(57)【要約】【課題】撮像素子から得られる像信号対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おいて、像信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制する。【解決手段】撮影光学系の射出瞳のうち、第１の瞳領域を通過する光束を光電変換して得られる第１の信号と、第２の瞳領域を通過する光束を光電変換して得られる第２の信号とから構成される像信号対を複数生成する。複数の信号対は、信号対を構成する第１および第２の信号のノイズ成分の相関量が異なる。各信号対の位相差のうち、いずれかを用いて撮影光学系の合焦距離を調節する。これにより、像信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することが可能な焦点検出装置およびその制御方法が得られる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、複数の像信号対を生成する生成手段と、
前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する１対の像信号を用いた相関演算により、前記１対の像信号の位相差を算出する算出手段と、
前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、
前記複数の像信号対の各々は、第１の像信号と第２の像信号とからなり、
前記生成手段は、前記第１の信号から前記第１の像信号を、前記第２の信号から前記第２の像信号を生成し、
前記複数の像信号対のうち、第１の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第２の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記調節手段は、前記第１の像信号対の位相差と、前記第２の像信号対の位相差とのいずれかに基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記生成手段は、
前記第１の像信号対の前記第１の像信号の生成に用いる前記第１の信号の一部を用いて前記第２の像信号対の前記第１の像信号を生成し、
前記第１の像信号対の前記第２の像信号の生成に用いる前記第２の信号の一部を用いて前記第２の像信号対の前記第２の像信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記複数の像信号対が、第３の像信号対をさらに含み、
第１の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、前記第３の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記生成手段は、
前記第１の像信号対の前記第１の像信号の生成に用いる前記第１の信号の一部であって、前記第２の像信号対の前記第１の像信号の生成には用いられない第１の信号を用いて前記第３の像信号対の前記第１の像信号を生成し、
前記第１の像信号対の前記第２の像信号の生成に用いる前記第２の信号の一部であって、前記第２の像信号対の前記第２の像信号の生成には用いられない第２の信号を用いて前記第３の像信号対の前記第２の像信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記生成手段は、
前記第２の像信号対を、前記第１の像信号対とは異なる第１の像信号と第２の像信号の組み合わせとして生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記複数の像信号対が、第３の像信号対をさらに含み、
第１の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、前記第３の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記生成手段は、
前記第３の像信号対を、異なる前記第１の像信号対を構成する第１の像信号と第２の像信号との組み合わせとして生成し、
前記第２の像信号対と前記第３の像信号対では、前記第１の像信号対を構成する第１の像信号と第２の像信号との組み合わせを異ならせる、
ことを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記調節手段は、前記第１の像信号対の位相差に基づくデフォーカス量と、前記第２の像信号対の位相差および前記第３の像信号対の位相差に基づくデフォーカス量とのいずれかに基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする請求項３または５に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記調節手段は、像信号対に含まれるノイズ成分の相関の大きさが該像信号対の相関量の大きさに影響を与えると判定される場合には前記第１の像信号対とは異なる像信号対の位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記調節手段は、前記複数の像信号対の信号量が大きいと判定される場合には前記第１の像信号対の位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項９】
前記調節手段は、前記複数の像信号対のピーク値が閾値より大きいと判定される場合には前記第１の像信号対の位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項１０】
前記調節手段は、前記複数の像信号対の信号量が小さいと判定される場合には前記第１の像信号対とは異なる像信号対に基づくデフォーカス量を用いて前記撮影光学系の合焦距離を調節することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項１１】
前記調節手段は、前記複数の像信号対のボトム値が閾値より大きいと判定される場合には前記第１の像信号対とは異なる像信号対に基づくデフォーカス量を用いて前記撮影光学系の合焦距離を調節することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項１２】
前記算出手段は、前記複数の像信号対のうち、含まれるノイズ成分の相関がないか、十分に低いことが想定される像信号対についてのみ前記位相差を算出することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項１３】
撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、像信号対を生成する生成手段と、
前記像信号対を用い、異なる画素から得られる前記第１の信号と前記第２の信号との相関演算により、１対の像信号の位相差を算出する算出手段と、
前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、
前記像信号対は、複数の前記第１の信号から構成される第１の像信号と、複数の前記第２の信号から構成される第２の像信号とを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項１４】
前記複数の第１の信号と、前記複数の第２の信号とは、画素のそれぞれが、マイクロレンズと、該マイクロレンズを共有する第１の光電変換部および第２の光電変換部とを有する撮像素子から得られ、
前記像信号対は、マイクロレンズを共有しない複数の第１の光電変換部と複数の第２の光電変換部とから得られる前記複数の第１の信号と前記複数の第２の信号とを対として含むことを特徴とする請求項１３に記載の焦点検出装置。
【請求項１５】
前記像信号対は、前記マイクロレンズもしくは信号の経路を共有する複数の前記第１の光電変換部と複数の前記第２の光電変換部から得られる複数の前記第１の信号と複数の前記第２の信号とから生成される第１の像信号および第２の像信号より、含まれるノイズ成分の相関が低い第１の像信号および第２の像信号からなる、
ことを特徴とする請求項１４に記載の焦点検出装置。
【請求項１６】
撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、像信号対を生成する生成手段と、
前記像信号対について、像信号対を構成する１対の像信号を用いた相関演算により、前記１対の像信号の位相差を算出する算出手段と、
前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、
前記像信号対は、複数の前記第１の信号から構成される第１の像信号と、複数の前記第２の信号から構成される第２の像信号とからなり、
前記算出手段は、マイクロレンズもしくは信号の経路を共有する前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部から得られる前記第１の信号と前記第２の信号との差分を用いずに前記位相差を算出する、
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項１７】
前記生成手段は、複数の前記第１の光電変換部と、該複数の前記第１の光電変換部のそれぞれとマイクロレンズもしくは信号の経路を共有する複数の前記第２の光電変換部から得られる複数の前記第１の信号と複数の前記第２の信号から、複数の前記第１の信号の偶数番目の信号から算出される信号と、奇数番目の信号から算出される信号とが交互に配列された第１の像信号と、複数の前記第２の信号の偶数番目の信号から算出される信号と、奇数番目の信号から算出される信号とが交互に配列された第２の像信号からなる前記像信号対を生成し、
前記算出手段は、前記第１の像信号と前記第２の像信号とを１つずらして前記位相差を算出する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の焦点検出装置。
【請求項１８】
前記生成手段は、マイクロレンズもしくは信号の経路を共有する複数の前記第１の光電変換部と複数の前記第２の光電変換部から得られる複数の前記第１の信号と複数の前記第２の信号に、デジタルフィルタを適用することによって前記像信号対を生成することを特徴とする請求項１７に記載の焦点検出装置。
【請求項１９】
前記第２の信号は、マイクロレンズを共有する前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との両方から得られる第３の信号から、該第１の光電変換部から得られる前記第１の信号を減じて得られるものであることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項２０】
複数の前記第２の信号は、複数の前記第１の信号と、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部とから得られる複数の第３の信号との差分をとることで取得されることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
前記複数の前記第１の光電変換部と前記複数の前記第２の光電変換部とを有する撮像素子と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２２】
生成手段が、撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、複数の像信号対を生成する生成工程と、
算出手段が、前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する１対の像信号を用いた相関演算により、前記１対の像信号の位相差を算出する算出工程と、
調節手段が、前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記複数の像信号対の各々は、第１の像信号と第２の像信号とからなり、
