JP2015072312A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 焦点検出をより高精度且つ迅速に行えるようにすること。
【解決手段】 結像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光する第１及び第２焦点検出画素からそれぞれ出力される第１及び第２焦点検出信号の相関量を算出して、第１検出デフォーカス量を検出する第１焦点検出手段と、第１及び第２焦点検出信号を互いにシフトさせながら加算して得られたシフト加算信号から、第２検出デフォーカス量を検出する第２焦点検出手段と、実際の合焦位置と、前記第１検出デフォーカス量に対応する合焦位置との差を抑制するための焦点検出補正値を、結像光学系の焦点調節状態に応じた値として記憶する記憶手段と、第１検出デフォーカス量を焦点検出補正値で補正した値と、前記第２検出デフォーカス量のいずれかを予め決められた条件に基づいて選択し、選択した結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段とを有する。
【選択図】 図２１

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、更に詳しくは、自動焦点調節機能を有する撮像装置及びその制御方法に関するものである。

撮像装置で行われる焦点検出方法の１つに、撮像素子に形成された焦点検出画素により位相差方式の焦点検出を行う撮像面位相差方式がある。

特許文献１では、１つの画素に対して、１つのマイクロレンズと複数に分割された光電変換部が形成されている２次元撮像素子を用いた撮像装置が開示されている。分割された光電変換部は、１つのマイクロレンズを介して撮影レンズの射出瞳の異なる領域を透過した光を受光するように構成され、瞳分割を行っている。こういった分割された光電変換部を有する画素（焦点検出画素）から出力されたそれぞれの焦点検出信号から相関量を算出し、相関量から像ずれ量を求めることで、位相差方式の焦点検出を行うことができる。また、特許文献２では、分割された光電変換部から出力された焦点検出信号を画素毎に加算することにより撮像信号を生成することが開示されている。

また、特許文献３では、複数の撮像画素からなる２次元撮像素子に、部分的に対の焦点検出画素が配置された撮像装置が開示されている。対の焦点検出画素は、開口部を有する遮光層により、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。２次元撮像素子の大部分に配置された撮像画素で撮像信号を取得し、一部に配置された焦点検出画素の焦点検出信号から相関量を算出し、相関量から像ずれ量を求めて、位相差方式の焦点検出を行うことが開示されている。

撮像面位相差方式の焦点検出においては、撮像素子に形成された焦点検出画素によりデフォーカス方向とデフォーカス量を同時に検出することが可能であり、高速に焦点調節を行うことができる。

米国特許４４１０８０４号 特開２００１−０８３４０７号公報 特開２０００−１５６８２３号公報

しかしながら、撮像面位相差方式では、焦点検出を行う焦点検出画素が受光する光束と撮像画像を取得する撮像画素が受光する光束が異なるため、撮影レンズの各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）の焦点検出信号への影響と撮像信号への影響が異なる。そのため、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間に差が生じるという課題がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出をより高精度且つ迅速に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、結像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光する第１焦点検出画素及び第２焦点検出画素とを有する撮像素子と、前記第１焦点検出画素から出力される第１焦点検出信号と、前記第２焦点検出画素から出力される第２焦点検出信号との相関量を算出し、該相関量に基づいて、合焦位置までの差を示す第１検出デフォーカス量を検出する第１焦点検出手段と、前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号を互いにシフトさせながら加算して得られたシフト加算信号から、各シフト量毎のコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値に基づいて、合焦位置までの差を示す第２検出デフォーカス量を検出する第２焦点検出手段と、前記結像光学系の瞳領域を通過した光束により得られる信号のコントラストが最大となる合焦位置と、前記第１検出デフォーカス量に対応する合焦位置との差を抑制するための焦点検出補正値を、前記結像光学系の焦点調節状態に応じた値として記憶する記憶手段と、前記第２検出デフォーカス量に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段とを有し、前記第２焦点検出手段は、前記シフトさせる範囲を、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値に対応する合焦位置に基づいて求める。

本発明によれば、焦点検出をより高精度且つ迅速に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の概略構成図。 実施の形態における画素配列の概略図。 実施の形態における画素の概略平面図と概略断面図。 実施の形態における画素構造と瞳分割の概略説明図。 実施の形態における撮像素子と瞳分割の概略説明図。 実施の形態における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量との概略関係図。 実施の形態における焦点検出領域の説明図。 実施の形態における第１焦点検出の処理を示すフローチャート。 実施の形態における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングの概略説明図。 実施の形態におけるフィルター周波数帯域の一例を示す図。 第１の実施形態における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の一例を示す図。 フォーカスレンズが最良合焦位置にある場合の第１フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の一例を示す図。 第１の実施形態における第１検出デフォーカス量と第２検出デフォーカス量の一例を示す図。 実施の形態におけるリフォーカス処理の概略説明図。 実施の形態における第２焦点検出の処理を示すフローチャート。 フォーカスレンズが最良合焦位置にある場合の第２フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の一例を示す図。 実施の形態における第２フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシフト加算信号の一例を示す図。 実施の形態におけるコントラスト評価値の一例を示す図。 実施の形態におけるリフォーカス可能範囲の概略説明図。 実施の形態における焦点検出補正値の説明図。 第１の実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャート。 第２の実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャート。 第４の実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャート。 第５の実施形態における画素配列の概略図。 第４の実施形態における画素の概略平面図と概略断面図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
●全体構成
図１は本発明の実施の形態における撮像素子を有する撮像装置であるカメラの概略構成を示したものである。図１において、第１レンズ群１０１は結像光学系の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）を実現することができる。

第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）は、光軸方向の進退により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１０７は２次元ＣＭＯＳフォトセンサとその周辺回路からなり、結像光学系の結像面に配置される。上述した第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、第３レンズ群１０５、光学的ローパスフィルタ１０６は、結像光学系を構成している。

ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１ないし第３レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。

撮影時の被写体照明用電子フラッシュ１１５で、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。ＡＦ補助光発光部１１６は、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵで、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。また、本実施形態では、結像光学系の状態に応じた焦点検出補正値も記憶されている。

焦点検出補正値は、第３レンズ群１０５の位置に対応したフォーカス状態、第１レンズ群１０１の位置に対応したズーム状態、結像光学系のＦナンバー毎に複数用意されている。そして、撮像素子１０７の出力信号を用いて後述する焦点調節を行う際には、結像光学系の第１レンズ群１０１、第３レンズ群１０５の位置及びＦナンバーに対応した最適な焦点検出補正値が選択される構成となっている。

なお本実施形態では、焦点検出補正値をＣＰＵ１２１に記憶するように構成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、交換レンズ式の撮像装置においては、結像光学系を有する交換レンズが不揮発性メモリを有し、そのメモリに上述の焦点検出補正値を記憶してもよい。この場合には、結像光学系の状態に応じて、焦点検出補正値を撮像装置に送信すればよい。

