JP2024040227A - 焦点検出装置及び撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の焦点状態の検出を適切なタイミングで繰り返し行うことができる焦点検出装置を提供する。【解決手段】光学系を通過した被写体の光を受光し、前記受光した光に基づく信号を出力する複数の画素からなる画素群が複数配置された領域を複数有する撮像素子と、前記画素群から出力される前記信号のコントラストに基づいて選択された、１つの前記領域に配置された前記画素群の数よりも少ない数の画素群から出力される前記信号に基づいて、前記光学系により形成される前記被写体の像の合焦状態を検出する検出部と、を備える焦点検出装置。【選択図】図３

Description

本発明は、焦点検出装置及び撮像素子に関する。

従来より、複数の受光センサを備えた焦点検出装置において、複数の受光センサのそれぞれについてデフォーカス量を算出し、算出した複数のデフォーカス量の中から１つのデフォーカス量を選択することで、選択したデフォーカス量に基づいて、焦点検出を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３－２１５４３７号公報

しかしながら、従来技術では、複数の受光センサの全てについてデフォーカス量を算出するため、デフォーカス量の演算に時間がかかり、その結果、光学系の焦点状態の検出を適切なタイミングで繰り返し行うことができない場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、光学系の焦点状態の検出を適切なタイミングで繰り返し行うことができる焦点検出装置及び撮像素子を提供することにある。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。

［１］本発明に係る焦点検出装置は、複数の焦点検出エリアが配置される撮像素子であって、１つの焦点検出エリア内の第１画素行および第２画素行に配置され、光学系を通過した光を受光し、受光した光に基づく信号を出力する複数の画素を有する撮像素子と、前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される複数の前記画素および前記第２画素行に配置される複数の前記画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定し、特定された前記複数の画素から出力された信号を用いてデフォーカス量を算出する制御部と、を備える。
［２］上記焦点検出装置に係る発明において、前記撮像素子は、前記第１画素行および前記第２画素行を含む複数の画素行に配置され、光学系を通過した光を受光し、受光した光に基づく信号を出力する複数の画素を有し、前記制御部は、前記焦点検出エリアにおいて前記複数の画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報に基づいて、前記一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定してもよい。
［３］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、前記第１画素行に配置される複数の前記画素および前記第２画素行に配置される複数の前記画素のうち、コントラストが大きい方または高周波成分が多く含まれる方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定してもよい。
［４］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号の高周波成分に基づいて、前記一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定してもよい。
［５］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号の異なる周波数成分に基づいて、前記一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定してもよい。
［６］上記焦点検出装置に係る発明において、複数の前記画素は、前記光学系の第１の瞳を通過した光を受光する画素と、前記光学系の第２の瞳を通過した光を受光する画素とを有してもよい。
［７］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、前記操作部を介して選択された前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される前記複数の画素から出力された信号の前記コントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報を検出し、検出された前記コントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される前記複数の画素および前記第２画素行に配置される前記複数の画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定してもよい。
［８］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、前記撮像素子から出力された画像データに対して顔認識処理を行い、前記顔認識処理の結果に基づいて選択された前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される前記複数の画素から出力された信号の前記コントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報を検出し、検出された前記コントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される前記複数の画素および前記第２画素行に配置される前記複数の画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定してもよい。
［９］本発明に係る撮像素子は、複数の焦点検出エリアが配置される撮像素子であって、１つの焦点検出エリア内の第１画素行および第２画素行に配置され、光学系を通過した光を受光し、受光した光に基づく信号を出力する複数の画素と、前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される複数の前記画素および前記第２画素行に配置される複数の前記画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定し、特定された前記複数の画素の情報を送信する演算部と、を備える。

本発明によれば、光学系の焦点状態の検出を適切なタイミングで繰り返し行うことができる。

図１は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 図２は、図１に示す撮像素子の撮像面を示す正面図である。 図３は、図２のIII部を拡大して撮像画素２２１、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図４（Ａ）は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図４（Ｂ）は、第１焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図４（Ｃ）は、第２焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図４（Ｄ）は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図、図４（Ｅ）は、第１焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図４（Ｆ）は、第２焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す断面図である。 図５は、図３のＶ-Ｖ線に沿う断面図である。 図６は、第１実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。 図７は、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明するための図である。 図８は、従来のカメラの動作例を説明するための図である。 図９は、本実施形態に係る第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂの配列を模式的に示した図である。 図１０（Ａ）は、本実施形態における相関量とシフト量との関係を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は、従来技術における相関量とシフト量との関係を示すグラフである。 図１１は、第２実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。 図１２は、他の実施形態に係る焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図１３は、別の実施形態に係る焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図１４は、さらに別の実施形態に係る焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒３は、カメラ本体２に着脱可能な交換レンズである。図１に示すように、レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３、および絞り３４を含む撮影光学系が内蔵されている。

レンズ３２は、フォーカスレンズであり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の焦点状態を調節可能となっている。フォーカスレンズ３２は、レンズ鏡筒３の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ３５によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ３６によってその位置が調節される。

