(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、前記射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第３の像信号との第１の位相差を検出する第１の算出手段と、
前記射出瞳の前記一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、前記射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第４の像信号との第２の位相差を検出する第２の算出手段と、
前記第１の位相差および前記第２の位相差の和を用いて、前記撮影光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、を有し、
前記第１の算出手段は、前記第３の像信号の固定区間に対して前記第１の像信号の区間を所定の方向にずらしながら前記第１の位相差を検出し、前記第２の算出手段は、前記第４の像信号の固定区間に対して前記第２の像信号の区間を前記所定の方向にずらしながら前記第２の位相差を検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
入射する光束の、撮影光学系の射出瞳面における重心位置が中心から第１の方向に偏倚した光電変換領域の出力に基づく第１の像信号と、入射する光束の、前記射出瞳面における重心位置が中心から偏倚していない光電変換領域の出力に基づく第３の像信号との第１の位相差を検出する第１の算出手段と、
入射する光束の、前記射出瞳面における重心位置が中心から前記第１の方向と逆の第２の方向に偏倚した光電変換領域の出力に基づく第２の像信号と、入射する光束の、前記射出瞳面における重心位置が中心から偏倚していない光電変換領域の出力に基づく第４の像信号との第２の位相差を検出する第２の算出手段と、
前記第１の位相差および前記第２の位相差の和を用いて、前記撮影光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、を有し、
前記第１の算出手段は、前記第３の像信号の固定区間に対して前記第１の像信号の区間を前記第１の方向または前記第２の方向にずらしながら前記第１の位相差を検出し、前記第２の算出手段は、前記第４の像信号の固定区間に対して前記第２の像信号の区間を前記第１の方向または前記第２の方向にずらしながら前記第２の位相差を検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
前記デフォーカス量算出手段は、さらに、前記第３の像信号と前記第４の像信号の振幅量に基づいて前記デフォーカス量の信頼性を評価することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記デフォーカス量算出手段は、さらに、前記第３の像信号と前記第４の像信号の尖鋭度に基づいて前記デフォーカス量の信頼性を評価することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記デフォーカス量算出手段は、さらに、前記第３の像信号と前記第４の像信号の飽和度に基づいて前記デフォーカス量の信頼性を評価することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記デフォーカス量算出手段は、前記第１の位相差の検出に用いた前記第３の像信号の固定区間と、前記第２の位相差の検出に用いた前記第４の像信号の固定区間とに基づいて、前記デフォーカス量の信頼性を評価することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく像信号と、前記射出瞳の全領域を通過した光束に基づく像信号とを読み出し可能な撮像素子と、
請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく像信号と、前記射出瞳の全領域を通過した光束に基づく像信号とを読み出し可能な撮像素子と、
請求項３から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
前記デフォーカス量算出手段で得られた前記デフォーカス量に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を有し、
前記焦点調節手段は、前記デフォーカス量のうち、信頼性が低いと評価されたもの以外に基づいて、前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
第１の算出手段が、撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、前記射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第３の像信号との第１の位相差を検出する第１の算出工程と、
第２の算出手段が、前記射出瞳の前記一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、前記射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第４の像信号との第２の位相差を検出する第２の算出工程と、
デフォーカス量算出手段が、前記第１の位相差および前記第２の位相差の和を用いて、前記撮影光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出工程と、を有し、
前記第１の算出工程において前記第１の算出手段は、前記第３の像信号の固定区間に対して前記第１の像信号の区間を所定の方向にずらしながら前記第１の位相差を検出し、
前記第２の算出工程において前記第２の算出手段は、前記第４の像信号の固定区間に対して前記第２の像信号の区間を前記所定の方向にずらしながら前記第２の位相差を検出することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項１０】
第１の算出手段が、入射する光束の、撮影光学系の射出瞳面における重心位置が中心から第１の方向に偏倚した光電変換領域の出力に基づく第１の像信号と、入射する光束の、前記射出瞳面における重心位置が中心から偏倚していない光電変換領域の出力に基づく第３の像信号との第１の位相差を検出する第１の算出工程と、
第２の算出手段が、入射する光束の、前記射出瞳面における重心位置が中心から前記第１の方向と逆の第２の方向に偏倚した光電変換領域の出力に基づく第２の像信号と、入射する光束の、前記射出瞳面における重心位置が中心から偏倚していない光電変換領域の出力に基づく第４の像信号との第２の位相差を検出する第２の算出工程と、
デフォーカス量算出手段が、前記第１の位相差および前記第２の位相差の和を用いて、前記撮影光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出工程と、を有し、
前記第１の算出工程において前記第１の算出手段は、前記第３の像信号の固定区間に対して前記第１の像信号の区間を前記第１の方向または前記第２の方向にずらしながら前記第１の位相差を検出し、
前記第２の算出工程において前記第２の算出手段は、前記第４の像信号の固定区間に対して前記第２の像信号の区間を前記第１の方向または前記第２の方向にずらしながら前記第２の位相差を検出することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項１１】
