JP2017032787A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出するべき被写体のさまざまなデフォーカス状態において、焦点検出のための相関演算量を低減可能な撮像装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】撮像素子から得られる信号に基づいて生成された複数対の像信号の少なくとも１対に関して、相対的に位置をずらしながら演算した相関量に基づいて、像信号のずれ量を検出し、ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。複数対の像信号のそれぞれは、検出可能なデフォーカス量の範囲と、デフォーカス量の検出精度とが異なる。
【選択図】図９

Description

本発明は撮像装置およびその制御方法に関する。

デジタルカメラのような撮像装置（電子機器が内蔵する撮像装置を含む）は、一般にオートフォーカス（自動焦点検出またはＡＦ）機能を有している。オートフォーカス機能には位相差検出方式とコントラスト検出方式とがある。従来、位相差検出方式は撮像素子とは別のＡＦセンサが必要であったが、近年では撮像素子から得られる信号を用いた位相差検出方式のオートフォーカス機能が実現され、撮像面位相差ＡＦなどと呼ばれている。

位相差検出方式には、デフォーカス量とデフォーカス方向の両方を同時に検出できるという利点があるが、１対の像信号について相対的なシフト量を変更しながら相関演算を繰り返し実行する必要があるため、演算量が多い。高速な焦点検出や、消費電力低減を実現するため、位相差検出方式における演算量を削減する提案がなされている。

特許文献１には、１対の像信号のシフト量の絶対値が小さい状態からシフト量を増加させながら相関演算を行い、相関量の極値が検出された時点で相関演算を終了することが開示されている。これにより、シフト範囲全体について演算を行うよりも少ない演算量で相関演算を終了できる可能性が高くなる。

特開２０１３−５４２６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、デフォーカス量が小さい被写体についての極値が検出された時点で相関演算が終了されてしまうため、撮影者の意図する被写体に合焦できない場合があった。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、焦点検出するべき被写体のさまざまなデフォーカス状態において、焦点検出のための相関演算量を低減可能な撮像装置およびその制御方法の提供を目的とする。

上述の目的は、撮像素子から得られる信号に基づいて、複数対の像信号を生成する生成手段と、複数対の像信号の少なくとも１対に関して、相対的に位置をずらしながら演算した相関量に基づいて、像信号のずれ量を検出する演算手段と、演算手段が演算したずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、生成手段は、複数対の像信号として、検出可能なデフォーカス量の範囲と、デフォーカス量の検出精度とが異なる信号対を生成する、ことを特徴とする撮像装置によって達成される。

本発明によれば、焦点検出するべき被写体のさまざまなデフォーカス状態において、焦点検出のための相関演算量を低減可能な撮像装置およびその制御方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成例を示す図 図１の撮像素子１２２における撮像画素と焦点検出画素の配置例を模式的に示す図 図２に示した撮像画素の構成を模式的に示した平面図および断面図 図３に示した画素構造と瞳分割との対応関係を示した概略説明図 （ａ）は実施形態の撮像素子と瞳分割との対応関係を示した図、（ｂ）は実施形態における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関係を示す図 実施形態における焦点検出領域の配置例を模式的に示した図 実施形態における焦点調節動作の全体を説明するためのフローチャート 第１の実施形態の焦点検出信号生成処理を説明するためのフローチャート 第１の実施形態のデフォーカス量算出処理を説明するためのフローチャート 第１の実施形態の相関演算の設定例を示す図 第２の実施形態におけるデフォーカス量算出処理を説明するためのフローチャート

以下、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態について説明する。なお、以下では本発明を撮像装置の一例としてのデジタルカメラに適用した実施形態について説明するが、本発明は位相差検出方式のオートフォーカス機能を有するカメラを備える任意の電子機器に適用することができる。このような電子機器の例には、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、ゲーム機、携帯電話機、ロボット、ドライブレコーダ、家電製品などが含まれるが、これらに限定されない。

●（第１の実施形態）
（構成の説明−レンズユニット）
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としての、レンズ交換式のデジタルカメラ１００の機能構成例を示すブロック図である。本実施形態のデジタルカメラ１００は、カメラ本体１２０と、着脱可能なレンズユニット１１０とを有する。レンズユニット１１０は点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０に装着することができる。なお、デジタルカメラ１００はレンズ交換式でなくてもよい。

レンズユニット１１０は、光学系（第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１０４）および、駆動／制御系を有する。

第１レンズ群１０１はレンズユニット１１０の先端に配置され、光軸方向ＯＡに移動可能に保持される。絞り１０２は、撮影時の光量を調節する機能のほか、静止画撮影時には露出時間を制御するメカニカルシャッタとしても機能する。絞り１０２および第２レンズ群１０３は一体で光軸方向ＯＡに移動可能であり、第１レンズ群１０１と連動して移動することによりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４も光軸方向ＯＡに移動可能であり、フォーカスレンズ１０４の位置により、レンズユニット１１０が合焦する被写体距離（合焦距離）が定まる。したがって、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置を制御することにより、レンズユニット１１０の合焦距離を調節することができる。

駆動／制御系は、ズームアクチュエータ１１１、絞りアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞り絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、およびレンズメモリ１１８を有する。

ズーム駆動回路１１４は、ズームアクチュエータ１１１を用いて第１レンズ群１０１や第３レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット１１０の光学系の画角を制御する。絞り駆動回路１１５は、絞りアクチュエータ１１２を用いて絞り１０２を駆動し、絞り１０２の開口径や開閉動作を制御する。フォーカス駆動回路１１６はフォーカスアクチュエータ１１３を用いてフォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに駆動し、レンズユニット１１０の光学系の合焦距離を制御する。また、フォーカス駆動回路１１６は、フォーカスアクチュエータ１１３を用いてフォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する。

レンズＭＰＵ（プロセッサ）１１７は、レンズユニット１１０に係る全ての演算、制御を行い、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６を制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、マウントＭを通じてカメラＭＰＵ１２５と接続され、コマンドやデータを通信する。例えばレンズＭＰＵ１１７はフォーカスレンズ１０４の位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。このレンズ位置情報は、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置、光学系が移動していない状態の射出瞳の光軸方向ＯＡにおける位置および直径、射出瞳の光束を制限するレンズ枠の光軸方向ＯＡにおける位置および直径などの情報を含む。またレンズＭＰＵ１１７は、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６を制御する。レンズメモリ１１８は自動焦点検出に必要な光学情報が予め記憶されている。カメラＭＰＵ１２５は例えば内蔵する不揮発性メモリやレンズメモリ１１８に記憶されているプログラムを実行することで、レンズユニット１１０の動作を制御する。

