(57)【要約】【課題】２つの撮像素子を用いた連続撮影において、撮像の度に焦点調節を行った場合であっても、連続撮影を高速に行うことが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】光学系からの光束を互いに異なる第１方向および第２方向に分割する光束分割手段と、第１撮像用画素と第１焦点検出用画素とを有する第１の撮像素子と、第２撮像用画素と第２焦点検出用画素とを有する第２の撮像素子と、第１の撮像素子と第２の撮像素子とに交互に撮像を行わせる撮像制御手段と、第１の撮像素子による撮像が行われている場合には第２焦点検出用画素の出力に基づいて第１焦点信号を出力し、第２の撮像素子による撮像が行われている場合には第１焦点検出用画素の出力に基づいて第２焦点信号を出力する焦点検出手段と、第１焦点信号と第２焦点信号との一方に基づいて光学系の焦点状態を調節する焦点調節手段と、を備える撮像装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカシングレンズを有する光学系からの光束を、互いに異なる第１方向および第２方向に分割する光束分割手段と、
前記第１方向に分割された光束による像を画像信号に変換する二次元状に配列された第１撮像用画素と、該第１撮像用画素の配列中に配置された第１焦点検出用画素とを有する第１の撮像素子と、
前記第２方向に分割された光束による像を画像信号に変換する二次元状に配列された第２撮像用画素と、該第２撮像用画素の配列中に配置された第２焦点検出用画素とを有する第２の撮像素子と、
前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子とに交互に撮像を行わせる撮像制御手段と、
前記第１の撮像素子による撮像が行われている場合には前記第２焦点検出用画素の出力に基づいて前記光学系の焦点状態を検出して第１焦点信号を出力し、前記第２の撮像素子による撮像が行われている場合には前記第１焦点検出用画素の出力に基づいて前記光学系の焦点状態を検出して第２焦点信号を出力する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により出力された前記第１焦点信号と前記第２焦点信号との一方に基づいて前記フォーカシングレンズを駆動させ、前記光学系の焦点状態を調節する焦点調節手段と、
を備え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、
前記焦点調節手段は、前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子との一方による撮像が行われている場合、前記フォーカシングレンズを駆動させない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、
前記撮影制御手段は、前記第１の撮像素子による撮像と、前記第２の撮像素子による撮像とを、一定間隔ごとに交互に行わせ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、
前記第１の撮像素子は、前記第２の撮像素子における前記第２焦点検出用画素の位置と略同一の位置に前記第１焦点検出用画素が配置されてい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、
前記第１の撮像素子は、前記第２の撮像素子における前記第２焦点検出用画素の位置とは異なる位置に配置された前記第１焦点検出用画素を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記光束分割手段はペリクルミラーであ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】
従来、光学系からの光束を２方向に分割する構成を備えた撮像装置が知られている。例えば特許文献１には、光路上に、交換レンズから到来する光束を反射光束と透過光束に１：１分割するハーフミラー面を備える光分割プリズムを設置したデジタルカメラが記載されている。このデジタルカメラは、それぞれが撮影用画素および焦点検出用画素から構成される２つの撮像素子を有しており、反射光束と透過光束とをそれぞれ異なる撮像素子により受光する。２つの撮像素子の出力を交互に用いて画像データを生成することにより、連続撮影を行うことも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のデジタルカメラには、２つの撮像素子を用いた連続撮影において撮像の度に焦点調節を行うと、高速な連続撮影を行うことができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、フォーカシングレンズを有する光学系からの光束を、互いに異なる第１方向および第２方向に分割する光束分割手段と、第１方向に分割された光束による像を画像信号に変換する二次元状に配列された第１撮像用画素と、該第１撮像用画素の配列中に配置された第１焦点検出用画素とを有する第１の撮像素子と、第２方向に分割された光束による像を画像信号に変換する二次元状に配列された第２撮像用画素と、該第２撮像用画素の配列中に配置された第２焦点検出用画素とを有する第２の撮像素子と、第１の撮像素子と第２の撮像素子とに交互に撮像を行わせる撮像制御手段と、第１の撮像素子による撮像が行われている場合には第２焦点検出用画素の出力に基づいて光学系の焦点状態を検出して第１焦点信号を出力し、第２の撮像素子による撮像が行われている場合には第１焦点検出用画素の出力に基づいて光学系の焦点状態を検出して第２焦点信号を出力する焦点検出手段と、焦点検出手段により出力された第１焦点信号と第２焦点信号との一方に基づいてフォーカシングレンズを駆動させ、光学系の焦点状態を調節する焦点調節手段と、を備えることを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、２つの撮像素子を用いた連続撮影において、撮像の度に焦点調節を行った場合であっても、連続撮影を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す図である。
