(57)【要約】【課題】画像の横成分や縦成分が多い被写体であっても、迅速に高精度の焦点検出可能な撮像装置及び焦点検出方法を提供する。【解決手段】焦点検出用画素群が配列されたそれぞれの配列方向の被写体のコントラストを検出するコントラスト検出部１３ａと、直交する２方向に配列された焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、撮像面に結像する被写体像と撮像面との相対的な位置をシフトする撮像素子シフト部７と、撮像面に結像する被写体像と撮像面との相対的な位置をシフトする前後において、撮像素子３の焦点検出用画素群から読み出された画素データを合成して焦点検出用画像データを生成する焦点検出用画素合成部１３ｂと、焦点検出用画素合成部１３ｂにより合成された焦点検出用画像データに基づいて焦点検出を行う焦点検出部１３ｃを備える。【選択図】  図１
2014164231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像用画素群と同一の撮像面において直交する２方向に配列された焦点検出用画素群を有する撮像素子から読み出された画素データに基づいて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置において、
上記焦点検出用画素群が配列されたそれぞれの配列方向の被写体のコントラストを検出するコントラスト検出部と、
上記直交する２方向に配列された焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトするシフト部と、
上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトする前後において、上記撮像素子の焦点検出用画素群から読み出された画素データを合成して焦点検出用画像データを生成する焦点検出用画像合成部と、
上記焦点検出用画像合成部により合成された焦点検出用画像データに基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記撮像素子は、右側のみ開口する画素をｍ（ｍは２以上の整数）画素間隔の周期配置する第１画素群と、左側のみ開口する画素をｍ画素間隔の周期配置とする第２画素群と、上側のみを開口する画素をｎ（ｎは２以上の整数）画素間隔の周期配置とする第３画素群と、下側のみを開口する画素をｎ画素間隔の周期配置とする第４画素群と、を二次元状に配列したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記シフト部は、相対的に高いコントラストが検出された配列方向が前回と今回で同じ方向であった場合には、今回のシフト方向は、前回と逆方向にすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記撮像素子の画素データの読み出しは、ライブビュー表示に加えて上記位相差方式の焦点検出を行う場合には、画素データの読み出しを高速読み出しに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像用画素群と同一の撮像面において直交する２方向に配置された焦点検出用画素群を有する撮像素子から読み出された画素データに基づいて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出方法において、
上記焦点検出用画素群が配列されたそれぞれの配列方向の被写体のコントラストを検出するステップと、
上記直交する２方向に配置された焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトするステップと、
上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトする前後において、上記撮像素子の焦点検出用画素群から読み出された画素データを合成して焦点検出用画像データを生成するステップと、
上記合成された焦点検出用画像データに基づいて焦点検出を行うステップと、
を含むことを特徴とする焦点検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の撮像面内に焦点検出用の画素群を配置し、位相差検出方式に基づいて焦点検出を行う撮像装置および焦点検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像用の画素が配置されている撮像面内に焦点検出用の画素群を配置し、位相差検出方式に基づく焦点検出を行うことが可能な撮像装置が知られている。この撮像装置においては、焦点検出精度を高めるために焦点検出用画素群の密度を高くすると、撮像素子から焦点検出用画素の画素信号を読み出すための時間が長くなってしまう。また、ＡＦ制御を伴うライブビューや動画の撮像制御では焦点検出用画素の読み出しの他にライブビュー表示や記録用に撮影用画素の画素信号も読み出す必要がある。
【０００３】
これに対応するために、特許文献１に開示の撮像装置では、設定された領域内に配置された一部の画素から信号電荷を読み出す場合に、信号電荷を読み出す画素の一部には少なくとも瞳分割された一対の焦点検出画素群を含むように読み出すとともに、少なくとも第１の方向に瞳分割された一対の焦点検出画素群と第２の方向に瞳分割された一対の焦点検出画素群から信号電荷を読み出すように制御している。これにより、間引き読み出しされる電子ビューファインダモード、動画モードからの静止画撮影が、全画素読み出して、再度、焦点検出することが可能となる（特許文献１の請求項１，２、段落００６９等）。
【０００４】
一般に、焦点検出精度は、焦点検出用画素の配置密度に依存している。このため、特許文献１に開示等の撮像装置において、被写体の態様（例えば、横縞模様や縦縞模様等）に関わらず焦点検出精度を向上させるためには、更に焦点検出用画素の配置密度を高くする必要がある。しかし、焦点検出用画素の画素密度を高くすると、ライブビューや動画のフレームレートが低下してしまう。
【０００５】
そこで、特許文献２においては、アクチュエータを用いて画素ずらしを行い、画素ずらし前に焦点検出用画素群から読み出された焦点検出用画素信号と、画素ずらし後に焦点検出用画素群から読み出された焦点検出用画素信号を合成し、この合成した焦点検出用画素信号に基づいて位相差に基づく焦点検出を行うことが開示されている（特許文献２の請求項７、段落０１２２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０６０５９７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０７５６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に位相差方式による焦点検出において、撮影レンズの異なる瞳を通過した２つの像のズレ量に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出する。しかし、撮影レンズの瞳を分割する方向によって、横縞模様や縦縞模様の被写体について、焦点検出用画素群の出力信号の画素配列方向の変化が少ない場合があり、２像のズレ量を正確に演算することが困難である。
【０００８】
前述の特許文献２に開示の方式においては、マイクロレンズの中心軸が斜め方向にずれているため異なる瞳を通過した２像で検出する成分は斜め方向の成分が含まれる。このため、横縞模様のみが多い被写体や縦縞模様のみが多い被写体については、精度よく焦点検出を行うことが困難である。
