(57)【要約】【課題】偏位量を求めるべき２つのデータ列間において、３点内挿法に用いる相関量を算出するために用いられるデータの端部に大きな変動がある場合においても、２つのデータ列間の偏位量を高精度に求める。【解決手段】基本データ列｛Ａ（ｉ）｝および偏位データ列｛Ｂ（ｉ＋ｋ）｝の間の相関量Ｄ（ｋ）の極大値を与えるｋがｋ＝２である場合であって、基本データ列｛Ａ（ｉ）｝における整数ｉの範囲がｉ＝４〜８であるとする。３点内挿法に用いる相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ＋１）の算出の際に、極大を示す相関量Ｄ（ｋ）の算出に用いた偏位データＢ（６）〜Ｂ（１０）以外の偏位データＢ（５）、Ｂ（１１）を除外して算出する。こうした３点内挿法により、特に大きな変動を有する偏位データＢ（１１）の影響を受けずに、高精度かつ安定的に、極大相関量に対する偏位量を算出することができる。【選択図】図９
2011170038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のデータピッチで配列された第１及び第２のデータ列からそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングするサンプリング手段と、
前記第１の所定範囲に対して前記第２の所定範囲を、前記所定のデータピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、前記偏位量を順次変更する偏位手段と、
前記偏位手段による前記偏位量の変更毎に、前記第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出する個別相関度算出手段と、
前記偏位手段による前記偏位量の変更毎に、前記個別相関度算出手段が算出した個別相関度を積算して、相関量を算出する相関量算出手段と、
前記相関量算出手段が算出した前記相関量の中で極大を示す極大相関量と、前記極大相関量を与える第１の偏位量とを求める決定手段と、
前記第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を前記個別相関度算出手段及び前記相関量算出手段に再算出させて、第１及び第２の相関量を得る制御手段と、
前記極大相関量と前記第１及び第２の相関量とに基づき、前記第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を前記所定のデータピッチよりも小さな単位で内挿して求める内挿手段とを備え、
前記個別相関度算出手段は、前記第２及び第３の偏位量における個別相関度の再算出において、前記第２及び第３の偏位量における前記第２の所定範囲の端部のデータのうち、前記第１の偏位量における前記第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、個別相関度を再算出することを特徴とする相関演算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の相関演算装置において、
前記制御手段は、前記第１の偏位量における個別相関度及び相関量を前記個別相関度算出手段及び前記相関量算出手段に再算出させて、再度極大相関量を得、
前記個別相関度算出手段は、前記第１の偏位量における個別相関度の再算出において、前記第１の偏位量における前記第２の所定範囲の両端部のデータに関する個別相関度については、前記両端部のデータに関する個別相関度に１未満の係数を乗じて、個別相関度を再算出することを特徴とする相関演算装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の相関演算装置において、
前記内挿手段の再計算により求められた前記相対的な偏位量と、該相対的な偏位量により与えられる極大相関量との組合せにより定まる点は、前記再算出した極大相関量を与える偏位量と前記再算出した極大相関量との組合せにより定まる点、および前記第２及び第３の偏位量における相関量のうちの低い相関量を与える偏位量と前記低い相関量との組合せにより定まる点を結んだ直線と、該直線の傾きの正負を反転した傾きを有し、かつ前記第２及び第３の偏位量における相関量のうちの高い相関量を与える偏位量と前記高い相関量との組合せにより定まる点を通る直線との交点であることを特徴とする相関演算装置。
【請求項４】
所定のデータピッチで配列された第１及び第２のデータ列からそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングし、
前記第１の所定範囲に対して前記第２の所定範囲を、前記所定のデータピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、前記偏位量を順次変更し、
前記偏位量の変更毎に、前記第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出すると共に、前記個別相関度を積算して相関量を算出し、
前記相関量の中で極大を示す極大相関量と、前記極大相関量を与える第１の偏位量とを求め、
前記第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を再算出して第１及び第２の相関量を得、
前記第２及び第３の偏位量における前記第２の所定範囲の端部のデータのうち、前記第１の偏位量における前記第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、前記第２及び第３の偏位量における個別相関度を再算出すると共に、再算出した前記個別相関度を積算して前記第２及び第３の偏位量における第１及び第２の相関量を再算出し、
前記極大相関量と再算出した前記第１及び第２の相関量とに基づき、前記第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を前記所定のデータピッチよりも小さな単位で内挿して求めることを特徴とする相関演算方法。
【請求項５】
光学系を透過して一対の像を形成する一対の光束を受光し、前記一対の像に応じた一対の焦点検出信号データ列を出力する複数の焦点検出画素が所定の画素ピッチで配列された受光手段と、
前記一対の焦点検出信号データ列の互いに対応するデータからそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングするサンプリング手段と、
前記第１の所定範囲に対して前記第２の所定範囲を、前記所定の画素ピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、前記偏位量を順次変更する偏位手段と、
前記偏位手段による前記偏位量の変更毎に、前記第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出する個別相関度算出手段と、
前記偏位手段による前記偏位量の変更毎に、前記個別相関度算出手段が算出した個別相関度を積算して、相関量を算出する相関量算出手段と、
前記相関量算出手段が算出した前記相関量の中で極大を示す極大相関量と、前記極大相関量を与える第１の偏位量とを求める決定手段と、
前記第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を前記個別相関度算出手段及び前記相関量算出手段に再算出させて、第１及び第２の相関量を得る制御手段と、
前記極大相関量と前記第１及び第２の相関量とに基づき、前記第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を前記所定の画素ピッチよりも小さな単位で内挿して求める内挿手段と、
前記相対的な偏位量に応じ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、
前記個別相関度算出手段は、前記第２及び第３の偏位量における個別相関度の再算出において、前記第２及び第３の偏位量における前記第２の所定範囲の端部のデータのうち、前記第１の偏位量における前記第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、個別相関度を再算出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
