(57)【要約】【課題】光の色の影響を受けずに高精度な焦点検出を行なうことが出来る焦点検出装置を提供する。【解決手段】焦点検出装置は、第１の色の光量に応じた一対の第１の信号を出力する複数の第１画素と、第２の色の光量に応じた一対の第２の信号を出力する複数の第２画素と、前記一対の第１の信号の位相差または前記一対の第２の信号を用いて位相差を検出する位相差検出部と、前記一対の第１の信号を用いて前記位相差が検出されるときは、前記第１の色に応じた第１係数を用いてデフォーカス量を算出し、前記一対の第２の信号を用いて前記位相差が検出されるときは、前記第２の色に応じた第２係数を用いて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る。【選択図】図１５
2019095804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を通過した第１の色の光を受光し第１信号を出力する第１画素と、前記光学系を通過した前記第１の色とは異なる第２の色の光を受光し第２信号を出力する第２画素と、を有する撮像素子と、
前記光学系の焦点状態を検出するために使用する前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方を選択する選択部と、
前記選択部で選択された前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方により前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
を有する焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記選択部は、前記第１信号と前記第２信号とのコントラストから前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方を選択する焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記選択部は、複数の第１画素の出力値の平均値と複数の第２画素の出力値の平均値とから前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方を選択する焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記撮像素子が撮像する被写体の色を検出するセンサをさらに有し、
前記選択部は、前記センサにより検出された前記被写体の色から前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方を選択する焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記光学系に装着されたフィルタを検出する検出部をさらに有し、
前記選択部は、前記検出部により検出された前記フィルタに対応する色から前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方を選択する焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出部は、前記選択部により選択された、前記第１信号および前記第２信号のいずれかに基づいて焦点状態を検出する焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えるカメラ。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記光学系とを備えるカメラ。
【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その焦点検出装置を含むカメラに関する。
【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からなる焦点検出画素を撮影レンズの予定焦点面上に配列する。これにより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する。この一対の像信号間の像ズレ量（位相差）を検出することによって撮影レンズの焦点調節状態（デフォーカス量）を検出する。このような動作を行なう、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】
焦点検出画素に複数の色フィルタが設けられているときは、同一色フィルタの焦点検出画素が出力する一対の像信号毎に像ズレ量を検出することにより、複数の色毎に焦点検出を行なう（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２０００−２９２６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したこの種の焦点検出装置においては、色毎に焦点検出を行なって算出した複数のデフォーカス量が互いに必ずしも一致せず、色毎に焦点検出結果が異なってしまうという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の第１の態様によると、焦点検出装置は、光学系を通過した第１の色の光を受光し第１信号を出力する第１画素と、前記光学系を通過した前記第１の色とは異なる第２の色の光を受光し第２信号を出力する第２画素と、を有する撮像素子と、前記光学系の焦点状態を検出するために使用する前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方を選択する選択部と、前記選択部で選択された前記第１信号および前記第２信号の少なくとも一方により前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、を有する。
（２）本発明の第２の態様によると、カメラは、第１の態様による焦点検出装置を備える。
（３）本発明の第３の態様によると、カメラは、第１の態様による焦点検出装置と、前記光学系とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、焦点検出装置は光の色の影響を受けずに高精度な焦点検出を行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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】撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。
【図３】焦点検出画素を用いた瞳分割型位相差検出方式の原理について説明するための図である。
【図４】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図５】撮像画素および焦点検出画素に配置される色フィルタの配列を示す図である。
【図６】赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタの各色フィルタの分光感度特性を示す図である。
【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】瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。
【図１０】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１１】色フィルタの分光特性に応じた一対の測距瞳の形状の相違を示した図である。
【図１２】測距瞳に対して、絞り開口を重畳して示した図である。
【図１３】焦点検出画素の一対の光電変換部の断面の拡大図である。
【図１４】像ズレ量とデフォーカス量との線形関係を示す図である。
【図１５】デジタルスチルカメラの焦点検出動作を含む撮像動作を示すフローチャートである。
【図１６】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図１７】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図１８】撮像画素および焦点検出画素に配置される色フィルタの配列を示す図である。
【図１９】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２０】焦点検出画素の断面図である。
【図２１】瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。
【図２２】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】
図１は本発明の一実施の形態における焦点検出装置を含む撮像装置としてのレンズ交換式デジタルスチルカメラ２０１の構成を示す横断面図である。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とから構成される。種々の交換レンズ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。
