WO2013168658A1 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

焦点検出装置

　本発明は瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置および像ズレ量検出装置に関する。

　瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置が知られている（特許文献１参照）。その焦点検出装置は、光学系の射出瞳を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を生成する。その一対の像信号を相対的にシフトして周知の相関演算を施すことにより、その相対的にシフトした一対の像信号列の一致度を表す相関値を算出する。その相関値に基づき、その相対的にシフトした一対の像信号列のパターンの一致度が最大となるシフト量を、その一対の被写体像の相対的な像ズレ量として検出する。それとともに、その像ズレ量に応じて光学系の焦点調節状態を検出する。その光学系の焦点調節状態は、予定焦点面と検出された像面との差、すなわちデフォーカス量で表される。

日本国特開２００７－２３３０３２号公報

　上記従来の瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置においては、一対の像パターンの一致度に基づいて像ズレ量が検出されている。そのため、光学系の収差などの影響により一対の像パターンの同一性、すなわち像の形成位置以外の像波形（像パターン）の同一性が低下した場合には像ズレ検出誤差が生じ、結果的に焦点検出精度が低下するという問題があった。

　本発明の第１の態様によると、焦点検出装置は、光学系の射出瞳を通過する一対の光束が形成する一対の像に対応した第１像信号列および第２像信号列を生成するイメージセンサと、前記第１像信号列および前記第２像信号列を相対的に所定量ずつシフトする毎に、前記第１像信号列および前記第２像信号列のうちの互いに対応する第１像信号および第２像信号を加算することにより複数の合成像信号を生成し、前記複数の合成像信号の評価値に基づき、前記一対の像の相対的な像ズレ量を検出する像ズレ量検出部と、前記像ズレ量に基づきデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備える。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の焦点検出装置において、前記像ズレ量検出部は、前記第１像信号列および前記第２像信号列を前記所定量ずつシフトする毎に算出する前記評価値の最大値に対応する、前記第１像信号列および前記第２像信号列の相対的なシフト量を、前記像ズレ量として検出するのが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第２の態様の焦点検出装置において、前記評価値は、前記複数の合成像信号の差分値に基づいて算出されるのが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第３の態様の焦点検出装置において、前記評価値は、前記複数の合成像信号の１階差分値として得られる前記差分値に基づいて算出されるのが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第４の態様の焦点検出装置において、前記１階差分値は、前記複数の合成像信号により形成される合成像信号列に含まれる所定の順序差を有する２つの合成像信号の差分であるのが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第３の態様の焦点検出装置において、前記評価値は、前記複数の合成像信号の信号値の最大値と最小値との差分として得られる前記差分値に基づいて算出されるのが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、第３の態様の焦点検出装置において、前記評価値は、前記複数の合成像信号の２階差分値として得られる前記差分値に基づいて算出されるのが好ましい。
　本発明の第８の態様によると、第７の態様の焦点検出装置において、前記２階差分値は、前記複数の合成像信号が形成する合成像信号列に含まれる任意の合成像信号に対して降順方向に所定の順序差を有する他の合成像信号の差分と、前記任意の合成像信号に対して昇順方向に前記所定の順序差を有する他の合成像信号の差分との和であるのが好ましい。
　本発明の第９の態様によると、第３の態様の焦点検出装置において、前記評価値は、前記複数の合成像信号のＭＴＦを所定の周波数帯域の範囲で積分して得られるのが好ましい。
　本発明の第１０の態様によると、第１の態様の焦点検出装置において、前記複数の合成像信号に対する線形結合演算を通じて前記複数の合成像信号が形成する合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、前記第１像信号列および前記第２像信号列が前記所定量ずつシフトする毎に、前記複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出部をさらに備えるのが好ましい。前記像ズレ量検出部は、前記複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することにより前記コントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、前記評価値を、前記第１像信号列および前記第２像信号列が前記所定量ずつシフトする毎に算出し、前記像ズレ量検出部は、前記第１像信号列および前記第２像信号列を前記所定量ずつシフトする毎に前記評価値を算出することによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、前記像ズレ量として検出する。
　本発明の第１１の態様によると、第１０の態様の焦点検出装置において、前記非線形関数は、前記複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲では単調関数であるのが好ましい。
　本発明の第１２の態様によると、第１１の態様の焦点検出装置において、前記非線形関数の一次導関数は、前記複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲では単調関数であるのが好ましい。
　本発明の第１３の態様によると、第１２の態様の焦点検出装置において、前記非線形関数は、２次関数であるのが好ましい。
　本発明の第１４の態様によると、第１０～第１３のいずれか１態様の焦点検出装置において、前記線形結合演算は、正の整数ＮについてのＮ階差分演算であるのが好ましい。
　本発明の第１５の態様によると、第１０～第１４のいずれか１態様の焦点検出装置において、前記像ズレ量検出部は、前記非線形コントラスト信号列を構成する各信号を積算することにより前記評価値を算出するのが好ましい。
　本発明の第１６の態様によると、第１０～第１４のいずれか１態様の焦点検出装置において、前記第１像信号列および前記第２像信号列の各々は、前記一対の像の各々を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる信号列であり、前記第１像信号列および前記第２像信号列が前記所定量ずつシフトすることによって得られる複数のシフト量は、前記所定の空間ピッチ単位の離散的な値であり、前記像ズレ量検出部は、前記複数のコントラスト評価値の中で前記極値を示すコントラスト評価値と、前記コントラスト評価値に対応する前記シフト量および前記シフト量に対して前記所定の空間ピッチだけ増減した２つのシフト量における２つのコントラスト評価値とに基づき、前記像ズレ量を前記所定の空間ピッチ以下の精度で検出するのが好ましい。
　本発明の第１７の態様によると、第１～第１６のいずれか１態様の焦点検出装置において、前記第１像信号列および前記第２像信号列を相対的に所定量ずつシフトする毎に、前記第１像信号列および前記第２像信号列の一致度を表す相関値を相関演算により算出し、前記相関値に基づき前記第１像信号列および前記第２像信号列の前記一致度が最大となるときの前記第１像信号列および前記第２像信号列の相対的なシフト量を、前記一対の像の相対的な第１像ズレ量として検出する他の検出部と、前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する選択部とをさらに備えるのが好ましい。前記デフォーカス量算出部は、前記選択部により前記他の検出部が選択されたとき、前記他の検出部により検出された前記第１像ズレ量に基づいて前記デフォーカス量を算出し、前記選択部により前記像ズレ量検出部が選択されたとき、前記像ズレ量検出部により検出された前記像ズレ量である第２像ズレ量に基づいて前記デフォーカス量を算出する。
　本発明の第１８の態様によると、第１７の態様の焦点検出装置において、前記選択部は、前記光学系の焦点検出状態に応じて前記第１像ズレ量検出部と前記第２像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択するのが好ましい。
　本発明の第１９の態様によると、第１８の態様の焦点検出装置において、前記焦点検出状態は前記デフォーカス量の絶対値で表され、前記選択部は、前記デフォーカス量の前記絶対値が所定値を超える場合に前記他の検出部を選択し、前記デフォーカス量の前記絶対値が前記所定値以内の場合に前記像ズレ量検出部を選択するのが好ましい。
　本発明の第２０の態様によると、第１７の態様の焦点検出装置において、前記選択部は、前記光学系の光学特性に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択するのが好ましい。
　本発明の第２１の態様によると、第２０の態様の焦点検出装置において、前記光学特性は、前記光学系の収差量、前記光学系の絞りＦ値および前記光学系の射出瞳距離のうちのいずれか１つで表されるのが好ましい。
　本発明の第２２の態様によると、第１７の態様の焦点検出装置において、前記選択部は、光軸に対して前記第１像信号列および第２像信号列が生成される位置を表す像高に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択するのが好ましい。
　本発明の第２３の態様によると、第１７の態様の焦点検出装置において、前記選択部は、前記デフォーカス量の必要検出精度に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択するのが好ましい。
　本発明の第２４の態様によると、第１７の態様の焦点検出装置において、前記選択部は、前記第１像信号列および前記第２像信号列に基づいて得られる前記一対の像の像品質に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択するのが好ましい。
　本発明の第２５の態様によると、第１～第１６のいずれか１態様の焦点検出装置において、前記第１像信号列および前記第２像信号列を相対的に所定量ずつシフトする毎に、前記第１像信号列および前記第２像信号列の一致度を表す相関値を相関演算により算出し、前記相関値に基づき前記第１像信号列および前記第２像信号列の前記一致度が最大となるときの前記第１像信号列および前記第２像信号列の相対的なシフト量を、前記一対の像の相対的な第１像ズレ量として検出する他の検出部をさらに備えるのが好ましい。前記デフォーカス量算出部は、前記他の検出部により検出された前記第１像ズレ量と、前記像ズレ量検出部により検出された前記像ズレ量である第２像ズレ量との加重加算平均により得られる平均像ズレ量に基づいて前記デフォーカス量を算出する。

　本発明によれば、高精度な焦点検出装置を提供することができる。

図１は、デジタルカメラの構成を示す横断面図である。 図２は、撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。 図３は、撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 図４は、撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。 図５、焦点検出画素が受光する焦点検出光束の様子を説明するための図である。 図６は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図７は、像ズレ検出演算処理を説明するための図である。 図８は、撮影光束と一対の焦点検出光束とが予定焦点面近傍でどのように収束するかを模式的に示した図である。 図９は、撮影光束が予定焦点面上に形成する点像の点像分布（点像分布関数）の例を示す図である。 図１０は、一対の焦点検出光束が予定焦点面上に形成する点像の一対の点像分布（点像分布関数）の例を示す図である。 図１１は、撮影光学系が無収差の場合において、白黒エッジの被写体を一対の焦点検出光束で最良像面に形成した時の被写体像を示す図である。 図１２は、収差の大きな撮影光学系を用いた場合に、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される被写体像を示す図である。 図１３は、像ズレ量だけ一対の点像分布を相対的に偏位させて重ね合わせた図である。 図１４は、コントラスト評価に基づく像ズレ量検出の検出原理を説明するための図である。 図１５は、焦点検出画素ピッチに基づくサンプリング位置と合成像信号強度（合成像信号列）との関係を表す図である。 図１６は、合成被写体像信号データの鮮鋭度の像ズレ量に応じた変化を示す図である。 図１７は、合成被写体像信号のＭＴＦを示した図である。 図１８は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図１９は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図２０は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図２１は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図２２は、撮影画面上における焦点検出エリアを示す図である。 図２３は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図２４は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図２５は、デジタルカメラのボディ制御装置による動作を示すフローチャートである。 図２６は、種々の条件に応じた第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理との使い分けを複数組み合わせた例を示すフローチャートである。 図２７は、一対の像信号列に対するコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を詳述するフローチャートである。 図２８は、一対の像として段差Ｃ１のステップ状パターンの場合の一対の像信号列およびそれらの合成像信号列の像信号強度を示した図である。 図２９は、一対の像として段差Ｃ１のステップ状パターンの場合の一対の像信号列およびそれらの合成像信号列の像信号強度を示した図である。 図３０は、シフト量ｋに対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を示す図である。 図３１は、シフト量Ｇの内挿方法（３点内挿）を説明する図である。 図３２は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３３は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３４は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３５は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３６は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３７は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３８は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。 図３９は、非線形関数Ｈ（ｘ）の例を示す図である。

－－－第１の実施の形態－－－
　本発明の第１の実施の形態における焦点検出装置を含む撮像装置として、レンズ交換式のデジタルカメラを例に挙げて説明する。図１は本実施の形態のデジタルカメラ２０１の構成を示す横断面図である。本実施の形態のデジタルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３とから構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。

　交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミングレンズ２０８、フォーカシングレンズ２１０、絞り２１１、レンズ制御装置２０６などを有する。レンズ制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、レンズ駆動制御回路などから構成される。レンズ制御装置２０６は、フォーカシングレンズ２１０の焦点調節および絞り２１１の開口径調節のための駆動制御、ならびにズーミングレンズ２０８、フォーカシングレンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う。レンズ制御装置２０６は、後述するボディ制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の受信とを行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。

　カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９、ＡＤ変換装置２２１などを有している。撮像素子２１２には、撮像画素が行と列とで規定される二次元状配列にしたがって配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が配置されている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。

　ボディ制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、ボディ駆動制御回路などから構成される。ボディ制御装置２１４は、撮像素子２１２の露光制御と、撮像素子２１２からの画素信号の読み出しと、焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画像信号の処理、表示および記録、ならびにカメラの動作制御などを行う。また、ボディ制御装置２１４は、電気接点２１３を介してレンズ制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信とを行う。

　液晶表示素子２１６は電子ビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２から読み出された画像信号に基づきスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像信号に基づいて生成される画像データを記憶する画像ストレージである。

　ＡＤ変換装置２２１は、撮像素子２１２から出力される画素信号をＡＤ変換してボディ制御装置２１４に送る。撮像素子２１２がＡＤ変換装置２２１を内蔵する構成であってもよい。

　交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の撮像面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、撮像画素および焦点検出画素の画素信号がボディ制御装置２１４へ送られる。

　ボディ制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの画素信号（焦点検出信号）に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ制御装置２０６へ送る。また、ボディ制御装置２１４は、撮像素子２１２の撮像画素の画素信号（撮像信号）を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２から読み出されたスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。

　レンズ制御装置２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミングレンズ２０８とフォーカシングレンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値とに応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値とに応じたレンズ情報を選択する。

　レンズ制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシングレンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。

　図２は、撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列による焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）に焦点検出エリア１０１が配置される。長方形で示す焦点検出エリア１０１の長手方向（水平方向）に、焦点検出画素が直線的に配列される。

　図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図２において水平方向に配置された焦点検出エリア１０１の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図３においては撮像画素３１０と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素３１５、３１６が交互に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。

　撮像画素３１０ならびに焦点検出画素３１５および３１６の各々のマイクロレンズの形状は、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズから画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。

　撮像画素３１０は、図３に示すように矩形のマイクロレンズ１０、遮光マスクで受光領域を正方形に制限された光電変換部１１、および色フィルタから構成される。色フィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの色に対応する分光感度特性を有している。撮像素子２１２には、各色フィルタを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。

　焦点検出画素３１５、３１６には全ての色に対して焦点検出を行うために全ての可視光を透過する白色フィルタが設けられている。その白色フィルタは、緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性を有し、高い感度を示す光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の各々において各色フィルタが高い感度を示す光波長領域を包括している。

　焦点検出画素３１５は、図３に示すように矩形のマイクロレンズ１０と遮光マスクとで受光領域を正方形の左半分（正方形を垂直線で２等分した場合の左半分）に制限された光電変換部１５、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。

　また、焦点検出画素３１６は、図３に示すように矩形のマイクロレンズ１０と遮光マスクとで受光領域を正方形の右半分（正方形を垂直線で２等分した場合の右半分）に制限された光電変換部１６、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。

　焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を正方形の半分に制限された光電変換部１５および１６が水平方向に並んでいる。

　また、上述した正方形の半分に制限された受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分を加えると、撮像画素３１０の受光領域と同じサイズの正方形となる。

　以上のような撮像画素および焦点検出画素の構成においては、一般的な光源のもとでは、緑色の撮像画素の出力レベルと焦点検出画素の出力レベルとがほぼ等しくなり、赤色の撮像画素および青色の撮像画素の出力レベルはこれよりも小さくなる。

　図４は、図３に示す撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を説明するための図であって、水平方向に配列した撮像画素配列の断面をとっている。撮像素子２１２上に配列された全ての撮像画素３１０の光電変換部１１は、光電変換部１１に近接して配置された遮光マスクの開口を通過した光束を受光する。遮光マスク開口の形状は、各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０により、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した撮影光学系の射出瞳９０上の全撮像画素に共通な領域９７に投影される。

　従って各撮像画素の光電変換部１１は、領域９７と各撮像画素のマイクロレンズ１０を通過する光束７１を受光し、その光束７１によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

　図５は、図３に示す焦点検出画素３１５、３１６が受光する焦点検出光束の様子を、図４と比較して説明するための図であって、水平方向に配列した焦点検出画素配列の断面をとっている。

　撮像素子２１２上に配列された全ての焦点検出画素３１５、３１６の光電変換部１５、１６は、光電変換部１５、１６の各々に近接して配置された遮光マスクの開口を通過した光束を受光する。光電変換部１５に近接して配置された遮光マスク開口の形状は、各焦点検出画素３１５のマイクロレンズ１０により、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の、焦点検出画素３１５に全てに共通した領域９５に投影される。同じく光電変換部１６に近接して配置された遮光マスク開口の形状は、各焦点検出画素３１６のマイクロレンズ１０により、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の、焦点検出画素３１６に全てに共通した領域９６に投影される。一対の領域９５、９６を測距瞳と呼ぶ。

　従って各焦点検出画素３１５の光電変換部１５は、測距瞳９５と各焦点検出画素３１５のマイクロレンズ１０とを通過する光束７５を受光し、その光束７５によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また各焦点検出画素３１６の光電変換部１６は、測距瞳９６と各焦点検出画素３１６のマイクロレンズ１６とを通過する光束７６を受光し、その光束７６によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

　一対の焦点検出画素３１５、３１６が受光する光束７５、７６が通過する射出瞳９０上の測距瞳９５および９６を統合した領域は、撮像画素３１０が受光する光束７１が通過する射出瞳９０上の領域９７と一致し、射出瞳９０上において一対の光束７５、７６は光束７１に対して相補的な関係になっている。

　上述の説明においては、遮光マスクにより光電変換部の受光領域が規制されているが、光電変換部自身の形状を遮光マスクの開口形状とすることも可能である。その場合は遮光マスクを排してもよい。

　要は光電変換部と測距瞳とはマイクロレンズにより光学的に共役な関係となっていることが重要である。

　また測距瞳の位置（測距瞳距離）は、一般に撮影光学系の射出瞳距離と略同一になるように設定される。複数の交換レンズが装着される場合には、複数の交換レンズの平均的な射出瞳距離に測距瞳距離を設定する。

　上述した一対の焦点検出画素３１５、３１６を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を測距瞳９５および測距瞳９６に対応した一対の出力グループにまとめる。これにより、測距瞳９５および測距瞳９６をそれぞれ通過する一対の光束が水平方向の焦点検出画素配列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報（一対の像信号列）が得られる。この情報（一対の像信号列）に対して後述する像ズレ検出演算処理（位相差検出処理）を施すことによって、一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に、一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換係数を用いての変換演算を行うことによって、焦点検出位置における予定結像面と瞳分割型位相差検出方式で検出される結像面との偏差、すなわちデフォーカス量が算出される。

　なお図５においては理解しやすいように一対の測距瞳９５、９６を明瞭な形状で示すとともに、一対の焦点検出光束７５、７６をコーン形状で表現し、光軸９１に対して垂直な断面で光束を切り取ったとき、その断面上で光線密度は一様であるかのように説明している。しかし、実際には焦点検出画素のマイクロレンズの収差などに応じて一対の測距瞳９５、９６の外形は不明瞭となる。また、光軸９１に対して垂直な断面における一対の焦点検出光束７５、７６の光線密度は、一様ではなく、焦点検出光学系の光学特性と撮影光学系の光学特性とに応じた分布を示す。

　図６は、本実施の形態のデジタルカメラ２０１のボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１００でデジタルカメラ２０１の電源がＯＮされるとステップＳ１１０から動作を開始する。ステップＳ１１０において、絞り変更が必要な場合は、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６に絞り調整指令を送って絞り調整を行わせる。それとともに、ボディ制御装置２１４は、撮像動作を行って撮像素子２１２から撮像画素３１０の信号を読み出し、液晶表示素子２１６に表示させる。続くステップＳ１２０では、ボディ制御装置２１４は、焦点検出画素列から一対の被写体像に対応した一対の像信号列を読み出す。

　ステップＳ１３０では、ボディ制御装置２１４は、読み出した一対の像信号列に対し後述するような合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理を行って一対の像信号列の像ズレ量を算出するとともに、その像ズレ量をデフォーカス量に変換し、本処理はステップＳ１４０に進む。

　ステップＳ１４０では、ボディ制御装置２１４は、撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が、所定値以内であるか否かを判別する。所定値は、実験により、例えば１００μｍと定められる。ボディ制御装置２１４が、撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態でないと判別した場合、本処理はステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１５０では、ボディ制御装置２１４は、算出したデフォーカス量をレンズ制御装置２０６へ送信し、図１に示す交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

　なお、焦点検出不能な場合も本処理はこのステップＳ１５０へ分岐し、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限遠位置から至近位置までスキャン駆動させる。その後、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作が繰り返される。

　一方、ステップＳ１４０で撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態であると判別された場合は、本処理はステップＳ１６０へ進む。ステップＳ１６０において、ボディ制御装置２１４は、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別し、なされていないと判別した場合は、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作が繰り返される。ステップＳ１６０において、ボディ制御装置２１４は、シャッターレリーズがなされたと判別した場合は、ステップＳ１７０で、撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素およびすべての焦点検出画素から信号を読み出す。

　ステップＳ１８０において、ボディ制御装置２１４は、焦点検出画素列の各画素位置の撮像信号を焦点検出画素の周囲の撮像画素の信号に基づいて画素補間する。続くステップＳ１９０で、ボディ制御装置２１４は、撮像画素の信号および補間された信号からなる画像データをメモリカード２１９に保存し、本処理はステップＳ１１０へ戻って上述した動作が繰り返される。

　図６のステップＳ１３０における一対の像信号列に対する合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理を詳述する前に、従来技術の問題点を説明する。まず、一対の像信号列の一致度に基づいて像ズレ検出を行なう従来の像ズレ検出演算処理について説明する。従来の一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理を第１像ズレ検出演算処理と呼ぶ。第１像ズレ検出演算処理においては、焦点検出画素列（画素数２Ｍ）から読み出された一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍに対し、下記（１）式のような周知の相関演算（ＳＡＤ：Sum of Absolute Difference）を行い、一対の像信号列パターンの一致度を表す相関量Ｅ(ｋ)を演算する。
Ｅ(ｋ)＝Σ｜Ａ_ｎ－Ｂ_ｎ＋ｋ｜ 　　　（１）

　（１）式において、Σ演算は変数ｎについて累積される。変数ｎの範囲は、像ずらし量ｋに応じて像信号列Ａ_ｎ、Ｂ_ｎ＋ｋが存在する範囲に限定される。像ずらし量ｋは整数であり、一対の像信号列の信号ピッチを単位とした相対的シフト量である。（１）式の演算を一対の像信号列を相対的に所定量ずつシフトすることにより、すなわち像ずらし量ｋを所定範囲で変更することにより、複数のシフト量ｋに対する相関量Ｅ（ｋ）を算出する。（１）式においては一対の像信号列の値は一致度が高いほど相関量Ｅ（ｋ）の値は小さくなるので、複数のシフト量ｋに対して求められた相関量Ｅ（ｋ）の最小値を与えるシフト量を像ズレ量とする。

　（１）式の演算結果は、図７（ａ）に示すように、一対の像信号列に対応する一対のデータ列の相関が高いときの像ずらし量において、相関量Ｅ（ｋ）が極小になる。相関量Ｅ（ｋ）の値が小さいほど、一対の像信号列の相関度が高く、すなわち一対の像信号の一致度が大きい。図７（ａ）では、像ずらし量ｋ＝ｋj＝２のとき、相関量Ｅ（ｋ）は最も小さい値をとり、すなわち一対の像信号の一致度が最も大きい。

　像ずらし量ｋは整数のため、相関量Ｅ（ｋ）は離散値をとるが、次に、（２）式から（５）式の３点内挿の手法を用いて連続的な相関量における極小値Ｅ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。 このシフト量ｘが、後述するように、一対の被写体像の相対的な第１像ズレ量ｓｈｆｔ１に換算される。
ｘ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ 　　　（２）
Ｅ（ｘ）＝Ｅ（ｋｊ）－｜Ｄ｜ 　　　（３）
Ｄ＝｛Ｅ（ｋｊ－１）－Ｅ（ｋｊ＋１）｝／２ 　　　（４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｅ（ｋｊ＋１）－Ｅ（ｋｊ），Ｅ（ｋｊ－１）－Ｅ（ｋｊ）｝　（５） 

　（２）式で算出されたシフト量ｘの信頼性があるかどうかは次のようにして判定される。図７（ｂ）に示すように、一対の像信号列に対応する一対のデータ列の相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｅ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｅ（ｘ）が所定のしきい値以上の場合は、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。あるいは、Ｅ（ｘ）をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＥ（ｘ）を除した値が所定値以上の場合は、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。 

　図７（ｃ）に示すように、一対の像信号列に対応する一対のデータ列の相関度が低く、シフト範囲ｋ_ｍｉｎ～ｋ_ｍａｘの間で相関量Ｅ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｅ（ｘ）を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。 

　シフト量ｘの信頼性があると判定された場合は、（６）式によりシフト量ｘは第１像ズレ量ｓｈｆｔ１に換算される。 （６）式において、検出ピッチＰＹは、同一種類の焦点検出画素によるサンプリングピッチ、すなわち撮像画素のピッチの２倍である。
ｓｈｆｔ１＝ＰＹ・ｘ 　　　　　（６） 

　以上が第１像ズレ検出演算処理である。

　第１像ズレ検出演算処理によって算出された第１像ズレ量をデフォーカス量に変換するため、（６）式により算出された第１像ズレ量ｓｈｆｔ１に所定の変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。 
ｄｅｆ＝Ｋｄ・ｓｈｆｔ１ 　　　　　（７） 

　（７）式において変換係数Ｋｄは一対の測距瞳９５，９６の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換係数であり、光学系の絞りＦ値に応じて変化する。

　なお、一対の像信号列の一致度を検出する相関演算式は（１）式に限定されず、一対の像信号列の一致度を演算するものであれば良い。

　上述した従来の第１像ズレ検出演算により一対の像信号列の一致度を検出することができるという原理は、以下の考え方に基づく。一対の焦点検出光束が形成する一対の像信号の形状や波形といったパターンは同一である、すなわち一致するという前提が成立するならば、合焦時には一対の像信号列のパターンが位置的にぴったりと重なる。従って一対の焦点検出光束が形成する一対の像信号列のパターンが一致するという前提が崩れれば、それに応じて第１像ズレ検出演算により算出される第１像ズレ量に応じて検出される焦点調節状態は誤差を生じることになる。

　図８は、予定焦点面９８上に最良像面が形成された場合において、図４および図５にそれぞれ示した射出瞳の領域９７を通る撮影光束と射出瞳の一対の領域９５，９６を通過する一対の焦点検出光束とが、予定焦点面９８近傍でどのように収束するかを模式的に示した図である。最良像面は、撮影光束が形成する被写体像や、一対の焦点検出光束が形成する一対の被写体像の、鮮鋭度、解像度、コントラストまたは周波数特性（ＭＴＦ）といった像品質が最高となる結像面である。例えば図８において、光軸９１上に点光源があるとすると、点光源に対応して予定焦点面９８の光軸９１上に点像が形成されることになる。

　理想的な無収差の撮影光学系の場合は、射出瞳の領域９７を通る撮影光束が形成する点像も、射出瞳の一対の領域９５，９６を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の点像も、いずれも予定焦点面９８上で空間的に広がりを持たない完全な点となるとともに、射出瞳の一対の領域９５，９６を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の点像の予定焦点面９８上での空間的な位置も一致する。このような無収差の撮影光学系を使用して一般の被写体を撮影する場合には、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される一対の被写体像の形状は完全に一致するとともに、その一対の被写体像の位置も一致するので、従来の一対の像信号列の一致度に基づく第１像ズレ検出演算処理により求められた一対の被写体像の像ズレ量が０の場合に合焦であるということが保証できる。

　しかしながら撮影光学系が光学的な収差を持つ場合には、射出瞳の領域９７を通る撮影光束が形成する点像も、射出瞳の一対の領域９５，９６を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の点像も、いずれも予定焦点面９８上で空間的に広がりをもった点像となる。

　図９は、図８に示す状態、すなわち予定焦点面９８上に最良像面が形成された状態において、撮影光束が予定焦点面９８上に形成する点像の点像分布５１（点像分布関数）の例を示しており、中心に大きなピークを持ち周辺部で対称的に裾野を引いている。一方図１０は同じ状態、すなわち予定焦点面９８上に最良像面が形成された状態において、一対の焦点検出光束が予定焦点面９８上に形成する点像の一対の点像分布（点像分布関数）の例を示しており、実線が領域９５を通過する焦点検出光束が形成する点像分布５５、破線が領域９６を通過する焦点検出光束が形成する点像分布５６を示している。なお図９、図１０において横軸は予定焦点面９８における水平方向の位置であり、縦軸は像の強度である。また点像分布５１、５５，５６のピーク位置が像面中心、すなわち光軸９１が予定焦点面９８と交わる位置である。

　点像分布５５、５６は点像分布５１と同様に中心に大きなピークを持ち周辺部で裾野を引いているが、裾野の引き方はともに非対称である。点像分布５５の右側の裾野は大きいのに対し、左側の裾野はほとんどない。点像分布５６の左側の裾野は大きいのに対し、右側の裾野はほとんどない。また一対の焦点検出光束は撮影光束に対して相補的な関係にあり、一対の焦点検出光束を統合したものが撮影光束になるので、点像分布５５と点像分布５６とで表される一対の像信号を加算合成したものが点像分布５１となる。図９および図１０に示すように、点像が光軸上に形成された場合には、点像分布５１の形状は左右対称であり、点像分布５５と点像分布５６とは一方を左右反転した時に形状が一致する。点像が光軸外の画面周辺にある場合には、光軸に対する点像の形成位置、すなわち像高に応じて点像分布５１，５５、５６の形状は図９および図１０に示す形状からさらに変形するので、点像分布５１の形状は左右対称でなくなり、点像分布５５と点像分布５６とは一方を左右反転した時にも形状が一致しなくなる。