絞り３４は、上記撮影光学系を通過して撮像素子２２に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り３４による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体２に設けられた操作部２８によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部２１からレンズ制御部３７に入力される。絞り３４の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部３７で現在の開口径が認識される。

レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１からの指令に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動、絞り３４による開口径の調節などレンズ鏡筒３全体の制御を実行する。

一方、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束を受光する撮像素子２２が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター２３が設けられている。撮像素子２２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部２１に送出する。カメラ制御部２１に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路２５に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６に表示されるとともに、操作部２８に備えられたレリーズボタン（不図示）が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるメモリ２４に記録される。なお、メモリ２４は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。また、撮像素子２２の構造の詳細は後述する。

カメラ本体２には、撮像素子２２で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６と、これを駆動する液晶駆動回路２５と、接眼レンズ２７とを備えている。液晶駆動回路２５は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ２６を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２７を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸Ｌ２による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体２の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。

カメラ本体２にはカメラ制御部２１が設けられている。カメラ制御部２１は、各種レンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３７へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部２１は、上述したように撮像素子２２から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ２６の液晶駆動回路２５やメモリ２４に出力する。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像情報の補正やレンズ鏡筒３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。

また、カメラ制御部２１は、上記に加えて、撮像素子２２から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については後述する。

操作部２８は、シャッターレリーズボタンなどの撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部２８により設定された各種モードはカメラ制御部２１へ送出され、当該カメラ制御部２１によりカメラ１全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

図２は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図３は、図２のIII部を拡大して撮像画素２２１、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。

本実施形態の撮像素子２２は、図３に示すように、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列（Bayer Arrangement）されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。なお、本実施形態においては、この４つの画素群２２３により、１画素を構成することとなる。

なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。

図４（Ａ）は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図４（Ｄ）は断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図４（Ｄ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系３１の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。

また、図２に示すように、撮像素子２２の撮像面の中心、および中心から左右対称位置と、それらの上下対称位置の計９箇所には、上述した撮像画素２２１に代えて、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが配列された焦点検出画素列群２２ａ～２２ｉが設けられている。そして、図３に示すように、各焦点検出画素列群は、４つの焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４から構成されており、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４は、複数の第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂが、互いに隣接して交互に、横一列に配列されて構成されている。また、図３に示すように、本実施形態では、焦点検出画素列Ｌ１，Ｌ３と焦点検出画素列Ｌ２，Ｌ４とにおいて、焦点検出画素２２２ａおよび焦点検出画素２２２ｂがＸ軸方向において逆になるように配置されている。さらに、本実施形態では、図３に示すように、第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂが、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。

なお、図２に示す焦点検出画素列群２２ａ～２２ｉの位置は図示する位置に限定されず、何れか１箇所または２～８箇所等にすることもでき、また、１０箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列群２２ａ～２２ｉの中から、撮影者が操作部２８を手動操作することにより所望の焦点検出画素群を、焦点調節を行うための焦点検出エリアＡＦＰとして選択することもできる。

図４（Ｂ）は、第１焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図４（Ｅ）は、第１焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図４（Ｃ）は、第２焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図４（Ｆ）は、第２焦点検出画素２２２ｂの断面図である。第１焦点検出画素２２２ａは、図４（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ａと、矩形状の光電変換部２２２２ａとから構成され、図４（Ｅ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ａが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ａが形成されている。また、第２焦点検出画素２２２ｂは、図４（Ｃ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ｂと、光電変換部２２２２ｂとから構成され、図４（Ｆ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ｂが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ｂが形成されている。そして、これら焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、図３に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を構成する。

なお、第１焦点検出画素２２２ａ、第２焦点検出画素２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは、マイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域（たとえばＦ２．８）を通過する光束を受光するような形状とされる。また、第１焦点検出画素２２２ａ、第２焦点検出画素２２２ｂにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。

また、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す第１焦点検出画素２２２ａ、第２焦点検出画素２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは矩形状としたが、光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、半円形状、楕円形状、多角形状とすることもできる。

次いで、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。

図５は、図３のＶ-Ｖ線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ１近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素２２２ａ－１，２２２ｂ－１，２２２ａ－２，２２２ｂ－２が、射出瞳３５０の測距瞳３５１，３５２から照射される光束ＡＢ１－１，ＡＢ２－１，ＡＢ１－２，ＡＢ２－２をそれぞれ受光していることを示している。なお、図５においては、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち、撮影光軸Ｌ１近傍に位置するもののみを例示して示したが、図５に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳３５１，３５２から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。

ここで、射出瞳３５０とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂの前方の距離Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３５１，３５２とは、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより、それぞれ投影された光電変換部２２２２ａ,２２２２ｂの像をいう。

