JP6254780B2 - 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、位相差検出方式により焦点検出を行う焦点検出装置及び方法、及び該焦点検出装置を搭載した撮像装置に関する。

従来、ＡＦ機能を提供するカメラの焦点検出装置として、いわゆる位相差検出方式の焦点検出装置が知られている。このような焦点検出装置では、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を、一対の焦点検出センサ上に結像させ、一対の画素信号列を相対的にシフトさせながら相関演算を行う。そして、一対の画素信号列の相対的な位相差を検出し、該位相差に基づいて撮影レンズのデフォーカス量を求めている。

また、特許文献１には、焦点検出センサの像信号中における異常信号を検出し、異常信号を除外して相関演算を行う焦点検出装置が提案されている。

特開２０１２−０４２５９７号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、複数のシフト波形の相関量から演算を行うため、異常画素を除外して相関演算を行う際、画素信号列のシフト量によって除外する画素数が異なる。詳細は後述するが、相関量は各画素の対になっている像信号の差分を総和した値であるため、演算画素数が異なると、各シフト量における相関量の正確な比較ができず、焦点検出精度が悪化してしまう恐れがある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、異常画素が発生した場合に、位相差検出方式による焦点検出精度の悪化を回避することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の焦点検出装置は、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の画素信号列を出力することが可能な撮像手段から出力された一対の画素信号列に含まれる異常信号を検出する検出手段と、複数の異なるシフト量ごとに、前記一対の画素信号列のうち、一方の画素信号列において、前記異常信号が存在する場合、前記一方の画素信号列の異常信号と、他方の画素信号列に含まれる異常信号の位置に対応する画像信号とを除外し、前記一対の画素信号列を相対的にシフトしながら互いに異なる複数のシフト量での相関量をそれぞれ演算する演算手段とを有し、前記演算手段は、第１のシフト量でシフトした場合に除外した画像信号の前記一対の画素信号列における位置を第１の位置とした場合に、前記第１のシフト量と異なる第２のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列においても、前記第１の位置に対応する画像信号を除外することで、前記第１のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列と、前記第２のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列それぞれについて、等しい数の画像信号を除外して相関量を演算する。

本発明によれば、異常画素が発生した場合に、位相差検出方式による焦点検出精度の悪化を回避することできる。

第１の実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図。 図１の焦点検出ユニットを含む焦点検出装置の概略構成を示すブロック図。 実施形態における撮像装置の基本動作を示すフローチャート。 実施形態における焦点検出処理を示すフローチャート。 飽和レベルに達していない像信号の一例を示す図。 第１相関演算におけるシフト波形を示す図。 第１相関演算におけるシフト量毎の相関量を示す図。 飽和レベルに達している画素を含む像信号の一例を示す図。 飽和画素なしの像信号と、飽和画素ありの像信号における相関量を示す図。 第２相関演算処理を示すフローチャート。 第２相関演算におけるシフト波形を示す図。 第２相関演算におけるシフト波形の飽和画素及び除外画素を説明する図。 第２の実施形態におけるイメージセンサの構成の一例を示す回路図。 第２の実施形態におけるイメージセンサの２つの画素にかかる配線部の断面図。 第２の実施形態におけるイメージセンサの駆動タイミングチャート。 第２の実施形態における撮像用画素の構造を説明する図。 第２の実施形態における撮影レンズの水平方向に瞳分割を行う焦点検出用画素の構造を説明する平面図と断面図。 第２の実施形態における撮影レンズの垂直方向に瞳分割を行う焦点検出用画素の構造を説明する平面図と断面図。 第２の実施形態における撮像素子の最小単位の画素配列の説明図。 第２の実施形態における撮像素子の上位単位の画素配列の説明図。 第２の実施形態における撮像素子の全領域における画素配列の説明図。 第２の実施形態における水平方向の焦点検出時の画素グループ化方法の説明図。 第２の実施形態における垂直方向の焦点検出時の画素グループ化方法の説明図。 第２の実施形態における撮像装置の撮影動作を示すフローチャート。 図２４のＳ４４で行われる焦点検出処理のフローチャート。 図２４のＳ４６で行われる撮影処理のフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる焦点検出装置を備えた撮像装置の概略構成を示すブロック図である。本第１の実施形態における撮像装置は、レンズ交換式の一眼レフカメラ（以下、単に「カメラ」と称する。）１００である。カメラ１００は、カメラ本体３０と、カメラ本体３０に脱着可能に構成された撮影レンズユニット２０とで構成される。撮影レンズユニット２０とカメラ本体３０は、図１の点線で示したマウントを介して接続される。なお、本実施形態は、レンズ交換式のカメラに限定されず、レンズユニットとカメラ本体が一体的に構成されたカメラにも適用可能である。

撮影レンズユニット２０は、撮影レンズ２１と、絞り２２と、レンズ側マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）１と、レンズ駆動ユニット２と、絞り駆動ユニット３と、繰り返し位置検出ユニット４と、メモリ５とを備える。撮影レンズ２１と絞り２２により、撮影光学系が構成される。

レンズ側ＭＰＵ１は、撮影レンズユニット２０の動作に関する全ての演算及び制御を行う。レンズ駆動ユニット２は、レンズ側ＭＰＵ１による制御に応じて撮影レンズ２１を駆動する駆動部である。絞り駆動ユニット３は、レンズ側ＭＰＵ１による制御に応じて絞り２２を駆動する駆動部である。繰り返し位置検出ユニット４は、レンズ鏡筒の繰り返し位置を検出する検出部である。メモリ５は、自動焦点調節に必要な光学情報である光学情報テーブルを記憶している。

カメラ本体３０は、カメラ側ＭＰＵ６と、焦点検出ユニット７と、シャッター駆動ユニット８と、ダイヤルユニット１０と、測光ユニット１１とを備える。また、カメラ本体３０は、メインミラー１２と、サブミラー１３と、ピント板１４と、ペンタミラー１５と、ファインダー１６と、表示器１７と、撮像素子（イメージセンサ）１０１と、スイッチＳＷ１＿１８とスイッチＳＷ２＿１９とを備える。

