CN108632584A - 焦点检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种焦点检测装置，其包括：摄像元件，拍摄通过光学系统形成的被摄体的像；第一像素，配置于所述摄像元件，具有供第一颜色的光通过的第一滤波器，并输出第一信号；控制装置，存储偏置量，该偏置量是所述第一颜色的焦点位置与不同于所述第一颜色的第二颜色的焦点位置之差；以及散焦量计算部，根据所述偏置量和基于所述第一信号而计算的第一散焦量计算与所述第二颜色的光相关的第二散焦量来作为散焦量，该散焦量是所述光学系统的预定成像面与像面的偏差。

Description

焦点检测装置
本申请是国际申请日为2013年8月21日、国际申请号为PCT/JP2013/072282、国家申请号为201380044409.7、发明名称为“焦点检测装置及摄像装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及焦点检测装置及包含该焦点检测装置的摄像装置。
背景技术
将由微透镜和配置在其背后的一对光电转换部构成的焦点检测像素排列在摄影透镜的预定焦点面上。由此生成一对像信号，该一对像信号与穿过光学系统的一对焦点检测光束所形成的一对像对应。通过检测该一对像信号间的像偏差量(相位差)来检测摄影透镜的焦点调节状态(散焦量)。公知进行这种动作的所谓光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测装置。
在焦点检测像素设置多个颜色滤波器时，按照同一颜色滤波器的焦点检测像素所输出的每一对像信号来检测像偏差量，从而按照多个颜色中的每一个进行焦点检测(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-292686号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的这种焦点检测装置中，按照每个颜色进行焦点检测而计算出的多个散焦量彼此不一定一致，存在焦点检测结果按照每个颜色而不同的问题。
用于解决课题的技术方案
根据本发明的第一方式，焦点检测装置包括：多个第一像素，具有与第一颜色对应的第一颜色滤波器，并输出光瞳分割相位差检测用的一对第一信号；多个第二像素，具有与第二颜色对应的第二颜色滤波器，并输出光瞳分割相位差检测用的一对第二信号；相位差检测部，检测第一信号的相位差或第二信号的相位差；以及散焦量计算部，在通过相位差检测部检测第一信号的相位差时，使用与第一颜色对应的第一转换系数来计算散焦量，在通过相位差检测部检测第二信号的相位差时，使用与第二颜色对应的第二转换系数来计算散焦量。
根据本发明的第二方式，在第一方式的焦点检测装置中，优选的是，第一颜色是红色、绿色以及蓝色中的任一个，第二颜色是红色、绿色以及蓝色中的其余两色中的任一个，第一转换系数及第二转换系数分别是与红色对应的转换系数、与绿色对应的转换系数以及与蓝色对应的转换系数中的任一个，与红色对应的转换系数大于与绿色对应的转换系数，且与绿色对应的转换系数大于与蓝色对应的转换系数。
根据本发明的第三方式，在第一或第二方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括从第一信号和第二信号中选择满足预定条件的一对信号的选择部，相位差检测部检测通过选择部选择出的满足预定条件的一对信号的相位差。
根据本发明的第四方式，在第三方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括计算表示第一信号和第二信号各自的对比度的多个对比度值的对比度计算部，满足预定条件的一对信号是第一信号和第二信号中的与多个对比度值的最大值对应的一对信号。
根据本发明的第五方式，在第三方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括推定光源色的光源色检测传感器，满足预定条件的一对信号是第一信号和第二信号中的与由光源色检测传感器推定的光源色对应的一对信号。
根据本发明的第六方式，在第三方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括多个摄像像素，该多个摄像像素配置在多个第一像素以及多个第二像素的周围，并包含分别具有第一颜色滤波器的多个第一摄像像素和分别具有第二颜色滤波器的多个第二摄像像素，当由多个摄像像素输出的多个摄像信号的输出中的由多个第一摄像像素输出的多个摄像信号的输出最大时，满足预定条件的一对信号是第一信号。
根据本发明的第七方式，在第三方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括读取部，在与预定的颜色对应的光学系统安装用颜色滤波器安装于光学系统时，该读取部从光学系统读取预定的颜色，满足预定条件的一对信号是第一信号和第二信号中的与预定的颜色对应的一对信号。
根据本发明的第八方式，在第一～第七方式中的任一方式的焦点检测装置中，优选的是，多个第一像素及多个第二像素的各像素具有微透镜及一对光电转换部，通过微透镜将一对光电转换部向光学系统的出瞳投影。
根据本发明的第九方式，在第一～第八方式中的任一方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括偏置量设定部，该偏置量设定部设定与第一颜色对应的第一偏置量和与第二颜色对应的第二偏置量，在通过相位差检测部检测第一信号的相位差时，散焦量计算部将第一转换系数乘以相位差而得到的值加上第一偏置量，由此算出散焦量，并且在通过相位差检测部检测第二信号的相位差时，散焦量计算部将第二转换系数乘以相位差而得到的值加上第二偏置量，由此算出散焦量。
根据本发明的第十方式，在第一～第九方式中的任一方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括多个第三像素，该多个第三像素具有与第三颜色对应的第三颜色滤波器，并输出光瞳分割相位差检测用的一对第三信号，相位差检测部检测第一信号的相位差、第二信号的相位差以及第三信号的相位差中的任一个，在通过相位差检测部检测第一信号的相位差时，散焦量计算部将第一转换系数乘以相位差，由此算出散焦量，并且在通过相位差检测部检测第二信号的相位差时，散焦量计算部将第二转换系数乘以相位差，由此算出散焦量，并且在通过相位差检测部检测第三信号的相位差时，散焦量计算部将与第三颜色对应的第三转换系数乘以相位差，由此算出散焦量，第一颜色、第二颜色以及第三颜色分别是红色、绿色以及蓝色中的任一个，第一转换系数、第二转换系数及第三转换系数分别是与红色对应的转换系数、与绿色对应的转换系数以及与蓝色对应的转换系数中的任一个。
根据本发明的第十一方式，在第十方式的焦点检测装置中，优选的是，第一颜色滤波器、第二颜色滤波器以及第三颜色滤波器基于拜耳排列的配置规则来进行配置。
根据本发明的第十二方式，在第一～第十一方式中的任一方式的焦点检测装置中，优选的是，包含多个第一像素和多个第二像素的焦点检测像素列与包含多个第二像素和多个第三像素的焦点检测像素列彼此相邻。
根据本发明的第十三方式，在第一～第十一方式中的任一方式的焦点检测装置中，优选的是，还包括决定部，该决定部从对应地配置有多个第一焦点检测像素列的第一焦点检测位置以及对应地配置有多个第二焦点检测像素列的第二焦点检测位置中决定出一个焦点检测位置，当通过决定部将第一焦点检测位置决定为一个焦点检测位置时，相位差检测部基于构成多个第一焦点检测像素列的多个第一像素以及多个第二像素分别输出的第一信号及第二信号，检测相位差。
