JP7309383B2

JP7309383B2 - 撮像装置

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Publication number: JP7309383B2
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Authority: JP
Inventors: 英秋高宮
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Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2023-07-18
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Description

本発明は、合焦表示が可能な撮像装置に関する。

静止画の撮影を行う際は、従来から広く知られているオートフォーカス（以下ＡＦ）の機能を用いてピント調整を行い撮影することが一般的である。しかし、動画の撮影を行う際は、自動でピントを合わせるためのＡＦ調整動作も動画の一部として記録されてしまうため、ＡＦを使わずにマニュアルフォーカス（以下ＭＦ）にてピント調整を行う場合がある。

このようにＭＦにてピント調整を行うことによって、任意の場所に任意の速度でピントを合わせていく映像を撮影することが可能となる。しかし、ピントを合わせる際に、どこが合焦位置かを判別することは、カメラの背面などにあるディスプレイ上では確認が困難なことがある。このような課題を解決するために、ＭＦ時のアシストをするための提案が特許文献１においてなされている。

特開２０１８－１５５９０４号公報

特許文献１によれば、ユーザーがＭＦを行う際に、残りのデフォーカス量に応じて所望の動作でピントを合わせる映像を得ることができる。しかし、そのようにしてピントを合わせた状態から、たとえばズーム動作を行うと、撮像装置の表示上、合焦を示す合焦表示が表示されていても、合焦から非合焦へと表示が変わってしまうことがある。これらの原因としては、合焦表示を表示させるためのデフォーカス量の閾値にＦ値を用いている場合において、ユーザーが行ったズーム動作によりＦ値が変化してしまうことが原因である。

例えばユーザーが、ある撮像装置と光学系の組み合わせにおいて、開放Ｆ値がＦ５．６のズーム状態において、ＭＦによりピントを合わせたとする。この時の撮像装置上の合焦表示は、開放Ｆ値である５．６に所望の係数をかけ合わせて算出される。次に、その状態においてユーザーがズーム動作を行い、開放Ｆ値が２．８のズーム状態に設定したとする。すると、その時の合焦表示は開放Ｆ値２．８を用いて算出されるため、ズーム動作前とズーム動作後を比較すると、合焦表示を行うためのデフォーカス量の閾値が２倍も異なることになる。また、もしズーム動作前の状態でＭＦを行ったときの残りデフォーカス量が、デフォーカス量閾値をわずかに下回るような値だったとする。すると、前述したようにズーム動作を行ったあとデフォーカス量閾値が半分になるような条件においては、合焦表示が非合焦となってしまう。
本発明は、上記のような問題を解決し、ユーザーがＭＦなどにてピントを合わせた後、ズーミング動作などを行った場合においても適切な合焦表示が可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、
ズーム機能を有し、ズーム状態に応じてＦ値が所定範囲内で変化する光学系を固定設置又は着脱可能な撮像装置であって、
前記光学系を介した光学像を撮像する撮像手段と、
前記光学系の前記ズーム状態に応じて前記Ｆ値が前記所定範囲内で変化する場合に、被写体のデフォーカス量が前記光学系の前記所定範囲内の最小Ｆ値と最小許容錯乱円径δの積に基づき算出される所定の第１の閾値より小さい場合に合焦状態と判断する判断手段と、
前記判断手段によって合焦状態と判断されたときに第１の合焦表示をする合焦表示手段とを有し、
前記判断手段は、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を有し、被写体のデフォーカス量が前記第１の閾値以上で前記第２の閾値より小さいと判断する第２の合焦判断を行うとともに、前記第２の合焦判断がされたときには、前記合焦表示手段は前記第１の合焦表示とは異なる第２の合焦表示をすることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザーがＭＦなどにてピントを合わせた後、ズーミング動作などを行った場合においても適切な合焦表示を維持することが可能となる。