前記生成工程では、前記第１の信号から前記第１の像信号を、前記第２の信号から前記第２の像信号を生成し、
前記複数の像信号対のうち、第１の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第２の像信号対を構成する前記第１の像信号と前記第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記調節工程では、前記第１の像信号対の位相差と、前記第２の像信号対の位相差とのいずれかに基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項２３】
生成手段が、撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、像信号対を生成する生成工程と、
前記像信号対を用い、異なる画素から得られる前記第１の信号と前記第２の信号とを対とした相関演算により、１対の像信号の位相差を算出する算出工程と、
前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記像信号対は、複数の前記第１の信号から構成される第１の像信号と、複数の前記第２の信号から構成される第２の像信号とを有する、
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項２４】
生成手段が、撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、像信号対を生成する生成工程と、
算出手段が、前記像信号対について、像信号対を構成する１対の像信号を用いた相関演算により前記１対の像信号の位相差を算出する算出工程と、
調節手段が、前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記像信号対は、複数の前記第１の信号から構成される第１の像信号と、複数の前記第２の信号から構成される第２の像信号とからなり、
前記算出工程では、マイクロレンズもしくは信号の経路を共有する前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部から得られる前記第１の信号と前記第２の信号との差分を用いずに前記位相差を算出する、
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項２５】
焦点検出装置が有するコンピュータを、請求項１から請求項２０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、１つのマイクロレンズを２つの光電変換部で共有する構成を有する。これにより、マイクロレンズを共有する２つの光電変換部のうち、第１の光電変換部では撮影光学系の射出瞳内の第１の領域を出射する光束に基づく信号が得られる。また、第２の光電変換部では、撮影光学系の射出瞳内の第２の領域を出射する光束に基づく信号が得られる。複数の第１の光電変換部から得られる信号列と複数の第２の光電変換部から得られる信号列との相関演算を行って信号列の位相差（位相ずれ量）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、マイクロレンズを共有する第１の光電変換部と第２の光電変換部の出力を加算することで、マイクロレンズあたり１つの光電変換部を有する一般的な画素と同様の出力を得ることができる。そのため、１つの画素から、第１の光電変換部の出力（Ａ信号）、第２の光電変換部の出力（Ｂ信号）、および第１の光電変換部と第２の光電変換部の加算出力（Ａ＋Ｂ信号）という３種類の出力を得ることができる。特許文献１では、一方の光電変換部の出力（例えばＡ信号）を読み出した後でＡ＋Ｂ信号を読み出し、Ｂ信号は個別に読み出しせずに、Ａ＋Ｂ信号からＡ信号を減じることで生成している。これにより、３種類の信号を２回の読み出しで取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８２３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、Ａ信号とＢ信号とを読み出し、Ａ＋Ｂ信号は読み出さずにＡ信号とＢ信号とを加算して生成しても、２回の読み出しで３種類の信号を取得することは可能である。しかし、Ａ信号とＢ信号とにはそれぞれ読み出し回路に起因するランダムノイズが含まれる。そのため、Ａ信号とＢ信号とを加算して得られるＡ＋Ｂ信号には加算されたランダムノイズが含まれる。ランダムノイズの増加は画質を低下させるため、特許文献１では、Ａ＋Ｂ信号は読み出して取得し、Ａ＋Ｂ信号からＡ（またはＢ）信号を減じてＢ（またはＡ）信号を生成している。
【０００６】
焦点検出を行う場合、Ａ信号から相関演算用のＡ信号列を生成し、Ａ＋Ｂ信号からＡ信号を減じて生成したＢ信号から相関演算用のＢ信号列を生成することにより、焦点検出用の像信号対を生成する。そして、Ａ信号列とＢ信号列との相対的なシフト量を変えながら相関量を演算し、相関量が最小になる（相関が最大になる）シフト量を探索する。しかしながら、Ａ＋Ｂ信号からＡ信号を減じて生成したＢ信号は、Ａ信号に含まれるノイズ成分と相関を有するノイズ成分を含むため、Ａ信号列とＢ信号列とのシフト量が０のとき、他のシフト量に対してノイズ成分の大きさが特異な値を有する。そして、例えば被写体のコントラストや輝度が低い場合のように、ＳＮ比が低い状態において、シフト量０のときのノイズ成分によって焦点検出精度が低下する場合がある。
【０００７】
また、像信号対を構成する信号列間のノイズ成分が相関を有するのは、Ｂ信号をＡ＋Ｂ信号からＡ信号を減じて生成する場合だけに限らない。例えば、第１の光電変換部と第２の光電変換部から読み出される信号が同じアンプで増幅される場合など、信号経路中のノイズ源を共有する場合にも、像信号対を構成する信号列間のノイズ成分は相関を有する。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、撮像素子から得られる像信号対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おいて、像信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的は、撮影光学系の射出瞳の第１の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第１の光電変換部から得られる複数の第１の信号と、撮影光学系の射出瞳の第２の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第２の光電変換部から得られる複数の第２の信号とから、複数の像信号対を生成する生成手段と、複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する１対の像信号を用いた相関演算により、１対の像信号の位相差を算出する算出手段と、位相差に基づいて撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、複数の像信号対の各々は、第１の像信号と第２の像信号とからなり、生成手段は、第１の信号から第１の像信号を、第２の信号から第２の像信号を生成し、複数の像信号対のうち、第１の像信号対を構成する第１の像信号と第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第２の像信号対を構成する第１の像信号と第２の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、調節手段は、第１の像信号対の位相差と、第２の像信号対の位相差とのいずれかに基づいて撮影光学系の合焦距離を調節する、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】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子から得られる像信号対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おいて、像信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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カメラシステムの機能構成例を示すブロック図
【図２】実施形態における撮像素子の構成例を示す図
【図３】実施形態における撮像素子の構成例を示す図
【図４】図３の撮像素子の動作例を示すタイミングチャート
【図５】実施形態における光電変換領域と射出瞳との関係例を示す図
【図６】実施形態における撮影範囲と焦点検出領域の例を示す図。
【図７】第１の実施形態における像信号対の生成方法の例を模式的に示す図
【図８】実施形態における焦点調節動作の例を示すフローチャート
【図９】実施形態におけるデフォーカス量の算出方法の例を示すフローチャート
【図１０】第２の実施形態における像信号対の生成方法の例を模式的に示す図
【図１１】相関を有するノイズ成分が相関量の演算に与える影響を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
●（第１の実施形態）
以下、本発明の例示的な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る焦点検出装置をレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラ（カメラシステム）に適用した実施形態について説明する。しかしながら本発明に係る焦点検出装置は、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成可能な撮像素子を有する任意の電子機器に適用可能である。このような電子機器には、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ一般はもとより、カメラ機能を有する携帯電話機、コンピュータ機器、メディアプレーヤ、ロボット機器、ゲーム機器、家電機器などが含まれるが、これらに限定されない。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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のデフォーカスの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）に対してフォーカスレンズの駆動制御を行う。
【００１６】
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。
【００１７】
撮像素子１４はＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、光電変換領域（またはフォトダイオード）を有する画素が複数、２次元的に配置された構成を有する。撮像素子１４は被写体光学像に対応する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。なお、後述するように、Ａ／Ｄ変換器１６は撮像素子１４に組み込まれてもよい。
【００１８】
本実施形態に係る撮像素子１４は少なくとも一部の画素が複数の光電変換領域（またはフォトダイオード）を有するように構成されている。上述の通り、このような構成を有する画素は、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を出力可能である。従って、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、焦点検出装置１０５に光が入射しない場合であっても、撮像素子１４の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出が可能である。
