JP2016167000A - 焦点検出装置、撮像装置、焦点検出方法および焦点検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被写界深度が深くてもデフォーカス量の検出精度を低下させないようにする。
【解決手段】焦点検出装置１０７は、撮像光学系１０４により形成された被写体像を撮像素子により撮像して得られた位相差検出用の一対の像信号４０５ａ，４０５ｂに対してバンドパスフィルタ処理を行う処理手段４０１と、フィルタ処理後の一対の像信号を所定のシフト量検出範囲で相対的にシフトさせて相関演算を行い、該相関演算結果に基づいて撮像光学系のデフォーカス量を算出する算出手段４０２，４０３，４０４とを有する。処理手段は、撮像光学系の被写界深度に対応するシフト量検出範囲の幅に応じて、バンドパスフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置において、いわゆる瞳分割型位相差検出方式により撮像光学系のデフォーカス量を検出する焦点検出装置に関する。

瞳分割型位相差検出方式では、撮像光学系の予定結像面に位置する撮像素子上に、マイクロレンズとその背後に配置された複数（例えば一対）の光電変換部（サブ画像）とを有する画素を複数設ける。これら複数の画素のそれぞれにおいて撮像光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域としての一対の瞳領域からマイクロレンズに入射した一対の光束が形成する一対の像を一対のサブ画素で光電変換することで一対の像信号を生成する。そして、一対の像信号のずれ量（位相差）を算出することで、撮像光学系のデフォーカス量を検出（算出）する。

特許文献１には、瞳分割型位相差検出方式を用いる焦点検出装置において、撮像素子（撮像範囲）の全体を複数の微小ブロックに分割し、微小ブロックごとにデフォーカス量を算出することで撮像範囲内のデフォーカス量分布の情報を取得する方法が開示されている。この方法では、微小ブロックで得られる一対の画素データ（像信号）をサブ画素単位で相対的にずらしながらずらし量（シフト量）における相関値を演算する。さらに、３点内挿の手法を用いて最小相関値を与えるシフト量を、マイクロレンズとこれに対応する複数のサブ画素からなる画素セット以下の精度で求める（推定する）。

図１３には、特許文献１にて開示された手法により、撮像光学系のピントを合わせた物体距離が５０ｆ（ｆは焦点距離）であるときの無限遠物体距離に対するデフォーカス量（ＤＥＦ値）と３点内挿により計算されたシフト量ｋｓの例を示す。図１３の例では、無限遠物体距離を１００ｍとし、撮像光学系の絞り値がＦ３．５の場合とＦ１６の場合のＤＥＦ値（＝ＫＸ・ＰＹ・ｋｓ）とシフト量ｋｓとを示している。特許文献１にて説明されている一対の瞳領域を通過する光束の重心の開き角に応じた変換係数ＫＸとサブ画素のピッチＰＹとの積（ＫＸ・ＰＹ）を、Ｆ３．５では０．４ｍｍ／画素とし、Ｆ１６では４．０ｍｍ／画素としている。

デフォーカス量分布を図１３の無限遠物体距離に対するＤＥＦ値から０ｍｍの範囲で検出する場合に、シフト量の可変範囲（以下、シフト量検出範囲という）の幅は図１３に示すｋｓの絶対値となる。シフト量検出範囲の幅は、焦点距離ｆが短く被写界深度が深くなると小さくなる傾向がある。また、絞り値が大きく被写界深度が深い場合も、シフト量検出範囲の幅は小さくなる傾向がある。シフト量検出範囲の幅が小さくなると、３点内挿によるシフト量ｋｓの推定精度がデフォーカス量の検出精度を決めることになる。

特開２００８−１５７５４号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された焦点検出装置を含む従来の焦点検出装置では、被写界深度にかかわらず同じデフォーカス量検出処理によってデフォーカス量が検出される。このため、被写界深度が深いときに３点内挿によるシフト量の推定精度を上げることができず、その結果、デフォーカス量の検出精度が低くなる。

本発明は、被写界深度が深くてもデフォーカス量の検出精度を低下させないようにすることができる焦点検出装置およびこれを備えた撮像装置等を提供する。

本発明の一側面としての焦点検出装置は、撮像光学系により形成された被写体像を撮像素子により撮像して得られた位相差検出用の一対の像信号に対してバンドパスフィルタ処理を行う処理手段と、フィルタ処理後の一対の像信号を所定のシフト量検出範囲で相対的にシフトさせて相関演算を行い、該相関演算結果に基づいて撮像光学系のデフォーカス量を算出する算出手段とを有する。そして、処理手段は、撮像光学系の被写界深度に対応するシフト量検出範囲の幅に応じて、バンドパスフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更することを特徴とする。

なお、撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子と、上記焦点検出装置と、該焦点検出装置により算出されたデフォーカス量に基づいて撮像光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有する撮像装置を本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明の他の一側面としての焦点検出方法は、撮像光学系により形成された被写体像を撮像素子により撮像して得られた位相差検出用の一対の像信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、該フィルタ処理後の一対の像信号を所定のシフト量検出範囲で相対的にシフトさせて相関演算を行い、該相関演算結果に基づいて撮像光学系ののデフォーカス量を算出する。そして、撮像光学系の被写界深度に対応するシフト量検出範囲の幅に応じて、バンドパスフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更することを特徴とする。