本発明の実施例における撮像装置のブロック図である。本発明の実施例における画素配列の概略図である。本発明の実施例における画素の概略平面図と概略断面図である。本発明の実施例における画素と瞳分割の概略説明図である。本発明の実施例における撮像素子と瞳分割の概略説明図である。本発明の実施例における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の概略関係を示す図である。本発明の実施例における焦点検出処理のフローチャートである。本発明の実施例における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングの概略説明図である。本発明の実施例におけるフィルター周波数帯域例を示す図である。本発明の実施例１における合焦表示例を示す図である。本発明の実施例２における合焦表示例を示す図である。

以下、図を用いて、本発明の実施形態における撮像装置について説明する。その際、全ての図において同一の機能を有するものは同一の数字を付け、その繰り返しの説明は省略する。

実施例１では、ＭＦ時にピント調整をアシストするためのインジケータを表示する上で、デフォーカス量を検出するために撮像面位相差検出方式を採用している。以下に本実施例で用いる撮像面位相差検出方式について説明する。
なお、本実施例ではフォーカス量を検出するために前記撮像面位相差検出方式を用いた例を示すが、この方式に限定されることはなく、デフォーカス量を検出できるものであれば他の方式を用いても良い。フォーカス量を検出するために位相差検出方式の撮像素子を、例えば記録用または表示用の画像を生成するための撮像素子とは別に設けても良い。

図１は実施例１の撮像装置（カメラ）１００のブロック図を示している。同図において、１０１は結像光学系に配置された第１レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能するように構成されている。１０３は第２レンズ群である。そして前記絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、前記第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）を行う。本実施例の結像光学系はズーム状態に応じてＦ値が所定の範囲内（最小Ｆ値から最大Ｆ値の間）で変化する。
なお、図１における結像光学系を含むレンズ鏡筒（１０１～１０３、１０５～１０７、１１１、１１２、１１４）は撮像装置に固定設置されたものであっても良いし、撮像装置に対して着脱可能なズームレンズユニットに搭載されたものであっても良い。ズームレンズユニットの場合には、結像光学系の例えば最小Ｆ値に関する情報を撮像装置側に送信するための通信用の接点と送信回路が交換レンズ側に設けられる。また、撮像装置側には前記の最小Ｆ値に関する情報を受信するための通信用の端子と受信回路が設けられる。なお、受信回路は通信手段として機能する。

１０５は第３レンズ群で、光軸方向の進退により、焦点調節を行なう。１０６は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。１０７は２次元ＣＭＯＳフォトセンサーと周辺回路からなる撮像素子であり、結像光学系の結像面に配置される。そして結像光学系を介した光学像を光電変換することによって撮像信号を生成する。

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１～第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動し、変倍動作を行なう。１１２は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。

１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置や連続発光可能なＬＥＤを備えた照明装置などを用いる。１１６はＡＦ補助光手段で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

１２１はカメラ本体の種々の制御を司るコンピュータとしてのカメラ内ＣＰＵで、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。また、ＲＯＭに記憶された所定のコンピュータプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。
１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。

１２６はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。即ち、フォーカス駆動回路１２６はフォーカスアクチュエータ１１４と共に、前記光学系を駆動して被写体に合焦させるための合焦動作を行う合焦手段として機能する。１２８は絞りシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
１３１はＬＣＤや有機ＥＬ等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群で、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ、マニュアルフォーカス操作部材等で構成される。マニュアルフォーカス操作部材は、マニュアルで前記光学系を駆動して被写体に合焦させるための合焦動作を行う合焦手段として機能する。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。なお、本実施例では合焦手段として基本的にマニュアルフォーカスの例を用いて説明するが自動的に合焦手段を動作させるオートフォーカス手段のみで合焦動作をするものや、マニュアルフォーカスとオートフォーカスの組み合わせで合焦動作をするものも含む。
実施例１における撮像素子１０７の内部の撮像画素と焦点検出画素の配列の概略図を図２に示す。

