(57)【要約】      （修正有）【課題】焦点検出装置における焦点検出時間を低減する。【解決手段】焦点検出装置は、ステップＳ６１０において、記憶装置に格納されている開口データを取得する。ステップＳ６２０において、撮影レンズの射出光束包括線と焦点検出方向直線との交点ｘｐ、ｘｍを算出する。ステップＳ６３０において、瞳重心距離ｇを交点ｘｐ、ｘｍについての２次式を用いて算出する。ステップＳ６４０において、瞳分割型位相差検出方式に基づく焦点検出処理により像ズレ量ｓを検出する。ステップＳ６５０において、デフォーカス量ｄｅｆを算出する。ステップＳ６６０において、デフォーカス量ｄｅｆに基づいたレンズ駆動制御をレンズＣＰＵに指示し、処理を終了する。【選択図】図６
2011081365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の受光素子アレイと、撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束を前記一対の受光素子アレイに夫々導くレンズ系とを含み、前記一対の受光素子アレイの出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差方式の焦点検出手段と、
前記撮影光学系において前記透過光を制限する複数の開口の大きさおよび位置に関する複数の開口データを取得する取得手段と、
前記焦点検出手段の前記レンズ系と前記一対の受光素子アレイとにより決定される一対の測距瞳と前記撮影光学系の射出瞳との重なり部分である一対の重なり領域の重心間距離に関する関数値を、前記複数の開口データに基づいて算出する関数値算出手段と、
前記関数値算出手段により算出された前記関数値に基づき、前記像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記関数値は前記重心間距離であり、
前記関数値算出手段は、前記一対の重なり領域の各々の重心を通る直線と前記撮影光学系の射出瞳の外縁とが交わる２つの交点の位置を表す変数についての２次式に対して、前記取得手段により取得された前記複数の開口データと、前記受光素子アレイ上の前記焦点検出が行われる位置を表す位置データとにより求められる前記変数の変数値を代入することにより、前記重心間距離を算出し、
前記変換手段は、前記一対の測距瞳の前記レンズ系からの測距瞳距離と、前記関数値算出手段により算出された前記重心間距離とに基づき、前記像ズレ量を前記デフォーカス量に変換することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記取得手段により取得された前記複数の開口データと、前記一対の受光素子アレイ上の前記焦点検出が行われる位置を表す位置データとを入力値とするニューラルネットワークを記憶する記憶手段をさらに備え、
前記関数値は、前記一対の測距瞳の前記レンズ系からの測距瞳距離と、前記重心間距離との比の値であり、
前記変換手段は、前記比の値に基づき、前記像ズレ量を前記デフォーカス量に変換することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記取得手段により取得された前記複数の開口データに基づいて、前記一対の重なり領域の各々の重心を通る直線と前記撮影光学系の射出瞳の外縁とが交わる２つの交点間の交点間距離を算出する距離算出手段をさらに備え、
前記関数値は、前記一対の測距瞳の前記レンズ系からの測距瞳距離と、前記重心間距離との比の値であり、
前記関数値算出手段は、前記測距瞳距離と前記交点間距離とに基づいて前記比の値を算出し、
前記変換手段は、前記比の値に基づき、前記像ズレ量を前記デフォーカス量に変換することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記レンズ系は、前記一対の受光素子アレイを構成する複数の受光素子の各々に対応して設けられたマイクロレンズであることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記レンズ系は、一対の再結像レンズであり、
前記一対の再結像レンズは、前記撮影光学系によって形成される光学像を前記一対の受光素子アレイの各々の近傍に再結像させることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
第１の波長帯域と第２の波長帯域と第３の波長帯域とに対応する３種類の分光感度特性を有し、前記透過光を受光して前記３種類の分光感度特性に応じた撮像信号を出力する複数の撮像用受光素子と、前記一対の受光素子アレイとを含む撮像素子と、
前記撮像素子上の前記一対の受光素子アレイ近傍の近傍領域における前記複数の撮像用受光素子の各々からの、前記３種類の分光感度特性の各々に対応した出力平均値に基づき、前記関数値算出手段によって算出された前記関数値を補正する補正手段とを備え、
前記関数値算出手段は、前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域および前記第３の波長帯域のうち、中央の波長帯域の光に対応する前記関数値を算出することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
焦点検出装置と、
撮影光学系と記憶手段とを有する撮影レンズユニットとを備えるカメラシステムであって、
前記焦点検出装置は、
一対の受光素子アレイと、前記撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束を前記一対の受光素子アレイに夫々導くレンズ系とを含み、前記一対の受光素子アレイの出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差方式の焦点検出手段と、
前記撮影光学系において前記透過光を制限する複数の開口の大きさおよび位置に関する複数の開口データを取得する取得手段と、
前記焦点検出手段の前記レンズ系と前記一対の受光素子アレイとにより決定される一対の測距瞳と前記撮影光学系の射出瞳との重なり部分である一対の重なり領域の重心間距離を算出する重心間距離算出手段と、
前記一対の測距瞳の前記レンズ系からの測距瞳距離と、前記重心間距離算出手段により算出された前記重心間距離とに基づき、前記像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを有し、
前記重心間距離算出手段は、前記一対の重なり領域の各々の重心を通る直線と前記撮影光学系の射出瞳の外縁とが交わる２つの交点の位置を表す変数についての２次式に対して、前記取得手段により取得された前記複数の開口データと、前記受光素子アレイ上の前記焦点検出が行われる位置を表す位置データとにより求められる前記変数の変数値を代入することにより、前記重心間距離を算出し、
前記２次式は前記変数と所定の定数とを含み、
前記記憶手段は、前記複数の開口データと前記所定の定数とを記憶し、
前記重心間距離算出手段は、前記重心間距離を算出する際に、前記記憶手段から前記所定の定数を読み出す、
ことを特徴とするカメラシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のカメラシステムに用いられる撮影レンズユニット。
【請求項１０】
焦点検出装置と、
撮影光学系と記憶手段とを有する撮影レンズユニットとを備えるカメラシステムであって、
前記焦点検出装置は、
一対の受光素子アレイと、前記撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束を前記一対の受光素子アレイに夫々導くレンズ系とを含み、前記一対の受光素子アレイの出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差方式の焦点検出手段と、
前記撮影光学系において前記透過光を制限する複数の開口の大きさおよび位置に関する複数の開口データを取得する取得手段と、