　一般に撮影光学系の収差量が小さい場合あるいは良好な場合には、最良像面における点像分布５１，５５、５６の形状において、ピーク部のサイズに比較して裾野部の広がりは小さく、一対の点像分布５５、５６はほとんど同一の形状となるとともに、一対の点像の位置もほとんど一致する。

　ところで一般に収差のある撮影光学系により形成される被写体像の像信号の分布関数は、無収差の場合に形成される被写体像の像信号の分布関数に、収差のある撮影光学系により形成される点像の像信号の分布関数をコンボルーションしたもの（畳み込み演算したもの）となる。

　したがって、収差量が少ない場合、あるいは良好な撮影光学系を用いて一般の被写体を撮影する場合には、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される一対の被写体像の形状はほとんど一致するとともに、その一対の被写体像の位置も一致する。したがって、一対の被写体像の一致度が最も高い像ズレ量が０の場合に合焦であるという前提に基づいた第１像ズレ検出演算処理により算出した第１像ズレ量に応じて焦点検出を行っても大きな誤差を生じない。

　しかしながら収差量が大きい撮影光学系を用いて一般の被写体を撮影する場合には、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される一対の被写体像の形状が一致しない。したがって、一対の被写体像の一致度が最も高い像ズレ量が０の場合に合焦であるという前提に基づいた第１像ズレ検出演算処理により算出した焦点検出を行うと大きな誤差を生じてしまう。

　図１１は、撮影光学系が無収差の場合において、白黒エッジの被写体を一対の焦点検出光束で最良像面に形成した時の被写体像を示しており、図８の領域９５を通過する焦点検出光束は被写体像６５を形成し、領域９６を通過する焦点検出光束は被写体像６６を形成する。被写体像６５のエッジ部４５の位置と被写体像６６のエッジ部４６の位置とは一致しており、このような場合には一対の像信号の一致度に基づく第１像ズレ検出演算を用いると、第１像ズレ量は０と算出される。

　一方図１２は図１１と同じ白黒エッジの被写体に対し、収差の大きな撮影光学系を用いた場合に、一対の焦点検出光束により最良像面に形成される被写体像を示している。またその撮影光学系を通過した一対の焦点検出光束が最良像面に形成する一対の点像の分布が、例えば図１０に示す点像分布関数５５，５６で表わされたとする。被写体像６７は領域９５を通過する焦点検出光束により形成されるエッジ像であり、無収差の場合の被写体像６５に点像分布関数５５をコンボルーションした像となる。被写体像６８は領域９６を通過する焦点検出光束により形成されるエッジ像であり、無収差の場合の被写体像６６に点像分布関数５６をコンボルーションした像となる。

　一対の被写体像６７および６８はもともと同じ被写体の像であるが、一対の焦点検出光束により形成される一対の点像分布が同一でないことにより、一対の被写体像の形状、すなわち一対の像信号のパターンが互いに大きく異なってきてしまう。例えば被写体像６７のエッジ部４７の上部４１の形状と、被写体像６８のエッジ部４８の上部４２の形状とは大きく異なる。また被写体像６７のエッジ部４７の下部４３の形状と、被写体像６８のエッジ部４８の下部４４の形状とは大きく異なる。最良像面が予定焦点面と一致した状態において、このように互いに形状が異なる一対の被写体像６７および６８に対して像ズレ検出を行っても検出される像ズレ量は０とならない。例えばこの状態において一対の像信号列の一致度に基づく第１像ズレ検出演算により第１像ズレ量Δ（Δ≠０）が算出された場合には、その第１像ズレ量Δに対応する像面は例えば図８の面９９となってしまう。

　このような誤差（像ズレ量Δ）を生ずる原因は、前述したように最良像面において一対の焦点検出光束により形成される一対の点像分布が同一でないことにある。最良像面において図１０の点像分布５５、５６のピーク位置は一致しているが、点像分布５５、５６に対して一対の像信号列の一致度に基づく第１像ズレ検出演算処理を施して求めた第１像ズレ量Δは０にはならない。第１像ズレ量Δだけ点像分布５５、５６を相対的に偏位させて重ね合わせると図１３のようになる。すなわち一対の像信号列の一致度に基づく第１像ズレ量検出演算では、図１３に示す状態が点像分布５５、５６の一致度が最も高い状態と判断されてしまうのである。

　上述したように一対の像信号列の一致度に基づく第１像ズレ量検出演算においては、撮影光学系の収差が大きい場合には一対の被写体像の同一性が崩れるために、像ズレ量の検出に誤差が生じる。

　このように一対の像信号パターンの同一性が崩れた場合においても、精度の高い像ズレ量の検出が可能となる像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出演算処理について説明する。第２像ズレ量検出演算処理は、図６のステップＳ１３０で行われる。本発明に係る第２像ズレ量検出演算処理においては、一対の像信号を加算合成して得られる合成被写体像の、鮮鋭度、解像度、コントラストまたは周波数特性（ＭＴＦ）といった像品質についての像品質評価値に基づいて第２像ズレ量の検出が行われる。

　図１４は像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出の検出原理を説明するための図である。図１４（ｄ）、１４（ｅ）および１４（ｆ）は、一対の焦点検出光束により予定焦点面上に形成される一対の点像分布５５および５６の相対的な位置を変更して重ね合わせて表示している。実線で表された点像分布５５は、領域９５を通過する焦点検出光束によって形成され、破線で表された点像分布５６は、領域９６を通過する焦点検出光束によって形成される。図１４（ａ）、１４（ｂ）および１４（ｃ）は、一対の点像分布を相対的な位置を変更して互いに重ね合わせて加算合成することによって得られる点像分布５１ａ、５１ｂ、および５１ｃを示している。図１４（ａ）および１４（ｄ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐａと、図１４（ｂ）および１４（ｅ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂと、図１４（ｃ）および１４（ｆ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｃとは、互いに異なる。像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出演算処理では、一対の点像分布の相対的な位置を、例えば図１４（ａ）および１４（ｄ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐａ、図１４（ｂ）および１４（ｅ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂ、図１４（ｃ）および１４（ｆ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｃの順に変化させる。すなわち、点像分布５１ａ、５１ｂ、および５１ｃは、それぞれ相異なる複数のシフト量ｋに対応する複数の合成像信号の強度分布である。

　図１４（ｂ）および１４（ｅ）における一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂにおいて、合成像信号の点像分布５１ｂのピーク値が最高値を示すので、像品質が最も高くなり、最良像面と予定焦点面とが一致した場合の撮影光束による点像分布（図９）に最も近づく。また一対の点像分布の相対的な位置Ｐｂから位置ＰａまたはＰｃに離反するに従って合成像信号の点像分布５１ａおよび５１ｃのピーク値が低いので、像品質が低下する。

　すなわち点像の場合は、一対の点像分布の相対的な位置を順次変更しながら合成被写体像を生成するとともに、その合成被写体像の像信号のピーク値が最大となって像品質が最も高くなる相対的な位置を第２像ズレ量とすることにより、一対の点像分布の同一性が低い場合においても正確な像ズレ量の検出が可能になる。

　このような原理による像ズレ検出の一般的な被写体像への拡張も上記と同様な仕組みで行われる。一対の焦点検出光束により形成される一対の被写体像は無収差の場合の被写体像に上記のような点像分布をコンボルーションされたもの（畳み込み演算したもの）となっている。したがって、一対の被写体像の相対的な位置を順次変更しながら合成像を生成するとともに、その合成像の鮮鋭度、解像度、コントラストまたはＭＴＦといった像品質が最も良好となる相対的な位置を像ズレ量（第２像ズレ量）とすることにより、一般的な被写体像においても正確な像ズレ量の検出が可能になる。

　上述したように像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出においては、一対の焦点検出光束は撮影光束に対して相補的な関係にあること、すなわち一対の焦点検出光束を統合すると撮影光束と同等になるということを利用して、一対の焦点検出光束によって形成された一対の被写体像を相対的に変位させながら加算合成することにより、撮影光束によって形成される被写体像と同等な合成被写体像を生成し、その合成被写体像の像品質評価値が最高となる変位量を第２像ズレ量としている。

　像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出における被写体像の像品質の評価は、いわゆるコントラスト検出方式の焦点検出と同等な像品質評価を行う点で類似しているが、以下の点で異なる。コントラスト検出方式の焦点検出においては、像品質を変化させて像品質のピークを検出するために、撮影光学系を光軸方向に走査駆動する必要がある。これに対し、像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出においては、像品質を変化させるため、撮影光学系を光軸方向に走査駆動する必要は無い。像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出においては、単に一対の像信号列を相対的に変位させるだけで良い。像品質評価値に基づく第２像ズレ量検出においては、一対の像信号列を相対的に変位させることが、コントラスト検出方式の焦点検出における撮影光学系の光軸方向の走査駆動と同等な役割を果たしており、焦点検出の都度撮影光学系の光軸方向の走査駆動を行う必要がないという効果が有る。

　次に合成被写体像の鮮鋭度、解像度、コントラスト、ＭＴＦといった像品質の評価について具体的に説明する。焦点検出画素列から読み出された一対の像信号列に対応するデータ数Ｍの一対のデータ列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍと、これらの一対のデータ列に対し下記（８）式のような像ずらし加算演算を行い、図１５に示す合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する（ｎ＝｜ｋ｜，｜ｋ｜＋１，・・・，Ｍ－１－｜ｋ｜，Ｍ－｜ｋ｜）。（８）式において、像ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。
Ｆ（ｎ，ｋ）＝Ａ_ｎ＋Ｂ_ｎ＋ｋ 　　　（８） 

　図１５において、横軸は焦点検出画素ピッチに基づくサンプリング位置、縦軸は合成像信号強度（合成像信号列）を表す。実線１５１０で示す合成像信号の強度を焦点検出画素ピッチで空間的に離散サンプリングすることによりサンプリング出力して得られた合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を○印で表している。

　上記合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し下記（９）式のような鮮鋭度評価演算を行い、像ズレ量ｋにおける合成像信号の鮮鋭度評価値を像品質評価値Ｐ（ｋ）として演算する。 
Ｐ（ｋ）＝Σ｜Ｆ（ｎ，ｋ）－Ｆ（ｎ+ｖ，ｋ）｜ 　　　（９） 

　（９）式において、Σ演算は変数ｎの範囲について計算される。（９）式は合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の、所定データ間隔を表す整数ｖにおける１階差分の絶対値の総和を算出する演算を表す。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の鮮鋭度が高いほど差分量は大きくなるので鮮鋭度評価値Ｐ（ｋ）も大きな値となる。合成像信号の１階差分は合成被写体像のエッジ部の傾斜量に対応し、傾斜が急峻なほど鮮鋭に見えるので、（９）式は合成像信号の鮮鋭度を評価する演算式と言える。データ間隔を表す整数ｖを小さくするほど、高い空間周波数成分が抽出される。データ間隔を表す整数ｖは、被写体のＭＴＦ特性、焦点検出画素ピッチ、抽出したい空間周波数等に基づき、実験により定められる値である。

　像ズレ量ｋを順次変更して（９）式の演算を行うことにより、図１６に示すように、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の鮮鋭度が高い像ズレ量において鮮鋭度評価値Ｐ（ｋ）が極大値Ｐｍａｘ、すなわち最大値になるグラフが得られる。極大値Ｐｍａｘが得られた像ズレ量をそのまま第２像ズレ検出演算の結果である第２像ズレ量として採用してもよい。また、離散的に算出される鮮鋭度評価値Ｐ（ｋ）を周知のカーブフィッティングなどの手法により、図１６の実線１６１０で示すように連続関数化し、サンプリングピッチ単位以下の第２像ズレ量を算出することとしてもよい。例えば、極大値Ｐｍａｘに所定値Ｅ（０＜Ｅ＜１）を乗じた評価値となる範囲、すなわち極大値Ｐｍａｘを含む所定範囲の中点Ｗとして第２像ズレ量を検出してもよい。所定値Ｅは、図１６に示す鮮鋭度評価値Ｐ（ｋ）のグラフが描くカーブの急峻さに基づき、実験により定められ、例えばカーブが急峻であれば９０％程度、カーブが緩やかであれば７０％程度である。

　またつぎのようにしてサンプリングピッチ単位以下の第２像ズレ量を算出してもよい。まず焦点検出画素ピッチで得られる一対の像信号のデータを互いに加算合成して合成像を生成する代わりに、データ内挿の手法により焦点検出画素ピッチよりサンプリング間隔が細かくなった一対の像信号データを生成する。その一対の像信号データを、細かくなったサンプリングピッチ単位で相対的に変位させてから互いに加算合成して合成像信号を生成する。その合成像信号の鮮鋭度評価値を算出し、鮮鋭度評価値が極大となるときの変位量（シフト量）を、サンプリングピッチ単位以下の第２像ズレ量とする。

　鮮鋭度評価演算は（９）式に限定されることはなく、像ずらし量ｋにおける合成像信号の鮮鋭度に関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を演算するものであればよく、例えば（１０）式でもよい。
Ｐ（ｋ）＝Ｍａｘ（｜Ｆ（ｎ，ｋ）－Ｆ（ｎ+ｖ，ｋ）｜） 　（１０） 

　（１０）式において、関数Ｍａｘ（ｚ）は変数ｚの最大値を抽出する関数であり、変数ｎの範囲について計算される。（１０）式によれば、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の、所定データ間隔を表す整数ｖにおける１階差分の絶対値の最大値が得られる。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の鮮鋭度が高いほど合成被写体像のエッジ部の傾きは急峻となるので、（１０）式の鮮鋭度評価値Ｐ（ｋ）も大きな値となる。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の鮮鋭度が最も高い像ズレ量において、鮮鋭度評価値Ｐ（ｋ）が最大値になる。

　像品質評価演算は（９）、（１０）式の鮮鋭度評価演算に限定されることはなく、像ずらし量ｋにおける合成像信号の鮮鋭度以外の特性に関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を演算するものあってもよい。例えば（１１）式に示すような合成像信号の解像度を評価する演算でもよい。
Ｐ（ｋ）
＝Σ｜－Ｆ(ｎ－ｖ，ｋ)＋２×Ｆ（ｎ，ｋ）－Ｆ(ｎ＋ｖ，ｋ)｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１１）