【００１９】
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。複数の光電変換領域を有する画素から、一部の光電変換領域の出力を読み出したり、全ての光電変換領域の出力を加算読み出ししたりするための制御信号は、システム制御部５０がタイミング発生回路１８を制御して撮像素子１４に供給する。
【００２０】
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。
【００２１】
画像処理部２０はまた、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ（撮像素子１４の出力信号）のうち、焦点検出用信号の生成に用いられる出力信号から、位相差検出方式の焦点検出に用いる１対の信号列を生成する。その後、１対の信号列はシステム制御部５０を介してＡＦ部４２へ送られる。ＡＦ部４２は１対の信号列の相関演算により信号列間の位相ずれ量（シフト量）を検出し、位相ずれ量を撮影レンズ３００のデフォーカス量とデフォーカス方向に変換する。ＡＦ部４２は、変換したデフォーカスの量および方向をシステム制御部５０に出力する。システム制御部５０は、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２を通じてフォーカスレンズを駆動し、撮影レンズ３００の合焦距離を調節する。
【００２２】
また、画像処理部２０は、撮像素子１４から得られる、通常の画像データを生成するための信号（上述したＡ＋Ｂ信号に相当）に基づいて、コントラスト評価値を演算することができる。システム制御部５０は、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２を通じてフォーカスレンズ位置を変更しながら撮像素子１４で撮影を行い、画像処理部２０で算出したコントラスト評価値の変化を調べる。そして、システム制御部５０は、フォーカスレンズを、コントラスト評価値が最大となる位置に駆動する。このように、本実施形態のカメラ１００は、コントラスト検出方式の焦点検出も可能である。
【００２３】
従って、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から得られる信号に基づいて、位相差検出方式とコントラスト検出方式の両方の焦点検出が可能である。また、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の焦点検出が可能である。このように、カメラ１００は、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検出が可能である。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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１５０或いは１６０に画像データとして書き込む。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１５０及び１６０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体１５０及び１６０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１５２，１６２、カメラ１００とのインターフェース１５４，１６４、カメラ１００と接続を行うコネクタ１５６，１６６を備えている。
【００３５】
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る。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。フォーカス制御部３４２の動作は、システム制御部５０が、レンズシステム制御部３４６を通じて制御する。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、焦点検出装置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。
【００４０】
次に、撮像素子１４の構成を図２および図３を用いて説明する。
図２（ａ）は、撮像素子１４が有する複数の画素のうち、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を出力可能な構成を有する画素の回路構成例を示す。ここでは、１つの画素２００に、マイクロレンズを共有する複数の光電変換領域または光電変換部として２つのフォトダイオードＰＤ２０１ａ、２０１ｂが設けられた構成を説明する。しかし、より多く（例えば、４つ）のフォトダイオードが設けられてもよい。フォトダイオード２０１ａ（第１の光電変換部）、フォトダイオード２０１ｂ（第２の光電変換部）は、後述するように、焦点検出画素として機能するとともに、撮像画素としても機能する。
【００４１】
転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂ、リセットスイッチ２０５、選択スイッチ２０６は例えばＭＯＳトランジスタにより構成されてよい。以下の説明ではこれらスイッチはＮ型のＭＯＳトランジスタとするが、Ｐ型のＭＯＳトランジスタであってもよいし、他のスイッチング素子であってもよい。
【００４２】
図２（ｂ）は、撮像素子１４に２次元配列された複数の画素のうち、水平ｎ画素、垂直ｍ画素を模式的に示した図である。ここでは、全ての画素が図２（ａ）に示した構成を有するものとする。各画素にはマイクロレンズ２３６が設けられ、フォトダイオード２０１ａ、２０１ｂは同一のマイクロレンズを共有する。以下では、フォトダイオード２０１ａにより得られる信号をＡ信号または第１の信号、フォトダイオード２０１ｂにより得られる信号をＢ信号または第２の信号と呼ぶ。また、複数のＡ信号から生成される焦点検出用の信号列をＡ像または第１の像信号、複数のＢ信号から生成される焦点検出用の信号列をＢ像または第２の像信号と呼ぶ。また、対をなすＡ像とＢ像とを、信号列対または像信号対と呼ぶ。
【００４３】
転送スイッチ２０２ａはフォトダイオード２０１ａとフローティングディフュージョン（ＦＤ）２０３との間に接続される。また、転送スイッチ２０２ｂはフォトダイオード２０１ｂとＦＤ２０３との間に接続される。転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂは、それぞれフォトダイオード２０１ａ、２０１ｂで発生した電荷を共通のＦＤ２０３に転送する素子である。転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂは、それぞれ制御信号ＴＸ＿Ａ、ＴＸ＿Ｂによって制御される。
【００４４】
フローティングディフュージョン（ＦＤ）２０３は、フォトダイオード２０１ａ、２０１ｂから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部（キャパシタ）として機能する。
【００４５】
増幅部２０４は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタである。増幅部２０４のゲートは、ＦＤ２０３に接続され、増幅部２０４のドレインは電源電位ＶＤＤを供給する共通電源２０８に接続される。増幅部２０４は、ＦＤ２０３に保持された電荷に基づく電圧信号を増幅して、画像信号として出力する。
【００４６】
リセットスイッチ２０５は、ＦＤ２０３と共通電源２０８との間に接続される。リセットスイッチ２０５は、制御信号ＲＥＳによって制御され、ＦＤ２０３の電位を電源電位ＶＤＤにリセットする機能を有する。
【００４７】
選択スイッチ２０６は、増幅部２０４のソースと垂直出力線２０７の間に接続される。選択スイッチ２０６は、制御信号ＳＥＬによって制御され、増幅部２０４で増幅された画像信号を垂直出力線２０７に出力する。
【００４８】
図３は、撮像素子１４の構成例を示す図である。撮像素子１４は、画素アレイ２３４、垂直走査回路２０９、電流源負荷２１０、読み出し回路２３５、共通出力線２２８、２２９、水平走査回路２３２及びデータ出力部２３３を有する。以下では画素アレイ２３４に含まれる全ての画素が図２（ａ）に示した回路構成を有するものとする。しかしながら、一部の画素はマイクロレンズあたり１つのフォトダイオードが設けられた構成を有してもよい。
【００４９】
画素アレイ２３４は、行列状に配置された複数の画素２００を有する。図３には説明を簡略化するために、４行ｎ列の画素アレイ２３４を示している。しかし、画素アレイ２３４が有する画素２００の行数および列数は任意である。また、本実施形態において、撮像素子１４は単板式カラー撮像素子であり、原色ベイヤー配列のカラーフィルタを有している。そのため、画素２００には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のカラーフィルタのいずれか１つが設けられている。なお、カラーフィルタを構成する色や配列に特に制限はない。また、画素アレイ２３４に含まれる一部の画素は遮光され、オプチカルブラック（ＯＢ）領域を形成する。
【００５０】
垂直走査回路２０９は、行ごとに設けられた駆動信号線２３６を介して、各行の画素２００に、図２（ａ）に示した各種の制御信号を供給する。なお、図３では簡略化のために各行の駆動信号線２３６を１本の線で表しているが、実際には複数の駆動信号線が各行に存在する。
【００５１】
画素アレイ２３４に含まれる画素は、一列ごとに共通の垂直出力線２０７に接続される。垂直出力線２０７の各々には、電流源負荷２１０が接続される。それぞれの画素２００からの信号は、列ごとに設けられた読み出し回路２３５に垂直出力線２０７を通じて入力される。
【００５２】
水平走査回路２３２は、それぞれが１つの読み出し回路２３５に対応する制御信号ｈｓｒ（０）〜ｈｓｒ（ｎ−１）を出力する。制御信号ｈｓｒ（）はｎ個の読み出し回路２３５の１つを選択する。制御信号ｈｓｒ（）で選択された読み出し回路２３５は、共通出力線２２８、２２９を通じてデータ出力部２３３に信号を出力する。
【００５３】
次に、読み出し回路２３５の具体的な回路構成例を説明する。図３には、ｎ個の読み出し回路２３５のうち１つについての回路構成例を示しているが、他の読み出し回路２３５も同じ構成を有する。本実施形態の読み出し回路２３５はランプ型のＡＤ変換器を含んでいる。
【００５４】
垂直出力線２０７を通じて読み出し回路２３５に入力された信号は、クランプ容量２１１を介してオペアンプ２１３の反転入力端子に入力される。オペアンプ２１３の非反転入力端子には、基準電圧源２１２から基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。フィードバック容量２１４〜２１６とスイッチ２１８〜２２０がオペアンプ２１３の反転入力端子と出力端子の間に接続される。オペアンプ２１３の反転入力端子と出力端子の間にはさらにスイッチ２１７が接続される。スイッチ２１７は制御信号ＲＥＳ＿Ｃにより制御され、フィードバック容量２１４〜２１６の両端をショートさせる機能を有する。また、スイッチ２１８〜２２０はシステム制御部５０からの制御信号ＧＡＩＮ０〜ＧＡＩＮ２で制御される。
【００５５】
