JP7238896B2 - 焦点検出装置、撮像装置、及び、交換レンズ - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出装置、撮像装置、及び、交換レンズに関する。

撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素と射出瞳の全領域を通過した光束を受光する撮影用画素とを備えた焦点検出装置が知られている（特許文献１）。従来から焦点検出精度の向上が求められている。

日本国特開２０１６－６６０１５号公報

発明の第１の態様によると、焦点検出装置は、光学系の第１領域を透過した光を光電変換して第１信号を出力する第１画素と、前記光学系の前記第１領域を含む第２領域を透過した光を光電変換して第２信号を出力する第２画素とを有する撮像部と、前記第１信号と前記第２信号とに基づいて、前記光学系の焦点検出を行う検出部と、を備える。
発明の第２の態様によると、撮像装置は、第１の態様による焦点検出装置と、前記第２信号に基づいて画像データを生成する生成部とを備える。
発明の第３の態様によると、交換レンズは、第１の態様による焦点検出装置に装着可能な装着部を備える。

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装置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装置の焦点検出領域内の小領域を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置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装置における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おける中央の領域に配置されるＡＦ画素を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における所定の像高位置の領域に配置されるＡＦ画素を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における焦点検出部が実行する複数の機能を機能毎にブロック化して示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置により生成される焦点検出信号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よる相関演算処理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よる相関波形の加算処理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動作を説明するフローチャートである。 第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の回路構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示す図である。

（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電子カメラ１（以下、カメラ１と称する）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とにより構成される。カメラ１は、カメラボディ２と交換レンズ３とから構成されるので、カメラシステムと称することもある。

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。レンズ側マウント部３０１及びボディ側マウント部２０１には、それぞれレンズ側接続部３０２、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。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。

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に設けられた端子とレンズ側接続部３０２に設けられた端子とが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及び交換レンズ３間の通信が可能となる。

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に被写体像を形成する。なお、図１では、ズームレンズ３１ａとフォーカスレンズ３１ｂとを模式的に図示したが、通常の撮影光学系は、一般に多数の光学素子から構成される。なお、撮像素子２２の撮像面２２ａは、例えば、後述する光電変換部が配置される面、また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などを示す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方向に進退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、例えば、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）に関するデータや、フォーカスレンズ３１ｂの無限遠位置や至近位置に関するデータや、その交換レンズ（ズームレンズ）３の最短焦点距離と最長焦点距離に関するデータなどが含まれる。射出瞳距離とは、撮影光学系３１の射出瞳と撮影光学系３１による像の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から出力される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に装着されると、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、制御したズームレンズ３１ａの位置情報（焦点距離情報）や、制御したフォーカスレンズ３１ｂの位置情報や、制御した絞り３１ｃの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、ボディ制御部２１０とを備える。撮像素子２２は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。撮像素子２２は、撮影光学系３１により形成される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行方向（±Ｘ方向）及び列方向（±Ｙ方向）に配置される。光電変換部は、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部で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を出力する画素（撮像画素）と、焦点検出に用いる信号（焦点検出信号）を出力するＡＦ画素（焦点検出画素）と、画像生成および焦点検出に用いる信号を出力する画素（撮像兼ＡＦ画素）とを有する。撮像兼ＡＦ画素は、撮像画素の一部であるが、その信号が画像生成および焦点検出に用いられるので、撮像兼ＡＦ画素とも称するものである。撮像画素には、入射した光のうち第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する画素（以下、Ｒ画素と称する）と、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する画素（以下、Ｇ画素と称する）と、入射した光のうち第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する画素（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。ＡＦ画素は、撮像画素の一部に置換して配置され、撮像素子２２の撮像面２２ａのほぼ全面に分散して配置される。

ボディメモリ２３は、例えば、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から出力される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。

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、画像データ生成部２１１と、領域設定部２１２と、画素選択部２１３と、焦点検出部２２０とを有する。画像データ生成部２１１は、撮像素子２２の撮像画素から出力される信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。なお、画像データ生成部２１１は、ＡＦ画素から出力される信号も用いて画像データを生成してもよい。

領域設定部２１２は、図２に示した撮像素子２２の撮像面２２ａに設けら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を設定（選択）する。表示部２４に表示される複数のＡＦ枠は、撮像素子２２に設けられた複数の焦点検出領域１００とそれぞれ対応している。領域設定部２１２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設定する。後述するが、焦点検出部２２０は、領域設定部２１２により設定された焦点検出領域１００内の画素から出力される信号を用いて、撮影光学系３１による像と撮像面２２ａとのずれ量（デフォーカス量）を検出する。

各焦点検出領域１００は、図３に示したように、３つの第１、第２、及び第３の小領域９１、９２、９３を有する。後述するように、各小領域９１～９３には、撮像画素とＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素とが設けられているが、少なくともＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素は、小領域毎にその構造が異なっている。

なお、図２に示すように、複数の焦点検出領域１００は、行方向及び列方向に配置されており、それぞれ異なる像高の位置に設けられている。例えば、撮像素子２２の中央位置の焦点検出領域１００ａ内の小領域９２（図３参照）は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１上に位置し、その像高Ｈは略ゼロである。焦点検出領域１００は、撮像面２２ａの中央（撮影光学系３１の光軸ＯＡ１）から離れるに従って、その像高Ｈは高くなる。換言すると、焦点検出領域１００は、撮像面２２ａの中央からの距離が長くなるに従って、その像高Ｈは高くなる。従って、焦点検出領域１００ａがある行において撮影光学系３１の光軸ＯＡ１から最も離れた（像高Ｈが最も高い）焦点検出領域１００は、行の左端（－Ｘ方向における端）及び右端（＋Ｘ方向における端）に位置する焦点検出領域１００ｂ、１００ｃである。撮像素子２２において像高Ｈが最も高い焦点検出領域１００は、撮像面２２ａの隅にある４つの焦点検出領域１００である。

なお、焦点検出領域１００は、所定の面積を有するので、焦点検出領域１００内での位置によって、ＡＦ画素毎に像高は異なる。しかし、本実施の形態において、１つの焦点検出領域１００の中心位置の像高Ｈの値を、その焦点検出領域１００全体の像高の値としている。撮像面２２ａの中央の焦点検出領域１００ａの像高はゼロであり、焦点検出領域１００ｂ、１００ｃの像高は所定の像高Ｈである。

画素選択部２１３は、領域設定部２１２により設定された焦点検出領域１００について、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づき、第１～第３の小領域９１～９３のいずれかに属するＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素とを選択する。例えば、画素選択部２１３は、撮影光学系３１の射出瞳距離が第１の閾値以上である場合、第１の小領域９１に属するＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素とを選択する。画素選択部２１３は、射出瞳距離が第２の閾値未満である場合、第３の小領域９３に属するＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素とを選択する。そして、画素選択部２１３は、射出瞳距離が第２の閾値以上かつ第１の閾値未満である場合、第２の小領域９２に属するＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素とを選択する。

焦点検出部２２０は、撮影光学系３１の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。焦点検出部２２０は、撮影光学系３１による像が撮像面２２ａ上に合焦（結像）するためのフォーカスレンズ３１ｂの合焦位置（合焦位置までのフォーカスレンズ３１ｂの移動量）を検出する。後述するが、焦点検出部２２０は、画素選択部２１３により選択されたＡＦ画素および撮像兼ＡＦ画素から出力される焦点検出信号に基づき、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。焦点検出部２２０は、算出したデフォーカス量を用いて、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。

焦点検出部２２０は、デフォーカス量が許容値以内か否かを判定する。焦点検出部２２０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２２０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、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２２０から出力される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。

また、焦点検出部２２０は、位相差検出方式の焦点検出処理に加えて、コントラスト検出方式の焦点検出処理を行うこともできる。ボディ制御部２１０は、撮影光学系３１のフォーカスレンズ３１ｂを光軸ＯＡ１方向に移動させながら、撮像画素から出力される信号に基づき被写体像のコントラスト評価値を順次算出する。ボディ制御部２１０は、交換レンズ３から送信されるフォーカスレンズ３１ｂの位置情報を用いて、フォーカスレンズ３１ｂの位置とコントラスト評価値との対応付けを行う。そして、ボディ制御部２１０は、コントラスト評価値がピーク、即ち極大値を示すフォーカスレンズ３１ｂの位置を合焦位置として検出する。ボディ制御部２１０は、検出した合焦位置に対応するフォーカスレンズ３１ｂの位置の情報を、レンズ制御部３２に送信する。レンズ制御部３２は、フォーカスレンズ３１ｂを合焦位置に移動して焦点調節を行う。

図４は、焦点検出領域１００内の第１の小領域９１の画素の配置例を示す図である。図４において、Ｒ画素１３とＧ画素１３とが±Ｘ方向、即ち行方向に交互に配置された第１の画素群４０１と、Ｇ画素１３とＢ画素１３とが行方向に交互に配置された第２の画素群４０２とが±Ｙ方向、即ち、列方向に交互に配置されている。撮像画素１３は、ベイヤー配列に従って配置されている。

複数の第２の画素群４０２のうちの一部の第２の画素群４０２は、第１または第２のＡＦ画素１１、１２を含んでいる。第１および第２のＡＦ画素１１、１２は遮光部４３をそれぞれ有する。第１のＡＦ画素１１を含む第２の画素群４０２を、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ、４０２Ｒｂ、４０２Ｒｃ、４０２Ｒｄと称する。第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄでは、第１のＡＦ画素１１とＧ画素１３とが交互に配置されている。第１のＡＦ画素１１は、列方向と、行方向とにおいて、２つの撮像画素１３の間に設けられる。図４に示す例では、第１のＡＦ画素１１は、２つの撮像画素１３の間に設けられ、これら２つの撮像画素１３に隣接して配置されている。また、少なくとも一つの撮像画素１３が、列方向に並ぶ２つの第１のＡＦ画素１１の間に配置される。なお、少なくとも一つの撮像画素１３が、行方向に並ぶ２つの第１のＡＦ画素１１の間に配置されてもよい。

第１のＡＦ画素１１の光電変換部は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の瞳領域のうちの第１の瞳領域を通過した光束を受光する。Ｇ画素１３の光電変換部は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の瞳領域の両方を通過した光束を受光する。後述するように、焦点検出部２２０は、焦点検出のために第１のＡＦ画素１１の信号とＧ画素１３の信号との位相差を算出するので、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２ＲｄのＧ画素１３は、撮像兼ＡＦ画素として働く。なお、第１のＡＦ画素１１は、Ｂ画素１３を置換して配置されるが、緑（Ｇ）の分光特性を有するカラーフィルタ５１を有する。第１のＡＦ画素１１が緑の分光特性を有するように構成する理由は、第１のＡＦ画素１１の分光特性を撮像兼ＡＦ画素１３の分光特性に一致させて、焦点検出精度を高めるためである。なお、撮影光学系３１の射出瞳の一部の領域である第１の瞳領域を、第１領域と称してもよい。撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の瞳領域を、第２領域と称してもよい。撮影光学系３１の射出瞳の他の一部の領域である第２の瞳領域を、第３領域と称してもよい。

また、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄは、焦点検出領域１００の第１の小領域９１内で、ほぼ等間隔に設けられている。即ち、互いに隣り合う第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの間隔は、互いに等しい。

また、第２のＡＦ画素１２を含む第２の画素群４０２を、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ、４０２Ｌｂ、４０２Ｌｃ、４０２Ｌｄと称する。第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄでは、第２のＡＦ画素１２とＧ画素１３とが交互に配置されている。第２のＡＦ画素１２は、列方向と、行方向とにおいて、２つの撮像画素１３の間に設けられる。図４に示す例では、第２のＡＦ画素１２は、２つの撮像画素１３の間に設けられ、これら２つの撮像画素１３に隣接して配置されている。また、少なくとも一つの撮像画素１３が、列方向に並ぶ２つの第２のＡＦ画素１２の間に配置される。なお、少なくとも一つの撮像画素１３が、行方向に並ぶ２つの第２のＡＦ画素１２の間に配置されてもよい。

