JP2022184997A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防振用レンズの移動量を用いて、焦点検出用画素からの信号に基づいて算出されたデフォーカス量を補正するカメラの焦点検出精度向上が求められている。【解決手段】撮像装置は、光学系の第１の領域を通過した第１の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第１信号を出力する第１画素１１と、前記光学系の第２の領域を通過した第２の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第２信号を出力する第２画素１２とを有する撮像部と、前記撮像部を移動させる移動部と、前記第１画素と前記第２画素との電荷蓄積時間における前記移動部により移動された前記撮像部の位置情報に基づいて算出される前記光学系の光軸からの前記第１画素および前記第２画素の距離情報と、前記撮像部から出力される前記第１信号および前記第２信号とに基づいて、前記光学系の合焦位置を検出する検出部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置に関する。

撮像素子または防振用レンズを移動して手ブレを補正する防振部を有し、撮像素子または防振用レンズの移動量を用いて、焦点検出用画素からの信号に基づいて算出されたデフォーカス量を補正するカメラが知られている（特許文献１）。従来から焦点検出精度向上が求められている。

日本国特開２０１５－２００８４７号公報

第１の態様によると、撮像装置は、光学系の第１の領域を通過した第１の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第１信号を出力する第１画素と、前記光学系の第２の領域を通過した第２の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第２信号を出力する第２画素とを有する撮像部と、前記撮像部を移動させる移動部と、前記第１画素と前記第２画素との電荷蓄積時間における前記移動部により移動された前記撮像部の位置情報に基づいて算出される前記光学系の光軸からの前記第１画素および前記第２画素の距離情報と、前記撮像部から出力される前記第１信号および前記第２信号とに基づいて、前記光学系の合焦位置を検出する検出部と、を備える。

第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の撮像面の焦点検出領域を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の焦点検出領域内の画素の配置例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置による像振れ補正を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における処理の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子内の小領域を示す図である。 変形例に係る撮像素子の焦点検出用画素の構成例を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ１の構成例を示す図である。カメラ１は、カメラボディ２と交換レンズ３とから構成される。なお、本明細書では、カメラボディ２と交換レンズ３を有するカメラ１をカメラシステムとも呼ぶ。

カメラボディ２には、交換レンズ３が取り付けられるボディ側マウント部２０１が設けられる。交換レンズ３には、カメラボディ２に取り付けられるレンズ側マウント部３０１が設けられる。交換レンズ３は、レンズ側マウント部３０１及びボディ側マウント部２０１により、カメラボディ２に着脱可能に装着される。レンズ側マウント部３０１及びボディ側マウント部２０１には、それぞれ通信端子群が備えられたレンズ側接続部３０２及びボディ側接続部２０２が設けられる。レンズ側接続部３０２及びボディ側接続部２０２には、それぞれクロック信号用の端子やデータ信号用の端子、電源供給用の端子等の複数の端子が設けられている。

カメラボディ２に交換レンズ３が装着されると、ボディ側接続部２０２に設けられた複数の端子と、対応するレンズ側接続部３０２に設けられた複数の端子とが、それぞれ電気的に接続される。これにより、カメラボディ２から交換レンズ３への電力供給や、カメラボディ２と交換レンズ３の間の通信が可能となる。

被写体からの光は、図１のＺ軸プラス方向に向かって入射する。また、図１の座標軸に示すように、Ｚ軸に直交する紙面手前方向をＸ軸プラス方向、Ｚ軸及びＸ軸に直交する紙面下方向をＹ軸プラス方向とする。以降の図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きが分かるように座標軸を表示する場合もある。

交換レンズ３は、撮影光学系（結像光学系）３１と、レンズ制御部３２と、レンズメモリ３３とを備える。撮影光学系３１は、焦点距離を変更するズームレンズ（変倍レンズ）３１ａやフォーカスレンズ（焦点調節レンズ）３１ｂを含む複数のレンズと絞り３１ｃとを含み、カメラボディ２の撮像素子２２の撮像面２２ａ上に被写体像を形成する。なお、撮像素子２２の撮像面２２ａは、後述する光電変換部が配置される面、又はマイクロレンズが配置される面である。

レンズ制御部３２は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいて交換レンズ３の各部を制御する。レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１０から出力される信号に基づき、ズームレンズ３１ａ、フォーカスレンズ３１ｂ、及び絞り３１ｃの駆動を制御する。レンズ制御部３２は、ボディ制御部２１０からフォーカスレンズ３１ｂの移動方向や移動量に関する信号が入力されると、その信号に基づいてフォーカスレンズ３１ｂを光軸ＯＡ１に沿って移動させて撮影光学系３１の焦点位置を調節する。また、レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１０から出力される信号に基づき、ズームレンズ３１ａの位置や絞り３１ｃの開口径を制御する。

レンズメモリ３３は、不揮発性の記憶媒体等により構成される。レンズメモリ３３には、交換レンズ３に関連する情報がレンズ情報として記憶（記録）される。レンズ情報には、撮影光学系３１の光学特性（射出瞳距離やＦ値）に関するデータが含まれる。射出瞳距離とは、撮影光学系３１の射出瞳と撮影光学系３１の結像面との間の距離である。なお、レンズ情報は、レンズ制御部３２の内部のメモリに記憶するようにしてもよい。

レンズメモリ３３へのデータの書き込みや、レンズメモリ３３からのデータの読み出しは、レンズ制御部３２によって制御される。交換レンズ３がカメラボディ２に装着された後、レンズ制御部３２は、レンズ側接続部３０２及びボディ側接続部２０２の通信端子を介して、レンズ情報をボディ制御部２１０に送信する。また、レンズ制御部３２は、ズームレンズ３１ａの位置に関する情報や、フォーカスレンズ３１ｂの位置に関する情報や、絞り３１ｃの絞り値（Ｆ値）の情報などをボディ制御部２１０に送信する。

次に、カメラボディ２の構成について、より詳しく説明する。カメラボディ２は、撮像素子２２と、ボディメモリ２３と、表示部２４と、操作部２５と、振れ検出部２６と、位置検出部２７と、防振制御部２８と、ボディ制御部２１０とを備える。カメラボディ２は他に電源やメモリカード等を備えるが説明は省略する。

撮像素子２２は、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子である。撮像素子２２は、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。撮像素子２２は、撮影光学系３１を通過した光束を受光して、被写体像を撮像する。撮像素子２２には、光電変換部を有する複数の画素が二次元状（例えば行方向及び列方向、Ｘ方向及びＹ方向）に配置される。光電変換部は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子２２は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号をボディ制御部２１０に出力する。

撮像素子２２は、後に説明するように、画像生成に用いる信号（撮像画像用信号）を出力する複数の撮像用画素と、焦点検出に用いる信号（焦点検出用信号）を出力する複数の焦点検出用画素（ＡＦ画素）とを有する。なお、撮像素子２２は、画素内に複数の光電変換部を有し、撮像画像用信号と焦点検出用信号とを出力する画素を有しても構わない。
また、撮像素子２２は、振れ補正（ブレ補正）のために防振制御部２８によって駆動移動され、光軸ＯＡ１と垂直な面（ＸＹ平面）に沿って移動する。

ボディメモリ２３は、不揮発性の記憶媒体等により構成される。ボディメモリ２３には、画像データや制御プログラム等が記録される。ボディメモリ２３へのデータの書き込みや、ボディメモリ２３からのデータの読み出しは、ボディ制御部２１０によって制御される。表示部２４は、画像データに基づく画像、ＡＦ枠などの焦点検出領域（ＡＦエリア）を示す画像、シャッター速度や絞り値（Ｆ値）等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部２５は、レリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた操作信号をボディ制御部２１０へ出力する。

振れ検出部２６は、角速度センサ（ジャイロセンサ）あるいは加速度センサ等によって構成され、カメラ１を持つユーザの手振れによってカメラ１に加えられた振れ（ブレ）を検出する。振れ検出部２６は、カメラ１の振れ量に応じた信号（振れ信号）を生成し、生成した振れ信号を防振制御部２８に出力する。

