(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパターンで分割された第１の画素を有する第１の画素群、および、該第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素を有する第２の画素群を含む撮像素子と、
デフォーカス量の検出を行うための前記第１の画素群および前記第２の画素群に対して基線長または瞳分割特性の異なる合成信号を、前記第１の画素の出力信号および前記第２の出力信号に基づいて生成する生成手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記合成信号から検出するデフォーカス量に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段を更に有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３】
前記焦点検出手段は、所定の条件に応じて、前記第１の画素の出力信号または前記第２の画素の出力信号から独立して得られた第１の画素信号、または、該第１の画素の出力信号と該第２の画素の出力信号とを合成した第２の画素信号の一方に基づいて、フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記焦点検出手段は、
算出されたデフォーカス量が所定のデフォーカス量以下である場合、前記第１の画素信号に基づいて前記フォーカス制御を行い、
前記算出されたデフォーカス量が前記所定のデフォーカス量よりも大きい場合、前記第２の画素信号に基づいて前記フォーカス制御を行う、ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記焦点検出手段は、前記第１の画素信号の相関信頼性と前記第２の画素信号の相関信頼性との比較結果に応じて、該第１の画素信号または該第２の画素信号の一方に基づいて前記フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の画素信号および前記第２の画素信号はそれぞれ、一対の像信号であり、
前記相関信頼性は、前記一対の像信号の一致度であることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記焦点検出手段は、被写体像の明暗分布情報に応じて、該第１の画素信号または該第２の画素信号の一方に基づいて前記フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の画素信号は、撮影光学系の第１の瞳領域を通過する光束に基づく信号であり、
前記第２の画素信号は、前記撮影光学系の第２の瞳領域を通過する光束に基づく信号である、ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の瞳領域は、瞳分割方向において、前記第２の瞳領域よりも長いことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の瞳領域の基線長は、前記第２の瞳領域の基線長よりも大きいことを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の瞳領域および前記第２の瞳領域の瞳分割方向は互いに異なることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像素子は、更に、第３のパターンで分割された第３の画素を有する第３の画素群を含み、
前記第１の画素は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束をそれぞれ受光する第１の光電変換部および第２の光電変換部を有し、
前記第２の画素は、前記撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束をそれぞれ受光する第３の光電変換部および第４の光電変換部を有し、
前記第３の画素は、前記撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束をそれぞれ受光する第５の光電変換部および第６の光電変換部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記焦点検出手段は、
前記第１の光電変換部および前記第２の光電変換部の出力信号から第１の焦点検出信号を生成し、
前記第３の光電変換部および前記第４の光電変換部の出力信号から第２の焦点検出信号を生成し、
前記第５の光電変換部および前記第６の光電変換部の出力信号から第３の焦点検出信号を生成し、
前記第３の光電変換部の出力信号と前記第１の光電変換部の出力信号との差分である第１の差分信号、および、第２の光電変換部の出力信号と前記第４の光電変換部の出力信号との差分である第２の差分信号を組み合わせて第４の焦点検出信号を生成し、
前記第１の差分信号、および、前記第４の光電変換部の出力信号と前記第６の光電変換部の出力信号との差分である第３の差分信号を組み合わせて第５の焦点検出信号を生成し、
前記第３の差分信号、および、前記第５の光電変換部の出力信号と前記第３の光電変換部の出力信号との差分である第４の差分信号を組み合わせて第６の焦点検出信号を生成する、ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記焦点検出手段は、
算出されたデフォーカス量が第１のデフォーカス量以下である場合、前記第１の焦点検出信号、前記第２の焦点検出信号、および、前記第３の焦点検出信号の少なくとも一つに基づいてフォーカス制御を行い、
前記デフォーカス量が前記第１のデフォーカス量よりも大きく、かつ、第２のデフォーカス量以下である場合、前記第５の焦点検出信号に基づいて前記フォーカス制御を行い、
前記デフォーカス量が前記第２のデフォーカス量よりも大きい場合、前記第４の焦点検出信号および前記第６の焦点検出信号の少なくとも一つに基づいて前記フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記焦点検出手段は、前記第１の焦点検出信号、前記第２の焦点検出信号、前記第３の焦点検出信号、前記第４の焦点検出信号、前記第５の焦点検出信号、および、前記第６の焦点検出信号のそれぞれの相関信頼性に応じて選択された焦点検出信号に基づいて、フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１６】
第１のパターンで分割された第１の画素を有する第１の画素群、および、該第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素を有する第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、
デフォーカス量の検出を行うための前記第１の画素群および前記第２の画素群に対して基線長または瞳分割特性の異なる合成信号を、前記第１の画素の出力信号および前記第２の画素の出力信号に基づいて生成するステップと、
前記合成信号から検出するデフォーカス量に基づいて焦点検出を行うステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１７】
第１のパターンで分割された第１の画素を有する第１の画素群、および、該第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素を有する第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行うためのプログラムであって、
デフォーカス量の検出を行うための前記第１の画素群および前記第２の画素群に対して基線長または瞳分割特性の異なる合成信号を、前記第１の画素の出力信号および前記第２の画素の出力信号に基づいて生成するステップと、
前記合成信号から検出するデフォーカス量に基づいて焦点検出を行うステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用いた位相差方式の焦点検出を実行可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、撮像素子を用いた位相差方式（撮像面位相差方式）の焦点検出を実行可能な撮像装置が知られている。特許文献１には、撮像画素の間に一対の２個の焦点検出画素を所定の配列ピッチで離散的に配置し、焦点検出画素の出力信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献２には、撮像画素の間に単独の焦点検出画素を所定の配列ピッチで離散的に配置し、撮像画素および焦点検出画素の出力信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献３には、撮像画素の光電変換部を複数の領域に分割し、各画素の複数の光電変換部の出力信号を独立して用いて位相差方式の焦点検出を行い、この出力を加算して用いて撮像信号を取得する撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３１２２号公報（第２３頁、図９）
【特許文献２】特開２００７−１５５９２９号公報（第２０頁、図４）
【特許文献３】特開２０１３−７９９８号公報（第３４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の撮像装置において、焦点検出の精度を向上させるには、焦点検出画素の比率を高める必要がある。しかし、焦点検出画素の出力は撮像情報としては不完全なため、撮像情報の欠損箇所が増加し、画質が損なわれる。また、特許文献２の撮像装置において、撮像画素は、高感度化のため、撮影光学系の射出瞳の広い領域からの光束を効率よく受光可能に構成されている。このため、撮像画素から出力される像信号は、非合焦時の像ボケ量が大きくなり、大デフォーカス時の焦点検出性能が劣化する。また、特許文献３の撮像装置において、撮像画素と焦点検出画素とを兼用し、画素の光電変換部が複数の領域に分割されている。この場合、光電変換部の分割数を多くするほど、焦点検出性能の最適化に関する自由度が高まるが、読み出し信号の数が増加するため、読み出し速度が低下する。
