点の画素値以上で、Ａ像については、前述した電荷量の漏れが発生するために、理想的な画素値より低い値になってしまう。Ａ＋Ｂ像の画素値が飽和レベルに達すると、Ａ像、Ｂ像及びＡ＋Ｂ像の画素値は、Ｖ点で飽和して、Ａ／Ｄ変換における上限値（飽和レベル）に張り付いてしまう。これにより、Ａ像及びＢ像は、ハードニー特性を示し、ＢＰＦによるフィルタ処理によってディストーションが発生する。

同様に、Ａ＋Ｂ像の画素値がＷ点で飽和レベルから抜け出すと、Ａ像については、電荷漏れの影響で、理想的な画素値よりも低い値になってしまう。その一方で、Ｂ像については、理想的な画素値より高い値になる。よって、Ａ像もＢ像も、Ａ＋Ｂ像の画素値が飽和レベルから抜け出したときに、ハードニー特性を持つ。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ＋Ｂ像の画素値の飽和領域であるＶ点〜Ｗ点間（飽和範囲）のＡ像及びＢ像の電荷漏れレベルからＡ＋Ｂ像の飽和レベルまでを拡大した図である。また、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＡ＋Ｂ像の画素値の飽和領域において、Ａ像及びＢ像に対してＢＰＦによるフィルタ処理を行った際のディストーションを示した図である。

ディストーションの発生範囲は、ＢＰＦのタップ数を“ｎ”としたときに、飽和領域の前後（ｎ−１）画素である。よって、ディストーションの発生範囲において焦点検出演算を行うと、期待するデフォーカス量を算出することができない。このような問題を踏まえ、ＡＦ評価値算出部３００の検出信号生成部１０９では、フィルタ部１１１のＢＰＦ処理を制御するための制御信号を生成する。

検出信号生成部１０９は、図３に示すように、第一の飽和検出信号生成部３０１と第二の飽和検出信号生成部３０２とによって構成されている。第一の飽和検出信号生成部３０１は、入力された撮像用画像信号であるＡ＋Ｂ信号１１７が予め設定された飽和レベルに達した際に、撮像素子１０２において飽和画素が存在する領域（以下「飽和画素領域」という）を示す第一の飽和検出信号６０２を生成する。そして、第一の飽和検出信号生成部３０１は、生成した第一の飽和検出信号６０２を、第二の飽和検出信号生成部３０２とＮＧ判定部１１０に出力する。

第二の飽和検出信号生成部３０２は、入力された第一の飽和検出信号６０２から、ＢＰＦによるフィルタ処理の影響によって位相差像信号（遅延Ａ信号１１９、Ｂ信号１２０）にディストーションが発生する範囲を判定する。そして、第二の飽和検出信号生成部３０２は、ディストーションの影響を抑制する第二の飽和検出信号６０３を第一の飽和検出信号６０２から生成して、フィルタ部１１１の選択セレクタ部３０４へ出力する。

図６を参照して、検出信号生成部１０９における第一の飽和検出信号６０２と第二の飽和検出信号６０３の生成方法について説明する。図６は、ＢＰＦのフィルタタップ長を５タップとしたときの各種信号のタイミングチャートである。図６（ａ）は検出信号生成部１０９に入力されるＡ＋Ｂ信号１１７を、図６（ｂ）は第一の飽和検出信号６０２を、図６（ｃ）は第二の飽和検出信号６０３をそれぞれ示している。図６（ｄ）はフィルタ部１１１へ入力される遅延Ａ信号１１９を、図６（ｅ）はＢＰＦ３０３Ａ（図３参照）へ入力されるＢＰＦ入力信号６０５（図３参照）を、図６（ｆ）はＢＰＦ３０３Ａから出力されるＢＰＦ出力信号６０６（図３参照）をそれぞれ示している。なお、図６（ａ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の縦軸は画素値を、図６（ｂ），（ｃ）の縦軸は、“ＨＩＧＨ／ＬＯＷ”を示している。

図６（ａ）は、検出信号生成部１０９への入力信号であるＡ＋Ｂ信号１１７が、Ｔ１点で飽和していることを示しており、Ｔ１点〜Ｔ２点間の実線は飽和画素領域を示しており、破線は理想的なＡ／Ｄ変換における画素値を示している。図６（ｂ）に示す第一の飽和検出信号６０２は、Ａ＋Ｂ信号１１７が飽和レベルに達したＴ１点でＨＩＧＨとなり、飽和レベルから線形性を保つレベルに変化するＴ２点でＬＯＷとなっている。つまり、第一の飽和検出信号６０２は、Ａ＋Ｂ信号１１７の飽和画素領域においてＨＩＧＨとなり、飽和画素領域以外の領域ではＬＯＷとなる。