位置検出部２７は、光センサあるいは磁気センサ等によって構成され、光軸ＯＡ１と垂直な面（ＸＹ平面）に沿って移動する撮像素子２２の位置を検出する。位置検出部２７は、撮像素子２２の位置を所定の周期で検出し、撮像素子２２の位置に関する情報（位置情報）を繰り返し生成する。位置検出部２７は、生成した位置情報を防振制御部２８に順次出力する。この位置情報には、図１に示すＸ軸方向における撮像素子２２の位置を示す情報や、Ｙ軸方向における撮像素子２２の位置を示す情報や、撮像素子２２の光軸ＯＡ１を中心とした回転（傾き）を示す情報が含まれる。撮像素子２２の傾きを示す情報は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１に垂直な面（ＸＹ平面）における撮像素子２２の回転角度を示す情報である。

防振制御部２８は、振れ検出部２６から出力された振れ信号に基づき、カメラ１の振れに起因する被写体像の像振れを打ち消すように振れ補正を行う。防振制御部２８は、振れ信号を用いてカメラ１の振れ量を算出し、算出したカメラ１の振れ量に基づいて、この振れ量による像振れを打ち消すための撮像素子２２の移動量を算出（決定）する。撮像素子２２の移動量は、現在の撮像素子２２の位置から像振れを打ち消すために撮像素子２２を移動させるための、Ｘ軸方向の移動量、Ｙ軸方向の移動量、および光軸ＯＡ１を中心とした回転移動量が含まれる。防振制御部２８は、算出した移動量に従って撮像素子２２の駆動制御を行い、撮像素子２２の位置を調整する。防振制御部２８は、カメラ１の振れ量に応じて、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１に垂直な面において、撮像素子２２を上下左右方向への移動（シフト）および回転（ロール）させる。このように、カメラ１では、カメラ１の振れ量に応じて撮像素子２２の位置が調整されることで、被写体像の像振れが補正される。

また、防振制御部２８は、位置検出部２７から出力される撮像素子２２の位置情報を、防振制御部２８の内部のメモリに記憶させる。防振制御部２８の内部のメモリには、周期的に検出された複数の位置情報が記憶される。防振制御部２８は、内部のメモリに記憶された複数の位置情報を、所定の周期で読み出してボディ制御部２１０に出力する。
以上のように、防振制御部２８は、振れ検出部２６からの振れ信号、及び位置検出部２７からの位置情報を共に用いて撮像素子２２の移動量を決定し、決定した撮像素子２２の移動量に基づいて撮像素子２２の位置を制御する。

ボディ制御部２１０は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいてカメラ１の各部を制御する。ボディ制御部２１０は、撮像制御部２１１と、画像データ生成部２１２と、領域選択部２１３と、焦点検出部２１４とを有する。

撮像制御部２１１は、撮像素子２２の蓄積動作（撮像）を制御する信号を撮像素子２２に供給して、撮像素子２２の蓄積動作を制御する。撮像制御部２１１は、表示部２４に被写体のスルー画像（ライブビュー画像）を表示する場合や、動画撮影を行う場合に、撮像素子２２に所定周期のフレーム間隔で繰り返し被写体像を撮像させて、撮像画像用信号や焦点検出用信号を出力させる。撮像制御部２１１は、撮像素子２２の画素を行単位で列方向に順次選択して、選択した画素から信号を読み出す、いわゆるローリングシャッタ方式の読み出し制御を行う。撮像素子２２では、各画素の光電変換部に入射した光を光電変換して生成された電荷を蓄積する動作（蓄積動作）と蓄積した電荷に基づく信号を画素から読み出す動作（読み出し動作）とが、最上行から最下行に向かって１行または複数行毎に行われる。各行の蓄積動作の開始および終了時刻は、列方向では時間的にずれるがオーバーラップして行われる。蓄積動作に引き続いて行われる各行の読み出し動作の開始および終了時刻も、列方向では時間的にずれるがオーバーラップして行われる。

画像データ生成部２１２は、撮像素子２２から出力される撮像画像用信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。画像処理には、階調変換処理や色補間処理等の公知の画像処理が含まれる。生成された画像データは不図示のメモリカードに記録される。

図２は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の撮像面２２ａに設定された焦点検出領域１００を示す図である。焦点検出領域１００には複数の焦点検出用画素が配置されている。図２に示すように、撮像素子２２の撮像面２２ａには、行方向（Ｘ方向）、列方向（Ｙ方向）にマトリクス状に配置された複数の焦点検出領域１００が設けられている。各焦点検出領域１００は、カメラ１やユーザが選択可能な複数のＡＦエリアに対応する。図２では、複数の焦点検出領域１００を間をあけて離散的に配置しているが、必ずしも全ての焦点検出領域１００を離散的に配置する必要はなく、例えば行方向に配置する焦点検出領域は連続しても良いし、全ての焦点検出領域を間をあけることなく配置しても良い。

領域選択部２１３は、図２に示した撮像素子２２の撮像面２２ａに設定された複数の焦点検出領域１００のうち、少なくとも一つの焦点検出領域１００を選択（設定）する。各焦点検出領域１００の領域は、表示部２４に表示されたＡＦ枠（範囲）に対応する。領域選択部２１３は、表示部２４に表示された複数のＡＦ枠のうちユーザが操作部２５の操作によって選択したＡＦ枠内の領域に対応する焦点検出領域１００、又はカメラ１が自動的に選択した焦点検出領域１００を、焦点検出を行う焦点検出領域として決定する。後述するが、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００内の複数の焦点検出用画素の焦点検出用信号を用いて、デフォーカス量の算出が行われる。
撮影光学系３１が形成する被写体像の位置と、カメラボディ２の撮像素子２２の撮像面２２ａの位置とのズレがデフォーカス量に対応する。

なお、図２に示すように、複数の焦点検出領域１００は、２次元方向（行方向及び列方向）に分布して配置されており、各焦点検出領域１００の撮像素子２２の撮像面２２ａの中心からの距離は異なっている。すなわち、撮像素子２２の中心が光軸ＯＡ１上にあるときに、複数の焦点検出領域１００は、種々の像高の位置に設けられている。撮像素子２２の移動前（像振れ補正前）において、撮像素子２２の中央位置の焦点検出領域１００ａは、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１上に位置し、その像高が略ゼロである。焦点検出領域１００は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１からの距離が長くなるに従って、その像高Ｈが高く（大きく）なる。図２では、像高Ｈが高い焦点検出領域１００の例として、中央の焦点検出領域１００ａと同じ行の左端及び右端に位置する焦点検出領域に、符号１００ｂ、１００ｃを付している。

また、焦点検出領域１００は、所定の面積を有するので、厳密に言えば、一つの焦点検出領域１００内の画素位置毎に像高は異なるが、本実施の形態にあっては、同一の焦点検出領域１００に配置される複数の画素は、その像高Ｈが一定であるとして扱っており、焦点検出領域１００の中心位置の像高Ｈの値を、その焦点検出領域１００全体の像高値としている。中央の焦点検出領域１００ａでは、その領域全体が像高ゼロであり、上記の焦点検出領域１００ｂ、１００ｃでは、その領域全体が所定の像高Ｈである。以下、図３及び図４を用いて、撮像素子２２の焦点検出領域１００に配置される画素について説明する。

図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２のうちの、１つの焦点検出領域１００内の画素の配置例を示す図である。撮像素子２２の焦点検出領域１００には、複数の撮像用画素１３と第１の焦点検出用画素１１と第２の焦点検出用画素１２とが配置される。