前記焦点検出手段の前記レンズ系と前記一対の受光素子アレイとにより決定される一対の測距瞳と前記撮影光学系の射出瞳との重なり部分である一対の重なり領域の重心間距離に関する関数値を算出する関数値算出手段と、
前記取得手段により取得された前記複数の開口データに基づいて、前記一対の重なり領域の各々の重心を通る直線と前記撮影光学系の射出瞳の外縁とが交わる２つの交点間の交点間距離を算出する距離算出手段と、
前記関数値算出手段により算出された前記関数値に基づき、前記像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを有し、
前記関数値は、前記一対の測距瞳の前記レンズ系からの測距瞳距離と、前記重心間距離との比の値であり、
前記関数値算出手段は、前記測距瞳距離と前記交点間距離と所定の定数とに基づいて前記比の値を算出し、
前記変換手段は、前記比の値に基づき、前記像ズレ量を前記デフォーカス量に変換し、
前記記憶手段は、前記複数の開口データと前記所定の定数とを記憶し、
前記関数値算出手段は、前記比の値を算出する際に、前記記憶手段から前記所定の定数を読み出す、
ことを特徴とするカメラシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のカメラシステムに用いられる撮影レンズユニット。
【請求項１２】
撮影光学系と、
前記撮影光学系を透過する透過光を制限する複数の開口を規定する開口部と、
前記複数の開口の大きさおよび位置に関する開口データと所定の定数データとを記憶する記憶部とを備え、
前記開口データおよび前記所定の定数データは、瞳分割型位相差方式によって前記撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束による像ズレ量をデフォーカス量に変換するための関数値を与えるデータである、
ことを特徴とする撮影レンズユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズの焦点検出装置、撮影レンズユニット、撮像装置およびカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズの光軸上に入射瞳の中心が位置し、撮像面における一対の瞳像の位相差（像ズレ）に基づいて焦点検出を行う焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。その焦点検出装置においては、検出した像ズレ量からデフォーカス量を求めるため、一対の瞳像の重心間の距離（瞳重心距離）を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２１８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、瞳重心距離は、幾何演算により正確に算出することができる。しかしながら、そのためには、一対の瞳像の光量分布を撮影レンズの射出瞳の範囲内の位置による重みづけ積分計算を実行する必要がある。その場合、焦点検出エリアや、撮影レンズの焦点距離・絞り値に応じて変化するたびに実行することとなるため、焦点検出に時間がかかり、さらなる高速性が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１に記載の発明による焦点検出装置は、一対の受光素子アレイと、撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束を一対の受光素子アレイに夫々導くレンズ系とを含み、一対の受光素子アレイの出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差方式の焦点検出手段と、撮影光学系において透過光を制限する複数の開口の大きさおよび位置に関する複数の開口データを取得する取得手段と、焦点検出手段のレンズ系と一対の受光素子アレイとにより決定される一対の測距瞳と撮影光学系の射出瞳との重なり部分である一対の重なり領域の重心間距離に関する関数値を、複数の開口データに基づいて算出する関数値算出手段と、関数値算出手段により算出された関数値に基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項８に記載のカメラシステムは、焦点検出装置と、撮影光学系と記憶手段とを有する撮影レンズユニットとを備えるカメラシステムであって、焦点検出装置は、一対の受光素子アレイと、撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束を一対の受光素子アレイに夫々導くレンズ系とを含み、一対の受光素子アレイの出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差方式の焦点検出手段と、撮影光学系において透過光を制限する複数の開口の大きさおよび位置に関する複数の開口データを取得する取得手段と、焦点検出手段のレンズ系と一対の受光素子アレイとにより決定される一対の測距瞳と撮影光学系の射出瞳との重なり部分である一対の重なり領域の重心間距離を算出する重心間距離算出手段と、一対の測距瞳のレンズ系からの測距瞳距離と、重心間距離算出手段により算出された重心間距離とに基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを有し、重心間距離算出手段は、一対の重なり領域の各々の重心を通る直線と撮影光学系の射出瞳の外縁とが交わる２つの交点の位置を表す変数についての２次式に対して、取得手段により取得された複数の開口データと、受光素子アレイ上の焦点検出が行われる位置を表す位置データとにより求められる変数の変数値を代入することにより、重心間距離を算出し、２次式は変数と所定の定数とを含み、記憶手段は、複数の開口データと所定の定数とを記憶し、重心間距離算出手段は、重心間距離を算出する際に、記憶手段から所定の定数を読み出す、ことを特徴とする。
（３）請求項１０に記載のカメラシステムは、焦点検出装置と、撮影光学系と記憶手段とを有する撮影レンズユニットとを備えるカメラシステムであって、焦点検出装置は、一対の受光素子アレイと、撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束を一対の受光素子アレイに夫々導くレンズ系とを含み、一対の受光素子アレイの出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差方式の焦点検出手段と、撮影光学系において透過光を制限する複数の開口の大きさおよび位置に関する複数の開口データを取得する取得手段と、焦点検出手段のレンズ系と一対の受光素子アレイとにより決定される一対の測距瞳と撮影光学系の射出瞳との重なり部分である一対の重なり領域の重心間距離に関する関数値を算出する関数値算出手段と、取得手段により取得された複数の開口データに基づいて、一対の重なり領域の各々の重心を通る直線と撮影光学系の射出瞳の外縁とが交わる２つの交点間の交点間距離を算出する距離算出手段と、関数値算出手段により算出された関数値に基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを有し、関数値は、一対の測距瞳のレンズ系からの測距瞳距離と、重心間距離との比の値であり、関数値算出手段は、測距瞳距離と交点間距離と所定の定数とに基づいて比の値を算出し、変換手段は、比の値に基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換し、記憶手段は、複数の開口データと所定の定数とを記憶し、関数値算出手段は、比の値を算出する際に、記憶手段から所定の定数を読み出す、ことを特徴とする。