（構成の説明−カメラ本体）
カメラ本体１２０は、光学系（光学ローパスフィルタ１２１および撮像素子１２２）と、駆動／制御系とを有する。レンズユニット１１０の光学系（第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ１０４）と、カメラ本体１２０の光学ローパスフィルタ１２１とにより、被写体光学像を形成する撮像光学系を構成する。

光学ローパスフィルタ１２１は、撮影画像に生じる偽色やモアレを軽減する。撮像素子１２２は例えばＣＭＯＳイメージセンサと周辺回路で構成され、一般には行列状に配置された数百万〜数千万の画素を有している。本実施形態の撮像素子１２２は、瞳分割機能を有し、撮像素子１２２の出力信号を用いた像面位相差ＡＦを実現できる。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２の出力信号から、位相差ＡＦ用の画像データと、表示、記録、およびコントラストＡＦ（以下、ＴＶＡＦという）用の画像データとを生成する。

駆動／制御系は、センサ駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、記録媒体１２８、位相差ＡＦ部１２９、ＴＶＡＦ部１３０を有する。

センサ駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、撮像素子１２２の出力する画像信号をＡ／Ｄ変換して画像処理回路１２４およびカメラＭＰＵ１２５に供給する。画像処理回路１２４は、センサ駆動回路１２３から供給される画像データに対し、例えばγ変換、ホワイトバランス調整処理、色補間処理、圧縮符号化処理など、デジタルカメラで行われる一般的な画像処理を行う。画像処理回路１２４は表示、記録、およびＴＶＡＦ用の画像データと、位相差ＡＦ用の画像データとを生成する。

カメラＭＰＵ（プロセッサ）１２５は、カメラ本体１２０に係る全ての演算、制御を行い、センサ駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、記録媒体１２８、位相差ＡＦ部１２９、ＴＶＡＦ部１３０を制御する。カメラＭＰＵ１２５はマウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７とコマンドやデータを通信する。カメラＭＰＵ１２５はレンズＭＰＵ１１７に対し、レンズユニット１１０の光学情報やフォーカスレンズ１０４の位置の取得を要求する。また、カメラＭＰＵ１２５はレンズＭＰＵ１１７に対し、絞り１０２、フォーカスレンズ１０４、変倍レンズ（第１レンズ群１０１および第３レンズ群１０３）の駆動を要求する。カメラＭＰＵ１２５は、カメラ本体１２０の動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、プログラムをロードしたり変数を記憶したりするために用いるＲＡＭ１２５ｂ、設定値やＧＵＩデータなどを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃを有している。

表示器１２６はＬＣＤなどから構成され、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、メニュー画面、焦点検出時の合焦状態表示画像（合焦枠）、検出された被写体を示す画像（顔枠など）、設定値などを表示する。操作スイッチ（ＳＷ）群１２７は、電源スイッチ、レリーズスイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ、メニューボタン、方向キー、実行ボタンなどのスイッチ、ボタンなどの入力デバイス群である。なお、表示器１２６がタッチパネルディスプレイの場合、タッチパネルも操作スイッチに含まれる。記録媒体１２８は、例えば着脱可能な半導体メモリカードや内蔵不揮発性メモリであり、撮影によって得られた静止画、動画、音声などのデータを格納する。

位相差ＡＦ部１２９は、画像処理回路１２４により得られる位相差ＡＦ用の画像データを用い、位相差検出方式の焦点検出を行う。より具体的には、画像処理回路１２４が、レンズユニット１１０の光学系の射出瞳内の一対の瞳領域の一方を通過する光束で形成される像と、他方を通過する光束で形成される像とのデータを位相差ＡＦ用の画像データとして生成する。そして、位相差ＡＦ部１２９は位相差ＡＦ用の画像データを構成する一対の像のデータの位相差（ずれ量）に基づいて焦点ずれ量を検出する。このように、本実施形態の位相差ＡＦ部１２９は、専用のＡＦセンサを用いず、撮像素子１２２の出力に基づく位相差ＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）を行う。位相差ＡＦ部１２９の動作については後で詳細に説明する。

ＴＶＡＦ部１３０は、画像処理回路１２４が生成するＴＶＡＦ用の画像データ、より具体的にはＡＦ評価値（画像データのコントラスト情報）に基づいてコントラスト検出方式の焦点検出（ＴＶＡＦ）を行う。ＴＶＡＦは、フォーカスレンズ１０４の異なる位置で撮影された画像から、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ１０４の位置を合焦位置として検出する。
このように、本実施形態のデジタルカメラ１００は、位相差ＡＦとＴＶＡＦの両方を実行可能であり、状況に応じて選択的に使用したり、組み合わせて使用したりすることができる。

（構成の説明−撮像素子）
図２は、本実施形態の撮像素子１２２に行列上に配置された画素のうち、撮像画素の４列×４行分を模式的に示している。本実施形態において撮像素子１２２は、撮像画像の１画素分の信号を得るための撮像画素の各々の光電変換領域が行方向に２等分され、光電変換領域ごとの出力を取得することができる。光電変換領域ごとの出力を用いて撮像面位相差ＡＦ用の画像データを生成可能であるため、個々の光電変換領域は焦点検出画素とみなすことができる。したがって、図２は、焦点検出画素の８列×４行分ともいえる。

撮像素子１２２には、撮像画素の２行×２列を繰り返し単位２００とした原色ベイヤー配列のカラーフィルタが設けられている。繰り返し単位２００は、G（緑）のカラーフィルタが設けられた２つの撮像画素２００Ｇと、Ｒ（赤）のカラーフィルタが設けられた１つの撮像画素２００Ｒと、Ｂ（青）のカラーフィルタが設けられた１つの撮像画素２００Ｂとから構成される。本明細書では、設けられたカラーフィルタの色を撮像画素の色として記載する場合がある。また、単に画素と呼ぶ場合には撮像画素を指すものとする。例えば、画素２００Ｇは緑画素、２００Ｒは赤画素、２００Ｂは青画素である。また、図２の右上の画素に代表的に示すように、各撮像画素は、横２×縦１に等分割された光電変換部を有しており、左半分の光電変換部が第１焦点検出画素２０１、右半分の光電変換部が第２焦点検出画素２０２として利用可能である。撮像画素として利用する場合には、２つの光電変換部で得られた信号を加算した信号を撮像信号として用いる。

