JP6124564B2 - 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成される像を用いて撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置及び方法、及び撮像装置に関する。

従来、撮像装置であるデジタルカメラに用いられる焦点検出方式には、ビデオカメラ及びコンパクトカメラで多く用いられているコントラスト検出方式や、一眼レフカメラで多く用いられている位相差検出方式等がある。一般に、一眼レフカメラに用いられる位相差方式の焦点検出方式では、撮影光路に設置されたハーフミラー等により光束をファインダー光学系と焦点検出光学系とに分割して検出を行うため、静止画を撮影する場合に用いられる。焦点検出光学系は、通常、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束を受光する２以上の再結像レンズ、絞り及び撮像素子とで構成されている。

撮影レンズの焦点状態は、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成される２つの焦点検出像の像ずれ量より算出される。２つの焦点検出像の像ずれ量は、２つの焦点検出像に対して相関演算を行うことにより算出され、その算出方法は例えば特許文献１等に開示されている。

一方、撮像素子により撮影を行うカメラにおいて動画画像を観察したり記録したりする場合、コントラスト検出方式の焦点調節方法が用いられるのが一般的である。コントラスト検出方式の焦点調節方法は、撮影レンズのフォーカスレンズを光軸方向に移動しながら撮像素子で撮像された画像の高周波成分を抽出し、コントラストがピークとなるレンズ位置を検出して焦点調節を行うものである。しかしながら、コントラスト検出方式の焦点調節方法では、フォーカスレンズを動かしながら画像のコントラストを比較するため、高速で焦点調節を行うことができない。また、近年では一眼レフカメラでも動画を撮影することが可能となり、動画撮影中も高速に焦点調節を行うことが望まれている。

そこで本出願人は、ＣＭＯＳ型撮像素子の一部を構成するオンチップマイクロレンズ１つに対して２つの光電変換部を設けることにより、位相差方式の焦点検出が可能な撮像装置を特許文献２に開示している。特許文献２に開示された撮像素子では、オンチップマイクロレンズは撮影レンズの瞳と２つの光電変換部とが共役関係になるように構成されている。その結果、各光電変換部には撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束が入射するため、各光電変換部で得られた画像を用いて公知の位相差方式の焦点検出を行うことが可能となっている。

また、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束により生成される焦点検出像を用いて撮影レンズの焦点状態を検出する際、焦点検出像の予め決められた空間周波数の位相を検出して焦点状態を求める焦点検出方法が特許文献３に開示されている。

特開昭６３−１８３１４号公報 特開２００１−１２４９８４号公報 特公昭６２−３７３６４号公報

しかしながら、特許文献３の方法では、検出された焦点検出像の予め決められた空間周波数の位相を用いて焦点状態を求める場合、被写体が検出に用いる予め決められた空間周波数成分を含んでいなければ精度の高い焦点検出ができないという欠点があった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、被写体が持つ空間周波数に依存しない精度の高い焦点検出を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、撮影光学系の異なる射出瞳領域を透過した複数の光束を受光して、前記異なる射出瞳領域に対応した一対の画像信号を出力する複数の画素を有する撮像手段と、フーリエ変換した前記一対の画像信号の位相を角度に変換して求めた前記一対の画像の位相差が最も小さくなる空間周波数を求め、該空間周波数から前記一対の画像信号の像ずれ量を求める演算手段と、前記演算手段により求めた前記像ずれ量に基づいて、位相差検出方式による焦点調節を行う焦点調節手段とを有する。

本発明によれば、被写体が持つ空間周波数に依存しない精度の高い焦点検出を行うことができる。

本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示す図。 実施の形態の撮像素子の構成の一例を説明するための図。 実施の形態の瞳分割の概念を説明するための図。 実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図。 実施の形態に係る撮像処理を示すのフローチャート。 実施の形態に係る焦点検出１の処理を示すフローチャート。 実施の形態に係る焦点検出２の処理を示すフローチャート。 実施の形態に係る位相情報の演算処理方法を説明するための図。 実施の形態に係る位相情報の演算処理方法を説明するための図。 実施の形態に係る位相情報の演算処理方法を説明するための図。 実施の形態に係る他の被写体を撮影した場合の位相情報の演算処理方法を説明するための図。