コンピュータを、請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置およびその制御方法に関し、特には撮像素子の出力に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元配置された画素の各々にマイクロレンズが形成された撮像素子を用い、瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特許文献１に開示されている。この装置では、各画素の光電変換部が、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光束をマイクロレンズを介して受光する、２つの領域に分割されている。分割領域ごとに複数の画素から生成した１対の出力信号に対して相関演算を行って１対の出力信号の位相差（ずれ量）を算出し、位相差からデフォーカス量を算出することができる。
【０００３】
また、特許文献１の図２４，図２５や特許文献２には、一部の画素を、瞳分割方式の焦点検出を行うための焦点検出用画素とした撮像素子が開示されている。焦点検出画素の出力を通常の画素の出力として用いるには補正が必要だが、各画素の光電変換部を分割する構成よりも焦点検出信号として読みだす信号が少ないため、撮像素子の製造コストや信号処理の演算コストを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５２００９号公報
【特許文献２】特許３５９２１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
焦点検出用画素を用いる構成では、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光束をマイクロレンズを介して受光する１対の光電変換部が、互いに異なる画素に配置されている。つまり、位相差を検出するための１対の出力信号（Ａ像、Ｂ像）において、Ａ像の生成に用いられる画素群の位置と、Ｂ像の生成に用いられる画素群の位置とが異なる。そのため、被写体像のパターンによってはＡ像とＢ像の類似度が低くなる場合があり、そのような場合には、焦点検出の精度が低下する。
【０００６】
また、焦点検出用画素の配置間隔が広い場合には、被写体光学像の高周波帯域の周波数成分を取得できない場合がある。そのため、Ａ像とＢ像それぞれに異なる折り返しノイズが発生し、焦点検出誤差が発生してしまう。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題の少なくとも１つを改善することを目的とする。具体的には、本発明は、撮像素子の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出の精度を向上させることが可能な焦点検出装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第３の像信号との第１の位相差を検出する第１の算出手段と、射出瞳の一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第４の像信号との第２の位相差を検出する第２の算出手段と、第１の位相差および第２の位相差の和を用いて、撮影光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、を有し、第１の算出手段は、第３の像信号の固定区間に対して第１の像信号の区間を所定の方向にずらしながら第１の位相差を検出し、第２の算出手段は、第４の像信号の固定区間に対して第２の像信号の区間を所定の方向にずらしながら第２の位相差を検出することを特徴とする焦点検出装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成により、本発明によれば、撮像素子の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出の精度を向上させることが可能な焦点検出装置およびその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る焦点調節装置を備える撮像装置の一例としてのカメラシステムの機能構成例を示すブロック図
【図２】第１の実施形態における撮像素子の構成例を示す図。
【図３】第１の実施形態における光電変換領域と射出瞳との関係を示す図
【図４】実施形態における、焦点検出領域とＡＦ用信号に用いられる画素の関係例を示す図
【図５】実施形態における焦点調節動作を示すフローチャート
【図６】第１の実施形態におけるデフォーカス量の算出方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
●（第１の実施形態）
以下、本発明の例示的な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る焦点検出装置を備える撮像装置の一例としての、撮影レンズを交換可能なカメラと撮影レンズからなるカメラシステムの構成例を示す図である。図１において、カメラシステムはカメラ１００と、交換可能な撮影レンズ３００とから構成される。
【００１２】
撮影レンズ３００を通過した光束は、レンズマウント１０６を通過し、メインミラー１３０により上方へ反射されて光学ファインダ１０４に入射する。光学ファインダ１０４により、撮影者は被写体光学像を観察しながら撮影できる。光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、絞り値表示、露出補正表示等が設置されている。
【００１３】
メインミラー１３０の一部は半透過性のハーフミラーで構成され、メインミラー１３０に入射する光束のうち一部はこのハーフミラー部分を通過し、サブミラー１３１で下方へ反射されて焦点検出装置１０５へ入射する。焦点検出装置１０５は、２次結像光学系とラインセンサを有する位相差検出方式の焦点検出装置であり、１対の像信号をＡＦ部（オートフォーカス部）４２に出力する。ＡＦ部４２では、１対の像信号に対して位相差検出演算を行い、撮影レンズ３００のデフォーカス量および方向を求める。この演算結果に基づき、システム制御部５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２（後述）に対して、焦点調節処理などの制御を行う。本実施形態では、焦点検出結果の補正もＡＦ部４２で行う。
【００１４】
撮影レンズ３００の焦点調節処理が終了して静止画撮影を行う場合や、電子ファインダ表示を行う場合、動画撮影を行う場合には、不図示のクイックリターン機構によりメインミラー１３０とサブミラー１３１を光路外に退避させる。そうすると、撮影レンズ３００を通過してカメラ１００に入射する光束は、露光量を制御するためのシャッター１２を介して、撮像素子１４に入射可能になる。撮像素子１４による撮影動作終了後には、メインミラー１３０とサブミラー１３１は図示する様な位置に戻る。
【００１５】