【０００５】
そこで本発明は、所望の撮像性能を満たしつつ、種々の状況において高精度な焦点検出が可能な撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、第１のパターンで分割された第１の画素を有する第１の画素群、および、該第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素を有する第２の画素群を含む撮像素子と、デフォーカス量の検出を行うための前記第１の画素群および前記第２の画素群に対して基線長または瞳分割特性の異なる合成信号を、前記第１の画素の出力信号および前記第２の出力信号に基づいて生成する生成手段とを有する。
【０００７】
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、第１のパターンで分割された第１の画素を有する第１の画素群、および、該第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素を有する第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、デフォーカス量の検出を行うための前記第１の画素群および前記第２の画素群に対して基線長または瞳分割特性の異なる合成信号を、前記第１の画素の出力信号および前記第２の画素の出力信号に基づいて生成するステップと、前記合成信号から検出するデフォーカス量に基づいて焦点検出を行うステップとを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としてのプログラムは、第１のパターンで分割された第１の画素を有する第１の画素群、および、該第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素を有する第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行うためのプログラムであって、デフォーカス量の検出を行うための前記第１の画素群および前記第２の画素群に対して基線長または瞳分割特性の異なる合成信号を、前記第１の画素の出力信号および前記第２の画素の出力信号に基づいて生成するステップと、前記合成信号から検出するデフォーカス量に基づいて焦点検出を行うステップと、をコンピュータに実行させる。
【０００９】
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
【００１０】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所望の撮像性能を満たしつつ、種々の状況において高精度な焦点検出が可能な撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】各実施例における撮像装置の構成図である。
【図２】実施例１における撮像素子の画素配列図である。
【図３】実施例１における撮像素子の読み出し回路の構成図である。
【図４】実施例１において、撮影光学系の射出瞳と、撮像素子の光電変換部との位置関係の説明図である。
【図５】実施例１における撮影光学系の射出瞳面上における投影瞳の形状の説明図である。
【図６】実施例１における画素群の焦点検出信号の説明図である。
【図７】実施例１における光電変換部の出力信号の合成方法の説明図である。
【図８】実施例１における仮想画素群の投影瞳の形状の説明図である。
【図９】実施例１における仮想画素群の焦点検出信号の説明図である。
【図１０】各実施例における撮影処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施例１における焦点検出処理を示すフローチャートである。
【図１２】実施例１における変形例としての焦点検出処理を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２における撮像素子の画素配列図である。
【図１４】実施例２における光電変換部の出力信号の合成方法の説明図である。
【図１５】実施例２における被写体像と焦点検出領域との関係図である。
【図１６】実施例２における焦点検出処理を示すフローチャートである。
【図１７】実施例２における変形例としての焦点検出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像装置について説明する。図１は、撮像装置１００（撮像システム）の構成図である。撮像装置１００は、撮像素子１０７を備えた撮像装置本体（カメラ本体）と撮影光学系（撮影レンズ）とが一体的に構成されている。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体と撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置（撮影光学系）とを備えて構成される撮像システムにも適用可能である。また撮像装置１００は、動画および静止画を記録可能である。
【００１５】
図１において、１０１は第１レンズ群である。第１レンズ群１０１は、撮影光学系（結像光学系）の先端に配置されており、光軸ＯＡの方向（光軸方向）に進退可能に保持されている。１０２は絞り兼用シャッタである。絞り兼用シャッタ１０２（絞り手段）は、その開口径を調節することにより、撮影時の光量調節を行う。また絞り兼用シャッタ１０２は、静止画撮影の際に露光秒時調節用シャッタとしての機能を有する。１０３は撮影光学系を構成する第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向に進退し、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）をなす。１０５は撮影光学系を構成する第３レンズ群である。第３レンズ群１０５は、光軸方向に進退することにより、焦点調節を行う。１０６は光学的ローパスフィルタである。光学的ローパスフィルタ１０６は、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。
【００１６】
１０７は撮像素子である。撮像素子１０７は、撮影光学系を介して得られた被写体像（光学像）を光電変換して像信号を出力する。撮像素子１０７は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路とを備えて構成されている。本実施例の撮像素子１０７は、横方向にｍ画素、縦方向にｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサである。
【００１７】
１１１はズームアクチュエータである。ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することにより、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３、および、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータである。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、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ともに、静止画撮影の際に露光時間制御を行う。１１４はフォーカスアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００１８】
１１５は無線式通信手段（通信手段）である。無線式通信手段１１５は、インターネットなどのネットワークを通じてサーバ（コンピュータ）と通信するためのアンテナおよび信号処理回路を備えて構成される。１１６は撮像装置１００（カメラ本体）の姿勢検知手段である。姿勢検知手段１１６は、撮像装置１００の撮影姿勢、すなわち横位置撮影または縦位置撮影のいずれであるかを判定するための電子水準器を備えて構成される。
【００１９】
１２１はＣＰＵ（制御装置）である。ＣＰＵ１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラＣＰＵ（カメラ制御部）であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラ本体の各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、および、記録などの一連の動作を実行する。また本実施形態において、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７からの出力信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段として機能する。
【００２０】
１２２は通信制御回路である。通信制御回路１２２は、無線式通信手段１１５を介して、撮像装置１００から撮影画像をサーバ（コンピュータ）に送信し、または、サーバ（コンピュータ）から画像や各種情報を受信する。１２３は姿勢検知回路である。姿勢検知回路１２３は、姿勢検知手段１１６の出力信号に基づいて撮像装置１００の姿勢を判定する。１２４は撮像素子駆動回路である。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、撮像素子１０７から出力された像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路である。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７から得られた像信号に対して、γ変換、カラー補間、および、ＪＰＥＧ圧縮などの画像処理を行う。
【００２１】
１２６はフォーカス駆動回路である。フォーカス駆動回路１２６は、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う。１２８は絞りシャッタ駆動回路である。絞りシャッタ駆動回路１２８は、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ある。ズーム駆動回路１２９は、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。