【図２】ボディ制御装置２１４の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の撮像素子２２０の撮像面を示す平面図である。
【図４】撮像用画素配列および焦点検出用画素配列の拡大図である。
【図５】焦点検出用画素３２０を光束の入射方向側（光学系側）から見た断面図である。
【図６】焦点検出用画素３２０を横方向（図１の紙面側）から見た断面図である。
【図７】撮影用画素３１０、３１１、３１２を光束の入射方向側（光学系側）から見た断面図である。
【図８】撮影用画素３１０、３１１、３１２を横方向（図１の紙面側）から見た断面図である。
【図９】マイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出の説明図である。
【図１０】デフォーカス量演算部２１４ｂによる焦点検出演算の詳細を説明するための図である。
【図１１】連続撮影時の各撮像素子の動作を示すタイムチャートである。
【図１２】連続撮影動作のフローチャートである。
【図１３】焦点検出処理Ｐ１のフローチャートである。
【図１４】焦点調節処理Ｐ２のフローチャートである。
【図１５】撮像処理Ｐ３のフローチャートである。
【図１６】焦点調節処理Ｐ２と撮像処理Ｐ３が重複する場合のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す図である。デジタルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、マウント部２０４を介して交換レンズ２０２がカメラボディ２０３に装着される。
【０００９】
交換レンズ２０２はレンズ制御装置２０６や撮影光学系などを備えている。交換レンズ２０２の撮影光学系は、ズーミングレンズ２０８、レンズ２０９、フォーカシングレンズ２１０、および絞り２１１などの光学部材から構成される。レンズ制御装置２０６はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、フォーカシングレンズ２１０と絞り２１１の駆動制御、ズーミングレンズ２０８、フォーカシングレンズ２１０および絞り２１１の状態検出、後述するボディ制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【００１０】
一方、カメラボディ２０３はボディ制御装置２１４、液晶表示装置駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、メモリカード２１９、第１の撮像素子２２０、第２の撮像素子２２１、ハーフミラー２２３などを備えている。ハーフミラー２２３は、交換レンズ２０２から到来する光束を反射光束と透過光束とに１：１に分割するペリクルミラーである。ハーフミラー２２３は、反射光束が第２の撮像素子２２１の方向へ、透過光束が第１の撮像素子２２０の方向へ、それぞれ向かうように配置されている。第１の撮像素子２２０はハーフミラー２２３を透過した光束を受光する固体撮像素子（例えばＣＭＯＳやＣＣＤなど）であり、交換レンズ２０２の予定結像面（撮像面）に配置される。一方、第２の撮像素子２２１はハーフミラー２２３を反射した光束を受光する固体撮像素子であり、交換レンズ２０２の他の予定結像面（撮像面）に配置される。
【００１１】
ボディ制御装置２１４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１からの画像信号の読み出しと補正、レンズ制御装置２０６との通信（レンズ情報の受信、デフォーカス量などのカメラ情報の送信）、交換レンズ２０２の焦点状態（デフォーカス量）の検出、およびカメラ全体の動作制御を行う。ボディ制御装置２１４とレンズ制御装置２０６はマウント部２０４に設けられた電気接点２１３を介して通信を行い、レンズ情報、デフォーカス量、絞り情報などの各種情報の授受を行う。
【００１２】
この一実施の形態のデジタルカメラでは、液晶表示素子駆動回路２１５と液晶表示素子２１６によりＥＶＦ（Electric View Finder）を構成し、第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１による撮像画像を液晶表示素子２１６に表示して接眼レンズ２１７を介して撮影者に視認させる。なお、撮像画像はメモリカード２１９に記録される。
【００１３】
第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１にはそれぞれ撮像用画素が２次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出用画素列が組み込まれている。交換レンズ２０２を透過してハーフミラー２２３により分割された光束により第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１上に形成された各被写体像は、第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１によりそれぞれ光電変換され、ボディ制御装置２１４へ画像信号が出力される。
【００１４】