根据本发明的第十四方式，在第一～第十三方式中的任一方式的焦点检测装置中，优选的是，相位差检测部检测第一信号的第一相位差及第二信号的第二相位差，散焦量计算部基于第一转换系数乘以第一相位差而得到的值和第二转换系数乘以第二相位差而得到的值，计算散焦量。
根据本发明的第十五方式，摄影装置包括：第一～第十六方式中的任一方式的焦点检测装置；驱动部，基于由散焦量计算部计算出的散焦量，使光学系统向对焦位置驱动；以及取得部，基于分别输出光瞳分割相位差检测用的一对信号的多个焦点检测像素的输出和分别输出摄像信号的多个摄像像素的输出，取得图像数据。
发明效果
根据本发明，焦点检测装置能够在不受到光的颜色的影响的情况下进行高精度的焦点检测。
附图说明
图1是表示数字静态相机的结构的横剖视图。
图2是表示摄影画面上的焦点检测位置的图。
图3是用于对使用了焦点检测像素的光瞳分割型相位差检测方式的原理进行说明的图。
图4是表示摄像元件的详细结构的主视图。
图5是表示在摄像像素及焦点检测像素配置的颜色滤波器的排列的图。
图6是表示红色滤波器、绿色滤波器及蓝色滤波器的各色滤波器的光谱灵敏度特性的图。
图7是摄像像素的剖视图。
图8是焦点检测像素的剖视图。
图9是表示光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测光学系统的结构的图。
图10是用于说明摄像像素接受的摄影光束的情况的图。
图11是表示与颜色滤波器的光谱特性对应的一对测距光瞳的形状的差异的图。
图12是将光圈开口重叠于测距光瞳而表示的图。
图13是焦点检测像素的一对光电转换部的剖面的放大图。
图14是表示像偏差量与散焦量的线性关系的图。
图15是表示数字静态相机的包含焦点检测动作的摄像动作的流程图。
图16是表示摄像元件的详细结构的主视图。
图17是表示摄像元件的详细结构的主视图。
图18是表示在摄像像素及焦点检测像素配置的颜色滤波器的排列的图。
图19是表示摄像元件的详细结构的主视图。
图20是焦点检测像素的剖视图。
图21是表示光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测光学系统的结构的图。
图22是表示摄像元件的详细结构的主视图。
具体实施方式
图1是表示作为本发明的一实施方式的包括焦点检测装置的摄像装置的镜头更换式数字静态相机201的结构的横剖视图。数字静态相机201由更换镜头202和相机机身203构成。各种更换镜头202经由固定架部204安装于相机机身203。
更换镜头202具有透镜209、变焦用透镜208、聚焦用透镜210、光圈211、透镜驱动控制装置206等。透镜驱动控制装置206由未图示的微型计算机、存储器、驱动控制电路等构成。透镜驱动控制装置206进行聚焦用透镜210的焦点调节和光圈211的开口直径调节用的驱动控制，并且进行变焦用透镜208、聚焦用透镜210及光圈211的状态检测等。此外，透镜驱动控制装置206通过与后述的机身驱动控制装置214的通信来进行透镜信息的发送及相机信息的接收。光圈211为了进行光量及离焦量调整而在光轴中心形成开口直径可变的开口。
相机机身203具有摄像元件212、机身驱动控制装置214、液晶显示元件驱动电路215、液晶显示元件216、目镜217、存储卡219等。在摄像元件212呈二维状地配置有多个摄像像素，并且在与焦点检测位置对应的部分组装有多个焦点检测像素。关于该摄像元件212，在后文详细叙述。
机身驱动控制装置214包括微型计算机、存储器、驱动控制电路等。机身驱动控制装置214反复进行摄像元件212的驱动控制、图像信号及焦点检测信号的读取、基于焦点检测信号的焦点检测运算及更换镜头202的焦点调节，并且进行图像信号的处理及记录、相机的动作控制等。机身驱动控制装置214经由电触点213而与透镜驱动控制装置206进行通信，进行透镜信息的接收及相机信息(散焦量、光圈值等)的发送。
液晶显示元件216作为电子取景器(EVF：Electronic View Finder)发挥功能。液晶显示元件驱动电路215基于通过摄像元件212得到的图像信号而将取景图像显示于液晶显示元件216，摄影者能够经由目镜217来观察取景图像。存储卡219是存储基于由摄像元件212拍摄到的图像信号而生成的图像数据的图像存储器。
利用通过了更换镜头202的光束，在摄像元件212的受光面上形成被摄体像。该被摄体像由摄像元件212进行光电转换，将图像信号和焦点检测信号向机身驱动控制装置214发送。
机身驱动控制装置214基于来自摄像元件212的焦点检测像素的焦点检测信号来计算散焦量，并将该散焦量向透镜驱动控制装置206发送。而且，机身驱动控制装置214对来自摄像元件212的图像信号进行处理而生成图像数据，并存储于存储卡219。伴随于此，机身驱动控制装置214将来自摄像元件212的取景图像信号向液晶显示元件驱动电路215发送，并使取景图像显示于液晶显示元件216。进而，机身驱动控制装置214向透镜驱动控制装置206发送光圈控制信息并进行光圈211的开口控制。
透镜驱动控制装置206根据聚焦状态、变焦状态、光圈设定状态、光圈开放F值等，对透镜信息进行更新。具体而言，对变焦用透镜208和聚焦用透镜210的位置、光圈211的光圈值进行检测，根据这些透镜位置和光圈值来对透镜信息进行运算，或者从预先准备的查找表中选择出透镜位置和光圈值所对应的透镜信息。
透镜驱动控制装置206基于接收到的散焦量来计算透镜驱动量，根据透镜驱动量将聚焦用透镜210向对焦位置驱动。而且，透镜驱动控制装置206根据接收到的光圈值来驱动光圈211。
图2是表示摄影画面上的焦点检测位置的图，示出在由后述的摄像元件212上的焦点检测像素列进行的焦点检测时，在摄影画面上对像进行采样的区域(焦点检测区域、焦点检测位置)的一例。在该例子中，在矩形的摄影画面100上的中央及左右这三个部位配置焦点检测区域101～103。以长方形示出的焦点检测区域101～103在摄影画面100中沿水平方向延伸。焦点检测像素在各焦点检测区域101～103的长度方向上直线性地排列。
在说明摄像元件212的详细结构之前，利用图3对使用了焦点检测像素的光瞳分割型相位差检测方式的原理进行说明。
在摄像面110上排列有多个焦点检测像素111。焦点检测像素111由微透镜112和一对光电转换部113、114构成。一对光电转换部113、114通过微透镜112向处于摄像面110的前方的距离d处的测距光瞳面120投影，形成一对测距光瞳123、124。换言之，通过处于摄像面110的前方的距离d处的测距光瞳面120上的光束中的测距光瞳123的光束由焦点检测像素111的光电转换部113接受，通过测距光瞳面120上的光束中的测距光瞳124的光束由焦点检测像素111的光电转换部114接受。根据焦点检测像素111的排列而得到的光电转换部113的序列的像信号与光电转换部114的序列的像信号的相对的偏差量(相位差、像偏差量)与在摄像面上形成像的光学系统的焦点调节状态(散焦量)对应地变化。因此，如果通过对焦点检测像素生成的一对像信号进行运算处理来求出光电转换部113的序列的像信号与光电转换部114的序列的像信号的相对的偏差量，则能够检测光学系统的焦点调节状态(散焦量)。
另外，上述一对测距光瞳123、124不成为将一对光电转换部113、114单纯投影的分布，而成为通过与微透镜111的开口直径对应的光的衍射效果而产生离焦并拉伸了范围的分布。微透镜111的开口直径与像素尺寸大致一致。在图3中，当使用与一对测距光瞳123、124的并列方向垂直的方向的狭缝开口沿并列方向扫描一对测距光瞳123、124时，得到一对测距光瞳分布133、134。通过上述衍射效果，一对测距光瞳分布133、134在彼此相邻的部分具有重合的重叠部135。