図６（ｃ）に示す第二の飽和検出信号６０３は、第一の飽和検出信号６０２の立ち上がり（Ｔ１点）でＨＩＧＨとなるが、第一の飽和検出信号６０２の立下りに対して、ＢＰＦのディストーションの影響が出る範囲２回分の遅延を持って、Ｔ４点でＬＯＷになる。このディストーションの影響が出る範囲は、ＢＰＦのフィルタタップ数を“ｎ”としたときに、“（ｎ−１）／２”サイクル分となる。本実施形態のタイミングチャートの例では、ｎ＝５であるので、第二の飽和検出信号６０３は、第一の飽和検出信号６０２が立ち下がった後に、４サイクル後にＬＯＷに変化する。このように、第二の飽和検出信号６０３は、撮像用画像信号の飽和画素領域に対応して第一の飽和検出信号６０２がＨＩＧＨとなる範囲を、位相差像信号をＢＰＦでフィルタ処理したときにディストーションの影響が出る範囲にまで拡張した信号である。

図６（ｄ）は、遅延Ａ信号１１９がＴ１点〜Ｔ２点で飽和していることを示している。図６（ｅ）に示すＢＰＦ入力信号６０５は、遅延Ａ信号１１９を遅延部３０５（図３参照）で処理した信号であり、ディストーションの影響が出るＴ１点−Ｔ３点の遅延をもってＢＰＦ３０３Ａに入力され、Ｔ３点で飽和となる。この遅延により、撮像用画像信号（Ａ＋Ｂ信号１１７）の飽和開始及び終了のタイミングの前後に発生するディストーションに対して、第二の飽和検出信号６０３に基づいて選択セレクタ部３０４Ａ（図３参照）を制御することが可能になる。

図６（ｆ）は、ＢＰＦ出力信号６０６は、ＢＰＦ入力信号６０５に飽和領域が存在するため、ＢＰＦによるフィルタ処理の影響で、第二の飽和検出信号６０３の立ち上がりから立ち下りまでの範囲内に、ディストーションを含んでいることを示している。これにより、第二の飽和検出信号６０３でディストーションを回避することが可能であることが分かる。

なお、図６には、遅延部３０５に入力される遅延Ａ信号１１９と、遅延部３０５で遅延Ａ信号１１９を処理して生成されるＢＰＦ入力信号６０５、ＢＰＦ３０３ＡでＢＰＦ入力信号６０５を処理して出力されるＢＰＦ出力信号６０６を示した。これと同様に、遅延部３０５に入力されるＢ信号１２０に基づいて、ＢＰＦ３０３Ｂに入力するためのＢＰＦ入力信号が遅延部３０５において生成され、ＢＰＦ３０３Ｂは、そのＢＰＦ入力信号を処理してＢＰＦ出力信号を出力する。

これらのＢＰＦ入力信号及びＢＰＦ出力信号の生成を行うフィルタ部１１１は、図３に示されるように、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂ、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂ、遅延部３０５から構成されている。Ｂ像生成部１１３からの位相差像信号（遅延Ａ信号１１９、Ｂ信号１２０）は遅延部３０５に入力される。遅延部３０５は、入力された遅延Ａ信号１１９、Ｂ信号１２０をそれぞれ、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂのタップ数に応じて遅延させてから、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂに出力する。遅延時間は、前述の通り、タップ数を“ｎ（自然数）”とした場合に“（ｎ−１）／２”サイクル分とする。

図７は、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂの構成を回路図である。ＢＰＦ３０３Ａ，３０３ＢはＦＩＲフィルタ回路であり、同じ構成を有するフリップフロップ（ＦＦ）回路７０１〜７０４と、フィルタ係数で乗算する乗算器７０５〜７０９と、ＦＦ回路７０１〜７０４からの出力信号を加算する加算器７１０〜７１３とを有する。

ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂは、入力された位相差像信号（ＢＰＦ入力信号）から焦点検出に不要な（位相差を検出するための相関演算において不要な）周波数を取り除く、周波数除去手段であり、処理した信号を選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂへ出力する。ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂからの出力“ｙ［ｎ］”は共に、“ｙ［ｎ］＝ｋ０×ｘ［ｎ］＋ｋ１×ｘ［ｎ−１］＋ｋ２×ｘ［ｎ−２］＋ｋ３×ｘ［ｎ−３］＋ｋ４×ｘ［ｎ−４］”の計算式で表される。ここで、“ｘ［ｎ］”は入力データ、“ｋ０〜ｋ４”はフィルタ係数、“ｎ”はフィルタ次数（乗算器の数であり、本実施形態では、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂのタップ数と同じ数であるとする）である。