撮像素子１４はＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、複数の画素が２次元的に配置された構成を有し、被写体光学像を画素ごとに光電変換して電気信号を出力する。撮像素子１４にて光電変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器１６へ送られ、アナログ信号出力がデジタル信号（画像データ）に変換される。タイミング発生回路１８は、撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給する。タイミング発生回路１８はメモリ制御部２２及びシステム制御部５０により制御される。画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ或いはメモリ制御部２２からの画像データに対して画素補間処理、ホワイトバランス調整処理、色変換処理などの所定の処理を適用する。
【００１６】
本実施形態に係る撮像素子１４は一部の画素が焦点検出用画素として構成されており、クイックリターン機構によりメインミラー１３０とサブミラー１３１が光路外に退避した状態においても位相差検出方式の焦点検出を可能にしている。撮像素子１４で得られた画像データのうち、焦点検出用信号の生成に用いられる画素のデータは、画像処理部２０で焦点検出用データに変換される。その後、焦点検出用データはシステム制御部５０を介してＡＦ部４２へ送られ、ＡＦ部４２は焦点検出用データに基づいて撮影レンズ３００の焦点調節を行う。
【００１７】
なお、撮像素子１４で撮影した画像データから画像処理部２０でコントラスト評価値を演算し、システム制御部５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に対して焦点合わせを行うコントラスト方式のＡＦも可能である。このように、本実施形態のカメラ１００は、ライブビュー表示時や動画撮影時のようにメインミラー１３０とサブミラー１３１が光路外に退避していても、撮像素子１４で得られる画像データから位相差検出方式ＡＦとコントラスト方式ＡＦの両方が可能である。また、本実施形態のカメラ１００は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が光路内にある通常の静止画撮影では、焦点検出装置１０５による位相差検出方式ＡＦが可能である。従って、静止画撮影時、ライブビュー表示時、動画撮影時のどの状態においても焦点調節が可能である。
【００１８】
メモリ制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理部２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮伸長部３２を制御する。そして、Ａ／Ｄ変換器１６のデータが画像処理部２０およびメモリ制御部２２を介して、あるいはメモリ制御部２２のみを介して、画像表示メモリ２４あるいはメモリ３０に書き込まれる。画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データは、Ｄ／Ａ変換器２６を介して液晶モニタ等から構成される画像表示部２８に表示される。撮像素子１４で撮影した動画像を画像表示部２８に逐次表示することで、電子ファインダ機能（ライブビュー表示）を実現できる。画像表示部２８は、システム制御部５０の指示により表示をＯＮ／ＯＦＦすることが可能であり、表示をＯＦＦにした場合にはカメラ１００の電力消費を大幅に低減できる。
【００１９】
また、メモリ３０は、撮影した静止画像や動画像の一時記憶に用いられ、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を記憶するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、連射撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことができる。また、メモリ３０はシステム制御部５０の作業領域としても使用できる。圧縮伸長部３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する機能を有し、メモリ３０に記憶された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えた画像データをメモリ３０に書き戻す。
【００２０】
シャッター制御部３６は、測光部４６からの測光情報に基づいて、撮影レンズ３００の絞り３１２を制御する絞り制御部３４４と連携しながら、シャッター１２を制御する。インターフェース部３８とコネクタ１２２は、カメラ１００と撮影レンズ３００とを電気的に接続する。これらは、カメラ１００と撮影レンズ３００との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給する機能も備えている。また、電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。
【００２１】
測光部４６は、自動露出制御（ＡＥ）処理を行う。撮影レンズ３００を通過した光束を、レンズマウント１０６、メインミラー１３０、そして不図示の測光用レンズを介して、測光部４６に入射させることにより、被写体光学像の輝度を測定できる。被写体輝度と露出条件とを対応付けたプログラム線図などを用いて、測光部４６は露出条件を決定することができる。また、測光部４６は、フラッシュ４８と連携することで調光処理機能も有する。なお、画像処理部２０による撮像素子１４の画像データを演算した演算結果に基づき、システム制御部５０が、シャッター制御部３６と撮影レンズ３００の絞り制御部３４４に対してＡＥ制御を行うことも可能である。フラッシュ４８は、ＡＦ補助光の投光機能、フラッシュ調光機能も有する。
【００２２】
システム制御部５０は例えばＣＰＵやＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することによりカメラシステム全体の動作を制御する。不揮発性のメモリ５２はシステム制御部５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。表示部５４はシステム制御部５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する、例えば液晶表示装置である。表示部５４はカメラ１００の操作部近辺の視認し易い位置に単数或いは複数設置され、例えばＬＣＤやＬＥＤ等の組み合わせにより構成される。表示部５４の表示内容のうち、ＬＣＤ等に表示するものとしては、記録枚数や残撮影可能枚数等の撮影枚数に関する情報や、シャッタースピード、絞り値、露出補正、フラッシュ等の撮影条件に関する情報等がある。その他、電池残量や日付・時刻等も表示される。また、表示部５４は、前述した様にその一部の機能が光学ファインダ１０４内に設置されている。
【００２３】
不揮発性メモリ５６は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。６０、６２、６４、６６、６８及び７０は、システム制御部５０の各種の動作指示を入力するための操作部であり、スイッチやダイアル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。
【００２４】