（４）請求項１２に記載の撮影レンズユニットは、撮影光学系と、撮影光学系を透過する透過光を制限する複数の開口を規定する開口部と、複数の開口の大きさおよび位置に関する開口データと所定の定数データとを記憶する記憶部とを備え、開口データおよび所定の定数データは、瞳分割型位相差方式によって撮影光学系の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束による像ズレ量をデフォーカス量に変換するための関数値を与えるデータである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、焦点検出時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施の形態の撮像素子を搭載したレンズ交換式のデジタルスチルカメラの全体構成を示した断面図である。
【図２】マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系の構成を示す図である。
【図３】焦点検出に用いられる測距瞳分布を示す図である。
【図４】開口により制限された場合における測距瞳分布を示す図である。
【図５】焦点検出用光束が複数の開口によりケラレている様子を示す図である。
【図６】第１の実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態における焦点検出装置が有するニューラルネットワーク構成を示す構成図である。
【図８】第２の実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。
【図９】変換係数Ｋのニューラルネット演算による算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】測距瞳分布の大きさと射出瞳の大きさとの関係を示す図である。
【図１１】第３の実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。
【図１２】撮像素子上の画素配列の一部であって、焦点検出エリア近傍を示す正面図である。
【図１３】各単色光を受光する各撮像画素の分光感度特性を示す図である。
【図１４】第４の実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−−−第１の実施の形態−−−
本発明の第１の実施の形態による焦点検出装置を説明する。図１は、一実施の形態の焦点検出装置を搭載したレンズ交換式のデジタルスチルカメラの全体構成を示した断面図である。図１において、デジタルスチルカメラ２０１は、カメラボディ２０３と交換レンズ２０２から構成され、マウント部２０４により結合される。交換レンズ２０２は被写体像を形成するためのレンズ２０９、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１とフォーカシング用レンズ２１０の駆動制御および絞り２１１の駆動制御を行うレンズＣＰＵ２０６とからなる。
【０００９】
カメラボディ２０３は交換レンズ２０２の予定結像面に配置されている撮像素子２１２と、撮像素子２１２からの画像信号の読み出しおよびデジタルスチルカメラ全体の動作制御を行うボディＣＰＵ２１４と、ボディＣＰＵ２１４から画像信号の一部を受信して、交換レンズ２０２の焦点調節状態を検出する焦点検出部２１３と、液晶ビューファインダ（ＥＶＦ：電気的ビューファインダ）の液晶表示素子２１６と、液晶表示素子２１６を観察するための接眼レンズ２１７と、ボディＣＰＵ２１４の制御にしたがって液晶ビューファインダの液晶表示素子２１６を駆動する液晶表示素子駆動回路２１５と、記憶装置２１９とを備えている。焦点検出部２１３とレンズＣＰＵ２０６はマウント部２０４に設けられた電気接点部２１８により各種情報（Ｆ値、変換係数を算出するために必要な開口データ、レンズ駆動のためのデフォーカス量等）を相互に伝達する。変換係数を算出するために必要な開口データには、例えば、特開平６−１４８５１５号公報に開示されるような、撮影光束を制限する複数の円形開口のデータ（円形開口の半径および予定結像面から円形開口までの距離）が含まれる。
【００１０】
撮像素子２１２には、複数の焦点検出位置に対応した複数の部分にマイクロレンズ方式の焦点検出用の受光素子アレイが組込まれている。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上の撮像用の受光素子を含む撮像画素により撮像信号に光電変換され、その撮像信号を含む撮像素子２１２の出力はボディＣＰＵ２１４に送られ、マイクロレンズ方式の焦点検出用の受光素子アレイに含まれる焦点検出画素の出力は焦点検出部に送られる。焦点検出部２１３は、レンズＣＰＵ２０６と通信して、装着されているレンズの開口データを読み出し、この開口データと焦点検出部２１３が保持している測距瞳情報と複数の焦点検出位置の情報に基づき、複数の焦点検出位置ごとに変換係数と測距光量情報を算出する。レンズＣＰＵ２０６が送信する開口データは、記憶装置２０７に格納されている。
【００１１】
なお、レンズＣＰＵ２０６は開口データを、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態に応じて変更する。具体的には、レンズＣＰＵ２０６はレンズ２０９，２１０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開口データ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開口データを選択する。焦点検出部２１３は、一対の瞳像の強度に対応した出力信号に基づいてデフォーカス量を算出する。なお、一対の瞳像の強度に対応した信号は、後述するマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系が出力するものである。
【００１２】
焦点検出部２１３は、測距光量情報に応じて焦点検出位置ごとに一対の像信号を補正した後、周知の焦点検出演算処理を施して焦点検出位置毎に一対の像の像ズレ量を算出する。次に、焦点検出位置ごとに算出された像ズレ量に焦点検出位置ごとに求められた変換係数を乗じ、各焦点検出位置でのデフォーカス量を算出する。焦点検出部２１３は、複数のデフォーカス量に基づき最終的なデフォーカス量を決定する。例えば、複数のデフォーカス量のうち最至近を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量とする。あるいは、複数のデフォーカス量の平均値を最終的なデフォーカス量とする。焦点検出部２１３は、最終的なデフォーカス量に基づきレンズ駆動が必要だと判断した場合（非合焦と判断した場合）は、最終的なデフォーカス量をレンズＣＰＵに送信する。レンズＣＰＵ２０６は受信したデフォーカス量に基づき、レンズ駆動量を算出し、該レンズ駆動量に基づきフォーカシングレンズ２１０を合焦点へと駆動する。ボディＣＰＵ２１４は撮像素子２１２からの出力信号に基づき表示用の画像信号を生成し、この画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５を介して液晶表示素子２１６に表示させる。
【００１３】
図２は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系の構成を示す。射出瞳９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方、測距瞳距離Ｌの位置に設定されている。なお、測距瞳距離Ｌ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。図２には、交換レンズ２０２の光軸９１、マイクロレンズ５０，６０、焦点検出画素の一対の光電変換部（５２，５３）、（６２，６３）、焦点検出用光束一対の符号（７２，７３）、（８２，８３）が示されている。測距瞳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の領域である。測距瞳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の領域である。
【００１４】
