(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を通過する第１及び第２の光束を受光し、第１及び第２の信号を出力する複数の焦点検出画素と、
前記第１及び第２の信号に対する相関演算で前記第１及び第２の光束のズレ量を検出するズレ量検出部と、
前記ズレ量に変換係数を乗じて前記光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備え、
前記デフォーカス量算出部は、前記デフォーカス量または前記ズレ量の絶対値が閾値未満である場合に前記変換係数の値として第１の値を用いるとともに、前記絶対値が前記閾値以上である場合に前記変換係数の値として前記第１の値よりも小さい第２の値を用いる焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記第１の値は前記光学系のＦ値が大きくなるほど大きく定められるとともに、
前記第１の値と前記第２の値との比の値は、前記光学系のＦ値が大きくなるほど１に近づく焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記第１の値が、前記光学系の結像面が前記光学系の光軸方向に変位する際に測定される前記結像面の変位量と、前記ズレ量検出部により検出される前記ズレ量との関係に基づいて定められる焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記関係が測定される際の前記光学系は所定の基準光学系である焦点検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記関係が測定される際の前記光学系は、前記デフォーカス量算出部により前記デフォーカス量が算出される際の前記光学系と同一である焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記第１の値は、前記光学系のＦ値と、前記光学系の射出瞳距離と、前記光学系の射出瞳径とに基づいて定められる焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記第２の値が、前記光学系の結像面が前記光学系の光軸方向に変位する際に測定される前記結像面の変位量と、前記ズレ量検出部により検出される前記ズレ量との関係に基づいて定められる焦点検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記第２の値は、前記第１の値に１未満の調整係数を乗じて得られる焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記光学系の結像面上の中央で検出される前記ズレ量に乗じられる前記変換係数の前記第１の値および前記第２の値の比の値と、前記結像面上の周辺で検出される前記ズレ量に乗じられる前記変換係数の前記第１の値および前記第２の値の比の値とは相異なる焦点検出装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記相関演算は前記第１及び第２の信号に関する減算を含む差分型相関演算処理であり、
前記ズレ量検出部は、前記第１及び第２の信号を相対的に変位させ、相対的に変位された前記第１及び第２の信号に対する前記差分型相関演算処理により、相対的に変位された前記第１及び第２の信号間の相関量を検出するとともに、相対的に変位された前記第１及び第２の信号間の位相差に応じて変化する該相関量が極小値を示すときの前記位相差に基づいて前記ズレ量を検出する焦点検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の焦点検出装置において、
前記第１及び第２の信号は、ｎ個の信号を含む一方の信号Ａ１１〜Ａ１nと、ｎ個の信号を含む他方の信号Ａ２１〜Ａ２nとを含み、
相対的に変位された前記第１及び第２の信号間の前記位相差ｋに応じて変化する前記相関量Ｃ（ｋ）は、式「Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａ１n・Ａ２ｎ+１+ｋ−Ａ２ｎ＋ｋ・Ａ１ｎ+１｜」により算出される焦点検出装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記複数の焦点検出画素は、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを含み、
前記第１焦点検出画素は、マイクロレンズと、該マイクロレンズに対応する第１光電変換部とを有して、前記第１及び第２の光束の一方を受光し、
前記第２焦点検出画素は、マイクロレンズと、該マイクロレンズに対応する第２光電変換部とを有して、前記第１及び第２の光束の他方を受光する焦点検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記焦点検出装置により算出された前記デフォーカス量に応じて前記光学系の焦点調節を行う焦点調節部とを備える焦点調節装置。
【請求項１４】
光学系の射出瞳面を通過する第１及び第２の光束を受光し、第１及び第２の信号を出力する複数の焦点検出画素と、
前記第１及び第２の信号に対する相関演算で前記第１及び第２の光束のズレ量を検出するズレ量検出部と、
前記ズレ量に変換係数を乗じて前記光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備え、
前記デフォーカス量算出部は、前記デフォーカス量または前記ズレ量の絶対値が閾値未満である合焦近傍状態においては前記変換係数の値として第１の値を用いるとともに、前記絶対値が前記閾値以上である大デフォーカス状態においては前記変換係数の値として前記第１の値よりも小さい第２の値を用いる焦点検出装置。
【請求項１５】
光学系を通過する第１及び第２の光束を受光し、第１及び第２の信号を出力する複数の焦点検出画素と、
前記第１及び第２の信号に対する相関演算で前記第１及び第２の光束のズレ量を検出するズレ量検出部と、
前記ズレ量に変換係数を乗じて前記光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備え、
前記デフォーカス量算出部は、前記ズレ量の絶対値が小さい程、大きい値を前記変換係数の値として用いる焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は焦点検出装置および焦点調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズとその背後に配置された一対の光電変換部とを有する焦点検出画素を撮影レンズの予定焦点面上に配列し、これにより撮影レンズを含む光学系（撮影光学系）を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を生成し、この一対の像信号間の像ズレ量を検出することによって撮影レンズの焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置が知られている。 
【０００３】
この種の焦点検出装置では、光学系の射出瞳距離を、該光学系の射出瞳上で一対の焦点検出光束が通過する一対の領域の重心間の距離で除した値を変換係数とし、検出された一対の像信号間の像ズレ量（位相差）に上記変換係数を乗じることにより光学系のデフォーカス量を算出して、焦点調節状態を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６８４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したこの種の焦点検出装置において、デフォーカス量が大きい場合には、上述した従来技術のように像ズレ量をデフォーカス量に変換したのでは変換誤差が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）請求項１に記載の焦点検出装置は、光学系を通過する第１及び第２の光束を受光し、第１及び第２の信号を出力する複数の焦点検出画素と、第１及び第２の信号に対する相関演算で第１及び第２の光束のズレ量を検出するズレ量検出部と、ズレ量に変換係数を乗じて光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備え、デフォーカス量算出部は、デフォーカス量またはズレ量の絶対値が閾値未満である場合に変換係数の値として第１の値を用いるとともに、絶対値が閾値以上である場合に変換係数の値として第１の値よりも小さい第２の値を用いる。
（２）請求項１３に記載の焦点調節装置は、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、焦点検出装置により算出されたデフォーカス量に応じて光学系の焦点調節を行う焦点調節部とを備える。