図２は、ボディ制御装置２１４の構成を示すブロック図である。ボディ制御装置２１４は、蓄積制御部２１４ａ、デフォーカス量演算部２１４ｂ、レンズ駆動量演算部２１４ｃ、レンズ駆動制御部２１４ｄなどを有する。本実施形態においてこれらの各部は、ボディ制御装置２１４が不図示のＲＯＭ等に格納された所定の制御プログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実装されるが、これらの各部を専用の電子回路として構成してもよい。
【００１５】
蓄積制御部２１４ａは、第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１がそれぞれ有している焦点検出用画素の電荷の蓄積制御を、それぞれ独立して行う。具体的には、焦点検出用画素に電荷の蓄積開始や、焦点検出用画素からの蓄積された電荷の読み出しなどを行う。デフォーカス量演算部２１４ｂは、蓄積制御部２１４ａにより読み出された焦点検出用画素の出力に基づいて焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量を焦点信号としてレンズ駆動量演算部２１４ｃに出力する。レンズ駆動量演算部２１４ｃは、デフォーカス量演算部２１４ｂから出力された焦点信号（デフォーカス量）に基づいて、フォーカシングレンズ２１０を合焦点へと駆動させるために必要なレンズ駆動量を演算する。レンズ駆動制御部２１４ｄは、レンズ駆動量演算部２１４ｃにより演算されたレンズ駆動量を含むフォーカシングレンズ２１０の駆動指示を交換レンズ２０２に送信してレンズ制御装置２０６にフォーカシングレンズ２１０を駆動させ、交換レンズ２０２の焦点状態を調節する。
【００１６】
ボディ制御装置２１４は上述した各処理に加えて、撮像画素の出力に基づき生成した画像信号をメモリカード２１９に格納する処理や、画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り画像信号を液晶表示素子２１６に表示させる処理、レンズ制御装置２０６へ絞り制御情報を伝達し絞り開口の大きさを制御させる処理などを実行する。
【００１７】
レンズ制御装置２０６は、レンズ情報を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値などに応じて変更する。具体的には、レンズ制御装置２０６は、ズーミングレンズ２０８、フォーカシングレンズ２１０の位置と、絞り２１１の絞り位置をモニターし、モニター情報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モニター情報に応じたレンズ情報を選択する。また、レンズ制御装置２０６は、フォーカシングレンズ２１０の駆動指示を受信すると、当該駆動指示に含まれるレンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ２１０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動するとともに、受信した絞り制御情報に基づいて絞り２１１を不図示のモーター等の駆動源により駆動する。
【００１８】
（撮像用画素および焦点検出用画素の説明）
図３は、第１の撮像素子２２０の撮像面を示す平面図である。第１の撮像素子２２０は、単一の基板上において行方向とそれに直交する方向の列方向に二次元正方配列された撮像用画素および焦点検出用画素から構成される。すなわち、撮像用画素は行方向と列方向に稠密に配列されており、第１の撮像素子２２０では画素の稠密配列方向は行方向と列方向になる。図３において、点１００は撮影画面中心（交換レンズ２０２の光軸と第１の撮像素子２２０の交点）であり、直線１０１は点１００を通る行方向（水平方向）の直線であり、直線１０２は点１００を通る列方向（垂直方向）の直線である。
【００１９】
直線１０２の上方向が図１に示すＡの方向であり、下方向が図１に示すＢの方向である。直線１０３は点１００を中心に直線１０１を反時計回りに４５度回転した直線であり、
直線１０４は点１００を中心に直線１０１を時計回りに４５度回転した直線である。第１の撮像素子２２０は直線１０３と直線１０４により４つの区域に分割され、区域１１０と区域１３０は点１００から行方向で右方向および左方向に広がる区域であり、区域１５０と区域１７０は点１００から列方向で上方向および下方向に広がる区域である。
【００２０】
点１００を中心とする楕円１０５、１０６において、点１００を含む楕円１０５の内側が画面中心近傍の領域１０７であり、楕円１０５の外側でかつ楕円１０６の内側の領域は中間的な領域１０８であり、楕円１０６の外側の領域は画面周辺の領域１０９である。
【００２１】
図３において、小さな長方形で示した領域に焦点検出用画素が配列されている。この領域が焦点検出領域（焦点検出エリア）となる。長方形の長手方向が焦点検出用画素の配列方向を、長方形の長手方向の長さは焦点検出領域の長さ（焦点検出用画素の配列画素数）をそれぞれ示している。焦点検出領域以外には撮像用画素が配列されており、複数の焦点検出領域の間の領域は撮像用画素のみの領域となっている。
【００２２】
本実施形態では、第２の撮像素子２２１が有する焦点検出用画素は、図３に示した第１の撮像素子２２０の焦点検出用画素と略同一の位置に配置されている。すなわち、第２の撮像素子２２１の撮像面も、図３に示した通りの構成となっている。
【００２３】
図４は撮像用画素配列および焦点検出用画素配列の拡大図である。なお図４は、第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１の、焦点検出用画素が行方向に配列された領域を拡大して示した図である。撮像用画素は緑画素３１０、赤画素３１１、青画素３１２の３種類の画素からなり、これらの画素がベイヤー配列で２次元配列されている。撮像用画素（緑画素３１０、赤画素３１１、青画素３１２）はそれぞれ、マイクロレンズと、光電変換部と、不図示の色フィルタ（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類）とからなる。