【００２２】
１３１はＬＣＤなどの表示器である。表示器１３１は、カメラ本体の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。１３２は操作スイッチ群である。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮影モード選択スイッチなどにより構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリである。フラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。
【００２３】
続いて、図２を参照して、本実施例における撮像素子１０７の画素配列について説明する。図２は、撮像素子１０７の画素配列図であり、例えば、本出願人による特開平０９−０４６５９６号公報に記載されている技術を用いて製造される。
【００２４】
図２は、２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサの縦（Ｙ方向）６行と横（Ｘ方向）６列の範囲を、撮影光学系側から観察した状態を示している。カラーフィルタはベイヤー配列であり、奇数行（行番号１、３、５）の画素には、左から順に緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）および赤（Ｒ：Ｒｅｄ）のカラーフィルタが交互に設けられている。また、偶数行（行番号２、４、６）の画素には、左から順に青（Ｂ：Ｂｌｕｅ）および緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタが交互に設けられている。各画素の円はオンチップマイクロレンズを示している。オンチップマイクロレンズの内側に配置された複数の矩形はそれぞれ、光電変換部を示している。本実施例の撮像素子１０７において、全ての画素の光電変換部は２つの領域に分割されている。ただし、その分割パターン（分割画素の大きさや形状）は全画素で一様ではなく、分割パターンが互いに異なる複数の画素群から構成される。以下、これらの画素群（画素）の特徴について説明する。
【００２５】
図２に示されるように、行番号１、２の画素群は、複数の画素２１１で構成されている。複数の画素２１１からなる画素群において、各画素内の２つの光電変換部２１１ａ、２１１ｂの分割位置（光電変換部２１１ａ、２１１ｂの境界位置）は、画素中心に対して左方向に偏倚している。行番号３、４の画素群は、複数の画素２１２で構成されている。複数の画素２１２からなる画素群において、各画素内の光電変換部２１２ａ、２１２ｂの分割位置（光電変換部２１２ａ、２１２ｂの境界位置）は、画素中心に一致している。行番号５、６の画素群は、複数の画素２１３で構成されている。複数の画素２１３からなる画素群において、各画素内の光電変換部２１３ａ、２１３ｂの分割位置（光電変換部２１３ａ、２１３ｂの境界位置）は、画素中心に対して左方向に偏倚している。なお、図２に示される領域の外側には、行番号１〜６と同じ配列の画素群が繰り返し配置されている。
【００２６】
続いて、図３を参照して、撮像素子１０７の読み出し回路の構成について説明する。図３は、撮像素子１０７の読み出し回路の構成図である。図３において、１５１は水平走査回路、１５３は垂直走査回路である。各画素の境界部には、水平走査ライン１５２ａ、１５２ｂ、および、垂直走査ライン１５４ａ、１５４ｂが配線されている。光電変換部２１１ａ、２１１ｂ〜２１３ａ、２１３ｂの出力は、各走査ライン（水平走査ライン、垂直走査ライン）を介して、撮像素子１０７の外部に読み出される。
【００２７】
本実施例の撮像素子１０７は、以下の２種類の読み出しモード（第１の読み出しモード、第２の読み出しモード）を有する。第１の読み出しモードは、全画素読み出しモードと称され、高精細静止画を撮像するためのモードである。この場合、全画素の信号が読み出される。一方、第２の読み出しモードは、間引き読み出しモードと称され、動画記録、または撮影準備中のプレビュー画像表示（ライブビュー表示）を行うためのモードである。この場合に必要な画素数は、全画素よりも少ない。このため、撮像素子１０７の画素群に関しては、Ｘ方向およびＹ方向ともに所定比率で間引かれた一部の画素の信号のみが読み出される。
【００２８】
続いて、図４を参照して、撮影光学系の射出瞳と、撮像素子１０７の画素（光電変換部）の位置との関係について説明する。図４は、撮影光学系の射出瞳と、撮像素子の光電変換部との位置関係の説明図である。図４（ａ）は、図２に示した行番号１、２に含まれる画素群のうち、撮像素子の中央部（光軸近傍）と周辺部（画面端部）に位置する２個の画素と撮影光学系との光学的な関係を示している。同様に図４（ｂ）は、図２に示した行番号３、４に含まれる画素群のうち、撮像素子の中央部と周辺部に位置する２個の画素と撮影光学系との光学的な関係を示している。同じく図４（ｃ）は、図２に示した行番号５、６に含まれる画素群のうち、撮像素子の中央部と周辺部に位置する２個の画素と撮影光学系との光学的な関係を示している。
【００２９】
撮像素子１０７を用いた位相差方式の焦点検出（撮像面位相差方式の焦点検出）を行う場合、撮影光学系の射出瞳面と、撮像素子１０７の光電変換部とを、光学的に共役関係となるように配置する必要がある。図４において、撮影光学系の射出瞳は、光量調節用の虹彩絞りの配置面と一致するものと見なしている。一方、撮像素子１０７のオンチップマイクロレンズと光電変換部との間の距離は、撮像素子１０７のプロセスにより実質的に決定される。このため、オンチップマイクロレンズの光学パワーを適切に設計することにより、撮影光学系の射出瞳面と光電変換部との共役関係が実現される。
【００３０】
また、撮像領域の周辺部、すなわち像高が大きい領域では、撮影光束の主光線が撮像素子１０７（撮像面）の法線に対して傾いて入射するため、画素の受光効率が低下する。そこで、オンチップマイクロレンズを光軸ＯＡと直交する方向に微小量だけシフトさせることにより、画素の受光条件が撮像領域の中央部と実質的に同一になるように構成する。
【００３１】
図４（ａ）は、画素２１１と撮影光学系との共役関係を示す図である。図４（ａ）において、撮影光学系のレンズ群は省略されている。１０２ａは絞り開放時の開口径を規定する開口板、１０２ｂは絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根である。撮影光学系の射出瞳位置は、絞り兼用シャッタ１０２（絞り手段）の配置位置と一致しているものと見なし、像面からの距離をＤとする。
【００３２】
画素２１１は、最下層より、二分割された光電変換部２１１ａ、２１１ｂ、配線層２１１ｅ〜２１１ｇ、カラーフィルタ２１１ｈ、および、オンチップマイクロレンズ２１１ｉの各部材で構成される。中央部の画素に関し、オンチップマイクロレンズ２１１ｉの光軸ＯＡは、画素の中心と一致している。一方、周辺部の画素に関し、オンチップマイクロレンズ２１１ｉの光軸ＯＡは、画素の中心よりも撮像領域の中心側にシフトしている。このような構成により、光電変換部２１１ａ、２１１ｂと、撮影光学系の射出瞳は、オンチップマイクロレンズ２１１ｉにより共役関係となっている。この共役関係は、像高に依存せずに成立する。図４（ａ）において、ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂは、撮影光学系の射出瞳面上に投影した光電変換部２１１ａ、２１１ｂの投影瞳（投影像）である。投影瞳ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂは、撮影光学系（位相差方式の焦点検出系）において一対の光束が通過する瞳領域（分割瞳領域）に相当する。
【００３３】
画素２１１の光電変換部２１１ａ、２１１ｂの境界部は、画素中心に対して左方向に偏倚している。このため、投影瞳ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの境界部は、光軸ＯＡに対して右方向に偏倚している。線分ＣＬ１ａは光電変換部２１１ａの中心と投影瞳ＥＰ１ａの中心とを結ぶ線、線分ＣＬ１ｂは光電変換部２１１ｂの中心と投影瞳ＥＰ１ｂの中心とを結ぶ線である。線分ＣＬ１ａ、ＣＬ１ｂは、一対の光束（焦点検出用の光束）の主光線に相当する。
【００３４】
図４（ｂ）は、画素２１２と撮影光学系との共役関係を示す図である。画素２１２の光電変換部２１２ａ、２１２ｂは、画素中心に対して対称形状となっている。このため、光電変換部２１２ａ、２１２ｂに対応するそれぞれの投影瞳ＥＰ２ａ、ＥＰ２ｂは、射出瞳上において左右対称形状（光軸ＯＡに関して対称）となっている。図４（ｃ）は、画素２１３と撮影光学系との共役関係を示す図である。画素２１３の光電変換部２１３ａ、２１３ｂの境界部は、画素中心に対して右方向に偏倚している。このため、光電変換部２１３ａ、２１３ｂに対応するそれぞれの投影瞳ＥＰ３ａ、ＥＰ３ｂの境界部は、光軸ＯＡに対して左方向に偏倚している。
【００３５】
続いて、図５を参照して、撮影光学系の射出瞳面上に投影された光電変換部の投影像（投影瞳）の形状について説明する。図５は、射出瞳面上における投影瞳の形状の説明図である。
【００３６】
図５（ａ）は、画素２１１の光電変換部２１１ａ、２１１ｂに対応する投影瞳ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの平面図である。ＴＬ（Ｆ２．８）は、Ｆ値（絞り値）がＦ２．８の撮影光学系における射出瞳である。ＴＬ（Ｆ５．６）は、Ｆ値をＦ５．６に絞った場合の射出瞳である。ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂは、画素２１１の光電変換部２１１ａ、２１１ｂに対応する投影瞳（投影像）である。図４（ａ）を参照して説明したように、画素２１１の光電変換部２１１ａ、２１１ｂの境界は、画素中心に対して左側に偏倚しているため、投影瞳ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの境界部は、射出瞳ＴＬの中心に対して右側に偏倚している。
【００３７】