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、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。

図１は、本発明の実施の形態における撮像装置であるデジタルカメラの概略構成を示す図であり、図１（ａ）は光学ファインダーを用いた観察状態を示し、図１（ｂ）は被写体を撮影している状態を示している。本実施の形態におけるデジタルカメラは、カメラ本体１００に対してカメラ側マウント１１１とレンズ側マウント２０１を介して撮影レンズ２００が着脱可能な一眼レフタイプのデジタルカメラとして構成されている。

撮影レンズ２００は複数のレンズ群２０３と絞り２０４とから構成されており、図１（ａ）に示すように観察状態では撮影レンズ２００を透過した被写体光は、カメラ本体１００の跳ね上げミラー１０１で反射してピント板１０２近傍に収斂する。さらにピント板１０２で拡散透過した被写体光は、ペンタダハプリズム１０３及び接眼レンズ１０４を介して、不図示の撮影者の目に導かれる。

なお、跳ね上げミラー１０１はハーフミラーで、跳ね上げミラー１０１を透過した一部の被写体光はサブミラー１０５で反射して焦点検出装置１０６に導かれる。焦点検出装置１０６は第１の像生成手段で、撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過した光束を受光する２以上の再結像レンズ及びラインセンサとで構成されている。再結像レンズの縮小倍率は１／１０で、被写体光をラインセンサ上に結像している。焦点検出装置１０６は、撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する光束により生成される一対の像を出力し、演算手段はこの一対の像に基づいて撮影レンズ２００の焦点状態を検出する。なお、焦点検出装置１０６は静止画を撮影する場合に用いられる。

また、撮影レンズ２００の予定結像面には撮像素子（イメージセンサ）３００が配設されている。撮像素子３００は複数の画素が２次元に配置されて成る第２の像生成手段で、１画素が複数の光電変換部に分割され、各光電変換部は撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過した光束を受光するように構成されている。

また、本実施の形態のデジタルカメラは動画を撮影することが可能で、動画撮影時には図１（ｂ）に示すように跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５が撮影光路から退避し、シャッタ１０７が開口状態に設定される。この時、撮像素子３００で撮影された画像は、液晶表示素子１０９で視認できるようになっている。

次に、撮像素子３００の構成の一例について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、撮像素子３００にベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された場合の画素配列を示す図であり、ここでは、４行×４列分の画素範囲を示している。画素群３１０は２行×２列の画素からなり、対角２画素に緑（Ｇ）の分光感度を有する画素３１０Ｇを配置し、他の２画素に赤（Ｒ）の分光感度を有する画素３１０Ｒと青（Ｂ）の分光感度を有する画素３１０Ｂを配置している。図２（ｂ）は画素３１０Ｇを拡大したものであり、瞳分割用に複数の光電変換部（以下、「副画素３１１ａ、３１１ｂ」と呼ぶ。）を有している。画素３１０Ｒ、３１０Ｂも同様に、それぞれ２つの副画素３１１ａ、３１１ｂを有し、いずれの画素も、副画素３１１ａ、３１１ｂそれぞれから独立に受光して得られた像信号を出力可能である。このように独立に得られた像信号を、焦点検出に使用することも、また、画素毎に加算することで撮像に使用することもできる。このような構成を有する画素群３１０が繰り返し配列されている。なお、図２に示す構成では、すべての画素が副画素３１１ａ、３１１ｂを有するものとしているが、副画素を有する画素を、撮像素子３００内に離散的に配置してもよい。離散的に配置した場合には、カラーフィルタの代わりに、透明なフィルタで覆うように構成しても良い。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）のａ−ａでの断面図である。図２（ｃ）において、３２０はｐ型層、３１２はオンチップマイクロレンズ、３１３は主にＧの帯域の光を透過するカラーフィルタである。ｐ型層３２０に包含されるように２つのｎ型層が形成され、副画素３１１ａ、３１１ｂが構成されている。副画素３１１ａ、３１１ｂは、光軸に対してそれぞれ、＋ｘ方向、−ｘ方向に偏心している。これにより、１つのマイクロレンズ３１２を用いて瞳分割を行うことができる。なお、カラーフィルタ３１３が透過する光の帯域が、それぞれ主にＲの帯域及びＢの帯域であるところが異なる以外、画素３１０Ｒ及び３１０Ｂも同様の構成を有する。

