(57)【要約】【課題】像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数を簡単な演算で正確に求める。【解決手段】光学系の射出瞳の互いに異なる複数の領域対を通る光束によって形成される像を受光する撮像素子２１２を備え、撮像素子２１２によって得られる信号に基づいて像のズレ量を検出し、複数の領域対のそれぞれに対応する像ズレ量と、一方の領域対に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換係数とに基づいて、他方の領域対に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換する。【選択図】図１
2008083456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の射出瞳の互いに異なる複数の領域対を通る光束によって形成される像を受光する受光手段と、
前記受光手段によって得られる信号に基づいて前記像のズレ量を検出する像ズレ量検出手段と、
前記複数の領域対のそれぞれに対応する前記像ズレ量と、一方の前記領域対に対応する前記像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換係数とに基づいて、他方の前記領域対に対応する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、
前記複数の領域対は、対となる領域の重心間隔が互いに異なることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記変換手段は、前記複数の領域対の内の重心間隔の短い前記領域対に対する変換係数と２つの前記像ズレ量の比とに基づいて、前記複数の領域対の内の重心間隔が長い方の領域対に対応する像ズレ量を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、
前記複数の領域対は、前記光学系の絞り開口径の違いにより形成されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の焦点検出装置において、
前記変換手段は、前記複数の領域対の内の絞り開口径が小さい方の方の領域対に対する変換係数と２つの前記像ズレ量の比とに基づいて、前記複数の領域対の内の絞り開口径が大きい方の領域対に対応する像ズレ量を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６】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記複数の領域対の並び方向は互いに異なり、
前記受光手段は、前記光学系の予定焦点面における前記光学系の光軸から偏った位置を通る光束を、前記光軸から放射方向に並ぶ対の光束として受光する第１受光部と、前記放射方向と直交する方向に並ぶ対の光束として受光する第２受光部とを有し、
前記変換手段は、前記複数の領域対の内の前記放射方向と直交する方向に並ぶ対の光束に対する変換係数と２つの前記像ズレ量の比とに基づいて、前記複数の領域対の内の前記放射方向に並ぶ対の領域に対応する像ズレ量を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７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記受光手段は、マイクロレンズとその背後に配置された光電変換部とからなる画素の配列を有し、前記光学系の予定焦点面近傍に配置されることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
前記受光手段は、前記光学系の予定焦点面に形成された像を再結像する一対の再結像レンズと、再結像された一対の像を受光する一対のイメージセンサと、一対の再結像レンズの開口形状を前記光学系の射出瞳面近傍に投影するために前記光学系の予定焦点面近傍に配置されたコンデンサーレンズとを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置であって、
前記受光手段は、前記複数の領域対を通る光束による像を受光する焦点検出用画素と、前記光学系による像を受光する撮像用画素とを二次元状に配列して構成し、
前記撮像用画素で得られた信号に基づく撮像画像を表示する表示手段と、
前記撮像用画素で得られた信号に基づく撮像画像を記録する記録手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置であって、
前記光学系により結像された画像に応じた信号を出力する撮像用受光手段と、
前記撮像用受光手段の出力信号に基づく撮像画像を表示する表示手段と、
前記撮像用受光手段の出力信号に基づく撮像画像を記録する記録手段とを備え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】
本発明は焦点検出装置および撮像装置に関する。
【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受光部とからなる焦点検出画素を備えた撮像素子を光学系の予定焦点面に配置し、瞳分割位相差検出方式で光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００５−１４８０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した一実施の形態では、光学系の射出窓情報、焦点検出位置情報、光電変換部の受光強度分布に基づいてケラレによる一対の領域を通る焦点検出光束の重心を演算し、重心間隔に基づいてデフォーカス量を算出している。
しかしながら、このような方法で重心間隔の精度を高めようとすると、光学系の膨大なデータと複雑な演算処理が必要になり、構成の異なる種々の光学系に対応するのは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、光学系の射出瞳の互いに異なる複数の領域対を通る光束によって形成される像を受光する受光手段と、受光手段によって得られる信号に基づいて像のズレ量を検出する像ズレ量検出手段と、複数の領域対のそれぞれに対応する像ズレ量と、一方の領域対に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換係数とに基づいて、他方の領域対に対応する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。
（２）  請求項２の焦点検出装置の複数の領域対は、対となる領域の重心間隔が互いに異なる。
（３）  請求項３の焦点検出装置は、変換手段によって、複数の領域対の内の重心間隔の短い領域対に対する変換係数と２つの像ズレ量の比とに基づいて、複数の領域対の内の重心間隔が長い方の領域対に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換するようにしたものである。
（４）  請求項４の焦点検出装置の複数の領域対は、光学系の絞り開口径の違いにより形成される。
（５）  請求項５の焦点検出装置は、変換手段によって、複数の領域対の内の絞り開口径が小さい方の方の領域対に対する変換係数と２つの像ズレ量の比とに基づいて、複数の領域対の内の絞り開口径が大きい方の領域対に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換するようにしたものである。
（６）  請求項６の焦点検出装置は、複数の領域対の並び方向は互いに異なり、受光手段によって、光学系の予定焦点面における前記光学系の光軸から偏った位置を通る光束を、光軸から放射方向に並ぶ対の光束として受光する第１受光部と、放射方向と直交する方向に並ぶ対の光束として受光する第２受光部とを有し、変換手段によって、複数の領域対の内の放射方向と直交する方向に並ぶ対の光束に対する変換係数と２つの像ズレ量の比とに基づいて、複数の領域対の内の放射方向に並ぶ対の領域に対応する像ズレ量をデフォーカス量に変換するようにしたものである。
（７）  請求項７の焦点検出装置は、受光手段が、マイクロレンズとその背後に配置された光電変換部とからなる画素の配列を有し、光学系の予定焦点面近傍に配置される。
（８）  請求項８の焦点検出装置は、受光手段が、光学系の予定焦点面に形成された像を再結像する一対の再結像レンズと、再結像された一対の像を受光する一対のイメージセンサと、一対の再結像レンズの開口形状を光学系の射出瞳面近傍に投影するために光学系の予定焦点面近傍に配置されたコンデンサーレンズとを有する。
