JP2018132581A - 焦点検出装置、焦点検出方法、および焦点検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出信号間の形状差による焦点検出誤差を補正し、高精度に焦点検出を実行可能な焦点検出装置、焦点検出方法、および焦点検出プログラムを提供すること。【解決手段】結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出装置であって、画素信号を取得する取得手段と、画素信号を用いて、異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて、検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出手段と、を有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、焦点検出装置、焦点検出方法、および焦点検出プログラムに関する。

従来、各画素にマイクロレンズが形成された２次元撮像素子を用いて、撮像レンズの焦点検出を位相差検出方式で行う撮像装置が知られている。

特許文献１では、複数の画素からなる２次元撮像素子に、部分的に１対の焦点検出画素が配置された撮像装置が開示されている。１対の焦点検出画素は、開口部を有する遮光層により、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。２次元撮像素子の大部分に配置された撮像画素で撮像信号を取得し、一部に配置された焦点検出画素の焦点検出信号から像ずれ量を求めて、焦点検出を行う。

特開２０００−１５６８２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された撮像装置では、マイクロレンズにより分割された各瞳部分領域は形状が異なるため、焦点検出信号間で形状差が生じてしまう。結果として、空間周波数帯域ごとの実効的な基線長が変化し、焦点検出精度が低下してしまう。

このような課題に鑑みて、本発明は、焦点検出信号間の形状差による焦点検出誤差を補正し、高精度に焦点検出を実行可能な焦点検出装置、焦点検出方法、および焦点検出プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての焦点検出装置は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出装置であって、前記画素信号を取得する取得手段と、前記画素信号を用いて、前記異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、前記複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、前記異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて、前記検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての焦点検出方法は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出方法であって、前記画素信号を取得する取得ステップと、前記画素信号を用いて、前記異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成ステップと、前記複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、前記異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて前記検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出ステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての焦点検出プログラムは、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出装置を制御するための焦点検出プログラムであって、コンピュータを、前記画素信号を取得する取得手段、前記画素信号を用いて、前記異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段、前記複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、前記異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて前記検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出手段、として機能させる。

本発明によれば、焦点検出信号間の形状差による焦点検出誤差を補正し、高精度に焦点検出を実行可能な焦点検出装置、焦点検出方法、および焦点検出プログラムを提供することができる。

実施例１の焦点検出装置を有する撮像装置の構成を示すブロック図である。 実施例１の画素配列を示す図である。 実施例１の画素構造を示す図である。 実施例１の撮像素子の画素と瞳部分領域との対応を説明するための図である。 実施例１の結像光学系と撮像素子における瞳分割を説明するための図である。 実施例１のデフォーカス量と像ずれ量との関係図である。 実施例１の瞳ずれによる実行絞り値の説明図である。 実施例１の各画素に形成されたマイクロレンズに光が入射した場合の光強度分布の説明図である 実施例１の瞳強度分布を示す図である。 実施例１の瞳強度分布をフーリエ変換した図である。 実施例１の瞳強度分布の空間周波数ごとの成分を示す図である。 実施例１の設定されているデフォーカス量と検出されたデフォーカス量との関係図である。 実施例１の補正係数を示す図である。 実施例１の焦点検出方法を示すフローチャートである。 実施例２の画素配列を示す図である。 実施例２の画素構造を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、本発明をデジタルカメラ等の撮像装置に適用した場合について説明するが、本発明は焦点検出装置、情報処理装置、および電子機器等の撮像装置とは異なる装置に幅広く適用することができる。

［全体構成］
図１は、本実施例の焦点検出装置を有する撮像装置１００の構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、カメラ本体とカメラ本体に着脱可能な交換レンズ（結像光学系または撮像光学系）とを備えたデジタルカメラシステムである。ただし、本発明は、これに限定されるものではなく、カメラ本体とレンズとが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。

結像光学系（撮像光学系）は、被写体の被写体像（光学像）を生成する。第１レンズ群１０１は、結像光学系を構成する複数のレンズ群のうち最も前方（被写体側）に配置されており、光軸ＯＡに沿って進退可能にレンズ鏡筒に保持されている。絞り兼用シャッタ（絞り）１０２は、その開口径を調節されることで撮影時の光量調節を行うとともに、静止画撮影時には露光時間調節用シャッタとして機能する。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と一体的に光軸ＯＡに沿って進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して変倍動作を行うズーム機能を有する。第３レンズ群１０５は、光軸ＯＡに沿って進退することにより焦点調節（フォーカス動作）を行うフォーカスレンズ群である。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。

撮像素子１０７は、例えば、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサ、および、その周辺回路により構成され、被写体像の光電変換を行う。撮像素子１０７としては、例えば、横方向にｍ個の画素、縦方向にｎ個の画素を有する受光ピクセル上にベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタをオンチップで形成した２次元単板カラーセンサが用いられる。

ズームアクチュエータ１１１は、変倍動作を行う際に、カム筒（不図示）を回動（駆動）することで第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸ＯＡに沿って移動させる。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、光量（撮影光量）を調節する際に、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を調節する。フォーカスアクチュエータ１１４は、焦点調節を行う際に、第３レンズ群１０５を光軸ＯＡに沿って移動させる。

電子フラッシュ１１５は、被写体を照明するために用いられる照明装置である。電子フラッシュ１１５としては、キセノン管を備えた閃光照明装置、または連続発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を備えた照明装置が用いられる。ＡＦ補助光源１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して、被写体に投影する。これにより、暗い被写体や低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させることができる。

ＣＰＵ１２１は、撮像装置１００の種々の制御を司る制御装置（制御手段）である。ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを読み出して実行することにより、撮像装置１００の各種回路を駆動し、焦点検出（ＡＦ）、撮影、画像処理、または、記録などの一連の動作を制御する。

