JP2016218157A - 焦点検出装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出の精度を向上させることが可能な焦点検出装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】焦点検出装置は、撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、射出瞳の一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、射出瞳の全体を通過した光束に基づく第３の像信号を用いる。第１の像信号、第２の像信号、第３の像信号は、同じ画素群から生成されている。焦点検出装置は、第１の像信号と第３の像信号との第１の位相差と、第２の像信号と第３の像信号との第２の位相差とに基づいてデフォーカス量を検出する第１のモードと、第１の像信号と第２の像信号との第３の位相差に基づいて撮影光学系のデフォーカス量を検出する第２のモードとを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、焦点検出装置およびその制御方法に関し、特には撮像素子の出力に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置およびその制御方法に関する。

特許文献１には、一部の画素を、瞳分割方式の焦点検出を行うための焦点検出用画素とした撮像素子が開示されている。第１の瞳領域に対応する焦点検出用画素群の出力と、第２の瞳領域に対応する焦点検出用画素群の出力とから１つずつ生成した１対の像信号（Ａ像、Ｂ像）の位相差（ずれ量）に基づいて、デフォーカス量を検出することができる。

また、特許文献２には、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開示されている。この装置では、各画素の光電変換部が、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光束をマイクロレンズを介して受光する、２つの領域に分割されている。複数の画素の第１の分割領域の出力からＡ像を、第２の分割領域の出力からＢ像を生成することで、やはりデフォーカス量を検出することができる。

特許３５９２１４７号公報 特開２００８−５２００９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、Ａ像生成用の焦点検出用画素と、Ｂ像生成用の焦点検出用画素とが異なる画素位置に配置されている。そのため、１対の像信号の類似度が低くなる場合があり、そのような場合には、焦点検出精度が低下する。

また、Ａ像生成用の焦点検出用画素と、Ｂ像生成用の焦点検出用画素との配置間隔が広い場合には、被写体光学像の高周波帯域の周波数成分を取得できない場合がある。そのため、Ａ像とＢ像それぞれに異なる折り返しノイズが発生し、焦点検出誤差が発生してしまう。

さらに、特許文献２に開示された技術では、レンズ枠によるケラレや、レンズの光学収差などにより、特に像高の大きな位置の画素群から生成したＡ像とＢ像との対称性が低下し、焦点検出誤差が発生してしまう。

本発明はこのような従来技術の課題の少なくとも１つを改善することを目的とする。具体的には、本発明は、撮像素子の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出の精度を向上させることが可能な焦点検出装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、撮影光学系の射出瞳のうち、異なる領域を通過した光束に基づく複数の像信号の位相差に基づいて、撮影光学系のデフォーカス量を検出する検出手段を有し、検出手段は、射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、射出瞳の一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、射出瞳の全体を通過した光束に基づく第３の像信号とのうち、第１の像信号と第３の像信号との第１の位相差と、第２の像信号と第３の像信号との第２の位相差とに基づいてデフォーカス量を検出する第１のモードと、第１の像信号と第２の像信号との第３の位相差に基づいて撮影光学系のデフォーカス量を検出する第２のモードとを有し、第１の像信号、第２の像信号、第３の像信号が、同じ画素群から生成されたものであることを特徴とする焦点検出装置によって達成される。

このような構成により、本発明によれば、撮像素子の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出の精度を向上させることが可能な焦点検出装置およびその制御方法を提供することができる。

実施形態に係る焦点調節装置を備える撮像装置の一例としてのカメラシステムの機能構成例を示すブロック図 第１の実施形態における撮像素子の構成例を示す図。 第１の実施形態における光電変換領域と射出瞳との関係を示す図 実施形態における焦点調節動作を示すフローチャート 第１の実施形態におけるデフォーカス量の検出方法を示すフローチャート 第２の実施形態におけるデフォーカス量の検出方法を示すフローチャート

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、複数の撮影レンズを交換可能なカメラとその撮影レンズからなるカメラシステムであって焦点調節装置を有する撮像装置の構成を示す図である。図１において、本実施形態の焦点調節装置を含むカメラシステムはカメラ１００とこれに交換可能に装着される撮影レンズ３００とを備えて構成される。はじめに、カメラ１００の構成について説明する。

カメラ１００は、複数種類の撮影レンズ３００が存在するカメラシステムに対応しており、同一種類のレンズでも製造番号が異なるものが装着可能である。更には、焦点距離や開放Ｆナンバーが異なる撮影レンズ３００若しくはズーム機能を備える撮影レンズ３００なども装着可能で、同種、異種の撮影レンズにかかわらず交換可能な構成を有する。

このカメラ１００において、撮影レンズ３００を通過した光束は、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。

メインミラー１３０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次結像光学系からなる位相差検出方式ＡＦ機構を採用しており、得られた光学像を電気信号に変換しＡＦ部（オートフォーカス部）４２へ送る。ＡＦ部４２では、この電気信号から位相差検出演算を行う。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（後述する）に対して、焦点調節処理などの制御を行う。本実施形態では、焦点検出結果の補正もＡＦ部４２で行う。ＡＦ部４２は、位相差演算手段、相関量決定手段、演算手段として働く。

