(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りを有し、被写体像を形成する光束を透過させる光学系と、
二次元状に配置され、前記光束を受光して撮像信号を出力する複数の撮像画素と、水平方向に配列され、前記光学系の一対の瞳領域を通過した一対の光束による一対の像に対応する一対の焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とを有し、前記複数の撮像画素および前記複数の焦点検出画素の露光および読み出しが前記水平方向の行毎に順次行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と、
前記絞りを駆動して絞り値を変化させる絞り駆動手段と、
前記絞り駆動手段によって変化される絞り値を検出する絞り値検出手段と、
前記複数の焦点検出画素の前記一対の焦点検出信号に基づき前記一対の像の像ズレ量を算出し、前記像ズレ量に前記一対の光束の開き角に応じた所定の変換係数を乗じてデフォーカス量に変換する焦点検出手段と、を備え、
前記ローリングシャッタ動作により１フレーム分の前記撮像信号が読み出される間に前記絞り駆動手段が前記絞りを駆動する場合に、前記焦点検出手段は、前記ローリングシャッタ動作における前記複数の焦点検出画素の露光時刻において前記絞り値検出手段によって検出された絞り値に応じた変換係数を、前記所定の変換係数として前記像ズレ量に乗じることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出画素の露光時刻は、前記ローリングシャッタ動作における前記複数の焦点検出画素の露光時間の中点の時刻であることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記ローリングシャッタ動作による１フレーム分の前記撮像信号が読み出される間における前記絞り値の変化量が所定閾値以上であるか否かを判定する判定手段を更に備え、
前記焦点検出手段は、前記判定手段が前記絞り値の変化量が所定閾値以上であると判定した場合に、前記ローリングシャッタ動作における前記複数の焦点検出画素の露光時刻において前記絞り値検出手段によって検出された絞り値に応じた変換係数を、前記所定の変換係数として前記像ズレ量に乗じることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記光学系の一対の瞳領域を通過した一対の光束による一対の像に対応する一対の焦点検出信号を出力し、前記水平方向とは異なる他の方向に配列された複数の他の焦点検出画素を有し、
前記焦点検出手段は、前記ローリングシャッタ動作により１フレーム分の前記撮像信号が読み出される間に前記絞り駆動手段が前記絞りを駆動する場合に、前記複数の他の焦点検出画素の一対の焦点検出信号に基づくデフォーカス量の算出を禁止することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出画素の各々は、マイクロレンズと光電変換部とを有する瞳分割型の画素であり、
前記複数の焦点検出画素は、前記一対の光束のうちの一方を受光する第１焦点検出画素と、前記一対の光束のうちの他方を受光する第２焦点検出画素とを含み、
前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素とが交互に配列されることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出画素の各々は、マイクロレンズと第１の光電変換部と第２の光電変換部とを有する瞳分割型の画素であり、
前記第１の光電変換部は前記一対の光束のうちの一方を受光するとともに、前記第２の光電変換部は前記一対の光束のうちの他方を受光することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
絞りを有し、被写体像を形成する光束を透過させる光学系と、
二次元状に配置され、前記光束を受光して撮像信号を出力する複数の撮像画素と、水平方向に配列され、前記光学系の一対の瞳領域を通過した一対の光束による一対の像に対応する一対の焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とを有し、前記複数の撮像画素および前記複数の焦点検出画素の露光および読み出しが前記水平方向の行毎に順次行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と、
前記絞りを駆動して絞り値を変化させる絞り駆動手段と、
前記複数の焦点検出画素の前記一対の焦点検出信号に基づき前記一対の像の像ズレ量を算出し、前記像ズレ量に所定の変換係数を乗じてデフォーカス量に変換する焦点検出手段と、を備え、
前記ローリングシャッタ動作により１フレーム分の前記撮像信号が読み出される間に前記絞り駆動手段が前記絞りを駆動する場合に、前記焦点検出手段は、前記ローリングシャッタ動作における前記複数の焦点検出画素の露光時での絞り値に応じた変換係数を、前記所定の変換係数として前記像ズレ量に乗じることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像画素と瞳分割型の焦点検出画素を混載する撮像素子を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような撮像装置においては、撮像面において、瞳分割型の焦点検出画素を直線状に配列し、焦点検出画素配列の出力に基づき焦点検出画素配列上に形成された像の焦点調節状態を検出している。また、撮像素子として相補型金属酸化物半導体(ＣＭＯＳ)イメージセンサーが知られている。 ＣＭＯＳイメージセンサーの基本的な動作方式においては、ローリングシャッタ（ライン露光順次読み出し方式）により画像データが時系列に読み出される。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２１６３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の撮像装置にＣＭＯＳセンサを適用した場合、ＣＭＯＳイメージセンサーは、ローリングシャッタにより水平ライン毎に露光時間がずれる。そのため、ローリングシャッタ動作中に焦点検出画素の露光条件が変化するような場合には、焦点検出画素配列における各焦点検出画素が互いに異なる露光条件での信号を出力することになり、正確な焦点検出を行うことができなくなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による撮像装置は、絞りを有し、被写体像を形成する光束を透過させる光学系と、二次元状に配置され、前記光束を受光して撮像信号を出力する複数の撮像画素と、水平方向に配列され、前記光学系の一対の瞳領域を通過した一対の光束による一対の像に対応する一対の焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とを有し、前記複数の撮像画素および前記複数の焦点検出画素の露光および読み出しが前記水平方向の行毎に順次行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と、前記絞りを駆動して絞り値を変化させる絞り駆動手段と、前記絞り駆動手段によって変化される絞り値を検出する絞り値検出手段と、前記複数の焦点検出画素の前記一対の焦点検出信号に基づき前記一対の像の像ズレ量を算出し、前記像ズレ量に前記一対の光束の開き角に応じた所定の変換係数を乗じてデフォーカス量に変換する焦点検出手段と、を備え、前記ローリングシャッタ動作により１フレーム分の前記撮像信号が読み出される間に前記絞り駆動手段が前記絞りを駆動する場合に、前記焦点検出手段は、前記ローリングシャッタ動作における前記複数の焦点検出画素の露光時刻において前記絞り値検出手段によって検出された絞り値に応じた変換係数を、前記所定の変換係数として前記像ズレ量に乗じることを特徴とする。
請求項７の発明による撮像装置は、絞りを有し、被写体像を形成する光束を透過させる光学系と、二次元状に配置され、前記光束を受光して撮像信号を出力する複数の撮像画素と、水平方向に配列され、前記光学系の一対の瞳領域を通過した一対の光束による一対の像に対応する一対の焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とを有し、前記複数の撮像画素および前記複数の焦点検出画素の露光および読み出しが前記水平方向の行毎に順次行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と、前記絞りを駆動して絞り値を変化させる絞り駆動手段と、前記複数の焦点検出画素の前記一対の焦点検出信号に基づき前記一対の像の像ズレ量を算出し、前記像ズレ量に所定の変換係数を乗じてデフォーカス量に変換する焦点検出手段と、を備え、前記ローリングシャッタ動作により１フレーム分の前記撮像信号が読み出される間に前記絞り駆動手段が前記絞りを駆動する場合に、前記焦点検出手段は、前記ローリングシャッタ動作における前記複数の焦点検出画素の露光時での絞り値に応じた変換係数を、前記所定の変換係数として前記像ズレ量に乗じることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化して露光条件が変化するような場合においても焦点検出の誤動作を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図４】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図５】撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図である。