【０００９】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、撮像面に配置した焦点検出用画素群による画素信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置または焦点検出方法において、画像の横成分や縦成分が多い被写体であっても、迅速に高精度の焦点検出を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため第１の発明に係る撮像装置は、撮像用画素群と同一の撮像面において直交する２方向に配列された焦点検出用画素群を有する撮像素子から読み出された画素データに基づいて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置において、上記焦点検出用画素群が配列されたそれぞれの配列方向の被写体のコントラストを検出するコントラスト検出部と、上記直交する２方向に配列された焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトするシフト部と、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトする前後において、上記撮像素子の焦点検出用画素群から読み出された画素データを合成して焦点検出用画像データを生成する焦点検出用画像合成部と、上記焦点検出用画像合成部により合成された焦点検出用画像データに基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、を備える。
【００１１】
第２の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記撮像素子は、右側のみ開口する画素をｍ（ｍは２以上の整数）画素間隔の周期配置する第１画素群と、左側のみ開口する画素をｍ画素間隔の周期配置とする第２画素群と、上側のみを開口する画素をｎ（ｎは２以上の整数）画素間隔の周期配置とする第３画素群と、下側のみを開口する画素をｎ画素間隔の周期配置とする第４画素群と、を二次元状に配列する。
【００１２】
第３の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記シフト部は、相対的に高いコントラストが検出された配列方向が前回と今回で同じ方向であった場合には、今回のシフト方向は、前回と逆方向にする。
【００１３】
第４の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記撮像素子の画素データの読み出しは、ライブビュー表示に加えて上記位相差方式の焦点検出を行う場合には、画素データの読み出しを高速読み出しに切り替える。
【００１４】
第５の発明に係る焦点検出方法は、撮像用画素群と同一の撮像面において直交する２方向に配置された焦点検出用画素群を有する撮像素子から読み出された画素データに基づいて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出方法において、上記焦点検出用画素群が配列されたそれぞれの配列方向の被写体のコントラストを検出するステップと、上記直交する２方向に配置された焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトするステップと、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトする前後において、上記撮像素子の焦点検出用画素群から読み出された画素データを合成して焦点検出用画像データを生成するステップと、上記合成された焦点検出用画像データに基づいて焦点検出を行うステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、撮像面に配置した焦点検出用画素群による画素信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置または焦点検出方法において、画像の横成分や縦成分が多い被写体であっても、迅速に高精度の焦点検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の画素の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子において、位相差検出の有効画素領域の例を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、撮像素子をシフトした時の画素の位置を示しており、（ａ）はＸ方向に２画素シフトを示す平面図であり、（ｂ）はＹ方向に２画素シフトを示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、位相差検出の原理を示すグラフであり、（ａ）は画素位置に対する信号レベルを示し、（ｂ）は２像の信号レベルの差分の積分値を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、（ａ）は撮像素子のシフト時の焦点検出用画素からの信号レベルを示すグラフであり、（ｂ）は被写体が縦縞模様である場合におけるＸ方向の信号レベルを、また（ｃ）は被写体が縦縞模様である場合におけるＹ方向の信号レベルを示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、焦点検出用画素の読み出しの様子を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるカメラの動作を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の一実施形態におけるカメラの動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態におけるカメラの動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態におけるＡＦ処理の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における撮像素子の実効画素領域を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態におけるカメラの動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態におけるカメラの動作の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の一実施形態におけるＡＦ処理の動作の変形例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態における撮像素子の焦点検出用画素の配置の変形例を示す平面図である。
【図１７】本発明の一実施形態における撮像素子の焦点検出用画素の配置の変形例において、２画素シフトを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に従って本発明を適用したカメラを用いて好ましい実施形態について説明する。本発明の好ましい実施形態に係わるカメラは、デジタルカメラである。このカメラは、概略、撮像用画素群と同一の撮像面において直交する２方向に配列された焦点検出用画素群（後述するＲ画素、Ｌ画素、Ｔ画素、Ｂ画素に対応する）を有する撮像素子３を有し、この撮像素子３から読み出された画素データに基づいて位相差方式の焦点検出を行う。この焦点検出の結果に基づいて、レンズ１の合焦駆動を行う。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。レンズ１の光軸上には、撮像素子３が配置されている。レンズ１にはレンズ駆動部５が、また撮像素子３には撮像素子シフト部７と撮像素子駆動部９が接続されている。
【００１９】
レンズ１は、被写体像のピント合わせを行うフォーカスレンズ機構、焦点距離を可変にするズームレンズ機構、および被写体光量を変更するための絞り機構を備えており、被写体光を集光し被写体像を形成する。フォーカスレンズ機構やズームレンズ機構を備えた光学レンズは、レンズ駆動部５によって光軸方向に沿って移動可能であり、後述するＣＰＵ１１からの制御命令に従って、フォーカス位置、ズーム位置、絞り値等の光学条件が制御される。
