JP2022132012A - 焦点検出装置、焦点検出方法、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子から得られる焦点検出用信号に基づいて高精度な焦点検出を実現する焦点検出装置および焦点検出方法を提供すること。
【解決手段】撮像素子から得られる信号に基づいて第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号とを生成する生成手段と、第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号の像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段と、像ずれ量を結像光学系のデフォーカス量に変換する変換係数を算出する係数算出手段と、像ずれ量に変換係数を適用してデフォーカス量を検出する検出手段と、を有し、係数算出手段は、焦点検出位置の像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方に基づいて変換係数を算出することを特徴とする焦点検出装置。
【選択図】図１３

Description

本発明は、焦点検出装置、焦点検出方法、および撮像装置に関し、特には撮像素子を用いて焦点検出を行う焦点検出装置、焦点検出方法、および撮像装置に関する。

撮像面位相差ＡＦを可能とする撮像素子が知られている（特許文献１）。特許文献１では、行列状に配置された複数の画素の一部を、位相差ＡＦ用の信号を出力するように構成された専用の画素（焦点検出用画素）とし、焦点検出用画素から得られる信号対の位相差に基づいて撮像レンズの焦点検出を行う。

特開２０００－１５６８２３号公報

撮像面位相差ＡＦの精度は、焦点検出用信号の品質に影響を受ける。また、焦点検出用信号の品質は、撮像素子の製造誤差の影響を受ける。

本発明はその一態様において、撮像素子の製造誤差を考慮して、撮像素子から得られる焦点検出用信号に基づいて高精度な焦点検出を実現する焦点検出装置および焦点検出方法を提供する。

上述の目的は、撮像素子から得られる信号に基づいて第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号とを生成する生成手段と、第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号の像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段と、像ずれ量を結像光学系のデフォーカス量に変換する変換係数を算出する係数算出手段と、像ずれ量に変換係数を適用してデフォーカス量を検出する検出手段と、を有し、係数算出手段は、焦点検出位置の像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方に基づいて変換係数を算出することを特徴とする焦点検出装置によって達成される。

本発明によれば、撮像素子の製造誤差を考慮して、撮像素子から得られる焦点検出用信号に基づいて高精度な焦点検出を実現する焦点検出装置および焦点検出方法を提供する。

第１実施形態に係る焦点検出装置としての撮像装置の機能構成例を示すブロック図 第１実施形態における画素配列を概略的に示す図 第１実施形態における画素の概略平面図と概略断面図 第１実施形態の撮像素子の画素と瞳強度分布との対応を説明するための図 第１実施形態の撮像素子と瞳強度分布との対応を説明するための図 第１実施形態の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 第１実施形態における画素内部の光強度分布例を示す図 第１実施形態の瞳部分領域を示す図 第１実施形態のデフォーカス量と像ずれ量との関係図 第１実施形態の瞳偏心量や入射瞳距離の変化が生じている場合の撮像素子と瞳強度分布との対応を説明するための図 第１実施形態の像高依存のある瞳偏心量・入射瞳距離変化の補正を行う際の、光軸ずれを測定する像高位置を説明するための図 第１実施形態の撮像素子のセンサ入射瞳、瞳偏心量、入射瞳距離と、結像光学系のレンズ枠ケラレと、瞳部分領域との関係図 第１実施形態の撮像素子のセンサ入射瞳、瞳偏心量、入射瞳距離と、結像光学系のレンズ枠ケラレと、瞳部分領域との関係図 第１実施形態に係る焦点検出方法を示すフローチャート 第１実施形態の結像光学系のレンズ枠ケラレの関係図 第１実施形態に係る変換係数算出方法を示すフローチャート 第１実施形態の仮想焦点検出用信号の生成方法を示す図 第１実施形態の仮想瞳強度分布の変化例を示す図 第２実施形態の基準瞳強度分布と個体強度分布の例を示す図 第２実施形態に係る変換係数の補正値算出方法を説明するための図 第３実施形態の画素配列を示す図 第３実施形態の画素構造を示す図

以下、添付図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。また、実施形態には複数の特徴が記載されているが、その全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

なお、以下の実施形態では、本発明をデジタルカメラのような撮像装置で実施する場合に関して説明する。しかし、本発明は撮像素子の信号を処理可能な任意の電子機器でも実施可能である。このような電子機器には、コンピュータ機器（パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、メディアプレーヤ、ＰＤＡなど）、携帯電話機、スマートフォン、ゲーム機、ロボット、ドローン、ドライブレコーダが含まれる。これらは例示であり、本発明は他の電子機器でも実施可能である。

●（第１実施形態）
［全体構成］
図１は、実施形態に係る焦点検出装置を有する撮像装置１００の機能構成例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、実施形態に係る焦点検出装置は、カメラ本体と結像光学系とが一体化された撮像装置にも適用可能である。