【図６】撮像画素の正面図である。
【図７】焦点検出画素の正面図である。
【図８】緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図である。
【図９】焦点検出画素の分光特性を示す図である。
【図１０】撮像画素の断面図である。
【図１１】焦点検出画素の断面図である。
【図１２】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１３】焦点検出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１４】撮像素子の回路構成を簡略化して示す図である。
【図１５】撮像画素および焦点検出画素における１つの光電変換部に対する基本回路構成を示す図である。
【図１６】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図１７】デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。
【図１８】一対のデータのずらし量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図である。
【図１９】像ズレ量をデフォーカス量に変換する場合の説明図である。
【図２０】デフォーカス量演算処理の詳細を示すフローチャートである。
【図２１】絞り開口径の状態および撮像素子の動作と時間経過との関係を示すタイミングチャートである。
【図２２】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２４】焦点検出画素の正面図である。
【図２５】焦点検出画素の断面図である。
【図２６】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。
【図２７】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２８】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２９】焦点検出画素の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。本実施の形態のデジタルスチルカメラ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。
【０００９】
交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う。また、後述するボディ駆動制御装置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。
【００１０】
カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置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などを備えている。撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置（焦点検出エリア）に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の駆動制御と、画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と、交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、デジタルスチルカメラ２０１の動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信を行う。
【００１２】
液晶表示素子２１６は電気的な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による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を記憶する画像ストレージである。
【００１３】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光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、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１４】
ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの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駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画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からの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、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１５】
レンズ駆動制御装置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、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値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に応じたレンズ情報を選択する。
【００１６】
レンズ駆動制御装置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用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１７】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置（焦点検出エリア）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が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）および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１０１〜１０５が配置される。長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が直線的に配列される。焦点検出エリア１０１、１０２、１０３においては焦点検出画素が水平方向に配列され、焦点検出エリア１０４、１０５においては焦点検出画素が垂直方向に配列される。
【００１８】
図３、図４は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図である。図３は、図２における焦点検出エリア１０１、１０２、１０３の近傍を拡大した画素配列の詳細を示し、図４は、図２における焦点検出エリア１０４、１０５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４においては、垂直方向の焦点検出用に撮像画素３１０と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４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垂直方向の直線上に連続して配列される。同じく、図３においては、水平方向の焦点検出用に撮像画素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。
【００１９】
図５は、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６のマイクロレンズ１０の形状を示す図である。撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６のマイクロレンズ１０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９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。マイクロレンズ１０の光軸を通る対角線の方向の断面と、マイクロレンズ１０の光軸を通る水平線の方向の断面とは、それぞれ図５に（ａ）、（ｂ）で示す形状になっている。
【００２０】
撮像画素３１０は、図６に示すように矩形のマイクロレンズ１０、後述の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（不図示）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、それぞれの分光感度は図８に示す特性を有している。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。