図２では、光軸９１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）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳９２、９３から各マイクロレンズに到来する焦点検出用光束を受光する。すなわち、交換レンズ２０２の透過光を一対の測距瞳９２、９３が瞳分割することによって得られる一対の焦点検出用光束が、マイクロレンズ５０によって一対の光電変換部５２、５３に導かれるとともに、マイクロレンズ６０によって一対の光電変換部６２、６３にも導かれる。
【００１５】
焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。マイクロレンズ５０、６０は撮影光学系（図１に示す交換レンズ２０２に相当）の予定結像面近傍に配置されており、その光軸９１上に配置されたマイクロレンズ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から測距瞳距離Ｌ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。
【００１６】
また、マイクロレンズ５０に隣接して配置されたマイクロレンズ６０によりその背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状が測距瞳距離Ｌ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、測距瞳距離Ｌ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、各画素のマイクロレンズと光電変換部の位置関係が決定されている。
【００１７】
光電変換部５２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出用光束７２によってマイクロレンズ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を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出用光束７３によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００１８】
また、光電変換部６２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出用光束８２によってマイクロレンズ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を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００１９】
上記のような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をそれぞれ通過する焦点検出用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、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、この像ズレ量に所定の変換処理を施すことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置）に対する現在の結像面（撮像画面上で定められる焦点検出位置における実際の結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００２０】
具体的には、光電変換部５２、６２に結像する像と、光電変換部５３、６３に結像する像との間の像ズレ量をｓとし、一対の像の重心間の距離、すなわち瞳重心距離をｇとすると、デフォーカス量ｄｅｆは式（１）のように表される。なお、変換係数ＫをＫ＝Ｌ／ｇとして定義する。
【数１】
2011081365.tif 000003
【００２１】
測距瞳９２、９３における焦点検出光の分布（測距瞳分布）は、図３に示すように、マイクロレンズの収差と回折により光電変換部を投影した形状にボケが重畳した分布となる。測距瞳９２において、最も内側のボケ９２１からボケ９２２を介し最も外側のボケ９２３に向かって、ボケが大きくなる。同様に、測距瞳９３において、最も内側のボケ９３１からボケ９３２を介し最も外側のボケ９３３に向かって、ボケが大きくなる。なお、図示の便宜上、図３においては測距瞳９２、９３におけるボケを３段階で示したが、実際にはボケは連続的に変化する。
【００２２】
図３において、撮影光学系の射出瞳９０は焦点検出用光束の一部を遮光している。実際に焦点検出に利用できる測距瞳分布は射出瞳９０の内部領域であり、その内部領域の重心位置は実際に焦点検出に利用できる測距瞳分布の瞳重心Ｇ１、Ｇ２となる。すなわち、瞳重心Ｇ１は、測距瞳９２と射出瞳９０とが重なる重なり領域の重心であり、瞳重心Ｇ２は、測距瞳９３と射出瞳９０とが重なる重なり領域の重心である。瞳重心距離ｇは、瞳重心Ｇ１、Ｇ２の間の距離で表される。ここで、図３においては測距瞳９２、９３の並び方向をｘ軸方向とし、ｘ軸上に位置する瞳重心Ｇ１、Ｇ２は測距瞳９２，９３のｘ軸方向の重心を示す。そのｘ軸の原点は入射瞳の瞳中心Ｇ０であるものとすると、瞳重心Ｇ１、Ｇ２の位置ｘＧ１、ｘＧ２は、式（２）で表される。式（２）において、Ｇは瞳重心Ｇ１、Ｇ２を、ｆ（ｘ，ｙ）は測距瞳９２、９３における測距瞳分布を、Ｑは測距瞳９２、９３における測距瞳分布のうちの射出瞳９０の内部領域を各々表す。
【数２】
2011081365.tif 000004
【００２３】
焦点検出エリアが光軸９１上に位置する場合は図３に示されるように一対の像波形は対称性を有するが、焦点検出エリアが光軸９１上に位置しない場合は、射出瞳位置が入射瞳位置と異なり、測距瞳分布を通過する光線が交換レンズ２０２（図１参照）の構成要素（絞り開口やレンズ開口など）によって制限されることとなる。図４は焦点検出エリアが光軸９１からｘ軸方向に距離Ｘｃ、かつｙ軸方向に距離Ｙｃだけ離間している場合を例示している。測距瞳９２において、最も内側のボケ９２１からボケ９２２を介し最も外側のボケ９２３に向かって、ボケが大きくなる。同様に、測距瞳９３において、最も内側のボケ９３１からボケ９３２を介し最も外側のボケ９３３に向かって、ボケが大きくなる。なお、図示の便宜上、図４においては測距瞳９２，９３におけるボケを３段階で示したが、実際にはボケは連続的に変化する。
【００２４】
実際には、上述したように、測距瞳分布を通過する光線が交換レンズ２０２の構成要素によって制限される。したがって、制限された一対の焦点検出用光束により形成される一対の像波形が、図４に示す前玉射出瞳３１ｆｐと後玉射出瞳３１ｂｐとの内部領域に限られ、アンバランスになる。つまり、一対の像波形が互いに横にずれるだけでなく、波形の振幅にズレが生じる。このようなアンバランスな像波形でも対応可能な像ズレ検出演算が必要である。後述するように、絞り射出瞳面において、焦点検出用光束は前玉射出瞳３１ｆｐおよび後玉射出瞳３１ｂｐにより一部が遮光される。
【００２５】
したがって、撮影光学系の射出瞳は図４に示すように左側が前玉射出瞳３１ｆｐにより規定され、右側が後玉射出瞳３１ｂｐにより規定された形状となる。上記形状の射出瞳を周辺射出瞳と呼ぶと、実際に焦点検出に利用できる測距瞳分布は周辺射出瞳の内部領域であり、その内部領域の重心位置は実際に焦点検出に利用できる測距瞳分布の瞳重心Ｇ１、Ｇ２となる。すなわち、瞳重心Ｇ１は、測距瞳９２と前玉射出瞳３１ｆｐとが重なる重なり領域の重心であり、瞳重心Ｇ２は、測距瞳９３と後玉射出瞳３１ｂｐとが重なる重なり領域の重心である。ここで、重心は測距瞳の並び方向（図ではｘ方向）の重心を示す。
【００２６】
図５は、焦点検出用光束９６が複数の開口によりケラレている（口径蝕が生じている）様子を示す図である。図５において、位置Ｐ（２）は前玉射出瞳面３１ｆの予定焦点面３０からの距離で規定される位置座標を表し、開口径Ｄ（２）は前玉射出瞳面３１ｆにおける前玉射出瞳３１ｆｐの直径を表している。位置Ｐ（３）は後玉射出瞳面３１ｂの予定焦点面３０からの距離で規定される位置座標を表し、開口径Ｐ（３）は後玉射出瞳面３１ｂにおける後玉射出瞳３１ｂｐの直径を表している。ｄｅｆは予定焦点面３０から結像面までの距離（デフォーカス量）である。また、位置Ｐ（１）は絞り射出瞳面３１ｏの予定焦点面３０からの距離で規定される位置座標を表し、開口径Ｄ（１）は絞り射出瞳面３１ｏにおける絞り射出瞳３１ｏｐの直径を表している。