電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光発光部１１６を点灯制御する。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。

フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。

ＬＣＤ等の表示器１３１は、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の焦点検出領域の指標や合焦状態表示画像等を表示する。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。着脱可能なフラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。

●撮像素子
次に、本実施形態における撮像素子１０７の撮像画素と焦点検出画素の配列の概略を図２に示す。図２は、本実施形態の２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で、焦点検出画素配列を８列×４行の範囲で示したものである。

画素群２００は２行×２列の画素からなり、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置されている。さらに、各画素は２列×１行に配列された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２により構成されている。

図２に示した４列×４行の画素（８列×４行の焦点検出画素）を面上に多数配置し、撮像画像（焦点検出信号）の取得を可能としている。本実施形態では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、焦点検出画素の列方向周期ＰＡＦが２μｍ、焦点検出画素数ＮＡＦが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５０万画素の撮像素子として説明を行う。

図２に示した撮像素子１０７の１つの画素２００Ｇを、撮像素子１０７の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図３（ａ）に示し、図３（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図３（ｂ）に示す。図３に示すように、本実施形態の画素２００Ｇでは、各画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、ｘ方向にＮ_Ｈ分割（２分割）、ｙ方向にＮ_Ｖ分割（１分割）された光電変換部３０１と光電変換部３０２が形成される。光電変換部３０１及び３０２が、それぞれ、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に対応する。光電変換部３０１及び３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしても良いし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合フォトダイオードとしても良い。

各画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１及び３０２との間に、カラーフィルタ３０６が形成される。また、必要に応じて、各焦点検出画素毎にカラーフィルタの分光透過率を変えても良いし、カラーフィルタを省略しても良い。

図３に示した画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルタ３０６で分光されたのち、光電変換部３０１及び３０２で受光される。光電変換部３０１及び３０２では、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積され、一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子１０７の外部へ排出される。光電変換部３０１及び３０２のｎ型層（不図示）に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換されて出力される。

図３に示した本実施形態の画素構造と瞳分割との対応関係を図４を参照して説明する。図４は、図３（ａ）に示した本実施形態の画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面図と結像光学系の射出瞳面を示す図である。なお、図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させている。

第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、重心が−ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズ３０５によって概ね共役関係になっており、第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。

また、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面と、マイクロレンズ３０５によって概ね共役関係になっており、第２焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。

また、瞳領域５００は、光電変換部３０１及び３０２（第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２）を全て合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。

図５は、本実施形態の撮像素子１０７と瞳分割との対応関係を示した概略図である。第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２をそれぞれ通過した一対の光束は、撮像素子１０７の各画素にそれぞれ異なる角度で入射し、２×１に分割された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２で受光される。本実施形態は、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例である。必要に応じて、垂直方向に瞳分割を行っても良い。

なお、上述した例では第１焦点検出画素と第２焦点検出画素から構成された撮像画素が複数配列されているが、本発明はこれに限られるものではない。必要に応じて、撮像画素と、第１焦点検出画素、第２焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を部分的に配置する構成としても良い。

本実施形態では、撮像素子１０７の各画素の第１焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点検出信号を生成し、各画素の第２焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子１０７の各画素毎に、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。

●デフォーカス量と像ずれ量の関係
以下、本実施形態の撮像素子１０７により取得される第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と、像ずれ量との関係について説明する。図６は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の概略関係図である。撮像面８００に本実施形態の撮像素子１０７が配置され、図４、図５を参照して説明したように、結像光学系の射出瞳が、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２に２分割される。

デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面までの距離を大きさ｜ｄ｜とし、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）、被写体の結像位置が撮像面より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図６で、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体８０２は前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、第１瞳部分領域５０１（第２瞳部分領域５０２）を通過した光束は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心として幅Γ１（Γ２）に広がり、撮像面８００でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子１０７に配列された各画素を構成する第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）により受光され、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）が生成される。よって、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体８０２が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。

このように、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、もしくは、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。

●焦点検出
本実施形態では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係性を用いて、位相差方式の第１焦点検出と、リフォーカス原理に基づいた方式（以下、「リフォーカス方式」と呼ぶ。）の第２焦点検出を行う。また、結像光学系の状態に合わせた焦点検出補正値を用いた補正も行う。主に、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節するために、焦点検出補正値による補正を行った第１焦点検出の結果を用い、小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍まで焦点調節するために第２焦点検出を行う。詳細は、後述する。

［焦点検出領域］
まず、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を取得する撮像素子１０７上の領域である焦点検出領域について説明する。図７は、撮像素子１０７の有効画素領域１０００における焦点検出領域と、焦点検出時に表示器１３１に表示される焦点検出領域を示す指標を重ねて示したものである。本実施形態では、焦点検出領域は行方向に３つ、列方向に３つの、計９個設定している。行方向にｎ番目、列方向にｍ番目の焦点検出領域をＡ（ｎ，ｍ）と表し、この領域内の第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の信号を用いて、後述する第１焦点検出及び第２焦点検出を行う。また、同様に行方向にｎ番目、列方向にｍ番目の焦点検出領域の指標をＩ（ｎ，ｍ）と表す。

なお、本実施形態では、行方向に３つ、列方向に３つの焦点検出領域を設定した例を示している。しかしながら、上述した撮像素子１０７のように有効画素領域１０００のどの画素からも第１焦点検出信号及び第２焦点検出信号が得られる撮像素子においては、焦点検出領域の数、位置、サイズを適宜設定してもよい。例えば、撮影者の指定した領域を中心に、所定の範囲を焦点検出領域として設定してもよい。

［位相差方式の第１焦点検出］
以下、本第１の実施形態における位相差方式の第１焦点検出について説明する。位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量（第１評価値）を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関係性から、像ずれ量を第１検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。

図８に、第１の実施形態における第１焦点検出の処理の流れの概略図を示す。なお、図８の処理は、第１の実施形態における焦点検出信号生成手段、第１焦点検出手段である撮像素子１０７、画像処理回路１２５とＣＰＵ１２１によって実行される。

Ｓ１１０で、撮像素子１０７の有効画素領域１０００に焦点検出領域を設定する。焦点検出信号生成手段により、焦点検出領域内の第１焦点検出画素２０１の受光信号から第１焦点検出信号を生成し、焦点検出領域内の第２焦点検出画素２０２の受光信号から第２焦点検出信号を生成する。

Ｓ１２０で、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して、それぞれ、信号データ量を抑制するために列方向に３画素加算処理を行い、さらに、ＲＧＢ信号を輝度Ｙ信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理を行う。これら２つの加算処理を合わせて第１画素加算処理とする。

Ｓ１３０では、第１画素加算処理した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、それぞれ、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。以下、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングについて説明する。図９に、撮像素子１０７の周辺像高における第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２、および結像光学系の射出瞳４００の関係を示す。