【００２０】
撮像素子３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の二次元固体撮像素子を含み、レンズ１によって形成された被写体像をフォトダイオード等の光電変換素子によって電気信号に変換する。撮像素子３の前面には、ベイヤ配列等のカラーフィルタが配置された撮像用画素が二次元的に配置されている。また撮像用画素に置き換えて焦点検出用画素が複数配置されている。撮像用画素と焦点検出用画素については、図２を用いて後述する。撮像素子３は、アナログ信号をデジタル信号に変換したり、またゲイン補正や黒レベル補正等を行うための信号処理回路を内蔵する。
【００２１】
撮像素子駆動部９は、ＣＰＵ１１からの制御命令を受け、撮像駆動モードの設定や撮像タイミングの制御を行う。後述するように、焦点検出を行うことなくライブビュー表示のみを行う場合の撮像素子３から画素信号の読み出し速度に対して、焦点検出およびライブビュー表示を行う場合の画素信号の読み出し速度は、高速に行うことができる。また、画素信号の読み出しにあたっては、間引き処理が可能である。画素信号の高速読み出し時には、間引き率を高くすることによって行うことも可能である。
【００２２】
撮像素子シフト部７は、ＣＰＵ１１からの制御命令を受け、不図示の撮像素子位置移動部によって、レンズ１の光軸と直交する面内で撮像素子を移動させる。撮像素子位置移動部は、例えば、圧電素子の駆動力によって撮像素子を移動させるためのメカ機構と、圧電素子の駆動制御を行う回路等から構成される。撮像素子シフト部７は、撮像素子３内の焦点検出用画素群の配列方向のうち、相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、撮像素子３の位置をシフトさせる。撮像素子３のシフトについては、図４を用いて後述する。
【００２３】
撮像素子３によって光電変換された画像信号は、バス１９に出力される。バス１９には、撮像素子３の他、ＣＰＵ１１、ＡＦ処理部１３、画像処理部１５、操作部１７、メモリ部２１、表示部２３、記録部２５が接続されている。
【００２４】
ＡＦ処理部１３は、焦点検出用画素や撮像用画素のデータに基づいて、被写体の測距制御のための信号処理を行う。ＡＦ処理部１３は、コントラスト検出部１３ａ、焦点検出用画素合成部１３ｂ、および焦点検出部１３ｃを有している。
【００２５】
コントラスト検出部１３ａは、撮像検出用画素から読み出された画素信号に基づいて、被写体の測距制御のための信号処理を行う。すなわち、撮像素子３のＸ方向およびＹ方向について、それぞれコントラストを算出する。ＣＰＵ１１は、この算出されたコントラスト値に基づいて、シフト方向を決め、撮像素子シフト部７によって撮像素子３のシフト駆動を行う。
【００２６】
焦点検出用画素合成部１３ｂは、撮像素子３の位置をシフトする前後において、撮像素子３の焦点検出用画素群から読み出された画素信号を合成して焦点検出用画像データを生成する。すなわち、シフト前の露光に基づく画素信号と、シフト後の露光に基づく画素信号を合成する。この合成については、図６（ａ）を用いて後述する。
【００２７】
焦点検出部１３ｃは、焦点検出用画素合成部１３ｂによって合成した焦点検出用画像データを用いて、レンズ１のデフォーカス方向とデフォーカス量を算出する。ＣＰＵ１１でデフォーカス方向とデフォーカス量から合焦位置を判定し、レンズ駆動部５を介してレンズ１の合焦駆動を行う。
【００２８】
画像処理部１５は、撮像素子３から読み出されたライブビュー表示用画像を合成し、ライブビュー画像フォーマットを生成する。また画像処理部１５は、デモザイキング等のカラー化処理、ノイズや色の補正処理、画像圧縮、記録画像フォーマットの生成等の種々の画像処理を行う。
【００２９】
画像処理部１５は、撮像用画素合成部１５ａを有している。この撮像用画素合成部１５ａは、撮像素子３の位置をシフトする前後において、撮像用画素群から読み出された画素信号を合成して撮像用画像データを生成する。すなわち、シフト前の露光に基づく画素信号と、シフト後の露光に基づく画素信号を合成して、より画素数の多い撮像用画像データを生成する。
【００３０】
操作部１７は、撮影者がカメラに対して指示するための操作部材であり、撮影モード操作ダイヤルや、ズームスイッチ、レリーズ釦、メニュー釦等の各種操作部材を有し、操作部材の操作状態はＣＰＵ１１に出力される。ＣＰＵ１１は、操作部１７からの操作状態の情報に基づいてカメラの制御を行う。
【００３１】
メモリ部２１は、ＡＦ処理部１３、画像処理部１５等における処理に必要なラインメモリやフレームメモリ等の揮発性メモリを有する。また、カメラの動作制御用のプログラムや、工場出荷データ等を記録するための不揮発性メモリを有する。
【００３２】
表示部２３は、カメラ本体の背面の外装部や、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）内等に配置された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬ等の表示デバイス等を含み、ライブビュー表示を行う。また、表示部２３は、メモリ部２１に記録された撮影画像の再生表示を行い、さらに露出制御値等の表示や撮影モード等設定のためのメニュー画面の表示を行う。
【００３３】
記録部２５は、カメラ本体に着脱自在に構成され、ＳＤカード、コンパクトフラッシュ（登録商標）等の不揮発性の記録媒体である。なお、カメラ本体に固定のハードディスク、半導体メモリ等で構成しても勿論かまわない。
【００３４】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１は、メモリ部２１内のフラッシュメモリ等の不揮発性メモリに記憶されたプログラムに従って各回路を制御し、カメラ全体の制御を行う。
【００３５】
次に、図２を用いて、撮像素子３内に配置された撮像用画素および焦点検出用画素について説明する。図２（ａ）は、撮像素子３の一部（ｘ１〜ｘ８、ｙ１〜ｙ８の範囲）を拡大表示した平面図である。撮像素子３において、図２（ａ）の破線の円形内に、図２（ｃ）に示すように、ベイヤ配列のＲＧＢフィルタに対応した画素、即ち、Ｒｄ（赤色）画素、Ｇ（緑色）画素Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂｅ（青色）画素が規則的に配置されている。ここで、Ｇｒ、ＧｂはそれぞれＲ画素およびＢ画素と同一ライン状のＧ画素を表す。これらのＲｄ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂｅ画素は、撮像用画素である。撮像用画素は、円形の破線内に限らず、撮像素子３の全域に規則的に配置されている。なお、以上の説明においては、通常はベイヤ配列のＲＧＢ画素に対応した赤色、青色をそれぞれＲ、Ｂと表記するところを、以下に説明する焦点検出用画素の開口位置を表すＲ、Ｂとの混同を避けるために、それぞれＲｄ、Ｂｅと表記した。したがって、以下の説明において、Ｒ、又はＢと表記した場合は、すべて焦点検出用画素の開口位置を表すものとする。
【００３６】
また、図２に示すように、ベイヤ配列のＧｒフィルタの位置のＲ、Ｌ、Ｔ、Ｂに、焦点検出用画素が配置されている。Ｒは、図２（ｂ）に示すように、右開口画素であり、左側の部分に遮光部材が配置され、被写体光束の内、右側からの光束のみがフォトダイオードに入射する。Ｌは、図２（ｄ）に示すように、左開口画素であり、右側の部分に遮光部材が配置され、被写体光束の内、左側からの光束のみがフォトダイオードに入射する。Ｔは、上開口画素であり、下側の部分に遮光部材が配置され、被写体光束の内、上側からの光束のみがフォトダイオードに入射する。Ｂは、下開口画素であり、上側の部分に遮光部材が配置され、被写体光束の内、下側からの光束のみがフォトダイオードに入射する。
