(57)【要約】【課題】本発明は、画素補間に無理のない画素配置であって、直交する２つの配列方向について撮像面位相差方式による焦点調節が可能な撮像素子を有する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置では、撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過した光束を受光する第１の画素を含む第１の画素列と、第１の領域とは異なる第２の領域を通過した光束を受光する第２の画素を含む第２の画素列と、第１の画素列および前記第２の画素列と直交するように配置され、第３の領域を通過した光束を受光する第３の画素を含む第３の画素列と、第１の画素列および第２の画素列と直交するように配置され、第４の領域を通過した光束を受光する第４の画素を含む第４の画素列と、撮影光学系の射出瞳の全領域を通過した光束を受光する第５の画素を含む第５の画素列とを有する撮像素子を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を結像させる撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過した光束を受光する第１の画素を含む第１の画素列と、前記撮影光学系の射出瞳の第１の領域とは異なる第２の領域を通過した光束を受光する第２の画素を含む第２の画素列と、前記第１の画素列および前記第２の画素列と直交するように配置され、前記撮影光学系の射出瞳の第３の領域を通過した光束を受光する第３の画素を含む第３の画素列と、前記第１の画素列および前記第２の画素列と直交するように配置され、前記撮影光学系の射出瞳の第４の領域を通過した光束を受光する第４の画素を含む第４の画素列と、前記撮影光学系の射出瞳の全領域を通過した光束を受光する第５の画素を含む第５の画素列とを有する撮像素子と、
前記第１の画素列から出力される第１の出力信号と前記第５の画素列から出力される第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第１の相関量と、前記第２の画素列から出力される第２の出力信号と前記第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第２の相関量とを算出する第１の位相差算出手段と、
前記第１の相関量と前記第２の相関量を用いて前記撮影光学系の第１のデフォーカス量を算出する第１のデフォーカス量算出手段と、
前記第３の画素列から出力される第３の出力信号と前記第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第３の相関量と、前記第４の画素列から出力される第４の出力信号と前記第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第４の相関量とを算出する第２の位相差算出手段と、
前記第３の相関量と前記第４の相関量を用いて、前記撮像素子の読み出しと直交する方向について前記撮影光学系の第２のデフォーカス量を算出する第２のデフォーカス量算出手段とを備え、
前記撮像素子は、前記第１の画素列および前記第２の画素列と前記第３の画素列および第４の画素列とが交錯する位置に共通画素を有し、前記共通画素には、前記第１の領域と前記第３の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素と、前記第１の領域と前記第４の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素と、前記第２の領域と前記第３の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素と、前記第２の領域と前記第４の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素が含まれることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１および前記第２のデフォーカス量算出手段は、前記共通画素が受光する面積と、前記第１の領域の面積，前記第２の領域の面積、前記第３の領域の面積、および前記第４の領域の面積との比率に基づいた係数を用いて、前記共通画素から出力される出力信号を補正してデフォーカス量を算出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】
前記第３の画素列および前記第４の画素列は、前記第１の画素列および前記第２の画素列に対して長さが短い画素列である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】
前記第１および前記第２のデフォーカス量に応じた重みづけ係数をかけて算出された第３のデフォーカス量によって焦点検出を行う焦点検出制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、撮像装置におけるオートフォーカスの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラなどの撮像装置の焦点検出方法の一つに、撮像素子に形成された焦点検出用画素により位相差方式の焦点検出を行う撮像面位相差オートフォーカス（ＡＦ）がある。例えば、特許文献１では、撮像用画素と撮像兼焦点検出用画素と焦点検出用画素とが二次元に配列された撮像素子による撮像面位相差ＡＦが開示されている。
【０００３】
特許文献１の撮像装置では、撮像兼焦点検出用画素と焦点検出用画素の信号同士の位相差を元にＡＦが実施される。また、特許文献１では、撮像兼焦点検出用画素と焦点検出用画素とが直線状に交互に配置された第１画素列と、当該第１画素列に直交する第２画素列とを有し、それらの交点に撮像兼焦点検出用画素が配置されている撮像素子が開示されている。このような撮像素子により、従来は撮像素子の読み出し方向についてのみ（例えば第１画素列の配列方向のみ）可能だった撮像面位相差ＡＦが他の方向についても可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１５７４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された技術では、直交する第１画素列と第２画素列の交点に撮像兼焦点検出用画素が配置されているため、いわゆるベイヤー配置の撮像素子の場合、交点は緑（Ｇ）画素となる。すなわち、第１画素列が緑（Ｇ）画素と青（Ｂ）画素を置き換えて緑（Ｇ）画素と焦点検出用画素で構成されているならば、第２画素列は緑（Ｇ）画素と赤（Ｒ）画素を置き換えて緑（Ｇ）画素と焦点検出用画素で構成されることとなる。
【０００６】