図８は、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂのフィルタ特性を示すグラフであり、横軸に空間周波数、縦軸に透過率を取っている。図８に示されるように、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂは、特定のカットオフ周波数ｆ１〜ｆ２の範囲外に、位相差を検出するための相関演算（位相差検出演算）において不要な周波数を取り除く特性を持っていることがわかる。

ＦＦ回路７０１〜７０４は、位相差像信号（ＢＰＦ入力信号）をクロックの立ち上がりでラッチし、１サイクル遅延で出力を行う。ＦＦ回路７０１〜ＦＦ７０４のそれぞれの入出力を直列に接続したときの遅延量は、本実施形態では、５サイクルである。

乗算器７０５〜７０９はそれぞれ、入力された信号をフィルタ係数ｋ０〜ｋ４で乗算して出力する。フィルタ係数ｋ０〜ｋ４は、焦点検出演算で必要な周波数に応じた出力信号を取り出すことが可能な設定値とされる。例えば、サンプリング周波数を“ｆｓ”、カットオフ周波数“ｆ１”，“ｆ２”（ｆ１＜ｆ２）とすると、サンプリング周波数でカットオフ周波数を正規化した値“Ω１”，“Ω２”は、“Ω１＝ｆ１／ｆｓ”，“Ω２＝ｆ２／ｆｓ”となる。このとき、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂのフィルタ係数は、“ｋ０＝２（Ω２−Ω１）”，“ｋｎ＝２（Ω２−Ω１）・ｃｏｓ（πｎ（Ω１＋Ω２））・（ｓｉｎπｎ（Ω２−Ω１））／πｎ（Ω２−Ω１）”で求められる。

加算器７１０〜７１３は、それぞれ、図７に示される通りに乗算器７０５〜７０９からの出力信号を次の通りに処理する。すなわち、加算器７１０は、ｘ［ｎ］をｋ０倍した信号と１サイクル前のｘ［ｎ］をｋ１倍した信号とを加算して、中間信号Ａ１を出力する。加算器７１１は、２サイクル前のｘ［ｎ］をｋ２倍した信号と中間信号Ａ１とを加算して、中間信号Ａ２を出力する。加算器７１２は、３サイクル前のｘ［ｎ］をｋ３倍した信号と中間信号Ａ２とを加算して、中間信号Ａ３を出力する。加算器７１３は、４サイクル前のｘ［ｎ］をｋ４倍した信号と中間信号Ａ３とを加算して、出力データｙ［ｎ］を出力する。

選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂはそれぞれ、検出信号生成部１０９で生成された第二の飽和検出信号６０３に基づいて、位相差検出部１０７へ位相差像信号を出力する。具体的には、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂはそれぞれ、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂの処理後の位相差像信号（ＢＰＦ出力信号）又はマスク信号として画素値をゼロ（０）とした信号を入力信号とする。そして、第二の飽和検出信号６０３に基づいて、これらの入力信号のうちの１つの信号を選択して出力する。このとき、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂは、第二の飽和検出信号６０３の立が上りでマスク信号に、立ち下りでＢＰＦ３０３Ａ，３０３ＢからのＢＰＦ出力信号に切り替える。

選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂにおける入力切り替えによる出力信号のマスクについて、図９を参照して説明する。図９では、縦軸に画素値を、横軸に水平走査位置を取っており、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂからの出力波形（位相差像信号）を実線で示している。この出力波形（実線）は、Ｇ点で選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂにおいて入力信号がＢＰＦ出力信号に代えて、画素値０のマスク信号に切り替えられることを示している。

こうして、フィルタ部１１１からの出力信号では、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂの入力切り替え前後で基準の画素値が変化しない。そのため、撮像用画像信号（Ａ＋Ｂ信号１１７）の飽和に対して、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂでのフィルタ処理に起因する、位相差像信号（遅延Ａ信号１１９、Ｂ信号１２０）のディストーションの発生を回避することができる。