　（１１）式において、Σ演算は変数ｎの範囲について計算される。（１１）式は、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の、所定データ間隔を表す整数ｖにおける２階差分の絶対値の総和を算出する演算式である。合成信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の解像度が高いほど、差分量は大きくなるので、解像度評価値Ｐ（ｋ）も大きな値となる。（１１）式において、２階差分はバンドパスフィルタ特性を持ち、データ間隔を表す整数ｖを小さくするほど、高い空間周波数成分が抽出されるので、（１１）式は合成像信号の解像度を評価する演算式と言える。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の解像度が最も高い像ズレ量において、解像度評価値Ｐ（ｋ）が最大値になる。

　解像度評価演算は（１１）式に限定されることはなく、像ずらし量ｋにおける合成像信号の解像度に関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を演算するものであればよく、例えば（１２）式でもよい。
Ｐ（ｋ）
＝Ｍａｘ（｜－Ｆ(ｎ－ｖ，ｋ)＋２×Ｆ（ｎ，ｋ）－Ｆ(ｎ＋ｖ，ｋ)｜） 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１２） 

　（１２）式において、関数Ｍａｘ（ｚ）は変数ｚの最大値を抽出する関数であり、変数ｎの範囲について計算される。（１２）式は、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の、所定データ間隔を表す整数ｖにおける２階差分の絶対値の最大値を算出する演算式である。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の解像度が高いほど、合成像信号の高周波成分量は増大するので、（１２）式の解像度評価値Ｐ（ｋ）も大きな値となる。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）の解像度が最も高い像ズレ量において、解像度評価値Ｐ（ｋ）が最大値になる。

　像品質評価演算は、像ずらし量ｋにおけるコントラストに関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を演算するものであってもよい。例えば（１３）式に示すような合成像信号のコントラストを評価する演算でもよい。
Ｐ（ｋ）
　＝｛Ｍａｘ（Ｆ（ｎ，ｋ））－Ｍｉｎ（Ｆ（ｎ，ｋ））｝
　　　／｛Ｍａｘ（Ｆ（ｎ，ｋ））＋Ｍｉｎ（Ｆ（ｎ，ｋ））（１３）

　（１３）式において、関数Ｍａｘ（ｚ）は変数ｚの最大値を抽出する関数であり、変数ｎの範囲について計算される。関数Ｍｉｎ（ｚ）は変数ｚの最小値を抽出する関数であり、変数ｎの範囲について計算される。（１３）式は合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）のコントラストを表す演算式であり、合成像信号のコントラストが高いほど（１３）式のコントラスト評価値Ｐ（ｋ）も大きな値となる。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）のコントラストが最も高い像ズレ量において、コントラスト評価値Ｐ（ｋ）が最大値になる。

　像品質評価演算は、像ずらし量ｋにおける周波数特性、すなわちＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性に関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を演算するものあってもよい。例えば以下のようにしてＭＴＦに関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を算出する。

　図１７の実線１７１０は、図１５に示した合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）をフーリエ変換して求めた合成像信号のＭＴＦを示した図であり、横軸は空間周波数ω、縦軸はＭＴＦの値をそれぞれ表す。このグラフにおいて、合成像信号の鮮鋭度、解像度、コントラストといった像品質に寄与する高周波帯域（ω０～ω１）に渡って合成像信号のＭＴＦを積分した値が、合成像信号のＭＴＦに関する像品質評価値Ｐ（ｋ）であり、図１７の斜線部１７２０の面積に等しい。合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）のＭＴＦが最も高い像ズレ量において、ＭＴＦ評価値Ｐ（ｋ）が最大値になる。

　上述した第２像ズレ検出演算においては一対の像信号列を相対的にずらして加算合成することにより、光軸方向に撮影光学系を走査した時の撮影光束により形成されるいわゆるコントラスト検出方式の焦点検出の像信号と同等な合成像信号を擬似的に生成する。その合成像信号に対して、鮮鋭度、解像度、コントラスト、ＭＴＦといった像品質の評価を行うため、一対の焦点検出光束により形成される一対の像信号列のパターンの同一性が崩れている場合においても誤差なく正確な像ズレ量を検出することができる

－－－第２の実施の形態－－－
　従来の瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置では、大きくデフォーカスしている場合であっても、光学系の収差などの影響が無い限り、比較的高い像ズレ検出精度、かつ比較的短い処理時間での焦点検出が可能である。第２の実施の形態における焦点検出装置を含むデジタルカメラ２０１においては、高精度な像ズレ検出演算が要求される合焦近傍の場合にのみ第２像ズレ検出演算処理を用いる。

　図１８は、本実施の形態のデジタルカメラ２０１のボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。図１８のフローチャートによると、図６のフローチャートにおけるステップＳ１３０およびＳ１４０が行われる代わりに、ステップＳ１１３０、Ｓ１１３５、Ｓ１１３６、Ｓ１１３７、Ｓ１１３８およびＳ１１４０が行われる。第２像ズレ量検出演算処理は、図１８のステップＳ１１３７で行われる。

　ステップＳ１１３０では、ボディ制御装置２１４は、読み出した一対の像信号のデータに基づき上述した第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく従来の像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ１１３５では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１１３０で算出した第１像ズレ量をデフォーカス量に変換する。

　ステップＳ１１３６で、ボディ制御装置２１４は、撮影光学系の焦点調節状態が合焦近傍か否か、すなわち算出したデフォーカス量の絶対値が第１所定値以内であるか否かを判別する。第１所定値は、実験により、例えば２００μｍと定められる。合焦近傍でないと判別された場合は、本処理はステップＳ１５０へ進み、合焦近傍であると判別された場合はステップＳ１１３７へ進む。なおステップＳ１１３６において、第１像ズレ検出演算処理の結果が焦点検出不能の場合、すなわちデフォーカス量算出が不能の場合または算出されるデフォーカス量の信頼性が低い場合も、ボディ制御装置２１４は撮影光学系の焦点調節状態が合焦近傍でないと判断し、本処理はステップＳ１５０へ進む。

　ステップＳ１１３７では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号のデータに基づき上述した第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ１１３８では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１１３７で算出した第２像ズレ量をデフォーカス量に変換し、本処理はステップＳ１１４０に進む。

　ステップＳ１１４０では、ボディ制御装置２１４は、撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が、第１所定値よりも小さい第２所定値以内であるか否かを判別する。第２所定値は、実験により、例えば１００μｍと定められる。ボディ制御装置２１４が、撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態でないと判別した場合、本処理はステップＳ１５０へ進む。

　例えば被写体が静止しているような場合においては、ステップＳ１１３６でひとたび肯定判定された後は、ステップＳ１１３７、Ｓ１１３８、Ｓ１１４０およびＳ１５０の後、本処理をステップＳ１１０へ戻すのではなく、ステップＳ１１３６に戻し、第２像ズレ検出演算処理を最大数回程度繰り返すこととしてもよい。

　ステップＳ１１４０で撮影光学系の焦点調節状態が合焦状態であると判別された場合は、本処理はステップＳ１６０へ進む。

　図１８のステップＳ１１３０における一対の像信号の一致度に基づく像ズレ検出のための第１像ズレ検出演算処理の際には、第１の実施の形態と同様に、一対の像信号列の一致度を検出する相関演算式として（１）式を用いる。

　なお、一対の像信号列の一致度を検出する相関演算式は（１）式に限定されず、一対の像信号列の一致度を演算するものであればどのような相関演算式を用いても良い。 

　例えば（１）式の絶対値演算の代わりに自乗演算を採用した（１４）式の相関演算（ＳＳＤ：Sum of Squared Difference）を用いても良い。
Ｅ（ｋ）＝Σ（Ａ_ｎ－Ｂ_ｎ＋ｋ）^２　　　（１４） 

　また一対の像信号列間に増幅度の相違がある場合においても一対の像信号列の一致度の検出が可能な（１５）式のような相関演算式を用いても良い。
Ｅ（ｋ）＝Σ｜Ａ_ｎ・Ｂ_{ｎ＋ｓ＋ｋ}－Ｂ_ｎ＋ｋ・Ａ_ｎ＋ｓ｜ 　　　（１５） 

　なお（１５）式において変数ｎのとる範囲は、像ずらし量ｋに応じてデータＡ_ｎ、Ａ_ｎ＋ｓ、Ｂ_ｎ＋ｋ、Ｂ_{ｎ＋ｓ＋ｋ}が存在する範囲に限定される。また、変数ｓとして、整数１，２，・・が適宜選択される。（１）、（１４）、（１５）式以外においても、一対の像信号列の一致度を演算するものであればどのような相関演算式を用いても良い。

　デジタルカメラ２０１のボディ制御装置２１４による動作を示した図１８のフローチャートにおいては、デフォーカス量の絶対値で表される光学系の焦点検出状態に応じて上述した第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを使い分けている。高精度な像ズレ検出演算が要求される合焦近傍の場合、すなわちデフォーカス量の絶対値が第１所定値以内の場合にのみ第２像ズレ検出演算処理を用いている。合焦近傍でない場合、すなわちデフォーカス量の絶対値が第１所定値を超える場合に第２像ズレ検出演算処理を用いない。その理由は、デフォーカス量が大きくなると、空間周波数の高周波成分が減少して像品質の評価値が低下するとともに、デフォーカス量に対する像品質評価値の変化も微小になるため、第２像ズレ検出演算処理による像ズレ検出演算精度が低下してしまう点にある。これに対し第１像ズレ検出演算処理では、空間周波数の低周波成分も像ズレ検出に用いているので、デフォーカス量が大きくなっても像ズレ検出精度の低下は少ない。

　第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを使い分けけることによって、高精度かつ効率的な焦点検出装置を提供することができる。

　第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理との使い分けについては、図１８のフローチャートで説明したような焦点検出状態、すなわちデフォーカス量の絶対値に応じた使い分けに限定されず、第１像ズレ検出演算処理および第２像ズレ検出演算処理の特質に応じた使い分けであれば他の使い分けであってもかまわない。

－第１および第２像ズレ検出演算処理を両方行う場合－
　図１９は、第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを両方行って、それぞれの結果として得られる第１像ズレ量と第２像ズレ量とを加重加算平均する場合のフローチャートである。本フローチャートは、図１８のステップＳ１１３０からステップＳ１１３８までの処理に置き換わる処理を示す。

　ステップＳ２３０では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ２３１では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ２３２では、ボディ制御装置２１４は、（１６）式に示すように、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１と第２像ズレ量ｓｈｆｔ２とを、重み係数ｋ１、ｋ２により加重加算平均して、平均像ズレ量ｓｈｆｔＡを算出する。
ｓｈｆｔＡ＝ｋ１・ｓｈｆｔ１＋ｋ２・ｓｈｆｔ２
　ただし　ｋ１＋ｋ２＝１
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１６）

　（１６）式において、重み係数ｋ１、ｋ２を、焦点検出状態に応じて変更してもよい。例えば、合焦近傍では重み係数ｋ２を重み係数ｋ１よりも大きくする。（１６）式において、重み係数ｋ１、ｋ２を、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１および第２像ズレ量ｓｈｆｔ２の信頼性評価値に応じて変更してもよい。その場合、信頼性が相対的に高い方の重み係数を、低い方の重み係数よりも大きくする。例えば、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１の信頼性評価値ｒ１の算出には（５）式のＳＬＯＰを用いる。また、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２の信頼性評価値ｒ２の算出には、図１７の鮮鋭度評価値の最大値Ｐｍａｘを用いる。このとき、重み係数ｋ１＝ｒ１／（ｒ１＋ｒ２）とし、重み係数ｋ２＝ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）とする。

　ステップＳ２３３では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２３２で算出した平均像ズレ量ｓｈｆｔＡをデフォーカス量に変換する。

　このようにすれば、第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理との切替えにおける像ズレ量やデフォーカス量の急変がなくなるので、スムースな焦点調節動作が可能になる。

－第１および第２像ズレ検出演算処理を収差に応じて使い分ける場合－
　図２０は、第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを、撮影光学系の光学特性、例えば収差に応じて使い分ける場合の、ボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、図１８のステップＳ１１３０からステップＳ１１３８までの処理に置き換わる処理を示す。

　ステップＳ３３０では、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６から、光学特性の情報として、球面収差情報を受信する。レンズ制御装置２０６または交換レンズ２０２内の不図示の記憶装置には、球面収差の設計値または測定値等の情報が、球面収差情報として予め記憶されている。

　ステップＳ３３１では、ボディ制御装置２１４は、受信した光学特性の情報、すなわち球面収差情報に基づいて、光学特性が良好であるか否かを判定する。具体的には、ボディ制御装置２１４は、絞り開放値の球面収差（縦収差量）とＦ５．６における球面収差（縦収差量）との差の絶対値が所定値以下の場合には良好と判定する。一般的に上記縦収差量の差が大きな撮影光学系ほど図１０で示した一対の点像信号のパターンの一致度が悪くなる。

　ステップＳ３３１で光学特性が良好と判定された場合は、ステップＳ３３２において、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ３３３では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ３３２で算出した第１像ズレ量ｓｈｆｔ１をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　一方ステップＳ３３１で光学特性が良好でないと判定された場合は、ステップＳ３３４において、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ３３５では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ３３４で算出した第２像ズレ量ｓｈｆｔ２をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　このようにすれば、撮影光学系の光学特性が良好であるために合焦近傍においても第１像ズレ検出演算処理の誤差が生じない場合には、比較的演算規模が少ないために処理時間が短い第１像ズレ検出演算処理が用いられる。そのため、焦点調節のレスポンスを高くすることが出来る。それとともに、撮影光学系の光学特性が良好ではないがために合焦近傍において第１像ズレ検出演算処理の誤差が生じる場合には、高精度な第２像ズレ検出演算処理を用いることにより正確な焦点調節を行うことができる。

　光学特性の良否判定は、上述のように撮影光学系の球面収差情報を用いるものに限定されず、他の収差量の情報、例えば色収差、コマ収差、非点収差などの情報でもよい。特に、空間周波数に応じた最良像面位置の変位情報は、一対の像信号列のパターンの同一性と深く関係しているので重要である。例えば、所定値ωＬを含む低空間周波数の最良像面位置と所定値ωＬよりも大きな所定値ωＨを含む高空間周波数の最良像面位置との差を、光学設計情報に基づいて予め算出して、または実験的に測定して交換レンズ２０２側に記憶しておく。ボディ制御装置２１４は、それら２つの空間周波数のそれぞれに対する最良像面の位置の差をカメラボディ２０３側に読み出し、読み出した最良像面の位置の差の絶対値が所定値以下の場合は光学特性が良好として第１像ズレ検出演算処理を行う。ボディ制御装置２１４は、読み出した最良像面の位置の差の絶対値が所定値を超える場合は光学特性が良好でないとして第２像ズレ検出演算処理を行う。