なお、図５において焦点検出画素２２２ａ－１，２２２ｂ－１，２２２ａ－２，２２２ｂ－２の配列方向は一対の測距瞳３５１，３５２の並び方向と一致している。

また、図５に示すように、焦点検出画素２２２ａ－１，２２２ｂ－１，２２２ａ－２，２２２ｂ－２のマイクロレンズ２２２１ａ－１，２２２１ｂ－１，２２２１ａ－２，２２２１ｂ－２は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ２２２１ａ－１，２２２１ｂ－１，２２２１ａ－２，２２２１ｂ－２の背後に配置された各光電変換部２２２２ａ－１，２２２２ｂ－１，２２２２ａ－２，２２２２ｂ－２の形状が、各マイクロレンズ２２２１ａ－１，２２２１ｂ－１，２２２１ａ－２，２２２１ｂ－２から測距距離Ｄだけ離れた射出瞳３５０上に投影され、その投影形状は測距瞳３５１，３５２を形成する。

すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３５０上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３５１，３５２）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

図５に示すように、第１焦点検出画素２２２ａ－１の光電変換部２２２２ａ－１は、測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ－１に向う光束ＡＢ１－１によりマイクロレンズ２２２１ａ－１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、第１焦点検出画素２２２ａ－２の光電変換部２２２２ａ－２は測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ－２に向う光束ＡＢ１－２によりマイクロレンズ２２２１ａ－２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

また、第２焦点検出画素２２２ｂ－１の光電変換部２２２２ｂ－１は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ－１に向う光束ＡＢ２－１によりマイクロレンズ２２２１ｂ－１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、第２焦点検出画素２２２ｂ－２の光電変換部２２２２ｂ－２は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ－２に向う光束ＡＢ２－２によりマイクロレンズ２２２１ｂ－２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

そして、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの出力を、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータを得る。

そして、カメラ制御部２１は、一対の像の強度分布に関するデータ列、すなわち、焦点検出画素列のうち第１焦点検出画素２２２ａに基づくデータ列と、第２焦点検出画素２２２ｂに基づくデータ列とを、一次元状に相対的にシフトさせながら、下記式（１）に示す相関演算を行う。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ｉ_{Ａ（ｎ＋ｋ）}－Ｉ_Ｂ（ｎ）｜ …（１）
なお、上記式（１）において、Σ演算はｎについての累積演算（相和演算）を示し、像ずらし量ｋに応じてＩ_{Ａ（ｎ＋ｋ）}、Ｉ_Ｂ（ｎ）のデータが存在する範囲に限定される。また、像ずらし量ｋは整数であり、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素間隔を単位としたシフト量である。なお、上記式（１）の演算結果においては、一対の像データの相関が高いシフト量において、相関量Ｃ（ｋ）は極小（小さいほど相関度が高い）になる。

そして、上記式（１）に従って、相関量Ｃ（ｋ）の算出を行い、相関量の極小値Ｃ（ｘ）が得られるシフト量ｘに基づいて、下記式（２）に従い、デフォーカス量ｄｆを算出する。なお、上記式（２）において、ｋは、相関量の極小値Ｃ（ｘ）が得られるシフト量ｘをデフォーカス量に変換するための変換係数（ｋファクター）である。
ｄｆ＝ｘ・ｋ …（２）

さらに、本実施形態において、カメラ制御部２１は、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力から、コントラスト情報を検出し、検出したコントラスト情報に基づいて、デフォーカス量の演算に用いる焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する。

具体的には、カメラ制御部２１は、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を撮像素子２２から取得し、取得した焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を、高周波透過フィルタでフィルタ処理することで、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力から高周波成分を抽出する。そして、カメラ制御部２１は、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の高周波成分を比較し、比較の結果に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、コントラストが最も大きい被写体に対応する焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する。また、カメラ制御部２１は、上記比較結果に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、出力に高周波成分が最も多く含まれる焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する構成としてもよい。

なお、本実施形態では、カメラ制御部２１が、撮像素子２２から複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を取得することで、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の中から、特定焦点検出画素列を決定する構成を例示して説明したが、この構成に限定されず、たとえば、撮像素子２２が備える演算部により、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとに、コントラスト情報を検出し、検出したコントラスト情報に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の中から、特定焦点検出画素列を決定し、決定した特定焦点検出画素列の情報を、カメラ制御部２１に送信する構成としてもよい。

そして、カメラ制御部２１は、決定した特定焦点検出画素列の出力に基づいて、デフォーカス量を演算する。このように、本実施形態では、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、特定焦点出画素列として決定された焦点検出画素列の出力のみに基づいて、デフォーカス量の演算が行われるため、デフォーカス量の演算にかかる時間を短縮することができる。

すなわち、従来では、焦点検出画素列が複数ある場合に、全ての焦点検出画素列についてデフォーカス量の演算が行われ、算出した複数のデフォーカス量の中から、フォーカスレンズ３２の駆動に用いるデフォーカス量を選択していた。そのため、従来では、選択されたデフォーカス量以外のデフォーカス量についての演算が無駄になるだけではなく、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の全てについてデフォーカス量を演算するため、デフォーカス量の演算時間が長くなってしまうという問題があった。これに対して、本実施形態では、特定焦点出画素列として決定された焦点検出画素列の出力のみに基づいて、デフォーカス量の演算が行われるため、デフォーカス量の算出にかかる時間を短縮することができ、その結果、焦点検出にかかる時間を短縮することができる。