図９（ａ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓが同じ場合である。この場合は、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２により、結像光学系の射出瞳４００が、概ね、均等に瞳分割される。

これに対して、図９（ｂ）に示した結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓより短い場合、撮像素子１０７の周辺像高では、結像光学系の射出瞳と撮像素子１０７の入射瞳の瞳ずれを生じる。そのため、結像光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。同様に、図９（ｃ）に示した結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより長い場合、撮像素子１０７の周辺像高では、結像光学系の射出瞳と撮像素子１０７の入射瞳の瞳ずれを生じ、結像光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。周辺像高で瞳分割が不均一になるのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の強度も不均一になり、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のいずれか一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなるシェーディングが生じる。

そこで、Ｓ１３０では、まず、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値と、射出瞳距離に応じて、第１焦点検出信号の第１シェーディング補正係数と、第２焦点検出信号の第２シェーディング補正係数をそれぞれ生成する。そして、第１シェーディング補正係数を第１焦点検出信号に乗算し、第２シェーディング補正係数を第２焦点検出信号に乗算して、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。

位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関（信号の一致度）を基に、第１検出デフォーカス量の検出を行う。瞳ずれによるシェーディングが生じると第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関が低下する場合がある。よって、位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の相関を改善し、焦点検出性能を良好とするために、シェーディング補正処理を行うことが望ましい。

Ｓ１４０では、シェーディング補正処理した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、第１フィルター処理を行う。第１の実施形態の第１フィルター処理の通過帯域例を、図１０の実線９０１で示す。第１の実施形態では、位相差方式の第１焦点検出により、大デフォーカス状態での焦点検出を行うため、第１フィルター処理の通過帯域は低周波帯域を含むように構成される。必要に応じて、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う際に、デフォーカス状態に応じて、第１焦点検出時の第１フィルター処理の通過帯域を、図１０の１点鎖線のように、より高周波帯域に調整しても良い。

次に、Ｓ１５０では、第１フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせる第１シフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量（第１評価値）を算出する。

第１フィルター処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。さらに、第１シフト処理によるシフト量をｓ１、シフト量ｓ１のシフト範囲をΓ１とすると、相関量（第１評価値）ＣＯＲは、式（１）により算出される。

シフト量ｓ１の第１シフト処理により、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ１番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ１）を対応させ減算し、シフト減算信号を生成する。生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域に対応する範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、相関量（第１評価値）ＣＯＲ（ｓ１）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出された相関量（第１評価値）を、各シフト量毎に、複数行に渡って加算しても良い。

Ｓ１６０では、相関量（第１評価値）から、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐ１とする。そして、算出した像ずれ量ｐ１に、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた第１変換係数Ｋ１をかけて、第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１）を検出する。

このように、本実施形態における位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、第１フィルター処理と第１シフト処理を行い、相関量を算出し、相関量から第１検出デフォーカス量を検出する。

本実施形態の撮像素子１０７では、第１焦点検出画素及び第２焦点検出画素が受光する光束と、撮像画素が受光する光束が異なり、結像光学系の各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）の焦点検出画素への影響と撮像信号への影響とが異なる。結像光学系の絞り値が小さく、開口が大きい（被写体が暗い）と差異がより大きくなる。そのため、結像光学系の絞り値が小さく、開口が大きい時に、位相差方式の第１焦点検出により算出される検出合焦位置（第１検出デフォーカス量が０となる位置）と、例えば、撮像信号のＭＴＦピーク位置等の最良合焦位置との間に差が生じる場合がある。特に、結像光学系の絞り値が所定絞り値以下の場合に、位相差方式の第１焦点検出の焦点検出精度が低下する場合がある。

図１１は、第３レンズ群１０５が最良合焦位置にある場合の、第１の実施形態の撮像素子１０７の周辺像高における第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）の例を示す。ここでは、最良合焦位置にあるが、結像光学系の各収差の影響により、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号形状が異なる例を示している。図１２は、同じく第３レンズ群１０５が最良合焦位置にある場合の、シェーディング補正処理および第１フィルター処理後の周辺像高における第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）を示す。第３レンズ群１０５が最良合焦位置にあるが、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量ｐ１が０ではない。このように、位相差方式の第１焦点検出により算出される検出合焦位置と、撮像信号の最良合焦位置との間には差が生じる。

図１３は、第１の実施形態における位相差方式の第１焦点検出により得られた第１検出デフォーカス量（破線）の例を示す。横軸は、最良合焦位置をデフォーカス量０［ｍｍ］とした設定デフォーカス量であり、縦軸は位相差方式の第１焦点検出により得られた検出デフォーカス量である。なお、図１１に示した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号は、図１３の設定デフォーカス量０［ｍｍ］における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号である。設定デフォーカス量０［ｍｍ］である最良合焦位置において、第１検出デフォーカス量が後ピン側に約５０ｕｍオフセットしていることから、最良合焦位置と第１焦点検出により算出される検出合焦位置との間に約５０ｕｍの差異が生じていることが分かる。

本実施形態では、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と、撮像信号から求めることのできる最良合焦位置との差を抑制し、高精度な焦点検出を実現する。そのために、位相差方式の第１焦点検出に加えて、結像光学系の状態に合わせた焦点検出補正値を用いた補正と、結像光学系の最良合焦位置近傍で高精度な焦点検出が可能なリフォーカス方式の第２焦点検出を、焦点検出時の状況に応じて組み合わせて行う。

［リフォーカス方式の第２焦点検出］
以下、第１の実施形態におけるリフォーカス方式の第２焦点検出について説明する。

第１の実施形態のリフォーカス方式の第２焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトして加算し、シフト加算信号（リフォーカス信号）を生成する。そして生成されたシフト加算信号（リフォーカス信号）のコントラスト評価値を算出し、コントラスト評価値から撮像信号のＭＴＦピーク位置を推定し、第２検出デフォーカス量を検出する。

第１の実施形態の撮像素子１０７により取得された第１焦点検出信号と第２焦点検出信号による１次元方向（列方向、水平方向）のリフォーカス処理の概略説明図を図１４を参照して説明する。図１４の撮像面８００は、図５及び図６に示した撮像面８００に対応している。図１４では、ｉを整数として、撮像面８００に配置された撮像素子１０７の列方向ｉ番目の画素の第１焦点検出信号をＡｉ、第２焦点検出信号をＢｉとして模式的に表している。第１焦点検出信号Ａｉは、瞳部分領域５０１を透過し、主光線角度θａでｉ番目の画素に入射した光束の受光信号を示す。同様に、第２焦点検出信号Ｂｉは、瞳部分領域５０２を透過し、主光線角度θｂでｉ番目の画素に入射した光束の受光信号を示す。