图4、图5是表示摄像元件212的详细结构的主视图，将摄像元件212上的焦点检测区域101、102或103的附近放大表示。图4示出摄像像素310及焦点检测像素311的布局。在图4中，摄像像素310及焦点检测像素311呈二维正方格子状密集地排列。焦点检测像素311连续地配置成水平方向的两个像素行，形成彼此相邻的两个焦点检测像素列L1及L2。图5示出在图4所示的摄像像素310及焦点检测像素311配置的颜色滤波器的排列。在摄像像素310及焦点检测像素311按照拜耳排列的规则而配置有颜色滤波器即红色滤波器R、绿色滤波器G及蓝色滤波器B。如图6所示，红色滤波器R、绿色滤波器G及蓝色滤波器B的各色滤波器的光谱灵敏度特性600R、600G、600B在各自不同的波长下表示较高的光谱灵敏度。因此，在摄像元件212上的两个像素行彼此相邻地形成的两个焦点检测像素列L1及L2中的一方的焦点检测像素列L1中，配置有绿色滤波器G的多个焦点检测像素与配置有蓝色滤波器B的多个焦点检测像素交替配置，在另一方的焦点检测像素列L2中，配置有红色滤波器R的多个焦点检测像素与配置有绿色滤波器G的多个焦点检测像素交替配置。
如图4所示，摄像像素310具有矩形的微透镜10和利用后述的遮光掩模限制了受光区域的光电转换部11。如图4所示，焦点检测像素311由矩形的微透镜10和一对光电转换部13、14构成，该一对光电转换部13、14是利用沿垂直方向延伸的元件分离区域15将摄像像素310的光电转换部11分割成两部分而得到的。另外，为了简洁，在图4中，颜色滤波器未图示。而且，在将焦点检测像素311的一对光电转换部13、14的输出相加的情况下，为了使相加的输出与摄像像素310的光电转换部11的输出同等，优选元件分离区域15的宽度尽可能地缩窄，使一对光电转换部13、14靠近。
图7是图4所示的摄像像素310的剖视图。在摄像像素310中，在摄像用的光电转换部11的上方接近地形成有遮光掩模30。光电转换部11接受通过了遮光掩模30的开口部30a的光。在遮光掩模30的上方形成有平坦化层31，在平坦化层31的上方形成有颜色滤波器38。在颜色滤波器38的上方形成有平坦化层32，在平坦化层32的上方形成有微透镜10。开口部30a的形状通过微透镜10向前方的后述的出瞳投影。光电转换部11形成在半导体电路基板29上。
图8是图4所示的焦点检测像素311的剖视图。在光电转换部13、14的上方接近地形成遮光掩模30。光电转换部13、14接受通过了遮光掩模30的开口部30d的光。在遮光掩模30的上方形成有平坦化层31，在平坦化层31的上方形成有颜色滤波器38。在颜色滤波器38的上方形成有平坦化层32，在平坦化层32的上方形成有微透镜10。由开口部30d限制了的光电转换部13、14的形状通过微透镜10向前方投影，形成一对测距光瞳。光电转换部13、14形成在半导体电路基板29上。而且，为了使光电转换部13、14分离而形成有元件分离区域15。
摄像像素310设计成如下形状：使得光电转换部11全部接受借助微透镜10而通过最明亮的更换镜头的出瞳直径(例如F1.0)的光束。而且，焦点检测像素311设计成如下形状：使得光电转换部13、14分别接受借助微透镜10而通过更换镜头的出瞳的一对预定的区域的一对焦点检测光束。
图9示出使用了微透镜10的光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测光学系统的结构。另外，将焦点检测区域102的焦点检测像素排列的一部分放大表示。在图9中，出瞳90设定在从配置在更换镜头202的预定成像面的微透镜10向前方隔开距离d的位置。该距离d是根据微透镜10的曲率及折射率、微透镜10与光电转换部13、14之间的距离等而确定的距离，在本说明书中称为测距光瞳距离。除此之外，图9还示出更换镜头的光轴91、微透镜10、光电转换部13、14、焦点检测像素311、焦点检测光束73、74。
由开口部30d限制了受光区域的光电转换部13通过微透镜10投影，由此形成测距光瞳93。同样地，由开口部30d限制了受光区域的光电转换部14通过微透镜10投影，由此形成测距光瞳94。测距光瞳93、94形成为相对于通过光轴91的垂直线呈线对称的形状。在图9中，为了便于说明，以清楚的区域表示测距光瞳93、94，但是实际上，对应于几μm大小的像素尺寸，微透镜10的开口直径较微小，因此测距光瞳93、94由于衍射而成为模糊的形状。
在图9中示意性地例示出焦点检测区域102内的摄影光轴91附近的相邻的五个焦点检测像素311。在焦点检测区域102的其他焦点检测像素311及画面周边部的焦点检测区域101、103的焦点检测像素311中，各光电转换部也构成为从各自对应的测距光瞳93、94分别接受到达各微透镜的光束。焦点检测像素311的排列方向与一对测距光瞳的并列方向即一对光电转换部的并列方向一致。
通过以上这种结构，光电转换部13输出与利用通过了测距光瞳93而朝向焦点检测像素311的微透镜10的光束73在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。而且，光电转换部14输出与利用通过了测距光瞳94而朝向焦点检测像素311的微透镜10的光束74在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。
将上述的焦点检测像素311呈直线状地配置多个，将各焦点检测像素311的光电转换部13、14的输出汇总为与测距光瞳93及测距光瞳94对应的输出组，由此得到与分别通过测距光瞳93及测距光瞳94的焦点检测用光束73、74在焦点检测像素311的排列上形成的一对像的强度分布相关的信息。对该信息实施后述的像偏差检测运算处理(相关运算处理、相位差检测处理)，由此利用所谓的光瞳分割型相位差检测方式来检测一对像的像偏差量。进而，对像偏差量进行与一对测距光瞳93、94的重心间隔和测距光瞳距离的比例关系对应的转换运算，由此计算当前的成像面(与预定成像面上的微透镜阵列的位置对应的焦点检测位置上的成像面)相对于预定成像面的偏差(散焦量)。具体而言，对与光轴91垂直的面内的像偏差量乘以预定的转换系数，由此计算散焦量，即光轴91的方向上的成像面与预定成像面的偏差。预定的转换系数作为将测距光瞳距离d除以测距光瞳93、94的重心间隔的值而得到。
图10是用于将图4所示的摄像元件212的摄像像素310所接受的摄影光束的情况与图9比较并进行说明的图。在图10中，省略与图9重复的部分的说明。
摄像像素310由微透镜10和配置在微透镜10的背后的光电转换部11等构成。与光电转换部11接近配置的开口部30a(参照图7)的形状投影到从微透镜10隔开了测距光瞳距离d的出瞳90上。该投影形状形成与测距光瞳93、94大致外接的区域95。光电转换部11输出与利用通过了区域95而朝向微透镜10的摄影光束71在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。
当通过将像偏差量乘以预定的转换系数而计算散焦量时，如上所述，但是实际上测距光瞳93、94的形状、尤其是轮廓的离焦情况根据配置于焦点检测像素311的颜色滤波器的光谱特性而变化。而且，该变化量根据衍射效果，随着配置于焦点检测像素311的微透镜的开口尺寸变小而增大。
