(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が被写体像に関する撮像信号を出力する複数の撮像画素と、各々が分割瞳像に関する焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とが二次元配列に従って配置され、前記複数の焦点検出画素が互いに隣接して複数の直線列に配置されることによって形成される複数の焦点検出画素配列が所定の画素位置で交差するように配置された撮像素子と、
前記所定の画素位置の近傍に配置された前記複数の焦点検出画素が出力する前記焦点検出信号と、該所定の画素位置における前記焦点検出信号とに基づいて、前記複数の焦点検出画素配列の各々に対応する焦点検出信号データ配列に含まれる、該所定の画素位置における特定の焦点検出信号データを取得する焦点検出信号取得手段と、
前記焦点検出信号データ配列に基づき、瞳分割型位相差検出方式によって、前記被写体像に関する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、
前記複数の焦点検出画素配列は、第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とを含み、
前記第１の焦点検出画素配列は、第１の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素を含み、
前記第２の焦点検出画素配列は、第２の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素を含み、
前記所定の画素位置に配置される焦点検出画素は、前記第１の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素の１つであって、
前記焦点検出信号取得手段は、前記第１の焦点検出画素配列に対応する前記焦点検出信号データ配列に含まれる前記特定の焦点検出信号データとして、前記所定の画素位置における前記焦点検出信号を取得し、前記所定の画素位置の近傍の前記第２の焦点検出画素配列に配置された、前記複数の焦点検出画素が出力する前記焦点検出信号と、該所定の画素位置における前記焦点検出信号とに基づいて、前記第２の焦点検出画素配列に対応する前記焦点検出信号データ配列に含まれる前記特定の焦点検出信号データを取得す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、
前記複数の焦点検出画素配列は、第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とを含み、
前記第１の焦点検出画素配列は、第１の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素を含み、
前記第２の焦点検出画素配列は、第２の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素を含み、
前記所定の画素位置に配置される焦点検出画素は、前記第１の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素および前記第２の方向に並ぶ前記分割瞳像に関する前記焦点検出信号を出力する前記複数の焦点検出画素のいずれとも異なる焦点検出画素であって、
前記焦点検出信号取得手段は、前記所定の画素位置の近傍の前記第１の焦点検出画素配列に配置された、前記複数の焦点検出画素が出力する前記焦点検出信号と、該所定の画素位置における前記焦点検出信号とに基づいて、前記第１の焦点検出画素配列に対応する前記焦点検出信号データ配列に含まれる前記特定の焦点検出信号データを取得するとともに、前記所定の画素位置の近傍の前記第２の焦点検出画素配列に配置された、前記複数の焦点検出画素が出力する前記焦点検出信号と、該所定の画素位置における前記焦点検出信号とに基づいて、前記第２の焦点検出画素配列に対応する前記焦点検出信号データ配列に含まれる前記特定の焦点検出信号データを取得することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の撮像装置において、
該所定の画素位置の近傍とは、該所定の画素位置に隣接する画素位置であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出画素の出力する前記焦点検出信号と該複数の焦点検出画素に近接した前記複数の撮像画素の出力する前記撮像信号とに基づいて、該複数の焦点検出画素の画素位置における前記撮像信号を補間する撮像信号補間手段と、
前記複数の撮像画素の出力する前記撮像信号と前記撮像信号補間手段によって補間された前記撮像信号とに基づいて、撮像画像信号を生成する撮像画像生成手段とをさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記二次元配列は、正方格子状の配列であって、
前記第１の焦点検出画素配列の配列方向は、前記撮像素子の外形の１辺に対して平行な方向または垂直方向であって、
前記第２の焦点検出画素配列の配列方向は、前記第１の焦点検出画素配列の配列方向と直交する方向であることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記二次元配列は、正方格子状の配列であって、
前記第１の焦点検出画素配列の配列方向は、前記撮像素子の外形の１辺に対して斜め４５度方向であって、
前記第２の焦点検出画素配列の配列方向は、前記第１の焦点検出画素配列の配列方向と直交する方向であることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記第１の焦点検出画素配列は、前記撮像素子に入射して前記第１の方向に並ぶ前記分割瞳像を形成する第１の一対の光束のうちの一方を受光する第１の焦点検出画素と、前記第１の一対の光束のうちの他方を受光する第２の焦点検出画素とを含み、かつ前記第１の焦点検出画素と前記第２の焦点検出画素とが交互に繰り返して前記第１の方向と平行に配置される配列であって、
前記第２の焦点検出画素配列は、前記撮像素子に入射して前記第２の方向に並ぶ前記分割瞳像を形成する第２の一対の光束のうちの一方を受光する第３の焦点検出画素と、前記第２の一対の光束のうちの他方を受光する第４の焦点検出画素とを含み、かつ前記第３の焦点検出画素と前記第４の焦点検出画素とが交互に繰り返して前記第２の方向と平行に配置される配列であることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項２〜７のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記第１の焦点検出画素配列は、前記撮像素子に入射して前記第１の方向に並ぶ前記分割瞳像を形成する第１の一対の光束のうちの一方を受光する第１の受光部と前記第１の一対の光束のうちの他方を受光する第２の受光部とを有する第５の焦点検出画素を含み、かつ前記第１の受光部と前記第２の受光部とが交互に繰り返して前記第１の方向と平行に配置されるように、前記第５の焦点検出画素が配置される配列であって、
前記第２の焦点検出画素配列は、前記撮像素子に入射して前記第２の方向に並ぶ前記分割瞳を形成する第２の一対の光束のうちの一方を受光する第３の受光部と前記第２の一対の光束のうちの他方を受光する第４の受光部とを有する第６の焦点検出画素を含み、かつ前記第３の受光部と前記第４の受光部とが交互に繰り返して前記第２の方向と平行に配置されるように、前記第６の焦点検出画素が配置される配列であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の撮像装置において、
前記第１の一対の光束および前記第２の一対の光束の各々は、前記撮像素子に入射して前記被写体像を形成する撮影光束に関して互いに相補的な光束であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記複数の撮像画素は、緑色光に感度を有する緑画素と、赤色光に感度を有する赤画素と、青色光に感度を有する青画素と含み、前記緑画素と前記赤画素と前記青画素とによって形成されるベイヤー配列に従って、前記撮像素子に配置されることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像装置において、
