(57)【要約】  光学系により形成される画像を撮像するための、異なる分光感度特性を有する複数種類の撮像画素３１０、３１１、３１２が所定の配列にしたがって二次元状に配置された撮像素子２１２において、所定の配列の一部に配置され、かつ互いに交差する複数の方向に沿った位置にそれぞれ配置された複数の焦点検出画素３２０、３３０で構成されるとともに、光学系の焦点調節状態を検出する複数の焦点検出画素列を備え、焦点検出画素列どうしが交差する位置の焦点検出画素は、所定の配列の中の最も高密度な分光感度特性の撮像画素の位置に対応する位置に配置される。
2008032820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により形成される画像を撮像するための、異なる分光感度特性を有する複数種類の撮像画素が所定の配列にしたがって二次元状に配置された撮像素子において、
前記所定の配列の一部に配置され、かつ互いに交差する複数の方向に沿った位置にそれぞれ配置された複数の焦点検出画素で構成されるとともに、前記光学系の焦点調節状態を検出する複数の焦点検出画素列を備え、
前記焦点検出画素列どうしが交差する位置の前記焦点検出画素は、前記所定の配列の中の最も高密度な前記分光感度特性の前記撮像画素の位置に対応する位置に配置されることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
光学系により形成される画像を撮像するための、異なる分光感度特性を有する複数種類の撮像画素がベイヤー配列にしたがって二次元状に配置された撮像素子において、
前記ベイヤー配列の一部に配置され、かつ互いに交差する複数の方向に沿った位置にそれぞれ配置された複数の焦点検出画素で構成されるとともに、前記光学系の焦点調節状態を検出する複数の焦点検出画素列を備え、
焦点検出画素列どうしが交差する位置の前記焦点検出画素は、前記ベイヤー配列の中の青画素および緑画素の内の一方の位置に対応する位置に配置されることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像素子において、
前記焦点検出画素列どうしが交差する位置の前記焦点検出画素は、前記ベイヤー配列の中の青画素の位置に対応する位置に配置されることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記所定の配列はベイヤー配列であることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列には第１の焦点検出画素列と第２の焦点検出画素列が含まれ、前記第１の焦点検出画素列を前記撮像画面の中心から画面周辺に向かう方向と垂直な方向に配列するとともに、前記第２の焦点検出画素列を前記撮像画面の中心から画面周辺に向かう方向に配列し、
前記第１の焦点検出画素列と前記第２の焦点検出画素列とが交差する位置には、前記第１の焦点検出用画素列の焦点検出画素を配置することを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像素子において、
前記第１の焦点検出画素列の各焦点検出画素は前記光学系を通過する第１の一対の焦点検出用光束を受光するとともに、前記第２の焦点検出画素列の各焦点検出画素は前記光学系を通過する第２の一対の焦点検出用光束を受光し、
前記第１の一対の焦点検出用光束の重心間隔は、前記第２の一対の焦点検出用光束の重心間隔よりも広いことを特徴とする撮像素子。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の撮像素子において、
前記第１の焦点検出画素列における焦点検出画素の配列ピッチを、前記第２の焦点検出画素列における焦点検出画素の配列ピッチよりも狭くするとともに、前記第１の焦点検出画素列と前記第２の焦点検出画素列とが交差する位置には、前記第１の焦点検出画素列の焦点検出画素を配置することを特徴とする撮像素子。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記撮像画素は２次元稠密に配列されており、
前記複数の焦点検出画素列は、前記撮像画素の配列ピッチより大きな格子ピッチを有する格子状に配置されることを特徴とする撮像素子。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列は正方格子状に配列されることを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
請求項８に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出画素列は、格子状に配列された焦点検出画素列の交点どうしの対角線方向に配列された焦点検出画素列を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記焦点検出画素は互いに隣接して直線上に連続して配置されることを特徴とする撮像素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像素子において、
前記焦点検出画素列どうしの交差位置に、撮像面の中央を中心とした同心円の接線方向により近い方向の前記焦点検出画素列を構成する焦点検出画素を配置することを特徴とする撮像素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記撮像画素および前記焦点検出画素はそれぞれ、マイクロレンズと光電変換部を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記各焦点検出画素列から出力される信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素の近傍に配置される前記撮像画素の画像信号に基づいて、前記焦点検出画素の位置の画像信号を補間して求める補間手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の撮像装置において、
前記撮像素子の出力に基づいて、前記撮像素子上の特定の位置を選択する選択手段を備え、
前記焦点検出手段は、前記選択手段により選択された位置に属する前記焦点検出画素列の信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の撮像装置において、
前記選択手段は、前記撮像素子で得られる画像の内の人物または人物の顔または人物の目の位置を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出画素列は、前記撮像画素の配列ピッチより大きな格子ピッチを有する格子状に配置され、
前記格子ピッチは、人物または人物の顔または人物の目の画面上における統計的な平均サイズよりも小さくなるように設定されることを特徴とする撮像装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の撮像装置において、
前記選択手段は、前記焦点検出画素の信号を含まない前記撮像素子の出力に基づいて前記特定の位置を選択することを特徴とする撮像装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の撮像装置において、
前記選択手段は、前記補間手段により求めた前記焦点検出画素の位置の画像信号を用いて前記特定の位置を選択することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像画面上の二方向において光学系の焦点調節状態を検出するために、撮像画面上に設定された焦点検出エリアに対応して焦点検出画素を十字型に交差して配列した撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２０００−２９２６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の撮像素子では、撮像素子の出力に基づいて撮像用の画像データを生成する場合には、焦点検出画素の位置における画素の画像データをその近傍周囲に存在する撮像用画素の画像データに基づいて補間して求める必要がある。特に、焦点検出用の画素配列が交差する画素位置では、その近傍周囲における撮像用画素の密度が低くなるため、画像データの補間精度が低下して撮像用の画像データの品質が劣化するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、光学系により形成される画像を撮像するための、異なる分光感度特性を有する複数種類の撮像画素が所定の配列にしたがって二次元状に配置された撮像素子において、所定の配列の一部に配置され、かつ互いに交差する複数の方向に沿った位置にそれぞれ配置された複数の焦点検出画素で構成されるとともに、光学系の焦点調節状態を検出する複数の焦点検出画素列を備え、焦点検出画素列どうしが交差する位置の焦点検出画素は、所定の配列の中の最も高密度な分光感度特性の撮像画素の位置に対応する位置に配置される。
（２）  請求項２の発明は、光学系により形成される画像を撮像するための、異なる分光感度特性を有する複数種類の撮像画素がベイヤー配列にしたがって二次元状に配置された撮像素子において、ベイヤー配列の一部に配置され、かつ互いに交差する複数の方向に沿った位置にそれぞれ配置された複数の焦点検出画素で構成されるとともに、光学系の焦点調節状態を検出する複数の焦点検出画素列を備え、焦点検出画素列どうしが交差する位置の焦点検出画素は、ベイヤー配列の中の青画素および緑画素の内の一方の位置に対応する位置に配置される。
（３）  請求項３の発明は、請求項２に記載の撮像素子において、焦点検出画素列どうしが交差する位置の焦点検出画素が、ベイヤー配列の中の青画素の位置に対応する位置に配置される。
（４）  請求項４の発明は、請求項１に記載の撮像素子において、所定の配列がベイヤー配列である。
（５）  請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子において、複数の焦点検出画素列には第１の焦点検出画素列と第２の焦点検出画素列が含まれ、第１の焦点検出画素列を撮像画面の中心から画面周辺に向かう方向と垂直な方向に配列するとともに、第２の焦点検出画素列を前記撮像画面の中心から画面周辺に向かう方向に配列し、第１の焦点検出画素列と第２の焦点検出画素列とが交差する位置には、第１の焦点検出用画素列の焦点検出画素を配置する。
（６）  請求項６の発明は、請求項５に記載の撮像素子において、第１の焦点検出画素列の各焦点検出画素は光学系を通過する第１の一対の焦点検出用光束を受光するとともに、第２の焦点検出画素列の各焦点検出画素は光学系を通過する第２の一対の焦点検出用光束を受光し、第１の一対の焦点検出用光束の重心間隔は、第２の一対の焦点検出用光束の重心間隔よりも広い。
（７）  請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の撮像素子において、第１の焦点検出画素列における焦点検出画素の配列ピッチを、第２の焦点検出画素列における焦点検出画素の配列ピッチよりも狭くするとともに、第１の焦点検出画素列と第２の焦点検出画素列とが交差する位置には、第１の焦点検出画素列の焦点検出画素を配置する。
（８）  請求項８の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子において、撮像画素は２次元稠密に配列されており、複数の焦点検出画素列は、撮像画素の配列ピッチより大きな格子ピッチを有する格子状に配置される。
（９）  請求項９の発明は、請求項８に記載の撮像素子において、複数の焦点検出画素列は正方格子状に配列される。
（１０）  請求項１０の発明は、請求項８に記載の撮像素子において、複数の焦点検出画素列は、格子状に配列された焦点検出画素列の交点どうしの対角線方向に配列された焦点検出画素列を有する。
（１１）  請求項１１の発明は、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子において、焦点検出画素は互いに隣接して直線上に連続して配置される。