撮影光学系と、
前記撮影光学系を透過して被写体像を形成する撮影用の光束を受光し、前記被写体像に応じた撮像信号データを出力する複数の撮像画素と、前記撮影光学系を透過して一対の像を形成する一対の焦点検出用の光束を受光し、前記一対の像に応じた一対の焦点検出信号データ列を出力する複数の焦点検出画素とが所定の画素ピッチで配列された受光手段と、
前記一対の焦点検出信号データ列の互いに対応するデータからそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングするサンプリング手段と、
前記第１の所定範囲に対して前記第２の所定範囲を、前記所定の画素ピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、前記偏位量を順次変更する偏位手段と、
前記偏位手段による前記偏位量の変更毎に、前記第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出する個別相関度算出手段と、
前記偏位手段による前記偏位量の変更毎に、前記個別相関度算出手段が算出した個別相関度を積算して、相関量を算出する相関量算出手段と、
前記相関量算出手段が算出した前記相関量の中で極大を示す極大相関量と、前記極大相関量を与える第１の偏位量とを求める決定手段と、
前記第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を前記個別相関度算出手段及び前記相関量算出手段に再算出させて、第１及び第２の相関量を得る制御手段と、
前記極大相関量と前記第１及び第２の相関量とに基づき、前記第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を前記所定の画素ピッチよりも小さな単位で内挿して求める内挿手段と、
前記相対的な偏位量に応じて前記撮影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、
前記個別相関度算出手段は、前記第２及び第３の偏位量における個別相関度の再算出において、前記第２及び第３の偏位量における前記第２の所定範囲の端部のデータのうち、前記第１の偏位量における前記第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、個別相関度を再算出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、２つのデータ列間の相関量を用いて、２つのデータ間の相対的な偏位量を演算する相関装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この焦点検出装置では、撮影光学系の瞳の一対の領域を通過する一対の焦点検出光束を一対の焦点検出画素列で受光し、該一対の焦点検出画素列から出力される一対の焦点検出画素データ列に対して相関演算を施す。該相関演算の結果に応じて前記一対の焦点検出画素データ列間の相対的なズレ量（偏位量）を求め、該ズレ量に基づき撮影レンズの焦点状態を検出している。
【０００３】
特許文献１において、偏位量算出は、特許文献１の「００６８」から「００６９」に記載されているように行われる。すなわち、所定のデータサンプリングピッチでサンプリングされた一対のデータ列をｅ（ｉ）、ｆ（ｉ）（ただしｉ＝１〜ｍ）とした場合、一対のデータ列の相対的な偏位量がＬ（Ｌはデータサンプリングピッチを単位とした整数）の場合の相関量Ｃ（Ｌ）をＣ（Ｌ）＝Σ｜ｅ（ｉ＋Ｌ）−ｆ（ｉ）｜として演算する。ただしΣ演算を行うパラメータｉの範囲はｐ〜ｑ（１≦ｐ＜ｑ≦ｍ）である。さらに相関量が極大となる偏位量ｋｊとその前後の偏位量ｋｊ−１、ｋｊ＋１における３点の相関量Ｃ（ｋｊ−１）、Ｃ（ｋｊ）、Ｃ（ｋｊ＋１）を用い、３点内挿の手法によりデータサンプリングピッチ以下の精度で相関量が極大になる偏位量ｘを求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３３０３２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、上述した従来の焦点検出装置においては、像の中央部が低コントラストで端部が高コントラストの場合には、３点内挿法で求めた偏位量の精度が悪化するという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）請求項１に記載の相関演算装置は、所定のデータピッチで配列された第１及び第２のデータ列からそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングするサンプリング手段と、第１の所定範囲に対して第２の所定範囲を、所定のデータピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、偏位量を順次変更する偏位手段と、偏位手段による偏位量の変更毎に、第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出する個別相関度算出手段と、偏位手段による偏位量の変更毎に、個別相関度算出手段が算出した個別相関度を積算して、相関量を算出する相関量算出手段と、相関量算出手段が算出した相関量の中で極大を示す極大相関量と、極大相関量を与える第１の偏位量とを求める決定手段と、第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を個別相関度算出手段及び相関量算出手段に再算出させて、第１及び第２の相関量を得る制御手段と、極大相関量と第１及び第２の相関量とに基づき、第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を所定のデータピッチよりも小さな単位で内挿して求める内挿手段とを備え、個別相関度算出手段は、第２及び第３の偏位量における個別相関度の再算出において、第２及び第３の偏位量における第２の所定範囲の端部のデータのうち、第１の偏位量における第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、個別相関度を再算出することを特徴とする。
（２）請求項４に記載の相関演算方法は、所定のデータピッチで配列された第１及び第２のデータ列からそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングし、第１の所定範囲に対して第２の所定範囲を、所定のデータピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、偏位量を順次変更し、偏位量の変更毎に、第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出すると共に、個別相関度を積算して相関量を算出し、相関量の中で極大を示す極大相関量と、極大相関量を与える第１の偏位量とを求め、第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を再算出して第１及び第２の相関量を得、第２及び第３の偏位量における第２の所定範囲の端部のデータのうち、第１の偏位量における第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、第２及び第３の偏位量における個別相関度を再算出すると共に、再算出した個別相関度を積算して第２及び第３の偏位量における第１及び第２の相関量を再算出し、極大相関量と再算出した第１及び第２の相関量とに基づき、第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を所定のデータピッチよりも小さな単位で内挿して求めることを特徴とする。