第２のＡＦ画素１２の光電変換部は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の瞳領域のうちの第２の瞳領域を通過した光束を受光する。後に詳述するように、焦点検出部２２０は、焦点検出のために第２のＡＦ画素１２の信号とＧ画素１３の信号との位相差を算出するので、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２ＬｄのＧ画素１３も、撮像兼ＡＦ画素として働く。なお、第２のＡＦ画素１２も、Ｂ画素１３に置換して配置されるが、緑（Ｇ）の分光特性を有するカラーフィルタ５１を有する。

また、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄも、焦点検出領域１００の第１の小領域９１内で、ほぼ等間隔に設けられ、隣り合う第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの中間位置に位置する。第１及び第２のＡＦ画素ラインは、列方向に、交互に、ほぼ等間隔に配置されている。

本実施の形態では、第１及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄ、４０２Ｌａ～４０２Ｌｄは、第１の小領域９１内に８本、設けられているが、この本数は、第１の小領域９１の大きさ等に応じて、増減することができる。

なお、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄにおいて、第１のＡＦ画素１１は、第２の画素群４０２のＢ画素を置換して配置されるので、同一列に位置している。同様に、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄにおいても、第２のＡＦ画素１２は、第２の画素群４０２のＢ画素を置換して配置されるので、第１のＡＦ画素１１の列と同一の列に位置している。

焦点検出領域１００内の第１の小領域９１内の画素配置は、上述の通りであり、焦点検出領域１００の残りの第２及び第３の小領域９２、９３内の画素配置は、第１の小領域９１と同一である。第１、第２、及び第３の小領域９１、９２、９３の間の相違点は、後述するが、第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２の画素構造である。

図５は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２に設けられるＡＦ画素および撮像画素の構成例を説明するための図である。図５（ａ）は、第１のＡＦ画素１１の断面の一例を示し、図５（ｂ）は、第２のＡＦ画素１２の断面の一例を示す。図５（ｃ）は、撮像画素１３（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）の断面の一例を示す。

図５において、第１及び第２のＡＦ画素１１、１２と撮像画素１３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（通過）した光を光電変換する光電変換部４２（ＰＤ４２）とを有する。第１の光束６１は、撮影光学系３１の射出瞳を略２等分する第１の瞳領域を通過した光束である。第２の光束６２は、撮影光学系３１の射出瞳を略２等分する第２の瞳領域を通過した光束である。

図５（ａ）において、第１のＡＦ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を遮光する遮光部４３Ｌが設けられる。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５（ａ）に示す例では、遮光部４３Ｌは、光電変換部４２の左半分（－Ｘ方向側）を遮光するように配置される。遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）は、光電変換部４２を左右に２等分する中心線に略一致する。第１のＡＦ画素１１の領域４６は、光電変換部４２のほぼ右半分（＋Ｘ方向側）の領域に対応した領域であり、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を通過した第１の光束６１が光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。この右側の開口に着目して、第１のＡＦ画素を右開口ＡＦ画素１１と称することもある。第１のＡＦ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ＡＦ画素１１の光電変換部４２は第１の光束６１を光電変換して電荷を生成し、第１のＡＦ画素１１は光電変換部４２で生成された電荷に基づく第１の焦点検出信号を出力する。

なお、遮光部４３Ｌの面積は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１（撮像面２２ａの中心）周辺にある第１のＡＦ画素１１を除いて、第１のＡＦ画素１１の位置（像高）によって異なる。第１のＡＦ画素１１の位置が異なる、即ち像高が異なると、第１のＡＦ画素１１に入射する光の入射角が異なる。像高が高くなると入射角は大きくなり、像高が低いと入射角は小さくなり、像高が０であれば入射角は０°である。像高によって異なる入射角で入射する光のうち第２の光束６２を遮光するために、遮光部４３Ｌの面積は像高によって異なる。

図５（ｂ）において、第２のＡＦ画素１２には、第１及び第２の光束６１、６２のうちの第１の光束６１を遮光する遮光部４３Ｒが設けられる。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５（ｂ）に示す例では、遮光部４３Ｒは、光電変換部４２の右半分（＋Ｘ方向側）を遮光するように配置される。遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）は、光電変換部４２を左右に２等分する中心線に略一致する。また、第２のＡＦ画素１２の領域４６は、光電変換部４２のほぼ左半分の領域に対応した領域であり、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を通過した第２の光束６２が光電変換部４２に入射することを許容する開口として作用する。この左側の開口に着目して、第２のＡＦ画素を左開口ＡＦ画素１２と称することもある。第２のＡＦ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ＡＦ画素１２の光電変換部４２は第２の光束６２を光電変換して電荷を生成し、第２のＡＦ画素１２は光電変換部４２で生成された電荷に基づく第２の焦点検出信号を出力する。

なお、第１のＡＦ画素１１と同様に、遮光部４３Ｒの面積は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１（撮像面２２ａの中心）周辺にある第２のＡＦ画素１２を除いて、第２のＡＦ画素１２の位置（像高）によって異なる。像高によって異なる入射角で入射する光のうち第１の光束６１を遮光するために、遮光部４３Ｒの面積は像高によって異なる。

図５（ｃ）において、撮像画素１３の光電変換部４２は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の瞳領域をそれぞれ通過した第１及び第２の光束６１、６２を受光する。撮像画素１３の光電変換部４２は第１及び第２の光束６１、６２を光電変換して電荷を生成し、撮像画素１３は光電変換部４２で生成された電荷に基づく信号を出力する。なお、上述のように、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２ＲｄのＧ画素１３、及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２ＬｄのＧ画素１３は撮像兼ＡＦ画素として働く。第１及び第２のＡＦ画素ラインのＧ画素１３は、光電変換部４２で生成された電荷に基づく第３の焦点検出信号を出力する。

図６は、図２の焦点検出領域１００ａ内の第１～第３の小領域９１～９３にそれぞれ配置されるＡＦ画素の断面図である。図６（ａ）は、第１の小領域９１に配置された第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａを示す。図６（ｂ）は、第２の小領域９２に配置された第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂを示す。図６（ｃ）は、第３の小領域９３に配置された第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃを示す。図６に示すように、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃ及び第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々は、光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸とが略一致している。マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して０°の入射角で入射した光は、マイクロレンズの光軸ＯＡ２上に集光する。光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とが一致することで、マイクロレンズ４４に入射した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。即ち、撮影光学系３１を透過した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。

図６（ａ）において、第１のＡＦ画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。第１のＡＦ画素１１ａの遮光部４３Ｌは、光電変換部４２の左半分（－Ｘ方向側）を遮光する。マイクロレンズ４４を透過した第２の光束６２は、光電変換部４２に入射する前に、遮光部４３Ｌにより遮光される。これにより、第１のＡＦ画素１１ａの光電変換部４２は、第１の光束６１を受光する。第２のＡＦ画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。マイクロレンズ４４を透過した第１の光束６１は、光電変換部４２に入射する前に、遮光部４３Ｒにより遮光される。これにより、第２のＡＦ画素１２ａの光電変換部４２は、第２の光束６２を受光する。

図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１のＡＦ画素１１ｂ、１１ｃの各々は、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。したがって、第１のＡＦ画素１１ａと同様に、第１のＡＦ画素１１ｂ、１１ｃの各々の光電変換部４２は、第１の光束６１を受光する。また、第２のＡＦ画素１２ｂ、１２ｃの各々は、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。したがって、第１のＡＦ画素１２ａと同様に、第２のＡＦ画素１２ｂ、１２ｃの各々の光電変換部４２は、第２の光束６２を受光する。

図７は、図２の焦点検出領域１００ａから＋Ｘ方向に離れた焦点検出領域１００ｃの第１～第３の小領域９１～９３にそれぞれ配置されるＡＦ画素の断面図である。図７（ａ）は、第１の小領域９１に配置された第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａを示す。図７（ｂ）は、第２の小領域９２に配置された第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂを示す。図７（ｃ）は、第３の小領域９３に配置された第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃを示す。

図７において、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃ及び第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれている。本実施の形態では、焦点検出領域１００ａから＋Ｘ方向に離れて配置された第１及び第２のＡＦ画素は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれている。また、焦点検出領域１００ａから－Ｘ方向に離れて配置された第１及び第２のＡＦ画素は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して－Ｘ方向にずれている。

また、図７において、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃの各々が有する遮光部４３Ｌの面積は異なる。第１のＡＦ画素１１ａの遮光部４３Ｌの面積は、第１のＡＦ画素１１ｂの遮光部４３Ｌの面積よりも小さい。第１のＡＦ画素１１ｂの遮光部４３Ｌの面積は、第１のＡＦ画素１１ｃの遮光部４３Ｌの面積よりも小さい。第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々が有する遮光部４３Ｒの面積は異なる。第２のＡＦ画素１２ａの遮光部４３Ｒの面積は、第２のＡＦ画素１２ｂの遮光部４３Ｒの面積よりも大きい。第２のＡＦ画素１２ｂの遮光部４３Ｒの面積は、第２のＡＦ画素１２ｃの遮光部４３Ｒの面積よりも大きい。

図７において、光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とがずれ、かつ、第１及び第２のＡＦ画素の遮光部４３の面積が異なるため、第１及び第２のＡＦ画素の遮光部の端とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とがずれる。図７（ａ）において、例えば、第１のＡＦ画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２よりもずれ量ｄ１だけ＋Ｘ方向側に位置する。また、第２のＡＦ画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２よりもずれ量ｄ１だけ＋Ｘ方向側に位置する。

図７に示すように、第２及び第３の小領域９２、９３にそれぞれ配置されるＡＦ画素と第１の小領域９１に配置されるＡＦ画素とは、ずれ量が相違する。第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ２は、第１のＡＦ画素１１ａ、１２ａのずれ量ｄ１よりも大きい。第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃのずれ量ｄ３は、第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ２よりも大きい。即ち、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。

図６及び図７に示したように、光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とのずれ量は、像高によって異なる。像高が高いほど、ずれ量は大きくなり、像高が低いほど、ずれ量は小さくなる。像高が高い位置において、撮影光学系３１を透過した光はマイクロレンズ４４へ斜めに入射する。即ち、光は、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して０°より大きい入射角で入射する。したがって、光のマイクロレンズ４４への入射角が大きくなるほど、ずれ量が大きくなるとも言える。マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して０°より大きい入射角で入射した光は、マイクロレンズの光軸ＯＡ２上から＋Ｘ方向または－Ｘ方向にずれて集光する。光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とがずれることで、マイクロレンズ４４に入射した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。即ち、撮影光学系３１を透過した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。これにより、撮影光学系３１を透過して光電変換部４２に入射する光量を多くできる。

図６及び図７に示したように、遮光部４３の面積は第１～第３の小領域９１～９３に配置されるＡＦ画素によって異なる。第１～第３の小領域９１～９３に配置される第１及び第２のＡＦ画素の各々は、面積が異なる遮光部４３を有する。これにより、焦点検出部２２０は、異なる射出瞳距離でも精度良くデフォーカス量を検出できる。

第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃ及び第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃのずれ量は、焦点検出領域１００ａから＋Ｘ方向に像高が高い領域ほど、大きくなる。例えば、像高がＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ（Ｈａ＜Ｈｂ＜Ｈｃ）の三つの小領域９１、９２、９３の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量を比べると、次のようになる。像高Ｈｂの第１の小領域９１の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量は、像高Ｈａの第１の小領域９１の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量よりも大きく、像高Ｈｃの第１の小領域９１の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量よりも小さい。同様に、像高Ｈｂの第２及び第３の小領域９２、９３の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量は、それぞれ、像高Ｈａの第２及び第３の小領域９２、９３の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量よりも大きく、像高Ｈｃの第２及び第３の小領域９２、９３の第１及び第２のＡＦ画素のずれ量よりも小さい。

図２の焦点検出領域１００ａから－Ｘ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及び第２のＡＦ画素では、図７に示したずれ方向と反対方向にずれ量ｄ１～ｄ３と同様のずれ量が付与される。中央の焦点検出領域１００ａから－Ｘ方向に離れた焦点検出領域のずれ量も、像高が大きくなる程、大きくなる。