なお、上記焦点検出方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとしての焦点検出プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、被写界深度にかかわらず（被写界深度が深くても）、デフォーカス量を高い精度で検出することができる。

本発明の実施例１であるデジタルカメラの構成を示すブロック図。 実施例１のデジタルカメラに用いられる撮像素子の画素構造を示す図。 実施例１のデジタルカメラの別の撮像部を示す図。 実施例１のデジタルカメラの画像処理部におけるデフォーカス量演算処理の流れを示す図。 実施例１における可変フィルタ処理部のフィルタ特性を示す図。 実施例１における可変フィルタ処理部の入出力信号を示す図。 実施例１における可変フィルタ処理部の別の入出力信号を示す図。 実施例１における相関値演算部の構成を示す図。 本発明の実施例２であるデジタルカメラの画像処理部におけるデフォーカス量演算処理の流れを示す図。 実施例２における合成係数演算部の構成を示す図。 実施例２における相関値演算部の構成を示す図。 実施例１におけるシフト量と相関値との関係を説明する図。 従来の手法による計算例を示す図。

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１である撮像装置としてのデジタルカメラ（以下、単にカメラという）の構成を示している。カメラは、撮像光学系１０４を含む交換レンズの着脱が可能なレンズ交換タイプであってもよいし、撮像光学系１０４が一体に設けられたレンズ一体タイプであってもよい。

撮像光学系１０４は、被写体像（光学像）を撮像部１０５に結像する。撮像光学系１０４は、光軸方向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、光軸方向に移動して焦点距離を変更する変倍レンズや、開口径（絞り値）を変化させて光量を調節する絞りを含む。

撮像部１０５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される撮像素子とその駆動回路を含む。撮像素子の具体的な構成については後述する。撮像部１０５は、撮像光学系１０４により撮像素子上に結像された被写体像を撮像素子により撮像（光電変換）することによりアナログ画素信号を生成し、該アナログ画素信号をＡ／Ｄ変換部１０６に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０６は、アナログ画素信号をデジタル画素信号に変換して画像データとしてＲＡＭ１０３に出力して一時的に記憶させる。

画像処理部１０７は、ＲＡＭ１０３に記憶された画像データに対して、ホワイトバランス調整、色補間、縮小／拡大およびフィルタリング等の様々な画像処理を行って、出力用画像データを生成する。また、画像処理部１０７は、撮像部１０５からの画素信号を用いて瞳分割型位相差検出方式によるデフォーカス量演算処理を行う焦点検出装置としても機能する。デフォーカス量演算処理については後述する。

制御部（制御手段）１０１は、ＣＰＵ等により構成され、コンピュータプログラムをＲＯＭ１０２から読み出してＲＡＭ１０３に展開して実行することにより、デジタルカメラ１００が有する各動作ブロックの動作を制御する。また、制御部１０１は、画像処理部１０７でのデフォーカス量演算処理により算出された撮像光学系１０４のデフォーカス量に基づいてフォーカス制御（フォーカスレンズの移動制御）を行う。

ＲＯＭ１０２は、書き換え可能な不揮発性メモリであり、上記コンピュータプログラムに加え、各動作ブロックの動作に必要なパラメータ等を記憶する。ＲＡＭ１０３は、書き換え可能な揮発性メモリであり、各動作ブロックから出力されたデータの一時的な記憶領域として用いられる。

記録媒体１０８は着脱可能なメモリカード等であり、画像処理部１０７で生成された出力用画像データを記録用画像として記録する。また、図示はしないが、液晶表示パネル等により構成される表示部は、画像処理部１０７で生成された出力用画像データを表示用画像として表示する。

図２には、図１に示した撮像部１０５における撮像素子２００の画素構造を示している。撮像素子は２次元配置された複数の画素２０２を有する。各画素２０２は、マイクロレンズ２０１とその背後に配置された一対のサブ画素（光電変換部）２０３，２０４とを有する。マイクロレンズ２０１とこれに対応する一対のサブ画素２０３，２０４とをまとめて画素セットともいう。

複数の画素２０２のそれぞれにおいて、撮像光学系１０４の射出瞳のうち互いに異なる領域（以下、瞳領域という）からの一対の光束がマイクロレンズを通ることで一対の像（以下、Ａ像およびＢ像ともいう）を一対のサブ画素２０３，２０４上に形成する。そして、複数の画素２０２のそれぞれにおいて、一対のサブ画素２０３，２０４がＡ像およびＢ像を光電変換することで、位相差検出用の一対の像信号（以下、Ａ像信号およびＢ像信号という）が生成される。