比較器２２１にはオペアンプ２１３の出力信号と、ランプ信号発生器２３０から出力されるランプ信号２２４が入力される。Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２はノイズレベル（Ｎ信号）を保持するための記憶素子であり、Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３はＡ信号およびＡ信号とＢ信号が加算された信号レベル（Ａ＋Ｂ信号）を保持するための記憶素子である。比較器２２１の出力（比較結果を表す値）とカウンタ２３１の出力（カウンタ値）２２５が、Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２とＬａｔｃｈ＿Ｓ２２３のそれぞれに入力される。Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２とＬａｔｃｈ＿Ｓ２２３の動作（有効または無効）はそれぞれ、ＬＡＴＥＮ＿Ｎ、ＬＡＴＥＮ＿Ｓで制御される。Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２で保持したノイズレベルはスイッチ２２６を介して共通出力線２２８に出力される。Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３で保持した信号レベルはスイッチ２２７を介して共通出力線２２９に出力される。共通出力線２２８、２２９はデータ出力部２３３に接続される。
【００５６】
スイッチ２２６、２２７は水平走査回路２３２からの制御信号ｈｓｒ（ｈ）で制御される。ここで、ｈは制御信号線が接続されている読み出し回路２３５の列番号を示す。各読み出し回路２３５のＬａｔｃｈ＿Ｎ２２２、Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３に保持された信号レベルは共通出力線２２８、２２９に順次出力され、データ出力部２３３を通じてメモリ制御部２２や画像処理部２０に出力される。この、各読み出し回路２３５で保持された信号レベルを順次外部に出力する動作を水平転送と呼ぶ。なお、読み出し回路に入力される制御信号（ｈｓｒ（）を除く）や、垂直走査回路２０９、水平走査回路２３２、ランプ信号発生器２３０、カウンタ２３１の制御信号は、タイミング発生回路１８やシステム制御部５０から供給される。
【００５７】
図３に示した撮像素子１４の読み出し動作に関するタイミングチャートである図４を参照して、１行分の画素に対する読み出し動作について説明する。なお、各制御信号がＨのときに各スイッチはオンになり、Ｌのときに各スイッチはオフになるものとする。
【００５８】
時刻ｔ１において垂直走査回路２０９は、制御信号ＲＥＳをＨにした状態で制御信号ＴＸ＿Ａ、ＴＸ＿ＢをＬからＨにして、転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂをオンにする。これにより、フォトダイオード２０１ａ、２０１ｂに蓄積された電荷は、転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂ、リセットスイッチ２０５を介して共通電源２０８に転送され、フォトダイオード２０１ａ、２０１ｂはリセットされる。また、ＦＤ２０３も同様にリセットされる。時刻ｔ２において垂直走査回路２０９が、制御信号ＴＸ＿Ａ、ＴＸ＿ＢをＬとし、転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂをオフすると、フォトダイオード２０１ａ、２０１ｂで光電荷の蓄積が開始する。
【００５９】
所定の蓄積時間が経過すると、時刻ｔ３において垂直走査回路２０９は、制御信号ＳＥＬをＨとし、選択スイッチ２０６をオンにする。これにより、増幅部２０４のソースが垂直出力線２０７に接続される。時刻ｔ４において垂直走査回路２０９は、制御信号ＲＥＳをＬとし、リセットスイッチ２０５をオフする。これにより、ＦＤ２０３のリセットが解除され、ＦＤ２０３のリセット信号レベルが増幅部２０４を介して垂直出力線２０７に読み出され、読み出し回路２３５に入力される。
【００６０】
その後、時刻ｔ５においてタイミング発生回路１８は制御信号ＲＥＳ＿ＣをＬにする。これにより、スイッチ２１７がオンし、垂直出力線２０７に読み出されたリセット信号レベルと基準電圧Ｖｒｅｆとの差分に基づく電圧がオペアンプ２１３から出力される。撮像素子１４には予め、操作部７０にて設定されたＩＳＯ感度に基づき、システム制御部５０が制御信号ＧＡＩＮ０〜ＧＡＩＮ２のいずれか１つをＨにする設定が行われる。例えば実施形態のカメラ１００がＩＳＯ感度１００、２００、４００のいずれかが設定可能である場合、ＩＳＯ感度１００のときは制御信号ＧＡＩＮ０がＨ、ＧＡＩＮ１、ＧＡＩＮ２がＬとなる。同様に、ＩＳＯ感度２００では制御信号ＧＡＩＮ１がＨ、ＩＳＯ感度４００では制御信号ＧＡＩＮ２がＨとなる。なお、設定感度の種類や、設定感度と制御信号との関係はこれに限定されない。
【００６１】
オペアンプ２１３は、入力された電圧を、クランプ容量２１１と、制御信号ＧＡＩＮ０〜ＧＡＩＮ２のうちＨのものに対応するスイッチに対応するフィードバック容量２１４〜２１６の１つとの容量比で定まる反転ゲインで増幅して出力する。この増幅により、オペアンプ２１３までの回路で発生するランダムノイズ成分も増幅される。したがって、増幅後の信号に含まれるランダムノイズの大きさは、ＩＳＯ感度に依存する。
【００６２】
次に、時刻ｔ６において、ランプ信号発生器２３０は時間経過とともに信号レベルが線形に増加するランプ信号の出力を開始し、同時にカウンタ２３１はリセット状態からカウントアップを開始する。また、タイミング発生回路１８はＬＡＴＥＮ＿ＮをＨにして、Ｌａｔｃｈ＿Ｎを有効にする。比較器２２１は、オペアンプ２１３の出力信号とランプ信号発生器２３０が出力するランプ信号とを比較する。ランプ信号レベルがオペアンプ２１３の出力信号レベルを上回ると、比較器２２１の出力がＬからＨに変化する（時刻ｔ７）。Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２はＬＡＴＥＮ＿ＮがＨの状態において、比較器２２１の出力がＬからＨに変化すると、その時点でカウンタ２３１が出力しているカウンタ値を記憶する。Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２が記憶するカウンタ値が、Ｎ信号レベルを表すデジタル値（Ｎ信号データ）に相当する。なお、ＬＡＴＥＮ＿ＳはＬであるため、Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３は無効であり、カウント値は記憶しない。その後時刻ｔ８において、ランプ信号レベルが予め定められた値に達するとランプ信号発生器２３０がランプ信号の出力を停止し、またタイミング発生回路はＬＡＴＥＮ＿ＮをＬにする。
【００６３】
時刻ｔ９で垂直走査回路２０９は制御信号ＴＸ＿ＡをＨにする。これにより、転送スイッチ２０２ａがオンし、時刻ｔ２からフォトダイオード２０１ａに蓄積された光電荷（Ａ信号）がＦＤ２０３へ転送される。その後、時刻ｔ１０で垂直走査回路２０９は制御信号ＴＸ＿ＡをＬにする。ＦＤ２０３は転送された電荷を電位に変換し、この電位（Ａ信号レベル）が、増幅部２０４および垂直出力線２０７を介して読み出し回路２３５へ出力される。オペアンプ２１３は、垂直出力線２０７に読み出されたＡ信号レベルと、基準電圧Ｖｒｅｆとの差分に基づく電圧を出力する。オペアンプ２１３の反転ゲインは、クランプ容量２１１と、フィードバック容量２１４〜２１６のいずれか１つとの比率によって定まる。
【００６４】
次に、時刻ｔ１１でランプ信号発生器２３０はランプ信号の出力を開始し、同時にカウンタ２３１はリセット状態からカウントアップを開始する。また、タイミング発生回路１８はＬＡＴＥＮ＿ＳをＨにして、Ｌａｔｃｈ＿Ｓを有効にする。比較器２２１は、オペアンプ２１３の出力信号とランプ信号発生器２３０が出力するランプ信号とを比較する。ランプ信号レベルがオペアンプ２１３の出力信号レベルを上回ると、比較器２２１の出力がＬからＨに変化する（時刻ｔ１２）。Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３はＬＡＴＥＮ＿ＳがＨの状態において、比較器２２１の出力がＬからＨに変化すると、その時点でカウンタ２３１が出力しているカウンタ値を記憶する。Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３が記憶するカウンタ値が、Ａ信号レベルを表すデジタル値（Ａ信号データ）に相当する。なお、ＬＡＴＥＮ＿ＮはＬであるため、Ｌａｔｃｈ＿Ｎ２２２は無効であり、カウント値は記憶しない。その後時刻ｔ１３において、ランプ信号レベルが予め定められた値に達するとランプ信号発生器２３０がランプ信号の出力を停止し、またタイミング発生回路はＬＡＴＥＮ＿ＳをＬにする。
【００６５】
その後、時刻ｔ１４〜ｔ１５の間、水平走査回路２３２は制御信号ｈｓｒ（ｈ）を順次一定期間ずつＨにする。これにより、各読み出し回路２３５のスイッチ２２６、２２７が一定期間オンし、オフに戻る。各読み出し回路２３５のＬａｔｃｈ＿Ｎ２２２、Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３に保持されたＮ信号データとＡ信号データは共通出力線２２８、２２９へそれぞれ読み出され、データ出力部２３３に入力される。データ出力部２３３では各読み出し回路２３５から出力されたＡ信号データとＮ信号データについて、Ａ信号データからＮ信号データを減じた値を外部へ出力する。
【００６６】
時刻ｔ１６からｔ１７の間、垂直走査回路２０９は制御信号ＴＸ＿ＡおよびＴＸ＿ＢをＨにし、転送スイッチ２０２ａ，２０２ｂをオンにする。これにより、両方のフォトダイオード２０１ａ、２０１ｂから光電荷がＦＤ２０３へ転送される。ＦＤ２０３は転送された電荷を電位に変換し、この電位（Ａ＋Ｂ信号レベル）が、増幅部２０４および垂直出力線２０７を介して読み出し回路２３５へ出力される。オペアンプ２１３は、垂直出力線２０７に読み出されたＡ＋Ｂ信号レベルと、基準電圧Ｖｒｅｆとの差分に基づく電圧を出力する。
【００６７】
次に、時刻ｔ１８でランプ信号発生器２３０はランプ信号の出力を開始し、同時にカウンタ２３１はリセット状態からカウントアップを開始する。また、タイミング発生回路１８はＬＡＴＥＮ＿ＳをＨにして、Ｌａｔｃｈ＿Ｓを有効にする。比較器２２１は、オペアンプ２１３の出力信号とランプ信号発生器２３０が出力するランプ信号とを比較する。ランプ信号レベルがオペアンプ２１３の出力信号レベルを上回ると、比較器２２１の出力がＬからＨに変化する（時刻ｔ１９）。Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３はＬＡＴＥＮ＿ＳがＨの状態において、比較器２２１の出力がＬからＨに変化すると、その時点でカウンタ２３１が出力しているカウンタ値を記憶する。Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３が記憶するカウンタ値が、Ａ＋Ｂ信号レベルを表すデジタル値（Ａ＋Ｂ信号データ）に相当する。その後時刻ｔ２０において、ランプ信号レベルが予め定められた値に達するとランプ信号発生器２３０がランプ信号の出力を停止し、またタイミング発生回路はＬＡＴＥＮ＿ＳをＬにする。
【００６８】
その後、時刻ｔ２１〜ｔ２２の間、水平走査回路２３２は制御信号ｈｓｒ（ｈ）を順次一定期間ずつＨにする。これにより、各読み出し回路２３５のスイッチ２２６、２２７が一定期間オンし、オフに戻る。各読み出し回路２３５のＬａｔｃｈ＿Ｎ２２２、Ｌａｔｃｈ＿Ｓ２２３に保持されたＮ信号データとＡ＋Ｂ信号データは共通出力線２２８、２２９へそれぞれ読み出され、データ出力部２３３に入力される。データ出力部２３３では各読み出し回路２３５から出力されたＡ＋Ｂ信号データとＮ信号データについて、Ａ＋Ｂ信号データからＮ信号データを減じた値を外部へ出力する。
【００６９】
時刻ｔ２２でタイミング発生回路１８は制御信号ＲＥＳ＿ＣをＨとし、時刻ｔ２３に垂直走査回路２０９が制御信号ＲＥＳをＨとし、時刻ｔ２４で垂直走査回路２０９が制御信号ＳＥＬをＬにすると、１行分の読み出し動作が完了する。この動作を所定の行数分繰り返すことにより１画面分の像信号を取得する。
【００７０】