图11(a)是将与颜色滤波器的光谱特性对应的一对测距光瞳的形状的差异在测距光瞳面上表示的图。在图11(a)中，测距光瞳93R、94R对应于红色的颜色滤波器，测距光瞳93G、94G对应于绿色的颜色滤波器，测距光瞳93B、94B对应于蓝色的颜色滤波器。另外，表示各个测距光瞳的形状的实线、虚线、点线与测距光瞳的预定范围对应。测距光瞳的预定范围是指例如后述的测距光瞳分布的值成为峰值的20％以上的范围。图11(b)表示与图11(a)对应的测距光瞳分布。该测距光瞳分布通过如下方式得到：在测距光瞳面上，在与一对测距光瞳并列的方向即X轴方向垂直的方向上的狭缝开口，即在Y轴方向上的狭缝开口沿X轴方向扫描测距光瞳。测距光瞳分布83R、84R对应于红色的颜色滤波器，测距光瞳分布83G、84G对应于绿色的颜色滤波器，测距光瞳分布83B、84B对应于蓝色的颜色滤波器。从图11(a)、(b)可知，微透镜的衍射效果随着光的波长变长而增大，因此，对于测距光瞳的大小及测距光瞳分布的扩展，绿色比蓝色大，红色比绿色大。
测距光瞳分布83R、84R、测距光瞳分布83G、84G、测距光瞳分布83B、84B形成为相对于光轴(X＝0)呈线对称的形状(反转形状)。而且，虽然测距光瞳分布83R、83G、83B的分布形状各自不同，但是各自的分布重心位置63一致。而且，虽然测距光瞳分布84R、84G、84B的分布形状各自不同，但是各自的分布重心位置64大致上一致。
在测距光瞳分布83R、84R、测距光瞳分布83G、84G、测距光瞳分布83B、84B进入更换镜头202的出瞳面的光圈开口直径之中的情况下，全部的焦点检测光束不会受到光圈开口的口径蚀，测距光瞳分布的重心位置也一致。因此，与上述的设置于焦点检测像素的颜色滤波器的颜色无关，即使使用预定的一个转换系数来计算散焦量也没有问题。
然而，在由于更换镜头202的光圈开口而使焦点检测光束的一部分受到口径蚀的情况下，测距光瞳分布83R、84R、测距光瞳分布83G、84G、测距光瞳分布83B、84B在出瞳面的周边被光圈开口限制。
图12(a)是将光圈开口96重叠于图11(a)所示的测距光瞳而进行表示的图。光圈开口96是以光轴(X＝Y＝0)为中心的半径r的圆开口。图12(b)是与图12(a)对应的图，是表示因光圈开口96而受到了限制的情况下的测距光瞳分布83RV、83GV、83BV的图。测距光瞳分布83RV、83GV、83BV由光圈开口96在X轴方向及Y轴方向上限制于坐标位置±r内，因此各个测距光瞳分布的重心位置63R、63G、63B彼此不同。从光轴(X＝0)到测距光瞳分布83RV的重心位置63R的距离最小，从光轴到测距光瞳分布83GV的重心位置63G的距离其次小，从光轴到测距光瞳分布83BV的重心位置63B的距离最大。
因光圈开口96而受到了限制的情况下的测距光瞳分布84RV、84GV、84BV形成为相对于光轴(X＝0)与测距光瞳分布83RV、83GV、83BV呈线对称的形状(反转形状)。因此，测距光瞳分布83GV的重心位置63G与测距光瞳分布84GV的重心位置64G的重心间隔大于测距光瞳分布83RV的重心位置63R与测距光瞳分布84RV的重心位置64R的重心间隔。伴随于此，测距光瞳分布83BV的重心位置63B与测距光瞳分布84BV的重心位置64B的重心间隔大于测距光瞳分布83GV的重心位置63G与测距光瞳分布84GV的重心位置64G的重心间隔。即，在将测距光瞳距离d除以一对测距光瞳分布的重心间隔而得到的转换系数中，红色的颜色滤波器所对应的转换系数最大，绿色的颜色滤波器所对应的转换系数其次大，蓝色的颜色滤波器所对应的转换系数最小。如上所述因设置于焦点检测像素311的颜色滤波器的光谱特性而产生的光的衍射效果的差异对转换系数造成影响。
接着，使用图13，说明因设置于焦点检测像素311的颜色滤波器的光谱特性而产生的信号的串扰效果的不同对转换系数造成的影响。图13是焦点检测像素311的一对光电转换部13、14的剖面的放大图。在P型基板290的表面形成有一对N型区域53、54，通过一对N型区域53、54和P型基板而形成一对光电二极管(光电转换部)。在一对N型区域53、54之间通过P+区域55形成元件分离区域15。入射到N型区域53的红色的光线56R、绿色的光线56G、蓝色的光线56B具有图6所示的三个光谱特性600R、600G、600B的峰值波长。波长比较短的蓝色的光线56B在光电二极管的较浅的区域产生电子57B，波长比较长的红色的光线56R在光电二极管的较深的区域产生电子57R，中间波长的绿色的光线56G在光电二极管的中间的深度的区域产生电子57G。产生的电子向N型区域移动，但是在较深的区域产生的电子57R混入相邻的N型区域54的概率升高。与之相比较，在较浅的区域产生的电子57B混入相邻的N型区域54的概率比较低，在中间的区域产生的电子57G混入相邻的N型区域54的概率为中间的概率。
即，如果将由通过各色滤波器并入射到一对光电转换部中的一方的光电转换部的光产生的全部电子数中，移动到与该一方的光电转换部的相邻的另一方的光电转换部的电子数的比例定义为串扰率，则蓝色的颜色滤波器所对应的串扰率最小，绿色的颜色滤波器所对应的串扰率其次小，红色的颜色滤波器所对应的串扰率最大。
由光电转换部13产生的电子向相邻光电转换部14的移动与图12(b)所示的从测距光瞳分布83RV、83GV、83BV的X轴的负区域向正区域的测距光瞳分布的变形这样的效果等价。串扰率越大，相应地测距光瞳分布的变形也越大。这种情况下，图12(b)所示的测距光瞳分布83RV、83GV、83BV的重心位置63R、63G、63B进一步向接近于X＝0的方向移动，并且，对于其移动量，绿色的颜色滤波器所对应的重心位置63G比蓝色的颜色滤波器所对应的重心位置63B大，红色的颜色滤波器所对应的重心位置63R比绿色的颜色滤波器所对应的重心位置63G大。
因此，对于将测距光瞳距离d除以一对测距光瞳分布的重心间隔而得到的转换系数，由于产生电子的串扰的效果，红色的颜色滤波器所对应的转换系数最大，绿色的颜色滤波器所对应的转换系数其次大，蓝色的颜色滤波器所对应的转换系数最小。另外，为了形成将一对光电二极管(光电转换部)13及14分离的元件分离区域15，除了图13的P+区域55中的P+的扩散以外，也可以使用STI(shallow trench isolation)等分离手法。
图14是以横轴x为像偏差量且以纵轴y为散焦量而用于说明由转换系数的不同引起的焦点检测误差的图。在图14中，直线85R、85G、85B图示出基于分别具有红色、绿色、蓝色的颜色滤波器的三种焦点检测像素的输出的像偏差量x与散焦量y的线性关系。直线85R、85G、85B分别由以下的(1)～(3)式表示。在(1)～(3)式中，转换系数Kr、Kg、Kb对应于红色、绿色、蓝色的颜色滤波器，Kr>Kg>Kb。
直线85R：y＝Kr·x (1)
直线85G：y＝Kg·x (2)
直线85B：y＝Kb·x (3)
在散焦量y0的状态下，检测基于分别具有红色、绿色的颜色滤波器的焦点检测像素的输出的像偏差量x1及x0。如果将基于具有绿色的颜色滤波器的焦点检测像素的输出的像偏差量x0利用由直线85G表示的转换式进行转换，则能得到散焦量y0。如果将基于具有红色的颜色滤波器的焦点检测像素的输出的像偏差量x1利用由直线85G表示的转换式进行转换，则能得到散焦量y1，得到的散焦量y1与实际的散焦量y0不一致，焦点检测结果产生误差。
同样地，在散焦量y0的状态下，将基于具有蓝色的颜色滤波器的焦点检测像素的输出的像偏差量利用由直线85G表示的转换式进行转换，由此计算出的散焦量与实际的散焦量y0不一致，焦点检测结果产生误差。
如上所述，由于光的衍射效果、电子的串扰效果的影响，转换系数根据颜色滤波器的颜色而不同，并且红色的颜色滤波器所对应的转换系数最大，绿色的颜色滤波器所对应的转换系数其次大，蓝色的颜色滤波器所对应的转换系数最小。随着像素尺寸变小而使各颜色的颜色滤波器所对应的转换系数彼此的差变大，因此，在不管颜色滤波器的颜色的不同而都使用同一转换系数来计算散焦量的情况下，焦点检测误差成为无法忽视的大小。