図５（ｂ）は、画素２１２の光電変換部２１２ａ、２１２ｂに対応する投影瞳ＥＰ２ａ、ＥＰ２ｂの平面図である。一対の投影瞳ＥＰ２ａ、ＥＰ２ｂの境界部は、撮影光学系の射出瞳ＴＬの中心（射出瞳ＴＬの中心を通る線の位置）と一致している。図５（ｃ）は、画素２１３の光電変換部２１３ａ、２１３ｂに対応する投影瞳ＥＰ３ａ、ＥＰ３ｂの平面図である。一対の投影瞳ＥＰ３ａ、ＥＰ３ｂの境界部は、撮影光学系の射出瞳ＴＬの中心に対して左方向に偏倚している。
【００３８】
次に、投影瞳と焦点検出特性との関係について説明する。一対の投影瞳を撮影光学系の射出瞳の範囲内で切り出し、切り出した個々の領域のＸ軸方向における重心離間量が、位相差方式の焦点検出システムにおける基線長に相当する。ここでは基線長を、撮影光学系の瞳面上での重心離間量（単位：ｍｍ）を瞳距離（単位：ｍｍ）で除した角度θ（単位：ラジアン）として定義する。そして、焦点検出の際における一対の２像の横ずれ量をｕ（単位：ｍｍ）、そのときのデフォーカス量をＤＥＦ（単位：ｍｍ）とする。このとき、これらの関係は以下の式（１）のように表わされる。
【００３９】
θ×ＤＥＦ＝ｕ  …  （１）
すなわち、基線長θが大きいほど、単位デフォーカス量に対する一対２像の横ずれ量ｕは大きくなる。このため、基線長θが大きいほど、焦点検出分解能が高くなり、高精度な焦点検出が可能となる。
【００４０】
続いて、焦点検出用の一対２像のボケ量について考える。個々の投影瞳を撮影光学系の射出瞳の範囲内で切り出し、切り出された投影瞳のＸ軸方向における幅が、個々の焦点検出像のボケ幅を規定する。ここでは個々の投影瞳の幅を、撮影光学系の瞳面上での投影瞳の幅（単位：ｍｍ）を瞳距離（単位：ｍｍ）で除した角度α（単位：ラジアン）として定義する。そして、焦点検出の際の各像のボケ幅をｗ（単位：ｍｍ）、そのときのデフォーカス量をＤＥＦ（単位：ｍｍ）とする。このとき、これらの関係は、以下の式（２）のように表わされる。
【００４１】
α×ＤＥＦ＝ｗ  …  （２）
すなわち、投影瞳の幅αが大きいほど、単位デフォーカス量に対する焦点検出用の各像のボケ幅が大きくなる。このため、デフォーカス量が大きい場合、焦点検出像のコントラストが低下し、焦点検出不能になりやすい。
【００４２】
図６は、撮像素子１０７における各画素群の焦点検出信号の説明図であり、焦点検出の際における画素２１１〜２１３の出力波形を、３種類のデフォーカス量について示している。図６において、横軸は焦点検出領域における画素の座標（Ｘ座標）であり、この焦点検出領域内にはＸ軸方向において画素２１１〜２１３が各々１００個程度含まれると仮定する。縦軸は焦点検出領域内に位置する画素の出力信号（画素出力）をそれぞれ示している。撮影光学系のＦ値はＦ２．８、被写体は黒地に２本の白い細線が描かれたものを想定し、左側に位置する細線の輝度は低く、右側に位置する細線は輝度が高い。
【００４３】
図６（ａ）は、画素２１１から出力される波形（画素出力）であり、上から順に、デフォーカス量が０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍの焦点検出信号の波形を示している。まず、デフォーカス量が０ｍｍの波形について説明する。太線の出力波形ＡＦ１ａは光電変換部２１１ａ（光電変換部群）の出力を、細線の出力波形ＡＦ１ｂは光電変換部２１１ｂ（光電変換部群）の出力をそれぞれ示している。デフォーカス量が０ｍｍであるため、両波形の相対的な横ずれ量はゼロ、すなわち位相は一致する。また、被写体像は合焦しているため、一対の２像の出力波形にはボケが生じておらず、細線信号のエッジは急峻に切り立っている。一方、撮影光学系の射出瞳で切り出された画素２１１の投影瞳ＥＰ１ａに関しては、図５（ａ）に示されるように、光電変換部２１１ａに対応する投影瞳ＥＰ１ａよりも光電変換部２１１ｂに対応する投影瞳ＥＰ１ｂのほうが大きい。すなわち、光電変換部２１１ａの感度に対して光電変換部２１１ｂの感度のほうが高いため、出力波形ＡＦ１ａよりも出力波形ＡＦ１ｂの方が高出力となる。
【００４４】
デフォーカス量が４ｍｍに増加すると、２像の間には横ずれ量ｕ（像ずれ量）が発生するとともに、２像のボケ量も増加する。この状態ではまだ各波形のコントラストが比較的高いため、所定の位相差検出演算を行うことで２像の横ずれ量を検出することができる。デフォーカス量が１０ｍｍになると、２像の横ずれ量ｕが更に増加するとともに、２像のコントラストは一層低下し、焦点検出が不能となる確率が高くなる。
【００４５】
図６（ｂ）は、画素２１２から出力される波形（画素出力）であり、太線の出力波形ＡＦ２ａは光電変換部２１２ａ（光電変換部群）の出力を、細線の出力波形ＡＦ２ｂは光電変換部２１２ｂ（光電変換部群）の出力をそれぞれ示している。図６（ｂ）において、各デフォーカス量（ＤＥＦ＝０、４、１０ｍｍ）における一対の２像の出力波形の横ずれ量やコントラストの低下状況は、実質的に図６（ａ）の場合と同様である。一方、撮影光学系の射出瞳で切り出された画素２１２の投影瞳ＥＰ２ａ、ＥＰ２ｂに関しては、図５（ｂ）に示されるように、投影瞳ＥＰ２ａ、ＥＰ２ｂは互いに左右対称で大きさも等しい。すなわち、光電変換部２１２ａ（光電変換部群）と光電変換部２１２ｂ（光電変換部群）との感度は互いに等しいため、出力波形ＡＦ２ａ、ＡＦ２ｂの出力レベルも互いに等しい。
【００４６】
図６（ｃ）は、画素２１３から出力される波形（画素出力）であり、太線の出力波形ＡＦ３ａは光電変換部２１３ａ（光電変換部群）の出力を、細線の出力波形ＡＦ２ｂは光電変換部２１３ｂ（光電変換部群）の出力をそれぞれ示している。図６（ｃ）において、各デフォーカス量（ＤＥＦ＝０、４、１０ｍｍ）における一対の２像の出力波形の横ずれ量やコントラストの低下状況は、実質的に図６（ａ）、（ｂ）の場合と同様である。一方、撮影光学系の射出瞳で切り出された画素２１３の投影瞳ＥＰ３ａ、ＥＰ３ｂに関しては、図５（ｃ）に示されるように、投影瞳ＥＰ３ｂよりも投影瞳ＥＰ３ａのほうが大きい。すなわち、光電変換部２１３ｂ（光電変換部群）の感度に対して光電変換部２１３ａ（光電変換部群）の感度のほうが高いため、出力波形ＡＦ３ｂよりも出力波形ＡＦ３ａのほうが高出力となる。
【００４７】
以上のとおり、各光電変換部の出力を結合（合成）することなく独立して焦点検出信号を生成する場合、各画素群（画素２１１〜２１３）による焦点検出系における投影瞳の幅が広く、かつ基線長が大きいため、合焦近傍での焦点検出精度に優れる。しかし、大デフォーカス時には、焦点検出ができなくなる可能性がある。
【００４８】
次に、図７乃至図９を参照して、互いに異なる画素群間で光電変換部の合成処理を行ってから焦点検出演算を行う場合について説明する。図７は、光電変換部の出力信号の合成方法の説明図であり、図２に示される撮像素子１０７の画素配列において、互いに異なる画素群間での光電変換部の出力を合成し、仮想の投影瞳（合成投影瞳）に対応する画素群を生成する場合の概念図を示している。図２には、６行６列の範囲の画素が表記されているが、そのうちの特定列、例えば左端の１列目の６画素を抜き出したものが、図７の左側に表記されている。これらの６画素は、上から順に、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の画素２１１、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の画素２１２、および、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の画素２１３である。
【００４９】
ここでは、各画素群の緑（Ｇ）画素、すなわち行番号１、３、５の計３種類のＧ画素からの出力信号の合成方法について説明する。３種類の緑（Ｇ）画素（画素２１１〜２１３）は、合計６個の光電変換部２１１ａ〜２１３ｂを有する。そこで、６個の光電変換部２１１ａ〜２１３ｂの出力から２個を取り出して以下の式（３）による合成（減算）を行い、図７の中央に示されるような仮想的な４個の光電変換部２２１ｓ〜２２４ｓの出力信号を生成する。
【００５０】
Ｓ２２１ｓ＝Ｓ２１２ａ−Ｓ２１１ａ  …  （３）
Ｓ２２２ｓ＝Ｓ２１１ｂ−Ｓ２１２ｂ  …  （４）
Ｓ２２３ｓ＝Ｓ２１３ａ−Ｓ２１２ａ  …  （５）
Ｓ２２４ｓ＝Ｓ２１２ｂ−Ｓ２１３ｂ  …  （６）
式（３）〜（６）において、Ｓ２１１ａ〜Ｓ２１３ｂは、光電変換部２１１ａ〜２１３ｂのそれぞれの出力信号を示す。また、Ｓ２２１ｓ〜Ｓ２２４ｓは、仮想的な光電変換部２２１ｓ〜２２４ｓの出力信号をそれぞれ示す。
【００５１】
続いて、仮想的な４個の光電変換部２２１ｓ〜２２４ｓの出力信号Ｓ２２１ｓ〜Ｓ２２４ｓから２個の出力信号を取り出し、以下の組み合わせ操作を行う。これにより、図７の右側に示されるような仮想的な３種の画素群（仮想画素群：画素２１４〜２１６）が得られる。まず、画素２３１は、仮想的な光電変換部２２１ｓ、２２２ｓで構成される。画素２３２は、仮想的な光電変換部２２１ｓ、２２４ｓで構成される。画素２３３は、仮想的な光電変換部２２３ｓ、２２４ｓで構成される。そして、同様の操作が３列目および５列目の緑（Ｇ）画素についても行われ、図７の右側に示されるようなマトリクス状の３種の画素群（画素２１４〜２１６）が得られる。また、緑（Ｇ）以外の赤（Ｒ）および青（Ｂ）の画素についても同様の操作が行われるが、ここでの説明は省略する。
【００５２】
図８は、撮影光学系の射出瞳面上に投影された仮想画素群（画素２１４〜２１６）の投影瞳の説明図である。図８（ａ）は、図７に示される仮想的な画素２１４の光電変換部２１４ａ、２１４ｂに対応する投影瞳ＥＰ４ａ、ＥＰ４ｂの平面図である。
【００５３】
ＴＬ（Ｆ２．８）は、Ｆ値（絞り値）をＦ２．８に設定した場合の撮影光学系における射出瞳、ＴＬ（Ｆ５．６）はＦ５．６に絞った場合の射出瞳である。ＥＰ４ａ、ＥＰ４ｂは、画素２１４の光電変換部２１４ａ、２１４ｂに対応する投影瞳である。図７に示されるように、画素２１４の光電変換部２１４ａ、２１４ｂのＸ方向の寸法は小さく、両者は互いに近接しているとともに、その境界は画素中心に対して左側に偏倚している。このため、これらの光電変換部２１４ａ、２１４ｂに対応する投影瞳ＥＰ４ａ、ＥＰ４ｂの幅、すなわちＸ方向の寸法も小さく、一対の２個の投影瞳ＥＰ４ａ、ＥＰ４ｂは互いに近接するとともに、その境界部は射出瞳ＴＬの中心に対して右側に偏倚している。
【００５４】