上述のように、第１、第２、及び第３の小領域９１、９２、９３にそれぞれ配置される第１及び第２のＡＦ画素は、ずれ量が相違する。光が入射する方向と交差する面において、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃの各々の光電変換部４２が光を受光する面積は互いに異なり、第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々の光電変換部４２が光を受光する面積は互いに異なる。このように、本実施の形態では、第１、第２、及び第３の小領域９１、９２、９３にそれぞれ配置される第１及び第２のＡＦ画素は、光電変換部４２の受光面積が相違するために、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。これにより、焦点検出部２２０は精度良くデフォーカス量を検出できる。

次に、第１の実施の形態のカメラボディ２の焦点検出部２２０の構成例を説明する。図８では、焦点検出部２２０が実行する複数の機能を機能毎にブロック化して示している。図８において、焦点検出部２２０は、擬似焦点検出信号生成部２２０ａと、画素加算部２２０ｂと、相関演算部２２０ｃと、信頼度判定部２２０ｄと、相関波形処理部２２０ｅと、像ズレ量算出部２２０ｆと、像ズレ量加算部２２０ｇと、デフォーカス量算出部２２０ｈと、レンズ移動量算出部２２０ｉと、焦点検出領域拡大部２２０ｊと、を有する。なお、これら複数のブロックを１つのブロックで構成してもよいし、いずれかのブロックを複数のブロックに分けて構成してもよい。また、擬似焦点検出信号生成部２２０ａや画素加算部２２０ｂ等を焦点検出部２２０の一部とせずに、独立の構成とすることもできる。

上述のように、画素選択部２１３は、領域設定部２１２により設定された焦点検出領域１００において、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づき、第１～第３の小領域９１～９３のいずれかに属する第１及び第２のＡＦライン４０２Ｒ、４０２Ｌを選択する。焦点検出部２２０は、画素選択部２１３によって選択された第１及び第２のＡＦ画素ラインの第１及び第２のＡＦ画素１１、１２及び撮像兼ＡＦ画素１３（Ｇ画素１３）から出力される第１～第３の焦点検出信号を用いて焦点検出処理を行う。なお、後述するが、焦点検出部２２０は、焦点検出領域拡大部２２０ｊによって拡大された焦点検出領域内の画素から出力される焦点検出信号に基づく焦点検出も行う。

擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの第１のＡＦ画素１１及び撮像兼ＡＦ画素１３から出力される第１及び第３の焦点検出信号を用いて、擬似的な第２の焦点検出信号（第２の擬似焦点検出信号）を生成する。また、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄの第２のＡＦ画素１２及び撮像兼ＡＦ画素１３から出力される第２及び第３の焦点検出信号を用いて、擬似的な第１の焦点検出信号（第１の擬似焦点検出信号）を生成する。

より具体的には、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの各々において、第１のＡＦ画素１１と行方向で隣り合う２つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号の平均値から当該第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号を減算して、第２の擬似焦点検出信号を算出する。この２つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号の平均値は、第１のＡＦ画素１１の位置に仮想的に配置された撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号（図５の第１及び第２の光束６１、６２に対応）とほぼ同一であると見做すことができる。上述の平均値から第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号（図５の第１の光束６１に対応）を減算して算出した第２の擬似焦点検出信号（図５の第２の光束６２に対応）は、第１のＡＦ画素１１の位置に仮想的に置換配置された第２のＡＦ画素１２による第２の焦点検出信号（図５の第２の光束６２に対応）とほぼ同一の信号となる。なお、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第１のＡＦ画素１１の左隣（－Ｘ方向側）または右隣（＋Ｘ方向側）の撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号から当該第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号を減じた信号を、第２の擬似焦点検出信号として算出してもよい。また、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第１のＡＦ画素１１と列方向で隣り合う２つ、または第１のＡＦ画素１１の周囲にある８つの撮像画素１３から出力される信号を用いて、第２の擬似焦点検出信号を算出してもよい。

上述のように、第１の焦点検出信号は、第１のＡＦ画素１１から出力され、第２の擬似焦点検出信号は、当該第１のＡＦ画素１１の位置に仮想的に配置された第２のＡＦ画素１２から出力された信号と見做すことができる。第１の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号との対は、図９（ａ）に示したマイクロレンズを透過した光を光電変換する２つの光電変換部を備えた仮想的なＡＦ画素１１０から出力される一対の焦点検出信号と同等である。

図９（ａ）に示した仮想的なＡＦ画素１１０は、撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の瞳領域をそれぞれ通過した第１及び第２の光束６１、６２が入射するマイクロレンズ４４と、第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ受光する第１及び第２の光電変換部４２ａ、４２ｂとを有する。この仮想的なＡＦ画素１１０は、第１の焦点検出信号（図５の第１の光束６１に対応）と第２の焦点検出信号（図５の第２の光束６２に対応）とをそれぞれ出力する。

本実施の形態の第１の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号とは、図９（ａ）に示した仮想的なＡＦ画素１１０が出力する信号と同等と見做せる。そこで、以下では、必要に応じて、第１の焦点検出信号及び第２の擬似焦点検出信号が図９（ａ）の仮想的なＡＦ画素１１０から出力されたものとして説明する。
なお、第１の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号との対は、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量を算出するために用いられる。

同様に、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄの各々において、第２のＡＦ画素１２と行方向で隣り合う２つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号の平均値から当該第２のＡＦ画素１２の第２の焦点検出信号を減算して、第１の擬似焦点検出信号を算出する。この２つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号の平均値は、第２のＡＦ画素１２の位置に仮想的に配置された撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号（図５の第１及び第２の光束６１、６２に対応）とほぼ同一であると見做すことができる。上述の平均値から第２のＡＦ画素１２の第２の焦点検出信号（図５の第２の光束６２に対応）を減算して算出した第１の擬似焦点検出信号（図５の第１の光束６１に対応）は、第２のＡＦ画素１２の位置に仮想的に置換配置された第１のＡＦ画素１１による第１の焦点検出信号（図５の第１の光束６１に対応）とほぼ同一の信号となる。なお、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第２のＡＦ画素１２の左隣（－Ｘ方向側）または右隣（＋Ｘ方向側）の撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号から当該第２のＡＦ画素１２の第２の焦点検出信号を減じた信号を、第１の擬似焦点検出信号として算出してもよい。また、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第２のＡＦ画素１２と列方向で隣り合う２つ、または第２のＡＦ画素１２の周囲にある８つの撮像画素１３から出力される信号を用いて、第１の擬似焦点検出信号を算出してもよい。

上述のように、第２の焦点検出信号は、第２のＡＦ画素１２から出力され、第１の擬似焦点検出信号は、当該第２のＡＦ画素１２の位置に仮想的に配置された第１のＡＦ画素１１から出力された信号と見做すことができる。第２の焦点検出信号と第１の擬似焦点検出信号との対は、図９（ｂ）に示したマイクロレンズを透過した光を光電変換する２つの光電変換部を備えた仮想的なＡＦ画素１２０から出力される一対の焦点検出信号と同等である。

図９（ｂ）に示した仮想的なＡＦ画素１２０は、撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の瞳領域をそれぞれ通過した第１及び第２の光束６１、６２が入射するマイクロレンズ４４と、第１及び第２の光束６１、６２をそれぞれ受光する第１及び第２の光電変換部４２ａ、４２ｂとを有する。この仮想的なＡＦ画素１２０は、第１の焦点検出信号（図５の第１の光束６１に対応）と第２の焦点検出信号（図５の第２の光束６２に対応）とをそれぞれ出力する。

本実施の形態の第１の擬似焦点検出信号と第２の焦点検出信号とは、図９（ｂ）に示した仮想的なＡＦ画素１２０が出力する信号と同等と見做せる。そこで、以下では、必要に応じて、第１の擬似焦点検出信号と第２の焦点検出信号が図９（ｂ）の仮想的なＡＦ画素１２０から出力されたものとして説明する。
なお、第１の擬似焦点検出信号と第２の焦点検出信号との対は、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量を算出するために用いられる。

このように、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、第１の擬似焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号とを生成する。本実施の形態では、相関演算対象の一対の焦点検出信号として、第１の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対と、第２の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対とに加えて、第１の焦点検出信号及び第２の擬似焦点検出信号の対と、第１の擬似焦点検出信号及び第２の焦点検出信号の対が存在する。

本実施の形態に係る焦点検出部２２０は、これら複数の一対の焦点検出信号のうち、少なくとも一つの一対の焦点検出信号を用いて、デフォーカス量を算出する。例えば、焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差（像ズレ量）を算出し、像ズレ量に所定の換算係数を乗じてデフォーカス量を算出する。また、同様に、焦点検出部２２０は、第２の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。さらに、焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差と、第２の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差とに基づいて、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。

焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の差の信号（第２の擬似焦点検出信号）及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出することもできる。また、同様に、焦点検出部２２０は、第２の焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の差の信号（第１の擬似焦点検出信号）及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。さらに、焦点検出部２２０は、第１の擬似焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差と、第２の擬似焦点検出信号及び第３の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差とに基づいて、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。
焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号及び第２の擬似焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出することもできる。また、同様に、焦点検出部２２０は、第１の擬似焦点検出信号及び第２の焦点検出信号の対に基づく一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。

上述した一対の焦点検出信号の相関（一致度）は、例えば被写体像のボケの程度によって変化する。被写体像がボケた状態の場合、図５の第１の光束６１による像又は図５の第２の光束６２による像と、図５の第１及び第２の光束６１、６２による像とでボケ方が異なる。このため、複数の第１の焦点検出信号（又は第２の焦点検出信号）に基づく信号の波形と複数の第３の焦点検出信号に基づく信号の波形の形状の差が大きくなり、第１の焦点検出信号（又は第２の焦点検出信号）と第３の焦点検出信号との相関が低くなる。

本実施の形態では、例えば被写体像のボケが比較的小さい場合、焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号（又は第２の焦点検出信号）及び第３の焦点検出信号の対を選択して、デフォーカス量の算出を行う。一方、被写体像のボケが比較的大きい場合、焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号及び第２の擬似焦点検出信号の対、第１の擬似焦点検出信号及び第２の焦点検出信号の対、或いは、後述する加算された焦点検出信号の対のいずれかを選択して、デフォーカス量の算出を行う。このように、焦点検出部２２０は、被写体像の状態に基づいて、焦点検出に用いる焦点検出信号の対を切り替える。このため、焦点検出精度を向上させることができる。

画素加算部２２０ｂは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ、４０２Ｒｂ、４０２Ｒｃ、４０２Ｒｄの同一列に位置する４つの第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号を加算すると共に、同一列に位置する４つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号を加算する。即ち、画素加算部２２０ｂは、図４で、列方向に並んだ、４つの第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号を加算する。また、画素加算部２２０ｂは、列方向に並んだ、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの４つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号を加算する。こうして、画素加算部２２０ｂは、複数の第１の焦点検出信号を加算した信号（加算第１の焦点検出信号）と、複数の第３の焦点検出信号を加算した信号（加算第３の焦点検出信号）とを生成する。なお、上述のように、４つの第１のＡＦ画素ラインＲａ、４０２Ｒｂ、４０２Ｒｃ、４０２Ｒｄに属する４つの第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号を加算することを、以下では、４ライン分の第１の焦点検出信号を加算すると言う。

同様に、画素加算部２２０ｂは、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ、４０２Ｌｂ、４０２Ｌｃ、４０２Ｌｄの同一列に位置する４つの第２のＡＦ画素１２の第２の焦点検出信号を加算すると共に、同一列に位置する４つの撮像兼ＡＦ画素１３の第３の焦点検出信号を加算する。こうして、画素加算部２２０ｂは、複数の第２の焦点検出信号を加算した信号（加算第２の焦点検出信号）と、複数の第３の焦点検出信号を加算した信号（加算第３の焦点検出信号）とを生成する。なお、上述のように、４つの第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ、４０２Ｌｂ、４０２Ｌｃ、４０２Ｌｄに属する４つの第２のＡＦ画素１２の第２の焦点検出信号を加算することを、以下では、４ライン分の第２の焦点検出信号を加算すると言う。