また、ＣＰＵ１２１は、画素信号取得手段（取得手段）１２１ａ、信号生成手段１２１ｂ、焦点検出手段１２１ｃ、およびレンズ情報取得手段１２１ｄを備える。

電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５の点灯制御を行う。補助光源駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光源１１６の点灯制御を行う。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路（画像処理装置）１２５は、撮像素子１０７から出力された画像データのガンマ変換、カラー補間、または、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）圧縮などの処理を行う。

フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動し、第３レンズ群１０５を光軸ＯＡに沿って移動させることにより、焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動して、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御するとともに、静止画撮影時の露光時間を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じて、ズームアクチュエータ１１１を駆動し、第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸ＯＡに沿って移動させることにより、変倍動作を行う。

レンズ通信回路１３０は、カメラ本体に取り付けられた交換レンズと通信し、交換レンズのレンズ情報を取得する。取得したレンズ情報は、ＣＰＵ１２１のレンズ情報取得手段１２１ｄに出力される。

表示部１３１は、例えばＬＣＤ（液晶表示装置）を備えて構成される。表示部１３１は、撮像装置１００の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、または、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作部１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮影モード選択スイッチなどを備えて構成される。レリーズスイッチは、半押し状態（ＳＷ１がＯＮの状態）、および、全押し状態（ＳＷ２がＯＮの状態）の２段階のスイッチを有する。記録媒体１３３は、例えば撮像装置１００に着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影画像（画像データ）を記録する。記憶部１３４は、所定のフォーマットで撮影画像などを記憶する。
［撮像素子］
まず、図２および図３を参照して、本実施例における撮像素子（２次元ＣＭＯＳセンサ）１０７の画素配列および画素構造について説明する。図２は、撮像素子１０７の画素（撮像画素）配列を示す図である。図３は、撮像素子１０７の画素構造を示す図であり、図３（ａ）は撮像素子１０７の画素２００Ｇの平面図（＋ｚ方向から見た図）、図３（ｂ）は図３（ａ）中の線ａ−ａの断面図（−ｙ方向から見た図）をそれぞれ示している。

図２は、撮像素子１０７の画素配列を、４列×４行の範囲で示している。本実施例では、各々の画素（画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ）は、２つの副画素２０１、２０２により構成さている。このため、図２には、副画素の配列が、８列×４行の範囲で示されている。

図２に示されるように、２列×２行の画素群２００は、画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂがベイヤー配列で配置されている。すなわち、画素群２００のうち、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下にそれぞれ配置されている。画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、２列×１行に配列された副画素（焦点検出画素）２０１、２０２により構成されている。副画素（第１副画素）２０１は、結像光学系の第１瞳領域を通過した光束を受光する画素である。副画素（第２副画素）２０２は、結像光学系の第２瞳領域を通過した光束を受光する画素である。

図２に示されるように、撮像素子１０７は、４列×４行の画素（８列×４行の副画素）を面上に多数配置して構成されており、撮像信号（副画素信号）を出力する。本実施例の撮像素子１０７は、画素の周期Ｐが６μｍ、画素の数Ｎが横６０００列×縦４０００行＝２４００万画素である。また、撮像素子１０７は、副画素の列方向の周期Ｐ_ＳＵＢが３μｍ、副画素の数Ｎ_ＳＵＢが横１２０００列×縦４０００行＝４８００万画素である。なお、画素数はこれには限られず、８Ｋ動画を実現するために横に８０００列以上を設けるようにしてもよい。また、画素配列において副画素を有する画素と有さない画素（分割していない画素）を混在させるようにしてもよい。

図３（ｂ）に示されるように、本実施例の画素２００Ｇには、画素の受光面側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が設けられている。マイクロレンズ３０５は、２次元状に複数配列されており、受光面からｚ軸方向（光軸ＯＡの方向）に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。また、画素２００Ｇには、ｘ方向にＮｘ分割（２分割）、ｙ方向にＮｙ分割（１分割）された分割数Ｎ_ＬＦ＝Ｎｘ×Ｎｙ（分割数２）の光電変換部３０１および光電変換部３０２が形成されている。光電変換部３０１および光電変換部３０２はそれぞれ、副画素２０１および副画素２０２に対応する。

光電変換部３０１および光電変換部３０２はそれぞれ、ｐ型層とｎ型層との間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造のフォトダイオードとして構成される。必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合のフォトダイオードとして構成してもよい。画素２００Ｇ（各画素）には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１および光電変換部３０２との間に、カラーフィルタ３０６が設けられている。必要に応じて、画素ごと、または光電変換部ごとにカラーフィルタ３０６の分光透過率を変えることができ、またはカラーフィルタを省略してもよい。カラーフィルタを省略した場合においては、可視光領域で高い透過率を持つホワイトの分光透過率を備えるようにしてもよいし、赤外光領域で分光透過率を備えるようにしてもよい。

画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルタ３０６で分光された後、光電変換部３０１および光電変換部３０２で受光される。光電変換部３０１および光電変換部３０２においては、受光量に応じて電子とホールとの対が生成され、それらが空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層に蓄積される。一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて、撮像素子１０７の外部へ排出される。光電変換部３０１および光電変換部３０２のｎ型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。ここで、光電変換部３０１の深さは各画素で共通とすることが好ましいが、一部の画素（例えば、Ｂの分光感度を有する画素２００Ｂ）において深さを変える（浅くする）構成としてもよい。

続いて、図４を参照して、撮像素子１０７の瞳分割機能について説明する。図４は、撮像素子１０７の画素２００Ｇと瞳部分領域との対応を説明するための図である。図４は、図３（ａ）に示される画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面図、および、結像光学系の射出瞳面を示している。図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るため、断面図のｘ軸およびｙ軸を図３のｘ軸およびｙ軸に対してそれぞれ反転させている。