カメラ側ＭＰＵ６は、カメラ本体３０の動作に関する全ての演算及び制御を行う。また、カメラ側ＭＰＵ６は、マウントの信号線を介してレンズ側ＭＰＵ１に接続され、レンズ側ＭＰＵ１からレンズ位置情報を取得したり、レンズ駆動及び交換レンズごとに固有の光学情報を取得したりする。

また、カメラ側ＭＰＵ６には、カメラ本体３０の動作を制御するためのプログラムが格納されたＲＯＭ（不図示）、変数を記憶するＲＡＭ（不図示）、各種パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ（電気的消去、書き込み可能メモリ）（不図示）が内蔵されている。ＲＯＭに格納されたプログラムにより、後述する焦点検出処理が実行される。

焦点検出ユニット７は後述する焦点検出センサを備え、位相差検出方式により焦点検出を行う。焦点検出ユニット７は、焦点検出センサからの信号読み出し完了をカメラ側ＭＰＵ６に通知する。シャッター駆動ユニット８は、不図示のシャッターを駆動するための駆動部である。ダイヤルユニット１０は、カメラ１００の諸設定を変更するための操作部であり、ユーザが操作することで例えば、連続撮影速度（連写速度）やシャッター速度、絞り値、撮影モード等の切り替えなどを行うことができる。

測光ユニット１１は測光センサを備え、不図示のレリーズボタンへの半押し操作に応じて、ペンタミラー１５からの光束に基づき測光センサ（不図示）を介して測光処理を行う。測光センサは、フォトダイオード等の光電変換素子及びその信号処理回路等からなり、被写体の輝度レベルに関する信号出力を行い、その出力信号はカメラ側ＭＰＵ６に入力される。

メインミラー１２は、撮影レンズユニット２０を介して入射された光束のほとんどを上方へ折り返し、ピント板１４上に被写体像を結像させる機能を有する。ピント板１４上の被写体像はペンタミラー１５により正立正像に変換反射されてファインダー１６へ導かれる。これにより、光学ファインダーとして機能する。なお、ペンタミラー１５を透過した一部の光は、測光ユニット１１へ導かれる。また、メインミラー１２は、入射された光束の一部を透過させ、透過した光がサブミラー１３を介して焦点検出ユニット７へと導かれる。そして、カメラ１００が撮影状態になると、メインミラー１２及びサブミラー１３が光路から退避して、撮影レンズユニット２０を介して入射される被写体からの光束がイメージセンサ１０１上に結像され、被写体の画像信号に光電変換されて出力される。

表示器１７はＬＣＤ等により構成され、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像等を表示する。

スイッチＳＷ１＿１８は、不図示のレリーズボタンの第１ストローク操作（例えば半押し）によりＯＮするスイッチ、スイッチＳＷ２＿１９は、不図示のレリーズボタンの第２ストローク操作（例えば全押し）によりＯＮするスイッチである。

次に、焦点検出ユニット７を含む焦点検出装置の概略構成について図２を用いて説明する。上述したように、撮影レンズユニット２０からの入射光の一部はメインミラー１２を透過し、後方のサブミラー１３で下方へ曲げられ、焦点検出ユニット７へ導かれる。焦点検出ユニット７は、視野マスク１０２、赤外線カットフィルタ１０３、フィールドレンズ１０４、絞り１０５、二次結像レンズ１０６、焦点検出センサ１０７、複数の反射ミラー１０８ａ〜１０８ｃで構成される。

焦点検出用の焦点検出センサ１０７は、撮影レンズユニット２０の異なる射出瞳領域を通過した光束により形成される一対の被写体像を光電変換する、フォトダイオード等の光電変換素子で構成された一対のラインセンサ及びその信号処理回路等からなる。焦点検出センサ１０７、画素信号（像信号）を出力し、出力された像信号はカメラ側ＭＰＵ６に入力される。以下、一対のラインセンサから出力された一対の像信号をＡ像（一方の像信号）、Ｂ像（他方の像信号）と呼ぶ。また、カメラ側ＭＰＵ６は、異常画素検出部１１１、相関演算部１１２を有する。

次に、図１のカメラ１００における基本動作を図３に示すフローチャートを用いて説明する。カメラ１００の電源がＯＮされると、メモリ内容や実行プログラムの初期化状態を検出すると共に、撮影準備動作を実行する。Ｓ１１において、カメラ側ＭＰＵ６は、ユーザーが各種ボタン（不図示）を操作してカメラの各種設定を行ったことを認識する。Ｓ１２では、カメラ側ＭＰＵ６は、スイッチＳＷ１＿１８がＯＮされたか否かの判定を行う。

スイッチＳＷ１＿１８がＯＮされた場合はＳ１４に移行する。一方、ＯＮされていない場合はＳ１３に移行し、電源のＯＮ／ＯＦＦ判定を行う。電源ＯＦＦの場合は一連の撮影動作を終了する。電源がＯＮの場合は、Ｓ１１の動作へ戻る。Ｓ１４では、カメラ側ＭＰＵ６は、スイッチＳＷ１＿１８がＯＮされたことに対応して、後述する焦点検出処理を行う。

後述する焦点検出処理後、Ｓ１５においてカメラ側ＭＰＵ６は、スイッチＳＷ２＿１９がＯＮされたか否かの判断を行い、スイッチＳＷ２＿１９がＯＮされたと判断すればＳ１６で撮影処理を行う。一方、スイッチＳＷ２＿１９がＯＮされていないと判断するとＳ１１へ戻る。

図４は、本第１の実施形態における図３のＳ１４で行われる焦点検出処理を示すフローチャートである。Ｓ２０では、カメラ側ＭＰＵ６は焦点検出センサ１０７に対して、信号蓄積指示を出力する。指示に基づき、焦点検出センサ１０７は信号蓄積動作を開始する。そして、蓄積動作が終了すると焦点検出センサ１０７は、一対のラインセンサで得た像信号をそれぞれＡ像、Ｂ像としてカメラ側ＭＰＵ６に出力する。

図４のＳ２０で出力したＡ像、Ｂ像の一例を図５に示す。Ａ像とＢ像は−２〜−３bitの位相差がある。ここでは、Ａ像がＢ像に対して右に存在する場合を負の位相差と定義する。図５に示すＡ像、Ｂ像の信号レベルは、共に飽和レベルを超えていない。仮に、Ａ像、Ｂ像に飽和レベルを超えている画素が存在している場合、飽和レベルを超えた画素信号は飽和レベルにクリップされて出力される。