撮像兼焦点検出用画素と焦点検出用画素とが交互に直線配置された撮像素子の場合、撮影画像の生成にあたって焦点検出用画素の信号を周辺の画素の信号から補間する補正処理を行う必要がある。特許文献１では、この補正処理として、いくつかの画素補間方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、上記第１画素列および第２画素列を有する撮像素子では、赤（Ｒ）画素と青（Ｂ）画素の補間を特許文献１に開示された方法で行った場合、焦点検出用画素の赤（Ｒ）情報と青（Ｂ）情報の補間に対して満足する結果が得られない。これは主として観察者である人間の視感度が、赤（Ｒ）情報に対してより敏感であり、青（Ｂ）情報よりも補正痕が目立って感じられるためである。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、画素補間に無理のない画素配置であって、直交する２つの配列方向について撮像面位相差方式による焦点検出が可能な撮像素子を有する撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体像を結像させる撮影光学系の射出瞳の第１の領域を通過した光束を受光する第１の画素を含む第１の画素列と、前記撮影光学系の射出瞳の第１の領域とは異なる第２の領域を通過した光束を受光する第２の画素を含む第２の画素列と、前記第１の画素列および前記第２の画素列と直交するように配置され、前記撮影光学系の射出瞳の第３の領域を通過した光束を受光する第３の画素を含む第３の画素列と、前記第１の画素列および前記第２の画素列と直交するように配置され、前記撮影光学系の射出瞳の第４の領域を通過した光束を受光する第４の画素を含む第４の画素列と、前記撮影光学系の射出瞳の全領域を通過した光束を受光する第５の画素を含む第５の画素列とを有する撮像素子と、前記第１の画素列から出力される第１の出力信号と前記第５の画素列から出力される第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第１の相関量と、前記第２の画素列から出力される第２の出力信号と前記第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第２の相関量とを算出する第１の位相差算出手段と、前記第１の相関量と前記第２の相関量を用いて前記撮影光学系の第１のデフォーカス量を算出する第１のデフォーカス量算出手段と、前記第３の画素列から出力される第３の出力信号と前記第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第３の相関量と、前記第４の画素列から出力される第４の出力信号と前記第５の出力信号の位相差に基づいて得られる第４の相関量とを算出する第２の位相差算出手段と、前記第３の相関量と前記第４の相関量を用いて、前記撮像素子の読み出しと直交する方向について前記撮影光学系の第２のデフォーカス量を算出する第２のデフォーカス量算出手段とを備え、前記撮像素子は、前記第１の画素列および前記第２の画素列と前記第３の画素列および第４の画素列とが交錯する位置に共通画素を有し、前記共通画素には、前記第１の領域と前記第３の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素と、前記第１の領域と前記第４の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素と、前記第２の領域と前記第３の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素と、前記第２の領域と前記第４の領域の和となる領域を通過した光束を受光する画素が含まれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、画素補間に無理のない画素配置であって、直交する２つの配列方向について焦点検出が可能となり、高画質化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタル一眼レフカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）図１のカメラ本体が備える撮像素子の画素配列の一例を示す図、（ｂ）図２（ａ）に示す点線部の拡大図である。
【図３】撮像素子における読み出し回路の概略構成を示す図である。
【図４】本実施形態における撮影光学系の射出瞳面と撮像素子の光電変換部の共役関係を説明するための図である。
【図５】本実施形態における撮影光学系の射出瞳面と撮像素子の光電変換部の共役関係を説明するための図である。
【図６】本実施形態における撮影光学系の射出瞳面と撮像素子の光電変換部の共役関係を説明するための図である。
【図７】本実施形態における撮影光学系の射出瞳面上における光電変換部に対する投影像を示す図である。
【図８】（ａ）撮影範囲内における焦点検出領域を示す図、（ｂ）焦点検出領域内に配置された２行２Ｎ列の画素を示す図である。
【図９】システム制御回路により実行される焦点調節動作を示すフローチャートである。
【図１０】図９のステップＳ５０４におけるデフォーカス量の算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施形態である撮像素子の画素配列を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタル一眼レフカメラの概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、デジタル一眼レフカメラ（以下、単に「カメラ」と称する）は、焦点調節装置を備えるカメラ本体１００と、カメラ本体１００に装着されたレンズユニット３００とで構成される。
【００１５】
まず、カメラ本体１００の構成について説明する。
【００１６】
カメラ本体１００は、複数種類のレンズユニットを交換して装着することが可能であり、例えば、同一種類で製造番号が異なるレンズユニットの装着も可能である。また、カメラ本体１００は、焦点距離や開放Ｆナンバーが異なる撮影レンズやズーム機能を備えるレンズユニットなども装着可能で、同種、異種のレンズユニットにかかわらず交換可能な構成を有する。
【００１７】
図１のカメラでは、レンズユニット３００を通過して入射した光は、カメラマウント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、撮影者は被写体を光学像として観察しながら撮影できる。光学ファインダ１０４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、露出補正表示等を有する。
【００１８】
メインミラー１３０は、半透過性のハーフミラーで構成される。メインミラー１３０に入射する光束のうち一部は通過してサブミラー１３１で下方へ反射されて焦点検出装置１０５へ入射する。
【００１９】
焦点検出装置１０５は、２次結像光学系からなる位相差ＡＦ機構を有し、得られた光学像を電気信号に変換してＡＦ部（オートフォーカス部）４２へ送る。
【００２０】
ＡＦ部４２では、受信した電気信号から位相差検出処理を行う。この位相差検出処理の結果に基づき、システム制御回路５０がレンズユニット３００内のフォーカス制御部３４２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で行われる。
【００２１】
一方、レンズユニット３００に対する焦点調節処理が終了して静止画撮影、電子ファインダ表示、動画撮影が行われる場合、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を撮影光路外に退避させる。こうして、レンズユニット３００を通過した光束は、露光量を制御するためのシャッター１２を介して、光学像を電気信号に変換する撮像素子１４に入射する。これら一連の撮影動作終了後には、メインミラー１３０とサブミラー１３１は図示の位置に戻る。
【００２２】
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。
【００２３】
タイミング発生回路１８は、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０により制御され、撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、およびＤ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給する。