【００３７】
ｙ１行のＲ信号（Ｒ画素からの信号）とｙ５行のＬ信号（Ｌ画素からの信号）の対で、縦線の位相差を検出する。また、ｘ３列のＴ信号（Ｔ画素からの信号）とｘ７列のＢ信号（Ｂ画素からの信号）の対で、横線の位相差を検出する。
【００３８】
図２に示すように焦点検出用画素（Ｒ、Ｌ、Ｔ、Ｂ）を配置しているので、ＲとＬのペア、ＴとＢのペアを両方均等に配置することができ、縦線検知と横線検知の同時測距（クロス測距）を可能としている。また、焦点検出用画素を配置したＧｒ画素に隣接した上下左右の４つの斜めＧｂ画素を通常画素（撮像用画素）とすることで、焦点検出用画素の補正処理が行い易くなる。
【００３９】
次に、図３を用いて、位相差検出の有効画素領域について説明する。焦点検出用画素は、撮像素子３の撮像領域の内、焦点検出エリアの部分に配置すればよい。焦点検出用画素の配置は、適宜、ＡＦの設計思想に応じて決めればよいが、例えば、図３（ａ）に示すように、画面中心を含む矩形領域や、図３（ｂ）に示すように、Ｙ方向（横方向）の領域を画面中心から離れるに従って段階的に短くするような領域や、図３（ｃ）に示すように、小矩形領域を２次元的に離散して配列するようにしてもよい。
【００４０】
次に、図４を用いて、撮像素子３が撮像素子シフト部７によりシフトされた場合について説明する。図４（ａ）は、図２（ａ）に示した撮像素子３を、撮像素子シフトによりＸ方向に２画素シフトを行った場合の焦点検出用画素群とシフトしない焦点検出用画素群を合成した位置を示す。
【００４１】
撮像素子シフト前は、図２（ａ）に示すように、Ｒ画素は（ｘ１、ｙ１）、（ｘ５、ｙ１）の２箇所にあり、Ｌ画素は（ｘ１、ｙ５）、（ｘ５、ｙ５）の２箇所にあり、Ｔ画素は（ｘ３、ｙ３）、（ｘ３、ｙ７）の２箇所にあり、Ｂ画素は（ｘ７、ｙ３）、（ｘ７、ｙ７）の２箇所に位置している。撮像素子シフトによりＸ方向に２画素シフトを行うと、Ｒ画素は（ｘ３、ｙ１）、（ｘ７、ｙ１）の２箇所になり、Ｌ画素は（ｘ３、ｙ５）、（ｘ７、ｙ５）の２箇所になり、Ｔ画素は（ｘ５、ｙ３）、（ｘ５、ｙ７）の２箇所になり、Ｂ画素は（ｘ９、ｙ３）、（ｘ９、ｙ７）の２箇所に位置する。図４（ａ）は、撮像素子シフト前とシフト後の焦点検出用画素群の合成配置を示している。
【００４２】
このように、Ｘ方向に撮像素子シフトを行うことにより、被写体の縦成分コントラストに対するｙ１行とｙ５行の焦点検出用画素密度が増し、被写体の縦成分コントラストに対する測距精度が向上する。被写体の横成分コントラストに対するｘ３列とｘ７列の焦点検出用画素密度は変わらず、測距精度も変化しない。但し、ｘ３列のＴ画素ピッチと、ｘ７列のＢ画素ピッチが狭くなることで、被写体の横成分に対する焦点検出性能のロバスト性能は向上する。
【００４３】
図４（ｂ）は、図２（ａ）に示した撮像素子３が撮像素子シフトによりＹ方向に２画素シフトを行った場合の焦点検出用画素群と、シフトしない焦点検出用画素群を合成した位置を示す。
【００４４】
撮像素子シフト前のＲ画素、Ｌ画素、Ｔ画素、Ｂ画素の位置は、図２（ａ）に示す通りである。撮像素子シフトによりＹ方向に２画素シフトを行うと、Ｒ画素は（ｘ１、ｙ３）、（ｘ５、ｙ３）の２箇所になり、Ｌ画素は（ｘ１、ｙ７）、（ｘ５、ｙ７）の２箇所になり、Ｔ画素は（ｘ３、ｙ５）、（ｘ３、ｙ９）の２箇所になり、Ｂ画素は（ｘ７、ｙ５）、（ｘ７、ｙ９）の２箇所に位置する。図４（ｂ）は、撮像素子シフト前とシフト後の焦点検出用画素群の合成配置を示している。
【００４５】
このように、Ｙ方向に撮像素子シフトを行うことにより、被写体の横成分コントラストに対するｘ３列とｘ７列の焦点検出用画素密度が増し、被写体の横成分コントラストに対する測距精度が向上する。被写体の縦成分コントラストに対するｙ１行とｙ５行の焦点検出用画素密度は変わらず、測距精度も変化しない。但し、ｙ１行のＲ画素ピッチと、ｙ５行のＬ画素ピッチが狭くなることで、被写体の縦成分に対する焦点検出性能のロバスト性能は向上する。
【００４６】
撮像素子シフトを行うことにより、縦成分または横成分コントラストに対する焦点検出用画素密度を増加させ、測距精度を向上させることができる。なお、本実施形態においては、撮像素子シフトは２画素分のシフトを行っているが、シフト量は２画素分に限らず、他の数値であっても構わない。
【００４７】
次に、撮像素子シフトを行う場合の位相差検出方式によるデフォーカス量の演算について説明する。図５は、位相差検出方式の原理を示す。図５（ａ）は、１対の焦点検出用画素群の信号レベルを示す。例えば、実線がＲ画素の信号レベルを示す場合には、破線がＬ画素の信号レベルを示す。また、実線がＴ画素の信号レベルを示す場合には、破線がＢ画素の信号レベルを示す。図５（ｂ）は、１対の焦点検出用画素群の内のいずれか一方をシフトさせながら、１対の焦点検出用画素群の差分の積分値（面積）を算出したグラフである。積分値（面積）が最小値となるときの画素シフト量（図５（ｂ）では「ｄ」の位置）が、デフォーカス量となり、またそのときのシフト方向がデフォーカス方向となる。
【００４８】
図６は、撮像素子シフトを行った際の焦点検出用画素の画素信号を用いた位相差検出を示す。図６（ａ）において、白点は、図２のｙ１行に配置したＲ画素信号を示し、灰色点は、撮像素子３をＸ方向に２画素シフト後における図２のｙ１行に配置したＲ画素信号を示す。このように撮像素子シフト前後の焦点検出用画素の画素信号を合成すると、図６（ａ）に示すように、焦点検出用画素信号の密度が増す。この合成した焦点検出用画素の画素信号を用いて位相差を検出することで、図５（ｂ）に示した面積差演算精度が向上し、これにより焦点検出精度が向上する。
【００４９】
図６（ｂ）は、Ｘ方向の信号レベルの変化を示し、図６（ｃ）は、Ｙ方向の信号レベルの変化を示す。図６（ｂ）（ｃ）に示す例では、Ｘ方向の画素信号の信号レベルの信号振幅は大きいが、Ｙ方向の画素信号の信号レベルの信号振幅は小さい。図６（ｂ）（ｃ）に示す例では、被写体の縦縞成分の多い場合であり、Ｘ方向の信号レベル変化の方がＹ方向の信号レベル変化よりも大きい。
【００５０】
位相差検出方式による焦点検出では、図６（ｂ）に示すように、信号レベルの振幅変化の大きい方向に沿った画素信号を使用した方が、検出精度が高くなる。したがって、図６（ｂ）（ｃ）に示す例では、被写体は縦縞模様であり、この場合には、Ｘ方向に沿った焦点検出用画素（Ｒ画素およびＬ画素）の画素信号を用いて位相差検出を行う。なお、被写体が横縞模様の場合には、Ｙ方向に沿った焦点検出用画素（Ｔ画素およびＢ画素）の画素信号を用いて位相差検出を行う。
【００５１】
次に、図７を用いて焦点検出用画素の読み出しと、撮像用画素の読み出し時の処理について説明する。図７（ａ）は、撮像素子３における焦点検出用画素と撮像用画素の配置を示す。この図７（ａ）は、前述の図２（ａ）と同様の配置であるが、Ｒ画素、Ｌ画素、Ｔ画素、Ｂ画素がそれぞれ２個あることから、これらを区別するために、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２、Ｔ１、Ｔ２、Ｂ１、Ｂ２と表記している。
【００５２】
焦点検出用画素の読み出し時には、焦点検出用画素のみを撮像素子３から読み出す。図７（ａ）は、ラスター走査順に焦点検出用画素を読み出し、読み出した順に焦点検出用画素の画素信号を、メモリ部２１に記憶する様子を示す。なお、焦点検出用画素の画素信号の読出しは、撮像素子３の画素から信号を読み出す撮像素子読み出し部の回路構成や、撮像素子３の内部のメモリ構成により効率的に読み出せる順であればよい。
【００５３】
図７（ｂ）を用いて、撮像用画素読み出し時に行う間引き処理を説明する。撮像用画素の読み出し時に、隣接同色画素に対して、例えば、水平方向に１／３画素、垂直方向に１／５画素に間引く。図７（ｂ）に示す例では、Ｇｒ画素は、Ｇｒ１〜Ｇｒ１５の１５画素を１画素に間引いて読み出す。読み出される１画素は、例えばＧｒ１〜Ｇｒ１５の１５画素の信号レベルを加算平均処理したものとして読み出す。加算平均処理を行う際、Ｇｒ１、Ｇｒ３、Ｇｒ５、Ｇｒ７、Ｇｒ９、Ｇｒ１１、Ｇｒ１３、Ｇｒ１５の位置が焦点検出用画素である場合には、焦点検出用画素を補間処理した後に、Ｇｒ１〜Ｇｒ１５を加算平均する。