次にＳ２１では、カメラ側ＭＰＵ６はＡ像、Ｂ像を基に、相関演算部１１２にて第１相関演算（前処理）を行う。ここで第１相関演算について、詳細に説明する。なお、以下の説明において、焦点検出センサから取得した像信号を相対的にシフトさせた波形をシフト波形と呼ぶ。まず、第１相関演算におけるＡ像、Ｂ像のシフト波形と相関量の演算方法について、図６を用いて説明する。

図６（ａ）はシフト量０のシフト波形、図６（ｂ）はシフト量−１bitのシフト波形、図６（ｃ）はシフト量−２bitのシフト波形を示している。ここでは、Ｂ像を固定して、Ａ像を左右にシフトすることでシフト量を制御する。シフト量ｋbitでの相関量Ｃ（ｋ）は、相関演算式（１）を用いて演算することができる。

この例では、最大シフト量は±４bitとし、９つのシフト波形をＲＡＭに保存する。また、演算範囲はシフト可能な最大シフト量を考慮し、出力されたＡ像、Ｂ像の総画素数ｍのうち、最初と最後の４bit分を演算から除外した範囲を演算範囲として設定する。そこで、各シフト波形のＡ像、Ｂ像の差分面積（図６（ａ）〜（ｃ）の斜線部の面積）を相関量Ｃとし、各シフト波形の相関量Ｃが最も小さくなるシフト量がＡ像、Ｂ像の位相差に対応する。

このように、図６（ａ）の画素信号に対して、±４bitシフトさせた相関量Ｃを図７に示す。シフト量ｋ＝−２bitの相関量Ｃ（−２）が最も小さい値となっているが、極小値は点線で示すようにｋ＝−２〜−３bitの間にある。そこで、シフト量ｋ＝−２bitとその近傍の相関量情報から補間演算することで、位相差検出の分解能を上げる。ここでは、シフト量ｋ＝−１〜−４bitの４つの相関量Ｃを用いることで補間演算している。

Ｓ２２では、カメラ側ＭＰＵ６は、図２に示す異常信号を検出する手段を備えた異常画素検出部１１１により、Ｓ２０で取得した一対の像信号、Ａ像、Ｂ像中における異常画素（飽和画素、欠陥画素）を検出する。なお、以下の説明では異常画素が飽和画素であるものとして説明する。

Ｓ２３では、Ｓ２２で検出した情報を基に飽和画素が存在するか否かの判定を行う。飽和画素が存在しない場合はＳ２５に移行する。一方、飽和画素が存在する場合はＳ２４に進み、飽和画素信号を除外する第２相関演算を行う。なお、第２相関演算についての詳細は後述する。

Ｓ２５では、Ｓ２１もしくはＳ２４で算出された位相差の情報に基づき、レンズ駆動量を算出してレンズ側ＭＰＵ１に送信する。レンズ側ＭＰＵ１は送信されたレンズ駆動量を基にレンズ駆動制御を行い、一連の焦点検出処理を終了する。

次に、Ｓ２４で行われる第２相関演算について説明するが、第２相関演算の説明に先立って、飽和画素が存在する場合の相関演算誤差について、図５に示す像信号の飽和レベルを低くすることで説明する。図８は、飽和レベルを低くすることで、図５に示す像信号であるＡ像、Ｂ像の一部の画素が飽和レベルを超えた場合を示している。もちろん、飽和レベルを変えずに、例えばゲインをかけて信号レベルを上げても同様の現象が起きる。

飽和画素なしの像信号（図５）と、飽和画素ありの像信号（図８）について、上記（１）式を用いて相関量Ｃを算出した比較結果を図９に示す。図９に示す例では、飽和画素のあり／なしに関わらず、シフト量ｋ＝−２bitで相関量Ｃは最小となる。しかしながら、補間演算した結果は、飽和画素のあり／なしで差が生じる。この差は、飽和画素信号が飽和レベルにクリップされるため生じるもので、位相差を演算する際の誤差となってしまう。そこで、この誤差を軽減するために飽和画素信号を除外した第２相関演算を行う。

以下、第２相関演算について、図１０のフローチャートを用いて詳細に説明する。第１相関演算では、シフト量ｋ＝−４〜＋４bit、つまり９つのシフト波形の相関量を演算しているのに対して、第２相関演算では、第１相関演算の結果、最小の相関量Ｃの近傍に対応する４つのシフト波形から飽和画素信号は除外して、相関量を演算する。

Ｓ３０では、第１相関演算で検出した位相差Ｐを基に第２相関演算で使用するシフト量の範囲を決定する。まず、最初に処理を行うシフト波形のシフト量ｋ＝Ｆ−１に設定する。Ｆは検出した位相差Ｐよりも小さい整数に丸めた値とする。図７を例にすると、位相差Ｐ＝−２bitと−３bitの間であるため、Ｆ＝−３となる。

Ｓ３１では、第１相関演算で取得したシフト量ｋのシフト波形（ｋ）をＲＡＭから読み出す。Ｓ３２で、Ｓ３１で読み出したシフト波形（ｋ）から１画素ずつＡ像、Ｂ像のいずれかが飽和画素であるか判断し、飽和画素の位置を検知する。ここでは、画素信号と予めＲＡＭに記憶してある飽和レベルの値と比較することで飽和の判定を行う。

Ｓ３３では、Ｓ３２で飽和画素と判定された画素位置をＲＡＭに記憶する。Ｓ３４では、ｋがＦ+２以上か否かの判定を行い、Ｆ+２以上であればＳ３６へ移行する。つまり、ここでは４つのシフト量のシフト波形について飽和画素の検知処理を行った場合に次のＳ３６へ移行する。一方、Ｆ+２よりも小さければ、飽和画素を検知すべきシフト波形が残っているので、Ｓ３５で、シフト量ｋ＝ｋ＋１を設定し、次のシフト量のシフト波形について検知処理を行う。

Ｓ３６では、Ｓ３３で飽和画素位置として記憶された画素位置をＲＡＭから読み出し、４つのシフト波形のいずれか一か所でも飽和画素位置として記憶された画素位置の画素信号を０とする。これにより、後で行う相関演算において、それらの画素位置の画素信号を除外する。