（３）請求項１４に記載の焦点検出装置は、光学系の射出瞳面を通過する第1及び第２の光束を受光し、第1及び第２の信号を出力する複数の焦点検出画素と、第1及び第２の信号に対する相関演算で第1及び第２の光束のズレ量を検出するズレ量検出部と、ズレ量に変換係数を乗じて光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備え、デフォーカス量算出部は、デフォーカス量またはズレ量の絶対値が閾値未満である合焦近傍状態においては変換係数の値として第１の値を用いるとともに、絶対値が閾値以上である大デフォーカス状態においては変換係数の値として第１の値よりも小さい第２の値を用いる。
（４）請求項１５に記載の焦点検出装置は、光学系を通過する第１及び第２の光束を受光し、第１及び第２の信号を出力する複数の焦点検出画素と、第１及び第２の信号に対する相関演算で第１及び第２の光束のズレ量を検出するズレ量検出部と、ズレ量に変換係数を乗じて光学系のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部とを備え、デフォーカス量算出部は、ズレ量の絶対値が小さい程、大きい値を変換係数の値として用いる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、デフォーカス量が大きい場合においても、像ズレ量からデフォーカス量への変換誤差が微小となる焦点検出装置および焦点調節装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施の形態の焦点検出装置および焦点調節装置を有する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】交換レンズの予定結像面に設定した撮影画面上における焦点検出エリアを示す図である。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図４】焦点検出画素が受光する焦点検出光束の状態を説明するための断面図である。
【図５】焦点検出画素が受光する焦点検出光束の状態を説明するための断面図である。
【図６】一対の測距瞳から各焦点検出エリアに到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。
【図７】一対の焦点検出光束が交換レンズの射出瞳によりどのように制限されるかを示した図である。
【図８】デジタルスチルカメラの動作を示すフローチャートである。
【図９】像ズレ検出演算処理を説明するための図である。
【図１０】像ズレ量検出演算処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】実デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係を示した図である。
【図１２】像ズレ量の絶対値に応じて連続的に変化するように変換係数を定めた一例を示す図である。
【図１３】一対の測距瞳から結像面の中央に配置された焦点検出画素に到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。
【図１４】大デフォーカス時の一対のボケ像の光量分布形状を示した図である。
【図１５】一対のボケ像を相対的にシフトさせてそれぞれの重心位置を通る重心線を一致させた場合の概念図である。
【図１６】相関量が極小になるように一対のボケ像を相対的にシフトさせた場合の概念図である。
【図１７】デフォーカス量が比較的小さい場合の一対のボケ像の光量分布形状を示した図である。
【図１８】一対のボケ像を相対的にシフトさせてそれぞれの重心位置を通る重心線を一致させた場合の概念図である。
【図１９】光学系のＦ値が比較的大きな場合の一対の測距瞳分布の形状を示す図である。
【図２０】一対の焦点検出光束がケラレにより不均一に制限される場合の一対の測距瞳分布の形状を示す図である。
【図２１】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態の焦点検出装置および焦点調節装置を有する撮像装置として、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は一実施の形態の焦点検出装置および焦点調節装置を有する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とから構成され、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。
【００１０】
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、絞り２１１の開口径調節のための駆動制御、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。また、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の受信とを行う。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。 
【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、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。
【００１２】
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る。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の露光制御および撮像素子２１２からの画素信号の読み出しと、焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出演算と、交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画像信号の処理および記録、カメラ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との通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報の送信を行う。
【００１３】
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から読み出された画像データに基づき、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データを記憶する画像ストレージである。
【００１４】
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、撮像画素の画素信号（撮像信号）および焦点検出画素の画素信号（焦点検出信号）がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１５】
ボディ駆動制御装置２１４は、図８を用いて後述するように、撮像素子２１２の焦点検出画素からの画素信号（焦点検出信号）に基づいて一対の像データの像ズレ量を検出し、検出した像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する。すなわち、本実施の形態における焦点検出装置は、少なくとも、焦点検出信号を出力する撮像素子２１２と、像ズレ量検出およびデフォーカス量算出を行うボディ駆動制御装置２１４とを含む。ボディ駆動制御装置２１４は、デフォーカス量に基づいて交換レンズ２０２の焦点調節状態を検出し、合焦近傍でないと判定したとき、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送り、レンズ駆動制御装置２０６にフォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１を駆動させることにより、焦点調節を行う。すなわち、本実施の形態における焦点調節装置は上述した焦点検出装置を含むとともに、その焦点調節装置に含まれる焦点検出装置のボディ駆動制御装置２１４はさらに焦点調節を行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画素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から読み出された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。 
【００１６】
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およびフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値と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とに応じたレンズ情報を選択する。 
【００１７】