第１焦点検出信号Ａｉと第２焦点検出信号Ｂｉは、光強度分布情報だけでなく、入射角度情報も有している。よって、第１焦点検出信号Ａｉを角度θａに沿って仮想結像面８１０まで平行移動させ、第２焦点検出信号Ｂｉを角度θｂに沿って仮想結像面８１０まで平行移動させ、加算することで、仮想結像面８１０でのリフォーカス信号を生成できる。第１焦点検出信号Ａｉを角度θａに沿って仮想結像面８１０まで平行移動させることは、列方向に＋０．５画素シフトすることに対応する。また、第２焦点検出信号Ｂｉを角度θｂに沿って仮想結像面８１０まで平行移動させることは、列方向に−０．５画素シフトすることに対応する。従って、第１焦点検出信号Ａｉと第２焦点検出信号Ｂｉを相対的に＋１画素シフトさせ、ＡｉとＢｉ＋１を対応させて加算することで、仮想結像面８１０でのリフォーカス信号を生成できる。同様に、第１焦点検出信号Ａｉと第２焦点検出信号Ｂｉを整数画素分シフトさせて加算することで、整数シフト量に応じた各仮想結像面でのシフト加算信号（リフォーカス信号）を生成できる。

生成されたシフト加算信号（リフォーカス信号）のコントラスト評価値を算出し、算出されたコントラスト評価値から撮像信号のＭＴＦピーク位置を推定することで、リフォーカス方式の第２焦点検出を行う。

図１５に、第１の実施形態における第２焦点検出の処理の流れの概略図を示す。なお、図１５の処理は、第１の実施形態における焦点検出信号生成手段、第２焦点検出手段である撮像素子１０７、画像処理回路１２５とＣＰＵ１２１によって実行される。

Ｓ２１０で、撮像素子１０７の有効画素領域１０００に焦点検出領域を設定する。焦点検出信号生成手段により、焦点検出領域内の第１焦点検出画素２０１の受光信号から第１焦点検出信号を生成し、焦点検出領域内の第２焦点検出画素２０２の受光信号から第２焦点検出信号を生成する。

Ｓ２２０で、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に対して、それぞれ、信号データ量を抑制するために列方向に３画素加算処理を行い、さらに、ＲＧＢ信号を輝度Ｙ信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理を行う。これら２つの加算処理を合わせて第２画素加算処理とする。必要に応じて、３画素加算処理とベイヤー（ＲＧＢ）加算処理のいずれか、または、これら両方の加算処理を省略しても良い。

Ｓ２３０では、第２画素加算処理した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、第２フィルター処理を行う。第１の実施形態の第２フィルター処理の通過帯域例を、図１０の破線９０３及び点線９０４で示す。第１の実施形態では、リフォーカス方式の第２焦点検出により、小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍まで焦点検出を行う。従って、第２フィルター処理の通過帯域は、第１フィルター処理の通過帯域よりも、高周波帯域を含むように構成される。必要に応じて、第２フィルター処理に被写体信号のエッジ抽出を行うラプラシアン型（２階微分型）［１、−２、１］フィルターを用いて、図１０の点線９０４で示すように第２フィルター処理の通過帯域をより高周波帯域に調整しても良い。被写体の高周波成分を抽出して第２焦点検出を行うことにより、焦点検出精度をより向上することができる。

Ｓ２４０では、第２フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせる第２シフト処理を行い、加算してシフト加算信号（リフォーカス信号）を生成する。Ｓ２４０では、さらに、生成されたシフト加算信号からコントラスト評価値（第２評価値）を算出する。

第１フィルター処理後のｋ番目の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。第２シフト処理によるシフト量をｓ_２、シフト量ｓ_２のシフト範囲をΓ２として、コントラスト評価値（第２評価値）ＲＦＣＯＮは、式（２）により算出される。

シフト量ｓ_２の第２シフト処理により、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ２番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ_２）を対応させて加算し、シフト加算信号を生成する。そして、シフト加算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域Ｗの範囲での最大値を取り、コントラスト評価値（第２評価値）ＲＦＣＯＮ（ｓ_２）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出されたコントラスト評価値（第２評価値）を、各シフト量毎に、複数行に亘って加算しても良い。

Ｓ２５０では、コントラスト評価値（第２評価値）から、サブピクセル演算により、コントラスト評価値が最大値となる実数値のシフト量を算出してピークシフト量ｐ２とする。ピークシフト量ｐ２に、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた第２変換係数Ｋ２をかけて、第２検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）を検出する。必要に応じて、第１変換係数Ｋ１と第２変換係数Ｋ２を同一の値としても良い。

このように、本実施形態におけるリフォーカス方式の第２焦点検出では、第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号に、第２フィルター処理と第２シフト処理を行い、加算してシフト加算信号を生成し、シフト加算信号からコントラスト評価値を算出する。更に、コントラスト評価値から第２検出デフォーカス量を検出する。

第１の実施形態の撮像素子１０７では、図４、図５に示したように、第１焦点検出画素２０１が受光する光束と第２焦点検出画素２０２が受光する光束を加算したものが、撮像画素が受光する光束となる。リフォーカス方式の第２焦点検出では、位相差方式の第１焦点検出とは異なり、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシフト加算信号（リフォーカス信号）により焦点検出を行う。よって、第２焦点検出で用いられるシフト加算信号に対応する光束と、撮像信号に対応する光束が概ね一致するため、結像光学系の各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）のシフト加算信号への影響と撮像信号への影響も、概ね同じである。従って、リフォーカス方式の第２焦点検出により算出される検出合焦位置（第２検出デフォーカス量が０となる位置）と撮像信号の最良合焦位置（撮像信号のＭＴＦピーク位置）が、概ね一致するため、位相差方式の第１焦点検出より高精度に焦点検出できる。

図１１に示した第１の実施形態の撮像素子の周辺像高での撮像信号の最良合焦位置における第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）の例に、第２フィルター処理を施した後の第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）を図１６に示す。また、第２フィルター処理後の第１焦点検出信号（破線）と第２焦点検出信号（実線）を、それぞれ、相対的に−２、−１、０、１、２シフトさせてシフト加算したシフト加算信号（リフォーカス信号）の例を図１７に示す。シフト量の変化に伴い、シフト加算信号のピーク値が変化することが分かる。各シフト加算信号から算出されたコントラスト評価値（第２評価値）の例を図１８に示す。

図１３に、第１の実施形態におけるリフォーカス方式の第２焦点検出により得られた第２検出デフォーカス量（実線）の例を示す。横軸は、最良合焦位置をデフォーカス量０［ｍｍ］とした設定デフォーカス量であり、縦軸はリフォーカス方式の第２焦点検出により得られた検出デフォーカス量である。設定デフォーカス量０［ｍｍ］である最良合焦位置において、第２検出デフォーカス量は、第１焦点検出による第１検出デフォーカス量よりも小さく抑制され、高精度に焦点検出できることが分かる。