ＮＧ判定部１１０は、検出信号生成部１０９から入力される第一の飽和検出信号６０２の条件に基づいて、相関演算を行うか否かの制御信号を位相差検出部１０７とＡＦ制御部１０６に出力する。第一の飽和検出信号６０２の条件とは、例えば、第一の飽和検出信号６０２の連続期間又は１水平ラインあたりの飽和画素累計数である。ＮＧ判定部１１０は、第一の飽和検出信号６０２の条件として予めＲＯＭ等（不図示）に設定されている閾値を超えた場合に、相関演算を行わないと判定し、この判定結果を示す判定信号（以下「ＮＧ判定信号」という）を生成する。

ＮＧ判定信号が生成される条件として、飽和画素領域の連続期間としての所定の閾値「５」を、１水平ラインあたりの飽和画素の累計数としての所定の閾値として「１００」を設定した場合の、ＮＧ判定部１１０での判定タイミングについて図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、飽和画素が５画素連続する場合の第一の飽和検出信号６０２とＮＧ判定信号との関係を示している。図１１（ｂ）は、飽和画素が１００画素存在する場合の第一の飽和検出信号６０２とＮＧ判定信号との関係を示している。

図１１（ａ）では、ＮＧ判定部１１０に第一の飽和検出信号６０２が連続して入力されると、カウンタ（不図示）によって飽和画素の連続数がカウントされ、５サイクル分がカウントされたときに、ＮＧ判定信号が出力される。また、図１１（ｂ）では、ＮＧ判定部１１０に第一の飽和検出信号が間欠して入力されると、カウンタ（不図示）によって飽和画素の累計数がカウントされ、１００画素分がカウントされたときに、ＮＧ判定信号が出力される。このように、図１１（ａ），（ｂ）の各場合において、カウント値が設定された画素数（閾値）を超えると、ＮＧ判定部１１０は位相差検出部１０７とＡＦ制御部１０６へＮＧ判定信号を出力する。

位相差検出部１０７は、ＮＧ判定部１１０からのＮＧ判定信号にしたがって、フィルタ部１１１から受信したＡ信号とＢ信号の相関演算を行い、算出したデフォーカス量をＡＦ制御部１０６へ出力する。なお、位相差検出方式によるデフォーカス量の求め方は、従来技術として先に取り上げた特許文献１に記載された技術に準ずる周知の技術を用いることができるため、ここでの詳細な説明を省略することとする。

以上、本実施形態によれば、焦点検出用の位相差像信号（遅延Ａ信号１１９、Ｂ信号１２０）をＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂでフィルタ処理して相関演算する場合に、Ａ像用分割ＰＤ２０２とＢ像用分割ＰＤ２０３における飽和の影響を回避することができる。これにより、正確な焦点検出を行うことが可能になる。

＜ＡＦ評価値算出部の変形例＞
上述したＡＦ評価値算出部３００の変形例について、図１２のブロック図を参照して説明する。変形例に係るＡＦ評価値算出部３００Ａが備えるフィルタ部１１１Ａは、ＡＦ評価値算出部３００のフィルタ部１１１と比較して、ゲイン部１２０１Ａ，１２０１Ｂが追加された構成を有する。

すなわち、ゲイン部１２０１Ａ，１２０１Ｂはそれぞれ、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂから受信する位相差像信号に画素値レベルを小さくするゲインを掛けるゲイン印加処理を行って、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂへ出力する。選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂはそれぞれ、ゲイン部１２０１Ａ，１２０１Ｂから出力される位相差像信号とＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂから出力される位相差像信号とを、第二の飽和検出信号６０３に基づいて選択し、切り替えて出力する。ここでは、選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂはそれぞれ、第二の飽和検出信号６０３の立が上りでゲイン部１２０１Ａ，１２０１Ｂからの出力信号に、第二の飽和検出信号６０３の立ち下りでＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂからの出力信号に切り替える。

フィルタ部１１１Ａでは、このような選択セレクタ部３０４Ａ，３０４Ｂでの入力切り替えにより、飽和周辺の振幅が抑制され、相関演算における影響度を下げることができ、これにより、レベル差の少ない位相差像信号を出力することができる。よって、正確な焦点検出を行うことが可能になる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、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。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、上記実施形態では、ＰＤ２０１を２分割した構成としたが、３つ以上の複数の分割構成であってもよい。また、本発明は、バンドパスフィルタに限定されず、ハイパスフィルタを用いたフィルタ処理にも適用することができる。更に、カラーフィルタ２０５は、通常、Ｒ，Ｇ，Ｂで構成されるが、これに限られるものではなく、補色フィルタとして、シアン，マゼンタ，イエロー等のカラーフィルタを用いた構成としてもよい。