結像光学系は、第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、および第３レンズ群１０４を有し、被写体の光学像を撮像素子１０７の撮像面上に形成する。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、光軸ＯＡに沿って進退可能である。絞り１０２は、開口量が調節可能であり、静止画撮像時にはメカニカルシャッタとして機能する。

第２レンズ群１０３は、絞り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結像光学系の焦点距離（画角）を変更する。第３レンズ群１０５は、光軸ＯＡに沿って進退することにより結像光学系の合焦距離を変更するフォーカスレンズである。

光学的ローパスフィルタ１０６は、撮像画像に生じる偽色やモアレを軽減するために設けられている。
撮像素子１０７は、例えば、横方向にｍ個の画素、縦方向にｎ個の画素が２次元配置された画素アレイ（画素領域ともいう）を有するＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤセンサイメージセンサである。各画素には原色ベイヤ配列に従ったカラーフィルタと、オンチップマイクロレンズとが設けられている。なお、撮像素子１０７は３板方式のカラーイメージセンサであってもよい。

ズームアクチュエータ１１１は、例えば不図示のカム筒を回動させることにより第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向に移動させる。絞りアクチュエータ１１２は、絞り１０２を駆動する。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に移動させる。なお、絞り１０２とは別個のメカニカルシャッタと、メカニカルシャッタを駆動するシャッタアクチュエータとを設けてもよい。

フラッシュ１１５は被写体を照らす光源である。フラッシュ１１５はキセノン管を用いた閃光照明装置、または連続発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を備える。ＡＦ（オートフォーカス）補助光源１１６は、所定のパターン像を、投光レンズを介して投影する。これにより、低輝度の被写体または低コントラストの被写体に対する焦点検出能力が向上する。

ＣＰＵ１２１は、撮像装置１００全体の動作を制御する。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、ＲＯＭ１３５に記憶されたプログラムをＲＡＭ１３６に読み込んで実行することにより、撮像装置１００の各部を制御し、自動焦点検出（ＡＦ）、撮像、画像処理、記録など、撮像装置１００の機能を実現する。また、ＣＰＵ１２１がプログラムを実行して実現する機能の一部をＣＰＵ１２１とは別個のハードウエア回路で実施してもよい。また、一部の回路にＦＰＧＡ等のリコンフィギュアラブル回路を用いてもよい。例えば、後述する焦点検出用の演算に要する時間を短縮するため、演算の一部を専用のハードウエア回路で実行してもよい。

画素信号取得部１２１ａ、信号生成部１２１ｂ、焦点検出部１２１ｃ、およびレンズ情報取得部１２１ｄは、ＣＰＵ１２１がプログラムを実行することによって実現する機能を、機能ブロックとして記載したものである。また、ＣＰＵ１２１が備える通信インターフェイス回路は有線および無線通信に関する１つ以上の規格をサポートする。撮像装置１００は、通信インターフェース回路を通じて外部装置と直接もしくは他の機器を経由して通信することができる。

フラッシュ制御回路１２２は、撮像動作に同期してフラッシュ１１５の点灯制御を行う。補助光源駆動回路１２３は、焦点検出処理に同期して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、撮像動作で得られた信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、画像データに対してガンマ変換、カラー補間、符号化、復号、評価値生成、特徴領域の検出など、様々な画像処理を適用可能である。

フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出部１２１ｃの焦点検出結果など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、結像光学系の合焦距離を調節する。

絞り駆動回路１２８は、絞りアクチュエータ１１２を駆動して、絞り１０２の開口径および開閉を制御する。ズーム駆動回路１２９は、例えばユーザの指示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、結像光学系の焦点距離（画角）を変更する。

レンズ通信回路１３０は、ＣＰＵ１２１の制御に従い、カメラ本体に取り付けられた交換レンズと通信する。レンズ通信回路１３０は例えば交換レンズからレンズ情報を取得し、ＣＰＵ１２１のレンズ情報取得部１２１ｄに供給する。また、レンズ通信回路１３０は、カメラ本体から交換レンズに情報や命令を交換レンズへ送信することもできる。

交換レンズとカメラ本体は機械的に着脱可能なマウント部を有する。交換レンズのマウント部とカメラ本体のマウント部には、交換レンズが装着された状態で接触するように構成された複数の接点が設けられている。接点を通じて交換レンズとカメラ本体とが電気的に接続され、通信や電源供給が行われる。

交換レンズには不図示のレンズＣＰＵ、レンズメモリ、レンズジャイロ等を備えた基板が設けられている。レンズＣＰＵはレンズメモリに記憶された補正値などを使用し、各種プログラムを実行する。また、レンズメモリにはレンズの光学特性である収差情報、射出瞳距離ＬＰＯなどが記憶されている。ＣＰＵ１２１（レンズ情報取得部１２１ｄ）は、レンズ通信回路１３０を通じて、交換レンズの現在のフォーカス状態ＦＳ、ズーム状態ＺＳ、射出瞳距離ＬＰＯなどのレンズ情報を取得することができる。