各撮像用画素１３には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる分光特性を有する３つのカラーフィルタ（色フィルタ）５１のいずれか１つが設けられる。Ｒのカラーフィルタ５１は主に赤色の波長域の光を透過し、Ｇのカラーフィルタ５１は主に緑色の波長域の光を透過し、Ｂのカラーフィルタ５１は主に青色の波長域の光を透過する。画素は、配置されたカラーフィルタ５１によって異なる分光特性を有する。これにより、撮像用画素１３には、赤（Ｒ）の分光特性を有する画素１３ｒ（以下、Ｒ画素と称する）と、緑（Ｇ）の分光特性を有する画素１３ｇ（以下、Ｇ画素と称する）と、青（Ｂ）の分光特性を有す画素１３ｂ（以下、Ｂ画素と称する）とがある。Ｒ画素とＧ画素とＢ画素とは、ベイヤー配列に従って配置されている。

第１の焦点検出用画素１１及び第２の焦点検出用画素１２は、上述のようにベイヤー配列されたＲ、Ｇ、Ｂの撮像用画素１３の一部を置換して配置される。第１の焦点検出用画素１１及び第２の焦点検出用画素１２には、カラーフィルタ５１及び遮光膜（遮光部）４３が設けられる。第１の焦点検出用画素１１及び第２の焦点検出用画素１２には、カラーフィルタ５１として、Ｇのカラーフィルタが配置される。第１の焦点検出用画素１１と第２の焦点検出用画素１２とは、その遮光部４３の位置が異なる。図３に示す例では、第１の焦点検出用画素１１には画素受光部の左側に遮光部を配置し、第２の焦点検出用画素１２には画素受光部の右側に遮光部を配置している。なお、第１の焦点検出用画素１１及び第２の焦点検出用画素１２には、カラーフィルタ５１として、白（Ｗ）の分光特性を有するカラーフィルタを配置してもよいし、Ｂ（青）あるいはＲ（赤）のカラーフィルタを配置してもよい。あるいは、第１の焦点検出用画素１１及び第２の焦点検出用画素１２には、遮光膜４３だけを設け、カラーフィルタ５１を配置しなくてもよい。

撮像素子２２は、図３に示すように、Ｒ画素１３ｒとＧ画素１３ｇとが行方向（左右方向）に交互に配置される第１の画素群行４０１と、Ｇ画素１３ｇとＢ画素１３ｂとが行方向に交互に配置される第２の画素群行４０２とを有する。さらに、撮像素子２２は、Ｇ画素１３ｇ、第１の焦点検出用画素１１、及び第２の焦点検出用画素１２が行方向に配置される第３の画素群行４０３を有する。なお、撮像素子２２に配置される画素の数および配置は、図示した例に限られない。
図３に示すように、１つの焦点検出領域１００内には、第１の画素群行４０１、第２の画素群行４０２、第１の画素群行４０１、第３の画素群行４０３の４行が列方向にセットで配列され、この第１の画素群行４０１～第３の画素群行４０３の４行セットが列方向に繰り返し並んで配置される。

なお、列方向に繰り返すセット行数は４行に限るものではない。セット行数に少なくとも１行の第３の画素群行４０３を含んでいればよく、例えば第１の画素群行４０１、第２の画素群行４０２、第１の画素群行４０１、第２の画素群行４０２、第１の画素群行４０１、第２の画素群行４０２、第１の画素群行４０１、および第３の画素群行４０３の８行、すなわち４行の第１の画素群行４０１と３行の第２の画素群行４０２と１行の第３の画素群行４０３とを列方向にセットで配列しても構わない。あるいは６行の第１の画素群行４０１と５行の第２の画素群行４０２と１行の第３の画素群行４０３との１２行セットを列方向に繰り返すように配置しても構わない。

また、図３に示す例では、２種類の焦点検出用画素を配置する焦点検出用画素行（第３の画素群行４０３）としてＧ画素１３ｇ、第１の焦点検出用画素１１、及び第２の焦点検出用画素１２を１行に配置しているが、これに限らない。例えばＧ画素１３ｇと第１の焦点検出用画素１１とを１行に配置し、Ｇ画素１３ｇと第２の焦点検出用画素１２とを異なる１行に配置しても構わない。つまり画素受光部の左側に遮光部を備える第１の焦点検出用画素１１を配置する行と、画素受光部の右側に遮光部を備える第２の焦点検出用画素１２を配置する行と、を異なる行としても良い。その場合、第１の焦点検出用画素１１を配置する行を１行含む行セットと、第２の焦点検出用画素１２を配置する行を１行含む行セットとを列方向に配列すると良い。具体的には、６行の第１の画素群行４０１と５行の第２の画素群行４０２と１行の第１の焦点検出用画素１１を配置する行との１２行セットおよび６行の第１の画素群行４０１と５行の第２の画素群行４０２と１行の第２の焦点検出用画素１２を配置する行との１２行セットの合計２４行セットを列方向に繰り返すように配置しても構わない。

図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２で生成される信号を説明するための図である。図４は、撮像素子２２に設けられた画素のうち、１つの第１の焦点検出用画素１１（図４（ａ））と、１つの第２の焦点検出用画素１２（図４（ｂ））と、１つの撮像用画素１３（図４（ｃ））とを示している。

撮像用画素１３は、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過（通過）した光束を受光する光電変換部（受光部、ＰＤ）４２とを有する。第１及び第２の焦点検出用画素１１、１２は共に、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過した光束の一部を遮光する遮光部４３と、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過し、遮光部４３で遮光されなかった光束が入射する光電変換部（受光部、ＰＤ）４２とを有する。

撮影光学系３１の射出瞳を略２等分した一方の第１の瞳領域を通過した光束を第１の光束６１とし実線矢印で示し、略２等分した他方の第２領域を通過した光束を第２の光束６２とし、破線矢印で示す。
図４（ａ）において、第１の焦点検出用画素１１には、第１及び第２の光束６１、６２のうちの第２の光束６２を遮光する左側遮光部４３Ｌが設けられる。左側遮光部４３Ｌは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間に位置し、光電変換部４２の上に設けられている。図４（ａ）に示すように、第１の焦点検出用画素１１は左側遮光部４３Ｌを設けているため、光電変換部４２には、撮影光学系３１の射出瞳のうちの第１の瞳領域を通過した第１の光束６１のみが入射する。第１の焦点検出用画素１１の光電変換部４２は、第１の光束６１を受光する。第１の焦点検出用画素１１は、光電変換部４２において第１の光束６１を光電変換して電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に基づく第１の焦点検出用信号Ｓｉｇ１を出力する。なお左側遮光部４３Ｌは光電変換部４２の上ではなく、カラーフィルタ５１と光電変換部４２の中間の位置に設けてもよい。

図４（ｂ）において、第２の焦点検出用画素１２には、第１の光束６１を遮光する右側遮光部４３Ｒが設けられる。右側遮光部４３Ｒは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間に位置し、光電変換部４２の上に設けられている。図４（ｂ）に示すように、第１の焦点検出用画素１１は右側遮光部４３Ｒを設けているため、光電変換部４２には、撮影光学系３１の射出瞳のうちの第２の瞳領域を通過した第２の光束６２のみが入射する。第２の焦点検出用画素１２の光電変換部４２は、第２の光束６２を受光する。第２の焦点検出用画素１２は、光電変換部４２において第２の光束６２を光電変換して電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に基づく第２の焦点検出用信号Ｓｉｇ２を出力する。なお右側遮光部４３Ｒは光電変換部４２の上ではなく、カラーフィルタ５１と光電変換部４２の中間の位置に設けてもよい。

図４（ｃ）に示すように、遮光部を備えていない撮像用画素１３の光電変換部４２は、第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ受光する。上述したように、撮像用画素１３のカラーフィルタ５１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）いずれか１つが設けられる。撮像用画素１３は、第１及び第２の光束６１、６２を光電変換して電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に基づく撮像画像用信号を出力する。

図１に戻り、焦点検出部２１４は、撮影光学系３１の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な処理を行う。焦点検出部２１４は、デフォーカス量を算出する処理と、デフォーカス量に基づいて、撮影光学系３１を通過した被写体光束を撮像面２２ａに結像させるためにフォーカスレンズ３１ｂを移動する移動量（駆動量）を計算する処理とを行う。焦点検出部２１４は、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００内の第１及び第２の焦点検出用画素１１、１２から出力される第１及び第２の焦点検出用信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を用いて、瞳分割型の位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。また焦点検出部２１４は、算出したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。