【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などを有している。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る。レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節や絞り２１１の開口径調節のための駆動制御を行なうとともに、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なう。この他、レンズ駆動制御装置２０６は、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およびカメラ情報の受信を行なう。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などを有している。撮像素子２１２には、複数の撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に複数の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、駆動制御回路などを含む。ボディ駆動制御装置２１４は、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および交換レンズ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と、カメラの動作制御などとを行う。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、レンズ情報の受信およびカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。
【００１３】
液晶表示素子２１６は、電子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によって得られる画像信号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信号に基づいて生成される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、画像信号と焦点検出信号と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、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。それとともに、ボディ駆動制御装置２１４は、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。
【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と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、撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列による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上の中央および左右の３箇所に焦点検出エリア１０１〜１０３が配置される。長方形で示す焦点検出エリア１０１〜１０３は、撮影画面１００において水平方向に延在する。各焦点検出エリア１０１〜１０３の長手方向に焦点検出画素が直線的に配列される。
【００１９】
撮像素子２１２の詳細な構成について説明する前に、焦点検出画素を用いた瞳分割型位相差検出方式の原理について、図３を用いて説明する。
【００２０】
撮像面１１０上に複数の焦点検出画素１１１が配列される。焦点検出画素１１１はマイクロレンズ１１２と一対の光電変換部１１３、１１４とから構成される。一対の光電変換部１１３、１１４はマイクロレンズ１１２により撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０に投影され、一対の測距瞳１２３、１２４が形成される。換言すると、撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２３の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１３により受光され、測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２４の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１４により受光される。焦点検出画素１１１の配列に応じて得られる光電変換部１１３の系列の像信号と光電変換部１１４の系列の像信号との相対的なズレ量（位相差、像ズレ量）は、撮像面上に像を形成する光学系の焦点調節状態（デフォーカス量）に応じて変化する。したがって、焦点検出画素が生成する一対の像信号を演算処理することによって、光電変換部１１３の系列の像信号と光電変換部１１４の系列の像信号との相対的なズレ量を求めれば、光学系の焦点調節状態（デフォーカス量）を検出することができる。
【００２１】
なお上記一対の測距瞳１２３、１２４は一対の光電変換部１１３、１１４を単純に投影した分布とはならず、マイクロレンズ１１１の開口径に応じた光の回折効果により、ボケが生じて裾野を引いた分布となる。マイクロレンズ１１１の開口径は画素サイズと略一致する。図３において一対の測距瞳１２３、１２４の並び方向と垂直な方向のスリット開口を用いて一対の測距瞳１２３、１２４を並び方向に走査すると、一対の測距瞳分布１３３、１３４が得られる。上記回折効果により一対の測距瞳分布１３３、１３４は互いに隣接した部分で重なり合う重畳部１３５を有する。
【００２２】
図４、図５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１０１、１０２、または１０３の近傍を拡大して示したものである。図４は撮像画素３１０および焦点検出画素３１１のレイアウトを示す。図４において、撮像画素３１０および焦点検出画素３１１が二次元正方格子状に稠密に配列される。焦点検出画素３１１は、水平方向の２つの画素行に連続して配置され、互いに隣接する２つの焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２を形成する。図５は図４に示す撮像画素３１０および焦点検出画素３１１に配置される色フィルタの配列を示す。撮像画素３１０および焦点検出画素３１１には、ベイヤー配列の規則に従って色フィルタ、すなわち赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、および青色フィルタＢが配置されている。赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、および青色フィルタＢの各色フィルタの分光感度特性６００Ｒ、６００Ｇ、６００Ｂは、図６に示すように、それぞれ異なる波長において高い分光感度を示す。したがって、撮像素子２１２上の２つの画素行に互いに隣接して形成される２つの焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２のうちの一方の焦点検出画素列Ｌ１は、緑色フィルタＧが配置された複数の焦点検出画素と、青色フィルタＢが配置された複数の焦点検出画素とが交互に配置され、もう一方の焦点検出画素列Ｌ２は、赤色フィルタＲが配置された複数の焦点検出画素と、緑色フィルタＧが配置された複数の焦点検出画素とが交互に配置される。
【００２３】
撮像画素３１０は、図４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制限された光電変換部１１とを有している。焦点検出画素３１１は、図４に示すように矩形のマイクロレンズ１０と、撮像画素３１０の光電変換部１１を垂直方向に延在する素子分離領域１５により２分割して得られる一対の光電変換部１３、１４とから構成される。なお、簡潔のため、図４において色フィルタは不図示としている。また、焦点検出画素３１１の一対の光電変換部１３、１４の出力を加算した場合に、加算した出力が撮像画素３１０の光電変換部１１の出力と同等となるようにするため、素子分離領域１５の幅は出来る限り狭くし、一対の光電変換部１３、１４を近接させることが望ましい。
【００２４】
図７は図４に示した撮像画素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が形成される。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の形状が前方の後述する射出瞳に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。