このように、本実施形態では、結像光学系の設定デフォーカス量０［ｍｍ］である最良合焦位置近傍において、リフォーカス方式の第２焦点検出の方が、位相差方式の第１焦点検出より、高精度に焦点検出できる。

［リフォーカス可能範囲］
一方、リフォーカス可能範囲には限界があるため、リフォーカス方式の第２焦点検出が高精度で焦点検出できるデフォーカス量の範囲は限定される。

第１の実施形態におけるリフォーカス可能範囲の概略説明図を図１９に示す。許容錯乱円をδとし、結像光学系の絞り値をＦとすると、絞り値Ｆでの被写界深度は±Ｆδである。これに対して、Ｎ_Ｈ×Ｎ_Ｖ（２×１）分割されて狭くなった瞳部分領域５０１（または５０２）の水平方向の実効絞り値Ｆ_０１（またはＦ_０２）は、Ｆ_０１＝Ｎ_ＨＦと暗くなる。第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）毎の実効的な被写界深度は±Ｎ_ＨＦδとＮ_Ｈ倍深くなり、合焦範囲がＮ_Ｈ倍に広がる。実効的な被写界深度±Ｎ_ＨＦδの範囲内では、第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）毎に合焦した被写体像が取得されている。よって、図１４に示した主光線角度θａ（またはθｂ）に沿って第１焦点検出信号（または第２焦点検出信号）を平行移動するリフォーカス処理により、撮影後に、合焦位置を再調整（リフォーカス）することができる。よって、撮影後に合焦位置を再調整（リフォーカス）できる撮像面からのデフォーカス量ｄは限定されており、デフォーカス量ｄのリフォーカス可能範囲は、概ね、式（３）の範囲である。

許容錯乱円δは、δ＝２ΔＸ（画素周期ΔＸのナイキスト周波数１／（２ΔＸ）の逆数）などで規定される。必要に応じて、第２画素加算処理後の第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）の周期ΔＸ_ＡＦ（＝６ΔＸ：６画素加算の場合）のナイキスト周波数１／（２ΔＸＡＦ）の逆数を許容錯乱円δ＝２ΔＸ_ＡＦとしても用いても良い。

リフォーカス方式の第２焦点検出が高精度で焦点検出できるデフォーカス量の範囲は、概ね式（３）の範囲に限定され、第２焦点検出により高精度に焦点検出が可能なデフォーカス範囲は、位相差方式の第１焦点検出可能なデフォーカス範囲以下の範囲である。図６に示したように、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号との水平方向の相対的なシフト量とデフォーカス量は、概ね比例する。従って、第１の実施形態では、リフォーカス方式の第２焦点検出の第２シフト処理のシフト範囲が、位相差方式の第１焦点検出の第１シフト処理のシフト範囲以下となるように構成される。

第１の実施形態における焦点検出では、結像光学系の大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節するために第１焦点検出を行い、結像光学系の小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍まで焦点調節するために第２焦点検出を行う。従って、第２焦点検出の第２フィルター処理の通過帯域が、第１焦点検出の第１フィルター処理の通過帯域より高周波帯域を含むことが望ましい。また、第２焦点検出の第２画素加算処理の画素加算数が、第１焦点検出の第１画素加算処理の画素加算数以下であることが望ましい。

上述したように、結像光学系の絞り値が所定絞り値以下の場合に、位相差方式の第１焦点検出の焦点検出精度が低下する場合がある。従って、必要に応じて、結像光学系の絞り値が所定絞り値以下の場合に、位相差方式の第１焦点検出に加えて、リフォーカス方式の第２焦点検出により第２検出デフォーカス量を検出し、高精度な焦点検出を行うことが望ましい。

第１の実施形態は、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されているため、撮像信号の水平方向のＭＴＦピーク位置を検出することができる。必要に応じて、撮像信号の水平方向のＭＴＦピーク位置と撮像信号のＭＴＦピーク位置（撮像信号の水平垂直方向のＭＴＦピーク位置の平均）との差分を補正値として保持し、第２検出デフォーカス量を補正しても良い。

上述の通り、第２検出デフォーカス量は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を用いて検出されるため、検出デフォーカス量は被写体の状況や結像光学系の製造誤差などの影響を受けにくい。一方で、第２検出デフォーカス量を検出できる範囲に制限が有ったり、コントラストが低い、照度が低いなど被写体の状況によって検出不能になる場合があったりする。このような第２検出デフォーカス量が検出できない場合にも、高精度な焦点調節を行うため、本実施形態では、焦点検出補正値を用いて第１検出デフォーカス量の補正を行う。

［焦点検出補正値］
以下、第１の実施形態における位相差方式の第１焦点検出に対して行う焦点検出補正値による補正について説明する。

上述の通り、焦点検出信号から算出される第１検出デフォーカス量で示される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間には、差が生じる。第１の実施形態では、その差を抑制するための方法として、上述の第２焦点検出以外に、焦点検出補正値による補正を行うことも可能に構成されている。

図２０は、ＣＰＵ１２１に格納されている第１焦点検出で算出される第１検出デフォーカス量の補正値の例を示している。図２０は、図７の焦点検出領域Ａ（２，２）に対応した焦点検出補正値を示している。同様に、他の８個の焦点検出領域についても焦点検出補正値を記憶している。但し、結像光学系の光軸に対して対称な焦点検出領域については、設計上の焦点検出補正値は等しくなる。従って、９つの焦点検出領域に対して、４つの焦点検出補正値のテーブルを記憶していればよい。

図２０において、結像光学系のズーム位置とフォーカス位置を８つのゾーンに分割し、その分割ゾーンごとに焦点検出補正値ＢＰ１１１~ＢＰ１８８を備える構成としている。従って、結像光学系の第３レンズ群１０５、第１レンズ群１０１の位置に応じて高精度な焦点検出補正値を得られる構成となっている。

本第１の実施形態では、焦点検出補正値を図２０のように焦点検出領域ごとにテーブルデータを記憶するようにしたが、焦点検出補正値の記憶方法については、これに限らない。例えば、撮像素子と結像光学系の光軸の交点を原点とし撮像装置の水平方向、垂直方向をＸ軸、Ｙ軸とした座標を設定し、焦点検出領域の中心座標における補正値をＸとＹの関数で求めてもよい。この場合、焦点検出補正値として記憶するべき情報量を削減することができる。

●焦点検出処理の流れ
次に、第１の実施形態における焦点検出処理の流れについて、図２１のフローチャートを参照して説明する。第１の実施形態では、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が閾値Ｔｈ１以下になるまで位相差方式の第１焦点検出を行った後、第１検出デフォーカス量に対して焦点検出補正値による補正を行ってレンズ駆動する。これにより、結像光学系の大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う。その後、結像光学系のデフォーカス量の絶対値が閾値Ｔｈ２（＜閾値Ｔｈ１）以下になるまでリフォーカス方式の第２焦点検出を行ってレンズ駆動し、結像光学系の小デフォーカス状態から最良合焦位置近傍まで焦点調節を行う。