また、画素加算部２２０ｂは、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄの同一列に位置する第２のＡＦ画素１２の位置における４つの第１の擬似焦点検出信号を加算する。こうして、画素加算部２２０ｂは、複数の第１の擬似焦点検出信号を加算した信号（加算第１の擬似焦点検出信号）を生成する。さらに、画素加算部２２０ｂは、加算第１の焦点検出信号と加算第１の擬似焦点検出信号とを加算した信号（混合第１の焦点検出信号）を生成する。

同様に、画素加算部２２０ｂは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの同一列に位置する第１のＡＦ画素１１の位置における４つの第２の擬似焦点検出信号を加算する。こうして、画素加算部２２０ｂは、複数の第２の擬似焦点検出信号を加算した信号（加算第２の擬似焦点検出信号）を生成する。さらに、画素加算部２２０ｂは、加算第２の焦点検出信号と加算第２の擬似焦点検出信号とを加算した信号（混合第２の焦点検出信号）を生成する。

上述の第１の焦点検出信号と第１の擬似焦点検出信号との加算、及び第２の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号との加算を、図９（ａ）、（ｂ）に示した仮想的なＡＦ画素１１０、１２０を用いて説明する。なお、仮想的なＡＦ画素１１０は、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの各々に対応し、仮想的なＡＦ画素１２０は、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄに対応するので、それぞれ４ライン分存在する。同一列の４つの仮想的なＡＦ画素１１０とこれと同列の４つの仮想的なＡＦ画素１２０とについて、仮想的なＡＦ画素１１０から出力される４つの第１の焦点検出信号と仮想的なＡＦ画素１２０から出力される４つの第１の擬似焦点検出信号とが加算される。
同様に、同一列の４つの仮想的なＡＦ画素１１０とこれと同列の４つの仮想的なＡＦ画素１２０とについて、仮想的なＡＦ画素１１０から出力される４つの第２の擬似焦点検出信号と仮想的なＡＦ画素１２０から出力される４つの第２の焦点検出信号とが加算される。

相関演算部２２０ｃは、一対の焦点検出信号、即ち一対の信号列に対して相関演算処理を行う。ここで、一対の焦点検出信号（一対の信号列）とは、例えば、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａに属する複数の第１のＡＦ画素１１からそれぞれ出力される複数の第１の焦点検出信号から生成される焦点検出信号（信号列）と、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａに属する複数の撮像兼ＡＦ画素１３からそれぞれ出力される複数の第３の焦点検出信号から生成される焦点検出信号（信号列）とである。以下、複数の第１の焦点検出信号から生成される焦点検出信号を単に第１の焦点検出信号、複数の第３の焦点検出信号から生成される焦点検出信号を単に第３の焦点検出信号とも称する。

また、例えば、一対の焦点検出信号とは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ以外の第１のＡＦ画素ライン４０２（４０２Ｒｂ、４０２Ｒｃ又は４０２Ｒｄ）に属する複数の第１のＡＦ画素１１からそれぞれ出力される複数の第１の焦点検出信号から生成される焦点検出信号（信号列）と、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ以外の第１のＡＦ画素ライン４０２に属する複数の撮像兼ＡＦ画素１３からそれぞれ出力される複数の第３の焦点検出信号から生成される焦点検出信号（信号列）とである。また、一対の焦点検出信号には、第２のＡＦ画素ライン４０２（４０２Ｌａ、４０２Ｌｂ、４０２Ｌｃ又は４０２Ｌｄ）に属する複数の第２のＡＦ画素１２からそれぞれ出力される複数の第２の焦点検出信号から生成される焦点検出信号（信号列）と、当該第２のＡＦ画素ライン４０２に属する複数の撮像兼ＡＦ画素１３からそれぞれ出力される複数の第３の焦点検出信号から生成される焦点検出信号（信号列）とがある。同様に、加算第１及び第２及び第３の焦点検出信号や、加算第１及び第２の擬似焦点検出信号、混合第１及び第２の焦点検出信号の各々から生成される焦点検出信号（信号列）が一対の焦点検出信号（一対の信号列）に用いられる。

相関演算部２２０ｃは、一対の信号列の相対的なシフト量を変化させながら相関演算を行い、相関量（相関値）とシフト量との対応関係を表すデータ（相関波形）を生成する。相関演算部２２０ｃは、一対の信号列に対して、例えば次式（１）の相関演算を行い、相関量Ｃ（ｋ）を算出する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ_ｎ－Ｂ_ｎ＋ｋ｜ …（１）
式（１）において、Ａ_ｎ（ｎ＝１～ｍ）は、一方の焦点検出信号であり、Ｂ_ｎ＋ｋ（ｎ＝１～ｍ）は、他方の焦点検出信号である。ｋは、ＡＦ画素の画素ピッチ（画素の間隔）を単位とした相対的なシフト量である。図１０は、式（１）の演算を行って得られる相関波形の一例を示す。この相関波形は、相関量Ｃ（ｋ）の値が小さいほど、一対の信号列の相関が高いことを表している。相関演算部２２０ｃは、公知の３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値（最小値）Ｃ（ｘ）と、極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを算出する。相関演算部２２０ｃは、シフト量ｘを用いて像ズレ量Δを算出する。

相関演算部２２０ｃは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの各々について、第１の焦点検出信号と第３の焦点検出信号との相関演算を行う。即ち、相関演算部２２０ｃは、相関演算を第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの４ラインそれぞれで行って、４つの第１の相関波形Ｃ１を算出する。第１の相関波形Ｃ１は、第１のＡＦ画素ラインの第１の焦点検出信号と第３の焦点検出信号とを相関演算して算出した相関量とシフト量との関係を示すデータとなる。

相関演算部２２０ｃは、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄの各々について、第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号との相関演算を行い、４つの第２の相関波形Ｃ２を算出する。第２の相関波形Ｃ２は、第２のＡＦ画素ラインの第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号とを相関演算して算出した相関量とシフト量との関係を示すデータとなる。

相関演算部２２０ｃは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの各々について、第１の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号との相関演算を行い、４つの第３の相関波形Ｃ３を算出する。第３の相関波形Ｃ３は、第１のＡＦ画素ラインの第１の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号とを相関演算して算出した相関量とシフト量との関係を示すデータとなる。

相関演算部２２０ｃは、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄの各々について、第１の擬似焦点検出信号と第２の焦点検出信号との相関演算を行い、４つの第４の相関波形Ｃ４を算出する。第４の相関波形Ｃ４は、第２のＡＦ画素ラインの第２の焦点検出信号と第１の擬似焦点検出信号とを相関演算して算出した相関量とシフト量との関係を示すデータとなる。

相関演算部２２０ｃは、画素加算部２２０ｂによって第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａ～４０２Ｒｄの４ライン分が加算された加算第１の焦点検出信号と加算第３の焦点検出信号とを相関演算して、第１の相関波形Ｃ１０を算出する。また、相関演算部２２０ｃは、画素加算部２２０ｂによって第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄの４ライン分が加算された加算第２の焦点検出信号と加算第３の焦点検出信号とを相関演算して、第２の相関波形Ｃ２０を算出する。

相関演算部２２０ｃは、加算第１の焦点検出信号と加算第１の擬似焦点検出信号が加算された混合第１の焦点検出信号と、加算第２の焦点検出信号と加算第２の擬似焦点検出信号が加算された混合第２の焦点検出信号とを相関演算して、第５の相関波形Ｃ５を算出する。

信頼度判定部２２０ｄは、相関演算の信頼度、即ち生成された相関波形の信頼度（信頼性）を判定する。一般的に、相関演算の対象である一対の信号列の相関度（一致度）が高い場合には、図１０（ａ）に示したように、相関量の最小値Ｃ（ｘ）が小さくなる。逆に、一対の信号列の相関度（一致度）が低い場合、例えば、ボケやケラレなどによって、第１又は第２の焦点検出信号の波形と第３の焦点検出信号の波形とが大きく異なった場合は、図１０（ｂ）に示したように、相関量の最小値Ｃ（ｘ）が大きくなってしまう。

信頼度判定部２２０ｄは、相関波形から相関量の最小値を算出し、相関量の最小値に基づいて相関波形の信頼度を判定する。例えば、信頼度判定部２２０ｄは、相関量の最小値が所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合は、相関波形の信頼度は低いと判定し、相関量の最小値が所定の閾値Ｔｈよりも小さい場合は、相関波形の信頼度は高いと判定する。

相関波形処理部２２０ｅは、信頼度判定部２２０ｄによる判定結果に基づいて、複数の相関波形を加算する処理や、２つの相関波形の一方を反転して反転波形を作成し、この反転波形と他方の相関波形とを加算する処理を行う。例えば、相関波形処理部２２０ｅは、４つの第１の相関波形Ｃ１を加算したり、第２の相関波形Ｃ２を加算したりする。また、例えば、図１１に示すように、黒点でプロットされた第１の相関波形Ｃ１と、×でプロットされた第２の相関波形Ｃ２とは、位相が所定量Ｄずれている。そこで、相関波形処理部２２０ｅは、例えば第１の相関波形Ｃ１を中心軸（上記所定量Ｄの中心）で、左右反転する。反転された第１の相関波形Ｃ１と第２の相関波形Ｃ２とを加算する。

相関波形処理部２２０ｅは、上述のように、第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の一方を反転し、反転された相関波形と他方の相関波形とを加算した相関波形（第１の加算相関波形）を生成する。また、相関波形処理部２２０ｅは、第１の相関波形Ｃ１０及び第２の相関波形Ｃ２０の一方を反転し、反転された相関波形と他方の相関波形とを加算した相関波形（第２の加算相関波形）を生成する。後述するように、加算された相関波形に基づき、像ズレ量が算出され、デフォーカス量に変換される。

第１及び第２の相関波形Ｃ１、Ｃ２の一方を反転して、それを他方の相関波形に加算し、加算相関波形に基づきデフォーカス量を算出する理由は、以下の通りである。即ち、この方法は、第１及び第２の相関波形Ｃ１、Ｃ２の各々に基づきデフォーカス量を算出し、それらのデフォーカス量の平均値を算出するよりも、焦点検出精度が高くなるためである。
なお、上述の第１及び第２の相関波形Ｃ１、Ｃ２の一方を反転して他方に加算する処理は、図１１に示したように、第１の相関波形Ｃ１と第２の相関波形Ｃ２とがほぼ左右対称である必要がある。このような左右対称性のある相関波形は、像高が比較的小さい（撮像面２２ａの中心付近の）焦点検出領域の焦点検出信号から得られる。
なお、第１及び第２の相関波形Ｃ１０、Ｃ２０の一方を反転して、それを他方の相関波形に加算し、加算相関波形に基づきデフォーカス量を算出する理由についても同様である。

像ズレ量算出部２２０ｆは、一対の焦点検出信号を用いて生成された相関波形に基づき、一対の焦点検出信号の位相差、即ち像ズレ量を算出する。像ズレ量算出部２２０ｆは、相関量が最小となるシフト量に基づき像ズレ量を算出する。

像ズレ量算出部２２０ｆは、第１の相関波形Ｃ１を用いて、第１の光束６１による像と第１の光束６１及び第２の光束６２による像との像ズレ量Δ１、即ち、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量の半分となる像ズレ量を算出する。同様に、像ズレ量算出部２２０ｆは、第２の相関波形Ｃ２を用いて、第２の光束６２による像と第１の光束６１及び第２の光束６２による像との像ズレ量Δ２、即ち、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量の残り半分となる像ズレ量を算出する。

像ズレ量算出部２２０ｆは、第３の相関波形Ｃ３を用いて、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。また、像ズレ量算出部２２０ｆは、第４の相関波形Ｃ４を用いて、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。

像ズレ量算出部２２０ｆは、第１の相関波形Ｃ１０を用いて、第１の光束６１による像と第１及び第２の光束６１、６２による像との像ズレ量Δ１、即ち、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量の半分となる像ズレ量を算出する。同様に、像ズレ量算出部２２０ｆは、第２の相関波形Ｃ２０を用いて、第２の光束６２による像と第１及び第２の光束６１、６２による像との像ズレ量Δ２、即ち、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量の残り半分となる像ズレ量を算出する。