　また、光学特性の良否をカメラボディ２０３側で判定する代わりに、交換レンズ２０２側からカメラボディ２０３側に光学特性に応じた良否情報をレンズ制御装置２０６が送信し、カメラボディ２０３側でボディ制御装置２１４がその良否情報に応じて第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを切替えてもよい。

　また、予めカメラボディ２０３側に光学特性の良好でないレンズの識別情報をピックアップしたテーブルを備えておき、カメラボディ２０３に装着した交換レンズ２０２のレンズの識別情報が、そのテーブルにピックアップされたレンズ識別情報に一致する場合には、ボディ制御装置２１４が、装着した交換レンズ２０２のレンズの光学特性は良好でないと判定するようにしてもよい。

－第１および第２像ズレ検出演算処理を絞りＦ値に応じて使い分ける場合－
　図２１は第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを、撮影光学系の光学特性、例えば絞りＦ値に応じて使い分ける場合の、ボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、図１８のステップＳ１１３０からステップＳ１１３８までの処理に置き換わる処理を示す。

　ステップＳ４３０では、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６から、光学特性の情報として、絞りＦ値情報、すなわちその時点での制御Ｆ値情報を受信する。

　ステップＳ４３１では、ボディ制御装置２１４は、受信した光学特性の情報、すなわち絞りＦ値情報に基づいて、第１像ズレ検出演算処理による誤差が生じやすい状態か否か、すなわち一対の焦点検出光束により形成される一対の被写体像の同一性が良好か否かを判定する。具体的には、絞りＦ値が所定値以上の暗い光量に対応するＦ値の場合には、図１０に示した一対の点像分布の裾野の広がりがピーク部の大きさに比較して小さくなるために、ボディ制御装置２１４は第１像ズレ検出演算処理による誤差が生じにくいと判断する。本処理はステップＳ４３２に進み、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ４３３では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ４３２で算出した第１像ズレ量ｓｈｆｔ１をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　一方、ステップＳ４３１で、絞りＦ値が所定値未満の明るい光量に対応する明るいＦ値の場合には、図１０に示した一対の点像分布の裾野の広がりがピーク部の大きさに比較して大きくなるために、ボディ制御装置２１４は第１像ズレ検出演算処理による誤差が生じやすいと判断する。本処理はステップＳ４３４に進み、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ４３５では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ４３４で算出した第２像ズレ量ｓｈｆｔ２をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　このようにすれば、撮影光学系の光学特性に含まれる絞りＦ値が大きくて第１像ズレ検出演算処理の誤差が生じにくい場合には、比較的演算規模が少ないために処理時間が短い第１像ズレ検出演算処理が用いられる。そのため、焦点調節のレスポンスを高くすることが出来る。それとともに、撮影光学系の絞りＦ値が小さくて第１像ズレ検出演算処理の誤差が生じやすい場合には、高精度な第２像ズレ検出演算処理を用いることにより正確な焦点調節を行うことができる。

－第１および第２像ズレ検出演算処理を像高や射出瞳距離に応じて使い分ける場合－
　焦点検出エリアが画面中心に限らず画面周辺の位置にも存在する場合には、焦点検出に使用する焦点検出エリアの位置、すなわちその焦点検出エリアの画面中央からの距離を表す像高や、撮影光学系の光学特性、例えば射出瞳距離に応じて第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを使い分けることもできる。焦点検出に使用する焦点検出エリアには一対の像信号が生成される一対の焦点検出画素が配置されているので、像高は光軸に対して一対の像信号が生成される位置ということもできる。

　図２２は、このような場合の撮影画面上における焦点検出エリアの位置を示す図であり、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）および水平垂直方向の周辺の合計２５カ所に焦点検出エリア１０２が配置される。長方形で示す焦点検出エリア１０２の長手方向、すなわち水平方向に、焦点検出画素が直線的に配列される。

　図２３は焦点検出エリアの位置、すなわちその焦点検出エリアの画面中央からの距離を表す像高と、撮影光学系の光学特性、例えば射出瞳距離とに応じて、第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを使い分ける場合の、ボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、図１８のステップＳ１１３０からステップＳ１１３８までの処理に置き換わる処理を示す。なお焦点検出に使用する焦点検出エリアの位置はユーザーにより手動で選択されるものとする。

　ステップＳ５３０では、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６から、光学特性の情報として、射出瞳距離データを受信する。

　ステップＳ５３１では、ボディ制御装置２１４は、受信した光学特性の情報、すなわち射出瞳距離データに基づいて、第１像ズレ検出演算処理による誤差が生じやすい状態か否か、すなわち一対の焦点検出光束により形成される一対の像の同一性が良好か否かを判定する。具体的には、射出瞳距離が所定距離範囲以内である場合には、ボディ制御装置２１４は、一対の焦点検出光束の絞り開口によるケラレが略均一に生じるため一対の点像分布の同一性も高いと判定して、本処理はステップＳ５３５以降の第１像ズレ検出演算処理に進む。射出瞳距離が、図５に示した測距瞳距離ｄの近傍であるとき、すなわちｄ±所定距離以内であるとき、射出瞳距離が所定距離範囲以内と判定される。射出瞳距離が所定距離範囲外である場合には、ボディ制御装置２１４は、一対の焦点検出光束の絞り開口によるケラレが不均一に生じるため一対の点像分布の同一性も崩れやすいと判定して、本処理はステップＳ５３２に進む。射出瞳距離が、図５に示した測距瞳距離ｄから離れているとき、すなわちｄ±所定距離外であるとき、射出瞳距離が所定距離範囲外であると判定される。

　ステップＳ５３２では、ボディ制御装置２１４は、ユーザーにより選択された焦点検出エリアが画面周辺に位置するか否かを判定する。選択された焦点検出エリアの画面中心からの距離を表す像高が所定値以上であるとき、選択された焦点検出エリアが画面周辺に位置すると判定される。選択された焦点検出エリアが画面周辺に位置する場合は、ボディ制御装置２１４は、一対の焦点検出光束の絞り開口によるケラレの不均一性が拡大されるため一対の点像分布の同一性も崩れると判定する。ボディ制御装置２１４は、このような状態でも誤差を生じにくい像ズレ検出を行うために、本処理を、ステップＳ５３３以降の第２像ズレ検出演算処理に進める。選択された焦点検出エリアが画面中央近傍に位置する場合には、ボディ制御装置２１４は、一対の焦点検出光束の絞り開口によるケラレの不均一が少なく、一対の点像分布の同一性も高いと判定して、本処理を、ステップＳ５３５以降の第１像ズレ検出演算処理に進める。

　ステップＳ５３３では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ５３４では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ５３３で算出した第２像ズレ量ｓｈｆｔ２をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　ステップＳ５３５では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ５３６では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ５３５で算出した第１像ズレ量ｓｈｆｔ１をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　撮影光学系の射出瞳距離が測距瞳距離ｄの近傍であるか、または焦点検出エリアの位置が画面中心近傍にあるとき、一対の焦点検出光束の絞りによる不均一なケラレが生じ難い。しかし、上記のようにすれば、一対の焦点検出光束の絞りによる不均一なケラレが生じ難い状態であるために、第１像ズレ検出演算処理の誤差が生じにくい場合には、比較的演算規模が少ないために処理時間が短い第１像ズレ検出演算処理が用いられるので、焦点調節のレスポンスを高くすることが出来る。撮影光学系の射出瞳距離が測距瞳距離ｄから離れているとき、または焦点検出エリアの位置が画面周辺にあるとき、一対の焦点検出光束の絞りによる不均一なケラレが生じ易い。しかし、上記のようにすれば、一対の焦点検出光束の絞りによる不均一なケラレが生じ易い状態であるために、第１像ズレ検出演算処理の誤差が生じやすい場合には、高精度な第２像ズレ検出演算処理が用いられるので、正確な焦点調節を行うことができる。

　なお、第１および第２像ズレ検出演算処理を、像高および射出瞳距離のいずれか一方のみに応じて使い分けることとしてもよい。すなわち、図２３において、ステップＳ５３１およびステップＳ５３２における判定処理のうちのいずれか一方の判定のみが行われることとしてもよい。

－第１および第２像ズレ検出演算処理をＡＦの必要検出精度に応じて使い分ける場合－
　図２４は、第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを、必要なデフォーカス量検出精度、すなわちユーザーにより設定されるＡＦ精度関連の設定状態に応じて使い分ける場合の、ボディ制御装置２１４による動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、図１８のステップＳ１１３０からステップＳ１１３８までの処理に置き換わる処理を示す。

　ステップＳ６３０では、ボディ制御装置２１４は、ユーザーにより設定されるＡＦ精度関連の設定状態を検出する。ＡＦ精度関連の設定とは、例えば直接的にＡＦ精度優先とＡＦレスポンス優先とを切替える場合の切替え選択設定であっても良いし、間接的にＡＦ精度優先とＡＦレスポンス優先とを切替える場合の切替え選択設定であっても良い。間接的にＡＦ精度優先とＡＦレスポンス優先とを切替える場合の切替え選択設定とは、例えばワンショットＡＦモードとコンティニュアスＡＦモードとの切替え選択設定であり、いずれかのモードをユーザが選択することに連動して、ＡＦ精度優先とＡＦレスポンス優先のいずれかが選択される。ワンショットＡＦモードにおいては、合焦状態に到達後はレンズ駆動を禁止するので、高いＡＦ精度が要求されることとなり、ＡＦ精度優先となる。コンティニュアスＡＦモードにおいては、連続撮影のため、検出された焦点調節状態に応じて常時レンズ駆動を行うので、迅速性が要求されることとなり、ＡＦレスポンス優先となる。

　ステップＳ６３１では、ボディ制御装置２１４は、検出したＡＦ精度関連の設定状態に基づいて、ＡＦ精度が優先されているか否かを判定する。本処理は、ＡＦ精度が優先されている場合にはステップＳ６３４に進み、ＡＦ精度が優先されていない場合、すなわちＡＦ精度以外のＡＦ特性、例えばＡＦレスポンスが優先されている場合は、ステップＳ６３２に進む。

　ステップＳ６３２では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ６３３では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ６３２で算出した第１像ズレ量ｓｈｆｔ１をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　ステップＳ６３４では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ６３５では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ３３４で算出した第２像ズレ量ｓｈｆｔ２をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　このようにすれば、像ズレ検出に要求される精度が比較的ゆるい場合には、比較的演算規模が少ないために処理時間が短い第１像ズレ検出演算処理が用いられる。そのため、焦点調節のレスポンスを高くすることが出来る。それとともに、撮影光学系の像ズレ検出に要求される精度が比較的厳しい場合には、高精度な第２像ズレ検出演算処理を用いることにより正確な焦点調節を行うことができる。

　ＡＦ精度に関する設定は上述のようにユーザーによる手動設定でもよいし、カメラボディ２０３のボディ制御装置２１４が自動的に設定するものであってもよい。例えばカメラボディ２０３のボディ制御装置２１４が、読み出した画像データに基づいて輝度検出を行い、高輝度の場合にはＡＦ精度優先、低輝度の場合にはＡＦレスポンス優先の自動設定を行うことも可能である。また、カメラボディ２０３のボディ制御装置２１４が、読み出した画像データに基づいて、被写体が移動被写体であるか、静止被写体であるかについての検出を行い、静止被写体の場合にはＡＦ精度優先、移動被写体の場合にはＡＦレスポンス優先の自動設定を行うことも可能である。また、カメラボディ２０３のボディ制御装置２１４が、読み出した画像データまたは不図示の加速度センサー出力に基づいて、カメラボディ２０３のブレ状態を表すブレ量の検出を行い、ブレが少ない場合、すなわちブレ量が所定値以内の場合にはＡＦ精度優先、ブレが大きい、すなわちブレ量が所定値以上の場合にはＡＦレスポンス優先の自動設定を行うことも可能である。

－第１および第２像ズレ検出演算処理を一対の像品質に応じて使い分ける場合－
　図２５は第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とを、像ズレ検出に用いる一対の焦点検出画素のデータに基づいて評価した一対の像の像品質に応じて使い分ける場合のフローチャートである。本フローチャートは、図１８のステップＳ１１３０からステップＳ１１３８までの処理に置き換わる処理を示す。

　ステップＳ７３０では、ボディ制御装置２１４は、像ズレ検出に用いる一対の焦点検出画素のデータに基づいて一対の像の像品質の評価値を算出する。具体的には、前述した合成像信号の像品質評価値Ｐ（ｋ）を求める演算と同様な演算により一対の像信号の像品質評価値Ｑを算出することができる。一対の焦点検出画素が出力する一対の像信号データＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）に基づき、例えば（９）式と同様な鮮鋭度評価演算の（１７）式により、像品質評価値Ｑを算出することができる。
Ｑ
＝Σ（｜Ａ（ｎ）－Ａ（ｎ＋ｖ）｜＋｜Ｂ（ｎ）－Ｂ（ｎ＋ｖ）｜）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７） 

　（１７）式において、Σ演算は変数ｎの範囲について計算される。（１７）式は一対の焦点検出画素が出力する一対の像信号データＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）の、所定データ間隔を表す整数ｖにおける１階差分の絶対値の総和を算出する演算を表す。一対の焦点検出画素が出力する一対の像信号データＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）の鮮鋭度が高いほど差分量は大きくなるので像品質評価値Ｑも大きな値となる。１階差分量は一対の像のエッジ部の傾斜量に対応し、傾斜が急峻なほど鮮鋭に見えるので、（１７）式は一対の像信号の像品質、すなわち鮮鋭度を評価する演算と言える。なお（１７）式は一対の焦点検出画素が出力する一対の像信号データＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）の両方について演算を行っているが、どちらか一方のみであってもかまわない。

　ステップＳ７３１では、一対の像信号の像品質評価値に基づいて、一対の像の像品質が良好であるか否かを判定する。本処理は、一対の像の像品質が良好である場合、すなわち像品質評価値が所定値以上の場合にはステップＳ７３４に進み、一対の像の像品質が良好でない場合、すなわち像品質評価値が所定値未満の場合にはステップＳ７３２に進む。

　ステップＳ７３２では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第１像ズレ検出演算処理を行い、第１像ズレ量ｓｈｆｔ１を算出する。第１像ズレ検出演算処理は、上述したように、一対の像信号列の一致度に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ７３３では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ７３２で算出した第１像ズレ量ｓｈｆｔ１をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　ステップＳ７３４では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ１２０で読み出した一対の像信号列に基づき第２像ズレ検出演算処理を行い、第２像ズレ量ｓｈｆｔ２を算出する。第２像ズレ検出演算処理は、上述したように、合成像信号の像品質評価値に基づく像ズレ検出演算処理である。

　ステップＳ７３５では、ボディ制御装置２１４は、ステップＳ７３４で算出した第２像ズレ量ｓｈｆｔ２をデフォーカス量に変換し、本処理は、図１８のステップＳ１１４０に進む。