（９）  請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置であって、受光手段は、複数の領域対を通る光束による像を受光する焦点検出用画素と、光学系による像を受光する撮像用画素とを二次元状に配列して構成し、撮像用画素で得られた信号に基づく撮像画像を表示する表示手段と、撮像用画素で得られた信号に基づく撮像画像を記録する記録手段とを備える。
（１０）  請求項１０の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置であって、光学系により結像された画像に応じた信号を出力する撮像用受光手段と、撮像用受光手段の出力信号に基づく撮像画像を表示する表示手段と、撮像用受光手段の出力信号に基づく撮像画像を記録する記録手段とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光学系の膨大なデータと複雑な演算処理を必要とせず、像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数を簡単な演算で正確に求めることができる上に、構成の異なる種々の光学系にも容易に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願発明の一実施の形態による撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した例を説明する。図１は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２はマウント部２０４によりカメラボディ２０３に装着される。
【０００８】
交換レンズ２０２はレンズ駆動制御装置２０６、ズーミング用レンズ２０８、レンズ２０９、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２１０と絞り２１１の駆動制御、絞り２１１、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の状態検出、後述するボディ駆動制御装置２１４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【０００９】
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には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ２０２の予定結像面に配置されて交換レンズ２０２により結像される被写体像を撮像する。なお、詳細を後述するが撮像素子２１２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素が配列される。
【００１０】
ボディ駆動制御装置２１４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子２１２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ２０２の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置２０６からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、ディジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ駆動制御装置２１４とレンズ駆動制御装置２０６は、マウント部２０４の電気接点部２１３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
【００１１】
液晶表示素子駆動回路２１５は、電子ビューファインダー（ＥＶＦ：電気的ビューファインダー）の液晶表示素子２１６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２１７を介して液晶表示素子２１６に表示された像を観察することができる。メモリカード２１９はカメラボディ２０３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００１２】
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により光電変換され、その出力はボディ駆動制御装置２１４へ送られる。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２上の焦点検出画素の出力データに基づいて所定の焦点検出位置における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の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２１９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、液晶表示素子２１６に画像を表示させる。
【００１３】
カメラボディ２０３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ駆動制御装置２１４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００１４】
レンズ駆動制御装置２０６はレンズ情報を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値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置２０６は、レンズ２０８、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モニター情報に応じたレンズ情報を選択する。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、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ２１０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００１５】
図２は撮像画面上の焦点検出位置、すなわち後述する焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で被写体像をサンプリングする領域（焦点検出エリア）を示す。撮像画面１００上の中央を挟んだ水平方向の左右に、焦点検出エリア１０１、１０２が配置される。長方形で示した焦点検出エリア１０１、１０２の長手方向に焦点検出画素が直線的に配列される。２つの焦点検出エリア１０１、１０２は、画面中央を中心とした所定半径の円周１０３上に位置される。
【００１６】
図３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上のひとつの焦点検出エリア近傍を拡大した図である。撮像素子２１２は、撮像画素３１０、第１焦点検出画素３１１および第２焦点検出画素３１２から構成される。撮像画素３１０は、図４に示すようにマイクロレンズ１０、光電変換部１１、不図示の色フィルタから構成される。色フィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図７に示すものとなっている。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。
【００１７】
第１焦点検出画素３１１は、図５に示すようにマイクロレンズ１０、一対の光電変換部１２，１３から構成される。また、第２焦点検出画素３１２は、図６に示すようにマイクロレンズ１０、一対の光電変換部１４，１５から構成される。第１焦点検出画素３１１と第２焦点検出画素３１２には光量をかせぐために色フィルタを設けておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度、赤外カットフィルタ（不図示）の分光特性を総合した分光特性（図８参照）となる。この分光特性は図７に示す緑画素、赤画素、青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素、青画素の感度の光波長領域を包括している。
【００１８】
撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０により、明るい交換レンズの射出瞳（例えば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、第１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により、交換レンズの特定の射出瞳（例えば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。また、第２焦点検出画素３１２の一対の光電変換部１４、１５は、マイクロレンズ１０により、第１焦点検出画素３１１の一対の光電変換部１２、１３より光電変換部の並び方向で暗いＦ値（Ｆ８）を通過する光束を受光するような形状に設計される。