モードダイアル６０は、電源オフ、オート撮影モード、マニュアル撮影モード、再生モード、ＰＣ接続モード等の各機能モードを切り替え設定できる。シャッタースイッチＳＷ１である６２は、不図示のシャッターボタンが半押しされるとＯＮとなり、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等の動作開始を指示する。シャッタースイッチＳＷ２である６４は、シャッターボタンが全押しされるとＯＮとなり、撮影に関する一連の処理の動作開始を指示する。撮影に関する一連の処理とは、露光処理、現像処理及び記録処理等のことである。露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２２を介してメモリ３０に画像データとして書き込む。現像処理では、画像処理部２０やメモリ制御部２２での演算を用いた現像を行う。記録処理では、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮伸長部３２で圧縮を行い、記録媒体２００或いは２１０に画像データとして書き込む。
【００２５】
画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、画像表示部２８のＯＮ／ＯＦＦを設定できる。この機能により、光学ファインダ１０４を用いて撮影を行う際に、液晶モニタ等から成る画像表示部２８への電流供給を遮断することにより、省電力を図ることができる。クイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチ６８は、撮影した画像データを撮影直後に自動再生するクイックレビュー機能を設定する。操作部７０は、各種ボタンやタッチパネル等からなる。各種ボタンには、メニューボタン、フラッシュ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマー切り替えボタン、露出補正ボタン等がある。
【００２６】
電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されている。電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果及びシステム制御部５０の指示に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。コネクタ８２及び８４は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、リチウムイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプタ等からなる電源部８６をカメラ１００と接続する。
【００２７】
インターフェース９０及び９４は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体との接続機能を有し、コネクタ９２及び９６は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体と物理的接続を行う。記録媒体着脱検知部９８は、コネクタ９２または９６に記録媒体が装着されているかどうかを検知する。なお、本実施形態では、記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタを２系統持つものとして説明しているが、インターフェース及びコネクタは、単数あるいは複数、いずれの系統数を備える構成としても構わない。また、異なる規格のインターフェース及びコネクタを組み合わせて備える構成としても構わない。更に、インターフェース及びコネクタにＬＡＮカード等の各種通信カードを接続することで、コンピュータやプリンタ等の他の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことができる。
【００２８】
通信部１１０は、有線通信、無線通信等の各種通信機能を有する。コネクタ１１２は、通信部１１０によりカメラ１００を他の機器と接続し、無線通信の場合はアンテナである。記録媒体２００及び２１０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体２００及び２１０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２，２１２、カメラ１００とのインターフェース２０４，２１４、カメラ１００と接続を行うコネクタ２０６，２１６を備えている。
【００２９】
次に、撮影レンズ３００について説明する。撮影レンズ３００は、レンズマウント３０６をカメラ１００のレンズマウント１０６に係合させることによりにカメラ１００と機械的並びに電気的に結合される。電気的な結合はレンズマウント１０６及びレンズマウント３０６に設けられたコネクタ１２２及びコネクタ３２２によって実現される。レンズ３１１には撮影レンズ３００の合焦距離を調節するためのフォーカスレンズが含まれ、フォーカス制御部３４２はフォーカスレンズを光軸に沿って駆動することで撮影レンズ３００の焦点調節を行う。絞り３１２はカメラ１００に入射する被写体光の量と角度を調節する。
【００３０】
コネクタ３２２及びインターフェース３３８は、撮影レンズ３００をカメラ１００のコネクタ１２２と電気的に接続する。そして、コネクタ３２２は、カメラ１００と撮影レンズ３００との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給される機能も備えている。コネクタ３２２は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。
【００３１】
ズーム制御部３４０はレンズ３１１の変倍レンズを駆動し、撮影レンズ３００の焦点距離（画角）を調整する。撮影レンズ３００が単焦点レンズであればズーム制御部３４０は存在しない。絞り制御部３４４は、測光部４６からの測光情報に基づいて、シャッター１２を制御するシャッター制御部３６と連携しながら、絞り３１２を制御する。
【００３２】
レンズシステム制御部３４６は例えばＣＰＵやＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することにより撮影レンズ３００全体の動作を制御する。そして、レンズシステム制御部３４６は、撮影レンズの動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリの機能を備えている。不揮発性メモリ３４８は、撮影レンズ固有の番号等の識別情報、管理情報、開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報、現在や過去の各設定値などを記憶する。
【００３３】
本実施形態においては、撮影レンズ３００の状態に応じたレンズ枠情報も記憶されている。このレンズ枠情報は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠開口の半径の情報と、撮像素子１４から枠開口までの距離の情報である。絞り３１２は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠に含まれ、他にもレンズを保持するレンズ枠部品の開口などが枠に該当する。また、撮影レンズを通過する光束を決定する枠は、レンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置によって異なるため、レンズ枠情報はレンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置に対応して複数用意されている。そして、カメラ１００が、焦点検出手段を用いて焦点検出を行う際には、レンズ３１１のフォーカス位置とズーム位置に対応した最適なレンズ枠情報が選択され、カメラ１００にコネクタ３２２を通じて送られる。