【００２１】
焦点検出画素３１３、３１４、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おり、その白色フィルタの分光感度特性は図９に示す特性となる。つまり、図８に示す緑画素、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となり、そのような分光感度特性に対応する光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。
【００２２】
図７は焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６の正面図である。焦点検出画素３１３は、図７(ａ)に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を正方形の上半分（正方形を水平線で２等分した場合の上半分）に制限された光電変換部１３、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２３】
また、焦点検出画素３１４は、図７(ｂ)に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を正方形の下半分（正方形を水平線で２等分した場合の下半分）に制限された光電変換部１４、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２４】
焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とをマイクロレンズ１０を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３と１４が垂直方向に並んでいる。
【００２５】
また図７（ａ）、（ｂ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）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。
【００２６】
焦点検出画素３１５は、図７(ｃ)に示すように、矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスク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。
【００２７】
また、焦点検出画素３１６は、図７(ｄ)に示すように、矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスク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。
【００２８】
焦点検出画素３１５の正面図と焦点検出画素３１６の正面図とをマイクロレンズ１０を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１５と１６が水平方向に並んでいる。
【００２９】
また図７（ｃ）、（ｄ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）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。
【００３０】
図１０は、垂直方向の直線で撮像画素配列の断面をとった場合の撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１１は、遮光マスク３０の開口部３０ａを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に色フィルタ３８が形成される。色フィルタ３８の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ａの形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。
【００３１】
図１１は、垂直方向の直線で焦点検出画素３１３、３１４からなる焦点検出画素配列の断面をとった場合の焦点検出画素３１３、３１４の断面図である。焦点検出画素３１３、３１４では焦点検出用の光電変換部１３、１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１３、１４は遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に白色フィルタ３４が形成される。白色フィルタ３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｂ、３０ｃの形状が前方に投影される。光電変換部１３、１４は半導体回路基板２９上に形成される。
【００３２】
焦点検出画素３１５、３１６の構造も焦点検出画素３１３、３１４の構造を９０度回転しただけであって、基本的に図１１に示す焦点検出画素の構造と同様である。
【００３３】
図１２は、図３、図４、図１０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、垂直方向の直線で撮像画素配列の断面をとっている。
【００３４】
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前記遮光マスク３０の開口部３０ａを通過した光束を受光する。遮光マスク３０の開口部３０ａ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だけ離間した射出瞳９０上の全撮像画素共通な領域９５に投影される。
【００３５】
従って各撮像画素３１０の光電変換部１１は、領域９５と各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０を通過する撮影光束７１を受光し、領域９５を通過して各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０へ向う撮影光束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。
【００３６】
図１３は、図４、図１１に示す焦点検出画素３１３、３１４が受光する焦点検出光束の様子を図１２と比較して説明するための図であって、垂直方向の直線で焦点検出画素配列の断面をとっている。
【００３７】
撮像素子２１２上に配列された全ての焦点検出画素の光電変換部１３、１４は、光電変換部１３、１４に近接して配置された前記遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光束を受光する。遮光マスク３０の開口部３０ｂの形状は、各焦点検出画素３１３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３１３に全てに共通した領域９３に投影される。同じく、遮光マスク３０の開口部３０ｃの形状は、各焦点検出画素３１４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３１４に全てに共通した領域９４に投影される。一対の領域９３、９４を測距瞳と呼ぶ。
【００３８】
従って各焦点検出画素３１３の光電変換部１３は、測距瞳９３と各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０を通過する焦点検出光束７３を受光し、測距瞳９３を通過して各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０へ向う焦点検出光束７３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３１４の光電変換部１４は、測距瞳９４と各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０を通過する焦点検出光束７４を受光し、測距瞳９４を通過して各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０へ向う焦点検出光束７４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。
【００３９】
一対の焦点検出画素３１３、３１４が受光する焦点検出光束７３，７４が通過する射出瞳９０上の測距瞳９３と９４を統合した領域は、撮像画素３１０が受光する撮影光束７１が通過する射出瞳９０上の領域９５と一致する。射出瞳９０上において焦点検出光束７３、７４は撮影光束７１に対して相補的な関係になっている。
【００４０】
上述した一対の焦点検出画素３１３、３１４を交互にかつ直線状に多数配置する。各焦点検出画素３１３、３１４の光電変換部１３、１４の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上（垂直方向）に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して、後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で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の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置（垂直方向）における予定結像面と結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４１】