被写体からの光束は、結像光学系の射出瞳４００を通過して、各画素に入射する。瞳領域５００は、結像光学系の瞳領域のうち、光電変換部３０１、３０２（副画素２０１、２０２）を全て合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。瞳部分領域（第１瞳部分領域）５０１は、重心が−ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズ３０５を介して略共役関係になっている。このため、瞳部分領域５０１は、副画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。瞳部分領域５０１の重心は、瞳面上で＋ｘ側に偏心している。また、瞳部分領域（第２瞳部分領域）５０２は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面と、マイクロレンズ３０５を介して略共役関係になっている。このため、瞳部分領域５０２は、副画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。副画素２０２の瞳部分領域５０２の重心は、瞳面上で−ｘ側に偏心している。

なお、副画素２０１は、実際には、射出瞳４００および瞳部分領域５０１が重なる領域であるＡＦ瞳（第１ＡＦ瞳）６０１からの光を受光する。また、副画素２０２は、実際には、射出瞳４００および瞳部分領域５０２が重なる領域であるＡＦ瞳（第２ＡＦ瞳）６０２からの光を受光する。

図５は、結像光学系と撮像素子１０７における瞳分割を説明するための図である。ＡＦ瞳６０１、６０２を通過した光束は、撮像素子１０７の各画素に互いに異なる角度で撮像素子１０７の撮像面６００に入射し、２×１分割された副画素２０１、２０２で受光される。本実施例では、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例について説明しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて垂直方向に瞳分割を行ってもよい。

本実施例では、撮像素子１０７は、１つのマイクロレンズを共有し、結像光学系（撮影レンズ）の瞳のうち互いに異なる領域を通過する複数の光束を受光する複数の副画素を備えている。撮像素子１０７は、複数の副画素として、第１副画素（複数の副画素２０１）および第２副画素（複数の副画素２０２）を含む。また、結像光学系のＡＦ瞳６０１、６０２を合わせた領域を通過する光束を受光する画素の配列を有してもよい。なお、撮像素子１０７では、各画素が第１および第２副画素から構成されている。しかしながら、必要に応じて、撮像画素と、第１および第２副画素とを個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１および第２副画素を部分的に配置する構成としてもよい。

本実施例では、撮像素子１０７の各画素の副画素２０１の画素信号に基づいて第１の焦点検出信号を生成し、各画素の副画素２０２の画素信号に基づいて第２の焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子１０７の画素ごとに、副画素２０１、２０２の信号を加算して読み出すことで、有効画素数Ｎの解像度を有する撮像信号（撮影画像）を生成することができる。
［デフォーカス量と像ずれ量の関係］
図６を参照して、撮像素子１０７の副画素２０１から取得される第１の焦点検出信号および副画素２０２から取得される第２の焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量との関係について説明する。図６は、デフォーカス量と像ずれ量との関係図である。図６において、撮像素子１０７は撮像面６００に配置されており、図４および図５と同様に、結像光学系の射出瞳４００がＡＦ瞳６０１、６０２に２分割されている様子が示されている。

デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面６００までの距離を｜ｄ｜、結像位置が撮像面６００よりも被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）、結像位置が撮像面６００よりも被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面６００（合焦位置）にある合焦状態において、デフォーカス量ｄ＝０が成立する。図６において、合焦状態（ｄ＝０）である被写体８０１、および、前ピン状態（ｄ＜０）である被写体８０２がそれぞれ示されている。前ピン状態（ｄ＜０）および後ピン状態（ｄ＞０）を併せて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）という。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、ＡＦ瞳６０１（またはＡＦ瞳６０２）を通過した光束は、一度、集光する。その後、光束は、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心とする幅Γ１（Γ２）に広がり、撮像面６００でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子１０７に配列された各画素を構成する副画素２０１（副画素２０２）により受光され、第１の焦点検出信号（第２の焦点検出信号）が生成される。このため、第１の焦点検出信号（第２の焦点検出信号）は、撮像面６００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体８０２が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね比例して増加する。同様に、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加する。後ピン状態（ｄ＞０）に関しても同様であるが、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となる。

このように本実施例では、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号、または、第１および第２の焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号との間の像ずれ量の大きさは増加する。

本実施例では、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量との関係性を用いて、位相差方式の焦点調節を行う。

位相差方式の焦点調節は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間との間の像ずれ量の大きさが増加する関係性から、像ずれ量をデフォーカス量に変換することで焦点検出を行う。
［瞳ずれと枠ケラレ］
次に、図７を参照して、撮像素子１０７の周辺像高での瞳ずれについて説明する。図７は、瞳ずれによる実効絞り値（実効Ｆ値）の説明図であり、撮像素子１０７の周辺像高に配列された各画素の副画素２０１、２０２にそれぞれ対応するＡＦ瞳６０１、６０２と結像光学系の射出瞳４００との関係を示している。

図７（ａ）は、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌ（射出瞳４００と撮像面６００との距離）と、撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓとが略等しい場合を示している。この場合、中央像高と同様に、周辺像高においても、結像光学系の射出瞳４００はＡＦ瞳６０１、６０２により略均等に瞳分割される。

図７（ｂ）に示されるように、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓよりも短い場合、撮像素子１０７の周辺像高では、結像光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳との間に瞳ずれが生じる。このため、結像光学系の射出瞳４００は不均一に瞳分割される。図７（ｂ）の場合、ＡＦ瞳６０１に対応する副画素２０１の実効絞り値は、ＡＦ瞳６０２に対応する副画素２０２の実効絞り値よりも小さい（明るい）値となる。一方、反対側の像高では、ＡＦ瞳６０１に対応する副画素２０１の実効絞り値は、ＡＦ瞳６０２に対応する副画素２０２の実効絞り値よりも大きい（暗い）値となる。