【００５４】
図７（ｃ）を用いて、焦点検出用画素の補間処理について説明する。焦点検出用画素をＴ１とすると、その周辺の同色画素は、図７（ｃ）において、ｔ１〜ｔ８になる。なお、ＧｒとＧｂは同色とする。撮像用画素読み出しを行う場合、Ｔ１は、ｔ１〜ｔ８の画素を用いて、補間処理を行った後に、加算間引き処理を行う。補間処理に関しては、撮像素子３内のメモリ部等で、例えば、ｔ２で置き換えたり、ｔ４、ｔ５の平均や、ｔ２、ｔ３、ｔ６、ｔ７の平均で置き換えを行う。
【００５５】
このように、撮像用画素の読み出しにあたって間引き処理を行う際に、撮像用画素の位置に焦点検出用画素が配置されている場合には、周囲の隣接同色画素を用いて、補間処理を行った後に、加算平均処理を行うようにしている。焦点検出用画素は、図２（ｂ）（ｄ）に示したように、遮光部を有しており、通常画素（撮像用画素）よりも信号レベルが低いことから、補間処理を行うようにしている。なお、間引き率は、本実施形態においては、水平方向で１／３、垂直方向で１／５としたが、これは例示であり、これ以外の間引き率でも構わない。
【００５６】
次に、図８および図９に示すタイミングチャートを用いて、本実施形態におけるカメラの動作を説明する。図８において、時刻Ｔ１０２において、レリーズ釦の半押し操作が行われる。この時刻Ｔ１０２以前の時刻Ｔ１００において、カメラ定常時のライブビュー制御により、撮像素子３のリセット動作が開始され（図中の斜めの破線）、撮像用１の露光が開始され、時刻Ｔ１０１において垂直同期信号ＶＤが立ち上がると、撮像用１の読み出しが開始される（図中の斜めの実線）。撮像用１の読み出しでは、例えば、垂直１／５、水平１／３間引きしたベイヤ画像を読み出す。なお、本実施形態においては、撮像素子３は、ローリングシャッタを採用しているために、撮像素子の画素ライン毎にリセットタイミングと読み出しタイミングがずれている。
【００５７】
時刻Ｔ１０２は、ユーザがレリーズ釦の半押し操作を行い、１ｓｔレリーズスイッチがオンとなる。このタイミングでは、撮像制御をリセットし、高速ライブビュー制御により露光を開始する（撮像用２参照）。
【００５８】
時刻Ｔ１０３は設定した露光時間の経過時であり、高速ライブビュー画像を読み出す（撮像用２参照）。撮像用画素読み出し２として、例えば、垂直１／７、水平１／３間引きしたベイヤ画像を読み出す。間引き率は例示であり、撮像用画素読み出し１より、間引き率が高く、高速で読み出すことができればよい。レリーズ釦が半押しされると、ライブビュー表示に加えて、ＡＦ動作が実行されるため、撮像用画素の読み出しを高速にしている。
【００５９】
時刻Ｔ１０４になると、撮像素子３から撮像用画素が読み出されるので、この撮像用画素読み出し２の画素信号を用いて、コントラスト検出部１３ａが、縦成分と横成分のそれぞれについてコントラスト検出を行い、コントラストの高い方向を判定する。
【００６０】
時刻Ｔ１０５になると、撮像素子３のリセット動作を行い、焦点検出用に露光を開始する。また、時刻Ｔ１０６になると、コントラスト検出の結果に基づいて、シフト制御処理を行う（実際のシフト駆動は、時刻Ｔ１０８において開始する）。
【００６１】
時刻Ｔ１０７は設定した露光時間が経過時であり、焦点検出用画素の読み出しを開始する。この露光時間は焦点検出用であり、撮像用画素と焦点検出用画素の画素感度は異なることから、時刻Ｔ１０２〜Ｔ１０３の撮像用の露光時間と、時刻Ｔ１０６〜Ｔ１０７の焦点検出用の露光時間は異なる。焦点検出用画素の読み出しにあたっては、図７（ａ）において説明したように焦点検出用画素の画素信号をメモリ部２１に記憶する。この記憶した焦点検出用画素を用いてＡＦ処理部１３において、被写体像のデフォーカス量を演算することも可能である。
【００６２】
時刻Ｔ１０８になると、ＣＰＵ１１を介して撮像素子シフト部７で撮像素子位置を所望の位置にシフトする。すなわち、コントラスト検出の結果に基づいて、Ｘ方向もしくはＹ方向のいずれかコントラストの高い方向が判定されるので、この方向に、予め決められている画素数分だけシフト駆動１を行う。
【００６３】
時刻Ｔ１０９はシフト駆動１が完了するタイミングであり、このシフト位置で焦点検出用画素の露光を開始する。時刻Ｔ１０７で読み出しを開始した焦点検出用画素と同じ露光制御を行う。
【００６４】
時刻Ｔ１１０は、設定した露光時間の経過時であり、焦点検出用画素の読み出しを開始する（図９参照）。時刻Ｔ１１１になると、読み出した焦点検出用画素の画素信号と、時刻Ｔ１０７において読み出しを開始し、メモリ部２１に記憶された焦点検出用画素の画素信号を用いて、合成画像の画像データを生成する（図６（ａ）参照）。
【００６５】
時刻Ｔ１１３になると、焦点検出用画素合成によって生成した画素信号を用いて、焦点検出部１３ｃが焦点検出用演算を行い、デフォーカス方向およびデフォーカス量を求める。ここで、演算されたデフォーカス方向およびデフォーカス量を用いて時刻Ｔ１１４においてＣＰＵ１１は、レンズ駆動部５を介してレンズ１の合焦制御を行う。
【００６６】
時刻Ｔ１１３から時刻Ｔ１２２においては、前述の時刻Ｔ１０２から時刻Ｔ１２２と類似の処理を行うので、同様の処理については詳しい説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００６７】
時刻Ｔ１１３において撮像素子３をリセットし、時刻Ｔ１１５において撮像素子３から高速ライブビュー画像を読み出す。この時、時刻Ｔ１０２においてリセットし時刻Ｔ１０３から読み出した撮像用画素とは、シフト駆動１による駆動分だけシフトした位置で露光している。このため、時刻Ｔ１１５において画像読み出しを開始した画素信号については、シフトした位置だけ撮像有効領域もずらした領域をライブビュー画像の有効領域とする。このライブビュー画像の有効領域については、図１２を用いて後述する。
【００６８】
時刻Ｔ１２０〜Ｔ１２１におけるシフト駆動２における駆動方向は、時刻Ｔ１１６から開始するコントラスト検出の検出結果に基づいて判定する。このため、シフト駆動１とシフト駆動２は同じ方向の場合もあれば、異なる方向の場合もある。同じ方向の場合には、シフト方向を交互にプラス方向とマイナス方向に変更する（図１１のＳ２９〜Ｓ３３、Ｓ４３〜Ｓ４７参照）。
【００６９】
このように、本実施形態においては、レリーズ釦の半押し操作がなされると、撮像用画素の画素信号を用いて、コントラスト検出を行い、このコントラスト検出の結果に基づいて、撮像素子のシフト方向を決めている。このため、被写体が縦縞模様や横縞模様等の模様がある場合であっても、適切な方向に撮像素子をシフトさせることができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、レリーズ釦の半押し操作がなされ、位相差方式による焦点検出が開始すると、ライブビューを高速ライブビューに切り替え（撮像用読み出し１から撮像用読み出し２）、間引き率を高くしている。このため、ライブビュー表示を行いながら、位相差方式による焦点検出を行うことができる。
【００７１】
次に、図１０および図１１に示すフローチャートを用いて、本実施形態における動作を説明する。なお、この動作は、メモリ部２１に記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵ１１が各回路を制御することにより実行する。なお、このフローチャートは、ライブビュー表示およびＡＦ動作に関連する撮像制御を中心に記載し、他の処理は省略してある。
【００７２】
