(57)【要約】【課題】一台の撮像装置本体に対し、焦点検出画素の位置の異なる複数の撮像素子を、交換して着脱可能なユニットとして備え、使用者が被写体に応じて焦点検出機能を切り換え可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置本体は、撮像素子ユニットが装着されると、撮像素子ユニット情報を読み出し（Ｓ１１０）、該撮像素子ユニットの焦点検出画素の位置を特定し、撮像した画像に重畳して表示する（Ｓ１５０）。撮像素子ユニット情報と焦点検出画素データとに基づいてデフォーカス量を算出し（Ｓ１６０）、自動焦点調節制御を行う（Ｓ１８０）。【選択図】図２１
2010283651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像画素および焦点検出画素を有する撮像素子と、ユニット通信手段とを含む撮像素子ユニットと、
前記撮像素子ユニットが着脱可能に装着される装着部と、撮影光学系と、本体通信手段とを含む本体とを備え、
前記撮像画素は撮像信号を出力し、
前記焦点検出画素は、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力し、
前記撮像素子ユニットは、前記装着部に装着された時、前記ユニット通信手段と前記本体通信手段との間の通信を介し、前記本体との間で前記焦点調節状態の検出に関連する焦点検出関連情報を送受信することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記撮像素子ユニットは、前記焦点検出信号を用いて前記焦点調節状態を検出するユニット制御手段を含み、
前記焦点検出関連情報は、前記ユニット制御手段が前記焦点調節状態を検出することによって得られるデフォーカス量であることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点検出信号は、瞳分割型位相差検出方式によって前記焦点調節状態を検出するために出力され、
前記焦点検出関連情報は、撮像素子が前記瞳分割型位相差検出方式に基づく前記焦点検出信号を出力する焦点検出画素を備えるか否かを示す情報であることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点検出信号は、瞳分割型位相差検出方式によって前記焦点調節状態を検出するために出力され、
前記撮像素子は、前記焦点検出画素が配置された焦点検出エリアを含み、
前記焦点検出関連情報は、前記焦点検出エリアに関する情報と、前記焦点検出信号と前記焦点検出画素の数とに関する情報と、または対を成す２つの前記焦点検出画素の間隔と前記瞳分割型位相差検出方式によって検出される像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数とに関する情報との内の少なくとも一つの情報を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２または４に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記焦点検出画素が配置された複数の焦点検出エリアを含み、
前記本体は、前記複数の前記焦点検出エリアの内から１つを所定の焦点検出エリアとして指定する指定手段を含み、
前記焦点検出関連情報は、前記指定手段によって指定された前記所定の焦点検出エリアに関する情報と、前記撮影光学系に含まれる開口絞りの開口径の情報との内の少なくとも一つの情報をさらに含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記本体は画像データを生成する画像生成部を含み、
前記画像生成部は、前記本体が前記通信を介して前記撮像素子ユニットから前記撮像素子の特性情報と前記撮像画素の出力した前記撮像信号とを受信した時、該撮像信号を該特性情報に基づいて処理し、前記画像データを生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
撮影光学系と装着部と本体通信手段とを含む本体と、
撮像画素及び焦点検出画素を有する撮像素子とユニット通信手段とを含む第１の撮像素子ユニットと、
少なくとも撮像画素を有する撮像素子とユニット通信手段とを含む第２の撮像素子ユニットとを備え、
前記第１及び第２の撮像素子ユニットに含まれる各々の前記撮像画素は、それぞれ撮像信号を出力し、
前記焦点検出画素は、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する為の焦点検出信号を出力し、
前記第１及び第２の撮像素子ユニットの各々は、択一的に前記装置本体の前記装着部に着脱可能に装着され、
前記本体制御手段は、
前記第１の撮像素子ユニットが前記装着部に装着された時、前記第１の撮像素子ユニットに含まれる前記ユニット通信手段と前記本体通信手段との間の通信を介し、前記第１の撮像素子ユニットとの間で前記焦点調節状態の検出に関連する第１の情報を受信し、前記第２の撮像素子ユニットが前記装着部に装着された時、前記第２の撮像素子ユニットに含まれる前記ユニット通信手段と前記本体通信手段との間の通信を介し、前記第１の情報とは異なる第２の情報を受信し、
前記装着部に装着されているのが、前記第１の撮像素子ユニットであるか、前記第２の撮像素子ユニットであるかに応じて前記焦点調節状態の検出処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記第２の撮像素子ユニットに含まれる前記撮像素子は、前記焦点検出画素を有さないことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記第２の撮像素子ユニットに含まれる前記撮像素子は、前記焦点検出画素をさらに有し、
前記第１の撮像素子ユニットに含まれる前記撮像素子と前記第２の撮像素子ユニットに含まれる前記撮像素子とは、共に実質的に同一形状の撮像面を有し、
前記第１の撮像素子ユニットに含まれる複数の前記焦点検出画素は、前記撮像素子の前記撮像面内の所定の焦点検出エリアに配列され、
前記第２の撮像素子ユニットに含まれる複数の前記焦点検出画素は、前記撮像素子の前記撮像面内の、前記所定の焦点検出エリアとは位置的に異なった焦点検出エリアに配列されることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記第１の情報は前記第１の撮像素子ユニットに前記焦点検出画素が含まれることを表す情報であり、
前記本体制御手段は、前記第１の情報を受信した時は、前記焦点調節状態の検出処理として第１の検出処理を行い、前記第１の情報を受信しなかった時は、前記第１の処理とは異なる第２の検出処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮像装置は表示器をさらに備え、
前記第１の撮像素子ユニットに含まれる複数の前記焦点検出画素は、前記撮像素子の撮像面内の焦点検出エリアに配列され、
前記第１の情報は、前記撮像面における前記焦点検出エリアの位置情報をさらに含み、
前記第１の検出処理には、前記位置情報に基づいて前記焦点検出エリアの位置を表す画面を表示器に表示するための表示データ出力処理が含まれることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の撮像装置において、
前記本体制御手段は、前記通信を介し、前記第１の撮像素子ユニットから前記焦点検出信号をさらに受信し、前記第１の撮像素子ユニットから受信した前記焦点検出信号に基づいて前記第１の検出処理を行い、前記第１の情報を受信しなかった時は、前記装着部に装着されているのが、前記第２の撮像素子ユニットであって、かつ前記第２の撮像素子ユニットに含まれる前記撮像素子は、前記焦点検出画素を有さないと判定し、前記第２の検出処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の撮像装置で使用する前記第１の撮像素子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を備えた撮像装置および撮像素子ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