より詳しくデフォーカス量の算出処理を説明すると、焦点検出部２１４は、第１の焦点検出用信号Ｓｉｇ１と第２の焦点検出用信号Ｓｉｇ２とを相関演算して、像ずれ量Δを算出する。焦点検出部２１４は、この像ずれ量Δを所定の換算式に基づきデフォーカス量に換算する。像ずれ量Δをデフォーカス量Ｄｅｆに換算する換算式は、換算係数（変換係数）Ｋを用いて以下のように表すことができる。
Ｄｅｆ＝Ｋ×Δ …（１）

上述したように、防振制御部２８は、位置検出部２７により検出された撮像素子２２の位置情報をボディ制御部２１０に出力する。ボディ制御部２１０の焦点検出部２１４は、後述するが、防振制御部２８から出力された位置情報に基づいて、選択された焦点検出領域１００の光軸ＯＡ１からの像高を加味して換算係数Ｋを決定する。焦点検出部２１４は、決定した換算係数Ｋと上記の式（１）とに基づき、像ずれ量Δをデフォーカス量Ｄｅｆに換算する。

焦点検出部２１４は、デフォーカス量が所定の許容値以内か否かを判定する。焦点検出部２１４は、デフォーカス量が許容値以内であれば合焦していると判断する。一方、焦点検出部２１４は、デフォーカス量が許容値を超えている場合は合焦していないと判断し、算出したデフォーカス量Ｄｅｆに基づいて、合焦位置までのフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。そして、焦点検出部２１４は、交換レンズ３のレンズ制御部３２へフォーカスレンズ３１ｂの移動量とレンズ駆動を指示する信号を送信する。焦点検出部２１４からの指示を受けたレンズ制御部３２が、移動量に応じてフォーカスレンズ３１ｂを移動することにより、焦点調節が自動で行われる。

図５は、第１の実施の形態に係るカメラ１による像振れ補正を説明するための図である。図５（ａ）は、水平方向（Ｘ軸方向）に加わった手振れによって被写体像の位置が変化した例を示している。図５（ａ）において、点線で示す被写体像７１ａは、カメラ１の振れが生じる前の被写体像を示し、点線で示す撮像面２２ａ１は、移動前（補正前）の撮像素子２２の撮像面（の位置）を示している。カメラ１の振れが生じる前は、被写体像７１ａが撮像面２２ａ１の中央に位置している。

実線で示す被写体像７１ｂは、カメラ１の振れが生じた場合の被写体像を示しており、撮像面２２ａ１の中央よりも右側（＋Ｘ方向）に位置している。防振制御部２８は、手振れによってカメラ１に振れが与えられると、像振れを打ち消すように撮像素子２２を移動させる。図５（ａ）に示すような像振れが生じた場合、防振制御部２８は、上述したように、カメラ１の振れ量に応じて光軸ＯＡ１と垂直な面（ＸＹ平面）に沿って撮像素子２２を矢印７５で示すように＋Ｘ方向に移動させる。実線で示す撮像面２２ａ２は、移動後（補正後）の撮像素子２２の撮像面の位置を示している。撮像素子２２（の撮像面）は、防振制御部２８によって駆動制御されて、点線で示す位置から実線で示す位置に移動する。移動後の撮像面２２ａ２においては、被写体像７１ｂは撮像面２２ａ２の中央に位置している。

図５（ｂ）は、被写体像の位置の変化の別の例を示しており、手振れによって被写体像がＺ軸回りに回転した場合を示している。図５（ｂ）において、点線で示す被写体像７１ａは、カメラ１の振れが生じる前の被写体像を示し、点線で示す撮像面２２ａ１は、移動前の撮像素子２２の撮像面を示している。また、実線で示す被写体像７１ｃは、カメラ１の振れが生じた場合の被写体像を示し、実線で示す撮像面２２ａ３は、移動後の撮像素子２２の撮像面を示している。図５（ｂ）に示す例の場合、防振制御部２８は、カメラ１のロール方向の回転振れを打ち消すように、矢印７６で示すように撮像素子２２を回転させることで、像振れを補正する。

上述のように、防振制御部２８は、カメラ１の振れを打ち消すように、撮像素子２２を移動させる。撮像素子２２がシフト量（ｘ、ｙ）だけ移動された場合、撮像面２２ａの中心はシフト量（ｘ、ｙ）だけ移動し、各焦点検出領域１００はいずれもシフト量（ｘ、ｙ）だけ移動する。図２に示す中央の焦点検出領域１００ａも、焦点検出領域１００ｂ、１００ｃも、シフト量（ｘ、ｙ）だけ移動する。このように、撮像素子２２の移動によって、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１と撮像素子２２の中心との相対位置関係が変化し、各焦点検出領域１００の像高が変化する。

撮像素子２２の移動によって焦点検出領域１００の像高が変わると、撮影光学系３１を通過した光束のその焦点検出領域１００の第１及び第２の焦点検出用画素への入射角が変わるため、第１及び第２の焦点検出用画素のそれぞれで蓄積される電荷量が変わる。また、第１及び第２の焦点検出用画素は、電荷の蓄積動作が行われる期間（電荷蓄積期間）の間に蓄積された電荷量に基づいて、第１及び第２の焦点検出用信号を生成する。このため、電荷蓄積期間における撮像素子２２の位置に応じて、第１及び第２の焦点検出用画素において蓄積される電荷量が変わり、第１及び第２の焦点検出用信号を用いて算出される像ずれ量の大きさが変化する。
中央の焦点検出領域１００ａを例にとって説明すると、振れ補正により撮像素子２２が移動し焦点検出領域１００ａが光軸ＯＡ１上に位置しない場合に、焦点検出領域１００ａが光軸ＯＡ１上に位置する場合を想定した換算係数Ｋの値をそのまま上述した像ずれ量Δをデフォーカス量Ｄｅｆに換算する換算式に用いると、算出されるデフォーカス量の精度が低下することになる。

そこで、本実施の形態に係る焦点検出部２１４は、電荷の蓄積が行われる電荷蓄積期間における撮像素子２２の位置に応じて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋの値を変更する。この場合、焦点検出部２１４は、焦点検出に用いる焦点検出領域１００の電荷蓄積期間中の位置が光軸ＯＡ１から離れるほど、上述の換算係数Ｋの値が大きくなるように設定（補正）する。換言すると、焦点検出領域１００の電荷蓄積期間中の像高が撮像素子２２の移動に伴って大きくなる程、上述の換算係数Ｋの値が大きくなるように設定する。これにより、像振れ補正が行われて撮像素子２２の中心と撮影光学系３１の光軸ＯＡ１とがずれる場合に、焦点検出精度が低下することを抑制することができる。以下に、焦点検出部２１４が行う処理について説明する。

焦点検出部２１４は、防振制御部２８を介して取得した撮像素子２２の位置情報のうち、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００の電荷蓄積期間に、位置検出部２７により検出された位置情報を選択する。上述したように、撮像素子２２では、画素における電荷の蓄積動作が、最上行から最下行に向かって行毎に走査しながら行われる。焦点検出領域１００の電荷蓄積期間は、その焦点検出領域１００に配置された画素が含まれる画素行において電荷の蓄積動作が行われる期間である。このように、焦点検出部２１４は、位置検出部２７により検出された複数の位置情報のうち、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００の電荷蓄積期間における撮像素子２２の位置を示す位置情報を選択する。