（３）請求項５に記載の焦点検出装置は、光学系を透過して一対の像を形成する一対の光束を受光し、一対の像に応じた一対の焦点検出信号データ列を出力する複数の焦点検出画素が所定の画素ピッチで配列された受光手段と、一対の焦点検出信号データ列の互いに対応するデータからそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングするサンプリング手段と、第１の所定範囲に対して第２の所定範囲を、所定の画素ピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、偏位量を順次変更する偏位手段と、偏位手段による偏位量の変更毎に、第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出する個別相関度算出手段と、偏位手段による偏位量の変更毎に、個別相関度算出手段が算出した個別相関度を積算して、相関量を算出する相関量算出手段と、相関量算出手段が算出した相関量の中で極大を示す極大相関量と、極大相関量を与える第１の偏位量とを求める決定手段と、第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を個別相関度算出手段及び相関量算出手段に再算出させて、第１及び第２の相関量を得る制御手段と、極大相関量と第１及び第２の相関量とに基づき、第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を所定の画素ピッチよりも小さな単位で内挿して求める内挿手段と、相対的な偏位量に応じ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、個別相関度算出手段は、第２及び第３の偏位量における個別相関度の再算出において、第２及び第３の偏位量における第２の所定範囲の端部のデータのうち、第１の偏位量における第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、個別相関度を再算出することを特徴とする。
（４）請求項６に記載の撮像装置は、撮影光学系と、撮影光学系を透過して被写体像を形成する撮影用の光束を受光し、被写体像に応じた撮像信号データを出力する複数の撮像画素と、撮影光学系を透過して一対の像を形成する一対の焦点検出用の光束を受光し、一対の像に応じた一対の焦点検出信号データ列を出力する複数の焦点検出画素とが所定の画素ピッチで配列された受光手段と、一対の焦点検出信号データ列の互いに対応するデータからそれぞれ第１及び第２の所定範囲のデータをサンプリングするサンプリング手段と、第１の所定範囲に対して第２の所定範囲を、所定の画素ピッチ単位の偏位量で相対的に偏位させると共に、偏位量を順次変更する偏位手段と、偏位手段による偏位量の変更毎に、第１及び第２の所定範囲のデータについて互いに位置的に対応するデータ間の個別相関度をそれぞれ算出する個別相関度算出手段と、偏位手段による偏位量の変更毎に、個別相関度算出手段が算出した個別相関度を積算して、相関量を算出する相関量算出手段と、相関量算出手段が算出した相関量の中で極大を示す極大相関量と、極大相関量を与える第１の偏位量とを求める決定手段と、第１の偏位量の前後の第２及び第３の偏位量における個別相関度及び相関量を個別相関度算出手段及び相関量算出手段に再算出させて、第１及び第２の相関量を得る制御手段と、極大相関量と第１及び第２の相関量とに基づき、第１及び第２の所定範囲のデータ間の相関量が極大になる相対的な偏位量を所定の画素ピッチよりも小さな単位で内挿して求める内挿手段と、相対的な偏位量に応じて撮影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、個別相関度算出手段は、第２及び第３の偏位量における個別相関度の再算出において、第２及び第３の偏位量における第２の所定範囲の端部のデータのうち、第１の偏位量における第２の所定範囲のデータに新たに加わったデータを除いて、個別相関度を再算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏位量を求めるべき２つのデータ列間において、３点内挿法に用いる相関量を算出するために用いられるデータの端部に大きな変動がある場合においても、２つのデータ列間の偏位量を高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施の形態のディジタルスチルカメラの構成を示す図である。
【図２】交換レンズの予定結像面に設定した撮像画面上の焦点検出領域を示す図である。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図４】瞳分割方式による焦点検出方法を説明する図である。
【図５】一実施の形態のディジタルスチルカメラ（撮像装置）の撮像動作を示すフローチャートである。
【図６】焦点検出動作の詳細を示すフローチャートである。
【図７】一対のデータ列の間の相対的な偏位量をデータサンプリングピッチ単位の精度で算出する処理を説明するための図である。
【図８】焦点検出演算（相関演算）を説明するための図である。
【図９】基準データ列および偏位データ列の例を示す図である。
【図１０】３点内挿法に用いる３点の相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ）、Ｄ（ｋ＋１）の算出の概念図である。
【図１１】焦点検出演算（相関演算）を説明するための図である。
【図１２】シミュレーションにより確認した本発明の効果を説明するための図である。
【図１３】シミュレーションにより確認した本発明の効果を説明するための図である。
【図１４】シミュレーションにより確認した本発明の効果を説明するための図である。
【図１５】ひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えた２種類の焦点検出画素を交互に一列に配置した他の変形例の撮像素子を示す図である。
【図１６】撮像画素のベイヤー配列と補色配列を示す図である。
【図１７】本願発明の実施の形態による相関演算方法を適用した外光三角測距方式の距離測定について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本願発明を撮像装置としてのディジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態のディジタルスチルカメラの構成を示す図である。一実施の形態のディ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はカメラボディ２０３のマウント部２０４に装着される。
【００１０】
交換レンズ２０２はレンズ２０５〜２０７、絞り２０８、レンズ駆動制御装置２０９などを備えている。なお、レンズ２０６はズーミング用、レンズ２０７はフォーカシング用である。レンズ駆動制御装置２０９はＣＰＵとその周辺部品を備え、フォーカシング用レンズ２０７と絞り２０８の駆動制御、ズーミング用レンズ２０６、フォーカシング用レンズ２０７および絞り２０８の位置検出、カメラボディ２０３の制御装置との通信によるレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【００１１】
一方、カメラボディ２０３は撮像素子２１１、カメラ駆動制御装置２１２、メモリカード２１３、ＬＣＤドライバー２１４、ＬＣＤ２１５、接眼レンズ２１６などを備えている。撮像素子２１１は交換レンズ２０２の予定結像面（予定焦点面）に配置され、交換レンズ２０２により結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子２１１には撮像用画素（以下、単に撮像画素という）が二次元状に配置されており、その内の焦点検出位置に対応した部分には撮像画素に代えて焦点検出用画素（以下、単に焦点検出画素という）列が組み込まれている。
【００１２】
カメラ駆動制御装置２１２はＣＰＵとメモリなどの周辺部品を備え、撮像素子２１１の駆動制御、撮像画像の処理、交換レンズ２０２の焦点検出および焦点調節、絞り２０８の制御、ＬＣＤ２１５の表示制御、レンズ駆動制御装置２０９との通信、カメラ全体のシーケンス制御などを行う。なお、カメラ駆動制御装置２１２は、マウント部２０４に設けられた電気接点２１７を介してレンズ駆動制御装置２０９と通信を行う。
【００１３】
メモリカード２１３は撮像画像を記憶する画像ストレージである。ＬＣＤ２１５は液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）の表示器として用いられ、撮影者は接眼レンズ２１６を介してＬＣＤ２１５に表示された撮像画像を視認することができる。
【００１４】