【００２５】
図８は図４に示した焦点検出画素３１１の断面図である。光電変換部１３、１４の上に近接して遮光マスク３０が形成される。光電変換部１３、１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｄ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、一対の測距瞳が形成される。光電変換部１３、１４は半導体回路基板２９上に形成される。また光電変換部１３、１４を分離するために素子分離領域１５が形成される。
【００２６】
撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束を、光電変換部１１がすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素３１１は、マイクロレンズ１０によって交換レンズの射出瞳の一対の所定の領域を通過する一対の焦点検出光束を、光電変換部１３、１４がそれぞれ受光するような形状に設計される。
【００２７】
図９は、マイクロレンズ１０を用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお焦点検出エリア１０２の焦点検出画素配列の一部分を拡大して示す。図９において、射出瞳９０は、交換レンズ２０２の予定結像面に配置されたマイクロレンズ１０から前方に距離ｄの位置に設定されている。この距離ｄは、マイクロレンズ１０の曲率および屈折率、マイクロレンズ１０と光電変換部１３、１４との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。図９には他に、交換レンズの光軸９１、マイクロレンズ１０、光電変換部１３、１４、焦点検出画素３１１、焦点検出光束７３、７４が示されている。
【００２８】
測距瞳９３は、開口部３０ｄにより受光領域が制限された光電変換部１３がマイクロレンズ１０により投影されることによって形成される。同様に、測距瞳９４は、開口部３０ｄにより受光領域が制限された光電変換部１４がマイクロレンズ１０により投影されることによって形成される。測距瞳９３、９４は光軸９１を通る垂直線に対して線対称な形状となっている。図９では、説明を解りやすくするために測距瞳９３、９４を明瞭な領域で示しているが、実際にはマイクロレンズ１０の開口径が、数μｍ程度の画素サイズに対応して微小であるため、測距瞳９３、９４は回折によりぼやけた形状になる。
【００２９】
図９では、焦点検出エリア１０２内の、撮影光軸９１近傍の隣接する５つの焦点検出画素３１１を模式的に例示している。焦点検出エリア１０２のその他の焦点検出画素３１１および画面周辺部の焦点検出エリア１０１、１０３の焦点検出画素３１１においても、各光電変換部は、それぞれに対応した測距瞳９３、９４から各マイクロレンズに到来する光束をそれぞれ受光するように構成されている。焦点検出画素３１１の配列方向は一対の測距瞳の並び方向、すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。
【００３０】
以上のような構成により、光電変換部１３は、測距瞳９３を通過して焦点検出画素３１１のマイクロレンズ１０に向かう光束７３によりマイクロレンズ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、光電変換部１４は、測距瞳９４を通過して焦点検出画素３１１のマイクロレンズ１０に向う光束７４によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３１】
上述した焦点検出画素３１１を直線状に多数配置し、各焦点検出画素３１１の光電変換部１３、１４の出力を測距瞳９３および測距瞳９４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９３および測距瞳９４をそれぞれ通過する焦点検出用光束７３、７４が焦点検出画素３１１の配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９３、９４の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換演算を行うことによって、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）が算出される。具体的には、光軸９１に垂直な面内における像ズレ量に対し所定の変換係数を乗ずることによりデフォーカス量、すなわち光軸９１の方向における結像面と予定結像面との偏差が算出されることになる。所定の変換係数は、測距瞳距離ｄを測距瞳９３、９４の重心間隔で除した値として得られる。
【００３２】
図１０は、図４に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を図９と比較して説明するための図である。図１０において図９と重複する部分の説明は省略する。
【００３３】
撮像画素３１０はマイクロレンズ１０とその背後に配置された光電変換部１１等から構成される。光電変換部１１に近接して配置された開口部３０ａ（図７参照）の形状が、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上に投影される。その投影形状は測距瞳９３、９４に略外接する領域９５を形成する。光電変換部１１は、領域９５を通過してマイクロレンズ１０へ向かう撮影光束７１によってマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３４】
デフォーカス量は像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより算出されると上述したが、実際には測距瞳９３、９４の形状、特に輪郭のボケ方は、焦点検出画素３１１に配置された色フィルタの分光特性に応じて変化する。また、その変化量は、回折効果により、焦点検出画素３１１に配置されるマイクロレンズの開口サイズが小さくなるほど大きくなる。
【００３５】
図１１（ａ）は色フィルタの分光特性に応じた一対の測距瞳の形状の相違を測距瞳面において示した図である。図１１（ａ）において、測距瞳９３Ｒ、９４Ｒは赤色の色フィルタに、測距瞳９３Ｇ、９４Ｇは緑色の色フィルタに、測距瞳９３Ｂ、９４Ｂは青色の色フィルタにそれぞれ対応している。なおそれぞれの測距瞳の形状を示す実線、破線、点線は、測距瞳の所定範囲と対応している。測距瞳の所定範囲とは、例えば後述する測距瞳分布の値がピーク値の２０％以上になる範囲である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）に対応した測距瞳分布を示す。この測距瞳分布は、測距瞳面において一対の測距瞳が並ぶ方向、すなわちＸ軸方向に対して垂直な方向、すなわちＹ軸方向のスリット開口で、測距瞳をＸ軸方向に走査することによって得られる。測距瞳分布８３Ｒ、８４Ｒは赤色の色フィルタに、測距瞳分布８３Ｇ、８４Ｇは緑色の色フィルタに、測距瞳分布８３Ｂ、８４Ｂは青色の色フィルタにそれぞれ対応している。図１１（ａ）、（ｂ）からもわかるように、マイクロレンズによる回折効果は光の波長が長いほど大きくなるので、測距瞳の大きさおよび測距瞳分布の広がりは、青色より緑色のほうが大きく、緑色より赤色のほうが大きくなる。
【００３６】
測距瞳分布８３Ｒ、８４Ｒ、測距瞳分布８３Ｇ、８４Ｇ、測距瞳分布８３Ｂ、８４Ｂは光軸（Ｘ＝０）に対して線対称な形状（反転形状）となっている。また測距瞳分布８３Ｒ、８３Ｇ、８３Ｂの分布形状はそれぞれ異なるが、それぞれの分布重心位置６３は一致している。また測距瞳分布８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂの分布形状はそれぞれ異なるが、それぞれの分布重心位置６４は略一致している。
【００３７】
測距瞳分布８３Ｒ、８４Ｒ、測距瞳分布８３Ｇ、８４Ｇ、測距瞳分布８３Ｂ、８４Ｂが交換レンズ２０２の射出瞳面の絞り開口径の中に入っている場合には、全ての焦点検出光束は絞り開口による口径蝕を受けず、測距瞳分布の重心位置も一致する。したがって、上述のように焦点検出画素に設けられた色フィルタの色に関わらず所定の１つの変換係数を用いてデフォーカス量を算出しても問題はない。
【００３８】
しかしながら交換レンズ２０２の絞り開口により焦点検出光束の一部が口径蝕を受ける場合には、測距瞳分布８３Ｒ、８４Ｒ、測距瞳分布８３Ｇ、８４Ｇ、測距瞳分布８３Ｂ、８４Ｂは射出瞳面の周辺において絞り開口により制限されることになる。
【００３９】