図２は、撮像光学系１０４の射出瞳のうち水平方向に分割された瞳領域からマイクロレンズに入射した一対の光束が水平方向に視差を有するＡ像およびＢ像を一対のサブ画素２０３，２０４上に形成する場合の画素構造を示している。以下の説明において、射出瞳においてＡ像およびＢ像を形成する一対の光束が通過する一対の瞳領域が分割された方向を、瞳分割方向という。

なお、図３に示すような画素構造を有する撮像素子３００ものを用いてもよい。この撮像素子３００では、２次元配置された複数の画素３０６のそれぞれが、マイクロレンズ３０５とその背後に配置された水平２画素×垂直２画素の４つのサブ画像３０１，３０２，３０３，３０４とを有する。マイクロレンズ３０５とこれに対応する４つのサブ画素３０１〜３０４とをまとめて画素セットともいう。

サブ画素３０１，３０３の出力を加算してＡ像信号を生成し、サブ画像３０２，３０４の出力を加算してＢ像信号を生成することで、図２の撮像素子と同様に水平方向に視差を有するＡ像およびＢ像信号を生成することができる。また、サブ画像３０１，３０２の出力を加算してＡ像信号を生成し、サブ画素３０３，３０４の出力を加算してＢ像信号を生成すれば、垂直方向に視差を有するＡ像およびＢ像信号を生成することができる。さらに、サブ画素３０１の出力からＡ像信号を生成し、サブ画素３０４の出力からＢ像信号を生成すれば、斜め４５°方向に視差を有するＡ像およびＢ像信号を生成することができる。また、サブ画素３０２の出力からＡ像信号を生成し、サブ画素３０３の出力からＢ像信号を生成すれば、斜め１３５°方向に視差を有するＡ像およびＢ像信号を生成することができる。

図４には、図１に示した焦点検出装置としての画像処理部１０７が行うデフォーカス量演算処理の流れ（フローチャート）を示している。画像処理部１０７は、コンピュータとして、コンピュータプログラムである焦点検出プログラムに従ってデフォーカス量演算処理（焦点検出方法）を実行する。

画像処理部１０７は、可変フィルタ処理部（可変フィルタ処理ステップ）４０１、相関値演算部（相関値演算ステップ）４０２、３点内挿部（３点内挿ステップ）４０３およびデフォーカス量算出部（デフォーカス量算出ステップ）４０４を含む。可変フィルタ処理部４０１が処理手段に相当し、相関値演算部４０２、３点内挿部４０３およびデフォーカス量算出部４０４が算出手段に相当する。画像処理部１０７には、撮像部１０５による撮像によって生成されたＡ像信号４０５ａとＢ像信号４０５ｂとが入力される。

可変フィルタ処理部４０１は、Ａ像信号４０５ａとＢ像信号４０５ｂに対する瞳分割方向（ここでは水平方向とする）に対応するバンドパスフィルタ処理を行う。このバンドパスフィルタ処理では、低周波成分の通過を抑制するバンドパスフィルタ特性を用い、撮像光学系１０４の瞳のケラレの影響を低減する。このバンドパスフィルタ特性については後に詳しく説明する。バンドパスフィルタフィルタ処理後のＡ像信号４０６ａとＢ像信号４０６ｂは相関値演算部４０２に入力される。

次に、相関値演算部４０２は、特許文献１にて開示された手法と同様の手法を用いて、Ａ像信号４０６ａとＢ像信号４０６ｂの相関値Ｃ（ｋ）を演算する。すなわち、相関演算を行う。具体的には、相関値演算部４０２は、まず撮像素子（撮像範囲）の全体を複数の微小ブロックに分割し、微小ブロックごとにＡ像信号を構成する画素値データＥ（１）〜Ｅ（ｍ）（ｍはサブ画素の画素値のデータ数）とＢ像信号を構成する画素値データＦ（１）〜Ｆ（ｍ）とを得る。そして、相関値演算部４０２は、以下の式（１）を用いて、画素値データＥ（１）〜Ｅ（ｍ）に対して画素値データＦ（１）〜Ｆ（ｍ）をサブ画素単位で相対的にシフトさせながらこれら２つの画素値データ間のシフト量ｋにおける相関値Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ｅ（ｎ）−Ｆ（ｎ＋ｋ）｜ （１）
シフト量ｋは整数（１，２，３，・・・）、すなわち離散的な値であり、所定のシフト量の可変範囲（シフト量検出範囲）１〜ｍで変更される。

式（１）により、一対の画素値データの相関度が最も高くなるシフト量ｋ（＝ｋｊ，ｊ＝１，２，３，・・・）において最小相関値Ｃ（ｋｊ）が得られる。式（１）の演算結果の例として、図１２には、シフト量ｋ（横軸）と相関値Ｃ（ｋ）（縦軸）との関係を示す。Ａ像およびＢ像信号の相関度が高いシフト量ｋ（＝ｋｊ＝２）において相関値Ｃ（ｋ）が最小になる。