焦点検出部２１４は、選択した撮像素子２２の位置情報に基づいて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを算出する。焦点検出領域１００毎に、撮影光学系３１を通過した光束の焦点検出用画素への入射角と換算係数Ｋとの対応関係が予めシミュレーションや実験等により求められ、データテーブルや計算式としてボディ制御部２１０の内部のメモリに記憶されている。焦点検出部２１４は、選択した撮像素子２２の位置情報に基づいて、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００の像高Ｈを算出し、算出した像高Ｈを用いてその焦点検出領域１００の焦点検出用画素への光束の入射角を算出する。焦点検出部２１４は、算出した入射角に基づいて、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００についての上述の対応関係を参照することにより、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを決定する。このように、本実施の形態では、電荷蓄積期間における撮像素子２２の位置に関する位置情報に基づいて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋの値を変更する。このため、像振れ補正が行われた場合に焦点検出の精度が低下することを抑えることができる。

なお、換算係数Ｋを決定する方法は、上記の方法に限らない。焦点検出部２１４は、撮像素子２２の位置と換算係数Ｋとの対応関係を参照して、換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。この場合、撮像素子２２の位置と換算係数Ｋとの対応関係が、焦点検出領域１００毎に予め実験等により求められ、データテーブル等としてボディ制御部２１０の内部のメモリに記憶されている。焦点検出部２１４は、選択した撮像素子２２の位置情報から撮像素子２２の位置を把握して、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００についての上記の対応関係を参照し、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを決定する。

図６は、第１の実施の形態に係るカメラ１における処理の一例を示す図である。図６において、複数の横軸は共通の時間軸である。図６では、同一の時間軸に、撮像素子２２のＶ信号（垂直同期信号とも称する）（図６（ａ））と、撮像素子２２の位置の検出処理（図６（ｂ））と、撮像素子２２による電荷蓄積処理（図６（ｃ））と、位置情報の通信処理（図６（ｄ））と、ＡＦ処理（図６（ｅ）、（ｆ））と、レンズ制御部３２によるレンズ制御（図６（ｇ））と、フォーカスレンズ３１ｂの位置（図６（ｈ））とを示している。

Ｖ信号（垂直同期信号）は、撮影のフレームレートに基づいて撮像素子２２内のパルス発生回路等によって生成される。Ｖ信号は、１フレームごとに生成される信号であり、フレームレートに従った時間間隔で生成される。図６において、位置検出処理と、電荷蓄積処理と、位置情報の通信処理と、ＡＦ処理と、レンズ制御とは、それぞれＶ信号に同期して行われる。

図６（ｂ）の実線の矢印Ａ１～Ａ１５は、第Ｎフレーム～第（Ｎ＋３）フレームの処理を行っている間に位置検出部２７により撮像素子２２の位置の検出が行われて、撮像素子２２の位置情報が生成されるタイミングを示している。位置検出部２７は、１フレームよりも短く、かつ一定の間隔（△ｔ）で位置検出を行い、１フレームの間に複数の位置情報を取得する。

撮像素子２２の電荷蓄積処理を、図６（ｃ）に示す。図６（ｃ）に示す例では、図７に示す撮像素子２２内の第１、第２、及び第３の小領域８１、８２、８３において順次に電荷蓄積が行われる場合を示している。第１～第３の小領域８１～８３は、撮像面２２ａを上下方向に３分割したもので、上領域（小領域８１）、中領域（小領域８２）、下領域（小領域８３）と分けている。第１～第３の小領域８１～８３は、図７に示すように、それぞれ複数の焦点検出領域１００を含む。

図６（ｃ）は、第１～第３の小領域８１～８３のそれぞれにおいて、最上行の画素における電荷蓄積が開始されて最下行の画素における電荷蓄積が終了するまでの処理を、フレーム毎に模式的に示している。図６（ｃ）の平行四辺形の領域内で、各フレームの電荷蓄積が行われる。すなわち、最初の行（第１の小領域８１の一番上のライン）が電荷の蓄積を行う時間と最後の行（第３の小領域８３の一番下のライン）が電荷の蓄積を行う時間は、ずれている（ローリングシャッタとも呼ばれる）。撮像素子２２は、Ｖ信号に基づいて撮像素子２２の電荷蓄積を行ってフレーム毎に繰り返し被写体像を撮像し、第１～第３の小領域８１～８３内の撮像用画素の撮像画像用信号及び焦点検出用画素の焦点検出用信号（第１及び第２の焦点検出用信号）を出力する。

以下では、第１の小領域８１内の複数の焦点検出領域１００のうち、その第１の小領域８１の上下の中央の行に位置する焦点検出領域１００ｄ（図７参照）から出力された焦点検出用信号を用いてＡＦ処理を行う例について説明する。ＡＦ処理は、図６（ｅ）及び図６（ｆ）に示されている。時刻ｔ１から時刻ｔ６、時刻ｔ６から時刻ｔ１２、及び時刻ｔ１２から時刻ｔ１８までの期間は、それぞれ、第Ｎフレーム、第（Ｎ＋１）フレーム、及び第（Ｎ＋２）フレームにおいて第１の小領域８１の最上行から最下行に向かって順次に走査（ローリングシャッタ）しながら電荷蓄積処理が行われる期間である。また、時刻ｔ２から時刻ｔ５、時刻ｔ７から時刻ｔ１１、及び時刻ｔ１３から時刻ｔ１７までの期間は、それぞれ、第Ｎフレーム、第（Ｎ＋１）フレーム、及び第（Ｎ＋２）フレームにおいて第１の小領域８１の中央行の焦点検出領域１００ｄで電荷蓄積処理が行われる期間である。

図６（ｄ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、防振制御部２８は、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの間に△ｔ間隔で発生する撮像素子２２の位置情報（矢印Ａ１～Ａ４の４つ）を、ボディ制御部２１０に出力する。ボディ制御部２１０は、防振制御部２８により出力された４つの位置情報を、内部のメモリに記憶させる。

図６（ｅ）に示すように、時刻ｔ５から時刻ｔ８までの期間において、焦点検出部２１４は、電荷蓄積処理された第Ｎフレームにおける焦点検出領域１００ｄから出力される一対の焦点検出用信号、即ち、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間に焦点検出領域１００ｄの第１及び第２の焦点検出用画素において蓄積された電荷に基づく一対の信号列に対して相関演算処理を行う。
時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間において、防振制御部２８は、時刻ｔ３から時刻ｔ８までの間に△ｔ間隔で発生する撮像素子２２の位置情報（矢印Ａ５～Ａ８の４つ）を、ボディ制御部２１０に出力する。ボディ制御部２１０は、すでに記憶されている４つの位置情報（矢印Ａ１～Ａ４の４つ）に加えて、防振制御部２８により出力された４つの位置情報（矢印Ａ５～Ａ８の４つ）を、内部のメモリに記憶させる。

図６（ｆ）に示すように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの期間においては、焦点検出部２１４は、第Ｎフレームにおける電荷蓄積処理によって焦点検出領域１００ｄから出力される信号を用いた相関演算結果（図６（ｅ）の時刻ｔ５～ｔ８で示す第Ｎフレームにおける相関演算結果）に基づき、像ずれ量Δを算出する。また、焦点検出部２１４は、内部のメモリに記憶された撮像素子２２の複数の位置情報（矢印Ａ１～Ａ８の８つ）のうち、第Ｎフレームにおいて焦点検出領域１００ｄにおいて電荷蓄積が行われるときに検出された位置情報を選択する。説明対象の焦点検出領域１００ｄは第１の小領域８１の中央行の中央（図７参照）に位置するので、焦点検出領域１００ｄにおいて電荷蓄積が行われる時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間の中心時刻に最も近い時刻に検出された位置情報を選択する。図６に示す例の場合、焦点検出部２１４は、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間の中心時刻に最も近いタイミングＡ３で検出された位置情報を選択する。これにより、焦点検出部２１４は、焦点検出領域１００ｄの第Ｎフレーム蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高）を求める。つまり、焦点検出部２１４は、撮像面２２ａ上での焦点検出領域１００ｄの位置の情報（撮像面２２ａの中心からの距離）及び焦点検出領域１００ｄにおいて電荷蓄積が行われる時刻での撮像素子２２の位置情報により、焦点検出領域１００ｄの第Ｎフレーム蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高）を求める。