图15是表示本实施方式的数字静态相机201的包含焦点检测动作的摄像动作的流程图。当在步骤S100中接通数字静态相机201的电源时，机身驱动控制装置214开始步骤S110以后的摄像动作。在步骤S110中，机身驱动控制装置214读取全部像素的像素数据，将除了焦点检测像素311以外的摄像像素310的像素数据拉长行间隔而显示于液晶显示元件216。接着在步骤S120中，机身驱动控制装置214基于焦点检测像素311的像素数据，选择在焦点检测所使用的焦点检测像素311配置的颜色滤波器的颜色。另外，摄影者使用焦点检测区域选择构件(未图示)来预先选择焦点检测区域(焦点检测位置)101～103中的任一个。
颜色的选择以如下方式进行。图5的焦点检测像素列L1中，得到一对信号αGn、βGn作为配置有绿色的颜色滤波器的焦点检测像素排列所包含的一对光电转换部13、14的输出数据列，得到一对信号αBn、βBn作为配置有蓝色的颜色滤波器的焦点检测像素排列所包含的一对光电转换部13、14的输出数据列。焦点检测像素列L2中，得到一对信号αHn、βHn作为配置有绿色的颜色滤波器的焦点检测像素排列所包含的一对光电转换部13、14的输出数据列，得到一对信号αRn、βRn作为配置有红色的颜色滤波器的焦点检测像素排列所包含的一对光电转换部13、14的输出数据列。后缀n赋予到焦点检测像素排列的排列顺序。对于一对信号αGn、βGn、一对信号αBn、βBn、一对信号αHn、βHn、一对信号αRn、βRn这各个对，计算对比度评价值γG、γB、γH、γR。例如(4)式所示，一对信号αGn、βGn的对比度评价值γG通过将信号列αGn的二阶差分值的绝对值的总和与信号列βGn的二阶差分值的绝对值的总和相加来得到。另外，对比度值评价值也可以不使用二阶差分，而基于一阶差分或最大值与最小值之差来求出。
γG＝Σ|-αGn-1+2·αGn-αGn+1|+Σ|-βGn-1+2·βGn-βGn+1| (4)
与以上述方式求出的对比度评价值γG、γB、γH、γR中表示最大值的对比度评价值对应的颜色滤波器的颜色由机身驱动控制装置214选择。在选择了绿色的情况下，进而选择焦点检测像素列L1或L2。即，在对比度评价值γG表示最大值时选择焦点检测像素列L1，在对比度评价值γH表示最大值时选择焦点检测像素列L2。在后述的像偏差检测运算中，像偏差检测运算所使用的一对信号的对比度越清楚，计算出的像偏差量的精度越高，因此如上所述地使用与基于对比度评价值而选择的颜色对应的一对信号来运算像偏差量，由此能够高精度地求出像偏差量。
在步骤S130中，基于一对信号αGn、βGn、一对信号αBn、βBn、一对信号αHn、βHn、一对信号αRn、βRn中的任一对信号，即基于与选择的颜色对应的一对信号，机身驱动控制装置214进行后述的像偏差检测运算处理(相关运算处理、相位差检测处理)，来运算像偏差量。
在步骤S132中，通过机身驱动控制装置214设定与选择的颜色对应的转换系数和偏置量。通过机身驱动控制装置214从图14所示的与红色、绿色、蓝色分别对应的直线85R、85G、85B的斜度即从转换系数Kr、Kg、Kb之中选择与颜色对应的转换系数。偏置量用于对色差(与颜色对应的焦点位置之差)进行修正，例如以绿色的焦点位置为基准位置进行表示。选择的颜色为红色时的偏置量等于红色的焦点位置与绿色的焦点位置之差。选择的颜色为绿色时的偏置量为0。选择的颜色为蓝色时的偏置量等于蓝色的焦点位置与绿色的焦点位置之差。
在步骤135中，机身驱动控制装置214基于与选择的颜色对应地设定的转换系数及偏置量，将与选择的颜色对应的像偏差量转换成散焦量。在例如选择了红色的情况下，机身驱动控制装置214设定红色的转换系数Kr、红色的偏置量yr，将红色的像偏差量x2利用下式(5)转换成散焦量y2。散焦量y2是表示偏置量的基准色即绿色的像面从预定成像面散焦的程度的量。
y2＝Kr·x2+yr (5)
在步骤S140中，机身驱动控制装置214检测是否为对焦附近，即计算出的散焦量的绝对值是否为预定值以内。在判定为不是对焦附近的情况下，本处理进入步骤S150，机身驱动控制装置214将散焦量向透镜驱动控制装置206发送，将更换镜头202的聚焦透镜210向对焦位置驱动。然后，本处理返回步骤S110，重复上述的动作。另外，在不能进行焦点检测的情况下，在该步骤进行分支，机身驱动控制装置214向透镜驱动控制装置206发送扫描驱动命令，将更换镜头202的聚焦用透镜210从无限远到最近之间进行扫描驱动。然后，本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。
在步骤S140中判定为对焦附近的情况下，本处理进入步骤S160，机身驱动控制装置214通过快门按钮(未图示)的操作来判别是否进行了快门释放。在判定为未进行快门释放的情况下，本处理返回步骤S110，重复上述的动作。另一方面，在判定为进行了快门释放的情况下，本处理进入步骤S170，机身驱动控制装置214向透镜驱动控制装置206发送光圈调整命令，使更换镜头202的光圈值成为控制F值(由摄影者设定的F值或自动设定的F值)。在光圈控制结束的时刻，机身驱动控制装置214使摄像元件212进行摄像动作，从摄像元件212的摄像像素310及全部的焦点检测像素311读取像素数据。
在步骤S180中，机身驱动控制装置214通过各焦点检测像素的像素数据，即通过将配置于各焦点检测像素的一对光电转换部13、14的输出数据相加，来计算各焦点检测像素311的位置的图像数据。在接下来的步骤S190中，机身驱动控制装置214将作为摄像像素310的图像数据而使用的像素数据及焦点检测像素位置的图像数据存储于存储卡219。本处理返回到步骤S110，重复上述的动作。
在图15的步骤S130中，机身驱动控制装置214进行像偏差检测运算处理(相关运算处理、相位差检测处理)。焦点检测像素311所检测的一对像存在测距光瞳93、94由透镜的光圈开口分开而失去光量平衡的可能性，因此机身驱动控制装置214实施能够相对于光量平衡维持像偏差检测精度的类型的相关运算。对于从包含多个焦点检测像素311的焦点检测像素列L1或L2读取出的各颜色的一对信号A1n(A11，…，A1M：M为数据数)、A2n(A21，…，A2M)，使用例如日本特开2007-333720号公报所公开的公知的相关运算式即(6)式来运算相关量C(k)。在(6)式中，Σ运算对变量n进行累计。变量n根据像偏差量k而被限定为存在A1n、A1n+1、A2n+k、A2n+1+k的数据的范围。像偏差量k是整数，且是以构成一对信号的信号列的数据间隔为单位的相对的偏移量。
C(k)＝Σ|A1n·A2n+1+k-A2n+k·A1n+1| (6)
在得到了通过公知的相关运算式即上述的(6)式而运算出的离散值即相关量C(k)所对应的连续的相关量C(x)的极小值C(X)时，通过以下的(7)式，将赋予连续的相关量C(x)的极小值C(X)的偏差量X换算成像偏差量shft。在(7)式中，系数PY成为构成焦点检测像素列L1或L2的焦点检测像素311的像素间距的2倍的值即同色的焦点检测像素的像素间距。
shft＝PY·X (7)
在以上说明的实施方式中，利用多个颜色进行像偏差检测，并选择能够得到最高的像对比度的颜色，使用与选择的颜色对应的转换系数和偏置量来将选择的颜色的像偏差量转换成散焦量。因此，与以往那样无论颜色如何都使用同一转换系数的情况相比，无论选择的颜色如何都能够高精度地计算散焦量。