【００２４】
画像処理回路２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ或いはメモリ制御回路２２からの画像データに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。
【００２５】
撮像素子１４は、撮像のみの機能だけではなく、焦点検出装置としての機能も有している。撮像素子１４の焦点検出方法としては、射出瞳を分割した光束を受光する焦点検出用画素を備えているため、撮像面位相差ＡＦを行うことが可能である。撮像素子１４は、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が撮影光路外に退避した状態において、撮像面位相差ＡＦを行うことができる。
【００２６】
撮像素子１４から得られた画像データのうち焦点検出に対応する画像データは、画像処理回路２０で焦点検出用画像データに変換される。その後、システム制御回路５０を介してＡＦ部４２へ送られ、焦点調節装置により焦点合わせが行われる。なお、画像処理回路２０による画像データの処理結果に基づき、システム制御回路５０がレンズユニット３００内のフォーカス制御部３４２に対して焦点合わせを行う所謂コントラスト方式ＡＦも可能な構成となっている。こうして、電子ファインダ観察時や動画撮影時では、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光路外に退避するが、撮像素子１４による撮像面位相差ＡＦとコントラスト方式ＡＦの両者が可能となっている。特に、撮像面位相差ＡＦが可能であるため、高速な焦点合わせが可能となっている。
【００２７】
カメラ本体１００において、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影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ＡＦが用いられる。また、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光路外へ退避する電子ファインダ観察時や動画撮影時では、撮像素子１４による撮像面位相差ＡＦとコントラスト方式ＡＦが用いられる。そのため、静止画撮影、電子ファインダ、動画撮影のどの撮影においても焦点調節が可能である。
【００２８】
メモリ制御回路２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、および圧縮伸長回路３２を制御する。そして、Ａ／Ｄ変換器１６から出力された画像データが画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、或いは直接メモリ制御回路２２を介して、画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。
【００２９】
画像表示部２８は、液晶モニタ等から構成され、画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データを、Ｄ／Ａ変換器２６を介して表示する。このように、画像データを画像表示部２８を用いて逐次表示することで、電子ファインダ機能を実現することができる。
【００３０】
また、画像表示部２８は、システム制御回路５０の指示により任意に表示を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本体１００の電力消費を大幅に低減できる。
【００３１】
メモリ３０は、撮影した静止画像や動画像を記憶するためのものであり、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。そのため、連写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、システム制御回路５０の作業領域としても使用される。
【００３２】
圧縮伸長回路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に記憶された画像データ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に書き込む。
【００３３】
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、レンズユニット３００内の絞り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。
【００３４】
インターフェース（Ｉ／Ｆ）３８とコネクタ１２２は、カメラ本体１００とレンズユニット３００とを電気的に接続する。これらは、カメラ本体１００とレンズユニット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。
【００３５】
測光部４６は、ＡＥ処理を行う。また、測光部４６は、レンズユニット３００を通過した光束を、カメラマウント１０６、ミラー１３０、そして不図示の測光用レンズを介して受光することにより画像の露出状態を測定できる。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、画像処理回路２０による処理結果に基づき、システム制御回路５０が、シャッター制御部３６とレンズユニット３００内の絞り制御部３４４に対してＡＥ制御を行うことも可能である。
【００３６】
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を有する。
【００３７】
システム制御回路５０はカメラ本体１００の全体を制御する。本実施形態では、システム制御回路５０は、撮像素子でのＡＦ制御を行う焦点検出制御、位相差算出、デフォーカス量算出等の各種処理を行う。メモリ５２は、システム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。
【００３８】
表示部５４は、システム制御回路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。また、表示部５４は、例えばＬＣＤやＬＥＤ等により構成され、カメラ本体１００の視認し易い位置に１つまたは複数設置される。ＬＣＤに表示されるものとしては、記録枚数や撮影可能枚数等の撮影枚数に関する情報、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。また、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。
【００３９】
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。
【００４０】
モードダイアル６０、シャッタースイッチ６２，６４、画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６、クイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチ６８、及び操作部７０は、システム制御回路５０の各種の動作指示を入力するための操作手段である。なお、操作手段は、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、音声認識装置等が１つ或いは複数の組み合わせで構成されていてもよい。