焦点検出画素３１５、３１６が受光する焦点検出光束も焦点検出画素３１３、３１４の受光する一対の焦点検出光束７３、７４を９０度回転しただけであって、基本的に図１３に示す焦点検出光束７３、７４と同様であり、測距瞳９３、９４を９０度回転した一対の測距瞳が設定される。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する。各焦点検出画素３１５、３１６の光電変換部１５、１６の出力を一対の測距瞳に対応した一対の出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上（水平方向）に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に基づき、焦点検出位置（水平方向）における予定結像面と結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４２】
撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。図１４は撮像素子２１２の回路構成概念図を示す。
【００４３】
撮像素子２１２の回路構成を、水平方向８画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して説明する。図１４は、図２の水平方向の焦点検出エリア１０１、１０２、１０３に対応して描かれており、水平方向に焦点検出画素３１５、３１６が同一の行に配置されている。垂直方向の焦点検出エリア１０４、１０５には、焦点検出画素３１３、３１４が、垂直方向に配置され、かつ互いに異なる行に配置される。
【００４４】
２行目には、焦点検出画素３１５、３１６が配置されている。図１４では、“○”で示す中央の４つの焦点検出画素３１５、３１６が、複数の焦点検出画素を代表して示されており、左右の２つずつの撮像画素３１０（“□”で示す）が、焦点検出画素の左右に配置された複数の撮像画素を代表して示されている。
【００４５】
１行目、３行目、４行目には、撮像画素３１０のみが配置されている。図１４では、１行目、３行目、４行目の撮像画素３１０が、焦点検出画素が配置された行の上下の複数の撮像画素のみからなる行を代表して示されている。
【００４６】
図１４において、ラインメモリ３２０は、１行分の画素の画素信号をサンプルホールドして一時的に保持するバッファであり、垂直信号線５０１に出力されている同一行の画素信号を垂直走査回路が発する制御信号ΦＨ１に基づいてサンプルホールドする。なお、ラインメモリ３２０に保持される画素信号は、制御信号ΦＳ１〜ΦＳ４の立ち上がりに同期してリセットされる。
【００４７】
撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６からの画素信号の出力は、垂直走査回路が発生する制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ４）により行ごとに独立に制御される。制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ４）により選択された行の画素の画素信号は、垂直信号線５０１に出力される。
【００４８】
ラインメモリ３２０に保持された画素信号は、水平走査回路が発生する制御信号（ΦＶ１〜ΦＶ８）により、順次、出力回路３３０に転送され、出力回路３３０において、設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
【００４９】
撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６は、画素信号がサンプルホールドされた後、垂直走査回路が発生する制御信号（ΦＲ１〜ΦＲ４）によりリセットされ、制御信号ΦＲ１〜ΦＲ４の立ち下がりで次回の画素信号出力のための電荷蓄積を開始する。
【００５０】
制御信号φＳｙｎｃは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部に出力される。また、制御信号ΦＳ１〜ΦＳ４、制御信号ΦＲ１〜ΦＲ４も外部に出力される。
【００５１】
図１５は、図１４に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６の詳細回路図である。光電変換部はフォトダイオード（ＰＤ）で構成される。ＰＤで蓄積された電荷は浮遊拡散層（フローティングディフュージョン：ＦＤ）に蓄積される。ＦＤは増幅ＭＯＳトランジスタ（ＡＭＰ）のゲートに接続されており、ＡＭＰはＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
【００５２】
ＦＤ部は、リセットＭＯＳトランジスタ５１０を介し、電源電圧Ｖｄｄに接続されている。制御信号ΦＲｎ（ΦＲ１〜ΦＲ３）によりリセットＭＯＳトランジスタ５１０がＯＮとなると、ＦＤおよびＰＤに溜まった電荷がクリアされ、リセット状態となる。
【００５３】
ＡＭＰの出力は、行選択ＭＯＳトランジスタ５１２を介して垂直出力線５０１に接続されている。制御信号ΦＳｎ（ΦＳ１〜ΦＳ３）により行選択ＭＯＳトランジスタ５１２がＯＮとなると、ＡＭＰの出力が垂直出力線５０１に出力される。
【００５４】
図１６は、図１４に示す撮像素子２１２の動作タイミングチャートである。ＣＭＯＳイメージセンサーにおいては、いわゆるローリングシャッタ動作により、画素の駆動読み出し、すなわちリセット、露光および画素信号の読み出しが以下のように各行毎に順次行われる。撮像素子２１２からの全画素の信号の出力（１フレーム分の画像信号の出力）に同期して、垂直同期信号φＳｙｎｃが発せられる。
【００５５】
１行目の撮像画素３１０は、垂直同期信号φＳｙｎｃに同期して垂直走査回路が発する制御信号ΦＳ１により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。制御信号ΦＳ１と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により垂直信号線５０１に出力された１行目の画素信号は、ラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された１行目の撮像画素３１０の画素信号は、水平走査回路から順次発せられる制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０において、設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
【００５６】
１行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路より発せられる制御信号ΦＲ１により１行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ１の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。
【００５７】
１行目の撮像画素３１０の画素信号の、出力回路３３０からの出力が終了した時点で、２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６は、垂直走査回路が発する制御信号ΦＳ２により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。
【００５８】
以下、同様にして２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６の画素信号の保持および撮像画素３１０のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。続いて３行目、４行目の撮像画素３１０の画素信号の保持および撮像画素３１０のリセット、撮像画素３１０の画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。全ての画素の画素信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【００５９】
ｎ行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６のリセット動作は、制御信号φＲｎの立ち上がりから立ち下がりまでの時間に行われ、ｎ行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６の露光動作は、制御信号φＲｎの立ち下がりから、制御信号φＳｎの立ち上がりまでの時間（露光時間、蓄積時間）に行われ、ｎ行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１５、３１６の信号読み出し動作は、制御信号φＳｎの立ち上がりから制御信号φＳｎ+1の立ち上がりまでの時間に行われる。
【００６０】