如日本特开2007-333720号公报所公开地，未必一定能得到通过公知的相关运算式即上述的(6)式而运算出的离散值即相关量C(k)所对应的连续的相关量C(x)的极小值C(X)，存在判定为不能进行焦点检测的情况。而且，即使在能够得到连续的相关量C(x)的极小值C(X)的情况下，也存在判定为赋予该极小值(X)的偏差量X的可靠性较低的情况。在以上说明的实施方式中，虽然是选择能得到最高的像对比度的颜色的处理流程，但是在判定为不能进行焦点检测的情况和判定为赋予极小值(X)的偏差量X的可靠性较低的情况下，也可以选择其他颜色而重复进行同样的处理流程。例如，也可以是，按照绿色、红色、蓝色的顺序预先决定颜色的优先顺位，在利用首先选择的优先顺位高的颜色不能进行焦点检测或可靠性低的情况下，依次选择优先顺位低的颜色。或者，也可以是，利用全部的颜色来计算散焦量，将像偏差量计算时的可靠性作为加权系数而对各颜色的散焦量进行加权平均。
在以上的说明中，在全部的焦点检测区域(焦点检测位置)中，对于同一颜色使用同一转换系数及同一偏置量。然而，还存在测距光瞳分布的形状在画面中央与画面周边不同的情况，因此在画面中央的焦点检测区域(焦点检测位置)102和画面周边的焦点检测区域(焦点检测位置)101、103中，即使是同一颜色，也可以使用不同的转换系数及不同的偏置量。
在以上的说明中，为了简洁起见，焦点检测时的摄影透镜的光圈开口直径设为恒定，并按照颜色滤波器的每个颜色而使用一个转换系数。然而，测距光瞳分布根据摄影透镜的光圈开口F值而改变形状，因此当然必须根据摄影透镜的光圈开口F值来变更转换系数。
在以上的说明中，转换系数和偏置量的值的确定方法包括以下的方法。
(方法1)
说明通过计算来求出转换系数和偏置量的值的方法1。基于光学系统的出瞳距离、出瞳直径、F值、焦点检测像素的光学设计参数(微透镜直径、从微透镜到光电转换部的距离、颜色滤波器的光谱灵敏度等)、测距光瞳距离、焦点检测像素的像高等，预先计算并求出图11(b)所示的测距光瞳分布83R、84R、83G、84G、83B、84B的形状的重心位置。通过将该重心间的距离除以测距光瞳距离而按照颜色滤波器的每个颜色进行计算来作为转换系数。将计算出的转换系数进行表格化来作为查找表，该查找表将光学系统的出瞳距离、出瞳直径、F值、测距光瞳距离、焦点检测像素的像高及颜色等作为输入参数。机身驱动控制装置214存储该查找表。
而且，对于偏置量，也基于光学系统的出瞳距离、出瞳直径、F值、焦点检测像素的光学设计参数(微透镜直径、从微透镜到光电转换部的距离、颜色滤波器的光谱灵敏度等)、测距光瞳距离、焦点检测像素的像高等，按照颜色滤波器的每个颜色来预先计算偏置量并进行表格化来作为查找表。机身驱动控制装置214存储该查找表。
另外，在预先计算转换系数时，如上所述，考虑衍射效果(由颜色引起的测距光瞳分布的形状的不同)、串扰效果(由颜色引起的一对光电转换部间的信号串扰率的不同)。
在实际进行从像偏差量向散焦量的转换的情况下，从安装的更换镜头读取出瞳距离、出瞳直径、F值的信息，并且基于进行了焦点检测的焦点检测像素的像高及颜色滤波器的颜色，从上述查找表中选择转换系数和偏置量来使用。
(方法2)
说明对于各更换镜头测定转换系数和偏置量的值的方法2。测距光瞳分布也受到各个光学系统的像差的影响，因此实际上对各个光学系统与焦点检测像素的颜色滤波器的组合来测定转换系数，将测定出的转换系数作为以光学系统的F值、焦点距离、像高、颜色为参数的查找表而存储于更换镜头202的透镜驱动控制装置206。转换系数的测定通过计算像偏差量的变化量相对于散焦量的变化量的比例来进行。
而且，实际上对于各个光学系统与焦点检测像素的颜色滤波器的组合也测定偏置量，将测定出的偏置量作为以光学系统的F值、焦点距离、像高、颜色为参数的查找表而存储于更换镜头202的透镜驱动控制装置206。在实际上进行从像偏差量向散焦量的转换的情况下，相机机身203的机身驱动控制装置214将关于像高及所选择的颜色的信息向安装于相机机身203的更换镜头202的透镜驱动控制装置206发送。更换镜头202的透镜驱动控制装置206将与此时设定的F值、焦点距离和从接收的信息得到的像高及颜色对应的转换系数及偏置量向相机机身203的机身驱动控制装置214发送。相机机身203的机身驱动控制装置214将从更换镜头202的透镜驱动控制装置206接收到的转换系数及偏置量用于焦点检测处理。
(方法3)
说明将对于基准光学系统测定出的值用作转换系数及偏置量的方法3。对于各个光学系统来测定转换系数费时费力，因此在作为基准的光学系统中，与方法2同样地以F值、出瞳距离、像高及颜色作为参数来测定转换系数及偏置量，并将测定出的转换系数及偏置量进行表格化。相机机身203的机身驱动控制装置214存储该表格。在相机机身203的机身驱动控制装置214实际上进行从像偏差量向散焦量的转换的情况下，从安装的更换镜头读取包含F值及出瞳距离的信息，并且，基于该读取的信息、焦点检测像素的像高及颜色来从相机机身203的机身驱动控制装置214所存储的表格中选择出转换系数及偏置量并用于转换。
数字静态相机201所包含的本实施方式中的焦点检测装置具有包含焦点检测像素列L1及L2的摄像元件212、机身驱动控制装置214。焦点检测像素列L1由配置有绿色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311和配置有蓝色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311构成。配置有绿色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311各自具有绿色的颜色滤波器38，并输出光瞳分割相位差检测用的一对信号αGn及βGn。配置有蓝色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311各自具有蓝色的颜色滤波器38，并输出光瞳分割相位差检测用的一对信号αBn及βBn。焦点检测像素列L2由配置有绿色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311和配置有红色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311构成。配置有绿色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311各自具有绿色的颜色滤波器38，并输出光瞳分割相位差检测用的一对信号αHn及βHn。配置有红色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311各自具有红色的颜色滤波器38，并输出光瞳分割相位差检测用的一对信号αRn及βRn。
机身驱动控制装置214设定与绿色对应的转换系数Kg、与蓝色对应的转换系数Kb以及与红色对应的转换系数Kr。机身驱动控制装置214在与一对信号αGn及βGn、一对信号αBn及βBn、一对信号αHn及βHn乃至一对信号αRn及βRn分别对应的对比度评价值γG、γB、γH、γR之中，检测与表示最大值的对比度评价值对应的一对信号的相位差即像偏差量。机身驱动控制装置214在检测到一对信号αGn及βGn的像偏差量时，将转换系数Kg乘以该像偏差量，在检测到一对信号αBn及βBn的像偏差量时，将转换系数Kb乘以该像偏差量，在检测到一对信号αHn及βHn的像偏差量时，将转换系数Kg乘以该像偏差量，在检测到一对信号αRn及βRn的像偏差量时，将转换系数Kr乘以该像偏差量，从而计算散焦量。由此，焦点检测装置能够在不受光的颜色的影响的情况下进行高精度的焦点检测。
---变形例---