なお、本実施形態では、撮像素子２２の焦点検出画素列群２２ａ～２２ｉに対応して、撮影光学系の撮影画面内に、複数の焦点検出エリアＡＦＰが設定されており、撮影者は、操作部２８を介して、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰを設定することができる。たとえば、撮影者が、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰとして、焦点検出画素列群２２ａに対応する焦点検出エリアＡＦＰを選択した場合には、カメラ制御部２１は、焦点検出画素列群２２ａに含まれる焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、デフォーカス量を算出する。また、焦点検出エリアＡＦＰを設定する方法は、撮影者が選択する方法に限定されず、たとえば、カメラ制御部２１が、撮像素子２２から出力される画像データに基づいて顔認識処理を行うことで、被写体の顔部に対応する焦点検出エリアＡＦＰを、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰとして設定する構成としてもよい。あるいは、撮影画面内に設定されている全ての焦点検出エリアＡＦＰにおける焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を取得し、取得した焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰを設定する構成としてもよい。

また、本実施形態において、カメラ制御部２１は、上述した位相差検出方式による焦点検出に加えて、コントラスト検出方式による焦点検出も行う。具体的には、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子２２の撮像画素２２１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算することでも求めることができる。

そして、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７に制御信号を送出してフォーカスレンズ３２を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２の位置を合焦位置として求める。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ３２を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、２回上昇した後、さらに、２回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。

次いで、本実施形態におけるカメラ１の動作例を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ１０１では、撮像素子２２により、撮像画素２２１、ならびに複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を構成する各第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂの出力データの取得が行われる。

ステップＳ１０２では、カメラ制御部２１により、焦点調節に用いるための焦点検出エリアＡＦＰの選択が行われる。たとえば、撮影者が、操作部２８を介して、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰを設定した場合には、カメラ制御部２１は、撮影者が設定した焦点検出エリアＡＦＰを、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰとして選択することができる。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２から出力された画像データに対して顔認識処理を行うことで、被写体の顔部に対応する焦点検出エリアＡＦＰを、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰとして選択する構成としてもよい。あるいは、カメラ制御部２１は、撮影画面内に設定されている全ての焦点検出エリアＡＦＰの焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を解析することで、焦点調節に用いる焦点検出エリアＡＦＰを選択する構成としてもよい。

ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとに、コントラスト情報の検出が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、ステップＳ１０２で選択した焦点検出エリアＡＦＰに対応する複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を、高周波透過フィルタによりフィルタ処理することで、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の画素出力から高周波成分を抽出する。そして、カメラ制御部２１は、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとに、抽出した高周波成分の量や強度を含む情報を、コントラスト情報として検出する。

ステップＳ１０４では、カメラ制御部２１により、特定焦点検出画素列の決定が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、ステップＳ１０３で検出した焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとのコントラスト情報に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、コントラストが最も大きい被写体に対応する焦点検出画素列、あるいは、画素出力に高周波成分が最も多く含まれる焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する。

そして、ステップＳ１０５では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０４で決定した特定焦点検出画素列の出力に基づいて、デフォーカス量の算出が行われる。そして、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動量の算出およびフォーカスレンズ３２の駆動が行われる。

以上のようにして、第１実施形態に係る光学系の焦点検出が行われる。

次に、本実施形態に係るカメラ１の動作例を、図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明するための図である。また、図７では、横軸に時間を示しており、時刻ｔ５においてシャッターレリーズボタンの半押しが行われた場面を示している。たとえば、図７に示す例では、時刻ｔ１において、撮像素子２２の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにより、入射光に応じた電荷の蓄積が開始される。また、本実施形態において、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂは、例えばＣＭＯＳイメージセンサーであり、電荷の蓄積と並行して、時刻ｔ１以降に蓄積された電荷の量に応じた画素信号の転送が開始される。そして、時刻ｔ３では、時刻ｔ２で開始された画素信号の転送が終了し、コントラスト情報の検出と、特定焦点検出画素列の決定とが行われる（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。そして、時刻ｔ４では、決定した特定焦点検出画素列の出力に基づいて、デフォーカス量の演算が開始される（ステップＳ１０５）。これにより、レンズ駆動量の演算が行われ、レンズ駆動量の演算後、時刻ｔ６において、レンズ駆動の指示が、レンズ鏡筒３に送信され、フォーカスレンズ３２の駆動が行われる。ここで、図７に示す例では、レンズ駆動の指示が行われる前の時刻ｔ５において、シャッターレリーズボタンの半押しが行われているため、時刻ｔ６におけるレンズ駆動の指示に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動が開始される。