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。 
【００１８】
図２は、交換レンズ２０２の予定結像面に規定した撮影画面上における焦点検出エリア（焦点検出位置）の一例を示す図である。図２に示す焦点検出エリアは、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の３箇所に焦点検出エリア１０１、１０２、１０３が配置される。焦点検出エリア１０１、１０２、１０３においては、長方形で示す焦点検出エリアの長手方向、すなわち図２の撮影画面１００の垂直方向（縦方向）に対応するように、焦点検出画素が直線的に配列される。 
【００１９】
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の焦点検出エリア１０１、１０２、１０３に対応する撮像素子２１２上の領域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とともに、焦点検出エリア１０１、１０２、１０３に対応する位置には焦点検出用の焦点検出画素３１２、３１３が垂直方向（縦方向）の直線上に隣接して交互に配列され、焦点検出画素列が形成されている。
【００２０】
撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０、遮光マスク（不図示）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、それぞれの色に対応する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。
【００２１】
焦点検出画素３１２、３１３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（不図示）が設けられている。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し、高い感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素の各々において各色フィルタが高い感度を示す光波長領域を包括している。
【００２２】
焦点検出画素３１２は、マイクロレンズ１０、遮光マスク（不図示）で受光領域を矩形（正方形を水平線で２等分した場合の略上半分）に制限された光電変換部１２、および白色フィルタ（不図示）から構成される。焦点検出画素３１３は、マイクロレンズ１０、遮光マスク（不図示）で受光領域を矩形（正方形を水平線で２等分した場合の略下半分）に制限された光電変換部１３、および白色フィルタ（不図示）から構成される。焦点検出画素３１２と焦点検出画素３１３とをマイクロレンズ１０を基準として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一対の光電変換部１２および１３が垂直方向に並ぶ。
【００２３】
図４は、撮影画面１００の中央近傍にて垂直方向（縦方向）に延在する焦点検出エリア１０１に対応して撮像素子２１２に配置された焦点検出画素列を形成する焦点検出画素３１２，３１３が受光する焦点検出光束の状態を説明するための断面図である。
【００２４】
図４には、交換レンズの光軸９１、マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄ、遮光マスク開口により受光領域を制限された光電変換部１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、焦点検出画素３１２ａ、３１２ｂ、３１３ａ、３１３ｂ、焦点検出光束７２、７３、８２、８３が示されている。
【００２５】
撮像素子２１２上に配列された全ての焦点検出画素３１２、３１３の光電変換部１２，１３は、光電変換部１２，１３に近接して配置された遮光マスク開口を通過した光束を受光する。各焦点検出画素３１２の光電変換部１２に近接して配置された遮光マスク開口の形状は、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だけ離間した測距瞳面９０上の、焦点検出画素３１２の全てに共通した領域９２に投影される。同じく各焦点検出画素３１３の光電変換部１３に近接して配置された遮光マスク開口の形状は、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だけ離間した測距瞳面９０上の、焦点検出画素３１３の全てに共通した領域９３に投影される。測距瞳面９０は、交換レンズ２０２に含まれる光学系の射出瞳面と実質的に同一の位置に規定される。すなわち、マイクロレンズ１０から測距瞳面９０までの測距瞳距離ｄは、マイクロレンズ１０から光学系の射出瞳までの射出瞳距離と実質的に等しい。測距瞳面９０上の一対の領域９２，９３を測距瞳と呼ぶ。
【００２６】
焦点検出画素３１２ａ、３１２ｂは、光電変換部１２ａ、１２ｂにより、測距瞳９２と各撮像画素のマイクロレンズ１０ａ，１０ｃとを通過する焦点検出光束７２，８２を受光し、焦点検出光束７２，８２によって各マイクロレンズ１０ａ，１０ｃ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂは、光電変換部１３ａ、１３ｂにより、測距瞳９３と各撮像画素のマイクロレンズ１０ｂ，１０ｄとを通過する焦点検出光束７３，８３を受光し、焦点検出光束７３，８３によって各マイクロレンズ１０ｂ，１０ｄ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２７】
図４においては、撮影光軸９１に隣接する４つの焦点検出画素（画素３１２ａ、３１３ａ、３１２ｂ、３１３ｂ）を模式的に例示しているが、焦点検出エリア１０１に対応して撮像素子２１２に配置される焦点検出画素列に含まれるその他の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９２、９３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している。 
【００２８】
図５は、撮影画面１００の周辺領域にて垂直方向（縦方向）に延在する焦点検出エリア１０２に対応して撮像素子２１２に配置された焦点検出画素列を形成する焦点検出画素３１２，３１３が受光する焦点検出光束の状態を説明するための図である。
【００２９】
図５には、マイクロレンズ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、遮光マスク開口により受光領域を制限された光電変換部１２ｃ、１２ｄ、１３ｃ、１３ｄ、焦点検出画素３１２ｃ、３１２ｄ、３１３ｃ、３１３ｄ、焦点検出光束１７２、１７３、１８２、１８３が示されている。
【００３０】
焦点検出画素３１２ｃ、３１２ｄは、光電変換部１２ｃ、１２ｄにより、測距瞳９２と各撮像画素のマイクロレンズ１０ｅ，１０ｇとを通過する焦点検出光束１７２，１８２を受光し、焦点検出光束１７２，１８２によって各マイクロレンズ１０ｅ，１０ｇ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また焦点検出画素３１３ｃ、３１３ｄは、光電変換部１３ｃ、１３ｄにより、測距瞳９３と各撮像画素のマイクロレンズ１０ｆ，１０ｈとを通過する焦点検出光束１７３，１８３を受光し、焦点検出光束１７３，１８３によって各マイクロレンズ１０ｆ，１０ｈ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３１】
図５においては、焦点検出エリア１０２内の隣接する４焦点検出画素（画素３１２ａ、３１３ａ、３１２ｂ、３１３ｂ）を模式的に例示しているが、焦点検出エリア１０２に含まれるその他の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９２、９３から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。
【００３２】
図４，図５において一対の測距瞳９２、９３は光軸９１に対して対称に配置されている。図５のように焦点検出エリアが撮影画面周辺に配置されている場合、一対の測距瞳９２および９３の間の丁度中間点Ｃ０を通る光線は、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄの位置にある中間点Ｃ０のみにおいて光軸９１と交わる。
【００３３】
焦点検出エリア１０３に対応する焦点検出画素の配列も、焦点検出エリア１０２に対応する焦点検出画素の配列と同様な配置となっており、焦点検出エリア１０３に対応する焦点検出画素も測距瞳９２、９３を通る光束を受光する。 
【００３４】