【００１９】
図３に示すように、二次元状に配置された撮像画素３１０にはＲＧＢのベイヤー配列の色フィルタが備えられる。第１焦点検出画素３１１と第２焦点検出画素３１２は、撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき行に直線的にギャップなしで密に配置されている。第１焦点検出画素３１１と第２焦点検出画素３１２を撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき行に配置することによって、後述する画素補間により第１焦点検出画素３１１と第２焦点検出画素３１２の位置の画素信号を補正する場合に、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、人間の目には青より赤のほうが敏感であることと、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寄与が小さいためである。第１焦点検出画素３１１の配列と第２焦点検出画素３１２の配列は、焦点検出エリアの中央に平行して配列される。
【００２０】
図９は撮像画素３１０の断面を示す。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２９上に形成される。不図示の色フィルタはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。
【００２１】
図１０は第１焦点検出画素３１１および第２焦点検出画素３１２の断面を示す。第１焦点検出画素３１１（第２焦点検出画素３１２）において、焦点検出用の光電変換部１２、１３（１４、１５）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（１４、１５）が前方に投影される。光電変換部１２、１３（１４、１５）は半導体回路基板２９上に形成される。また、不図示のフィルタはマイクロレンズ１０と光電変換部１２、１３（１４、１５）の中間に配置される。
【００２２】
次に、図１１によりマイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出方法について説明する。図１１において、９０は、交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方ｄの距離に設定された射出瞳である。ここで、距離ｄ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距離であって、以下では測距瞳距離と呼ぶ。なお、この測距瞳距離ｄは、交換レンズ群の射出瞳面の平均的な位置あるいはその近傍の位置に合わせるように設定される。
【００２３】
９１は交換レンズの光軸、５０、６０はマイクロレンズ、５２と５３および６２と６３は焦点検出画素の対の光電変換部、７２，７３、８２，８３は焦点検出光束である。また、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（測距瞳と呼ぶ）、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（測距瞳）である。
【００２４】
なお、図１１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）を模式的に例示するが、その他の焦点検出用画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。なお、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。
【００２５】
マイクロレンズ５０、６０は光学系の予定結像面近傍に配置されており、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から投影距離ｄ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。また、光軸９１から離間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の形状が投影距離ｄ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ｄ０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ている。
【００２６】
光電変換部５２は測距瞳９２を通過し、マイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７２によりマイクロレンズ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に向う焦点検出光束７３によりマイクロレンズ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に向う焦点検出光束８２によりマイクロレンズ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に向う焦点検出光束８３によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２７】
このような焦点検出用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（相関演算処理および位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割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。
【００２８】
なお、上記説明では測距瞳が絞り開口によって制限されていない状態として説明を行ったが、実際は測距瞳が絞り開口やそのほかの開口制限要素（レンズ外形、フードなど）によって制限された形状、大きさになる。
【００２９】
図１２および図１３は、射出瞳面における光電変換部の投影関係を示す正面図である。図１２において、第１焦点検出画素３１１（図５参照）から一対の光電変換部１２、１３をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳９２２，９３３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値という。ここではＦ２．８）となる。破線で示す領域９０１は、絞り値Ｆ２．８よりも開口径が大きな絞り値、例えばＦ２に対応した領域を示し、測距瞳９２２，９３３を内部に包含する。
【００３０】
測距瞳９２２、９３３の並び方向（図では水平方向)において、測距瞳９２２、９３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５２，９５３の間隔Ｇ１は、測距瞳９２２、９３３を通過する光束(焦点検出光束)によって予定焦点面に形成される一対の像の像ズレ量（光軸と垂直な面内のズレ量）を光軸方向のズレ量（デフォーカス量）に変換する際の変換パラメータとなる。交換レンズの絞り値が測距瞳Ｆ値２．８より大きくなると、一対の焦点検出光束の重心間隔Ｇ１が変化する。また、焦点検出エリアの位置が画面周辺にある場合には、絞り以外の開口制限要素によって焦点検出光束が制限され、一対の焦点検出光束の重心間隔Ｇ１が変化する。
【００３１】
一方、図１３において、第２焦点検出画素３１２（図６参照）から一対の光電変換部１４、１５をマイクロレンズ１０により射出瞳面９０に投影した測距瞳９２４，９３５の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値となる。この開口Ｆ値は、測距瞳の並び方向の測距瞳の幅に対応し、以下では測距瞳Ｆ値という。この一実施の形態ではＦ８とする。破線で示す領域９０１は、絞り値Ｆ２．８よりも開口径が大きな絞り値、例えばＦ２に対応した領域を示し、測距瞳９２４，９３５を内部に包含する。
【００３２】
測距瞳９２４，９３５の並び方向（図では水平方向)において、測距瞳９２４、９３５を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５２，９５３の間隔Ｇ２は、測距瞳９２４、９３５を通過する光束(焦点検出光束)によって予定焦点面に形成される一対の像の像ズレ量（光軸と垂直な面内のズレ量）を光軸方向のズレ量（デフォーカス量）に変換する際の変換パラメータとなる。交換レンズの絞り値が測距瞳Ｆ値８より小さい場合には、一対の焦点検出光束の重心間隔Ｇ２は一定である。また、測距瞳Ｆ値が大きいので、焦点検出エリアの位置が画面周辺にある場合でも絞り以外の開口制限要素によって焦点検出光束が制限されず、一対の焦点検出光束の重心間隔Ｇ２が変化しない。