図２は、実施例１の撮像素子１０７としての２次元ＣＭＯＳセンサーの撮像画素の配列を４列×４行の範囲で示したものである。なお、各撮像画素は左右２つの焦点検出画素に分離されているので、図２では焦点検出画素の配列としては８列×４行の配列が示されている。
図２に点線で示した２列×２行の４個の撮像画素群２００においては、左上の位置にＲ（赤）の分光感度を有する撮像画素２００Ｒ、Ｇ（緑）の分光感度を有する撮像画素２００Ｇが右上と左下に配置されている。また、Ｂ（青）の分光感度を有する撮像画素２００Ｂが右下に配置されている。各分光感度はそれぞれＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを各撮像画素の前に配置することによって得られる。さらに、上記撮像画素群２００が水平垂直方向に繰り返し配列されている。なお、各撮像画素には第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２が左右に配列されている。

図２に示した４列×４行の撮像画素（８列×４行の焦点検出画素）を撮像素子の撮像面上に多数配置し、撮像画像や焦点検出信号の取得を可能としている。実施例１の撮像素子は、撮像画素の周期Ｐが４μｍ、撮像画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万個配置されているものとする。また、焦点検出画素の列方向周期ＰＡＦが２μｍ、焦点検出画素数ＮＡＦが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５０万個配置されているものとする。
図２に示した撮像素子の１つの撮像画素２００Ｇ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、実施例１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２分割された光電変換部３０１と光電変換部３０２が形成されている。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良い。

各画素において、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、カラーフィルター３０６が形成される。また、必要に応じて、撮像素子内の各撮像画素毎にカラーフィルターの分光透過率を変えても良いし、一部の撮像画素についてはカラーフィルターを省略しても良い。
図３に示した撮像画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルター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、一方、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、不図示の静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。
次に、図３（Ａ）に示した画素構造のａ－ａ断面を＋ｙ側から見た断面図と結像光学系の射出瞳面の関係を図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、５００は撮像画素２００Ｇ全体によって受光可能な瞳領域であり、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２を含む。第１瞳部分領域５０１は、感度重心が光軸に対して－ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズによって対応付けられており、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に対応する第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、マイクロレンズによって対応付けられており、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において、４００は絞り開口等によって決まる結像光学系の射出瞳を表す。射出瞳４００の外側の光はけられる。
また、図４で、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）によって撮像画素２００Ｇが構成されている。
次に実施例１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に示す。第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２をそれぞれ通過した光束は、撮像素子の各撮像画素のマイクロレンズ３０５に、それぞれ、異なる角度で入射する。そして、分割された第１焦点検出画素２０１（光電変換部３０１）と第２焦点検出画素２０２（光電変換部３０２）でそれぞれ受光される。なお、実施例１では、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良い。

本実施例の撮像素子は、結像光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する第１焦点検出画素と、第１瞳部分領域と異なる結像光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する第２焦点検出画素とが図２に示すように撮像面に複数配列されている。また実施例１の撮像素子では、それぞれの撮像画素が第１焦点検出画素と第２焦点検出画素から構成されているので、各撮像画素は、結像光学系の第１瞳部分領域と第２瞳部分領域を合わせた瞳領域５００を通過する光束を受光する。しかし、撮像面内において、撮像画素と焦点検出画素とを別々の構成とし、撮像面内の別々の位置に配置してもよい。

即ち、例えば、撮像面内にマトリックス状に撮像画素を多数配置するとともに、それらの撮像画素の一部を、前記第１焦点検出画素や第２焦点検出画素に置き換えて分散配置する構成としても良い。
実施例１では、撮像素子の各撮像画素内の第１焦点検出画素２０１の受光信号を集めて第１焦点信号を生成し、各撮像画素の第２焦点検出画素２０２の受光信号を集めて第２焦点信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子の各撮像画素毎に、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２の信号を加算することで、有効な撮像画素数Ｎの解像度の撮像信号（画像信号）を生成する。