上述したように焦点検出エリア１０１〜１０３に対応する領域においては一対の焦点検出画素３１２、３１３が交互にかつ直線状に多数配置される。各焦点検出画素の光電変換部の出力を測距瞳９２および測距瞳９３に対応した一対の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とをそれぞれ通過する一対の焦点検出光束が垂直方向の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との比例関係に応じた変換係数を用いた変換演算を行うことによって、各焦点検出エリアにおける焦点調節状態（デフォーカス量）が算出される。
【００３５】
図６は、一対の測距瞳から各焦点検出エリアに到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。図４および図５に示す構成によって、焦点検出エリア１０１，１０２，１０３に対応する焦点検出領域１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａには一対の測距瞳９２、９３を通過する一対の焦点検出光束により一対の像が形成される。該一対の像に対応する画素信号を各焦点検出領域１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａに対応して配置された焦点検出画素が出力することになる。測距瞳９２を通る焦点検出光束２７２と測距瞳９３を通る焦点検出光束２７３とが、焦点検出領域１０１Ａに一対の像を形成する。測距瞳９２を通る焦点検出光束２８２と測距瞳９３を通る焦点検出光束２８３とが、焦点検出領域１０２Ａに一対の像を形成する。測距瞳９２を通る焦点検出光束２９２と測距瞳９３を通る焦点検出光束２９３とが、焦点検出領域１０３Ａに一対の像を形成する。 
【００３６】
上述したように、通常、測距瞳面９０は、交換レンズ２０２に含まれる光学系の射出瞳面と実質的に同一の位置に規定されるが、測距瞳面９０の位置と射出瞳面の位置とが相異なることにより、一対の焦点検出光束にケラレが生じる場合がある。図７は図６に対応した図であって、撮像素子２１２から交換レンズの射出瞳９５までの射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄより短い場合、および射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合において、各焦点検出領域１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａに到来する各一対の焦点検出光束（２７２，２７３）、（２８２，２８３）、（２９２，２９３）が、交換レンズの射出瞳９５による口径蝕、ケラレによりどのように制限されるかを示した図である。図７に示す交換レンズの射出瞳９５は、絞り開口を撮像素子側から見た時の射出瞳である。
【００３７】
交換レンズの射出瞳９５が撮像素子２１２から測距瞳距離ｄの位置にある射出瞳９５Ａの場合は、一対の測距瞳９２，９３は光軸上に中心を持つ円形の射出瞳に制限されるため、各焦点検出領域１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａに到来する各一対の焦点検出光束（２７２，２７３）、（２８２，２８３）、（２９２，２９３）は、光軸に対して対称に制限される。
【００３８】
図７において交換レンズの射出瞳９５が撮像素子２１２から射出瞳距離ｄｎの位置にある射出瞳９５Ｂの場合は、焦点検出領域１０１Ａに到来する一対の焦点検出光束（２７２，２７３）は光軸に対して対称に制限されるが、焦点検出領域１０２Ａ，１０３Ａに到来する各一対の焦点検出光束（２８２，２８３）、（２９２，２９３）は光軸に対して非対称となっているため、光軸対称な射出瞳９５Ｂにより非対称に制限される。
【００３９】
図８は、図１に示すデジタルスチルカメラ２０１の動作を示すフローチャートである。図８に示す各処理ステップは、ボディ駆動制御装置２１４によって実行される。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以降の動作を開始する。ステップＳ１１０で撮像画素のデータを間引き読み出しし、液晶表示素子２１６に表示する。続くステップＳ１２０では、焦点検出画素列から、一対の測距瞳を通過する一対の焦点検出を受光した一対の光電変換部が出力する、一対の像に対応した一対の像データ（一対の信号、一対のデータ列）を読み出す。なお、焦点検出エリアは、エリア選択スイッチ（不図示）を用いて撮影者により選択されているものとする。 
【００４０】
ステップＳ１３０において、ボディ駆動制御装置２１４は、読み出された一対の像データに対して後述する像ズレ検出演算処理（差分型相関演算処理）を行い、像ズレ量を算出する。ステップＳ１３５で、ボディ駆動制御装置２１４は、像ズレ量に変換係数を乗じてデフォーカス量に変換する。変換処理の詳細については後述する。
【００４１】
ステップＳ１４０で、ボディ駆動制御装置２１４は、合焦近傍か否か、つまり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、ボディ駆動制御装置２１４は、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用２１０を合焦位置に駆動させ、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、ボディ駆動制御装置２１４は、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のフォーカシング用レンズ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。 
【００４２】
一方、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、ボディ駆動制御装置２１４は、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。シャッターレリーズがなされた場合はステップＳ１７０へ進み、ボディ駆動制御装置２１４は、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（撮影者により設定されたＦ値または自動設定されたＦ値）に設定する。 
【００４３】
絞り制御が終了した時点で、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素およびすべての焦点検出画素から画像データを読み出す。ステップＳ１８０では、ボディ駆動制御装置２１４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画素データに基づく画素補間により生成する。続くステップＳ１９０で、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像画素の画素データおよび画素補間により生成された画素データからなる画像データを、メモリカード２１９に保存し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。 
【００４４】
次に、図８のステップＳ１３０で用いられる一般的な像ズレ検出演算処理（差分型相関演算処理）の詳細について説明する。
【００４５】
一対の焦点検出画素列から読み出された一対の信号、すなわち一対のデータ列（焦点検出画素３１３のデータ：Ａ１１〜Ａ１Ｍ、焦点検出画素３１４のデータ：Ａ２１〜Ａ２Ｍ、Ｍはデータ数）に対し、下記の相関演算式（１）を用いて相関量Ｃ（ｋ）を演算する。式（１）におけるΣ演算では、変数ｎの値を変化させて一対のデータ列を相対的に変位させることにより、一対の焦点検出画素３１３および３１４のデータの差が累積される。変数ｎのとる値の範囲は、一対の焦点検出画素３１３および３１４のデータの差が累積される際の一対のデータ列の相対的な変位量、すなわち位相差ｋに応じてデータＡ１ｎ、Ａ１ｎ＋１、Ａ２ｎ＋ｋ、Ａ２ｎ＋１＋ｋが存在する範囲に限定される。位相差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な位相差である。式（１）に示すように、相関量Ｃ（ｋ）は位相差ｋに応じて変化する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ−Ａ２ｎ＋ｋ｜    ・・・（１）
【００４６】
式（１）に表される演算が差分の絶対値を積算する演算であることから、式（１）に表される減算を含む相関演算は差分型相関演算と呼ばれる。一般に差分型相関演算においては、相関量Ｃ（ｋ）は、一対の像の一致度に対応する一対のデータ列の相関度が極大値を示すときの位相差ｋにおいて極小値をとる特性を示す。相関量Ｃ（ｋ）が小さいほど相関度が高い。
【００４７】
式（１）の演算結果は、図９（ａ）に示すように、一対のデータ列の相関が高いときの位相差（図９（ａ）ではｋ＝ｋｊ＝２）において離散的な相関量Ｃ（ｋ）が極小になる。
【００４８】