また、焦点検出部２１４は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの期間中に、第Ｎフレームにおける焦点検出領域１００ｄから出力された信号を用いて算出した像ずれ量Δをデフォーカス量に換算するための換算係数Ｋを、上述した焦点検出領域１００ｄの第Ｎフレーム蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高Ｈ）に基づき決定する。焦点検出部２１４は、決定した換算係数Ｋに基づき、上述した換算式で像ずれ量をデフォーカス量に換算する。また、ボディ制御部２１０は、算出したデフォーカス量に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。焦点検出部２１４は、フォーカスレンズ３１ｂの駆動を指示する信号と、算出したフォーカスレンズ３１ｂの移動量に関する情報とを、レンズ制御部３２に送信する。換算係数Ｋの決定処理、及びフォーカスレンズ３１ｂの移動量の算出処理は、図６（ｆ）のＡＦ処理に含まれている。

図６（ｇ）に示すように、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間において、交換レンズ３のレンズ制御部３２は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの期間において焦点検出部２１４により算出されたフォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動を開始させて焦点調節を行う。

以上第Ｎフレームの処理に引き続き、第（Ｎ＋１）フレームの処理が行われる。時刻ｔ６から第（Ｎ＋１）フレームの蓄積が行われ、時刻ｔ７から時刻ｔ１１までの期間で第（Ｎ＋１）フレームにおける第１の小領域８１の中央行の焦点検出領域１００ｄで電荷蓄積処理が行われる。
上述したように時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間において、防振制御部２８は、４つの位置情報（矢印Ａ５～Ａ８、図６（ｂ）参照））を、ボディ制御部２１０に出力する。ボディ制御部２１０は、防振制御部２８により出力された４つの位置情報を、内部のメモリに記憶させる。
時刻ｔ１１から時刻ｔ１６までの期間（図６（ｅ）参照）において、焦点検出部２１４は、第（Ｎ＋１）フレームにおける電荷蓄積処理によって焦点検出領域１００ｄから出力される一対の焦点検出用信号、即ち、時刻ｔ７から時刻ｔ１１までの期間に焦点検出領域１００ｄの第１及び第２の焦点検出用画素において蓄積された電荷に基づく一対の信号列に対して相関演算処理を行う。

時刻ｔ１７から時刻ｔ１９までの期間（図６（ｆ）参照）において、焦点検出部２１４は、第（Ｎ＋１）フレームにおける電荷蓄積処理によって焦点検出領域１００ｄから出力される信号を用いた相関演算結果に基づき、像ずれ量Δを算出する。また、焦点検出部２１４は、内部のメモリに記憶された複数の位置情報のうち、第（Ｎ＋１）フレームにおいて焦点検出領域１００ｄにおいて電荷蓄積が行われるときに検出された位置情報を選択する。第Ｎフレームと同様に、焦点検出領域１００ｄは第１の小領域８１の中央行の中央（図７参照）に位置するので、焦点検出領域１００ｄにおいて電荷蓄積が行われる時刻ｔ７から時刻ｔ１１までの期間の中心時刻に最も近いタイミングＡ７で検出された位置情報を選択する。これにより、焦点検出部２１４は、焦点検出領域１００ｄの第（Ｎ＋１）フレーム蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高）を求める。

そして、焦点検出部２１４は、時刻ｔ１７から時刻ｔ１９までの期間中に、第（Ｎ＋１）フレームにおける焦点検出領域１００ｄから出力された信号を用いて算出した像ずれ量をデフォーカス量に換算するための換算係数Ｋを、上述した焦点検出領域１００ｄの第（Ｎ＋１）フレーム蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高）に基づき決定する。焦点検出部２１４は、選択した位置情報に基づいて換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋに基づいて像ずれ量をデフォーカス量に換算する。また、ボディ制御部２１０は、算出したデフォーカス量に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。焦点検出部２１４は、フォーカスレンズ３１ｂの駆動を指示する信号と、算出したフォーカスレンズ３１ｂの移動量に関する情報とを、レンズ制御部３２に送信する。

時刻ｔ１９から時刻ｔ２０までの期間（図６（ｇ）参照）において、レンズ制御部３２は、時刻ｔ１７から時刻ｔ１９までの期間において焦点検出部２１４により算出されたフォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動を開始させて焦点調節を行う。

以上のように、本実施の形態に係るカメラ１は、撮像素子２２の位置情報を１フレーム間隔より短い所定の時間間隔で記録して（図６（ｂ））、焦点検出を行う焦点検出領域１００の撮像面２２ａ内の位置に応じて、焦点検出を行う焦点検出領域１００の電荷蓄積が行われた時刻に最も近い時刻に検出された位置情報を選択する。図６に示す例の場合、焦点検出部２１４は、第Ｎフレームの処理において、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間の中心時刻に最も近いタイミングＡ３で検出された位置情報を選択する。選択した撮像素子２２の位置情報と、焦点検出を行う焦点検出領域１００ｄの撮像面２２ａ内の位置の情報（撮像面２２ａの中心から焦点検出領域１００ｄまでの距離）とより、焦点検出部２１４は、焦点検出領域１００ｄの第Ｎフレーム蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高Ｈ）を求める。対象とする焦点検出領域１００ｄの蓄積時における光軸ＯＡ１からの距離（像高Ｈ）に基づいて換算係数Ｋを求める。蓄積された電荷に基づく信号について相関演算処理（図６（ｅ））を行い像ずれ量を算出し、算出した像ずれ量を電荷蓄積時における像高Ｈに基づいて求めた変換係数Ｋを用いてデフォーカス量に換算して（図６（ｆ））、フォーカスレンズ３１ｂを駆動する（図６（ｇ））。

繰り返しになるが、カメラ１は、時刻ｔ２から時刻ｔ５で蓄積された電荷に基づく第Ｎフレームの焦点検出用信号について、時刻ｔ３から時刻ｔ４で位置情報を記録し、時刻ｔ５から時刻ｔ８で相関演算処理を行い、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４でデフォーカス換算して、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５でフォーカスレンズ３１ｂの駆動を開始する。さらに、カメラ１は、時刻ｔ７から時刻ｔ１１で蓄積された電荷に基づく第（Ｎ＋１）フレームの焦点検出用信号について、時刻ｔ９から時刻ｔ１０で位置情報を記録し、時刻ｔ１１から時刻ｔ１６で相関演算処理を行い、時刻ｔ１７から時刻ｔ１９でデフォーカス換算して、時刻ｔ１９から時刻ｔ２０でフォーカスレンズ３１ｂの移動を開始する。

図６を用いて、撮像面２２ａを上下方向に３分割したうちの上領域である第１の小領域８１の中央の焦点検出領域１００ｄ（図７参照）から出力された焦点検出用信号を用いてＡＦ処理を行う例について説明したが、同様にして中領域である第２の小領域８２の中央の焦点検出領域１００ｅや、下領域である第３の小領域８３の中央の焦点検出領域１００ｆ等の他の焦点検出領域１００から出力された焦点検出用信号を用いてＡＦ処理を行う場合も同様にＡＦ処理を行うことができる。第２の小領域８２の中央の焦点検出領域１００ｅでＡＦ処理を行う場合は、第Ｎフレームにおいて矢印Ａ４の位置検出により生成された位置情報を選択して、焦点検出領域１００ｅの電荷蓄積時の光軸ＯＡ１からの距離（像高Ｈ）を求めて換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋを用いてデフォーカス量の算出を行う。また、引き続く第（Ｎ＋１）フレームにおいて焦点検出領域１００ｅから出力される信号を用いたデフォーカス量の算出では、矢印Ａ８の位置検出により生成された位置情報を選択して換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋを用いてデフォーカス量の算出を行う。