図７（ｃ）に示されるように、結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓよりも長い場合、撮像素子１０７の周辺像高では、結像光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳との間に瞳ずれが生じる。このため、結像光学系の射出瞳４００は不均一に瞳分割される。図７（ｃ）の場合、ＡＦ瞳６０１に対応する副画素２０１の実効絞り値は、ＡＦ瞳６０２に対応する副画素２０２の実効絞り値よりも大きい（暗い）値となる。一方、反対側の像高では、ＡＦ瞳６０１に対応する副画素２０１の実効絞り値は、ＡＦ瞳６０２に対応する副画素２０１の実効絞り値よりも小さい（明るい）値となる。

瞳ずれにより周辺像高で瞳分割が不均一になるのに伴い、副画素２０１、２０２の実効絞り値も不均一となる。このため、第１の焦点検出信号および第２の焦点検出信号のいずれか一方のボケの広がりが大きくなり、他方のボケの広がりが小さくなる。このため、画像の所定領域において、複数の焦点検出信号の中で、実効絞り値が最も小さい副画素が出力する焦点検出信号の重み係数を最も小さくする、または実効絞り値が最も大きい副画素が出力する焦点検出信号の重み係数を最も大きくすることが好ましい。
［瞳分割］
図８は、各画素に形成されたマイクロレンズ３０５に光が入射した場合の光強度分布の説明図である。図８には、波長λ＝５４０ｎｍ、右円偏光の平面波が、マイクロレンズ３０５の上方から光軸に平行に入射した場合の撮像素子１０７内部での光強度分布の計算例が示されている。数値計算には、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いた。

図８（ａ）は、マイクロレンズの光軸に平行な断面での光強度分布を示す。各画素でのマイクロレンズ光学系は、マイクロレンズ３０５、平坦化層、封止層、および絶縁層などから構成される。マイクロレンズ光学系は、複数のマイクロレンズを含んでいてもよい。画素周期を２ａ、マイクロレンズ光学系の焦点距離をｆ、マイクロレンズ光学系の開口角を２φとする。また、マイクロレンズ光学系の焦点位置での屈折率をｎとする。また、光軸に沿った座標をｚとする。座標ｚは、焦点位置を原点（ｚ＝０）として、マイクロレンズ側を負符号、マイクロレンズと反対側を正符号とする。また、Ｈは、主点である。

マイクロレンズ光学系の開口数ＮＡは、以下の式（１）で定義される。

また、マイクロレンズ光学系の絞り値Ｆは、以下の式（２）で定義される。

入射光は、マイクロレンズ光学系により、焦点位置に集光される。しかし、光の波動性による回折の影響のため、集光スポットの直径は回折限界Δより小さくすることはできず、有限の大きさとなる。集光スポットの強度分布がエアリーパターン（Ａｉｒｙ ｐａｔｔｅｒｎ）に近いとして、回折限界Δは、入射光の波長をλとして、概ね、以下の式（３）で求まる。

光電変換部の受光面サイズは約１〜２μｍ程度であり、これに対してマイクロレンズの集光スポットが約１μｍ程度である。そのため、光電変換部の受光面とマイクロレンズを介して共役の関係にある、図４のＡＦ瞳６０１、６０２は、回折ボケのため、明瞭に瞳分割されず、光の入射角に依存した受光率分布（瞳強度分布）となる。

図８（ｂ）は、マイクロレンズの焦点位置において、マイクロレンズの光軸に垂直な断面での光強度分布を示す。点位置（ｚ＝０）で、集光スポットの直径は回折限界Δとなり、最小となる。

マイクロレンズ光学系の後側焦点深度＋ｚ_Ｄと前側焦点深度−ｚ_Ｄは、回折限界Δを許容錯乱円として、以下の式（４）で求まる。焦点深度の範囲は、−ｚ_Ｄ＜ｚ＜＋ｚ_Ｄである。

集光スポットの強度分布がガウス分布に近いとすると、集光スポットの直径ｗは、座標ｚの関数として、概ね、以下の式（５）の関係が成り立つ。

ここで、ｚ_Ｒはレイリー長であり、係数α_Ｒ＝０．６１π≒１．９２として、ｚ_Ｒ＝α_Ｒｚ_Ｄで定義される。

図８に示す計算例では、波長λ＝５４０ｎｍ、画素周期２ａ＝４．３μｍ、マイクロレンズ光学系の焦点距離ｆ＝５．８μｍ、焦点位置での屈折率ｎ＝１．４６である。また、マイクロレンズ光学系の絞り値はＦ＝０．９２４、回折限界はΔ＝１．２２μｍ、焦点深度はｚ_Ｄ＝１．６５μｍである。
［ＡＦ瞳形状］
図９は、瞳強度分布を示す図であり、横軸は結像光学系の射出瞳面のＸ軸、縦軸は受光率をそれぞれ示す。実線は、図４のＡＦ瞳６０１をｙ軸方向へ射影変換し、ｘ軸方向へ１次元化した瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）を表す。また、破線は、ＡＦ瞳６０２をｙ軸方向へ射影変換し、ｘ軸方向へ１次元化した瞳強度分布ｈ_Ｂ（ｘ）を表す。

瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）の＋ｘ側は、結像光学系のレンズ枠や絞り枠で規定される射出瞳によりケラレるため、急峻な曲線となる。また、−ｘ側は、マイクロレンズによる瞳分割のため、瞳部分領域の境界が回折の影響でボヤけ、緩やかな曲線となる。一方、瞳強度分布ｈ_Ｂ（ｘ）は、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）のｘ軸の正負を反転した形となる。よって、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）と瞳強度分布ｈ_Ｂ（ｘ）は同形状ではなく、平行移動（シフト）して重ね合わせた場合の一致度が低下する。また、瞳強度分布の形状は、撮像素子１０７の分光感度特性によっても決定される。さらに、瞳強度分布の形状は、図７を参照して上述した、結像光学系の射出瞳４００と、撮像素子１０７の入射瞳（瞳部分領域５０１、５０２）との間に、像高に応じて生じる瞳ずれと枠ケラレの状態によっても決定される。