式（２）〜（５）による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量の極小値Ｃ（ｋｓ）を与える位相差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）で算出された位相差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。
【００５０】
図９（ｂ）に示すように、一対のデータ列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、相関量の極小値Ｃ（ｋｓ）が所定の閾値以上の場合は算出された位相差ｋｓの信頼性が低いと判定し、算出された位相差ｋｓをキャンセルする。
【００５１】
あるいは、相関量の極小値Ｃ（ｋｓ）を一対のデータ列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で相関量の極小値Ｃ（ｋｓ）を除した除算値を求め、その除算値が所定値以上の場合は、算出された位相差ｋｓの信頼性が低いと判定し、算出された位相差ｋｓをキャンセルする。
【００５２】
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、算出された位相差ｋｓの信頼性が低いと判定し、算出された位相差ｋｓをキャンセルする。
【００５３】
図９（ｃ）に示すように、一対のデータ列の相関度が低く、位相差ｋのシフト範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、相関量の極小値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。
【００５４】
なお、差分型相関演算式としては式（１）に限定されず、例えば特開２００７−３３３７２０号公報に開示された以下の演算式を用いてもよい。 
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａ１n・Ａ２ｎ+１+ｋ−Ａ２ｎ＋ｋ・Ａ１ｎ+１｜  ・・・（６）
【００５５】
算出された位相差ｋｓの信頼性があると判定された場合は、式（７）により位相差ｋｓが上述した一対の像の位相差を表す像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。このようにして、ボディ駆動制御装置２１４は像ズレ量ｓｈｆｔを検出する。式（７）において、係数ＰＹは画素ピッチの２倍である。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｋｓ・・・（７）
【００５６】
以上が図８のステップＳ１３０の像ズレ量検出演算処理の詳細を示すフローチャートである。次に図８のステップＳ１３５における像ズレ量からデフォーカス量へのボディ駆動制御装置２１４による変換処理（デフォーカス量算出処理）の詳細を示す図１０について説明する。
【００５７】
図１０のステップＳ２００において、ボディ駆動制御装置２１４は、式（８）により像ズレ量ｓｈｆｔに変換係数Ｋｄ１を乗じて、光学系の予定焦点面と光学系の結像面との間の距離に対応するデフォーカス量ｄｅｆへ変換する（算出する）。
ｄｅｆ＝Ｋｄ１・ｓｈｆｔ・・・（８）
【００５８】
なお変換係数Ｋｄ１は合焦近傍用の変換係数であって、焦点検出画素が受光する一対の光束の平均的な開き角（一対の光束の重心を通る光線の開き角）に対応している。焦点検出画素が受光する一対の光束の平均的な開き角は光学系（撮影光学系）のＦ値に応じて変化するため、変換係数Ｋｄ１もボディ駆動制御装置２１４がレンズ駆動制御装置２０６との通信により取得したレンズ情報（焦点検出画素データを読み出した時のＦ値）に応じて変化する。
【００５９】
ステップＳ２１０では、ボディ駆動制御装置２１４は、式（８）で算出したデフォーカス量の絶対値が所定の閾値Ｄｔ１以上であるか否かをチェックし、所定の閾値Ｄｔ１以上でない場合は図１０に示すデフォーカス量算出処理を抜ける。式（８）で算出したデフォーカス量の絶対値が所定の閾値Ｄｔ１以上である場合には、式（９）により像ズレ量ｓｈｆｔに変換係数Ｋｄ２を乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換し、その後、図１０に示すデフォーカス量算出処理を抜ける。
ｄｅｆ＝Ｋｄ２・ｓｈｆｔ・・・（９）
【００６０】
なお変換係数Ｋｄ２は大デフォーカス用の変換係数であって、変換係数Ｋｄ１以下の値となっている。変換係数Ｋｄ２もボディ駆動制御装置２１４がレンズ駆動制御装置２０６との通信により取得したレンズ情報（焦点検出画素データを読み出した時のＦ値）に応じて変化する。
【００６１】
すなわち図１０の動作フローにおいては撮影光学系の焦点調節状態が合焦近傍の範囲に含まれる場合は比較的大きな値を持つ変換係数Ｋｄ１を像ズレ量ｓｈｆｔに乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換し、それ以外の場合（撮影光学系の焦点調節状態が合焦近傍の範囲外に含まれる場合）は比較的小さな値を持つ変換係数Ｋｄ２を像ズレ量ｓｈｆｔに乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換することにより、デフォーカス量の検出誤差を少なくしている。デフォーカス量の絶対値が所定の閾値Ｄｔ１未満であるとき、撮影光学系の焦点調節状態が合焦近傍の範囲に含まれると判定される。
【００６２】
図１０の動作フローにおいては所定の閾値Ｄｔ１を光学系のＦ値に応じて変更する（Ｆ値が大きいほど閾値を大きくし、Ｄｔ１／Ｆが略一定になるようにする）ようにしてもよい。
【００６３】
図１０の動作フローにおいてはデフォーカス量の絶対値が所定の閾値Ｄｔ１未満の場合に合焦近傍であり、デフォーカス量の絶対値が所定の閾値Ｄｔ１以上の場合に合焦近傍外（大デフォーカス）であると判定している。しかし、像ズレ量の絶対値が所定閾値未満の場合に合焦近傍であり、像ズレ量の絶対値が所定閾値以上の場合に合焦近傍外（大デフォーカス）であると判定するようにしてもよい。
【００６４】
図１０の動作フローにおいてはデフォーカス量の絶対値が所定閾値未満の場合に合焦近傍であり、デフォーカス量の絶対値が所定閾値以上の場合に合焦近傍外（大デフォーカス）であると判定している。このようにするとデフォーカス量の絶対値が所定閾値以上となるか否かで、最終的な算出デフォーカス量の値が不連続に変化してしまう。
【００６５】
図１１は横軸に実デフォーカス量、縦軸に算出デフォーカス量をとって、実デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係を示した図である。算出デフォーカス量に誤差が含まれない場合は、実デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係は、一点鎖線３０１に示すように、原点を通り４５度の傾きを持つ直線関係となる。しかし実際には後述するように実デフォーカス量の絶対値が大きくなるにつれて、算出デフォーカス量の絶対値が誤差のために実デフォーカス量の絶対値より大きくなる傾向にある。破線３０２はこのような実デフォーカス量と誤差を含む算出デフォーカス量との関係を示したグラフである。図１０の動作フローに応じて合焦近傍と合焦近傍外（大デフォーカス）とで変換係数を変更する場合（合焦近傍外の変換係数を合焦近傍の変換係数より小さくする場合）には、実デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係は実線３０３ａおよび３０３ｂに示すグラフとなる。実線５０３ａおよび５０３ｂに示すグラフによると、大デフォーカス時の誤差は減少するが、合焦近傍と合焦近傍外（大デフォーカス）との変わり目で値が不連続に変化してしまう。図１１において実デフォーカス量の値が±ｄｅｆの内側の範囲が合焦近傍に相当し、それ以外の範囲が合焦近傍外（大デフォーカス）に相当する。
【００６６】
そこで、例えば図１２に示すように像ズレ量の絶対値に応じて変換係数Ｋｄが連続的に変化するように、計算により変換係数Ｋｄを定める。あるいは、交換レンズ２０２のレンズ情報および被写体に関する情報に応じて、実験評価に基づき統計的に定めることとしてもよい。図１２によると、像ズレ量の絶対値０のときの変換係数Ｋｄの値がｋ０であり、像ズレ量の絶対値が大きくなるに従って変換係数Ｋｄの値がなめらかにｋ０より小さくなる。像ズレ量の絶対値ｓ１（＞０）のときの変換係数Ｋｄの値ｋ１はｋ０よりも小さい。検出した像ズレ量の絶対値に応じて図１２に基づいて変換係数Ｋｄの値を決定し、決定した変換係数Ｋｄの値を用いて像ズレ量をデフォーカス量に変換する。このようにすれば、最終的に算出されるデフォーカス量の不連続な変化をなくすとともに誤差を減少することができ、実デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係を図１１の一点鎖線３０１に概ね近づけることが可能になる。
【００６７】