本実施形態のカメラ１００は、静止画モードと動画モードを有する。システム制御部５０は、静止画モードが設定されている場合、撮像素子１４から全行分の画素データを読み出すように制御する。また、システム制御部５０は、動画モードが設定されていれば、撮像素子１４から例えば３行周期（１行読んで２行飛ばす）で画素データを読み出すように制御する。このように、本実施形態では、読み出す行数が静止画モードより動画モードの方が少ない。ただし、静止画モードと動画モードにおける読み出し方法はこれに限定されるものではない。
【００７１】
このようにして、リセットノイズが除去されたＡ信号とＡ＋Ｂ信号を撮像素子１４から読み出すことができる。Ａ信号は焦点検出用の信号として、Ａ＋Ｂ信号は撮影画像を構成する信号として用いられる。Ａ＋Ｂ信号およびＡ信号はまた、焦点検出用のＢ信号を生成するためにも用いられる。
【００７２】
なお、本実施形態の撮像素子１４は、全画素読み出しモードと、間引き読み出しモードの２種類の読み出しモードを有する。全画素読み出しモードは全ての有効画素を読み出すモードであり、例えば高精細静止画を得る際に設定される。
【００７３】
間引き読み出しモードは、全画素読み出しモードより少ない画素を読み出すモードであり、例えば動画やプレビュー用の画像のように、高精細静止画よりも解像度の低い画素を得る場合や、高速に読み出す必要がある場合に設定される。例えば画像の縦横比を変えないように水平および垂直方向の両方で同じ割合で画素を間引いて読み出すことができる。なお、「間引き」は読み出し自体を行わないことだけでなく、読み出しされた信号を棄てる（無視する）構成や、読み出した複数の信号から１つの信号を生成する構成も含む。例えば、隣接する複数の画素から読み出した信号を平均して１つの信号を生成することで、Ｓ／Ｎを改善することができる。
【００７４】
図５（ａ）は、本実施形態の撮像装置において、撮影レンズ３００の射出瞳面と、撮像素子１４の像面の中央近傍に配置された画素２００（中央画素）の光電変換部２０１ａ，２０１ｂ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２０１ａ、２０１ｂ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２０１ｉ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。
【００７５】
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５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（画面中心からの距離またはＸＹ座標）に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。
【００７６】
図５（ａ）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５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、像面からの距離を射出瞳距離Ｚｅｐとしている。
【００７７】
画素２００の最下層には、光電変換部２０１ａおよび２０１ｂが配置される。光電変換部２０１ａ、２０１ｂの上層には、配線層２０１ｅ〜２０１ｇ、カラーフィルタ２０１ｈ、及びオンチップマイクロレンズ２０１ｉが設けられる。光電変換部２０１ａ、２０１ｂは、オンチップマイクロレンズ２０１ｉ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２０１ｉを介して、光電変換部２０１ａ、２０１ｂの表面に投影される。
【００７８】
図５（ｂ）は、撮影レンズ３００の射出瞳面上における、光電変換部２０１ａ、２０１ｂの投影像ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂを示している。円ＴＬは、絞り１０２の開口板１０２ａで規定される、画素２００への光束の最大入射範囲を射出瞳面に示したものである。円ＴＬは開口板１０２ａで規定されるため、図では円ＴＬを１０２ａとも記載している。図５は中央画素を示しているため、光束のケラレは光軸に対して対称となり、光電変換部２０１ａ及び２０１ｂは同じ大きさの瞳領域を通過した光束を受光する。そして、円ＴＬには、投影像ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの大部分が含まれるため、光束のケラレはほぼ発生しない。従って、光電変換部２０１ａ、２０１ｂで光電変換された信号を加算した場合、円ＴＬ、すなわち射出瞳領域のほぼ全体を通過した光束を光電変換した結果が得られる。光電変換部２０１ａが受光する射出瞳の領域を第１の瞳領域、光電変換部２０１ｂが受光する射出瞳の領域を第２の瞳領域、第１の瞳領域と第２の瞳領域を合わせた領域を第３の瞳領域と呼ぶ。
【００７９】
このように、本実施形態の撮像素子１４は撮影画像を取得する機能に加え、位相差ＡＦ用の焦点検出センサの機能も有している。なお、上述したように、複数の光電変換部で得られる信号を画素ごとにまとめることで通常の撮像画素の出力として利用できるため、撮像素子１４の出力（撮像画像信号）を用いてコントラストＡＦを行うこともできる。
【００８０】
図６は、撮影範囲４００内における焦点検出領域４０１を示す図で、この焦点検出領域内（撮像面上（受光面上）の焦点検出センサ）で撮像素子１４による位相差検出方式ＡＦが行われる。
【００８１】
図６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。また、焦点検出領域４０１には、図２（ａ）に示した構成の画素２００が、１行４Ｎ列配置されているものとする。なお、これは単なる例示であり、焦点検出領域の数や大きさ（含まれる画素数）は位相差検出に支障のない範囲で適宜定めることができる。
【００８２】
図７は、焦点検出領域４０１内に配置された１行４Ｎ列の画素２００および画素２００から出力される信号を模式的に示している。以下では、ｉ行ｊ列目のＡＦ用Ａ像の信号を作成するために用いられる画素（フォトダイオード２０１ａ）およびその出力をＡ（ｉ，ｊ）と表す。同様に、ｉ行ｊ列目のＡＦ用Ｂ像の信号を作成するために用いられる画素（フォトダイオード２０１ｂ）およびその出力をＢ（ｉ，ｊ）と表す。なお、図７では行数が１のため、ｉの表記を省略している。従って、以下の説明におけるＡ（１，ｊ）、Ｂ（１，ｊ）は、図７ではＡ（ｊ）Ｂ（ｊ）に対応する。
【００８３】
位相差検出方式の焦点検出では、同じ被写体に対応した部分を有する１対の像を生成し、１対の像の位相差を検出し、位相差をデフォーカス量および方向に変換する。所定方向（例えば水平方向）に存在する複数の画素２００のフォトダイオード２０１ａから得られるＡ信号に基づく信号列（Ａ像）と、フォトダイオード２０１ｂから得られるＢ信号に基づく信号列（Ｂ像）とは、同じ被写体を違う視点からみた像に相当する。したがって、Ａ像とＢ像の位相差を検出し、デフォーカス量および方向に変換することで、位相差検出方式の焦点検出が実現できる。
【００８４】
そして、上述した所定方向におけるＡ像とＢ像との相対距離（シフト量）を変更しながら、個々の位置においてＡ像とＢ像との相関を表す値（相関量）を算出し、相関が最も高くなるシフト量を、Ａ像とＢ像との位相差として検出することができる。相関量は例えば、対応信号値の差分累積値であってよいが、他の値であってもよい。
【００８５】
例えば、図７の例では、Ａ（１）〜Ａ（４Ｎ）からＡ像を、Ｂ（１）〜Ｂ（４Ｎ）からＢ像を生成し、シフト量ｋを画素単位で−ｋｍａｘ≦ｋ≦ｋｍａｘの範囲で変化させるとすると、個々の相対位置における相関量ＣＯＲ（ｋ）は以下の様に算出できる。
【数１】
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そして、ＣＯＲ（ｋ）を最小にするシフト量ｋの値を求める。ここで、式（１）で算出するシフト量ｋは整数であるが、分解能を向上させるため、最終的に求めるのシフト量ｋは実数とする。例えば式（１）で得られる最小値がＣＯＲ（ａ）の場合、ＣＯＲ（ａ−１）、ＣＯＲ（ａ）、ＣＯＲ（ａ＋１）からの補間演算などにより、この区間での相関量を最小にする実数値のシフト量を求める。
【００８６】
ここで、Ｂ信号をＡ＋Ｂ信号とＡ信号とから生成した場合に得られる相関量に生じうる問題について説明する。ここで、Ａ（１）〜Ａ（４Ｎ）から生成したＡ像をＳ［Ａ］、Ａ＋Ｂ（１）〜Ａ＋Ｂ（４Ｎ）から生成したＡ＋Ｂ像をＳ［Ａ＋Ｂ］と表す。また、Ａ（１）〜Ａ（４Ｎ）の読み出した時に重畳されるランダムノイズをＮ［Ａ］、Ａ＋Ｂ（１）〜Ａ＋Ｂ（４Ｎ）を読み出した時に重畳されるランダムノイズをＮ［Ａ＋Ｂ］と表す。ランダムノイズは読み出し回路に起因している。
【００８７】
Ａ＋Ｂ像とＡ像とから生成するＢ像は、以下の式（２）で表すことができる。
Ｂ像  ＝  Ａ＋Ｂ像−Ａ像
＝  （Ｓ［Ａ＋Ｂ］＋Ｎ［Ａ＋Ｂ］）−（Ｓ［Ａ］＋Ｎ［Ａ］）
＝  （Ｓ［Ａ＋Ｂ］−Ｓ［Ａ］）＋（Ｎ［Ａ＋Ｂ］−Ｎ［Ａ］）
…（２）
となる。
【００８８】
このとき、シフト量ｋ＝ｓ（ｓ≠０）の時の相関量ＣＯＲ（ｓ）は、以下の式（３）で表すことができる。
ＣＯＲ（ｓ）＝Σ｜Ａ（ｉ−ｓ）−Ｂ（ｉ＋ｓ）｜
＝Σ｜｛Ｓ［Ａ（ｉ−ｓ）］＋Ｎ［Ａ（ｉ−ｓ）］｝−｛Ｓ［Ａ＋Ｂ（ｉ＋ｓ）］
−Ｓ［Ａ（ｉ＋ｓ）］＋Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ＋ｓ）］−Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］｝｜
＝Σ｜Ｓ［Ａ（ｉ−ｓ）］＋Ｓ［Ａ（ｉ＋ｓ）］−Ｓ［Ａ＋Ｂ（ｉ＋ｓ）］
＋Ｎ［Ａ（ｉ−ｓ）］＋Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］−Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ＋ｓ）］｜
…（３）
【００８９】
一方、シフト量ｋ＝０の時の相関量ＣＯＲ（０）は、以下の式（４）で表すことができる。
ＣＯＲ（０）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ）｜
＝Σ｜Ｓ［Ａ（ｉ）］＋Ｓ［Ａ（ｉ）］−Ｓ［Ａ＋Ｂ（ｉ）］
＋Ｎ［Ａ（ｉ）］＋Ｎ［Ａ（ｉ）］−Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ）］｜
＝Σ｜２×Ｓ［Ａ（ｉ）］−Ｓ［Ａ＋Ｂ（ｉ）］
＋２×Ｎ［Ａ（ｉ）］−Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ）］｜
…（４）
【００９０】
ここで、シフト量ｋ＝ｓ（≠０）の場合と、シフト量ｋ＝０の場合とで、相関量ＣＯＲに含まれるランダムノイズ成分Ｎｏｉｓｅ（ｓ），Ｎｏｉｓｅ（０）はそれぞれ、以下の式（５）および（６）で表すことができる。
・シフト量ｋ＝ｓ（≠０）の場合
Ｎoise（ｓ）＝Σ｜Ｎ［Ａ（ｉ−ｓ）］＋Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］−Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ＋ｓ）］｜    …（５）
・シフト量ｋ＝０の場合
Ｎoise（０）＝Σ｜２×Ｎ［Ａ（ｉ）］−Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ）］｜    …（６）
【００９１】
ここで、Ｎｏｉｓｅ（ｓ）を構成するＮ［Ａ（ｉ−ｓ）］、Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］、Ｎ［Ａ＋Ｂ（ｉ＋ｓ）］は互いに相関のないランダムノイズである。そのため、Ｎｏｉｓｅ（ｓ）はほぼ一定値となる。一方、Ｎｏｉｓｅ（０）を構成するＮ［Ａ（ｉ）］とＮ［Ａ＋Ｂ（ｉ）］とは互いに相関のないランダムノイズであるが、Ｎ［Ａ（ｉ）］が２倍されているため、Ｎｏｉｓｅ（０）はＮｏｉｓｅ（ｓ）よりも大きくなる。したがって、シフト量ｋとＮｏｉｓｅ（ｋ）との関係を模式的に表すと、図１１（ａ）のようにシフト量ｋ＝０の時のみ、相関量に占めるノイズ成分が大きくなる。