瞳分割型位相差検出方式を用いた焦点検出用画素を撮像素子中央の水平方向に配置し、その周辺に撮像用画素を配置した撮像素子を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような撮像装置に用いられる撮像素子の焦点検出機能には種々のバリエーションが要求されるが、例えば焦点検出位置のレイアウトを取ってみても、画面中央の１点のみ／画面中央＋上下左右周辺の５点／画面中央＋画面対角方向の周辺の５点／画面内の格子点上に多数など多くのバリエーションがある。はじめから多数の焦点検出位置を備える撮像素子の場合には、所望の焦点検出位置を選択するために複雑な操作が必要であったり、多量の焦点検出画素の位置における画像データを補間することにより画像品質が低下してしまう虞があった。そのほかの焦点検出機能のバリエーションとしては、焦点検出画素の画素サイズ（焦点検出精度）／焦点検出画素の配列方向等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２１６３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記焦点検出機能の切り換えをユーザーが状況に応じて行いたい場合、各焦点検出機能を備えた撮像素子を搭載した撮像装置をそれぞれ用意する必要があった。例えば高画質の画像を得るために焦点検出画素を備えない撮像素子を搭載した撮像装置Ａ、静止被写体を撮影するために焦点検出位置が比較的少ない撮像素子を搭載した撮像装置Ｂ、移動被写体を撮影するために焦点検出位置を多数備えた撮像素子を搭載した撮像装置Ｃを用意する必要があり、このことはユーザーにとって大きな負担であった。
【０００６】
またユーザーが最新の焦点検出機能を備えた撮像素子を用いたい場合には、その撮像素子を搭載した撮像装置を新たに用意する必要があった。
【０００７】
本発明の課題は、撮像素子に組み込まれた焦点検出用画素による焦点検出機能を実現しながら、ユーザーに大きな負担とならない撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明による撮像装置は、撮像画素および焦点検出画素を有する撮像素子と、ユニット通信手段とを含む撮像素子ユニットと、撮像素子ユニットが着脱可能に装着される装着部と、撮影光学系と、本体通信手段とを含む本体とを備え、撮像画素は撮像信号を出力し、焦点検出画素は、撮影光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力し、撮像素子ユニットは、装着部に装着された時、ユニット通信手段と本体通信手段との間の通信を介し、本体との間で焦点調節状態の検出に関連する焦点検出関連情報を送受信することを特徴とする。
請求項７の発明による撮像装置は、撮影光学系と装着部と本体通信手段とを含む本体と、撮像画素及び焦点検出画素を有する撮像素子とユニット通信手段とを含む第１の撮像素子ユニットと、少なくとも撮像画素を有する撮像素子とユニット通信手段とを含む第２の撮像素子ユニットとを備え、第１及び第２の撮像素子ユニットに含まれる各々の撮像画素は、それぞれ撮像信号を出力し、焦点検出画素は、撮影光学系の焦点調節状態を検出する為の焦点検出信号を出力し、第１及び第２の撮像素子ユニットの各々は、択一的に装置本体の装着部に着脱可能に装着され、本体制御手段は、第１の撮像素子ユニットが装着部に装着された時、第１の撮像素子ユニットに含まれるユニット通信手段と本体通信手段との間の通信を介し、第１の撮像素子ユニットとの間で焦点調節状態の検出に関連する第１の情報を受信し、第２の撮像素子ユニットが装着部に装着された時、第２の撮像素子ユニットに含まれるユニット通信手段と本体通信手段との間の通信を介し、第１の情報とは異なる第２の情報を受信し、装着部に装着されているのが、第１の撮像素子ユニットであるか、第２の撮像素子ユニットであるかに応じて焦点調節状態の検出処理を行うことを特徴とする。
請求項１３の発明による撮像素子ユニットは、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の撮像装置で使用する第１の撮像素子ユニットである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による撮像装置によれば、ユーザーに大きな負担をかけずに、ユーザーが状況に応じて種々の焦点検出機能の切り換えを行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態によるカメラシステムを説明する図。
【図２】カメラシステムの構成を示すブロック図。
【図３】撮像素子ユニットＡにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図。
【図４】瞳分割型位相差検出方式の原理について説明する図。
【図５】撮像素子ユニットＡの撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図６】撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図。
【図７】撮像画素のマイクロレンズの形状を示す図。
【図８】焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図。
【図９】緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図。
【図１０】焦点検出画素の分光特性を示す図。
【図１１】撮像画素の断面図。
【図１２】焦点検出画素の断面図。
【図１３】マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図。
【図１４】撮像画素が受光する撮影光束の様子を示す図。
【図１５】撮像素子ユニットＢにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図。
【図１６】撮像素子ユニットＢの撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図１７】撮像素子ユニットＣにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図。
【図１８】撮像素子ユニットＣの撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図１９】撮像素子ユニットＤにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図。
【図２０】撮像素子ユニットＤの撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図２１】カメラシステムのボディ制御装置の撮像動作を示すフローチャート。
【図２２】カメラシステムのユニット制御装置の撮像動作を示すフローチャート。
【図２３】カメラシステムのレンズ制御装置の撮像動作を示すフローチャート。
【図２４】一対のデータのシフト量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図。
【図２５】他の実施の形態によるカメラシステムのボディ制御装置の撮像動作を示すフローチャート。
【図２６】他の実施の形態によるカメラシステムのユニット制御装置の撮像動作を示すフローチャート。
【図２７】他の実施の形態による撮像素子ユニットにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図。
【図２８】他の実施の形態による撮像素子ユニットの撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図２９】他の実施の形態における焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図。
【図３０】他の実施の形態における焦点検出画素の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式デジタルスチルカメラシステムを例に上げて説明する。図１は一実施形態のカメラシステム（デジタルスチルカメラ）２０１の概要を示す図であり、カメラ本体（カメラボディ）２０３の前部には交換レンズ２０２が装着される。カメラボディ２０３の背部には撮像素子ユニット４００を装着するための装着部２２１が設けられている。装着部２２１には撮像素子ユニット４００が装着部２２１に装着された時に撮像素子ユニット４００と通信するための電気接点２２２が設けられている。撮像素子ユニット４００はカメラボディ２０２の装着部２２１に対して着脱可能であり、撮像素子ユニット４００が装着部２２１に装着された時にカメラボディ２０３と通信するための電気接点２２２と接触する電気接点４２２が設けられている。