【００２７】
図５において、絞りによる開口（絞り射出瞳）、レンズの前玉（絞りより前に位置するレンズのうち、その開口径が画面周辺への光束の制限に最も寄与するレンズ）による開口（前玉射出瞳）、および、レンズの後玉（絞りより後方に位置するレンズのうち、その開口径が画面周辺への光束の制限に最も寄与するレンズ）による開口（後玉射出瞳）が存在し、焦点検出位置に対応する一対の焦点検出用光束９６の内の一方の焦点検出用光束Ｍ１はレンズの前玉により最もケラレ、もう一方の焦点検出用光束Ｍ２はレンズの後玉により最もケラレている状態を示している。
【００２８】
このような口径蝕に基づいて式（２）に示す演算を撮影のたびに行うことは、式（２）の演算が焦点検出エリアの変更や交換レンズ２０２の交換にも依存することを考慮すると、撮影のたびに一定程度の焦点検出時間を要することになる。そこで、本実施の形態では、式（３）に示す多項式により瞳重心距離ｇを求める。これによって、焦点検出時間が短縮され、さらなる高速化が可能となる。ただし、式（３）において、ｘｍ、ｘｐは、各々、前玉射出瞳３１ｆｐの外周、後玉射出瞳３１ｂｐの外周とｘ軸との交点の位置を表し（図４参照）、入射瞳の瞳中心Ｇ０がｘ軸の原点であることから、ｘｍ＜０であり、ｘｐ＞０である。定数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃは本実施の形態による焦点検出装置固有の定数であり、種々の交換レンズ２０２に対して種々の像高でデフォーカス値を予め実測しておくことで、最小二乗法等の統計的手法により決定することとする。決定された定数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃは、カメラボディ２０３内の記憶装置２１９に格納される。なお、カメラボディ２０３に装着可能な全ての種類の交換レンズについて、定数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃが記憶装置２１９内に格納されることとせずに、定数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃは、各種類の交換レンズ２０２内の記憶装置２０７に格納されることとしても良い。
【数３】
2011081365.tif 000005
【００２９】
ｘｍ、ｘｐは記憶装置２０７に格納されている開口データに基づいて近似値を算出することができる。詳細を以下に説明する。記憶装置２０７に格納されている開口データが、図５で示される絞り射出瞳面３１ｏ、前玉射出瞳面３１ｆ、後玉射出瞳面３１ｂにおける３つ（ｉ＝１，２，３）の円形開口の半径Ｒ（ｉ）、および上述した位置Ｐ（ｉ）であるとした場合、上述した射出瞳９０の半径をＲｃ（ｉ）は、上述した測距瞳距離Ｌを用いて式（４）のように表される。
【数４】
2011081365.tif 000006
【００３０】
図４においては、焦点検出エリアが光軸９１からｘ軸と平行な方向に距離Ｘｃ、かつｙ軸と平行な方向に距離Ｙｃだけ離間した位置に焦点検出エリアが位置しているが、このような場合、予定結像面において焦点検出エリアの像高（ｉｘ，ｉｙ）であるとすると、上述した３つの円形開口に対する距離Ｘｃ（ｉ）、Ｙｃ（ｉ）は各々式（５）および式（６）のように求められる。
【数５】
2011081365.tif 000007
【数６】
2011081365.tif 000008
【００３１】
図４において、周辺射出瞳は、上述したように、右側が後玉射出瞳３１ｂｐにより規定された円弧であり、左側が前玉射出瞳３１ｆｐにより規定された円弧である。周辺射出瞳の外周とｘ軸との交点のうち大きい方をＸｐ（ｉ）、小さい方をＸｍ（ｉ）とすると、上述した３つの円形開口に対するＸｐ（ｉ）、Ｘｍ（ｉ）は各々式（７）および式（８）のように求められる。
【数７】
2011081365.tif 000009
【数８】
2011081365.tif 000010
【００３２】
以上の演算に基づき、ｉ＝１，２，３に対して、ｘｐ＝ｍｉｎ｛Ｘｐ（ｉ）｝、ｘｍ＝ｍａｘ｛Ｘｍ（ｉ）｝として各々求めることができる。このようにして求められる式（３）に基づいて一対の像の瞳重心距離ｇが算出され、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆが算出される。
【００３３】
図６は、本実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。本フローチャートに示す処理は、焦点検出装置に含まれるボディＣＰＵ２１４で実行される。ボディＣＰＵ２１４は、ステップＳ６１０において、記憶装置２０７に格納されている開口データを取得する。ステップＳ６２０において、撮影レンズの射出光束包括線と焦点検出方向直線との交点ｘｐ、ｘｍを上述した演算により算出する。ステップＳ６３０において、瞳重心距離ｇを式（３）に基づいて算出する。ステップＳ６４０において、瞳分割型位相差検出方式に基づく焦点検出処理により像ズレ量ｓを検出する。ステップＳ６５０において、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出する。ステップＳ６６０において、デフォーカス量ｄｅｆに基づいたレンズ駆動制御をレンズＣＰＵ２０６に指示する。以上をもって、本フローチャートに示す処理は終了する。
【００３４】
以上で説明した第１の実施の形態の焦点検出装置は、一対の光電変換部５２および５３と、隣接する光電変換部６２および６３とを含む焦点検出画素列と、交換レンズ２０２の透過光を瞳分割して得られる一対の焦点検出光束７２および７３ならびに一対の焦点検出光束８２および８３を焦点検出画素列に夫々導くマイクロレンズ５０および６０を含み、焦点検出画素列の出力信号に基づき像ズレ量を検出する瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系を有する。ボディＣＰＵ２１４は、交換レンズ２０２において透過光を制限する３つの円形開口の半径および予定焦点面３０から各円形開口までの距離に関する３つの開口データを取得するステップＳ６１０の処理と、焦点検出光学系のマイクロレンズ５０および６０と焦点検出画素列とにより決定される一対の測距瞳９２および９３と交換レンズ２０２の射出瞳９０とが重なる一対の重なり領域の瞳重心Ｇ１およびＧ２間の瞳重心距離ｇを算出するステップＳ６３０の処理と、算出された瞳重心距離ｇに基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換するステップＳ６５０とを行う。こうしたことにより、演算量を低減し、焦点検出動作に要する処理時間を短縮化できるという作用効果がある。
【００３５】
−−−第２の実施の形態−−−
第１の実施の形態においては、瞳重心距離ｇを多項式（３）に基づく近似計算によって算出し、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出した。しかし、式（１）において、ニューラルネットワークを用いた近似計算によって変換係数Ｋを算出しても良い。ニューラルネット演算については、例えば、特開平６−２１４２８５号公報に開示されるニューラルネットワーク構成を用いることができる。以下、第２の実施の形態として説明する。
【００３６】
図７は、本実施の形態における焦点検出装置が有するニューラルネットワーク構成を示す構成図であり、変換係数Ｋを出力する。このニューラルネットワークは、９個の入力を受ける入力層と２層の中間層と補正値を出力する出力層とから構成されている。このニューラルネットワークは、記憶装置２１９に格納されている。
【００３７】