図１０は、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）および瞳強度分布ｈ_Ｂ（ｘ）をフーリエ変換した図である。瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）のフーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）および瞳強度分布ｈ_Ｂ（ｘ）のフーリエ変換Ｈ_Ｂ（ｋ）は、以下の式（６）で表される。フーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）、Ｈ_Ｂ（ｋ）を合わせ、Ｈ_Ａ,Ｂ（ｋ）と示す。また、位相成分を構成する成分μ_Ａ（ｋ）、μ_Ｂ（ｋ）を合わせ、μ_Ａ,Ｂ（ｋ）と示す。なお、ｋは、波数である。

図１０（ａ）は、フーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）およびフーリエ変換Ｈ_Ｂ（ｋ）の振幅成分（｜Ｈ_Ａ，Ｂ（ｋ）｜）を示している。図９に例示した、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）、ｈ_Ｂ（ｘ）は、略ミラー反転した関係となっているため、各フーリエ変換の絶対値は略一致している。なお、瞳ずれと枠ケラレの状態により、変化する場合もある。

図１０（ｂ）は、フーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）およびフーリエ変換Ｈ_Ｂ（ｋ）の位相成分（位相伝達関数）を示している。実線は、フーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）の位相成分（−ｋ×μ_Ａ（ｋ））を表している。位相成分を構成する成分μ_Ａ（ｋ）は式（６）より略単調増加するため、実線は略単調減少している。破線は、フーリエ変換Ｈ_Ｂ（ｋ）の位相成分（−ｋ×μ_Ｂ（ｋ））を表している。位相成分を構成する成分μ_Ｂ（ｋ）は式（６）より略単調減少するため、実線は略単調増加している。

図１０（ｃ）は、フーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）およびフーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ）の位相差μ_ＡＢ（ｋ）を示している。位相差μ_ＡＢ（ｋ）は、以下の式（７）で表される。

図１１は、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）および瞳強度分布ｈ_Ｂ（ｘ）の空間周波数ごとの成分を示す図である。図１１（ａ）は、図１０（ａ）および図１０（ｃ）の実線で表される波数ｋが０．１である場合の成分を表している。図１１（ｂ）は、図１０（ａ）および図１０（ｃ）の一点鎖線で表される波数ｋが０．４である場合の成分を表している。図１１（ｃ）は、図１０（ａ）および図１０（ｃ）の点線で表される波数ｋが０．８である場合の成分を表している。図１１に示されるように、位相差μ_ＡＢは、波数ｋが小さいほど、小さくなっている。そのため、位相差μ_ＡＢ（ｋ）は、図１０（ｃ）に示されるように、波数ｋに応じて変化する。これは、図９に示されるように、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）、ｈ_Ｂ（ｘ）の形状が異なることに由来する。

瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）、ｈ_Ｂ（ｘ）を、結像光学系の射出瞳距離とデフォーカス量に応じてスケール変換したものがそれぞれ、第１の焦点検出信号の線像ｈ_Ａ（ｘ｜ｄ）と第２の焦点検出信号の線像ｈ_Ｂ（ｘ｜ｄ）となる。線像ｈ_Ａ（ｘ｜ｄ）、ｈ_Ｂ（ｘ｜ｄ）はそれぞれ、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）、ｈ_Ｂ（ｘ）と略相似関係であるため、図９に示された形状となる。すなわち、瞳強度分布ｈ_Ａ（ｘ）、ｈ_Ｂ（ｘ）の形状は、撮像素子１０７の分光感度特性、結像光学系のレンズ枠、および結像光学系の絞り枠のうち少なくとも１つに基づいて決定される。

Ｚを図６に示される結像光学系の射出瞳距離（射出瞳面と撮像面６００との距離）、ｄをデフォーカス量とすると、線像ｈ_Ａ（ｘ｜ｄ）、ｈ_Ｂ（ｘ｜ｄ）は以下の式（８）で表される。線像ｈ_Ａ（ｘ｜ｄ）、ｈ_Ｂ（ｘ｜ｄ）を合わせ、ｈ_Ａ,Ｂ（ｘ｜ｄ）と示す。なお、射出瞳距離Ｚは、デフォーカス量ｄよりも十分に大きいものとしている。

線像ｈ_Ａ（ｘ｜ｄ）のフーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ｜ｄ）および線像ｈ_Ｂ（ｘ｜ｄ）のフーリエ変換Ｈ_Ｂ（ｋ｜ｄ）は、以下の式（９）で表され、波数ｋとデフォーカス量ｄの置換に対して不変な対称関数となる。フーリエ変換Ｈ_Ａ（ｋ｜ｄ）、Ｈ_Ｂ（ｋ｜ｄ）を合わせ、Ｈ_Ａ,Ｂ（ｋ｜ｄ）と示す。

被写体の光量分布をｆ（ｘ）とすると、デフォーカス量ｄのデフォーカス状態での第１焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ）と第２焦点検出信号をｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ）は、畳み込み積分とフーリエ変換の関係式から、以下の式（１０）で表わされる。第１焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ）および第２焦点検出信号ｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ）を合わせ、ｇ_Ａ,Ｂ（ｘ｜ｄ）と示す。

焦点検出処理では、低コントラスト被写体などの焦点検出を安定して行うために、バンドパスフィルタでＤＣ成分や高周波ノイズをカットし、第１および第２焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ）、ｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ）を特定の波数ｋ_ＡＦ成分近傍に限定して、焦点検出を行う。波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ、ｋ_ＡＦ）と第２焦点検出信号ｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ、ｋ_ＡＦ）は、以下の式（１１）で表わされる。