【００１２】
図２は一実施形態のカメラシステム２０１の構成を示すブロック図である。カメラシステム２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３と撮像素子ユニット４００から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。また撮像素子ユニット４００が装着部２２１を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３には装着部２２１を介して種々の撮像素子を有する撮像素子ユニット４００が装着可能である。
【００１３】
交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ制御装置２０６などを備えている。レンズ制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【００１４】
撮像素子ユニット４００は撮像素子４１２、ユニット制御装置４０１、メモリ４０２、撮像素子駆動回路４０４などを備えている。焦点検出画素を含む撮像素子を備えた撮像素子ユニットにおいては、焦点検出画素の位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータから補間するための画素補間回路４０３も備えている。
【００１５】
ユニット制御装置４０１は撮像素子駆動回路４０４を介して撮像素子４１２を駆動制御し、撮像画素データ（撮像信号）および焦点検出画素データ（焦点検出信号）の読み出しを繰り返し行うとともに、電気接点４２２を介してボディ制御装置２１４と通信を行うことにより、上記撮像画素データおよび焦点検出画素データレンズ情報をカメラボディ２０３に送信するとともに、カメラボディ２０３からカメラボディ情報を受信する。メモリ４０２には撮像素子の特性情報や焦点検出に関連する情報が記憶されており、該情報はユニット制御装置４０１により読み出されてカメラボディ２０３に送信される。
【００１６】
撮像素子４１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出画素を含む撮像素子においては焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子４１２については詳細を後述する。
【００１７】
カメラボディ２０３はボディ制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９、操作手段２２０などを備えている。ボディ制御装置２１４はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、画像生成を行って該画像の画像データを記録するとともに、焦点情報の生成を行って該焦点情報に基づいて交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行う。またその他カメラシステム全体の動作制御などを行う。また、ボディ制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行うとともに、電気接点２２２を介して撮像素子ユニット４２２と通信を行い、撮像素子の特性情報や焦点検出に関連する情報の受信とカメラボディ情報の送信を行う。
【００１８】
液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介して画像を観察することができる。メモリカード２１９は、画像データ記憶する画像ストレージである。操作手段２２０はカメラボディ２０３に対しユーザーの意志を伝達するための手段であって、これにより焦点検出位置の選択やシャッターレリーズの指示が行われる。
【００１９】
撮像素子４１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子４１２については詳細を後述する。
【００２０】
以上のような構成により、以下のような動作が行われる。交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子４１２の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子４１２により光電変換され、撮像画素データと焦点検出画素データが生成される。焦点検出画素データの位置における仮想的な撮像画素データは画素補間回路４０３により画素補間される。画素補間されたデータを含む撮像画素データと焦点検出画素データと撮像素子の特性情報と焦点検出に関連した情報がユニット制御装置４０１に取り込まれ、通信によりボディ制御装置２１４に送信される。
【００２１】
ボディ制御装置２１４は、焦点検出画素データと焦点検出に関連する情報に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ制御装置２０６へ送る。また、ボディ制御装置２１４は、撮像画素データを撮像素子の特性情報に応じて処理することにより画像データを生成し、該画像データをメモリカード２１９に格納するとともに、該画像データを液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ制御装置２１４は、レンズ制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００２２】
レンズ制御装置２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８の位置とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値（開口径）を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択し、該情報をボディ制御装置２０３に送信する。
【００２３】
レンズ制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００２４】
なお電源についてはカメラボディ２０３に内蔵し、マウント部２０４、装着部２２１を介して交換レンズ２０２、撮像素子ユニット４００に供給してもよいし、カメラボディ２０３，交換レンズ２０２、撮像素子ユニット４００のおのおのに内蔵してもよい。
【００２５】
図３は、１つの種類の撮像素子ユニットＡにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子４１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、ＡＦエリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央および左右の３箇所に焦点検出エリア１０１〜１０３が配置される。長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が垂直方向に直線的に配列される。
【００２６】
撮像素子４１２の詳細な構成について説明する前に、公知技術である瞳分割型位相差検出方式の原理について、図４を用いて説明する。撮像面１１０上に焦点検出画素１１１が複数配列される。焦点検出画素１１１はマイクロレンズ１１２と一対の光電変換部１１３，１１４から構成される。一対の光電変換部１１３，１１４はマイクロレンズ１１２により撮像面１１０から前方の距離ｄ（測距瞳距離）にある測距瞳面１２０に投影され、測距瞳１２３，１２４が形成される。換言すると、撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２３の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１３により受光され、測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２４の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１４により受光される。焦点検出画素１１１の配列の光電変換部１１３の系列の像信号と、光電変換部１１４の系列の像信号との相対的なズレ量（位相差、像ズレ量）は、撮像面上に像を形成する光学系の焦点調節状態に応じて変化するので、このズレ量を焦点検出画素が生成する一対の像信号を演算処理することによって求めれば、光学系の焦点調節状態を検出することができる。