（１２）  請求項１２の発明は、請求項１１に記載の撮像素子において、焦点検出画素列どうしの交差位置に、撮像面の中央を中心とした同心円の接線方向により近い方向の焦点検出画素列を構成する焦点検出画素を配置する。
（１３）  請求項１３の発明は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の撮像素子において、撮像画素および焦点検出画素はそれぞれ、マイクロレンズと光電変換部を有する。
（１４）  請求項１４の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の撮像素子と、各焦点検出画素列から出力される信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える。
（１５）  請求項１５の発明は、請求項１４に記載の撮像装置において、焦点検出画素の近傍に配置される撮像画素の画像信号に基づいて、焦点検出画素の位置の画像信号を補間して求める補間手段を備える。
（１６）  請求項１６の発明は、請求項１５に記載の撮像装置において、撮像素子の出力に基づいて、撮像素子上の特定の位置を選択する選択手段を備え、焦点検出手段は、選択手段により選択された位置に属する焦点検出画素列の信号に基づいて、光学系の焦点調節状態を検出する。
（１７）  請求項１７の発明は、請求項１６に記載の撮像装置において、選択手段は、撮像素子で得られる画像の内の人物または人物の顔または人物の目の位置を検出する。
（１８）  請求項１８の発明は、請求項１７に記載の撮像装置において、複数の焦点検出画素列は、撮像画素の配列ピッチより大きな格子ピッチを有する格子状に配置され、格子ピッチは、人物または人物の顔または人物の目の画面上における統計的な平均サイズよりも小さくなるように設定される。
（１９）  請求項１９の発明は、請求項１７に記載の撮像装置において、選択手段は、焦点検出画素の信号を含まない撮像素子の出力に基づいて特定の位置を選択する。
（２０）  請求項２０の発明は、請求項１７に記載の撮像装置において、選択手段は、補間手段により求めた焦点検出画素の位置の画像信号を用いて特定の位置を選択する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高い画像品質を維持しながら２つの焦点検出画素配列を交差させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施の形態の構成を示す図
【図２】撮像画面上における焦点検出位置を示す図
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４】撮像画素の構成を示す正面図
【図５】焦点検出画素の構成を示す正面図
【図６】他の焦点検出画素の構成を示す正面図
【図７】撮像画素の分光特性を示す図
【図８】焦点検出画素の分光特性を示す図
【図９】撮像画素の構造を示す断面図
【図１０】焦点検出画素の構造を示す断面図
【図１１】マイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出の説明図
【図１２】画面周辺における測距瞳のケラレの説明図
【図１３】撮像画素と射出瞳の関係を説明する図
【図１４】焦点検出画素に対応する射出瞳面における測距瞳の正面図
【図１５】他の焦点検出画素に対応する射出瞳面における測距瞳の正面図
【図１６】一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート
【図１７】相関演算処理の説明図
【図１８】変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図１９】射出瞳面における焦点検出画素に対応した測距瞳の正面図
【図２０】変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図２１】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図２２】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図２３】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図２４】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図２５】他の一実施の形態の撮像素子における焦点検出画素の配置を示す図
【図２６】他の一実施の形態の撮像素子の詳細な構成を示す図
【図２７】他の一実施の形態の撮像素子の詳細な構成を示す図
【図２８】焦点検出光束のケラレを説明するための図
【図２９】焦点検出光束のケラレを説明するための図
【図３０】他の一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート
【図３１】撮影画面上の人物の顔の検出位置と焦点検出画素配置を示す図
【図３２】焦点検出画素位置の画像データを補間により求める方法を説明するための図
【図３３】他の一実施の形態の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３４】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３５】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３６】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３７】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３８】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３９】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４０】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４１】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４２】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４３】他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４４】焦点検出画素の構成を示す図
【符号の説明】
【０００８】
１０；マイクロレンズ、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７；光電変換部、２０２；交換レンズ、２１２、２１２Ａ〜２１２Ｎ；撮像素子、３１０、３１１、３１２；撮像画素、３２０、３２０ａ、３２ｂ、３３０、３３０ａ、３３０ｂ、３４０、３５０、３６０；焦点検出画素
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本願発明の一実施の形態による撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した例を説明する。図１は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２はマウント部２０４によりカメラボディ２０３に装着される。【００１０】
交換レンズ２０２はレンズ駆動制御装置２０６、ズーミング用レンズ２０８、レンズ２０９、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２１０と絞り２１１の駆動制御、絞り２１１、ズーミング用レンズ２０８およびフォーカシング用レンズ２１０の状態検出、後述するボディ駆動制御装置２１４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。【００１１】
カメラボディ２０３は撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置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などを備えている。撮像素子２１２には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ２０２の予定結像面に配置されて交換レンズ２０２により結像される被写体像を撮像する。なお、詳細を後述するが撮像素子２１２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素が配列される。【００１２】
ボディ駆動制御装置２１４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子２１２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ２０２の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置２０６からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、ディジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ駆動制御装置２１４とレンズ駆動制御装置２０６は、マウント部２０４の電気接点部２１３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。【００１３】
液晶表示素子駆動回路２１５は、電子ビューファインダー（ＥＶＦ：電気的ビューファインダー）の液晶表示素子２１６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２１７を介して液晶表示素子２１６に表示された像を観察することができる。メモリカード２１９はカメラボディ２０３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。【００１４】
交換レンズ２０２を通過して撮像素子２１２上に形成された被写体像は、撮像素子２１２により光電変換され、その出力はボディ駆動制御装置２１４へ送られる。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２上の焦点検出画素の出力データに基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２１９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、液晶表示素子２１６に画像を表示させる。【００１５】
カメラボディ２０３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ駆動制御装置２１４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。【００１６】
レンズ駆動制御装置２０６はレンズ情報を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値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置２０６は、レンズ２０８、２１０の位置と絞り２１１の絞り位置をモニターし、モニター情報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モニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置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、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ２１０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。【００１７】