合焦近傍か否かに応じて変換係数を調整しない場合に、図１１の破線３０２のように実デフォーカス量の絶対値が大きくなるにつれ、算出デフォーカス量の絶対値が実デフォーカス量の絶対値より大きくなることの定性的な理由について説明する。
【００６８】
このような現象は、一対の測距瞳分布（すなわち測距瞳面上における一対の焦点検出光束の光量分布）の各々において、その一対の測距瞳の並び方向に沿った光量分布が、その光量分布の重心に関して不対称となっていることに起因している。なお、以下においては、ボケ像の不対称という表現も同様に、一対のボケ像の並び方向に沿った光量分布が、その光量分布の重心に関して不対称となっていることを表している。
【００６９】
図１３は、測距瞳面９０上の一対の測距瞳から結像面９６の中央に配置された焦点検出画素（図２の焦点検出エリア１０１に対応して撮像素子２１２に配置される焦点検出画素）に到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。図１３は、結像面９６に対して合焦近傍時の光学系の予定焦点面９７および合焦近傍外時の光学系の予定焦点面９８の位置を相対的に表した図である。測距瞳面９０上の一対の焦点検出光束の光量分布である一対の測距瞳分布４０２および４０３は、図４に示すような、光電変換部１２ａ、１３ａ、１２ｂおよび１３ｂの受光領域の形状をマイクロレンズ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄにより測距瞳面９０に投影した時の、測距瞳９２および９３に対応する一対の投影像と等価になる。その一対の投影像の外周は絞り開口などにより略円形に制限されるとともに、マイクロレンズによる回折や収差のため、その一対の投影像の形状にぼけが発生する。したがって、測距瞳面９０上の一対の焦点検出光束は、釣り鐘状でかつ一方の側に裾野が延びた一対の測距瞳分布を形成する。該一対の測距瞳分布を一対の測距瞳９２および９３の並び方向に垂直なスリットで走査した場合には、図１３に示すような一対の測距瞳分布４０２および４０３が得られる。
【００７０】
測距瞳分布４０２、４０３の外周は光学系の絞りによって制限されているので、その外周に向かうと比較的急激に減少するが、測距瞳分布４０２、４０３の重なり部分の裾野は絞りによって制限されないので比較的緩慢に減少し、裾野が延びた分布形状となる。図１３において、測距瞳分布４０２，４０３のそれぞれの重心位置を通る重心線４１２，４１３に関して、測距瞳分布４０２、４０３の重なり部分が属する方の側の測距瞳分布と、その重なり部分が属していない方の側の測距瞳分布とが不対称であり、すなわち測距瞳分布４０２，４０３はそれぞれ不対称となっている。
【００７１】
光学系により結像面９６上の中央Ｐ０に点像（または紙面に垂直方向の線像）が結像するとする。予定焦点面９８と結像面９６とのデフォーカス量が比較的大きい場合（合焦近傍外の場合）には、予定焦点面９８上において一対の焦点検出光束は一対のボケ像５０２、５０３を形成する。図１４は大デフォーカス時のボケ像５０２、５０３の光量分布形状を示したものであり、ボケ像５０２、５０３の光量分布形状は測距瞳分布４０２、４０３の光量分布形状に略相似した形状となっている。したがって、一対のボケ像の各々の光量分布形状も不対称である。すなわち、一対のボケ像の各々において、一対のボケ像の並び方向に沿った光量分布が、その光量分布の重心に関して不対称となっている。図１４におけるボケ像５０２、５０３のそれぞれの重心位置を通る重心線５１２，５１３は、図１３における、測距瞳分布４０２，４０３のそれぞれの重心位置と結像面９６上の中央Ｐ０における点像とを結んだ直線３２２，３２３と、予定焦点面９８とが交差する位置と略一致している。
【００７２】
従来、像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数には、一対の測距瞳分布のそれぞれの重心間の距離で測距瞳距離を除した値が用いられている。すなわち、図１３においては、直線３２２、３２３の間の距離が像ズレ量であり、該像ズレ量とデフォーカス量との比例関係における比例係数（像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数）は、一対の測距瞳分布のそれぞれの重心間の距離と測距瞳距離との間の比例関係における比例係数と等しいという前提に基づき、該比例係数を変換係数として像ズレ量からデフォーカス量への変換が行われている。図１５はこのような前提に基づき、図１４に示したボケ像５０２、５０３を相対的にシフトさせてそれぞれの重心位置を通る重心線５１２，５１３を一致させた場合の概念図である。一方、図１６は、差分型位相差検出演算（式（１）、式（６））を用いて最も相関度が高くなるように、すなわち相関量Ｃ（ｋ）が極小になるようにボケ像５０２、５０３を相対的にシフトさせた場合の概念図である。
【００７３】
図１６におけるボケ像５０２および５０３の相対的なシフト量（像ズレ量）は、図１５におけるボケ像５０２および５０３の相対的なシフト量（像ズレ量）と比較して大きい。これはボケ像５０２、５０３の光量分布形状が、測距瞳分布４０２、４０３の光量分布形状に略相似して互いに非対称な形状になっているためである。図１４に示すようにボケ像５０２の光量分布形状はボケ像５０３側に裾野が延びるとともに、ボケ像５０３の光量分布形状はボケ像５０２側に裾野が延びるので、互いの重心位置が裾野側、すなわちもう一方のボケ像側に寄る。差分型位相差検出演算においては、概念的に図１６に示すボケ像５０２および５０３の不一致部分の面積が最小になるような像ズレ量を算出するので、その像ズレ量の算出に対してボケ像分布の光量が多い部分（すなわちボケ像の外周方向に寄った部分）の寄与度が大きい。そのため、差分型位相差検出演算により算出される像ズレ量は、一対のボケ像の重心位置を一致させるように相対的にシフトさせた場合の像ズレ量よりも大きな像ズレ量が算出される。
【００７４】
従って、大デフォーカスにおいて、差分型位相差検出演算により算出された像ズレ量に、一対の測距瞳分布のそれぞれの重心位置間の距離（瞳分布重心位置間の距離）に基づいて定められた変換係数を乗じて算出されたデフォーカス量は、本来のデフォーカス量と比較して大きな値になるのである。
【００７５】
予定焦点面９７と結像面９６とのデフォーカス量が比較的小さい場合（合焦近傍の場合）には、予定焦点面９７上において一対の焦点検出光束は一対のボケ像６０２、６０３を形成する。図１７は、ボケ像６０２、６０３の光量分布形状を示したものであり、合焦近傍時のボケ像６０２、６０３の光量分布形状は、それぞれ、結像面９６上の中央Ｐ０における点像に略相似した対称な形状となる。図１７におけるボケ像６０２、６０３のそれぞれの重心線６１２，６１３が通る重心位置は、図１３における、測距瞳分布４０２，４０３の重心位置と結像面９６上の中央Ｐ０における点像とを結んだ直線３２２，３２３と、予定焦点面９７とが交差する位置と略一致している。
【００７６】
図１８は、図１７に示したボケ像６０２、６０３を相対的にシフトさせてそれぞれの重心位置を通る重心線６１２，６１３を一致させた場合の概念図である。また、差分型位相差検出演算（式（１）、式（６））を用いて最も相関度が高くなるように、すなわち相関量Ｃ（ｋ）が極小になるようにボケ像６０２、６０３を相対的にシフトさせた場合の概念図も図１８と略同様の図となる。すなわち、合焦近傍におけるボケ像６０２、６０３の光量分布形状は、それぞれの重心位置を通る重心線６１２，６１３に関してそれぞれ略対称形となる。そのため、ボケ像６０２、６０３の重心位置を通る重心線６１２，６１３を一致させるようにボケ像６０２、６０３を相対的にシフトさせた場合の相対的なシフト量（像ズレ量）と、ボケ像６０２、６０３の一致度（相関度）が高くなるようにボケ像６０２、６０３を相対的にシフトさせた場合の相対的なシフト量（像ズレ量）とが略一致する。従って、差分型位相差検出演算により算出された像ズレ量に、一対の測距瞳分布のそれぞれの重心位置間の距離（瞳分布重心位置間の距離）に基づいて定められた変換係数を乗じて算出されたデフォーカス量と、本来のデフォーカス量との誤差は小さくなる。
【００７７】
図１３においては、予定焦点面に対して結像面が光学系と同じ側にある場合を示している。予定焦点面に対して結像面が光学系と反対側にある場合についても、上述と同様の理由で、合焦近傍においては、差分型位相差検出演算により算出された像ズレ量に、瞳分布重心位置間の距離に基づいて定められた変換係数を乗じて算出されたデフォーカス量と、本来のデフォーカス量との誤差は小さくなる。また、大デフォーカスにおいて、差分型位相差検出演算により算出された像ズレ量に、瞳分布重心位置間の距離に基づいて定められた変換係数を乗じて算出されたデフォーカス量は、本来のデフォーカス量と比較して大きな値になる。
【００７８】
上述した説明においては、光学系により結像面９６上に形成される像を点像として説明を行ったが、点像ではない一般的な像を点像の集合と見なせば、光学系により結像面９６上に一般的な像が形成される場合であっても、上述した説明と同様にして説明出来る。