【００２７】
ところで上記一対の測距瞳１２３，１２４は一対の光電変換部１１３，１１４を単純に投影した分布とはならず、マイクロレンズ１１１の開口径（画素サイズと略一致）に応じた光の回折効果により、ボケを生じて裾野を引いた分布となる。図３において一対の測距瞳１２３，１２４の並び方向と垂直な方向のスリットを用いて一対の測距瞳１２３，１２４を並び方向に走査すると、一対の測距瞳分布１３３，１３４が得られる。上記回折効果により一対の測距瞳分布１３３，１３４は隣接した部分で互いに重畳部１３５を有する。
【００２８】
上述したように瞳分割型位相差検出方式においては、一対の測距瞳を通過する光束が形成する一対の像の撮像面上での像ズレ量を検出し、該像ズレ量に所定の変換係数を乗じて光軸方向のデフォーカス量（焦点調節状態）に変換する。
【００２９】
図５は撮像素子４１２の詳細な構成を示す正面図であり、図３における焦点検出エリア１０１の近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子４１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき垂直方向の直線上に連続して配列される。
【００３０】
図６は撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図であって、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ９から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしており、マイクロレンズ１０の光軸を通る対角線の方向の断面とマイクロレンズ１０の光軸を通る水平線の方向の断面とはそれぞれ図に示す形状になっている。
【００３１】
撮像画素３１０は、図７に示すように矩形のマイクロレンズ１０、後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１１、および色フィルター（不図示）から構成される。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図９に示す特性になっている。撮像素子４１２には、各色フィルターを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。
【００３２】
焦点検出画素３１３は、図８（ａ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３、および不図示のＮＤフィルター（ニュートラルデンシティフィルター）とから構成され、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３の形状は矩形である。また、焦点検出画素３１４は、図８（ｂ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４、およびＮＤフィルター（不図示）とから構成され、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４の形状は矩形である。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３と１４が垂直方向に並んでいる。
【００３３】
焦点検出画素３１３、３１４には全ての色に対して焦点検出を行うために特定の色フィルターが設けられておらずその代わりに入射光量を減ずるＮＤフィルターが設けられており、その分光特性は図１０に示す特性となる。つまり、図９に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。ＮＤフィルターの濃度は、白色光に撮像素子を露光した場合に、例えば焦点検出画素の出力レベルが緑画素の出力レベルに対し３／４以下となるように定められる。これは画面上の像高が高い領域（焦点検出エリア１０２，１０３）において焦点検出光束のケラレが発生し、一対の焦点検出画素の出力バランスが崩れ、一方の焦点検出画素の出力が増加した場合においても撮像画素（緑画素）の出力レベルを超えないように余裕を見ているためである。
【００３４】
焦点検出画素３１３、３１４は、撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき列に配置されている。焦点検出画素３１３、３１４が、撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき列に配置されているのは、焦点検出画素の位置における撮像用の画像信号を求めるための補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。
【００３５】
撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズ（例えばＦ１．０）の射出瞳を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素３１３ａ、３１４ａは、マイクロレンズ１０によって交換レンズの射出瞳の一対の所定の領域を通過する光束をそれぞれ受光するような形状に設計される。
【００３６】
図１１は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の上に近接して遮光マスク３０が形成され、遮光マスク３０の開口部３０ａを通過した光を光線変換部１１は受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に色フィルター３８が形成される。色フィルター３８の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ａの形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。
【００３７】
図１２は焦点検出画素３１３、３１４の断面図である。焦点検出画素３１３、３１４では焦点検出用の光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光を光線変換部１３，１４は受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上にＮＤフィルター３４が形成される。ＮＤフィルター３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｂ、３０ｃの形状が前方に投影される。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。
【００３８】
図１３は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素の部分は拡大して示す。図において、９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズから前方ｄの距離に設定された射出瞳である。この距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。９１は交換レンズの光軸、１０はマイクロレンズ、１３、１４は光電変換部、３１３、３１４は焦点検出画素、７１は撮影光束、７３、７４は焦点検出光束である。
【００３９】
９３はマイクロレンズ１０により投影された開口部３０ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。同様に、９４はマイクロレンズ１０により投影された開口部３０ｃの領域である。図１３では、説明を解りやすくするために９３，９４の領域で示しているが、実際には開口部３０ｂの形状が拡大投影されるとともに回折によりぼやけた形状になる。
【００４０】
図１３では、撮影光軸に隣接する５つの焦点検出画素を模式的に例示しているが、画面周辺部の焦点検出画素配列においても、各光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９３、９４から各マイクロレンズに到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向、すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。