像ズレ量算出部２２０ｆは、第５の相関波形Ｃ５を用いて、第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。
像ズレ量算出部２２０ｆは、第１の加算相関波形を用いて、像ズレ量Δ１（又はΔ２）を算出する。また、像ズレ量算出部２２０ｆは、第２の加算相関波形を用いて、像ズレ量Δ１（又はΔ２）を算出する。

像ズレ量加算部２２０ｇは、第１の相関波形Ｃ１から算出される像ズレ量Δ１と、第２の相関波形Ｃ２から算出される像ズレ量Δ２とを加算することで、第１及び第２の光束６１、６２による像の像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。
また、像ズレ量加算部２２０ｇは、第１の相関波形Ｃ１０から算出される像ズレ量Δ１と、第２の相関波形Ｃ２０から算出される像ズレ量Δ２とを加算することで、第１及び第２の光束６１、６２による像の像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。

デフォーカス量算出部２２０ｈは、換算式を用いて、像ズレ量をデフォーカス量に換算する、即ち、像ズレ量に換算係数（変換係数）を乗じて、デフォーカス量を算出する。第１の光束６１による像と第２の光束６２による像との像ズレ量（Δ１＋Δ２）をデフォーカス量Ｄｅｆに換算する換算式は、換算係数Ｋを用いて以下のように表すことができる。
Ｄｅｆ＝Ｋ×（Δ１＋Δ２） …（２）
なお、像ズレ量Δ１又はΔ２をデフォーカス量Ｄｅｆに換算する換算係数は、像ズレ量（Δ１＋Δ２）をデフォーカス量Ｄｅｆに換算する換算係数Ｋの２倍、即ち２Ｋである。

レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量算出部２２０ｈにより算出され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。交換レンズ３のレンズ制御部３２は、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を駆動して焦点調節を行う。

上述のように、相関演算部２２０ｃは、相関演算を行って、４つの第１の相関波形Ｃ１、４つの第２の相関波形Ｃ２、４つの第３の相関波形Ｃ３、４つの第４の相関波形Ｃ４、１つの第１の相関波形Ｃ１０、１つの第２の相関波形Ｃ２０、及び１つの第５の相関波形Ｃ５の合計１９個の相関波形（データ）を生成する。焦点検出部２２０は、信頼度判定部２２０ｄによる判定結果に基づいて、これら１９個の相関波形から焦点検出に用いる相関波形を選択する。即ち、焦点検出部２２０は、被写体像の状態に応じて焦点検出に用いる相関波形を切り替える。このため、本実施の形態によるカメラ１は、焦点検出の精度の低下を抑制し、正確な焦点調節を行うことができる。これにより、カメラ１は、焦点検出精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態に係る焦点検出部２２０は、焦点検出領域（ＡＦエリア）を拡大する焦点検出領域拡大部２２０ｊを有し、拡大された焦点検出領域内の画素から出力される焦点検出信号を用いて像ズレ量の算出を行う。この焦点検出領域拡大部２２０ｊは、ユーザによる操作部２５の操作等によって、その機能の有効／無効を切り替えられる。焦点検出領域拡大部２２０ｊが有効となっている場合、例えば、領域設定部２１２により設定された焦点検出領域１００と、この焦点検出領域１００と±Ｙ方向で隣接した２つの焦点検出領域１００との合計３つの焦点検出領域１００に焦点検出領域を拡大する。

この場合、画素加算部２２０ｂは、３つの焦点検出領域１００の各々について、撮像素子２２から出力される第１～第３の焦点検出信号を用いて、混合第１の焦点検出信号及び混合第２の焦点検出信号を生成する。そして、画素加算部２２０ｂは、焦点検出領域１００毎に生成された３つの混合第１の焦点検出信号を加算する。この加算された混合第１の焦点検出信号は、３つの焦点検出領域１００の同一列に位置する第１のＡＦ画素１１の第１の焦点検出信号と第２のＡＦ画素１２の位置における第１の擬似焦点検出信号とを加算した信号、即ち、合計２４個の焦点検出信号を加算した信号となる。
同様に、画素加算部２２０ｂは、焦点検出領域１００毎に生成された３つの混合第２の焦点検出信号を加算する。この加算された混合第２の焦点検出信号も、合計２４個の焦点検出信号を加算した信号となる。

相関演算部２２０ｃは、画素加算部２２０ｂによって２４ライン分加算された混合第１の焦点検出信号と混合第２の焦点検出信号とを相関演算して、第５の相関波形Ｃ５０を算出する。像ズレ量算出部２２０ｆは、第５の相関波形Ｃ５０から像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出し、デフォーカス量算出部２２０ｈは、この像ズレ量からデフォーカス量を算出する。

図１２は、本実施の形態のカメラ１の動作例を示したフローチャートである。この図１２のフローチャートを参照して、カメラ１の動作例について説明する。図１２に示す処理は、例えばユーザにより操作部２５が操作されてオートフォーカス（ＡＦ）モードが設定された場合に、ボディ制御部２１０の制御プログラムに基づいて開始される。

ステップＳ１００において、擬似焦点検出信号生成部２２０ａは、画素選択部２１３によって選択された第１及び第２のＡＦ画素１１、１２及び撮像兼ＡＦ画素１３の第１～第３の焦点検出信号に基づき、第１及び第２の擬似焦点検出信号を生成する。画素加算部２２０ｂは、第１～第３の焦点検出信号を用いて加算処理を行い、加算第１の焦点検出信号、加算第２の焦点検出信号、及び加算第３の焦点検出信号を生成する。また、画素加算部２２０ｂは、第１の焦点検出信号と第１の擬似焦点検出信号を加算して、混合第１の焦点検出信号を生成し、第２の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号を加算して、混合第２の焦点検出信号を生成する。

相関演算部２２０ｃは、上述の相関演算を行って、４つの第１の相関波形Ｃ１、４つの第２の相関波形Ｃ２、４つの第３の相関波形Ｃ３、４つの第４の相関波形Ｃ４、１つの第１の相関波形Ｃ１０、１つの第２の相関波形Ｃ２０、及び１つの第５の相関波形Ｃ５の合計１９個の相関波形を生成する。

ステップＳ１１０において、信頼度判定部２２０ｄは、１９個の相関波形のうち、４つの第１の相関波形Ｃ１及び４つの第２の相関波形Ｃ２の相関波形の信頼度を判定する。より詳しくは、信頼度判定部２２０ｄは、４つの第１の相関波形Ｃ１及び４つの第２の相関波形Ｃ２を４組に分類して、４組の相関波形ペアについて信頼度を判定する。信頼度判定部２２０ｄは、図４に示した第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａの焦点検出信号に基づく第１の相関波形Ｃ１と、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄのうちで第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａに最も近い第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａの焦点検出信号に基づく第２の相関波形Ｃ２とを１つの相関波形ペアとする。同様に、信頼度判定部２２０ｄは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒｂの第１の相関波形Ｃ１及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌｂの第２の相関波形Ｃ２と、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒｃの第１の相関波形Ｃ１及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌｃの第２の相関波形Ｃ２とを、それぞれ１つの相関波形ペアとする。また、信頼度判定部２２０ｄは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒｄの第１の相関波形Ｃ１及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌｄの第２の相関波形Ｃ２を１つの相関波形ペアとする。

信頼度判定部２２０ｄは、４組の相関波形ペアのうち、相関波形ペアを構成する２つの相関波形が共に信頼度が高い相関波形ペアが所定数（例えば２つ）以上であるか否かを判定する。信頼度判定部２２０ｄは、４組の相関波形ペアのうち、信頼度が高い相関波形ペアが所定数以上あると判定すると、ステップＳ１２０へ進み、ステップＳ１１０で否定判定すると、ステップＳ２１０へ進む。なお、信頼度判定部２２０ｄは、４つの第１の相関波形Ｃ１及び４つの第２の相関波形Ｃ２のそれぞれの信頼度を判定してもよい。例えば、信頼度判定部２２０ｄは、信頼度の高い相関波形が所定数（例えば８つ）であるか否かを判定する。上述のように、信頼度判定部２２０ｄは、相関波形から算出した相関量の最小値が所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合は、相関波形の信頼度は低いと判定し、相関量の最小値が所定の閾値Ｔｈよりも小さい場合は、相関波形の信頼度は高いと判定する。信頼度判定部２２０ｄは、８つの相関波形のうち、信頼度が高い相関波形が所定数であると判定すると、ステップＳ１２０へ進み、Ｓ１１０で否定判定をすると、ステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ１２０において、焦点検出部２２０は、領域設定部２１２により設定されている焦点検出領域（ＡＦエリア）１００が、中央の焦点検出領域１００ａであるか否かを判定する。焦点検出部２２０は、中央の焦点検出領域１００ａが設定されている場合は、ステップＳ１３０へ進み、ステップＳ１２０で否定判定すると、ステップＳ１７０へ進む。焦点検出部２２０は、ステップＳ１００～ステップＳ１２０で処理された信号が、中央の焦点検出領域１００ａから出力される焦点検出信号である場合と、中央の焦点検出領域１００ａ以外から出力される焦点検出信号である場合とで、後述するようにデフォーカス量の算出方法を切り替える。なお、ステップＳ１２０の処理はなくてもよい。この場合、ステップＳ１１０の後にステップＳ１７０へ進むようにしてもよい。

ステップＳ１３０において、相関波形処理部２２０ｅは、信頼度が高いと判定された複数の相関波形ペアの第１の相関波形Ｃ１を加算すると共に、この複数の相関波形ペアの第２の相関波形Ｃ２を加算する。ステップＳ１４０において、相関波形処理部２２０ｅは、加算した第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の一方を反転し、その反転した相関波形と他方の相関波形とを加算した相関波形（第１の加算相関波形）を生成する。

ステップＳ１５０において、像ズレ量算出部２２０ｆは、相関波形処理部２２０ｅにより生成された第１の加算相関波形から、像ズレ量Δ１（又はΔ２）を算出する。

ステップＳ１６０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、第１及び第２の光束６１、６２による像の像ズレ量（Δ１＋Δ２）をデフォーカス量に換算するための換算係数Ｋの２倍の換算係数２Ｋを用いて、像ズレ量Δ１（又はΔ２）をデフォーカス量Ｄｅｆに変換する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、算出されたデフォーカス量Ｄｅｆに基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、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を駆動して焦点調節を行う。

領域設定部２１２により設定されている焦点検出領域（ＡＦエリア）１００が、中央の焦点検出領域１００ａ以外の焦点検出領域である場合には、ステップＳ１７０において、相関波形処理部２２０ｅは、信頼度が高いと判定された複数の相関波形ペアの第１の相関波形Ｃ１を加算すると共に、この複数の相関波形ペアの第２の相関波形Ｃ２を加算する。

ステップＳ１８０において、像ズレ量算出部２２０ｆは、加算した第１の相関波形Ｃ１から、像ズレ量Δ１を算出する。また、像ズレ量算出部２２０ｆは、加算した第２の相関波形Ｃ２から、像ズレ量Δ２を算出する。像ズレ量加算部２２０ｇは、像ズレ量Δ１と像ズレ量Δ２とを加算することで、第１及び第２の光束６１、６２による像の像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。

ステップＳ１９０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、像ズレ量加算部２２０ｇにより算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、算出されたフォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づいて焦点調節を行う。

領域設定部２１２により設定されている焦点検出領域（ＡＦエリア）１００が、中央の焦点検出領域１００ａ以外の焦点検出領域である場合に、ステップＳ１４０～Ｓ１６０の代わりに、ステップＳ１８０、Ｓ１９０の処理を行う理由は、以下の通りである。像高が高い焦点検出領域１００では、ケラレの影響によって、図１１に示した第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の左右対称性がないので、一方の相関波形の反転及びその後の加算処理を用いることができない。

上述のように、ステップＳ１３０又はＳ１７０において加算処理が行われ、加算された第１の相関波形Ｃ１及び加算された第２の相関波形Ｃ２を用いて、ステップＳ１５０又はステップＳ１８０において像ズレ量の算出が行われる。このため、複数の第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の各々から像ズレ量を算出する場合と比較して、焦点検出部２２０の演算量を低減することができる。