【００３３】
図１４は、画面周辺の焦点検出位置における焦点検出画素の像信号の強度分布（光量）を縦軸、焦点検出画素の位置を横軸にとって示したものである。焦点検出光束にケラレが生じていない場合には、一対の像データ４００，４０１は、図１４(ａ)に示すように、同一の像データ波形が単に横にシフトしたものとなっている。焦点検出光束にケラレが発生すると、測距瞳を通る焦点検出光束の量が焦点検出位置および焦点検出位置内での位置偏差によって変化し、一対の像データ４０２，４０３は図１４（ｂ）のようになり、同一のデータを相対的にシフトしたものにはならない。
【００３４】
図１５は、図１に示すデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御部２１４は、ステップ１００でカメラの電源が投入されるとステップ１１０以下の動作を繰り返し実行する。ステップ１１０において、不図示の測光装置によって測光した被写界輝度に応じて自動的に決定された撮影絞り値、あるいは不図示の操作部材によってユーザーが手動で設定した撮影絞り値に応じた絞り制御情報をレンズ駆動制御装置２０６へ送り、絞り開口径を撮影絞り値に設定する。さらに、この絞り開口径にて撮像画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。
【００３５】
ステップ１２０では、絞り開口径が撮影絞り値に設定された状態で、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。なお、焦点検出エリアはユーザーが不図示の選択部材を操作して選択する。ステップ１３０で、焦点検出画素列から読み出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（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１４０で合焦近傍か否か、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か否かを判別する。
【００３６】
合焦近傍でないと判別された場合はステップ１５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップ１１０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に分岐し、レンズ駆動制御装置２０６にスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させ、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。
【００３７】
一方、合焦近傍であると判別された場合はステップ１６０へ進み、不図示のレリーズボタン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し、なされていないと判別された場合はステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を撮影絞り値にする。絞り制御が終了した時点で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３０１およびすべての焦点検出画素３１１、３１２から画像データを読み出す。
【００３８】
ステップ１８０において、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データおよび周囲の撮像画素のデータに基づいて補間する。続くステップ１９０では、撮像画素のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリーカード２１９に保存し、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。
【００３９】
図１６は、図１５のステップ１３０における像ズレ量演算処理の詳細を示すフローチャートである。ステップ２００において、焦点検出エリア１０１における第１焦点検出画素列のデータおよび第２焦点検出画素列のデータ、焦点検出エリア１０２における第１焦点検出画素列のデータおよび第２焦点検出画素列のデータに対し、それぞれ焦点検出演算処理（相関演算処理）を行い、焦点検出エリア１０１の第１焦点検出画素列のデータに対応した像ズレ量ｘ１１、焦点検出エリア１０１の第２焦点検出画素列のデータに対応した像ズレ量ｘ１２、焦点検出エリア１０２の第１焦点検出画素列のデータに対応した像ズレ量ｘ２１、焦点検出エリア１０１の第２焦点検出画素列のデータに対応した像ズレ量ｘ２２を算出する。
【００４０】
ここで、焦点検出演算処理（相関演算処理）について説明する。図１７は、図１６のステップ２００における焦点検出演算処理の詳細を示すフローチャートである。ステップ３００で焦点検出演算処理（相関演算処理）を開始し、ステップ３１０において、焦点検出画素列から出力される一対のデータ列（α１〜αＭ、β１〜β：Ｍはデータ数）に対し（１）式に示す高周波カットフィルタ処理を施し、第１データ列、第２データ列（Ａ１〜ＡＮ、Ｂ１〜ＢＮ）を生成する。この高周波数カットフィルター処理により、データ列から相関処理に悪影響を及ぼすノイズ成分や高周波成分を除去することができる。なお、演算時間の短縮を図る場合や、すでに大きくデフォーカスしていて高周波成分が少ないことがわかっている場合には、ステップ３１０の処理を省略することもできる。
Ａn＝αn＋２・αn+1＋αn+2，
Ｂn＝βn＋２・βn+1＋βn+2  ・・・（１）
（１）式において、ｎ＝１〜Ｎである。
【００４１】
ステップ３２０では、データ列Ａn、Ｂnに対し（２）式に示す相関演算を行い、相関量Ｃ(ｋ)を演算する。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn・Ｂn+1+k−Ｂn+k・Ａn+1｜  ・・・（２）
（２）式において、Σ演算はｎについて累積される。また、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+1、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。（２）式の相関演算により、２つのデータ列間にゲイン差がある場合（図１４(ｂ)参照）においても正確に像ズレ検出が可能になる。
【００４２】
ステップ３３０において、上記（２）式の演算結果は、図１８(ａ)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１８(ａ)ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ(ｋ)が極小（小さいほど相関度が高い）になる。（３）式〜（６）式に示す３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値Ｃ(ｋ)を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ  ・・・（３），
Ｃ(ｋ)＝ Ｃ(kj)−｜Ｄ｜  ・・・（４），
Ｄ＝｛Ｃ(kj-1)−Ｃ(kj+1)｝／２  ・・・（５），
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(kj+1)−Ｃ(kj)），Ｃ(kj-1)−Ｃ(kj)｝  ・・・（６）
【００４３】
（３）式で算出されたずらし量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１８(ｂ)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ(ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(ｘ)が所定の閾値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいは、Ｃ(ｘ)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ(ｘ)を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。
【００４４】
図１８(ｃ)に示すように、一対のデータの相関度が低く、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、極小値Ｃ(ｘ)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。図１７のステップ３４０で焦点検出演算処理（相関演算処理）を終了しリターンする。