　一対の体像の像品質が良好でないために第２像ズレ検出演算による精度が悪化する場合がある。例えば、デフォーカス量が大きく像ボケにより高周波成分がなくなっている場合である。そのような高周波成分が少ない場合でも、第１像ズレ検出演算処理によれば、比較的精度の高い像ズレ検出が可能である。上述したステップＳ７３１において一対の像の像品質が良好でないと判定された場合は、ステップＳ７３２で第１像ズレ検出演算処理が用いられるので、焦点検出精度を維持できる。それとともに、ステップＳ７３１において一対の像の像品質が良好であるために第２像ズレ検出演算による高精度な像ズレ検出が期待できる場合、例えば合焦近傍で高周波成分が多い場合には、ステップＳ７３４で高精度な第２像ズレ検出演算処理が用いられるので、正確な焦点調節を行うことができる。

　ステップＳ７３０では、一対の焦点検出画素が出力する一対の像信号データＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）に基づき、一対の像信号の像品質評価値Ｑとして鮮鋭度を用いることとし、鮮鋭度評価演算の（１７）式により、像品質評価値Ｑを算出する。しかし、像品質評価値として、鮮鋭度の代わりに一対の像信号の解像度を用いることとしてもよい。その場合は、（１７）式の代わりに、例えば以下の（１８）式を用いる。
Ｑ＝Σ（｜－Ａ（ｎ－ｖ）＋２×Ａ（ｎ）－Ａ（ｎ＋ｖ）｜
　　＋｜－Ｂ（ｎ－ｖ）＋２×Ｂ（ｎ）－Ｂ（ｎ＋ｖ）｜）　（１８） 

　像品質評価値Ｑとして、鮮鋭度の代わりに一対の像信号の周波数特性（ＭＴＦ）を用いることとしてもよい。図１７を用いて合成像信号のＭＴＦに関する像品質評価値Ｐ（ｋ）を求める方法と同様にして、一対の被写体像の像品質に寄与する高周波帯域に渡って合成像信号のＭＴＦを積分した値を像品質評価値Ｑとしてもよい。

　上述した種々の条件に応じた第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理との使い分けに関しては、複数組み合わせて用いることができる。

　例えば図１８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１１３６からステップＳ１１３７までの間に、さらに図２０のステップＳ３３０とステップＳ３３１とを挿入してもよい。その様子を図２６に示す。ステップＳ３３１において光学特性が良好と判定された場合には、本処理はステップＳ１１４０に進み、ステップＳ３３１において光学特性が良好でないと判定された場合には、本処理はステップＳ１１３７に進む。

　このように複数の条件を組み合わせることにより、第１像ズレ検出演算処理と第２像ズレ検出演算処理とをより適切に使い分けることができる。

－－－変形例－－－
（１）　第１および第２の実施の形態では、第２像ズレ量検出演算処理において、一対の像信号を加算合成して得られる合成被写体像の、鮮鋭度、解像度、コントラストまたは周波数特性（ＭＴＦ）といった像品質についての像品質評価値に基づいて第２像ズレ量の検出が行われる。焦点検出装置を含むデジタルカメラ２０１において、ボディ制御装置２１４は、焦点検出画素３１５および３１６から読み出した一対の像信号列に対し、像品質評価値として後述するコントラスト評価値を用いたコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を行って一対の像信号列の第２像ズレ量を算出するとともに、その第２像ズレ量をデフォーカス量に変換することとしてもよい。

　すなわち、本変形例のデジタルカメラ２０１のボディ制御装置２１４は、図６のステップＳ１３０において、読み出した一対の像信号列に対し後述するコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理を行って一対の像信号列の像ズレ量（第２像ズレ量）を算出するとともに、その像ズレ量をデフォーカス量に変換する。コントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理とは、一対の像信号列を相対的に像ずらしして加算合成して合成像信号列を生成するとともに、その合成像信号列のコントラストが最大となる像ズレ量を算出する処理である。その合成像信号列のコントラストが最大となるとき、合成像信号の像品質が最高となる。

　次に、図６のステップＳ１３０における一対の像信号列に対するコントラスト評価に基づく、ボディ制御装置２１４によって行われる像ズレ検出演算処理を図２７のフローチャートを用いて具体的に詳述する。

　ステップＳ２２００では、焦点検出画素列（画素数２Ｍ）から読み出された一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍの相対的なシフト量ｋの初期値をｋ＝－５に設定する。

　ステップＳ２２１０では、一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍを相対的にシフト量ｋだけシフトする。即ちシフト量ｋにより像信号列Ａの信号Ａ_Ｎと像信号列Ｂの信号Ｂ_Ｎ＋ｋとが対応することになる。

　ステップＳ２２２０では、相対的にシフト量ｋだけシフトされた一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍを上述した（８）式により加算合成演算して、図１５に示すＭ＋１－２｜ｋ｜個の合成像信号からなる合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する（ｎ＝｜ｋ｜，｜ｋ｜＋１，・・・，Ｍ－１－｜ｋ｜，Ｍ－｜ｋ｜）。
Ｆ（ｎ，ｋ）＝Ａ_ｎ＋Ｂ_ｎ＋ｋ　　　（８）

　ステップＳ２２３０では、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し、線形結合演算である（１９）式の１階差分処理を施し、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から高周波数のコントラスト成分を抽出する。こうして得られるＭ－２｜ｋ｜個のコントラスト成分からなるコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成する。
Ｐ（ｎ，ｋ）＝Ｆ（ｎ，ｋ）－Ｆ(ｎ－１，ｋ) 　（１９）

　ステップＳ２２４０では、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）に対し（２０）式のように非線形関数Ｈ（ｘ）である２次関数（２乗関数：ｙ＝Ｈ（ｘ）＝ｘ^２）により非線形変換を行ない、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を生成する。
Ｑ（ｎ，ｋ）＝Ｈ（Ｐ（ｎ，ｋ））＝（Ｐ（ｎ，ｋ））^２　（２０）

　ここでコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）に対し（２０）式のような非線形関数による非線形変換を行なって非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を生成する理由について説明する。

　図２８（ａ）、（ｂ）は一対の像として段差Ｃ１のステップ状パターンの場合の一対の像信号列を示している。一対の像信号列は相対的にシフト量ｋ１だけシフトされた状態となり、それぞれの像信号列において段差Ｃ１の位置が異なっている。図２８（ｃ）は図２８（ａ）、（ｂ）の一対の像信号列を加算合成して得られる複数の合成像信号からなる合成像信号列を示している。２カ所において段差Ｃ１を有するステップ状パターンとなる。もしコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）の絶対値を積算して合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出すると（Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ｐ（ｎ，ｋ）｜）、図２８（ｃ）の合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ１）は次のようにして求められる。すなわち、図２８（ｃ）の合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ１）は、合成像信号列の段差（１階差分）の絶対値を合成像信号列が存在する区間に亘って積算することにより算出されるので、Ｃ（ｋ１）＝２×｜Ｃ１｜となる。

　図２９（ａ）、（ｂ）は図２８（ａ）、（ｂ）と同様に一対の像が段差Ｃ１を有するステップ状パターンの場合の一対の像信号列を示している。一対の像信号列は相対的にシフト量ｋ２だけシフトされた状態において、それぞれの像信号列の段差Ｃ１の位置が一致している。図２９（ｃ）は図２９（ａ）、（ｂ）の一対の像信号列を加算合成した合成像信号列を示している。１カ所において段差Ｃ２（＝２×Ｃ１）を有するステップ状パターンとなる。図２９（ｃ）の合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ２）を、合成像信号列の段差の絶対値をそのまま合成像信号列が存在する区間に亘って積算して算出すると、Ｃ（ｋ２）＝｜２×Ｃ１｜＝２×｜Ｃ１｜＝Ｃ（ｋ１）となる。すなわち図３０（ａ）に示すように、シフト量ｋに対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ）はシフト量ｋに依らず一定となってしまう。この場合、いくら一対の像信号列を相対的にシフトしてコントラスト評価値を算出しても、コントラスト評価値のピークやボトムを検出出来ず、従って像ズレ量の検出をすることが出来ない。

　以上の説明ではコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を合成像信号列の段差の絶対値を積算して求めることとした。合成像信号列の段差とは、合成像信号列のコントラスト成分のことであり、実際には（１９）式の１階差分演算で算出される。合成像信号列のコントラスト成分は一般に合成像信号列のＮ階差分処理（Ｎは正の整数）で求めることが出来る。合成像信号列のＮ階差分処理によりコントラスト成分を抽出した場合においても、そのコントラスト成分の絶対値をそのまま積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する場合には同様の現象が生じる。

　このような結果になる数学的な理由は、以下のとおりである。合成像信号列の加算合成処理は一対の像信号列の１次線形結合（一対の像信号列の加算）となっている。それとともに、合成像信号列のコントラスト成分を抽出するためのＮ階差分処理も、合成像信号列の信号列の１次線形結合（各信号に所定係数を乗じて加算する演算）となっている。すなわち図２８、図２９に示したような像パターンに対しては、合成像信号列に対するＮ階差分処理で抽出したコントラスト成分の絶対値の積算によりコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出した場合には以下のような状況になる。そのコントラスト評価値Ｃ（ｋ）が、一対の信号列の各々に対するコントラスト評価値を加算して得られる値、すなわち一対の信号列の各々に対するコントラスト評価値を１次線形結合して得られる値と等しくなってしまう。そのため、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）がシフト量ｋに依らず一定になってしまう。

　このような問題は、コントラスト成分を積算する前に（２０）式のように一度非線形変換することにより解決することができる。すなわち（２０）式のようにコントラスト信号列を２乗関数により非線形変換して得られるＱ（ｎ，ｋ）を積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出した場合には（Ｃ（ｋ）＝ΣＱ（ｎ，ｋ）＝Σ｜Ｐ（ｎ，ｋ）｜^２）、次のようになる。図２９（ｃ）のように一対の像の段差部が一致した時の合成像信号列に対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ２）＝４×Ｃ１^２となる。これは、図２８（ｃ）のように一対の像の段差部が一致しない時の合成像信号列に対するコントラスト評価値Ｃ（ｋ１）＝２×Ｃ１^２より大きい。従ってコントラスト評価値Ｃ（ｋ）がシフト量ｋに依らず一定ということにはならない。一対の像の段差部が一致して合成像信号列のコントラストが最も高くなるシフト量においてコントラスト評価値Ｃ（ｋ）がピークを示すため、そのシフト量に基づき像ズレ量の検出が可能である。

　図２８（ａ）および２８（ｂ）に示すような段差Ｃ１のステップパターンに対応する図２８（ｃ）に示す合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を、次のようにして求める。すなわち、コントラスト信号列ｘ＝Ｐ（ｎ，ｋ）の２乗関数ｙ＝ｘ^２を積算することによって、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）を求める。ｘ＝Ｃ１のときはｙ＝Ｃ１^２である。図２８（ｃ）においては、合成像信号列の段差Ｃ１は２か所存在するので、この場合におけるコントラスト評価値Ｃ（ｋ）＝Ｃ（ｋ１）については、Ｃ（ｋ１）＝２ｙ＝２Ｃ１^２となる。

　図２９（ａ）および２９（ｂ）に示すような段差Ｃ１のステップパターンに対して図２９（ｃ）に示す合成像信号列のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を、同様にして求める。すなわち、上述したようにコントラスト信号列ｘ＝Ｐ（ｎ，ｋ）の２乗関数ｙ＝ｘ^２を積算することによって、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）を求める。ｘ＝２Ｃ１のときはｙ＝４Ｃ１^２である。図２９（ｃ）においては、合成像信号列の段差２Ｃ１は１か所存在するので、この場合におけるコントラスト評価値Ｃ（ｋ）＝Ｃ（ｋ２）については、Ｃ（ｋ２）＝ｙ＝４Ｃ１^２となる。

　このように、Ｃ（ｋ１）＝２ｙ＝２Ｃ１^２よりもＣ（ｋ２）＝ｙ＝４Ｃ１^２の方が大きいので、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）がシフト量ｋに依らず一定ということにはならない。合成像信号列が図２８（ａ）、２８（ｂ）、２９（ａ）および２９（ｂ）のような厳密なステップパターンよりもなだらかに変化する信号パターンの場合においては、図３０（ｂ）のように、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）がシフト量ｋ＝ｋ２において極値（この場合はピーク）を示す曲線が得られる。

　図２７の説明に戻り、ステップＳ２２５０では、（２１）式により非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を構成する各信号を積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する。（２１）式においてΣはｎに関する積算を表わす。
Ｃ（ｋ）＝ΣＱ（ｎ，ｋ）　（２１）

　ステップＳ２２６０ではシフト量ｋが５に達したか否かをチェックし、達していない場合にはシフト量ｋをインクリメントして更新する。その後、本処理はステップＳ２２１０に戻り、更新されたシフト量ｋに対してステップＳ２２１０～ステップＳ２２５０の処理によりコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する。

　ステップＳ２２６０でシフト量ｋが５となった場合には、シフト量ｋ＝―５～５の各シフト量毎のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）が全て算出されたことになる。この場合、本処理はステップＳ２８０に分岐し、整数単位のシフト量ｋ＝―５～５に対応して離散的に求められたコントラスト評価値Ｃ（ｋ）に基づき、連続的なシフト量を仮定した場合のコントラスト評価値が最大となるシフト量Ｇ（小数単位）を内挿して求める。

　図３１はシフト量Ｇの内挿方法（３点内挿）を説明するための図であって、横軸がシフト量ｋ（－５、－４、・・４、５）であり、縦軸がコントラスト評価値である。整数のシフト量ｋに対応するコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を●で示しており、図３１に示す例では、シフト量ｋ＝２においてコントラスト評価値Ｃ（２）が最大になる。図３１に示す例において、シフト量ｋ＝２の１つ前のシフト量ｋ＝１および１つ後のシフト量ｋ＝３のそれぞれのコントラスト評価値Ｃ（１）およびＣ（３）については、Ｃ（１）＞Ｃ（３）となっている。シフト量Ｇ（小数単位）を内挿するにあたっては、コントラスト評価値Ｃ（１）、Ｃ（３）を通る直線と、その直線とは反対の傾きを有してコントラスト評価値Ｃ（２）を通る直線との交点の座標が、連続的なシフト量を仮定した場合の最大のコントラスト評価値Ｃ（Ｇ）（図３１の例においては○で示す）およびシフト量Ｇである。