図２に示した４×４の撮像画素（８×４焦点検出画素）の配列を撮像素子１２２の撮像面に多数配置することにより、撮像画像を取得しつつ、画面の様々な位置を焦点検出領域として用いた撮像面位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。本実施形態では、撮像画素のピッチ（周期）Ｐが縦横とも４μｍで、画素数Ｎは、横５５７５×縦３７２５＝約２０７５万画素であるものとする。また、焦点検出画素の縦方向のピッチＰは撮像画素と同じであるが、横方向のピッチＰ_ＡＦは２μｍであり、従って焦点検出画素数Ｎ_ＡＦが横１１１５０×縦３７２５＝約４１５０万画素であるものとする。

図２に示した１つの撮像画素（ここでは２００Ｇとする）を、撮像素子の受光面側（＋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と光電変換部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と光電変換部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よい。

各画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１および光電変換部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、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２とで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よい。

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と光電変換部３０２で受光される。

光電変換部３０１と光電変換部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型層に蓄積され、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層３００を通じて撮像素子１２２の外部へ排出される。

光電変換部３０１と光電変換部３０２のｎ型層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示した概略説明図を図４に示す。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。

図４で、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。

図４で、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、図４で、瞳領域５００は、光電変換部３０１と光電変換部３０２（第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２）を合わせた、画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。

本実施形態の撮像素子と瞳分割との対応関係を示した概略図を図５（ａ）に示す。第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２の異なる瞳部分領域を通過した光束は、撮像素子の各（撮像）画素に、撮像面８００からそれぞれ異なる角度で入射し、２×１分割された光電変換部３０１および３０２で受光される。なお、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が、必要に応じて、垂直方向に瞳分割を行ってもよい。

撮像素子１２２には、結像光学系の第１瞳部分領域５０１を通過する光束を受光する第１焦点検出画素２０１と、第１瞳部分領域と異なる結像光学系の第２瞳部分領域５０２を通過する光束を受光する第２焦点検出画素２０２を有する撮像画素が配列されている。従って、撮像画素は、結像光学系の第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２を合わせた瞳領域５００を通過する光束を受光する。

なお、撮像素子１２２が有する全ての画素が複数の光電変換部を有するのではなく、撮像画素、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てもよい。あるいは、光電変換部を１つ有する撮像画素と、光電変換部を２つ有する（撮像画素としても使用可能な）焦点検出画素とが配置されても良い。

本実施形態において画像処理回路１２４は、図２に示したカラーフィルタの繰り返し単位ごとに４つの第１焦点検出画素２０１の出力を加算して得られる信号を複数連結して１つの位相差ＡＦ用の画像データ（ＡＦ用像信号）を生成する（以下、Ａ像という）。また、画像処理回路１２４は、カラーフィルタの繰り返し単位ごとに４つの第２焦点検出画素２０２の出力を加算して得られる信号を複数連結してもう１つのＡＦ用像信号（以下、Ｂ像という）を生成する。カラーフィルタの繰り返し単位内に存在する同種の焦点検出画素の出力を加算することで、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色成分を反映した信号が得られるため、分光感度の偏りが少ない輝度信号として扱うことができる。なお、撮像画像を得る場合には、画素単位で第１焦点検出画素２０１の出力と第２焦点検出画素２０２の出力とを加算した信号を取得する。

●（デフォーカス量と像ずれ量の関係）
以下、本実施形態の画像処理回路１２４で生成される１対の位相差ＡＦ用の画像データ（Ａ像およびＢ像）の像ずれ量と、光学系のデフォーカス量との関係について説明する。 図５（ｂ）に、デフォーカス量と、第１焦点検出信号（Ａ像）−第２焦点検出信号（Ｂ像）間の像ずれ量との概略関係図を示す。撮像面８００に撮像素子１２２が配置され、図４、図５（ａ）を参照して説明したように、撮影光学系の射出瞳が、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の大きさ｜ｄ｜は、被写体の結像位置から撮像面８００までの距離である。また、デフォーカス量ｄが負（ｄ＜０）の場合は、被写体の結像位置が撮像面８００より被写体側にある前ピン状態、正（ｄ＞０）の場合は、被写体の結像位置が撮像面８００より被写体の反対側にある後ピン状態を意味する。そして、被写体の結像位置が撮像面８００にある合焦状態で、デフォーカス量ｄの大きさは０となる。図５（ａ）で、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）にあり、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）と呼ぶ。

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、撮像面８００より被写体側の位置で一度集光する。そして、その後、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、それを受光する複数の画素のそれぞれで第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）により電気信号に変換される。そして、上述したように、位相差ＡＦ部が、第１焦点検出画素２０１の信号から第１焦点検出信号（Ａ像）を、第２焦点検出画素２０２の信号から第１焦点検出信号（Ｂ像）を生成する。よって、Ａ像（Ｂ像）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｜の増加に概ね比例して増加する。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｜の増加に概ね比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）の場合、Ａ像とＢ像との像ずれ方向が前ピン状態と反対となることをのぞき、デフォーカス量の大きさ｜ｄ｜と被写体像のボケ幅、像ずれ量ｐとの関係は同様である。
したがって、デフォーカス量の大きさの増加に伴い、Ａ像とＢ像との像ずれ量の大きさが増加する。

●（焦点検出）
［焦点検出領域］
まず、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号とを生成するために用いる、撮像素子１２２の画素領域である、焦点検出領域について説明する。図６は、撮像素子１２２の有効画素領域１０００に設定された焦点検出領域の例と、焦点検出時に表示器１２６に表示される焦点検出領域の指標とを重ねて示したものである。本実施形態では行方向に３つ、列方向に３つの、計９個の焦点検出領域が設定されているものとするが、これは単なる一例であり、より多くの、もしくはより少ない数の焦点検出領域が設定されてもよい。また、焦点検出領域は等間隔で設定されなくてもよい。さらに、撮像素子１２２のように有効画素領域１０００のどの画素も第１焦点検出画素および第２焦点検出画素を有する場合、焦点検出領域の位置やサイズを動的に設定してもよい。例えば、ユーザが指定した位置を中心に、所定の範囲を焦点検出領域として設定してもよい。

図６において、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、Ａ（ｎ，ｍ）の焦点検出領域を表す矩形枠状の指標をＩ（ｎ，ｍ）と表している。焦点検出領域内の第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２から得られる信号により、その焦点検出領域におけるデフォーカス量の検出に用いるＡ像およびＢ像が生成される。また、指標Ｉ（ｎ，ｍ）は通常、ライブビュー画像に重畳表示される。