【００７９】
図１３に示す測距瞳分布４０２、４０３の形状は光学系のＦ値が比較的小さな場合に対応しているが、光学系のＦ値が比較的大きな場合の測距瞳分布は図１９に示す測距瞳分布４０４、４０５のような形状をしている。図１９において、測距瞳分布４０４，４０５の重心位置を通る重心線４１４，４１５に関して、測距瞳分布４０４、４０５のそれぞれの形状は不対称であるが、測距瞳分布４０４、４０５のそれぞれの形状の不対称性の程度が、図１３に示す測距瞳分布４０２、４０３に比較して改善される。そのため、大デフォーカス時において、差分型位相差検出演算により算出された像ズレ量に、瞳分布重心位置間の距離に基づいて定められた変換係数を乗じて算出されたデフォーカス量と、本来のデフォーカス量との差（算出されたデフォーカス量に含まれる誤差）は、光学系のＦ値が比較的大きい場合、小さくなる。すなわち、合焦近傍における変換係数と合焦近傍外における変換係数との比の値は、光学系のＦ値が比較的小さな場合に比較して光学系のＦ値が比較大きな場合の方が、より１に近づく。このように光学系のＦ値に応じて変換係数を定めることにより、より高精度な焦点検出を行うことができる。
【００８０】
図１９に示す重心線４１４と４１５との間の距離（瞳分布重心位置間の距離）は、図１３における重心線４１２と４１３との間の距離（瞳分布重心位置間の距離）よりも小さい。上述したように、像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数には、一対の測距瞳分布のそれぞれの重心間の距離（瞳分布重心位置間の距離）で測距瞳距離を除した値が用いられる。したがって、瞳分布重心位置間の距離が小さくなるほど、変換係数は大きくなる。上述したように、図１３に示す測距瞳分布４０２、４０３の形状は光学系のＦ値が比較的小さな場合に対応し、図１９に示す測距瞳分布４０４、４０５の形状は光学系のＦ値が比較的大きな場合に対応している。したがって、光学系のＦ値が大きいほど、変換係数は大きい。
【００８１】
図２の焦点検出エリア１０２、１０３に対応して撮像素子２１２に配置される焦点検出画素については、図７に示すように光学系の射出瞳距離ｄｎ、ｄｆが測距瞳距離ｄと一致しない場合には、一対の焦点検出光束がケラレにより不均一に制限されることになる。このような場合には、測距瞳面９０上の一対の測距瞳分布の形状は、図１３に示す測距瞳分布４０２、４０３とは異なり、図２０に示す測距瞳分布４０６、４０７のように表される。図２０において、測距瞳分布４０６，４０７の重心位置を通る重心線４１６，４１７に関して、測距瞳分布４０６、４０７のそれぞれの形状が不対称であるだけでなく、測距瞳分布４０６、４０７の互いの形状の相違度が、ケラレの影響が無い測距瞳分布４０２、４０３の互いの形状の相違度に比較して大きい。そのため、合焦近傍における変換係数と合焦近傍外における変換係数との比の値に関して、撮影画面１００の中央に配置された焦点検出エリア１０１に対応する結像面上の中央の焦点検出画素の光電変換信号に基づいて焦点検出処理を行う場合の該比の値と、撮影画面１００の周辺に配置された焦点検出エリア１０２、１０３に対応する結像面上の周辺の焦点検出画素の光電変換信号に基づいて焦点検出処理を行う場合の該比の値とが相異なる必要がある。該比の値は、具体的には、上述したケラレの状態に依存するため、交換レンズ２０２の種類に応じて予め実験によって得られる値を用いてもよいし、様々な種類の交換レンズ２０２に共通して統計的に像高に基づき定められる値を用いてもよい。焦点検出エリア１０２、１０３に対応して撮像素子２１２に配置した焦点検出画素のように、像高の高い位置の焦点検出画素に対応する該比の値は、図２０に基づいて算出される。このように、焦点検出画素が配置された位置、すなわち像高に応じて合焦近傍における変換係数および合焦近傍外における変換係数を調整することにより、より高精度な焦点検出を行うことができる。
【００８２】
合焦近傍における変換係数の値および合焦近傍外（大デフォーカス）における変換係数の値の決め方には以下のような方法（１）〜（３）がある。例えばコンピュータを有する不図示の変換係数決定装置がボディ駆動制御装置２１４に含まれ、変換係数決定装置の内部に記憶された演算プログラムに従って、それらの方法（１）〜（３）により変換係数の値を決定し、決定した変換係数の値に基づき、以下で説明する変換係数のルックアップテーブルを作成し、ボディ駆動制御装置２１４に記憶させる。
【００８３】
（１）変換係数を理論計算で求めるという方法
変換係数決定装置は、図１３の測距瞳分布４０２，４０３の形状、図１９の測距瞳分布４０４，４０５の形状、および図２０の測距瞳分布４０６，４０７の形状を、光学系の射出瞳の光学特性、焦点検出画素の光学設計パラメータ（マイクロレンズ径、マイクロレンズから光電変換部までの距離など）、測距瞳距離、焦点検出画素の像高などに基づいて予め特定される。光学系の射出瞳の光学特性は、光学系の射出瞳距離と、光学系の射出瞳径と、光学系のＦ値とを含む。変換係数決定装置は、形状を特定した図１３に示す一対の測距瞳分布４０２，４０３、図１９に示す一対の測距瞳分布４０４，４０５、および図２０に示す一対の測距瞳分布４０６，４０７の重心位置を計算して求め、各対の測距瞳分布における該重心位置間の距離を測距瞳距離で除することにより合焦近傍時における変換係数を算出する。変換係数決定装置は、算出した合焦近傍時における変換係数に基づき、光学系の射出瞳の光学特性（光学系の射出瞳距離、射出瞳径およびＦ値）、測距瞳距離、焦点検出画素の像高などを入力パラメータとする変換係数のルックアップテーブルを作成する。
【００８４】
また、変換係数決定装置は、計算で求めた測距瞳分布に基づき、図１４に示すような大デフォーカス時の所定デフォーカス量におけるボケ像の分布形状を推定算出し、算出したボケ像の分布に対して差分型位相差検出相関演算を施し、その演算の結果に基づいて得られる像ズレ量と上述した所定デフォーカス量とに基づいて合焦近傍外における変換係数を算出する。変換係数決定装置は、算出した合焦近傍外における変換係数に基づき、光学系の射出瞳の光学特性（光学系の射出瞳距離、射出瞳径およびＦ値）、焦点検出画素の像高などを入力パラメータとする変換係数のルックアップテーブルを作成する。変換係数決定装置は、作成したルックアップテーブルを、ボディ駆動制御装置２１４に記憶させる。
【００８５】
測距瞳分布やボケ像の分布を計算で求めると誤差が大きくなる可能性があるので、測距瞳分布およびボケ像の分布を実際に測定し、測定した測距瞳分布およびボケ像の分布を用いて上述した変換係数の計算を行い、変換係数のルックアップテーブルを作成することとしてもよい。
【００８６】
実際の焦点検出処理時に像ズレ量からデフォーカス量への変換を行う場合には、ボディ駆動制御装置２１４は、カメラボディ２０３に装着されている交換レンズ２０２から光学系の射出瞳の光学特性に関する情報、すなわち射出瞳距離、射出瞳径およびＦ値の情報を読み出す。ボディ駆動制御装置２１４は、それらの読み出した情報と、焦点検出を行う焦点検出エリアに対応する焦点検出画素の像高とに基づき、上記ルックアップテーブルを参照して合焦近傍における変換係数Ｋｄ１および合焦近傍外（大デフォーカス）における変換係数Ｋｄ２を取得する。ボディ駆動制御装置２１４は、取得した変換係数を、差分型位相差検出相関演算で算出した像ズレ量ｓｈｆｔに乗じることによってデフォーカス量を算出する。
【００８７】
実際の焦点検出処理時に変換係数の算出演算を短時間に簡略に行うことが出来る場合には上述した変換係数のルックアップテーブルを作成する必要は無い。その場合、変換係数決定装置を内部に有するボディ駆動制御装置２１４は、カメラボディ２０３に装着されている交換レンズ２０２から読み出した光学系の射出瞳の光学特性に関する情報（射出瞳距離、射出瞳径およびＦ値の情報）と、焦点検出を行う焦点検出エリアに対応する焦点検出画素の像高と、焦点検出画素の光学パラメータなどとに基づき、実際の焦点検出処理のたびに変換係数をその都度算出し、算出した変換係数に基づき像ズレ量からデフォーカス量への変換を行うこととしてもよい。
【００８８】
（２）各交換レンズ毎に変換係数を測定するという方法
測距瞳分布やボケ像の分布は光学系の収差に影響されるので、実際に焦点検出処理時に使用される個々の光学系についてそれぞれ合焦近傍における変換係数および合焦近傍外における変換係数が、変換係数決定装置によって予め測定されることとしてもよい。測定された変換係数のルックアップテーブルが、光学系のＦ値および焦点距離、ならびに像高をパラメータとして変換係数決定装置によって作成され、交換レンズ２０２側のレンズ駆動制御装置２０６に予め記憶されている。実際の焦点検出処理時に像ズレ量からデフォーカス量への変換を行う場合には、ボディ駆動制御装置２１４はカメラボディ２０３に装着されている交換レンズ２０２に像高を送る。交換レンズ２０２のレンズ駆動制御装置２０６は、その像高を受信した時に設定されているＦ値と焦点距離と受信した像高とに応じた合焦近傍における変換係数および合焦近傍外（大デフォーカス）における変換係数を、カメラボディ側のボディ駆動制御装置２１４に送る。カメラボディのボディ駆動制御装置２１４は、受信した合焦近傍における変換係数および合焦近傍外（大デフォーカス）における変換係数を用いて像ズレ量をデフォーカス量へ変換する。すなわち、ボディ駆動制御装置２１４は、カメラボディ２０３に装着されている実際の交換レンズ２０２が有する光学系と同一の光学系に対応して予め測定された変換係数を用いて、像ズレ量をデフォーカス量へ変換する。