一方、撮影レンズ３００の焦点調節処理が終了し静止画撮影、電子ファインダ表示、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を撮影光束外に退避させる。こうして、撮影レンズ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は図示される様な位置に戻る。

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。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であり、メモリ制御部２２及びシステム制御部５０により制御される。画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ或いはメモリ制御部２２からの画像データに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。画像処理部２０は、画像データを用いて所定の演算処理を行う。

撮像素子１４は焦点検出装置の一部を有し、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が撮影光束外に退避した状態においても位相差検出方式ＡＦを行うことができる。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、画像処理部２０で焦点検出用画像データに変換される。その後、システム制御部５０を介してＡＦ部４２へ送られ、焦点調節装置により撮影レンズ３００の焦点合わせが行われる。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、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に対して焦点合わせを行う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が撮影光束外に退避するが、撮像素子１４による位相差検出方式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、位相差検出方式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。

この様に、本実施形態のカメラ１００は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が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による位相差検出方式ＡＦを用いる。また、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光束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による位相差検出方式ＡＦとコントラスト方式ＡＦを用いる構成となっている。従って、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。

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、メモリ制御部２２を介して、或いはＡ／Ｄ変換器１６のデータが直接メモリ制御部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。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を介して画像表示部２８により表示する。画像表示部２８を用いて撮像した画像データを逐次表示することで、電子ファインダ機能を実現できる。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１００の電力消費を大幅に低減できる。

また、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。これにより、連射撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことができる。また、メモリ３０はシステム制御部５０の作業領域としても使用できる。圧縮伸長部３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する機能を有し、メモリ３０に記憶された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えた画像データをメモリ３０に書き込む。

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側の絞り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。測光部４６は、ＡＥ処理を行う。撮影レンズ３００を通過した光束を、カメラマウント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、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。

システム制御部５０はカメラ１００の全体を制御し、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液晶表示装置である。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。

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。

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。撮影に関する処理とは、露光処理、現像処理及び記録処理等のことである。露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２２を介してメモリ３０に画像データとして書き込む。現像処理では、画像処理部２０やメモリ制御部２２での演算を用いた現像を行う。記録処理では、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮伸長部３２で圧縮を行い、記録媒体２００或いは２１０に画像データとして書き込む。

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、撮影直後に撮影した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。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。

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。

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、単数或いは複数、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。

通信部１１０は、有線通信、無線通信等の各種通信機能を有する。コネクタ１１２は、通信部１１０によりカメラ１００を他の機器と接続し、無線通信の場合はアンテナである。記録媒体２００及び２１０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体２００及び２１０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２，２１２、カメラ１００とのインターフェース２０４，２１４、カメラ１００と接続を行うコネクタ２０６，２１６を備えている。

次に、撮影レンズ３００側について説明する。撮影レンズ３００は、カメラ１００に着脱可能に構成される。レンズマウント３０６は、撮影レンズ３００をカメラ１００と機械的に結合し、カメラマウント１０６を介してカメラ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、撮影レンズ３００をカメラ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。レンズ３１１には被写体の焦点合わせを行うフォーカスレンズが含まれ、絞り３１２は撮影光束の光量を制御する絞りである。

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。ズーム制御部３４０はレンズ３１１のズーミングを制御し、フォーカス制御部３４２はレンズ３１１のフォーカスレンズの動作を制御する。撮影レンズ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はなくてもよい。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。絞り制御部３４４と絞り３１２は、絞り開口を調節している。

レンズシステム制御部３４６は撮影レンズ３００全体を制御する。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。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撮像素子１４からの距離と枠開口の半径の情報である。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、位相差演算手段を用いて位相差演算を行う際には、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を通じて送られる構成となっている。

●（第１の実施形態）
以下、本発明の例示的な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る焦点検出装置を備える撮像装置の一例としての、撮影レンズを交換可能なカメラと撮影レンズからなるカメラシステムの構成例を示す図である。図１において、カメラシステムはカメラ１００と、交換可能な撮影レンズ３００とから構成される。

撮影レンズ３００を通過した光束は、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。

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１０３へ入射する。焦点検出装置１０３は、２次結像光学系とラインセンサを有する位相差検出方式の焦点検出装置であり、１対の像信号をＡＦ部（オートフォーカス部）４２に出力する。ＡＦ部４２では、１対の像信号に対して位相差検出演算を行い、撮影レンズ３００のデフォーカス量および方向を求める。この演算結果に基づき、システム制御部５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２（後述）に対して、焦点調節処理などの制御を行う。本実施形態では、焦点検出結果の補正もＡＦ部４２で行う。

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。

撮像素子１４はＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、複数の画素が２次元的に配置された構成を有し、被写体光学像を画素ごとに光電変換して電気信号を出力する。撮像素子１４にて光電変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器１６へ送られ、アナログ信号出力がデジタル信号（画像データ）に変換される。タイミング発生回路１８は、撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給する。タイミング発生回路１８はメモリ制御部２２及びシステム制御部５０により制御される。画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ或いはメモリ制御部２２からの画像データに対して画素補間処理、ホワイトバランス調整処理、色変換処理などの所定の処理を適用する。