上記実施形態では、Ｂ像生成部１１３はＢ信号を生成するとしたが、これに限られず、Ｂ信号をリードしてＡ信号を生成する構成としてもよい。また、Ｂ像生成部１１３は、遅延ライン部１１４を有する構成ではなく、１ライン又は１フレーム分を記憶可能なバッファを持つ構成や、不図示のＤＲＡＭと接続する構成によって、Ｂ信号を生成する構成としてもよい。

ＮＧ判定部１１０は、第二の飽和検出信号生成部３０２と結線されて、第二の飽和検出信号６０３が入力される構成としてもよい。その場合、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂの影響範囲をも閾値に設定する。つまり、ＢＰＦ３０３Ａ，３０３Ｂのタップ数を“ｎ”とし、飽和画素の連続数を“５”としたときの閾値は“（（ｎ−１）／２）＋５”とし、飽和画素数を“１００”としたときの閾値は“（（ｎ−１）／２）＋１００”とする。このような閾値の設定により、ＮＧ判定部１１０は、ＮＧ判定信号を出力するか否かを判定することができる。

１０１ レンズ群
１０２ 撮像素子
１０６ ＡＦ制御部
１０７ 位相差検出部
１０９ 検出信号生成部
１１０ ＮＧ判定部
１１１ フィルタ部
２０２ Ａ像用分割ＰＤ
２０３ Ｂ像用分割ＰＤ
３００ ＡＦ評価値算出部
３０１ 第一の飽和検出信号生成部
３０２ 第二の飽和検出信号生成部
３０３Ａ，３０３Ｂ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
３０４Ａ，３０４Ｂ 選択セレクタ部
１２０１Ａ，１２０１Ｂ ゲイン部

Claims (8)

1. マイクロレンズを共有する複数の光電変換部を有する撮像素子と、
   前記複数の光電変換部からの出力信号と、前記複数の光電変換部からの出力信号を加算した加算信号とを生成する生成手段と、
   前記加算信号から前記撮像素子の飽和画素領域を検出する検出手段と、
   前記複数の光電変換部からの出力信号から位相差を検出するための相関演算において不要な周波数を取り除く周波数除去手段と、
   前記検出手段が検出した飽和画素領域を示す第一の飽和検出信号を生成し、前記第一の飽和検出信号において前記飽和画素領域を示す範囲を、前記複数の光電変換部からの出力信号を前記周波数除去手段によって処理したときにディストーションの影響が出る範囲に拡張した第二の飽和検出信号を生成する検出信号生成手段と、
   前記第二の飽和検出信号に基づいて、前記周波数除去手段により処理された信号又はマスク信号を位相差像信号として出力する選択手段と、
   前記第一の飽和検出信号に基づいて、焦点検出のための相関演算を行うか否かを判定する判定手段と、
   前記選択手段から出力された位相差像信号と、前記判定手段による判定結果に基づいて前記撮像素子に対して設けられる光学系のデフォーカス量を算出する位相差検出手段と、を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記周波数除去手段はバンドパスフィルタであり、
   前記検出信号生成手段は、前記バンドパスフィルタのタップ数に応じて前記第一の飽和検出信号における前記飽和画素領域を示す範囲を拡張することにより、前記第二の飽和検出信号を生成することを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
3. 前記判定手段は、前記第一の飽和検出信号が示す前記飽和画素領域の連続期間が所定の閾値を超えた場合に、前記相関演算を行わないと判定することを特徴とする請求項１又は２記載の焦点検出装置。
4. 前記判定手段は、前記第一の飽和検出信号が示す１水平ラインあたりの飽和画素の累計数が所定の閾値を超えた場合に、前記相関演算を行わないと判定することを特徴とする請求項１又は２記載の焦点検出装置。
5. 前記マスク信号は、画素値をゼロとした信号であ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。
6. 前記マスク信号として、前記周波数除去手段で処理された信号に対して画素値レベルを小さくするゲインを掛けた信号を生成するゲイン印加処理手段を更に有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。
7. 前記選択手段は、前記位相差像信号として、前記第二の飽和検出信号の立ち上がりで前記マスク信号を出力し、前記第二の飽和検出信号の立ち下がりで前記周波数除去手段で処理された信号を出力するように切り替えを行う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。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   前記焦点検出装置が備える撮像素子に光学像を結像させるレンズ群と、
   前記焦点検出装置が備える位相差検出手段から出力されるデフォーカス量と、前記焦点検出装置が備える判定信号による判定結果とに基づいて前記レンズ群の駆動制御を行う制御手段と、備えることを特徴とする撮像装置。

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