【００４５】
なお、ステップ３２０において次の（７）式または（８）式に示す相関演算を行い、相関量Ｃ(ｋ)を演算してもよい。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn／Ａn+1−Ｂn+k／Ｂn+1+k｜  ・・・（７）
（７）式において、Σ演算はｎについて累積される。また、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+1、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn−Ｂn+k｜  ・・・（８）
（８）式において、Σ演算はｎについて累積される。また、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ｂn+kのデータが存在する範囲に限定される。
【００４６】
ふたたび図１６へ戻って説明を続ける。ステップ２１０において、４つの像ズレ量ｘ１１、ｘ１２、ｘ２１、ｘ２２に基づいて、図１２に示す第１焦点検出画素に対応した測距瞳９２２，９３３の重心間隔Ｇ１を補正し、補正重心間隔Ｇ１’とする。
【００４７】
ここで、測距瞳の重心間隔、像ズレ量、デフォーカス量の関係を説明する。図１９および図２０は、射出瞳面における一対の光電変換部投影関係を示す正面図である。図１２および図１３において、第１焦点検出画素３１１（図５参照)に対応する測距瞳９２２、９３３、および第２焦点検出画素３１２（図６参照）に対応する測距瞳９２４、９３５は、交換レンズの絞り開口に対応する領域９０１によりけられていない状態であった。図１９および図２０では、第１焦点検出画素３１１（図５参照）に対応する測距瞳９２２、９３３、および第２焦点検出画素３１２（図６参照）に対応する測距瞳９２４、９３５が、絞りＦ値が大きな交換レンズの絞り開口に対応する領域９０２によりけられた状態を示している。
【００４８】
図１９において、測距瞳９２２，９３３の外接円より領域９０２が小さくなっており（領域９０２の大きさに対応する絞り値が第１焦点検出画素の測距瞳Ｆ値より大きい）、領域９０２によって制限された測距瞳９２２，９３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９６２，９６３の間隔はＧ１’となる。
【００４９】
図２０において、領域９０２によって制限された測距瞳９２４，９３５を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５４，９５５の間隔Ｇ２は、領域９０２の大きさに対応する絞り値が第２焦点検出画素の測距瞳Ｆ値より小さな場合には測距瞳９２４，９３５がけられていない場合と比べて変化しない。
【００５０】
図２１は画面周辺における測距瞳のケラレを説明する図である。図１９および図２０では、単純に射出瞳面９０における絞り開口径が小さくなったことによって測距瞳にケラレが生じた場合であるが、絞り開口径が小さくなる以外にも測距瞳にケラレが生じる場合がある。図２１に示すように、焦点検出エリアの位置が予定焦点面Ｐ０に設定された画面周辺のＳにある場合、射出瞳面９０にある絞り開口径によって測距瞳９２，９３にケラレが生じていないが、射出瞳面９０より遠方にある面９９に存在する開口制限要素９８によって測距瞳９２にケラレが生じる。
【００５１】
図２２および図２３は、図２１に示す状態における射出瞳面の投影関係を示す正面図である。図２２および図２３においては、図１２および図１３に示す状態に開口制限要素９８に対応した領域９０３を付け加えた状態を示している。図２２において、測距瞳９２２が領域９０３によりけられており、領域９０３によって制限された測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９７２は、けられていない場合の重心９５２より中心によっている。一方、測距瞳９３３は領域９０３によりけられず、測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５３の位置は変化しない。したがって、測距瞳重心９７２と９５３の間隔はケラレが生じていない場合の重心間隔Ｇ１より狭い重心間隔Ｇ１’となる。
【００５２】
図２３において、測距瞳Ｆ値が大きいため領域９０３によって測距瞳９２４，９３５にはケラレが生じない。したがって、測距瞳９２４，９３５を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５４，９５５の間隔Ｇ２は変化しない。
【００５３】
図２４は測距瞳重心間隔と像ズレ量の関係を示す図である。予定焦点面Ｐ０の前方にある射出瞳面９０において、測距瞳重心間隔Ｇ１’である一対の焦点検出光束が、予定焦点面Ｐ０の前方ｄ０にある面Ｐ３に合焦している場合、予定焦点面Ｐ０における像ズレ量はｘ１となる。一方、射出瞳面９０において、測距瞳重心間隔Ｇ２である一対の焦点検出光束が、予定焦点面Ｐ０の前方ｄ０にある面Ｐ３に合焦している場合、予定焦点面Ｐ０における像ズレ量はｘ２となる。
【００５４】
図２５は像ズレ量からデフォーカス量への変換を説明するための図である。図において、４０２，４０３は測距瞳の重心、Ｐ０は予定焦点面、Ｐ１は予定焦点面Ｐ０を基準として射出瞳面９０と反対方向に離れた面、Ｐ２は予定焦点面Ｐ０を基準として射出瞳面９０方向に寄った面である。面Ｐ１が合焦面であった場合は、測距瞳の重心４０２，４０３を通る光線の予定焦点面でのズレ量はｘＰ１となる。なお、ズレ量は、重心４０３を通る光線の位置を基準として紙面の上方向を＋とする。面Ｐ２が合焦面であった場合は、測距瞳の重心４０２，４０３を通る光線の予定焦点面でのズレ量はｘＰ２となる。
【００５５】
面Ｐ１，Ｐ２の予定焦点面Ｐ０に対するデフォーカス量はｄＰ１、ｄＰ２となる。ここでは、デフォーカス量は予定焦点面Ｐ０を基準として射出瞳面９０方向を＋とする。一般に、像ズレ量ｘ、重心間隔Ｇ、測距瞳距離ｄとすると、デフォーカス量Ｄは次式で求められる。
Ｄ＝ｘ・ｄ／（Ｇ＋ｘ）  ・・・（９）
【００５６】
ふたたび図１６に戻り、ステップ２１０の説明を続ける。重心間隔Ｇ２については設計値あるいは測定値により予め定めて記憶されている。ケラレが発生した場合の重心間隔Ｇ１’については、交換レンズの種類やフォーカシング状態、ズーミング状態、フードの有無などの条件によって複雑に変化するため、測定値や設計値を記憶しておいあたり、計算で求めることは実用的には不可能である。そこで、４つの像ズレ量ｘ１１、ｘ１２、ｘ２１、ｘ２２および重心間隔Ｇ２より演算により求める。
【００５７】
図２４に示すように、同一の焦点検出エリアにおいては２つの像ズレ量ｘ１１、ｘ１２およびｘ２１、ｘ２２は、同一のデフォーカス量（焦点検出エリア１０１のデフォーカス量Ｄ１、焦点検出エリア１０２のデフォーカス量Ｄ２）となるはずである。また、２つの焦点検出エリアの位置は画面上で光軸を中心とした同心円上にあるので、２つの焦点検出エリアにおける焦点検出光束のケラレも同一の状態で発生する。
【００５８】
（９）式により、像ズレ量ｘ１１、ｘ１２およびｘ２１、ｘ２２からデフォーカス量Ｄ１、Ｄ２を求めると以下の式になる。
Ｄ１＝ｘ１１・ｄ／（Ｇ１’＋ｘ１１）＝ｘ１２・ｄ／（Ｇ２＋ｘ１２）  ・・（１０）
Ｄ２＝ｘ２１・ｄ／（Ｇ１’＋ｘ２１）＝ｘ２２・ｄ／（Ｇ２＋ｘ２２）  ・・（１１）
（１０）式、（１１）式を変形して重心間隔Ｇ１’を求める。ここでは、便宜的に（１０）式から求めた重心間隔Ｇ１’をＧ１１’とし、（１１）式から求めた重心間隔Ｇ１’をＧ１２’とする。
Ｇ１１’＝（Ｇ２＋ｘ１２）・ｘ１１／ｘ１２−ｘ１１  ・・・（１２）
Ｇ１２’＝（Ｇ２＋ｘ２２）・ｘ２１／ｘ２２−ｘ２１  ・・・（１３）
【００５９】
（１２）式および（１３）式で求めた重心間隔を平均するとともに、前回の焦点検出の際求めた重心間隔Ｇ１０’と加重加算平均して今回の重心間隔Ｇ１’を求める。
Ｇ１’＝ｋ１・（Ｇ１１’＋Ｇ１２’）／２＋ｋ２・Ｇ１０’，
ｋ１＋ｋ２＝１  ・・・（１４）
なお、初回の焦点検出の場合は前回の重心間隔がないので、Ｇ１０’としてケラレがない場合の重心間隔Ｇ１を使用したり、Ｇ１’として（Ｇ１１’＋Ｇ１２’）／２を採用する。また、どちらかの焦点検出エリアにおいて一方または両方の像ズレ量が検出できなかった場合には、（Ｇ１１’＋Ｇ１２’）／２の代わりにＧ１１’あるいはＧ１２’を採用する。さらに、両方の焦点検出エリアにおいて一方または両方の像ズレ量が検出できなかった場合には、Ｇ１’としてＧ１０’を採用する。係数ｋ１の値と係数ｋ２の値の比に応じて平均化作用の強弱をコントロールすることができる。
【００６０】
ステップ２２０において、（１４）式で求めた補正重心間隔Ｇ１’に基づいて、選択された焦点検出エリアのデフォーカス量ＤＥＦを算出する。焦点検出エリア１０１が選択されている場合は、