表示部１３１は、例えばＬＣＤ（液晶表示装置）を有する。表示部１３１は、撮像装置１００の撮像モードに関する情報、撮像前のプレビュー画像、撮像後の確認用画像、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、レリーズスイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮像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、半押し状態でＯＮとなるＳＷ１と、全押し状態でＯＮとなるＳＷ２の２つのスイッチを有する。記録媒体１３３は、例えば撮像装置１００に着脱可能な半導体メモリカードであり、撮像により得られた静止画データ、動画データは記録媒体１３３に記録される。

なお、表示部１３１がタッチディスプレイの場合、タッチパネルや、タッチパネルと表示部１３１に表示されるＧＵＩの組み合わせを操作部１３２として用いてもよい。例えば、ライブビュー表示中にタッチパネルに対するタップ操作が検出された場合、タップ位置に対応する画像領域を焦点検出領域として焦点検出するように構成することができる。

なお、画像処理回路１２５によって撮影画像データのコントラスト情報を算出し、ＣＰＵ１２１がコントラストＡＦを実行することもできる。コントラストＡＦでは、フォーカスレンズ群１０５を移動して結像光学系の合焦距離を変化させながら順次コントラスト情報を算出し、コントラスト情報がピークとなるフォーカスレンズ位置を合焦位置とする。

このように、撮像装置１００は撮像面位相差ＡＦとコントラストＡＦの両方を実行可能であり、状況に応じて、一方を選択的に用いたり、両方を組み合わせて用いたりすることができる。

［撮像素子］
図２および図３を参照して、撮像素子１０７の画素配列および画素構造について説明する。図２の左右方向をｘ方向（水平方向）、上下方向をｙ方向（垂直方向）、ｘ方向およびｙ方向に直交する方向（紙面に垂直な方向）をｚ方向（光軸方向）とする。図２に示す例は、撮像素子１０７の画素（単位画素）配列を４列×４行の範囲で、副画素配列を８列×４行の範囲で示している。

２列×２行の画素群２００は、例えば左上の位置に第１色のＲ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、第２色のＧ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、第３色のＢ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置される。さらに、各画素（単位画素）は、ｘ方向に２分割（Ｎｘ分割）、ｙ方向に１分割（Ｎｙ分割）された分割数２（分割数Ｎ_ＬＦ＝Ｎｘ×Ｎｙ）の第１副画素２０１と第２副画素２０２（第１副画素から第Ｎ_ＬＦ副画素）の複数の副画素により構成されている。

図２に示す例では、撮像素子１０７の各画素を水平方向に並んだ２つの副画素に分割することにより、１回の撮影で得られる画像信号（ＬＦデータ）から、分割数Ｎ_ＬＦに等しい数の視点画像と、全ての視点画像を合成した撮像画像とを生成することができる。なお、画素は２方向に分割してもよいし、方向ごとの分割数にも制限はない。したがって、視点画像は複数の副画素のうち、一部の副画素の信号から生成される画像、撮像画像は全部の副画素の信号から生成される画像ということができる。本実施形態では一例として撮像素子１０７の水平および垂直方向の画素周期Ｐを６μｍ、水平画素数Ｎ_Ｈ＝６０００、垂直画素数Ｎ_Ｖ＝４０００とする。したがって、総画素数Ｎ＝Ｎ_Ｈ×Ｎ_Ｖ＝２４００万である。また、副画素の水平方向周期Ｐ_Ｓを３μｍとすると、総副画素数Ｎ_Ｓ＝Ｎ_Ｈ×（Ｐ／Ｐ_Ｓ）×Ｎ_Ｖ＝４８００万である。

図２に示した撮像素子１０７の１つの画素２００Ｇを、撮像素子１０７の受光面側（＋ｚ側）から見た場合の平面図を図３（ａ）に示す。図３（ａ）の紙面に垂直な方向にｚ軸を設定し、手前側をｚ軸の正方向と定義する。また、ｚ軸に直交する上下方向にｙ軸を設定して上方をｙ軸の正方向とし、ｚ軸およびｙ軸に直交する左右方向にｘ軸を設定して右方をｘ軸の正方向と定義する。図３（ａ）にてａ－ａ切断線に沿って、－ｙ側から見た場合の断面図を図３（ｂ）に示す。

図３（ａ）および、図３（ｂ）に示すように、画素２００Ｇには、各画素の受光面側（＋ｚ方向）にマイクロレンズ３０５が形成され、このマイクロレンズ３０５によって入射光が集光される。さらに、ｘ（水平）方向に２分割、ｙ（垂直）方向に１分割された分割数２の第１光電変換部３０１と第２光電変換部３０２の複数の光電変換部が形成される。第１光電変換部３０１と第２光電変換部３０２が、それぞれ図２の第１副画素２０１と第２副画素２０２に対応する。より一般的に記載すれば、各画素の光電変換部が、ｘ方向にＮｘ分割、ｙ方向にＮｙ分割され、光電変換部の分割数Ｎ_ＬＦ＝Ｎｘ×Ｎｙであるとき、第１～第Ｎ_ＬＦ光電変換部が、第１～第Ｎ_ＬＦ副画素に対応する。