在上述的实施方式中，如图4及图5所示，摄像元件212包含多个摄像像素310和由多个焦点检测像素构成的焦点检测像素列L1及L2，但是也可以是，摄像元件212包含多个摄像像素310和焦点检测像素列L1及L2中的任一个焦点检测像素列。在摄像元件212包含多个摄像像素310和焦点检测像素列L1且不包含焦点检测像素列L2的情况下，焦点检测像素列L1输出光瞳分割相位差检测用的一对信号αGn及βGn乃至一对信号αBn及βBn。
机身驱动控制装置214设定与绿色对应的转换系数Kg和与蓝色对应的转换系数Kb。机身驱动控制装置214在与一对信号αGn及βGn乃至一对信号αBn及βBn分别对应的对比度评价值γG、γB之中，检测与表示最大值的对比度评价值对应的一对信号的相位差即像偏差量。机身驱动控制装置214在检测到一对信号αGn及βGn的像偏差量时，将转换系数Kg乘以该像偏差量，在检测到一对信号αBn及βBn的像偏差量时，将转换系数Kb乘以该像偏差量，由此计算散焦量。
在上述的实施方式的图15的步骤S120及S130中，机身驱动控制装置214基于表示最大的对比度评价值的一对信号来计算像偏差量。然而，除了满足对比度评价值最大这样的条件之外，机身驱动控制装置214也可以选择满足其他条件的一对信号，并检测所选择的这一对信号的像偏差。例如，在数字静态相机201设置推定光源色的光源色检测传感器。机身驱动控制装置214基于下述一对信号来计算像偏差量：该一对信号通过焦点检测像素列L1及L2所包含的多个焦点检测像素311中的配置有与由该光源色检测传感器推定的光源色对应的颜色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311输出。
如上所述，除了满足对比度评价值最大这样的条件之外，机身驱动控制装置214也可以选择满足其他条件的一对信号，并检测所选择的这一对信号的像偏差。在焦点检测像素列L1及L2的周围配置的多个摄像像素310中，例如通过具有绿色的颜色滤波器的多个摄像像素而输出的多个摄像信号的输出的平均值，大于通过具有蓝色的颜色滤波器的多个摄像像素而输出的多个摄像信号的输出的平均值以及通过具有红色的颜色滤波器的多个摄像像素而输出的多个摄像信号的输出的平均值。在这种情况下，机身驱动控制装置214选择通过配置有绿色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311而输出的一对信号，并检测所选择的这一对信号的像偏差。
如上所述，除了满足对比度评价值最大这样的条件之外，机身驱动控制装置214也可以选择满足其他条件的一对信号，并检测所选择的这一对信号的像偏差。例如，在与绿色对应的光学系统安装用颜色滤波器安装于更换镜头202时，机身驱动控制装置214通过通信而读取该光学系统安装用颜色滤波器对应于绿色的情况。机身驱动控制装置214选择由配置有与读取出的光学系统安装用颜色滤波器的颜色相同的绿色的颜色滤波器38的多个焦点检测像素311输出的一对信号，并检测所选择的这一对信号的像偏差。
在上述的实施方式中，如图4、图5所示，在摄像像素310的二维排列的一部分对摄像像素310进行置换而配置焦点检测像素311，由此形成了焦点检测像素列L1及L2。通过将焦点检测像素311具有的一对光电转换部13、14的输出数据相加，能够得到与摄像像素310的光电转换部11的输出数据同等的数据，因此也可以如图16那样使摄像元件212的全部像素成为焦点检测像素311。图16表示将摄像元件212的一部分放大的情况下的焦点检测像素311的配置，在各焦点检测像素311配置有图5所示的拜耳排列的颜色滤波器。
通过以上述方式将焦点检测像素311配置在摄像元件212的整面，能够在摄影画面上的任意的位置进行焦点检测。而且，在摄像时仅通过将焦点检测像素311的一对光电转换部13及14的输出数据相加，就能够生成图像数据。
图17是表示与图5的颜色滤波器对应的像素布局的变形例的图。绿色的颜色滤波器配置于摄像像素310，蓝色的颜色滤波器配置于焦点检测像素311。焦点检测像素321具有包含将焦点检测像素311的一对光电转换部旋转90度而得到的一对光电转换部16及17的结构。在焦点检测像素321配置有红色的颜色滤波器。
在这样的结构中，水平方向的像偏差检测通过配置有蓝色的颜色滤波器的焦点检测像素311进行，垂直方向的像偏差检测通过配置有红色的颜色滤波器的焦点检测像素321进行。而且，摄像像素310的输出对应于与亮度成分直接关联的绿色，因此能得到与全部像素摄像像素的情况同等的亮度分辨率，能够得到高品质的图像数据。其中，即使在图17中通过将全部的摄像像素310置换成焦点检测像素311及焦点检测像素321而在摄像元件212交替配置焦点检测像素311及焦点检测像素321的情况下，至少也能够适用本发明。
在上述的实施方式中，如图5所示，颜色滤波器成为拜耳排列，在摄像像素310的二维排列的一部分对摄像像素310进行置换而配置焦点检测像素311，由此形成了焦点检测像素列L1及L2。如图18所示，如果配置在焦点检测像素列L1的颜色滤波器全部为绿色且配置在焦点检测像素列L2的颜色滤波器全部为红色，则同色的焦点检测像素的排列间距与图5相比缩短成1/2，因此能够实现焦点检测精度的提高。在摄像时，对于与应配置在焦点检测像素列L1的一部分的焦点检测像素位置的具有蓝色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据相当的图像数据，基于摄像像素列L3及L5的一部分所包含的具有蓝色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据进行插补。而且，对于与应配置在焦点检测像素列L2的一部分的焦点检测像素位置的具有绿色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据相当的图像数据，基于摄像像素列L4及L5的一部分所包含的具有绿色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据进行插补。
在以上的实施方式中，说明了焦点检测像素311具有一对光电转换部13、14的情况。然而，也可以是如下结构：如图19所示，焦点检测像素列L1及L2将仅具有一对光电转换部13、14中的一方的光电转换部13的焦点检测像素313与仅具有一对光电转换部13、14中的另一方的光电转换部14的焦点检测像素314交替地配置。
如图19所示，焦点检测像素313由矩形的微透镜10、被后述的遮光掩模限制了受光区域的光电转换部13以及颜色滤波器(未图示)构成。被遮光掩模限制了受光区域的光电转换部13的形状为矩形。而且，如图19所示，焦点检测像素314由矩形的微透镜10、被后述的遮光掩模限制了受光区域的光电转换部14以及颜色滤波器(未图示)构成。被遮光掩模限制了受光区域的光电转换部14的形状为矩形。当使微透镜10与焦点检测像素313和焦点检测像素314彼此重合地显示时，被遮光掩模限制了受光区域的光电转换部13与14在水平方向上并列。
图20是焦点检测像素313、314的剖视图。在焦点检测像素313、314中，在焦点检测用的光电转换部13、14的上方接近地形成遮光掩模30。光电转换部13、14接受分别通过了遮光掩模30的开口部30b、30c的光。在遮光掩模30的上方形成有平坦化层31，在该平坦化层31的上方形成有颜色滤波器38。在颜色滤波器38的上方形成有平坦化层32，在该平坦化层32的上方形成有微透镜10。通过微透镜10将开口部30b、30c的形状向前方的一对测距光瞳93、94投影。光电转换部13、14形成在半导体电路基板29上。