【００２４】
図４において、焦点検出用画素３２０は行方向に連続的に配列され、焦点検出領域を形成する。焦点検出用画素３２０の配列の周囲は撮像用画素により取り囲まれている。なお、焦点検出用画素が列方向に配列された領域は、ちょうど図４を時計回りに９０度回転させたものとなるので、説明を省略する。
【００２５】
図５は焦点検出用画素３２０を光束の入射方向側（光学系側）から見た断面図であり、図６は焦点検出用画素３２０を横方向（図１の紙面側）から見た断面図である。焦点検出用画素３２０はそれぞれ、マイクロレンズ１０と一対の光電変換部１２、１３とからなる。焦点検出用画素３２０において、焦点検出用の光電変換部１２、１３の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１２、１３が前方に投影される。光電変換部１２、１３は半導体回路基板２９上に形成される。
【００２６】
図７は撮影用画素３１０、３１１、３１２を光束の入射方向側（光学系側）から見た断面図であり、図８は撮影用画素３１０、３１１、３１２を横方向（図１の紙面側）から見た断面図である。撮影用画素３１０、３１１、３１２はそれぞれ、マイクロレンズ１０と撮像用の光電変換部１１とからなる。撮像用画素３１０、３１１、３１２において、撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１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。不図示の色フィルタはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。
【００２７】
撮像用画素の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０により所定の絞り開口径（例えばＦ１．０）の光束をすべて受光するような形状に設計される。一方、焦点検出用画素の一対の光電変換部１２、１３は、マイクロレンズ１０により所定の絞り開口径（例えばＦ２．８）の光束をすべて受光するような形状に設計される。
【００２８】
（デフォーカス量演算部２１４ｂによる焦点状態の検出処理の説明）
図９はマイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出の説明図である。焦点検出用画素のマイクロレンズ５０、６０は光学系の予定結像面近傍に配置されている。マイクロレンズ５０は、その背後に配置された一対の光電変換部５２、５３の形状をマイクロレンズ５０、６０から投影距離ｄ０だけ離間した射出瞳９０上に投影し、その投影形状は測距瞳９２、９３を形成する。なお、投影距離ｄ０はマイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離という。マイクロレンズ６０は、その背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状を投影距離（測距瞳距離）ｄ０だけ離間した射出瞳９０上に投影し、その投影形状は測距瞳９２、９３を形成する。すなわち、投影距離ｄ０にある射出瞳９０上で各焦点検出用画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２、９３）が一致するように、各画素の投影方向が決定されている。つまり、一対の測距瞳９２、９３と、一対の光電変換部５２、５３および一対の光電変換部６２、６３は、マイクロレンズ５０、６０を介して共役な関係となっている。
【００２９】
なお、図９では便宜的に、光軸上にある焦点検出用画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２、５３からなる）と、隣接する焦点検出用画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２、６３からなる）を模式的に例示しているが、焦点検出用画素が画面周辺の光軸から離れた位置にあった場合においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出用画素の配列方向は、一対の測距瞳の並び方向すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。
【００３０】
光電変換部５２は、測距瞳９２を通過しマイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７２によりマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部５３は測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７３によりマイクロレンズ５０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、光電変換部６２は測距瞳９２を通過し、マイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８２によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部６３は測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８３によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３１】