ここでＳ３６で行われる除外画素の決定処理について、図１１及び図１２を用いて詳細に説明をする。図１１は第２相関演算で用いる４つのシフト波形を示している。なお、横軸は画素位置、縦軸は像信号を示している。

図１１におけるシフト波形は、図４のＳ２１の第１相関演算結果でＲＡＭに記憶したＦ−１、Ｆ、Ｆ+１、Ｆ+２のシフト量であり、ここではＦ＝−３のためシフト量ｋ＝−４、−３、−２、−１bit（第１のシフト量）のシフト波形である。図１１（ａ）はシフト量ｋ＝−１bitのシフト波形であり、画素位置９〜１２でＡ像、Ｂ像のいずれかに飽和画素が存在している。この場合、カメラ側ＭＰＵ６は飽和画素位置として画素位置９、１０、１１、１２の４画素をＲＡＭに記憶する。

図１１（ｂ）はシフト量ｋ＝−２bit（第２のシフト量）のシフト波形であり、図１１（ａ）と同様の判定により画素位置９、１０、１１の３画素をＲＡＭに記憶する。図１１（ｃ）はシフト量ｋ＝−３bitのシフト波形であり、上記と同様の判定により画素位置９、１０、１１の３画素をＲＡＭに記憶する。図１１（ｄ）はシフト量ｋ＝−４bitのシフト波形であり、上記と同様の判定により画素位置８、９、１０、１１の４画素をＲＡＭに記憶する。

図１２は、図１１（ａ）〜（ｄ）のシフト波形における飽和画素位置を表にまとめて示したものである。図１２において、飽和画素、及び、後述する除外画素に対応した画素位置は「×」で表している。このようにシフト波形によってＡ像、Ｂ像のいずれかが飽和している画素の数が異なる。

また、第２相関演算における相関量Ｃは、相関演算式（１）で示したように、各画素の対になっている像信号の差分を総和した値である。飽和画素のみ、または、飽和画素及び飽和画素と対になる画素のみを除外すると、シフト波形毎に演算画素数が異なり、総和する画素数が異なるため、位相差を示すそれぞれの相関量の基準が異なってしまい、正しい演算結果を求めることができない。

そこで図１１（ａ）〜（ｄ）のいずれかのシフト波形で、画素位置（ｉ）（第１の位置）を飽和画素位置として記憶している場合、他のシフト波形においても画素位置（ｉ）を除外画素とする。この場合、除外画素は正常画素であってもよい。つまり、第２相関演算に用いる４つのシフト波形においては、図１２に示すように、８、９、１０、１１、１２の５画素が除外画素となる。したがって、例えば、図１１（ａ）のシフト波形では画素位置９、１０、１１、１２が飽和画素であるが、正常画素である画素位置８についても飽和画素と同様に扱う。

Ｓ３７では、Ｓ３６で飽和画素と決定された位置の画素信号を０とした４つのシフト波形について、第１相関演算と同様に上記式（１）を用いて相関量Ｃを求め、それぞれの相関量Ｃから極小値となるシフト量を求め、第２相関演算結果とする。そして、相関量Ｃ（Ｆ−１）とＣ（Ｆ）をつないだ直線と、相関量Ｃ（Ｆ+１）とＣ（Ｆ+２）をつないだ直線の交点を相関量の極小値とし、位相差を算出する。

以上説明したように、Ｓ３６で、Ａ像、Ｂ像のいずれかに飽和画素が存在するとき、その画素の画素信号を０にしている。これにより、Ｓ３７で相関量Ｃを演算する際、上記式（１）で対になっている第１項、第２項の画素信号が０になることで、相関量Ｃから飽和した画素信号を取り除くことができる。

さらに、Ｓ３６で、いずれかのシフト波形で飽和画素位置とした画素を４つのシフト波形から取り除いているため、Ｓ３７で４つのシフト波形の相関量Ｃを演算する際に、演算範囲及び演算画素数が等しくなり、高精度に位相差を検出することができる。

さらに、第１相関演算結果に基づいて第２相関演算で使用するシフト範囲を狭くすることで、Ｓ３６で飽和画素数として除外される画素数を少なくすることができる。したがって、相関演算に使用する画素数が減少することで生じる焦点検出精度の悪化を回避することができる。

また、上記第１の実施形態においては、図１２に示すように、４つのシフト波形の少なくともいずれかにおいて飽和画素と判断された画素位置を除外画素とする場合について説明した。すなわち、全てのシフト波形における除外画素の画素数が同じ数になるように、正常画素を含めて除外画素の数を最小に抑えるように決定すれば良い。

＜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。本第２の実施形態では、イメージセンサに焦点検出用の画素が離散的に配置されている場合の焦点検出処理について説明する。

図１３は第２の実施形態におけるイメージセンサ１０１の概略構成を示す回路図である。図１３では２次元ＣＭＯＳエリアセンサの２列×４行画素の範囲を示しているが、実際には、図１３に示した画素を多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。ここでは、画素ピッチが２μm、有効画素数が横３０００列×縦２０００行＝６００万画素、撮像画面サイズが横６ｍｍ×縦４ｍｍのデジタルスチルカメラ用イメージセンサとして説明を行う。

図１３において、２０１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部、２０２はフォトゲート、２０３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、２０４はリセット用ＭＯＳトランジスタである。２０５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、２０６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ、２０７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタである。２０８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、２０９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、２１０は暗出力蓄積容量Ｃ_TN、２１１は明出力蓄積容量Ｃ_TSである。２１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、２１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、２１４は差動出力アンプ、２１５は水平走査回路、２１６は垂直走査回路である。

図１４は、図１３のＹ方向の２つの画素に係る配線部の断面図を示す。同図において、２１７はＰ型ウェル、２１８はゲート酸化膜、２１９は一層目ポリＳｉ、２２０は二層目ポリＳｉ、２２１はｎ+フローティングディフュージョン（ＦＤ）部である。ＦＤ部２２１は２つの転送ＭＯＳトランジスタを介して２つの光電変換部と接続される。同図において、２つの転送ＭＯＳトランジスタ２０３のドレインとＦＤ部２２１を共通化して微細化とＦＤ部２２１の容量低減による感度向上を図っているが、アルミ（Ａｌ）配線でＦＤ部２２１を接続しても良い。