【００４１】
マイクロレンズ１０は交換レンズ２０２（図２参照）の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１３、１４に近接して配置された開口部３０ｂ、３０ｃの形状がマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。
【００４２】
光電変換部１３は測距瞳９３を通過し、焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０に向う光束７３によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１４は測距瞳９４を通過し、焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０に向う光束７４によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４３】
上述した２種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置）に対する現在の結像面（撮影画面１００上で定められる焦点検出位置における実際の結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４４】
図１４は、図７に示す撮像素子４１２の撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を図１１と比較して説明するための図であって、図１３と重複する部分の説明は省略する。撮像画素はマイクロレンズ１０とその背後に配置された光電変換部１１等から構成され、光電変換部５１に近接して配置された開口部３０ａの形状がマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３、９４に略外接する領域９５を形成する。
【００４５】
光電変換部１１は、領域９５を通過してマイクロレンズ１０へ向う撮影光束７１によってマイクロレンズ１１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４６】
撮像素子ユニットには異なる撮像素子を備えた複数のバリエーションが存在する。図１５は、１つの種類の撮像素子ユニットＢにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図であり、撮像素子４１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１４０上の中央および左右の３箇所に焦点検出エリア１４１〜１４３が配置される。長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が垂直方向に直線的に配列される。撮影画面１１０の大きさは撮像素子ユニットＡの撮像素子の撮像画面１００（図３）より縮小されている。
【００４７】
図１６は撮像素子４１２の詳細な構成を示す正面図であり、図１５における焦点検出エリア１４１の近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子４１２には撮像画素３２０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３２０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素３２０と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき垂直方向の直線上に連続して配列される。撮像画素３２０の画素サイズは撮像素子ユニットＡの撮像素子の撮像画素３１０（図５）より縮小されている。
【００４８】
図１７は、１つの種類の撮像素子ユニットＣにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図であり、撮像素子４１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央および対角方向の５箇所に焦点検出エリア１５１〜１５５が配置される。中央の焦点検出エリア１５１においては長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が垂直方向に直線的に配列される。画面の対角領域に配置された焦点検出エリア１５２〜１５５においては長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が４５度斜め方向に直線的に配列される。撮影画面１００の大きさは撮像素子ユニットＡの撮像素子の撮像画面１００（図３）と同一である。
【００４９】
図１８は撮像素子４１２の詳細な構成を示す正面図であり、図１７における焦点検出エリア１５３の近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子４１２には撮像画素３２０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素３１０と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素３３３、３３４が交互に、本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め右上がり４５度方向の直線上に連続して配列される。撮像画素３１０の画素サイズは撮像素子ユニットＡの撮像素子の撮像画素３１０（図５）と同一である。
【００５０】
図１９は、１つの種類の撮像素子ユニットＤにおける撮影画面上の焦点検出位置を示す図であり、撮像素子４１２上のには焦点検出画素列が存在していない。撮影画面１００の大きさは撮像素子ユニットＡの撮像素子の撮像画面１００（図３）と同一である。
【００５１】
図２０は撮像素子４１２の詳細な構成を示す正面図であり、図１９における中央の近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子４１２には撮像画素３２０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３２０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。撮像画素３２０の画素サイズは撮像素子ユニットＡの撮像素子の撮像画素３１０（図５）と同一である。
【００５２】
図２１、図２２、図２３は、一実施の形態のカメラシステム２０１（デジタルスチルカメラ、撮像装置）のボディ制御装置２１４、ユニット制御装置４０１、レンズ制御装置２０６の動作を示すフローチャートである。図２１においてボディ制御装置２１４は、ステップＳ１００でカメラの電源がオンされると、ステップＳ１１０以降の撮像動作を開始する。
【００５３】
ステップＳ１０５において交換レンズ２０２がカメラボディ２０３に装着されているか否かをチェックし、装着されていない場合は交換レンズ２０２の装着を待機し、装着されている場合にはレンズ制御装置２０６と通信してレンズ情報（絞り開口Ｆ値など）を読み出す。
【００５４】
ステップＳ１１０において撮像素子ユニット４００がカメラボディ２０３に装着されているか否かをチェックし、装着されていない場合は撮像素子ユニット４００の装着を待機し、装着されている場合にはユニット制御装置４０１と通信してメモリ４０２に記憶されている撮像素子ユニット情報を読み出す。
【００５５】
ここで撮像素子ユニット情報の詳細について説明する。表１、表２は撮像素子ユニット情報をリスト化した表であり、表１が焦点検出に関連した情報、表２が撮像素子の特性情報である。表１、表２においては図３、図５、図１５〜図２０で説明した撮像素子を搭載した撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのデータを示している。
【表１】
2010283651.tif 000003
【００５６】