したがって、デフォーカス量ｄでの波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ、ｋ_ＡＦ）と第２焦点検出信号ｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ、ｋ_ＡＦ）の位相差が、波数ｋ_ＡＦでの像ずれ量ｑであり、以下の式（１２）で表わされる。

ここで、デフォーカス量ｄ_０の像ずれ量ｑ_０に対する変換係数Ｋ_０は、以下の式（１３）で表される。

検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔは、変換係数Ｋ_０を用いて以下の式（１４）で表わされる。

前述したように、式（７）の位相差μ_ＡＢ（ｋ）（＝μ_Ａ（ｋ）−μ_Ｂ（ｋ））は、波数ｋに依存して変化する。一方、波数ｋを波数ｋ_ＡＦに固定した場合、式（１４）の第４項中の位相差μ_ＡＢ（ｄｘｋ_ＡＦ／Ｚ）は、デフォーカス量ｄに依存して変化する。図１０（ｃ）の横軸を波数ｋからデフォーカス量ｄに置き換えると、位相差μ_ＡＢ（ｄｘｋ_ＡＦ／Ｚ）はデフォーカス量ｄに応じて図１０（ｃ）のように変化する。

図１２は、設定されているデフォーカス量ｄと検出されたデフォーカス量（検出デフォーカス量）ｄ_ｄｅｔとの関係図である。検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔは、理想的には、図１２の実線に示されるように、設定されているデフォーカス量ｄに対して比例するように変化する。しかしながら、実際は、位相差μ_ＡＢ（ｄｘｋ_ＡＦ／Ｚ）が設定されているデフォーカス量ｄの大きさに依存するため、検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔは、図１２の破線に示されるように変化してしまう。

そこで、本実施例では、検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔを補正することで、設定されているデフォーカス量（補正デフォーカス量）ｄを算出し、補正デフォーカス量に基づいて焦点検出処理を行う。

本実施例では、設定されているデフォーカス量（補正デフォーカス量）ｄは、検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔ（Ｋ_０ｑ）および補正係数Ｓを用いて、以下の式（１５）で算出される。

なお、式（１５）において、焦点検出時は、設定されているデフォーカス量ｄは不明であるため、設定されているデフォーカス量ｄを、検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔ（＝Ｋ_０ｑ）で置き換えて、補正係数を算出している。

図１３は、Ｆ値ごとの検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔ（＝Ｋ_０ｑ）と補正値Ｓ（ｄ_ｄｅｔ）との関係を示す図である。補正係数は、図１３に示されるように、検出デフォーカス量の絶対値が大きい場合に小さくなるように設定されている。検出デフォーカス量の絶対値が大きい場合、図１０（ｃ）の関係性から位相差μ_ＡＢが大きくなり、式（１５）より補正係数が小さくなるからである。また、補正係数は、図１３に示されるように、検出デフォーカス量の絶対値が小さい場合に大きくなるように設定されている。検出デフォーカス量の絶対値が小さい場合、図１０（ｃ）の関係性から位相差μ_ＡＢが小さくなり、式（１５）より補正係数の絶対値が大きくなるからである。

本実施例では、Ｆ値ごとの補正係数を算出しているが、補正係数は、像高ごと、検出周波数の帯域ごと、または使用するフィルタの周波数帯域ごとに算出されてもよい。また、レンズ情報取得手段１２１ｄが取得した交換レンズのレンズ情報に基づいて、補正係数を算出してもよい。なお、図１３に示される関係に関するテーブルは、記録媒体１３３や記憶部１３４などの記憶手段に保存しておいてもよい。
［焦点検出処理］
以下、図１４を参照して、ＣＰＵ１２１により実行される本実施例の焦点検出方法について説明する。図１４は、本実施例の焦点検出方法を示すフローチャートである。本実施例の焦点検出方法は、ソフトウエアおよびハードウエア上で動作するコンピュータプログラムとしての焦点検出プログラムにしたがって実行される。焦点検出プログラムは、例えば、撮像装置内のメモリ（不図示）内に格納されていてもよいし、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。また、本実施例ではＣＰＵ１２１が焦点検出方法を実行するが、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や専用の装置が焦点検出装置として本実施例の焦点検出方法を実行してもよい。また、本実施例の焦点検出プログラムに対応する回路を設け、回路を動作させることで本実施例の焦点検出方法を実行してもよい。

ステップＳ１０１では、画素信号取得手段１２１ａは、撮像素子１０７の各画素の副画素２０１、副画素２０２で受光された画素信号を取得する。なお、画像信号取得手段１２１ａは、あらかじめ本実施例の撮像素子１０７により撮像され、記録媒体に保存されている画素信号を取得してもよい。

ステップＳ１０２では、信号生成手段１２１ｂは、画素信号に基づいて、結像光学系の異なる第１瞳部分領域に応じた第１焦点検出信号と、第２瞳部分領域に応じた第２焦点検出信号を生成する。撮像素子１０７により撮影された画素信号をＬＦとする。また、画素信号ＬＦの各画素信号内での列方向ｉ_Ｓ（１≦ｉ_Ｓ≦Ｎｘ）番目、行方向ｊ_Ｓ（１≦ｊ_Ｓ≦Ｎｙ）番目の副画素信号を、ｋ＝Ｎｘ（ｊ_Ｓ−１）＋ｉ_Ｓ（１≦ｋ≦Ｎ_ＬＦ）として、第ｋ副画素信号とする。結像光学系の第ｋ瞳部分領域に対応した、列方向ｉ番目、行方向ｊ番目の第ｋ焦点検出信号Ｉ_ｋ（ｊ、ｉ）を、以下の式（１６）により生成する。