図２は撮像画面上における焦点検出位置（焦点検出エリアを示し、後述する焦点検出画素列が焦点検出の際に撮像画面上で像をサンプリングする領域の例を示す。この一実施の形態では、撮像画面１００上の中心１０４から水平方向の画面周辺の位置１０５に、焦点検出エリア１０１が配置される。焦点検出エリア１０１は、水平方向（画面中心１０４と焦点検出位置１０５とを結ぶ線に平行な方向）、および垂直方向（画面中心１０４と焦点検出位置１０５とを結ぶ線に垂直な方向）において焦点検出(像ズレ検出)を行うために、垂直方向に延在する部分１０２と水平方向に延在する部分１０３とが位置１０５で交差した構成となっている。【００１８】
図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図２に示す焦点検出エリア１０５に対応した部分を拡大したものである。なお、図３に示す撮像素子２１２の縦横は図２に示す撮像画面１００の縦横に対応する。撮像素子２１２は、撮像用の撮像画素（緑画素３１０、赤画素３１１および青画素３１２）、焦点検出用の焦点検出画素３２０、３３０から構成される。図４に示すように、撮像画素（緑画素３１０、赤画素３１１および青画素３１２）は、マイクロレンズ１０、光電変換部１１、不図示の色フィルタからなる。色フィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図７に示す特性である。撮像素子２１２では、各色フィルタを備えた撮像画素（緑画素３１０、赤画素３１１および青画素３１２）がベイヤー配列されている。【００１９】
図５に示すように、焦点検出画素３２０，３３０は、マイクロレンズ１０、一対の光電変換部１２，１３から構成される。焦点検出画素３２０は、焦点検出画素３３０を９０度回転して配列される。焦点検出画素３２０、３３０には光量をかせぐために色フィルタ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、赤外カットフィルタ（不図示）の分光特性を総合した分光特性（図８参照）となる。この分光特性は、図７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。【００２０】
撮像画素３１０、３１１、３１２の光電変換部１１は、図４に示すように、マイクロレンズ１０により所定の絞り開口径（例えばＦ１．０）の光束をすべて受光するような形状に設計される。一方、焦点検出画素３２０、３３０の一対の光電変換部１２、１３は、図５に示すように、マイクロレンズ１０により所定の絞り開口径（例えばＦ２．８）の光束をすべて受光するような形状に設計される。焦点検出用の焦点検出画素３２０は、撮像画素の緑画素３１０と青画素３１２が配置されるべき列の一部に直線的に隙間なく密に配置される。また、焦点検出用の焦点検出画素３３０は、撮像画素の緑画素３１０と赤画素３１１が配置されるべき行の一部に直線的に隙間なく密に配置される。焦点検出画素３２０からなる画素列と焦点検出画素３３０からなる画素列とが交差する画素位置には、焦点検出画素３２０が配置される。【００２１】
撮像により画像データを得る場合には、撮像画素の画像データがそのまま使用される。一方、焦点検出画素における画像データは、焦点検出画素の近傍周囲にある撮像画素の画像データを用いて補間される。例えば、撮像画素の青画素３１２の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３２０の位置の画像データは、この焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ右隣の青画素３１２の画像データと、焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ左隣の青画素３１２の画像データとの平均として補間される。撮像画素の緑画素３１０の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３２０の位置の画像データは、この焦点検出画素３２０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向の隣にある４つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。【００２２】
また、撮像画素の赤画素３１１の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３３０の位置の画像データは、この焦点検出画素３３０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ上隣の赤画素３１１の画像データと、焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ下隣の赤画素３１１の画像データとの平均として補間される。撮像画素の緑画素３１０の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３３０の位置の画像データは、この焦点検出画素３３０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向の隣にある４つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。【００２３】
緑画素３１０、赤画素３１１および青画素３１２はベイヤー配列となっているので、緑画素３１０の画素は赤画素３１１、青画素３１２より高密度に配置されており、画像データの補間を行う場合でも緑画素位置の画像データを補間する場合の方が、赤画素位置または青画素位置の画像データ補間を行う場合よりも補間精度が高く、画像データは高品質となる。【００２４】
以上のように、撮像画素が二次元状に水平方向および垂直方向に行列配置（ベイヤー配列）された撮像素子において、列方向に配置された焦点検出画素３２０からなる画素列と、行方向に配置された焦点検出画素３３０からなる画素列とが交差する画素位置を、もともと緑画素３１０が配置されるべき画素位置とすることによって、焦点検出画素列が交差する画素位置においても支障なく画像データの補間が可能になる。仮に、交差位置を赤画素３１１または青画素３１２とした場合には、交差位置の画像データ補間のみ異なる補間方式で補間を実行しなければならない。その上、補間に使用する撮像画素の位置が交差位置より遠くなるので補間精度が低下し、画像品質が低下してしまう。【００２５】
図９は撮像画素の断面図である。撮像画素３１０、３１１、３１２において、撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１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。不図示の色フィルタはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。【００２６】
図１０は焦点検出画素の断面図である。焦点検出画素３２０、３３０において、焦点検出用の光電変換部１２、１３の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１２、１３が前方に投影される。光電変換部１２、１３は半導体回路基板２９上に形成される。【００２７】
図１１はマイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出の説明図である。９０は交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方ｄ０の距離に設定された射出瞳であり、距離ｄ０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の間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離と呼ぶ。５０，６０はマイクロレンズ、５２，５３、６２，６３は焦点検出画素の一対の光電変換部、７２，７３、８２，８３は焦点検出光束である。また、９２はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５２，６２の領域（以下では測距瞳と呼ぶ）、９３はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５３，６３の領域（以下では測距瞳と呼ぶ）。【００２８】
図１１では、便宜的に光軸上にある焦点検出画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２、５３からなる）と、隣接する焦点検出画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２、６３からなる）とを模式的に例示しているが、焦点検出画素が画面周辺の光軸から離れた位置にあった場合でも、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。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。【００２９】
マイクロレンズ５０、６０は光学系の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ５０によりその背後に配置された一対の光電変換部５２、５３の形状がマイクロレンズ５０、６０から投影距離ｄ０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９２，９３を形成する。マイクロレンズ６０によりその背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状が投影距離ｄ０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９２，９３を形成する。すなわち、投影距離ｄ０にある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２，９３）が一致するように各画素の投影方向が決定されている。一対の測距瞳９２，９３と一対の光電変換部（５２、５３）および一対の光電変換部（６２、６３）は、マイクロレンズ５０，６０を介して共役な関係となっている。【００３０】
光電変換部５２は測距瞳９２を通過し、マイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７２によりマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部５３は測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７３によりマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部６２は測距瞳９２を通過し、マイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８２によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部６３は測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８３によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。【００３１】
上述した焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２および測距瞳９３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９２と測距瞳９３を各々通過する焦点検出光束が焦点検出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）を施すことにより、いわゆる瞳分割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に応じた変換演算を行うことにより、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。【００３２】