上述のように、ステップＳ１１０において、信頼度判定部２２０ｄは、４組の相関波形ペアのうち、信頼度が高い相関波形ペアが所定数以上存在しないと判定すると、ステップＳ２１０へ進む。信頼度が高い相関波形ペアが所定数以上存在しない理由は、例えば、設定された焦点検出領域１００の被写体像のボケが比較的大きいことが考えられる。即ち、被写体像のボケが比較的大きいと、図５（ｃ）に示した撮像兼ＡＦ画素１３上の被写体像は、第１及び第２の光束６１、６２によるので、ボケが相対的に大きい。他方、図５（ａ）、（ｂ）に示した第１又は第２のＡＦ画素１１、１２上の被写体像はそれぞれ、第１又は第２の光束６１、６２によるので、ボケが撮像兼ＡＦ画素１３上の被写体像に比べて小さい。第１及び第２の焦点検出信号の波形と第３の焦点検出信号の波形とが比較的大きく異なり、相関波形ペアの信頼度が低下してしまう。

そこで、ステップＳ２１０において、信頼度判定部２２０ｄは、第１の焦点検出信号と第２の擬似焦点検出信号とに基づく第３の相関波形Ｃ３と、第１の擬似焦点検出信号と第２の焦点検出信号とに基づく第４の相関波形Ｃ４との相関波形の信頼度を判定する。信頼度判定部２２０ｄは、４つの第３の相関波形Ｃ３及び４つの第４の相関波形Ｃ４を４組に分類して、４組の相関波形ペアについて信頼度を判定する。信頼度判定部２２０ｄは、図４に示した第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａの第３の相関波形Ｃ３と、第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａ～４０２Ｌｄのうちで第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａに最も近い第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌａの第４の相関波形Ｃ４とを１つの相関波形ペアとする。同様に、信頼度判定部２２０ｄは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒｂの第３の相関波形Ｃ３及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌｂの第４の相関波形Ｃ４と、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒｃの第３の相関波形Ｃ３及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌｃの第４の相関波形Ｃ４とを、それぞれ１つの相関波形ペアとする。また、信頼度判定部２２０ｄは、第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒｄの第３の相関波形Ｃ３及び第２のＡＦ画素ライン４０２Ｌｄの第４の相関波形Ｃ４を、１つの相関波形ペアとする。

信頼度判定部２２０ｄは、４組の相関波形ペアのうち、相関波形ペアを構成する２つの相関波形が共に信頼度が高い相関波形ペアが所定数（例えば２つ）以上であるか否かを判定する。信頼度判定部２２０ｄは、４組の相関波形ペアのうち、信頼度が高い相関波形ペアが所定数以上あると判定すると、ステップＳ２２０へ進み、ステップＳ２１０で否定判定すると、ステップＳ３１０へ進む。なお、信頼度判定部２２０ｄは、４つの第３の相関波形Ｃ３及び４つの第４の相関波形Ｃ４のそれぞれの信頼度を判定してもよい。例えば、信頼度判定部２２０ｄは、信頼度の高い相関波形が所定数（例えば８つ）であるか否かを判定する。上述のように、信頼度判定部２２０ｄは、相関波形から算出した相関量の最小値が所定の閾値Ｔｈよりも大きい場合は、相関波形の信頼度は低いと判定し、相関量の最小値が所定の閾値Ｔｈよりも小さい場合は、相関波形の信頼度は高いと判定する。信頼度判定部２２０ｄは、８つの相関波形のうち、信頼度が高い相関波形が所定数であると判定すると、ステップＳ２２０へ進み、Ｓ２１０で否定判定をすると、ステップＳ３１０へ進む。

ステップＳ２２０において、相関波形処理部２２０ｅは、信頼度が高いと判定された複数の相関波形ペアの第３の相関波形Ｃ３を加算すると共に、この複数の相関波形ペアの第４の相関波形Ｃ４を加算する。ステップＳ２３０において、像ズレ量算出部２２０ｆは、加算した第３の相関波形Ｃ３に基づき像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出し、加算した第４の相関波形Ｃ４に基づき像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出し、両像ズレ量の平均値を算出する。

ステップＳ２４０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、像ズレ量加算部２２０ｇにより算出された平均化された像ズレ量（Δ１＋Δ２）に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、算出されたフォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づいて焦点調節を行う。

上述のように、被写体像のボケが比較的大きい場合、焦点検出部２２０は、第１の焦点検出信号及び第２の擬似焦点検出信号に基づく第３の相関波形Ｃ３と、第１の擬似焦点検出信号及び第２の焦点検出信号に基づく第４の相関波形Ｃ４を用いて、デフォーカス量を算出する。このため、第１及び第２の焦点検出信号と第３の焦点検出信号を用いてデフォーカス量を算出する場合よりも、焦点検出精度を向上させることができる。

また、上述のように、焦点検出部２２０は、ステップＳ２２０で、第３及び第４の相関波形Ｃ３、Ｃ４を加算し、加算した第３の相関波形Ｃ３及び加算した第４の相関波形Ｃ４を用いてデフォーカス量の算出を行う。このため、１つの第３の相関波形Ｃ３又は１つの第４の相関波形Ｃ４を用いてデフォーカス量を算出する場合よりも、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、焦点検出精度を向上させることができる。

上述のように、ステップＳ２１０において、信頼度判定部２２０ｄは、第３の相関波形Ｃ３と第４の相関波形Ｃ４との相関波形ペアについて、信頼度が高い相関波形ペアが所定数以上存在しないと判定すると、ステップＳ３１０へ進む。第１及び第２の相関波形Ｃ１、Ｃ２の信頼性が低く、かつ第３及び第４の相関波形Ｃ３、Ｃ４の信頼性が低い一つの理由は、例えば、設定された焦点検出領域１００の被写体像が低輝度であり、第１～第３の焦点検出信号がノイズを多く含むためと考えられる。そこで、ステップＳ３１０以降では、画素加算部２２０ｂによって加算された焦点検出信号を用いる、即ち、ＳＮ比を向上させた焦点検出信号を用いる。

ステップＳ３１０において、信頼度判定部２２０ｄは、１９個の相関波形のうち、加算第１の焦点検出信号と加算第３の焦点検出信号とに基づく第１の相関波形Ｃ１０と、加算第２の焦点検出信号と加算第３の焦点検出信号とに基づく第２の相関波形Ｃ２０のそれぞれの相関波形の信頼度を判定する。信頼度判定部２２０ｄは、１つの第１の相関波形Ｃ１０及び１つの第２の相関波形Ｃ２０が共に信頼度が高いと判定すると、ステップＳ３２０へ進み、ステップＳ３１０で否定判定すると、ステップＳ４１０へ進む。

ステップＳ３２０において、焦点検出部２２０は、領域設定部２１２により中央の焦点検出領域１００ａが設定されている場合は、ステップＳ３３０へ進み、ステップＳ３２０で否定判定すると、ステップＳ３６０へ進む。

ステップＳ３３０において、相関波形処理部２２０ｅは、第１の相関波形Ｃ１０及び第２の相関波形Ｃ２０の一方を反転し、その反転した相関波形と他方の相関波形とを加算した相関波形（第２の加算相関波形）を生成する。

ステップＳ３４０において、像ズレ量算出部２２０ｆは、相関波形処理部２２０ｅにより生成された第２の加算相関波形から、像ズレ量Δ１（又はΔ２）を算出する。

ステップＳ３５０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、換算係数２Ｋを用いて、像ズレ量Δ１（又はΔ２）をデフォーカス量Ｄｅｆに変換する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、フォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づいて焦点調節を行う。

領域設定部２１２により設定されている焦点検出領域（ＡＦエリア）１００が、中央の焦点検出領域１００ａ以外の焦点検出領域である場合には、ステップＳ３６０において、像ズレ量算出部２２０ｆは、第１の相関波形Ｃ１０から、像ズレ量Δ１を算出する。また、像ズレ量算出部２２０ｆは、第２の相関波形Ｃ２０から、像ズレ量Δ２を算出する。像ズレ量加算部２２０ｇは、像ズレ量Δ１と像ズレ量Δ２とを加算することで、第１及び第２の光束６１、６２による像の像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。

ステップＳ３７０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、像ズレ量加算部２２０ｇにより算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、フォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づいて焦点調節を行う。

上述のように、ステップＳ３１０において、信頼度判定部２２０ｄは、第１の相関波形Ｃ１０又は第２の相関波形Ｃ２０の信頼度が低いと判定すると、ステップＳ４１０へ進む。第１の相関波形Ｃ１０又は第２の相関波形Ｃ２０の信頼度が低い理由は、例えば、設定された焦点検出領域１００の被写体像のボケが比較的大きく、そのために、第１及び第２の焦点検出信号の波形と第３の焦点検出信号の波形とが比較的大きく異なることが考えられる。

そこで、ステップＳ４１０において、信頼度判定部２２０ｄは、１９個の相関波形のうち、混合第１の焦点検出信号と混合第２の焦点検出信号とに基づく第５の相関波形Ｃ５の信頼度を判定する。信頼度判定部２２０ｄは、第５の相関波形Ｃ５の信頼度が高いと判定すると、ステップＳ４２０へ進み、ステップＳ３１０で否定判定すると、ステップＳ５１０へ進む。

ステップＳ４２０において、像ズレ量算出部２２０ｆは、第５の相関波形Ｃ５から、像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。ステップＳ４３０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、像ズレ量加算部２２０ｇにより算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、フォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づいて焦点調節を行う。

上述のように、ステップＳ４１０において、信頼度判定部２２０ｄは、第５の相関波形Ｃ５の信頼度が低いと判定すると、ステップＳ５１０へ進む。第５の相関波形Ｃ５の信頼度が低い理由は、例えば、設定された焦点検出領域１００の被写体像が非常に低輝度であり、第１～第３の焦点検出信号が非常に多くのノイズを含むためと考えられる。

ステップＳ５１０において、焦点検出部２２０は、上述した焦点検出領域拡大部２２０ｊが有効な場合に、ステップＳ５２０へ進む。なお、ステップＳ５１０で否定判定された場合には、デフォーカス量の算出は行われない。

ステップＳ５２０において、画素加算部２２０ｂは上述のように、焦点検出領域拡大部２２０ｊにより拡大された焦点検出領域において、混合第１の焦点検出信号及び混合第２の焦点検出信号を生成する。画素加算部２２０ｂは、生成した３つの混合第１の焦点検出信号を加算すると共に、生成した３つの混合第２の焦点検出信号を加算する。相関演算部２２０ｃは、加算された混合第１の焦点検出信号と混合第２の焦点検出信号とに基づいて、第５の相関波形Ｃ５０を生成する。像ズレ量算出部２２０ｆは、第５の相関波形Ｃ５０から像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。

ステップＳ５３０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、像ズレ量加算部２２０ｇにより算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。レンズ移動量算出部２２０ｉは、デフォーカス量Ｄｅｆに基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。レンズ制御部３２は、フォーカスレンズ３１ｂの移動量に基づいて焦点調節を行う。

図１３及び図１４を参照して、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の回路構成及び動作について説明する。図１３は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の画素の構成を示す図である。画素１３は、光電変換部４２と、転送部５２と、リセット部５３と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）５４と、増幅部５５と、選択部５６とを有する。光電変換部４２は、フォトダイオードＰＤであり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する。

転送部５２は、信号ＴＸにより制御されるトランジスタＭ１から構成され、光電変換部４２で光電変換された電荷をＦＤ５４に転送する。トランジスタＭ１は、転送トランジスタである。ＦＤ５４の容量Ｃは、ＦＤ５４に転送された電荷を蓄積（保持）する。

増幅部５５は、ＦＤ５４の容量Ｃに蓄積された電荷による信号を出力する。増幅部５５と選択部５６とは、光電変換部４２により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。

リセット部５３は、信号ＲＳＴにより制御されるトランジスタＭ２から構成され、ＦＤ５４に蓄積された電荷を排出し、ＦＤ５４の電圧をリセットする。トランジスタＭ２は、リセットトランジスタである。
選択部５６は、信号ＳＥＬにより制御されるトランジスタＭ４から構成され、増幅部５５と垂直信号線６０とを電気的に接続又は切断する。トランジスタＭ４は、選択トランジスタである。