動作が開始すると、まず、撮像用画素信号読み出し１を行う（Ｓ１）。ここでは、ライブビュー用に撮像用画素信号の読み出し１を行う。例えば、撮像用画素は、同色画素に関して水平方向に１／３画素、垂直方向に１／５画素間引いて読み出す。その際、隣接同色画素については、画素信号を加算平均した結果を読み出してもよい。焦点検出用画素がある部分については、周辺の隣接同色画素で補間した後に加算間引きしてから読み出す。読み出した画像を画像処理し、ライブビュー画像としてＥＶＦや背面パネルに表示する。ライブビュー用の撮像フレームは、例えば、６０ｆｐｓや１２０ｆｐｓである。なお、このステップは、図８に示したタイミングチャートの時刻Ｔ１００〜Ｔ１０２に対応する。
【００７３】
撮像用画素信号読み出し１を行うと、次に、１ｓｔレリーズが押下げか否かを判定する（Ｓ３）。ここでは、ユーザがレリーズ釦の半押し操作を行い、１ｓｔレリーズスイッチがオンか否かを判定する。
【００７４】
ステップＳ３における判定の結果、１ｓｔレリーズが押下げでなかった場合には、撮像用画素信号読み出し１を行う（Ｓ７）。ここでは、ステップＳ１と同様の処理を行い、ライブビュー表示を行う。
【００７５】
一方、ステップＳ３における判定の結果、１ｓｔレリーズスイッチが押下げられた場合には、ＡＦ処理を行う（Ｓ５）。ここでは、ライブビュー表示を行いながら、位相差方式による焦点検出を行い、レンズ１の合焦制御を行う。このステップは、図８及び図９に示したタイミングチャートの時刻Ｔ１０２〜Ｔ１２２に相当する。このＡＦ処理の詳しい動作については、図１１を用いて説明する。
【００７６】
ステップＳ５においてＡＦ処理を行うと、またはステップＳ７において撮像用画素信号読み出し１を行うと、２ｎｄレリーズ押下げか否かの判定を行う（Ｓ９）。ここでは、ユーザがレリーズ釦の全押し操作を行い、２ｎｄレリーズスイッチがオンか否かを判定する。
【００７７】
ステップＳ９における判定の結果、２ｎｄレリーズ押下げでなかった場合には、ステップＳ３に戻り、前述の動作を繰り返す。一方、ステップＳ９における判定の結果、２ｎｄレリーズ押下げであった場合には、静止画撮影を行う（Ｓ１１）。ここでは、撮像素子３からの撮像用画素信号に基づいて、画像処理部１５が記録用の画像データを生成し、記録部２５に画像データを記録する。静止画撮影が終了すると、本フローを終了する。
【００７８】
次に、図１１を用いて、ステップＳ５のＡＦ処理について説明する。ＡＦ処理のフローに入ると、まず、撮像用画素信号読み出しを行う（Ｓ２１）。ここでは、ライブビュー用に撮像用画像素子読み出し１よりも高速な撮像用画素信号読み出し２を行う。例えば、撮像用画素は同色画素に関して、水平方向に１／３画素、垂直方向に１／７画素間引いて読み出す。間引き量が多いので、撮像用画素読み出し１より、読み出し画素が減り、高速で読み出すことができる。また、焦点検出用画素がある部分については、周辺の隣接同色画素で補間した後に加算間引きしてから読み出される（図７（ｂ）（ｃ）参照）。読み出した画像を画像処理部１５で画像処理してからライブビュー画像としてＥＶＦや背面パネルに表示する。ライブビュー用の撮像フレームとしては、例えば、２４０ｆｐｓや４８０ｆｐｓである。なお、このステップは、図８に示したタイミングチャートでは、時刻Ｔ１０３から開始する読み出しが対応する。
【００７９】
撮像用画素信号読み出し２を行うと、次に、シフト量に応じて撮像有効領域の切り出しを行う（Ｓ２３）。電源起動後、撮像素子３の位置はデフォルト位置にある。このＡＦ処理において、撮像素子３の位置をシフトすると、１ｓｔレリーズ中は、そのままの位置でライブビュー画像を撮像するので、撮像用画素信号読み出し２で読み出された画素信号は、撮像素子の位置がシフトした分だけ、有効領域がシフトしている。そこで、シフト量に応じて撮像有効領域の切り出し位置を変更する。この撮像有効領域の切り出しについては、図１２を用いて後述する。
【００８０】
シフト量に応じた撮像有効領域の切り出しを行うと、次に、コントラスト検出の高い方向を判定する（Ｓ２５）。ここでは、撮像用画素信号読み出し２で読み出された画素信号を用いて、コントラスト検出部１３ａがＸ方向およびＹ方向の被写体のコントラストを検出し、被写体のコントラスト情報として、相対的に縦成分が多いか、横成分が多いかを判定する。このステップは、図８の時刻Ｔ１０４および図９の時刻Ｔ１１６から開始するコントラスト検出に対応する。
【００８１】
ステップＳ２５における判定の結果、縦成分が多い場合には、焦点検出用画素信号の読み出しを行う（Ｓ２７）。ここでは、図７（ａ）を用いて説明したように、撮像素子２からの画素信号の内、焦点検出用画素信号のみを詰めてメモリ部２１に記憶する。焦点検出画素読み出しのフレームレートは、例えば、２４０ｆｐｓである。
【００８２】
焦点検出用画素信号の読み出しを行うと、次に、前回シフトが＋方向（プラス方向）か否かを判定する（Ｓ２９）。この判定の結果、前回シフト方向が＋方向であった場合には、撮像素子位置をＸの−方向（マイナス方向）に２画素シフトし（Ｓ３１）、一方、前回シフト方向が＋方向でなかった場合には、撮像素子位置をＸの＋方向に２画素シフトする（Ｓ３３）。ステップＳ２５の判定により縦成分が多いことから、ＣＰＵ１１は撮像素子シフト部７によって撮像素子３をＸ方向に移動させる。この移動にあたっては、１フレーム前の撮像素子３のシフトした方向と反対方向にシフトさせる。反対方向にシフトすることにより、撮像有効領域が撮像素子３の撮像範囲外になることを防止できる。
【００８３】
ステップＳ２５における判定の結果、横成分が多い場合には、ステップＳ２７と同様に焦点検出用画素信号の読み出しを行う（Ｓ４１）。続いて、ステップＳ２９と同様に、前回シフトが＋方向か否かを判定する（Ｓ４３）。この判定の結果、前回シフト方向が＋方向であった場合には、撮像素子位置をＹの−方向（マイナス方向）に２画素シフトし（Ｓ４５１）、一方、前回シフト方向が＋方向でなかった場合には、撮像素子位置をＹの＋方向に２画素シフトする（Ｓ４７）。ステップＳ２５の判定により横成分が多いことから、ＣＰＵ１１は撮像素子シフト部７によって撮像素子３をＹ方向に移動させる。ここでも、ステップＳ３１、Ｓ３３と同様に、１フレーム前の撮像素子３のシフトした方向と反対方向にシフトさせる。反対方向にシフトすることにより、撮像有効領域が撮像素子３の撮像範囲外になることを防止できる。
【００８４】
ステップＳ３１、Ｓ３３、Ｓ４５、Ｓ４７において、撮像素子位置をシフトさせると、焦点検出用画素信号の読み出しを行う（Ｓ５１）。ここでは、撮像素子位置をシフトさせた状態で、焦点検出用画素信号のみを読み出す（図７（ａ）参照）。
【００８５】
続いて、シフト前後の焦点検出用画像信号を合成する（Ｓ５３）。ここでは、ステップＳ２７またはＳ４１において読み出した焦点検出用画素信号と、ステップＳ５１において読み出した焦点検出用画素信号を用いて合成を行う（図６（ａ）参照）。このステップは、図９の時刻Ｔ１１１において開始する焦点検出用画素合成に対応する。
【００８６】
シフト前後の焦点検出用画素信号を合成すると、次に、焦点検出を行う（Ｓ５５）。ここでは、焦点検出部１３ｃにおいて、ステップＳ５３において合成した焦点検出用画素信号からデフォーカス量を算出し、レンズ駆動部５を制御し、焦点検出動作を行う。焦点検出を行うと、元のフローに戻る。
【００８７】
このように、本実施形態においては、撮像用画素の画素信号を用いて、コントラスト検出を行い、このコントラスト検出の結果に基づいて、撮像素子のシフト方向を決めている（Ｓ２５）。このため、被写体が縦縞模様や横縞模様等の模様がある場合であっても、適切な方向に撮像素子をシフトさせることができる。
【００８８】
また、本実施形態においては、レリーズ釦の半押し操作がなされ、位相差方式による焦点検出が開始すると、ライブビューを高速ライブビューに切り替え、間引き率を高くしている（Ｓ２１）。このため、ライブビュー表示を行いながら、位相差方式による焦点検出を行うことができる。
【００８９】