　図３１を用いて説明した内容を一般化するつ、次のように説明できる。整数のシフト量ｋｊにおいてコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ）が最大となり、シフト量ｋｊ－１、ｋｊ＋１におけるコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ－１）、Ｃ（ｋｊ＋１）とする。連続的なシフト量を仮定した場合の最大のコントラスト評価値Ｃ（Ｇ）が得られるシフト量Ｇは、（２２）式から（２５）式で示される３点内挿の手法を用いて求められる。
Ｇ＝ｋｊ－Ｄ／ＳＬＯＰ 　　　（２２）
Ｃ（Ｇ）＝Ｃ（ｋｊ）＋｜Ｄ｜ 　　　（２３）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ－１）－Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２ 　　　（２４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛｜Ｃ（ｋｊ＋１）－Ｃ（ｋｊ）｜，｜Ｃ（ｋｊ－１）－Ｃ（ｋｊ）｜｝　（２５）

　（２２）式で算出されたシフト量Ｇの信頼性があるかどうかは、（２３）式で算出されるコントラスト評価値Ｃ（Ｇ）が所定閾値を下回ること、および／または（２５）式で算出されるＳＬＯＰが所定閾値を下回ること等の基準により判定される。図３１においてコントラスト評価値のピークが存在しないような場合には焦点検出不能と判定する。

　シフト量Ｇが算出されるとともに、シフト量Ｇの信頼性があると判定された場合は、ステップＳ２２９０において（２６）式によりシフト量Ｇを像ズレ量（第２像ズレ量）ｓｈｆｔ２に換算する。（２６）式において、検出ピッチＰＹは、同一種類の焦点検出画素によるサンプリングピッチ、すなわち撮像画素のピッチの２倍となる。
ｓｈｆｔ２＝ＰＹ×Ｇ 　　　　　（２６）

　さらに像ズレ量ｓｈｆｔ２に所定の変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｄｅｆ＝Ｋｄ×ｓｈｆｔ２ 　　　　　（２７）

　（２７）式において変換係数Ｋｄは一対の測距瞳９５、９６の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換係数であり、光学系の絞りＦ値に応じて変化する。

　以上がコントラスト評価に基づく像ズレ検出演算処理の詳細である。本変形例における焦点検出装置を含むデジタルカメラ２０１は、撮像素子２１２と、ボディ制御装置２１４とを含む。

　ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２１０において一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍを相対的にシフトする像シフト処理を行う。

　ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２２０において一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍを互いに加算合成することによって合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する像合成処理を行う。

　ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２３０において合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から複数のコントラスト成分を抽出することによってコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成するコントラスト抽出処理を行う。

　ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２４０においてコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）に変換する非線形変換処理を行う。
ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２５０において合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出するコントラスト評価処理を行う。

　ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２８０において複数のコントラスト評価値Ｃ（ｋ）の中の極値Ｃ（Ｇ）に対応するシフト量Ｇを像ズレ量ｓｈｆｔ２として検出する像ズレ量検出処理を行う。

　ボディ制御装置２１４は、ステップＳ２２９０において交換レンズ２０２のデフォーカス量ｄｅｆを算出するデフォーカス量算出処理を行う。

　このようにコントラスト評価値に基づいて像ズレ量を検出することにより、光学的な収差により一対の像の同一性が崩れた場合においても正確な像ズレ量の検出が可能になる。それとともに、コントラスト評価値の算出において合成像信号列のコントラスト成分を非線形変換している。そのため、図２８や図２９に示すようなステップ状の像パターンに対しても像ズレ量を確実に検出することが可能になる。

　上述したデジタルカメラ２０１において、一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍは、一対の被写体像６７および６８を同一種類の焦点検出画素によるサンプリングピッチである検出ピッチＰＹで離散的にサンプリングして得られる信号列である。複数のシフト量ｋは、検出ピッチＰＹ単位の離散的な値である。
ボディ制御装置２１４は、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）の中で極値を示すコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ）と、２つのコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ－１）及びＣ（ｋｊ＋１）とに基づき、像ズレ量Ｓｆを検出ピッチＰＹ以下の精度で検出する。これにより、より高精度に像ズレ量の検出が可能になる。なお、２つのコントラスト評価値Ｃ（ｋｊ－１）及びＣ（ｋｊ＋１）は、コントラスト評価値Ｃ（Ｇ）に対応するシフト量ｋｊ及びシフト量ｋｊに対して検出ピッチＰＹだけ増減した２つのシフト量ｋｊ－１およびｋｊ＋１におけるコントラスト評価値である。

（２）　図２７のステップＳ２２３０においては、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し（１９）式の１階差分処理を施している。前述したように合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から高周波数のコントラスト成分を抽出してコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成する線形結合演算処理としては、正の整数ＮについてのＮ階差分演算処理を用いることができる。例えば２階差分処理を用いた場合には（２８）式のようになる。
Ｐ（ｎ，ｋ）＝－Ｆ(ｎ－１，ｋ)＋２×Ｆ（ｎ，ｋ）－Ｆ(ｎ＋１，ｋ)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　（２８）

　差分間隔が同一の場合は１階差分処理に比較して２階差分処理のほうが高周波成分を抽出する効率が高くなるので好ましい。

（３）　図２７のステップＳ２２４０における非線形関数Ｈ（ｘ）は単純な２乗関数（ｙ＝Ｈ（ｘ）＝ｘ^２）である。現実的には入力ｘの入力レンジに対し出力ｙの出力レンジを整合させるほうが便利になる場合（例えばＣＰＵの演算ビット数に制限がある場合）がある。そのような場合には非線形関数Ｈ（ｘ）を適宜調整することができる。例えば入力ｘの入力レンジを０～１００、出力ｙの出力レンジを０～１００とした場合には（２９）式のように非線形関数Ｈ（ｘ）を定めることができ、その非線形関数Ｈ（ｘ）は図３２のグラフで表わされる。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝ｘ^２／１００　　　　（２９）

（４）　以下においては、入力ｘの入力レンジの符号がプラスであり、非線形関数Ｈ（ｘ）は出力ｙの出力レンジの符号がプラスになる関数であるとして説明する。

　非線形関数Ｈ（ｘ）は上述の２乗関数に限定されず、種々のバリエーションが考えられる。コントラスト評価の定常性（コントラストが高いときにコントラスト評価値が高くなるあるいは低くなるという特性がコントラスト成分の大小によらず変化しないこと）を確保するためには、非線形関数Ｈ（ｘ）による非線形変換後のコントラスト成分の大小関係は非線形変換前のコントラスト成分の値に関わらす常に一定となる必要がある。これは非線形関数Ｈ（ｘ）の入力ｘの入力レンジに含まれる任意の入力ｘにおける大小関係が、出力ｙにおいて常に保存または反転保存される非線形関数であることと等しい。

　すなわち非線形関数Ｈ（ｘ）において、任意の入力ｘ１、ｘ２（ｘ１＜ｘ２）とした場合には、Ｈ（ｘ１）＜Ｈ（ｘ２）あるいはＨ（ｘ１）＞Ｈ（ｘ２）が常に成立し、Ｈ（ｘ１）＝Ｈ（ｘ２）が成立しない。これは非線形関数Ｈ（ｘ）が入力ｘの入力レンジにおいて単調増加関数あるいは単調減少関数であることを意味している。この条件を言い換えると、非線形関数Ｈ（ｘ）の１次導関数ｈ（ｘ）は、入力ｘの入力レンジにおいてｈ（ｘ）＞０あるいはｈ（ｘ）＜０となる。すなわち任意のｘについてｈ（ｘ）≠０である。

　また同様にコントラスト評価の定常性を確保するために、非線形関数Ｈ（ｘ）の１次導関数ｈ（ｘ）に関しても、入力ｘの入力レンジに含まれる任意の入力ｘにおける大小関係が、１次導関数ｈ（ｘ）の値において常に保存または反転保存されることが望ましい。すなわち１次導関数ｈ（ｘ）において、任意の入力ｘ１、ｘ２（ｘ１＜ｘ２）とした場合には、ｈ（ｘ１）＜ｈ（ｘ２）あるいはｈ（ｘ１）＞ｈ（ｘ２）が常に成立し、ｈ（ｘ１）＝ｈ（ｘ２）が成立しない。これは１次導関数ｈ（ｘ）が入力ｘの入力レンジにおいて単調増加関数あるいは単調減少関数であることを意味している。この条件を言い換えると非線形関数Ｈ（ｘ）の２次導関数ｒ（ｘ）は、入力ｘの入力レンジにおいてｒ（ｘ）＞０あるいはｒ（ｘ）＜０となる。すなわち任意のｘについてｒ（ｘ）≠０である。

　（２９）式の非線形関数Ｈ（ｘ）については、１次導関数ｈ（ｘ）＝ｘ／５０＞０（ｘ＝０～１００）、２次導関数ｒ（ｘ）＝１／５０＞０（ｘ＝０～１００）となる。したがって、非線形関数Ｈ（ｘ）が単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）であるという条件を満足する。非線形関数Ｈ（ｘ）が単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合においては、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは、図３０（ｂ）のように、合成像信号列のコントラストが最高となるシフト量においてピーク（極値）を有する特性（凸形特性）を持つ。

　非線形関数Ｈ（ｘ）が単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合においては、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは、図３０（ｃ）のように、合成像信号列のコントラストが最高となるシフト量においてボトム（極値）を有する特性（凹形特性）を持つ。

　合成像信号列が図２８（ａ）、２８（ｂ）、２９（ａ）および２９（ｂ）のような段差を有するステップパターンに対して、例えば後述する図３７に示す非線形関数（１次導関数ｈ（ｘ）＞０かつ２次導関数ｒ（ｘ）＜０）による非線形変換を行う場合を例に説明する。ステップパターンの段差の値を３０とすると、図２８（ｃ）に示すような合成像信号列の段差が２か所ある場合においては、図３７によれば、ｘ＝３０のときのｙの値は約５５であり、コントラスト評価値Ｃ（ｋ１）は、そのｙの値を段差の数だけ乗じた値、すなわち２倍した値である約１１０となる。図２９（ｃ）に示すような合成像信号列の段差の値が６０である段差が１か所ある場合においては、図３７によれば、コントラスト評価値Ｃ（ｋ２）はステップパターンの段差の２倍にあたるｘ＝６０におけるｙの値、すなわち約７７となる。Ｃ（ｋ１）＞Ｃ（ｋ２）であるため、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは凹形特性を有する。

　非線形関数Ｈ（ｘ）が単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合、および非線形関数Ｈ（ｘ）が単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の場合においては、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフは、図３０（ｃ）のように、合成像信号列のコントラストが最高となるシフト量においてボトム（極値）を有する特性（凹形特性）を持つ。

　上述した条件とコントラスト評価値の特性との関係を表１にまとめて示す。コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフが凹形の特性を有する場合においても、連続的なシフト量を仮定した場合のコントラスト評価値が最小となるシフト量Ｇ（小数単位）を３点内挿の手法で求めることができる。コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフが凹形の特性を有する場合はコントラスト評価値Ｃ（ｋ）が最小値のとき、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）のグラフが凸形の特性を有する場合はコントラスト評価値Ｃ（ｋ）が最大値のとき、像品質評価値が最高となる。合成被写体像のコントラスト評価値が極値、すなわち最大値または最小値となる変位量を、像品質評価値が最高となる像ズレ量としている。

　 

　非線形関数Ｈ（ｘ）が単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（３０）式（図３３）、（３１）式（図３４）、（３２）式（図３５）、（３３）式（図３６）がある。（３１）式におけるＥＸＰ（）関数はネイピア数ｅのベキ乗関数、（３２）式におけるＬＯＧ（）関数は１０を底とする常用対数である。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝７５０／（１５－ｘ／１０）－５０　　（３０）
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００×（ＥＸＰ（９５＋ｘ／２０）－ＥＸＰ（９５））／ＥＸＰ（１００）　　（３１）
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００－５０×ＬＯＧ（１００－９９×ｘ／１００）
　　　　　　　　　　　　　　　　　（３２）
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝８００×（１－ＣＯＳ（ｘ／２００））　（３３）

　非線形関数Ｈ（ｘ）が単調増加（１次導関数ｈ（ｘ）＞０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（３４）式（図３７）がある。（３４）式におけるＳＱＲＴ（）関数はルート（平方根）関数である。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１０×ＳＱＲＴ（ｘ）　　　　（３４）

　非線形関数Ｈ（ｘ）が単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調増加（２次導関数ｒ（ｘ）＞０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（３５）式（図３８）がある。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００－１０×ＳＱＲＴ（ｘ）　　（３５）

　非線形関数Ｈ（ｘ）が単調減少（１次導関数ｈ（ｘ）＜０）であって、１次導関数ｈ（ｘ）が単調減少（２次導関数ｒ（ｘ）＜０）であるという条件を満足する非線形関数Ｈ（ｘ）の例としては、（３６）式（図３９）がある。
ｙ＝Ｈ（ｘ）＝１００－ｘ^２／１００　　　　（３６）

　上述した非線形関数およびその一次導関数は、複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲ではともに単調関数である。したがって、コントラスト評価の定常性を確保することができ、的確に像ズレ量が得られる。

（５）　図２７のステップＳ２２１０～ステップＳ２２５０に関しては、変形例（１）～（４）の本質的内容を理解しやすくするために、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する処理を、以下のステップ（ｉ）～（ｖ）に分解して説明した。
（ｉ）一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍを相対的にシフト量ｋだけシフトする。
（ｉｉ）相対的にシフト量ｋだけシフトされた一対の像信号列Ａ_１～Ａ_Ｍ、Ｂ_１～Ｂ_Ｍを（８）式により加算合成演算して、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を生成する。
（ｉｉｉ）合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）に対し（１９）式の１階差分処理を施し、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）から高周波数のコントラスト成分を抽出したコントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を生成する。
（ｉｖ）コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）に対し（２０）式のように非線形関数Ｈ（ｘ）である２次関数（上述した説明では２乗関数Ｈ（ｘ）＝ｘ^２）により非線形変換を行ない、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を生成する。
（ｖ）非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を（２１）式により積算してコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する。

　しかしながらコントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する実際の処理においては、演算上の中間的な生成物である合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を必ずしも明示的に生成する必要はない。例えば（３７）式に示すように、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）を明示的に生成せずに直接コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を算出することもできる。
Ｐ（ｎ，ｋ）＝（Ａ_ｎ＋Ｂ_ｎ＋ｋ）－（Ａ_ｎ－１＋Ｂ_{ｎ－１＋ｋ}）　　（３７）

　また例えば（３８）式に示すように、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）を明示的に生成せずに、直接、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を算出することもできる。
Ｑ（ｎ，ｋ）＝（（Ａ_ｎ＋Ｂ_ｎ＋ｋ）－（Ａ_ｎ－１＋Ｂ_{ｎ－１＋ｋ}））^２　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（３８）

　あるいは（３９）式に示すように、中間的な信号列を明示的に一切生成せずに、一対の像信号列から、直接、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出することもできる。
Ｃ（ｋ）＝Σ（（Ａ_ｎ＋Ｂ_ｎ＋ｋ）－（Ａ_ｎ－１＋Ｂ_{ｎ－１＋ｋ}））^２　（３９）