【００８９】
上述した合焦近傍における変換係数の測定においては、各交換レンズ２０２により点像または線像が結像面に形成され、結像面が予定焦点面に対して交換レンズ２０２の光軸方向に微小変位した際の、変位量と差分型位相差検出相関演算で算出される像ズレ量との関係が測定される。その測定された変位量をその算出された像ズレ量で除した値が変換係数の値として定められる。複数組の変位量と像ズレ量との関係が測定される場合は、その関係がグラフ化された時の回帰直線の傾きに基づき合焦近傍の変換係数の値を定めることによって、より高精度な変換係数の測定が行われることとしてもよい。
【００９０】
合焦近傍外における変換係数の測定においては、各交換レンズ２０２により点像または線像が形成される結像面が予定焦点面に対して交換レンズ２０２の光軸方向に大デフォーカス量変位した時に測定される変位量と、該点像または該線像に対応して該予定焦点面に形成されるボケ像に対して差分型位相差検出相関演算を施すことにより算出される像ズレ量との関係が測定される。その測定された変位量をその算出された像ズレ量で除した値が変換係数の値として定められる。
【００９１】
（３）基準光学系に対して測定した値を変換係数として用いるという方法
上述した方法（２）のように個々の光学系について変換係数が測定されるのは手間がかかる。本方法（３）によると、変換係数決定装置は、所定の基準光学系において、Ｆ値、射出瞳距離および像高をパラメータとして合焦近傍における変換係数および合焦近傍外における変換係数を測定し、測定した該変換係数のルックアップテーブルを作成し、そのルックアップテーブルをカメラボディ２０３側のボディ駆動制御装置２１４に予め記憶させる。実際の焦点検出時に像ズレ量からデフォーカス量への変換を行う場合には、ボディ駆動制御装置２１４はカメラボディ２０３に装着されている交換レンズ２０２から読み出したＦ値および射出瞳距離の情報と、焦点検出を行う焦点検出エリアに対応する焦点検出画素の像高とに基づき、上記ルックアップテーブルを参照して合焦近傍における変換係数および合焦近傍外（大デフォーカス）における変換係数を取得し、取得した変換係数に基づいてデフォーカス量を算出する。すなわち、カメラボディ２０３に装着されている交換レンズ２０２が所定の基準光学系とは異なる光学系を有する場合であっても、所定の基準光学系において測定された変換係数に基づいてデフォーカス量が算出される。
【００９２】
上述した方法（１）、（２）、（３）によって算出する合焦近傍外（大デフォーカス）における変換係数は、合焦近傍外における変換誤差の増大を防止するという、本発明が解決しようとする課題に対応する必要があるものの、合焦近傍における変換係数ほどの精度は要求されない。例えば、合焦近傍における変換係数に対して像ズレ量に応じた調整係数（＜１）を乗ずることにより、合焦近傍外における変換係数を簡略的に求めるようにしてもかまわない。その調整係数を１未満の値、例えば０．８とすることにより合焦近傍外における変換係数が得られることで、合焦近傍外における変換誤差の増大を防止するという上記課題が解決される。変換係数決定装置は、予め変換係数決定装置の内部に記憶されたその調整係数と演算プログラムとに基づいて、合焦近傍における変換係数にその調整係数を乗じ、合焦近傍外における変換係数を算出する。
【００９３】
上述した一実施の形態では、一対のデータ列に対し、相関演算式（１）または（６）を用いた減算を含む差分型相関演算処理により相関量Ｃ（ｋ）を演算することとしたが、例えば下記の相関演算式（１０）を用いた乗算を含む乗算型相関演算処理により相関量Ｃ（ｋ）を演算することとしてもよい。式（１０）による相関演算においては、相関量Ｃ（ｋ）は、一対の像の一致度に対応する一対のデータ列の相関度が最も高いときの位相差ｋにおいて極大値をとる特性を示す。相関量Ｃ（ｋ）が大きいほど相関度が高い。
Ｃ（ｋ）＝Σ（Ａ１ｎ×Ａ２ｎ＋ｋ）    ・・・（１０）
【００９４】
図３に示す撮像素子２１２では、焦点検出画素３１２、３１３がひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えた例を示したが、ひとつの画素内に一対の光電変換部を備えてもよい。図２１は、図３に示す撮像素子２１２に対応する変形例の撮像素子２１２Ｂを示す。図２１において、焦点検出画素３１１はひとつの画素内に一対の光電変換部を備える。図２１に示す焦点検出画素３１１が、図３に示す焦点検出画素３１２と焦点検出画素３１３とのペアに相当した機能を果たす。 
【００９５】
焦点検出画素３１１は、マイクロレンズ１０、一対の光電変換部２２，２３からなる。焦点検出画素３１１には光量をかせぐために色フィルタが配置されていない。焦点検出画素３１１の示す分光感度特性は、光電変換部に含まれる光電変換を行うフォトダイオードの分光感度特性、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。すなわち、焦点検出画素３１１は、緑画素、赤画素、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示す。高い感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素、青画素の各々において各色フィルタが高い感度を示す光波長領域を包括している。 
【００９６】
上述した一実施の形態では、マイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出動作を説明したが、本発明はこのような方式の焦点検出に限定されず、特開平7-159680号公報に開示されたような再結像瞳分割方式の焦点検出にも、一対の測距瞳の分布がそれぞれの分布重心位置に関して不対称となる場合には適用可能である。
【００９７】
図３に示す撮像素子２１２において、撮像画素３１０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い。たとえば、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用してもよい。 
【００９８】
図３に示す撮像素子２１２において、焦点検出画素３１２および３１３には色フィルタを設けない例を示したが、撮像画素３１０が有する色フィルタのうちのひとつのフィルタ（たとえば緑フィルタ）を焦点検出画素３１２および３１３が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。 
【００９９】
図３に示す撮像素子２１２では、撮像画素３１０、ならびに焦点検出画素３１２および３１３を稠密正方格子配列に配置した例を示したが、稠密六方格子配列に配置してもよい。
【０１００】
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などにも適用できる。カメラ以外の焦点検出装置や測距装置、さらにはステレオ測距装置にも適用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  マイクロレンズ、１１、１２、１３、２２、２３  光電変換部、
７２、７３、８２、８３  焦点検出光束、
９０  測距瞳面、  ９１  光軸、  ９２、９３  測距瞳、９５  射出瞳、
９６  結像面、９７、９８  予定焦点面、
１００  撮影画面、１０１、１０２、１０３  焦点検出エリア、
１７２、１７３、１８２、１８３  焦点検出光束、
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、
２７２、２７３、２８２、２８３、２９２、２９３  焦点検出光束、
３０１  一点鎖線、３０２  破線、３０３  実線、
３１０  撮像画素、３１１、３１２、３１３  焦点検出画素、
３２２、３２３  直線、
４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７  測距瞳分布、
４１２、４１３、４１４、４１５、４１６、４１７  重心線、
５０２、５０３、６０２、６０３  ボケ像、
５１２、５１３、６１２、６１３  重心線、
【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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