本実施形態に係る撮像素子１４は各画素が複数の光電変換領域（光電変換部）を有し、クイックリターン機構によりメインミラー１３０とサブミラー１３１が光路外に退避した状態においても位相差検出方式の焦点検出を可能にしている。撮像素子１４で得られた画像データのうち、焦点検出用信号の生成に用いられる画素のデータは、画像処理部２０で焦点検出用データに変換される。その後、焦点検出用データはシステム制御部５０を介してＡＦ部４２へ送られ、ＡＦ部４２は焦点検出用データに基づいて撮影レンズ３００の焦点調節を行う。

なお、撮像素子１４で撮影した画像データから画像処理部２０でコントラスト評価値を演算し、システム制御部５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に対して焦点合わせを行うコントラスト方式のＡＦも可能である。このように、本実施形態のカメラ１００は、ライブビュー表示時や動画撮影時のようにメインミラー１３０とサブミラー１３１が光路外に退避していても、撮像素子１４で得られる画像データから位相差検出方式ＡＦとコントラスト方式ＡＦの両方が可能である。また、本実施形態のカメラ１００は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が光路内にある通常の静止画撮影では、焦点検出装置１０３による位相差検出方式ＡＦが可能である。従って、静止画撮影時、ライブビュー表示時、動画撮影時のどの状態においても焦点調節が可能である。

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。

また、メモリ３０は、撮影した静止画像や動画像の一時記憶に用いられ、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を記憶するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、連射撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことができる。また、メモリ３０はシステム制御部５０の作業領域としても使用できる。圧縮伸長部３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する機能を有し、メモリ３０に記憶された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えた画像データをメモリ３０に書き戻す。

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。

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、カメラマウント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。

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。

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。

モードダイアル６０は、電源オフ、オート撮影モード、マニュアル撮影モード、再生モード、ＰＣ接続モード等の各機能モードを切り替え設定できる。シャッタースイッチＳＷ１である６２は、不図示のシャッターボタンが半押しされるとＯＮとなり、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等の動作開始を指示する。シャッタースイッチＳＷ２である６４は、シャッターボタンが全押しされるとＯＮとなり、撮影に関する一連の処理の動作開始を指示する。撮影に関する一連の処理とは、露光処理、現像処理及び記録処理等のことである。露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２２を介してメモリ３０に画像データとして書き込む。現像処理では、画像処理部２０やメモリ制御部２２での演算を用いた現像を行う。記録処理では、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮伸長部３２で圧縮を行い、記録媒体２００或いは２１０に画像データとして書き込む。

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。

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。

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。

通信部１１０は、有線通信、無線通信等の各種通信機能を有する。コネクタ１１２は、通信部１１０によりカメラ１００を他の機器と接続し、無線通信の場合はアンテナである。記録媒体２００及び２１０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体２００及び２１０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２，２１２、カメラ１００とのインターフェース２０４，２１４、カメラ１００と接続を行うコネクタ２０６，２１６を備えている。

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のカメラマウント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。電気的な結合はカメラマウント１０６及びレンズマウント３０６に設けられたコネクタ１２２及びコネクタ３２２によって実現される。レンズ３１１には撮影レンズ３００の合焦距離を調節するためのフォーカスレンズが含まれ、フォーカス制御部３４２はフォーカスレンズを光軸に沿って駆動することで撮影レンズ３００の焦点調節を行う。絞り３１２はカメラ１００に入射する被写体光の量と角度を調節する。

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。

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。

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。

本実施形態においては、撮影レンズ３００の状態に応じたレンズ枠情報も記憶されている。このレンズ枠情報は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠開口の半径の情報と、撮像素子１４から枠開口までの距離の情報である。絞り３１２は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠に含まれ、他にもレンズを保持するレンズ枠部品の開口などが枠に該当する。また、撮影レンズを通過する光束を決定する枠は、レンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置によって異なるため、レンズ枠情報はレンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置に対応して複数用意されている。そして、カメラ１００が、焦点検出手段を用いて焦点検出を行う際には、レンズ３１１のフォーカス位置とズーム位置に対応した最適なレンズ枠情報が選択され、カメラ１００にコネクタ３２２を通じて送られる。
以上が、カメラ１００と撮影レンズ３００からなる本実施形態のカメラシステムの構成である。

次に、撮像素子１４を用いた位相差検出方式の焦点検出動作について説明する。
図２（ａ）は本実施形態における撮像素子１４の画素配列の例を模式的に示した図で、ＣＭＯＳイメージセンサに２次元配置された画素群のうち、縦（Ｙ軸方向）６行と横（Ｘ軸方向）８列の範囲を、撮影レンズ３００側から観察した状態を示している。撮像素子１４は原色ベイヤー配列のカラーフィルタを有し、偶数番目の行の画素には左から順に緑（Green）と赤（Red）のカラーフィルタが交互に設けられる。また、奇数番目の行の画素には左から順に青（Blue）と緑（Green）のカラーフィルタが交互に設けられる。

また、各画素にはオンチップマイクロレンズ２１１ｉが設けられ、オンチップマイクロレンズ２１１ｉ内の矩形はそれぞれ光電変換部の受光領域を模式的に示している。本実施形態では各画素２１１が水平方向（Ｘ軸方向）に２分割された光電変換部２１１ａ，２１１ｂを有する場合について述べるが、垂直方向（Ｙ軸方向）に２分割された光電変換部や、水平および垂直方向の両方に分割された光電変換部を有してもよい。