第１光電変換部３０１と第２光電変換部３０２は、２つの独立したｐｎ接合フォトダイオードであり、ｐ型ウェル層３００と２つに分割されたｎ型層３０１とｎ型層３０２から構成される。必要に応じて、イントリンシック層を挟み、ｐｉｎ構造フォトダイオードとして形成してもよい。各画素には、マイクロレンズ３０５と、第１光電変換部３０１および第２光電変換部３０２との間に、カラーフィルター３０６が形成される。必要に応じて、画素毎や光電変換部毎などで、カラーフィルター３０６の分光透過率を変えても良いし、カラーフィルターを省略してもよい。

画素２００Ｇに入射した光はマイクロレンズ３０５が集光し、さらにカラーフィルター３０６で分光された後に、第１光電変換部３０１と第２光電変換部３０２がそれぞれ受光する。第１光電変換部３０１と第２光電変換部３０２では、受光量に応じて電子とホール（正孔）が対生成され、空乏層で分離された後、電子が蓄積される。一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型ウェル層を通じて撮像素子１０７の外部へ排出される。第１光電変換部３０１と第２光電変換部３０２に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送されて電圧信号に変換される。

なお、本実施形態においてマイクロレンズ３０５は撮像素子１０７における光学系に相当する。撮像素子１０７における光学系は、本実施形態のようにマイクロレンズ用いる構成であってもよいし、導波路等の屈折率の異なる材料を用いる構成としてもよい。また、撮像素子１０７はマイクロレンズ３０５を有する面と反対の面に回路等を備える裏面照射型のイメージセンサでもよく、撮像素子駆動回路１２４および画像処理回路１２５などの一部の回路を備える積層型のイメージセンサであってもよい。また、半導体基板としてシリコン以外の材料を用いてもよいし、例えば有機材料を光電変換材料として用いてもよい。

［瞳分割］
続いて、図４から図８を参照して、本実施形態の撮像素子１０７の瞳分割機能について説明する。
図４は、図３（ａ）に示される本実施形態の撮像素子１０７に配列された画素２００Ｇのａ－ａ断面を＋ｙ側から見た断面図、および、撮像素子１０７の撮像面６００からｚ軸方向（光軸ＯＡの方向）に距離Ｚだけ離れた位置の瞳面を示している。なお、図４では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させている。撮像素子１０７の撮像面６００は、結像光学系の結像面に配置される。

瞳強度分布（第１瞳強度分布）５０１は、重心位置が－ｘ方向に偏心している第１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、第１瞳強度分布５０１は、第１副画素２０１で受光可能な瞳領域に相当する。第１瞳強度分布５０１の重心位置は、瞳面上で＋ｘｐ側に偏心している。同様に、瞳強度分布（第２瞳強度分布）５０２は、重心位置が＋ｘ方向に偏心している第２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、第２瞳強度分布５０２は、第２副画素２０２で受光可能な瞳領域に相当する。第２瞳強度分布５０２の重心は、瞳面上で－ｘｐ側に偏心している。また、瞳強度分布５００は、第１光電変換部３０１および第２光電変換部３０２（第１副画素２０１および第２副画素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。つまり、第１瞳強度分布５０１は瞳強度分布５００の中心に対して瞳面上で＋ｘｐ側に偏心し、第２瞳強度分布５０２は瞳強度分布５００の中心に対して瞳面上で－ｘｐ側に偏心している。

次に、図５を参照して、撮像素子１０７のセンサ入射瞳について説明する。図５は、画素の像高に応じたマイクロレンズ３０５の配置を模式的に示している。Ｚ軸が撮像素子の中心（像高＝０）を通っており、中心から離れるほど像高が大きくなる。

撮像素子１０７において、マイクロレンズ３０５は、対応する画素の像高が大きくなるほど、マイクロレンズ３０５の光軸と光電変換部との交点が撮像素子の中心（像高の原点）に近づくように配置されている。なお、撮像素子の中心と結像光学系の光軸との交点は光学式像ブレ補正機構によりレンズまたは撮像素子が駆動されると移動するが、ほぼ一致する。

このように、マイクロレンズ３０５の位置を、対応する画素の像高に応じた量、撮像素子１０７の中心方向にシフトする。これにより、撮像素子１０７から距離Ｚだけ離れた位置の瞳面において、像高の異なる画素の第１副画素２０１の第１光電変換部３０１に対応する第１瞳強度分布５０１が、概ね一致するようになる。同様に、第２副画素２０２の第２の光電変換部３０２に対応する第２瞳強度分布５０２が、概ね一致するようになる。