本実施例は、Ｎｘ＝２、Ｎｙ＝１、Ｎ_ＬＦ＝２のｘ方向２分割で、ｋ＝１、ｋ＝２の例である。図２に例示した画素配列に対応した画素信号から、画素ごとに、ｘ方向２分割された第１副画素２０１の信号を選択する。よって、結像光学系の第１瞳部分領域５０１に対応した、画素数Ｎ（＝水平画素数Ｎ_Ｈ×垂直画素数Ｎ_Ｖ）の解像度を有するベイヤー配列のＲＧＢ信号である第１焦点検出信号Ｉ_１（ｊ、ｉ）を生成する。同様に、結像光学系の第２瞳部分領域５０２に対応した第２焦点検出信号Ｉ_２（ｊ、ｉ）を生成する。

本実施例において、第１焦点検出信号Ｉ_１（ｊ、ｉ）と第２焦点検出信号Ｉ_２（ｊ、ｉ）は、式（１０）の第１焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ）と第２焦点検出信号ｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ）のことである。

次に、ベイヤー配列のＲＧＢ信号である第ｋ焦点検出信号Ｉ_ｋ（ｋ＝１、２）から、位置（ｊ，ｉ）ごとに、各色ＲＧＢの色重心を一致させて、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙ_ｋ（ｋ＝１、２）を、以下の式（１７）により生成する。必要に応じて、焦点検出精度を向上するために、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙｋに、シェーディング（光量）補正処理を行ってもよい。

次に、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙ_ｋ（ｋ＝１、２）に対して、瞳分割方向（列方向）に、１次元バンドパスフィルタ処理を行い、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｄＹＡを生成する。また、第２焦点検出輝度信号Ｙ_２に対して、瞳分割方向（列方向）に、１次元バンドパスフィルタ処理を行い、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第２焦点検出信号ｄＹＢを生成する。１次元バンドパスフィルタとしては、例えば、１次微分型フィルタ［１、５、８、８、８、８、５、１、−１、−５、−８、−８、−８、−８、−５、−１］などを用いることができる。必要に応じて、１次元バンドパスフィルタの通過帯域を調整してもよい。

本実施例において、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｄＹＡと第２焦点検出信号ｄＹＢは、式（１１）の波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｇ_Ａ（ｘ｜ｄ、ｋ_ＡＦ）と第２焦点検出信号ｇ_Ｂ（ｘ｜ｄ、ｋ_ＡＦ）のことである。

ステップＳ１０３では、焦点検出手段１２１ｃは、焦点検出信号に基づいて、検出デフォーカス量を算出する。

焦点検出位置（ｊ_ＡＦ、ｉ_ＡＦ）を中心として、行方向ｊ_２（−ｎ_２≦ｊ_２≦ｎ_２）番目、瞳分割方向である列方向ｉ_２（−ｍ_２≦ｉ_２≦ｍ_２）番目の略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号をｄＹＡ（ｊ_ＡＦ＋ｊ_２、ｉ_ＡＦ＋ｉ_２）、第２焦点検出信号をｄＹＢ（ｊ_ＡＦ＋ｊ_２、ｉ_ＡＦ＋ｉ_２）とする。シフト量をｓ（−ｎ_ｓ≦ｓ≦ｎ_ｓ）として、各位置（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ）での相関量ＣＯＲ_ＥＶＥＮ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）を、式（１８Ａ）により算出し、相関量ＣＯＲ_ＯＤＤ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）を、式（１８Ｂ）により算出する。

相関量ＣＯＲ_ＯＤＤ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）は、相関量ＣＯＲ_ＥＶＥＮ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）に対して、略波数ｋ_ＡＦ成分に限定された第１焦点検出信号ｄＹＡと第２焦点検出信号ｄＹＢのシフト量を半位相だけずらした相関量である。

次に、相関量ＣＯＲ_ＥＶＥＮ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）と相関量ＣＯＲ_ＯＤＤ（ｊ_ＡＦ，ｉ_ＡＦ、ｓ）から、それぞれ、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して平均値を算出し、焦点検出位置（ｊ_ＡＦ、ｉ_ＡＦ）における像ずれ量ｑを検出する。像ずれ量ｑに、式（１３）の変換係数Ｋ_０を用いて、式（１４）により、検出デフォーカス量ｄ_ｄｅｔを検出する。

焦点検出領域の像高位置ごとに、撮像素子の光学特性（第ｋ副画素ごとの瞳強度分布）と、撮像レンズ（結像光学系）の絞り値Ｆ、射出瞳距離Ｄｌなどのレンズ情報に応じた、像ずれ量からデフォーカス量への変換係数Ｋを乗算し、焦点検出位置（ｊ_ＡＦ、ｉ_ＡＦ）におけるデフォーカス量Ｍ_Ｄｅｆ（ｊ_ＡＦ、ｉ_ＡＦ）を算出する。

ステップＳ１０４では、焦点検出手段１２１ｃは、ステップＳ１０３で算出した検出デフォーカス量を、補正係数を用いて補正することで、補正デフォーカス量を算出する。

以上説明したように、本発明では、焦点検出信号間の形状差による焦点検出誤差を補正し、高精度に焦点検出を実行することができる。

図１５および図１６を参照して、本実施例の撮像装置について説明する。本実施例の撮像装置は、撮像素子の構成が実施例１とは異なる。他の構成は実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。本実施例における撮像装置（２次元ＣＭＯＳセンサ）１０７では、各画素が第１〜第４副画素を備え、第１〜第４副画素の信号を加算して読み出すことで、撮像信号（撮影画像）が生成される。

図１５は、撮像素子１０７の画素（撮像画素）配列を示す図である。図１６は、撮像素子１０７の画素構造を示す図であり、図１６（ａ）は撮像素子１０７の画素２００Ｇの平面図（＋ｚ方向から見た図）、図１６（ｂ）は図１６（ａ）中の線ａ−ａの断面図（−ｙ方向から見た図）をそれぞれ示している。