なお、上記説明では測距瞳は交換レンズの開口制限要素（絞り開口、レンズ外形、フードなど）によって制限されていない（けられていない）状態として説明を行ったが、交換レンズの開口制限要素によって測距瞳が制限される場合には、焦点検出画素の光電変換部は制限を受けた測距瞳を通過する光束を焦点検出光束として受光することになる。【００３３】
図１２は画面周辺における測距瞳のケラレの説明図である。図１２に示すように、焦点検出エリアの位置が予定焦点面Ｐ０に設定された画面周辺のＳにある場合は、射出瞳９０にある絞り開口９７によっては測距瞳９２，９３にケラレが生じていないが、射出瞳面９０より遠方にある面９９に存在する開口制限要素９８によって測距瞳９２にケラレが生じる。測距瞳に対して開口制限要素９８の開口形状が、画面中心と焦点検出位置Ｓの間の距離に応じて、開口形状が画面中心と焦点検出位置Ｓを結ぶ方向にずれて重ねあわされた開口部分を通る光束が焦点検出光束となる。【００３４】
図１３は撮像画素と射出瞳の関係を説明する図である。なお、図１１に示す同様な要素に対しては説明を省略する。７０はマイクロレンズ、７１は撮像画素の光電変換部、８１は撮像光束、９４はマイクロレンズ７０により投影された光電変換部７１の領域である。図１３では、光軸上にある撮像画素（マイクロレンズ７０と光電変換部７１からなる）を模式的に例示したが、その他の撮像画素においても光電変換部はそれぞれ領域９４から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。【００３５】
マイクロレンズ７０は光学系の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ７０によりその背後に配置された光電変換部７１の形状がマイクロレンズ７０から投影距離ｄ０だけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は領域９４を形成する。光電変換部７１は領域９４を通過し、マイクロレンズ７０に向う焦点検出光束８１によりマイクロレンズ７０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。このような撮像画素を二次元状に多数配置することによって、各画素の光電変換部に基づいて画像情報が得られる。なお、上述した説明では測距瞳は交換レンズの開口制限要素（絞り開口、レンズ外形、フードなど）によって制限されていない（けられていない）状態として説明を行ったが、交換レンズの開口制限要素によって測距瞳が制限される場合には、焦点検出画素の光電変換部は制限を受けた測距瞳を通過する光束を焦点検出光束として受光することになる。【００３６】
図１４および図１５は射出瞳面における測距瞳の正面図である。図１４において、焦点検出画素３３０（図５参照）から一対の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳９２２，９３３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値と称する。ここではＦ２．８とする）となる。破線で示す領域９０１は、絞り値Ｆ２．８よりも大きな絞り値（例えばＦ２）に対応した領域を示し、測距瞳９２２，９３３を内部に含んでいる。測距瞳９２２，９３３の並び方向（図では水平方向)における測
距瞳９２２、９３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５２，９５３の間隔は、Ｇ１となる。【００３７】
図１２に示すような焦点検出光束のケラレが発生した場合（測距位置Ｓが図２の位置１０５に相当）には、開口制限による開口が測距瞳に対して水平方向にずれて重ね合わされる（領域９０３は開口制限の一部を示している）。このような状態では測距瞳９２２が領域９０３によりけられており、領域９０３によって制限された測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９７２はけられていない場合の重心９５２より中心（測距瞳９２２と９３３の外接円の中心）によっている。一方、測距瞳９３３は領域９０３によりけられず、測距瞳９３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５３の位置は変化しない。したがって、測距瞳重心９７２と９５３の間隔は、ケラレが生じていない場合の重心間隔Ｇ１より狭い重心間隔Ｇ１’となる。【００３８】
図１５において、焦点検出画素３２０（図５参照、焦点検出画素３２０は焦点検出画素３３を９０度回転して配置したもの）から一対の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳８２２，８３３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値と称する。ここではＦ２．８とする）となる。破線で示す領域９０１は、絞り値Ｆ２．８よりも大きな絞り値（例えばＦ２）に対応した領域を示し、測距瞳８２２，８３３を内部に含んでいる。測距瞳８２２，８３３の並び方向（図では垂直方向)における測距瞳８２２、８３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心８５２，８５３の間隔は、Ｇ２（＝Ｇ１）となる。【００３９】
図１２に示すような焦点検出光束のケラレが発生した場合（測距位置Ｓが図２の位置１０５に相当）には、開口制限による開口が測距瞳に対して水平方向にずれて重ね合わされる（領域９０３は開口制限の一部を示している）。このような状態では、測距瞳８２２と測距瞳８３３の右端部分が領域９０３によりけられているが、そのケラレが測距瞳８２２，８３３に対称的に発生しているので領域９０３によって測距瞳８２２，８３３の重心位置８５２，８５３は変化せず、したがって測距瞳８２２，８３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心８５２、８５３の間隔Ｇ２は変化しない。【００４０】
一般的に、焦点検出エリアが画面周辺にある場合には、一対の測距瞳の並び方向が、画面中心から焦点検出エリアの位置へ向かう方向（以下、“放射方向”という）であると、焦点検出光束のケラレが一対の測距瞳に対して非対称に発生するために、測距瞳の重心間隔の変化が複雑になり、像ズレ量をデフォーカス量に変換する精度が低下するとともに、一対の光電変換部が受光する焦点検出光束の光量バランスが崩れ、一対の像の同一性が崩れるので、像ズレ検出精度が低下し、最終的な焦点検出精度も低下する。【００４１】
一方、一対の測距瞳の並び方向が、画面中心から焦点検出エリアの位置へ向かう“放射方向”と垂直な方向、すなわち画面中心を円の中心とする同心円の接線方向（以下、“円周方向”という）であると、焦点検出光束のケラレが一対の測距瞳に対して対称に発生するために、測距瞳の重心間隔の変化が発生せず、像ズレ量をデフォーカス量に変換する精度が維持できるとともに、一対の光電変換部が受光する焦点検出光束の光量バランスが崩れないので、一対の像の同一性が維持されることにより像ズレ検出精度も維持されるので、最終的な焦点検出精度も維持できる。【００４２】
図３に示す焦点検出画素の配置では、一対の測距瞳の並び方向が“円周方向”である焦点検出画素３２０からなる画素列と、一対の測距瞳の並び方向が“放射方向”である焦点検出画素３３０からなる画素列とが交差する画素位置においては、一対の測距瞳の並び方向が“円周方向”である焦点検出画素３２０を配置することによって、ケラレが発生しても焦点検出性能が維持できる焦点検出画素列の連続性を優先することになり、ケラレ発生時においても焦点検出性能を維持することができる。【００４３】
図１６は、図１に示すデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップ１００でカメラの電源が投入されるとステップ１１０へ進み、撮像動作を開始する。ステップ１１０で、図１には不図示の測光装置によって測光した被写界輝度に応じて自動的に決定された撮影絞り値、あるいは図１には不図示の操作部材によってユーザーが手動で設定した撮影絞り値に応じた絞り制御情報をレンズ駆動制御装置２０６へ送り、絞り開口径を撮影絞り値に設定し、この絞り開口径にて撮像画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。【００４４】
ステップ１２０において、絞り開口径が撮影絞り値に設定された状態で焦点検出画素列からデータを読み出す。ステップ１３０では、焦点検出画素列に対応した一対の像データに基づいて、後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行って像ズレ量を演算し、さらにデフォーカス量を算出する。ステップ１４０において合焦近傍か否か、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判別する。合焦近傍でないと判別されるとステップ１５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置まで駆動させ、その後ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。【００４５】
なお、焦点検出不能な場合もこのステップ１５０へ分岐し、レンズ駆動制御装置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させ、その後ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。【００４６】
一方、合焦近傍であると判別された場合はステップ１６０へ進み、不図示のレリーズ手段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定し、なされていないと判定された場合はステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。シャッターレリーズがなされたと判定された場合は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を撮影絞り値にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素および全ての焦点検出画素から画像データを読み出す。【００４７】
ステップ１８０では、焦点検出画素列の各画素位置の画素データを周囲の撮像画素のデータに基づいて補間する。続くステップ１９０において、撮像画素のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリーカード２１９に保存し、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。【００４８】
ここで、図１６のステップ１３０で実行される像ズレ量検出とデフォーカス量算出の詳細を説明する。焦点検出画素列から出力される一対のデータ列（α１〜αＭ、β１〜βＭ：Ｍはデータ数）に対し、（１）式に示すような高周波カットフィルタ処理を施し、第１データ列、第２データ列（Ａ１〜ＡＮ、Ｂ１〜ＢＮ）を生成することによって、データ列から相関処理に悪影響を及ぼすノイズ成分や高周波成分を除去する。ここで、α１〜αＭは、図１１において測距瞳９２を通る焦点検出光束により形成された像の画像データに相当する。また、β１〜βＭは、測距瞳９３を通る焦点検出光束により形成された像の画像データに相当する。なお、演算時間の短縮を図る場合や、すでに大きくデフォーカスしていて高周波成分が少ないことがわかっている場合などには、この処理を省略することもできる。【００４９】
Ａn＝αn＋２・αn+1＋αn+2、
Ｂn＝βn＋２・βn+1＋βn+2  ・・・（１）
（１）式において、ｎ＝１〜Ｎである。データ列Ａｎ、Ｂｎに対し（２）式により相関演算を行い、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn・Ｂn+1+k−Ｂn+k・Ａn+1｜  ・・・（２）