結果として、撮像素子１０７から距離Ｚだけ離れた位置の瞳面において、撮像素子１０７の全ての画素の第１瞳強度分布５０１と第２瞳強度分布５０２が、概ね一致させることができる。以下、第１瞳強度分布５０１および第２瞳強度分布５０２を、撮像素子１０７の「センサ入射瞳」と呼び、距離Ｚを、撮像素子１０７の「入射瞳距離」と呼ぶ。全ての画素について入射瞳距離が等しくなるようにすることで、像高の大きな周辺領域の画素における光量低下を抑制することができる。

図６は、撮像素子１０７のセンサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１および第２瞳強度分布５０２）による結像光学系の射出瞳の光学的な分割（瞳分割）を示している。結像光学系の射出瞳４００は、絞り１０２の開口量に応じた大きさを有する。被写体からの光束のうち、結像光学系の射出瞳４００と瞳強度分布５０１との重なり領域である瞳部分領域（第１瞳部分領域）６０１を通過した光束は、第１副画素２０１（第１光電変換部３０１）で受光される。同様に、被写体からの光束のうち、結像光学系の射出瞳４００と瞳強度分布５０２との重なり領域である瞳部分領域（第２瞳部分領域）６０２を通過した光束は、第２副画素２０２（第２光電変換部３０２）で受光される。

図４に、撮像素子１０７の入射瞳距離Ｚだけ離れた位置の瞳面における第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２を示している。結像光学系の射出瞳が、撮像素子１０７のセンサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１および第２瞳強度分布５０２）により、第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２に分割される。言い換えると、第１瞳強度分布５０１、第２瞳強度分布５０２のそれぞれと、結像光学系の射出瞳とに共通する領域（積）が、第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２になる。

図７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を模式的に示す図である。図７に示す光強度分布は、撮像素子１０７内部での光強度分布をＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法によって計算したものである。ここでは、一例として波長λ＝５４０ｎｍ、右円偏光の平面波が、マイクロレンズ３０５の上方からマイクロレンズの光軸に平行に入射した場合を想定している。

図７（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、光軸上の座標を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（図の上方）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。
NA=n・sinφ (1)
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。
F=1/(2n・sinφ)=f/(2n・a) (2)

画素への入射光は、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）に近いと仮定すると、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。
Δ=1.22 (λ/(n・sinφ))=2.44・λ・F (3)

光電変換部の受光面のサイズは一辺が約１～３μｍ程度であり、マイクロレンズの集光スポットの直径が回折限界Δに等しいとすると約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、センサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１および第２瞳強度分布５０２）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７（Ｂ）は、マイクロレンズの焦点位置における、マイクロレンズの光軸に垂直な断面の光強度分布を模式的に示している。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。
±z_D=±n・F・Δ (4)

集光スポットの強度分布がガウス分布に近いとすると、座標ｚにおける集光スポットの直径ｗは、概ね、以下の式（５）で表すことができる。
w(z)=Δ{(1+(z/z_R)²}^1/2 (5)
ここで、ｚ_Rはレイリー長であり、係数αＲ＝０．６１π≒１．９２として、ｚ_R＝αＲｚ_Dで定義される。

図７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、マイクロレンズ光学系の絞り値Ｆ＝０．９２４とした。この場合、回折限界Δは約１．２２μｍ、焦点深度±ｚ_Dは約±１．６５μｍとなる。

図８に、本実施形態の第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２の、光入射角と受光率との関係例を示す。横軸は（瞳座標に換算できる）光の入射角度θを表し、縦軸は受光率を表す。図８に実線で示すグラフ線Ｌ１は、図４の第１瞳部分領域６０１のＸ軸に沿った受光率分布を表し、点線で示すグラフ線Ｌ２は、第２瞳部分領域６０２のＸ軸に沿った受光率分布を表す。

第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２に対する光入射角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制限される。そのため、図８に示すように、第１瞳部分領域Ｌ１、第２瞳部分領域Ｌ２の受光率は入射角が一定値に達すると急峻に低下する。一方、マイクロレンズによって瞳分割される範囲の入射角については、瞳部分領域の境界が回折の影響でボヤけるため、受光率は緩やかに変化する。ここでは瞳領域が水平方向に２分割されている例を示したが、瞳領域を垂直方向に分割してもよい。

撮像素子１０７の各画素は、１つのマイクロレンズを共有する複数の副画素を有している。個々の副画素は、結像光学系の瞳領域のうち、互いに異なる部分領域を通過する光束を受光する。本実施形態では２つの副画素が１つのマイクロレンズを共有する構成であるが、より多くの副画素が１つのマイクロレンズ共有してもよい。複数の副画素が１つのマイクロレンズを共有することで、各画素で全ての副画素の信号を合成すれば撮像信号として、副画素ごとの信号を焦点検出用の信号として用いることができる。しかし、第１副画素２０１だけが設けられた画素と、第２副画素２０２だけが設けられた画素を設けてもよい。この場合、１つの副画素のみを有する画素は焦点検出専用の画素になる。同様に、副画素に分割されていない光電変換領域を有する画素が設けられてもよい。この画素は、瞳部分領域６０１、６０２を合わせた領域を通過する光束を受光し、撮像専用の画素になる。