前記所定の画素位置は、前記ベイヤー配列に従って前記緑画素が配置されるべき画素位置と一致することを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記撮像素子上に前記被写体像を形成する光学系をさらに備え、
前記光学系の光軸と前記撮像素子の受光面とが交差する光軸位置と前記所定の画素位置とを結ぶ線分と、前記第１の焦点検出画素配列の配列方向とによって形成される第１の交角の角度、および前記線分と、前記第２の焦点検出画素配列の配列方向とによって形成される第２の交角の角度のうち、他方に比して角度が大きい一方の交角を形成する焦点検出画素配列に含まれる前記複数の焦点検出画素が前記所定の画素位置に配置され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、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像画素と瞳分割方式の焦点検出画素を混載する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）。このような撮像装置においては瞳分割方式の焦点検出画素を直線状に配列し、焦点検出画素配列の出力に基づき焦点検出画素配列状に形成された像の焦点調節状態を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２４８０１号公報
【発明の概要】
【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装置においては、焦点検出画素配列の方向において像のコントラスト変化がない場合には焦点調節状態の検出ができない。このような不具合を回避するために、複数の方向に配列された焦点検出画素を交差させて配置することが考えられるが、複数の焦点検出画素配列が交差する画素位置においてはどれか１つの焦点検出画素配列に属する焦点検出画素しか配置できない。そのためそれ以外の焦点検出画素配列による焦点調節状態の検出においては、交差画素位置における焦点検出画素の出力が欠損してしまい、焦点調節状態の検出精度が低下してしまうという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明による撮像装置は、各々が被写体像に関する撮像信号を出力する複数の撮像画素と、各々が分割瞳像に関する焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とが二次元配列に従って配置され、前記複数の焦点検出画素が互いに隣接して複数の直線列に配置されることによって形成される複数の焦点検出画素配列が所定の画素位置で交差するように配置された撮像素子と、前記所定の画素位置の近傍に配置された前記複数の焦点検出画素が出力する前記焦点検出信号と、該所定の画素位置における前記焦点検出信号とに基づいて、前記複数の焦点検出画素配列の各々に対応する焦点検出信号データ配列に含まれる、該所定の画素位置における特定の焦点検出信号データを取得する焦点検出信号取得手段と、前記焦点検出信号データ配列に基づき、瞳分割型位相差検出方式によって、前記被写体像に関する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する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、上述の欠点を克服し、複数の方向において高精度に焦点調節状態を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図４】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る。
【図５】撮像画素の正面図である。
【図６】焦点検出画素の正面図である。
【図７】撮像画素の断面図である。
【図８】焦点検出画素の断面図である。
【図９】撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。
【図１０】焦点検出画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。
【図１１】デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。
【図１２】一対のデータのずらし量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図である。
【図１３】第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。
【図１４】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図１５】第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。
【図１６】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図１７】焦点検出画素の正面図である。
【図１８】焦点検出画素の断面図である。
【図１９】第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。
【図２０】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２１】第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。
【図２２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。
【図２３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２４】焦点検出画素の正面図である。
【図２５】第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。
【図２６】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２７】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２８】焦点検出画素および撮像画素の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は本実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。本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。
【０００９】
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、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置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、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信により後述するレンズ情報の送信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）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。
【００１０】
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、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（焦点検出エリア）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２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置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、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、デジタルスチルカメラ２０１の動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信を行う。