（２）式において、Σ演算はｎについて累積される。また、ｎのとる範囲は、ずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+1、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。ずらし量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。【００５０】
（２）式の演算結果は、図１７（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１７（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。（３）式〜（６）式による３点内挿の手法を用い、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  ・・・（３）
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(kj)−｜Ｄ｜  ・・・（４）
Ｄ＝｛Ｃ(kj-1)−Ｃ(kj+1)｝／２ ・・・（５）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(kj+1)−Ｃ(kj)，Ｃ(kj-1)−Ｃ(kj)｝  ・・・（６）【００５１】
（３）式で算出されたずらし量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１７(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ずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量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、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量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、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。【００５２】
図１７(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。【００５３】
（２）式の相関演算として次式を用いてもよい。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn／Ａn+1−Ｂn+k／Ｂn+1+k｜  ・・・（７）
（７）式において、Σ演算はｎについて累積される。ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+1、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。なお、相関演算式は上述した（２）式や（７）式に限定されない。【００５４】
算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを（８）式で求めることができる。
ＤＥＦ＝ＫＸ・ＰＹ・ｘ  ・・・（８）
（８）式において、ＰＹは検出ピッチ（焦点検出画素のピッチ）であり、ＫＸは一対の測距瞳を通過する光束の重心の開き角の大きさ（測距瞳重心間隔と測距瞳距離によって決まる）によって決まる変換係数である。【００５５】
以上の像ズレ検出演算処理により、一対の測距瞳の並び方向が“円周方向”になっている焦点検出画素３２０の画素列と、一対の測距瞳の並び方向が“放射方向”になっている焦点検出画素３３０の画素列に対して、それぞれデフォーカス量が算出される。両方とも検出不能だと判定された場合は、最終的な結果として検出不能とする。一方のみが検出可能であった場合は、検出可能であったデフォーカス量を最終的なデフォーカス量とする。【００５６】
両方とも検出可能であった場合は、２つのデフォーカス量を平均して最終的なデフォーカス量とする。あるいは、ケラレ発生時においても一対の測距瞳の並び方向が高い焦点検出性能を維持できる並び方向になっている焦点検出画素列のデフォーカス量を最終的なデフォーカス量とする。つまり、一対の測距瞳の並び方向が“円周方向”になっている焦点検出画素３２０の画素列に対するデフォーカス量を最終的なデフォーカス量として採用する。【００５７】
《一実施の形態の変形例》
図１８は変形例の撮像素子２１２Ａの詳細な構成を示す正面図である。図３に示す撮像素子２１２との相違点は、一対の測距瞳の並び方向が画面中心から焦点検出エリア位置へ向かう放射方向になっている焦点検出画素３３０の画素列を、測距瞳の形状が小さく（測距Ｆ値が大きい）、かつ、一対の測距瞳の並び方向が画面中心から焦点検出エリア位置へ向かう放射方向になっている焦点検出画素３４０の画素列に置き換えた点にある。【００５８】
図１９は、射出瞳面における焦点検出画素３４０に対応した測距瞳の正面図である。図１９において、焦点検出画素３４０から一対の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳７２２，７３３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値と称する。ここではＦ５．６とする）となる。破線で示す領域９０２は絞り値Ｆ２．８よりも大きな絞り値（例えばＦ２）に対応した領域を示し、測距瞳７２２，７３３を内部に含んでいる。測距瞳７２２，７３３の並び方向（図では水平方向)における測距瞳７２２、７３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心７５２，７５３の間隔はＧ３となる。図１９に示すような開口制限による光束のケラレが発生した場合においても、測距Ｆ値が大きいために、測距瞳７２２、７３３は領域９０３によりけられず、重心７５２、７５３の位置は変化しない。【００５９】
測距瞳のＦ値が大きい場合には、一対の測距瞳の並び方向が焦点検出エリアの位置と画面中心とを結ぶ方向（放射方向）である焦点検出画素３３０からなる画素列を画面周辺に配置した場合でも、焦点検出光束のケラレが発生しにくくなるため、測距瞳の重心間隔が変化せず、像ズレ量をデフォーカス量に変換する精度が維持できるとともに、一対の光電変換部が受光する焦点検出光束の光量バランスが崩れないので、一対の像の同一性が維持されることにより像ズレ検出精度も維持されるので、最終的な焦点検出精度も維持できる。【００６０】
図１８において、焦点検出用の焦点検出画素３２０は、撮像画素の緑画素３１０と青画素３１２が配置されるべき列の一部に直線的に隙間なく密に配置される。焦点検出用の焦点検出画素３４０は、撮像画素の緑画素３１０と赤画素３１１が配置されるべき行の一部に直線的に隙間なく密に配置される。焦点検出画素３２０からなる画素列と、焦点検出画素３４０からなる画素列が交差する画素位置には、焦点検出画素３２０が配置される。【００６１】
撮像画素の青画素３１２の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３２０の位置の画像データは、該焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ右隣の青画素３１２の画像データと、該焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ左隣の青画素３１２の画像データとの平均として補間される。また、撮像画素の緑画素３１０の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３２０の位置の画像データは、該焦点検出画素３２０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向の隣にある４つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。【００６２】
撮像画素の赤画素３１１の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３３０の位置の画像データは、該焦点検出画素３４０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ上隣の赤画素３１１の画像データと、該焦点検出画素３４０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ下隣の赤画素３１１の画像データとの平均として補間される。また、撮像画素の緑画素３１０の位置に撮像画素の代わりに配置される焦点検出画素３４０の位置の画像データは、該焦点検出画素３４０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向の隣にある４つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。【００６３】
図１８に示す焦点検出画素の配置においては、図３に示す構成による効果に加えて、画面周辺の焦点検出エリアにおいてケラレが生じやすい焦点検出エリアの位置と画面中心とを結ぶ方向（放射方向）に測距Ｆ値が大きな焦点検出画素を配列したので、光学系の種々の開口制限要素により光束に画面周辺でケラレを生ずる場合においても、良好な焦点検出を２方向に応じて維持することができる。【００６４】
図２０は変形例の撮像素子２１２Ｂの詳細な構成を示す正面図である。図１８に示す撮像素子Ａとの相違点は、一対の測距瞳の並び方向が焦点検出エリアの位置と画面中心とを結ぶ方向（放射方向）である焦点検出画素３４０からなる画素列の画素ピッチが大きく（１画素おき）なっている点と、一対の測距瞳の並び方向が“円周方向”になっている焦点検出画素３２０の画素列と、一対の測距瞳の並び方向が画面中心から焦点検出エリア位置へ向かう放射方向になっている焦点検出画素３４０の画素列とを、それぞれ複数列並置して１つの焦点検出エリアに配置した点である。【００６５】
一方の焦点検出画素列の画素ピッチを他方の焦点検出画素列の画素ピッチより大きくしたことによって、焦点検出画素列が交差する画素位置には画素ピッチの小さい焦点検出画素列の焦点検出画素を配置できるとともに、画素ピッチの大きな焦点検出画素列を交差位置において分断することなく連続的に配置できるので、２方向において良好な焦点検出性能を維持することができる。また、一方の焦点検出画素列の画素ピッチを他方の焦点検出画素列の画素ピッチより大きくしたことによって、画像データを補間すべき画像位置の密度が減少するので、画像データの品質が向上する。さらに、１つの焦点検出エリアに２方向において焦点検出画素列を並置することによって、被写体像の捕捉性能が向上し、焦点検出性能も向上する。【００６６】
図２１は変形例の撮像素子２１２Ｃの詳細な構成を示す正面図である。図３に示す撮像素子２１２との相違点は、水平および垂直の十字型に配置された二組の焦点検出画素列が４５度回転し、斜め右上がり４５度方向の焦点検出画素列と斜め左上がり４５度方向の焦点検出画素列が十字型に配置されている点である。焦点検出画素３５０，３６０は焦点検出画素３２０（図５参照）を±４５度回転した構成となっている。焦点検出用の焦点検出画素３５０，３６０は、撮像画素の緑画素３１０（図４参照）が配置されるべき±４５度方向の配列の一部に直線的に隙間なく密に配置される。焦点検出画素３５０からなる画素列と焦点検出画素３６０からなる画素列が交差する画素位置には、焦点検出画素３５０が配置される。【００６７】
焦点検出画素３５０で置換される緑画素３１０の位置における画像データは、該焦点検出画素３５０の斜め右上、左下４５度方向の隣にある２つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。焦点検出画素３６０で置換される緑画素３１０の位置における画像データは、該焦点検出画素３６０の斜め左上、右下４５度方向の隣にある２つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。焦点検出画素３５０からなる画素列と焦点検出画素３６０からなる画素列が交差する画素位置の画素データは、右隣の赤画素３１１を挟んで一つ右隣の緑画素３１０の画像データと左隣の赤画素３１１を挟んで一つ左隣の緑画素３１０の画像データと上隣の青画素３１２を挟んで一つ上隣の緑画素３１０の画像データと下隣の青画素３１２を挟んで一つ下隣の緑画素３１０の画像データを平均として補間される。【００６８】