交換レンズ２０２を通過して撮像素子２１１上に結像された被写体像は撮像素子２１１により光電変換され、画像出力がカメラ駆動制御装置２１２へ送られる。カメラ駆動制御装置２１２は、焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０９へ送る。また、カメラ駆動制御装置２１２は、撮像画素の出力に基づいて生成した画像信号をＬＣＤドライバー２１４へ送り、ＬＣＤ２１５に表示するとともに、メモリカード２１３に記憶する。
【００１５】
レンズ駆動制御装置２０９は、ズーミングレンズ２０６、フォーカシングレンズ２０７および絞り２０８の位置を検出し、検出位置に基づいてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルから検出位置に応じたレンズ情報を選択し、カメラ駆動制御装置２１２へ送る。また、レンズ駆動制御装置２０９は、カメラ駆動制御装置２１２から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を演算し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０７を駆動制御する。
【００１６】
図２は、交換レンズ２０２の予定結像面に設定した撮像画面Ｇ上の焦点検出領域を示す。撮像画面Ｇ上にＧ１〜Ｇ５の焦点検出領域を設定し、撮像素子２１１の焦点検出画素を撮像画面Ｇ上の各焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の長手方向に直線状に配列する。つまり、撮像素子２１１上の焦点検出画素列は、撮影画面Ｇ上に結像された被写体像の内の焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の像をサンプリングする。撮影者は撮影構図に応じて焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の中から任意の焦点検出領域を手動で選択する。
【００１７】
図３は撮像素子２１１の詳細な構成を示す正面図である。なお、図３は撮像素子２１１上のひとつの焦点検出領域の周囲を拡大した部分拡大図である。撮像素子２１１は撮像画素３１０と焦点検出用の焦点検出画素３１１から構成される。
【００１８】
撮像画素３１０はマイクロレンズ１０、光電変換部１１、不図示の色フィルターから構成される。焦点検出画素３１１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。撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０によって明るい交換レンズの射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。一方、焦点検出画素３１１の一対の光電変換部１２、１３は、マイクロレンズ１０によって交換レンズの特定の射出瞳（たとえばＦ２．８）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。
【００１９】
撮像画素３１０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は半導体回路基板上に形成され、色フィルターはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。
【００２０】
２次元状に配置された撮像画素３１０には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色フィルターが備えられ、各色フィルターはそれぞれの色に対応する分光感度特性を有している。ＲＧＢの色フィルターを備えた撮像画素３１０は、図３に示すようにベイヤー配列される。
【００２１】
一方、焦点検出画素３１１には、光量をかせぐために色フィルターは設けられておらず、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と、赤外カットフィルター（不図示）の分光感度とを総合した分光感度特性を有している。焦点検出画素３１１の分光感度は、撮像画素３１０の内の緑画素Ｇ、赤画素Ｒ、青画素Ｂの分光感度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Ｇ、赤画素Ｒ、青画素Ｂの感度の光波長領域を包含している。
【００２２】
焦点検出画素３１１は、図２に示す焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の撮像画素３１０のＢフィルターとＧフィルターが配置されるべき行または列に、直線状に隙間なしに密に配置される。焦点検出画素３１１を撮像画素３１０のＢフィルターとＧフィルターが配置されるべき行または列に配置することによって、画素補間により焦点検出画素３１１の位置の画素信号を算出する場合に、多少誤差が生じても人間の眼には目立たなくすることができる。この理由は、人間の目は青より赤に敏感であることと、緑画素の密度が青画素と赤画素より高いので、緑画素の１画素の欠陥に対する画像劣化への寄与が小さいためである。
【００２３】
なお、上述した補色フィルターの撮像画素を二次元状に展開した撮像素子では、出力誤差が比較的目立たない青成分を含むシアンとマゼンダが配置されるべき画素位置に焦点検出画素３１１を配置する。
【００２４】
焦点検出画素３１１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は半導体回路基板上に形成される。
【００２５】
次に、図４により瞳分割方式による焦点検出方法を説明する。図４において、交換レンズ２０２の光軸９１上に配置される焦点検出画素３１１のマイクロレンズ５０と、そのマイクロレンズ５０の後方に配置される一対の光電変換部５２，５３、および交換レンズ２０２の光軸９１外に配置される焦点検出画素３１１のマイクロレンズ６０と、そのマイクロレンズ６０の後方に配置される一対の光電変換部６２，６３を例にあげて説明する。交換レンズ２０２の予定結像面に配置したマイクロレンズ５０、６０の前方の距離ｄ４の位置に、交換レンズ２０２の射出瞳９０を設定する。ここで、距離ｄ４は、マイクロレンズ５０、６０の曲率、屈折率、マイクロレンズ５０、６０と光電変換部５２，５３、６２，６３との間の距離などに応じて決まる値であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。
【００２６】
マイクロレンズ５０、６０は交換レンズ２０２の予定結像面に配置されており、光軸９１上のマイクロレンズ５０によって一対の光電変換部５２，５３の形状がマイクロレンズ５０から投影距離ｄ４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。一方、光軸９１外のマイクロレンズ６０によって一対の光電変換部６２，６３の形状が投影距離ｄ４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ｄ４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る。
【００２７】
光電変換部５２は、測距瞳９２を通過しマイクロレンズ５０へ向う焦点検出光束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を通過しマイクロレンズ５０へ向う焦点検出光束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。光電変換部６２は、測距瞳９２を通過しマイクロレンズ６０へ向う焦点検出光束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を通過しマイクロレンズ６０へ向う焦点検出光束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。なお、焦点検出画素３１１の配列方向は一対の瞳距離の分割方向と一致させる。
【００２８】