次に、実施例１の撮像素子により取得される第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係について説明する。
図６に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の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概略関係図を示す。撮像面８００に実施例１の撮像素子（不図示）が配置され、図４、図５と同様に、結像光学系の射出瞳が、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は、被写体の結像位置から撮像面までの距離を大きさ｜ｄ｜として定義される。また、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）、被写体の結像位置が撮像面より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図６で、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、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）とする。

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、一度、集光した後、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、撮像素子に配列された各画素を構成する第１焦点検出画素２０１（第２焦点検出画素２０２）により受光され、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）が生成される。よって、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）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｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。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｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、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方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。

したがって、本実施例では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、もしくは、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。
次に焦点検出方法について説明する。前記撮像面位相差方式は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量（第１評価値）を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関係性から、像ずれ量を検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。

図７に、実施例１の焦点検出処理のフローチャートを示す。なお、図７の動作は、実施例１の焦点検出信号生成手段、撮像素子１０７、画像処理回路１２５とＣＰＵ１２１等によって実行される。
ステップＳ１１０で、撮像素子の有効画素領域の中から焦点調節を行う焦点検出領域を設定する。焦点検出信号生成手段により、焦点検出領域の第１焦点検出画素の受光信号から第１焦点検出信号を生成し、焦点検出領域の第２焦点検出画素の受光信号から第２焦点検出信号を取得する。

ステップＳ１２０で、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、それぞれ、信号データ量を抑制するために列方向に３画素加算処理を行い、さらに、ＲＧＢ信号を輝度Ｙ信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理を行う。これら２つの加算処理を合わせて第１画素加算処理とする。
ステップＳ１３０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、それぞれ、シェーディング補正処理（光学歪補正処理）を行う。
以下、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングについて説明する。図８に、撮像素子の撮像面中央から離れた周辺像高における第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２、および結像光学系の射出瞳４００の関係を示す。

図８（Ａ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓが同じ場合である。この場合は、第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２により、結像光学系の射出瞳４００が、概ね、均等に瞳分割される。
これに対して、図８（Ｂ）に示した結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより短い場合、撮像素子の周辺像高では、結像光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれを生じ、結像光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。同様に、図８（Ｃ）に示した結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより長い場合、撮像素子の周辺像高では、結像光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれを生じ、結像光学系の射出瞳４００が、不均一に瞳分割されてしまう。周辺像高で瞳分割が不均一になるのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の強度も不均一になり、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のいずれか一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなるシェーディングが生じる。

図７のステップＳ１３０では、焦点検出領域の像高（撮像面中央からの距離）と、結像光学系のＦ値、射出瞳距離Ｄ１に応じて、第１焦点検出信号の第１シェーディング補正係数と、第２焦点検出信号の第２シェーディング補正係数を夫々予め生成しておく。第１シェーディング補正係数を第１焦点検出信号に乗算し、第２シェーディング補正係数を第２焦点検出信号に乗算して、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。
位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の位相の相関（信号の位相の一致度）を基に、第１検出デフォーカス量の検出を行う。瞳ずれによるシェーディングが生じると第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の位相の相関（信号の位相の一致度）が低下する場合がある。よって、位相差方式の第１焦点検出では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の位相の相関（信号の位相の一致度）を改善し、焦点検出性能を良好とするために、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行うことが望ましい。

図７のステップＳ１４０では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号に、第１フィルター処理を行う。図９は実施例におけるフィルター周波数帯域例を示す図であり、実施例１の第１フィルター処理の通過帯域例を、図９の実線で示す。実施例１では、位相差方式の第１焦点検出により、大デフォーカス状態での焦点検出を行えるようにするため、第１フィルター処理の通過帯域は低周波帯域を含むように構成される。必要に応じて、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う際に、デフォーカス状態に応じて、第１焦点検出時の第１フィルター処理の通過帯域を、図９の１点鎖線のように、より高周波帯域に調整しても良い。
次に、図７のステップＳ１５０では、第１フィルター処理後の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の位相を相対的に瞳分割方向にシフトさせる第１シフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量（第１評価値）を算出する。