【００４１】
モードダイアルスイッチ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の切り替え設定ができる。シャッタースイッチ６２（ＳＷ１）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６４（ＳＷ２）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。なお、撮影に関する処理とは、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から読み出された信号がＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に画像データとして書き込まれる。現像処理は、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２で行われる。記録処理では、メモリ３０から読み出された画像データに対して圧縮伸長回路３２で圧縮が行われ、圧縮された画像データが記録媒体２００または記録媒体２１０に書き込まれる。
【００４２】
画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、画像表示部２８のＯＮ／ＯＦＦを設定するためのスイッチである。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、画像表示部２８への電源供給を遮断することにより、省電力を図ることができる。
【００４３】
クイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチ６８は、撮影直後に画像データを自動再生するクイックレビュー機能を設定するためのスイッチである。
【００４４】
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。
【００４５】
電源制御部８０は、不図示の電池検出回路、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。また、電源制御部８０は、電源部８６が電池の場合の当該電池の装着の有無、当該電池の種類、当該電池の残量の検出を行い、その検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。そして、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。
【００４６】
コネクタ８２，８４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をカメラ本体１００と接続する。
【００４７】
インターフェース（Ｉ／Ｆ）９０，９４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する。コネクタ９２，９６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。
【００４８】
記録媒体着脱検知部９８は、コネクタ９２またはコネクタ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が１系統或いは複数系統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ることが可能な構成であっても構わない。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加された管理情報を転送し合うことが可能な構成であってもよい。
【００４９】
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。
【００５０】
コネクタ１１２は、通信部１１０によりカメラ本体１００を他の機器と接続する。なお、コネクタ１１２は、無線通信の場合はアンテナである。
【００５１】
記録媒体２００，２１０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体２００，２１０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、カメラ本体１００とのインターフェース２０４，２１４、カメラ本体１００と接続を行うコネクタ２０６，２１６を備えている。
【００５２】
次に、レンズユニット３００について説明する。
【００５３】
レンズユニット３００は、カメラ本体１００に着脱可能に構成される。
【００５４】
レンズマウント３０６は、レンズユニット３００をカメラ本体１００と機械的に結合し、カメラマウント１０６を介してカメラ本体１００に交換可能に取り付けられる。カメラマウント１０６及びレンズマウント３０６内には、レンズユニット３００をカメラ本体１００と電気的に接続するコネクタ１２２及びコネクタ３２２の機能が含まれている。
【００５５】
撮影レンズ３１０には、ズームレンズや、被写体の焦点合わせを行うフォーカスレンズが含まれる。絞り３１２は、入射光の光量を制御する絞りである。
【００５６】
コネクタ３２２及びインターフェース３３８は、レンズユニット３００をカメラ本体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、カメラ本体１００とレンズユニット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。なお、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。
【００５７】
ズーム制御部３４０は、ズームレンズのズーミングを制御する。フォーカス制御部３４２は、フォーカスレンズの動作を制御する。なお、レンズユニット３００がズーム機能のない単焦点レンズタイプであればズーム制御部３４０は省略されてもよい。
【００５８】
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。
【００５９】
レンズシステム制御部３４６は、レンズユニット３００全体を制御する。そして、レンズシステム制御部３４６は、レンズユニット３００の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリとしての機能も備えている。
【００６０】
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。本実施形態においては、レンズユニット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レンズ枠開口部の撮像素子１４からの距離と枠開口部の半径の情報である。
【００６１】
絞り３１２は、撮影レンズ３１０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部などが枠に該当する。また、撮影レンズ３１０を通過する光束を決定する枠は、フォーカスレンズの位置（フォーカス位置）やズームレンズの位置（ズーム位置）によって異なるため、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、カメラ本体１００が焦点検出を行う際には、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、カメラ本体１００にコネクタ３２２を通じて送られる構成となっている。
【００６２】
次に、撮像素子１４による焦点検出方法について説明する。
【００６３】