Ｉ［１］〜Ｉ［９］はニューラルネットワークの入力値であり、図５に示す３開口を形成する前玉射出瞳３１ｆｐ、後玉射出瞳３１ｂｐ、絞り射出瞳３１ｏｐの位置Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）、口径Ｄ（１）、Ｄ（２）、Ｄ（３）、焦点検出エリアの座標位置［ｘ，ｙ］と定数１を入力値としている。焦点検出エリアの座標位置［ｘ，ｙ］の値は、例えば−５≦ｘ≦５、−３≦ｙ≦３であるが、これに限定されるものではない。中間層１は入力値Ｉ［１］からＩ［９］を、中間層２は中間層１の出力を、各々予め学習等により最適化した結合の重みＷｎで加重加算した結果を、式（９）で表されるシグモイド関数ｆ（ｔ）で変換し、次のニューロン層への入力値としている。
【数９】
2011081365.tif 000011
【００３８】
すなわち、中間層１では、入力値Ｉ［ｎ］に対して重みＷ１［ｎ，１］、Ｗ１［ｎ，２］、・・・、Ｗ１［ｎ，９］を加重加算し、シグモイド関数ｆ（ｔ）で変換した値を出力層の入力値としている。また、中間層２では、中間層１の出力とＩ［９］に対して重みＷ２［１］、Ｗ２［２］、・・・、Ｗ２［１１］を加重加算し、シグモイド関数ｆ（ｔ）で変換した値を出力層の入力値としている。
【００３９】
さらに、出力層では、中間層２の出力（−１から＋１）を実際の補正値の範囲に直すため、中間層２の出力とＩ［９］に、Ｗ３［１］、Ｗ３［２］を加重加算した結果を、シグモイド関数ｆ（ｔ）を通さずに変換係数Ｋとしてそのまま出力している。このようにして変換係数Ｋ（＝Ｌ／ｇ）が得られ、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆが算出される。
【００４０】
なお、このニューラルネット演算における結合の重みＷは、公知の方法である誤差逆伝播アルゴリズム等の学習法を用いて、計算機等で予め最適化して、記憶装置２１９に格納されている。
【００４１】
図８は、本実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。本フローチャートに示す処理は、焦点検出装置に含まれるボディＣＰＵ２１４で実行される。ボディＣＰＵ２１４は、ステップＳ８１０において、記憶装置２０７に格納されている開口データを取得する。ステップＳ８２０において、図７に示されるニューラルネットワークの入力値Ｉ［１］〜Ｉ［９］を設定する。ステップＳ８３０において、変換係数Ｋをニューラルネット演算により算出する。ただし、上述したように、焦点検出エリアの座標位置を表すｘ，ｙのとりうる値の範囲は一例であり、これに限定されるものではない。ステップＳ８４０において、瞳分割型位相差検出方式に基づく焦点検出処理により像ズレ量ｓを検出する。ステップＳ８５０において、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出する。ステップＳ８６０において、デフォーカス量ｄｅｆに基づいたレンズ駆動制御をレンズＣＰＵ２０６に指示する。以上をもって、本フローチャートに示す処理は終了する。
【００４２】
図９は、図８のステップＳ８３０における変換係数Ｋのニューラルネット演算による算出処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ９１０において、入力値Ｉ［１］〜Ｉ［９］と、入力層および中間層１の結合の重みＷ１［ｎ，１］〜Ｗ１［ｎ，９］との積算結果を算出し、その算出結果を式（９）で表されるシグモイド関数ｆ（ｔ）を通して中間層１の出力Ｎ１［ｎ］を算出する。
【００４３】
ステップＳ９２０においては、中間層１からの出力Ｎ１［１］〜Ｎ１［１０］と、中間層１および中間層２の結合の重みＷ２［１］〜Ｗ１［１０］との積算結果を算出し、その算出結果に重みＷ２［１１］を加え、式（９）で表されるシグモイド関数ｆ（ｔ）を通して中間層２の出力Ｎ２を算出する。
【００４４】
ステップＳ９３０においては、中間層２からの出力Ｎ２と、中間層２および出力層の結合の重みＷ３［１］との積に重みＷ３［２］を加え、出力層の出力Ｎ３を算出する。出力Ｎ３を変換係数Ｋとして返し、本フローチャートに示す処理は終了する。
【００４５】
以上で説明した第２の実施の形態の焦点検出装置においては、ボディＣＰＵ２１４によって取得された３つの開口データと、焦点検出エリアの座標位置［ｘ，ｙ］とを入力値とするニューラルネットワークを記憶する記憶装置２１９が設けられている。
【００４６】
ボディＣＰＵ２１４は、瞳重心間距離ｇと、一対の測距瞳９２および９３のマイクロレンズ５０および６０からの測距瞳距離Ｌとの比の値に基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換するステップＳ８５０の処理を行う。こうすることにより、演算量を低減し、焦点検出動作に要する処理時間を短縮化できるという作用効果がある。
【００４７】
−−−第３の実施の形態−−−
第１の実施の形態においては、瞳重心距離ｇを多項式（３）に基づく近似計算によって算出し、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出した。しかし、後述する式（１０）により変換係数Ｋを求めることとしても良い。以下、第３の実施の形態として説明する。
【００４８】
図４において、入射瞳の瞳中心Ｇ０がｘ軸の原点であることから、ｘｍ＜０であり、ｘｐ＞０である。２点ｘｍおよびｘｐの間の距離ｄは、ｄ＝ｘｐ−ｘｍで表され、Ｌ／ｄはいわば口径蝕を考慮した絞り値に相当する。定数ａおよびｂは本実施の形態による焦点検出装置固有の値であり、撮影光学系のＦ値に応じて定まる。撮影光学系のＦ値が小さいほど、すなわち撮影光学系の明るさが明るいほど、ピントずれが目立たないように変換係数Ｋを高精度に算出する必要がある。したがって、撮影光学系のＦ値に応じて、式（１０）を用いる代わりに例えば式（１１）〜（１３）に示す定数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２を用いた演算式を用いて変換係数Ｋを算出する。種々の交換レンズ２０２に対して種々の像高でデフォーカス値を予め実測しておくことで、定数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２を最小二乗法等の統計的手法により決定することとする。決定された定数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２は、定数Ｆ１およびＦ２とともに記憶装置２１９に格納される。なお、カメラボディ２０３に装着可能な全ての種類の交換レンズについて、定数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２、ならびに定数Ｆ１およびＦ２が記憶装置２１９内に格納されることとせずに、定数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２、ならびに定数Ｆ１およびＦ２は、交換レンズ２０２内の記憶装置２０７に格納されることとしても良い。
【数１０】
2011081365.tif 000012
【数１１】
2011081365.tif 000013
【数１２】
2011081365.tif 000014
【数１３】
2011081365.tif 000015
【００４９】
変換係数Ｋは、撮影光学系のＦ値が定数Ｆ１よりも小さいときは式（１１）を用いて、撮影光学系のＦ値が定数Ｆ１よりも大きく定数Ｆ２以下であるときは式（１２）を用いて、撮影光学系のＦ値が定数Ｆ２よりも大きいときは式（１３）を用いて算出される。式（１０）において、変換係数ＫはＬ／ｄに関わらず定数ｂ０と等しい。これは、図１０（ａ）に示すように、測距瞳９２、９３全体が射出瞳９０に含まれるためである。撮影光学系のＦ値が大きくなって、定数Ｆ１に等しくなるとき、図１０（ｂ）に示すように、測距瞳９２、９３全体が射出瞳９０にちょうど含まれている。
【００５０】
さらに撮影光学系のＦ値が定数Ｆ１よりも大きくなると、上述したように実際に焦点検出に利用できる測距瞳分布は射出瞳９０の内部領域であるから、変換係数Ｋは式（１１）ではなく式（１２）を用いて算出される。このとき、算出を簡略化するため、撮影光学系のＦ値が定数Ｆ２よりも小さい範囲であれば、変換係数Ｋは式（１２）を用いて一定の値として算出される。そして例えば、撮影光学系のＦ値が定数Ｆ２に等しいとき、図１０（ｃ）に示すように、測距瞳９２、９３の双方の重心Ｃ１およびＣ２が射出瞳９０の外周上に位置している。