【００９２】
Ａ＋Ｂ像からＡ像を減じて生成したＢ像には、Ａ像に重畳したランダムノイズと絶対値が等しく、符号が反転したランダムノイズが重畳される。このように、Ａ＋Ｂ像からＡ像を減じて生成したＢ像には、Ａ像に重畳したランダムノイズと相関を有するランダムノイズが含まれる。そのため、Ａ像とＢ像のランダムノイズの相関は、シフト量ｋ＝０のときに特異的に高くなる。シフト量ｋ＝０のときの相関量ＣＯＲ（０）の演算においては、個々の信号間差分に含まれる｜２×Ｎ［Ａ（ｉ）］｜のノイズ成分が積分され、Σ｜２×Ｎ［Ａ（ｉ）］｜に相当するピークが発生する。
【００９３】
被写体のコントラストが低い場合や、環境輝度が低い場合、得られる画像のＳＮ比が低下するため、Ａ像とＢ像の相関量ＣＯＲに含まれるノイズ成分が多くなる。例えば、シフト量ｋ＝０で合焦する状態を想定する。この場合、ノイズの影響がなければ、シフト量ｋに対する相関量ＣＯＲ（ｋ）の値は図１１（ｂ）に示すように変化し、相関量ＣＯＲ（ｋ）が最小（相関が最高）となる点Ｈのシフト量ｋ＝０が正しく検出できる。一方、ノイズ成分が図１１（ａ）に示すようにシフト量ｋ＝０でピークを有する場合、シフト量ｋに対する相関量ＣＯＲ（ｋ）の値は図１１（ｃ）に示すように変化する。この場合、相関量ＣＯＲ（ｋ）はシフト量ｋ＝０で最大（Ｉ点）となるため、検出すべきシフト量が正しく検出できない。さらに、ＣＯＲ（ｋ）がシフト量ｋ＝０の近傍２箇所で最小となる（ＪおよびＫ点）ため、これらの点を合焦位置のシフト量であると認識し、誤検出やハンチング（フォーカスレンズが繰り返し往復移動する）が起きるという問題が発生する。
【００９４】
Ａ＋Ｂ像からＡ像を減じて生成したＢ像に含まれるノイズ量は、Ａ像に含まれるノイズ量と負の相関を有するものであった。しかし、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ量が正の相関を有する場合であっても問題が生じる。例えば、画素が有するカラーフィルタの透過率や、読み出し回路の特性のばらつきなどにより、画素ごとの感度にはばらつきが存在する。従って、同一画素から読み出されるＡ像とＡ＋Ｂ像は、ノイズの発生源を共有している。この場合、信号量が多いほどノイズ量は大きくなるため、Ａ像とＡ＋Ｂ像とでは、信号量の差に応じたノイズ量の差がある。
【００９５】
Ａ像をＳ［Ａ］、画素間で値の異なるノイズ成分をＮ［Ａ］と表す。この場合、Ａ像とＡ＋Ｂ像とには、信号量と正の相関があるノイズ成分だけが発生するとする。Ａ＋Ｂ像の信号量Ｓ［Ａ＋Ｂ］を、Ａ像の信号量Ｓ［Ａ］に対する相対量としてｇ×Ｓ［Ａ］（ｇ≧１）と表すと、Ａ＋Ｂ像のノイズ量Ｎ［Ａ＋Ｂ］は、Ａ像のノイズ量Ｎ［Ａ］に対する相対量としてｇ×Ｎ［Ａ］と表すことができる。
【００９６】
この場合、Ａ＋Ｂ像からＡ像を減じて得られるＢ像は、以下の式（７）で表すことができる。
Ｂ像＝（Ｓ［Ａ＋Ｂ］＋Ｎ［Ａ＋Ｂ］）−（Ｓ［Ａ］＋Ｎ［Ａ］）
＝（ｇ−１）（Ｓ［Ａ］＋Ｎ［Ａ］）      …（７）
【００９７】
式（１）に従ってＡ像とＢ像の相関量ＣＯＲ（ｋ）を演算すると、シフト量ｋ＝ｓ（≠０）の場合のノイズ量Ｎｏｉｓｅ（ｓ）と、シフト量ｋ＝０の場合のノイズ量Ｎｏｉｓｅ（０）は、以下の式（８）および（９）で表すことができる。
・シフト量ｋ＝ｓ（≠０）の場合
Ｎoise（ｓ）＝Σ｜Ｎ［Ａ（ｉ‐ｓ）］−（ｇ−１）×Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］｜  …（８）
・シフト量ｋ＝０の場合
Ｎoise（０）＝Σ｜（２−ｇ）×Ｎ［Ａ（ｉ）］｜    …（９）
【００９８】
ここで、Ｎｏｉｓｅ（ｓ）を構成するＮ［Ａ（ｉ−ｓ）］、Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］は、Ｎ［Ａ］と同じばらつきを有する、互いに相関のないランダムノイズである。そのため、Ｎ［Ａ（ｉ‐ｓ）］−（ｇ−１）×Ｎ［Ａ（ｉ＋ｓ）］は、Ｎ［Ａ（ｌ）］より大きなばらつきを有する。このばらつきを積算して得られるＮｏｉｓｅ（ｓ）に対し、Ｎ［Ａ］のばらつきの積算して得られるＮｏｉｓｅ（０）は小さくなる頻度が高くなる。
【００９９】
位相差検出方式の焦点検出では相関量ＣＯＲ（ｋ）を最小（相関を最大）にするシフト量ｋを検出することでデフォーカス状態を検出する。そのため、ノイズ成分の相関量がシフト量ｋ＝０において他のシフト量よりも小さくなると、シフト量ｋ＝０が相関値ＣＯＲ（ｋ）を最小にするシフト量として誤って検出される原因となり得る。Ａ像とＡ＋Ｂ像との信号量の差が大きい場合、例えば低コントラストで一様に明るい被写体の画像などでこの問題が発生しやすい。また、被写体の色や明るさが一様である場合、本来、位相差検出方式による焦点検出は不可能であるが、ノイズ成分の相関量が最小となるシフト量に基づくデフォーカス量および方向を検出してしまう可能性がある。
【０１００】
本実施形態においても、Ａ（またはＢ）信号を、同一画素から読み出されたＡ＋Ｂ信号とＢ（またはＡ）信号とから生成する。そのため、同一画素に対応するＡ信号とＢ信号のノイズ成分は負または正の相関を有する。しかし、上述したようなＡ像とＢ像とのノイズ成分の相関が特定のシフト量で特異的な値となることによる焦点検出精度の低下を抑制するため、Ａ信号とＢ信号とから複数種のＡ像およびＢ像を生成して相関演算に用いる。
【０１０１】
具体的には、本実施形態では、複数のＡ像Ｂ像対（Ａｓ＿１とＢｓ＿１，Ａｓ＿２とＢｓ＿２，Ａｓ＿３とＢｓ＿３）について相関量を算出する。なお、演算負荷の低減、出力信号のＳ／Ｎ改善、出力画像サイズの調整などを目的として、複数の画素（ここでは２画素）の出力を加算した加算画素信号から信号列を生成するものとする。
【０１０２】
ここで、ｉ行目の画素から生成される第１のＡ像Ａｓ＿１を構成する個々の信号をＡｓ＿１（ｉ，ｋ）、第１のＢ像Ｂｓ＿１を構成する個々の信号をＢｓ＿１（ｉ，ｋ）（ｋはそれぞれの信号列を構成する信号の番号）とする。この場合、図７に示す１行４Ｎ列の画素に対するＡｓ＿１（１，ｋ）、Ｂｓ＿１（１，ｋ）は以下の式（１０）のように表すことができる。
Ａｓ＿１（１，ｋ）＝Ａ（１，２×（ｋ−１）＋１）＋Ａ（１，２×（ｋ−１）＋２）
Ｂｓ＿１（１，ｋ）＝Ｂ（１，２×（ｋ−１）＋１）＋Ｂ（１，２×（ｋ−１）＋２）
（１≦ｋ≦２Ｎ，ｋは整数）                                        …（１０）
【０１０３】
このように、第１のＡ像Ａｓ＿１および第１のＢ像Ｂｓ＿１はそれぞれ、１番目の画素と２番目の画素の加算出力、３番目の画素と４番目の画素の加算出力、...のように、水平方向に隣接する同種の２画素の出力を加算した２Ｎ個の信号から構成される。
【０１０４】
また、ｉ行目の画素から生成される第２のＡ像Ａｓ＿２を構成する個々の信号をＡｓ＿２（ｉ，ｍ）、第２のＢ像Ｂｓ＿２を構成する個々の信号をＢｓ＿２（ｉ，ｍ）（ｍはそれぞれの信号列を構成する信号の番号）とする。この場合、図７に示す１行４Ｎ列の画素に対するＡｓ＿２（１，ｍ）、Ｂｓ＿２（１，ｍ）は以下の式（１１）のように表すことができる。
Ａｓ＿２（１，ｍ）＝Ａｓ＿１（１，２ｍ−１）
Ｂｓ＿２（１，ｍ）＝Ｂｓ＿１（１，２ｍ）
（１≦ｍ≦Ｎ）                                        …（１１）
【０１０５】
さらに、ｉ行目の画素から生成される第３のＡ像Ａｓ＿３を構成する個々の信号をＡｓ＿３（ｉ，ｍ）、第３のＢ像Ｂｓ＿３を構成する個々の信号をＢｓ＿３（ｉ，ｍ）（ｍはそれぞれの信号列を構成する信号の番号）とする。この場合、図７に示す１行４Ｎ列の画素に対するＡｓ＿３（１，ｍ）、Ｂｓ＿３（１，ｍ）は以下の式（１２）のように表すことができる。
Ａｓ＿３（１，ｍ）＝Ａｓ＿１（１，２ｍ）
Ｂｓ＿３（１，ｍ）＝Ｂｓ＿１（１，２ｍ−１）
（１≦ｍ≦Ｎ）                                        …（１２）
【０１０６】
このように、第２のＡ像Ａｓ＿２は第１のＡ像Ａｓ＿１を構成する奇数番目の信号から構成され、第２のＢ像Ｂｓ＿２は第１のＢ像Ｂｓ＿１を構成する偶数番目の信号から構成される。また、第３のＡ像Ａｓ＿３は第１のＡ像Ａｓ＿１を構成する偶数番目の信号から構成され、第３のＢ像Ｂｓ＿３は第１のＢ像Ｂｓ＿１を構成する奇数番目の信号から構成される。換言すれば、第２のＡ像Ａｓ＿２およびＢ像Ｂｓ＿２との間、第３のＡ像Ａｓ＿３およびＢ像Ｂｓ＿３との間では、サンプリングピッチの半ピッチ分、位相差検出方向に被写体のサンプリング位置がずれている。
【０１０７】
つまり、第２のＡ像Ａｓ＿２の生成に用いられている画素群と、第２のＢ像Ｂｓ＿２の生成に用いられている画素群とが、互いに異なっている。そのため、第２のＡ像Ａｓ＿２のノイズ成分と第２のＢ像Ｂｓ＿２のノイズ成分との相関は低い。第３のＡ像Ａｓ＿３と第３のＢ像Ｂｓ＿３とについても同様である。従って、第２のＡ像Ａｓ＿２と第２のＢ像Ｂｓ＿２や、第３のＡ像Ａｓ＿３と第３のＢ像Ｂｓ＿３とを用いて相関量ＣＯＲ（ｋ）を算出することにより、Ａ像とＢ像のノイズ成分との相関が特定のシフト量で特異的な値を示すことに起因した問題を抑制できる。
【０１０８】
このように、本実施形態では、第１の画素群の出力信号に基づいて、互いが有するノイズ成分に相関のある一対の信号列（第１のＡ像Ａｓ＿１および第１のＢ像Ｂｓ＿１）について相関量を算出する。また、第１の画素群を構成する第２の画素群と第３の画素群の出力信号に基づく１対の信号列（第２のＡ像Ａｓ＿２および第２のＢ像Ｂｓ＿２）について相関量を算出する。さらに、第２の画素群と第３の画素群の出力信号に基づく別の１対の信号列（第３のＢ像Ｂｓ＿３および第３のＡ像Ａｓ＿３）について相関量を算出する。なお、ここではノイズ成分の相関がもっとも低くなる例として、第２の画素群と第３の画素群とは重複しないものとするが、一部の重複を排除するものではない。
【０１０９】
（焦点検出動作）
次に、カメラ１００における焦点調節動作について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図８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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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用の像信号対（第１〜第３のＡ像およびＢ像）を生成するように画像処理部２０に指示する。画像処理部２０は、ＡＦ用の像信号対を生成し、ＡＦ部４２へ供給する。ＡＦ部４２では、ＡＦ用の像信号対に対して信号レベルの差を補正する処理などを行う。また、ＡＦ部４２は、ＡＦ用の像信号のピーク値（最大値）やボトム値（最小値）を検出する。
【０１１２】
Ｓ５０４でＡＦ部４２は、第１のＡ像とＢ像、第２のＡ像とＢ像、第３のＡ像とＢ像のそれぞれについて例えば上述した相関量ＣＯＲ（ｋ）を算出し、相関値ＣＯＲ（ｋ）を最小にするシフト量ｋを像の位相差として検出する。そして、ＡＦ部４２は検出した位相差をデフォーカス量に変換する。この処理の詳細は、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で調節手段としてのシステム制御部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のフォーカスレンズ駆動量および駆動方向を決定する。
【０１１３】