上記のような焦点検出用画素を直線状に複数個配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２および測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３を各々通過する焦点検出光束が焦点検出用画素列上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。これら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）を施すことにより、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に応じた変換演算を行うことにより、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。デフォーカス量演算部２１４ｂは以上のような演算を行うことにより、交換レンズ２０２の焦点状態を検出する。
【００３２】
なお、上記説明では測距瞳は交換レンズの開口制限要素（絞り開口、レンズ外形、フードなど）によって制限されていない（けられていない）状態として説明を行ったが、交換レンズの開口制限要素によって測距瞳が制限される場合には、焦点検出用画素の光電変換部は制限を受けた測距瞳を通過する光束を焦点検出光束として受光することになる。
【００３３】
図１０は、デフォーカス量演算部２１４ｂによる焦点検出演算の詳細を説明するための図である。焦点検出用画素列から出力される一対のデータ列（α１〜αＭ、β１〜βＭ：Ｍはデータ数）に対し、下記（１）式に示すような高周波カットフィルター処理を施し、第１データ列（Ａ１〜ＡＮ）、第２データ列（Ｂ１〜ＢＮ）を生成することによって、データ列から相関処理に悪影響を及ぼすノイズ成分や高周波成分を除去する。
Ａｎ＝αｎ＋２×α（ｎ＋１）＋α（ｎ＋２），
Ｂｎ＝βｎ＋２×β（ｎ＋１）＋β（ｎ＋２）  ・・・（１）
【００３４】
上述した（１）式において、ｎ＝１〜Ｎである。また、α１〜αＭは図９において測距瞳９２を通る焦点検出光束により形成された像の画像データに相当し、β１〜βＭは測距瞳９３を通る焦点検出光束により形成された像の画像データに相当する。なお、演算時間の短縮を図る場合や、すでに大きくデフォーカスしていて高周波成分が少ないことがわかっている場合などには、この処理を省略することもできる。
【００３５】
次にデータ列Ａｎ、Ｂｎに対し下記（２）式に示す相関演算を行い、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａｎ−Ｂ（ｎ＋ｋ）｜  ・・・（２）
【００３６】
上述した（２）式において、Σ演算はｎについて累積される総和演算である。ｎのとる範囲は、ずらし量ｋに応じてＡｎ、Ｂｎ＋ｋのデータが存在する範囲に限定される。ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔（画素ピッチ）を単位とした相対的シフト量である。（２）式の演算結果は、図１０（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１０（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。
【００３７】
次に、下記（３）〜（６）式による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（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ  ・・・（３），
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋj）-｜Ｄ｜  ・・・（４），
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋj＋１)｝／２  ・・・（５），
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj＋１)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋj)｝  ・・・（６）
【００３８】
上述の（３）式で算出されたずらし量ｘ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１０（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（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定のしきい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ｘをキャンセルする。あるいは、Ｃ（ｘ）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（ｘ）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ｘをキャンセルする。さらにはまた、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ｘをキャンセルする。図１０（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｘ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｘ）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。
【００３９】