図１５は、撮像素子１０７の画素配列を、４列×４行の範囲で示している。本実施例では、各々の画素（画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ）は、４つの副画素２０１、２０２、２０３、２０４により構成さている。このため、図１５には、副画素の配列が、８列×８行の範囲で示されている。

図１５に示されるように、２列×２行の画素群２００は、画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂがベイヤー配列で配置されている。すなわち、画素群２００のうち、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下にそれぞれ配置されている。画素２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、２列×２行に配列された副画素（焦点検出画素）２０１、２０２、２０３、２０４により構成されている。副画素（第１副画素）２０１は、結像光学系の第１瞳領域を通過した光束を受光する画素である。副画素（第２副画素）２０２は、結像光学系の第２瞳領域を通過した光束を受光する画素である。副画素（第３副画素）２０３は、結像光学系の第３瞳領域を通過した光束を受光する画素である。副画素（第４副画素）２０４は、結像光学系の第４瞳領域を通過した光束を受光する画素である。

図１５に示されるように、撮像素子１０７は、４列×４行の画素（８列×８行の副画素）を面上に多数配置して構成されており、撮像信号（副画素信号）を出力する。本実施例の撮像素子１０７は、画素の周期Ｐが６μｍ、画素の数Ｎが横６０００列×縦４０００行＝２４００万画素である。また撮像素子１０７は、副画素の列方向の周期Ｐ_ＳＵＢが３μｍ、副画素の数Ｎ_ＳＵＢが横１２０００列×縦８０００行＝９６００万画素である。なお、画素数はこれには限られず、８Ｋ動画を実現するために横に８０００列以上を設けるようにしてもよい。また、画素配列において副画素を有する画素と有さない画素（分割していない画素）を混在させるようにしてもよい。

図１６（ｂ）に示されるように、本実施例の画素２００Ｇには、画素の受光面側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が設けられている。マイクロレンズ３０５は、２次元状に複数配列されており、受光面からｚ軸方向（光軸ＯＡの方向）に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。また画素２００Ｇには、ｘ方向にＮ_Ｈ分割（２分割）、ｙ方向にＮ_Ｖ分割（２分割）された光電変換部３０１、３０２、３０３、３０４が形成されている。光電変換部３０１〜３０４はそれぞれ、副画素２０１〜２０４に対応する。

本実施例では、撮像素子１０７の各画素の副画素２０１、２０３の画素信号に基づいて第１の焦点検出信号を生成し、各画素の副画素２０２、２０４の画素信号に基づいて第２の焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子１０７の画素ごとに、副画素２０１、２０２、２０３、２０４の信号を加算して読み出すことで、有効画素数Ｎの解像度を有する撮像信号（撮影画像）を生成することができる。

なお、第１の焦点検出信号は、副画素２０１、２０２の画素信号に基づいて生成されてもよい。このとき、第２の焦点検出信号は、副画素２０３、２０４の画素信号に基づいて生成される。また、第１の焦点検出信号は、副画素２０１、２０４の画素信号に基づいて生成されてもよい。このとき、第２の焦点検出信号は、副画素２０２、２０３の画素信号に基づいて生成される。なお、本実施例において、ｘ方向及びｙ方向に２分割する構成としたが、これに限られるものではない。たとえば、２以上に分割するようにしてもよいし、ｘ方向とｙ方向で分割数を異ならせてもよい。
［その他の実施例］
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１２１ ＣＰＵ（焦点検出装置）
１２１ａ 取得手段
１２１ｂ 信号生成手段
１２１ｃ 焦点検出手段

Claims (9)

1. 結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出装置であって、
   前記画素信号を取得する取得手段と、
   前記画素信号を用いて、前記異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
   前記複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、前記異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて、前記検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出手段と、を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記焦点検出手段は、前記検出デフォーカス量および補正係数に基づいて、前記補正デフォーカス量を算出し、
   前記補正係数は、前記検出デフォーカス量の絶対値が大きい場合に小さく、前記絶対値が小さい場合に大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記焦点検出信号の形状は、撮像素子の分光感度特性、前記結像光学系のレンズ枠、および前記結像光学系の絞り枠のうち少なくとも１つに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 前記結像光学系からレンズ情報を取得するレンズ情報取得手段を更に有し、
   前記焦点検出手段は、前記レンズ情報に基づいて前記補正デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。
6. 結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出方法であって、
   前記画素信号を取得する取得ステップと、
   前記画素信号を用いて、前記異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成ステップと、
   前記複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、前記異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて前記検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出ステップと、を有することを特徴とする焦点検出方法。
7. 前記焦点検出ステップでは、前記検出デフォーカス量および補正係数に基づいて、前記補正デフォーカス量を算出し、
   前記補正係数は、前記検出デフォーカス量の絶対値が大きい場合に小さく、前記絶対値が小さい場合に大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
8. 結像光学系の異なる瞳領域を通過した光を光電変換して得られた画素信号を用いて焦点検出を行う焦点検出装置を制御するための焦点検出プログラムであって、
   コンピュータを、
   前記画素信号を取得する取得手段、
   前記画素信号を用いて、前記異なる瞳領域に対応する複数の焦点検出信号を生成する信号生成手段、
   前記複数の焦点検出信号に基づいて検出デフォーカス量を算出するとともに、前記異なる瞳領域に対応する位相伝達関数に基づいて前記検出デフォーカス量を補正することで、補正デフォーカス量を算出する焦点検出手段、として機能させるための焦点検出プログラム。
9. 前記焦点検出手段は、補正係数に基づいて、前記検出デフォーカス量および補正係数に基づいて、前記補正デフォーカス量を算出し、
   前記補正係数は、前記検出デフォーカス量の絶対値が大きい場合に小さく、前記絶対値が小さい場合に大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の焦点検出プログラム。