また、第３の小領域８３の中央の焦点検出領域１００ｆでＡＦ処理を行う場合は、第Ｎフレームにおいて、矢印Ａ５の位置検出により生成された位置情報を選択して、焦点検出領域１００ｅの電荷蓄積時の光軸ＯＡ１からの距離（像高）を求めて換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋを用いてデフォーカス量の算出を行う。なお、矢印Ａ５の位置情報は時刻ｔ９からｔ１０の間で受信（図６（ｄ））するので、その後の相関演算（図６（ｅ））は時刻ｔ１１～ｔ１６で行い、デフォーカス量算出（図６（ｆ））は時刻ｔ１７～ｔ１９で行い、レンズ制御（図６（ｇ））は時刻ｔ１９～ｔ２０で行う。そして引き続く第（Ｎ＋１）フレームにおいて焦点検出領域１００ｆから出力される信号を用いてデフォーカス量の算出を行う場合、矢印Ａ９の位置検出により生成された位置情報を選択して換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋを用いてデフォーカス量の算出を行う。

なお、第１～第３の小領域８１～８３内の中央以外の焦点検出領域、例えば左上隅あるいは右下隅の焦点検出領域１００から出力される信号を用いてデフォーカス量の算出を行う場合も、焦点検出部２１４は、その中央以外の焦点検出領域１００における電荷蓄積期間の中心時刻に最も近いタイミングで検出された位置情報を選択する。対象とする焦点検出領域１００の撮像面２２ａ内の位置（撮像面２２ａの中心から対象とする焦点検出領域１００までの距離）と、選択された撮像素子２２の位置情報とにより、対象とする焦点検出領域１００の電荷蓄積時の光軸ＯＡ１からの距離（像高Ｈ）を求めて換算係数Ｋを決定する。そして、決定した換算係数Ｋに基づいてデフォーカス量の算出を行う。

このように、本実施の形態に係る焦点検出部２１４は、焦点検出に用いる焦点検出領域１００の電荷蓄積期間において検出された撮像素子２２の位置情報に基づき、対象とする焦点検出領域１００の電荷蓄積時の光軸ＯＡ１からの距離（像高Ｈ）を求めて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを変更する。このため、焦点検出部２１４は、像振れ補正のために撮像素子２２が移動された場合に、電荷蓄積期間の撮像素子２２の位置を考慮して、デフォーカス量の算出に適した換算係数Ｋを決定することができ、焦点検出精度が低下することを抑えることができる。

上述した実施形態についてまとめると、以下のとおりである。
（１）撮像装置（カメラ１）は、光学系（撮影光学系３１）の第１の領域を通過した第１の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第１信号を出力する第１画素（第１の焦点検出用画素１１）と、第２の領域を通過した第２の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第２信号を出力する第２画素（第２の焦点検出用画素１２）とを有する撮像部（撮像素子２２）と、撮像部を移動し、撮像部の位置に関する位置情報を出力する移動制御部（防振制御部２８）と、移動制御部により出力された位置情報と、撮像部により出力される第１信号および第２信号とに基づいて、光学系の合焦状態を検出する検出部（ボディ制御部２１０）と、を備える。本実施の形態では、カメラ１は、撮像素子２２の位置情報と第１及び第２の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量の算出を行う。このため、カメラ１は、撮像素子２２の位置に応じてデフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを変更して、焦点検出精度の低下を抑制することが可能となる。

（２）検出部（ボディ制御部２１０）は、第１信号と第２信号とに基づいて、第１の光束による像と第２の光束による像との像ずれ量を算出する。検出部は、撮像素子の位置情報に基づいて対象とする焦点検出領域の電荷蓄積時の光軸ＯＡ１からの距離（像高）を求めて、像ずれ量をデフォーカス量に変換する換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋに基づいて像ずれ量をデフォーカス量に変換する。このようにしたので、カメラ１は、撮像素子２２の位置情報に基づき、デフォーカス量の算出に用いる換算係数を変更することができる。これにより、算出されるデフォーカス量の精度が低下することを抑制することができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
上述した実施の形態では、焦点検出領域１００において電荷蓄積が行われる期間の中心時刻に最も近い時刻に検出された１つの位置情報を選択して、換算係数Ｋを決定する例について説明した。しかし、焦点検出領域１００において電荷蓄積が行われる期間内に検出された複数の位置情報を選択して、それぞれの位置情報を用いて換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。

図６（ｂ）に示す矢印Ａ２～Ａ４の位置検出により生成された３つの位置情報の各々が示す位置の平均位置を、Ｎフレームの電荷蓄積時における撮像素子２２の位置として用いて、換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。また、矢印Ａ２～Ａ５の位置検出により生成された４つの位置情報の各々が示す位置の平均位置を、Ｎフレームの電荷蓄積時における撮像素子２２の位置として用いて、換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。

更に、複数の位置情報を補間処理して、各フレームの電荷蓄積期間の中心時刻における撮像素子２２の位置を算出し、算出した撮像素子２２の位置に基づいて換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。

また、焦点検出領域１００において電荷蓄積が行われる期間内に検出された複数の位置情報（例えば、図６（ｂ）の矢印Ａ２～Ａ５の位置検出により生成された４つの位置情報）と、この期間の前後に取得された位置情報（例えば、矢印Ａ１、Ａ６の位置検出により生成された２つの位置情報）とを用いて、換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。
なお、焦点検出領域１００において電荷蓄積が行われる期間内に検出された位置情報がない場合は、この期間に近い時刻に取得された位置情報を用いて、換算係数Ｋを決定するようにしてもよい。

（変形例２）
上述した実施の形態では、本発明をローリングシャッタ方式の読み出し制御を行うカメラ１に適用する例について説明した。しかし、グローバルシャッタ方式の読み出し制御を行うカメラ１に適用できる。その場合には、撮像素子の全ての焦点検出領域について、同一の位置情報を用いて換算係数Ｋの決定を行うようにすればよい。

（変形例３）
ボディ制御部２１０は、撮像素子２２の電荷蓄積期間（シャッタースピードに相当する）に応じて、位置検出部２７による撮像素子２２の位置検出の周期を切り替えるようにしてもよい。ボディ制御部２１０は、電荷蓄積期間が短くなる程、位置検出部２７による位置検出の間隔を短くすると良い。

（変形例４）
上述した実施の形態および変形例では、撮像素子２２の位置を移動することによって、振れ補正を行う例について説明した。しかし、撮影光学系３１に像振れ補正レンズを搭載し、像振れ補正レンズの位置を調整することによって振れ補正を行うようにしてもよい。

この場合、交換レンズ３の撮影光学系３１は、光学系の光軸と直交する面に沿って移動する像振れ補正レンズ（防振用レンズとも称する）を有する。像振れ補正レンズを移動駆動した場合は撮像素子２２における光軸ＯＡ１の位置が変化することになる。像振れ補正レンズを移動したことによる光軸ＯＡ１の位置の変化は、上述した撮像素子２２を移動することで対象とする焦点検出領域１００の像高が変化するのと同等である。そこで、交換レンズ３は、像振れ補正レンズの位置を検出するレンズ位置検出部を有する。レンズ位置検出部は、光センサあるいは磁気センサ等によって構成され、像振れ補正レンズの位置を所定の周期で検出し、像振れ補正レンズの位置に関する情報（レンズ位置情報）を繰り返し生成する。レンズ位置検出部は、生成したレンズ位置情報をレンズ制御部３２に順次出力する。

レンズ制御部３２は、レンズ位置検出部から繰り返し出力されるレンズ位置情報を、レンズ制御部３２の内部のメモリに記憶させる。レンズ制御部３２は、内部のメモリに記憶された複数のレンズ位置情報を、所定の周期で読み出してボディ制御部２１０に出力する。

ボディ制御部２１０は、振れ信号を用いてカメラ１の振れ量を算出し、カメラ１の振れ量に基づいて像振れ補正レンズの位置を制御する。具体的には、ボディ制御部２１０は、カメラ１の振れ量に基づいて像振れ補正レンズの移動量を決定し、決定した像振れ補正レンズの移動量とレンズ駆動を指示する信号を、レンズ制御部３２に送信する。レンズ制御部３２は、ボディ制御部２１０から像振れ補正レンズの移動量とレンズ駆動を指示する信号が入力されると、その信号に基づいて像振れ補正レンズを制御する。ボディ制御部２１０は、カメラ１の振れ量に応じて、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１に垂直な面に沿って、像振れ補正レンズを移動（シフト）させる制御を行う。このように、本変形例に係るカメラ１では、カメラ１の振れ量に応じて像振れ補正レンズの位置が調整されることで、被写体像の像振れが補正される。