第１フィルター処理後のｋ番目の画素の第１焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲（画素範囲）をＷとする。第１シフト処理によるシフト量をｓ１、シフト量ｓ１のシフト範囲をΓ１として、相関量ＣＯＲは、（数１）により算出される。

シフト量ｓ１の第１シフト処理により、ｋ番目の第１焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ－ｓ１番目の第２焦点検出信号Ｂ（ｋ－ｓ１）を対応させ減算し、シフト減算信号を生成する。生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域に対応する範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、相関量ＣＯＲ（ｓ１）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出された相関量を、各シフト量毎に、複数行に渡って加算しても良い。
ステップＳ１６０では、相関量から、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐ１とする。像ずれ量ｐ１に、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた変換係数Ｋ１をかけて、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）を検出する。即ち、このときＣＰＵ１２１は位相差検出方式によって前記被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段として機能する。
次に、ＭＦ時などのインジケータとして合焦位置までのデフォーカス量を表示する方法について説明する。
なお、図１０にデフォーカス量や合焦表示をするための表示形態の例を示す。

ステップＳ１６１では、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）が所定閾値Ｔ１より小さいか判断（第１の合焦判断）しＹｅｓならステップＳ１６２で図１０の１０－４の表示を行う。ＮｏならステップＳ１６３に進む。ここで例えばＴ１＝（最小Ｆ値／現在のＦ値）×Ｆδとする。即ち、Ｔ１は許容錯乱円径δとＦ値の積に基づき決まる値であるとともに、現在のＦ値の逆数と最小Ｆ値との積に基づき決まる値である。
このとき、ＣＰＵ１２１はＭＦによる合焦動作に際して、被写体のデフォーカス量が前記光学系の前記所定範囲内の最小Ｆ値に基づく所定閾値Ｔ１より小さい場合に合焦状態と判断する判断手段として機能する。また、表示器１３１は合焦状態と判断されたときに１０－４の表示（第１の合焦表示）をする合焦表示手段として機能している。

ステップＳ１６３では、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）が所定の閾値Ｔ２（第２の閾値）より小さいか判断（第２の合焦判断）する。即ち、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）が前記所定閾値Ｔ１（第１の閾値）以上であって、所定の閾値Ｔ２（第２の閾値）より小さいか判断（第２の合焦判断）する。ステップＳ１６３でＹｅｓならステップＳ１６４で図１０の１０－３の表示（第２の合焦表示）を行う。ステップＳ１６３でＮｏならステップＳ１６５に進む。ここで例えばＴ２＝Ｆδとする。
ステップＳ１６５では、検出デフォーカス量（Ｄｅｆ）が所定の閾値Ｔ３より小さいか判断しＹｅｓならステップＳ１６６で、他の表示としての１０－２の表示を行う。ＮｏならステップＳ１６７で、更に他の表示としての１０－１の表示を行う。ここで例えばＴ２＝３Ｆδとする。
なおここで、Ｔ４＞Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係が成り立つ。

ここで示すインジケータは、ユーザーがマニュアルで設定したフォーカス位置に対して、前述した撮像面位相差方式によって算出されたデフォーカス量を、撮像装置の表示器１３１に表示させた例である。
１０－１は、デフォーカス量Ｄｅｆ１がＴ３以上のときの表示であり、１０－２は、デフォーカス量Ｄｅｆ１がＴ２以上でＴ３より小さいときの表示である。１０－３は、デフォーカス量Ｄｅｆ１がＴ１以上でＴ２より小さいときの表示であり、合焦状態をしめしている。１０－４は、デフォーカス量Ｄｅｆ１がＴ１より小さいときの表示であり、１０－３の表示よりも、さらにデフォーカス量が小さく、真のピント位置に近いことを示している。
このように本実施例においては、合焦であることを示す表示を２種類用いることを特徴とする。
次に、なぜ合焦であることを示す表示が２種類必要となるかを説明する。
まず、本実施例においては、合焦状態を示す指標としてＦ値の関数値を用いる。