表１において「ＡＦ画素有無」は撮像素子に焦点検出画素が含まれているか否かを示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、は「あり」であり、撮像素子ユニットＤは「なし」である。撮像素子ユニットＤはこれ以降の焦点検出に関連した情報はない。「ＡＦエリア数」は撮像素子上のＡＦエリア（焦点検出エリア）の数を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂは「３」であり、撮像素子ユニットＣは「５」である。
【００５７】
撮像素子上のＡＦエリアは番号付けされており、例えば図３において１０１がエリア１、１０２がエリア２、１０３がエリア３となる。「エリア１位置（行）」、「エリア１位置（列）」は撮像素子上のエリア１の位置を画素配列の行数および列数で示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは表１の通りになっている。ここでエリア１の位置とは焦点検出画素配列の中央の画素の位置あるいは焦点検出画素配列の先頭画素の位置に適宜定められている。
【００５８】
「エリア１ＡＦ画素数」は撮像素子上のエリア１の焦点検出画素の画素数を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは表１の通りになっている。「エリア１ＡＦ画素ＰＤ（フォトダイオード）数」は撮像素子上のエリア１の１つの焦点検出画素に備えられた光電変換部の数を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは「１」になっている。後述するような変形例においては焦点検出画素の構造によって「２」になる場合がある。
【００５９】
「エリア１ＡＦ画素配列方向」は撮像素子上のエリア１の焦点検出画素の配列方向を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは「垂直」になっている。ＡＦエリアの配列方向に応じて、「水平」、「斜め右上がり４５度」、「斜め左上がり４５度」にもなる。「エリア１ＡＦ画素検出ピッチ」は撮像素子上のエリア１の焦点検出画素の像検出ピッチをμｍ単位で示す情報であり、撮像素子ユニットＡでは「８」、撮像素子ユニットＢでは「６」、撮像素子ユニットＣでは「８」になっている。撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃのエリア１では一対の焦点検出画素が交互に垂直方向に並んでおり、検出ピッチとは、その一対の焦点検出画素の間隔であり、その値は画素ピッチの２倍の値になる。撮像素子ユニットＣの焦点検出画素の配列方向が斜め方向の場合には、この値は更に√２倍となる。
【００６０】
「エリア１ＡＦ画素色フィルター」は撮像素子上のエリア１の焦点検出画素が色フィルターを備えているか否かおよび何色の色フィルターを備えているかを示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは「なし」になっている。焦点検出画素が緑色の色フィルターを備えている場合には「緑」となる。「エリア１測距瞳距離」は撮像素子上のエリア１の焦点検出画素の測距瞳距離（図１３参照）を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは表１の通りになっている。
【００６１】
「エリア１Ｆ１．０変換係数」、「エリア１Ｆ１．４変換係数」、「エリア１Ｆ２．０変換係数」〜「エリア１Ｆ８．０変換係数」は撮像素子上のエリア１の焦点検出画素配列のデータに基づき後述する焦点検出演算を行う際に各Ｆ値で像ズレ量をデフォーカス量に変換する際の変換係数を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃは表１の通りになっている。以下、エリア２以降についても、エリア１と同様な情報が存在する。
【表２】
2010283651.tif 000004
【００６２】
表２において「画素配置」は撮像素子の画素配置を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは「正方格子」である。撮像素子の画素配置によっては「六方格子」にもなりうる。「画素数（水平）」、「画素数（垂直）」は撮像素子上の画素数を水平方向と垂直方向で示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは表１の通りになっている。「画素サイズ」は撮像画素の画素サイズをμｍ単位で示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｃ、Ｄでは「４」、撮像素子ユニットＢでは「３」になっている。「色フィルター」は撮像画素の色フィルターの構成を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは「ＲＧＢ」になっている。撮像素子の色フィルターの構成によっては「補色ＹＣＭ」、「モノクロ」、「赤外」にもなりうる。「フィルター配置」は撮像画素の色フィルターの構成を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは「ベイヤー」になっている。
【００６３】
「読み出しモード」は撮像素子の画素出力の読み出しモードを示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは「通常／高速」になっている。これは撮像素子から通常速度で画素出力を読み出すモードと高速で画素出力を読み出すモードがあることを示している。「水平間引き」、「垂直間引き」、「水平加算」、「垂直加算」は撮像素子から画素出力を間引いて読み出す際の水平方向、垂直方向の間引き数および画素加算して読み出す際の水平方向、垂直方向の画素加算数を示す情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは表１の通りになっている。
【００６４】
「ダイナミックレンジ」、「感度」は撮像画素のダイナミックレンジ、感度を数値で表した情報であり、撮像素子ユニットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは表１の通りになっている。「欠陥画素位置情報」は欠陥画素数／欠陥画素位置（行、列）の位置を全欠陥画素について示す情報である。「ＰＲＮＵ情報」は全画素（撮像画素、焦点検出画素）の感度不均一性（Phot-Response-Non-Uniformity）を全画素について示す情報である。「ＤＳＮＵ情報」は全画素（撮像画素、焦点検出画素）の暗電流不均一性（Dark-Signal-Non-Uniformity）を全画素について示す情報である。
【００６５】
図２１に戻って説明を続ける。ステップＳ１２０において撮像素子ユニット４００から撮像画素データを読み出し、ステップＳ１１０で得た撮像素子の特性情報に基づいて該撮像画素データを画像処理して画像データを生成する。画像処理としては例えばディベイヤー処理（撮像画素データのＲＡＷデータをＲＧＢデータに変換する処理）、ＪＰＥＧ画像生成などの圧縮・フォーマット変換処理、γ変換処理、ホワイトバランス処理などがある。
【００６６】
ステップＳ１３０において画像データに基づいて画像を電子ビューファインダーに表示させる。ステップＳ１４０においてステップＳ１１０で得た焦点検出に関する情報に基づいて、撮像素子が焦点検出画素を備えているか（焦点検出機能を有しているか）を判定し、焦点検出画素がない場合には、ステップＳ１５０〜ステップＳ１８０の焦点検出演算処理をスキップしてステップＳ１９０に進む。
【００６７】
焦点検出画素を備えている場合にはステップＳ１５０においてステップＳ１１０で得た焦点検出に関連した情報に基づき、画像に重畳して焦点検出エリア（焦点検出位置）を電子ビューファインダーに表示させる。ステップＳ１６０において撮像素子ユニット４００から焦点検出画素データを読み出し、該焦点検出画素データに基づき後述の像ズレ検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。なお撮影者は焦点検出エリア選択のために操作部材を用いて撮像面上における所望の焦点検出エリアを予め選択しているものとする。
【００６８】