ＤＥＦ＝ｘ１１・ｄ／（Ｇ１’＋ｘ１１）  ・・・（１５）
焦点検出エリア１０２が選択されている場合は、
ＤＥＦ＝ｘ２１・ｄ／（Ｇ１’＋ｘ２１）  ・・・（１６）
ステップ２３０でリターンする。
【００６１】
なお、（１２）式および（１３）式において、像ズレ量ｘ１１、ｘ１２、ｘ２１、ｘ２２が重心間隔Ｇ１’、Ｇ２に比較して小さい場合には、以下の簡略式を使用することができる。
Ｇ１１’＝Ｇ２・ｘ１１／ｘ１２  ・・・（１７）
Ｇ１２’＝Ｇ２・ｘ２１／ｘ２２  ・・・（１８）
【００６２】
以上説明したように、重心間隔が変化した測距瞳を通過する一対の焦点検出光束により形成される一対の像の像ズレ量と、重心間隔が変化しない測距瞳を通過する一対の焦点検出光束により形成される一対の像の像ズレ量との比に基づいて、変化した重心間隔を求める。
【００６３】
《発明の一実施の形態の変形例》
この変形例では、瞳分割はマイクロレンズとその背後配置された受光部によって行われる。１つのマイクロレンズには１つの受光部が備えられる。図５、図６に示す焦点検出画素は１画素に一対の光電変換部を備えているが、１画素に一対の受光部の内の一方のみを備えるようにしても焦点検出を行うことができる。例えば図５、図６に示す焦点検出画素の代わりに、図２６(ａ)、(ｂ)に示す焦点検出画素３１３，３１４を交互に、また図２７(ａ)、(ｂ)に示す焦点検出画素３１５，３１６を交互に配列することによって、図５、図６に示す焦点検出画素と同様にして焦点検出が可能となる。
【００６４】
図２６(ａ)に示す焦点検出画素３１３は、図５に示す光電変換部１３に対応したひとつの光電変換部１６を備え、図２６(ｂ)に示す焦点検出画素３１４は、図５に示す光電変換部１２に対応したひとつの光電変換部１７を備える。また、図２７(ａ)に示す焦点検出画素３１５は、図６に示す光電変換部１５に対応したひとつの光電変換部１８を備え、図２７(ｂ)に示す焦点検出画素３１６は、図６に示す光電変換部１４に対応したひとつの光電変換部１９を備える。
【００６５】
図２８は、第１焦点検出画素として図２６に示す焦点検出画素３１３、３１４を採用し、第２焦点検出画素として図２７に示す焦点検出画素３１５、３１６を採用して配置した撮像素子２１２Ａを示す。図２８において、焦点検出画素３１３，３１４および焦点検出画素３１５，３１６による像の検出ピッチは１画素おきとなる。このような構成の撮像素子２１２Ａでは、１画素に一対の光電変換部を詰め込む場合に比較して、撮像素子の構成がシンプルになり、製造が容易となり、コスト低減が図れる。
【００６６】
《発明の第１の実施の形態の変形例》
この変形例では、瞳分割を再結像型瞳分割方式によって行う。図２９は再結像型瞳分割方式の構成を示す。焦点検出エリアの配置は図２に示す配置と同じであり、１つの焦点検出エリアに対し異なる測距瞳を備えた２つの再結像型瞳分割方式の構成が適用される。再結像光学系は、開口部３７０、４７０を有する視野マスク３７１、コンデンサーレンズ３７２、２対の絞り開口部３７３，３７４、４７３，４７４を有する絞りマスク３７５、２対の再結像レンズ３７６，３７７、４７６，４７７からなり、イメージセンサ３７９は２対の受光部３８０，３８１、４８０，４８１からなる。視野マスク３７１は撮影光学系の予定焦点面またはその近傍に配置される。開口部３７０、４７０が図２の片方の焦点検出エリアの位置に配置される。
【００６７】
コンデンサレンズ３７２は、視野マスク開口部３７０に対応した部分と、視野マスク開口部４７０に対応した部分からなり、１対の絞り開口部３７３，３７４は、コンデンサーレンズ３７２により撮影光学系の射出瞳近傍の面９０の光軸に対して対称な１対の領域３３１、３３２に投影されており、１対の絞り開口部４７３，４７４は、コンデンサーレンズ３７２により撮影光学系の射出瞳近傍の面９０の光軸に対して対称な１対の領域３４１、３４２に投影されている。一対の領域３３１，３３２および一対の領域３４１、３４２は、測距瞳を形成している。測距瞳３４１，３４２の並び方向の幅（測距瞳Ｆ値）は、測距瞳３３１，３３２の並び方向の幅（測距瞳Ｆ値）よりも小さく設定されており、マイクロレンズ型の瞳分割方式の測距瞳の関係（図１２、図１３）と同じ関係になっている。
【００６８】
１対の領域３３１、３３２を通る光束は、視野マスク３７１の開口３７０付近でまず一次像を形成する。視野マスク３７１の開口部３７０に形成された一次像は、コンデンサーレンズ３７２、１対の絞り開口部３７３，３７４を通り、１対の再結像レンズ３７６，３７７によりイメージセンサ３７９の受光部３８０，３８１上に１対の二次像として再結像される。また、１対の領域３４１、３４２を通る光束は、視野マスク３７１の開口４７０付近でまず一次像を形成する。視野マスク３７１の開口部４７０に形成された一次像は、コンデンサーレンズ３７２、１対の絞り開口部４７３，４７４を通り、１対の再結像レンズ４７６，４７７によりイメージセンサ３７９の受光部４８０，４８１上に１対の二次像として再結像される。 
【００６９】
これらの２対の二次像の光強度分布は、受光部３８０，３８１、４８０，４８１により電気的な画像データに変換される。画像データに対し像ズレ演算処理を施すことによって、一方の焦点検出エリアに対し２つの像ズレ量が算出される。上記と同じ構成がもう一方の焦点検出エリアに対応して配置されている。以上のような構成において、２箇所の焦点検出エリアに対し、測距瞳Ｆ値の異なる像ズレ量をそれぞれ検出されることになる。この４つの像ズレ量に対し（１２）式〜（１６）式を適用することが可能になる。
【００７０】
図２９においては、開口部３７０と開口部４７０を近接させた構成をとっているが、射出瞳面から予定焦点面の間でハーフミラーなどにより光路を分割し、それぞれの光路に開口部３７０を有した焦点検出光学系と開口部４７０を有した焦点検出光学系を配置することによって、焦点検出位置を完全に一致させることもできる。
【００７１】
《発明の第２の実施の形態》
この第２の実施の形態では、ケラレによって生ずる測距瞳の重心間隔の変化を、測距瞳の並び方向が直交する測距瞳を通る焦点検出光束に基づいて求められた２つの像ズレ量の比によって求める。なお、瞳分割はマイクロレンズとその背後配置された一対の受光部によって行われる。撮像装置の構成は図１と同一である。
【００７２】
図３０は、撮像画面上における焦点検出位置、すなわち後述する焦点検出画素列が焦点検出の際に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）の例を示す。画面１００上の中央１０５を挟んだ水平方向の左右に焦点検出エリア１０３、１０４が配置される。焦点検出エリア１０３は、像ズレ方向が水平方向、すなわち測距瞳の並び方向が画面中心１０５から放射方向の焦点検出エリア１０３ａと、像ズレ検出方向が垂直方向、すなわち測距瞳の並び方向が画面中心１０５に対して円周方向の焦点検出エリア１０３ｂとからなる。焦点検出エリア１０４は、像ズレ方向が水平方向、すなわち測距瞳の並び方向が画面中心１０５から放射方向の焦点検出エリア１０４ａと、像ズレ検出方向が垂直方向、すなわち測距瞳の並び方向が画面中心１０５に対して円周方向の焦点検出エリア１０４ｂとからなる。２つの焦点検出エリア１０３、１０４は、画面中央１０５を中心とした所定半径の円周１０３上に位置する。
【００７３】
図３１は、変形例の撮像素子２１２Ｂの詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子上のひとつの焦点検出エリア近傍を拡大した図である。撮像素子２１２Ｂは撮像画素３１０、像ズレ方向が水平方向、すなわち測距瞳の並び方向が画面中心１０５から放射方向の焦点検出エリアに対応した焦点検出画素３２１、像ズレ検出方向が垂直方向、すなわち測距瞳の並び方向が画面中心１０５に対して円周方向の焦点検出エリアに対応した焦点検出画素３２２から構成される。焦点検出画素３２１,３２２の基本的な構造および瞳分割の原理は、上述した第１実施形態で説明した焦点検出画素３１１と同一である。焦点検出画素３２１は水平方向に１画素おきに配置される。また、焦点検出画素３２２は垂直方向に１画素おきに配置される。
【００７４】
図３２および図３３は、射出瞳面における一対の光電変換部の投影関係を示す正面図である。図３２において、焦点検出画素３２１から一対の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳９２２，９３３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値と呼ぶ。ここではＦ２．８）となる。破線で示す領域９０１は、絞り値Ｆ２．８よりも開口径が大きな絞り値（例えばＦ２）に対応した領域を示し、測距瞳９２２，９３３を内部に包含する。測距瞳９２２，９３３の並び方向（図では水平方向)における測距瞳９２２、９３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５２，９５３の間隔はＧ１となる。