【００１２】
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は撮像素子２１２によるスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。
【００１３】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２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２１２により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１４】
ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの焦点検出信号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からの画像信号を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１５】
レンズ駆動制御装置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とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値を検出し、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する。
【００１６】
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、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、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１７】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置（焦点検出エリア）を示す図であり、後述する撮像素子２１２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（光軸上）および左右の３箇所に十字型の焦点検出エリア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、焦点検出画素が水平方向および垂直方向に直線的に配列される。
【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における焦点検出エリア１０２の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２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。垂直方向の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。同じく水平方向の焦点検出用には撮像画素と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素３１５、３１６が交互に、本来緑画素と赤画素が連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。
【００１９】
水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列が交差する画素位置（ベイヤー配列の配置規則で緑画素が配置されるべき位置）には、垂直方向焦点検出用の焦点検出画素３１３が配置される。焦点検出エリア１０１、１０３における画素配列も基本的に図３に示す配列と同様である。
【００２０】
図４は撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズ１０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４に（ａ）、（ｂ）で示す形状になっている。
【００２１】
撮像画素３１０は、図５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正方形に制限された光電変換部１１、および色フィルタ（不図示）から構成される。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特性を有している。撮像素子２１２には、各色フィルタを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。
【００２２】
焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６には全ての色に対して焦点検出を行うために全ての可視光を透過する白色フィルタが設けられており、その白色フィルタは、緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性を有する。換言すると、その焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６が高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。
【００２３】
焦点検出画素３１３は、正面図を表した図６(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正方形の上半分（正方形を水平線で２等分した場合の上半分）に制限された光電変換部１３、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２４】
また、焦点検出画素３１４は、正面図を表した図６(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正方形の下半分（正方形を水平線で２等分した場合の下半分）に制限された光電変換部１４、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２５】
焦点検出画素３１３の正面図と焦点検出画素３１４の正面図とをマイクロレンズ１０を基準に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。また図６（ａ）、（ｂ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）を加えると、撮像画素の受光領域と同じサイズの正方形となる。
【００２６】
焦点検出画素３１５は、正面図を表した図６(ｃ)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正方形の左半分（正方形を垂直線で２等分した場合の左半分）に制限された光電変換部１５、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２７】
また、焦点検出画素３１６は、正面図を表した図６(ｄ)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正方形の右半分（正方形を垂直線で２等分した場合の右半分）に制限された光電変換部１６、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００２８】
焦点検出画素３１５の正面図と焦点検出画素３１６の正面図とをマイクロレンズ１０を基準に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１５と１６が水平方向に並んでいる。また図６（ｃ）、（ｄ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）を加えると、撮像画素の受光領域と同じサイズの正方形となる。
【００２９】