図１２（ａ）は図１１（ａ）に示す測距瞳に対して、絞り開口９６を重畳して示した図である。絞り開口９６は、光軸（Ｘ＝Ｙ＝０）を中心にした半径ｒの円開口である。図１２（ｂ）は図１３（ｂ）に対応した図であって、絞り開口９６によって制限を受けた場合の測距瞳分布８３ＲＶ、８３ＧＶ、８３ＢＶを示した図である。測距瞳分布８３ＲＶ、８３ＧＶ、８３ＢＶは、絞り開口９６によりＸ軸方向およびＹ軸方向において座標位置±ｒ内に制限されるので、それぞれの測距瞳分布の重心位置６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂは互いに異なる。光軸（Ｘ＝０）から測距瞳分布８３ＲＶの重心位置６３Ｒまでの距離が最も小さく、光軸から測距瞳分布８３ＧＶの重心位置６３Ｇまでの距離が次に小さく、光軸から測距瞳分布８３ＢＶの重心位置６３Ｂまでの距離が最も大きい。
【００４０】
絞り開口９６によって制限を受けた場合の測距瞳分布８４ＲＶ、８４ＧＶ、８４ＢＶは、光軸（Ｘ＝０）に対して測距瞳分布８３ＲＶ、８３ＧＶ、８３ＢＶと線対称な形状（反転形状）となっている。そのため、測距瞳分布８３ＲＶの重心位置６３Ｒと測距瞳分布８４ＲＶの重心位置６４Ｒとの重心間隔より、測距瞳分布８３ＧＶの重心位置６３Ｇと測距瞳分布８４ＧＶの重心位置６４Ｇとの重心間隔のほうが大きくなる。それとともに、測距瞳分布８３ＧＶの重心位置６３Ｇと測距瞳分布８４ＧＶの重心位置６４Ｇとの重心間隔より、測距瞳分布８３ＢＶの重心位置６３Ｂと測距瞳分布８４ＢＶの重心位置６４Ｂとの重心間隔のほうが大きくなる。すなわち、測距瞳距離ｄを一対の測距瞳分布の重心間隔で除して得られる変換係数は、赤色の色フィルタに応じた変換係数が最も大きく、緑色の色フィルタに応じた変換係数が次に大きく、青色の色フィルタに応じた変換係数が最も小さい。以上のように焦点検出画素３１１に設けられる色フィルタの分光特性により生じる光の回折効果の違いは変換係数に影響を与える。
【００４１】
次に焦点検出画素３１１に設けられる色フィルタの分光特性により生じる信号のクロストーク効果の違いが変換係数に与える影響について図１３を用いて説明する。図１３は焦点検出画素３１１の一対の光電変換部１３、１４の断面の拡大図である。Ｐ型基板２９０の表面に一対のＮ型領域５３、５４が形成されており、一対のＮ型領域５３、５４とＰ型基板とにより一対のフォトダイオード（光電変換部）が形成される。一対のＮ型領域５３、５４の間にはＰ＋領域５５により素子分離領域１５が形成される。Ｎ型領域５３に入射する赤の光線５６Ｒ、緑の光線５６Ｇ、青の光線５６Ｂは、図６に示す３つの分光特性６００Ｒ、６００Ｇ、６００Ｂのピーク波長を有するものとする。波長の比較的短い青の光線５６Ｂはフォトダイオードの浅い領域で電子５７Ｂを発生し、波長の比較的長い赤の光線５６Ｒはフォトダイオードの深い領域で電子５７Ｒを発生し、中間波長の緑の光線５６Ｇはフォトダイオードの中間の深さの領域で電子５７Ｇを発生する。発生した電子はＮ型領域に移動していくのであるが、深い領域で発生した電子５７Ｒは隣のＮ型領域５４に紛れ込む確率が高くなる。それに比較して浅い領域で発生した電子５７Ｂは隣のＮ型領域５４に紛れ込む確率は比較的低く、中間の領域で発生した電子５７Ｇが隣のＮ型領域５４に紛れ込む確率は中間的なものとなる。
【００４２】
すなわち、各色フィルタを通過し一対の光電変換部のうちの一方の光電変換部に入射した光によって発生する全電子数のうち、その一方の光電変換部に隣接する他方の光電変換部に移動した電子数の割合をクロストーク率と定義すれば、青色の色フィルタに応じたクロストーク率が最も小さく、緑色の色フィルタに応じたクロストーク率が次に小さく、赤色の色フィルタに応じたクロストーク率が最も大きい。
【００４３】
光電変換部１３で発生する電子の隣接光電変換部１４への移動は、図１２（ｂ）に示す測距瞳分布８３ＲＶ、８３ＧＶ、８３ＢＶのＸ軸の負領域から正領域への測距瞳分布の変形という効果と等価である。クロストーク率が大きければそれだけ測距瞳分布の変形も大きくなる。その場合、図１２（ｂ）に示す測距瞳分布８３ＲＶ、８３ＧＶ、８３ＢＶの重心位置６３Ｒ、６３Ｇ、６３ＢはさらにＸ＝０に近づく方向に移動するとともに、その移動量は、青色の色フィルタに対応する重心位置６３Ｂより緑色の色フィルタに対応する重心位置６３Ｇのほうが大きく、緑色の色フィルタに対応する重心位置６３Ｇより赤色の色フィルタに対応する重心位置６３Ｒのほうが大きくなる。
【００４４】
したがって、測距瞳距離ｄを一対の測距瞳分布の重心間隔で除して得られる変換係数は、発生電子のクロストークの効果により、赤色の色フィルタに応じた変換係数が最も大きく、緑色の色フィルタに応じた変換係数が次に大きく、青色の色フィルタに応じた変換係数が最も小さい。なお、一対のフォトダイオード（光電変換部）１３および１４を分離する素子分離領域１５を形成するためには、図１３のＰ＋領域５５におけるＰ＋の拡散以外に、ＳＴＩ（shallow trench isolation）などの分離手法を用いても良い。
【００４５】
図１４は、横軸ｘを像ズレ量、縦軸ｙをデフォーカス量として、変換係数の違いによる焦点検出誤差を説明するための図である。図１４において直線８５Ｒ、８５Ｇ、８５Ｂは赤色、緑色、青色の色フィルタをそれぞれ有する３種類の焦点検出画素の出力に基づく像ズレ量ｘとデフォーカス量ｙとの線形関係を図示したものである。直線８５Ｒ、８５Ｇ、８５Ｂは、それぞれ以下の（１）〜（３）式で表わされる。（１）〜（３）式において、変換係数Ｋｒ、Ｋｇ、Ｋｂは赤色、緑色、青色の色フィルタに対応し、Ｋｒ＞Ｋｇ＞Ｋｂである。
直線８５Ｒ：ｙ＝Ｋｒ・ｘ  （１）
直線８５Ｇ：ｙ＝Ｋｇ・ｘ  （２）
直線８５Ｂ：ｙ＝Ｋｂ・ｘ  （３）
【００４６】
デフォーカス量ｙ０の状態においては、赤色、緑色の色フィルタをそれぞれ有する焦点検出画素の出力に基づく像ズレ量ｘ１およびｘ０が検出される。緑色の色フィルタを有する焦点検出画素の出力に基づく像ズレ量ｘ０を直線８５Ｇで表わされる変換式で変換すれば、デフォーカス量ｙ０が得られる。もし、赤色の色フィルタを有する焦点検出画素の出力に基づく像ズレ量ｘ１を直線８５Ｇで表わされる変換式で変換すれば、デフォーカス量ｙ１が得られ、得られたデフォーカス量ｙ１は実際のデフォーカス量ｙ０と一致せず、焦点検出結果に誤差が生じてしまうことになる。
【００４７】
同様に、デフォーカス量ｙ０の状態においては、青色の色フィルタを有する焦点検出画素の出力に基づく像ズレ量を直線８５Ｇで表わされる変換式で変換することによって算出されたデフォーカス量は実際のデフォーカス量ｙ０と一致せず、焦点検出結果に誤差が生じてしまうことになる。
【００４８】
上述したように、光の回折効果や電子のクロストーク効果の影響により、変換係数は色フィルタの色に応じて相違するとともに、赤色の色フィルタに応じた変換係数が最も大きく、緑色の色フィルタに応じた変換係数がその次に大きく、青色の色フィルタに応じた変換係数が最も小さい。画素サイズが小さくなるにつれ各色の色フィルタに応じた変換係数どうしの差が大きくなるので、色フィルタの色の違いに関わらず同一の変換係数を用いてデフォーカス量を算出した場合には、焦点検出誤差が無視できない程度になる。
【００４９】
図１５は、本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の焦点検出動作を含む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、ボディ駆動制御装置２１４は、全画素の画素データを読み出し、焦点検出画素３１１以外の撮像画素３１０の画素データを行間引きして液晶表示素子２１６に表示させる。続くステップＳ１２０では、ボディ駆動制御装置２１４は、焦点検出画素３１１の画素データに基づいて、焦点検出に用いる焦点検出画素３１１に配置されている色フィルタの色を選択する。なお、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（焦点検出位置）１０１〜１０３の内のいずれかを予め選択しているものとする。
【００５０】
色の選択は以下のようにして行なわれる。図５の焦点検出画素列Ｌ１のうち、緑色の色フィルタが配置された焦点検出画素配列に含まれる一対の光電変換部１３、１４の出力データ列として一対の信号αＧｎ、βＧｎが得られ、青色の色フィルタが配置された焦点検出画素配列に含まれる一対の光電変換部１３、１４の出力データ列として一対の信号αＢｎ、βＢｎが得られる。焦点検出画素列Ｌ２のうち、緑色の色フィルタが配置された焦点検出画素配列に含まれる一対の光電変換部１３、１４の出力データ列として一対の信号αＨｎ、βＨｎが得られ、赤色の色フィルタが配置された焦点検出画素配列に含まれる一対の光電変換部１３、１４の出力データ列として一対の信号αＲｎ、βＲｎが得られる。添え字ｎは、焦点検出画素配列の並び順に付与される。一対の信号αＧｎ、βＧｎ、一対の信号αＢｎ、βＢｎ、一対の信号αＨｎ、βＨｎ、一対の信号αＲｎ、βＲｎのそれぞれの対に対し、コントラスト評価値γＧ、γＢ、γＨ、γＲを算出する。例えば（４）式に示すように、一対の信号αＧｎ、βＧｎのコントラスト評価値γＧは、信号列αＧｎの２階差分値の絶対値の総和と信号列βＧｎの２階差分値の絶対値の総和とを加算することにより与えられる。なお、コントラス値評価値は、２階差分を用いずに、１階差分や、最大値と最小値との差に基づいて求められることとしてもよい。