【００７５】
図３３において、焦点検出画素３２２から一対の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳８２２，８３３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値と呼ぶ。ここではＦ２．８）となる。破線で示す領域９０１は、絞り値Ｆ２．８よりも開口径が大きな絞り値（例えばＦ２）に対応した領域を示し、測距瞳９２２，９３３を内部に包含する。測距瞳８２２，８２３の並び方向（図では垂直方向)における測距瞳８２２、８３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心８５２，８５３の間隔はＧ２（＝Ｇ１）となる。
【００７６】
図３４および図３５は、図２１の状態における射出瞳面の投影関係を示す正面図である。図３４および図３５において、図３２および図３３の状態に開口制限要素９８に対応した領域９０３を付け加えた状態を示している。図３４において、測距瞳９２２が領域９０３によりけられており、領域９０３によって制限された測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９７２はけられていない場合の重心９５２より中心によっている。一方、測距瞳９３３は領域９０３によりけられず、測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５３の位置は変化しない。したがって、測距瞳重心９７２と９５３の間隔は、ケラレが生じていない場合の重心間隔Ｇ１より狭い重心間隔Ｇ１’となる。
【００７７】
図３５において、ケラレが測距瞳８２２，８２３に対称的に発生しているので、領域９０３によって測距瞳８２２，８２３の重心位置８５２，８５３は変化せず、したがって測距瞳８２２，８２３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５４，９５５の間隔Ｇ２は変化しない。
【００７８】
以上の構成により、図３０に示した２つの焦点検出エリア１０３，１０４のそれぞれに対して、ケラレにより測距瞳重心間隔が変化する焦点検出系の像ズレ量と、ケラレにより測距瞳重心間隔が変化しない焦点検出系の像ズレ量とが求められる。この４つの像ズレ量に対して（１２）式〜（１６）式を適用することにより、重心間隔の変化を補正したデータによりデフォーカス量検出が可能になる。
【００７９】
第２実施形態においては、同一の焦点検出エリアにおいて直交する２方向において像ズレ検出が可能になるというメリットがある。
【００８０】
《発明の第２の実施の形態の変形例》
この変形例では、瞳分割がマイクロレンズとその背後配置された受光部によって行われる。１つのマイクロレンズには１つの受光部が備えられる。図２６に示した焦点検出画素を図３１の焦点検出画素の配列に適用することによって、同様にして重心間隔の変化を補正したデータによりデフォーカス量検出が可能になる。
【００８１】
《発明の第２の実施の形態の他の変形例》
この変形例では、瞳分割が再結像型瞳分割方式によって行われる。図３６は再結像型瞳分割方式の構成を示す。焦点検出エリアの配置は図２に示す配置と同じであるが、１つの焦点検出エリアに対し測距瞳の並び方向が異なる測距瞳を備えた２つの再結像型瞳分割方式の構成が適用される。再結像光学系は開口部３７０、５７０を有する視野マスク３７１、コンデンサーレンズ３７２、２対の絞り開口部３７３，３７４、５７３，５７４を有する絞りマスク３７５、２対の再結像レンズ３７６，３７７、５７６，５７７からなり、イメージセンサ３７９は２対の受光部３８０，３８１、５８０，５８１からなる。視野マスク３７１は撮影光学系の予定焦点面またはその近傍に配置される。 
【００８２】
開口部３７０、５７０が図２に示す片方の焦点検出エリアの位置に配置されており、開口部３７０は図３０の焦点検出領域１０３ａ（または１０４ａ）、開口部５７０は図３０に示す焦点検出領域１０３ｂ（または１０４ｂ）に対応している。１対の絞り開口部３７３，３７４は、コンデンサーレンズ３７２により撮影光学系の射出瞳近傍の面９０の光軸に対して対称な１対の領域３３１、３３２に投影されており、１対の絞り開口部５７３，５７４は、コンデンサーレンズ３７２により撮影光学系の射出瞳近傍の面９０の光軸に対して対称な１対の領域３５１、３５２に投影されている。一対の領域３３１，３３２および一対の領域３５１、３５２は測距瞳を形成している。測距瞳３３１，３３２の並び方向と測距瞳３３１，３３２の並び方向は直交しており、図３２および図３３に示した測距瞳の関係と同じ関係になっている。
【００８３】
１対の領域３３１、３３２を通る光束は、視野マスク３７１の開口３７０付近でまず一次像を形成する。視野マスク３７１の開口部３７０に形成された一次像は、コンデンサーレンズ３７２、１対の絞り開口部３７３，３７４を通り、１対の再結像レンズ３７６，３７７によりイメージセンサ３７９の受光部３８０，３８１上に１対の二次像として再結像される。１対の領域３５１、３５２を通る光束は、視野マスク３７１の開口５７０付近でまず一次像を形成する。視野マスク３７１の開口部５７０に形成された一次像は、コンデンサーレンズ３７２、１対の絞り開口部５７３，５７４を通り、１対の再結像レンズ５７６，５７７によりイメージセンサ３７９の受光部５８０，５８１上に１対の二次像として再結像される。これらの２対の二次像の光強度分布は、受光部３８０，３８１、５８０，５８１により電気的な画像データに変換される。画像データに対し像ズレ演算処理を施すことによって、一方の焦点検出エリアに対し２つの像ズレ量が算出される。上記と同じ構成がもう一方の焦点検出エリアに対応して配置されている。
【００８４】
以上のような構成において、２箇所の焦点検出エリアに対し、ケラレにより測距瞳重心間隔が変化する焦点検出系の像ズレ量と、ケラレにより測距瞳重心間隔が変化しない焦点検出系の像ズレ量とが求められる。この４つの像ズレ量に対し（１２）式〜（１６）式を適用することによって、重心間隔の変化を補正したデータによりデフォーカス量検出が可能になる。
【００８５】
《発明の第３の実施の形態》
撮影光学系の絞りを変化させて測距瞳Ｆ値が変化した測距瞳を通る焦点検出光束に基づいて求められた２つの像ズレ量の比により、ケラレによって生ずる測距瞳の重心間隔の変化を求めるようにした第３の実施の形態を説明する。この実施の形態では、瞳分割がマイクロレンズとその背後配置された一対の受光部によって行われる。なお、この一実施の形態では、撮像装置の構成は図１に示す構成と同様であり、焦点検出位置の配置は図２に示す配置と同様である。
【００８６】
図３７は撮像素子２１２Ｃの詳細な構成を示す正面図である。この撮像素子２１２Ｃは、図３に示す構成から焦点検出画素３１２を省略したものである。射出瞳面における測距瞳の関係は図１２に示す関係と同様である。
【００８７】
図３８および図３９は、図２１の状態における射出瞳面における測距瞳関係を示す正面図である。図３８および図３９においては、図１２の状態に開口制限要素９８に対応した領域９０３を付け加えた状態を示している。図３８において、測距瞳９２２が領域９０３によりけられており、領域９０３によって制限された測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９７２はけられていない場合の重心９５２より中心によっている。一方、測距瞳９３３は領域９０３によりけられず、測距瞳９２２を通過する光束(焦点検出光束)の重心９５３の位置は変化しない。したがって、測距瞳重心９７２と９５３の間隔はケラレが生じていない場合の重心間隔Ｇ１より狭い重心間隔Ｇ１’となる。
【００８８】
図３９において、領域９０３によるケラレの影響がなくなるよう撮影光学系の絞り径を絞って（絞り値を大きくして）おり、その範囲を破線８０１で示している。領域８０１によって制限された測距瞳９２２,９３３を通過する光束(焦点検出光束)の重心９８２,９８３はけられていない場合の重心９５２,９５３より中心によっている。重心９８２，９８３の間隔Ｇ３は、絞り以外の開口制限要素でけられが発生しないので、予め測定または演算により求めて記憶しておくことができる。
【００８９】
以上の構成により図２に示す２つの焦点検出エリア１０３，１０４のそれぞれに対して、光学系の絞り開口を絞らない状態（図３８の測距瞳の状態）での像ズレ量と、光学系の絞り開口を絞った状態（図３９の測距瞳の状態）での像ズレ量とが求められる。この４つの像ズレ量に対し（１２）式〜（１６）式を適用することによって、重心間隔の変化を補正したデータによりデフォーカス量検出が可能になる。
【００９０】