　すなわち本発明において、合成像信号列Ｆ（ｎ，ｋ）、コントラスト信号列Ｐ（ｎ，ｋ）、非線形コントラスト信号列Ｑ（ｎ，ｋ）を明示的に生成するか否かは本質的なことではない。一対の像信号列を相対的にシフトして加算合成した情報のコントラスト成分を非線形変換して積算することにより、コントラスト評価値Ｃ（ｋ）を算出する、という処理過程が本質的な点なのである。

（６）　上述した実施の形態および変形例では、一対の焦点検出画素３１５、３１６はそれぞれ１つの光電変換部を有し、一対の焦点検出光束７５、７６を個別に受光している。しかし、１つの焦点検出画素に一対の光電変換部を設け、その一対の光電変換部が一対の焦点検出光束７５、７６を個別に受光するような構成に変更することも可能である。

（７）　上述した実施の形態および変形例では、マイクロレンズを用いた瞳分割位相差検出方式による焦点検出動作を例にとって説明したが、本発明はこのような方式の焦点検出に限定されず、周知の再結像瞳分割位相差検出方式の焦点検出にも適用可能である。

　再結像瞳分割位相差検出方式においては、１次像面上に形成される被写体像が、一対のセパレータレンズを用いることによって、一対の測距瞳を通過する一対の焦点検出光束が形成する一対の被写体像として、一対のイメージセンサ上に再結像される。その一対のイメージセンサの出力に基づき、上記一対の被写体像の像ズレ量が検出される。従って撮影光学系の光学特性が良好でない場合には、上記一対の被写体像の信号パターン（形状）の同一性が崩れ、一対の被写体像信号列の一致度が悪化するという、マイクロレンズを用いた瞳分割位相差検出方式と同様の問題が発生する。そのような場合に、高精度な第２像ズレ検出演算処理を用いることにより、正確な焦点調節を行うことができる。第２の実施の形態およびその変形例においては、撮影光学系の光学特性が良好な場合、比較的演算規模が少ないために処理時間が短い第１像ズレ検出演算処理が用いられる。

（８）　焦点検出装置が適用される撮像装置としては、上述したようなカメラボディ２０３に交換レンズ２０２が装着される構成のデジタルカメラ２０１に限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルカメラあるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用することができる。

（９）　本発明の適用は、ＴＴＬ方式で撮影光学系のデフォーカス量を検出するいわゆる瞳分割位相差検出方式の焦点検出装置に限定されることはない。例えば撮影光学系とは別に一対の測距光学系を有するいわゆる外光式の位相差検出の距離測定装置にも、本発明を適用することが可能である。一対の測距光学系により形成される一対の像を、一対のイメージセンサが空間的に所定ピッチで離散的にサンプリングする。これにより生成される一対の像信号列に対して本発明を適用することによって、一対の像信号列の像ズレ量を検出し、その像ズレ量に基づき被写体距離を算出することが可能である。このようにすれば一対の測距光学系の収差特性の違いが多少生じている場合においても高精度な像ズレ検出を達成できる。そのため、一対の測距光学系の収差特性を高精度で互いに一致させる必要がなくなり、製造が容易になるとともにコストダウンをはかれる。

（１０）　本発明による一対の像に対する像ズレ検出の適用は、上述の焦点検出や距離測定に限定されることはない。例えば撮影光学系とその撮影光学系により形成された像を、空間的に２次元的にサンプリングするイメージセンサを有し、所定フレーム間隔で画像信号列を生成する撮像装置において、本発明による像ズレ検出を適用することができる。本発明による像ズレ検出を、異なるフレームの２つの画像信号列（一対の像信号列）に対して２次元的に適用することにより、２つの画像信号列の像ズレ量を検出することができる。その像ズレ量を、撮像装置のブレ量として認識することもできるし、フレーム間の被写体像の移動（動きベクトル）として認識することもできる。

（１１）　全く個別に生成された２つの画像信号列（一対の像信号列）にも、本発明を適用することが可能である。例えば特定のパターンを検出するため、画像信号列と、観測された参照画像信号列とを照らし合わせて、参照画像信号列中における特定のパターンの位置や、その特定のパターンの有無を検出するいわゆるテンプレートマッチングにも応用することができる。

　このような応用例としての像ズレ量検出装置は、一対の像を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる一対の像信号列を生成するイメージセンサを有する。

　この像ズレ量検出装置は、複数のシフト量に対応して一対の像信号列を相対的にシフトする像シフト処理部を有する。

　この像ズレ量検出装置は、像シフト処理部により相対的にシフトされた一対の像信号列を互いに加算合成することによって、複数のシフト量の各シフト量毎に複数の合成像信号からなる合成像信号列を生成する像合成処理部を有する。

　この像ズレ量検出装置は、複数の合成像信号に対して線形結合演算を行うことにより合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、各シフト量毎に複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出処理部を有する。

　この像ズレ量検出装置は、複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することによりコントラスト信号列を非線形コントラスト信号列に変換する非線形変換処理部を有する。

　この像ズレ量検出装置は、非線形コントラスト信号列に基づいて、合成像信号列のコントラスト評価値を、各シフト量毎に算出するコントラスト評価処理部を有する。

　この像ズレ量検出装置は、複数のシフト量に対応して各シフト量毎のコントラスト評価値が算出されることによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、一対の像の相対的な像ズレ量として検出する像ズレ量検出処理部を有する。

　これらの構成を有するこの像ズレ量検出装置によれば、高精度に像ズレ量を検出することができる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１２年第１０５８４９号（２０１２年５月７日出願）
　日本国特許出願２０１２年第１０５８５０号（２０１２年５月７日出願）
　日本国特許出願２０１３年第０３７６１４号（２０１３年２月２７日出願）

１０　マイクロレンズ、
１１，１５，１６　光電変換部、
４１，４２　上部、
４３，４４　下部、
４５，４６，４７，４８　エッジ部、
５１，５５，５６、点像分布、
６５，６６，６７，６８　被写体像、
７１，７５，７６　光束、
９０　射出瞳、
９１　光軸、　
９５，９６　測距瞳、
９７　領域、
９８　予定焦点面、
９９　面、
１００　撮影画面、
１０１，１０２　焦点検出エリア、
２０１　デジタルカメラ、
２０２　交換レンズ、
２０３　カメラボディ、
２０４　マウント部、
２０６　レンズ制御装置、
２０８　ズーミングレンズ、
２０９　レンズ、
２１０　フォーカシングレンズ、
２１１　絞り、
２１２　撮像素子、
２１３　電気接点、
２１４　ボディ制御装置、
２１５　液晶表示素子駆動回路、
２１６　液晶表示素子、
２１７　接眼レンズ、
２１９　メモリカード、
２２１　ＡＤ変換装置、
３１０　撮像画素、
３１５，３１６　焦点検出画素、
１５１０，１６１０，１７１０　実線、
１７２０　斜線部

Claims (25)

1. 　光学系の射出瞳を通過する一対の光束が形成する一対の像に対応した第１像信号列および第２像信号列を生成するイメージセンサと、
   　前記第１像信号列および前記第２像信号列を相対的に所定量ずつシフトする毎に、前記第１像信号列および前記第２像信号列のうちの互いに対応する第１像信号および第２像信号を加算することにより複数の合成像信号を生成し、前記複数の合成像信号の評価値に基づき、前記一対の像の相対的な像ズレ量を検出する像ズレ量検出部と、
   　前記像ズレ量に基づきデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備える焦点検出装置。
2. 　請求項１に記載の焦点検出装置において、
   　前記像ズレ量検出部は、前記第１像信号列および前記第２像信号列を前記所定量ずつシフトする毎に算出する前記評価値の最大値に対応する、前記第１像信号列および前記第２像信号列の相対的なシフト量を、前記像ズレ量として検出する焦点検出装置。
3. 　請求項２に記載の焦点検出装置において、
   　前記評価値は、前記複数の合成像信号の差分値に基づいて算出される焦点検出装置。
4. 　請求項３に記載の焦点検出装置において、
   　前記評価値は、前記複数の合成像信号の１階差分値として得られる前記差分値に基づいて算出される焦点検出装置。
5. 　請求項４に記載の焦点検出装置において、
   　前記１階差分値は、前記複数の合成像信号により形成される合成像信号列に含まれる所定の順序差を有する２つの合成像信号の差分である焦点検出装置。
6. 　請求項３に記載の焦点検出装置において、
   　前記評価値は、前記複数の合成像信号の信号値の最大値と最小値との差分として得られる前記差分値に基づいて算出される焦点検出装置。
7. 　請求項３に記載の焦点検出装置において、
   　前記評価値は、前記複数の合成像信号の２階差分値として得られる前記差分値に基づいて算出される焦点検出装置。
8. 　請求項７に記載の焦点検出装置において、
   　前記２階差分値は、前記複数の合成像信号が形成する合成像信号列に含まれる任意の合成像信号に対して降順方向に所定の順序差を有する他の合成像信号の差分と、前記任意の合成像信号に対して昇順方向に前記所定の順序差を有する他の合成像信号の差分との和である焦点検出装置。
9. 　請求項３に記載の焦点検出装置において、
   　前記評価値は、前記複数の合成像信号のＭＴＦを所定の周波数帯域の範囲で積分して得られる焦点検出装置。
10. 　請求項１に記載の焦点検出装置において、
    　前記複数の合成像信号に対する線形結合演算を通じて前記複数の合成像信号が形成する合成像信号列から複数のコントラスト成分を抽出することによって、前記第１像信号列および前記第２像信号列が前記所定量ずつシフトする毎に、前記複数のコントラスト成分からなるコントラスト信号列を生成するコントラスト抽出部をさらに備え、
    　前記像ズレ量検出部は、前記複数のコントラスト成分を非線形関数に基づいて非線形変換することにより前記コントラスト信号列が変換された非線形コントラスト信号列に基づいて、前記評価値を、前記第１像信号列および前記第２像信号列が前記所定量ずつシフトする毎に算出し、
    　前記像ズレ量検出部は、前記第１像信号列および前記第２像信号列を前記所定量ずつシフトする毎に前記評価値を算出することによって得られる複数のコントラスト評価値の中の極値に対応するシフト量を、前記像ズレ量として検出する焦点検出装置。
11. 　請求項１０に記載の焦点検出装置において、
    　前記非線形関数は、前記複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲では単調関数である焦点検出装置。
12. 　請求項１１に記載の焦点検出装置において、
    　前記非線形関数の一次導関数は、前記複数のコントラスト成分の絶対値が取り得る値の範囲では単調関数である焦点検出装置。
13. 　請求項１２に記載の焦点検出装置において、
    　前記非線形関数は、２次関数である焦点検出装置。
14. 　請求項１０～１３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
    　前記線形結合演算は、正の整数ＮについてのＮ階差分演算である焦点検出装置。
15. 　請求項１０～１４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
    　前記像ズレ量検出部は、前記非線形コントラスト信号列を構成する各信号を積算することにより前記評価値を算出する焦点検出装置。
16. 　請求項１０～１４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
    　前記第１像信号列および前記第２像信号列の各々は、前記一対の像の各々を所定の空間ピッチで離散的にサンプリングして得られる信号列であり、
    　前記第１像信号列および前記第２像信号列が前記所定量ずつシフトすることによって得られる複数のシフト量は、前記所定の空間ピッチ単位の離散的な値であり、
    　前記像ズレ量検出部は、前記複数のコントラスト評価値の中で前記極値を示すコントラスト評価値と、前記コントラスト評価値に対応する前記シフト量および前記シフト量に対して前記所定の空間ピッチだけ増減した２つのシフト量における２つのコントラスト評価値とに基づき、前記像ズレ量を前記所定の空間ピッチ以下の精度で検出する焦点検出装置。
17. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
    　前記第１像信号列および前記第２像信号列を相対的に所定量ずつシフトする毎に、前記第１像信号列および前記第２像信号列の一致度を表す相関値を相関演算により算出し、前記相関値に基づき前記第１像信号列および前記第２像信号列の前記一致度が最大となるときの前記第１像信号列および前記第２像信号列の相対的なシフト量を、前記一対の像の相対的な第１像ズレ量として検出する他の検出部と、
    　前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する選択部とをさらに備え、
    　前記デフォーカス量算出部は、前記選択部により前記他の検出部が選択されたとき、前記他の検出部により検出された前記第１像ズレ量に基づいて前記デフォーカス量を算出し、前記選択部により前記像ズレ量検出部が選択されたとき、前記像ズレ量検出部により検出された前記像ズレ量である第２像ズレ量に基づいて前記デフォーカス量を算出する焦点検出装置。
18. 　請求項１７に記載の焦点検出装置において、
    　前記選択部は、前記光学系の焦点検出状態に応じて前記第１像ズレ量検出部と前記第２像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する焦点検出装置。
19. 　請求項１８に記載の焦点検出装置において、
    　前記焦点検出状態は前記デフォーカス量の絶対値で表され、
    　前記選択部は、前記デフォーカス量の前記絶対値が所定値を超える場合に前記他の検出部を選択し、前記デフォーカス量の前記絶対値が前記所定値以内の場合に前記像ズレ量検出部を選択する焦点検出装置。
20. 　請求項１７に記載の焦点検出装置において、
    　前記選択部は、前記光学系の光学特性に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する焦点検出装置。
21. 　請求項２０に記載の焦点検出装置において、
    　前記光学特性は、前記光学系の収差量、前記光学系の絞りＦ値および前記光学系の射出瞳距離のうちのいずれか１つで表される焦点検出装置。
22. 　請求項１７に記載の焦点検出装置において、
    　前記選択部は、光軸に対して前記第１像信号列および第２像信号列が生成される位置を表す像高に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する焦点検出装置。
23. 　請求項１７に記載の焦点検出装置において、
    　前記選択部は、前記デフォーカス量の必要検出精度に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する焦点検出装置。
24. 　請求項１７に記載の焦点検出装置において、
    　前記選択部は、前記第１像信号列および前記第２像信号列に基づいて得られる前記一対の像の像品質に応じて前記他の検出部と前記像ズレ量検出部とのうちのいずれか一方を選択する焦点検出装置。
25. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
    　前記第１像信号列および前記第２像信号列を相対的に所定量ずつシフトする毎に、前記第１像信号列および前記第２像信号列の一致度を表す相関値を相関演算により算出し、前記相関値に基づき前記第１像信号列および前記第２像信号列の前記一致度が最大となるときの前記第１像信号列および前記第２像信号列の相対的なシフト量を、前記一対の像の相対的な第１像ズレ量として検出する他の検出部をさらに備え、
    　前記デフォーカス量算出部は、前記他の検出部により検出された前記第１像ズレ量と、前記像ズレ量検出部により検出された前記像ズレ量である第２像ズレ量との加重加算平均により得られる平均像ズレ量に基づいて前記デフォーカス量を算出する焦点検出装置。

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