図７は、垂直方向の直線で撮像画素配列の断面をとった場合の撮像画素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、光電変換部１１は、遮光マスク３０の開口部３０ａを通過した光を受光する。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３８が形成される。色フィルタ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。
【００３０】
図８は、垂直方向の直線で焦点検出画素３１３、３１４からなる焦点検出画素配列の断面をとった場合の焦点検出画素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、光線変換部１３，１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に白色フィルタ３９が形成される。白色フィルタ３９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。焦点検出画素３１５、３１６の構造も焦点検出画素３１３、３１４の構造を９０度回転しただけであって、基本的に図８に示す焦点検出画素の構造と同様である。
【００３１】
図９は、図３、図７に示す撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を説明するための図であって、垂直方向の直線で撮像画素配列の断面をとっている。撮像素子上に配列された全ての撮像画素の光電変換部１１は、光電変換部１１に近接して配置された前記遮光マスク開口３０ａを通過した光束を受光する。遮光マスク開口３０ａの形状は、各撮像画素のマイクロレンズ１０によりマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の全撮像画素共通な領域９５に投影される。
【００３２】
従って各撮像画素の光電変換部１１は、領域９５と各撮像画素のマイクロレンズ１０を通過する光束７１を受光し、領域９５を通過して各撮像画素のマイクロレンズ１０へ向う光束７１によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３３】
図１０は、図３、図８に示す焦点検出画素３１３，３１４が受光する焦点検出光束の様子を図９と比較して説明するための図であって、垂直方向の直線で焦点検出画素配列の断面をとっている。
【００３４】
撮像素子上に配列された全ての焦点検出画素の光電変換部１３，１４は、光電変換部１３，１４に近接して配置された前記遮光マスク開口３０ｂ、３０ｃを通過した光束を受光する。遮光マスク開口３０ｂの形状は、各焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０により、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上の焦点検出画素３１３に全てに共通した領域９３に投影される。同じく、遮光マスク開口３０ｃの形状は、各焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０により、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上の焦点検出画素３１４に全てに共通した領域９４に投影される。一対の領域９３，９４を測距瞳と呼ぶ。
【００３５】
従って各焦点検出画素３１３の光電変換部１３は、測距瞳９３と各撮像画素のマイクロレンズ１０を通過する光束７３を受光し、測距瞳９３を通過して各撮像画素のマイクロレンズ１０へ向う光束７３によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また各焦点検出画素３１４の光電変換部１４は、測距瞳９４と各撮像画素のマイクロレンズ１０を通過する光束７４を受光し、測距瞳９４を通過して各撮像画素のマイクロレンズ１０へ向う光束７４によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３６】
一対の焦点検出画素３１３，３１４が受光する光束７３，７４が通過する射出瞳９０上の測距瞳９３と９４を統合した領域は、撮像画素３１０が受光する光束７１が通過する射出瞳９０上の領域９５と一致し、射出瞳９０上において光束７３，７４は光束７１に対して相補的な関係になっている。
【００３７】
上述した一対の焦点検出画素３１３、３１４を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した一対の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一対の光束が焦点検出画素配列上（垂直方向）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、焦点検出位置（垂直方向）における予定結像面と結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００３８】
焦点検出画素３１５、３１６が受光する焦点検出光束も焦点検出画素３１３、３１４の受光する一対の焦点検出光束７３，７４を９０度回転しただけであって、基本的に図１０に示す光束と同様であり、測距瞳９３、９４を９０度回転した一対の測距瞳が設定される。一対の焦点検出画素３１５、３１６を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を一対の測距瞳に対応した一対の出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上（水平方向）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。この情報に基づき、焦点検出位置（水平方向）における予定結像面と結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００３９】
図１１は、デジタルスチルカメラ２０１の撮像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Ｓ１００でデジタルスチルカメラ２０１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。ステップＳ１１０において撮像素子３１０から全画素データを読み出す。続くステップＳ１２０では、撮像画素のデータを間引きしたデータを電子ビューファインダーに表示させる。ステップＳ１３０では選択された焦点検出エリアにおいて、第１の焦点検出画素（垂直方向に配列された焦点検出画素３１３，３１４）に基づいて、第２の焦点検出画素（水平方向に配列された焦点検出画素３１５，３１６）配列が第１の焦点検出画素配列と交差する画素位置における仮想的な第２の焦点検出画素のデータを補間する。詳細は後述する。なお、焦点検出エリアは、撮影者が焦点検出エリア選択部材（不図示）を用いて焦点検出エリア１０１〜１０３の内のいずれかを予め選択しているものとする。
【００４０】
ステップＳ１３５では第１の焦点検出画素配列の一対の像データおよび仮想的な第２の焦点検出画素を含む第２の焦点検出画素配列の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、位相差検出処理）およびデフォーカス変換演算を行い、選択された焦点検出エリアにおける垂直方向と水平方向のデフォーカス量を算出する。さらに２方向のデフォーカス量を平均して最終的なデフォーカス量を算出する。なお、一方の方向のデフォーカス量の信頼性が低い場合またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は、デフォーカス量の平均は行わず、他方のデフォーカス量を採用する。また、両方向ともデフォーカス量の信頼性が低い場合またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は焦点検出不能となる。
【００４１】
ステップＳ１４０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Ｓ１５０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を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００４２】