次に、図２（ｂ）に示した撮像素子３００に含まれる画素の１つである画素３１０Ｇを例として、瞳分割の概念について図３を参照して説明する。射出瞳３０１の大きさは、絞りの開口の大きさや、レンズを保持するレンズ枠などの大きさによって変化する。また、３０２ａは副画素３１１ａを撮影レンズ２００の射出瞳位置に投影した形状、３０２ｂは副画素３１１ｂを撮影レンズ２００の射出瞳位置に投影した形状を示している。

ここで、ｘ方向に規則的に配列された副画素３１１ａから取得した像信号をＡ像（結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した一対の光束から得た像信号の一方）とする。同様に、ｘ方向に規則的に配列された副画素３１１ｂから取得した像信号をＢ像（結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した一対の光束から得た像信号の他方）とする。そして、Ａ像とＢ像の相対的な像ずれ量から相関演算を用いてデフォーカス量（制御量）を算出することで、結像光学系の焦点位置を算出することができる。このようにして求めた焦点位置に基づいて、結像光学系の焦点ずれ量を調節する。なお、ここではｘ方向に輝度分布を有する被写体に対応した構成について説明したが、同様の構成をｙ方向にも展開することでｙ方向に輝度分布を有する被写体にも対応した構成をとることが可能である。

また、各画素に２つに光電変換部が構成されている場合について説明したが、３つ以上の光電変換部を構成し、得られた像信号を加算、間引きするなどして一対の画像を得るようにしてもよい。

次に、本実施の形態における撮影動作について、図４のデジタルカメラの概略構成を示すブロック図及び図５の撮像処理のフローチャートを参照して説明する。

図５のフローチャートにおいて、カメラ本体１００の不図示の電源がＯＮされると（Ｓ１０１でＹＥＳ）、カメラ本体１００を制御するカメラＣＰＵ１５０は動画撮影を指示する操作スイッチａ１５１の状態を確認する（Ｓ１０２）。使用者によって操作スイッチａ１５１がＯＮされ、動画撮影が指示されていれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ１５０は図１（ｂ）に示すように跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５を撮影光路から退避させる。更に、シャッタ制御回路１５６を介してシャッタ１０７を開口状態にする。また、カメラＣＰＵ１５０は、レンズＣＰＵ２５０を介して絞り制御回路２５２により絞り２０４を制御して、適切な露光となるように調整する。

撮影を行うための準備が整うと、カメラＣＰＵ１５０は撮像素子制御回路１５３を介して撮像素子３００による被写体の撮影を行う（Ｓ１０３）。撮像素子３００で撮影された画像は演算回路１５４で表示用の画像に処理され、液晶表示素子制御回路１５５を介して液晶表示素子１０９に表示される（Ｓ１０４）。更に、演算回路１５４にて記録用の画像に画像処理された画像は、メモリ回路１５７に記録される（Ｓ１０５）。なお、画像を記録する先は着脱可能な記録メディアでも構わない。

画像の記録を行いながら、演算手段であるカメラＣＰＵ１５０及び演算回路１５４は、撮像素子３００で撮影された画像に基づいて撮影レンズ２００の焦点状態を検出する（Ｓ２００）。なお、Ｓ２００における処理（焦点検出１）については、図６を参照して後述する。