Ｓ１００で、位相差方式による第１焦点検出により第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１）を検出する。その後、Ｓ１０１で、第１検出デフォーカス量に対して補正を行い、補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）を算出する。ここで行う補正は、上述の通り、結像光学系の状態に応じて、記憶されている補正値を用いて行う。補正後第１デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）の大きさ｜Ｄｅｆ１´｜が閾値Ｔｈ１より大きい場合は（Ｓ１０２でＮＯ）、Ｓ１０３で、補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）に応じてレンズ駆動を行い、Ｓ１００に戻る。補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）の大きさ｜Ｄｅｆ１´｜が閾値Ｔｈ１以下の場合は（Ｓ１０２でＹＥＳ）、Ｓ２００に進む。

Ｓ２００で、リフォーカス方式による第２焦点検出により第２検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）を検出する。検出された第２デフォーカス量（Ｄｅｆ２）の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が閾値Ｔｈ２（＜閾値Ｔｈ１）より大きい場合は（Ｓ２０１でＮＯ）、Ｓ２０２で、第２デフォーカス量（Ｄｅｆ２）に応じてレンズ駆動を行い、Ｓ２００に戻る。検出された第２デフォーカス量（Ｄｅｆ２）の大きさ｜Ｄｅｆ２｜が閾値Ｔｈ２以下の場合は（Ｓ２０１でＹＥＳ）、焦点調節動作を終了する。

第１の実施形態では、第１焦点検出で検出された第１検出デフォーカス量に対して、結像光学系の状態に応じて記憶された補正値を用いた補正を行い、その補正値を用いて合焦近傍までレンズ駆動を行う。これにより、被写体のコントラストが低い、照度が低いなどの理由で第２焦点検出が行えない場合でも、高精度な焦点調節を行うことができる。

また、補正された第１検出デフォーカス量を用いて、合焦近傍までレンズ駆動を行うため、補正を行わない場合と比べて、第２焦点検出を、より合焦近傍で行うことができる。これにより、第２焦点検出で焦点検出可能なデフォーカス範囲をより広く確保することができる。

第１の実施形態では、補正後の第１検出デフォーカス量に基づきレンズ駆動を行った後、第２焦点検出を行うため、高精度な焦点検出が可能となる。但し、２つの焦点検出処理を連続的に行うため、結像光学系の光軸方向に動く被写体に対して焦点検出し続けるコンティニュアスＡＦ時には、焦点検出の時間間隔が長くなり、検出精度の悪化につながることがある。このようなコンティニュアスＡＦ時やコンティニュアスＡＦと連続撮影を繰り返し行う場合には、第２焦点検出を省略してもよい。本発明では、第１検出デフォーカス量に対して焦点検出補正値による補正を行った結果で、コンティニュアスＡＦを行うことができるため、高精度な焦点調節状態を維持することができる。

第１の実施形態では、閾値Ｔｈ２よりも閾値Ｔｈ１の方が大きい値としたのは、第２焦点検出によって、より高精度に焦点検出を行うためである。第１焦点検出では、第２焦点検出が可能なデフォーカス範囲まで焦点調節を行えばよいので、閾値Ｔｈ２に対して閾値Ｔｈ１は大きくて良い。これにより、より高速に第１焦点検出から第２焦点検出に移行することができる。但し、第２焦点検出を省略する場合には、閾値Ｔｈ１を小さくし閾値Ｔｈ２と等しい値に設定してもよい。補正後の第１検出デフォーカス量に基づき焦点検出処理を終える場合にも、高精度な焦点調節を実現可能とするためである。

以上の構成により、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な焦点検出が可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２２は、第２の実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施形態では、第２焦点検出を行うか否かを条件により切替え、第２焦点検出処理を行わない場合には、高速に焦点検出を行う場合について説明する。それ以外の処理及び撮像装置の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

図２２のＳ１００で、位相差方式による第１焦点検出により第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１）を検出する。その後、Ｓ１０１で、第１検出デフォーカス量に対して補正を行い、補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）を算出する。ここで行う補正は、上述の通り、結像光学系の状態に応じて記憶されている補正値を用いて行う。補正後第１デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）の大きさ｜Ｄｅｆ１´｜が閾値Ｔｈ１より大きい場合は（Ｓ１０２でＮＯ）、Ｓ１０３で、補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）に応じてレンズ駆動を行い、Ｓ１００に戻る。

補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）の大きさ｜Ｄｅｆ１´｜が閾値Ｔｈ１以下の場合は（Ｓ１０２でＹＥＳ）、焦点検出領域の像高が、閾値Ｔｈ３（第１の閾値）よりも小さいか否かを判定し、小さい場合には（Ｓ１１０でＹＥＳ）、焦点調節動作を終了する。焦点検出領域の像高は、図７で例示した９つの焦点検出領域の中心と有効画素領域１０００（撮影範囲）の中心との距離で算出される。一般に、焦点検出領域の像高が０に近いほど、結像光学系の各収差の個体ばらつきは小さい。そのため、第２焦点検出を行わなくても、焦点検出補正値による補正により、十分に高精度な焦点検出を行うことができる。そこで、第２の実施形態では、焦点検出領域の像高が閾値Ｔｈ３より小さい場合には、第２焦点検出を行わないことにより、高速に焦点検出を行うことができる。

一方、焦点検出領域の像高が、閾値Ｔｈ３以上の場合には（Ｓ１１０でＮＯ）、Ｓ１１１において被写体距離が閾値Ｔｈ４（第２の閾値）より遠いか近いかを判定する。被写体距離が閾値Ｔｈ４より遠い場合には（Ｓ１１１でＹＥＳ）、焦点調節動作を終了する。被写体距離は、結像光学系の第３レンズ群１０５の位置と対応付けてＣＰＵ１２１で記憶しておくことにより、第３レンズ群１０５の位置と第１検出デフォーカス量により、被写体距離を算出することができる。一般に、被写体距離は遠いほど、結像光学系の各収差の量は小さく、個体ばらつきも小さい。そのため、第２焦点検出を行わなくても、焦点検出補正値による補正により、十分に高精度な焦点検出を行うことができる。第２の実施形態では、被写体距離が閾値Ｔｈ４より遠い場合には、第２焦点検出を行わないことにより、高速に焦点検出を行うことができる。