次に、図１５のタイミングチャートを用いて、図１３及び図１４に示すイメージセンサ１０１における全画素独立出力の場合の動作について説明する。

まず、垂直走査回路２１６からのタイミング出力によって、制御パルスφＬをハイとして垂直出力線をリセットする。また、制御パルスφＲ₀、φＰＧ₀₀、φＰＧ_e0をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ２０４をオンとし、フォトゲート２０２の一層目ポリシリコン２１９をハイとしておく。時刻Ｔ₀において、制御パルスφＳ₀をハイとし、選択スイッチＭＯＳトランジスタ２０６をオンさせ、第１及び第２ラインの画素を選択する。次に制御パルスφＲ₀をローとし、ＦＤ部２２１のリセットを止め、ＦＤ部２２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ２０５のゲート・ソース間をスルーとする。その後、時刻Ｔ₁において制御パルスφＴ_Nをハイとし、ＦＤ部２２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量Ｃ_TN２１０に出力させる。

次に、第１ラインの画素から光電変換出力を行うため、先ず、第１ラインの制御パルスφＴＸ₀₀をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ２０３を導通する。その後、時刻Ｔ₂において制御パルスφＰＧ₀₀をローとして下げる。この時フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２２１に完全転送させるような電圧関係が好ましい。従って完全転送が可能であれば制御パルスφＴＸはパルスではなくある固定電位でもかまわない。

時刻Ｔ₂でフォトダイオードの第１ラインの画素からの電荷がＦＤ部２２１に転送されることにより、ＦＤ部２２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ２０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部２２１の電位を時刻Ｔ₃において制御パルスφＴ_sをハイとして蓄積容量Ｃ_TS２１１に出力する。この時点で第１ラインの画素の暗出力と明出力はそれぞれ蓄積容量Ｃ_TN２１０とＣ_TS２１１に蓄積される。時刻Ｔ₄で制御パルスφＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ２１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路２１５の走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と明出力を出力させる。この時、蓄積容量Ｃ_TN２１０とＣ_TS２１１の差動増幅器２１４によって、差動出力Ｖ_OUTを取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。

また、第１ラインの画素の暗出力及び明出力は、同時に夫々の垂直出力線に接続された蓄積容量Ｃ_TN２１０とＣ_TS２１１に蓄積されている。従って、水平転送ＭＯＳトランジスタ２１２を順次オンとしていくことにより、夫々の蓄積容量Ｃ_TN２１０とＣ_TS２１１に蓄積された電荷は、水平出力線に順次読み出され、差動増幅器２１４から出力される。

また、本第２の実施形態では、差動出力Ｖ_OUTをチップ内で行う構成を示している。しかしながら、チップ内に含めず、外部で従来のＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路を用いても同様の効果が得られる。

一方、第１ラインの画素から蓄積容量Ｃ_TS２１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ₀をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通し、ＦＤ部２２１を電源Ｖ_DDにリセットする。第１ラインの電荷の水平転送が終了した後、第２ラインの画素からの読み出しを行う。第２ラインの読み出しは、上述した第１ラインと同様にまず制御パルスφＴＸ_e0、制御パルスφＰＧ_e0を駆動させる。次に、制御パルスφＴ_N、φＴ_Sに夫々ハイパルスを供給して、蓄積容量Ｃ_TN２１０とＣ_TS２１１に夫々暗出力と明出力を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。

以上の駆動により、第１、第２ラインの読み出しを夫々独立に行うことができる。この後、垂直走査回路２１６を走査させ、同様にして第２ｎ＋１、第２ｎ＋２（ｎ＝１，２，…）の読み出しを行えば、全画素からの独立出力が行える。即ち、ｎ＝１の場合は、まず制御パルスφＳ₁をハイとし、次にφＲ₁をローとし、続いて制御パルスφＴ_N、φＴＸ₀₁をハイとする。そして、制御パルスφＰＧ₀₁をロー、制御パルスφＴ_Sをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして第３ラインの各画素から暗出力及び明出力を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸ_e1、φＰＧ_e1及び上記と同様に制御パルスを印加して、第４ラインの各画素から暗出力及び明出力を読み出す。

図１６〜図１８は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本第２の実施形態においては、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が配置される。

図１６に撮像用画素の配置と構造を示す。図１６（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そしてこの２行×２列の構造が繰り返し配置される。

図１６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図１６（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦ_ＲはＲ（赤色）のカラーフィルタ、ＣＦ_ＧはＧ（緑色）のカラーフィルタである。ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）はイメージセンサ１０１の光電変換素子を模式的に示したものである。ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）は、イメージセンサ１０１内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬ（Ｔａｋｉｎｇ Ｌｅｎｓ）は撮影レンズ２１を模式的に示したものである。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤは、撮影レンズＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影レンズＴＬの射出瞳ＥＰ（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ）と光電変換素子ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換素子の有効面積は大面積に設計される。なお、図１６（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（青色）画素も同一の構造となっている。このように、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図１７は、撮影レンズＴＬの、図中ｘ方向に瞳分割を行うための焦点検出用画素の平面図と断面図を示す。図１７（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録又は観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。これは、人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるためで、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲ画素又はＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで、本第２の実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素をある割合で焦点検出用画素に置き換える。この焦点検出用画素対を図１７（ａ）においてＳ_ＨＡ及びＳ_ＨＢと示す。

図１７（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を図１７（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換素子ＰＤは図１６（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本第２の実施形態においては、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦ_Ｗ（白色）が配置される。また、イメージセンサ１０１で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対してｘ方向に偏倚している。具体的には、画素Ｓ_ＨＡの開口部ＯＰ_ＨＡはマイクロレンズＭＬの中心線に対して−ｘ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの＋ｘ方向の射出瞳領域ＥＰ_ＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢの開口部ＯＰ_ＨＢはマイクロレンズＭＬの中心線に対して＋ｘ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの−ｘ方向の射出瞳領域ＥＰ_ＨＢを通過した光束を受光する。

以上のような構成を有する画素Ｓ_ＨＡをｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群の出力から、後述するようにしてＡ像（一方の像信号）を形成する。また、画素Ｓ_ＨＢもｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群の出力から、後述するようにしてＢ像（他方の像信号）を形成する。そして、取得したＡ像とＢ像の相対位置を検出することで、ｘ方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出できる。