【００５１】
さらに撮影光学系のＦ値が定数Ｆ２よりも大きくなると、変換係数Ｋは式（１１）および（１２）ではなく式（１３）を用いて算出される。定数Ｆ１およびＦ２の値は、図２に示した焦点検出光学系に応じて定まり、例えばマイクロレンズ５０および６０の口径、光軸９１から光電変換部５２、５３、６２および６３の重心位置、ならびにマイクロレンズ５０および６０と光電変換部５２、５３、６２との間の距離に基づいて決定される。
【００５２】
第１の実施の形態で説明したように、ｘｍ、ｘｐは記憶装置２０７に格納されている開口データに基づいて近似値を算出することができる。式（４）〜（８）を用いた演算に基づき、ｉ＝１，２，３に対して、ｘｐ＝ｍｉｎ｛Ｘｐ（ｉ）｝、ｘｍ＝ｍａｘ｛Ｘｍ（ｉ）｝として各々求めることができる。このようにして求められるｘｐおよびｘｍに基づき距離ｄが算出され、距離ｄに基づき式（１０）を用いて変換係数Ｋが算出され、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆが算出される。
【００５３】
図１１は、本実施の形態における焦点検出装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。本フローチャートに示す処理は、焦点検出装置に含まれるボディＣＰＵ２１４で実行される。ボディＣＰＵ２１４は、ステップＳ７１０において、レンズＣＰＵ２０６よりＦ値を取得するとともに、記憶装置２０７に格納されている開口データを取得する。ステップＳ７２０において、撮影レンズの射出光束包括線と焦点検出方向直線との交点ｘｐ、ｘｍを上述した演算により算出し、それらの差を取ることで２点ｘｍおよびｘｐの間の距離ｄを算出する。ステップＳ１１３０において、像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数Ｋを式（１０）に基づいて算出する。具体的には、上述したように、Ｆ値に応じて式（１１）〜（１３）のいずれかを用いて算出する。ステップＳ１１４０において、瞳分割型位相差検出方式に基づく焦点検出処理により像ズレ量ｓを検出する。ステップＳ１１５０において、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出する。ステップＳ１１６０において、デフォーカス量ｄｅｆに基づいたレンズ駆動制御をレンズＣＰＵ２０６に指示する。以上をもって、本フローチャートに示す処理は終了する。
【００５４】
以上で説明した第３の実施の形態の焦点検出装置においては、ボディＣＰＵ２１４は、ステップＳ７１０で取得した３つの開口データに基づいて一対の重なり領域の瞳重心Ｇ１およびＧ２を通る直線と交換レンズ２０２の前玉射出瞳３１ｆｐおよび後玉射出瞳３１ｂｐの外周との交点ｘｍおよびｘｐの間の距離ｄを算出するステップＳ１１２０の処理と、一対の測距瞳９２および９３のマイクロレンズ５０および６０からの測距瞳距離Ｌと瞳重心間距離ｇとの比の値とに基づき、像ズレ量をデフォーカス量に変換するステップＳ１１５０の処理とを行う。こうすることにより、演算量を低減し、焦点検出動作に要する処理時間を短縮化できるという作用効果がある。
【００５５】
−−−第４の実施の形態−−−
第３の実施の形態においては、変換係数Ｋを式（１０）に基づく近似計算によって算出し、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出した。図１２において、撮像素子２１２に配置された撮像画素８１０は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）のいずれかの色フィルタを有し、赤色フィルタＲを有する赤撮像画素８１０Ｒと、緑色フィルタＧを有する緑撮像画素８１０Ｇと、青色フィルタＢを有する青撮像画素８１０Ｂとがベイヤ配列に従って配置される。図１３に示すように、赤撮像画素８１０Ｒが受光する赤色光、緑撮像画素８１０Ｇが受光する緑色光および青撮像画素８１０Ｂが受光する青色光からなる３種類の単色光は波長帯域が相異なる。すなわち、赤撮像画素８１０Ｒと緑撮像画素８１０Ｇと青撮像画素８１０Ｂとはそれぞれ異なる分光感度特性を有する。図１３に示すように、緑撮像画素８１０Ｇの分光感度のピーク値近傍に対応する波長帯域は、赤撮像画素８１０Ｒの分光感度のピーク値近傍に対応する波長帯域と青撮像画素８１０Ｂの分光感度のピーク値近傍に対応する波長帯域との間に挟まれた中央の波長帯域である。
【００５６】
また、赤色光と緑色光と青色光とは、それぞれの波長帯域が相異なる単色光であるため、回折特性も相異なる。図３に示した測距瞳分布は、被写体からの入射光に含まれる上述した３種類の単色光の混色比に応じて、上述した回折の影響で変化する。それら３種類の単色光のそれぞれに対応する測距瞳９２および９３におけるボケ９２１、９２２、９２３、９３１、９３２および９３３も、各色の単色光に応じて相異なる。したがって、波長の異なる各色の単色光に対応する瞳重心距離ｇも相異なることとなり、変換係数Ｋの値も互いに異なることとなる。すなわち、波長の異なる各色の単色光に対して式（１０）が各々規定され、式（１１）〜（１３）も各色の単色光に対して規定されることとなる。
【００５７】
しかし、第４の実施の形態における撮像装置においては、式（１０）すなわち式（１１）〜（１３）を、例えば緑色光に対応する変換係数ＫＧの算出にのみ用いて、赤色光に対応する変換係数ＫＲおよび青色光に対応する変換係数ＫＢの算出には用いない。このとき、式（１１）〜（１３）における定数Ｆ１およびＦ２、ならびに定数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１およびｂ２は、緑色光についてのみ記憶装置２１９に格納しておけばよい。距離ｄは各色の単色光が混色された入射光に関して求められる。第４の実施の形態における撮像装置においては、各色の単色光が混色された入射光に対する変換係数Ｋを、例えば緑色光に対応する変換係数ＫＧに基づき、緑色光、赤色光および青色光の混色比を考慮した後述する補正演算式（１４）を用いて算出する。
【００５８】
図１２において、各焦点検出画素１２２０は、一対の光電変換部１２２０Ａおよび１２２０Ｂを有している。これらの焦点検出画素１２２０は、例えば、ベイヤ配列に従って配置された撮像画素１２１０のうちの緑撮像画素１２１０Ｇと青撮像画素１２１０Ｂとが配置された行のうちの一部に取って代わるように、一列に並んで配置されることにより、焦点検出エリアを形成している。この焦点検出エリアを含む近傍の領域１２５０の一例を、図１２の破線で囲んだ領域で示す。領域１２５０に含まれる赤撮像画素１２１０Ｒの出力平均値ＭＲと、領域１２５０に含まれる緑撮像画素１２１０Ｇの出力平均値ＭＧと、領域１２５０に含まれる青撮像画素１２１０Ｂの出力平均値ＭＢとに基づき、式（１４）を用いて緑色光に対応する変換係数ＫＧを補正することにより、各色の単色光が混色された入射光に対する変換係数Ｋは算出される。
【数１４】
2011081365.tif 000016
【００５９】
特開２００７−１２１８９６号公報によると、変換係数Ｋは撮影光学系のＦ値に応じて変化することから、変換係数ＫＧ、ＫＲおよびＫＢもまた各々撮影光学系のＦ値に応じて変化することとなる。したがって、式（１４）において、補正係数α（Ｆ）は撮影光学系のＦ値の関数である。緑色光は図１３に示すように青色光と赤色光との間に挟まれた中央の波長帯域を示す。すなわち、緑色光の波長帯域は、緑色光、青色光および赤色光の各単色光が均一に混色された白色入射光の波長分布の中央波長帯域に該当するため、波長帯域が緑色光を挟んで互いに反対側に該当する赤色光および青色光の各々に対応する出力平均値ＭＲおよびＭＢのいずれもが緑色光に対応する出力平均値ＭＧと等しくなり、すなわち変換係数Ｋは変換係数ＫＧと等しい。これは白色入射光の場合、式（１４）において、ＭＲ≒ＭＧ≒ＭＢゆえにＫ≒ＫＧが導かれることと合致する。