以上が、カメラ１００と撮影レンズ３００からなる本実施形態のカメラシステムの構成である。
【００３４】
次に、撮像素子１４を用いた位相差検出方式の焦点検出動作について説明する。
図２（ａ）は本実施形態における撮像素子１４の画素配列の例を模式的に示した図で、ＣＭＯＳイメージセンサに２次元配置された画素群のうち、縦（Ｙ軸方向）６行と横（Ｘ軸方向）８列の範囲を、撮影レンズ３００側から観察した状態を示している。撮像素子１４はベイヤー配列のカラーフィルタを有し、偶数行の画素には左から順に緑（Green）と赤（Red）のカラーフィルタが、奇数行の画素には左から順に青（Blue）と緑（Green）のカラーフィルタが、それぞれ交互に設けられる。ただし、本実施形態の撮像素子１４では、焦点検出用の光電変換部を有する画素については、本来の青のカラーフィルタに代えて緑のカラーフィルタを設けている。なお、以下の説明において、青（または緑、赤）のカラーフィルタが設けられた画素を青画素（または緑画素、赤画素）と呼ぶ場合がある。
【００３５】
また、各画素にはオンチップマイクロレンズ２１１ｉが設けられ、オンチップマイクロレンズ２１１ｉ内の矩形はそれぞれ光電変換部の受光領域を模式的に示している。焦点検出用の光電変換部３１１ａ，３１１ｂは、画素の中心から横方向に偏倚して配置されている。なお、以下の説明において、焦点検出用の光電変換部３１１ａ，３１１ｂが設けられた画素を、焦点検出用画素と呼ぶことがある。また、焦点検出用の光電変換部３１１ａ，３１１ｂは、本来の青（Blue）画素に代えて設けられた緑画素に配置されている。これは、青（Blue）画素の出力が、最も画質に対して影響度が低いためである。なお、本発明は撮像素子が有するカラーフィルタのパターンには依存しない。このように、本実施形態の撮像素子１４は、焦点検出用画素を含め、各画素に１つの光電変換部が設けられているため、１つの画素からは１つの光電変換信号が読み出される。
【００３６】
ここで、位相差検出方式の焦点検出に用いる像信号の生成について説明する。本実施形態では４種類の像信号を生成する。後述するように、本実施形態においては、マイクロレンズ２１１ｉと、偏倚位置が異なる光電変換部３１１ａ及び３１１ｂとを用いて撮影光学系（撮影レンズ３００）の射出瞳を分割する。そして、同一画素行（Ｘ軸方向）に配置された画素２１１の出力のうち、複数の光電変換部３１１ａの出力をつなぎ合わせて編成したものをＡ像、複数の光電変換部３１１ｂの出力をつなぎ合わせて編成したものをＢ像とする。図２（ａ）に示したように、Ａ像およびＢ像は、Ｘ軸方向に２画素ピッチで隣接する複数の青画素位置（の緑画素）から得ることができる。
【００３７】
また、光電変換部３１１ａと図２（ａ）中のＸ軸方向に隣接する複数の緑画素の光電変換部３１１ｃの出力をつなぎあわせて編成したものをＧＡ像とする。また、光電変換部３１１ｂと図２（ａ）中のＸ軸方向に隣接する複数の緑画素の光電変換部３１１ｃの出力をつなぎあわせて編成したものをＧＢ像とする。光電変換部３１１ａ，３１１ｂが、撮影光学系（撮影レンズ３００）の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく信号を出力するのに対し、光電変換部３１１ｃは、撮影光学系（撮影レンズ３００）の射出瞳の全領域を通過した光束に基づく信号を出力する。このように、Ａ像，Ｂ像，ＧＡ像，ＧＢ像を同色画素群から得ることにより、精度の良い位相差検出が可能である。
なお、Ａ像，Ｂ像，ＧＡ像，ＧＢ像を生成するために用いる画素の位置及び数は、焦点検出領域に応じて定まるものとする。
【００３８】
このように生成したＡ像とＧＡ像の相対的な像ずれ量、Ｂ像とＧＢ像の相対的な像ずれ量を相関演算により検出することで、所定領域の焦点ずれ量、すなわちデフォーカス量を検出することができる。本実施形態では、位置が画素の中央から偏倚していない光電変換領域３１１ｃを有する画素（以下の説明では撮影用画素と呼ぶことがある）からは通常の画素信号が得られる。撮影画像を生成する際には、焦点検出用画素に対応する位置の通常の画素信号を、周囲の画素の出力を用いて生成（補完）する。なお、通常の画素信号を生成する際には、対象となる焦点検出用画素の出力を用いてもよいし、用いなくてもよい。
【００３９】
以下、Ａ像（第１の像信号）の生成に用いられる光電変換部３１１ａが設けられた複数の画素を第１の画素群と呼び、Ｂ像（第２の像信号）の生成に用いられる光電変換部３１１ｂが設けられた複数の画素を第２の画素群と呼ぶ。また、ＧＡ像（第３の像信号）の生成に用いられる、光電変換部３１１ｃが設けられた複数の画素を第３の画素群と呼び、ＧＢ像（第４の像信号）の生成に用いられる、光電変換部３１１ｃが設けられた複数の画素を第４の画素群と呼ぶ。
【００４０】
なお、本実施形態では第３の画素群および第４の画素群を第１の画素群および第２の画素群にＸ軸方向で隣接する画素群としている。しかし、第３の画素群および第４の画素群を第１の画素群および第２の画素群にＹ軸方向で隣接する画素群としてもよい。あるいは、他の画素から得られる画素値を用いてＧＡ像およびＧＢ像を生成してもよい。例えば、ＧＡ像を、第１の画素群の各画素について、隣接する複数（例えば４つ）の画素の平均値として算出された画素値から生成してもよい。
【００４１】
基本的には、位相差検出方向に直交する方向において、第１の画素群と第２の画素群とが離間している距離よりも、第１の画素群と第３の画素群との距離が短くなるように、第３の画素群を選択すれば本発明の効果は得られる。第４の画素群についても同様に、第１の画素群と第２の画素群との距離よりも、第２の画素群と第４の画素群との距離が短くなるように選択すればよい。他の画素値から第３および第４の画素群の画素値を生成する場合には、第３及び第４の画素群の各画素の仮想画素位置を同様にして選択すればよい。
【００４２】
図２（ｂ）は本実施形態の撮像素子１４の読み出し回路の構成例を示す図である。撮像素子１４は水平走査回路１５１と垂直走査回路１５３を有しており、各画素の境界には、水平走査ライン２５２と、垂直走査ライン２５４が配線されている。各光電変換部３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃで生成された信号は、水平走査ライン２５２および垂直走査ライン２５４を介して外部に読み出される。
【００４３】
図３は、撮影レンズ３００の射出瞳面と、撮像素子１４の像面中央近傍に配置された画素２１１の光電変換部３１１ａ，３１１ｂとの共役関係を説明する図である。撮像素子１４内の光電変換部３１１ａ、３１１ｂと撮影レンズ３００の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズ２１１ｉによって共役関係となるように設計される。そして撮影レンズ３００の射出瞳面は、光量調節用の虹彩絞りが設けられる面とほぼ一致するのが一般的である。
【００４４】
一方、本実施形態の撮影レンズ３００は変倍機能を有したズームレンズである。ズームレンズには、変倍操作を行なうと、射出瞳の大きさや、像面から射出瞳までの距離（射出瞳距離）が変化するものがある。図３では、撮影レンズ３００の焦点距離が広角端と望遠端の中央にある状態を示している。この状態における射出瞳距離Ｚｅｐを標準値として、オンチップマイクロレンズの形状や、像高に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。