次に、図１２を用いて、シフト量に応じた撮像有効領域の切出しについて説明する。図１２（ａ）において、３ａは実効画素領域を示し、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅは有効画素を示す。撮像有効画素は表示用や記録用の画像生成に必要な画素領域である。デフォルトの撮像素子位置では、撮像有効画素領域の中心位置と、レンズ１の光軸中心が一致している。
【００９０】
撮像素子位置をシフトした場合は、撮像有効画素領域は、撮像素子３のシフトと逆方向に同じ距離ずらした領域とする。図１２（ｂ）に撮像素子位置のシフト量と、これに対応する有効領域切り出し位置を示す。図１２（ｂ）から分かるように、撮像素子位置がＸ方向に＋２画素分シフトした場合には、撮像有効画素領域の切り出し位置はＸ方向に−２画素分シフトした位置となる。
【００９１】
このように本実施形態においては、有効画素領域をずらしている。この有効画素領域のずらしにあたっては、読み出した実効画素領域から画像処理する領域を可変させてもよく、また撮像素子３から読み出す領域を可変としてもよい。撮像用画素読み出し２の行こう画素領域を可変にすることで、高速ライブビュー画像の表示にあたって、撮像素子シフトによる画角変化をなくすことができる。
【００９２】
次に、図１３及び図１４に示すタイミングチャートを用いて、本実施形態における動作の変形例を説明する。本発明の一実施形態においては、撮像素子シフトの駆動方向は交互に変更していた（図１１のＳ３１、Ｓ３３、Ｓ４５、Ｓ４７参照）。これに対して、本変形例においては、一度シフト駆動を行うと、元の位置に戻すようにしている。
【００９３】
本変形例における時刻Ｔ２００から時刻Ｔ２１０までの動作は、図８及び図９に示したタイミングチャートの時刻Ｔ１００から時刻Ｔ１１０までの動作と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【００９４】
時刻Ｔ２１０は、設定した露光時間の経過時であり、焦点検出用画素読み出しを開始する。そして時刻Ｔ２１１になると、読み出した焦点検出用画素の画素信号と、時刻Ｔ２０７において読み出しを開始し、メモリ部２１に記憶された焦点検出用画素の画素信号を用いて、合成画像の画像データを生成する（図６（ａ）参照）。
【００９５】
時刻Ｔ２１４になるとシフト２を行う。ここでは、時刻Ｔ２０８において行ったシフト１でシフトした分、撮像素子位置を元の位置に戻す。撮像素子位置のシフトが完了すると（時刻Ｔ２１５）、１ｓｔレリーズが押下げられている間は、高速ライブビュー制御により露光を開始する。以後の動作は、図９と同様であることから詳しい説明を省略する。
【００９６】
このように本変形例においては、撮像素子位置をシフトすると、一旦、元の位置に戻すので、シフト駆動によって撮像素子３が大きくずれるおそれがない。
【００９７】
次の、この変形例の動作について、図１４に示すフローチャートを用いて説明する。本変形例のカメラ動作は図１０に示したフローチャートと同様であり、図１１に示したＡＦ処理が異なる。なお、このＡＦ処理は、メモリ部２１に記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵ１１が各回路を制御することにより実行する。
【００９８】
図１５に示すＡＦ処理の内、図１１のフローチャートと同様の処理を行うステップについては、図１１と同一のステップ番号を付し、詳しい説明は省略する。ＡＦ処理のフローに入ると、撮像用画素信号読み出し２を行い（Ｓ２１）、コントラスト検出の高い方向を判定する（Ｓ２５）。
【００９９】
ステップＳ２５における判定の結果、縦成分が多い場合には、焦点検出用画素信号の読み出しを行う（Ｓ２７）。続いて、撮像素子位置をＸ方向に２画素シフトする（Ｓ２８）。この場合には、縦成分が多いことから、撮像素子シフト部７によってＸ方向にシフトを行う。
【０１００】
一方、ステップＳ２５における判定の結果、縦成分が多い場合には、焦点検出用画素信号の読み出しを行う（Ｓ４１）。続いて、撮像素子位置をＹ方向に２画素シフトする（Ｓ４２）。この場合には、横成分が多いことから、撮像素子シフト部７によってＹ方向にシフトを行う。
【０１０１】
ステップＳ２８またはＳ４２において、撮像素子位置をシフトさせると、焦点検出用画素信号の読み出しを行う（Ｓ５１）。続いて、撮像素子位置を元に戻す（Ｓ５２）。撮像素子シフト部７によって撮像素子位置をシフトした分、元に戻すように、撮像素子シフト部７を制御する。なお、このステップは、図１４の時刻Ｔ２１４〜Ｔ２１５のシフト２に対応する。
【０１０２】
撮像素子位置を元に戻すと、次に、シフト前後の焦点検出用画素信号を合成し（Ｓ５３）、焦点検出を行う（Ｓ５５）。焦点検出を行うと元のフローに戻る。このように、本変形例においては、撮像素子位置をシフトすると、一旦、元の位置に戻すので、シフト駆動によって撮像素子３が大きくずれるおそれがない。
【０１０３】
次に、図１６及び図１７を用いて、撮像素子３の撮像用画素と焦点検出用画素の配置の変形例について説明する。本発明の一実施形態における撮像用画素と焦点検出用画素の配置に比較し、本変形例は焦点検出用画素の密度を高くし、２画素シフトした際に、均等に焦点検出用画素の画素信号を得ることができる。
【０１０４】
図１６を用いて、本変形例における撮像素子３内に配置された撮像用画素および焦点検出用画素について説明する。図１６は、撮像素子３の一部（ｘ１〜ｘ８、ｙ１〜ｙ１６の範囲）を拡大表示した平面図である。
【０１０５】
焦点検出用画素であるＲ、Ｌ、Ｔ、Ｂ画素は、図２に示した例と同様に、それぞれ右開口画素、左開口画素、上開口画素、下開口画素であり、図１６に示すように配置されている。すなわち、Ｒ画素（ｘ１、ｙ１）とＬ画素（ｘ１、ｙ９）が対をなし、Ｒ画素（ｘ５、ｙ１）とＬ画素（ｘ５、ｙ９）が対をなし、Ｒ画素（ｘ３、ｙ５）とＬ画素（ｘ３、ｙ１３）が対をなし、Ｒ画素（ｘ７、ｙ５）とＬ画素（ｘ７、ｙ１３）が対をなすように配置されている。また、Ｔ画素（ｘ１、ｙ３）とＢ画素（ｘ５、ｙ３）が対をなし、Ｔ画素（ｘ３、ｙ７）とＢ画素（ｘ７、ｙ７）が対をなし、Ｔ画素（ｘ１、ｙ１１）とＢ画素（ｘ５、ｙ１１）が対をなし、Ｔ画素（ｘ３、ｙ１５）とＢ画素（ｘ７、ｙ１５）が対をなすように配置されている。図２の場合と同様、Ｒ画素からのＲ信号とＬ画素からのＬ信号の対で縦線の位相差を検出し、またＴ画素からのＴ信号とＢ画素からのＢ信号の次いで横線の位相差を検出する。
【０１０６】
次に、図１７を用いて、撮像素子３が撮像素子シフト部７によりシフトされた場合について説明する。図１７（ａ）は、図１６に示した撮像素子３が撮像素子シフト部７によりＸ方向に２画素シフトされた場合の焦点検出用画素群と、シフトしない焦点検出用画素群の合成配置を示す。
【０１０７】
撮像素子シフト前は、図１６に示すように、Ｒ画素は（ｘ１、ｙ１）、（ｘ５、ｙ１）、（ｘ３、ｙ５）、（ｘ７、ｙ５）の４箇所にあり、Ｌ画素は（ｘ１、ｙ９）、（ｘ５、ｙ９）、（ｘ３、ｙ１３）、（ｘ７、ｙ１３）の４箇所にあり、Ｔ画素は（ｘ１、ｙ３）、（ｘ３、ｙ７）、（ｘ１、ｙ１１）、（ｘ３、ｙ１５）の４箇所にあり、Ｂ画素は（ｘ５、ｙ３）、（ｘ７、ｙ７）、（ｘ５、ｙ１１）、（ｘ７、ｙ１５）の４箇所に位置している。
【０１０８】
撮像素子シフトによりＸ方向に２画素シフトを行うと、Ｒ画素は（ｘ３、ｙ１）、（ｘ７、ｙ１）、（ｘ５、ｙ５）、（ｘ９、ｙ５）の４箇所になり、Ｌ画素は（ｘ３、ｙ９）、（ｘ７、ｙ９）、（ｘ５、ｙ１３）、（ｘ９、ｙ１３）の４箇所になり、Ｔ画素は（ｘ３、ｙ３）、（ｘ５、ｙ７）、（ｘ３、ｙ１１）、（ｘ５、ｙ１５）の４箇所になり、Ｂ画素は（ｘ７、ｙ３）、（ｘ９、ｙ７）、（ｘ７、ｙ１１）、（ｘ９、ｙ１５）の４箇所に位置する。したがって、図１７（ａ）は、撮像素子シフト前とシフト後の焦点検出用画素群の合成配置を示している。
【０１０９】