以上の構成では、補間される画像データが２つの焦点検出画素列の交差する画素位置を含めて全て緑画素となっている。緑画素は赤画素、青画素に比較して高密度に配置されているため、高い補間精度が期待できるとともに、画像データ補間による画像全体への影響も少ない。【００６９】
図２２は変形例の撮像素子２１２Ｄの詳細な構成を示す正面図である。図２１に示す撮像素子２１２Ｃとの相違点は、焦点検出画素３６０から構成される右斜め上がり４５度方向の焦点検出画素列の位置が１画素左方向にずれた点である。このような構成においては、焦点検出画素３５０から構成される焦点検出画素列と、焦点検出画素３６０から構成される焦点検出画素列とは同一の画素位置で交差することがなく、焦点検出画素３６０から構成される焦点検出画素列が分断されることがなくなるので、焦点検出画素３６０から構成される焦点検出画素列による焦点検出性能が向上する。【００７０】
図２３は変形例の撮像素子２１２Ｅの詳細な構成を示す正面図である。図３に示す撮像素子２１２との相違点は、焦点検出画素３２０が焦点検出画素３２０ａと焦点検出画素３２０ｂに分割され、焦点検出画素３３０が焦点検出画素３３０ａと焦点検出画素３３０ｂに分割されから構成された点である。焦点検出画素３２０ａの配列から得られる画像データと、焦点検出画素３２０ｂの配列から得られる画像データとによって、一対の像の像ズレを検出することができる。また、焦点検出画素３２０ａの配列から得られる画像データと、焦点検出画素３２０ｂの配列から得られる画像データとによって、一対の像の像ズレを検出することができる。【００７１】
このような構成により、図３に示す撮像素子２１２の効果に加え、１つの焦点検出画素が１つのマイクロレンズと１つの光電変換部から構成されるので、基本回路構成を撮像画素と同一にでき、撮像素子構造の複雑化を防ぐことができる。【００７２】
図２４は変形例の撮像素子２１２Ｆの詳細な構成を示す正面図である。図３において、焦点検出画素３２０を垂直方向に配列した焦点検出画素列と、焦点検出画素３３０を水平方向に配列した焦点検出画素列とを、ベイヤー配列の撮像画素において密度の高い緑画素の位置で交差させることによって交差位置における画素補間精度を向上させているが、２つの焦点検出画素配列を人間の目の敏感度が低い色の撮像画素、つまりベイヤー配列における青画素の位置で交差させることによって、交差位置における画素補間精度が多少劣化しても、その誤差を人間の目には目立たなくすることが可能である。【００７３】
図２４に示す撮像素子２１２Ｆは、撮像用の撮像画素（緑画素３１０、赤画素３１１、青画素３１２）と、焦点検出用の焦点検出画素３２０、３３０とから構成される。焦点検出画素３２０は、撮像用の緑画素３１０と青画素３１２が配置されるべき列の一部に直線的に隙間なく密に配置される。また、焦点検出画素３３０は、撮像用の緑画素３１０と青画素３１２が配置されるべき行の一部に直線的に隙間なく密に配置される。焦点検出画素３２０からなる画素列と焦点検出画素３３０からなる画素列が交差する画素位置には焦点検出画素３２０が配置され、この位置は本来青画素３１２が配置されるべき画素位置である。【００７４】
撮像により画像データを得る場合には、撮像画素の画像データがそのまま使用される。焦点検出画素の位置の画像データは、焦点検出用画素の近傍周囲にある撮像画素の画像データにより補間される。例えば、撮像用の青画素３１２の位置に置き換えて配置される焦点検出画素３２０の位置の画像データは、この焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ右隣の青画素３１２の画像データと、この焦点検出画素３２０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ左隣の青画素３１２の画像データの平均として補間される。同様に、焦点検出画素３２０で置換される緑画素３１０の位置における画像データは、この焦点検出画素３２０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向の隣にある４つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。【００７５】
さらに、焦点検出画素３２０で置換される緑画素３１０の位置（交差画素の上下の画素）における画像データは、この焦点検出画素３２０の斜め右上、左上あるいは右上、左下４５度方向の隣にある２つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。撮像用の青画素３１２の位置に置き換えて配置される焦点検出画素３３０の位置の画像データは、この焦点検出画素３３０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ上隣の青画素３１２の画像データと、この焦点検出画素３３０の隣の緑画素３１０を挟んで一つ下隣の青画素３１２の画像データの平均として補間される。【００７６】
焦点検出画素３３０で置換される緑画素３１０の位置における画像データは、この焦点検出画素３３０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向の隣にある４つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。焦点検出画素３３０で置換される緑画素３１０の位置（交差画素の左右の画素）における画像データは、この焦点検出画素３２０の斜め右上、右下あるいは左上、左下４５度方向の隣にある２つの緑画素３１０の画像データの平均として補間される。焦点検出画素３２０が配置された交差位置における画像データは、焦点検出画素３２０の斜め右上、右下、左上、左下４５度方向に赤画素３１１を挟んで近接する４つの青画素３１２の画像データの平均として補間される。【００７７】
《発明の他の実施の形態》
次に、発明の他の一実施の形態を説明する。なお、この他の実施の形態の撮像装置としての構成は図１に示す構成と同様であり、撮像画素３１０、３１１、３１２および焦点検出画素３２０、３３０の構成、断面構造および特性は図４、図５、図７、図８、図９、図１０に示す構成、断面構造および特性と同様であり、一実施の形態と同一の要素に対しては同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、この他の一実施の形態における焦点検出方法、撮像画素および焦点検出画素の射出瞳および測距瞳の関係などは図１１〜図１３で説明した方法および関係と同様であり、それらの説明を省略する。【００７８】
図２５は、他の一実施の形態の撮像素子２１２Ｇ上における焦点検出画素の配置を示す図である。この撮像素子２１２Ｇは、撮像画面１００上の格子１１０に沿って焦点検出画素が配列されている。この格子１１０は、矩形の撮像画面１００の水平線方向および垂直線方向に等ピッチで配置された複数の直線からなっており、ほぼ撮像画面１００の全面をカバーしている。【００７９】
直線上に配列された焦点検出画素によって、焦点検出のために直線方向の像ズレが検出される。したがって、図２５に示す撮像素子２１２Ｇでは、像ズレ検出が水平方向と垂直方向の２方向で行われることになり、被写体のパターンに関わらず安定した焦点検出を行うことが可能になる。また、焦点検出画素が撮像画面１００全体に２方向で同じ密度で配置されているので、撮像画面１００の任意の位置で同等な性能で焦点検出を行うことが可能になる。【００８０】
図２６、図２７は撮像素子２１２Ｇの詳細な構成を示す正面図である。撮像素子２１２Ｇは、図４に示す撮像画素３１０〜３１２と、図５に示す焦点検出画素３２０、３３０から構成される。図２６は、図２５において撮像画面１００の中心１０４（撮像画面と交換レンズの光軸の交点）から垂直方向に離れた位置にある格子の交差点を含む領域１１１を拡大した図である。格子の交点に相当する画素位置には、水平方向に配列された焦点検出画素３３０が配置される。また、図２７は、図２５において撮像画面１００の中心１０４から水平方向に離れた位置にある格子の交差点を含む領域１１２を拡大した図である。格子の交点に相当する画素位置には、垂直方向に配列された焦点検出画素３２０が配置される。【００８１】
格子の交点における焦点検出画素を撮像画面中心と格子の交点を結ぶ直線の方向に応じて変えているのは、焦点検出光束のケラレによる影響を軽減するためである。格子１１０の水平方向の直線上には焦点検出画素３３０が配列され、格子１１０の垂直方向の直線上には焦点検出画素３２０が配列される。また、格子１１０の交点においては、撮像画面中心１０４と格子１１０の交点を結ぶ直線の方向（放射方向）に対して垂直な方向（円周方向）に近い方向に配列している焦点検出画素が配置されることになる。【００８２】
図２６、図２７に示すように、２次元的に配置された撮像画素３１０〜３１２にはＲＧＢのベイヤー配列の色フィルタが備えられる。焦点検出用の焦点検出画素３２０、３３０は、撮像用の緑画素３１０の青画素３１２が配置されるべき行と列に直線的にギャップなしで密に配置される。このように、緑画素３１０と青画素３１２の位置に焦点検出画素３２０、３３０を配列するのは、人間の色に対する感度が赤より青のほうが低いためであって、後述するように焦点検出画素の位置の画素データを周囲の撮像画素データから画素補間して求める際に、補間誤差を目立たなくするためである。【００８３】
図２８、図２９は焦点検出光束のケラレを説明するための図である。交換レンズの射出瞳１９０の位置が測距瞳距離ｄと異なる場合には、撮像画面において光軸から離れた位置に配置される焦点検出画素に関しては、その測距瞳の中心が交換レンズの射出瞳面上の中心からずれることになる。図２８、図２９は、図２５に示す領域１１２の近傍に配置された焦点検出画素３３０の測距瞳１９２、１９３および焦点検出画素３２０の測距瞳２９２、２９３と、交換レンズの射出瞳１９０との位置関係を、交換レンズの射出瞳面上で示している。図２８においては、一対の測距瞳１９２、１９３が射出瞳１９０によって不均等にけられている。一方、図２９では一対の測距瞳２９２、２９３が射出瞳１９０によって均等にけられている。【００８４】
測距瞳の不均等なケラレは焦点検出光束の不均等なケラレとなり、結果的に像信号レベルのアンバランスに繋がる。一対の像信号のレベルが大きく崩れた場合には像ズレの検出精度が低下したり、像ズレ検出が不能となってしまう。したがって、上述したように格子の交点には焦点検出光束のケラレに対して有利な焦点検出画素（図２８、図２９に示す撮像素子では焦点検出画素３２０）を配置することによって、焦点検出精度の維持を図る。【００８５】
図３０は、他の一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップ２００でカメラの電源が投入されるとステップ２１０へ進み、撮像動作を開始する。ステップ２１０で、撮像画素のデータを読み出し、電子ビューファインダーに表示させる。続くステップ２２０で、撮像画素データに基づいて図３１に示すように撮像画面上の人物の顔の位置１３０を特定する。これは周知の顔検出と言われる技術であって、例えば画像データの中で肌色を示す領域を顔の位置として特定したり、予め登録された顔画像データと撮像した画像データのテンプレートマッチングにより顔の位置を特定する。なお、顔が検出されない場合は特定位置を撮像画面の中央とする。顔が複数検出された場合には、所定の選択処理、例えば撮像画面の中心に最も近い顔、大きさが最も大きい顔を選択して１つの特定位置を決定する。【００８６】
ステップ２３０では、特定された位置近傍の焦点検出画素列（図３１において位置１３０近傍の格子１１０上の焦点検出画素列）から一対の像に対応した一対の像データを読み出す。続くステップ２４０で、読み出した一対の像データに基づいて上述した像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行い、像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。特定された位置近傍には複数の焦点検出画素列が存在するのでデフォーカス量も複数算出されるが、所定の決定処理、例えば平均値、最も近距離を示すデフォーカス量を採用するなどによって最終的なデフォーカス量を決定する。【００８７】