図２（ａ）は、撮像素子１４（例えば２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサ）の縦方向（図示のＹ方向）１５行と横方向（図示のＸ方向）２１列の範囲を、撮影光学系側から観察した図である。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（Ｇｒｅｅｎ）と青（Ｂｌｕｅ）のカラーフィルタが交互に設けられる。また、偶数行の画素には、左から順に赤（Ｒｅｄ）と緑（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタが交互に設けられる。
【００６４】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す画素配列のうち、５行６列目から始まる８×８画素の部分画素配列（図２（ａ）の点線部）の拡大図である。
【００６５】
図２（ｂ）において、円形の２１１ｉはオンチップマイクロレンズを表わす。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である。例えば、オンチップマイクロレンズの内側で、中心に対してＸ方向に偏倚して配置されている矩形の光電変換部３１１ａｈ，３１１ｂｈはＸ方向の焦点検出用画素を示している。また、オンチップマイクロレンズの内側で、中心に対してＹ方向に偏倚して配置されている矩形の光電変換部３１１ａｖ，３１１ｂｖは、Ｙ方向の焦点検出用画素を示している。
【００６６】
そして、光電変換部３１１ａｈを有する焦点検出用画素を含むＸ方向７行の画素列と光電変換部３１１ａｖを有する焦点検出用画素を含むＹ方向８列の画素列が交錯する位置には、光電変換部３１１ａａを有する共通画素が配置されている。
【００６７】
同様に、光電変換部３１１ａｈを有する焦点検出用画素を含むＸ方向７行の画素列と光電変換部３１１ｂｖを有する焦点検出用画素を含むＹ方向１０列の画素列が交錯する位置には、光電変換部３１１ａｂを有する共通画素が配置されている。
【００６８】
同様に、光電変換部３１１ｂｈを有する焦点検出用画素を含むＸ方向９行の画素列と光電変換部３１１ａｖを有する焦点検出用画素を含むＹ方向８列の画素列が交錯する位置には、光電変換部３１１ｂａを有する共通画素が配置されている。
【００６９】
さらに、光電変換部３１１ｂｈを有する焦点検出用画素を含むＸ方向９行の画素列と光電変換部３１１ｂｖを有する焦点検出用画素を含むＹ方向１０列の画素列が交錯する位置には、光電変換部３１１ｂｂを有する共通画素が配置されている。
【００７０】
共通画素は、いずれも図示のような開口部を有している。例えば、光電変換部３１１ａａでは、光電変換部３１１ａｈと光電変換部３１１ａｖの和となる領域が開口部として設けられている。このように共通画素を焦点検出用画素とすることで、すべての焦点検出用画素を青（Ｂ）画素が配置される場所に設けることが可能となり、画像生成時の画素補間が行いやすくなる。
【００７１】
焦点検出用画素に対しては、緑（Ｇ）のカラーフィルタが配置されている。焦点検出用画素は、すべて本来青（Ｂ）の画素が配置される場所に配置されている。これは、上述のとおり、青（Ｂ）の画素の出力が、人間の視感度において最も影響度が低く、補正後の画質に対しても影響度が低いためである。
【００７２】
本実施形態では、各画素は、面積、Ｘ方向およびＹ方向の位置が異なり、１つの画素に対して、１つの光電変換信号を読み出す構成となっている。
【００７３】
次に、上述した焦点検出用画素および共通画素によるデフォーカス量の検出方法について説明する。
【００７４】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すオンチップマイクロレンズ２１１ｉと、光電変換部３１１ａｈ，３１１ｂｈ，３１１ａｖ，３１１ｂｖおよび光電変換部３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ｂａ，３１１ｂｂで、撮影光学系の射出光束が瞳分割される。そして、同一行上に配置された所定範囲内の複数の画素において、光電変換部３１１ａｈの出力をつなぎ合わせて生成したものをＡＦ用Ａｈ像とする。同じく、光電変換部３１１ｂｈの出力をつなぎ合わせて生成したものをＡＦ用Ｂｈ像とする。同様に、同一列上に配置された所定範囲内の複数の画素において、光電変換部３１１ａｖの出力をつなぎ合わせて生成したものをＡＦ用Ａｖ像とする。同じく、光電変換部３１１ｂｖの出力をつなぎ合わせて生成したものをＡＦ用Ｂｖ像とする。
【００７５】
ＡＦ用Ａｈ像、Ｂｈ像、Ａｖ像およびＢｖ像の信号は、各々２画素ピッチの緑のカラーフィルタが設けられた画素から得られる。また、Ｘ方向およびＹ方向に共通画素を有しているため、ＡＦ用Ａｈ像、Ｂｈ像、Ａｖ像およびＢｖ像を構成する信号列には、光電変換部３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ｂａ，３１１ｂｂで得られた信号も部分的に含むこととなる。
【００７６】
光電変換部３１１ａｈと図中のＸ方向に交互に配置された光電変換部３１１ｃｈの出力をつなぎあわせて生成したものをＡＦ用ＧＡｈ像とする。光電変換部３１１ｂｈと図中のＸ方向に交互に配置された光電変換部３１１ｃｈの出力をつなぎあわせて生成したものをＡＦ用ＧＢｈ像とする。同様に、光電変換部３１１ａｖと図中のＹ方向に交互に配置された光電変換部３１１ｃｈの出力をつなぎあわせて生成したものをＡＦ用ＧＡｖ像とする。光電変換部３１１ｂｖと図中のＹ方向に交互に配置された光電変換部３１１ｃｈの出力をつなぎあわせて生成したものをＡＦ用ＧＢｖ像とする。
【００７７】
このように生成されたＡＦ用Ａｈ像とＧＡｈ像の相対的な像ずれ量、ＡＦ用Ｂｈ像とＧＢｈ像の相対的な像ずれ量を相関演算により求めることで、所定領域の焦点ずれ量、すなわち第１のデフォーカス量を検出することができる。同様に、ＡＦ用Ａｖ像とＧＡｖ像の相対的な像ずれ量、ＡＦ用Ｂｖ像とＧＢｖ像の相対的な像ずれ量を相関演算により求めることで、所定領域の焦点ずれ量、すなわち第２のデフォーカス量を検出することができる。
【００７８】
本実施形態では、ＡＦ用Ａｈ像、Ａｖ像もしくはＢｈ像、Ｂｖ像を出力する光電変換部以外の光電変換部３１１ｃｈから撮像用の信号を得ることができ、画像を生成することができる。画像を生成する際には、光電変換部３１１ａｈ，３１１ｂｈ，３１１ａｖ，３１１ｂｖおよび光電変換部３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ｂａ，３１１ｂｂの出力信号は、周囲の画素の出力を用いて補正処理が行われる。なお、補正の際には、ＡＦ用画素の出力を用いてもよい。
【００７９】
以下、光電変換部３１１ａｈを有する画素を含む画素列を第１の画素列と呼び、光電変換部３１１ｂｈを有する画素を含む画素列を第２の画素列と呼ぶ。また、光電変換部３１１ａｖを有する画素を含む画素列を第３の画素列と呼び、光電変換部３１１ｂｖを有する画素を含む画素列を第４の画素列と呼ぶ。
【００８０】
そして、第１の画素列から得られる出力信号を第１の出力信号（ＡＦ用Ａｈ像）と呼び、第２の画素列から得られる出力信号を第２の出力信号（ＡＦ用Ｂｈ像）と呼ぶ。第３の画素列から得られる出力信号を第３の出力信号（ＡＦ用Ａｖ像）と呼び、第４の画素列から得られる出力信号を第４の出力信号（ＡＦ用Ｂｖ像）と呼ぶ。また、第１から第４の画素列のそれぞれと交互に配置される撮像用の信号を第５の出力信号（ＡＦ用ＧＡｈ像、ＧＢｈ像、ＧＡｖ像、ＧＢｖ像）と呼ぶ。
【００８１】