被写体距離が、閾値Ｔｈ４以下の場合には（Ｓ１１１でＮＯ）、第１の実施形態と同様にＳ２００に進む。Ｓ２００以降の処理は、第１の実施形態で図２１を参照して説明した処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本第２の実施形態では、結像光学系の各収差の個体ばらつきが、小さいと見込まれる場合には、焦点検出補正値による補正で十分に高精度な焦点検出が行えるため、第２焦点検出を省略することにより、高速に焦点検出を行うことができる。なお、本第２の実施形態では、結像光学系の各収差の個体ばらつきの大きさの見込みを、焦点検出領域の像高と被写体距離の両方を用いて判定したが、いずれか一方を用いて判定してもよい。

また、結像光学系の各収差の個体ばらつきの大きさの判定方法としても、上記の方法に限らない。例えば、結像光学系のＦナンバーによって第２焦点検出を行うか否かを判定することが考えられる。Ｆナンバーが小さい場合には、結像光学系の各収差の量が大きいため、個体ばらつきも大きい。そのため、Ｆナンバーが所定の値より大きい場合には、第２焦点検出を省略することが考えられる。

また、その他の方法として、焦点検出補正値として記憶されている補正値が、結像光学系の個体ばらつき（個体差）を含む値であるか否かに応じて、第２焦点検出を行うか否かを判定することが考えられる。撮像装置の製造時に、焦点検出補正値を個体毎に測定して記憶する場合には、焦点検出補正値は個体ばらつきを含むため、第２焦点検出を省略することが考えられる。特に、結像光学系を交換可能な交換レンズ式の撮像装置で、交換レンズによって焦点検出補正値が結像光学系の個体ばらつきを含むものと含まないものがある場合には、撮像装置に装着される交換レンズによって、第２焦点検出を行うか否かを切り替えればよい。

また、その他の方法として、結像光学系のもつ非点収差に対応して、焦点検出補正値を結像光学系の光軸に対して放射線方向の補正値と同心円方向の補正値を独立して記憶することが考えられる。この場合には、図２０で例示した焦点検出補正値を、中央の焦点検出領域Ａ（２，２）以外の焦点検出領域に対しては、結像光学系の光軸に対して放射線方向と同心円方向の２種類を記憶する。第２の実施形態の構成では、第１焦点検出、第２焦点検出は、水平方向の１方向に関して、焦点検出を行う。そのため、放射線方向と同心円方向の焦点検出補正値に差が大きい場合には、水平方向以外にコントラストがある被写体に対して第２焦点検出を行っても、高精度な焦点検出が行えない。そのため、放射線方向と同心円方向の焦点検出補正値に差が大きい場合には、第２焦点検出を省略することが考えられる。

本第２の実施形態では、閾値Ｔｈ２よりも閾値Ｔｈ１の方が大きい値としたのは、第２焦点検出によって、より高精度に焦点検出を行うためである。第１焦点検出では、第２焦点検出が可能なデフォーカス範囲まで焦点調節を行えばよいので、閾値Ｔｈ２に対して閾値Ｔｈ１は大きくて良い。これにより、より高速に第１焦点検出から第２焦点検出に移行することができる。但し、第２焦点検出を省略する場合には、閾値Ｔｈ１を小さくし閾値Ｔｈ２と等しい値に設定してもよい。補正後の第１検出デフォーカス量に基づき焦点検出処理を終える場合にも、高精度な焦点調節を実現可能とするためである。

上記の通り第２の実施形態によれば、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な焦点検出が可能となる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本第３の実施形態では、第１検出デフォーカス量を補正する焦点検出補正値を、第１焦点検出で行うシフト処理の方向である水平方向と、結像光学系の放射線方向とが成す角度によって変更する。これにより、より高精度な焦点検出補正値を算出することができる。それ以外の処理及び撮像装置の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

第３の実施形態では、焦点検出補正値を、結像光学系の光軸に対して放射線方向の補正値と同心円方向の補正値を独立して記憶する。この場合には、第１の実施形態の図２０で例示した焦点検出補正値を、中央の焦点検出領域Ａ（２，２）以外の焦点検出領域に対しては、放射線方向と同心円方向の２種類を記憶する。

結像光学系のある状態における放射線方向の補正値をＢＰｍ、同心円方向の補正値をＢＰｓとし、焦点検出領域の中心と有効画素領域１０００の中心を結ぶ直線と水平方向のなす角度をθとすると、用いる焦点検出補正値ＢＰは、下記の式（４）で算出される。
BP = BPm × cosθ + BPs × (1 - cosθ) …（４）
式（４）で算出される焦点検出補正値を用いて、第１検出デフォーカス量を補正する。これにより、より高精度に合焦近傍までレンズ駆動を行うことができるため、被写体のコントラストが低い、照度が低いなどの条件などで第２焦点検出が行えない場合でも、高精度な焦点調節を行うことができる。

また、より高精度な補正を行うため、第２焦点検出をより合焦近傍で行うことができる。これにより、第２焦点検出で焦点検出可能なデフォーカス範囲をより広く確保することができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図２３は、第４の実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャートである。第４の実施形態では、位相差方式の第１焦点検出による第１検出デフォーカス量の検出と、リフォーカス方式の第２焦点検出による第２検出デフォーカス量の検出とを並列処理し、高速に焦点検出を行う例について説明する。なお、第２の実施形態において図２２を参照して説明した処理と同様の処理には同じステップ番号を付している。それ以外の処理及び撮像装置の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

図２３のＳ１００で、位相差方式による第１焦点検出により第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１）を検出し、Ｓ１０１で、第１検出デフォーカス量に対して補正を行い、補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）を算出する。また、並列的に、Ｓ２００で、リフォーカス方式による第２焦点検出により第２検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）を検出する。

次に、Ｓ３００において、第２シフト処理のシフト範囲内で第２検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）が検出されている場合は、Ｓ３０１に進んで、第２検出デフォーカス量（Ｄｅｆ２）を第３検出デフォーカス量（Ｄｅｆ３）とする。検出されなかった場合は、Ｓ３０２に進んで、補正後第１検出デフォーカス量（Ｄｅｆ１´）を第３検出デフォーカス量（Ｄｅｆ３）とする。次のＳ３０３において、第３デフォーカス量（Ｄｅｆ３）の大きさ｜Ｄｅｆ３｜が閾値Ｔｈ２より大きい場合は、Ｓ３０４で、第３デフォーカス量（Ｄｅｆ３）に応じてレンズ駆動を行い、Ｓ１００とＳ２００に戻る。第３デフォーカス量（Ｄｅｆ３）の大きさ｜Ｄｅｆ３｜が閾値Ｔｈ２以下の場合は、焦点調節動作を終了する。

上記の通り第４の実施形態によれば、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な焦点検出が可能となる。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本第５の実施形態では、撮像素子１０７の幅画素の構成が図２に示すものと異なる。それ以外の処理及び撮像装置の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