算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを下記（７）式で求めることができる。
ＤＥＦ＝ＫＸ・ＰＹ・ｘ  ・・・（７）
【００４０】
上述の（７）式において、ＰＹは検出ピッチ（焦点検出用画素のピッチ）であり、ＫＸは一対の測距瞳を通過する光束の重心の開き角の大きさ（測距瞳重心間隔と測距瞳距離によって決まる）によって決まる変換係数である。
【００４１】
（連続撮影機能の説明）
本実施形態のデジタルカメラ２０１は、２つの撮像素子に交互に撮像を行わせることにより、高速に連続撮影を行う機能を有している。以下、この機能について説明する。
【００４２】
図１１は、連続撮影時の各撮像素子の動作を示すタイムチャートである。１つの撮像素子による１回の撮影サイクルＣは、図１１に示すように、焦点検出処理Ｐ１、焦点調節処理Ｐ２、および撮像処理Ｐ３の３つの処理からなる。焦点検出処理Ｐ１は、蓄積制御部２１４ａによる焦点検出用画素の電荷の蓄積および読み出しと、デフォーカス量演算部２１４ｂによる焦点状態の検出（デフォーカス量の演算）と、レンズ駆動量演算部２１４ｃによるフォーカシングレンズ駆動部２１２の駆動量の演算からなる処理である。焦点調節処理Ｐ２は、レンズ駆動制御部２１４ｄによる交換レンズ２０２の焦点状態の調節からなる処理である。撮像処理Ｐ３は、ボディ制御装置２１４による撮像素子（第１の撮像素子２２０または第２の撮像素子２２１）の露光制御と、撮像素子の出力の読み出しと、当該出力に基づく画像データの作成と、メモリカード２１９への画像データの記録と、からなる処理である。
【００４３】
なお図１１では説明の便宜上、焦点検出処理Ｐ１に要する時間は、焦点調節処理Ｐ２および撮像処理Ｐ３に要する時間と等しいものとしている。各処理に要する時間がこれとは異なる場合については後に詳述する。
【００４４】
連続撮影を行う際、ユーザは不図示の操作部材を用いて、デジタルカメラ２０１の動作モードを連続撮影用のモードに設定する。上記のモードを設定した後、ユーザがデジタルカメラのレリーズボタン（不図示）の全押し操作を行うと、ボディ制御装置２１４は全押し操作が行われている間、図１１に示すシーケンスで連続撮影を行う。
【００４５】
ボディ制御装置２１４はまず、第１の撮像素子２２０において焦点検出処理Ｐ１を実行し、焦点信号の出力とレンズ駆動量の演算とを行う（時刻Ｔ０〜Ｔ１）。次に、第１の撮像素子２２０の出力に基づくレンズ駆動量を用いて焦点調節処理Ｐ２を実行し（時刻Ｔ１〜Ｔ２）、焦点調節の完了後に撮像処理Ｐ３を実行する（時刻Ｔ２〜Ｔ３）。これと並行して、第２の撮像素子２２１では焦点検出処理Ｐ１を実行する（時刻Ｔ１〜Ｔ３）。なお焦点調節中（フォーカシングレンズ２１０の駆動中）であっても焦点検出が行えることは周知である。
【００４６】
第１の撮像素子２２０において撮像処理Ｐ３が完了すると、ボディ制御装置２１４は当該撮像素子における次の撮影サイクルＣを開始する。つまり、新たに焦点検出処理Ｐ１が開始される（時刻Ｔ３〜Ｔ５）。ボディ制御装置２１４はこれと並行して、第２の撮像素子２２１における焦点調節処理Ｐ２を実行し、その後、撮像処理Ｐ３を実行する（時刻Ｔ３〜Ｔ５）。
【００４７】
以上のように、ボディ制御装置２１４は、第１の撮像素子２２０による撮像が行われている場合には第２の撮像素子２２１の出力に基づく焦点状態の検出およびフォーカシングレンズ２１０の駆動を行い、第２の撮像素子２２１による撮像が行われている場合には第１の撮像素子２２０の出力に基づく焦点状態の検出およびフォーカシングレンズ２１０の駆動を行う。またボディ制御装置２１４は、第１の撮像素子２２０と第２の撮像素子２２１との一方による撮像が行われている場合、フォーカシングレンズ２１０を駆動させない。
【００４８】
図１２は、連続撮影動作のフローチャートである。まずステップＳ１０１では、ボディ制御装置２１４がレリーズボタンの全押し操作が行われているか否かを判定する。レリーズボタンの全押し操作が行われていない場合には、本処理は終了する。他方、レリーズボタンの全押し操作が行われていた場合にはステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２ではボディ制御装置２１４が、連続撮影開始後に初めてステップＳ１０２に到達したか否かを判定する。連続撮影の開始後、ステップＳ１０２に初めて到達した場合には、処理はステップＳ１０３に進む。
【００４９】
ステップＳ１０３では、ボディ制御装置２１４（蓄積制御部２１４ａ、デフォーカス量演算部２１４ｂ、およびレンズ駆動量演算部２１４ｃ）が、第１の撮像素子２２０を対象に後述する焦点検出処理Ｐ１を実行する。次にボディ制御装置２１４は、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５の処理と、ステップＳ１０６の処理と、を並行して実行する。ステップＳ１０４では、ボディ制御装置２１４（レンズ駆動制御部２１４ｄ）により、第１の撮像素子２２０を対象に後述する焦点調節処理Ｐ２が実行される。ステップＳ１０５では、ボディ制御装置２１４が、第１の撮像素子２２０を対象に後述する撮像処理Ｐ３を実行する。他方、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５と並行するステップＳ１０６では、ボディ制御装置２１４（蓄積制御部２１４ａ、デフォーカス量演算部２１４ｂ、およびレンズ駆動量演算部２１４ｃ）により、第２の撮像素子２２１を対象に後述する焦点検出処理Ｐ１が実行される。その後、本処理はステップＳ１０１に戻り、上述の各ステップが繰り返し実行される。
【００５０】