【００４５】
図３において、撮影レンズ３００は、第１レンズ群１０１、第１レンズ群を保持する鏡筒部材１０１ｂ、第３レンズ群１０５、および第３レンズ群を保持する鏡筒部材１０５ｂを有している。また、撮影レンズ３００は、絞り１０２と、絞り開放時の開口径を規定する開口板１０２ａ、および絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根１０２ｂを有している。なお、図３において、撮影レンズ３００を通過する光束の制限部材として作用する１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、及び１０５ｂは、像面から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、絞り１０２の近傍における合成開口を撮影レンズ３００の射出瞳と定義し、射出瞳距離Ｚｅｐを有している。
【００４６】
画素２１１の最下層には、光電変換部３１１ａ（図３（ａ））もしくは光電変換部３１１ｂ（図３（ｂ））もしくは光電変換部３１１ｃ（不図示）が配置される。光電変換部３１１ａ〜３１１ｃの上層には、配線層２１１ｅ〜２１１ｇ、カラーフィルタ２１１ｈ、及びオンチップマイクロレンズ２１１ｉが設けられる。光電変換部３１１ａ〜３１１ｃは、オンチップマイクロレンズ２１１ｉによって撮影レンズ３００の射出瞳面に投影される。換言すれば、射出瞳が、オンチップマイクロレンズ２１１ｉを介して、光電変換部３１１ａ〜３１１ｃの表面に投影される。
【００４７】
図３（ｃ）は、射出瞳面上における、光電変換部３１１ａ，３１１ｂの投影像ＥＰ１ａ，ＥＰ１ｂを示している。なお、光電変換部３１１ｃに対する投影像ＥＰ１ｃは、ＥＰ１ａとＥＰ１ｂの和におおむね等しい。光電変換部３１１ａに入射する光束の、撮影光学系の射出瞳面における重心位置（投影像ＥＰ１ａの重心位置）は、中心から右方向（第１の方向）に偏倚している。一方、光電変換部３１１ｂに入射する光束の、撮影光学系の射出瞳面における重心位置（投影像ＥＰ１ｂの重心位置）は、光電変換部３１１ａに入射する光束の重心位置とは逆に、中心から左方向（第２の方向）に偏倚している。また、光電変換部３１１ｃに入射する光束の、撮影光学系の射出瞳面における重心位置（投影像ＥＰ１ｃの重心位置）は中心から左右方向には偏倚しない（本実施形態では上下方向にも偏倚しない）。
【００４８】
図３（ａ），（ｂ）には、撮影レンズ３００を通過する光束の最外部をＬで示している。光束の最外部Ｌは絞りの開口板１０２ａで規制されており、投影像ＥＰ１ａ及びＥＰ１ｂは撮影レンズ３００でケラレがほぼ発生していない。図３（ｃ）では、図３（ａ）および（ｂ）における光束の最外部Ｌが射出面で形成する円ＴＬを示している。光電変換部３１１ａ，３１１ｂの投影像ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの大部分が円ＴＬの内部に存在することからも、ケラレがほぼ発生していないことがわかる。光束の最外部Ｌは、絞りの開口板１０２ａで規定されるため、ＴＬ＝１０２ａと言い換えることができる。この際、像面中央では各投影像ＥＰ１ａないしＥＰ１ｂのケラレ状態は光軸に対して対称となり、各光電変換部３１１ａ及び３１１ｂの受光量は等しい。このように、本実施形態の撮像素子１４は撮影機能だけではなく、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成する装置としての機能も有している。
【００４９】
図４（ａ）は、撮影範囲４００に設定された焦点検出領域４０１の例を示す図である。撮像素子１４が有する画素の出力を用いた焦点検出を行う場合、コントラスト検出方式、位相差検出方式のいずれにおいても、焦点検出領域４０１に対応する撮像素子１４の領域内に含まれる画素の出力を用いる。従って、焦点検出領域４０１は撮像素子１４に設定されているとも言え、以下では説明及び理解を容易にするため、焦点検出領域４０１を撮像素子１４の画素領域として説明する。
【００５０】
ここでは、焦点検出領域４０１内の画素に、図２（ａ）に示したような規則で光電変換部３１１ａ〜３１１ｃが設けられているものとする。画素の中央から水平（Ｘ軸）方向に偏倚した光電変換部３１１ａ，３１１ｂを有する焦点検出用画素を用いるため、焦点検出領域４０１内の画像の水平方向のコントラスト差によって像信号の位相差を検出する。
【００５１】
ここで検出される位相差は、1対の光束の進行角度の差によって発生し、単位デフォーカス量当たりの位相差は、1対の像信号を生成する光束の射出瞳面上の領域内の重心間隔と比例する。上述の通り、光電変換部３１１ｃに対する投影像ＥＰ１ｃは、投影像ＥＰ１ａとＥＰ１ｂの和に概ね等しい。従って、投影像ＥＰ１ｃの重心位置は、投影像ＥＰ１ａ，ＥＰ１ｂの１対の重心位置の中央に存在する。そのため、光電変換部３１１ａ，３１１ｂから得られる１対の像信号（Ａ像、Ｂ像）の位相差は、光電変換部３１１ａ（３１１ｂ），３１１ｃから得られた１対の像信号（Ａ像（Ｂ像）、ＧＡ像（ＧＢ像））の位相差の約２倍となる。
【００５２】
投影像ＥＰ１ｃはＧＡ像とＧＢ像に共通するため、ＧＡ像を生成する光束とＧＢ像を生成する光束は射出面上での重心位置は等しい。従って、光電変換部３１１ａ，３１１ｃの出力から得られるＡ像とＧＡ像の位相差と、光電変換部３１１ｂ，３１１ｃの出力から得られるＢ像とＧＢ像の位相差の和は、光電変換部３１１ａ，３１１ｂの出力から得られるＡ像とＢ像の位相差と概ね等しくなる。
【００５３】
図４（ｂ）は、焦点検出領域４０１内に含まれる画素のうち、ＡＦ用の像信号の生成に用いられる画素を抜き出し、各画素の出力でどの像信号が生成されるかを示した図である。図４（ｂ）においては、同種の像信号を生成する画素群（第１〜第４の画素群）ごとに、ｉ行上のｊ個目の画素を「像信号の種類」と（ｉ，ｊ）（ただしｉ，ｊは１〜Ｎの整数）で示している。例えば、Ａ像を生成する第１の画素群のうち、１行目で１個目の画素をＡ（１，１）と表す。なお、図４（ｂ）における光電変換部の色分けは、同種の像信号を生成する画素群を分かりやすくするためのものである。
【００５４】
なお、図４（ｂ）では、焦点検出領域４０１内の画素のうち、ＡＦ用信号の生成に用いられる画素が２行２Ｎ列分である場合を示したが、行数、列数はこれに限らない。行数は２行以上であればよく、列数についても一般的に位相差が検出できる範囲で適宜設定すればよい。なお、位相差が検出できない場合や精度が低いと判断される場合に、動的に列数を増やすようにしてもよい。
【００５５】
次に、カメラ１００における焦点調節動作について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図５に示す処理は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が光路外へ退避（ミラーアップ）した状態、より具体的にはライブビュー表示時（表示用動画撮影時）もしくは動画記録時（記録用動画撮影時）において実施される処理である。なお、ここでは撮像素子１４の出力を用いた位相差検出方式の自動焦点検出を行うものとして説明するが、上述の通り、コントラスト検出方式の自動焦点検出を行うこともできる。
【００５６】