各画素からは、複数の光電変換部の１つ以上の出力を選択的に読み出すことができる。つまり、本実施形態では、光電変換部２１１ａで得られる光電変換信号と、光電変換部２１１ｂで得られる光電変換信号と、全光電変換部で得られる光電変換信号の和とを独立して読み出しできるように構成されている。従って、一部の光電変換部で得られる光電変換信号から位相差ＡＦ用の像信号を生成でき、全部の光電変換部で得られる光電変換信号から通常画素としての信号を得ることができる。なお、光電変換部２１１ａ（２１１ｂ）で得られる光電変換信号は、光電変換部２１１ａ（２１１ｂ）から読み出すほか、全部の光電変換部で得られる光電変換信号と光電変換部２１１ｂ（２１１ａ）で得られる光電変換信号との差分として取得することもできる。ただし、後述する理由から、本実施形態では光電変換部２１１ａ（２１１ｂ）で得られる光電変換信号を演算によって取得する方法は用いない。なお、各画素において、光電変換部のそれぞれには、射出瞳のうち、互いに異なる部分領域を出射した光束が入射するため、各光電変換部で得られる信号は視差像であり、ステレオ画像など、立体視が可能な画像の生成にも利用可能である。

ここで、位相差検出方式の焦点検出に用いる像信号の生成について説明する。本実施形態では３種類の像信号を生成することができる。後述するように、本実施形態においては、オンチップマイクロレンズ２１１ｉと、分割された光電変換部２１１ａ及び２１１ｂとを用いて撮影光学系（撮影レンズ３００）の射出瞳を分割する。そして、同一画素行（Ｘ軸方向）に配置された画素２１１の出力のうち、複数の光電変換部２１１ａの出力をつなぎ合わせて編成した像信号をＡ像、そして光電変換部２１１ａと同一のオンチップマイクロレンズ２１１ｉを共有する複数の光電変換部２１１ｂの出力をつなぎ合わせて編成した像信号をＢ像とする。また、Ａ像およびＢ像の生成に用いる複数の画素について、画素単位で光電変換部２１１ａおよび２１１ｂの出力を加算してつなぎあわせて編成した像信号をＧ像とする。位相差ＡＦ用の像信号生成の詳細については後述するが、本実施形態の撮像素子１４では、Ａ像、Ｂ像、Ｇ像を同じ画素行から生成することで、精度の良いデフォーカス量の検出が可能である。

本実施形態では、Ａ像とＢ像との像ずれ量（位相差）のほか、Ａ像とＧ像との像ずれ量や、Ｂ像とＧ像との像ずれ量によっても所定領域の焦点ずれ量、すなわちデフォーカス量を検出することができる。本実施形態では、光電変換部２１１ａと２１１ｂの一方の読み出しと、光電変換部２１１ａと２１１ｂの加算読み出しを行い、光電変換部２１１ａと２１１ｂの他方の信号は読み出した２信号の差分として取得するものとする。

以下では、焦点検出用のＡ像（第１の像信号）を複数の光電変換部２１１ａの出力から、Ｂ像（第２の像信号）を複数の光電変換部２１１ｂの出力から生成するものとする。また、Ａ像の生成に用いられる複数の光電変換部２１１ａを第１の画素群、Ｂ像の生成に用いられる複数の光電変換部２１１ｂを第２の画素群と呼ぶ。また、Ｇ像（第３の像信号）の生成に用いられる複数の画素２１１を第３の画素群と呼ぶ。

図２（ｂ）は本実施形態の撮像素子１４の読み出し回路の構成例を示す図である。撮像素子１４は水平走査回路１５１と垂直走査回路１５３を有しており、各画素の境界には、水平走査ライン１５２ａ、１５２ｂと、垂直走査ライン１５４ａ、１５４ｂが配線されている。各光電変換部２１１ａ、２１１ｂで生成された信号は、水平走査ライン２５２および垂直走査ライン２５４を介して外部に読み出される。

図３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２１１（中央画素）の光電変換部２１１ａ，２１１ｂ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２１１ａ、２１１ｂと撮影レンズ３００の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズ２１１ｉによって共役関係となるように設計される。そして撮影レンズ３００の射出瞳面は、光量調節用の虹彩絞りが設けられる面とほぼ一致するのが一般的である。

一方、本実施形態の撮影レンズ３００は変倍機能を有したズームレンズである。ズームレンズには、変倍操作を行なうと、射出瞳の大きさや、像面から射出瞳までの距離（射出瞳距離）が変化するものがある。図３では、撮影レンズ３００の焦点距離が広角端と望遠端の中央にある状態を示している。この状態における射出瞳距離Ｚｅｐを標準値として、オンチップマイクロレンズの形状や、像高（画面中心からの距離）に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。

図３において、撮影レンズ３００は、第１レンズ群１０１、第１レンズ群を保持する鏡筒部材１０１ｂ、第３レンズ群１０５、および第３レンズ群を保持する鏡筒部材１０５ｂを有している。また、撮影レンズ３００は、絞り１０２と、絞り開放時の開口径を規定する開口板１０２ａ、および絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根１０２ｂを有している。なお、図３において、撮影レンズ３００を通過する光束の制限部材として作用する１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、及び１０５ｂは、像面から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、絞り１０２の近傍における合成開口を撮影レンズ３００の射出瞳と定義し、像面からの距離を射出瞳距離Ｚｅｐとしている。