なお、上記画素Ｓ_ＨＡ及びＳ_ＨＢでは、撮影画面のｘ方向に輝度分布を有した被写体、例えばｙ方向の線（縦線）に対しては焦点検出可能だが、ｙ方向に輝度分布を有するｘ方向の線（横線）は焦点検出不能である。そこで本第２の実施形態では、後者についても焦点検出できるよう、撮影レンズのｙ方向にも瞳分割を行う画素も備えている。

図１８は、撮影レンズＴＬの、図中ｙ方向に瞳分割を行うための焦点検出用画素の平面図と断面図を示す。図１８（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図で、図１７（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素をある割合で焦点検出用画素に置き換える。この焦点検出用画素対を図１８（ａ）においてＳ_ＶＣ及びＳ_ＶＤと示す。

図１８（ａ）における断面Ｃ−Ｃを図１８（ｂ）に示すが、図１７（ｂ）に示す画素がｘ方向に瞳分離する構造であるのに対して、図１８（ｂ）に示す画素は瞳分離方向がｙ方向になっているだけで、画素の構造としては変わらない。すなわち、画素Ｓ_ＶＣの開口部ＯＰ_ＶＣはマイクロレンズＭＬの中心線に対して−ｙ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの＋ｙ方向の射出瞳領域ＥＰ_ＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素Ｓ_ＶＤの開口部ＯＰ_ＶＣはマイクロレンズＭＬの中心線に対して＋ｙ方向に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの−ｙ方向の射出瞳領域ＥＰ_ＶＤを通過した光束を受光する。

以上のような構成を有する画素Ｓ_ＶＣをｙ方向に規則的に配列し、これらの画素群の出力から、後述するようにしてＣ像（一方の像信号）を形成する。また、画素Ｓ_ＶＤもｙ方向に規則的に配列し、これらの画素群の出力から、後述するようにしてＤ像（他方の像信号）を形成する。そして、取得したＣ像とＤ像の相対位置を検出することで、ｙ方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出できる。

図１９から図２３は、図１６〜図１８で説明した撮像用画素と焦点検出用画素の配置規則を説明する図である。図１９は撮像用画素の間に焦点検出用画素を離散的に配置する場合の、最小単位の配置規則を説明するための図である。図１９において、１０行×１０列＝１００画素をひとつのブロックと定義する。そして一番左上のブロックＢＬＫ（ｉ，ｊ）＝ＢＬＫ（１，１）とし、下方向と右方向を正とする。そして、ブロックＢＬＫ（１，１）において、一番左下のＲ画素とＢ画素を、水平方向に瞳分割を行う１組の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ及びＳ_ＨＢで置き換える。

その右隣りのブロックＢＬＫ（１，２）においては、同じく一番左下のＲ画素とＢ画素を、垂直方向に瞳分割を行う１組の焦点検出用画素Ｓ_ＶＣ及びＳ_ＶＤで置き換える。また、最初のブロックＢＬＫ（１，１）の下に隣接したブロックＢＬＫ（１，１）の画素配列は、ブロックＢＬＫ（１，２）と同一とする。そして、その右隣りのブロックＢＬＫ（２，２）の画素配列は、ブロックＢＬＫ（１，１）と同一とする。

この場合、図１９に示す配置規則を普遍的に表現すると、ブロックＢＬＫ（ｉ，ｊ）において、ｉ+ｊが偶数なら瞳分割方向が水平方向の焦点検出用画素を配置し、ｉ+ｊが奇数なら瞳分割方向が垂直方向の焦点検出用画素を配置する。そして、図１９の２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域を、ブロックの上位の配列単位として、クラスタと定義する。

図２０は、クラスタを単位とした配置規則を説明するための図である。図２０において、２０行×２０列＝４００画素で構成された一番左上のクラスタをＣＳＴ（ｕ，ｗ）＝ＣＳＴ（１，１）とし、下方向と右方向を正とする。そして、クラスタＣＳＴ（１，１）においては、各ブロックの一番左下のＲ画素とＢ画素を、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ及びＳ_ＨＢ、もしくはＳ_ＶＣ及びＳ_ＶＤで置き換える。

その右隣りのクラスタＣＳＴ（１，２）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１，１）に対して上方向に２画素分シフトした位置に配置する。また、最初のクラスタＣＳＴ（１，１）の下に隣接したクラスタＣＳＴ（２，１）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１，１）に対して右方向に２画素分シフトした位置に配置する。以上の規則を繰り返し適用すると図２０に示した配置が得られる。

ここで、焦点検出用画素の座標は、図１７もしくは図１８で示したＧ画素を含む４画素を一つの単位（ペア）とし、そのうちの左上の画素の座標で規定する。また各ブロック内の座標は左上を（１，１）とし、下方向と右方向を正とする。この場合、図２０に示す配置規則を普遍的に表現すると以下のようになる。クラスタＣＳＴ（ｕ，ｗ）において、各ブロック内の焦点検出用画素ペアの水平座標は２×ｕ−１となり、垂直座標は１１−２×ｗとなる。そして、図２０の５×５＝２５クラスタ、すなわち１００行×１００列＝１万画素の領域を、クラスタの上位の配列単位として、フィールドと定義する。

図２１は、フィールドを単位とした配置規則を説明するための図である。図２１において、１００行×１００列＝１万画素で構成された一番左上のフィールドをＦＬＤ（ｑ，ｒ）＝ＦＬＤ（１，１）とし、下方向と右方向を正とする。そして本第２の実施形態では、すべてのフィールドＦＬＤ（ｑ，ｒ）は先頭フィールドＦＬＤ（１，１）と同様の配列となっている。そこで、ＦＬＤ（１，１）を水平方向に３０個、垂直方向に２０個配列すると、３０００列×２０００行＝６００万画素の撮像領域は６００個のフィールドで構成される。このように、撮像領域全面に渡って焦点検出用画素を均一に分布させることができる。

次に図２２及び図２３を用いて、焦点検出時の画素のグループと信号加算方法について説明する。図２２は、撮影光学系によって形成された被写体像の、水平方向の焦点検出を行う場合の画素グループ化方法を説明する図である。水平方向の焦点検出とは、図１７で説明した、撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向）に分割するための焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ及びＳ_ＨＢを用いて、位相差演算を行うことを指す。