Ｓ５０１でシステム制御部５０は、ＳＷ１ ６２や操作部７０などの操作により、焦点検出開始指示が入力されたか判別し、入力されていると判別された場合に処理をＳ５０２へ進め、入力されていると判別されなければ待機する。なお、システム制御部５０は、焦点検出開始指示の入力に限らず、ライブビュー表示や動画記録の開始をトリガとして処理をＳ５０２に進めてもよい。
【００５７】
Ｓ５０２でシステム制御部５０は、撮影レンズ３００のレンズ枠情報やフォーカスレンズ位置などの各種レンズ情報を、インターフェース部３８、３３８およびコネクタ１２２、３２２を介してレンズシステム制御部３４６から取得する。
Ｓ５０３でシステム制御部５０は、逐次読み出されているフレーム画像データの、焦点検出領域内の画素データから、ＡＦ用の像信号（Ａ像、Ｂ像、ＧＡ像、ＧＢ像）を生成するように画像処理部２０に指示する。ＡＦ用の像信号はＡＦ部４２へ送られ、焦点検出用画素と撮影用画素とで光電変換部の大きさが異なることによる信号レベルの差を補正する処理などが行われる。
【００５８】
Ｓ５０４でＡＦ部４２は、Ａ像とＧＡ像、Ｂ像とＧＢ像の２対の像信号に対して相関演算などを適用して像のずれ量を算出し、デフォーカス量に変換する。また、像信号それぞれの特性を評価することで、算出したデフォーカス量の信頼性を評価する。Ｓ５０４におけるデフォーカス量の算出処理および信頼性評価処理の詳細は、後述する。ＡＦ部４２は、デフォーカス量をシステム制御部５０に出力する。
Ｓ５０５でシステム制御部５０は、Ｓ５０４でＡＦ部４２から得られたデフォーカス量に基づき、撮影レンズ３００のレンズ駆動量を算出する。
【００５９】
Ｓ５０６でシステム制御部５０は、インターフェース部３８、３３８、コネクタ１２２、３２２を介して、レンズ駆動量および駆動方向の情報を撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に送信する。フォーカス制御部３４２は、受信したレンズ駆動量と駆動方向の情報に基づいて、フォーカスフォーカスレンズを駆動する。これにより、撮影レンズ３００の焦点調節が行われる。なお、図５の動作は次フレーム以降の動画データが読み出された際にも継続的に実施されてよい。
【００６０】
次に、図５のＳ５０４でＡＦ部４２が行うデフォーカス量の算出処理および信頼性評価処理について、図６に示すフローチャートを用いてさらに説明する。
Ｓ５０４１で第１の算出手段としてのＡＦ部４２は、同じ画素行（ｍ行目とする）から生成したＡ像とＧＡ像の相関演算を行う。相関演算に用いる相関量ＣＯＲ１（ｋ）は、例えば下記の式（１）で算出することができる。
【数１】
0006405163.tif 000002
【００６１】
式（１）で用いる変数ｋは、相関演算時のシフト量で、−ｋｍａｘ以上ｋｍａｘ以下の整数である。また、変数ｌは、相関量を算出するＧＡ像の水平方向における開始位置、変数ｗは、相関量を算出するＧＡ像およびＡ像の幅（長さ）を示す。上述した通り、本実施形態において、ＧＡ像を生成する各画素の光電変換部は水平（Ｘ軸）方向に偏倚していないため、画素に入射する光束の、射出瞳面上における重心も水平方向に偏倚せず、光束の進行角度の差による像ずれは生じない。一方、Ａ像を生成する各画素の光電変換部は水平（Ｘ軸）方向に偏倚しているため、画素に入射する光束の進行角度の差による像ずれが生じる。そのため、本実施形態では式（１）に示すように、ＧＡ像を生成する領域は固定し、Ａ像を生成する領域をシフトすることで、Ａ像とＧＡ像の相関量を算出している。ＡＦ部４２は各シフト量ｋについての相関量ＣＯＲ１（ｋ）を求めた後、Ａ像とＧＡ像の相関が最も高くなるシフト量ｋ、すなわち、相関量ＣＯＲ１が最小となるシフト量ｋの値を求める。なお、相関量ＣＯＲ１（ｋ）の算出時におけるシフト量ｋは整数とするが、相関量ＣＯＲ１（ｋ）が最小となるシフト量ｋを求める場合には、デフォーカス量の精度を向上させるため、適宜補間処理を行いサブピクセル単位の値（実数値）を求める。
【００６２】
本実施形態では、相関量ＣＯＲ１の差分値の符号が変化するシフト量ｄｋを、相関量ＣＯＲ１（ｋ）が最小となるシフト量ｋとして算出する。
まず、ＡＦ部４２は、相関量の差分値ＤＣＯＲ１を以下の式（２）に従って算出する。
DCOR1(k)=COR1(k)-COR1(k-1)                      ...（２）
そして、ＡＦ部４２は、相関量の差分値ＤＣＯＲ１を用いて、差分量の符号が変化するシフト量ｄｋ１を求める。差分量の符号が変化する直前のｋの値をｋ１、符号が変化したｋの値をｋ２（ｋ２＝ｋ１＋１）とすると、ＡＦ部４２はシフト量ｄｋ１を、以下の式（３）に従って算出する。
dk1=k1+ |DCOR1(k1)|／|DCOR1(k1)-DCOR1(k2)|      ...（３）
以上のようにして第１の算出手段としてのＡＦ部４２は、Ａ像とＧＡ像の相関量が最大となるシフト量ｄｋ１をサブピクセル単位で算出し、Ｓ５０４１の処理を終える。なお、２つの１次元像信号の位相差を算出する方法は、ここで説明したものに限らず、公知の任意の方法を用いることができる。
【００６３】
Ｓ５０４２で第２の算出手段としてのＡＦ部４２は、同じ画素行（ｍ＋１行目）から生成したＢ像とＧＢ像について、Ｓ５０４１と同様の方法で、相関が最大となるシフト量ｄｋ２を算出する。
【００６４】
Ｓ５０４３でＡＦ部４２は、２種のシフト量ｄｋ１、ｄｋ２の和ｄｋ＿ｓｕｍを算出する。この和ｄｋ＿ｓｕｍがＡ像とＢ像の位相差に相当することは上述した通りである。そのため、ＡＦ部４２はシフト量の和ｄｋ＿ｓｕｍに予め例えば不揮発性メモリ５６に記憶された敏感度を乗じることで、シフト量の和ｄｋ＿ｓｕｍをデフォーカス量ＤＥＦに換算する。デフォーカス量ＤＥＦの算出を終えると、デフォーカス量ＤＥＦの信頼性評価を行う。
【００６５】
Ｓ５０４４でＡＦ部４２は、画素行（ｍ行目とする）から生成したＧＡ像の振幅量ＰＢ１を、例えば、以下の式（４）に従って算出する。
PB1 = Max( GA(m, i) ) - Min( GA(m, i) )     (i=l,,,,l+w)      ...（４）
ここで、変数ｉの範囲は、式（１）と同じにする。相関量の算出に用いた像であり、かつ、デフォーカスによる像ずれが発生しないＧＡ像の振幅量ＰＢ１を算出することにより、デフォーカス量の信頼性を正しく評価することができる。
【００６６】
ＡＦ部４２は、Ｓ５０４２で相関値の算出に用いたＧＢ像に対しても同様にして振幅量ＰＢ２を算出し、信頼性を評価する。振幅量ＰＢ１、ＰＢ２の少なくとも一方が予め定められた所定値以下であれば、ＡＦ部４２はＳ５０４３で算出したデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと判定する。この所定値は、事前に実験などを通じて決定することができる。また、絞り値などの撮影条件に応じた複数の値を用意し、デフォーカス量算出時の撮影条件に応じた所定値を用いて評価を行ってもよい。
【００６７】
Ｓ５０４５でＡＦ部４２は、相関量の算出に用いたＧＡ像の尖鋭度ＳＨＲＰ１を、例えば以下の式（５）に従って算出する。
【数２】
0006405163.tif 000003
式（５）で用いる変数ｉの値についても式（１）と同じにする。相関量の算出に用いた像であり、かつ、デフォーカスによる像ずれが発生しないＧＡ像の尖鋭度ＳＨＲＰ１を算出することにより、デフォーカス量の信頼性を正しく評価することができる。
【００６８】