画素２１１の最下層には、光電変換部２１１ａおよび２１１ｂが配置される。光電変換部２１１ａ、２１１ｂの上層には、配線層２１１ｅ〜２１１ｇ、カラーフィルタ２１１ｈ、及びオンチップマイクロレンズ２１１ｉが設けられる。光電変換部２１１ａ、２１１ｂは、オンチップマイクロレンズ２１１ｉによって撮影レンズ３００の射出瞳面に投影される。換言すれば、射出瞳が、オンチップマイクロレンズ２１１ｉを介して、光電変換部２１１ａ、２１１ｂの表面に投影される。

図３（ｂ）は、撮影レンズ３００の射出瞳面上における、光電変換部２１１ａ、２１１ｂ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２１１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３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２１１ａ及び２１１ｂは同じ大きさの瞳領域を通過した光束を受光する。円ＴＬには、投影像ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂと重複しない領域が存在するため、光束のケラレが生じるが、ごく少ないものである。従って、光電変換部２１１ａ、２１１ｂ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２１１ａが受光する射出瞳の領域を第１の瞳領域、光電変換部２１１ｂ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。

このように、本実施形態の撮像素子１４は位相差ＡＦ用の焦点検出センサとしての機能も有している。なお、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。

Ａ像の生成に用いる第１の画素群（光電変換部２１１ａ）と、Ｂ像の生成に用いる第２の画素群（光電変換部２１１ｂ）とは、画素の中央から水平（Ｘ軸）方向に偏倚した位置に存在する。
そして、単位デフォーカス量当たりの位相差は、位相差を検出する１対の像信号を生成する光束の射出瞳面上の領域内の重心位置の間隔と比例する。上述の通り、Ｇ像を生成する光束の射出瞳面上の領域は投影像ＥＰ１ａとＥＰ１ｂの和に概ね等しく、その重心位置は、投影像ＥＰ１ａ，ＥＰ１ｂの１対の重心位置の中央に存在する。そのため、光電変換部２１１ａ、２１１ｂから得られる１対の像信号（Ａ像、Ｂ像）の位相差は、Ａ像（Ｂ像）とＧ像の位相差の約２倍となる。また、絞り板１０２ａで規定される射出瞳の重心位置に対して、投影像ＥＰ１ａの重心位置は右側に、投影像ＥＰ１ｂの重心位置は左側に配されている。

Ｇ像を生成する光束の射出瞳面上の領域は共通するため、領域の重心位置は等しい。従って、Ａ像とＧ像との位相差とＢ像とＧ像の位相差の和は、Ａ像とＢ像の位相差と概ね等しくなる。

次に、カメラ１００における焦点調節動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図４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。

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。

Ｓ５０２でシステム制御部５０は、撮影レンズ３００のレンズ枠情報やフォーカスレンズ位置などの各種レンズ情報を、インターフェース部３８、３３８およびコネクタ１２２、３２２を介してレンズシステム制御部３４６から取得する。
Ｓ５０３でシステム制御部５０は、逐次読み出されているフレーム画像データの、焦点検出領域内の画素データから、ＡＦ用の像信号（Ａ像、Ｂ像、Ｇ像）を生成するように画像処理部２０に指示する。ＡＦ用の像信号はＡＦ部４２へ送られ、Ａ（Ｂ）像とＧ像とで使用する光電変換部の大きさが異なることによる信号レベルの差を補正する処理などが行われる。

なお、Ａ像はＧ像とＢ像との差として、Ｂ像はＧ像とＡ像の差として、算出することができる。しかし、演算を伴うため、得られる信号のＳ／Ｎは直接Ｂ像やＡ像を読み出した場合よりも低下する。そのため、高精度の位相差検出を行うには、差分として求めた像信号を用いない方がよい。したがって、本実施形態では、光電変換部２１１ａの信号と光電変換部２１１ｂの信号を別個に読み出し、加算信号は加算演算により生成する。しかし、Ａ像（またはＢ像）を加算信号からＢ像（またはＡ像）を減算して取得するように構成してもよい。

Ｓ５０４でＡＦ部４２は、Ａ像、Ｂ像、およびＧ像のうち、１対または２対の像信号に対して公知の相関演算などを適用して像のずれ量を算出し、像のずれ量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でシステム制御部５０は、Ｓ５０４でＡＦ部４２から得られたデフォーカス量に基づき、撮影レンズ３００のレンズ駆動量を算出する。

Ｓ５０６でシステム制御部５０は、インターフェース部３８、３３８、コネクタ１２２、３２２を介して、レンズ駆動量および駆動方向の情報を撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に送信する。フォーカス制御部３４２は、受信したレンズ駆動量と駆動方向の情報に基づいて、フォーカスフォーカスレンズを駆動する。これにより、撮影レンズ３００の焦点調節が行われる。なお、図４の動作は次フレーム以降の動画データが読み出された際にも継続的に実施されてよい。