図８（ｂ）は、仮想的な画素２１５の光電変換部２１５ａ、２１５ｂに対応する投影瞳ＥＰ５ａ、ＥＰ５ｂの平面図である。一対の投影瞳ＥＰ５ａ、ＥＰ５ｂの幅は狭いが、投影瞳ＥＰ５ａ、ＥＰ５ｂの間隔すなわち基線長は大きく、各投影瞳の重心は射出瞳ＴＬの中心から等距離に位置する。図８（ｃ）は、仮想的な画素２１６の光電変換部２１６ａ、２１６ｂに対応する投影瞳ＥＰ６ａ、ＥＰ６ｂの平面図である。一対の投影瞳ＥＰ６ａ、ＥＰ６ｂの境界部は、射出瞳の中心に対して左方向に偏倚している。
【００５５】
図９は、各仮想画素群の焦点検出信号の説明図であり、焦点検出の際における画素群（画素２１４〜２１６）の出力波形を、３種類のデフォーカス量について示している。図９において、横軸は画素の座標（Ｘ座標）、縦軸は画素の出力信号（画素出力）をそれぞれ示している。撮影光学系のＦ値はＦ２．８、被写体は黒地に２本の白い細線が描かれたものを想定し、左側に位置する細線の輝度は低く、右側に位置する細線は輝度が高い。
【００５６】
図９（ａ）は、複数の画素２１４から出力される波形（画素出力）であり、上から順に、デフォーカス量が０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍの焦点検出信号の波形を示している。まず、デフォーカス量が０ｍｍの波形について説明する。太線の出力波形ＡＦ４ａは仮想的な光電変換部２１４ａ（光電変換部群）の出力を、細線の出力波形ＡＦ４ｂは仮想的な光電変換部２１４ｂ（光電変換部群）の出力をそれぞれ示している。デフォーカス量が０ｍｍであるため、両波形の相対的な横ずれ量はゼロであり、一対の投影瞳ＥＰ４ａ、ＥＰ４ｂの面積も同一であるため、出力波形ＡＦ４ａ、ＡＦ４ｂの位相および強度は互いに一致している。
【００５７】
デフォーカス量が４ｍｍに増加すると、２像には横ずれ量ｕが発生するとともに、２像のボケ量も増加する。しかし、図６（ａ）に示される同一条件での波形に比べて、画素２１４に関しては投影瞳ＥＰ４ａ、ＥＰ４ｂの幅が細く、かつ基線長も短い。このため、２像のボケ状況は軽微であり、横ずれ量ｕも小さい。デフォーカス量が１０ｍｍになると、２像の横ずれ量ｕが更に増加するとともに、２像のコントラストも低下する。しかし、２本の細線に対応する２つのピークは十分に残っているため、焦点検出が不能となることはない。
【００５８】
図９（ｂ）は、複数の画素２１５から出力される波形（画素出力）であり、太線の出力波形ＡＦ５ａは仮想的な光電変換部２１５ａ（光電変換部群）の出力を、細線の出力波形ＡＦ５ｂは仮想的な光電変換部２１５ｂ（光電変換部群）の出力をそれぞれ示している。図９（ｃ）は、複数の画素２１６から出力される波形（画素出力）であり、太線の出力波形ＡＦ６ａは仮想的な光電変換部２１６ａ（光電変換部群）の出力を、細線の出力波形ＡＦ６ｂは仮想的な光電変換部２１６ｂ（光電変換部群）の出力をそれぞれ示している。
【００５９】
ここで、図８（ａ）〜（ｃ）および図９（ａ）〜（ｃ）を参照して、投影瞳の性質および焦点検出特性について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、仮想画素群（仮想的な画素２１４〜２１６）の各投影瞳の幅は略等しい。一方、各仮想画素群の投影瞳の基線長は、画素２１４、２１６において小さく、画素２１５においては大きい。図９（ａ）〜（ｃ）の波形を比較すると、各デフォーカス量における一対の２像の出力波形のコントラストの低下状況は、図９（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合においても実質的に同一である。しかし、相対的な横ずれ量ｕは、図９（ａ）および図９（ｃ）の場合において小さく、図９（ｂ）において大きい。すなわち、画素２１４、２１６を用いた焦点検出特性は、所定のデフォーカス量に対する一対の２像の横ずれ量ｕが小さいため、焦点検出分解能は低いが、より大きなデフォーカス量まで焦点検出が可能である。一方、画素２１５を用いた焦点検出特性は、所定のデフォーカス量に対する一対の２像の横ずれ量ｕが大きいため、合焦点近傍での焦点検出分解能は高いが、大デフォーカス時には焦点検出ができなくなる可能性がある。従って、デフォーカス量の大小に応じて最適な画素群を用いることにより、デフォーカス量が大きい場合も焦点検出が可能となり、合焦点近傍では高精度な焦点検出を達成することができる。
【００６０】
表１は、各画素群における焦点検出特性の比較表である。表１において、画素群１〜６は、画素２１１〜２１６にそれぞれ対応している。デフォーカス量が大きい場合、焦点検出像のボケや横ずれ量が少ない、仮想的な画素群４〜６が好適に用いられる。一方、合焦近傍では、基線長が長く感度も高い画素群１〜３が好適に用いられる。
【００６１】
【表１】
0006399817.tif 000002
【００６２】
次に、図１０乃至図１２を参照して、本実施例における撮像装置１００の焦点検出処理を含む撮影処理（撮像装置の制御方法）について説明する。図１０は、本実施例における撮影処理を示すフローチャート（メイン制御フロー）である。図１０の各ステップは、主に、撮像装置１００のＣＰＵ１２１の指令に基づいて撮像装置１００の各部により実行される。
【００６３】
まずステップＳ１０１において、撮影者が撮像装置１００の電源スイッチをオン操作すると、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１２１は、撮像装置１００の各アクチュエータや撮像素子１０７の動作確認を行い、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行うとともに、撮影準備動作を実行する（初期状態確認）。続いてステップＳ１０３において、ＣＰＵ１２１は、撮影条件の設定受付けを行う。具体的には、ＣＰＵ１２１は、撮影者による露出調節モード、焦点調節モード、画質（記録画素数や圧縮率）、ホワイトバランスモードなどの設定を受け付ける。そしてステップＳ１０４において、ＣＰＵ１２１は、絞り値（Ｆ値）を指定値に制御する。ここで指定値とは、絞り優先ＡＥでは撮影者が選択した絞り値、シャッタ優先ＡＥやプログラムＡＥでは予め設定された露出制御プログラムに基づく絞り値である。
【００６４】
続いてステップＳ１０５において、ＣＰＵ１２１は、レンズ状態、すなわち撮影光学系のズーム状態、フォーカスレンズ状態、および、絞り状態を検出し、射出瞳の大きさや射出瞳距離などの情報を記憶手段から読み出す。記憶手段は、例えばＣＰＵ１２１の内部メモリ（ＲＯＭ）である。そしてステップＳ１０６において、ＣＰＵ１２１は、撮像素子駆動回路１２４を用いて撮像素子１０７の撮像動作を開始し、撮像素子１０７から出力された画素信号を読み出す。本実施例では、撮像素子１０７の各画素の光電変換部は、互いに独立した２つの領域から構成されている。このためＣＰＵ１２１は、各光電変換部から出力された画素信号を独立に読み出す。そしてステップＳ１０７において、ＣＰＵ１２１は、読み出した画素信号から表示用プレビュー画像を生成し、この画像を撮像装置１００の背面（カメラ背面）に設けられた表示器１３１に表示する。このときＣＰＵ１２１は、各画素の一対の２個の光電変換部の出力信号を加算して撮像信号に変換し、更に表示器１３１の画素数に応じて画像の縮小を行う。
【００６５】
続いてステップＳ１３１において、ＣＰＵ１２１は、焦点検出処理（フォーカス制御）を行い、第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）の駆動量（レンズ駆動量）を算出する。焦点検出処理の詳細については後述する。そしてステップＳ１５１において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３１にて算出されたレンズ駆動量が所定値以下であるか否かを判定する。レンズ駆動量が所定値以下の場合、ＣＰＵ１２１は合焦状態であると判定し、ステップＳ１５３に進む。一方、レンズ駆動量が所定値よりも大きい場合、ＣＰＵ１２１は合焦状態でないと判定し、ステップＳ１５２に進む。ステップＳ１５２において、ＣＰＵ１２１は、フォーカス駆動回路１２６およびフォーカスアクチュエータ１１４を用いてフォーカスレンズ（第３レンズ群１０５）を駆動し、ステップＳ１５３に進む。
【００６６】
ステップＳ１５３において、ＣＰＵ１２１は、撮影者により撮影スイッチがオン操作されたか否かを判定する。撮影スイッチがオン操作されていない場合、ステップＳ１５５に進む。一方、撮影スイッチがオン操作された場合、ステップＳ１５４において、ＣＰＵ１２１は撮影画像をフラッシュメモリ１３３などに記録し、ステップＳ１５５に進む。ステップＳ１５５において、ＣＰＵ１２１は、メインスイッチの状態を判定する。メインスイッチがオフされていない場合、すなわちオン状態が維持されている場合、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２〜Ｓ１５４を繰り返す。一方、ステップＳ１５５にてメインスイッチがオフされている場合、ステップＳ１５６に進み、撮影を終了する。
【００６７】
続いて、図１１を参照して、本実施例における焦点検出処理（図１０のステップＳ１３１）について詳述する。図１１は、焦点検出処理（焦点検出サブルーチン）を示すフローチャートである。図１１の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。
【００６８】
図１０（メインルーチン）のステップＳ１３１に進むと、まず図１１のステップＳ１３２において、ＣＰＵ１２１は、プレビュー画像から被写体パターンを認識し、顔画像の判定や、撮影画面全体のコントラスト分析などを行う。そしてステップＳ１３３において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３２にて行われた被写体パターン認識の結果に基づいて、焦点を合わせるべき主被写体（主被写体領域）を決定する。
【００６９】
続いてステップＳ１３４において、ＣＰＵ１２１は、図１０のステップＳ１０５にて取得したレンズ情報に基づいて、撮影光学系の射出瞳情報を算出する（射出瞳計算）。続いてステップＳ１３５において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３３にて決定された主被写体領域において、図２に示される画素２１１〜２１３の各光電変換部の信号を抽出し、図６に示される一対の２像の焦点検出信号を所定の行数分だけ生成する。そしてステップＳ１３６において、ＣＰＵ１２１は、図７を参照して説明した手順で、各光電変換部の出力信号を合成（減算）し、仮想的な画素２１４〜２１６（仮想画素群）に対応する信号（画素信号）を算出する。ＣＰＵ１２１は、図９に示される一対の２像の焦点検出信号を所定の行数分だけ生成する。