撮影レンズ２００の焦点状態が検出されると、検出された焦点状態に基づいて合焦制御を行う。まず、カメラＣＰＵ１５０は合焦判定を行い（Ｓ１０６）、撮影レンズ２００が合焦状態でなければ（Ｓ１０６でＮＯ）、カメラＣＰＵ１５０は算出された撮影レンズ２００のデフォーカス量をレンズＣＰＵ２５０に送信する。レンズＣＰＵ２５０は、撮影レンズ２００のデフォーカス量をフォーカスレンズのステップ駆動量に変換した後、フォーカスレンズ駆動回路２５１に信号を送信してフォーカスレンズを駆動する（Ｓ１０７）。

引き続きカメラＣＰＵ１５０は動画撮影を指示する操作スイッチａ１５１の状態を確認し、操作スイッチａ１５１がＯＮ状態であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、Ｓ１０３に進んで、上述した動画撮影を継続する。

一方、動画撮影を指示する操作スイッチａ１５１がＯＦＦであれば（Ｓ１０２でＮＯ）、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する操作スイッチｂ１５２の状態を確認する（Ｓ１０８）。操作スイッチｂ１５２にて静止画撮影の前段操作（ＳＷ１）が実行されていなければ（Ｓ１０８でＮＯ）、Ｓ１０１に戻る。

操作スイッチｂ１５２にて静止画撮影のため前段操作（ＳＷ１ ＯＮ）が実行されると、撮影レンズ２００の焦点状態の検出が実行される（Ｓ３００）。なお、このときの跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５は撮影光路に挿入された図１（ａ）に示す状態である。焦点検出を行うための計算は、焦点検出装置１０６から出力される画像に基づいて、カメラＣＰＵ１５０及び演算回路１５４からなる演算手段で行われる。なお、Ｓ３００における処理（焦点検出２）については、図７を参照して後述する。

撮影レンズ２００の焦点状態が検出されると、検出された焦点状態に基づいて合焦制御を行う。まず、演算手段より算出された撮影レンズ２００のデフォーカス量より、撮影レンズ２００が合焦状態であれば（Ｓ１１０でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する操作スイッチｂ１５２の状態を確認する（Ｓ１１２）。一方、撮影レンズ２００が合焦状態でなければ（Ｓ１１０）、カメラＣＰＵ１５０は検出された撮影レンズ２００のデフォーカス量をレンズＣＰＵ２５０に送信する。レンズＣＰＵ２５０は、撮影レンズ２００のデフォーカス量をフォーカスレンズのステップ駆動量に変換した後、フォーカスレンズ駆動回路２５１に信号を送信してフォーカスレンズを駆動する（Ｓ１１１）。さらに、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する操作スイッチｂ１５２の状態を確認する（Ｓ１１２）。

操作スイッチｂ１５２にて静止画撮影の後段操作（ＳＷ２）が実行されていなければ（Ｓ１１２でＮＯ）、Ｓ１０１に戻って待機する。一方、操作スイッチｂ１５２にて静止画撮影のため後段操作（ＳＷ２ ＯＮ）が実行されると（Ｓ１１２でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ１５０は図１（ｂ）に示すように跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５を撮影光路から退避させる。更に、シャッタ制御回路１５６を介してシャッタ１０７を開口状態にする。また、カメラＣＰＵ１５０は、レンズＣＰＵ２５０を介して絞り制御回路２５２により絞り２０４を制御して、適切な露光となるように調整する。

静止画撮影を行うための準備が整うと、カメラＣＰＵ１５０は撮像素子制御回路１５３を介して撮像素子３００による被写体の撮影を行う（Ｓ１１３）。撮像素子３００で撮影された画像は演算回路１５４で表示用の画像に処理され、液晶表示素子制御回路１５５を介して液晶表示素子１０９に表示される（Ｓ１１４）。更に、演算回路１５４で記録用の画像に画像処理された画像は、メモリ回路１５７に記録される（Ｓ１１５）。なお、画像を記録する先は、着脱可能な記録メディアでも構わない。

画像の記録が終了すると（Ｓ１１５）、Ｓ１０１に戻ってカメラＣＰＵ１５０は待機する。また、カメラ本体１００の不図示の電源がＯＦＦされていると（Ｓ１０１でＮＯ）、一連のカメラ撮影動作を終了する（Ｓ１１６）。