［焦点検出］
次に、カメラＭＰＵ１２５が主体となって実現する、デジタルカメラ１００の焦点検出動作について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は、撮影スタンバイ時のようなライブビュー表示時（表示用動画撮影時）や、動画記録時（記録用動画撮影時）において実施される。

Ｓ５０１でカメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７などを通じて焦点検出動作の開始指示が入力されたか調べ、入力されていれば処理をＳ５０２へ進め、入力されていなければ待機する。なお、カメラＭＰＵ１２５は、焦点検出開始指示の入力に限らず、ライブビュー表示や動画記録の開始をトリガとして処理をＳ５０２に進めてもよい。

Ｓ５０２でカメラＭＰＵ１２５は、レンズユニット１１０のＦ値、レンズ枠情報やフォーカスレンズ位置、ピント補正量、最大デフォーカス量などの各種レンズ情報を、マウントＭを介してレンズＭＰＵ１１７から取得する。

Ｓ５０３でカメラＭＰＵ１２５は、逐次読み出されているフレーム画像データの、焦点検出領域内の画素データから、第１の焦点検出信号（Ａ像）と第２の焦点検出信号（Ｂ像）を生成するように画像処理回路１２４に指示する。画像処理回路１２４は指示に従ってＡ像とＢ像を生成し、カメラＭＰＵ１２５に出力する。後述するように、本実施形態において画像処理回路１２４はＡ像、Ｂ像を複数対生成する。

Ｓ５０４でカメラＭＰＵ１２５は、画像処理回路１２４が生成した複数対のＡ像、Ｂ像を位相差ＡＦ部１２９に供給する。位相差ＡＦ部１２９は、Ａ像とＢ像の各対に対して公知の相関演算などを適用して像のずれ量を算出する。また、位相差ＡＦ部１２９は、検出されたずれ量の信頼性なども判定し、得られた複数のずれ量の１つをデフォーカス量に変換する。この処理の詳細は、後述する。位相差ＡＦ部１２９は、選択したデフォーカス量をカメラＭＰＵ１２５に出力する。

Ｓ５０５でカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ５０４で位相差ＡＦ部１２９から得られたデフォーカス量に基づき、レンズユニット１１０のフォーカスレンズ１０４の駆動方向および駆動量を算出する。なお、位相差ＡＦ部１２９が焦点検出不能と判定した場合、カメラＭＰＵ１２５はフォーカスレンズ１０４を停止させる。あるいはカメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４の駆動モードをサーチ駆動モードに移行させるとともに、所定量のレンズ駆動を行うためのレンズ駆動量を算出する。たとえばカメラＭＰＵ１２５は、事前に決めた、被写体が存在する可能性が高い方向、例えば至近側に、所定量フォーカスレンズ１０４を駆動することを決定する。

Ｓ５０６でカメラＭＰＵ１２５は、マウントＭおよびレンズＭＰＵ１１７を介して、フォーカスレンズ１０４の駆動方向および駆動量の情報をフォーカス駆動回路１１６に送信する。フォーカス駆動回路１１６は、受信した駆動方向と駆動量の情報に基づいて、フォーカスレンズ１０４を駆動する。これにより、レンズユニット１１０の焦点調節が行われる。なお、図７の動作は、動画像データの次フレーム以降に対しても同様に実施されてよい。

次に、図７のＳ５０３で画像処理回路１２４が行う信号生成処理について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ５０３１で、画像処理回路１２４は、焦点検出領域内の画素が有する第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の出力を用いて、１対の焦点検出信号を生成する。上述したように、画像処理回路１２４は、第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）の出力を、まずカラーフィルタの繰り返し単位ごとに加算してから、焦点検出方向に連結して焦点検出用の像信号であるＡ像（Ｂ像）を生成する。

次にＳ５０３２で画像処理回路１２４は、Ｓ５０３１で生成した１対の像信号を補正する。この補正には例えば、光学系の周辺光量低下（ビネッティング）に起因する像信号間のレベル差の補正や、画素感度のばらつきに起因する固定パターンノイズの補正が含まれる。画像処理回路１２４は、補正後の像信号を、例えばカメラＭＰＵ１２５のＲＡＭ１２５ｂに一時的に保存する。

Ｓ５０３３で、画像処理回路１２４は、補正後の像信号をＲＡＭ１２５ｂから読み出し、第１の信号を生成する。第１の信号は、補正後のＡ像、Ｂ像それぞれについて、データ量を削減した１対の像信号であり、画像処理回路１２４は例えばデータを間引きしたり、隣接する複数のデータを代表値で置換したりすることで生成する。

例えば、データ量を１／３に圧縮した第１の信号を、連続する３つのデータを代表値（ここでは平均値とする）で置換することにより生成するものとする。この場合、補正後のＡ像およびＢ像をそれぞれＡ（ｋ）、Ｂ（ｋ）（１≦ｋ≦Ｐの整数）で表すと、第１の信号Ａ２（ｍ）、Ｂ２（ｍ）（１≦ｍ≦Ｑの整数）は、以下の式（１），（２）で表される。
Ａ２（ｍ）＝（Ａ（ｍ）＋Ａ（ｍ＋１）＋Ａ（ｍ＋２））／３ （１）
Ｂ２（ｍ）＝（Ｂ（ｍ）＋Ｂ（ｍ＋１）＋Ｂ（ｍ＋２））／３ （２）
これにより、第１の信号Ａ２（ｍ）、Ｂ２（ｍ）を形成するデータの数は、おおよそＰ／３個に圧縮（削減）される。画像処理回路１２４は、第１の信号をカメラＭＰＵ１２５の例えばＲＡＭ１２５ｂに保存する。

Ｓ５０３４で、で、画像処理回路１２４は、補正後の像信号を再びＲＡＭ１２５ｂから読み出し、第２の信号を生成する。第２の信号は、補正後のＡ像、Ｂ像それぞれについて、第１の信号よりデータ量の削減が少ない１対の像信号である。例えば、データ量の削減を行わない場合、画像処理回路１２４は読み出した補正後のＡ像、Ｂ像をそのまま第２の信号とすることができる。補正後のＡ像およびＢ像をそれぞれＡ（ｋ）、Ｂ（ｋ）（１≦ｋ≦Ｐの整数）で表すと、第２の信号Ａ３（ｎ）、Ｂ３（ｎ）（１≦ｎ≦Ｐの整数）は、以下の式（３），（４）で表される。
Ａ３（ｎ）＝Ａ（ｎ） （３）
Ｂ３（ｎ）＝Ｂ（ｎ） （４）
画像処理回路１２４は、第２の信号をカメラＭＰＵ１２５の例えばＲＡＭ１２５ｂに保存する。