上述のように、光電変換部４２で光電変換された電荷は、転送部５２によってＦＤ５４に転送される。そして、ＦＤ５４に転送された電荷に応じた信号が、垂直信号線６０に出力される。画素信号は、光電変換部４２によって光電変換された電荷に基づいて生成されるアナログ信号である。撮像画素１３から出力される信号は、デジタル信号に変換された後に、ボディ制御部２１０に出力される。

なお、本実施の形態にあっては、第１のＡＦ画素１１（１１ａ～１１ｃ）及び第２のＡＦ画素１２（１２ａ～１２ｃ）の回路構成は、撮像画素１３の回路構成と同一である。第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２から出力される信号は、デジタル信号に変換された後に、焦点検出に用いる信号としてボディ制御部２１０に出力される。

図１４は、第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。撮像素子２２は、複数の撮像画素１３及び第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２と、垂直制御部７０と、複数のカラム回路部８０とを有する。なお、図１４においては、説明を簡略化するために、行方向（±Ｘ方向）８画素×列方向（±Ｙ方向）１６画素の１２８個の画素のみ図示している。図１４では、左上隅の画素を第１行第１列の撮像画素１３（１，１）とし、右下隅の撮像画素を第１６行第８列の撮像画素１３（１６，８）としている。撮像素子２２は、複数の垂直信号線６０（垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈ）が設けられる。複数の垂直信号線６０は、列方向、即ち垂直方向に並んだ複数の画素の列である画素列（第１列～第８列）にそれぞれ接続される。垂直信号線６０ａ、６０ｃ、６０ｅ、６０ｇは、同一列の並ぶ複数の撮像画素１３が接続され、接続された撮像画素１３の信号をそれぞれ出力する。垂直信号線６０ｂ、６０ｄ、６０ｆ、６０ｈは、同一列に並ぶ複数の撮像画素１３及び複数の第１のＡＦ画素１１及び複数の第２のＡＦ画素１２が接続され、接続された撮像画素１３及び第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２の信号をそれぞれ出力する。なお、図１４に示す構成は、焦点検出領域１００のうち、例えば第１の小領域９１の一部の回路構成を表すものである。なお、第２及び第３の小領域９２、９３も、図１４に示す構成と同様の構成である。

垂直制御部７０は、複数の画素列に共通に設けられる。垂直制御部７０は、図１３に示した信号ＴＸ、信号ＲＳＴ、信号ＳＥＬを各画素に供給して、各画素の動作を制御する。垂直制御部７０は、画素の各トランジスタのゲートに信号を供給して、トランジスタをオン状態（接続状態、導通状態、短絡状態）又はオフ状態（切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態）とする。

カラム回路部８０は、アナログ／デジタル変換部（ＡＤ変換部）を含んで構成され、各画素から垂直信号線６０を介して入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。デジタル信号に変換された画素の信号は、不図示の信号処理部に入力されて、相関二重サンプリングや信号量を補正する処理等の信号処理が施された後に、カメラ１のボディ制御部２１０に出力される。

ボディ制御部２１０は、垂直制御部７０を制御して、全ての画素群を順次選択して各画素の信号を読み出す第１の読み出しモードと、ＡＦ画素が配置される画素群（第１及び第２のＡＦ画素ライン）の各画素の信号の読み出しとＡＦ画素が配置されていない画素群（第１の画素群４０１、第２の画素群４０２）の各画素の信号の読み出しとを分けて行う第２の読み出しモードとを行う。

垂直制御部７０は、ボディ制御部２１０により第１の読み出しモードが設定された場合、複数の画素群を順次選択して各画素から信号を出力させる。垂直駆動部７０は、図１４では第１行目から第１６行目に向かって、画素群を順次選択する。垂直制御部７０は、選択した画素群の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。以下に、第１の読み出しモードの場合の信号の読み出し方法の一例について説明する。

垂直駆動部７０は、第１行目の第１の画素群４０１の画素であるＲ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）の選択部５６をそれぞれオン状態とする。垂直駆動部７０は、第１行目以外の他の行の画素の選択部５６をそれぞれオフ状態とする。これにより、第１行目のＲ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）の各々の信号は、各々の画素の選択部５６を介して、各々の画素に接続された垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。

次に、垂直制御部７０は、第２行目の第１のＡＦ画素ライン４０２Ｒａの画素であるＧ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１（２，８）の選択部５６をオン状態とする。また、垂直制御部７０は、第２行目以外の他の行の画素の選択部５６をオフ状態とする。これにより、第２行目のＧ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１（２，８）の信号は、それぞれ垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。
同様に、垂直制御部７０は、第３行目以降の画素群を、第３行、第４行、第５行、第６行の順に１行ずつ順次選択する。垂直制御部７０は、選択した画素群の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。

このように、第１の読み出しモードでは、垂直制御部７０は、全ての画素群の各画素から信号を読み出す。各画素から読み出される信号は、カラム回路部８０等によって信号処理が施された後に、ボディ制御部２１０に読み出される。

垂直駆動部７０は、ボディ制御部２１０により第２の読み出しモードが設定された場合、第１及び第２のＡＦ画素ラインの各画素の信号の読み出しとＡＦ画素が配置されていない画素群の各画素の信号の読み出しとを分けて行う。

ＡＦ画素ラインから信号の読み出しを行う場合、垂直駆動部７０は、領域設定部２１２により設定された１つ（又は複数）の焦点検出領域１００において、画素選択部２１３により選択されたＡＦ画素および撮像兼ＡＦ画素が配置された第１及び第２のＡＦ画素ラインを最上行から最下行に向かって順次選択して、各画素の信号を読み出す。

ＡＦ画素が配置されていない画素群から信号の読み出しを行う場合、垂直駆動部７０は、ＡＦ画素が配置されていない画素群を最上行から最下行に向かって順次選択して、各画素の信号を読み出す。

このように、第２の読み出しモードでは、ＡＦ画素ラインの各画素の信号がＡＦ画素が配置されていない画素群の各画素の信号とは別に読み出されるため、焦点検出に用いる信号を効率的に得ることができ、ＡＦのための信号処理の負担を軽減することができる。また、本実施の形態に係るカメラ１は、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づいて選択されたＡＦ画素の信号を読み出して、焦点検出処理を行う。このため、精度の高い焦点検出ができる。

なお、ボディ制御部２１０は、第２の読み出しモードを設定してＡＦ画素が配置されていない画素群から信号の読み出しを行う場合、全撮像画素のうちの特定の行や列の画素を間引いて信号を読み出す、間引き読み出しを行ってもよい。間引き読み出しを行う場合、ボディ制御部２１０は、全撮像画素のうちの特定の行や列の撮像画素を選択し、選択した撮像画素から信号を読み出す。ボディ制御部２１０は、垂直制御部７０を制御して、特定の行や列の画素の信号を読み飛ばすことで、高速に信号を読み出すことができる。なお、ボディ制御部２１０は、複数の撮像画素の信号を加算して読み出すようにしてもよい。

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、ステップＳ１００において、焦点検出部２２０が、第１及び第２の擬似焦点検出信号と、加算第１、加算第２、及び加算第３の焦点検出信号と、混合第１及び混合第２の焦点検出信号と、これらの信号による１９個の相関波形とを生成する例を説明した。しかし、焦点検出部２２０は、ステップＳ１１０、Ｓ２１０、Ｓ３１０、Ｓ４１０の各判定処理の前に、その判定処理に必要な焦点検出信号及び相関波形を算出するようにしてもよい。

例えば、焦点検出部２２０は、ステップＳ１００において、４つの第１の相関波形Ｃ１及び４つの第２の相関波形Ｃ２を生成する。焦点検出部２２０は、ステップＳ１００で否定判定してステップＳ２１０に進む場合に、第１及び第２の擬似焦点検出信号を生成すると共に、４つの第３の相関波形Ｃ３及び４つの第４の相関波形Ｃ４を生成する。焦点検出部２２０は、ステップＳ２１０で否定判定してステップＳ３１０に進む場合に、加算第１、加算第２、及び加算第３の焦点検出信号を生成すると共に、１つの第１の相関波形Ｃ１０及び１つの第２の相関波形Ｃ２０を生成する。また、焦点検出部２２０は、ステップＳ３１０で否定判定してステップＳ４１０に進む場合に、混合第１及び混合第２の焦点検出信号を生成すると共に、１つの第５の相関波形Ｃ５を生成する。

（変形例２）
上述した実施の形態にあっては、ステップＳ１１０において、信頼度判定部２２０ｄが、信頼度が高い相関波形ペアが例えば２つ以上であるか否かを判定し、判定結果に応じてステップＳ１２０又はステップＳ２１０に進む例について説明した。ステップＳ１２０及びステップＳ２１０のいずれのステップに進むかを判断するための相関波形ペアの数の基準は、２つ以上であるか否かに限らず、任意の数であってよい。例えば、ステップＳ１１０において、信頼度判定部２２０ｄは、信頼度が高い相関波形ペアが３つ以上であるか否かを判定するようにしてもよい。また、例えば、ステップＳ１１０において、信頼度判定部２２０ｄは、信頼度が高い相関波形ペアが１つ以上であるか否かを判定するようにしてもよい。このとき、信頼度が高い相関波形ペアが１つであった場合、ステップＳ１３０やステップＳ１７０における相関波形の加算処理は不要となる。このため、焦点検出部２２０における演算量を低減することができる。

ステップＳ２１０についても同様に、ステップＳ２２０及びステップＳ３１０のいずれのステップに進むかを判断するための相関波形ペアの数の基準は、２つ以上であるか否かに限らず、任意の数であってよい。例えば、ステップＳ２１０において、信頼度判定部２２０ｄは、信頼度が高い相関波形ペアが１つ以上であるか否かを判定するようにしてもよい。このとき、信頼度が高い相関波形ペアが１つであった場合、ステップＳ２２０における相関波形の加算処理は不要となり、演算量を低減することができる。

また、上述した実施の形態では、ステップＳ３１０において、信頼度判定部２２０ｄが、１つの第１の相関波形Ｃ１０及び１つの第２の相関波形Ｃ２０が共に信頼度が高いかを判定し、判定結果に応じてステップＳ３２０又はステップＳ４１０に進む例について説明した。しかし、ステップＳ３１０において、信頼度判定部２２０ｄは、１つの第１の相関波形Ｃ１０及び１つの第２の相関波形Ｃ２０の少なくとも一方の信頼度が高いと判定すると、ステップＳ３２０へ進むようにしてもよい。このとき、一方の相関波形のみが信頼度が高い場合、焦点検出部２２０は、ステップＳ３２０～Ｓ３７０の処理の代わりに、その一方の相関波形から像ズレ量Δ１（又はΔ２）を算出し、換算係数２Ｋを用いてデフォーカス量Ｄｅｆを算出する。

（変形例３）
上述した実施の形態では、ステップＳ１３０、Ｓ１７０において、相関波形処理部２２０ｅは、相関波形ペアを構成する２つの相関波形が共に信頼度が高いと判定された複数の相関波形ペアの第１の相関波形Ｃ１を加算すると共に、この複数の相関波形ペアの第２の相関波形Ｃ２を加算する例について説明した。しかし、ステップＳ１３０、Ｓ１７０の処理の代わりに、相関波形処理部２２０ｅは、相関波形ペアを構成する２つの相関波形が共に信頼度が高いか否かに関係なく、信頼度が高いと判定された全ての第１の相関波形Ｃ１を加算すると共に、信頼度が高いと判定された全ての第２の相関波形Ｃ２を加算してもよい。なお、焦点検出部２２０は、第１の相関波形Ｃ１の加算数と第２の相関波形Ｃ２の加算数とに応じて、加算された第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の各々の信号レベルを補正する処理等を行うようにしてもよい。

なお、相関波形処理部２２０ｅは、信頼度判定部２２０ｄによる判定結果に関係なく、第１の相関波形Ｃ１の加算処理と第２の相関波形Ｃ２の加算処理とを行うようにしてもよい。この場合、ステップＳ１３０、Ｓ１７０において、相関波形処理部２２０ｅは、例えば、４つの第１の相関波形Ｃ１を加算する。また、相関波形処理部２２０ｅは、４つの第２の相関波形Ｃ２を加算する。