シフト量ｋｊでの最小相関値Ｃ（ｋｊ）およびシフト量ｋｊ−１，ｋｊ＋１での相関値Ｃ（ｋｊ−１），Ｃ（ｋｊ＋１）は、３点内挿部４０３に入力される。

次に、３点内挿部４０３は、以下の式（２）〜（５）による３点内挿を用いて、連続的な相関値における最小値Ｃ（ｋｓ）を与える画素セット以下の単位のシフト量ｋｓを求める。ＳＬＯＰは相関値の傾きを示し、ＭＡＸ（ａ，ｂ）は、ａとｂのうち大きい方を意味する。

ｋｓ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ （２）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２ （３）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋｊ＋１）−Ｃ（ｋｊ），Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ）｝ （４）
このようにして、画素セット以下の単位（精度）で最小相関値Ｃ（ｋｓ）を与えるシフト量ｋｓが推定される。推定されたシフト量（以下、推定シフト量という）ｋｓは、Ａ像信号４０６ａとＢ像信号４０６ｂの相関度が最大となるシフト量、すなわちＡ像信号４０６ａとＢ像信号４０６ｂの位相差としてデフォーカス量算出部４０４に入力される。

デフォーカス量算出部４０４は、位相差としての推定シフト量ｋｓを用いて、撮像光学系１０４の予定結像面（撮像素子）に対するデフォーカス量ＤＥＦを、以下の式（５）で求める。
ＤＥＦ＝ＫＸ・ＰＹ・ｋｓ （５）
ただし、ＰＹはＡ像およびＢ像信号のうち一方を生成するためのサブ画素のピッチであり、ＫＸはＡ像およびＢ像を形成する一対の光束の重心の射出瞳での開き角の大きさによって決まる変換係数（単位はｍｍ／サブ画素）である。開き角の大きさは撮像光学系１０４の絞り値に応じて変化し、絞り値が大きく開き角が小さくなるほど、変換係数ＫＸは大きな値となる。本実施例では、変換係数ＫＸを、撮像光学系１０４の絞り値に応じて決定する。

デフォーカス量算出部４０４は、算出したデフォーカス量ＤＥＦを制御部１０１に出力する。制御部１０１は、撮像範囲内でユーザが指定した又は所定のアルゴリズムにより制御部１０１が選択した焦点検出領域でのデフォーカス量ＤＥＦに基づいて撮像光学系１０４のフォーカスレンズの移動量を算出する。そして、該移動量だけフォーカスレンズを移動させるよう不図示のアクチュエータを制御するフォーカス制御を行う。これにより、撮像光学系１０４の合焦状態が得られる。

また、制御部１０１は、前述した微小ブロックごとのデフォーカス量から撮像範囲内のデフォーカス量分布の情報を取得し、該デフォーカス量分布の情報から撮像範囲内での被写体距離分布の情報も取得する。

図５には、図４に示した可変フィルタ処理部４０１でのバントパスフィルタ特性（振幅周波数特性）を示している。横軸はサンプリング周波数で正規化された周波数を示し、縦軸はピーク振幅で正規化された振幅を示している。５０１〜５０５はバンドパスフィルタ特性（以下、単にフィルタ特性という）を示す。可変フィルタ処理部４０１は、これらフィルタ特性５０１〜５０５のうち１つのフィルタ特性を、相関値を演算する際のシフト量の可変範囲であるシフト量検出範囲の幅に応じて変更（選択）する。

例えば、シフト量検出範囲の幅が５画素である場合は、可変フィルタ処理部４０１は、Ａ像およびＢ像信号のうちシフト量検出範囲で繰り返し成分となる５画素未満の周期の信号の通過を抑制するフィルタ特性を選択する。つまり、周波数が０．２より高い信号の通過を抑制するフィルタ特性５０１またはフィルタ特性５０２を選択する。さらに、その中でも振幅周波数特性のピーク周波数がより高い（つまりはその中で最も高い）フィルタ特性を選択することで、３点内挿部４０３における推定シフト量の推定精度を向上させることができる。この場合は、最終的にフィルタ特性５０２が選択される。

また、例えばシフト量検出範囲の幅が２画素である場合は、Ａ像およびＢ像信号のうちシフト量検出範囲で繰り返す信号が存在しないので、可変フィルタ処理部４０１は、最もピーク周波数が高いフィルタ特性５０５を選択する。

このように、可変フィルタ処理部４０１は、被写界深度が深くなりシフト量検出範囲の幅が狭いほど振幅周波数特性のピーク周波数が高いバンドパスフィルタ特性を選択する。

そして、バンドパスフィルタ処理に用いるフィルタ特性をシフト量検出範囲に応じて選択するために、可変フィルタ処理部４０１は、撮像光学系１０４の被写界深度に対応するシフト量検出範囲を設定する。具体的には、可変フィルタ処理部４０１は、撮像光学系１０４の焦点距離と絞り値の情報を撮像光学系１０４または制御部１０１から取得し、これら焦点距離および絞り値に応じて（つまりは被写界深度に応じて）シフト量検出範囲を変更する。