次に、動画撮影時にＳ２００で行われる焦点検出１の処理に先立って、静止画撮影時にＳ３００で行われる焦点検出２の処理について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。まず、カメラＣＰＵ１５０は、使用者が設定した焦点検出領域を確認し（Ｓ３０１）、焦点検出装置１０６より焦点検出領域に対応した一対の焦点検出用画像を読み出す（Ｓ３０２）。演算回路１５４は一対の焦点検出用画像をそれぞれ高速フーリエ変換して、一対の焦点検出用画像に含まれる各空間周波数に対する位相情報をそれぞれ算出する（Ｓ３０３）。

ここで、Ｓ３０３で行われる演算処理方法について図８を参照して説明する。図８（ａ）は白い２本線が並んだ被写体の場合に焦点検出装置１０６より得られた１対の焦点検出用画像（Ａ像及びＢ像）を示している。図中横軸は焦点検出装置１０６を構成するラインセンサ上の位置を表しており、２つの焦点検出用画像の像ずれ量は０.０５ｍｍである。また、図８（ｂ）は高速フーリエ変換後求められた２つの焦点検出用画像の振幅の空間周波数特性、図８（ｃ）は高速フーリエ変換後に求められた２つの焦点検出用画像の位相の空間周波数特性を示している。図８（ａ）に示すように２つの焦点検出用画像の波形形状はほぼ一致しているため、図８（ｂ）に示す２つの焦点検出用画像の振幅の空間周波数特性もほぼ一致している。また同図において、ほとんど振幅を有していない空間周波数があることもわかる。

次に、図８（ｃ）に示す求められた２つの焦点検出用画像の位相を０〜２πに変換して、２つの焦点検出用画像の位相差を算出したものを図９（ａ）に示す。このとき、位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数が、２つの焦点検出用画像の像ずれ量を表している。２つの焦点検出用画像の位相差が零、あるいは２πとなる空間周波数成分は、２つの焦点検出用画像にそれぞれ含まれているとともに、位相が一致していることを意味している。

２つの焦点検出用画像の位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数が、２つの焦点検出用画像の像ずれ量を表していることを図９（ｂ）を用いて説明する。図９（ｂ）では、ラインセンサ上の２つの焦点検出用画像（Ａ像及びＢ像）と、位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数成分（図中点線）を示している。図中、位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数成分は、「再現波形」として点線で表している。再現波形は２つの焦点検出用画像に対してそれぞれ有するが、２つの焦点検出用画像に含まれる空間周波数の位相差が零、あるいは２πに近い空間周波数成分のため、２つの焦点検出用画像に対する再現波形はほぼ一致している。そして図中に示した再現波形の１周期が、２つの焦点検出用画像の像ずれ量と一致しているのが判る。

以上のようにＣＰＵ１５０は、２つの焦点検出用画像の位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数（＝２０本／ｍｍ）を求めて、その逆数を２つの焦点検出用画像の像ずれ量（＝１／２０ｍｍ）とする。

さらにＣＰＵ１５０は、焦点検出装置１０６が固有に有する基線長と焦点検出用画像の位相の空間周波数特性とから求められた像ずれ量から、撮影レンズ２００のデフォーカス量を算出する（Ｓ３０４）。デフォーカス量が算出されると、メインのルーチンにリターンする（Ｓ３０５）。

次に、Ｓ２００で行われる動画撮影時の焦点検出１の処理について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。まずカメラＣＰＵ１５０は、撮影レンズ２００での光束のケラレ状態を知るためにレンズＣＰＵ２５０を介してレンズ情報を読み出す（Ｓ２０１）。次に、使用者が設定した焦点検出領域を確認する（Ｓ２０２）。さらに、ＣＰＵ１５０はメモリ回路１５７に記憶された撮像素子３００の受光分布を読み出す。さらに、ＣＰＵ１５０は撮影レンズ２００のレンズ情報から設定されている焦点検出領域における口径蝕を計算する。そして、メモリ回路１５７から読み出された撮像素子３００の受光分布と撮影レンズ２００の口径蝕とから線像分布関数を算出する（Ｓ２０３）。

撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する光束より生成される２像を用いて撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合、瞳領域を透過する光束の重心位置により焦点検出精度が決まってくる。撮影レンズ２００の異なる瞳領域を通過する光束の重心間隔を基線長と呼び、基線長は撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する焦点検出用画素の受光分布の射影である線像分布関数の重心の間隔から算出される（Ｓ２０４）。基線長が算出されるとＣＰＵ１５０は、メモリ回路１５７から一対の焦点検出用画像を読み出す（Ｓ２０５）。

次に、各像高に対応する線像分布関数に基づいて一対の焦点検出用画像の出力の偏りを補正（いわゆるシェーディング補正）する（Ｓ２０６）。さらに演算回路１５４は、シェーディング補正された一対の焦点検出用画像をそれぞれ高速フーリエ変換して空間周波数に対する位相情報を算出する（Ｓ２０７）。

ここで、Ｓ２０７で行われる演算処理方法について図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は、白い２本線が並んだ被写体の場合にシェーディング補正後に得られる２つの焦点検出用画像（Ａ像及びＢ像）を示している。図中横軸は撮像素子３００上の位置を表しており、２つの焦点検出用画像の像ずれ量は０.５ｍｍである。ここで２つの焦点検出用画像は、撮影レンズ２００での口径蝕の違いから像ずれ方向に対して非対称な信号になっている。

また図１０（ｂ）は、高速フーリエ変換後求められた２つの焦点検出用画像の位相差の空間周波数特性を示している。ＣＰＵ１５０は、位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数（≒２本／ｍｍ）を求めて、その逆数を２つの焦点検出用画像の像ずれ量（＝１／２ｍｍ）とする。さらにＣＰＵ１５０は、先に求めた基線長と像ずれ量とから撮影レンズ２００の暫定のデフォーカス量を算出する（Ｓ２０８）。

ＣＰＵ１５０は、算出された暫定デフォーカス量が所定の範囲内であるかどうかを判定する（Ｓ２０９）。暫定デフォーカス量が所定の範囲内であると判定された場合には（Ｓ２０９でＹＥＳ）、メインルーチンにリターンする（Ｓ２１５）。暫定デフォーカス量が所定の範囲内である場合に像修正処理を行わないのは、デフォーカス量が小さいときには、２像の非対称性があまり崩れていないので像修正をしなくても十分な精度でデフォーカス量を求めることができるからである。

一方、暫定デフォーカス量が所定の範囲外であると判定された場合には（Ｓ２０９でＮＯ）、さらに精度良くデフォーカス量を算出するために、焦点検出用画像の対称性を向上させる像修正処理を行う。焦点検出用画像の像修正処理を行うために、ＣＰＵ１５０はまず像修正を行うためのフィルタ（像修正フィルタ）を作成する（Ｓ２１０）。像修正フィルタは、既に求められた線像分布関数と算出された暫定デフォーカス量に基づいて求められる。

像修正フィルタが作成されると（Ｓ２１０）、撮像素子３００で出力された焦点検出用画像の非対称性を無くすためのフィルタ処理が演算回路１５４にて行われる（Ｓ２１１）。フィルタ処理が行われた焦点検出用画像は、図８（ａ）に示した焦点検出用画像波形にほぼ近いものとなる。焦点検出用画像に対してフィルタ処理を行ったため、基線長算出のための線像分布関数にもフィルタ処理を行って基線長を再計算する（Ｓ２１２）。

さらに演算回路１５４は、修正された焦点検出用画像を高速フーリエ変換して空間周波数に対する位相情報を再演算する（Ｓ２１３）。そしてＣＰＵ１５０は、高速フーリエ変換後の焦点検出用画像の位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数を求めて、２つの焦点検出用画像の像ずれ量とする。さらにＣＰＵ１５０は、先に求めた修正基線長と像ずれ量とから、撮影レンズ２００のデフォーカス量を算出する（Ｓ２１４）。デフォーカス量が算出されると、メインルーチンに復帰する（Ｓ２１５）。