図１７は、デジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップＳ１００でデジタルスチルカメラ２０１の電源がオンされると、ステップＳ１１０以降の撮像動作を開始する。ステップＳ１１０において、撮像素子２１２は、一定周期で撮像動作を繰り返す動作モード（例えば１秒間に６０フレームを出力する）に設定される。そして１フレーム分の全画素データを読み出す。続くステップＳ１２０では、撮像画素３１０のデータから一部を間引きしたデータを液晶表示素子２１６に表示（ライブビュー表示）させる。ステップＳ１３０では焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６のデータに基づき５つの焦点検出エリア１０１〜１０５において焦点検出を行い、最終的に１つのデフォーカス量を算出する。デフォーカス量の信頼性が低い場合、またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は、焦点検出不能となる。ステップＳ１３０におけるデフォーカス量の算出処理の詳細については後述する。
【００６１】
ステップＳ１４０で、合焦近傍か否か、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調べる。合焦近傍でないと判定された場合は、ステップＳ１５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６２】
なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６３】
ステップＳ１４０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１６０へ進み、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する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップＳ１１０へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップＳ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に被写体輝度に応じた露光時間による撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６から画像データを読み出す。
【００６４】
ステップＳ１８０において、焦点検出画素列の各画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６の周囲の撮像画素３１０のデータと焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６のデータに基づいて画素補間する。続くステップＳ１９０では、撮像画素３１０のデータおよび補間された仮想的な撮像画素のデータからなる画像データをメモリカード２１９に記憶し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６５】
またボディ駆動制御装置２１４は、測光センサー（不図示）の出力に応じてリアルタイムに被写体輝度を検出する。その検出結果に応じて、画素信号が適切なレベルになるように、ライブビュー表示の動作期間中（ステップＳ１１０〜ステップＳ１６０までのループ動作）も並行して、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、絞り開口径の調整を行う。従って１フレーム分の露光期間中においても絞り開口径が変化する場合がある。
【００６６】
次に、図１７のステップＳ１３０で用いられる一般的な像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）の詳細について説明する。簡単のため１つの焦点検出エリアの焦点検出画素配列に対する処理を記載するが、他の焦点検出エリアにおける処理も同様である。
【００６７】
焦点検出画素３１３、３１４、または焦点検出画素３１５、３１６が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口により口径蝕を受けて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。
【００６８】
焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列（Ａ１１〜Ａ１Ｍ、Ａ２１〜Ａ２Ｍ：Ｍはデータ数）に対し、特開２００７−３３３７２０号公報に開示された相関演算式（１）を用い、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ×Ａ２ｎ＋１＋ｋ−Ａ２ｎ＋ｋ×Ａ１ｎ＋１｜            （１）
【００６９】
式（１）において、Σ演算はｎについて累積されるが、ｎのとる範囲は、像ずらし量ｋに応じてＡ１ｎ、Ａ１ｎ＋１、Ａ２ｎ＋ｋ、Ａ２ｎ＋１＋ｋのデータ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、データ列のデータ間隔を単位とした相対的ずらし量である。
【００７０】
式（１）の演算結果は、図１８（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１８（ａ）ではｋ＝ｋｊ＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。
【００７１】
式（２）〜（５）による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値Ｃ（ｋｓ）を与えるずらし量ｋｓを求める。
ｋｓ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ           （２）
Ｃ（ｋｓ）＝ Ｃ（ｋｊ）−｜Ｄ｜           （３）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ−１）-Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２        （４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋｊ＋１）−Ｃ（ｋｊ），Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ）｝                                                                              （５）
【００７２】
式（２）で算出されたずらし量ｋｓの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１８（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｋｓ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｋｓ）が所定の閾値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｋｓをキャンセルする。
【００７３】
あるいは、Ｃ（ｋｓ）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Ｃ（ｋｓ）を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｋｓをキャンセルする。
【００７４】
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、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｋｓをキャンセルする。
【００７５】
図１８（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、ずらし量の範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｋｓ）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。
【００７６】
算出されたずらし量ｋｓの信頼性があると判定された場合は、式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。式（６）において、ＰＹは焦点検出画素３１３、３１４、または焦点検出画素３１５、３１６の画素ピッチの２倍（検出ピッチ）である。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ×ｋｓ        （６）
【００７７】
式（６）で算出された像ズレ量に所定の変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。なお、変換係数Ｋｄは、焦点検出画素３１３、３１４、または焦点検出画素３１５、３１６が受光する一対の光束の開き角に対応しており、測距瞳距離ｄを一対の測距瞳の重心間隔で除算した値である。なお、変換係数Ｋｄは、測距瞳の重心間隔が絞り開口径に応じて変化するため、絞り開口径に応じて変化する。
ｄｅｆ＝Ｋｄ×ｓｈｆｔ      （７）
【００７８】
図１９は像ズレ量（光学系の光軸に垂直な方向における一対の像の相対的な偏位量）をデフォーカス量（光学系の光軸方向における基準面となる撮像面に対する実際の像面の偏位量）に変換する場合の説明図である。
【００７９】