【００７０】
続いてステップＳ１３７において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３５、Ｓ１３６にて生成された各焦点検出信号に対して、ステップＳ１３４にて計算した射出瞳情報を用いて、各信号の光量アンバランスを軽減する、いわゆるシェーディング補正を施す。これにより、一対の２像間の強度差が軽減され、焦点検出精度が向上する。続いてステップＳ１３８において、ＣＰＵ１２１は、シェーディング補正が施された各焦点検出信号の全てに対して、横ずれ量ｕを算出するための相関演算を行う。そしてステップＳ１３９において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３８にて算出された横ずれ量ｕに対して、投影瞳の基線長に応じた比例定数を乗じてデフォーカス量を算出する。
【００７１】
続いてステップＳ１４１において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３９にて算出された６種のデフォーカス量のうち、基線長が小さい画素２１４におけるデフォーカス量Ｄｅｆと、２種類の閾値ＤＥＦ１、ＤＥＦ２（ＤＥＦ１＜ＤＥＦ２）とを比較する。例えば閾値ＤＥＦ１（第１のデフォーカス量）として４ｍｍ、閾値ＤＥＦ２（第２のデフォーカス量）として１０ｍｍがそれぞれ設定されている。そして、検出したデフォーカス量Ｄｅｆが閾値ＤＥＦ２よりも大きい場合、ステップＳ１４２に移行し、ＣＰＵ１２１は、画素２１４、２１６の焦点検出信号に基づいて検出されたデフォーカス量を採用する。一方、検出したデフォーカス量Ｄｅｆが閾値ＤＥＦ２以下であって、かつ、閾値ＤＥＦ１よりも大きい場合、ステップＳ１４３に移行し、ＣＰＵ１２１は、画素２１５の焦点検出信号に基づいて検出されたデフォーカス量を採用する。また、検出したデフォーカス量Ｄｅｆが閾値ＤＥＦ１以下の場合、ステップＳ１４４に移行し、ＣＰＵ１２１は、画素２１１〜２１３の焦点検出信号に基づいて検出されたデフォーカス量を採用する。なお、ステップＳ１４２、Ｓ１４４では、複数の焦点検出結果（複数の焦点検出信号）が採用されるため、ＣＰＵ１２１は、複数の焦点検出結果を平均化するなどして最終的なデフォーカス量を算出する。続いてステップＳ１４５において、ＣＰＵ１２１は、決定されたデフォーカス量をフォーカスレンズの駆動量（レンズ駆動量）に変換する。そしてステップＳ１４６において、図１０のメインルーチンにリターンする。
【００７２】
本実施例によれば、各画素の光電変換部の分割数を増加させることなく、種々の焦点状態に適した焦点検出特性を得ることができる。具体的には、全ての画素の光電変換部の分割数を２に設定されているため、撮像素子１０７の構造の複雑化が回避される。また、デフォーカス量が小さい場合、実在する画素群の光電変換部の出力を合成せずに用いるため、位相差検出のための基線長が長く、合焦精度が高く保たれる。一方、デフォーカス量が大きい場合、実在する異なる画素群間で光電変換部の出力を合成して仮想画素群を生成して焦点検出を行う。この場合、投影瞳の幅が狭く、基線長が短い仮想的な投影瞳対が生成されるため、焦点検出不能となる確率が減り、デフォーカス検出範囲を広げることができる。すなわち、デフォーカスが大きい場合にはデフォーカス量とデフォーカス方向を間違うことなく検出可能であり、合焦点近傍まで素早くフォーカスレンズを駆動することができる。一方、デフォーカス量が小さい合焦近傍では、焦点検出精度を高くすることができるため、焦点状態がどのような場合でも高速かつ高精度にピントの合った高精細画像を得ることが可能となる。
【００７３】
続いて、図１２を参照して、本実施例の変形例としての焦点検出処理（図１０のステップＳ１３１）について詳述する。図１２は、変形例としての焦点検出処理（焦点検出サブルーチン）を示すフローチャートである。図１１の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。なお、図１２のステップＳ１３２〜Ｓ１３９は、図１１の対応するステップとそれぞれ共通するため、それらの説明は省略する。
【００７４】
図１２のステップＳ１３９にてＣＰＵ１２１がデフォーカス量を算出すると、ステップＳ１６１に進む。ステップＳ１６１において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３８にて行われた相関演算に関し、相関信頼性を判定する。ここで相関信頼性とは、一対の２像の信号（焦点検出信号）の一致度であり、信号の一致度が高いということは焦点検出結果の信頼性や精度が高いことを意味する。
【００７５】
続いてステップＳ１６２において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１３９にて算出された６種のデフォーカス量から、相関信頼性の高いデフォーカス量（焦点検出結果）を選択する。ここで、選択すべきデフォーカス量の個数は１個でも複数でも構わない。複数のデフォーカス量を選択する場合、ＣＰＵ１２１は、選択した複数のデフォーカス量の平均値などを用いればよい。そしてステップＳ１６３において、ＣＰＵ１２１は、決定されたデフォーカス量をフォーカスレンズの駆動量（レンズ駆動量）に変換し、ステップＳ１６４において図１０のメインルーチンにリターンする。
【００７６】
以上の変形例によれば、算出された複数の焦点検出結果から信頼性の高い焦点検出結果を選択する。このため、デフォーカス量の大小にかかわらず、最適な結果を選択することができ、高速かつ高精度な焦点調節が可能となる。
【００７７】
このように本実施例において、撮像素子１０７は、第１のパターンで分割された第１の画素（画素２１１〜２１３の一つ）を有する第１の画素群を含む。また撮像素子１０７は、第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素（画素２１１〜２１３の他の一つ）を有する第２の画素群を含む。焦点検出手段（ＣＰＵ１２１）は、第１の画素の出力信号および第２の画素の出力信号に基づいて焦点検出を行う。
【００７８】
好ましくは、焦点検出手段は、第１の画素の出力信号と第２の画素の出力信号とを合成して（加算、減算、または、組み合わせにより）焦点検出信号を生成し、焦点検出信号に基づいてフォーカス制御を行う。より好ましくは、焦点検出手段は、所定の条件に応じて、第１の画素信号または第２の画素信号の一方に基づいて、フォーカス制御を行う。第１の画素信号は、第１の画素の出力信号または第２の画素の出力信号から独立して得られた画素信号（光電変換部２１１ａ〜２１３ｂからの信号）である。第２の画素信号は、第１の画素の出力信号と第２の画素の出力信号とを合成した画素信号（光電変換部２１４ａ〜２１６ｂからの信号）である。
【００７９】
好ましくは、焦点検出手段は、算出されたデフォーカス量Ｄｅｆが所定のデフォーカス量以下である場合、第１の画素信号に基づいてフォーカス制御を行う。また焦点検出手段は、算出されたデフォーカス量Ｄｅｆが所定のデフォーカス量よりも大きい場合、第２の画素信号に基づいてフォーカス制御を行う。すなわち、焦点ずれ状態に応じてフォーカス制御に用いる画素信号（焦点検出信号）を変更する。
【００８０】
また好ましくは、焦点検出手段は、第１の画素信号の相関信頼性と第２の画素信号の相関信頼性との比較結果に応じて、第１の画素信号または第２の画素信号の一方に基づいてフォーカス制御を行う。ここで、第１の画素信号および第２の画素信号はそれぞれ一対の像信号であり、相関信頼性は一対の像信号の一致度である。
【００８１】
好ましくは、第１の画素信号は、撮影光学系の第１の瞳領域（投影瞳ＥＰ１ａ〜ＥＰ３ｂの少なくとも一つ）を通過する光束に基づく信号である。第２の画素信号は、撮影光学系の第２の瞳領域（投影瞳ＥＰ４ａ〜ＥＰ６ｂの少なくとも一つ）を通過する光束に基づく信号である。より好ましくは、第１の瞳領域は、瞳分割方向（一対の投影瞳の分割方向である図５中の左右方向）において、第２の瞳領域よりも長い。また好ましくは、第１の瞳領域の基線長は、第２の瞳領域の基線長よりも大きい。
【００８２】
好ましくは、撮像素子１０７は、更に、第３のパターンで分割された第３の画素（画素２１１〜２１３のうち残りの一つ）を有する第３の画素群を含む。第１の画素（例えば画素２１１）は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束をそれぞれ受光する第１の光電変換部（光電変換部２１１ａ）および第２の光電変換部（光電変換部２１１ｂ）を有する。第２の画素（例えば画素２１２）は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束をそれぞれ受光する第３の光電変換部（光電変換部２１２ａ）および第４の光電変換部（光電変換部２１２ｂ）を有する。第３の画素（例えば画素２１３）は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束をそれぞれ受光する第５の光電変換部（光電変換部２１３ａ）および第６の光電変換部（光電変換部２１３ｂ）を有する。
【００８３】
好ましくは、焦点検出手段は、第１の光電変換部および第２の光電変換部の出力信号から第１の焦点検出信号を生成する。また、第３の光電変換部および第４の光電変換部の出力信号から第２の焦点検出信号を生成する。また、第５の光電変換部および第６の光電変換部の出力信号から第３の焦点検出信号を生成する。また、第３の光電変換部と第１の光電変換部の出力信号との差分である第１の差分信号（Ｓ２２１ｓ）、および、第２の光電変換部と第４の光電変換部の出力信号との差分である第２の差分信号（Ｓ２２２ｓ）を組み合わせて第４の焦点検出信号を生成する。また、第１の差分信号、および、第４の光電変換部と第６の光電変換部の出力信号との差分である第３の差分信号（Ｓ２２４ｓ）を組み合わせて第５の焦点検出信号を生成する。また、第３の差分信号、および、第５の光電変換部と第３の光電変換部の出力信号との差分である第４の差分信号（Ｓ２２３ｓ）を組み合わせて第６の焦点検出信号を生成する。