ステップＳ１７０で合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップＳ１８０へ進み、デフォーカス量をレンズ制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１０５へ戻って上述した動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動を開始させる。その後、ステップＳ１０５へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６９】
ステップＳ１７０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１９０へ進み、シャッターボタン（操作部材）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップＳ１０５へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップＳ２００へ進み、レンズ制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した後に、撮像素子ユニット４００から撮像画素データを読み出し、ステップＳ１１０で得た撮像素子の特性情報に基づいて該撮像画素データを処理して画像データを生成する。続くステップＳ２１０では、画像データをメモリカード２１９に記憶し、ステップＳ１０５へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００７０】
図２２においてユニット制御装置４０１は、ステップＳ４００で電源がオンされると、ステップＳ４１０以降の動作を開始する。ステップＳ４１０においてボディ制御装置２１４から情報読み出し要求が来たかチェックし、情報要求があった場合にはステップＳ４２０において指定された情報をボディ制御装置２１４に送信する。以上の動作を繰り返す。
【００７１】
図２３においてレンズ制御装置２０６は、ステップＳ６００で電源がオンされると、ステップＳ６１０以降の動作を開始する。ステップＳ６１０においてボディ制御装置２１４から情報読み出し要求が来たかチェックし、情報要求があった場合にはステップＳ６２０において指定された情報をボディ制御装置２１４に送信する。
【００７２】
ステップＳ６３０においてボディ制御装置２１４から制御情報（絞り値、デフォーカス量）を受信したかチェックし、制御情報を受信した場合にはステップＳ６４０において制御量に応じた制御を行う。制御情報が絞り値であった場合には絞り開口形を該絞り値となるように制御する。制御情報がデフォーカス量であった場合には該デフォーカス量に応じたレンズ駆動量を演算し、該駆動量に応じてフォーカシングの駆動を行う。以上の動作を繰り返す。
【００７３】
図２１のステップＳ１６０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細について以下説明する。焦点検出画素が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。撮像素子ユニット４００から読み出された焦点検出画素データ即ち一対のデータ列（Ａ１１〜Ａ１Ｍ、Ａ２１〜Ａ２Ｍ：Ｍはデータ数）に対し本出願人の出願（特開２００７−３３３７２０）に開示された相関演算（式（１））を行い、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ・Ａ２ｎ＋１＋ｋ−Ａ２ｎ＋ｋ・Ａ１ｎ＋１｜         （１）
【００７４】
式（１）において、Σ演算はｎ＝１，．．．，Ｍについて累積される。ｎのとる範囲は、像シフト量ｋに応じてＡ１ｎ、Ａ１ｎ＋１、Ａ２ｎ＋ｋ、Ａ２ｎ＋１＋ｋのデータが存在する範囲に限定される。像シフト量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。 
【００７５】
式（１）の演算結果は、図２４（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高い像シフト量（図２４（ａ）ではｋ＝ｋｊ＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。式（２）〜（５）による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Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ                                        （２）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋｊ）−｜Ｄ｜                                 （３）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２                      （４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋｊ＋１）−Ｃ（ｋｊ），Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ）｝
（５）
【００７６】
式（２）で算出されたシフト量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図２４（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定の閾値以上の場合は算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。
あるいは、Ｃ（ｘ）をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ（ｘ）を除した値が所定値以上の場合は、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。
【００７７】
図２４（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｘ）を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。算出されたシフト量ｘの信頼性があると判定された場合は、式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ                                     （６）
【００７８】
式（６）において、ＰＹは撮像素子ユニット４００から読み出した焦点検出に関連した情報のひとつであるＡＦ画素検出ピッチである。式（６）で算出された像ズレ量に変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｄｅｆ＝Ｋｄ・ｓｈｆｔ                                        （７）
【００７９】
ここで変換係数Ｋｄは撮像素子ユニット４００から読み出した焦点検出に関連した情報に含まれるＦ値に応じた変換係数のうち、レンズ情報に含まれる絞り開口のＦ値に対応した変換係数である。
【００８０】
以上のように本発明の実施形態においては、撮像素子ユニットをカメラボディ本体に対して交換して脱着可能に設けるとともに、撮像素子ユニットからカメラボディ本体に撮像素子ユニットの焦点検出に関連する情報と焦点検出画素データを伝達しているので、カメラボディ本体側において複雑な焦点検出演算を含む焦点調節動作の制御を行うことが可能となり、撮像素子ユニット側の処理負担を軽減することができる。
【００８１】
また焦点検出画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する処理は撮像素子ユニット側にある専用の画素補間回路４０３で行うことにより、ＡＦエリアのレイアウトのようにバリエーションが多くかつカメラボディより後に世に出る撮像素子のＡＦエリアのレイアウトの予測が困難なパラメータに基づく必要がありかつソフト的な処理では処理速度が不足するような画素補間を高速に行うことができるとともに、撮像素子ユニットからカメラボディ本体に撮像素子の特性情報と撮像画素データを伝達し、カメラボディ本体側において汎用的な画像処理を行っているので、撮像素子ユニット側の処理負担を軽減することができる。
【００８２】
ユーザーにとっては種々の焦点検出機能が異なる撮像素子を搭載した撮像素子ユニットをひとつのカメラボディに交換して装着するだけ、所望の焦点検出機能を活用することができ、複数のカメラボディを用意するような負担がなくなる。