図６、図７および図８を用いて、フィルタ特性の違いが推定シフト量の推定精度に与える影響について説明する。図６には、図５に示したフィルタ特性５０１を用いてバンドパスフィルタ処理（以下、単にフィルタ処理という）を行った場合のＡ像信号の変化を示している。横軸は水平座標（ｘ座標）を示し、縦軸はＡ像信号の画素値を示している。このことは、図７でも同じである。６０１はフィルタ処理前のＡ像信号（図４の４０５ａ）であり、６０２はフィルタ処理後のＡ像信号（同４０６ａ）である。検出されるデフォーカス量はゼロであり、Ｂ像信号はＡ像信号と同様とする。このことも、図７において同じである。

図７には、図５に示したフィルタ特性５０５を用いてフィルタ処理を行った場合のＡ像信号の変化を示している。７０１はフィルタ処理前のＡ像信号であり、７０２はフィルタ処理後のＡ像信号である。フィルタ特性５０５は、フィルタ特性５０１よりもピーク周波数が高いので、より急峻に変化する信号を通過させる。

図８には、相関値Ｃ（ｋ）を示している。横軸はシフト量ｋを、縦軸は相関値Ｃ（ｋ）を示している。８０１は図６に示したフィルタ処理後のＡ像信号６０２とＢ像信号との相関値を示し、８０２は図７に示したフィルタ処理後のＡ像信号７０２とＢ像信号との相関値を示す。Ａ像信号６０２よりもＡ像信号７０２の方が急峻に変化するので、最小相関値Ｃ（ｋ）を与えるシフト量ｋ（図８ではｋ＝０）付近における相関値の傾きも相関値８０１に比べて相関値８０２の方が急になる。このため、３点内挿部４０３における推定シフト量の推定精度は、相関値８０１における推定精度よりも相関値８０２における推定精度の方が高くなる。つまり、図５に示したフィルタ特性５０１よりもピーク周波数が高いフィルタ特性５０５を選択した方が、推定シフト量の推定精度を向上させることができる。

このように、本実施例では、撮像光学系１０４の被写界深度に対応するシフト量検出範囲の幅に応じてバンドフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更する。具体的には、被写界深度が深くなりシフト量検出範囲の幅が狭いほど振幅周波数特性のピーク周波数が高いバンドパスフィルタ特性に変更する。これにより、被写界深度が深くシフト量検出範囲の幅が狭い場合でも推定シフト量の推定精度を向上させることができる。これにより、被写界深度にかかわらず高いデフォーカス量検出精度を確保することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例におけるカメラの構成は、実施例１で図１を用いて説明した構成と同様である。

図９には、本実施例のカメラにおける画像処理部１０７′が行うデフォーカス量演算処理の流れ（フローチャート）を示している。画像処理部１０７′は、コンピュータとして、コンピュータプログラムである焦点検出プログラムに従ってデフォーカス量演算処理を実行する。

画像処理部１０７′には、撮像部１０５からのＡ像信号４０５ａとＢ像信号４０５ｂとが入力される。Ａ像信号４０５ａとＢ像信号４０５ｂは、可変フィルタ処理部４０１と固定フィルタ処理部９０１とに入力される。本実施例では、可変フィルタ処理部４０１および固定フィルタ処理部９０１が処理手段に相当する。

可変フィルタ処理部４０１は、実施例１で説明したように、図５に示したフィルタ特性５０１〜５０５のうちシフト量検出範囲に応じたフィルタ特性（第１のバンドパスフィルタ特性）を用いてフィルタ処理としての第１のバンドパスフィルタ処理を行う。可変フィルタ処理部４０１は、第１のバンドパスフィルタ処理後のＡ像およびＢ像信号４０６ａ，４０６ｂを相関値演算部４０２に出力する。

相関値演算部４０２、３点内挿部４０３およびデフォーカス量算出部４０４は、実施例１と同じ機能を有する。ただし、相関値演算部４０２から出力される推定シフト量ｋｓを、図９ではｋｓ＿Ｌと示している。また、デフォーカス量算出部４０４にて算出されるデフォーカス量（第１のデフォーカス量）をＤＥＦ＿Ｌと示している。

固定フィルタ処理部（固定フィルタ処理ステップ）９０１は、Ａ像信号４０５ａとＢ像信号４０５ｂに対して、図５に示したフィルタ特性（第２のバンドパスフィルタ特性）５０５を用いて第２のバンドパスフィルタ処理を行う。言い換えれば、固定フィルタ処理部９０１のフィルタ特性は、シフト量検出範囲の幅に応じて変更されず、フィルタ特性５０５に固定されている。これにより、固定フィルタ処理部９０１は、シフト量検出範囲の幅にかかわらず常に高い空間周波数の信号を出力することができ、３点内挿部９０３における推定シフト量の推定精度を常に高くすることができる。固定フィルタ処理部９０１は、第２のバンドパスフィルタ処理後のＡ像およびＢ像信号９０６ａ，９０６ｂを相関値演算部９０２に出力する。