【００８４】
好ましくは、焦点検出手段は、算出されたデフォーカス量が第１のデフォーカス量以下（ＤＥＦ１≧Ｄｅｆ）である場合、第１の焦点検出信号、第２の焦点検出信号、および、第３の焦点検出信号の少なくとも一つに基づいてフォーカス制御を行う。デフォーカス量が第１のデフォーカス量よりも大きく、かつ、第２のデフォーカス量以下である場合（ＤＥＦ２≧Ｄｅｆ＞ＤＥＦ１）、第５の焦点検出信号に基づいてフォーカス制御を行う。デフォーカス量が第２のデフォーカス量よりも大きい場合（Ｄｅｆ＞ＤＥＦ２）、第４の焦点検出信号および第６の焦点検出信号の少なくとも一つに基づいてフォーカス制御を行う。
【００８５】
好ましくは、焦点検出手段は、第１の焦点検出信号、第２の焦点検出信号、第３の焦点検出信号、第４の焦点検出信号、第５の焦点検出信号、および、第６の焦点検出信号のそれぞれの相関信頼性に応じて選択された焦点検出信号に基づいて、フォーカス制御を行う。
【実施例２】
【００８６】
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例１は、所定の基線長を備えた画素群（画素２１１〜２１３）の信号に基づいて、基線長が互いに異なる仮想画素群（画素２１４〜２１６）の信号を生成し、デフォーカス量に応じてこれらの信号を選択している。一方、本実施例は、互いに異なる瞳分割特性を備えた画素群の信号に基づいて、瞳分割方向が互いに異なる仮想的画素群の信号を生成し、被写体の任意方向における明暗パターンに対して焦点検出を行う。
【００８７】
まず、図１３を参照して、本実施例における撮像素子の画素構成について説明する。図１３は、本実施例における撮像素子の画素配列図であり、実施例１と同様に、２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサの縦（Ｙ方向）６行と横（Ｘ方向）６列の範囲を、撮影光学系側から観察した状態を示している。カラーフィルタはベイヤー配列が適用され、奇数行の画素には、左から順に緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）と赤（Ｒ：Ｒｅｄ）のカラーフィルタが交互に設けられている。また、偶数行の画素には、左から順に青（Ｂ：Ｂｌｕｅ）と緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタが交互に設けられている。各画素の円はオンチップマイクロレンズ、オンチップマイクロレンズの内側に配置された複数の矩形はそれぞれ光電変換部を示している。本実施例においても、全ての画素の光電変換部は２つの領域に分割されているが、その分割形態は全画素で一様ではなく、分割形態の異なる複数の画素群から構成される。以下、本実施例の画素群の特徴について説明する。
【００８８】
図１３において、行番号１、２は複数の画素３１１からなる画素群で構成され、各画素内の一方の光電変換部３１１ａは、正方領域内の左上４分の１の領域を占め、他方の光電変換部３１１ｂは残り４分の３の領域を占める。行番号３、４は複数の画素３１２からなる画素群で構成され、各画素内の光電変換部３１２ａ、３１２ｂはＸ方向に２等分されている。行番号５、６は複数の画素３１３からなる画素群で構成され、各画素内の一方の光電変換部３１３ｂは、正方領域内の右上４分の１の領域を占め、他方の光電変換部３１３ａは残り４分の３の領域を占める。なお、図１３に示される領域の外側には、行番号１〜６と同じ配列の画素が繰り返し配置されている。
【００８９】
光電変換部の分割形態と位相差検出における投影瞳との対応は、実施例１の図２、図４、および、図５を参照して説明したとおりであるため、詳細な説明は省略するが、図１３における投影瞳の特性は、以下のようになる。画素３１１の瞳分割方向は、Ｘ軸を時計回りに４５度回転した方向（−４５度）であるため、この方向に明暗パターンを有する被写体に好適である。また、一対の光電変換部の面積は１対３であるため、一対の焦点検出信号に対しては、この比に応じたゲイン補正を施す。画素３１２の瞳分割方向は、Ｘ軸に沿った方向（０度）であるため、この方向に明暗パターンを有する被写体に好適である。また、一対の光電変換部の面積は互いに等しいため、ゲイン補正は不要である。画素３１３の瞳分割方向は、Ｘ軸を反時計回りに４５度回転した方向（＋４５度）であるため、この方向に明暗パターンを有する被写体に好適である。また、一対の光電変換部の面積は３対１であるため、一対の焦点検出信号に対しては、この比に応じたゲイン補正を施す。
【００９０】
続いて、図１４を参照して、本実施例における光電変換部の出力信号の合成方法について説明する。図１４は、光電変換部の出力信号の合成方法の説明図であり、図１３の撮像素子の画素配列において、互いに異なる画素群間での光電変換部の出力信号を合成（減算）し、仮想の投影瞳に対応する画素群を生成する場合の概念図である。図１３には、６行６列の範囲の画素が表記されているが、そのうちの特定列、例えば左端の１列目の６画素を抜き出したものが、図１４の左側に表記されている。これらの６画素は、上から順に、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の画素３１１、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の画素３１２、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の画素３１３である。そして図１４では、各画素群の緑（Ｇ）画素、すなわち行番号１、３、５の計３種類の画素に基づく出力信号の合成方法を説明している。
【００９１】
３種類の緑（Ｇ）画素（画素３１１〜３１３）は、合計６個の光電変換部３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ、３１３ａ、３１３ｂを有する。本実施例では、これらの６個の光電変換部３１１ａ〜３１３ｂの出力信号から２個の出力信号を取り出して以下の式（７）〜（１０）による合成（減算）を行う。そして、その右側に示されるような４個の仮想的な光電変換部３２１ｓ〜３２４ｓの出力信号Ｓ３２１ｓ〜Ｓ３２４ｓを得る。
【００９２】
Ｓ３２１ｓ＝Ｓ３１１ａ              …  （７）
Ｓ３２２ｓ＝Ｓ３１１ｂ−Ｓ３１２ｂ  …  （８）
Ｓ３２３ｓ＝Ｓ３１３ａ−Ｓ３１２ａ  …  （９）
Ｓ３２４ｓ＝Ｓ３１３ｂ              …  （１０）
ここで、Ｓ３１１ａ、Ｓ３１１ｂ、Ｓ３１２ａ、Ｓ３１２ｂ、Ｓ３１３ａ、Ｓ３１３ｂは、光電変換部３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ、３１３ａ、３１３ｂのそれぞれの出力信号である。Ｓ３２１ｓ、Ｓ３２２ｓ、Ｓ３２３ｓ、Ｓ３２４ｓは、仮想的な光電変換部３２１ｓ、３２２ｓ、３２３ｓ、３２４ｓのそれぞれの出力信号である。すなわち、仮想的な４個の光電変換部３２１ｓ〜３２４ｓは、瞳分割機能を有しない画素の光電変換部をＸ方向およびＹ方向に２分割した合計４個の光電変換部の出力信号に相当する。
【００９３】
本実施例では、４個の光電変換部３２１ｓ〜３２４ｓの出力信号から２個の出力信号を取り出し、以下の組み合わせ操作を行うことで、図１４の右側に示されるような仮想的な画素３１４、３１５（仮想画素群）を得る。まず、仮想的な光電変換部３２１ｓ、３２２ｓの出力信号の加算値を３１４ａ、仮想的な光電変換部３２３ｓ、３２４ｓの出力信号の加算値を３１４ｂとすることで、仮想的な画素３１４（仮想画素群）を得る。画素３１４の投影瞳は、Ｘ方向（横方向）に分割されている。同様に、仮想的な光電変換部３２１ｓ、３２３ｓの出力信号の加算値を３１５ａ、仮想的な光電変換部３２２ｓ、３２４ｓの出力信号の加算値を３１５ｂとし、仮想的な画素３１５（仮想画素群）を得る。画素３１４の投影瞳は、Ｙ方向（縦方向）に分割されている。そして、他の緑（Ｇ）画素、赤（Ｒ）、および、青（Ｂ）の画素についても同様の操作が行われ、２次元マトリクス状に配列した仮想的な画素３１４、３１５を得ることができる。なお、仮想的に生成した全ての画素を記載すると図が煩雑になるため、図１４の右側には、画素３１４については１行分のみ、画素３１５については１列分のみを記載している。
【００９４】
続いて、図１５を参照して、焦点検出対象の被写体像と選択画素群との関係について説明する。図１５は、焦点検出対象の被写体像と選択画素群（焦点検出領域）との関係図であり、焦点検出対象としての４種類の被写体像と、各被写体像において選択される画素群（焦点検出領域）との関係を説明する図である。図１５において、４０１は撮像領域、４１１〜４１４は４種類の被写体像、４２１〜４２４は４種類の焦点検出領域である。角度は、Ｘ軸を基準として反時計方向を正、時計方向を負とする。
【００９５】
４１１は、白と黒の縦線が交互に並んだ被写体像、すなわちＸ軸方向に明暗差を有する被写体像である。このような被写体像４１１に対して位相差方式の焦点検出を行う場合、Ｘ方向に瞳分割された画素を用いる必要がある。そこで、図１３の画素３１２および図１４の画素３１４を用いて焦点検出を行う。具体的には、被写体像４１１の位置にＸ方向に延伸した焦点検出領域４２１を設定し、焦点検出領域４２１内に含まれる画素３１２および仮想的な画素３１４を用いて、焦点検出を行う。なお、画素３１２、画素３１４は、投影瞳の基線長などの焦点検出特性が互いに異なる。このため、画素群ごとに独立して焦点検出演算を行い、算出された複数の結果に対して単純平均、または、結果の信頼性に基づいた重み付け平均などの処理を行い、最終的には１つのデフォーカス量として出力することが好ましい。
【００９６】
４１２は、＋４５度方向に延伸する白と黒の縦線が交互に並んだ被写体像、すなわち−４５度方向に明暗差を有する被写体像である。この場合、−４５度方向に瞳分割された画素を用いる必要があるため、図１３の画素３１１を用いて焦点検出を行う。具体的には、被写体像４１２の位置に−４５度方向に延伸した焦点検出領域４２２を設定し、焦点検出領域４２２内に含まれる画素３１１を用いて焦点検出を行う。
【００９７】