このような焦点検出画素を直線状に多数配列し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２と測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳９２と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を得ることができる。さらに、この情報に対して後述する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、いわゆる瞳分割方式で一対の像の像ズレ量を検出することができる。そして、この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（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）を算出することができる。
【００２９】
なお、図４では、光軸９１上にある第一焦点検出画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２，５３）と隣接する第一焦点検出画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２，６３）を模式的に例示したが、その他の焦点検出画素においても同様に、一対の光電変換部が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。
【００３０】
《撮像動作》
図５は、一実施の形態のディジタルスチルカメラ（撮像装置）２１０の撮像動作を示すフローチャートである。カメラ駆動制御装置２１２は、ステップＳ１００でカメラの電源が投入されるとこの撮像動作を繰り返し実行する。ステップＳ１１０において撮像素子２１１から撮像画素３１０のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーＬＣＤ２１５に表示させる。撮像画素３１０のデータを間引き読み出しする際には、焦点検出画素３１１がなるべく含まれないような設定で間引き読み出しをすることによって、表示品質を向上させることができる。逆に、焦点検出画素３１１を含むように間引き読み出しを行い、電子ビューファインダーＬＣＤ２１５上に焦点検出画素出力を補正せずに表示させることによって、焦点検出位置をユーザーに認識可能に表示することもできる。
【００３１】
ステップＳ１２０では焦点検出画素列からデータを読み出す。なお、図２に示す焦点検出エリアＧ１〜Ｇ５の中から予めエリア選択操作部材（不図示）により任意のエリアが選択されているので、選択された焦点検出エリアに対応する焦点検出画素列からデータを読み出す。続くステップＳ１３０において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すなわち相関演算処理を行い、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Ｓ１４０では合焦近傍か否か、つまり算出したデフォーカス量の絶対値が合焦判定基準値以内であるか否かを調べる。
【００３２】
合焦近傍でないと判定した場合はステップＳ１５０へ進み、算出したデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０９へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２０７を合焦位置に駆動させ、ステップＳ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップＳ１５０へ分岐し、レンズ駆動制御装置２０９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２０７を無限位置と至近位置の間でスキャン駆動させ、ステップＳ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。
【００３３】
一方、合焦近傍であると判定した場合はステップＳ１６０へ進み、レリーズボタン（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、なされていない場合はステップＳ１１０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場合はステップＳ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０９へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り２０８をカメラ駆動制御装置２１２で露出演算により決定した制御Ｆ値、またはユーザーが手動で設定したＦ値に設定する。
【００３４】
絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１１に撮像動作を行わせ、撮像素子２１１の撮像画素３１０およびすべての焦点検出画素３１１から画像データを読み出す。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画素データを、焦点検出画素３１１のデータおよび周囲の撮像画素３１０のデータに基づいて補間する。ステップＳ１９０では撮像画素３１０のデータおよび補間された焦点検出画素位置のデータからなる画像データをメモリーカード２１３に保存し、ステップＳ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。
【００３５】
図５に示す撮像動作の中のステップＳ１３０における焦点検出動作の詳細を、図６を用いて以下に説明する。
【００３６】
一対の焦点検出画素列から出力される第１データ列をＡ（ｉ）、第２データ列をＢ（ｉ）（ただしｉ＝１〜ｍ）とする。
【００３７】
焦点検出演算においては、まず第１データ列Ａ（ｉ）と第２データ列Ｂ（ｉ）との間の相対的な偏位量（像ズレ量）をデータサンプリングピッチ単位（図３の焦点検出画素の配置においては画素ピッチ＝データサンプリングピッチ）の精度で算出し、次に内挿法によりデータサンプリングピッチ以下の精度で偏位量を算出し直す。最終的に算出した偏位量に一対の測距瞳の重心の開き角の大きさに応じた変換係数を乗じてデフォーカス量を算出する。
【００３８】
第１データ列Ａ（ｉ）と第２データ列Ｂ（ｉ）との間の相対的な偏位量をデータサンプリングピッチ単位の精度で算出する処理を、図７を用いて説明する。
【００３９】
まず第１データ列Ａ（ｉ）において基準データ（演算の際に固定されたデータ）を定める。図７の場合、基準データ７１０は、両端矢印の範囲に含まれる基準データＡ（ｐ）〜Ａ（ｑ）である。これは、図６のステップＳ２０１に該当する。
【００４０】
次に第２データ列Ｂ（ｉ）をデータサンプリングピッチ単位で第１データ列Ａ（ｉ）に対し相対的に順次偏位（偏位量Ｌ、Ｌは整数）させることにより、偏位データＢ（ｐ＋Ｌ）〜Ｂ（ｑ＋Ｌ）を規定する。これは、図６のステップＳ２０２に該当する。図７において、偏位データ７２０、７３０、７４０は各々、相対的偏位量Ｌがｋ−１、ｋ、ｋ＋１（ｋは整数）の場合の第２データ列Ｂ（ｉ）の偏位データを示している。すなわち、偏位データ７２０は偏位データＢ（ｐ＋ｋ−１）〜Ｂ（ｑ＋ｋ−１）であり、偏位データ７３０は偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）であり、偏位データ７４０は偏位データＢ（ｐ＋ｋ＋１）〜Ｂ（ｑ＋ｋ＋１）である（図７においては、いずれも両端矢印の範囲に含まれる）。
【００４１】
例えば基準データＡ（ｐ）〜Ａ（ｑ）と偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）については、データサンプリングピッチ毎にペアとなるデータ間の個別相関度がデータ間の差の絶対値として算出され（図６のステップＳ２０３において、Ｌ＝ｋの場合に該当）、該個別相関度が全てのデータペアに対して積算されて、基準データＡ（ｐ）〜Ａ（ｑ）と偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）との間の相関量Ｃ（ｋ）として（１）式のように算出される。式（１）において積算演算Σはｉ＝ｐ〜ｑの範囲で行われる。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ）｜                      （１）
【００４２】
同様にして偏位量ｋの前後の偏位量ｋ−１、ｋ＋１においても相関量Ｃ（ｋ−１）、Ｃ（ｋ＋１）が（２）、（３）式のように算出される。（１）式と同様に（２）、（３）式においても積算演算Σはｉ＝ｐ〜ｑの範囲で行われる。