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る。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００４３】
ステップＳ１４０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１６０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Ｓ１１０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Ｓ１７０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３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４、３１５、３１６から画像データを読み出す。
【００４４】
ステップＳ１８０において、焦点検出画素列の各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３１３，３１４、３１５、３１６の周囲の撮像画素３１０のデータと焦点検出画素３１３，３１４、３１５、３１６のデータに基づいて画素補間する。なおこの補間処理については後述する。続くステップＳ１９０では、撮像画素３１０のデータおよび補間された撮像画素３１０のデータからなる画像データをメモリカード２１９に記憶し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００４５】
図１１のステップＳ１３５における像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）の詳細について以下説明する。簡単のため２つの焦点検出画素配列（第１の焦点検出画素配列および第２の焦点検出画素配列）の一方に対する処理を記載するが、もう一方に対する処理も同様である。
【００４６】
焦点検出画素３１３，３１４、または焦点検出画素３１５，３１６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口径蝕を受け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。
焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列（Ａ１１〜Ａ１Ｍ、Ａ２１〜Ａ２Ｍ：Ｍはデータ数）に対し、特開２００７−３３３７２０号公報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）
【００４７】
式（１）において、Σ演算はｎについて累積されるが、ｎのとる範囲は、像ずらし量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ずらし量である。
【００４８】
式（１）の演算結果は、図１２（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１２（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（ｋｓ）を与えるずらし量ｋｓを求める。
ｋｓ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ                                       （２）
Ｃ（ｋｓ）＝ 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）
【００４９】
式（２）で算出されたずらし量ｋｓ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１２（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（ｋｓ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｋｓ）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ｋｓをキャンセルする。
【００５０】
あるいは、Ｃ（ｋｓ）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（ｋｓ）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ｋｓ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ｋｓをキャンセルする。
【００５１】
図１２（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、ずらし量の範囲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（ｋｓ）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。
【００５２】
算出されたずらし量ｋｓ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×ｋｓ                                    （６）
【００５３】
式（６）において、ＰＹは焦点検出画素３１３，３１４、または焦点検出画素３１５，３１６の画素ピッチの２倍（検出ピッチ）である。式（６）で算出された像ずらし量に所定の変換係数Ｋｄを乗じて、式（７）に表されるようにデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。なお変換係数Ｋｄは測距瞳距離ｄを一対の測距瞳の重心間隔で除算した値である。
ｄｅｆ＝Ｋｄ×ｓｈｆｔ                                         （７）
【００５４】
図１１のステップＳ１３０における焦点検出画素補間処理の詳細について以下に説明する。図１３は第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。第１の焦点検出画素配列のデータを図１３のようにα１４、α２４、・・・、α８４で示しており、第２の焦点検出画素配列のデータをβ４１、β４２、・・・、β４８で示している。なお交差画素位置には第１の焦点検出画素が配置されている（すなわち、第２の焦点検出画素は配置されていない）ので、この画素位置に仮想的に第２の焦点検出画素３１６が配置された場合のデータをβ４４としている。
【００５５】
前述したように、第１の焦点検出画素３１３が受光する焦点検出光束７３と第１の焦点検出画素３１４が受光する焦点検出光束７４を足し合わせた光束は、第２の焦点検出画素３１５が受光する焦点検出光束と第２の焦点検出画素３１６が受光する焦点検出光束を足し合わせた光束と等しくなる。
【００５６】
したがって、交差画素位置における第１の焦点検出画素３１３が受光する焦点検出光束７３により生成されるデータと、該交差画素位置に、第１の焦点検出画素３１４が仮想的に配置されたとした場合において、第１の焦点検出画素３１４が受光する焦点検出光束７４により生成されるデータとを足し合わせたデータγは、交差画素位置およびその近傍の第１の焦点検出画素のデータに基づき次式のように算出される。
γ＝α４４＋（α３４＋α５４）／２                      （８）
【００５７】
一方、交差画素位置において、第２の焦点検出画素３１５が受光する光束により生成されるデータδは、交差画素位置を挟む第２の焦点検出画素３１５のデータを平均して次式のように算出される。
δ＝（β４３＋β４５）／２                              （９）
【００５８】
以上より交差画素位置に仮想的に第２の焦点検出画素３１６を配置した場合のデータβ４４は以下のように求められる。
β４４＝γ―δ＝α４４＋（α３４＋α５４）／２―（β４３＋β４５）／２
（１０）
【００５９】