４１３は、−４５度方向に延伸する白と黒の縦線が交互に並んだ被写体像、すなわち＋４５度方向に明暗差を有する被写体像である。この場合、＋４５度方向に瞳分割された画素を用いる必要があるため、図１３の画素３１３を用いて焦点検出を行う。具体的には、被写体像４１３の位置に＋４５度方向に延伸した焦点検出領域４２３を設定し、焦点検出領域４２３内に含まれる画素３１３を用いて焦点検出を行う。
【００９８】
４１４は、白と黒の横線が交互に並んだ被写体像、すなわちＹ軸方向に明暗差を有する被写体像である。このような被写体像４１４に対して位相差方式の焦点検出を行う場合、Ｙ方向に瞳分割された画素を用いる必要がある。そこで、図１４の仮想的な画素３１５を用いて焦点検出を行う。具体的には、被写体像４１４の位置にＹ方向に延伸した焦点検出領域４２４を設定し、焦点検出領域４２４内に含まれる仮想的な画素３１５を用いて焦点検出を行う。
【００９９】
次に、図１６を参照して、本実施例における焦点検出処理（図１０のステップＳ１３１）について詳述する。図１６は、焦点検出処理（焦点検出サブルーチン）を示すフローチャートである。図１６の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。なお、メインフローは実施例１の図１０と同一であるため、その説明は省略する。
【０１００】
図１０（メインルーチン）のステップＳ１３１に進むと、まず図１６のステップＳ２３２において、ＣＰＵ１２１は、プレビュー画像から被写体パターンを認識し、顔画像の判定や、撮影画面全体のコントラスト分析などを行う。そしてステップＳ２３３において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２３２での被写体パターン認識の結果に基づいて、焦点を合わせるべき主被写体（主被写体領域）を決定する。
【０１０１】
続いてステップＳ２３４において、ＣＰＵ１２１は、主被写体領域の明暗情報の方向依存性（被写体パターンの方向性）を判定する。すなわちＣＰＵ１２１は、焦点検出すべき被写体像が、図１５を参照して説明した被写体像４１１〜４１４のいずれに類似しているかを判定する。そしてステップＳ２３５において、ＣＰＵ１２１は、図１０のステップＳ１０５にて取得したレンズ情報に基づいて、撮影光学系の射出瞳情報を算出する（射出瞳計算）。
【０１０２】
続いてステップＳ２３６において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２３３にて決定された主被写体領域、および、ステップＳ２３４の判定結果に基づいて、適合画素群を選定し、焦点検出信号を生成する。具体的には、ＣＰＵ１２１は、画素３１１〜３１５から、焦点検出に適合した（焦点検出により適切な）画素群を選定する。そしてＣＰＵ１２１は、選定された画素群の出力信号から、一対の２像の焦点検出信号を所定の行数分だけ生成する。
【０１０３】
続いてステップＳ２３７において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２３５にて算出された射出瞳情報を用いて、ステップＳ２３６にて生成された各焦点検出信号の光量アンバランスを軽減する、いわゆるシェーディング補正を施す。これにより、一対の２像間の強度差が軽減され、焦点検出精度が向上する。続いてステップＳ２３８において、ＣＰＵ１２１は、シェーディング補正が施された焦点検出信号に対して、横ずれ量ｕを算出するための相関演算を行う。そしてステップＳ２３９において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２３８にて算出された横ずれ量ｕに対して、投影瞳の基線長に応じた比例定数を乗じてデフォーカス量を算出する。そしてステップＳ２４０において、ステップＳ２３９にて算出されたデフォーカス量をフォーカスレンズ駆動量に変換し、ステップＳ２４１にてメインルーチンにリターンする。
【０１０４】
本実施例によれば、各画素の光電変換部の分割数を増加させることなく、種々の被写体パターンに対して適した焦点検出特性を得ることができる。具体的には、全ての画素の光電変換部の分割数を２に設定しているため、撮像素子の構造が複雑化することが回避される。そして、被写体像の明暗パターン方向が実在する画素群の瞳分割方向と一致する場合、画素群の出力を合成せずに焦点検出を行う。また、被写体像の明暗パターン方向が実在する画素群の瞳分割方向と一致しない場合、瞳分割形態の異なる複数の画素群間で光電変換部の出力を合成し、実在する画素群の瞳分割方向とは異なる方向に瞳分割された仮想的な投影瞳を生成する。これにより、任意の明暗パターンに対して焦点検出が可能になる。
【０１０５】
続いて、図１７を参照して、本実施例の変形例としての焦点検出処理（図１０のステップＳ１３１）について詳述する。図１７は、変形例としての焦点検出処理（焦点検出サブルーチン）を示すフローチャートである。図１７の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。なお、図１７のステップＳ２３２、Ｓ２３３、Ｓ２３５は、図１６の対応するステップとそれぞれ共通するため、それらの説明は省略する。
【０１０６】
ステップＳ２３３にて主被写体（主被写体領域）が決定されると、ステップＳ２３５において、ＣＰＵ１２１は、図１０のステップＳ１０５にて取得したレンズ情報に基づいて、撮影光学系の射出瞳情報を算出する（射出瞳計算）。
【０１０７】
続いてステップＳ２５１において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２３３にて決定された主被写体領域において、画素３１１〜３１３における一対の２像の焦点検出信号を生成する。そしてステップＳ２５２において、ＣＰＵ１２１は、主被写体領域において、仮想的な画素３１４、３１５（仮想画素群）における一対の２像の焦点検出信号を生成する。
【０１０８】
続いてステップＳ２５３において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２３５にて算出された射出瞳情報を用いて、生成された各焦点検出信号の各々の光量アンバランスを軽減する、いわゆるシェーディング補正を施す。これにより、一対の２像間の強度差が軽減され、焦点検出精度が向上する。そしてステップＳ２５４において、ＣＰＵ１２１は、シェーディング補正が施された各焦点検出信号の全てに対して、横ずれ量ｕを算出するための相関演算を行う。そしてステップＳ２５５において、ＣＰＵ１２１は、算出された横ずれ量ｕに対して、投影瞳の基線長に応じた比例定数を乗じてデフォーカス量を算出する。
【０１０９】
続いてステップＳ２５６において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２５４にて実行された相関演算に関し、相関信頼性を判定する。ここで相関信頼性とは、一対の２像の信号の一致度であり、一致度が高いということは焦点検出結果の信頼性や精度が高いことを意味する。続いてステップＳ２５７において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２５５にて算出された５種のデフォーカス量の算出結果から、相関信頼性の高い結果（デフォーカス量）を選択する。ここで、選択する個数は１個でも複数でも構わない。複数の場合、それらを平均化した値を用いればよい。そしてステップＳ２５８において、ＣＰＵ１２１は、決定されたデフォーカス量をフォーカスレンズ駆動量に変換し、ステップＳ２５９においてメインルーチンにリターンする。
【０１１０】
以上の変形例によれば、算出された複数の焦点検出結果から信頼性の高い結果を選択することにより、被写体像の明暗パターンの方向特性に応じた適切な結果を選択することができる。このため、高速かつ高精度な焦点調節が可能となる。
【０１１１】
このように本実施例において、撮像素子１０７は、第１のパターンで分割された第１の画素（画素３１１〜３１３の一つ）を有する第１の画素群を含む。また撮像素子１０７は、第１のパターンとは異なる第２のパターンで分割された第２の画素（画素３１１〜３１３の他の一つ）を有する第２の画素群を含む。焦点検出手段（ＣＰＵ１２１）は、第１の画素の出力信号および第２の画素の出力信号に基づいて焦点検出を行う。好ましくは、焦点検出手段は、被写体像の明暗分布情報（明暗パターン）に応じて、第１の画素信号または第２の画素信号の一方に基づいてフォーカス制御を行う。また好ましくは、第１の瞳領域および第２の瞳領域の瞳分割方向は互いに異なる。
【０１１２】
［その他の実施形態］
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。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（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（又は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。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
【０１１３】
各実施例によれば、高画素数、高画質、高感度、高速読み出しなどの撮像性能を犠牲にすることなく、大デフォーカス状態や特定方向のみに明暗パターンが存在するような状況でも焦点検出可能であって、合焦近傍での焦点検出精度が高い撮像装置を提供可能である。このため各実施例によれば、所望の撮像性能を満たしつつ、種々の状況において高精度な焦点検出が可能な撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１００  撮像装置
１０７  撮像素子
１２１  ＣＰＵ（焦点検出手段）
【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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【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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