種々の光学性能を有した撮像用レンズを用いて撮像を行う場合、該撮像用レンズのＦ値に応じて、被写界深度が決まってくる。そのため、単位をｍｍとしたデフォーカス量で合焦か否かを判定すると、その時のＦ値によってボケ方が異なってくる。撮像装置としては、単位をｍｍとしたデフォーカス量よりも、ボケ方で合焦しているか否かを判定したほうがユーザーの感覚に沿っている。
例えば、Ｆ値が２．８であり、許容錯乱円径がδμｍだったとしたときに、例えば合焦閾値Ｔ２を１Ｆδ、つまり２．８×δμｍ、といったように定義する。

この時、前記撮像用レンズがズームレンズなどの場合、Ｗｉｄｅ側での開放Ｆ値と、Ｔｅｌｅ側での開放Ｆ値が異なる撮像用レンズが多く存在するが、Ｗｉｄｅ側がＦ２．８、Ｔｅｌｅ側がＦ５．６がそれぞれの開放Ｆ値であった場合を想定する。その際、ユーザーがＴｅｌｅ側にて前記ＭＦを用いてピントを合わせたとする。

この時、１０－１～１０－３までの表示形式による合焦表示を行う撮像装置においては、Ｔｅｌｅ側で前記１Ｆδに入って合焦表示が表示されたとしても、デフォーカス量が１Ｆδ以下であることが確認されているだけである。従って、０Ｆδ付近まで追い込めているかどうかは表示だけでは定かではない。そして、ユーザーがそのままＷｉｄｅまでズーミング動作を行ったとすると、前述したようにＦ値の関数の合焦閾値を用いている場合、ＷｉｄｅでＦ値が２．８となり、１Ｆδが示すデフォーカス量も変わってくる。従って、ユーザーがフォーカス動作を全く行っていないにもかかわらず、合焦表示から外れて、１０－１や１０－２のような非合焦表示に戻ってしまうことがある。
本実施例では上記のような問題を鑑み、ユーザーがズーミング動作を行っても合焦表示を維持できるようにするために、本実施例では合焦閾値、および合焦表示を２種類用意している。

前述のように、第一の合焦閾値、および第一の合焦表示は、撮像用レンズの全ズーム状態において、もっとも明るいＦ値を用いる。先ほど例に示した撮像用レンズであれば、ＷｉｄｅのＦ２．８の値を用いる。該撮像用レンズのＷｉｄｅからＭｉｄｄｌｅ、Ｔｅｌｅまで一貫して、Ｆ２．８を用いて算出した１Ｆδの値で第二の合焦閾値を決定する。この第一の合焦閾値としてのＴ１は前述のように例えばＴ１＝（最小Ｆ値／現在のＦ値）×Ｆδとする。
本実施例では１０－４をこの第一の合焦表示に用いる。

第二の合焦閾値、および第二の合焦表示は、ユーザーが撮像を行っている際に設定しているズーム状態、フォーカス状態における現在のＦ値を用いた閾値１Ｆδを用いる。前記撮像用レンズを例とすると、ＷｉｄｅにおいてはＦ２．８であり、ＴｅｌｅにおいてはＦ５．６を用いる。またＭｉｄｄｌｅ状態などにおいても、それぞれの開放Ｆ値などを元に設定すればよい。本実施例では１０－３をこの第二の合焦表示に用いるとする。