Ｓ５０３３、Ｓ５０３４で生成する第１の信号と第２の信号のデータ圧縮率（圧縮後のデータ量／圧縮前のデータ量（％））は、上述した例に限らない。例えば、記録画像のデータ圧縮率が高い場合には、第１の信号のデータ量を１／６に圧縮し、第２の信号のデータ量を１／２に圧縮するようにしてもよい。
Ｓ５０３４で第２の信号の生成を終えると、画像処理回路１２４は焦点検出用信号生成処理を終了する。

次に、図７のＳ５０４で位相差ＡＦ部１２９が行うデフォーカス量の検出処理について、図９に示すフローチャートを用いてさらに説明する。
Ｓ５０４１で位相差ＡＦ部１２９は、カメラＭＰＵ１２５から供給される第１の信号と第２の信号のうち、第１の信号のＡ像とＢ像に対する相関演算（第１の相関演算）を行う。位相差ＡＦ部１２９は、相関演算を行う際、視野内データ数とシフトデータ数を設定する。視野内データとは、相関演算を行う際の窓に相当し、焦点検出を行う領域の広さを決定する。視野内データ数を大きくすると、相関演算結果の信頼性を高めることができる一方、距離の異なる被写体が焦点検出領域内に存在する場合に遠近競合が発生しやすくなる。遠近競合とは、距離の異なる被写体に係る像信号の相関演算を行った場合に、デフォーカス量が検出できなかったり、デフォーカス量を検出する被写体を誤ったりする現象である。

遠近競合の発生を抑制しつつ、精度の良いデフォーカス量を検出するには、被写体の大きさや光学系の焦点距離（画角）などの情報をもとに、Ａ像とＢ像に、相関演算に用いる適切な範囲（区間）を設定する必要がある。この範囲の大きさを定めるのが視野内データ数であり、例えば位相差ＡＦ部１２９は、予め定められたパラメータの種類と値との組み合わせごとに視野内データ数が登録されたテーブルを参照するなどして設定することができる。また、シフトデータ数は、Ａ像とＢ像の相対位置（位相差）を変化させながら相関量を算出する際の最大ずらし量に相当する。相関量算出時のＡ像とＢ像の最大ずらし量を大きくすると、ボケの大きな被写体に対するデフォーカス量の検出が可能になる反面、相関量の算出に要する演算量が増加し、焦点検出に要する時間が長くなる。

本実施形態において、第１の信号は、第２の信号よりも圧縮率が高いため、圧縮前のＡ像とＢ像における同一ずらし量に対応するシフトデータ数は第２の信号よりも少なくなる。そのため、第２の信号に対する相関演算よりも、おおきなずらし量に対応するシフトデータ数を設定して相関演算を行い、より広いデフォーカス範囲の焦点検出を行う。

第１の相関演算に用いる相関量ＣＯＲ１（ｈ）は、例えば下記の式（５）で算出することができる。

式（５）において、Ｗ１は視野内データ数に相当し、ｈｍａｘがシフトデータ数に相当する。位相差ＡＦ部１２９は各シフト量ｈについての相関量ＣＯＲ１（ｈ）を求めた後、Ａ像とＢ像の相関が最も高くなるシフト量ｈ、すなわち、相関量ＣＯＲ１（ｈ）が最小となるシフト量ｈの値を求める。なお、相関量ＣＯＲ１（ｈ）の算出時におけるシフト量ｈは整数とするが、相関量ＣＯＲ１（ｈ）が最小となるシフト量ｈを求める場合には、デフォーカス量の精度を向上させるため、補間処理などを行い、サブピクセル単位の値（実数値）を求める。

なお、本実施形態では、相関量ＣＯＲ１の差分値の符号が変化するシフト量を、相関量ＣＯＲ１（ｈ）が最小となるシフト量ｈ（サブピクセル単位）として算出する。
まず、位相差ＡＦ部１２９は、相関量の差分値ＤＣＯＲ１を以下の式（６）に従って算出する。
ＤＣＯＲ１（ｈ）＝ＣＯＲ１（ｈ）−ＣＯＲ１（ｈ−１） （６）
そして、位相差ＡＦ部１２９は、相関量の差分値ＤＣＯＲ１を用いて、差分量の符号が変化するシフト量ｄｈ１を求める。差分量の符号が変化する直前のｈの値をｈ１、符号が変化したｈの値をｈ２（ｈ２＝ｈ１＋１）とすると、位相差ＡＦ部１２９はシフト量ｄｈ１を、以下の式（７）に従って算出する。
ｄｈ１＝ｈ１＋｜ＤＣＯＲ１（ｈ１）｜／｜ＤＣＯＲ１（ｈ１）−ＤＣＯＲ１（ｈ２）｜
（７）
以上のようにして位相差ＡＦ部１２９は、第１の信号のＡ像とＢ像の相関が最大となるシフト量ｄｈ１をサブピクセル単位で算出し、Ｓ５０４１の処理を終える。なお、２つの１次元像信号のずれ量（位相差）を算出する方法は、ここで説明したものに限らず、公知の任意の方法を用いることができる。

次に、Ｓ５０４２で、相関演算手段としての位相差ＡＦ部１２９は、第２の信号のＡ像（Ａ３）とＢ像（Ｂ３）に対する相関演算（第２の相関演算）を行う。ここでも位相差ＡＦ部１２９は、視野内データ数とシフトデータ数を設定する。視野内データ数は、上述のとおり被写体の遠近競合とデフォーカス検出精度とを考慮して設定する。本実施形態で位相差ＡＦ部１２９は、圧縮前のＡ像およびＢ像において、第１の相関演算時に設定した視野内データ数に対応する範囲と概ね同一の範囲に対応する視野内データ数を設定する。これは、第１の信号と第２の信号とで相関演算に用いる信号の起点が共通の場合、圧縮率の差を考慮した視野内データ数を設定することにより実現できる。本実施形態では、第１の信号は第２の信号の１／３に圧縮されているため、第２の相関演算における視野内データ数は、第１の相関演算における視野内データ数の３倍とすればよい。