γＧ＝Σ｜−αＧn-1＋２・αＧn−αＧn+1｜＋Σ｜−βＧn-1＋２・βＧn−βＧn+1｜
（４）
【００５１】
このようにして求められたコントラスト評価値γＧ、γＢ、γＨ、γＲの中で最大値を示すコントラスト評価値に対応する色フィルタの色が、ボディ駆動制御装置２１４によって選択される。緑色が選択された場合は、さらに焦点検出画素列Ｌ１またはＬ２が選択されることになる。すなわち、コントラスト評価値γＧが最大値を示すときは焦点検出画素列Ｌ１が選択され、コントラスト評価値γＨが最大値を示すときは焦点検出画素列Ｌ２が選択される。後述する像ズレ検出演算においては、像ズレ検出演算に用いる一対の信号のコントラストが明瞭なほど算出される像ズレ量の精度が高まるので、上述のようにしてコントラスト評価値に基づき選択された色に対応する一対の信号を用いて像ズレ量を演算することにより、高精度に像ズレ量を求めることができる。
【００５２】
ステップＳ１３０では、一対の信号αＧｎ、βＧｎ、一対の信号αＢｎ、βＢｎ、一対の信号αＨｎ、βＨｎ、一対の信号αＲｎ、βＲｎのうちのいずれか一対の信号、すなわち選択された色に対応する一対の信号に基づいて、ボディ駆動制御装置２１４は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）を行い、像ズレ量を演算する。
【００５３】
ステップＳ１３２では、選択された色に応じた変換係数とオフセット量とが、ボディ駆動制御装置２１４によって設定される。図１４に示した赤色、緑色、青色にそれぞれ対応する直線８５Ｒ、８５Ｇ、８５Ｂの傾き、すなわち変換係数Ｋｒ、Ｋｇ、Ｋｂの中から、選択された色に応じた変換係数が、ボディ駆動制御装置２１４によって選択される。オフセット量は色収差（色に応じたピント位置の差）を補正するためのものであり、例えば緑色のピント位置を基準位置として表される。選択された色が赤色の場合のオフセット量は、赤色のピント位置と緑色のピント位置との差に等しい。選択された色が緑色の場合のオフセット量は０である。選択された色が青色の場合のオフセット量は、青色のピント位置と緑色のピント位置との差に等しい。
【００５４】
ステップ１３５では、ボディ駆動制御装置２１４は、選択された色に対応して設定した変換係数およびオフセット量に基づいて、選択した色に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ボディ駆動制御装置２１４は、例えば赤色を選択した場合、赤色の変換係数Ｋｒ、赤色のオフセット量ｙｒを設定し、赤色の像ズレ量ｘ２を次式（５）でデフォーカス量ｙ２に変換する。デフォーカス量ｙ２は、オフセット量の基準色である緑色の像面が予定結像面からどれだけデフォーカスしているかを表わす量となる。
ｙ２＝Ｋｒ・ｘ２＋ｙｒ  （５）
【００５５】
ステップＳ１４０で、ボディ駆動制御装置２１４は、合焦近傍か否か、すなわち算出し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、本処理はステップ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２１０を合焦位置に駆動させる。その後、本処理はステップＳ１１０へ戻って、上述した動作が繰り返される。なお、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、本処理はステップＳ１１０へ戻って、上述した動作が繰り返される。
【００５６】
ステップＳ１４０で合焦近傍であると判定された場合、本処理はステップ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、本処理はステップＳ１１０へ戻り、上述した動作が繰り返される。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合、本処理はステップ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値または自動的に設定されたＦ値）にする。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３１０および全ての焦点検出画素３１１から画素データを読み出す。
【００５７】
ステップＳ１８０において、ボディ駆動制御装置２１４は、各焦点検出画素３１１の位置の画像データを、各焦点検出画素の画素データにより、すなわち各焦点検出画素に配置された一対の光電変換部１３、１４の出力データを加算することにより算出する。続くステップＳ１９０では、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像画素３１０の画像データとして用いる画素データおよび焦点検出画素位置の画像データをメモリカード２１９に記憶させる。本処理はステップＳ１１０へ戻って、上述した動作が繰り返される。
【００５８】
図１５のステップＳ１３０において、ボディ駆動制御装置２１４は像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を行なう。焦点検出画素３１１が検出する一対の像は、測距瞳９３、９４がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、ボディ駆動制御装置２１４は、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。複数の焦点検出画素３１１を含む焦点検出画素列Ｌ１またはＬ２から読み出された各色毎の一対の信号Ａ１ｎ（Ａ１１，・・・，Ａ１Ｍ：Ｍはデータ数）、Ａ２ｎ（Ａ２１，・・・，Ａ２Ｍ）に対し、例えば特開２００７−３３３７２０号公報に開示された公知の相関演算式である（６）式を用いて、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。（６）式において、Σ演算は変数ｎについて累積される。変数ｎ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、一対の信号を構成する信号列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ・Ａ２ｎ＋１＋ｋ−Ａ２ｎ＋ｋ・Ａ１ｎ＋１｜        （６）
【００５９】
公知の相関演算式である上述した（６）式により演算される離散値である相関量Ｃ（ｋ）に対応する連続的な相関量Ｃ（ｘ）の極小値Ｃ（Ｘ）が得られたときは、以下の（７）式により、連続的な相関量Ｃ（ｘ）の極小値Ｃ（Ｘ）を与えるずらし量Ｘが像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。（７）式において、係数ＰＹは、焦点検出画素列Ｌ１またはＬ２を構成する焦点検出画素３１１の画素ピッチの２倍の値、すなわち同色の焦点検出画素の画素ピッチとなる。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・Ｘ        （７）
【００６０】
以上説明した実施形態においては、複数の色で像ズレ検出を行なうとともに、最高の像コントラストが得られる色を選択し、選択された色に対応する変換係数とオフセット量を用いて選択された色の像ズレ量をデフォーカス量に変換する。したがって、従来のように色に関わらず同一の変換係数を用いる場合に比較して、選択された色に関わらず高精度にデフォーカス量を算出することができる。
【００６１】
特開２００７−３３３７２０号公報に開示されるように、公知の相関演算式である上述した（６）式により演算される離散値である相関量Ｃ（ｋ）に対応する連続的な相関量Ｃ（ｘ）の極小値Ｃ（Ｘ）が必ずしも得られるとは限らず、焦点検出不能と判定される場合がある。また、連続的な相関量Ｃ（ｘ）の極小値Ｃ（Ｘ）が得られた場合であっても、その極小値（Ｘ）を与えるずらし量Ｘの信頼性が低いと判定される場合がある。以上で説明した実施形態においては、最高の像コントラストが得られる色を選択する処理フローになっているが、焦点検出不能と判定される場合や、極小値（Ｘ）を与えるずらし量Ｘの信頼性が低いと判定される場合に、他の色を選択して同様の処理フローを繰り返してもよい。例えば緑色、赤色、青色の順に予め色の優先順位を決めておき、はじめに選択された優先順位の高い色で焦点検出不能または信頼性が低い場合に、順次優先順位の低い色を選択するようにしてもよい。あるいは全ての色でデフォーカス量を算出し、像ズレ量算出時の信頼性を重み係数として各色のデフォーカス量を重み付け平均するようにしてもよい。