ＡＦ部４２は、Ｓ５０４２で相関値の算出に用いたＧＢ像に対しても同様にして尖鋭度ＳＨＲＰ２を算出し、信頼性を評価する。尖鋭度ＳＨＲＰ１、ＳＨＲＰ２の少なくとも一方が予め定められた所定値以下であれば、ＡＦ部４２はＳ５０４３で算出したデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと判定する。この所定値は、事前に実験などを通じて決定することができる。また、絞り値などの撮影条件に応じた複数の値を用意し、デフォーカス量算出時の撮影条件に応じた所定値を用いて評価を行ってもよい。
【００６９】
Ｓ５０４６でＡＦ部４２は、相関量の算出に用いたＧＡ像の飽和度ＳＡＬＴ１を算出する。飽和度ＳＡＬＴ１は、例えば、ＧＡ像を構成する複数の画素値のうち、所定値以上のレベルのものの数または割合として算出することができる。相関量の算出に用いた像であり、かつ、デフォーカスによる像ずれが発生しないＧＡ像の飽和度ＳＡＬＴ１を算出することにより、デフォーカス量の信頼性を正しく評価することができる。
【００７０】
ＡＦ部４２は、Ｓ５０４２で相関値の算出に用いたＧＢ像に対しても同様にして飽和度ＳＡＬＴ２を算出し、信頼性を評価する。飽和度ＳＡＬＴ１、ＳＡＬＴ２の少なくとも一方が予め定められた所定値以上であれば、ＡＦ部４２はＳ５０４３で算出したデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと判定する。この所定値は、事前に実験などを通じて決定することができる。また、絞り値などの撮影条件に応じた複数の値を用意し、デフォーカス量算出時の撮影条件に応じた所定値を用いて評価を行ってもよい。
【００７１】
ＡＦ部４２は、最終的なデフォーカス量ＤＥＦの評価結果を、Ｓ５０４４における振幅量に基づく評価、Ｓ５０４５における尖鋭度に基づく評価、Ｓ５０４６における飽和度に基づく評価の結果に基づいて決定する。この際、信頼性が低いとの評価結果が１つでもあれば最終的なデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと決定したり、信頼性が低いとの評価結果が２つ以上、もしくは３つあった場合に最終的なデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと決定したりすることができる。なお、信頼性が低いとの評価結果が１つでもあれば最終的なデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと決定する場合、Ｓ５０４４またはＳ５０４５で信頼性が低いとの評価結果が得られた時点で、それ以降の処理を行わないようにしてもよい。
【００７２】
Ｓ５０５でシステム制御部５０が撮影レンズ３００のレンズ駆動量を算出する際、焦点検出領域において得られた複数のデフォーカス量のうち、信頼性が低いと判定されたデフォーカス量以外に基づいてレンズ駆動量を算出することができる。これにより、信頼性が低いと判定されたデフォーカス量がレンズ駆動量に影響を与えなくなるため、より精度の良い焦点調節が可能になる。
【００７３】
以上説明したように本実施形態では、撮影光学系の射出瞳上の異なる領域を通る光束を光電変換し得られる信号であるＡ像とＢ像を、位相差検出方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に離れて位置する画素群から生成している。そのため、Ａ像とＢ像がサンプリングしている被写体光学像の位置が異なり、Ａ像とＢ像の類似度が高いことは保証されない。２つの信号間の位相差を相関量に基づいて求める場合、２つの信号の類似度が高いほうが、高精度の位相差が得られる。本実施形態では、被写体光学像上で、Ａ像と概ね同じ位置をサンプリングできるＧＡ像を生成し、Ａ像とＧＡ像の位相差を算出する。さらに、同様にＢ像とＧＢ像の位相差を算出する。そして、これら２つの位相差算出結果を合計することでＡ像とＢ像の位相差を高精度に算出することができる。
【００７４】
また、Ａ像（Ｂ像）とＧＡ像（ＧＢ像）の位相差を算出する際に、デフォーカスによる像ずれが生じないＧＡ像（ＧＢ像）の固定区間に対してＡ像（Ｂ像）の区間をシフトさせながら相関量を求めることで、像の位相差を高精度に算出することができる。
また、デフォーカスによる像ずれが生じないＧＡ像およびＧＢ像の振幅量、尖鋭度、飽和状態に基づいてデフォーカス量の信頼性を評価することで、得られたデフォーカス量の信頼性を高精度に評価することができる。
【００７５】
また、Ａ像とＧＡ像の位相差と、Ｂ像とＧＢ像の位相差を合計してＡ像とＢ像の位相差を算出するため、単位デフォーカス量当たりの位相差が、Ａ像とＧＡ像（またはＢ像とＧＢ像）の位相差よりも大きくなる。そのため、位相差検出結果に含まれるノイズの影響を低減し、高精度な位相差検出を行うことができる。
【００７６】
このように構成することにより、Ａ像とＢ像の類似度が低い場合でも、Ａ像とＢ像との位相差を高精度に求めることが可能になる。そのため、Ａ像の信号を生成する画素群（第１の画素群）とＢ像の信号を生成する画素群（第２の画素群）の配置の自由度が向上し、撮像用の信号を生成する際に補正の行いやすい位置に焦点検出用画素を配置するといったことが可能になる。その結果、焦点検出画素に対応する画素値の補正精度が向上し、高画質化を実現することができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、Ａ像とＧＡ像の相関量を用いて得られる位相差ｄｋ１（第１の位相差）と、Ｂ像とＧＢ像の相関量を用いて得られる位相差ｄｋ２（第２の位相差）とを算出し、位相差ｄｋ１とｄｋ２の和をデフォーカス量に変換した。しかし、デフォーカス量の算出方法は、これに限らない。例えば、同じシフト量ｋに対応するＡ像とＧＡ像の相関量（第１の相関量）とＢ像とＧＢ像の相関量（第２の相関量）の和を算出し、２つの相関量の和が最小となるシフト量ｄｋからデフォーカス量を算出してもよい。この場合、Ａ像とＢ像から検出される位相差は少なくなってしまうが、相関量の差分を大きくすることができるため、シフト量の検出精度が向上する。
【００７８】
また、シフト量からデフォーカス量を算出する際に、位相差ｄｋ１とｄｋ２の和に対して、敏感度を乗じた。しかし、予め不揮発性メモリ５６に位相差ｄｋ１用と位相差ｄｋ２用の各々の敏感度を記憶しておき、個々の位相差に敏感度を乗じた後に合計してデフォーカス量を算出してもよい。敏感度の記憶に必要な容量は増えるが、より精度のよい焦点検出を行うことが可能となる。
【００７９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は発明の理解を容易にするための例示であり、本発明はこれらの実施形態に記載した特定の構成に限定されない。本発明の範囲は特許請求の範囲の記載によって規定され、その範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８０】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００８１】
１４…撮像素子、２０…画像処理部、２２…メモリ制御部、２８…画像表示部、３０…メモリ、４２…ＡＦ部、５０…システム制御部、５４…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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