図２２に示す画素配列は図２０に示すものと同様であるが、焦点検出の際には、水平方向に１ブロック、縦方向に１０ブロックの合計１０ブロックを１つのグループとし、これをセクションＳＣＴｈ（ｋ）と定義する。そして、本第２の実施形態では、水平方向に並んだ３０セクション（ｋ＝１〜３０）で、１つの焦点検出領域（ＡＦエリア）を構成する。すなわち、１００行×３００列＝３万画素の領域が１つの焦点検出領域となる。ここで、１つのセクション内においては、水平方向の瞳分割を行う焦点検出用画素Ｓ_ＨＡが５個、垂直方向の瞳分割を行う焦点検出用画素Ｓ_ＨＢも５個含まれている。そこで本第２の実施形態においては、５個の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡの出力を加算して、位相差演算用のＡ像（一方の像信号）の１ＡＦ画素とする。同様に、５個のＳ_ＨＢの出力を加算して、位相差演算用のＢ像（他方の像信号）の１ＡＦ画素とする。

図２３は、撮影光学系によって形成された被写体像の、垂直方向の焦点検出を行う場合の画素のグループ化方法を説明する図である。垂直方向の焦点検出とは、図１８で説明した、撮影光学系の射出瞳を縦方向（上下方向）に分割するための焦点検出用画素Ｓ_ＶＣ及びＳ_ＶＤを用いて、位相差式焦点検出を行うことを指す。すなわち、図２２で説明した技術を９０度回転したものに相当する。

図２３に示す画素配列も図２０に示すものと同様であるが、焦点検出の際には、垂直方向に１０ブロック、縦方向に１ブロックの合計１０ブロックを１つのグループとし、これをセクションＳＣＴｖ（ｋ）と定義する。そして、第２の実施形態では、垂直方向に並んだ３０セクション（ｋ＝１〜３０）で、１つの焦点検出領域を構成する。すなわち、３００行×１００列＝３万画素の領域が１つの焦点検出領域となる。この１つの焦点検出領域も図２２と同様にＡＦエリアと定義する。ここで、１つのセクション内においては、縦方向における一方の瞳分割を行う画素Ｓ_ＶＣが５個、他方の瞳分割を行う画素Ｓ_ＶＤも５個含まれている。そこで第２の実施形態においては、５個のＳ_ＶＣの出力を加算して、位相差演算用のＣ像（一方の像信号）の１ＡＦ画素とする。同様に、５個のＳ_ＶＤの出力を加算して、位相差演算用のＤ像（他方の像信号）の１ＡＦ画素とする。

図２４から図２６は、第２の実施形態に関わる撮影動作及び焦点検出処理を説明するためのフローチャートである。以下、ライブビュー撮影を前提として先に説明した図１３から図２３の各図を参照しながら、図２４〜図２６のフローチャートに沿って、第２の実施形態における撮影動作について説明する。

図２４は第２の実施形態のカメラの撮影動作を示すフローチャートである。撮影者がカメラ１００の電源スイッチをオン操作すると、Ｓ４０においてメモリ内容や実行プログラムの初期化を行うと共に、撮影準備動作を実行する。更に、目標露光値を設定する。Ｓ４１ではイメージセンサ１０１の撮像動作を開始する。Ｓ４０で設定された目標露光値になるように露光時間を制御し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。Ｓ４２では読み出した動画をカメラ背面に設けられた表示器１７に表示し、撮影者はこのプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行う。

Ｓ４３では、スイッチＳＷ１_１８がオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければＳ４１に戻る。そして、イメージセンサ１０１の駆動からＳ４２のプレビュー画像表示を繰り返し実行する。Ｓ４３でＳＷ１＿１８がオン操作されるとＳ４４に移行し、焦点検出処理を実行する。ここで行われる焦点検出処理について、図２５を参照して説明する。

図２５は、本第２の実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。Ｓ５０において、まず、カメラ側ＭＰＵ６はイメージセンサ１０１に対して、信号蓄積指示を出力する。指示に基づき、イメージセンサ１０１は信号蓄積動作を開始する。そして、蓄積動作が終了すると焦点検出用画素を読み出す。第２の実施形態において、ＡＦ画素は図２２、図２３で説明した通り、複数の焦点検出用画素の出力を加算する構成になっている。イメージセンサ１０１はＡＦ画素から得た像信号をＡ像、Ｂ像、もしくはＣ像、Ｄ像として、それぞれ一対の像信号をカメラ側ＭＰＵ６に出力する。

次にＳ２１では、第１の実施形態と同様にして第１相関演算を行う。なお、イメージセンサ１０１のＡＦ画素から取得した像信号をシフトさせた波形をシフト波形と呼ぶ。まず、上述した相関演算式（１）を用いて、それぞれのシフト波形から相関量Ｃ（ｋ）を演算し、像信号の位相差を算出する。

次にＳ５１においてカメラ側ＭＰＵ６は、Ｓ５０で取得した一対の像信号における異常画素（飽和画素、欠陥画素）を検出する。ここでは異常画素として飽和画素を検出する。

第２の実施形態において、ＡＦ画素は複数の焦点検出用画素の出力を加算する構成になっている。ここで定義する飽和画素は、各セクションＳＣＴｈ（ｋ）、ＳＣＴｖ（ｋ）に含まれる焦点検出用画素に一つでも飽和画素が含まれていた場合、そのＳＣＴｈ（ｋ）、ＳＣＴｖ（ｋ）の焦点検出用画素を飽和画素として扱う。以降のＳ２３からＳ２５の処理は、図４を参照して第１の実施形態で説明した処理と同様のため、説明を省略する。

図２５に示す焦点検出処理が終了すると図２４の処理に戻り、Ｓ４５においてカメラ側ＭＰＵ６は、スイッチＳＷ２＿１９がＯＮされたか否かの判断を行い、スイッチＳＷ２＿１９がＯＮされたと判断すればＳ４６で撮影処理を行う。一方、スイッチＳＷ２＿１９がＯＮされていないと判断するとＳ１１へ戻る。