また、本実施形態では、シャッターレリーズボタンが半押しされた後も、撮像素子２２のフレームレートに応じて、デフォーカス量の算出が繰り返し行われ、算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動指示が繰り返し行われる。たとえば、図７に示す例では、時刻ｔ２において、２フレーム目の電荷の蓄積が開始され、その結果、時刻ｔ７において、２フレーム目のデフォーカス量の算出が行われ、時刻ｔ８において、２フレーム目の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力結果に基づく、フォーカスレンズ３２の駆動指示が行われる。同様に、３フレーム目以降においても、フレームごとに、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、デフォーカス量の算出と、デフォーカス量に基づくフォーカスレンズ３２の駆動とが繰り返される。

このように、本実施形態では、撮像素子２２のフレームレートに応じたフレームごとに、デフォーカス量の算出と、デフォーカス量に基づくフォーカスレンズ３２の駆動とが繰り返される。このように、フレームごとに、デフォーカス量を算出し、フォーカスレンズ３２の駆動を指示するためには、デフォーカス量の演算からフォーカスレンズ３２の駆動指示までを、１フレームの時間内に行う必要がある。この点、本実施形態では、コントラスト情報に基づいて１の特定焦点検出画素列を決定し、この特定焦点検出画素列の出力のみについてデフォーカス量を算出することで、図７に示すように、デフォーカス量の算出に要する時間を短くすることができるため、１フレームの時間内に、デフォーカス量を算出し、算出したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動させることができる。

一方、図８は、従来のカメラの動作例を説明するための図であり、図７と同様に、横軸に時間を示している。図８に示す例では、比較的時間がかかるデフォーカス量の演算を、全ての焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４について行うため、図７に示す本実施形態と比べて、デフォーカス量の演算時間が長くなる。その結果、図８に示す例では、図７に示す本実施形態と比べて、デフォーカス量の演算からレンズ駆動指示までの所要時間が、フレームレートの１フレーム分の時間よりも長くなってしまい、レンズ駆動指示をフレームごとに行うことができなくなってしまう場合があった。具体的には、図８に示す例では、１フレーム分の時間内に、デフォーカス量の演算からレンズ駆動指示までを行うことができないため、図７に示す本実施形態のタイムラグＴ１と比べて、電荷の蓄積からフォーカスレンズ３２の駆動指示までのタイムラグＴ２が２倍の大きさとなっている。

その結果、図８に示す例では、時刻１２において、時刻ｔ１１における光学系の焦点状態に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動が指示されるため、フォーカスレンズ３２が合焦位置を大きく超えた位置まで駆動してしまう場合や、被写体への追従性が低下してしまう場合があった。これに対して、本実施形態では、図７に示すように、時刻ｔ９での光学系の焦点状態に基づいて、タイムラグの少ない時刻ｔ１０において、フォーカスレンズ３２の駆動指示を行うことができるため、図８に示す従来例と比べて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで適切に駆動することができる。

以上のように、第１実施形態では、焦点検出エリアＡＦＰ内の各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとに、コントラスト情報を検出する。そして、検出したコントラスト情報に基づいて、焦点検出に用いる焦点検出画素列を決定する。すなわち、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、コントラストが最も大きい被写体に対応する焦点検出画素列、あるいは、画素出力に高周波成分が最も多く含まれている焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定し、この特定焦点検出画素列のみについて、デフォーカス量を決定する。これにより、コントラストが最も大きい被写体、あるいは、高周波成分が最も多い被写体に対する、光学系の焦点状態を検出することができるとともに、従来のように、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の全てについてデフォーカス量を算出する場合と比べて、デフォーカス量の演算にかかる時間を短縮することができ、焦点状態の検出を適切なタイミングで繰り返し行うことができる。

また、第１実施形態では、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力のうち、１つの焦点検出画素列の出力に基づいて、デフォーカス量を算出する構成のため、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を加算または平均化する場合と比べて、以下のような効果を奏することができる。すなわち、被写体が撮像画素２２１の斜め方向にコントラストを有する場合、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力を加算または平均化してしまうと、却って、コントラストが低下してしまう場合があり、被写体を適切に検出できない場合がある。これに対して、本実施形態では、１つの特定焦点検出画素列の出力に基づいて、デフォーカス量を算出するため、このような場合でも、コントラストの低下を防止することができ、被写体を適切に検出することができるという効果を奏することができる。

《第２実施形態》
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、図１に示すカメラ１において、以下に説明するように動作すること以外は、上述した第１実施形態と同様の構成を有するものである。

第２実施形態において、カメラ制御部２１は、異なる周波数帯域の周波数成分を透過する複数のフィルタを備えており、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力から異なる複数の周波数帯域の周波数成分を抽出し、抽出した複数の周波数成分に基づいて、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとに、複数のコントラスト情報を検出する。たとえば、カメラ制御部２１が異なる３つの周波数帯域の周波数成分を抽出する３つのフィルタを備えている場合には、カメラ制御部２１は、１つの焦点検出画素列の出力から３つのコントラスト情報を検出することができる。なお、第２実施形態で抽出される周波数成分の周波数帯域は、特に限定されず、低周波帯域から高周波帯域までの任意の周波数帯域とすることができる。