ステップ２５０において、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した場合はステップ２６０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズのフォーカシングレンズを合焦位置に駆動させた後、ステップ２１０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、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズのフォーカシングレンズを無限から至近までの間でスキャン駆動させた後、ステップ２１０に戻って上述した動作を繰り返す。【００８８】
一方、合焦近傍であると判定した場合はステップ２７０へ進み、シャッターボタン（不図示）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定し、なされていないと判定した場合はステップ２１０に戻って上述した動作を繰り返す。シャッターレリーズがなされたと判定した場合はステップ２８０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズの絞り値を制御Ｆ値（ユーザー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時点で、撮像素子に撮像動作を行わせ、撮像素子の撮像画素および全ての焦点検出画素から画像データを読み出す。ステップ２９０では、焦点検出画素列の各画素位置の画素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。そして、ステップ３００で撮像画素のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリーカードに保存し、ステップ２１０へ戻って上述した動作を繰り返す。【００８９】
図３０のステップ２４０における像ずれ検出演算処理、すなわち相関演算処理については上述した一実施の形態の処理と同様であり、説明を省略する。なお、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。【００９０】
次に、図３０のステップ２９０における画素補間処理の詳細を説明する。図３２は、焦点検出画素の位置の画素データを焦点検出画素の周囲にある撮像画素の画素データに基づいて補間する場合の説明図である。図において、変数ｈ、ｖは図２６、図２７のような２次元画素配置において水平方向および垂直方向の画素の位置を示すための変数である。ここで、ｈ列目、ｖ−１行目にある焦点検出画素位置の画素データＧ(ｈ，ｖ−１)と、ｈ＋１列目、ｖ−１行目にある焦点検出画素位置の画素データＢ(ｈ＋１，ｖ−１)とを、隣接している撮像画素の出力データに応じて補正する場合を考える。【００９１】
ｈ列目、ｖ−１行目の画素位置は、本来撮像用の緑画素３１０があるべき画素位置であるから、（９）式により周囲にある４つの緑画素３１０の出力データを平均することによって、この画素位置の出力データを補間する。
Ｇ(ｈ，ｖ−１)＝｛Ｇ(ｈ−１，ｖ−２)＋Ｇ(ｈ＋１，ｖ−２)＋Ｇ(ｈ−１，ｖ)＋Ｇ(ｈ＋１，ｖ)｝／４  ・・・（９）
また、ｈ＋１列目、ｖ−１行目の画素位置は、本来撮像用の青画素３１２があるべき画素位置であるから、（１０）式により周囲にある２つの青画素３１２の出力データを平均することによって、この画素位置の出力データを補間する。
Ｂ(ｈ＋１，ｖ−１)＝｛Ｂ(ｈ＋１，ｖ−３)＋Ｂ(ｈ＋１，ｖ＋１)｝／２  ・・・（１０）
上記（９）式および（１０）式と同様な計算方法によって、すべての焦点検出画素の位置に対して画素補間処理を施すことができる。【００９２】
この他の実施の形態においては、撮像画素が正方稠密配列された中に焦点検出画素が水平および垂直方向に直線上に連続して配列されているため、撮像素子をＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサーで構成した場合に、読み出し制御との整合性を取ることが容易になり、全画素の中から焦点検出画素の出力を部分読み出ししたり、間引き読み出しすることが簡単にできる。【００９３】
《他の実施の形態の変形例》
次に、撮像素子の変形例を説明する。図３３、図３４は、変形例の撮像素子２１２Ｈ、２１２Ｉの焦点検出画素の配置を示す図である。図２６、図２７に示す撮像素子２１２Ｇでは焦点検出画素３２０、３３０が直線上に隣接かつ連続して配列されているが、一方の配列において焦点検出画素を数画素おきに配置したり、あるいは両方の配列において焦点検出画素を数画素おきに配置することができる。図３３は図２６に対応し、焦点検出画素３２０を１画素置きに配列している。また、図３４は図２７に対応し、焦点検出画素３２０、３３０を１画素置きに配列している。【００９４】
このように焦点検出画素を配列することによって、焦点検出用の像検出ピッチが大きくなるので焦点検出精度は多少低下するが、焦点検出画素の間に撮像画素が挟まれ、画素補間するべき箇所が少なくなるため、画像品質が向上する。また、焦点検出画素列の交差位置にどちらの焦点検出画素を配置するかという問題も発生せず、交差位置を挟んだ連続した領域で水平方向および垂直方向に像ズレ検出を行うことができる。なお、図２６、図１７に示す配列においても、交差位置に焦点検出画素を持たない配列に対して、仮想的に１画素置きの配列による像ズレ検出を行うことによって、交差位置に焦点検出画素を持たない焦点検出画素配列においても交差位置を挟んだ連続した領域で像ズレ検出を行うことができる。【００９５】
図３５、図３６、図３７は、他の変形例の撮像素子Ｊの焦点検出画素配置を示す図である。図３５は、図２５に示す撮像素子２１２Ｇの格子１１０に対し、斜め４５度の直線縞を加えた格子１１３に沿って焦点検出画素を配置した撮像素子２１２Ｊを示す。図３６は、図３５において撮像画面１００の中心１０４から垂直方向に離れた位置にある格子の交差点を含む領域１１４を拡大した図である。水平方向には焦点検出画素３３０が配列され、垂直方向には焦点検出画素３２０が配列される。さらに、右上がり４５度方向の直線上には焦点検出画素３３１が配列され、左上がり４５度方向の直線上には焦点検出画素３４１が配列される。【００９６】
焦点検出画素３３１は焦点検出画素３３０を反時計回り方向に４５度回転した構造となっており、焦点検出画素３４１は焦点検出画素３３０を時計回り方向に４５度回転した構造となっている。格子の交点に相当する画素位置には水平方向に配列された焦点検出画素３３０が配置される。【００９７】
図３７は、図３５において撮像画面１００の中心１０４から左斜め上４５度方向に離れた位置にある格子の交差点を含む領域１１５を拡大した図である。格子の交点に相当する画素位置には右上がり斜め４５度方向に配列された焦点検出画素３３１が配置される。他の格子交差点においても同様な配置となっており、撮像面中心と格子の交点を結ぶ直線の方向（放射方向）に対して垂直な方向（円周方向）に近い方向に配列している焦点検出画素が配置されることになる。【００９８】
撮像素子２１２Ｊの焦点検出画素配列によって、４方向で像ズレ検出を行うことができるので、被写体パターンの方向性に関わらず安定した焦点検出を行うことが可能になる。また、撮像画面上の単位面積あたりの焦点検出画素が増加するので、特定位置が決定された場合に、特定位置を中心としたピンポイントな領域で焦点検出を行うことが可能になる。【００９９】
図３８、図３９は、他の変形例の撮像素子２１２Ｋの焦点検出画素配置を示す図である。図３８は、図２５に示した撮像素子２１２Ｇの格子パターン１１０において、撮像画面１００の対角線方向の四隅の領域を斜め４５度の直線縞からなる格子パターン１１６に置き換えた図である。図３９は、図３８において撮像画面１００の中心１０４から左斜め上４５度方向に離れた位置にある格子１１６の交差点を含む領域１１７を拡大した図である。格子の交点に相当する画素位置には右上がり斜め４５度方向に配列された焦点検出画素３３１が配置される。他の格子交差点においても同様な配置となっており、撮像面中心と格子の交点を結ぶ直線の方向（放射方向）に対して垂直な方向（同心円方向）に近い方向に配列している焦点検出画素が配置されることになる。【０１００】
撮像素子２１２Ｋの焦点検出画素配列によって、撮像画面の対角線方向の四隅の領域においては、撮像画面１００の中心１０４に対して同心円方向で像ズレ検出が行われるため、焦点検出光束のケラレによる焦点検出精度の低下を防止できるとともに、斜め４５度の直線縞からなる格子１１６により２方向で像ズレ検出を行うことができるので、被写体パターンの方向性に関わらず安定した焦点検出を行うことが可能になる。また、図３５の焦点検出画素の配置に比較して焦点検出画素の数を少なくすることができるので、画像品質の低下も少ない。【０１０１】
図３５、図３８に示す焦点検出画素配列の交差位置（格子１１３、１１６の交差位置）においては、右上がり斜め方向に配列する焦点検出画素３３１と左上がり斜め方向に配列する焦点検出画素３４１のうち、焦点検出光束のケラレに対して有利な焦点検出画素が配置されていたが、図４０に示す撮像素子２１２Ｌのように、焦点検出画素配列が互いに焦点検出画素の間で交差するように配置すれば、どちらの焦点検出画素配列も交差位置で非連続にならずに配列することができる。【０１０２】
図４１、図４２は、他の変形例の撮像素子２１２Ｍの焦点検出画素配置を示す図である。上述した撮像素子では、撮像画素および焦点検出画素を正方稠密に配列した例を示したが、撮像画素および焦点検出画素が六方稠密に配列した場合においても、本発明を適用することができる。この撮像素子２１２Ｍの撮像画面１００では、撮像画素および焦点検出画素が六方稠密に配列され、格子１１６に沿って焦点検出画素が配列される。格子１１６は矩形の撮像画面１００の水平線方向および水平線に対し６０度傾いた右上がりおよび左上がりの斜め方向に等ピッチで配置された複数の直線からなっており、ほぼ撮像画面１００の全範囲をカバーしている。【０１０３】
図４２は、図４１において撮像画面１００の中心１０４から垂直方向に離れた位置にある格子の交差点を含む領域１１７を拡大した図である。水平方向には焦点検出画素３３０が配列され、右上がり６０度方向の直線上には焦点検出画素３５１が配列され、左上がり６０度方向の直線上には焦点検出画素３６１が配列される。焦点検出画素３５１は焦点検出画素３３０を反時計回り方向に６０度回転した構造となっており、焦点検出画素３６１は焦点検出画素３３０を時計回り方向に６０度回転した構造となっている。格子の交点に相当する画素位置には水平方向に配列された焦点検出画素３３０が配置され、焦点検出画素３５１の配列および焦点検出画素３５１の配列は、焦点検出画素３３０を含む３画素分だけ非連続になっている。【０１０４】
他の格子交差点においても同様な配置となっており、撮像面中心と格子の交点を結ぶ直線の方向（放射方向）に対して垂直な方向（円周方向）に近い方向に配列している焦点検出画素が配置されることになる。
このように配置することによって、焦点検出画素の交差位置において焦点検出画素が密集し過ぎて画素補間精度が落ち、画像品質が低下することを防止している。【０１０５】
図４３、図４４は、他の変形例の撮像素子２１２Ｎの焦点検出画素配置を示す図である。上述した撮像素子では、焦点検出画素はひとつの画素内に一対の光電変換部を備えており、１つの焦点検出画素で一対の焦点検出光束を受光しているが、１つの焦点検出画素が１つの光電変換部を備え、１つの焦点検出画素で一対の焦点検出光束の一方の光束を受光するようにしてもかまわない。図４３に示す撮像素子２１２Ｎは、図２６に示す撮像素子２１２Ｇに対応し、焦点検出画素３３０ａ，３３０ｂの組が焦点検出画素３３０に対応し、焦点検出画素３２０ａ，３２０ｂの組が焦点検出画素３２０に対応している。【０１０６】