【００６２】
以上の説明では全ての焦点検出エリア（焦点検出位置）において同一の色については同一の変換係数および同一のオフセット量を用いるものとしている。しかし、測距瞳分布の形状は画面中央と画面周辺とで相違する場合もあるので、画面中央の焦点検出エリア（焦点検出位置）１０２と画面周辺の焦点検出エリア（焦点検出位置）１０１、１０３とにおいて同一の色であっても異なる変換係数および異なるオフセット量を用いるようにしてもよい。
【００６３】
以上の説明では、簡単のため焦点検出時の撮影レンズの絞り開口径は一定であるとして、色フィルタの色毎に１つの変換係数を用いている。しかし、測距瞳分布は撮影レンズの絞り開口Ｆ値に応じて形状を変えるので、撮影レンズの絞り開口Ｆ値に応じて変換係数を変更しなければならないことは言うまでもない。
【００６４】
以上の説明において変換係数とオフセット量の値の定め方には以下のような方法がある。
【００６５】
（方法１）＜計算で求める＞
図１１（ｂ）に示す測距瞳分布８３Ｒ、８４Ｒ、８３Ｇ、８４Ｇ、８３Ｂ、８４Ｂの形状の重心位置を、光学系の射出瞳距離、射出瞳径、Ｆ値、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、色フィルタの分光感度など）、測距瞳距離、焦点検出画素の像高などに基づいて予め計算して求める。該重心間の距離を測距瞳距離で除することにより色フィルタの色毎に変換係数として算出する。光学系の射出瞳距離、射出瞳径、Ｆ値、測距瞳距離、焦点検出画素の像高および色などを入力パラメータとするルックアップテーブルとして、算出した変換係数をテーブル化しておく。ボディ駆動制御装置２１４が、このルックアップテーブルを記憶する。
【００６６】
また、オフセット量も、光学系の射出瞳距離、射出瞳径、Ｆ値、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、色フィルタの分光感度など）、測距瞳距離、焦点検出画素の像高などに基づき、色フィルタの色毎に予め計算して、ルックアップテーブルとしてテーブル化しておく。ボディ駆動制御装置２１４が、このルックアップテーブルを記憶する。
【００６７】
なお、変換係数が予め計算される際には、上述したように、回折効果（色による測距瞳分布の形状の相違）やクロストーク効果（色による一対の光電変換部間の信号クロストーク率の相違）が考慮される。
【００６８】
実際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、装着されている交換レンズから射出瞳距離、射出瞳径、Ｆ値の情報を読み出すとともに、焦点検出を行った焦点検出画素の像高および色フィルタの色に基づき、上記ルックアップテーブルから変換係数、オフセット量を選択して用いる。
【００６９】
（方法２）＜各交換レンズに対し測定する＞
測距瞳分布は個々の光学系の収差にも影響されるので、実際に個々の光学系と焦点検出画素の色フィルタとの組合わせについて変換係数を測定し、測定した変換係数を光学系のＦ値、焦点距離、像高、色をパラメータとするルックアップテーブルとして交換レンズ２０２のレンズ駆動制御装置２０６に記憶させておく。変換係数の測定は、デフォーカス量の変化量に対する像ズレ量の変化量の割合を算出することによって行なわれる。
【００７０】
また、実際に個々の光学系と焦点検出画素の色フィルタとの組合わせについてオフセット量も測定し、測定したオフセット量を光学系のＦ値、焦点距離、像高、色をパラメータとするルックアップテーブルとして交換レンズ２０２のレンズ駆動制御装置２０６に記憶させておく。実際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、カメラボディ２０３の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のレンズ駆動制御装置２０６に、像高および選択された色についての情報を送る。交換レンズ２０２のレンズ駆動制御装置２０６は、その時設定されているＦ値と、焦点距離と、受信した情報から得られる像高および色とに応じた変換係数およびオフセット量を、カメラボディ２０３のボディ駆動制御装置２１４に送る。カメラボディ２０３のボディ駆動制御装置２１４は、交換レンズ２０２のレンズ駆動制御装置２０６から受信した変換係数およびオフセット量を焦点検出処理に用いる。
【００７１】
（方法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＞
個々の光学系に対して変換係数を測定するのは手間がかかるので、基準となる光学系において、方法２と同じようにしてＦ値、射出瞳距離、像高および色をパラメータとして変換係数およびオフセット量を測定し、測定した変換係数およびオフセット量をテーブル化しておく。このテーブルを、カメラボディ２０３のボディ駆動制御装置２１４が記憶する。カメラボディ２０３のボディ駆動制御装置２１４が実際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、装着されている交換レンズからＦ値および射出瞳距離を含む情報を読み出すとともに、その読み出した情報を、焦点検出画素の像高および色に基づき、カメラボディ２０３のボディ駆動制御装置２１４が記憶しているテーブルから変換係数およびオフセット量を選択して変換に用いる。
【００７２】
デジタルスチルカメラ２０１に含まれる本実施の形態における焦点検出装置は、焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２を含む撮像素子２１２と、ボディ駆動制御装置２１４とを有する。焦点検出画素列Ｌ１は、緑色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１と、青色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１とにより構成される。緑色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１は、緑色の色フィルタ３８をそれぞれ有し、瞳分割位相差検出用の一対の信号αＧｎおよびβＧｎを出力する。青色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１は、青色の色フィルタ３８をそれぞれ有し、瞳分割位相差検出用の一対の信号αＢｎおよびβＢｎを出力する。焦点検出画素列Ｌ２は、緑色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１と、赤色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１とにより構成される。緑色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１は、緑色の色フィルタ３８をそれぞれ有し、瞳分割位相差検出用の一対の信号αＨｎおよびβＨｎを出力する。赤色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１は、赤色の色フィルタ３８をそれぞれ有し、瞳分割位相差検出用の一対の信号αＲｎおよびβＲｎを出力する。
【００７３】
ボディ駆動制御装置２１４は、緑色に応じた変換係数Ｋｇと、青色に応じた変換係数Ｋｂと、赤色に応じた変換係数Ｋｒとを設定する。ボディ駆動制御装置２１４は、一対の信号αＧｎおよびβＧｎ、一対の信号αＢｎおよびβＢｎ、一対の信号αＨｎおよびβＨｎならびに一対の信号αＲｎおよびβＲｎにそれぞれ対応するコントラスト評価値γＧ、γＢ、γＨ、γＲの中で、最大値を示すコントラスト評価値に対応する一対の信号の位相差、すなわち像ズレ量を検出する。ボディ駆動制御装置２１４は、一対の信号αＧｎおよびβＧｎの像ズレ量を検出したときは、変換係数Ｋｇにその像ズレ量を乗じ、一対の信号αＢｎおよびβＢｎの像ズレ量を検出したときは、変換係数Ｋｂにその像ズレ量を乗じ、一対の信号αＨｎおよびβＨｎの像ズレ量を検出したときは、変換係数Ｋｇにその像ズレ量を乗じ、一対の信号αＲｎおよびβＲｎの像ズレ量を検出したときは、変換係数Ｋｒにその像ズレ量を乗じることによって、デフォーカス量を算出する。これにより、焦点検出装置は光の色の影響を受けずに高精度な焦点検出を行なうことが出来る。
【００７４】
−−−変形例−−−
上述した実施形態においては、図４および図５に示すように、撮像素子２１２が複数の撮像画素３１０と複数の焦点検出画素によって構成される焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２とを含むが、撮像素子２１２が複数の撮像画素３１０と焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２のいずれかの焦点検出画素列とを含むこととしてもよい。撮像素子２１２が複数の撮像画素３１０と焦点検出画素列Ｌ１とを含み、かつ焦点検出画素列Ｌ２を含まない場合、焦点検出画素列Ｌ１は瞳分割位相差検出用の一対の信号αＧｎおよびβＧｎならびに一対の信号αＢｎおよびβＢｎを出力する。