Ｃ（ｋ−１）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ−１）｜              （２）
Ｃ（ｋ＋１）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ＋１）｜              （３）
【００４３】
相対的な偏位量ＬはＬｍｉｎからＬｍａｘの間で変化させられ、相関量Ｃ（Ｌｍｉｎ）からＣ（Ｌｍａｘ）が求められる。これは、図６のステップＳ２０４に該当する。
【００４４】
相関量Ｃ（Ｌｍｉｎ）からＣ（Ｌｍａｘ）の中で極大の相関度（差分の絶対値の和で相関量を算出する場合は相関量の値が小さいほど相関度が高いことを示す）を示す極大相関量を抽出する。例えばＣ（ｋ）が極大相関量であるとすると、偏位量ｋがデータサンプリングピッチ単位の精度で算出された第１データ列Ａ（ｉ）と第２データ列Ｂ（ｉ）との間の相対的な偏位量となる。極大相関量Ｃ（ｋ）を与える偏位量ｋの前後の偏位量ｋ−１、ｋ＋１における相関量Ｃ（ｋ−１）、Ｃ（ｋ＋１）は、上述したように、（２）、（３）式のようにして算出される。これらは、図６のステップＳ２０５に該当する。なお極大相関量Ｃ（ｋ）が存在しない場合には焦点検出不能と判定し、デフォーカス量を求める演算は行わない。
【００４５】
次の段階で内挿法によりデータサンプリングピッチ以下の精度で偏位量を算出するわけであるが、まず従来の方法について説明する。
【００４６】
従来の方法においては偏位量ｋとそれを挟んだ前後の偏位量ｋ−１、ｋ＋１における相関量Ｃ（ｋ−１）、Ｃ（ｋ）、Ｃ（ｋ＋１）の３点の相関量を用いて３点内挿法（線形法）によりデータサンプリングピッチ以下の精度の偏位量ｚを求める。ここで３点内挿法（１次関数）とは図８に示すように、相関量Ｃ（ｋ）の点と相関量Ｃ（ｋ−１）、Ｃ（ｋ＋１）のうち相関量Ｃ（ｋ）との差が大きな相関量の点（図８ではＣ（ｋ＋１））と結んだ直線Ｓ１と、直線Ｓ１と傾きが反対の直線でもう一方の相関量の点（図８ではＣ（ｋ−１））を通る直線Ｓ２との交点（相関量Ｃ（ｚ））の偏位量として、データサンプリングピッチ以下の精度の偏位量ｚを求める。
【００４７】
数式で示すと偏位量ｚは以下の式で求められる。
ｚ＝ｋ＋Ｈ／Ｓｌｏｐ                                （４）
Ｃ（ｚ）＝Ｃ（ｋ）−｜Ｈ｜                          （５）
Ｈ＝（Ｃ（ｋ−１）−Ｃ（ｋ＋１））／２                （６）
Ｓｌｏｐ＝Ｍａｘ（Ｃ（ｋ−１）−Ｃ（ｋ）、Ｃ（ｋ＋１）−Ｃ（ｋ））      （７）
【００４８】
しかしながら上述した従来の３点内挿法においては、極大相関量Ｃ（ｋ）を算出する際に用いた偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）に対し１つサンプリング位置が小さい側の偏位データＢ（ｐ＋ｋ−１）と偏位データＢ（ｐ＋ｋ）との差、または１つサンプリング位置が大きい側の偏位データＢ（ｑ＋ｋ＋１）と偏位データＢ（ｑ＋ｋ）との差に応じて、相関量Ｃ（ｋ−１）あるいはＣ（ｋ＋１）の値がゆらぐので、偏位量ｚの値もゆらいでしまった。特に偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）間のコントラストが小さいとともに、偏位データＢ（ｐ＋ｋ−１）と偏位データＢ（ｐ＋ｋ）との差、または偏位データＢ（ｑ＋ｋ＋１）と偏位データＢ（ｑ＋ｋ）との差が大きい場合には、偏位量ｚの値が、極大相関量Ｃ（ｋ）を算出する際に用いた偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）に含まれない偏位データＢ（ｐ＋ｋ-１）、Ｂ（ｑ＋ｋ＋１）の値により大きく影響を受けてしまった。
【００４９】
図９は基準データＡ（４）〜Ａ（８）に対して、偏位データＢ（６）〜Ｂ（１０）の相関量Ｃ（２）が極大になる例であるが、偏位データＢ（１０）の次の偏位データＢ（１１）との段差が大きい場合である。
【００５０】
図９の場合Ｃ（１）＝２、Ｃ（２）＝０、Ｃ（３）＝６であり、この３点より偏位量ｚを求めるとｚ＝１．６７となり、本来算出されるべき偏位量である２との差が０．３３も生じてしまい、最終的に大きな焦点検出誤差となる。
【００５１】
このような焦点検出誤差を生ずる原因は、３点内挿法に用いる相関量のうち、極大相関量Ｃ（ｋ）の両隣偏位量における相関量Ｃ（ｋ−１）あるいはＣ（ｋ＋１）を算出する際に、極大相関量Ｃ（ｋ）の算出に用いた偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）以外の偏位データＢ（ｐ＋ｋ−１）、Ｂ（ｑ＋ｋ＋１）を用いたことである。
【００５２】
このような従来方法の欠点を解決するために、本発明においては３点内挿法に用いる極大相関量Ｃ（ｋ）の両隣の偏位量における相関量を求める算出式を変更している。図１０は３点内挿法に用いる３点の相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ）、Ｄ（ｋ＋１）の算出の概念図であって、数式で示すと以下のようになる。（８）式において積算演算Σはｉ＝ｐ＋１〜ｑの範囲で行われる。（１０）式において積算演算Σはｉ＝ｐ〜ｑ−１の範囲で行われる。これらは、図６のステップＳ２０６に該当する。
Ｄ（ｋ−１）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ−１）｜          （８）
Ｄ（ｋ）＝Ｃ（ｋ）                                      （９）
Ｄ（ｋ＋１）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ＋１）｜          （１０）
【００５３】
相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ＋１）と相関量Ｃ（ｋ−１）、Ｃ（ｋ＋１）の関係は次式のようになっている。
Ｄ（ｋ−１）＝Ｃ（ｋ−１）−｜Ａ（ｐ）−Ｂ（ｐ＋ｋ−１）｜      （１１）
Ｄ（ｋ＋１）＝Ｃ（ｋ＋１）−｜Ａ（ｑ）−Ｂ（ｑ＋ｋ＋１）｜      （１２）
【００５４】
（８）、（１０）式に示すように３点内挿法に用いる相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ＋１）の算出の際に、極大相関量Ｄ（ｋ）＝Ｃ（ｋ）の算出に用いた偏位データＢ（ｐ＋ｋ）〜Ｂ（ｑ＋ｋ）以外の偏位データＢ（ｐ＋ｋ−１）、Ｂ（ｑ＋ｋ＋１）を用いていない（図１０において、両端矢印の範囲に含まれない）ので、これらを用いて３点内挿法で偏位量ｚを内挿した場合においても、偏位データＢ（ｐ＋ｋ−１）、Ｂ（ｑ＋ｋ＋１）の影響を受けずに高精度かつ安定的に偏位量ｚを算出することができる。
【００５５】
図１１に示すように、（８）〜（１０）式で求めた３点の相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ）、Ｄ（ｋ＋１）を用い、相関量Ｄ（ｋ）の点と相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ＋１）のうち相関量Ｄ（ｋ）との差が大きな相関量の点（図１１ではＤ（ｋ＋１））と結んだ直線Ｓ３と、直線Ｓ３と傾きが反対の直線でもう一方の相関量の点（図１１ではＤ（ｋ−１））を通る直線Ｓ４との交点（相関量Ｄ（ｚ））の偏位量として、データサンプリングピッチ以下の精度の偏位量ｚを求める。これは、図６のステップＳ２０７に該当する。
【００５６】
数式で示すと偏位量ｚは以下の式で求められる。
ｚ＝ｋ＋Ｈ／Ｓｌｏｐ                                （１３）
Ｄ（ｚ）＝Ｄ（ｋ）−｜Ｈ｜                          （１４）
Ｈ＝（Ｄ（ｋ−１）−Ｄ（ｋ＋１））／２                （１５）
Ｓｌｏｐ＝Ｍａｘ（Ｄ（ｋ−１）−Ｄ（ｋ）、Ｄ（ｋ＋１）−Ｄ（ｋ））    （１６）
【００５７】
偏位量ｚに基づき、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量Ｄｅｆを次式で求める。
Ｄｅｆ＝Ｋｄ×Ｐｙ×ｚ                            （１７）
【００５８】