【００６０】
赤色光を多く含む入射光は緑色光よりも回折角が大きく、測距瞳分布が大きくなる。したがって、その入射光における瞳重心距離ｇは大きくなるため、変換係数Ｋは変換係数ＫＧよりも大きくなる。これは、入射光がほぼ赤色光のみを含む場合は、式（１４）において、ＮＢ≒ＭＧ≒０ゆえにＫ≒ＫＧ・｛１＋α（Ｆ）｝となるから、Ｋ＞ＫＧが導かれることと合致する。青色光を多く含む入射光は緑色光よりも回折角が小さく、測距瞳分布が小さくなるため。したがって、その入射光における瞳重心距離ｇは小さくなるため、変換係数Ｋは変換係数ＫＧよりも小さくなる。これは、入射光がほぼ青色光のみを含む場合は、式（１４）において、ＭＲ≒ＭＧ≒０ゆえにＫ≒ＫＧ・｛１−α（Ｆ）｝となるから、Ｋ＜ＫＧが導かれることと合致する。こうして、入射光の混色比を考慮した変換係数Ｋが得られる。
【００６１】
撮影光学系のＦ値が大きくなると、図１０に示したように、射出瞳９０の大きさが小さくなる。射出瞳９０の大きさが小さくなると、図３に示したように、瞳重心間距離ｇが小さくなる。そこで、本実施の形態では、式（１４）における補正係数α（Ｆ）を、式（１５）を用いて求める。定数ｐおよびｑは本実施の形態による焦点検出装置固有の値であり、種々の交換レンズ２０２に対して種々の像高でデフォーカス値を予め実測しておくことで、定数ｐおよびｑを最小二乗法等の統計的手法により決定することとする。決定された定数ｐおよびｑは、記憶装置２１９に格納される。
【数１５】
2011081365.tif 000017
【００６２】
図１４は、本実施の形態における撮像装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。本フローチャートに示す処理は、焦点検出装置に含まれるボディＣＰＵ２１４で実行される。ボディＣＰＵ２１４は、ステップＳ１４１０において、第３の実施の形態の説明で示した式（１０）を用いて変換係数ＫＧを算出する。ステップＳ１４２０において、変換係数Ｋを、式（１４）を用いて算出する。ステップＳ１４３０において、瞳分割型位相差検出方式に基づく焦点検出処理により像ズレ量ｓを検出する。ステップＳ１４４０において、式（１）に基づいてデフォーカス量ｄｅｆを算出する。ステップＳ１４５０において、デフォーカス量ｄｅｆに基づいたレンズ駆動制御をレンズＣＰＵ２０６に指示する。以上をもって、本フローチャートに示す処理は終了する。
【００６３】
以上で説明した第４の実施の形態の撮像装置は、第３の実施の形態の実施の形態の焦点検出装置と、赤色光の波長帯域と緑色光の波長帯域と青色光の波長帯域とに対応する３種類の分光感度特性を有し、交換レンズ２０２の透過光を受光して３種類の分光感度特性に応じた撮像信号を出力する複数の撮像画素８１０と、焦点検出エリアとを含む撮像素子２１２とを有する。ボディＣＰＵ２１４は、赤色光の波長帯域、緑色光の波長帯域、および青色光の波長帯域のうち、中央の波長帯域の緑色光に対応する変換係数ＫＧを算出するステップＳ１３１０の処理と、撮像素子２１２上の焦点検出エリア近傍の領域１２５０における複数の撮像画素８１０の各々からの、３種類の分光感度特性の各々に対応した出力平均値ＭＲ、ＭＧおよびＭＢに基づき、変換係数ＫＧを補正するステップＳ１３２０の処理とを行う。こうすることにより、演算量が低減され、焦点検出動作に要する処理時間を短縮化できるという作用効果がある。
【００６４】
第４の実施の形態においては、変換係数Ｋを式（１５）を用いて求める際に、第３の実施の形態における式（１０）を用いて求めた変換係数ＫＧを用いることとした。しかし、例えば第１の実施の形態における緑色光に関する測距瞳距離ＬＧと、式（３）を用いて求めた緑色光に関する瞳重心距離ｇＧとに基づいて得られる変換係数ＫＧを用いることとしてもよい。あるいは第２の実施の形態におけるニューラルネットワーク構成を用いて、緑色光について求められる変換係数ＫＧを用いることとしてもよい。
【００６５】
上述した第１〜第３の実施の形態の説明においては、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系に本発明を適用した実施の形態を例示したが、再結像方式による瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系に本発明を適用しても良い。
【００６６】
再結像型方式による瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系においては、交換レンズの予定結像面近傍にコンデンサレンズが配置され、その背後にはイメージセンサが配置される。コンデンサレンズとイメージセンサとの間には、予定結像面近傍に結像された１次像をイメージセンサ上に再結像する一対の再結像レンズが配置され、その近傍には一対の絞り開口を有する絞りマスクが配置される。
【００６７】
イメージセンサは、複数の光電変換部が直線に沿って密に配置されたラインセンサである。それらの光電変換部の配置方向は、一対の測距瞳の分割方向（すなわち、絞り開口の並び方向）と一致する。このイメージセンサからは、イメージセンサ上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報が出力される。この情報に対して像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００６８】
イメージセンサに配置された複数の光電変換部は、再結像レンズにより予定結像面上に投影される。デフォーカス量（像ズレ量）の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ（すなわち、予定結像面上に投影された複数の光電変換部の配列ピッチ）により決まる。
【００６９】
コンデンサレンズは、絞りマスクの絞り開口を、射出瞳上における一対の測距瞳として投影している。すなわち、イメージセンサ上に再結像される一対の像は、射出瞳上における一対の測距瞳を通過する焦点検出用光束によって形成される。
【００７０】
本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。
【符号の説明】
【００７１】
３０  予定焦点面、３１ｆｐ  前玉射出瞳、３１ｂｐ  後玉射出瞳、３１ｏｐ  絞り射出瞳、５０  マイクロレンズ、６０  マイクロレンズ、５２  光電変換部、５３  光電変換部、６２  光電変換部、６３  光電変換部、７２  焦点検出用光束、７３  焦点検出用光束、９０  射出瞳、９１  光軸、９２  測距瞳、９３  測距瞳、９６  焦点検出用光束、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ＣＰＵ、２０７  記憶装置、２０９  レンズ、２１０  レンズ、２１１  絞り、２１２  撮像素子、２１３  焦点検出部、２１４  ボディＣＰＵ、２１５  液晶表示素子駆動回路、２１６  液晶表示素子、２１７  接眼レンズ、２１８  電気接点、２１９  記憶装置、９２１、９２２、９２３、９３１、９３２、９３３  ボケ、１２１０  撮像画素、１２２０  焦点検出画素、１２５０  焦点検出エリアを含む近傍の領域
【図１】
2011081365.tif 000018
【図２】
2011081365.tif 000019
【図３】
2011081365.tif 000020
【図４】
2011081365.tif 000021
【図５】
2011081365.tif 000022
【図６】
2011081365.tif 000023
【図７】
2011081365.tif 000024
【図８】
2011081365.tif 000025
【図９】
2011081365.tif 000026
【図１０】
2011081365.tif 000027
【図１１】
2011081365.tif 000028
【図１２】
2011081365.tif 000029
【図１３】
2011081365.tif 000030
【図１４】
2011081365.tif 000031