そして、カメラ制御部２１は、複数のコントラスト情報に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の中から、焦点検出に用いる１または複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を、特定焦点検出画素列として検出する。たとえば、カメラ制御部２１は、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の中から、対応する被写体のコントラストの大きさが所定値以上である１または複数の焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として検出することができる。あるいは、カメラ制御部２１は、出力に含まれる高周波成分の量が所定値以上である１または複数の焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として検出することができる。

なお、カメラ制御部２１は、特定焦点検出画素列を決定する場合には、特定焦点検出画素列の数が、焦点検出エリアＡＦＰに対応する焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の数よりも少なくなるように、特定焦点検出画素列を決定する。たとえば、本実施形態では、焦点検出エリアＡＦＰに４つの焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４が配置されているため、カメラ制御部２１は、少なくとも、特定焦点検出画素列の数が３つ以下となるように、特定焦点検出画素列を決定する。

そして、カメラ制御部２１は、複数の焦点検出画素列を特定焦点検出画素列として決定した場合には、複数の特定焦点検出画素列の出力を加算または平均化し、加算または平均化した複数の特定焦点検出画素列の出力に基づいて、デフォーカス量を算出する。ここで、図９は、図３に示す撮像素子２２の撮像面から撮像画素２２１を除き、４つの焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を構成する第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂのみを模式的に示した図である。たとえば、カメラ制御部２１は、複数の特定焦点検出画素列の出力を加算する場合には、図９に示す第１焦点検出画素列Ｌ１の画素Ａ１_Ｌ１の出力と、これと同じ測距瞳を通過する焦点検出光束を受光する、第２焦点検出画素列Ｌ２の画素Ａ１_Ｌ２の出力と、第３焦点検出画素列Ｌ３の画素Ａ１_Ｌ３の出力と、第４焦点検出画素列Ｌ４の画素Ａ１_Ｌ３の出力とを加算し、画素加算出力Ｉ_Ａ１を得る。同様に、第１焦点検出画素列Ｌ１の画素Ｂ１_Ｌ１の出力と、これと同じ測距瞳を通過する焦点検出光束を受光する、第２焦点検出画素列Ｌ２の画素Ｂ１_Ｌ２の出力と、第３焦点検出画素列Ｌ３の画素Ｂ１_Ｌ３の出力と、第４焦点検出画素列Ｌ４の画素Ｂ１_Ｌ４の出力とを加算し、画素加算出力Ｉ_Ｂ１を得る。以下、同様に、Ａ２_Ｌ１とＡ２_Ｌ２とＡ２_Ｌ３とＡ２_Ｌ４との出力からＩ_Ａ２を、Ｂ２_Ｌ１とＢ２_Ｌ２とＢ２_Ｌ３とＢ２_Ｌ４との出力からＩ_Ｂ２を、Ａ３_Ｌ１とＡ３_Ｌ２とＡ３_Ｌ３とＡ３_Ｌ４との出力からＩ_Ａ３を、Ｂ３_Ｌ１とＢ３_Ｌ２とＢ３_Ｌ３とＢ３_Ｌ４との出力からＩ_Ｂ３を得る。

そして、カメラ制御部２１は、得られた画素加算出力を用いて、第１焦点検出画素２２２ａに基づくデータ列、すなわち、第１像データ列Ｉ_Ａ１，Ｉ_Ａ２，Ｉ_Ａ３，．．．，Ｉ_Ａｎと、第２焦点検出画素２２２ｂに基づくデータ列、すなわち、第２像データ列Ｉ_Ｂ１，Ｉ_Ｂ２，Ｉ_Ｂ３，．．．，Ｉ_Ｂｎとを、一次元状に相対的にシフトさせながら、上記式（１）に示す相関演算を行う。

ここで、図３に示すように、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４においては、第１焦点検出画素２２２ａと、第２焦点検出画素２２２ｂとが、それぞれ０．５画素分ずれた位置に配置されている。従来では、本実施形態の第１焦点検出画素列Ｌ１および第２焦点検出画素列Ｌ２のうちいずれか一方のみを、焦点検出画素列として用いるものであるため、第１焦点検出画素２２２ａと、第２焦点検出画素２２２ｂとが互いに０．５画素ずれた位置に存在し、これらの焦点検出画素を用いて得られる第１像データ列Ｉ_Ａ１，Ｉ_Ａ２，Ｉ_Ａ３，．．．，Ｉ_Ａｎと、第２像データ列Ｉ_Ｂ１，Ｉ_Ｂ２，Ｉ_Ｂ３，．．．，Ｉ_Ｂｎとは、互いに０．５画素ずれたデータとなってしまっていた。そのため、相関演算を行った場合には、図１０（Ｂ）に示すように、相関量Ｃ（ｋ）の極小値も０．５画素分ずれた位置となってしまうこととなる。このような場合に、相関量Ｃ（ｋ）が極小値を示すシフト量およびデフォーカス量を算出するためには、内挿演算等を用いる必要があり、結果として、焦点検出精度が低下してしまう場合があった。特に、焦点検出画素で検出された出力のコントラストレベルが低い場合に、このような問題が顕著になる傾向にあった。