図４４(ａ)は焦点検出画素３３０ａ（３２０ａ）の構成を示す。焦点検出画素３３０ａ（３２０ａ）はマイクロレンズ１０と光電変換部１６から構成される。また、図４４(ｂ)は焦点検出画素３３０ｂ（３２０ｂ）の構成を示す。焦点検出画素３３０ｂ（３２０ｂ）はマイクロレンズ１０と光電変換部１７から構成される。光電変換部１６，１７はマイクロレンズ１０により交換レンズの射出瞳に投影され、図１１に示す測距瞳９２，９３を形成する。したがって、焦点検出画素３３０ａ、３３０ｂの配列により水平方向の焦点検出に用いる一対の像の出力を得ることができる。また、焦点検出画素３２０ａ、３２０ｂは焦点検出画素３３０ａ、３３０ｂを時計方向に９０度回転したものであり、焦点検出画素３２０ａ、３２０ｂの配列により垂直方向の焦点検出に用いる一対の像の出力を得ることができる。【０１０７】
焦点検出画素内にひとつの光電変換部を備えることによって、撮像画素と焦点検出画素で読み出し回路構成を同一にすることができ、回路構成の複雑化を防止することができる。【０１０８】
図３０に示す他の一実施の形態の撮像動作において、ステップ２２０の顔検出処理では焦点検出画素データを用いず、撮像画素データのみに基づいて顔の位置を特定する例を示したが、ステップ２９０と同様に焦点検出画素列の各画素位置の画素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とともに、撮像画素のデータと画素補間データに基づいて顔の位置を特定するようにしてもよい。このようにすれば、焦点検出画素の位置の画素データも利用できるので顔検出の精度が向上する。【０１０９】
図３０に示す他の一実施の形態の撮像動作において、ステップ２２０の顔検出処理の結果を焦点検出のために用いる例を示したが、それ以外にも露出制御やホワイトバランス制御などに用いることができる。【０１１０】
図３０に示す他の一実施の形態の撮像動作において、ステップ２２０で撮像画面上の人物の顔の位置を特定する例を示したが、これに限定されることはなく、人物の位置や人物の顔の目の位置を特定した結果を焦点検出に用いることができる。また、人物以外でも、撮像画面上で所定の被写体や色を検出してその位置を特定するような場合でもかまわない。【０１１１】
図３０に示す他の一実施の形態の撮像動作において、ステップ２２０で焦点検出画素のデータを用いず、撮像画素のデータのみに基づいて顔検出を行っているが、同様に撮像素子の出力を用いて露出検出、ホワイトバランス検出、ブレ検出などを行う場合においても、焦点検出画素のデータを用いないようにすることができる。また、ステップ２９０と同様に、焦点検出画素列の各画素位置の画素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とともに、撮像画素のデータと画素補間データに基づいて露出検出、ホワイトバランス検出、ブレ検出などを行うようにしてもよい。このようにすれば、焦点検出画素の位置の画素データも利用できるので、露出検出、ホワイトバランス検出、ブレ検出などの検出精度が向上する。【０１１２】
図３０に示す他の一実施の形態の撮像動作において、ステップ２２０〜２３０では撮像画面上で検出された顔の位置の近傍に存在する焦点検出画素のデータに基づいて焦点検出を行う例を示したが、これに限定されるものではなく、焦点検出位置は手動で設定することもできるし、全画面において複数の焦点検出位置で焦点検出を行なうこともできる。【０１１３】
以上の実施の形態において、焦点検出画素が配列される格子のピッチは以下のようにして決定することができる。格子ピッチが細かいと、焦点検出に用いるデータ数が増大して焦点検出演算処理に時間がかかり、レスポンスが低下してしまうとともに、画素補間の誤差が顕著になり、画像品質が低下してしまうので、１０画素以上の格子ピッチにすることが望ましい。さらに、光学系が大きくデフォーカスした場合においても、像ズレ量を検出するためには、焦点検出画素が連続する長さ（格子のピッチ）を所定以上確保する必要がある。例えば図１１に示す一対の測距瞳を通る一対の焦点検出光束の重心の開き角をＦ１０相当とした場合、±５ｍｍのデフォーカスまで検出可能とするためには、撮像画面上で焦点検出画素は０．５ｍｍ（５ｍｍ／１０）の像ズレを検出する必要がある。【０１１４】
０．５ｍｍの像ズレに加えて共通な像部分も必要になるので、結局、撮像画面上で焦点検出画素は１ｍｍ程度連続している必要がある。したがって、この場合格子ピッチは１ｍｍ以上とする必要がある。反対に格子ピッチが粗すぎると、特定された顔の位置とその位置に最も近い焦点検出画素配列の間の距離が長くなり、顔以外の背景などに対して焦点検出を行ってしまう可能性が生じる。例えば撮像素子の撮像画面のサイズを水平３６ｍｍ、垂直２４ｍｍとすれば、顔を主要被写体として撮影する場合の顔の大きさは経験的におおよそ直径４ｍｍ以上となるので、格子ピッチは４ｍｍ以下にする必要がある。また、位置を特定する被写体が人物や人物の目であった場合には、それらの撮像画面上での統計的な大きさに基づいて格子ピッチの上限を設定する必要がある。【０１１５】
上述した撮像素子では、撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示したが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されず、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）を採用してもよい。この場合にも、各色の画素の配置密度が高い色の画素位置に２つの焦点検出画素列の交差位置を一致させることによって、本発明による効果を享受することができる。【０１１６】
また、上述した撮像素子の焦点検出画素には色フィルタを備えていなかったが、撮像画素と同色の色フィルタのうちひとつのフィルタ（たとえば緑フィルタ）を備えるようにした場合でも、本発明を適用することができる。このようにすれば、画像データの補間において焦点検出画素の画像データも利用することができるので、画像品質が向上する。【０１１７】
図５、図４４に示す焦点検出画素において、光電変換部の形状を円形、半円形にした例を示したが、光電変換部の形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよい。例えば、焦点検出画素の光電変換部の形状を楕円や矩形や多角形にすることも可能である。【０１１８】
なお、本発明はＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサのどちらに対しても適用することができる。【０１１９】
本発明はマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の撮像素子に限定されず、１画素に一対の光電変換部を備えた画素を有する撮像素子に適用が可能である。例えば偏光を利用した瞳分割型の撮像素子にも適用可能である。【０１２０】
また、２つの焦点検出画素列が交差する相対的な角度は９０度に限定されず、４５度方向でもよい。【０１２１】
撮像装置は交換レンズが着脱自在にカメラボディに装着される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。レンズ一体型のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラやビデオカメラにも適用できる。携帯電話等に内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラ等にも適用できる。カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用できる。【０１２２】
以上説明したように、一実施の形態とその変形例によれば、焦点検出画素位置の画像データを周囲の撮像画素の画像データを用いて補間により求め、全体の撮像画像を生成する場合に、高い画像品質を維持しながら２つの焦点検出画素配列を交差させることができる。
また、一方の焦点検出画素配列が途切れることによる焦点検出性能の低下などのデメリットを最小にしながら、２つの焦点検出画素配列を交差させることができる。
さらに、特殊な構造の焦点検出画素を必要とせずに、２つの焦点検出画素配列を交差させることができる。【０１２３】
また、従来の撮像装置では撮像画面内に焦点検出領域が点在しているため、撮像画面内の任意の位置で焦点検出を行うことができない。例えば、撮像画素の画像信号を用いて人の顔の位置を特定し、特定した位置で焦点検出を行う場合に、特定した位置に焦点検出領域がないと焦点検出できない。他の実施の形態とその変形例によれば、瞳分割方式で焦点検出を行うにあたって、撮像画面に焦点検出画素を効率的に配置することによって、撮像画面の任意の部分領域において焦点検出画素を複数方向に略均一に分布させ、任意の部分領域において複数方向で焦点検出を可能にするとともに、焦点検出画素の個数を必要最小限に抑えて画像品質の低下を防止することができる。【０１２４】
本出願は日本国特許出願２００６−２４９５２５号（２００６年９月１４日出願）を基礎として、その内容は引用文としてここに組み込まれる。
【図１】
2008032820.tif 000003
【図２】
2008032820.tif 000004
【図３】
2008032820.tif 000005
【図４】
2008032820.tif 000006
【図５】
2008032820.tif 000007
【図６】
2008032820.tif 000008
【図７】
2008032820.tif 000009
【図８】
2008032820.tif 000010
【図９】
2008032820.tif 000011
【図１０】
2008032820.tif 000012
【図１１】
2008032820.tif 000013
【図１２】
2008032820.tif 000014
【図１３】
2008032820.tif 000015
【図１４】
2008032820.tif 000016
【図１５】
2008032820.tif 000017
【図１６】
2008032820.tif 000018
【図１７】
2008032820.tif 000019
【図１８】
2008032820.tif 000020
【図１９】
2008032820.tif 000021
【図２０】
2008032820.tif 000022
【図２１】
2008032820.tif 000023
【図２２】
2008032820.tif 000024
【図２３】
2008032820.tif 000025
【図２４】
2008032820.tif 000026
【図２５】
2008032820.tif 000027
【図２６】
2008032820.tif 000028
【図２７】
2008032820.tif 000029
【図２８】
2008032820.tif 000030
【図２９】
2008032820.tif 000031
【図３０】
2008032820.tif 000032
【図３１】
2008032820.tif 000033
【図３２】
2008032820.tif 000034
【図３３】
2008032820.tif 000035
【図３４】
2008032820.tif 000036
【図３５】
2008032820.tif 000037
【図３６】
2008032820.tif 000038
【図３７】
2008032820.tif 000039
【図３８】
2008032820.tif 000040
【図３９】
2008032820.tif 000041
【図４０】
2008032820.tif 000042
【図４１】
2008032820.tif 000043
【図４２】
2008032820.tif 000044
【図４３】
2008032820.tif 000045
【図４４】
2008032820.tif 000046
【国際調査報告】
2008032820.tif 000047
2008032820.tif 000048
2008032820.tif 000049
2008032820.tif 000050
2008032820.tif 000051
2008032820.tif 000052
2008032820.tif 000053