このように、第１の信号に対する相関演算と第２の信号に対する相関演算において、圧縮前の像信号において概ね同一領域を対象とするように視野内データ数を設定することにより、２つの相関演算結果を切り替えて使用することが可能になる。２つの相関演算が、圧縮前の像信号において異なる範囲を対象としていると、それぞれの相関演算結果が異なる被写体を対象としている可能性があり、２つの相関演算結果を切り替えてフォーカスレンズを駆動した場合、合焦する被写体が変化してしまう場合がある。本実施形態では、第１の相関演算と第２の相関演算は、検出可能なデフォーカス量の範囲は異なるが、同じ像信号の範囲に基づいて相関演算を行っているため、合焦度合いに応じて両者を切り替えて用いることができる。

本実施形態において、第２の信号は、第１の信号に対して圧縮率が低いため、第１の信号よりも高周波成分を多く有している。そのため、光学系の収差の影響やＦ値によらず、単位デフォーカス量あたりの像ずれ量を比較的大きく確保でき、第１の信号を用いる場合より精度の高いデフォーカス量を検出できる。一方、第２の信号は第１の信号よりもデータ数が多いため、シフト量ごとの相関量を得るための演算量が第１の信号よりも多くなる。さらに、同じデフォーカス量の範囲に対応する相関量を得るためのシフト回数が第１の信号よりも多いため、第１の相関演算と同じシフトデータ数を設定すると演算量がさらに多くなる。したがって、第２の相関演算では、第１の相関演算よりも、シフトデータ数を小さく設定し、より狭い範囲でデフォーカス量を検出する。

位相差ＡＦ部１２９は、第２の相関演算に用いる相関量ＣＯＲ２（ｇ）、相関量の差分値ＤＣＯＲ２（ｇ）を、視野内データ数Ｗとシフトデータ数ｈｍａｘの値が異なることをのぞき、相関量ＣＯＲ１（ｈ）、相関量の差分値ＤＣＯＲ１（ｈ）と同様に算出する。また、位相差ＡＦ部１２９は、第２の信号のＡ像とＢ像の相関が最大となるシフト量ｄｈ２も、ｄｈ１と同様にしてサブピクセル単位で算出する。

次に、Ｓ５０４３で位相差ＡＦ部１２９は、第２の相関演算結果の信頼性を評価する。信頼性の評価は、例えば、ＣＯＲ２（ｇ）の極小値の大きさや、シフト量ｄｈ２近傍のＤＣＯＲ２（ｇ）の大きさに基づいて行うことができる。ＣＯＲ２（ｇ）の極小値は、小さいほどＡ像信号とＢ像信号の一致度が高いことを示すため、小さいほど相関演算結果の信頼性は高いと評価できる。また、ＤＣＯＲ２（ｇ）の大きさが大きいほど、シフト量に対する相関量の変化が大きいことを示すため、サブピクセル単位のシフト量ｄｈ２の精度が高く、やはり相関演算結果の信頼性は高いと評価できる。位相差ＡＦ部１２９は、これら値の１つ以上を用いて、相関演算結果の信頼性を評価する。なお、評価に複数の値を用いる場合には、例えば個々の値が一定の信頼性を有しつつ、かつ少なくとも一方が高い信頼性に該当する場合に、相関演算結果の信頼性がある（高い）と評価することができる。なお、この評価基準は一例であり、他の評価基準も採用しうる。

Ｓ５０４３で、第２の相関演算結果に信頼性があると判定されると、位相差ＡＦ部１２９は処理をＳ５０４５に進め、第２の相関演算で得られたシフト量（ずれ量）に対して所定の敏感度を適用してデフォーカス量を算出する。そして位相差ＡＦ部１２９は、算出したデフォーカス量をカメラＭＰＵ１２５に出力して処理を終了する。上述の通り、第２の信号を用いる第２の相関演算は、第１の信号を用いる第１の相関演算よりも検出可能なデフォーカス範囲は狭いが、検出精度は高い。したがって、第２の相関演算結果が信頼できる場合には、第１の相関演算結果よりも第２の相関演算結果を優先して用いてデフォーカス量を検出する。

一方、Ｓ５０４３で第２の相関演算結果に信頼性がない（低い）と判定されると、位相差ＡＦ部１２９は処理をＳ５０４４に進め、第１の相関演算結果について信頼性を評価する。信頼性の評価は、第２の相関演算結果と同様に行うことができるが、評価基準は第２の相関演算結果に用いるものより緩くしてもよい。第１の相関演算結果に信頼性がある（高い）と判定されると、位相差ＡＦ部１２９は処理をＳ５０４６に進め、第１の相関演算で得られたシフト量（ずれ量）に対して所定の敏感度を適用してデフォーカス量を算出する。そして位相差ＡＦ部１２９は、算出したデフォーカス量をカメラＭＰＵ１２５に出力して処理を終了する。第２の相関演算結果に信頼性がないと判定されているため、合焦近傍のデフォーカス状態ではない（デフォーカス量が大きい）と推定される。したがって、第２の相関演算よりも、検出可能なデフォーカス範囲が広い第１の相関演算の結果を用いてデフォーカス量を検出する。

また、Ｓ５０４４で、第１の相関演算結果についても信頼性がない（低い）と判定された場合、位相差ＡＦ部１２９は処理をＳ５０４７に進め、焦点検出不能と判定し、カメラＭＰＵ１２５に通知して処理を終了する。

このように本実施形態では、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号から、圧縮率の異なる複数対の信号を生成し、個々の信号対のずれ量を検出する。そして、信頼性が高いと判定されるずれ量のうち、圧縮率の低い方の（または最も低い）信号対のずれ量に基づいてデフォーカス量を算出するようにした。このような構成の利点について説明する。

図１０は、本実施形態における第１の相関演算と第２の相関演算で用いられる視野内データ数Ｗとシフトデータ数ｈｍａｘの組み合わせを示す図である。第１の相関演算の対象である第１の信号は、焦点検出信号（Ａ像、Ｂ像）を位相差検出方向に１／３に圧縮した信号のため、視野内データ数Ｗ１は第２の相関演算の視野内データ数Ｗ２の１／３である。しかしながら、視野内データ数Ｗ１とＷ２が対応する焦点検出信号の区間の大きさは、概ね同一となるように構成されている。また、第１の相関演算においては、第２の相関演算よりも大きなデフォーカス量（ずれ量）の検出に対応するようにシフトデータ量Ｓ１を設定する。そのため、シフトデータ数Ｓ１の視野内データ数Ｗ１に対する割合Ｓ１／Ｗ１を、第２の相関演算のシフトデータ数Ｓ２の視野内データ数Ｗ２に対する割合Ｓ２／Ｗ２より大きくなるように設定する。