【００７５】
ボディ駆動制御装置２１４は、緑色に応じた変換係数Ｋｇと、青色に応じた変換係数Ｋｂとを設定する。ボディ駆動制御装置２１４は、一対の信号αＧｎおよびβＧｎならびに一対の信号αＢｎおよびβＢｎにそれぞれ対応するコントラスト評価値γＧ、γＢの中で、最大値を示すコントラスト評価値に対応する一対の信号の位相差、すなわち像ズレ量を検出する。ボディ駆動制御装置２１４は、一対の信号αＧｎおよびβＧｎの像ズレ量を検出したときは、変換係数Ｋｇにその像ズレ量を乗じ、一対の信号αＢｎおよびβＢｎの像ズレ量を検出したときは、変換係数Ｋｂにその像ズレ量を乗じることによって、デフォーカス量を算出する。
【００７６】
上述した実施形態の図１５のステップＳ１２０およびＳ１３０において、ボディ駆動制御装置２１４は、最も大きいコントラスト評価値を示す一対の信号に基づき、像ズレ量を算出する。しかし、ボディ駆動制御装置２１４が、コントラスト評価値最大という条件を満たす代わりに他の条件を満たす一対の信号を選択し、選択したその一対の信号の像ズレを検出することとしてもよい。例えば、デジタルスチルカメラ２０１に光源色を推定する光源色検出センサーを設ける。ボディ駆動制御装置２１４は、焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２に含まれる複数の焦点検出画素３１１のうち、その光源色検出センサーによって推定された光源色に対応する色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１によって出力される一対の信号に基づき、像ズレ量を算出する。
【００７７】
上述したように、ボディ駆動制御装置２１４が、コントラスト評価値最大という条件を満たす代わりに他の条件を満たす一対の信号を選択し、選択したその一対の信号の像ズレを検出することとしてもよい。焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２の周囲に配置される複数の撮像画素３１０のうち、例えば緑色の色フィルタを有する複数の撮像画素によって出力される複数の撮像信号の出力の平均値が、青色の色フィルタを有する複数の撮像画素によって出力される複数の撮像信号の出力の平均値および赤色の色フィルタを有する複数の撮像画素によって出力される複数の撮像信号の出力の平均値よりも大きいとする。この場合、ボディ駆動制御装置２１４は、緑色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１によって出力される一対の信号を選択し、選択したその一対の信号の像ズレを検出する。
【００７８】
上述したように、ボディ駆動制御装置２１４が、コントラスト評価値最大という条件を満たす代わりに他の条件を満たす一対の信号を選択し、選択したその一対の信号の像ズレを検出することとしてもよい。例えば、緑色に対応する光学系装着用色フィルタが交換レンズ２０２に装着されているとき、その光学系装着用色フィルタが緑色に対応することを、ボディ駆動制御装置２１４が通信により読み出す。ボディ駆動制御装置２１４は、読み出した光学系装着用色フィルタの色と同じ緑色の色フィルタ３８が配置された複数の焦点検出画素３１１によって出力される一対の信号を選択し、選択したその一対の信号の像ズレを検出する。
【００７９】
上述した実施形態においては、図４、図５に示すように、焦点検出画素３１１が、撮像画素３１０の２次元配列の一部において、撮像画素３１０に置換して配置されることによって、焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２が形成されていた。焦点検出画素３１１が有する一対の光電変換部１３、１４の出力データを加算することにより、撮像画素３１０の光電変換部１１の出力データと同等なデータを得ることができるので、図１６のように撮像素子２１２の全ての画素を焦点検出画素３１１とすることもできる。図１６は撮像素子２１２の一部を拡大した場合の焦点検出画素３１１の配置を示すものであって、各焦点検出画素３１１には図５に示すベイヤー配列の色フィルタが配置される。
【００８０】
このように焦点検出画素３１１を撮像素子２１２の全面に配置することにより、撮影画面上の任意の位置で焦点検出を行なうことが可能になる。また撮像時には焦点検出画素３１１の一対の光電変換部１３および１４の出力データを加算するだけで、画像データを生成することが可能になる。
【００８１】
図１７は、図５の色フィルタに対応した画素レイアウトの変形例を示した図である。緑色の色フィルタは撮像画素３１０に配置され、青色の色フィルタは焦点検出画素３１１に配置される。焦点検出画素３２１は、焦点検出画素３１１の一対の光電変換部を９０度回転して得られる一対の光電変換部１６および１７を含む構成を有する。焦点検出画素３２１には赤色の色フィルタが配置される。
【００８２】
このような構成においては、水平方向の像ズレ検出は青色の色フィルタが配置された焦点検出画素３１１により行なわれ、垂直方向の像ズレ検出は赤色の色フィルタが配置された焦点検出画素３２１により行なわれる。また、撮像画素３１０の出力は輝度成分に直結する緑色に対応しているので、全画素撮像画素の場合と同等の輝度分解能が得られ、高品質な画像データを得ることができる。ただし、図１７において、すべての撮像画素３１０を焦点検出画素３１１および焦点検出画素３２１に置き換えることによって、撮像素子２１２に焦点検出画素３１１および焦点検出画素３２１が交互に配置されることとした場合であっても、少なくとも本発明を適用することは出来る。
【００８３】
上述した実施形態においては、図５に示すように、色フィルタはベイヤー配列となっており、焦点検出画素３１１は撮像画素３１０の２次元配列の一部において、撮像画素３１０に置換して配置されることによって、焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２が形成されていた。図１８に示すように、焦点検出画素列Ｌ１に配置される色フィルタを全て緑色とし、焦点検出画素列Ｌ２に配置される色フィルタを全て赤色とすると、同色の焦点検出画素の配列ピッチが図５に比べて１／２に短くなるので、焦点検出精度の向上を図ることが出来る。撮像時には、焦点検出画素列Ｌ１の一部の焦点検出画素位置に配置されるべき青色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに相当する画像データを、撮像画素列Ｌ３およびＬ５の一部に含まれる青色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに基づいて補間する。また、焦点検出画素列Ｌ２の一部の焦点検出画素位置に配置されるべき緑色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに相当する画像データを、撮像画素列Ｌ４およびＬ５の一部に含まれる緑色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに基づいて補間する。
【００８４】
以上の実施形態においては、焦点検出画素３１１が一対の光電変換部１３、１４を有しているものとして説明した。しかし、図１９に示すように、焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２は、一対の光電変換部１３、１４のうちの一方の光電変換部１３のみを有する焦点検出画素３１３と、一対の光電変換部１３、１４のうちの他方の光電変換部１４のみを有する焦点検出画素３１４とが交互に配置される構成であってもかまわない。
【００８５】
焦点検出画素３１３は、図１９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制限された光電変換部１３と、色フィルタ（不図示）とから構成される。遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３の形状は矩形である。また、焦点検出画素３１４は、図１９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制限された光電変換部１４と、色フィルター（不図示）とから構成される。遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４の形状は矩形である。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とをマイクロレンズ１０を互い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とが水平方向に並ぶ。
【００８６】