图21示出基于焦点检测像素313、314的光瞳分割型相位差检测方式的焦点检测光学系统的结构。在图21中，出瞳90设定在从微透镜向前方隔开测距光瞳距离d的位置。微透镜10配置在更换镜头202的预定成像面附近。通过微透镜10，将与光电转换部13、14接近配置的开口部30b，30c的形状投影到从微透镜10隔开了测距光瞳距离d的出瞳90上，由此形成测距光瞳93、94。光电转换部13输出与利用通过了测距光瞳93而朝向焦点检测像素313的微透镜10的光束73在微透镜10上形成的图像的强度对应的信号。而且，光电转换部14输出与利用通过了测距光瞳94而朝向焦点检测像素314的微透镜10的光束74在微透镜10上形成的像的强度对应的信号。
图19是表示摄像像素310及焦点检测像素313、314的布局的图，焦点检测像素313、314交替地配置于焦点检测像素列L1及L2。在图19所示的摄像像素310、焦点检测像素313、314配置有图18所示的颜色滤波器。即在摄像像素310配置拜耳排列的颜色滤波器，在焦点检测像素列L1所包含的焦点检测像素313、314配置绿色的颜色滤波器，在焦点检测像素列L2所包含的焦点检测像素313、314配置红色的颜色滤波器。基于配置在焦点检测像素列L1的焦点检测像素313、314的输出数据，计算与绿色相关的一对像的像偏差量。而且，基于配置在焦点检测像素列L2的焦点检测像素313、314的输出数据，计算与红色相关的一对像的像偏差量。在摄像时，对于与应配置在焦点检测像素列L1的焦点检测像素位置的具有绿色及蓝色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据相当的图像数据，基于配置在摄像像素列L3及L5的具有绿色及蓝色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据进行插补。而且，对于与应配置在焦点检测像素列L2的焦点检测像素位置的具有绿色及红色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据相当的图像数据，基于配置在摄像像素列L4及L6的具有绿色及红色的颜色滤波器的摄像像素的输出数据进行插补。
图22是表示与图5的颜色滤波器对应的像素布局的变形例的图。焦点检测像素列L1及L2包含于同一焦点检测位置101、102或103。焦点检测像素列L1及L2彼此不相邻，在焦点检测像素列L1及L2之间的2行配置有多个摄像像素310。焦点检测像素列L1包含配置有绿色的颜色滤波器的焦点检测像素311和配置有蓝色的颜色滤波器的焦点检测像素311。焦点检测像素列L2包含配置有红色的颜色滤波器的焦点检测像素311和配置有绿色的颜色滤波器的焦点检测像素311。对于这样包含彼此隔开的焦点检测像素列L1及L2的焦点检测装置，也可以适用本发明。
在焦点检测像素列L1及L2各自包含于焦点检测位置101、102及103中的彼此不同的两个焦点检测位置的情况下，构成任一个焦点检测像素列的多个焦点检测像素311的像素数据是否使用于焦点检测是根据摄影者的焦点检测位置的选择来确定的。摄影者使用焦点检测区域选择构件(未图示)来预先选择这两个焦点检测位置中的任一个，由此机身驱动控制装置214使用构成包含在该选择出的焦点检测位置中的构成焦点检测像素列的多个焦点检测像素311的像素数据进行焦点检测。
在上述的实施方式的摄像元件212中，如图7及图8所示，摄像像素310及焦点检测像素311分别包含颜色滤波器38。也可以是，不将颜色滤波器38按每个像素设置，而设置将多个摄像像素310或多个焦点检测像素311共同覆盖的另外的颜色滤波器。
在上述的实施方式的摄像元件212中，示出了摄像像素具有拜耳排列的颜色滤波器的例子，但是颜色滤波器的结构或排列没有限定于此。补色滤波器(绿：G，黄：Ye，品红：Mg，青：Cy)的排列或除了拜耳排列以外的排列也能够适用本发明。
在以上的实施方式中，在各焦点检测像素配置有不同颜色的颜色滤波器，但是本发明所涉及的构成焦点检测装置的焦点检测像素不一定限定为配置有颜色滤波器的焦点检测像素。在使用了如下结构的焦点检测装置中也能够适用本发明：例如日本特开2008-28105号公报的图30～图35中作为第四实施方式而公开的焦点检测像素那样，在光电二极管的深度方向上辨别并输出因入射光线而产生的电子，由此利用一个焦点检测像素产生与红色、绿色、蓝色对应的输出。
在上述的实施方式中，在摄像元件上混杂有摄像像素和焦点检测像素，但是也可以是如下结构：在光路中配置反射镜而在仅由摄像像素构成的摄像元件和仅由焦点检测像素构成的焦点检测元件将光束分离。
另外，作为本发明所涉及的包含焦点检测装置的摄像装置，没有限定为上述那样的在相机机身203安装更换镜头202的结构的数字静态相机201。例如也可以将本发明适用于镜头一体式的数字静态相机、胶片静态相机或摄像机所包含的焦点检测装置。进而，也能够将本发明适用于内置于手机等的小型相机模块、监控相机或机器人用的视觉识别装置、车载相机等所包含的焦点检测装置。
如下的优先权基础申请的公开内容作为引用文而援引于此。
日本专利申请2012年第182497号(2012年8月21日申请)
标号说明
10、112 微透镜，
11、13、14、16、17、113、114 光电转换部，
15 元件分离区域，29 半导体电路基板，30 遮光掩模，
31、32 平坦化层，38 颜色滤波器，
53、54 N型区域，55 P+区域，
63、64 分布重心位置，
71 摄影光束，73、74 焦点检测光束，90 出瞳，91 光轴，
93、94、123、124 测距光瞳，95 区域，
96 光圈开口，
100 摄影画面，101、102、103 焦点检测位置，
110 摄像面，111、311、313、314、321 焦点检测像素，
120 测距光瞳面，
133、134 测距光瞳分布，135 重叠部，
201 数字静态相机，202 更换镜头，203 相机机身，
204 固定架部，206 透镜驱动控制装置，
208 变焦用透镜，209 透镜，210 聚焦用透镜，
211 光圈，212 摄像元件，213 电触点，
214 机身驱动控制装置，
215 液晶显示元件驱动电路，216 液晶显示元件，217 目镜，
219 存储卡，
290 P型基板，
310 摄像像素。

Claims (4)

1.一种焦点检测装置，包括：
摄像元件，拍摄通过光学系统形成的被摄体的像；
第一像素，配置于所述摄像元件，具有供第一颜色的光通过的第一滤波器，并输出第一信号；
控制装置，存储偏置量，该偏置量是所述第一颜色的焦点位置与不同于所述第一颜色的第二颜色的焦点位置之差；以及
散焦量计算部，根据所述偏置量和基于所述第一信号而计算的第一散焦量计算与所述第二颜色的光相关的第二散焦量来作为散焦量，该散焦量是所述光学系统的预定成像面与像面的偏差。
2.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述摄像元件还具备第二像素，该第二像素具有供第二颜色的光通过的第二滤波器，并输出第二信号，
所述散焦量计算部基于所述第二信号计算所述散焦量。
3.根据权利要求2所述的焦点检测装置，其中，
所述散焦量计算部在根据所述第一信号计算所述第一散焦量时，使用第一系数，并在根据所述第二信号计算所述散焦量时，使用不同于所述第一系数的第二系数。
4.根据权利要求2或3所述的焦点检测装置，其中，
所述第一像素具有接受通过了所述光学系统的第一区域的光的第一光电转换部和接受通过了所述光学系统的不同于所述第一区域的第二区域的光的第二光电转换部，
所述第二像素具有接受通过了所述光学系统的第三区域的光的第三光电转换部和接受通过了所述光学系统的不同于所述第三区域的第四区域的光的第四光电转换部。
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