符号１１０は撮像面、符号１４０は像面、符号１２５は絞り面、符号９１は光軸を表す。符号ｄｅｆはデフォーカス量（撮像面１１０から像面１４０までの距離）、距離ＰＯは撮像面１１０から絞り面１２５までの距離を表す。位置Ｇ１および位置Ｇ２は絞りＦ値がＦｃの場合の一対の焦点検出光束７３、７４のそれぞれの中心光束が絞り面と交差する位置、位置Ｇ３および位置Ｇ４は絞りＦ値がＦｄ（＜Ｆｃ）の場合の一対の焦点検出光束７３、７４のそれぞれの中心光束が絞り面と交差する位置を表す。距離Ｑ１は位置Ｇ１と位置Ｇ２との間の距離、距離Ｑ２は位置Ｇ３と位置Ｇ４との間の距離、符号Ｓ１は絞りＦ値がＦｃの場合の一対の像の像ズレ量、符号Ｓ２は絞りＦ値がＦｄの場合の一対の像の像ズレ量を表す。角度θ１は絞りＦ値がＦｃの場合の一対の焦点検出光束７３、７４の中心光束の開き角、角度θ２は絞りＦ値がＦｄの場合の一対の焦点検出光束７３、７４の中心光束の開き角であるとする。なお、距離ＰＯは交換レンズ２０２の種類に応じて変化するが、その平均的な距離は図１３の測距瞳距離ｄに略等しく設定される。デフォーカス量ｄｅｆが距離ＰＯに比較して小さい場合（すなわち、ＰＯ−ｄｅｆ≒ＰＯと近似できる場合）には、絞りＦ値がＦｃの場合のデフォーカス量ｄｅｆは式（８）で算出される。
ｄｅｆ＝Ｓ１／（２・ｔａｎ（θ１／２））＝Ｓ１・ＰＯ／Ｑ１            （８）
【００８０】
従って、絞りＦ値がＦｃの場合の変換係数Ｋｄ１は式（９）で表される。
Ｋｄ１＝１／（２・ｔａｎ（θ１／２））＝ＰＯ／Ｑ１      （９）
【００８１】
同様に絞りＦ値がＦｄ（＞Ｆｃ）の場合のデフォーカス量ｄｅｆおよび変換係数Ｋｄ２は式（１０）、（１１）で算出される。
ｄｅｆ＝Ｓ２／（２・ｔａｎ（θ２／２））＝Ｓ２・ＰＯ／Ｑ２            （１０）
Ｋｄ２＝１／（２・ｔａｎ（θ２／２））＝ＰＯ／Ｑ２      （１１）
【００８２】
交換レンズ２０２側には絞りＦ値に応じた変換係数Ｋｄがレンズ情報として記憶されており、ある絞りＦ値で算出された像ズレ量ｓｈｆｔをデフォーカス量ｄｅｆに変換する場合には、その絞りＦ値に対応する変換係数Ｋｄが用いられることになる。
【００８３】
図２０を用いて、図１７のステップＳ１３０の処理の詳細を説明する。上述したように、撮像素子の１フレーム分の動作中においても絞り開口径が変化する可能性がある。ＣＭＯＳイメージセンサーにおいては、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化すると、露光タイミングが行毎に異なるため、焦点検出に不具合が発生する虞がある。
【００８４】
そのため、まずステップＳ２００で、それ以降に用いられる焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６のデータを取得した時の露光期間中に絞り開口径が変化したか否かをチェックする。図２１は、横軸に時間経過をとり、上段に絞り開口径の状態、下段に撮像素子の動作を並列して示した動作タイミングチャートである。この図２１において、絞り開口径は約２フレーム（フレームＡおよびＢ）に渡って時刻ｔ１のＦ１．４から時刻ｔ２のＦ５．６まで変化している。
【００８５】
撮像素子２１２は、フレーム単位で全画素の駆動読み出し、すなわち全画素のリセット、露光、および画素信号読み出しを図２１に示すように行毎に順次行う。この図２１においては行数を１０とし、５行目（図２１に“Ｒ”で示す）に水平方向の焦点検出画素３１５、３１６から構成される焦点検出エリアが配置されており、１〜１０行目に垂直方向の焦点検出画素３１３、３１４から構成される焦点検出エリアが配置されている。
【００８６】
レンズ駆動制御装置２０６は、ボディ駆動制御装置２１４の指令に応じて図２１のように絞り開口径を変化させるが、絞り開口径の値をリアルタイムに検出し、絞り開口径の値をボディ駆動制御装置２１４にフィードバックしている。従って、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６から出力される絞り開口径の値を撮像動作中もモニターし、１フレーム期間中に絞り開口径の値が所定値以上変化した場合は露光期間中に絞り開口径の変化があったと判定する。例えば、フレームＡの期間中（時刻ｔ３〜ｔ４）に読み出される焦点検出画素データを用いて焦点検出を行うとき、時刻ｔ３における絞り開口径と時刻ｔ４における絞り開口径の差が所定値以上であった場合は絞り開口径変化ありと判定する。
【００８７】
ステップＳ２００において、絞り開口径の変化がないと判定された場合は、ステップＳ２１０において、５つの焦点検出エリア１０１〜１０５の全てにおけるデフォーカス量ｄｅｆを算出し、信頼性のあるデフォーカス量の中で最も近距離を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量として採用し、図１７のステップＳ１４０に処理を進める。
【００８８】
デフォーカス量ｄｅｆを算出する際の変換係数Ｋｄは、時刻ｔ３または時刻ｔ４における絞り開口径に対応した変換係数Ｋｄを用いる。
【００８９】
ステップＳ２００において、絞り開口径の変化があると判定された場合は、ステップＳ２２０において、垂直方向に焦点検出画素３１３、３１４が配置された２つの焦点検出エリア１０４、１０５でのデフォーカス量ｄｅｆの算出を禁止し、水平方向に焦点検出画素３１５、３１６が配置された３つの焦点検出エリア１０１〜１０３のみでデフォーカス量ｄｅｆを算出する。垂直方向に焦点検出画素３１３、３１４が配置されている場合、絞り開口径が変化すると行毎に露光タイミングと露光量が異なるとともに、変換係数Ｋｄも行毎に相違するので、像ズレ検出やデフォーカス量算出時の変換の誤差が大きくなってしまう。これを防止するため、絞り開口径が変化する場合には、垂直方向の焦点検出エリア１０４、１０５でのデフォーカス量ｄｅｆの算出を禁止している。一方、水平方向に焦点検出画素３１５、３１６が配置されている場合、同一行においては絞り開口径が変化しても露光タイミングと露光量が同一となるので、正確な焦点検出が可能である。しかし、行毎に絞り開口径が異なるので、水平方向の焦点検出画素３１５、３１６が配置された３つの焦点検出エリアが位置する各行の露光時間の中点における絞り開口径をおのおの検出して、検出した絞り開口径に応じた変換係数Ｋｄに応じて水平方向の３つの焦点検出エリア１０１〜１０３における像ズレ量ｓｈｆｔをデフォーカス量ｄｅｆにそれぞれ変換する。
【００９０】
例えば、図２１において、撮像素子２１２の５行目に配置された焦点検出画素３１５、３１６の焦点検出画素データに基づく像ズレ量ｓｈｆｔをデフォーカス量ｄｅｆに変換する場合について説明する。フレームＡで取得された焦点検出画素データに基づく像ズレ量ｓｈｆｔは、フレームＡの５行目の露光時間の中点の時刻ｔａに検出された絞り開口径Ｆａに応じた変換係数Ｋｄを用いてデフォーカス量ｄｅｆに変化される。また、フレームＢで取得された焦点検出画素データに基づく像ズレ量ｓｈｆｔは、フレームＢの５行目の露光時間の中点の時刻ｔｂに検出された絞り開口径Ｆｂに応じた変換係数を用いてデフォーカス量ｄｅｆに変化される。このようにすれば、異なる行に水平方向に配置された焦点検出画素３１５、３１６の焦点検出画素データに基づいて、正確なデフォーカス量ｄｅｆを算出することが可能になる。
【００９１】
ステップＳ２２０において、上記のようにして水平方向の３つの焦点検出エリア１０１〜１０３のみにおいてデフォーカス量ｄｅｆを算出し、信頼性のあるデフォーカス量の中で最も近距離を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量として採用し、処理を図１７のステップＳ１４０に進める。
【００９２】
以上説明した実施形態においては、水平方向（同一行）および垂直方向（同一列）に焦点検出画素を配置したＣＭＯＳイメージセンサーのローリングシャッタ動作中の絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には垂直方向に配置された焦点検出画素の信号に基づく焦点検出を禁止しているので、絞り開口径の変化によって生ずる焦点検出の誤動作を防止できる。また、絞り開口径の変化があった場合には、水平方向に配置された焦点検出画素の信号に基づく像ズレ量を、該焦点検出画素の信号が取得された露光タイミングにおける絞り開口径に応じた変換係数を用いてデフォーカス量に変換しているので、絞り開口径の変化によらず正確なデフォーカス量を算出することが可能になる。
【００９３】
−変形例−
＜１つの焦点検出画素に一対の受光領域を備える＞
図３、図４に示す撮像素子２１２の部分拡大図では、各画素に１つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素３１３、３１４および一対の焦点検出画素３１５、３１６を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２２、図２３は、図３、図４に対応した撮像素子２１２の部分拡大図であり、焦点検出画素３１１および３１２は一対の光電変換部を備える。
【００９４】