相関値演算部（相関値演算ステップ）９０２は、相関値演算部４０２と同じ機能を有する。また、３点内挿部（３点内挿ステップ）９０３も、３点内挿部４０３と基本的に同じ機能を有する。ただし、３点内挿部（３点内挿ステップ）９０３は、式（２）で示した推定シフト量ｋｓとしてのｋｓ＿Ｈを出力するとともに、推定シフト量ｋｓ＿Ｈの演算に用いた式（４）の相関値の傾きＳＬＯＰを出力する。

デフォーカス量算出部９０４は、推定シフト量ｋｓ＿Ｈ（＝ｋｓ）に基づいて、式（５）を用いてデフォーカス量（第２のデフォーカス量）ＤＥＦ＿Ｈを算出する。

デフォーカス量合成部（デフォーカス量合成ステップ）９１０は、デフォーカス量算出部４０４にて算出されたデフォーカス量ＤＥＦ＿Ｌとデフォーカス量算出部９０４にて算出されたデフォーカス量ＤＥＦ＿Ｈとを以下の式（６）により合成（重み付け加算）する。これにより、合成デフォーカス量（第３のデフォーカス量）ＤＥＦを算出する。合成係数演算部９１１は、この合成に用いる合成係数（重み係数）αを演算する。

ＤＥＦ＝ＤＥＦ＿Ｌ×（１−α）＋ＤＥＦ＿Ｈ×α （６）
図１０には、合成係数αを示している。横軸は相関値の傾きＳＬＯＰを示し、縦軸は合成係数αの値（０〜１）を示している。Ａ像信号４０５ａおよびＢ像信号４０５ｂに高い空間周波数の成分が含まれる場合は、固定フィルタ処理部９０１を高い空間周波数の成分が高い振幅で通過するため、３点内挿部９０３が出力する相関値の傾きＳＬＯＰも大きくなり、合成係数αも大きくなる。このため、デフォーカス量合成部９１０からは、Ａ像信号４０５ａおよびＢ像信号４０５ｂに高い空間周波数の成分が含まれる場合は、シフト量検出範囲にかかわらず推定精度が高い合成デフォーカス量ＤＥＦ＿Ｍが出力される。

合成デフォーカス量ＤＥＦ＿Ｍは、制御部１０１に入力される。制御部１０１は、デフォーカス量ＤＥＦ＿Ｍに基づいて撮像光学系１０４のフォーカスレンズの移動量を算出する。

生成手段としてのコントラスト評価部（コントラスト評価ステップ）９１２は、可変フィルタ処理部４０１による第１のバンドパスフィルタ処理後のＡ像およびＢ像信号４０６ａ，４０６ｂの鮮鋭度であるコントラストを示すコントラスト評価値を生成する。ここでは、シフト量検出範囲の幅が１０画素で、可変フィルタ処理部４０１のフィルタ特性が周波数０．１以上の信号の通過を抑制する図５中のフィルタ特性５０１が選択されているものとする。Ａ像およびＢ像信号４０６ａ，４０６ｂのコントラストの評価値ＯＬＣは、例えば以下の式（７）を用いて演算することができる。

ＯＬＣ＝１／２（Σ｜Ａｎ−Ａｎ＋１｜＋Σ｜Ｂｎ−Ｂｎ＋１｜） （７）
ただし、Ａｎはｘ座標ｎにおけるＡ像信号の値であり、｜Ａｎ−Ａｎ＋１｜はＡ像信号の１次微分絶対値である。同様に、Ｂｎはｘ座標ｎにおけるＢ像信号の値であり、｜Ｂｎ−Ｂｎ＋１｜はＢ像信号の１次微分絶対値である。つまり、コントラスト評価値ＯＬＣは、可変フィルタ処理部４０１を通過したＡ像信号４０６ａとＢ像信号４０６ｂのエッジ成分の積分値である。

コントラスト評価値ＯＬＣは、判定手段としての信頼度判定部（信頼度判定ステップ）９１５に入力される。信頼度判定部９１５は、コントラスト評価値ＯＬＣに基づいて推定シフト量ｋｓ＿Ｌ，ｋｓ＿Ｈの信頼度、つまりはデフォーカス量算出部４０４にて算出されるデフォーカス量の信頼度を判定する。そして、この信頼度の情報を制御部１０１に出力する。制御部１０１は、例えば、信頼度の情報に基づいて、デフォーカス量算出部４０４からのデフォーカス量ＤＥＦ＿Ｍに基づいてフォーカスレンズを移動させるか否かを判定する。

コントラスト評価値ＯＬＣが低いと、Ａ像信号４０６ａとＢ像信号４０６ｂ相関値を示すカーブが平坦になるため、推定シフト量ｋｓ＿Ｌの信頼度が低くなる。逆にコントラスト評価値ＯＬＣが高ければ、推定シフト量ｋｓ＿Ｌの信頼度が高くなる。同様に、推定シフト量ｋｓ＿Ｈもコントラスト評価値ＯＬＣが低ければ信頼度が低くなり、コントラスト評価値ＯＬＣが高ければ信頼度が高くなる。