像振れ補正レンズの位置が変わると、被写体からの光の焦点検出領域１００（の第１及び第２の焦点検出用画素１１、１２）への入射角が変わる。そこで、本変形例に係る焦点検出部２１４は、像振れ補正レンズの位置に応じて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを変更する。以下に、焦点検出部２１４が行う処理について説明する。

ボディ制御部２１０の焦点検出部２１４は、レンズ制御部３２から取得した複数のレンズ位置情報のうち、領域選択部２１３により選択された焦点検出領域１００において電荷の蓄積が行われるときの像振れ補正レンズの位置を示す位置情報を選択する。撮影光学系３１の像振れ補正レンズの位置と換算係数Ｋとの対応関係が、焦点検出領域１００毎に予めシミュレーションや実験等により求められ、データテーブルや計算式として、カメラ１内のメモリに記憶されている。焦点検出部２１４は、選択した位置情報に基づいて、像振れ補正レンズの位置を算出する。そして、焦点検出部２１４は、焦点検出領域１００の情報及び像振れ補正レンズの位置の情報に基づいて、メモリに記憶された上述の対応関係を参照して、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを決定する。

上述のように、焦点検出部２１４は、焦点検出を行う焦点検出領域１００において電荷蓄積が行われる期間に検出された像振れ補正レンズのレンズ位置情報を用いて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを決定し、決定した換算係数Ｋを用いてデフォーカス量の算出を行う。このため、像振れ補正が行われた場合に、焦点検出の精度が低下することを抑えることができる。

（変形例５）
ボディ制御部２１０は、撮像素子２２の位置の制御および像振れ補正レンズの位置の制御の両方を行うようにしてもよいし、撮像素子２２の位置の制御と像振れ補正レンズの位置の制御とを切り替え可能としてもよい。ユーザによる操作部２５の操作等によって、カメラ１の振れに応じて撮像素子２２の位置を調節するモードと、カメラ１の振れに応じて像振れ補正レンズの位置を調節するモードとを選択可能としてもよい。

（変形例６）
上述した実施の形態および変形例では、撮像素子２２の位置や像振れ補正レンズの位置に応じて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Ｋを変更する例について説明した。しかし、撮像素子２２の位置や像振れ補正レンズの位置に応じて、デフォーカス量の補正を行うようにしてもよい。
また、撮像素子２２の位置や像振れ補正レンズの位置に応じて、焦点検出に用いる焦点検出用画素対を切り替えるようにしてもよい。

図８は、撮像素子２２の焦点検出用画素の変形例の構成を示す図である。本変形例に係る撮像素子２２の各焦点検出領域１００には、撮像用画素に加えて、遮光部の配置位置が互いに異なる複数種の焦点検出用画素対、図８に示す例では第１～第３の焦点検出用画素対が配置される。図８は、図２の中央の焦点検出領域１００ａから右方向に離れた像高が高い焦点検出領域１００ｃに配置される３種類の焦点検出用画素対の断面図である。図８（ａ）は、第１の焦点検出用画素対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ａ、１２ａの断面の一例を示し、図８（ｂ）は、第２の焦点検出用画素対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ｂ、１２ｂの断面の一例を示す。図８（ｃ）は、第３の焦点検出用画素対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ｃ、１２ｃの断面の一例を示す。なお、図中、上述の実施の形態と同一もしくは相当部分には、同一の参照番号を付す。

図８（ａ）において、第１の焦点検出用画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端が、マイクロレンズ４４の光軸に対して相対的に右方向に所定量ｄ１ずれている。以下、遮光部４３（遮光部４３Ｌ、４３Ｒ）がマイクロレンズ４４の光軸に対してずれている量を、ずれ量と称する。第１の焦点検出用画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２よりもずれ量ｄ１だけ右側に位置する。第２の焦点検出用画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端が、マイクロレンズ４４の光軸に対して第１の焦点検出用画素１１ａのずれ方向と同方向に同量ｄ１、ずれている。即ち、第２の焦点検出用画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２よりもずれ量ｄ１だけ右側に位置する。

第２及び第３の焦点検出用画素対と第１の焦点検出用画素対とは、上述のずれ量が相違する。第２の焦点検出用画素対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ２は、第１のＡＦ画対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ａ、１２ａのずれ量ｄ１よりも大きい。第３の焦点検出用画素対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ｃ、１２ｃのずれ量ｄ３は、第２の焦点検出用画素対を構成する第１及び第２の焦点検出用画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ２よりも大きい。即ち、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。

なお、中央の焦点検出領域１００ａから左方向に離れた像高が高い焦点検出領域１００ｂに配置される第１～第３の焦点検出用画素対では、図８に示したずれ方向と反対方向に同様のずれ量ｄ１～ｄ３が付与される。また、各焦点検出領域１００の第１～第３の焦点検出用画素対のずれ量は、像高が高い焦点検出領域ほど、大きくなる。

このように、本変形例では、第１～第３の焦点検出用画素対は、遮光部の配置位置が相違するため、互いに異なる入射角に対応して瞳分割を行うことができる。像振れ補正が行われた場合に焦点検出に用いる焦点検出領域１００の像高が大きくなると、その焦点検出領域１００の焦点検出用画素への光束の入射角が大きくなる。そこで、焦点検出部２１４は、焦点検出に用いる焦点検出領域１００の像高が大きくなった場合には、その焦点検出領域１００の複数種の焦点検出用画素対のうち、上述したずれ量が比較的大きな焦点検出用画素対を選択する。焦点検出部２１４は、選択した焦点検出用画素対（第１及び第２の焦点検出用画素）から出力される第１及び第２の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量の算出を行う。これにより、焦点検出用画素対の各々の光電変換部４２の受光量を確保することができ、像振れ補正が行われた場合に焦点検出精度が低下することを防ぐことができる。

（変形例７）
上述した実施の形態では、撮像素子２２に、原色系（ＲＧＢ）のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系（ＣＭＹ）のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。

（変形例８）
上述した実施の形態では、手振れに起因する像振れの補正が行われる場合について説明したが、像振れ補正および焦点検出に関する説明は、カメラ１に取り付けられた三脚に生じる振れに起因する像振れの補正が行われる場合にも当てはまるものである。

（変形例９）
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、ＰＣに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機（ドローン、ラジコン機等）に搭載されるカメラ等に適用してもよい。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特願２０１８－１３７２６６号（２０１８年７月２０日出願）

１…カメラ（カメラシステム）、２…カメラボディ、３…交換レンズ、１１…焦点検出用画素、１２…焦点検出用画素、１３…撮像用画素、２２…撮像素子、２３…ボディメモリ、２６…振れ検出部、２７…位置検出部、３１…撮影光学系、３１ａ…ズームレンズ、３１ｂ…フォーカスレンズ、３１ｃ…絞り、３２…レンズ制御部、３３…レンズメモリ、２１０…ボディ制御部、２１１…撮像制御部、２１２…画像データ生成部、２１３…領域選択部、２１４…焦点検出部

Claims (1)

1. 光学系の第１の領域を通過した第１の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第１信号を出力する第１画素と、前記光学系の第２の領域を通過した第２の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第２信号を出力する第２画素とを有する撮像部と、
   前記撮像部を移動させる移動部と、
   前記第１画素と前記第２画素との電荷蓄積時間における前記移動部により移動された前記撮像部の位置情報に基づいて算出される前記光学系の光軸からの前記第１画素および前記第２画素の距離情報と、前記撮像部から出力される前記第１信号および前記第２信号とに基づいて、前記光学系の合焦位置を検出する検出部と、を備える撮像装置。

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