図２（ａ）において、７行目、９行目に配置されたＡＦ用Ａｈ像、ＡＦ用Ｂｈ像の画素列は、実際には図示された列範囲よりも広く配置されている。これに対して、８列目、１０列目に配置されたＡＦ用Ａｖ像、ＡＦ用Ｂｖ像の画素列は、Ａｈ像、Ｂｈ像の画素列に対して短く配置されている。これは、非点収差を原因として、第１のデフォーカス量と第２のデフォーカス量とに乖離が生じ、これらから最終合焦位置までの第３のデフォーカスを算出することが合焦近傍でのみ必要であり、両画素列が長くなくても用をなすためである。これはＸ方向に所定行単位でなされる撮像素子からの読み出しに当たって、Ａｖ像、Ｂｖ像、ＧＡｖ像、ＧＢｖ像に対するラインメモリを最小限に抑えることにも貢献する。第３のデフォーカス量の算出方法については後述する。
【００８２】
図３は、撮像素子１４における読み出し回路の概略構成を示す図である。
【００８３】
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。そして、図示の各画素の境界部には、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。図示の各画素では、これらの走査ラインを介して信号が外部に読み出される。
【００８４】
図４、図５、図６は、本実施形態における撮影光学系の射出瞳面と、像高ゼロすなわち像面中央近傍に配置された撮像素子の光電変換部の共役関係を説明するための図である。
【００８５】
撮像素子内の光電変換部と撮影光学系の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズによって共役関係となるように設計される。そして、撮影光学系の射出瞳は、一般的に光量調節用の虹彩絞りが置かれる面とほぼ一致する。一方、撮影光学系にはズームレンズが含まれるが、光学タイプによっては変倍が行なわれると、射出瞳の像面からの距離や大きさが変化する。
【００８６】
図４〜図６に示す撮影光学系では、焦点距離が広角端と望遠端の中間、すなわちＭｉｄｄｌｅの状態を示している。これを標準的な射出瞳距離Ｚｅｐと仮定して、オンチップマイクロレンズの形状や、像高（Ｘ、Ｙ座標）に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。
【００８７】
図４〜図６において、１０１は第１レンズ群、１０１２は第１レンズ群を保持する第１鏡筒部材、１０５は第３レンズ群、１０５２は第３レンズ群を保持する第２鏡筒部材である。１０２は絞りであり、１０２１は絞り開放時の開口径を規定する開口板、１０２２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。なお、撮影光学系を通過する光束の制限部材として作用する第１鏡筒部材１０１２、開口板１０２１、絞り羽根１０２２、及び第２鏡筒部材１０５２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部をレンズの射出瞳と定義し、前述したように像面からの距離をＺｅｐとしている。
【００８８】
中央画素２１１０は、被写体像を光電変換するための画素であって、像面中央近傍に配置されている。中央画素２１１０は、最下層には、光電変換部３１１０ａｈ（図４）もしくは光電変換部３１１０ｂｈ（図５）もしくは光電変換部３１１０ｃｈ（図６）が配置される。光電変換部は、オンチップマイクロレンズ２１１０ｉによって撮影光学系の射出瞳面に投影される。別の言い方をすれば、撮影光学系の射出瞳の一部の領域または全領域を通過した光束がオンチップマイクロレンズ２１１０ｉを介して光電変換部の表面に投影されることになる。
【００８９】
また、中央画素２１１０は、最下層の光電変換部に続いて、配線層２１１０ｅ〜２１１０ｇ、カラーフィルタ２１１０ｈ、及びオンチップマイクロレンズ２１１０ｉの各部材で構成される。
【００９０】
図７は、撮影光学系の射出瞳面上における光電変換部に対する投影像を示す図である。
【００９１】
図４に示す光電変換部３１１０ａｈおよび図５に示す３１１０ｂｈに対する投影像は、図７に示すＥＰ１ａｈ及びＥＰ１ｂｈとなる。また、図６に示す光電変換部３１１０ｃｈに対する投影像ＥＰ１ｃｈ（不図示）は、投影像ＥＰ１ａｈとＥＰ１ｂｈの和とおおむね等しい領域となる。
【００９２】
本実施形態では、Ｘ方向に偏った光電変換部３１１０ａｈ，３１１０ｂｈについてのみ示したが、Ｙ方向に偏った光電変換部３１１０ａｖ，３１１０ｂｖについても同様な構成であり、図中のａｈ，ｂｈをａｖ，ｂｖと置き換えて考えてよい。以下、特に断りがない限り、Ｘ方向に偏った光電変換部について説明する。
【００９３】
また、本実施形態では、投影像ＥＰ１ａｈを第１の瞳部分領域と呼び、投影像ＥＰ１ｂｈを第２の瞳部分領域と呼び、投影像ＥＰ１ａｖを第３の瞳部分領域と呼び、投影像ＥＰ１ｂｖを第４の瞳部分領域と呼ぶ。
【００９４】
図４、図５において、撮影光学系を通過する光束の最外部をＬで示すと、光束Ｌは絞りの開口板１０２１で規制されており、投影像ＥＰ１ａｈ，ＥＰ１ｂｈは撮影光学系でケラレがほぼ発生していない。図７では、図４、図５の光束ＬをＴＬで示している。ＴＬで示す円の内部に、光電変換部の投影像ＥＰ１ａｈ，ＥＰ１ｂｈの大部分が含まれていることからも、ケラレがほぼ発生していないことがわかる。光束Ｌは絞りの開口板１０２１でのみ制限されているため、ＴＬは開口板１０２１と言い換えることができる。この際、像面中央では、投影像ＥＰ１ａｈないし投影像ＥＰ１ｂｈが光軸に対して対称となり、各光電変換部３１１０ａｈ，３１１０ｂｈが受光する光量は等しい。
【００９５】
図８（ａ）は、撮像素子１４の撮像面上の焦点検出領域の一例を示す図である。
【００９６】
撮像素子１４では、撮像面上（受光面上）の焦点検出領域４０１内で撮像面位相差ＡＦが行われる。焦点検出領域４０１内では、撮影範囲４００内の水平方向、垂直方向のコントラスト差を用いて位相差検出が行われる。焦点検出用画素は、焦点検出領域４０１内に図２（ａ）に示すように配置されている。
【００９７】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す焦点検出領域４０１内に配置された２行２Ｎ列の焦点検出用画素の配置例を示す図である。
【００９８】
図８（ｂ）には、図２（ｂ）に示すＡＦ用Ａｈ像に対応する光電変換部３１１ａｈと、ＡＦ用Ｂｈ像に対応する光電変換部３１１ｂｈと、ＡＦ用ＧＡｈ像、ＧＢｈ像に対応する光電変換部３１１ｃｈのみを抽出して配した画素例を示している。本実施形態では、図８（ｂ）に示す画素の出力および不図示のＡＦ用Ａｖ像、Ｂｖ像およびＡＦ用ＧＡｖ像、ＧＢｖ像を用いて位相差の算出を行う。
【００９９】
図８（ｂ）において、ｉ行上のｊ個目のＡＦ用Ａｈ像の信号を作成するために用いられる画素信号をＡｈ（ｉ，ｊ）とし、同様にｉ行上のｊ個目のＡＦ用Ｂｈ像の信号を作成するために用いられる画素信号をＢｈ（ｉ，ｊ）として示している。また、ｉ行上のｊ個目のＡＦ用ＧＡｈ像の信号を作成するために用いられる画素信号をＧＡｈ（ｉ，ｊ）としている。同様に、ｉ行上のｊ個目のＡＦ用ＧＢｈ像の信号を作成するために用いられる画素信号をＧＢｈ（ｉ，ｊ）としている。
【０１００】
なお、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、焦点検出領域内で用いるＡＦ用信号は２行２Ｎ列の画素で構成される例を示したが、行数、列数はこれに限らない。行数は２行以上の所定行数が配列されていればよいし、列数は位相差が検出できる範囲で適宜設定すればよい。
【０１０１】