（１７）式において、Ｐｙはデータサンプリングピッチであり、Ｋｄは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
【００５９】
図１２〜図１４は本発明の効果をシミュレーションによって確認した場合の図であって、図１２は像としてサイン関数を仮定し、６０点でサンプリングした時の第１データ列Ａ（ｉ）を示す図である。基準データはｉ＝６〜５５の５０点のデータを用いている。第２データ列Ｂ（ｉ）としては、上述のサイン関数の位相をサンプリングピッチ単位で０．１ずつ−１．０〜＋１．０の範囲で変化させた関数を同じサンプリングピッチでサンプリングしたものを用いている。第１データ列Ａ（ｉ）と第１データ列に対し位相（像ズレ量）を変化させた第２データ列Ｂ（ｉ）との組み合わせに対し、従来の３点内挿法と本発明による３点内挿法を適用し、算出された偏位量と正しい偏位量（像ズレ量）との間の誤差を計算して示したものが図１３（従来法の誤差）と図１４（本発明の誤差）である。従来法では最大０．０１５あった誤差が本発明では最大０．００４程度に減少していることがわかる。
【００６０】
−−−変形例−−−
＜相関演算の変形例＞
以上の実施形態においては一対のデータ列間の相関量を求める相関演算としてデータの差分の絶対値の和という演算を用いていたが、これ以外の相関演算でも構わない。例えば特開2007-333720に開示された次式のような相関演算を用いることができる。（１８）式においてパラメータｓは正の整数である。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ（ｉ）×Ｂ（ｉ＋ｋ＋ｓ）−Ａ（ｉ＋ｓ）×Ｂ（ｉ＋ｋ）｜                                                                              （１８）
【００６１】
＜内挿法の変形例＞
以上の実施形態においては３点内挿法として１次関数による内挿を用いていたが、これ以外の内挿法でも構わない。例えば３点の相関量の座標点上を２次関数が通るとして、偏位量ｚを該２次関数の頂点の座標として内挿することもできる。この場合には偏位量ｚは次式で算出することができる。
ｚ＝ｋ＋Ｈ／Ｓｌｏｐ                                    （１９）
Ｈ＝（Ｄ（ｋ−１）−Ｄ（ｋ＋１））／２                    （２０）
Ｓｌｏｐ＝Ｄ（ｋ−１）＋Ｄ（ｋ＋１）−２×Ｄ（ｋ）      （２１）
【００６２】
＜内挿法の変形例＞
以上の実施形態においては内挿法として３点内挿を用いていたが、これ以外の内挿法でも構わない。例えば図１１において４点目の相関量Ｄ（ｋ−２）を用い、Ｄ（ｋ）とＤ（ｋ＋１）を通る直線とＤ（ｋ−２）とＤ（ｋ−１）を通る直線の交点の座標として、偏位量ｚを内挿することもできる。この場合には偏位量ｚは次式で算出することができる。（２２）式において積算演算Σはｉ＝ｐ＋２〜ｑの範囲で行われる。
Ｄ（ｋ−２）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ−２）｜            （２２）
ｚ＝ｋ＋（Ｄ（ｋ−２）＋Ｄ（ｋ）−２×Ｄ（ｋ−１））／（Ｄ（ｋ−１）―Ｄ（ｋ−２）−Ｄ（ｋ＋１）＋Ｄ（ｋ））                          （２３）
【００６３】
＜３点内挿に用いる相関量Ｄ（ｋ）の算出法＞
以上の実施形態においては３点内挿に用いる相関量Ｄ（ｋ）（３点の中央の相関量）として（９）式を用いていたが、これ以外の演算を用いても構わない。例えばデータペアの両端の相関度を０以上１未満の所定係数倍してもよい。（２４）式は、所定係数を１／２とした例を示しており、この式において積算演算Σはｉ＝ｐ＋１〜ｑ−１の範囲で行われる。
Ｄ（ｋ）＝Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ）｜  ＋（｜Ａ（ｐ）−Ｂ（ｐ＋ｋ）｜＋｜Ａ（ｑ）−Ｂ（ｑ＋ｋ）｜）／２                （２４）
【００６４】
このようにすれば相関量を算出する際のデータペアの演算回数がｑ−ｐ＋２にほぼ揃うので、偏位量ｚの算出精度もさらに向上する。
【００６５】
＜３点内挿に用いる相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ＋１）の算出法＞
以上の実施形態においては３点内挿に用いる相関量Ｄ（ｋ−１）、Ｄ（ｋ）、Ｄ（ｋ＋１）として（８）、（９）、（１０）式を用いていたが、これ以外の演算を用いても構わない。例えば次式のように演算に用いるデータをさらに制限することにより、これらを用いた３点内挿の演算精度をさらに向上をはかることもできる。（２５）式において積算演算Σはｉ＝ｐ＋２〜ｑ−１の範囲で行われる。（２６）式において積算演算Σはｉ＝ｐ＋１〜ｑ−１の範囲で行われる。（２７）式において積算演算Σはｉ＝ｐ＋１〜ｑ−２の範囲で行われる。
Ｄ（ｋ−１）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ−１）｜                （２５）
Ｄ（ｋ）＝  Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ−１）｜                  （２６）
Ｄ（ｋ＋１）＝Σ｜Ａ（ｉ）−Ｂ（ｉ＋ｋ＋１）｜                （２７）
【００６６】
＜他の変形例＞
図３に示す撮像素子２１１では焦点検出画素３１１を隙間なく配列する例を示したが、焦点検出画素３１１を撮像画素３１０の青画素の位置に１画素おきに一列に配列してもよい。焦点検出画素３１１の配置間隔が大きくなることによって、焦点検出精度が多少低下するものの焦点検出画素３１１の密度が低くなるので、焦点検出画素３１１の位置の画像信号を補間処理により求めた画像品質が向上する。
【００６７】
図３に示す撮像素子２１１では、焦点検出画素３１１ごとに一対の光電変換部１２，１３を備えた例を示した。しかし、一つの焦点検出画素３１３は、マイクロレンズ１０と一つの光電変換部１６とを備え、一つの焦点検出画素３１４は、マイクロレンズ１０と一つの光電変換部１７とを備えることとしてもよい。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４に示す測距瞳９２，９３を形成する。したがって、焦点検出画素３１３，３１４により焦点検出の用いる一対の像の出力を得ることができる。
【００６８】
図１５に、焦点検出画素３１３，３１４を交互に一列に配置した撮像素子２１１Ａの例を示す。隣接する焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４が一対となり、図３に示す撮像素子２１１の焦点検出画素３１１に相当し、焦点検出に用いる一対の像の出力を得ることができる。
【００６９】
図３に示す撮像素子２１１では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色フィルターを備えた撮像画素３１０をベイヤー配列とした例を示したが、色フィルターの構成や配列は上述した一実施の形態に限定されない。例えば、Ｇ（緑）、黄（Ｙｅ）、マゼンダ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）を補色配列にしてもよい。この補色フィルターを用いる場合には、焦点検出画素３１１を、出力誤差が比較的目立たない青成分を含むシアンとマゼンタが配置されるべき画素位置に配置する。
【００７０】
図３に示す撮像素子２１１では焦点検出画素３１１に色フィルターを設けない例を示したが、撮像画素３１０と同色の色フィルターのうち、ひとつの色フィルター、例えば緑色フィルターを設けた場合でも、本発明を適用することができる。
【００７１】
図５に示す撮像動作では、補間処理により焦点検出画素３１１の位置の画像信号を補正した画像データをメモリカード２１３に格納する例を示したが、補正した画像データを電子ビューファインダー２１５や、ボディの背面に設けられた不図示の背面モニター画面に表示するようにしてもよい。
【００７２】
なお、上述した撮像素子２１１、２１１Ａは、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサーとして形成することができる。