次に、図１１を参照して、図８（ａ）に示すものとは別の被写体を撮影した例について説明する。図１１（ａ）は、撮像素子３００にて撮像された被写体の一対の焦点検出用画像（Ａ像及びＢ像）を示している。図中横軸は撮像素子３００上の位置を表しており、２つの焦点検出用画像の像ずれ量は０.８ｍｍである。

また図１１（ｂ）は、演算回路１５４にて高速フーリエ変換後、ＣＰＵ１５０にて求められた２つの焦点検出用画像の位相差の空間周波数特性を示している。ＣＰＵ１５０は、位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数（≒１.２５本／ｍｍ）を求めて、その逆数を２つの焦点検出用画像の像ずれ量（＝１／１.２５ｍｍ）とする。さらにＣＰＵ１５０は、基線長と算出された像ずれ量とから撮影レンズ２００のデフォーカス量を算出する。

なお、高速フーリエ変換して求められる２つの焦点検出用画像の位相情報は離散的な空間周波数で求まるため、位相差が最も小さくなる（あるいは最も２πに近づく）空間周波数近傍で補間処理を行って求めるのが有効である。

上記の通り本実施の形態によれば、被写体が持つ空間周波数に依存しない精度の高い焦点検出を行うことが可能となる。

また、口径蝕に応じた焦点検出処理を行うことで、焦点検出用の光束のケラレ状態に応じた像の修復が可能となり、合焦精度を向上させることが可能となる。

Claims (7)

1. 撮影光学系の異なる射出瞳領域を透過した複数の光束を受光して、前記異なる射出瞳領域に対応した一対の画像信号を出力する複数の画素を有する撮像手段と、
   フーリエ変換した前記一対の画像信号の位相を角度に変換して求めた前記一対の画像の位相差が最も小さくなる空間周波数を求め、該空間周波数から前記一対の画像信号の像ずれ量を求める演算手段と、
   前記演算手段により求めた前記像ずれ量に基づいて、位相差検出方式による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焦点検出装置。
2. 前記撮影光学系の光学情報を取得する取得手段を更に有し、
   前記演算手段は、前記光学情報に基づいて前記射出瞳領域の口径蝕を計算し、該口径蝕に基づいて前記一対の画像信号の非対称性を修正し、該修正した一対の画像信号を用いて前記空間周波数を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記演算手段は、前記焦点調節の際に制御される前記撮影光学系を構成する撮影レンズの制御量が予め決められた範囲外である場合に、前記口径蝕に基づく非対称性を修正した前記一対の画像信号を用いて、前記空間周波数を求めることを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。
5. 撮影光学系の異なる射出瞳領域を透過した複数の光束を受光して、前記異なる射出瞳領域に対応した一対の画像信号を出力する撮像工程と、
   フーリエ変換した前記一対の画像信号の位相を角度に変換して求めた前記一対の画像の位相差が最も小さくなる空間周波数を求め、該空間周波数から前記一対の画像信号の像ずれ量を求める演算工程と、
   前記演算工程で求めた前記像ずれ量に基づいて、位相差検出方式による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焦点検出方法。
6. 前記撮影光学系の光学情報を取得する取得工程と、
   前記光学情報に基づいて前記射出瞳領域の口径蝕を計算し、該口径蝕に基づいて前記一対の画像信号の非対称性を修正する修正工程と、
   前記修正した一対の画像信号を用いて前記空間周波数を求め、該空間周波数から前記一対の画像信号の像ずれ量を求める再演算工程と
   を有することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出方法。
7. 前記焦点調節の際に制御される前記撮影光学系を構成する撮影レンズの制御量が予め決められた範囲外である場合に、前記修正工程及び前記再演算工程を実行することを特徴とする請求項６に記載の焦点検出方法。

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