図２４（ａ）に示す焦点検出画素３１１は、図７（ａ）、（ｂ）に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４のペアに相当した機能を果たし、図２４（ｂ）に示す焦点検出画素３１２は、図７（ｃ）、（ｄ）に示す焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素３１１、３１２は、図２４（ａ）、（ｂ）に示すようにマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３、１４および一対の光電変換部１５、１６から構成される。焦点検出画素３１１、３１２には白色フィルタが配置されており、その分光感度特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルタ（不図示）の分光感度特性とを総合した分光感度特性（図９参照）となる。つまり、図８に示す緑画素、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となり、その焦点検出画素３１１、３１２が高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。
【００９５】
図２５は、図２４（ａ）に示した焦点検出画素３１１の断面図であって、光電変換部１３、１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１３、１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｄを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に白色フィルタ３４が形成される。白色フィルタ３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｄに制限された光電変換部１３、１４の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部１３、１４は半導体回路基板２９上に形成される。 
【００９６】
焦点検出画素３１２の構造も焦点検出画素３１１の構造を９０度回転しただけであって、基本的に図２５に示す焦点検出画素の構造と同様である。
【００９７】
＜斜め４５度方向の焦点検出画素配置＞
図２６は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置（焦点検出エリア）を示す図であり、撮像素子２１２上の焦点検出画素列が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上の中央および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１０１〜１０５、ならびに撮影画面１００の対角線方向に焦点検出エリア１０６〜１０９が配置される。焦点検出エリア１０６〜１０９においては、長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が斜め右上がり４５度方向または斜め左上がり４５度方向に直線的に配列される。
【００９８】
図２７、図２８は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリア１０６、１０８および焦点検出エリア１０７、１０９の近傍を拡大して示す。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。焦点検出エリア１０６、１０８に対応する位置には、撮像画素３１０と同一の画素サイズを有し、白色フィルタを備えた焦点検出画素３２３、３２４が、交互に本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め右上がり４５度方向の直線上に連続して配列される。これとともに、焦点検出エリア１０７、１０９に対応する位置には、撮像画素３１０と同一の画素サイズを有し、白色フィルタを備えた焦点検出画素３２５、３２６が、交互に本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め左上がり４５度方向の直線上に連続して配列される。焦点検出画素３２３、３２４および焦点検出画素３２５、３２６は、本来緑画素が配置される画素位置に配置される。
【００９９】
焦点検出画素３２３は、図２９(ａ)に示すように、矩形のマイクロレンズ１０、遮光マスク３０で受光領域を正方形の半分（正方形を左上がり４５度方向の対角線で２等分した場合の右上半分）に制限された光電変換部２３、および白色フィルタ（不図示）から構成される。
【０１００】
また、焦点検出画素３２４は、図２９(ｂ)に示すように、矩形のマイクロレンズ１０、遮光マスク３０で受光領域を正方形の半分（正方形を左上がり４５度方向の対角線で２等分した場合の左下半分）に制限された光電変換部２４、および白色フィルタ（不図示）から構成される。
【０１０１】
焦点検出画素３２３と焦点検出画素３２４とをマイクロレンズ１０を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部２３と２４とが右上がり斜め４５度方向に並んでいる。
【０１０２】
また図２９（ａ）、（ｂ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）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。
【０１０３】
焦点検出画素３２５は、図２９(ｃ)に示すように、矩形のマイクロレンズ１０、遮光マスク３０で受光領域を正方形の半分（正方形を右上がり４５度方向の対角線で２等分した場合の左上半分）に制限された光電変換部２５、および白色フィルタ（不図示）から構成される。
【０１０４】
また、焦点検出画素３２６は、図２９(ｄ)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の半分（正方形を右上がり４５度方向の対角線で２等分した場合の右下半分）に制限された光電変換部２６、および白色フィルタ（不図示）から構成される。
【０１０５】
焦点検出画素３２５と焦点検出画素３２６とをマイクロレンズ１０を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部２５と２６とが左上がり斜め４５度方向に並んでいる。
【０１０６】
また、図２９（ｃ）、（ｄ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）を加えると、撮像画素の受光領域と同じサイズの正方形となる。
【０１０７】
図２６に示すような焦点検出エリアの配置を有する撮像素子２１２においては、ＣＭＯＳイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には垂直方向に配置された焦点検出エリア１０４、１０５に属する焦点検出画素３１３、３１４の画素信号に基づく焦点検出を禁止する。それとともに、さらに斜め方向に配置された焦点検出エリア１０６〜１０９に属する焦点検出画素３２３〜３２６の画素信号に基づく焦点検出も禁止する。これは、斜め方向に配置された焦点検出エリア１０６〜１０９に属する焦点検出画素３２３〜３２６は互いに異なる行に配置されているために、ローリングシャッタ動作中に絞り変化が発生すると、焦点検出画素間で露光タイミング、露光量が相違して正確な焦点検出を行うことが困難になるからである。
【０１０８】
上述した実施形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサー（撮像素子２１２）のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素３１３、３１４、３２３〜３２６の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素３１５、３１６の信号に基づく焦点検出に比して、互いに異なる行に配置された焦点検出画素３１３、３１４、３２３〜３２６の画素信号に基づく焦点検出の優先順位を下げるようにしてもよい。すなわち、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素３１５、３１６の画素信号に基づく焦点検出の信頼性が著しく低い場合や、焦点検出が不能になった場合に限って、互いに異なる行に配置された焦点検出画素３１３、３１４、３２３〜３２６の画素信号に基づく焦点検出を認めるようにしてもよい。
【０１０９】
上述した実施形態においては、焦点検出画素が垂直方向および水平方向に配置されたＣＭＯＳイメージセンサー（撮像素子２１２）のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には互いに異なる行に配置された焦点検出画素３１３、３１４、３２３〜３２６の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。また、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素３１５、３１６の画素信号に基づく焦点検出においては、その行の露光タイミングと同期して絞り開口径を検出し、該絞り開口径に応じた変換係数Ｋｄで像ズレ量ｓｈｆｔをデフォーカス量ｄｅｆに変換することにより、正確な焦点検出を可能にした。しかし、水平方向の同一行にのみ配置された１つの焦点検出エリアに属する焦点検出画素３１５、３１６が、ＣＭＯＳイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合に、以下のような焦点検出を行っても良い。すなわち、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素３１５、３１６の画素信号に基づく焦点検出において、その行の露光タイミングと同期して絞り開口径を検出し、該絞り開口径に応じた変換係数Ｋｄで像ズレ量ｓｈｆｔをデフォーカス量ｄｅｆに変換することにより、正確な焦点検出を達成することもできる。