【００７３】
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を例に上げて説明したが、本願発明の相関演算方法は上述した方式の焦点検出に限定されず、再結像瞳分割方式の焦点検出にも適用することができ、上述したような効果を奏することができる。
【００７４】
図１６により、本願発明の実施の形態による相関演算方法を適用した再結像瞳分割方式の焦点検出について説明する。図において、１９１は交換レンズの光軸、１１０，１２０はコンデンサーレンズ、１１１、１２１は絞りマスク、１１２，１１３、１２２，１２３は絞り開口、１１４、１１５、１２４，１２５は再結像レンズ、１１６、１２６は焦点検出用のイメージセンサー（ＣＣＤ）である。また、１３２，１３３、１４２，１４３は焦点検出光束、１９０は交換レンズの予定結像面の前方ｄ５の距離に設定された射出瞳である。なお、距離ｄ５は、コンデンサーレンズ１１０，１２０の焦点距離とコンデンサーレンズ１１０，１２０と絞り開口１１２，１１３、１２２，１２３の間の距離などに応じて決まる距離であり、測距瞳距離という。１９２はコンデンサーレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１２，１２２の領域（測距瞳）、１９３はコンデンサーレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１３，１２３の領域（測距瞳）である。
【００７５】
コンデンサーレンズ１１０、絞りマスク１１１、絞り開口１１２，１１３、再結像レンズ１１４，１１５、イメージセンサ１１６が、一つの位置で焦点検出を行う再結像方式の瞳分割型位相差検出の焦点検出ユニットを構成する。図１６では、光軸１９１上にある焦点検出ユニットと光軸外にある焦点検出ユニットを模式的に例示する。複数の焦点検出ユニットを組み合わせることによって、図２に示す５箇所の焦点検出位置Ｇ１〜Ｇ５において再結像方式の瞳分割型位相差検出で焦点検出を行う焦点検出専用センサーを実現することができる。
【００７６】
コンデンサーレンズ１１０からなる焦点検出ユニットは、交換レンズの予定結像面近傍に配置されたコンデンサーレンズ１１０、その背後に配置されたイメージセンサー１１６、コンデンサーレンズ１１０とイメージセンサー１１６の間に配置され、予定結像面近傍に結像された１次像をイメージセンサー１１６上に再結像する一対の再結像レンズ１１４，１１５、一対の再結像レンズの近傍（図では前面）に配置された一対の絞り開口１１２，１１３を有する絞りマスク１１１から構成される。イメージセンサー１１６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ーであって、光電変換部の配置方向は一対の測距瞳の分割方向（＝絞り開口の並び方向）と一致させる。
【００７７】
イメージセンサー１１６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イメージセンサー１１６から出力され、この情報に対して後述する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、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（再結像方式）で一対の像の像ズレ量が検出される。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。
【００７８】
イメージセンサー１１６は再結像レンズ１１４，１１５により予定結像面上に投影されており、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（再結像方式の場合は予定結像面上に投影された光電変換部の配列ピッチ）により決まる。
【００７９】
コンデンサーレンズ１１０は絞りマスク１１１の絞り開口１１２，１１３を射出瞳１９０上に領域１９２，１９３として投影している。これらの領域１９２，１９３を測距瞳と呼ぶ。すなわち、イメージセンサー１１６上に再結像される一対の像は射出瞳１９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束によって形成される。射出瞳１９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束１３２、１３３を焦点検出光束と呼ぶ。
【００８０】
また、本願発明は撮影光学系を通過する光束を瞳分割する方式の焦点検出に限定されず、外光三角測距方式による距離測定にも適用することができ、上述したような効果を奏することができる。図１７により、本願発明の実施の形態による相関演算方法を適用した外光三角測距方式の距離測定について説明する。レンズ３２０とその結像面に配置されたイメージセンサー３２６からなるユニットと、レンズ３３０とその結像面に配置されたイメージセンサー３３６からなるユニットとが基線長を隔てて配置される。これら一対のユニットが測距装置３４７を構成する。測距対象３５０の像がレンズ３２０と３３０によりイメージセンサ３２６と３３６上に形成される。
【００８１】
イメージセンサー３２６と３３６上に形成される像の位置関係は、測距装置３４７から測距対象３５０までの距離に応じて変化する。したがって、イメージセンサー３２６と３３６の信号データに対して本発明を適用した像ズレ検出を行うことによって、２像の相対的位置関係を検出し、この位置関係に基づいて測距対象３５０までの距離を測定することができる。
【００８２】
本願発明の実施の形態による撮像装置は、交換レンズとカメラボディから構成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ず、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、あるいはビデオカメラにも適用することができる。また、本願発明は、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラなどにも適用することができる。さらに、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置、あるいはステレオ測距装置にも適用することができる。
【００８３】
本実施の形態は、時間が異なるイメージセンサーの信号間の相関を検出して被写体像の動きやカメラのブレを検出する装置にも適用することができる。また、イメージセンサーの画像信号と特定の画像信号のパターンマッチングにも適用することができる。さらに、画像信号データの相関を検出するものに限定されず、音に関するデータの相関やその他一般に２つの信号の相関を検出するあらゆるものにも適用することができ、上述した効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０、５０、６０  マイクロレンズ、１１、１２、１３、１６、１７、５２、５３、６２、６３  光電変換部、７２、７３、８２、８３  焦点検出光束、９０  射出瞳、９１  光軸、９２、９３  測距瞳、１１０、１２０  コンデンサーレンズ、１１１、１２１  絞りマスク、１１２、１１３、１２２、１２３  絞り開口、１１４、１１５、１２４、１２５  再結像レンズ、１１６、１２６  イメージセンサー、１３２、１３３、１４２、１４３  焦点検出光束、１９０  射出瞳、１９１  交換レンズの光軸、１９２、１９３  測距瞳、２０１  ディ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、２０５、２０６、２０７  レンズ、２０８  絞り、２０９  レンズ駆動制御装置、２１１、２１１Ａ  撮像素子、２１２  カメラ駆動制御装置、２１３  メモリカード、２１４  ＬＣＤドライバー、２１５  ＬＣＤ、２１６  接眼レンズ、３１０  撮像画素、３１１、３１３、３１４  焦点検出画素、３２０、３３０  レンズ、３２６、３３６  イメージセンサー、３４７  測距装置、３５０  測距対象、７１０  基準データ、７２０、７３０、７４０  偏位データ
【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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