図２０は焦点検出画素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が形成される。光電変換部１３、１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃをそれぞれ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３０ｂ、３０ｃの形状が前方の一対の測距瞳９３、９４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。
【００８７】
図２１は焦点検出画素３１３、３１４による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。図２１において、射出瞳９０は、マイクロレンズから前方の測距瞳距離ｄの位置に設定されている。マイクロレンズ１０は交換レンズ２０２の予定結像面近傍に配置されている。マイクロレンズ１０により、光電変換部１３、１４に近接して配置された開口部３０ｂ、３０ｃの形状が、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上に投影されることによって、測距瞳９３、９４が形成される。光電変換部１３は、測距瞳９３を通過して焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０に向かう光束７３によりマイクロレンズ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、光電変換部１４は、測距瞳９４を通過して焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０に向う光束７４によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００８８】
図１９は、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４のレイアウトを示す図であって、焦点検出画素３１３、３１４は焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２に交互に配置される。図１９に示す撮像画素３１０、焦点検出画素３１３、３１４には、図１８に示す色フィルタが配置される。すなわち撮像画素３１０にはベイヤー配列の色フィルタが配置され、焦点検出画素列Ｌ１に含まれる焦点検出画素３１３、３１４には緑色の色フィルタが配置され、焦点検出画素列Ｌ２に含まれる焦点検出画素３１３、３１４には赤色の色フィルタが配置される。焦点検出画素列Ｌ１に配置された焦点検出画素３１３、３１４の出力データに基づき、緑色に関する一対の像の像ズレ量が算出される。また、焦点検出画素列Ｌ２に配置された焦点検出画素３１３、３１４の出力データに基づき、赤色に関する一対の像の像ズレ量が算出される。撮像時には、焦点検出画素列Ｌ１の焦点検出画素位置に配置されるべき緑色および青色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに相当する画像データを、撮像画素列Ｌ３およびＬ５に配置された緑色および青色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに基づいて補間する。また、焦点検出画素列Ｌ２の焦点検出画素位置に配置されるべき緑色および赤色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに相当する画像データを、撮像画素列Ｌ４およびＬ６に配置された緑色および赤色の色フィルタを持つ撮像画素の出力データに基づいて補間する。
【００８９】
図２２は、図５の色フィルタに対応した画素レイアウトの変形例を示した図である。焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２は、同一の焦点検出位置１０１、１０２または１０３に含まれる。焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２は互いに隣接せず、焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２の間の２行に複数の撮像画素３１０が配置されている。焦点検出画素列Ｌ１は、緑色の色フィルタが配置された焦点検出画素３１１と青色の色フィルタが配置された焦点検出画素３１１とを含む。焦点検出画素列Ｌ２は、赤色の色フィルタが配置された焦点検出画素３１１と緑色の色フィルタが配置された焦点検出画素３１１とを含む。このように互いに離間した焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２を含む焦点検出装置に対しても、本発明を適用することができる。
【００９０】
焦点検出画素列Ｌ１およびＬ２が、焦点検出位置１０１、１０２および１０３のうちの互いに異なる２つの焦点検出位置にそれぞれ含まれる場合、いずれの焦点検出画素列を構成する複数の焦点検出画素３１１の画素データが焦点検出に用いられるかは、撮影者による焦点検出位置の選択に応じて定まる。撮影者が焦点検出エリア選択部材（不図示）を用いてその２つの焦点検出位置の内のいずれかを予め選択することによって、ボディ駆動制御装置２１４は、その選択された焦点検出位置に含まれる焦点検出画素列を構成する複数の焦点検出画素３１１の画素データを用いて焦点検出を行なう。
【００９１】
上述した実施形態における撮像素子２１２では、図７および図８に示すように、撮像画素３１０および焦点検出画素３１１が個々に色フィルタ３８を含む。色フィルタ３８を画素毎に設けずに、複数の撮像画素３１０や複数の焦点検出画素３１１を共通に覆う別の色フィルタを設けることとしてもよい。
【００９２】
上述した実施形態における撮像素子２１２では撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを有する例を示したが、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。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。
【００９３】
以上の実施形態においては、各焦点検出画素に異なる色の色フィルタが配置されているが、本発明に係る焦点検出装置を構成する焦点検出画素は、必ずしも色フィルタが配置された焦点検出画素に限定されない。例えば特開２００８−２８１０５号公報の図３０〜図３５に第４実施形態として開示された焦点検出画素のように、フォトダイオードの深さ方向において入射光線によって発生する電子を弁別して出力することにより、１つの焦点検出画素で、赤色、緑色、青色に対応する出力を発生する構成を用いた焦点検出装置にも本発明を適用することが可能である。
【００９４】
上述した実施形態においては撮像素子上において撮像画素と焦点検出画素とが混在しているが、光路中にミラーを配置して撮像画素のみからなる撮像素子と焦点検出画素のみからなる焦点検出素子とに光束を分離するような構成であってもかまわない。
【００９５】
なお、本発明に係る焦点検出装置を含む撮像装置としては、上述したようなカメラボディ２０３に交換レンズ２０２が装着される構成のデジタルスチルカメラ２０１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含まれる焦点検出装置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、車載カメラなどに含まれる焦点検出装置にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１１２  マイクロレンズ、
１１，１３，１４，１６，１７，１１３，１１４  光電変換部、
１５  素子分離領域、２９  半導体回路基板、３０  遮光マスク、
３１，３２  平坦化層、３８  色フィルタ、
５３，５４  Ｎ型領域、５５  Ｐ＋領域、
６３，６４  分布重心位置、
７１  撮影光束、７３，７４  焦点検出光束、９０  射出瞳、９１  光軸、
９３，９４，１２３，１２４  測距瞳、９５  領域、
９６  絞り開口、
１００  撮影画面、１０１，１０２，１０３  焦点検出位置、
１１０  撮像面、１１１，３１１，３１３，３１４，３２１  焦点検出画素、
１２０  測距瞳面、
１３３，１３４  測距瞳分布、１３５  重畳部、
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、
２９０  Ｐ型基板、
３１０  撮像画素
【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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