式（１０）のようにして求めたデータβ４４は、交差画素位置のデータおよび交差画素位置に隣接した画素のデータを使用して求めているので、交差画素位置近傍の焦点検出画素３１６のデータを単純に平均して求めた場合、例えばβ４４＝（β４２＋β４６）／２として求めた場合に比較して補間精度が格段に向上し、この補間データを用いた焦点検出の演算精度も向上する。
【００６０】
図１１のステップＳ１８０における撮像画素補間処理の詳細について以下に説明する。図１３において、撮像画素がベイヤー配列の配置規則に従って配置される場合、交差画素位置には緑画素が配置される。交差画素位置に仮想的に緑画素が配置された場合のデータをＧ４４とすると、データＧ４４は交差画素位置に最隣接する４つの緑画素データＧ３３、Ｇ３５、Ｇ５３、Ｇ５５を平均して求めることができる。
Ｇ４４＝（Ｇ３３＋Ｇ３５＋Ｇ５３＋Ｇ５５）／４                 （１１）
【００６１】
交差画素位置以外の焦点検出画素配列上に、ベイヤー配列の配置規則に従って仮想的に緑画素が配置された場合のデータも、最隣接の４つの緑画素のデータを平均することにより求めることができる。また、交差画素位置以外の焦点検出画素配列上にベイヤー配列の配置規則に従って仮想的に赤画素、青画素が配置された場合のデータは、基本的に仮想的な画素の画素位置に最近接する２つの赤画素または青画素のデータを平均して求める。例えば、交差画素位置の下隣の画素位置に、仮想的に青画素が配置された場合のデータをＢ５４とすると、Ｂ５４は次式で求められる。
Ｂ５４＝（Ｂ５２＋Ｂ５６）／２                                 （１２）
【００６２】
斜め方向の最近接に青画素がある場合にはそれらを平均に用いてもよい。例えば、交差画素位置の下隣の画素位置に、仮想的に青画素が配置された場合のデータをＢ５４とすると、Ｂ５４は次式で求められる。
Ｂ５４＝（Ｂ５２＋Ｂ５６＋Ｂ３２＋Ｂ３６＋Ｂ７２＋Ｂ７６）／６   （１３）
【００６３】
また、例えば、交差画素位置の右隣の画素位置に、仮想的に赤画素が配置された場合のデータをＲ４５とすると、Ｒ４５は次式で求められる。
Ｒ４５＝（Ｒ２５＋Ｒ６５）／２                                 （１４）
【００６４】
斜め方向の最近接に赤画素がある場合にはそれらを平均に用いてもよい。例えば、交差画素位置の右隣の画素位置に、仮想的に赤画素が配置された場合のデータをＲ４５とすると、Ｒ４５は次式で求められる。
Ｒ４５＝（Ｒ２５＋Ｒ６５＋Ｒ２３＋Ｒ６３＋Ｒ２７＋Ｒ６７）／６   （１５）
【００６５】
上記の撮像画素補間処理においては、仮想的な撮像画素に近接する同じ色の撮像画素のデータを用いているが、焦点検出画素のデータをさらに用いるようにしても良い。例えば、交差画素位置の下隣の画素位置に、仮想的に青画素が配置された場合のデータをＢ５４とした場合、該画素位置近傍において色相が大きく変化しないと仮定すれば、焦点検出画素のデータに基づいて求めた該画素位置における輝度データ（α５４＋（α４４＋α６４）／２）と、近傍の撮像画素のデータに基づいて求めた青色／白色の成分比（（Ｂ５２＋Ｂ５６）／（Ｂ５２＋Ｂ５６＋Ｇ５３＋Ｇ５５＋Ｒ６３＋Ｒ６５））とを掛け合わせることにより、以下のようにデータＢ５４を求めることができる。
Ｂ５４＝（α５４＋（α４４＋α６４）／２）×（Ｂ５２＋Ｂ５６）／（Ｂ５２＋Ｂ５６＋Ｇ５３＋Ｇ５５＋Ｒ６３＋Ｒ６５）                    （１６）
【００６６】
このように、仮想的な撮像画素の画素位置およびその近傍における焦点検出画素のデータを用いることにより、高周波の空間周波数成分を有する像に対する撮像画素補間精度を向上することができる。
【００６７】
上記実施形態のように複数の焦点検出画素配列が交差している場合において、高精度に交差画素位置の焦点検出画素のデータを補間することができるので、複数の方向において正確に焦点検出を行うことが可能になる。
【００６８】
また撮像画素をベイヤー配列の配置規則で配列するとともに、複数の焦点検出画素配列の交差画素位置を緑画素が配置されるべき画素位置としているので、交差画素位置の仮想的な撮像画素のデータを補間する場合において、高精度に補間することが可能になる。
【００６９】
また画面中心（撮影光軸）から離れた焦点検出エリアにおいて瞳分割型の焦点検出を行う場合には、一対の焦点検出光束の並び方向が焦点検出エリアと画面中心を結ぶ直線に直交する方向に並ぶほうが、交換レンズの射出瞳位置が変化した場合に、一対の焦点検出光束の口径蝕のアンバランスが生じにくいので有利である。上記実施形態においては画面中心（撮影光軸）から離れた焦点検出エリア１０２、１０３において、交差画素位置には焦点検出エリアと画面中心を結ぶ直線に対し直交する方向（角度が大きい方向）に配列された第１の焦点検出画素配列に属する焦点検出画素３１３を配置することにより、像高の高い焦点検出エリアにおいて焦点検出光束のアンバランスを防止し、確実に焦点検出を行うことができる。
【００７０】
《発明の他の実施の形態》
＜交差画素位置に第３の焦点検出画素を配置＞
図１４は、別実施形態の撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図３に対応する図である。図３と異なる点は、垂直方向の焦点検出画素配列（第１の焦点検出画素配列）と水平方向の焦点検出画素配列（第２の焦点検出画素配列）が交差する画素位置（ベイヤー配列の配置規則で緑画素が配置されるべき画素位置）に、第１の焦点検出画素および第２の焦点検出画素とは異なる焦点検出画素３１７（第３の焦点検出画素）が配置される点である。
【００７１】
焦点検出画素３１７は、フィルタ以外は撮像画素３１０と同様な構造を有しており、フィルタは焦点検出画素と同じ白色フィルタを有している。焦点検出画素３１７の受光領域は焦点検出画素３１３、３１４、３１５、３１６の２倍のサイズの正方形になっており、焦点検出画素３１７（第３の焦点検出画素）が配置された画素位置に仮想的に焦点検出画素３１３と３１４または焦点検出画素３１５と３１６が配置されているとした場合に、焦点検出画素３１７のデータは仮想的な焦点検出画素３１３、３１４のデータを加算した値、または仮想的な焦点検出画素３１３、３１４のデータを加算した値となる。
【００７２】
図１５は、第１の焦点検出画素配列と第２の焦点検出画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。第１の焦点検出画素配列のデータを図のようにα１４、α２４、・・・、α８４で示しており、第２の焦点検出画素配列のデータをβ４１、β４２、・・・、β４８で示している。
【００７３】
焦点検出画素３１７（第３の焦点検出画素）のデータをη４４とすると、焦点検出画素３１７が配置された画素位置における仮想的な第１の焦点検出画素３１３のデータα４４、および焦点検出画素３１７が配置された画素位置における仮想的な第２の焦点検出画素３１３のデータβ４４は、以下のように算出される。
α４４＝η４４−（α３４＋α５４）／２                  （１７）
β４４＝η４４−（β４３＋β４５）／２                  （１８）
【００７４】
上記実施形態においては、交差画素位置に第１の焦点検出画素を配置する場合に比較して、仮想的な第２の焦点検出画素のデータの補間精度が向上する。
【００７５】
＜１つの焦点検出画素に一対の受光領域を備える＞
図３に示す撮像素子２１２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および一対の焦点検出画素３１５，３１６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１６は、このような撮像素子２１２の部分拡大図であり、焦点検出画素３１１および３１２は一対の光電変換部を備える。第１の焦点検出画素３１１の画素配列と第２の焦点検出画素３１２の画素配列とが交差する画素位置には、第１の焦点検出画素３１１が配置される。
【００７６】