このように合焦表示を２段階にした撮像装置にて、ユーザーがＭＦやズーミング動作を行う場合、例えばＴｅｌｅ側だけで撮像を続ける場合は、１０－３に示した第二の合焦表示が表示されるところまでＭＦでピントを合わせる。そうすれば、１Ｆδ以下のボケ量が保障され、ボケを視認できない解像度レベルの映像を撮像し続けることができる。
一方、ＴｅｌｅからＷｉｄｅまでズーミング動作を伴うような撮像を行いたい場合は、１０－４に示した第一の合焦表示までＭＦでピントを合わせこんでおく。そうすれば、そのあとズーミング動作を行っても合焦表示から非合焦表示に切り替わってしまうことなく撮像を続けることができる。そしてＷｉｄｅにズーミングしたあともボケを視認できないほどのピント精度が実現できていることをインジケータで示すことができる。

次に本発明の実施例２について説明する。
実施例１では、ピントが所定の合焦閾値以内に入っていることを示す合焦表示を２種類用い、現在のＦ値の状態において合焦閾値以内である第二の合焦表示と、どのＦ値状態でも合焦閾値以内であることを保障する第一の合焦表示を使い分ける方法を示した。
本実施例２においては合焦表示が１種類のままでも、ズーミング動作後に合焦表示から外れずに撮影ができる手法について説明する。

本実施例では、図１１の１１－１～１１－３に示す範囲でデフォーカス量を表示する。これらの表示は、従来の表示方法と変わりないが、それぞれの合焦閾値を実施例１と同様の手法にて設定する。即ち、図１１の表示１１－１、１１－２は図１０の表示１０―１、１０－２にそれぞれ対応し、表示１１－３は表示１０－４に対応する。また、図１１の表示を行うためのフローチャートは、図７におけるフローチャートのステップＳ１６３、Ｓ１６４を省略したものとする。そして、ステップＳ１６２、Ｓ１６６、Ｓ１６７ではそれぞれ１１－３、１１－２、１１－１を表示する。従って１１－３の表示で用いる合焦閾値は、実施例１で示した第一の合焦閾値としてのＴ１、即ち、例えばＴ１＝（最小Ｆ値／現在のＦ値）×Ｆδとする。
具体的には、各ズーム状態における合焦表示のための合焦閾値を、実施例１で示したような撮像用レンズの全ズーム状態における最小Ｆ値を用いて算出する。実施例１で示した撮像用レンズの例を用いると、ＷｉｄｅにおけるＦ２．８が最小Ｆ値となる。従って、例えばＴｅｌｅ側の合焦表示はＦ２．８を用いて算出した合焦閾値、つまりＴｅｌｅにおけるＦ５．６を元に算出すると０．５Ｆδ以下のデフォーカス量になったときに、１１－３に示した合焦表示を表示する。
このようにすることによって、ＭＦにてピントを合わせたあと、撮像用レンズをどのステートに変更しても、合焦表示が途切れることなく表示し続けることが可能となる。

実施例１、実施例２においては、ユーザーがＭＦにてピント合わせを行った後にいかなるズーム動作等をしても合焦表示が途切れずに撮影しつづけることができる。更に例えば、ＭＦにてピント合わせを行った後にズーミング動作等によりＦ値が変化したときに、実施例１にて示した第一の合焦閾値を超えてしまっても、合焦表示を維持し続けるようにしても良い。この場合、ユーザーがズーミング動作を終了したあと、第一の合焦閾値を超えても合焦表示を表示しつづける。しかし、そこでユーザーが画面を見てピントのズレに気づいてＭＦをし直そうとしたときに、その状態におけるＦ値に基づいた合焦閾値を用いた合焦表示の判定を行うものとする。このようにすることによって、ズーミング動作後も合焦表示を維持しつつ、ピントのズレに気づいたときのみ、その状態における正しい合焦閾値に基づいた合焦表示を表示し直すことができる。