２回目以降の繰り返しでは、ステップＳ１０２において否定判定がなされ、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、ボディ制御装置２１４が、前回実行した撮像処理Ｐ３においてどちらの撮像素子により撮像処理Ｐ３がなされたかを判定する。直近の撮像処理Ｐ３が第１の撮像素子２２０についてなされたものであった場合、本処理は前述したステップＳ１０４およびステップＳ１０６に進む。他方、直近の撮像処理Ｐ３が第２の撮像素子２２１についてなされたものであった場合、処理は以下に述べるステップＳ１０８およびステップＳ１０９に進む。ボディ制御装置２１４は、前述したステップＳ１０４およびステップＳ１０６と同様に、ステップＳ１０８の処理とステップＳ１０９およびステップＳ１１０の処理とを並行して実行する。
【００５１】
ステップＳ１０８ではボディ制御装置２１４（蓄積制御部２１４ａ、デフォーカス量演算部２１４ｂ、およびレンズ駆動量演算部２１４ｃ）が、第１の撮像素子２２０を対象に後述する焦点検出処理Ｐ１を実行する。他方、ステップＳ１０８と並行して実行されるステップＳ１０９では、ボディ制御装置２１４（レンズ駆動制御部２１４ｄ）がステップＳ１０４と同様に、第２の撮像素子２２１を対象に後述する焦点調節処理Ｐ２を実行する。そしてステップＳ１１０では、ボディ制御装置２１４がステップＳ１０５と同様に、第２の撮像素子２２１を対象に後述する撮像処理Ｐ３を実行する。
【００５２】
図１３は、焦点検出処理Ｐ１のフローチャートである。まずステップＳ２０１において蓄積制御部２１４ａが、処理対象の撮像素子が有する焦点検出用画素の蓄積制御を行う。ステップＳ２０２ではデフォーカス量演算部２１４ｂが、処理対象の撮像素子が有する焦点検出用画素の出力を読み出し、前述の方法によりデフォーカス量を演算して焦点信号を出力する。ステップＳ２０３ではレンズ駆動量演算部２１４ｃが、ステップＳ２０２で出力された焦点信号（デフォーカス量）に基づいて、ピントを合わせるために必要なフォーカシングレンズ２１０のレンズ駆動量を演算する。
【００５３】
図１４は、焦点調節処理Ｐ２のフローチャートである。ステップＳ３０１ではレンズ駆動制御部２１４ｄが、ステップＳ２０３でレンズ駆動量演算部２１４ｃにより演算されたレンズ駆動量を含むフォーカシングレンズ２１０の駆動指示を、レンズ制御装置２０６に送信する。レンズ制御装置２０６はこの駆動指示に応じてフォーカシングレンズ２１０を駆動する。
【００５４】
図１５は、撮像処理Ｐ３のフローチャートである。まずステップＳ４０１ではボディ制御装置２１４が、処理対象の撮像素子が有する撮像用画素の蓄積制御を行う。ステップＳ４０２ではボディ制御装置２１４が、処理対象の撮像素子が有する撮像用画素の出力を読み出し、種々の画像処理（例えばノイズ除去やホワイトバランス補正など）を実行して画像データを作成する。ステップＳ４０３ではボディ制御装置２１４がステップＳ４０２で作成された画像データをメモリカード２１９に記録する。なお、レリーズボタンの半押し操作がなされた場合には、撮像処理Ｐ３を除き図１２に示した処理と同様の処理が実行される。つまり、第１の撮像素子２２０と第２の撮像素子２２１とに交互に焦点検出処理および焦点調節処理が行われる。図１２に示した処理と半押し時に行われる処理との具体的な相違点は、ステップＳ１０１において全押し操作ではなく半押し操作が検知される点、ステップＳ１０７において前回の撮像処理ではなく前回の焦点検出処理について判定が行われる点、ステップＳ１０５およびステップＳ１１０が取り除かれる点である。
【００５５】
次に、焦点検出処理Ｐ１、焦点調節処理Ｐ２、および撮像処理Ｐ３に要する時間が図１１に示したものとは異なる場合について説明する。これら３つの処理に要する時間は常に一定になるとは限らない。例えば焦点検出処理Ｐ１に要する時間は、被写体のコントラストに応じて変化する。また、焦点調節処理Ｐ２に要する時間は、レンズ駆動量やフォーカシングレンズ２１０の駆動速度により変化する。ボディ制御装置２１４は、第１の撮像素子２２０と第２の撮像素子２２１との一方による撮像が行われている場合、フォーカシングレンズ２１０が駆動されないように各部を制御する。換言すれば、ボディ制御装置２１４は、いずれかの撮像素子が撮像を行っている環、フォーカシングレンズ２１０の駆動を禁止する。
【００５６】
図１６は、焦点調節処理Ｐ２と撮像処理Ｐ３が重複する場合のタイミングチャートである。図１６では時刻Ｔ１３において、第１の撮像素子２２０では撮像処理Ｐ３が行われている。他方、第２の撮像素子２２１では時刻Ｔ１３においてちょうど焦点検出処理Ｐ１が終了している。通常であれば、このときボディ制御装置２１４は、第２の撮像素子２２１の出力に基づくレンズ駆動量を用いて焦点調節処理Ｐ２を実行するはずである。しかしながら、撮像中にフォーカシングレンズ２１０を駆動することは、撮像結果に影響を及ぼしてしまう。そこでボディ制御装置２１４は、第１の撮像素子２２０における撮像処理Ｐ３が完了するまで、第２の撮像素子２２１における焦点調節処理Ｐ２を実行しない。すなわち、第１の撮像素子２２０における撮像処理Ｐ３の完了待ち処理Ｐ４を実行する。
【００５７】
上述した第１の実施の形態によるデジタルカメラによれば、次の作用効果が得られる。