コントラスト評価値が低い場合に推定シフト量の信頼度が低くなる理由を説明する。コントラスト評価値が低いと、フィルタ処理前のＡ像およびＢ像信号４０５ａ，４０５ｂには、図５に示したフィルタ特性５０１を有するフィルタを通過する低周波成分は含まれない。さらに、フィルタ特性５０１によって通過が抑制される高周波成分も含まれない場合は、相関値を示すカーブが平坦になる。この結果、推定シフト量の信頼度が低くなる。

また、Ａ像およびＢ像信号４０５ａ，４０５ｂにフィルタ特性５０１を有するフィルタを通過する低周波成分が含まれず、フィルタ特性５０１によって通過が抑制される高周波成分のみが含まれる場合について、図１１を用いて説明する。図１１において、横軸はシフト量を、縦軸は相関値演算部９０２で演算される相関値を示す。この場合、Ａ像およびＢ像信号４０５ａ，４０５ｂに含まれる高周波成分は、シフト量検出範囲の幅の範囲内で繰り返す成分となる。このため、相関値に最小ピークが複数発生し、正しいシフト量を検出することができず、結果として推定シフト量の信頼度が低くなる。

固定フィルタ処理部９０１に周期が４画素の高周波信号のみが入力された場合、この高周波信号は図５に示したフィルタ特性５０５のピーク周波数０．２５に対応する信号であるので、高い振幅で通過する。この結果、相関値には、カーブ１１０１で示すようにシフト量検出範囲の幅の１０画素未満の４画素の周期で最小ピークが複数発生する。この場合、誤って、正しいシフト量に対応した相関値−４画素付近や＋４画素付近の相関値を３点内挿の対象にしてしまうおそれがある。

次に、コントラスト評価値ＯＬＣが高い場合に推定シフト量ｋｓ＿Ｈの信頼度が高くなる理由を説明する。コントラスト評価値ＯＬＣが高い場合は、Ａ像およびＢ像信号４０５ａ，４０５ｂには図５に示したフィルタ特性５０１を有するフィルタを通過する低周波成分が含まれる。このため、フィルタ特性５０１により通過が抑制される高周波成分が含まれない場合でも、相関値演算部９０２で演算される相関値は単一の最小ピークを有するカーブを描く。したがって、推定シフト量ｋｓ＿Ｈの信頼度は高くなる。

例えば周期が２０画素の低周波信号のみが入力された場合、可変フィルタ処理部４０１のフィルタ特性としてフィルタ特性５０１が選択され、ピーク周波数０．０５が周期２０画素に対応するので、コントラスト評価値ＯＬＣは高い値となる。また、固定フィルタ処理部９０１のフィルタ特性は図５に示したフィルタ特性５０５であり、同じ周波数の通過振幅は０．１程度に低下するものの信号は固定フィルタ処理部９０１を通過する。このため、相関値演算部９０２で演算される相関値は、図１１中のカーブ１１０２のように周期２０画素で単一の最小ピークを持ったカーブとなる。このため、正しい相関値を用いて３点内挿を行うことができる。ただし、相関値のカーブが緩やかすぎて相関値の傾きＳＬＯＰが小さくなりすぎると合成係数αが０になるため、結果的に推定シフト量ｋｓ＿Ｈは使われなくなる。

また、フィルタ特性５０１を有するフィルタを通過する低周波成分とフィルタ特性５０１により通過が抑制される高周波成分の両方が含まれる場合も、相関値は単一の最小ピークを有するカーブを描くため、推定シフト量ｋｓ＿Ｈの信頼度は高くなる。例えば、周期２０画素の低周波信号と周期４の高周波信号が重畳された信号が入力された場合、コントラスト評価値ＯＬＣは高い値となる。また、固定フィルタ処理部９０１のフィルタ特性５０５は、低周波信号を通過振幅０．１程度で通過させつつ高周波信号をピーク振幅１．０で通過させる。この場合、相関値は、図１１中にカーブ１１０３で示すように周期２０画素の低周波成分と周期４画素の高周波成分が重畳されたカーブとなり、唯一の最小ピークを有する。このため、正しい相関値を用いて３点内挿を行うことができる。

このように、推定シフト量ｋｓ＿Ｌと推定シフト量ｋｓ＿Ｈの信頼度は、可変フィルタ処理部４０１を通過したＡ像およびＢ像信号４０６ａ，４０６ｂのコントラスト評価値ＯＬＣのみで判定することができる。このため、推定シフト量ｋｓ＿Ｌ，ｋｓ＿Ｈから得られる合成シフト量ｋｓ＿Ｍに基づくデフォーカス量ＤＥＦの信頼度も、可変フィルタ処理部４０１を通過したＡ像およびＢ像信号４０６ａ，４０６ｂのコントラスト評価値ＯＬＣのみで判定することができる。

本実施例によれば、実施例１と同様に、可変フィルタ処理部４０１におけるフィルタ特性を、シフト量検出範囲の幅が狭いほど、振幅周波数特性のピーク周波数がより高いフィルタ特性に変更する。これにより、被写界深度が深くシフト量検出範囲の幅が狭い場合でも、推定シフト量の推定精度、つまりはデフォーカス量の検出精度を向上させることができる。これにより、被写界深度にかかわらず高いデフォーカス量検出精度を確保することができる。