（変形例４）
上述した実施の形態では、ステップＳ１３０～Ｓ１５０において、複数の相関波形ペアの第１の相関波形Ｃ１を加算すると共に、複数の相関波形ペアの第２の相関波形Ｃ２を加算し、加算した第１及び第２の相関波形Ｃ１、Ｃ２から像ズレ量を算出する例について説明した。しかし、焦点検出部２２０は、ステップＳ１３０～Ｓ１５０の処理の代わりに、複数の相関波形ペアの各々から像ズレ量を算出して、算出した複数の像ズレ量の平均値をデフォーカス量に換算してもよい。

具体的には、相関波形処理部２２０ｅは、複数の相関波形ペアの各々について、第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の一方を反転し、その反転した相関波形と他方の相関波形とを加算した加算相関波形を生成する。像ズレ量算出部２２０ｆは、生成された複数の加算相関波形の各々から、像ズレ量Δ１（又はΔ２）を算出する。ステップＳ１６０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、算出された複数の像ズレ量Δ１（又はΔ２）の平均値に、２倍の換算係数２Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。
なお、焦点検出部２２０は、複数の相関波形ペアの各々から算出した像ズレ量をそれぞれデフォーカス量に換算し、算出した複数のデフォーカス量Ｄｅｆの平均値を用いて、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出するようにしてもよい。

焦点検出部２２０は、ステップＳ１７０～Ｓ１８０の処理の代わりに、複数の相関波形ペアの第１及び第２の相関波形Ｃ１、Ｃ２の各々から像ズレ量を算出して、算出した複数の像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出するようにしてもよい。具体的には、像ズレ量算出部２２０ｆは、複数の相関波形ペアの第１の相関波形Ｃ１の各々から、像ズレ量Δ１を算出すると共に、その複数の相関波形ペアの第２の相関波形Ｃ２の各々から、像ズレ量Δ２を算出する。像ズレ量加算部２２０ｇは、複数の像ズレ量Δ１の平均値と、複数の像ズレ量Δ２の平均値とを加算することで、像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。ステップＳ１９０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。
なお、焦点検出部２２０は、上述の複数の像ズレ量Δ１の平均値及び複数の像ズレ量Δ２の平均値の各々をデフォーカス量に換算し、算出した複数のデフォーカス量Ｄｅｆの平均値を用いて、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出するようにしてもよい。

焦点検出部２２０は、ステップＳ２２０～Ｓ２３０の処理の代わりに、複数の相関波形ペアの第３及び第４の相関波形Ｃ３、Ｃ４の各々から像ズレ量を算出して、算出した複数の像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出するようにしてもよい。具体的には、像ズレ量算出部２２０ｆは、複数の相関波形ペアの第３の相関波形Ｃ３の各々から、像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出すると共に、その複数の相関波形ペアの第４の相関波形Ｃ４の各々から、像ズレ量（Δ１＋Δ２）を算出する。ステップＳ２４０において、デフォーカス量算出部２２０ｈは、算出された全ての像ズレ量（Δ１＋Δ２）の平均値に、換算係数Ｋを乗じて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。
なお、焦点検出部２２０は、第３の相関波形Ｃ３の各々から算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）の平均値、及び第４の相関波形Ｃ４の各々から算出された像ズレ量（Δ１＋Δ２）の平均値をそれぞれデフォーカス量に換算し、算出した複数のデフォーカス量Ｄｅｆの平均値を用いて、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出するようにしてもよい。

（変形例５）
焦点検出部２２０は、ステップＳ１４０～Ｓ１５０の処理の代わりに、加算した第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の各々から像ズレ量を算出し、算出した２つの像ズレ量をそれぞれデフォーカス量に換算し、算出した２つのデフォーカス量Ｄｅｆの平均値を算出するようにしてもよい。この場合、ステップＳ１６０において、焦点検出部２２０は、デフォーカス量Ｄｅｆの平均値に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。

焦点検出部２２０は、ステップＳ１７０～Ｓ１８０の処理の代わりに、加算した第１の相関波形Ｃ１及び第２の相関波形Ｃ２の各々から像ズレ量を算出し、算出した２つの像ズレ量をそれぞれデフォーカス量に換算し、算出した２つのデフォーカス量Ｄｅｆの平均値を算出するようにしてもよい。この場合、ステップＳ１９０において、焦点検出部２２０は、デフォーカス量Ｄｅｆの平均値に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。

また、焦点検出部２２０は、ステップＳ２２０～Ｓ２３０の処理の代わりに、加算した第３の相関波形Ｃ３及び第４の相関波形Ｃ４の各々から像ズレ量を算出し、算出した２つの像ズレ量をそれぞれデフォーカス量に換算し、算出した２つのデフォーカス量Ｄｅｆの平均値を算出するようにしてもよい。この場合、ステップＳ２４０において、焦点検出部２２０は、デフォーカス量Ｄｅｆの平均値に基づき、フォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。

（変形例６）
上述した実施の形態では、信頼度判定部２２０ｄは、相関量の最小値に基づいて、相関波形の信頼度（信頼性）を判定する例について説明したが、信頼度の判定方法はこれに限らない。例えば、信頼度判定部２２０ｄは、相関量が最小となるシフト量に基づいて、相関波形の信頼度を判定するようにしてもよい。例えば、信頼度判定部２２０ｄは、相関量が最小となるシフト量が所定の閾値よりも大きい場合は、相関波形の信頼度は低いと判定し、相関量が最小となるシフト量が所定の閾値よりも小さい場合は、相関波形の信頼度は高いと判定する。

（変形例７）
上述した実施の形態にあっては、画素選択部２１３は、領域設定部２１２により設定された焦点検出領域１００について、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づき、第１～第３の小領域９１～９３のいずれかに属するＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素とを選択する。焦点検出部２２０は、選択された１つの小領域のＡＦ画素および撮像兼ＡＦ画素から出力される焦点検出信号に基づいて、デフォーカス量を算出する。このように、カメラ１では、撮影光学系３１の射出瞳距離に適したＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素が配置される１つの小領域についての焦点検出が行われる。しかし、焦点調節対象の被写体像が残り２つの小領域による撮像範囲に含まれる場合が想定される。また、焦点調節対象の被写体像が、その１つの小領域から残り２つの小領域に移動する場合なども考えられる。そこで、ボディ制御部２１０は、被写体の大きさ等の被写体の状態に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行うか、コントラスト検出方式の焦点検出を行うかを決定するようにしてもよい。

例えば、ボディ制御部２１０は、被写体認識技術などにより特定の被写体を主要被写体として検出する被写体検出部を有し、被写体検出部による検出結果に基づいて、位相差検出方式の焦点検出処理またはコントラスト検出方式の焦点検出処理を選択する。ボディ制御部２１０は、主要被写体像（例えば顔）の大きさが第１～第３の小領域９１～９３から構成される焦点検出領域１００よりも大きい場合は、位相差検出方式の焦点検出を行う。一方、ボディ制御部２１０は、主要被写体像の大きさが焦点検出領域１００の範囲内である場合は、コントラスト検出方式の焦点検出を行うようにする。コントラスト検出方式の場合には、上述の残り２つの小領域についても撮像画素から出力される信号を用いて焦点検出を行うことで、主要被写体像が比較的小さい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８）
上述した実施の形態では、ボディ制御部２１０は、焦点検出を行う焦点検出領域として、第１～第３の小領域９１～９３から構成される焦点検出領域１００を設定する例について説明した。しかし、焦点検出領域の大きさは、第１～第３の小領域９１～９３から構成される焦点検出領域１００の大きさよりも小さくてもよい。例えば、表示部２４に表示され、操作部２５の操作によって選択可能なＡＦ枠の大きさは、焦点検出領域１００の１つの小領域に対応する大きさであってよい。この場合、選択された１つの小領域に属するＡＦ画素と撮像兼ＡＦ画素が撮影光学系３１の射出瞳距離に適していない場合、ボディ制御部２１０は、位相差検出方式の焦点検出を行わずに、コントラスト検出方式の焦点検出を行うようにしてもよい。

（変形例９）
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１０）
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されてもよい。

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２０１８－１３７２６３号（２０１８年７月２０日出願）

１…撮像装置、２…カメラボディ、３…交換レンズ、１１…第１のＡＦ画素、１２…第２のＡＦ画素、１３…撮像兼ＡＦ画素、２２…撮像素子、２３…ボディメモリ、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、４２…光電変換部、４４…マイクロレンズ、２１０…ボディ制御部、２１１…画像データ生成部、２１２…領域設定部、２１３…画素選択部、２２０…焦点検出部、２２０ａ…擬似焦点検出信号生成部、２２０ｂ…画素加算部、２２０ｃ…相関演算部、２２０ｄ…信頼度判定部、２２０ｅ…相関波形処理部、２２０ｆ…像ズレ量算出部、２２０ｇ…像ズレ量加算部、２２０ｈ…デフォーカス量算出部、２２０ｉ…レンズ移動量算出部、２２０ｊ…焦点検出領域拡大部

Claims (12)

1. 光学系の第１領域を透過した光を光電変換して第１信号を出力する第１画素と、前記光学系の前記第１領域を含む第２領域を透過した光を光電変換して第２信号を出力する第２画素と、前記光学系の前記第１領域と異なる第３領域を透過した光を光電変換して第３信号を出力する第３画素とを有する撮像部と、
   前記第１信号と前記第２信号との相関および前記第２信号と前記第３信号との相関に基づく、前記第１信号と前記第３信号との相関に基づいて、前記光学系の焦点検出を行う検出部と、
   を備える焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記検出部は、前記第１信号と前記第３信号との相関に基づいて、前記第１信号と前記第３信号との位相差を算出して前記光学系の焦点検出を行う焦点検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記検出部は、前記第１信号と前記第２信号との相関、および前記第２信号と前記第３信号との相関を加算して、前記光学系の焦点検出を行う焦点検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記撮像部は、複数の前記第２画素と、第１方向に配置される前記第１画素と前記第２画素と前記第３画素とが接続され、前記第１信号と前記第２信号と前記第３信号とが出力される信号線とを有し、
   前記第１画素は、前記第１方向と、前記第１方向と交差する第２方向とにおいて、２つの前記第２画素の間に設けられ、
   前記第３画素は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて、２つの前記第２画素の間に設けられる焦点検出装置。
5. 請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記第１画素は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて、前記第２画素と隣接し、
   前記第３画素は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて、前記第２画素と隣接する焦点検出装置。
6. 請求項４または５に記載の焦点検出装置において、
   前記第３画素は、前記第１方向において、２つの前記第１画素の間に設けられる焦点検出装置。
7. 請求項４から６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   少なくとも１つの前記第２画素は、前記第１方向において、前記第１画素と前記第３画素との間に設けられる焦点検出装置。
8. 請求項４から７のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記検出部は、前記第１方向に設けられる第１画素と前記第２画素とから出力される前記第１信号と前記第２信号と、前記第１方向に設けられる第２画素と前記第３画素とから出力される前記第２信号と前記第３信号とに基づいて、前記光学系の焦点検出を行う焦点検出装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記第１画素は、光を光電変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部に入射する光を遮光する第１遮光部とを有し、
   前記第３画素は、光を光電変換する第３光電変換部と、前記第３光電変換部に入射する光を遮光する第３遮光部とを有する焦点検出装置。
10. 請求項９に記載の焦点検出装置において、
    前記撮像部は、前記光学系の前記第１領域を透過した光を光電変換して第４信号を出力する第４画素と、前記光学系の前記第３領域を透過した光を光電変換して第５信号を出力する第５画素とを有し、前記第４画素は、光を光電変換する第４光電変換部と、前記第４光電変換部に入射する光を遮光し、前記第１遮光部と面積が異なる第４遮光部とを有し、
    前記第５画素は、光を光電変換する第５光電変換部と、前記第５光電変換部に入射する光を遮光し、前記第３遮光部と面積が異なる第５遮光部とを有する焦点検出装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
    前記第２信号に基づいて画像データを生成する生成部とを備える撮像装置。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の焦点検出装置に装着可能な装着部を備える交換レンズ。

Images