図１７（ａ）に示す焦点検出画素３１１は、図６（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し、図１７（ｂ）に示す焦点検出画素３１１は、図６（ｃ）、（ｄ）に示す焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素３１１、３１２は、図１７（ａ）、（ｂ）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または一対の光電変換部１５，１６とから構成される。焦点検出画素３１１、３１２には白色フィルタが配置されており、その分光感度特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光感度特性と、赤外カットフィルタ（不図示）の分光感度特性とを総合した分光感度特性となる。つまり、上述した緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性となり、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。
【００７７】
図１８は、図１７（ａ）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、その上に白色フィルタ３９が形成される。白色フィルタ３９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。焦点検出画素３１２の構造も焦点検出画素３１１の構造を９０度回転しただけであって、基本的に図１８に示す焦点検出画素の構造と同様である。
【００７８】
図１９は、第１の焦点検出画素３１１の画素配列と第２の焦点検出画素３１２の画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。交差画素位置を含む連続した３画素の第１の焦点検出画素３１１の配列の一対のデータを、図のように（Ａ３４、Ｂ３４）、（Ａ４４、Ｂ４４）、（Ａ５４、Ｂ５４）とし、交差画素位置を挟む２画素の第２の焦点検出画素３１２の配列の一対のデータを、図のように（Ｃ４３、Ｄ４３）、（Ｃ４５、Ｄ４５）とすると、焦点交差画素位置における仮想的な第２の焦点検出画素３１２の一対のデータ（Ｃ４４、Ｄ４４）は、以下のように算出される。
Ｓ＝２×（Ａ４４＋Ｂ４４）／（Ｃ４３＋Ｃ４５＋Ｄ４３＋Ｄ４５） （１９）
Ｃ４４＝Ｓ×（Ｃ４３＋Ｃ４５）／２                      （２０）
Ｄ４４＝Ｓ×（Ｄ４３＋Ｄ４５）／２                      （２１）
【００７９】
＜交差画素位置に第３の焦点検出画素を配置＞
図２０は、別実施形態の撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図である。図１６と異なる点は、垂直方向の焦点検出画素配列（第１の焦点検出画素配列）と水平方向の焦点検出画素配（第２の焦点検出画素配列）列とが交差する画素位置（ベイヤー配列の配置規則で緑画素が配置されるべき位置）には、焦点検出画素３１７（第３の焦点検出画素）が配置される点である。
【００８０】
焦点検出画素３１７は、フィルタ以外は撮像画素３１０と同様な構造を有しており、フィルタは焦点検出画素と同じ白色フィルタを有している。焦点検出画素３１７の受光領域のサイズは、焦点検出画素３１２の一対の受光部および焦点検出画素３１２の一対の受光部のサイズと同じサイズになっており、焦点検出画素３１７（第３の焦点検出画素）が配置された画素位置に、仮想的に焦点検出画素３１１または焦点検出画素３１２が配置されているとした場合に、焦点検出画素３１７のデータは、仮想的な焦点検出画素３１１の一対データを加算した値、または仮想的な焦点検出画素３１２の一対のデータを加算した値となる。
【００８１】
図２１は、第１の焦点検出画素３１１の画素配列と第２の焦点検出画素３１２の画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。焦点検出画素３１７（第３の焦点検出画素）のデータをη４４とし、交差画素位置の上下の第１の焦点検出画素３１１の配列の一対のデータを、図のように（Ａ３４、Ｂ３４）、（Ａ５４、Ｂ５４）とし、交差画素位置の左右の２画素の第２の焦点検出画素３１２の配列の一対のデータを、図のように（Ｃ４３、Ｄ４３）、（Ｃ４５、Ｄ４５）とすると、焦点交差画素位置における仮想的な第１の焦点検出画素３１１の一対のデータ（Ａ４４、Ｂ４４）、および仮想的な第２の焦点検出画素３１２の一対のデータ（Ｃ４４、Ｄ４４）は、以下のように算出される。
Ｓ１＝２×η４４／（Ａ３４＋Ｂ３４＋Ａ５４＋Ｂ５４）           （２２）
Ａ４４＝Ｓ１×（Ａ３４＋Ａ５４）／２                           （２３）
Ｂ４４＝Ｓ１×（Ｂ３４＋Ｂ５４）／２                           （２４）
Ｓ２＝２×η４４／（Ｃ４３＋Ｃ４５＋Ｄ４３＋Ｄ４５）           （２５）
Ｃ４４＝Ｓ２×（Ｃ４３＋Ｃ４５）／２                           （２６）
Ｄ４４＝Ｓ２×（Ｄ４３＋Ｄ４５）／２                           （２７）
【００８２】
＜×字型の焦点検出エリア、交差画素位置＝緑＞
図２２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置（焦点検出エリア）を示す図であり、詳細な構成を後述する撮像素子２１２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上の中央および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１１１〜１１５が配置される。焦点検出画素が、長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に対して、斜め右上がり４５度方向および斜め左上がり４５度方向に直線的に配列される。２つの方向に配列した焦点検出画素配列は各焦点検出エリアの中心で交差する。交差する画素位置では、交差する画素位置と画面中心とを結ぶ直線に直交する方向に配列された焦点検出画素配列に属する焦点検出画素が配置される。
【００８３】
図２３は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリア１１４の近傍を拡大して示す。撮像素子２１２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。焦点検出エリア１１４に対応する位置には、撮像画素と同一の画素サイズを有し、白色フィルタを備えた焦点検出画素３２３と３２４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とともに、白色フィルタを備えた焦点検出画素３２５と３２６が、交互に、本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め左上がり４５度方向の直線上に連続して配列される。焦点検出画素３２３と３２４、および焦点検出画素３２５と３２６は、本来緑画素が配置される画素位置に配置されるとともに、交差画素位置も、本来緑画素が配置されるべき画素位置になっている。
【００８４】
焦点検出画素３２３は、正面図を表した図２４(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正方形の半分（正方形を左上がり４５度方向の対角線で２等分した場合の右上半分）に制限された光電変換部２３、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００８５】
また、焦点検出画素３２４は、正面図を表した図２４(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正方形の半分（正方形を左上がり４５度方向の対角線で２等分した場合の左下半分）に制限された光電変換部２４、および白色フィルタ（不図示）とから構成される。
【００８６】
焦点検出画素３２３の正面図と焦点検出画素３２４の正面図とをマイクロレンズ１０を基準に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２３と２４が右上がり斜め４５度方向に並んでいる。また図２４（ａ）、（ｂ）において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分（破線部分）を加えると、撮像画素の受光領域と同じサイズの正方形となる。