次に、図４のＳ５０４でＡＦ部４２が行うデフォーカス量の検出処理について、図５に示すフローチャートを用いてさらに説明する。
まずＳ５０４１でＡＦ部４２は、Ａ像とＢ像の信号レベルの差が第１の閾値Ｔｈ１以上か否か判定し、Ａ像とＢ像の信号レベルの差が第１の閾値Ｔｈ１以上と判定されればＳ５０４２以降の第１のモードで、そうでなければＳ５０４４以降の第２のモードで、デフォーカス量を検出することを決定する。ここで、信号レベルの差の例としては、像を形成する信号サンプル値の累積値の差、信号サンプル値の２乗値の累積値の差、最大信号レベルの差、対応する信号サンプル値の差の累積値などであってよいが、これらに限定されない。ここでは、対応する信号サンプル値、すなわちＡ像のｎ番目のサンプル値とＢ像のｎ番目のサンプル値との差の累積値とする。信号レベルの差が大きいことは、Ａ像とＢ像との一致度が低く、Ａ像とＢ像とから直接得られる位相差の検出精度もしくは信頼度が低いことを意味する。従って、Ｓ５０４１の処理は、Ａ像とＢ像とから直接得られる位相差の検出精度もしくは信頼度の、判定もしくは推定処理に相当する。

Ｓ５０４２で第１の算出手段としてのＡＦ部４２は、同じ画素行（ｍ行目とする）から生成したＡ像とＧ像の相関演算を行う。相関演算に用いる第１の相関量ＣＯＲ１ａ（ｋ）は、例えば下記の式（１）で算出することができる。

式（１）で用いる変数ｋは、相関演算時のシフト量で、−ｋｍａｘ以上ｋｍａｘ以下の整数である。ＡＦ部４２は各シフト量ｋについての第１の相関量ＣＯＲ１ａ（ｋ）を求めた後、Ａ像とＧ像の相関が最も高くなるシフト量ｋ、すなわち、第１の相関量ＣＯＲ１１（ｋ）が最小となるシフト量ｋの値を求める。なお、第１の相関量ＣＯＲ１ａ（ｋ）の算出時におけるシフト量ｋは整数とするが、第１の相関量ＣＯＲ１ａ（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。

本実施形態では、第１の相関量ＣＯＲ１ａの差分値の符号が変化するシフト量ｄｋ１ａを、第１の相関量ＣＯＲ１ａ（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、第１の相関量の差分値ＤＣＯＲ１ａを以下の式（２）に従って算出する。
DCOR1a(k)=COR1a(k)-COR1a(k-1) ...（２）
そして、ＡＦ部４２は、第１の相関量の差分値ＤＣＯＲ１ａを用いて、差分量の符号が変化するシフト量ｄｋ１ａ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は第１のシフト量ｄｋ１ａ（第１の位相差）を、以下の式（３）に従って算出する。
dk1a=k1+ |DCOR1a(k1)|／|DCOR1a(k1)-DCOR1a(k2)| ...（３）
以上のようにしてＡＦ部４２（第１の算出手段）は、Ａ像とＧ像の相関量が最大となる第１のシフト量ｄｋ１ａをサブピクセル単位で算出し、Ｓ５０４２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。

次にＳ５０４３でＡＦ部４２（第２の算出手段）は、同じ画素行（ｍ行目）から生成したＢ像とＧ像について、Ｓ５０４２と同様の処理を行う。すなわち、ＡＦ部４２は、Ｂ像とＧ像について、第２の相関量ＣＯＲ１ｂ、第２の相関量の差分ＤＣＯＲ１ｂ、相関が最大となる第２のシフト量ｄｋ１ｂ（第２の位相差）を算出する。そしてＡＦ部４２は処理をＳ５０４６へ進める。このように、第１のモードでは、Ａ像とＧ像、Ｂ像とＧ像の２対の像信号について像のずれ量（位相差またはシフト量）を算出する。

一方、Ｓ５０４４でＡＦ部（第３の算出手段）は、同じ画素行（ｍ行目）から得られるＡ像とＢ像とについて、Ｓ５０４２と同様の処理を行う。すなわち、ＡＦ部４２は、Ａ像とＢ像について、第３の相関量ＣＯＲ２、第３の相関量の差分ＤＣＯＲ２、相関が最大となる第３のシフト量ｄｋ２（第３の位相差）を算出する。そしてＡＦ部４２は処理をＳ５０４６へ進める。このように、第２のモードでは、Ａ像とＢ像の１対の像信号について像のずれ量（位相差またはシフト量）を算出する。

Ｓ５０４６でＡＦ部４２は、デフォーカス量の検出を行う。第１のモード（算出されたシフト量がｄｋ１ａ、ｄｋ１ｂ）の場合、ＡＦ部４２はシフト量ｄｋ１ａ、ｄｋ１ｂの和ｄｋ＿ｓｕｍを算出する。この和ｄｋ＿ｓｕｍがＡ像とＢ像の位相差に相当することは上述した通りである。そのため、ＡＦ部４２はシフト量の和ｄｋ＿ｓｕｍに予め例えば不揮発性メモリ５６に記憶された敏感度を乗じることで、シフト量の和ｄｋ＿ｓｕｍをデフォーカス量ＤＥＦに換算する。なお、シフト量からデフォーカス量への換算はテーブル等の参照によっても実施可能であり、演算を伴う必要はない。