図４０は、第３の実施の形態における図１５のステップ１２０〜１３０の処理を示すフローチャートである。ステップ４００において、絞り開口径が撮影絞り値に設定された状態で焦点検出エリア１０１,１０２における焦点検出画素列のデータを読出し、これらのデータに各々焦点検出演算処理（相関演算処理）を行い、焦点検出エリア１０１および１０２における像ズレ量ｘ１１、ｘ２１を算出する。ステップ４１０では、絞り開口径を、予め記憶されているケラレがなくなる交換レンズの絞り径まで絞り込んだ状態で焦点検出エリア１０１,１０２における焦点検出画素列のデータを読出し、これらのデータに各々焦点検出演算処理（相関演算処理）を行い、焦点検出エリア１０１および１０２における像ズレ量ｘ１２、ｘ２２を算出する。
【００９１】
ステップ４２０において、４つの像ズレ量に（１２）式〜（１４）式を適用することによって、絞り開口径が撮影絞り値に設定された状態での測距瞳重心間隔Ｇ１’を算出する。なお、（１２）式、（１３）式において、重心間隔Ｇ２の代わりに、絞りを所定値に絞り込んだ状態における重心間隔Ｇ３を用いる。ステップ４３０で補正重心間隔Ｇ１’に基づいて（１５）式または（１６）式により選択された焦点検出エリアのデフォーカス量ＤＥＦを算出する。その後、ステップ４４０でリターンする。
【００９２】
この第３の実施の形態によれば、一つの焦点検出エリアにおいて複数の焦点検出画素配列を必要としないというメリットがある。
【００９３】
《発明の第３の実施の形態の変形例》
この変形例では、瞳分割がマイクロレンズとその背後配置された受光部によって行われる。１つのマイクロレンズには１つの受光部が備えられる。図２６に示す焦点検出画素を図３７の焦点検出画素の配列に適用することによって、図４１に示す撮像素子２１２Ｄを構成することができる。このような構成においても、絞り開口径を変化させることによって測距重心間隔の変化を補正したデータを求め、これらのデータに基づいてデフォーカス量検出が可能になる。
【００９４】
《発明の第３の実施の形態の他の変形例》
この変形例では、瞳分割が再結像型瞳分割方式によって行われる。再結像光学系の構成は、図２９において開口部３７０に対応する焦点検出光学系のみが存在する構成となる。このような構成においても、撮影光学系の絞り開口径を異ならせて求められた４つの像ズレ量に対して（１２）式〜（１６）式を適用することによって、重心間隔の変化を補正したデータによりデフォーカス量検出が可能になる。
【００９５】
《その他の変形例》
上述した撮像素子では撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示したが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、例えば補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）を採用してもよい。焦点検出画素はシアンとマゼンタ（出力誤差が比較的目立たない青成分を含む）が配置されるべき画素位置に配置される。
【００９６】
上述した撮像素子では焦点検出画素に色フィルタを設けない例を示したが、撮像画素と同色の色フィルタの内、一つのフィルタ（たとえば緑フィルタ）を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。
【００９７】
上述した撮像素子では、撮像画素の一部に撮像画素の代わりに焦点検出画素を用いる例を示したが、全画素を焦点検出画素で構成してもよい。
【００９８】
図１に示す撮像装置（カメラ）では、撮像素子を焦点検出用と撮像用とに兼用する例を示したが、焦点検出用撮像素子と撮像用撮像素子とを別個に設け、撮影光束を分割してそれぞれの撮像素子に撮影光束を導く構成とし、焦点検出と撮像を行うようにしてもよい。
【００９９】
図１５に示すフローチャートでは、補正した画像データをメモリーカードに保存する例を示したが、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。
【０１００】
上述した撮像素子はＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサとして形成することができる。また、撮像装置は交換レンズをカメラボディに装着す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やビデオカメラにも適用できる。また、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できる。あるいは、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用できる。
【０１０１】
上述したように、一実施の形態によれば、光学系の膨大なデータと複雑な演算処理を必要とせず、像ズレ量をデフォーカス量に変換するための変換係数を簡単な演算で正確に求めることができる上に、構成の異なる種々の光学系にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】一実施の形態の構成を示す図
【図２】撮像画面上の焦点検出位置を示す図
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４】撮像画素の構成を示す図
【図５】第１焦点検出画素の構成を示す図
【図６】第２焦点検出画素の構成を示す図
【図７】緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図
【図８】焦点検出画素の分光特性を示す図
【図９】撮像画素の断面図
【図１０】焦点検出画素の断面図
【図１１】マイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出方法について説明するための図
【図１２】射出瞳面における第１焦点検出画素の光電変換部の投影関係を示す正面図
【図１３】射出瞳面における第２焦点検出画素の光電変換部の投影関係を示す正面図
【図１４】画面周辺の焦点検出位置における焦点検出画素の像信号の強度分布（光量）を縦軸、焦点検出画素の位置を横軸にとって示した図
【図１５】図１に示すデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート
【図１６】図１５のステップ１３０における像ズレ量演算処理の詳細を示すフローチャート
【図１７】図１６のステップ２００における焦点検出演算処理の詳細を示すフローチャート
【図１８】相関演算処理を説明する図
【図１９】射出瞳面における第１焦点検出画素の一対の光電変換部投影関係を示す正面図
【図２０】射出瞳面における第２焦点検出画素の一対の光電変換部投影関係を示す正面図
【図２１】画面周辺における測距瞳のケラレを説明する図
【図２２】第１焦点検出画素の図２１に示す状態における射出瞳面の投影関係を示す正面図
【図２３】第２焦点検出画素の図２１に示す状態における射出瞳面の投影関係を示す正面図
【図２４】測距瞳重心間隔と像ズレ量の関係を示す図
【図２５】像ズレ量からデフォーカス量への変換を説明するための図
【図２６】第１焦点検出画素の変形例の構成を示す図
【図２７】第２焦点検出画素の変形例の構成を示す図
【図２８】変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図２９】再結像型瞳分割方式の構成を示す図
【図３０】撮像画面上における焦点検出位置を示す図
【図３１】変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３２】射出瞳面における一対の光電変換部の投影関係を示す正面図
【図３３】射出瞳面における一対の光電変換部の投影関係を示す正面図
【図３４】図２１の状態における射出瞳面の投影関係を示す正面図
【図３５】図２１の状態における射出瞳面の投影関係を示す正面図
【図３６】再結像型瞳分割方式の構成を示す図
【図３７】変形例の撮像素子詳細な構成を示す正面図
【図３８】図２１の状態における射出瞳面における測距瞳関係を示す正面図
【図３９】図２１の状態における射出瞳面における測距瞳関係を示す正面図
【図４０】第３の実施の形態における図１５のステップ１２０〜１３０の処理を示すフローチャート
【図４１】変形例の撮像素子の詳細な構成を示す図
【符号の説明】
【０１０３】
２１２、２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃ、２１２Ｄ  撮像素子
２１４  ボディ駆動制御装置
２１６  液晶表示素子
２１９  メモリカード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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