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、フォーカスレンズ駆動量および駆動方向の情報を撮影レンズ３００のレンズシステム制御部３４６に送信する。レンズシステム制御部３４６は、フォーカスレンズ駆動量および駆動方向の情報をフォーカス制御部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８の動作は次フレーム移行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。フォーカスレンズ駆動量および駆動方向の情報は、システム制御部５０からフォーカス制御部３４２に直接送信されてもよい。
【０１１４】
次に、図８のＳ５０４でＡＦ部４２が行うデフォーカス量の算出処理について、図９に示すフローチャートを用いてさらに説明する。Ｓ５０４１でＡＦ部４２は、第１のＡ像Ａｓ＿１と第１のＢ像Ｂｓ＿１に対する相関量ＣＯＲ１（ｋ）を式（１）と同様に算出する。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、第１のＡ像Ａｓ＿１と第１のＢ像Ｂｓ＿１との相関が最も高くなるシフト量ｋ、すなわち、相関量ＣＯＲ１（ｋ）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。
【０１１５】
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（１３）に従って算出する。
DCOR1(k)=COR1(k)-COR1(k-1)                      ...（１３）
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（１４）に従って算出する。
dk1=k1+ |DCOR1(k1)|／|DCOR1(k1)-DCOR1(k2)|      ...（１４）
【０１１６】
以上のようにしてＡＦ部４２は、第１のＡ像Ａｓ＿１と第１のＢ像Ｂｓ＿１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。
【０１１７】
Ｓ５０４２でＡＦ部４２はＳ５０４１と同様にして、第２のＡ像Ａｓ＿２と第２のＢ像Ｂｓ＿２との相関量ＣＯＲ２（ｋ）の差分ＤＣＯＲ２を算出し、第２のＡ像Ａｓ＿２と第２のＢ像Ｂｓ＿２の相関量が最大となるシフト量ｄｋ２をサブピクセル単位で算出する。
【０１１８】
Ｓ５０４３でＡＦ部４２はＳ５０４１と同様にして、第３のＡ像Ａｓ＿３と第３のＢ像Ｂｓ＿３との相関量ＣＯＲ３（ｋ）の差分ＤＣＯＲ３を算出し、第３のＡ像Ａｓ＿３と第３のＢ像Ｂｓ＿３の相関量が最大となるシフト量ｄｋ３をサブピクセル単位で算出する。
【０１１９】
Ｓ５０４４でＡＦ部４２は、Ｓ５０４１〜Ｓ５０４３で算出したシフト量ｄｋ１、ｄｋ２、ｄｋ３のそれぞれに所定のデフォーカス換算係数を乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆ１、Ｄｅｆ２、Ｄｅｆ３に変換する。なお、換算係数を都度乗じる代わりに、シフト量と変換後のデフォーカス量とを関係づけたテーブル等を用いてデフォーカス量を取得してもよい。ここで、デフォーカス換算係数は、撮影時の光学条件（絞り、射出瞳距離、レンズ枠情報など）や、焦点検出領域の像高、Ａ像、Ｂ像を構成する信号のサンプリングピッチなどから求めることができる。本実施形態においては、第２のＡ像Ａｓ＿２および第３のＡ像Ａｓ＿３の信号列のサンプリングピッチは、第１のＡ像Ａｓ＿１の信号列のサンプリングピッチの２倍である。Ｂ像についても同様である。そのため、シフト量ｄｋ２、ｄｋ３に乗じるデフォーカス換算係数は、ｄｋ１に乗じるデフォーカス換算係数の２倍である。
【０１２０】
デフォーカス量におけるノイズの影響は、Ａ像およびＢ像間でのノイズ成分の相関が第１のＡ像およびＢ像よりも低い第２のＡ像およびＢ像や第３のＡ像およびＢ像に基づいて算出されたデフォーカス量Ｄｅｆ２、Ｄｅｆ３の方がＤｅｆ１より小さい。一方で、第２および第３のＡ像およびＢ像は、第１のＡ像およびＢ像に対してサンプリングピッチが２倍で、かつ信号列を構成する信号の数が１／２である。そのため、第２および第３のＡ像およびＢ像に基づいて得られるデフォーカス量Ｄｅｆ２，Ｄｅｆ３のばらつきは、Ｄｅｆ１のばらつきよりも大きくなりやすい。そのため、デフォーカス量Ｄｅｆ２、Ｄｅｆ３の平均値を、ノイズ成分の相関が低い像信号対に基づくデフォーカス量Ｄｅｆ２’として算出して、ばらつきを抑制したデフォーカス量を得るようにしてもよい。以下では、デフォーカス量Ｄｅｆ２’を算出した場合に関して説明する。
【０１２１】
Ｓ５０４５でＡＦ部４２はデフォーカス量Ｄｅｆ１およびＤｅｆ２’の一方を最終デフォーカス量Ｄｅｆとして選択する。
【０１２２】
第１の像信号対（第１のＡ像Ａｓ＿１および第１のＢ像Ｂｓ＿１）に基づくデフォーカス量Ｄｅｆ１は以下の様な特徴を有する。
Ａ像とＢ像間でノイズ成分の相関があり、シフト量０の時にノイズの相関が特異値を有する。そのため、焦点検出領域内の被写体のコントラストが低い場合や、撮影時の環境輝度が低い場合のように、Ａ像やＢ像の相関量に占めるノイズ成分の相関量の割合が相対的に高くなる状況で、デフォーカス量の検出精度が低下する場合がある。
第１の像信号対は、第２の像信号対（第２のＡ像Ａｓ＿２および第２のＢ像Ｂｓ＿２）および第３の像信号対（Ａ像Ａｓ＿３および第３のＢ像Ｂｓ＿３）よりもサンプリング周波数が高い。そのため、デフォーカス量Ｄｅｆ２’（およびＤｅｆ２，Ｄｅｆ３）に比べて、焦点検出に用いた像信号の空間周波数帯域と、撮像信号の空間周波数帯域の差が小さく、デフォーカス量が撮影光学系の収差量の影響を受けにくい。従って、撮像信号の最良合焦位置との差が小さい合焦位置に対応したデフォーカス量が検出できる。
【０１２３】
一方で、第２の像信号対および第３の像信号対に基づくデフォーカス量Ｄｅｆ２’は以下の様な特徴を有する。Ａ像とＢ像との間のノイズ成分の相関が低い。そのため、焦点検出領域内の被写体のコントラストが低い場合や、撮影時の環境輝度が低い場合のように、Ａ像やＢ像の相関量に占めるノイズ成分の相関量の割合が相対的に高くなる状況でも、デフォーカス量の検出精度が低下しづらい。
第２および第３の像信号対は、第１の像信号対よりもサンプリング周波数が低い。そのため、デフォーカス量Ｄｅｆ１に比べて、焦点検出に用いた像信号の空間周波数帯域と、撮像信号の空間周波数帯域の差が大きい。その結果、検出したデフォーカス量に対応する合焦位置と、撮像信号の最良合焦位置との差がＤｅｆ１より大きくなる場合がある。なお、デフォーカス量Ｄｅｆ２、Ｄｅｆ３も同様の特徴を有する。
【０１２４】
このようなデフォーカス量Ｄｅｆ１、Ｄｅｆ２’の特徴を踏まえ、ＡＦ部４２は、例えばＡ像とＢ像間のノイズ成分の相関の有無が、検出されるデフォーカス量の誤差に影響を与える撮影環境か否かに応じて、最終的な検出デフォーカス量を選択することができる。
【０１２５】
本実施形態においてＡＦ部４２は、Ｓ５０３で求めた、ＡＦ用の像信号（第１〜第３のＡ像およびＢ像）のピーク値と所定の閾値ＰｅａｋＴｈとの大小関係に従ってデフォーカス量を選択する。具体的には、Ｓ５０４５でＡＦ部４２は、ピーク値が所定の閾値ＰｅａｋＴｈより大きい場合か否かを判定し、大きいと判定されれば処理をＳ５０４６に進め、大きいと判定されなければ処理をＳ５０４７に進める。ここで、閾値ＰｅａｋＴｈは撮影時の絞り、蓄積時間（電子シャッタースピード）、ＩＳＯ感度などの撮像条件や、前述した光学条件などの組み合わせに応じて予め不揮発性メモリ５６に記憶された値を用いることができる。
Ｓ５０４６でＡＦ部４２はＤｅｆ１を選択して処理を終了する。
Ｓ５０４７でＡＦ部４２はＤｅｆ２’を選択して処理を終了する。
【０１２６】
本実施形態によれば、同一画素から読み出された複数種の信号に基づく像信号対として、像信号対に含まれるノイズ成分の相関が大きい種類の第１の像信号対と、像信号対に含まれるノイズ成分の相関が第１の像信号対よりも低い第２の像信号対とを生成する。そして、第１の像信号対に基づいて検出したデフォーカス量と、第２の像信号対に基づくデフォーカス量とのうち一方を、検出したデフォーカス量がノイズ成分の相関の影響を受けやすい条件か否かに応じて選択して用いる。このような構成により、撮像素子から得られる信号対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おいて、信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することができる。
【０１２７】
（変形例１）
なお、本実施形態ではＳ５０４５〜Ｓ５０４７において、第１〜第３の像信号対に基づいて検出した複数のデフォーカス量のうち１つを、第１〜第３の像信号対のピーク値に基づいて選択した。信号ピーク値に基づく選択は、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分に負の相関がある場合に特に有効である。Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分に負の相関があるのは、Ａ＋Ｂ像とＡ像の信号量に比例した、正の相関を有するノイズ成分が少ない場合である。言い換えると、Ａ像、Ｂ像の信号量が相対的に少ない場合である。そのため本実施形態では、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分が負の相関を有する、Ａ像、Ｂ像の信号量が相対的に少ない場合かどうかを、判定する評価値としてピーク値を用いた。
【０１２８】
しかし、Ｓ５０４５の判定の本質は、像信号対に含まれるノイズ成分の相関性が位相差検出誤差に影響を及ぼすかどうかの判定である。したがって、同様の判定を他の評価値を用いて実施してもよい。例えば、ピーク値の代わりに、信号のボトム値、振幅値、測光値などを評価値として用いて、Ａ像、Ｂ像の信号量が相対的に少ない場合を判定することができる。
【０１２９】
また、Ａ像、Ｂ像の信号量が相対的に多い場合には、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分に正の相関があると考えられるため、Ｄｅｆ２‘を選択することにより、ノイズ成分の影響を抑制した焦点検出が実現できる。Ａ像、Ｂ像の信号量が相対的に多いことは、例えば第１〜第３の像信号対のボトム値が閾値より大きいことによって判定することができる。しかし、例えば、Ａ像とＢ像の輝度出力の積算値など、他の評価値を用いても判定可能である。これは、信号のボトム値と同様、信号量の大小とノイズ量に相関があるためである。従って、Ｓ５０４５において第１〜第３の像信号対のボトム値が閾値より大きいか否かを判定し、大きいと判定されればＳ５０４７へ、大きいと判定されなければＳ５０４６へ処理を進めるようにしてもよい。
【０１３０】
なお、Ａ像、Ｂ像の信号量が相対的に少ない場合と多い場合の両方を判定するように構成してもよい。例えば、第１〜第３の像信号対のピーク値が第１の閾値以下の場合と、第１〜第３の像信号対のボトム値が第２の閾値より大きい場合にはＤｅｆ’２を選択し、他の場合はＤｅｆ１を選択するように構成することができる。このように、像信号対に含まれるノイズ成分の相関性が位相差検出誤差に影響を及ぼすと判定されればＤｅｆ’２を、判定されなければＤｅｆ１を、それぞれ選択できれば、判定方法は任意である。
【０１３１】
（変形例２）
本実施形態では、複数の像信号対から検出した複数のデフォーカス量から最終的なデフォーカス量を選択した。しかし、複数の像信号対のうち、含まれるノイズ成分の相関がない、あるいは十分に小さい１つの像信号対からだけデフォーカス量を検出して用いるようにしてもよい。これにより、デフォーカス量の算出に要する演算負荷を低減することができる。この場合、含まれるノイズ成分の相関がない、あるいは十分に小さいことが想定される像信号対を、例えば生成方法に基づいて複数の像信号対から予め定めておくことができる。
【０１３２】
（変形例３）