本実施形態では、ＡＦ用Ａｈ像の信号は、ＡＦ用ＧＡｈ像の信号と同じ行に配置され、ＡＦ用Ｂｈ像の信号は、ＡＦ用ＧＢｈ像の信号と同じ行に配置されている。一方で、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用Ｂｈ像は、図２（ａ）中でＹ方向に離れて配置されている。本実施形態では、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用ＧＡｈ像の相関量とＡＦ用Ｂｈ像とＡＦ用ＧＢｈ像の相関量を各々に算出するため、このように配置することができる。２対の相関量の算出方法の詳細は、後述する。
【０１０２】
図９は、システム制御回路５０により実行される焦点調節動作を示すフローチャートである。
【０１０３】
本実施形態では、システム制御回路５０が電子ファインダのための表示や動画記録を行いつつ、図示の焦点調節動作を並行して実行するものとする。
【０１０４】
まず、ステップＳ５０１では、システム制御回路５０は、シャッタースイッチ６２（ＳＷ１）や操作部７０などの操作により焦点検出開始指示ボタンがＯＮされたかを検知し、ＯＮされた場合にはステップＳ５０２へ進む。ここでは、焦点検出開始ボタンによる判別をしているが、電子ファインダ表示や動画記録に移行したことをトリガーに、焦点検出を開始してもよい。
【０１０５】
ステップＳ５０２では、システム制御回路５０は、レンズユニット３００からレンズ枠情報やフォーカスレンズ位置などの各種情報をインターフェース３３８，３８を介して取得する。
【０１０６】
ステップＳ５０３では、システム制御回路５０は、逐次読み出されている画像データから画像処理回路２０により対の焦点検出用信号を生成する。本実施形態では、図８（ｂ）に示すような２行のＸ方向におけるＡＦ用Ａｈ像、Ｂｈ像、ＧＡｈ像、ＧＢｈ像およびＹ方向におけるＡＦ用Ａｖ像、Ｂｖ像、ＧＡｖ像、ＧＢｖ像の信号が生成される。これらの信号はＡＦ部４２へ送られる。
【０１０７】
ステップＳ５０４では、システム制御回路５０は、ＡＦ部４２を制御して公知の相関演算などにより、対の焦点検出用信号のずれ量を算出し、デフォーカス量に換算する（デフォーカス量の算出処理）。
【０１０８】
ここで、図９のステップＳ５０４におけるデフォーカス量の算出処理の詳細について図１０を参照して説明する。
【０１０９】
図１０において、ステップＳ５０４１では、システム制御回路５０は、同じ行（ｍ行目）から得られるＡＦ用Ａｈ像の信号とＡＦ用ＧＡｈ像の信号を用いた相関演算を行う。相関演算に用いる第１の相関量ＣＯＲ１（ｋ）は、下式（１）により算出される。
【０１１０】
【数１】
2016099416.tif 000003
【０１１１】
上記式（１）で用いる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。
【０１１２】
ＡＦ用Ａｈ像の信号とＡＦ用ＧＡｈ像の信号の相関を最も示す場合、すなわち、第１の相関量ＣＯＲ１が最小となる場合のｋの値を求める。ここで、ｋの値は、整数で算出すると分解能が荒くなってしまうため、適宜補間処理が行われ、所謂サブピクセル演算が行われる。Ａｈ−ＧＡｈ間のＸ方向相関演算では、両画素列がＡｖ−ＧＡｖよりも長く配置されているため、より多くのシフト量が確保可能である。すなわち、Ｘ方向に関しては、より大きなデフォーカス状態でも測距が可能である。
【０１１３】
一方、Ａｖ−ＧＡｖ間では大きなシフト量は確保できないものの、合焦近傍でＸ方向と同等の精度での測距が可能である。合焦近傍では、撮影光学系の非点収差を原因として、検出されるＸ方向合焦位置と、Ｙ方向合焦位置とに差が生じることがある。本実施形態における撮像素子１４の画素配置は、Ｘ、Ｙ方向ともに測距可能であるため、これらの差を検出することが可能であり、これらからより最適な最終合焦位置への制御が可能である。
【０１１４】
本実施形態では、システム制御回路５０が、位相差算出処理として、第１の相関量ＣＯＲ１の差分を取り、差分量の符号が変化するシフト量ｄｋを検出する。相関量の差分ＤＣＯＲ１は、下記式（２）で算出される。
【０１１５】
［数２］
ＤＣＯＲ１（ｋ）＝ＣＯＲ１（ｋ）−ＣＯＲ１（ｋ−１）      …（２）
そして、相関量ＣＯＲ１の差分ＤＣＯＲ１を用いて、差分量の符号が変化するシフト量ｄｋ１を検出する。
【０１１６】
符号が変化する直前のｋの値をｋ１、符号が変化した直後のｋの値をｋ２（ｋ２＝ｋ１＋１）とすると、シフト量ｄｋは、下記式（３）により算出される。
【０１１７】
［数３］
ｄｋ１＝ｋ１＋｜ＤＣＯＲ１（ｋ１）｜／｜ＤＣＯＲ１（ｋ１）−ＤＣＯＲ１（ｋ２）｜      …（３）
以上のようにして、１ピクセル以下のＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用ＧＡｈ像のシフト量ｄｋ１を算出し、ステップＳ５０４１の処理を終える。なお、上述の位相差の算出方法には、様々な公知の方法があり、他の方法を用いても構わない。
【０１１８】
ステップＳ５０４２では、システム制御回路５０は、上述と同様の方法で、同じ行（ｍ＋１行目）から得られるＡＦ用Ｂｈ像の信号とＡＦ用ＧＢｈ像の信号を用いて第２の相関量ＣＯＲ２を算出した後、相関量の差分ＤＣＯＲ２を算出し、シフト量ｄｋ２を算出する。
【０１１９】
また、システム制御回路５０は、上述と同様の方法で、位相差算出処理として、Ｙ方向の相関量である第３の相関量ＣＯＲ３、第４の相関量ＣＯＲ４、さらに、それらの差分であるＤＣＯＲ３，ＤＣＯＲ４、シフト量であるｄｋ３，ｄｋ４を算出する。
【０１２０】
ステップＳ５０４３では、システム制御回路５０は、デフォーカス量算出処理として、算出されたシフト量ｄｋ１，ｄｋ２の和ｄｋ＿ｓｕｍｈおよびシフト量ｄｋ３，ｄｋ４の和ｄｋ＿ｓｕｍｖを算出する。さらに、予め不揮発性メモリ５６に記憶された敏感度を乗じることで、シフト量を第１のデフォーカス量および第２のデフォーカス量に換算する。
【０１２１】
また、ステップＳ５０４３では、システム制御回路５０は、読み出し方向が異なる二つのデフォーカス量ＤＥＦ１，ＤＥＦ２から最終合焦位置までの第３のデフォーカス量ＤＥＦ３を算出する。上述の通り、撮影光学系の非点収差によって、ＤＥＦ１とＤＥＦ２の間に乖離が生まれることがある。この際、一方のデフォーカス量のみを採用して最終合焦位置までのデフォーカス量としてしまうと、撮影画像は焦点が合っていない画像になってしまう。そこで、下記式（４）を用いて、第３のデフォーカス量ＤＥＦ３を算出する。
【０１２２】
【数４】
2016099416.tif 000004
【０１２３】
このとき、ＤＥＦｔｈは合焦近傍を規定するデフォーカス量である。すなわち、合焦近傍にある場合には、Ｘ方向、Ｙ方向から得られたＤＥＦ１，ＤＥＦ２の平均的な値をＤＥＦ３として、最終合焦位置を決定する。一方、合焦近傍から離れている場合には、（すなわち、ＤＥＦ１またはＤＥＦ２がＤＥＦｔｈよりも大きい場合には）より大デフォーカスまで検出可能なＤＥＦ１をＤＥＦ３として利用する。
【０１２４】
以上のように、第３のデフォーカス量ＤＥＦ３の算出（ステップＳ５０４３）を終えると、リターンする。
【０１２５】
本実施形態では、一例としてのＫｈ，Ｋｖを紹介したが、これに限定されず、たとえばＸ方向にエッジ成分を持たないような被写体の場合には、ＤＥＦ１、ＤＥＦ２の信頼性判定などを経て、ＤＥＦ２を重みづけするよう係数を変更してもよい。
【０１２６】