【０１１０】
上述した実施形態においては、焦点検出画素として瞳分割型の焦点検出画素の例を示したが、焦点検出画素はこれに限定されることなく、他の焦点検出方式を用いる焦点検出画素に対しても本発明を適用することができる。たとえば他の焦点検出方式として像のコントラストを検出する方式において、焦点検出画素は撮像素子と同一であってもよく、行方向および列方向のコントラストを検出する場合には、上述した瞳分割型の焦点検出画素を用いた場合と同様の問題が生ずる。
【０１１１】
すなわち、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化した場合には、列方向に配置された焦点検出画素（撮像画素と同一）は、異なる露光タイミングで異なる露光量となるので、正確なコントラスト評価値を算出することができなくなる。一方、行方向に配置された焦点検出画素（撮像画素と同一）は、異同一露光タイミングで同一露光量となるので、正確なコントラスト評価値を算出することができ、算出されたコントラスト値を絞り開口径（露光量）で規格化すれば、異なるフレームで得られたコントラスト評価値の比較評価も可能になる。したがって、上述した実施形態と同様に、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化した場合には、列方向に配置された焦点検出画素の画素信号に基づくコントラスト評価値の算出を禁止し、行方向に配置された焦点検出画素の画素信号に基づくコントラスト評価値を算出することにより、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化することによって生ずる焦点検出動作の不具合を防止することができる。
【０１１２】
上述した実施形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサー（撮像素子２１２）のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、このような場合に焦点検出演算を禁止せずに行い、焦点検出結果に基づく焦点調節動作（レンズ駆動）を禁止するようにしてもよい。
【０１１３】
上述した実施形態においては、ライブビュー表示動作におけるＣＭＯＳイメージセンサー（撮像素子２１２）のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、連続撮影動作において駒間に焦点検出動作と絞り制御を同時に行うような場合には、連続撮影動作の駒間におけるＣＭＯＳイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止してもよい。
【０１１４】
上述した実施形態においては、静止画撮影のライブビュー表示動作におけるＣＭＯＳイメージセンサー（撮像素子２１２）のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、動画撮影中において焦点検出動作と絞り制御を並行して行うような場合には、動画撮影時におけるＣＭＯＳイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止してもよい。
【０１１５】
上述した実施形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサー（撮像素子２１２）のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、撮像素子２１２の露光量を調整するために撮影光学系の光路中にＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタを機械的に挿入退避するような場合においても、互いに異なる行に配置された焦点検出画素は、異なる露光タイミングで異なる露光量となるので、正確な焦点検出を行うことができなくなる。したがって、上述した実施形態と同様に、ローリングシャッタ動作中にＮＤフィルタが挿入退避されることにより露光量の変化が生じた場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止することにより、焦点検出動作の不具合を防止することができる。
【０１１６】
上述した実施形態における撮像素子２１２では、焦点検出画素３１３〜３１６、３２３〜３２６が白色フィルタを備えた例を示したが、撮像画素３１０と同じ色フィルタ（例えば緑フィルタ）を備えるようにした場合にも本発明を適用することができる。
【０１１７】
上述した実施形態における撮像素子２１２では、撮像画素３１０がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示した。しかし、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。また色フィルタを備えないモノクロの撮像素子にも適用することができる。
【０１１８】
上述した実施形態においては、撮像素子２１２と撮影光学系との間に光学要素を何も配置していないが、適宜必要な光学要素を挿入することが可能である。例えば、赤外カットフィルタや光学的ローパスフィルタ、ハーフミラーなどを設置してもよい。
【０１１９】
なお、撮像装置としては、上述したような、カメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えば、レンズ一体型のデジタルスチルカメラ、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できる。
【符号の説明】
【０１２０】
９、１０  マイクロレンズ、
１１、１３、１４、１５、１６、２３、２４、２５、２６  光電変換部、
２９  半導体回路基板、
３０  遮光マスク、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  開口部、
３１、３２  平坦化層、３４  白色フィルタ、３８  色フィルタ、
７１  撮影光束、７３、７４  焦点検出光束、
９０  射出瞳、９１  交換レンズの光軸、９３、９４  測距瞳、９５  領域、
１００  撮影画面、
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９  焦点検出エリア、
２０１  デジタルスチルカメラ、２０２  交換レンズ、２０３  カメラボディ、
２０４  マウント部、２０６  レンズ駆動制御装置、
２０８  ズーミング用レンズ、２０９  レンズ、２１０  フォーカシング用レンズ、
２１１  絞り、２１２  撮像素子、２１３  電気接点、
２１４  ボディ駆動制御装置、
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、
３１０  撮像画素、
３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３２３、３２４、３２５、３２６  焦点検出画素、
３２０  ラインメモリ、３３０  出力回路、５０１  垂直出力線、
５１０  リセットＭＯＳトランジスタ、５１２  行選択ＭＯＳトランジスタ
【図１】
0005609098.tif 000002
【図２】
0005609098.tif 000003
【図３】
0005609098.tif 000004
【図４】
0005609098.tif 000005
【図５】
0005609098.tif 000006
【図６】
0005609098.tif 000007
【図７】
0005609098.tif 000008
【図８】
0005609098.tif 000009
【図９】
0005609098.tif 000010
【図１０】
0005609098.tif 000011
【図１１】
0005609098.tif 000012
【図１２】
0005609098.tif 000013
【図１３】
0005609098.tif 000014
【図１４】
0005609098.tif 000015
【図１５】
0005609098.tif 000016
【図１６】
0005609098.tif 000017
【図１７】
0005609098.tif 000018
【図１８】
0005609098.tif 000019
【図１９】
0005609098.tif 000020
【図２０】
0005609098.tif 000021
【図２１】
0005609098.tif 000022
【図２２】
0005609098.tif 000023
【図２３】
0005609098.tif 000024
【図２４】
0005609098.tif 000025
【図２５】
0005609098.tif 000026
【図２６】
0005609098.tif 000027
【図２７】
0005609098.tif 000028
【図２８】
0005609098.tif 000029
【図２９】
0005609098.tif 000030