図１０に示す圧縮率の場合、第２の相関演算において第１の相関演算と同様の範囲のデフォーカス量を検出可能にするには、シフトデータ数をＳ１の３倍に設定する必要がある。これにより広いデフォーカス検出範囲と精度の高い焦点検出とを両立できるが、シフト演算回数が、±３×Ｓ１回と多くなってしまう。本実施形態では、検出するデフォーカス範囲と検出精度の確保を複数種の相関演算によって実現することにより、より少ないシフト回数（Ｓ１＋Ｓ２）で、演算量の低減と演算精度の確保とを両立している。

また、第１の相関演算と第２の相関演算に用いる第１の信号および第２の信号は同一時刻に生成された画像信号から生成されているため、被写体の経時変化の影響を受けることなく２つの相関演算結果を切り替えて利用することができる。例えば、上述の場合は精度の高い第２の相関演算を合焦近傍のデフォーカス範囲で使用するように構成したが、低照度環境などＳ／Ｎの悪い環境では、圧縮率の高い第１の相関演算結果の方が高精度に検出できる場合もある。したがって、予め定められた条件を満たし、かつ第１の相関演算結果に信頼性があると判定される場合には、第１の相関演算結果を優先して用いてデフォーカス量を算出するように構成してもよい。

また、本実施形態では、２種類の相関演算結果から１つを選択して用いるように構成したが、３種類以上の相関演算結果を算出してもよい。これにより、検出するデフォーカス範囲と検出精度とのより細かい組み合わせに対応した相関演算結果を得ることができ、また、さらなる演算量低減を実現できる。また、１つのずれ量を選択してからデフォーカス量を算出したが、個々のずれ量からデフォーカス量を算出し、デフォーカス量の１つを選択するようにしてもよい。相関演算結果（ずれ量）が３つ以上算出されている場合、例えばデフォーカス量の検出精度の高い順に信頼性を評価し、最初に信頼性がある（高い）と判定されたずれ量に基づいてデフォーカス量を算出すればよい。

以上説明したように本実施形態によれば、焦点検出画素の出力信号を用いた位相差検出方式の焦点検出において、検出可能なデフォーカス範囲や焦点検出精度の異なる複数の相関演算の結果の１つに基づいてデフォーカス量を検出するようにした。例えば、検出可能なデフォーカス範囲が広くなるにつれて、焦点検出精度が低くなるような、データ量の異なる複数の信号対に関する相関演算の結果の１つを用いてデフォーカス量を検出する。これにより、１つの相関演算によって広いデフォーカス検出範囲にわたって高精度の焦点検出精度を得る場合と比較して、デフォーカス状態に見合った精度を、より少ない演算量を低減することができる。

●（第２の実施形態）
図１１を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、個々の相関演算結果を得たあと、信頼性などに応じて１つの相関演算結果（ずれ量）を選択する構成であった。一方、第２の実施形態では、相関演算を行う前に、複数種類の相関演算のうち、実行すべきものを選択することで、第１の実施形態よりも多くの演算量を低減可能とする。なお、第１の実施形態において説明した図１〜図７に関しては本実施形態と共通するため、説明は省略する。

図１１は、第２の実施形態における位相差ＡＦ部１２９が行うデフォーカス量の算出処理を示すフローチャートである。
Ｓ６０４１で位相差ＡＦ部１２９は、例えばカメラＭＰＵ１２５のＲＡＭ１２５ｂから、レンズ情報を取得する。レンズ情報は、例えばＳ５０２でカメラＭＰＵ１２５がレンズＭＰＵ１１７を通じて取得する情報で、レンズユニット１１０のＦ値、焦点検出結果の補正量、焦点調節が可能な範囲（最大デフォーカス量）などに関する情報である。カメラＭＰＵ１２５は、デジタルカメラ１００の起動時や、レンズユニット１１０の交換時などにレンズＭＰＵ１１７からレンズ情報を取得し、例えばＲＡＭ１２５ｂの所定領域に記憶する。また、位相差ＡＦ部１２９は、焦点検出領域情報を取得する。焦点検出領域情報は、現在設定されている焦点検出領域の位置（像高）に関する情報であり、カメラＭＰＵ１２５のＲＡＭ１２５ｂまたは位相差ＡＦ部１２９の内部メモリから取得することができる。

次に、Ｓ６０４２で位相差ＡＦ部１２９は、実行すべき相関演算（もしくは相関演算の対象となる信号対）を選択もしくは決定する。第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、検出可能なデフォーカス範囲や焦点検出精度の異なる相関演算を行うことが可能であるが、位相差ＡＦ部１２９は、Ｓ６０４１で取得した情報に基づいて選択した特定の信号対に対して相関演算を実行する。これにより、デフォーカス量の検出に要する相関演算量を低減することができる。

例えば、光学系のＦ値が大きくなると、焦点検出に用いる信号の基線長が小さくなるため、相関演算で得られるずれ量（シフト量ｄｈ）からデフォーカス量を算出するために用いる敏感度が大きくなる。敏感度が大きくなると、同一範囲のシフト量で検出可能なデフォーカス範囲が広くなる。そのため、位相差ＡＦ部１２９は例えば、取得したレンズ情報のＦ値が予め定められた値以上の場合には、第２の相関演算のみで、高精度かつ広範囲のデフォーカス検出が可能と判定し、第２の相関演算だけを実行することができる。なお、敏感度は、Ｆ値だけでなく焦点検出領域の像高によっても変化するため、Ｆ値だけでなく像高も予め定められた条件を満たす場合に第２の相関演算だけを実行するように決定してもよい。また、位相差ＡＦ部１２９は、撮影レンズの最大デフォーカス量が所定量より小さく、第２の相関演算のみで対応可能な場合も、第２の相関演算だけを実行するように決定することができる。

一方、焦点検出結果の補正量が小さい場合、光学系の収差が小さいことを示している。したがって、補正量の大きさが、例えば第１の相関演算と第２の相関演算に対して期待できる焦点検出精度が、ほぼ同等と見なせる程度に光学系の収差が小さいことを示す場合、位相差ＡＦ部１２９は第１の相関演算だけを実行するように決定することができる。