図２４は、第５の実施形態における撮像素子１０７（２次元ＣＭＯＳセンサー）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で、副画素配列を８列×８行の範囲で示したものである。なお、図２に示す構成では、各画素が２列×１行の副画素に分割されているのに対し、図２４に示す構成では、各画素が２列×２行の副画素２４１から副画素２４４により構成されているところが異なる。

図２４に示した４列×４行の画素（８列×８行の副画素）を面上に多数配置し、撮像画像（副画素信号）の取得を可能としている。第５の実施形態では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、副画素の周期ＰＳＵＢが２μｍ、副画素数ＮＳＵＢが横１１１５０列×縦７４５０行＝約８３００万画素の撮像素子として説明を行う。

図２４に示した撮像素子１０７の１つの画素２００Ｇを、撮像素子１０７の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図２５（ａ）に示し、図２５（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図２５（ｂ）に示す。図２５に示すように、第５の実施形態の画素２００Ｇでは、各画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、ｘ方向にＮ_Ｈ分割（２分割）、ｙ方向にＮ_Ｖ分割（２分割）された光電変換部３０１から光電変換部３０４が形成される。光電変換部３０１から光電変換部３０４が、それぞれ、副画素２４１から副画素２０４に対応する。

第５の実施形態では、撮像素子１０７の各画素毎に、副画素２４１から副画素２０４の信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。

また、第５の実施形態では、各画素毎に、副画素２４１と副画素２４３の信号を加算して第１焦点検出信号を生成し、副画素２４２と副画素２０４の信号を加算して第２焦点検出信号を生成することができる。これらの加算処理により、水平方向の瞳分割に対応した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を取得でき、位相差方式の第１焦点検出とリフォーカス方式の第２焦点検出を行うことができる。即ち、この場合、副画素２４１と副画素２４３とが第１焦点検出画素に対応し、副画素２４２と副画素２４４とが第２焦点検出画素に対応することになる。

同様に、第５の実施形態では、各画素毎に、副画素２４１と副画素２４２の信号を加算して第１焦点検出信号を生成し、副画素２４３と副画素２４４の信号を加算して第２焦点検出信号を生成することができる。これらの加算処理により、垂直方向の瞳分割に対応した第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を取得でき、位相差方式の第１焦点検出とリフォーカス方式の第２焦点検出を行うことができる。即ち、この場合、副画素２４１と副画素２４２とが第１焦点検出画素に対応し、副画素２４３と副画素２４４とが第２焦点検出画素に対応することになる。

上記の通り本第５の実施形態によれば、被写体が、水平方向及び垂直方向のいずれに高周波数成分を有する場合であっても、焦点検出信号から算出される検出合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な焦点検出が可能となる。

なお、第５の実施形態における撮像素子１０７を、第１〜第４の実施形態の撮像素子１０７として用いることが可能であることは言うまでもない。

Claims (11)

1. 結像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光する第１焦点検出画素及び第２焦点検出画素とを有する撮像素子と、
   前記第１焦点検出画素から出力される第１焦点検出信号と、前記第２焦点検出画素から出力される第２焦点検出信号との相関量を算出し、該相関量に基づいて、合焦位置までの差を示す第１検出デフォーカス量を検出する第１焦点検出手段と、
   前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号を互いにシフトさせながら加算して得られたシフト加算信号から、各シフト量毎のコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値に基づいて、合焦位置までの差を示す第２検出デフォーカス量を検出する第２焦点検出手段と、
   前記結像光学系の瞳領域を通過した光束により得られる信号のコントラストが最大となる合焦位置と、前記第１検出デフォーカス量に対応する合焦位置との差を抑制するための焦点検出補正値を、前記結像光学系の焦点調節状態に応じた値として記憶する記憶手段と、
   前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値と、前記第２検出デフォーカス量のいずれかを予め決められた条件に基づいて選択し、選択した結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第２焦点検出手段は、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値に対応する合焦位置に基づいて前記シフトさせる範囲を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記焦点調節手段は、合焦状態を維持し続けるために、前記焦点調節手段による焦点調節を続けて行う場合には、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値を選択して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子において、焦点検出を行う焦点検出領域を設定する設定手段を更に有し、
   前記結像光学系の光軸と前記撮像素子の交点と、前記焦点検出領域との距離が予め決められた第１の閾値より小さい場合に、前記焦点調節手段は、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値を選択して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 被写体までの距離に関する情報を取得する取得手段を更に有し、
   前記被写体までの距離が、予め決められた第２の閾値より大きい場合に、前記焦点調節手段は、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値を選択して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記結像光学系が交換可能であって、前記記憶手段が異なる結像光学系に対応する前記焦点検出補正値を有する場合に、前記焦点調節手段は、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値を選択して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記結像光学系の開口径が予め決められた第３の閾値より大きい場合に、前記焦点調節手段は、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値を選択して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記焦点調節手段により前記第２検出デフォーカス量が選択されない場合に、前記第２焦点検出手段による検出を行わないように制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記焦点検出補正値は、前記結像光学系の光軸に対して放射線方向の焦点検出補正値と同心円方向の焦点検出補正値から構成され、
   前記放射線方向もしくは前記同心円方向と、前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号とのずれ方向が成す角度に応じて、前記放射線方向の焦点検出補正値と前記同心円方向の焦点検出補正値を重みづけして算出される焦点検出補正値を用いて、前記第１検出デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記焦点調節手段は、前記第２検出デフォーカス量に対応するシフト量が、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値に対応する合焦位置から予め決められた範囲内に無い場合に、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値を選択して焦点調節を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
11. 結像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光する第１焦点検出画素及び第２焦点検出画素とを有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
    第１焦点検出手段が、前記第１焦点検出画素から出力される第１焦点検出信号と、前記第２焦点検出画素から出力される第２焦点検出信号との相関量を算出し、該相関量に基づいて、合焦位置までの差を示す第１検出デフォーカス量を検出する第１焦点検出工程と、
    前記結像光学系の瞳領域を通過した光束により得られる信号のコントラストが最大となる合焦位置と、前記第１検出デフォーカス量に対応する合焦位置との差を抑制するための焦点検出補正値を、前記結像光学系の焦点調節状態に応じた値として記憶する記憶手段から、前記第１検出デフォーカス量に対応する焦点検出補正値を読み出して、該焦点検出補正値を用いて前記第１検出デフォーカス量を補正する補正工程と、
    第２焦点検出手段が、前記第１焦点検出信号と前記第２焦点検出信号を互いにシフトさせながら加算して得られたシフト加算信号から、各シフト量毎のコントラスト評価値を算出し、該コントラスト評価値に基づいて、合焦位置までの差を示す第２検出デフォーカス量を検出する第２焦点検出工程と、
    焦点調節手段が、前記第１検出デフォーカス量を前記記憶手段に記憶された前記焦点検出補正値で補正した値と、前記第２検出デフォーカス量のいずれかを予め決められた条件に基づいて選択し、選択した結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節工程と
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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