【００８７】
焦点検出画素３２５、３２６の正面図も、焦点検出画素３２３、３２４の正面図を９０度回転しただけであって、基本的に図２４（ａ）、（ｂ）に示す焦点検出画素３２３、３２４の正面図と同様である。
【００８８】
図２５は、第１の焦点検出画素３２３，３２４の画素配列と第２の焦点検出画素３２５，３２６の画素配列とが交差する画素位置を中心とした８画素×８画素の領域を示した図である。第１の焦点検出画素配列のデータを図のようにＥ８１、Ｅ７２、・・・、Ｅ１８で示しており、第２の焦点検出画素配列のデータをＦ２１、β３２、・・・、Ｆ８７で示している。なお、交差画素位置には第１の焦点検出画素３２３が配置されているので、この画素位置に仮想的に第２の焦点検出画素３２５が配置された場合のデータをＦ５４としている。
【００８９】
交差画素位置において、第１の焦点検出画素３２３のデータと第１の焦点検出画素３２４のデータとを加算した値が、第２の焦点検出画素３２５のデータと第２の焦点検出画素３２６のデータとを加算した値と等しくなるという前提に基づくと、交差画素位置に仮想的に第２の焦点検出画素３２５を配置した場合のデータＦ５４は、以下のように求められる。
Ｆ５４＝Ｅ５４＋（Ｅ４５＋Ｅ６３）／２―（Ｆ４３＋Ｆ６５）／２   （２８）
【００９０】
図２５において、撮像画素がベイヤー配列の配置規則に従って配置される場合、交差画素位置には緑画素が配置される。交差画素位置に仮想的に緑画素が配置された場合のデータをＧ５４とすると、データＧ５４は、交差画素位置に最隣接する４つの緑画素データＧ３４、Ｇ５２、Ｇ５６、Ｇ７４を平均して求めることができる。
Ｇ５４＝（Ｇ３４＋Ｇ５２＋Ｇ５６＋Ｇ７４）／４                 （２９）
【００９１】
交差画素位置から斜め方向に１画素離れた画素位置に、仮想的に緑画素が配置された場合のデータについては、たとえば、交差画素位置の右斜め４５度の隣接画素位置のデータをＧ４５とすると、データＧ４５は、該画素位置に最隣接する４つの緑画素データＧ３４、Ｇ２５、Ｇ５６、Ｇ４７を平均して求めることができる。
Ｇ４５＝（Ｇ３４＋Ｇ２５＋Ｇ５６＋Ｇ４７）／４                 （３０）
【００９２】
交差画素位置から斜め方向に２画素離れた画素位置に、仮想的に緑画素が配置された場合のデータについては、たとえば、交差画素位置の右斜め４５度に２画素離れた画素位置のデータをＧ３６とすると、データＧ３６は、該画素位置に最隣接する６つの緑画素データＧ３４、Ｇ２５、Ｇ５６、Ｇ４７、Ｇ１６、Ｇ３８を平均して求めることができる。
Ｇ３６＝（Ｇ３４＋Ｇ２５＋Ｇ５６＋Ｇ４７＋Ｇ１６＋Ｇ３８）／６   （３１）
【００９３】
上記の実施形態では、焦点検出画素は青画素、赤画素に比較して高密度に配置された緑画素の画素位置に配置されるので、撮像画素データの補間誤差が目立ちにくくなる。
【００９４】
＜×字型の焦点検出エリア、交差画素位置＝青＞
図２６は、図２３に示す実施形態の変形例であって、本来青画素が配置されるべき画素位置を交差画素位置にした場合を示した図である。このような配置において、焦点検出画素は、本来青画素および赤画素が配置されるべき画素位置に配置されるので、仮想的な青画素および仮想的な赤画素のデータは、該仮想的な青画素および仮想的な赤画素の画素位置を基準として、水平方向および垂直方向に２画素離れた４つの青画素のデータまたは４つの赤画素のデータを平均することによって、画一的な補間演算処理により求めることができる。
【００９５】
＜水平方向と斜め方向の焦点検出画素配列の交差＞
以上の実施形態においては、２つの焦点検出画素配列が直交して交差していたが、必ずしも直交しなくても構わない。図２７は、水平方向の焦点検出画素配列と斜め右上がり４５度方向の焦点検出画素配列とが交差する実施形態の撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリアの近傍を拡大して示している。このような焦点検出画素配列に対しても、上述した実施形態と同様にして、交差画素位置の仮想的な焦点検出画素のデータを求めることができる。また、焦点検出画素の数は２つに限定されたものではなく、たとえば、水平方向、垂直方向、斜め右上がり４５度方向、斜め左上がり４５度方向の４つの方向に配列した焦点検出画素配列を、１つの交差画素位置で交差させるようにした場合においても、本発明を適用することができる。
【００９６】
＜焦点検出画素の受光領域形状が半円＞
また、必ずしも撮像画素の光電変換部の受光領域を正方形として、焦点検出画素の光電変換部の受光領域の形状を、該正方形を２等分した矩形または三角形にする必要はない。例えば、図３の実施形態において、撮像画素３１０の光電変換部１１の受光領域の形状が、図２８（ｅ）に示すような円形であるとした場合には、図３における焦点検出画素３１３、３１４、４１５，３１６に対応した焦点検出画素３３３、３３４、３３５，３３６の光電変換部３３、３４、３５，３６の受光領域は、図２８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、撮像画素１１の受光領域を水平線で２等分した半円領域（光電変換部３３、３４）および垂直線で２等分した半円領域（光電変換部３５、３６）とすることができる。
【００９７】
上述した実施形態における撮像素子では、焦点検出画素が白色フィルタを備えた例を示したが、撮像画素と同じ色フィルタ（例えば緑フィルタ）を備えるようにした場合にも本発明を適用することができる。
【００９８】
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ることはなく、補色フィルタ（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。また、色フィルタを備えないモノクロの撮像素子にも適用することができる。
【００９９】
上述した実施形態においては、撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどを適用することができる。
【０１００】
上述した実施形態においては、撮像素子と光学系との間に光学要素を何も配置していないが、適宜必要な光学要素を挿入することが可能である。例えば、赤外カットフィルタや光学的ローパスフィルタやハーフミラーなどを設置してもよい。
【０１０１】
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】
【０１０２】
９、１０  マイクロレンズ、１１、１３、１４、１５、１６、２３、２４、３３、３４、３５、３６  光電変換部、２９  半導体回路基板、３０  遮光マスク、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  開口部、３１、３２  平坦化層、３８  色フィルタ、３９  白色フィルタ、７１、７３、７４  光束、９０  射出瞳、９１  交換レンズの光軸、９３、９４  測距瞳、９５  領域、１００  撮影画面、１０１、１０２、１０３、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５  焦点検出エリア、２０１  デジタルスチルカメラ、２０２  交換レンズ、２０３  カメラボディ、２０４  マウント部、２０６  レンズ駆動制御装置、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、２１２  撮像素子、２１３  電気接点、２１４  ボディ駆動制御装置、２１５  液晶表示素子駆動回路、２１６  液晶表示素子、２１７  接眼レンズ、２１９  メモリカード、３１０  撮像画素、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３２３、３２４、３２５、３２６、３３３、３３４、３３５、３３６  焦点検出画素
【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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