このように、Ｘ方向に撮像素子シフトを行うことにより、被写体の縦成分コントラストに対するｙ１行、ｙ５行、ｙ９行、ｙ１３行、の焦点検出用画素密度が増し、被写体の縦成分コントラストに対する測距精度が向上する。被写体の横成分コントラストに対するｘ３列、ｘ７列、ｘ１１列、ｘ１５列の焦点検出用画素密度は変わらず、測距精度も変化しない。
【０１１０】
図１７（ｂ）は、図１６に示した撮像素子３が撮像素子シフト部７によりＹ方向に２画素シフトされた場合の焦点検出用画素群と、シフトしない焦点検出用画素群の合成配置を示す。
【０１１１】
撮像素子シフト前のＲ画素、Ｌ画素、Ｔ画素、Ｂ画素の配置は、図１６に示す通りである。撮像素子シフトによりＹ方向に２画素シフトを行うと、Ｒ画素は（ｘ１、ｙ３）、（ｘ５、ｙ３）、（ｘ３、ｙ７）、（ｘ７、ｙ７）の４箇所になり、Ｌ画素は（ｘ１、ｙ１１）、（ｘ５、ｙ１１）、（ｘ３、ｙ１５）、（ｘ７、ｙ１５）の４箇所になり、Ｔ画素は（ｘ１、ｙ５）、（ｘ３、ｙ９）、（ｘ１、ｙ１３）、（ｘ３、ｙ１７）の４箇所になり、Ｂ画素は（ｘ５、ｙ５）、（ｘ７、ｙ９）、（ｘ５、ｙ１３）、（ｘ７、ｙ１７）の４箇所に位置する。したがって、図１７（ｂ）は、撮像素子シフト前とシフト後の焦点検出用画素群の合成配置を示している。
【０１１２】
このように、Ｙ方向に撮像素子シフトを行うことにより、被写体の横成分コントラストに対するｘ１列、ｘ３列、ｘ５列、ｘ７列、ｘ９列、ｘ１１列、ｘ１３列、ｘ１５列の焦点検出用画素密度が増し、被写体の横成分コントラストに対する測距精度が向上する。被写体の縦成分コントラストに対するｙ１行とｙ７行の焦点検出用画素密度は変わらず、測距精度も変化しない。
【０１１３】
このように撮像素子シフトを行うことにより、縦成分または横成分コントラストに対する焦点検出用画素密度を増加させ、測距精度を向上させることができる。なお、本実施形態においては、撮像素子シフトは２画素分のシフトを行っているが、シフト量は２画素分に限らず、他の数値であっても構わない。
【０１１４】
また、図２に示した場合と同様に、ＲとＬのペア、ＴとＢのペアを両方均等に配置することができ、縦線検知と横線検知の同時測距（クロス測距）を可能としている。また、焦点検出用画素を配置したＧｒ画素に隣接した上下左右の４つの斜めＧｂ画素を通常画素（撮像用画素）とすることで、焦点検出用画素の補正処理が行い易くなっている。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の一実施形態や変形例における撮像装置は、２方向（例えばＸ方向およびＹ方向）に配列された焦点検出用画素群から読み出された画素データに基づいて、焦点検出用画素群が配列されたそれぞれの配列方向の被写体のコントラストを検出するコントラスト検出部（図２に示すコントラスト検出部１３ａ）と、２つの焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、上記撮像面に結像する被写体像と上記撮像面との相対的な位置をシフトするシフト部（例えば、図２に示す撮像素子シフト部７、図８の時刻Ｔ１０６のシフト制御処理、図１１のＳ３１、Ｓ３３、Ｓ４５、Ｓ４７等）と、撮像面に結像する被写体像と撮像面との相対的な位置をシフトする前後において、撮像素子の焦点検出用画素群から読み出された画素データを合成して焦点検出用画像データを生成する焦点検出用画像合成部（例えば、図２の焦点検出用画素合成部１３ｂ、図８の時刻Ｔ１１１の焦点検出用画素合成、図１のＳ５３）と、焦点検出用画像合成部により合成された焦点検出用画像データに基づいて焦点検出を行う焦点検出部（例えば、図２の焦点検出部１３ｃ、図９の時刻Ｔ１１３の焦点検出用演算、図１１のＳ５５）を有している。
【０１１６】
このため、本発明の一実施形態や変形例においては、撮像面に配置した焦点検出用画素群による画素信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置または焦点検出方法において、画像の横成分や縦成分が多い被写体であっても、迅速に高精度の焦点検出を行うことが可能となる。すなわち、２つの焦点検出用画素群の配列方向のうち相対的に高いコントラストが検出された配列方向に、撮像面に結像する被写体像と撮像面との相対的な位置をシフトさせて、画素データを得るようにしていることから、画像の横成分や縦成分が多い被写体であっても、迅速に高精度の焦点検出を行うことができる。
【０１１７】
また、本発明の一実施形態や変形例においては、撮像素子３は、右側のみ開口する画素（Ｒ画素が対応）をｍ（ｍは２以上の整数）画素間隔の周期配置する第１画素群と、左側のみ開口する画素（Ｌ画素が対応）をｍ画素間隔の周期配置とする第２画素群と、上側のみを開口する画素（Ｔ画素が対応）をｎ（ｎは２以上の整数）画素間隔の周期配置とする第３画素群と、下側のみを開口する画素（Ｂ画素が対応）をｎ画素間隔の周期配置とする第４画素群と、を二次元状に配列している。このため、精度の高い焦点検出用画像データを得ることができる。また、第１画素群と第２画素群により、縦成分の位相差を検出し、第３画素群と第４画素群により横成分の位相差を検出することが可能となる。
【０１１８】
また、本発明の一実施形態や変形例において、シフト部は、相対的に高いコントラストが検出された配列方向が前回と今回で同じ方向であった場合には、今回のシフト方向は、前回と逆方向にしている（例えば、図１１のＳ２９〜Ｓ３３、Ｓ４３〜Ｓ４７参照）。このため、同一方向にシフトが連続し、撮像素子の有効画素領域の外にはみ出てしまうことを防止できる。
【０１１９】
また、本発明の一実施形態や変形例において、撮像素子３の画素データの読み出しは、ライブビュー表示に加えて位相差方式の焦点検出を行う場合には、画素データの読み出しを高速読み出しに切り替えている（例えば、図１０のＳ１、Ｓ７の撮像用画素信号読み出し１から、焦点検出を行う場合には図１１のＳ２１の撮像用画素信号読み出し２に切り替えている）。このため、ライブビュー表示を行いながら、焦点検出を並行して行うことが可能となる。
【０１２０】
なお、本発明の一実施形態や変形例においては、撮像素子シフト部７によって２画素分シフトしていたが、これに限らず、他の数値（整数に限らない）分シフトするようにしてもよい。また、撮像素子シフト部７は、Ｘ方向とＹ方向の直交する２方向に撮像素子３をシフトしていたが、これに限らず、直交以外の２方向でもよく、また、斜め方向にシフトするようにしてもよい。また、レリーズ釦の半押し中は、位相差方式による焦点検出を繰り返し行っていたが、１回だけ行うようにしても勿論かまわない。
【０１２１】
また、本実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォーンや携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、撮像面に焦点検出用画素を有し、位相差方式による焦点検出を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
【０１２２】
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【０１２３】
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１・・・レンズ、３・・・撮像素子、３ａ・・・実効画素領域、３ｂ〜３ｅ・・・有効画素、５・・・レンズ駆動部、７・・・撮像素子シフト部、９・・・撮像素子駆動部、１１・・・ＣＰＵ、１３・・・ＡＦ処理部、１３ａ・・・コントラスト検出部、１３ｂ・・・焦点検出用画素合成部、１３ｃ・・・焦点検出部、１５・・・画像処理部、１５ａ・・・撮像用画素合成部、１７・・・操作部、１９・・・バス、２１・・・メモリ部、２３・・・表示部、２５・・・記録部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図３】
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