本実施形態では、撮像素子１０７の各画素の第１副画素２０１の画素信号に基づいて第１の焦点検出用信号を生成し、各画素の第２副画素２０２の画素信号に基づいて第２の焦点検出用信号を生成する。第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号とを用いて結像光学系のデフォーカス量を求め、デフォーカス量に従って結像光学系の焦点調節を行う、位相差ＡＦを実行する。

また、撮像素子１０７の画素ごとに、第１副画素２０１および第２副画素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（撮像画像）を生成することができる。また、各信号の生成方法は、本実施形態の形態に限らず、例えば、第２焦点検出用信号は、撮像信号から第１焦点検出用信号を減算して生成してもよい。

なお、撮像素子１０７の画素構成として、マイクロレンズ３０５に対して第１光電変換部３０１および第２光電変換部３０２を備える構成としたがこれに限られるものではない。例えば、マイクロレンズと光電変換部の間に一部に開口を有する遮光層を備える構成として瞳分割を行ってもよい。近接する画素において遮光層における開口位置を異ならせることによって、第１光電変換部３０１および第２光電変換部３０２に相当する信号を取得することができる。

［デフォーカス量と像ずれ量の関係］
第１の焦点検出用信号および第２の焦点検出用信号の像ずれ量とデフォーカス量との関係について説明する。図９は、デフォーカス量と像ずれ量との関係を示す図である。撮像素子１０７は撮像面６００に配置されており、図４および図６と同様に、結像光学系の射出瞳４００が瞳部分領域６０１、６０２に２分割されている。

デフォーカス量ｄは、その大きさ｜ｄ｜が被写体像の結像位置から撮像面６００までの距離を表す。被写体像の結像位置が撮像面６００よりも被写体側にある前ピン状態では、負符号（ｄ＜０）とし、これとは反対の後ピン状態では正符号（ｄ＞０）として向きを定義する。被写体像の結像位置が撮像面（すなわち合焦位置）にある合焦状態では、ｄ＝０である。例えば、被写体７０１は合焦状態（ｄ＝０）に結像されているため合焦状態である。また、被写体７０２の結像位置は撮像面６００より被写体側（ｄ＜０）であるため、前ピン状態である。以下では、前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）とを併せて、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７０２から受光した光束のうち、第１瞳部分領域６０１（または第２瞳部分領域６０２）を通過した光束は、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（またはＧ２）を中心として幅Γ１（またはΓ２）に広がる。この場合、撮像面６００上で被写体７０２の像はボケた状態となる。ボケた像は、撮像素子１０７に配列された各画素を構成する第１副画素２０１（または第２副画素２０２）により受光され、第１の焦点検出用信号（または第２の焦点検出用信号）が生成される。

よって、第１の焦点検出用信号（または第２の焦点検出用信号）は、撮像面６００上の重心位置Ｇ１（またはＧ２）で、幅Γ１（またはΓ２）をもった（ボケた）被写体像の画像データとしてメモリに記憶される。被写体像の幅Γ１（または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の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号との間の像ずれ量を「ｐ」とすると、像ずれ量の大きさ｜ｐ｜はデフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜の増加に伴って増加する。

例えば、図９に示すように、像ずれ量ｐは光束の重心位置の差「Ｇ１－Ｇ２」として定義することができ、その大きさ｜ｐ｜は、デフォーカス量の大きさ｜ｄ｜の増加に概ね比例して増加する。なお、後ピン状態（ｄ＞０）では、第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号との間の像ずれ方向が前ピン状態とは反対となるが、デフォーカス量の大きさ｜ｐ｜がデフォーカス量の大きさ｜ｄ｜に比例する。

このように、第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号のデフォーカス量、または、第１および第２の焦点検出用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の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号の像ずれ量は増加する。

したがって、第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号の像ずれ量を検出し、像ずれ量をデフォーカス量に変換することにより、位相差ＡＦを実現できる。第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号との像ずれ量は、第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号とを相対的にシフトさせて相関量を計算し、良好な相関（信号の一致度）が得られるシフト量から求めることができる。

ここまで、結像光学系の射出瞳を、撮像素子１０７における第１瞳強度分布５０１、第２瞳強度分布５０２により、第１瞳部分領域６０１、第２瞳部分領域６０２に瞳分割し、位相差ＡＦを実現する原理ついて説明した。なお、実際には、第１瞳部分領域６０１および第２瞳部分領域６０２は、撮像素子１０７のセンサ入射瞳の瞳偏心量、入射瞳距離、および、結像光学系のレンズ枠ケラレの影響を受けるため、より複雑な形状となる。