【００８３】
《発明の他の実施の形態》
図２５、図２６は、本発明の他の実施の形態によるカメラシステム（デジタルスチルカメラ、撮像装置）のボディ制御装置２１４、ユニット制御装置４０１の動作を示すフローチャートである。この実施形態においてはカメラボディから撮像素子ユニットに焦点検出関連の情報を伝達し、撮像素子ユニット側でデフォーカス量を演算し、算出したデフォーカス量を撮像素子ユニットからカメラボディに伝達し、該デフォーカス量に基づいてカメラボディが焦点調節動作を行う。
【００８４】
図２５は図２１とステップＳ１５０〜ステップＳ１７０の間が異なるので、その部分だけを説明する。ステップＳ１６１においてボディ制御装置２１４はユニット制御装置４０１に焦点検出に関連した情報を伝達する。
【表３】
2010283651.tif 000005
【００８５】
表３は該焦点検出に関連した情報をリスト化した表である。表３において「絞り開口Ｆ値」は交換レンズの絞り開口径をＦ値で表した情報であり、「ＡＦエリア指定番号」はカメラボディ側で撮影者によって選択されたＡＦエリアの位置を指定する情報であり、具体的には「ＡＦエリア１」、「ＡＦエリア２」・・となる。
【００８６】
ステップＳ１６２においてボディ制御装置２１４はユニット制御装置４０１から指定したＡＦエリアのデフォーカス量を受信する。
【００８７】
図２６においてユニット制御装置４０１は、ステップＳ４００で電源がオンされると、ステップＳ４１０以降の動作を開始する。ステップＳ４１０においてボディ制御装置２１４から情報読み出し要求が来たかチェックし、情報要求があった場合にはステップＳ４２０において指定された情報をボディ制御装置２１４に送信する。
【００８８】
ステップＳ４３０においてボディ制御装置２１４から焦点検出に関連した情報（絞り値、ＡＦエリア）を受信したかチェックし、該情報を受信した場合にはステップＳ６４０において指定されたＡＦエリアに対応する焦点検出画素データに基づいて像ズレ量を算出し、該像ズレを受信した絞り値に応じた変換係数によってデフォーカス量に変換する。ステップＳ４５０においては算出したデフォーカス量をボディ制御装置２１４に送信する。以上の動作を繰り返す。
【００８９】
以上のように本発明の実施形態においては、撮像素子ユニットをカメラボディ本体に対して交換して脱着可能に設けるとともに、カメラボディから撮像素子ユニットに焦点検出に関連する情報を伝達し、撮像素子ユニット側で該情報と焦点検出画素データに基づいてデフォーカス量を伝達し、該デフォーカス量を撮像素子ユニットからカメラボディに伝達し、該デフォーカス量に基づいてカメラボディ側で焦点調節動作を制御しているので、焦点検出画素の仕様（ＡＦエリアのレイアウト、ＡＦ画素の構成）のようにバリエーションが多くかつカメラボディより後に世に出る撮像素子の焦点検出画素の仕様の予測が困難なパラメータに基づいて行うことが必要な焦点検出演算処理を個々の撮像素子ユニット側で行うことができるとともに、撮像素子ユニットからカメラボディ本体に多数の焦点検出画素データを伝達する必要がなくなるので、全体の処理時間を短縮でき焦点調節の高速化を図ることができる。
【００９０】
撮像素子ユニットに搭載される撮像素子における焦点検出エリアのレイアウトは図３、図１５、図１７に限定されるものではなく、様々な変形例がある。例えば図２７に示すように画面１００上に多数の焦点検出エリア１０４を図に示すように高密度に配置してもよい。
【００９１】
図５に示す撮像素子４１２の部分拡大図では、各画素に１つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素３１３，３１４を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２８は、このような撮像素子４１２の部分拡大図であり、焦点検出画素３１１は一対の光電変換部を備える。図２９に示す焦点検出画素３１１は、図８（ａ）、（ｂ）に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素３１１は、図２８に示すようにマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３，１４から構成される。焦点検出画素３１１には光量をかせぐために色フィルターは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図１０参照）となる。つまり、図９に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【００９２】
図３０は図２９に示した焦点検出画素３１１の断面図であって、光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、遮光マスク３０の開口部３０ｄを通過した光を光線変換部１３，１４は受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上にＮＤフィルター３４が形成される。ＮＤフィルター３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｄに制限された光電変換部１３，１４の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。 
【００９３】
上述した実施形態における撮像素子では撮像画素がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルター（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。
【００９４】
上述した実施形態における焦点検出画素では、遮光マスクの開口形状を矩形にした例を示したが、遮光マスクの開口形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよく、例えば半円形や楕円や多角形にすることも可能である。
【００９５】
上述した実施形態におけるカメラボディ２０３に撮像素子ユニット４００が装着されると、図２１におけるステップＳ１１０にて、撮像素子ユニット情報読み出し処理が実行されるが、予め撮像素子ユニット種別（ＩＤ）を識別可能な識別子に対応付けて撮像素子ユニット情報を記憶しておき、装着された撮像素子ユニット４００からＩＤを受信することによって、詳細の撮像素子ユニット情報読み出し処理をカメラボディ２０３内部で実行しても良い。
【００９６】
上述した実施形態におけるカメラボディ２０３に装着される撮像素子ユニット４００が撮像素子ユニットＤである場合、焦点検出演算をスキップすることとしたが、図２１において、ステップＳ１４０否定判定の後、コントラスト検出方式により、撮像画素データに基づいて焦点検出演算を行うこととしてもよい。ステップＳ１４０否定判定を契機として焦点検出演算を中止し、使用者のマニュアル操作による焦点調節を促す報知画面を液晶表示素子２１６に表示するようにしてもよい。
【００９７】
なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、フィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１００、１４０  撮影画面
１０１〜１０４、１４１〜１４３、１５１〜１５５  焦点検出エリア  
２０１  カメラシステム（撮像装置）
２０２  交換レンズ（撮影光学系）
２０３  カメラボディ（本体）
２０４  マウント部
２０６  レンズ制御装置
２０８  ズーミング用レンズ
２０９  レンズ
２１０  フォーカシング用レンズ
２１１  絞り
２１３、２２２、４２２  電気接点
２１４  ボディ制御装置（本体通信手段）
２１５  液晶表示素子駆動回路
２１６  液晶表示素子（表示器）
２１７  接眼レンズ
２１９  メモリカード
２２０  操作手段
２２１  装着部
４００  撮像素子ユニット
４０１  ユニット制御装置（ユニット通信手段）
４０２  メモリ
４０３  画素補間回路
４０４  撮像素子駆動回路
４１２  撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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