一方で、第２のモード（算出されたシフト量がｄｋ２）の場合、ＡＦ部４２は算出されたシフト量ｄｋ２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、シフト量をデフォーカス量ＤＥＦに換算する。
以上のようにしてデフォーカス量ＤＥＦの検出を終えると、ＡＦ部４２はデフォーカス量検出処理を終了する。

Ａ像とＢ像の信号レベル差が十分小さい場合など、Ａ像とＢ像との位相差検出精度が十分高いと判定される場合や、Ａ像とＢ像の生成に用いられる画素間の距離が十分小さいと判定される場合などは、シフト量ｄｋ２だけからデフォーカス量を求めてもよい。

本実施形態によれば、画素が有する複数の光電変換部の、異なる一部から得られる１対の像信号から得られる位相差に基づいてデフォーカス量を検出する第１のモードと、全部の光電変換部から得られる像信号と１対の像信号の各々との位相差を用いて間接的に算出した１対の像信号の位相差に基づいてデフォーカス量を検出する第２のモードとを有する。いずれのモードでも、同じ画素行から生成した像信号を用いることができるため、精度の良いデフォーカス量を得ることができる。

さらに、１対の信号レベルの差に基づいて、１対の像信号から検出される位相差の信頼性を推定し、推定される信頼性が高い場合には第１のモードで、推定される信頼性が高くない場合には第２のモードでデフォーカス量を検出することにより、１対の像信号の対称性が低い場合であってもデフォーカス量を精度良く検出することができる。

●（第２の実施形態）
以下、図６を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、Ａ像とＢ像の信号レベル差が第１の閾値以上である場合には、Ａ像とＢ像との位相差検出精度が低くなるものと判定した。これに対して第２の実施形態では、現在のデフォーカス量が第２の閾値以下で、かつ焦点検出領域の像高が第３の閾値以上の場合に、Ａ像とＢ像との位相差検出精度が低くなるものと判定する。

第２の実施形態では、現在のデフォーカス量が第２の閾値Ｔｈ２よりも大きいと判定される場合には、Ａ像とＢ像とから直接検出した位相差を用いてデフォーカス量を検出する。デフォーカス量が大きい場合には、Ａ像の生成に用いられる画素とＢ像の生成に用いられる画素が離れていても、被写体光学像のボケが大きいため、Ａ像とＢ像の一致度が高まるためである。つまり、デフォーカス量が大きい場合には、Ａ像とＢ像のサンプリング位置の相違が焦点検出結果に与える影響が小さいことを利用したものである。

また、現在のデフォーカス量が第２の閾値Ｔｈ２以下と判定されても、焦点検出領域の像高が第３の閾値Ｔｈ３よりも小さい場合には、Ａ像とＢ像とから直接検出した位相差を用いてデフォーカス量を検出する。焦点検出領域の像高が小さい場合（画面中央に近い場合）、光電変換部におけるケラレの影響および差が小さいため、Ａ像とＢ像の一致度が高まり、焦点検出精度が高いと考えられるためである。

一方、現在のデフォーカス量が第２の閾値Ｔｈ２以下と判定され、かつ焦点検出領域の像高が第３の閾値Ｔｈ３以上の場合には、Ａ像とＢ像との位相差検出精度が低くなるものと判定し、Ｇ像を用いて間接的にＡ像とＢ像の位相差を検出する。

なお、第１の実施形態で説明した撮像装置の構成（図１）、撮像素子１４の構成（図２、図３）、焦点調節動作（図４）に関しては、本実施形態においても共通するため、説明は省略する。
以下、図６に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるデフォーカス量検出処理について説明する。このデフォーカス量検出処理は、図４のＳ５０４において実施することができる。また、図６において、第１の実施形態と同様の動作については図５と同じ参照数字を付してある。

まずＳ６０４０でＡＦ部４２は、現在のデフォーカス量が第２の閾値Ｔｈ２以下か否かを判定する。現時点でのデフォーカス量は、焦点調節動作の開始以前に得られたデフォーカス量や、焦点検出を繰り返し行っている場合には前回検出したデフォーカス量と、その後のレンズ駆動量などから算出することができる推定値である。焦点調節動作の開始以前にデフォーカス量を得る場合には、図４のＳ５０１において、焦点検出開始の条件が満たされる以前から、一定間隔で焦点検出を行うようにしてもよい。なお、ここで用いられる第２の閾値Ｔｈ２は、予め実験等を通じて定めることができる。

ＡＦ部４２は、現在のデフォーカス量が第２の閾値Ｔｈ２より大きいと判定された場合には処理をＳ５０４４へ進め、第１の実施形態と同様にして第２のモードでデフォーカス量を検出する。また、現在のデフォーカス量が第２の閾値Ｔｈ２以下と判定された場合、ＡＦ部４２は処理をＳ６０４１に進める。

Ｓ６０４１でＡＦ部４２は、焦点検出領域の像高が第３の閾値Ｔｈ３以上か否かを判定する。焦点検出領域の像高は、領域の中心座標の像高であってもよいし、位相差ＡＦ用の像信号の生成に用いる画素群の平均座標の像高であってもよいが、これらに限定されない。なお、ここで用いられる第３の閾値Ｔｈ３は、撮像光学系の画角や撮像素子の大きさなどにも依存するため、それらを考慮して予め実験等を通じて定めることができる。