図１０を参照して、撮像素子１０７の瞳偏心量、入射瞳距離、および、結像光学系のレンズ枠ケラレと、第１瞳部分領域６０１および第２瞳部分領域６０２との関係について説明する。

［センサ入射瞳の瞳偏心］
撮像素子１０７のセンサ入射瞳（瞳強度分布５０１、５０２）は、製造誤差などに起因して、瞳偏心（瞳強度分布の光軸に対する偏心）が生じたり、入射瞳距離に誤差が生じたりる場合がある。

図１０は、撮像素子１０７の全ての画素で、マイクロレンズ３０５から第１光電変換部３０１および第２光電変換部３０２の受光面までの距離が、設計値ｚｓに対して、製造誤差などによってｚｓ＋ｄｚｓ（誤差＋ｄｚｓ）となった状態を示している。また、距離ｚｓがｚｓ＋ｄｚｓとなったことに伴い、撮像素子１０７の入射瞳距離が、設計値Ｚに対して、Ｚ＋ｄＺ（誤差＋ｄＺ）となっている。

図１０は、撮像素子１０７の全ての画素で、マイクロレンズ３０５が、第１光電変換部３０１および第２光電変換部３０２に対し、設計値よりも瞳分割方向（光電変換部の分割方向）に偏心（偏心量ｄｘｓ）した状態も示している。また、マイクロレンズ３０５の光軸位置が設計値よりｄｘｓだけ偏心したことに伴い、撮像素子１０７の入射瞳（瞳強度分布５０１、５０２）が、瞳分割方向（光電変換部の分割方向）に偏心（瞳偏心量ｄＸ）している。

入射瞳距離の誤差や瞳偏心は、撮像素子１０７を、カメラ本体に取り付ける際の組み付け誤差などによっても生じる場合がある。そして、瞳偏心量ｄＸ、入射瞳距離誤差＋ｄＺは、製造工程ごとに生じる誤差により、ｘ方向およびｙ方向の像高に応じて異なる大きさとなる。すなわち、瞳偏心量ｄＸおよび入射瞳距離誤差＋ｄＺには像高依存性がある。そのため、後述するように、像ずれ量からデフォーカス量へ変換するための変換係数を算出する際には、像高に応じた瞳偏心量ｄＸおよび入射瞳距離Ｚ＋ｄＺを考慮することで、精度の良い変換係数が算出できる。

［瞳偏心量および入射瞳距離の像高依存性］
図１１は、複数の像高に対応する瞳偏心量ｄＸおよび入射瞳距離Ｚ＋ｄＺの情報を効率良く保持する方法の一例を示している。図１１は、撮像素子１０７の画素領域を示しており、黒丸で示した位置１００１～１００５について、瞳偏心量ｄＸおよび入射瞳距離誤差＋ｄＺの情報を保持する。これらの情報は、例えばカメラ本体の製造後に計測してＲＯＭ１３５に保持することができる。また、入射瞳距離の設計値ＺについてもＲＯＭ１３５に保持する。

画素領域を中心を原点とする直交座標系によって上下左右の４象限に分割した場合、瞳偏心量ｄＸ、入射瞳距離誤差＋ｄＺは像高に依存した値を有するため、象限ごとに異なる光学特性を示す。ここで、像高は撮像素子１０７（画像領域）の中心を原点（像高=０）とし、方向に応じた符号を有する値であるものとする。

ここで、位置１００ｎ（ｎ＝１～５）の画素座標を（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝０～４）とする。また、位置１００１は画像領域の中心に等しいものとする。撮像素子１０７の光学特性は、像高の変化にともなって基本的には連続的に変化する。そのため、各象限について１つ以上の離散的な位置に関して瞳偏心量ｄＸ、入射瞳距離誤差＋ｄＺの情報を記憶することで、各画素における瞳偏心量ｄＸ、入射瞳距離誤差＋ｄＺを補間演算によって求めることができる。以下、瞳偏心量ｄＸおよび入射瞳距離誤差＋ｄＺの情報をまとめて誤差情報と呼ぶ。

図１１の例では、位置１００２～１００５を画素領域の中心（位置１００１）に対して点対称、かつ座標軸を挟んで対称となるように配置した例を示している。この場合、ｘ１＝ｘ４、ｙ１＝ｙ２、ｘ２＝ｘ３、ｙ３＝ｙ４となる。同様の条件を満たす位置を各象限について２つ以上配置してもよい。