また他の例としては、ユーザーがＭＦにてピント合わせを行い一旦第１の合焦閾値に基づき合焦状態となったあと、例えば前記光学系のＦ値が変化することによって実施例１にて示した第一の合焦閾値を超えたとする。その場合に、第二の合焦閾値以下となるようにオートフォーカスにて自動でピント調整を行うようにしても良い。
またそれ以外にも、前記第一の合焦表示（１０－４）と前記第二の合焦表示（１０－３）は、撮像装置にてユーザーに対して表示を行う際に、同じ色にて表示されてもよい。そして他の表示（１０－１、１０２）とは異なる色で表示するようにする。それによって、たとえばある程度デフォーカス量があるときは、デフォーカス量を灰色などで表示し、第一の合焦表示、第二の合焦表示は緑色にする。このように第一および第二の合焦表示を同じ色で表示することにより、ズーミング動作などを行って、合焦表示が第二の合焦表示から第一の合焦表示に変化しても、合焦表示の色が変化しない。従って、ユーザーに対し合焦から外れていないことを示すことができる。

以上示した方法を用いることにより、ズーミング動作等を行っても合焦表示が途切れることなく撮影を続けることが可能となる。
上記の実施例では撮像面位相差方式を用いた場合を示したが、それ以外の方式を用いた場合でも本件は適用することができる。例えば、ビデオカメラなどで用いられる外測方式の焦点検出手段や、その他、合焦位置までのデフォーカス量が算出できる焦点検出手段であれば、本件は適用可能である。
またさらに、本実施例では図１０、図１１に示したような形状のインジケータにて表示を行う形態を示したが、この形状になんら限定されることはなく、デフォーカス量を図示する形状のものであれば全てに適用できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
また、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して撮像装置や撮像制御装置に供給するようにしてもよい。そしてその撮像装置や撮像制御装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

１００カメラ
１０７撮像素子
１２１ＣＰＵ

Claims

ズーム機能を有し、ズーム状態に応じてＦ値が所定範囲内で変化する光学系を固定設置又は着脱可能な撮像装置であって、
前記光学系を介した光学像を撮像する撮像手段と、
前記光学系の前記ズーム状態に応じて前記Ｆ値が前記所定範囲内で変化する場合に、被写体のデフォーカス量が前記光学系の前記所定範囲内の最小Ｆ値と最小許容錯乱円径δの積に基づき算出される所定の第１の閾値より小さい場合に合焦状態と判断する判断手段と、
前記判断手段によって合焦状態と判断されたときに第１の合焦表示をする合焦表示手段とを有し、
前記判断手段は、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を有し、被写体のデフォーカス量が前記第１の閾値以上で前記第２の閾値より小さいと判断する第２の合焦判断を行うとともに、前記第２の合焦判断がされたときには、前記合焦表示手段は前記第１の合焦表示とは異なる第２の合焦表示をすることを特徴とする撮像装置。
前記光学系を含むレンズ鏡筒は、マニュアルで前記光学系を駆動して被写体に合焦させるための合焦動作を行う操作部を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記光学系は、撮像装置に対して着脱可能なズームレンズユニットを含み、前記撮像装置は前記ズームレンズユニットから前記最小Ｆ値に関する情報を取得するための通信手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記撮像手段は、位相差検出方式によって前記被写体のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出手段を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の撮像装置。
更に、自動的に合焦動作を行うオートフォーカス手段を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記オートフォーカス手段は、前記判断手段によって合焦状態と判断された後に、前記光学系のＦ値が変化することによって合焦状態でなくなった場合に、自動的に合焦手段を動作させることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
前記第１の合焦表示または前記第２の合焦表示がなされなかった場合に表示される他の表示を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の合焦表示と前記第２の合焦表示とは色が同じであり、前記他の表示とは色が異なることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の閾値は（最小Ｆ値／現在のＦ値）×現在のＦ値×許容錯乱円径δに基づき算出される値であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２の閾値は許容錯乱円径δと現在のＦ値の積に基づき算出される値であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の撮像装置。
請求項１～１０のうちいずれか一項に記載の撮像装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。