ＡＦ部４２は、焦点検出領域の像高が第３の閾値Ｔｈ３以上と判定された場合には処理をＳ５０４２へ進め、以下は第１の実施形態と同様にして第１のモードでデフォーカス量を検出する。また、焦点検出領域の像高が第３の閾値Ｔｈ３未満と判定された場合、ＡＦ部４２は処理をＳ５０４４へ進め、以下は第１の実施形態と同様にして第２のモードでデフォーカス量を検出する。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、１対の像信号の対称性が低い場合であってもデフォーカス量を精度良く検出することができる。

（その他の実施形態）
なお、第１の実施形態と第２の実施形態とは組み合わせて実施することも可能である。この場合、例えばＳ５０４１でＡ像とＢ像の信号レベル差が第１の閾値Ｔｈ１以上と判定された場合に、Ｓ６０４０に移行するように構成することができる。

また、上述の実施形態において、Ｓ５０４４で用いるＡ像とＢ像を、輝度信号から生成するようにしてもよい。具体的には、ベイヤー配列の繰り返し単位である水平２画素×垂直２画素の４画素から、Ａ像とＢ像を構成する１つの輝度（Ｙ）信号を生成する。繰り返し単位に含まれるＲ，Ｇ（Ｇ１およびＧ２），Ｂの値から輝度を求める方法に制限は無く、公知の方法を用いることができる。単純にはＲ，Ｇ（Ｇ１およびＧ２），Ｂの光電変換部２１１ａの出力平均値を複数の繰り返し単位についてつなぎ合わせてＡ像を生成することができる。Ｂ像についても、光電変換部２１１ｂの出力平均値をつなぎ合わせて生成することができる。

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。

１４…撮像素子、１８…タイミング発生回路、２０…画像処理部、２８…画像表示部、３２…圧縮伸長部、３６…シャッター制御部、４２…ＡＦ部、４６…測光部、５０…システム制御部

Claims (9)

1. 撮影光学系の射出瞳のうち、異なる領域を通過した光束に基づく複数の像信号の位相差に基づいて、前記撮影光学系のデフォーカス量を検出する検出手段を有し、
   前記検出手段は、
   前記射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、前記射出瞳の前記一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、前記射出瞳の全体を通過した光束に基づく第３の像信号とのうち、
   前記第１の像信号と前記第３の像信号との第１の位相差と、前記第２の像信号と前記第３の像信号との第２の位相差とに基づいて前記デフォーカス量を検出する第１のモードと、
   前記第１の像信号と前記第２の像信号との第３の位相差に基づいて前記撮影光学系のデフォーカス量を検出する第２のモードとを有し、
   前記第１の像信号、前記第２の像信号、前記第３の像信号が、同じ画素群から生成されたものであることを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第１の像信号と前記第２の像信号との位相差の信頼度を判定する判定手段をさらに有し、
   前記検出手段は、
   前記判定手段により前記信頼度が低いと判定された場合には前記第１のモードで前記デフォーカス量を検出し、前記判定手段により前記信頼度が低いと判定されなかった場合には前記第２のモードで前記デフォーカス量を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記判定手段は、前記第１の像信号と前記第２の像信号とのレベル差が予め定められた第１の閾値以上の場合に前記信頼度が低いと判定することを特徴とする請求項２記載の焦点検出装置。
4. 前記判定手段は、現在のデフォーカス量が予め定められた第２の閾値以下で、かつ焦点検出領域の像高が予め定められた第３の閾値以上の場合に前記信頼度が低いと判定することを特徴とする請求項２または３に記載の焦点検出装置。
5. 前記検出手段は、前記判定手段により前記信頼度が低いと判定された場合に、前記第１の位相差および前記第２の位相差の和を用いて前記デフォーカス量を検出することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記第１から第３の位相差を検出する方向と直交する方向に分割された複数の光電変換部を有する画素の出力に基づいて、前記第１の像信号から前記第３の像信号を生成する生成手段をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく像信号と、前記射出瞳の全体を通過した光束に基づく像信号とを読み出し可能な撮像素子と、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
8. 検出手段が、撮影光学系の射出瞳のうち、異なる領域を通過した光束に基づく複数の像信号の位相差に基づいて、前記撮影光学系のデフォーカス量を検出する検出工程を有し、
   前記検出工程が、
   前記射出瞳の一部の領域を通過した光束に基づく第１の像信号と、前記射出瞳の前記一部の領域とは異なる一部の領域を通過した光束に基づく第２の像信号と、前記射出瞳の全体を通過した光束に基づく第３の像信号とのうち、
   第１のモードにおいて、前記第１の像信号と前記第３の像信号との第１の位相差と、前記第２の像信号と前記第３の像信号との第２の位相差とに基づいて前記デフォーカス量を検出する工程と、
   第２のモードにおいて、前記第１の像信号と前記第２の像信号との第３の位相差に基づいて前記撮影光学系のデフォーカス量を検出する工程と、
   を有し、
   前記第１の像信号、前記第２の像信号、前記第３の像信号が、同じ画素群から生成されたものであることを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
9. コンピュータを、請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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