これに対して、本実施形態においては、焦点検出画素列Ｌ１，Ｌ３と、焦点検出画素列Ｌ２，Ｌ４とにおいて、第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂがＸ軸方向において０．５画素分ずらした位置に配置されているため、画素出力を加算することにより得られる画素加算出力を用いた場合に、図１０（Ａ）に示すように、合焦状態（デフォーカス量がゼロの状態）において、相関量Ｃ（ｋ）が極小値を与えるシフト量を正確に求めることができ、これにより、焦点検出精度を適切に高めることができる。

次に、図１１を参照して、第２実施形態に係るカメラ１の動作を説明する。図１１は、第２実施形態に係るカメラ１の動作例を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１では、第１実施形態のステップＳ１０１と同様に、撮像素子２２により、撮像画素２２１、ならびに複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を構成する各第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂの出力データの取得が行われる。また、ステップＳ２０２では、第１実施形態のステップＳ１０２と同様に、カメラ制御部２１により、焦点調節に用いるための焦点検出エリアＡＦＰの選択が行われる。

そして、ステップＳ２０３では、カメラ制御部２１により、コントラスト情報の検出が行われる。第２実施形態において、カメラ制御部２１は、異なる周波数帯域の周波数成分を抽出する複数のフィルタを用いて、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力にフィルタ処理を施すことで、各焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のそれぞれの出力から複数の周波数成分を抽出する。そして、カメラ制御部２１は、抽出した周波数成分の量や強度を含む情報を、コントラスト情報として検出する。

ステップＳ２０４では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０３で検出した複数のコントラスト情報に基づいて、特定焦点検出画素列の決定が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、ステップＳ２０３で検出したコントラスト情報に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、対応する被写体のコントラストが所定値以上である１または複数の焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する。あるいは、カメラ制御部２１は、ステップＳ２０３で検出した複数のコントラスト情報に基づいて、複数の焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、出力に含まれる高周波成分の量が所定値以上となる１または複数の焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する。

そして、ステップＳ２０５では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０４で決定された１または複数の特定焦点検出画素列に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動に用いるデフォーカス量の算出が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、複数の焦点検出画素列を特定焦点検出画素列として決定した場合には、複数の特定焦点検出画素列の出力を加算あるいは平均化することで、１の出力を算出し、この出力に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動に用いるデフォーカス量を算出することができる。

ステップＳ２０６では、第１実施形態のステップＳ１０６と同様に、ステップＳ２０５で算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動量の算出およびフォーカスレンズ３２の駆動が行われる。

以上のようにして、第２実施形態に係る光学系の焦点検出が行われる。

このように、第２実施形態では、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４ごとに、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、異なる周波数帯域の周波数成分を抽出し、抽出した複数の周波数成分に基づいて、複数のコントラスト情報を検出する。そして、複数のコントラスト情報に基づいて、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の中から、１または複数の特定焦点検出画素列を決定し、決定した特定焦点検出画素列の画素出力に基づいて、デフォーカス量を決定する。このように、第２実施形態では、全ての焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４についてデフォーカス量を算出するのではなく、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の数よりも少ない数の特定焦点検出画素列についてデフォーカス量の演算を行うことで、デフォーカス量の演算時間を短くすることができ、その結果、焦点状態の検出を適切なタイミングで繰り返し行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態では、１つの焦点検出エリアＡＦＰにおいて４つの焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を備える構成を例示したが、焦点検出画素列の数はこれに限定されるものではなく、１つの焦点検出エリアにおける焦点検出画素列の数を、２または３としてもよいし、あるいは５以上としてもよい。

また、上述した実施形態では、撮像素子２２に焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４を備え、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４の出力に基づいて、デフォーカス量を算出する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、撮像素子２２とは別に、位相差式ＡＦ検出モジュールを備え、この位相差式ＡＦ検出モジュールで受光した受光信号に基づいて、デフォーカス量を算出する構成としてもよい。具体的には、位相差式ＡＦ検出モジュールは、光学系を通過する光束を受光する一対のラインセンサを複数有しており、ラインセンサごとにコントラスト情報を検出し、検出したコントラスト情報に基づいて、複数のラインセンサの中から、焦点検出に用いる一対のラインセンサを決定する構成としてもよい。なお、焦点検出に用いる一対のラインセンサを決定する場合には、位相差検出モジュールが備える演算部により、焦点検出に用いる一対のラインセンサを決定する構成としてもよいし、あるいは、カメラ制御部２１が、各一対のラインセンサの出力を取得することで、焦点検出に用いる一対のラインセンサを決定する構成としてもよい。

このように、本発明の「受光センサ」とは、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４であってもよいし、上述した一対のラインセンサであってもよい。また、本発明の「焦点検出装置」とは、撮像素子２２またはそれを備えるカメラ１であってもよいし、もしくは、位相差式ＡＦ検出モジュールまたはそれを備えるカメラ１であってもよい。