なお、実行する相関演算を、レンズ情報や焦点検出領域情報以外に基づいて選択してもよい。例えば位相差ＡＦ部１２９は、カメラＭＰＵ１２５から現在の被写体輝度に関する情報を取得し、平均輝度が所定値未満の場合であれば、低照度環境で画像のＳ／Ｎが悪いと判定し、第１の相関演算だけを実行するように決定することができる。

Ｓ６０４３で位相差ＡＦ部１２９は、選択もしくは決定された信号対に対する相関演算および、相関演算結果の信頼性評価を、第１の実施形態のＳ５０４１やＳ５０４２と同様に行う。

Ｓ６０４４で位相差ＡＦ部１２９は、相関演算結果の信頼性がある（高い）か否かを判定する。信頼性があると判定された場合、位相差ＡＦ部１２９は処理をＳ６０４５に進め、第１の実施形態のＳ５０４５やＳ５０４６と同様にして、相関演算結果からデフォーカス量を算出し、カメラＭＰＵ１２５に出力して処理を終了する。

一方で、Ｓ６０４４で信頼性がない（低い）と判定された場合、位相差ＡＦ部１２９は処理をＳ６０４６に進め、第１の実施形態のＳ５０４７と同様にして焦点検出不能と判定し、カメラＭＰＵ１２５に通知する。

本実施形態によれば、検出可能なデフォーカス範囲や焦点検出精度の異なる複数の相関演算の１つを選択して実行し、その結果に基づいてデフォーカス量を検出するようにした。そのため、第１の実施形態と同様の効果を、より少ない演算量で実現することができる。

（その他の実施形態）
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。

１００…デジタルカメラ、１０４…フォーカスレンズ、１１０…レンズユニット、１１６…フォーカス駆動回路、１１７…レンズＭＰＵ、１２０…カメラ本体、１２５…レンズＭＰＵ、１２２…撮像素子、１２４…画像処理回路、１２９…位相差ＡＦ部

Claims (17)

1. 撮像素子から得られる信号に基づいて、複数対の像信号を生成する生成手段と、
   前記複数対の像信号の少なくとも１対に関して、相対的に位置をずらしながら演算した相関量に基づいて、像信号のずれ量を検出する演算手段と、
   前記演算手段が演算したずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、
   前記デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、
   前記生成手段は、前記複数対の像信号として、検出可能なデフォーカス量の範囲と、デフォーカス量の検出精度とが異なる信号対を生成する、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記演算手段は、前記複数対の像信号のそれぞれに関して前記ずれ量を検出し、
   前記算出手段は、前記演算手段が検出した複数の前記ずれ量のうち１つに基づいて前記デフォーカス量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ずれ量の信頼性を評価する評価手段をさらに有し、
   前記算出手段は、前記演算手段が検出した複数の前記ずれ量のうち、前記信頼性に基づいて選択された１つに基づいて前記デフォーカス量を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記算出手段は、前記演算手段が検出した複数の前記ずれ量のうち、前記デフォーカス量の検出精度が高い像信号に対するずれ量から順に前記信頼性があるか否かを判定し、前記信頼性があると判定されたずれ量に基づいて前記デフォーカス量を算出する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記演算手段は、前記複数対の像信号のうち１対の像信号に関して前記ずれ量を検出し、
   前記算出手段は、前記演算手段が検出した前記ずれ量に基づいて前記デフォーカス量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記複数対の像信号のうち１対の像信号を選択する選択手段をさらに有し、
   前記演算手段は、前記選択手段が選択した１対の像信号に関して前記ずれ量を検出する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記選択手段は、レンズユニットのＦ値に基づいて前記選択を行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記生成手段は、予め設定された焦点検出領域内の画素から得られる信号に基づいて前記複数対の像信号を生成し、
   前記選択手段は、前記Ｆ値に加え、前記焦点検出領域の位置の情報に基づいて前記選択を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記選択手段は、レンズユニットの光学系の収差の大きさに関する情報に基づいて前記選択を行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
10. 前記選択手段は、被写体輝度に関する情報に基づいて前記選択を行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
11. 前記生成手段が、前記撮像素子から得られる１対の像信号のデータ量を、異なる圧縮率で圧縮することにより、前記複数対の像信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記演算手段は、
    前記相関量を演算する１対の像信号に、前記相関量の演算に用いる区間と、相対的な位置の最大ずらし量とを設定して前記相関量の演算を行い、
    前記撮像素子から得られる前記１対の像信号における範囲が等しくなるように、前記複数対の像信号のそれぞれに前記区間を設定する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記演算手段は、前記圧縮率の高い像信号ほど、前記最大ずらし量の前記区間に対する割合が大きくなるように前記最大ずらし量と前記区間を設定することを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
14. 撮像素子から得られる信号に基づいて、複数対の像信号を生成する生成手段と、
    前記複数対の像信号の少なくとも１対に関して、相対的に位置をずらしながら演算した相関量に基づいて、像信号のずれ量を検出する演算手段と、
    前記演算手段が演算したずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、
    前記デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を有し、
    前記生成手段は、前記撮像素子から得られる１対の像信号のデータ量を、異なる圧縮率で圧縮することにより、前記複数対の像信号を生成する、
    ことを特徴とする撮像装置。
15. 生成手段が、撮像素子から得られる信号に基づいて、複数対の像信号を生成する生成工程と、
    演算手段が、前記複数対の像信号の少なくとも１対に関して、相対的に位置をずらしながら演算した相関量に基づいて、像信号のずれ量を検出する演算工程と、
    算出手段が、前記演算工程が演算したずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する算出工程と、
    制御手段が、前記デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御工程と、を有し、
    前記生成工程において前記生成手段は、前記複数対の像信号として、検出可能なデフォーカス量の範囲と、デフォーカス量の検出精度とが異なる信号対を生成する、
    ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
16. 生成手段が、撮像素子から得られる信号に基づいて、複数対の像信号を生成する生成工程と、
    演算手段が、前記複数対の像信号の少なくとも１対に関して、相対的に位置をずらしながら演算した相関量に基づいて、像信号のずれ量を検出する演算工程と、
    算出手段が、前記演算工程が演算したずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する算出工程と、
    制御手段が、前記デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御工程と、を有し、
    前記生成工程において前記生成手段は、前記撮像素子から得られる１対の像信号のデータ量を、異なる圧縮率で圧縮することにより、前記複数対の像信号を生成する、
    ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
17. 撮像装置が有するコンピュータを、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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