本実施形態では、Ａ像の生成に用いられている画素群の列位置と、Ｂ像の生成に用いられている画素群の列位置とを互いに異ならせた第２及び第３の像信号対を用いることで、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分の相関がデフォーカス量に与える影響を抑制した。しかしながら、第１のＡ像（Ａｓ＿１）および第１のＢ像（Ｂｓ＿１）にデジタルフィルタを適用した後に相関量ＣＯＲを算出することによっても同様の効果を得ることができる。例えば、第１のＡ像（Ａｓ＿１）および第１のＢ像（Ｂｓ＿１）に［１，０，−１］のような行方向のデジタルフィルタを適用したのちに、以下の式（１’）で相関量ＣＯＲ（ｋ）を算出すればよい。
【数２】
2017215578.tif 000004
デジタルフィルタを適用した第１のＡ像（Ａｓ＿１）および第１のＢ像（Ｂｓ＿１）を構成する信号列は、偶数番目のＡ信号（Ｂ信号）で算出される信号と、奇数番目のＡ信号（Ｂ信号）で算出される信号とが交互に配列された信号列になる。そのため、式（１’）のように、Ｂ像を１つずらして相関量ＣＯＲを算出することにより、Ａ像とＢ像とにおけるノイズ成分の相関による影響を低減した相関量ＣＯＲを得ることができる。
【０１３３】
（変形例４）
本実施形態では、Ａ像の生成に用いられている画素群の列位置と、Ｂ像の生成に用いられている画素群の列位置とを互いに異ならせた第２及び第３の像信号対を用いることで、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分の相関がデフォーカス量に与える影響を抑制した。これは、同じマイクロレンズを共有する複数の画素の出力に含まれるノイズが相関を有することを想定したことによる。しかし、共有するマイクロレンズが同一である場合に限らず、Ａ像とＢ像に含まれるノイズ成分が相関を有する任意の要因を排除もしくは抑制するようにＡ像とＢ像を生成することができる。例えば、信号の経路に存在するフローティングディフュージョン、信号出力線、アンプ回路の１つ以上が重複しないようにＡ信号とＢ信号を選択することができる。また、同色のカラーフィルタの透過率にばらつきがある場合、透過率が近いカラーフィルタを有する画素の出力を用いないようにＡ信号とＢ信号を選択することができる。
【０１３４】
●（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との主な違いは、ノイズ成分の相関が低い第２及び第３の像信号対（Ａｓ＿２とＢｓ＿２、Ａｓ＿３とＢｓ＿３）の生成方法である。第１の実施形態では、１つの画素行から水平方向に信号を間引くことにより第２および第３の像信号列を生成したので、像信号対から検出可能な位相差の分解能が低下する可能性がある。第２の実施形態では、異なる画素行の信号を用いることで、水平方向で信号を間引くことなく、ノイズ成分の相関が低い第２及び第３の像信号対を生成する。これにより、第１の像信号対から検出可能な位相差の分解能と同等の分解能で、かつ像信号に含まれるノイズ成分の相関の影響を抑制しながら、第２（または第３）の像信号対から位相差を検出することを可能にする。
【０１３５】
なお、撮像装置のブロック図（図１）、撮像素子と焦点検出方式の説明図（図３から４）、焦点検出領域の説明図（図６）、焦点調節動作及びデフォーカス量の算出のフローチャート（図８、図９）は、本実施形態においても流用する。
【０１３６】
以下、第２の実施形態における焦点検出用信号の生成処理について説明する。
図１０は、焦点検出領域４０１内に配置された４行２Ｎ列の画素を示している。本実施形態でも、ｉ行ｊ列目のＡＦ用Ａ像の信号を作成するために用いられる画素（フォトダイオード２０１ａ）およびその出力をＡ（ｉ，ｊ）と表す。同様に、ｉ行ｊ列目のＡＦ用Ｂ像の信号を作成するために用いられる画素（フォトダイオード２０１ｂ）およびその出力をＢ（ｉ，ｊ）と表す。
【０１３７】
第１の実施形態では、水平方向に２画素の出力を加算した加算画素信号から信号列を生成したが、本実施形態では水平２画素×垂直２画素の４画素の出力を加算した加算画素信号から信号列を生成するものとする。ここで、ｉ行目の画素から生成される第１のＡ像Ａｓ＿１を構成する個々の信号をＡｓ＿１（ｉ，ｋ）、第１のＢ像Ｂｓ＿１を構成する個々の信号をＢｓ＿１（ｉ，ｋ）（ｋはそれぞれの信号列を構成する信号の番号）とする。この場合、図７に示す４行２Ｎ列の画素に対するＡｓ＿１（１，ｋ）、Ｂｓ＿１（１，ｋ）は以下の式（１５）のように表すことができる。
As_1(i,k)＝A(2×i-1,2×(k-1)+1)+A(2×i-1,2×(k-1)＋2)+ A(2×i,2×(k-1)+1)+A(2×i,2×(k-1)＋2)
Bs_1(i,k)＝B(2×i-1,2×(k-1)+1)+B(2×i-1,2×(k-1)＋2)+ B(2×i,2×(k-1)+1)+B(2×i,2×(k-1)＋2) 
(1≦i≦2) (1≦k≦N)                                        …（１５）
【０１３８】
また、ｉ行目の画素から生成される第２のＡ像Ａｓ＿２を構成する個々の信号をＡｓ＿２（ｉ，ｋ）、第２のＢ像Ｂｓ＿２を構成する個々の信号をＢｓ＿２（ｉ，ｋ）とする。この場合、図１０に示す４行２Ｎ列の画素に対するＡｓ＿２（１，ｋ）、Ｂｓ＿２（１，ｋ）は以下の式（１６）のように表すことができる。
Ａｓ＿２（ｉ，ｋ）＝Ａｓ＿１（ｉ，ｋ）
Ｂｓ＿２（ｉ，ｋ）＝Ｂｓ＿１（ｉ＋１，ｋ）
（ｉ＝１）  （１≦ｋ≦Ｎ）                              …（１６）
【０１３９】
さらに、ｉ行目の画素から生成される第３のＡ像Ａｓ＿３を構成する個々の信号をＡｓ＿３（ｉ，ｋ）、第３のＢ像Ｂｓ＿３を構成する個々の信号をＢｓ＿３（ｉ，ｋ）とする。この場合、図１０に示す４行２Ｎ列の画素に対するＡｓ＿３（１，ｋ）、Ｂｓ＿３（１，ｋ）は以下の式（１７）のように表すことができる。
Ａｓ＿３（ｉ，ｋ）＝Ａｓ＿１（ｉ＋１，ｋ）
Ｂｓ＿３（ｉ，ｋ）＝Ｂｓ＿１（ｉ，ｋ）
（ｉ＝１）  （１≦ｋ≦Ｎ）                              …（１７）
【０１４０】
本実施形態においても、第１のＡ像（Ａｓ＿１）および第１のＢ像（Ｂｓ＿１）は、マイクロレンズや読み出し回路を共有する画素の信号に基づいて生成される。そのため、Ａ信号とＡ＋Ｂ信号とに含まれるノイズ成分は信号量に対する正の相関を有し、Ａ＋Ｂ信号からＡ信号を減じて生成されるＢ信号に含まれるノイズ成分は、Ａ信号に含まれるノイズ成分と負の相関を有する。従って、式（１５）で表される第１のＡ像（Ａｓ＿１）および第１のＢ像（Ｂｓ＿１）に含まれるノイズ成分は相関を有する。
【０１４１】
一方、式（１６）で表される第２のＡ像（Ａｓ＿２）および第２のＢ像（Ｂｓ＿２）は、異なる画素群（画素行）に基づく第１のＡ像（Ａｓ＿１）および第１のＢ像（Ｂｓ＿１）の組み合わせである。従って、第２のＡ像（Ａｓ＿２）と、第２のＢ像（Ｂｓ＿２）とは、被写体の光学像のサンプリング位置がずれた関係を有する。このように、第２のＡ像（Ａｓ＿２）の生成に用いられる画素群と、第２のＢ像（Ｂｓ＿２）の生成に用いられる画素群とは重複しないため、第２のＡ像（Ａｓ＿２）と第２のＢ像（Ｂｓ＿２）とに含まれるノイズ成分の相関は低い。そのため、第２のＡ像（Ａｓ＿２）と第２のＢ像（Ｂｓ＿２）とを用いて相関量ＣＯＲを算出することにより、ノイズ成分の相関の影響を抑制した相関量を得ることが可能になる。これらのことは、式（１７）で表される第３のＡ像（Ａｓ＿３）および第３のＢ像（Ｂｓ＿３）についても当てはまる。
【０１４２】
また、本実施形態の第２および第３の像信号対は、行方向におけるサンプリングピッチが第１の像信号対と等しい。そのため、第１の実施形態と異なり、第２の像信号対や第３の像信号対から検出される位相差についても、第１の像信号対から検出される位相差と等しい分解能を実現できる。
【０１４３】
このように、本実施形態では、所定の画素群ごとに、画素群の出力信号に基づいて、互いが有するノイズ成分に相関のある第１の信号列対（第１のＡ像Ａｓ＿１および第１のＢ像Ｂｓ＿１）を生成する。
また、第１の信号列対を構成する第１の信号列（第１のＡ像Ａｓ＿１）と第２の信号列（第１のＢ像Ｂｓ＿１）のうち、異なる画素群の出力信号に基づいて生成された第１の信号列と第２の信号列とを組み合わせて、第２の信号列対を生成する。
さらに、第１の信号列対を構成する第１の信号列（第１のＡ像Ａｓ＿１）と第２の信号列（第１のＢ像Ｂｓ＿１）のうち、異なる画素群の出力信号に基づいて生成された第１の信号列と第２の信号列とを組み合わせて、第３の信号列対を生成する。ここで、第２の信号列対と第３の信号列対とは、第１の信号列と第２の信号列の組み合わせが異なる。
【０１４４】
以上のように生成された３対の信号列対のそれぞれについて、第１の実施形態と同様にデフォーカス量の算出処理（図９）のＳ５０４１〜５０４４で位相差（シフト量）ｄｋ１〜ｄｋ３の検出、およびデフォーカス量Ｄｅｆ１，Ｄｅｆ２’の算出を行う。本実施形態で得られる、シフト量ｄｋ２およびｄｋ３は、互いに異なる画素行の像の相関量に基づくため、Ａ像とＢ像の波形の差異による誤差が生じうる。ただし、シフト量ｄｋ２に含まれうる誤差とシフト量ｄｋ３に含まれうる誤差とは符号が異なり略同程度の量となるため、Ｄｅｆ２とＤｅｆ３とを平均してＤｅｆ２’とすることにより誤差を低減する。
【０１４５】
このように、本実施形態によれば、相関量の演算に用いる１対の像信号を、互いに異なる画素行の出力に基づいて生成する。この１対の像信号に基づいて相関量を算出することにより、像信号に含まれるノイズの相関の影響が低減された相関量を得ることができる。また、同一画素行の信号に基づいて生成される１対の像信号と同じ分解能で位相差ならびにデフォーカス量を算出することができる。
【０１４６】
（変形例）
第２の実施形態では、異なる画素行から生成した複数の第１の像信号対から、Ａ像とＢ像の組み合わせを第１の像信号対とは異ならせた２種類の像信号対（第２および第３の像信号対）を生成して相関量の演算を行った。しかし、第２および第３の像信号対の生成方法はこれに限らない。例えば、複数のＡ像（Ｂ像）を加算した信号に対して相関量を演算する場合に、Ａ像については奇数番目の画素行から得られたＡ像を加算し、Ｂ像については偶数番目の画素行から得られたＢ像を加算するようにしてもよい。逆に、Ａ像については偶数番目の画素行から得られたＡ像を加算し、Ｂ像については奇数番目の画素行から得られたＢ像を加算するようにしてもよい。また、他の方法を用いてもよい。
【０１４７】
また、ノイズ成分の相関が低い像信号対から算出した相関量Ｄｅｆ２，Ｄｅｆ３の平均化処理は行わなくてもよい。例えば、Ａ像とＢ像との波形の差が十分に少ないと見込める場合にはＤｅｆ２またはＤｅｆ３の一方のみを求め、Ｄｅｆ２’として用いてもよい。例えば、被写体のコントラストの方向が斜めではなく、位相差検出方向にのみ、コントラスト変化がある場合などが例示できるが、これに限定されない。
【０１４８】
異なる画素行から像信号対を生成することによる像信号の形状の差異を低減するために、ｎ番目の画素行の出力信号から生成したＡ像と対をなすＢ像を、（ｎ−１）番目と（ｎ＋１）番目の画素行の出力信号から生成した２つのＢ像を平均化して生成してもよい。また、相関量Ｄｅｆ２、Ｄｅｆ３の平均化処理の代わりに、シフト量ｄｋ２、ｄｋ３に対して平均化処理を行ってもよい。
【０１４９】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１５０】
１４…撮像素子、２０…画像処理部、５０…システム制御部、１００…カメラ、３００…撮影レンズ、３０６…レンズマウント、３４２…フォーカス制御部、３４６…レンズシステム制御部。
【図１】
2017215578.tif 000005
【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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