図２６はＳ４６で行われる撮影処理のフローチャートである。スイッチＳＷ２＿１９がＯＮ操作されると、Ｓ６０では図２４のＳ４０において設定された目標露光値になるよう、絞り２２を駆動し、イメージセンサ１０１の露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行う。Ｓ６１では、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行う。Ｓ６２では読み出した画像信号の欠損画素補間を行う。ここで、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を創生する。

Ｓ６３では、画像のγ補正、エッジ強調等の画像処理を行い、Ｓ６４において、メモリ（不図示）に撮影画像を記録する。Ｓ６５では、表示器１７に撮影済み画像を表示し、図２４の撮影動作処理にリターンする。

上記の通り第２の実施形態によれば、焦点検出用の画素が撮像素子に離散的に配置されている場合であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第２の実施形態では、焦点検出用画素が、互いに画素の異なる領域を遮光した複数の画素対であるものとして説明したが、各焦点検出用画素が複数の分割された複数の光電変換領域を有し、各光電変換領域から信号を独立に読み出すようにしても良い。

上記第１及び第２の実施形態において、異常画素として飽和画素を検出する場合について説明したが、本発明の異常画素は飽和画素に限定されるものではなく、他の欠陥画素を検出してもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態において、位相差を求める際に、４つのシフト波形を用いたが、本発明は４つに限られるものではなく、複数のシフト波形を用いることで位相差を導くことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (9)

1. 撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の画素信号列を出力することが可能な撮像手段から出力された一対の画素信号列に含まれる異常信号を検出する検出手段と、
   複数の異なるシフト量ごとに、前記一対の画素信号列のうち、一方の画素信号列において、前記異常信号が存在する場合、前記一方の画素信号列の異常信号と、他方の画素信号列に含まれる異常信号の位置に対応する画像信号とを除外し、前記一対の画素信号列を相対的にシフトしながら互いに異なる複数のシフト量での相関量をそれぞれ演算する演算手段とを有し、
   前記演算手段は、第１のシフト量でシフトした場合に除外した画像信号の前記一対の画素信号列における位置を第１の位置とした場合に、前記第１のシフト量と異なる第２のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列においても、前記第１の位置に対応する画像信号を除外することで、前記第１のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列と、前記第２のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列それぞれについて、等しい数の画像信号を除外して相関量を演算することを特徴とする焦点検出装置。
2. 撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の画素信号列を出力することが可能な撮像手段から出力された一対の画素信号列に含まれる異常信号を検出する検出手段と、
   複数の異なるシフト量ごとに、前記一対の画素信号列のうち、一方の画素信号列において、前記異常信号が存在する場合、前記一方の画素信号列の異常信号と、他方の画素信号列に含まれる前記異常信号の位置に対応する画像信号とを除外し、前記一対の画素信号列を相対的にシフトしながら互いに異なる複数のシフト量での相関量をそれぞれ演算する演算手段とを有し、
   前記演算手段は、複数の異なるシフト量のうち、少なくとも１つのシフト量で前記異常信号が存在する位置がある場合には、前記複数の異なるシフト量のそれぞれの前記一対の画素信号列において、前記異常信号が存在する位置における画像信号を除外して相関量を演算することを特徴とする焦点検出装置。
3. 前記演算手段は、前記検出手段による異常信号の検出に先立って、前記一対の画素信号列をシフトしながら求めた相関量に基づいて、相関が最も高くなるシフト量を求める前処理を行い、
   前記検出手段は、前記前処理で求めた前記相関が最も高くなるシフト量を挟んで、予め決められた数の異なるシフト量での前記異常信号の位置を検出し、
   前記演算手段は、前記除外した後の前記一対の画素信号列を用いて前記相関量を求める際に、前記予め決められた数の異なるシフト量での相関量を求める
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記演算手段は、前記一対の画素信号列それぞれの前記異常信号と、他方の画素信号列に含まれる異常信号に対応する画像信号と、その近傍の正常な画像信号とを除外することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記撮像手段は、前記撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する一対のラインセンサを備えて構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   前記撮影光学系を介して入射する光束を光電変換して、信号を出力する撮像手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記撮像手段は２次元に配置された複数の画素を有し、少なくとも前記複数の画素の一部を、前記撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して得られた一対の画素信号列を出力する焦点検出が可能な画素として構成し、
   前記検出手段及び前記演算手段は、前記焦点検出が可能な画素から出力された一対の画素信号列を、前記撮像手段から出力される画素信号列として用いることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の画素信号列を出力することが可能な撮像手段から出力された一対の画素信号列に含まれる異常信号を検出する検出工程と、
   複数の異なるシフト量ごとに、前記一対の画素信号列のうち、一方の画素信号列において、前記異常信号が存在する場合、前記一方の画素信号列の異常信号と、他方の画素信号列に含まれる前記異常信号の位置に対応する画像信号とを除外する除外工程と、
   該除外した後の前記一対の画素信号列を相対的にシフトしながら異なるシフト量での相関量を演算する演算工程とを有し、
   前記除外工程では、第１のシフト量でシフトした場合に除外した画像信号の前記一対の画素信号列における位置を第１の位置とした場合に、前記第１のシフト量と異なる第２のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列においても、前記第１の位置に対応する画像信号を除外することで、前記第１のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列と、前記第２のシフト量でシフトした前記一対の画素信号列それぞれについて、等しい数の画像信号を除外することを特徴とする焦点検出方法。
9. 撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の画素信号列を出力することが可能な撮像手段から出力された一対の画素信号列に含まれる異常信号を検出する検出工程と、
   複数の異なるシフト量ごとに、前記一対の画素信号列のうち、一方の画素信号列において、前記異常信号が存在する場合、前記一方の画素信号列の異常信号と、他方の画素信号列に含まれる前記異常信号の位置に対応する画像信号とを除外する除外工程と、
   該除外した後の前記一対の画素信号列を相対的にシフトしながら異なるシフト量での相関量を演算する演算工程とを有し、
   前記除外工程では、複数の異なるシフト量のうち、少なくとも１つのシフト量で前記異常信号が存在する位置がある場合には、前記複数の異なるシフト量のそれぞれの前記一対の画素信号列において、前記異常信号が存在する位置における画像信号を除外することを特徴とする焦点検出方法。

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