（１）ペリクルミラー２２３は、フォーカシングレンズ２１０を有する撮影光学系からの光束を、互いに異なる第１方向および第２方向に分割する。カメラボディ２０３は第１の撮像素子２２０と第２の撮像素子２２１とを有している。第１の撮像素子２２０は第１方向に分割された光束による像を画像信号に変換する二次元状に配列された撮像用画素と当該撮像用画素の配列中に配置された焦点検出用画素とを有する。また第２の撮像素子２２１は第２方向に分割された光束による像を画像信号に変換する二次元状に配列された撮像用画素と当該撮像用画素の配列中に配置された焦点検出用画素とを有する。ボディ制御装置２１４は第１の撮像素子２２０と第２の撮像素子２２１とに交互に撮像を行わせる。デフォーカス量演算部２１４ｂは、第１の撮像素子２２０による撮像が行われている場合には第２の撮像素子２２１の出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出して焦点信号を出力し、第２の撮像素子２２１による撮像が行われている場合には第１の撮像素子２２０の出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出して焦点信号を出力する。レンズ駆動制御部２１４ｄは、デフォーカス量演算部２１４ｂにより出力された第１の撮像素子２２０の出力に基づく焦点信号と第２の撮像素子２２１の出力に基づく焦点信号との一方に基づいてフォーカシングレンズ２１０を駆動させ、撮影光学系の焦点状態を調節する。このようにしたので、２つの撮像素子を用いた連続撮影において、撮像の度に焦点調節を行った場合であっても、連続撮影を高速に行うことができる。
【００５８】
（２）レンズ駆動制御部２１４ｄは、第１の撮像素子２２０と第２の撮像素子２２１との一方による撮像が行われている場合、フォーカシングレンズ２１０を駆動させない。このようにしたので、２つの撮像素子を用いた連続撮影において、一方の撮像素子に基づいて行われる焦点調節が、他方の撮像素子の撮像に影響を及ぼすことがない。
【００５９】
（３）第１の撮像素子２２０は、第２の撮像素子２２１における焦点検出用画素の位置と略同一の位置に焦点検出用画素が配置されている。このようにしたので、２つの撮像素子により交互に行われる連続撮影を、同一の被写体部分にピントを合わせたまま実行することが可能となる。
【００６０】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
【００６１】
（変形例１）
上述した実施形態では、静止画の連続撮影を行う機能について説明した。本発明は静止画の撮影ではなく動画の撮影やいわゆるスルー画を撮影する際にも適用することができる。例えば、動画の撮影において、各フレームを２つの撮像素子で交互に撮像する構成とすることも可能であるし、スルー画を２つの撮像素子で交互に撮像しＥＶＦ等に表示することも可能である。
【００６２】
（変形例２）
デジタルカメラ２０１にメモリカード２１９を複数装着可能にしてもよい。この場合、第１の撮像素子２２０により撮像された画像データを一方のメモリーカードに、第２の撮像素子２２１により撮像された画像データを他方のメモリーカードに、それぞれ記録してもよい。このようにすることで、メモリーカードへの記録に要する時間が高速撮影のボトルネックになることを回避することができる。
【００６３】
（変形例３）
上述した実施形態において、２つの撮像素子の焦点検出用画素は略同一の位置に配置されていた。このようにするのではなく、第１の撮像素子２２０における焦点検出用画素の位置とは異なる位置に、第２の撮像素子２２１の焦点検出用画素が配置されるようにしてもよい。このようにすることで、一方の撮像素子において焦点検出が困難な場合であっても、他方の撮像素子において確実に焦点検出を行うことが可能となる。
【００６４】
（変形例４）
撮影光学系からの高速を２方向に分割する光学部材は、ペリクルミラーに限定されない。例えばハーフミラー面を有するプリズムとしてもよい。
【００６５】
（変形例５）
上述の実施形態では連続撮影は可能な限り高速に行う構成となっていた。これをボディ制御装置２１４が、第１の撮像素子２２０による撮像と、第２の撮像素子２２１による撮像とを、所定の一定間隔（所定時間）ごとに交互に行わせるようにしてもよい。例えば撮像前の焦点調節処理が上記の所定時間よりも短かった場合、ボディ制御装置２１４に所定時間が経過するまで待機する処理を実行させれば、このような構成とすることができる。このようにすることで、連続撮影が規則的に行われ、規則的な撮影結果を得ることが可能となる。
【００６６】
（変形例６）
第１の撮像素子２２０および第２の撮像素子２２１が有する撮像用画素が、上述した実施形態の焦点検出用画素と同様に、一対の光電変換部を有する構成としてもよい。このような構成とすることで、任意の画素を焦点検出用画素としても、撮像用画素としても利用することが可能となり、焦点検出エリアを柔軟に設定することが可能となる。
【００６７】
（変形例７）
焦点検出処理Ｐ１、焦点調節処理Ｐ２、および撮像処理Ｐ３を、更に細分化してもよい。例えば上述した実施の形態では、撮像処理Ｐ３に画像処理の実行およびメモリカード２１９への画像データの記録が含まれていたが、これらを撮像処理Ｐ３とは別の処理単位（例えば記録処理と称する）とし、撮像処理Ｐ３から除外してもよい。これは、記録処理が行われている最中にフォーカシングレンズ２１０が駆動されても、記録される画像データには何ら影響を及ぼさないためである。このように、各処理を細分化して、互いに影響を及ぼさないように構成することにより、連続撮影を更に高速化することが可能となる。
【００６８】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
２０１…デジタルカメラ、２０２…交換レンズ、２０６…レンズ制御装置、２１０…フォーカシングレンズ、２１４…ボディ制御装置、２１４ａ…蓄積制御部、２１４ｂ…デフォーカス量演算部、２１４ｃ…レンズ駆動量演算部、２１４ｄ…レンズ駆動制御部、２２０…第１の撮像素子、２２１…第２の撮像素子
【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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