さらに、上述した実施形態では、焦点検出画素列Ｌ１，Ｌ３と焦点検出画素列Ｌ２，Ｌ４とにおいて、第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂがＸ軸方向において逆となるように配置されているが、この構成に限定されず、たとえば、図１２に示すように、焦点検出画素列Ｌ１ａ～Ｌ４ａを構成する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂをＸ軸方向において同じ位置となるように配置する構成としてもよい。

また、図１３の焦点検出画素列Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂに示すように、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが一対の光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂを備える構成としてもよい。具体的には、図１３に示すように、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにおいて、一対の光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂがＸ軸方向に配列され、測距瞳３５１から照射される光束が、一対の光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂのうち一方の光電変換部で受光され、測距瞳３５２から照射される光束が、他方の光電変換部で受光される。これにより、各焦点検出画素列Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂにおいて、一対の像データ列をそれぞれ出力することができる。なお、図１３においては、測距瞳３５１から照射される光束を受光する光電変換部を灰色で表し、測距瞳３５２から照射される光束を受光する光電変換部を白塗りで表している。

さらに、各焦点検出画素列を構成する第１焦点検出画素２２２ａおよび第２焦点検出画素２２２ｂの配列は、これらが少なくとも、同じ列上において交互に配列されたものであればよく、たとえば、図１４に示す焦点検出画素列Ｌ１ｃ～Ｌ４ｃのように、焦点検出画素列中に、通常の撮像画素２２１が含まれるような構成としてもよい。

また、上述した実施形態に加えて、被写体のコントラスト（あるいは被写体の輝度）が所定値以上である場合には、第１実施形態に示すように、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、コントラストが最も大きい被写体に対応する焦点検出画素列、または、出力に高周波成分が最も多く含まれる焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定し、一方、被写体のコントラスト（あるいは被写体の輝度）が所定値未満である場合には、第２実施形態に示したように、焦点検出画素列Ｌ１～Ｌ４のうち、対応する被写体のコントラストが所定値以上となる１または複数の焦点検出画素列、または、出力に含まれる高周波成分の量が所定値以上となる１または複数の焦点検出画素列を、特定焦点検出画素列として決定する構成としてもよい。

１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
Ｌ１～Ｌ４…焦点検出画素列
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
３…レンズ鏡筒
３２…フォーカスレンズ
３６…フォーカスレンズ駆動モータ
３７…レンズ制御部

Claims (9)

1. 複数の焦点検出エリアが配置される撮像素子であって、１つの焦点検出エリア内の第１画素行および第２画素行に配置され、光学系を通過した光を受光し、受光した光に基づく信号を出力する複数の画素を有する撮像素子と、
   前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される複数の前記画素および前記第２画素行に配置される複数の前記画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定し、特定された前記複数の画素から出力された信号を用いてデフォーカス量を算出する制御部と、
   を備える焦点検出装置。
2. 前記撮像素子は、前記第１画素行および前記第２画素行を含む複数の画素行に配置され、光学系を通過した光を受光し、受光した光に基づく信号を出力する複数の画素を有し、
   前記制御部は、前記焦点検出エリアにおいて前記複数の画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報に基づいて、前記一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定する、
   請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記制御部は、前記第１画素行に配置される複数の前記画素および前記第２画素行に配置される複数の前記画素のうち、コントラストが大きい方または高周波成分が多く含まれる方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定する、
   請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記制御部は、前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号の高周波成分に基づいて、前記一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定する、
   請求項１または２に記載の焦点検出装置。
5. 前記制御部は、前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号の異なる周波数成分に基づいて、前記一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定する、
   請求項１または２に記載の焦点検出装置。
6. 複数の前記画素は、前記光学系の第１の瞳を通過した光を受光する画素と、前記光学系の第２の瞳を通過した光を受光する画素とを有する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
7. 前記焦点検出装置は操作部を備え、
   前記制御部は、前記操作部を介して選択された前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される前記複数の画素から出力された信号の前記コントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報を検出し、検出された前記コントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される前記複数の画素および前記第２画素行に配置される前記複数の画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
8. 前記制御部は、前記撮像素子から出力された画像データに対して顔認識処理を行い、前記顔認識処理の結果に基づいて選択された前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される前記複数の画素から出力された信号の前記コントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報を検出し、検出された前記コントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される前記複数の画素および前記第２画素行に配置される前記複数の画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
9. 複数の焦点検出エリアが配置される撮像素子であって、
   １つの焦点検出エリア内の第１画素行および第２画素行に配置され、光学系を通過した光を受光し、受光した光に基づく信号を出力する複数の画素と、
   前記焦点検出エリアにおいて前記第１画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報および前記焦点検出エリアにおいて前記第２画素行に配置される複数の前記画素から出力された信号のコントラスト情報に基づいて、前記第１画素行に配置される複数の前記画素および前記第２画素行に配置される複数の前記画素のうちいずれか一方をデフォーカス量の算出に用いる複数の画素として特定し、特定された前記複数の画素の情報を送信する演算部と、
   を備える撮像素子。

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