また、本実施例では、固定フィルタ処理部９０１での固定されたフィルタ特性によるフィルタ処理後のＡ像およびＢ像信号から求めた位相差を可変フィルタ処理部４０１でのフィルタ処理後のＡ像およびＢ像信号から求めた位相差に合成する。これにより、高周波成分を含む被写体に対しては、被写界深度（つまりはシフト量検出範囲の幅）にかかわらず推定シフト量の推定精度を向上させることができる。

さらに、本実施例によれば、フィルタ処理後のＡ像およびＢ像信号のコントラスト評価値を用いてデフォーカス量の信頼度を判定するので、信頼度の高いデフォーカス量の検出精度を向上させることができる。なお、本実施例で説明したコントラスト評価部９１２と信頼度判定部９１５を実施例１の構成に追加してもよい。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

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。

１００ デジタルカメラ
１０４ 撮像光学系
１０５ 撮像部
１０７ 画像処理部（焦点検出装置）

Claims (11)

1. 撮像光学系により形成された被写体像を撮像素子により撮像して得られた位相差検出用の一対の像信号に対してバンドパスフィルタ処理を行う処理手段と、
   前記フィルタ処理後の一対の像信号を所定のシフト量検出範囲で相対的にシフトさせて相関演算を行い、該相関演算結果に基づいて前記撮像光学系のデフォーカス量を算出する算出手段とを有し、
   前記処理手段は、前記撮像光学系の被写界深度に対応する前記シフト量検出範囲の幅に応じて、前記バンドパスフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記処理手段は、前記バンドパスフィルタの特性を、前記シフト量検出範囲で決まる周波数より高い周波数の信号を抑圧する特性に変更することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記処理手段は、前記シフト量検出範囲の幅に応じた複数の前記バンドパスフィルタ特性のうち振幅周波数特性のピーク周波数が最も高いバンドパスフィルタ特性を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記処理手段は、前記撮像光学系の焦点距離および絞り値に応じて前記シフト量検出範囲の幅を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
5. 前記バンドパスフィルタ処理後の前記一対の像信号のコントラスト評価値を生成する生成手段と、
   前記コントラスト評価値を用いて前記デフォーカス量の信頼度を判定する判定手段とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
6. 前記処理手段は、撮像により得られた前記一対の像信号に対して、前記バンドパスフィルタ処理として、前記シフト量検出範囲の幅に応じて変更した前記バンドパスフィルタ特性を用いた第１のバンドパスフィルタ処理と前記第１のバンドパスフィルタ処理にて用いる前記バンドパスフィルタ特性とは異なり、かつ前記シフト量検出範囲の幅に応じて変更しないバンドパスフィルタ特性を用いた第２のバンドパスフィルタ処理とを行い、
   前記算出手段は、前記デフォーカス量として、前記第１のバンドパスフィルタ処理後の前記一対の像信号から第１のデフォーカス量を算出するとともに前記第２のバンドパスフィルタ処理後の前記一対の像信号から第２のデフォーカス量を算出し、該第１および第２のデフォーカス量の重み付け加算により得られた第３のデフォーカス量を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
7. 前記第１のバンドパスフィルタ処理後の前記一対の像信号のコントラスト評価値を生成する生成手段と、
   前記コントラスト評価値を用いて前記デフォーカス量の信頼度を判定する判定手段とを有することを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
8. 前記撮像素子は、１つのマイクロレンズと複数の画素とを含む画素セットを複数有し、
   前記算出手段は、前記画素セット以下の単位で前記位相差を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
9. 撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子と、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記焦点検出装置により算出された前記デフォーカス量に基づいて前記撮像光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
10. 撮像光学系により形成された被写体像を撮像素子により撮像して得られた位相差検出用の一対の像信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、
    前記フィルタ処理後の一対の像信号を所定のシフト量検出範囲で相対的にシフトさせて相関演算を行い、該相関演算結果に基づいて前記撮像光学系のデフォーカス量を算出する焦点検出方法であって、
    前記撮像光学系の被写界深度に対応する前記シフト量検出範囲の幅に応じて、前記バンドパスフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更することを特徴とする焦点検出方法。
11. コンピュータに、
    撮像光学系により形成された被写体像を撮像素子により撮像して得られた位相差検出用の一対の像信号に対してバンドパスフィルタ処理を行わせ、
    前記フィルタ処理後の一対の像信号を所定のシフト量検出範囲で相対的にシフトさせて相関演算を行い、該相関演算結果に基づいて前記撮像光学系のデフォーカス量を算出させるコンピュータプログラムであって、
    前記撮像光学系の被写界深度に対応する前記シフト量検出範囲の幅に応じて、前記バンドパスフィルタ処理に用いるバンドパスフィルタ特性を変更させることを特徴とする焦点検出プログラム。