図９のステップＳ５０３にて生成されるＡＦ用Ａｈ像の信号、Ｂｈ像およびＹ方向におけるＡＦ用Ａｖ像の信号、Ｂｖ像の信号には、光電変換部３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ｂａ，３１１ｂｂからの信号が含まれる。例えば、光電変換部３１１ａａは、通常の光電変換部３１１ａｈに比べて受光面積が広いため、補正処理なしでＡｈ像の信号の一部としてしまうと、信号強度が高い信号が混入してしまう。そこで光電変換部３１１ａａの信号強度Ｉａａは以下のような補正係数をかけてからＡｈ像信号の一部とする。
【０１２７】
【数５】
2016099416.tif 000005
【０１２８】
但し、Ｓａａ，Ｓａｈは、光電変換部３１１ａａ，３１１ａｈの受光部面積を示す。この受光面積の比率を利用した補正係数Ｋａａにより、光電変換部３１１ａａから得られる信号が持つ信号強度の悪影響を抑えることができる。
【０１２９】
図９に戻り、ステップＳ５０５では、システム制御回路５０は、ステップＳ５０４で算出されたデフォーカス量に基づき、フォーカスレンズの駆動量を算出する。
【０１３０】
ステップＳ５０６では、システム制御回路５０は、インターフェース３８，３３８を介して、フォーカスレンズの駆動量をレンズユニット３００内のフォーカス制御部３４２に送り、フォーカスレンズを駆動することで焦点調節を行う。最終合焦位置として設定された位置に移動した後、ステップＳ５０７において、再度上述したデフォーカス量の算出処理を実行し、第３のデフォーカス量ＤＥＦ３を算出する。その時の第３のデフォーカス量ＤＥＦ３が合焦状態とみなせる判定幅に収まっているか否かを判定する（ステップＳ５０８）。この判定の結果、判定幅から逸脱している場合にはステップＳ５０５へ戻り、必要な量のフォーカスレンズの駆動を実施する。一方、判定幅内であると判定された場合には、本処理を終了し、別途用意される撮像処理へと引き継がれる。
【０１３１】
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て得られる信号であるＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用Ｂｈ像を、位相差検出方向と直交する方向に離れて配置している。そのため、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用Ｂｈ像が、被写体である光学像をサンプリングする位置が異なり、２つの像の類似度は保証されない。上述のような２つの信号の位相差を、相関量を算出することにより求める場合には、２つの信号は一致度が高いほうが、精度よく位相差の検出を行うことができる。
【０１３２】
本実施形態では、被写体である光学像上で、ＡＦ用Ａｈ像と概ね同じ位置をサンプリングできるＡＦ用ＧＡｈ像を用いて、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用ＧＡｈ像の位相差を算出する。さらに、同様にＡＦ用Ｂｈ像とＡＦ用ＧＢｈ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の和を用いて、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用Ｂｈ像の位相差を高精度に算出することができる。
【０１３３】
一方で、最終的には、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用Ｂｈ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ＡＦ用Ａｈ像とＧＡｈ像の位相差に対して、本実施形態ではより大きな位相差を検出することとなる。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。
【０１３４】
このように構成することにより、ＡＦ用Ａｈ像の信号を得る画素を含む第１の画素列とＡＦ用Ｂｈ像の信号を得る画素を含む第２の画素列の配置の自由度を上げる、言い換えると、離れた位置に配置することができる。このことは、撮像用の信号を生成する際に補正の行いやすいＡＦ用画素配置の実現につながり、高画質化を実現することができる。ＡＦ用Ａｖ像の信号を得る画素を含む第３の画素列とＡＦ用Ｂｖ像の信号を得る画素を含む第４の画素列の配置の自由度についても同様のことが言える。
【０１３５】
本実施形態では、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用ＧＡｈ像から得られる相関量（第１の相関量）を用いて得られる位相差ｄｋ１（第１の位相差）とＡＦ用Ｂｈ像とＡＦ用ＧＢｈ像から得られる相関量（第２の相関量）を用いて得られる位相差ｄｋ２（第２の位相差）を算出した。また、ＡＦ用Ａｖ像とＡＦ用ＧＡｖ像から得られる相関量（第１の相関量）を用いて得られる位相差ｄｋ３（第３の位相差）とＡＦ用Ｂｖ像とＡＦ用ＧＢｖ像から得られる相関量（第４の相関量）を用いて得られる位相差ｄｋ４（第４の位相差）を算出した。そして、位相差ｄｋ１とｄｋ２の和を用いて、デフォーカス量を算出したが、デフォーカス量の算出方法は、これに限らない。例えば、ＡＦ用Ａｈ像とＡＦ用ＧＡｈ像から得られる相関量（第１の相関量）とＡＦ用Ｂｈ像とＡＦ用ＧＢｈ像から得られる相関量（第２の相関量）の和を算出し、２つの相関量の和から、上述と同様に、位相差を算出してもよい。この場合、ＡＦ用Ａ像とＡＦ用Ｂ像から検出される位相差の量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。
【０１３６】
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、敏感度を乗じたが、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いてもよい。敏感度情報の記憶容量は増えるが、より精度のよい焦点検出を行うことが可能となる。
【０１３７】
［他の実施形態］
図１１は、本発明の他の実施形態である撮像素子の画素配列を示した図である。
【０１３８】
光電変換部３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ｂａ，３１１ｂｂの形状は、上記実施形態と異なり、三角形の開口部を有している。この場合であっても、たとえば光電変換部３１１ａａは３１１ａｈと３１１ａｖが得る信号を同量検出することができる。また、式（５）に示したような信号強度の補正がなくとも、大きな影響を受けずにＡｈ像、Ａｖ像を形成することが可能となる。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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】
【０１４１】
１４  撮像素子
５０  システム制御回路
１００  カメラ本体
１０５  焦点検出装置
３００  レンズユニット
３１０  フォーカスレンズやズームレンズを含む撮影レンズ
３１１ａｈ，３１１ｂｈ，３１１ａｖ，３１１ｂｖ  光電変換部
３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ｂａ，３１１ｂｂ  光電変換部
【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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【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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