補間による誤差情報の算出例を説明する。第２象限（左上）に含まれる画素座標（ｘ，ｙ）に関する瞳偏心量ｄＸ（ｘ，ｙ）および入射瞳距離誤差＋ｄＺ（ｘ，ｙ）は、以下の様に算出することができる。
まず、位置１００２および位置１００３の誤差情報を線形補間して、位置１００６（ｘ０，（ｙ１＋ｙ２）／２）の誤差情報を算出する。
次に、位置１００３および位置１００４の誤差情報を線形補間して、位置１００７（（ｘ２＋ｘ３）／２，０）の誤差情報を算出する。
位置１００１、１００６、１００３、１００７を頂点とする矩形領域に含まれる画素座標における誤差情報は、位置１００１、１００６、１００３、１００７の誤差情報を２次元線形補間（バイリニア補間）することによって算出することができる。

他の象限に含まれる画素座標についても同様の方法で算出することで、位置１００２～１００５を頂点とする矩形領域に含まれる画素座標における誤差情報を算出することができる。

なお、補正の精度よりも演算の単純さを優先する場合、位置１００２～１００５の誤差情報を２次元線形補間（バイリニア補間）することで、位置１００２～１００５を頂点とする矩形領域内の画素座標における誤差情報を算出してもよい。この場合、位置１００１の誤差情報は用いない。

一方、位置１００２～１００５を頂点とする矩形領域に含まれない各象限の画素座標における誤差情報は、位置１００２～１００５を頂点とする矩形領域に含まれる画素座標における誤差情報の外挿によって算出できる。あるいは、位置１００２～１００５を頂点とする矩形領域に含まれる画素座標のうち、最も近い画素座標における誤差情報、または位置１００２～１００５のうち最も近い画素座標における誤差情報を用いてもよい。

次に、誤差情報を考慮した変換係数の算出について説明する。変換係数は、焦点検出用信号の像ずれ量をデフォーカス量に変換するために用いる。ここでは、画素座標（ｘ，ｙ）における瞳偏心量ｄＸ（ｘ，ｙ）および入射瞳距離誤差＋ｄＺ（ｘ，ｙ）を考慮した変換係数Ｋ［ｄＸ（ｘ，ｙ）、Ｚ＋ｄＺ（ｘ，ｙ）］を算出する。このような変換係数を用いることで、様々な像高に配置された焦点検出領域について高精度な焦点検出が可能となる。

撮像素子１０７は、基本的には中心位置の像高を基準として光学設計がなされる。したがって、誤差情報は、中心位置（ｘ０，ｙ０）に加え、各象限内の１つ以上の画素座標について保持すると、精度の良い変換係数を算出することができる。変換係数の具体的な算出方法については後述する。

なお、ここでは画素座標（ｘ，ｙ）における誤差情報を求めてから変換係数を算出する場合を説明した。しかし、位置１００１～１００５について、誤差情報を反映した変換係数を算出して記憶しておき、誤差情報と同様にして任意の画素座標における変換係数を求めてもよい。また、位置１００１～１００５についての入射瞳距離誤差＋ｄＺと、入射瞳距離の設計値ｚとを記憶する代わりに、位置１００１～１００５について誤差を含んだ入射瞳距離Ｚ＋ｄＺを記憶してもよい。

また、図１１に誤差情報を格納する位置としてい示した位置１００１～１００５は単なる例示である。各象限において誤差情報を保持する画素座標の像高を図１１とは異ならせたり、各象限について像高の異なる複数の画素座標について誤差情報を保持したりしてもよい。

なお、上述の説明における瞳偏心量および入射瞳距離のモデルは単なる一例である。本発明は、像高に応じて変化する瞳偏心量および／または入射瞳距離を任意の画素座標について算出することが可能であれば、瞳偏心量および入射瞳距離をどのようなモデルで表現してもよい。

［レンズ枠ケラレ］
次に、図１２と図１３を参照して、画素領域の周辺領域（像高の大きな領域）の画素についての、レンズ枠によるケラレに関して説明する。レンズ枠とは、結像光学系を構成するレンズを保持する枠状の部材である。

図１２は、周辺領域の画素における、撮像素子１０７のセンサ入射瞳の瞳偏心量、入射瞳距離、および、結像光学系のレンズ枠ケラレと、瞳部分領域（第１瞳部分領域６０１、第２瞳部分領域６０２）との関係を、＋ｙ側からのｘｚ平面で示している。撮像素子１０７の入射瞳（瞳強度分布５０１、５０２）は、図１０と対応しており、入射瞳距離Ｚ＋ｄＺの瞳面で、瞳分割方向（光電変換部の分割方向）に、瞳偏心量ｄＸだけ偏心しているものとする。

被写体７０３からの光束は、結像光学系の被写体側の第１の枠Ｆ１、結像光学系の絞り１０２である第３の枠Ｆ３、結像光学系の像側の第２の枠Ｆ２のそれぞれによって入射角が制限されて撮像面６００に到達する。被写体７０３から結像光学系に入射した光束のうち、第１～第３の枠Ｆ１～Ｆ３によって遮られ（ケラレ）、撮像面６００に到達できない光束は、周辺領域の画素ほど多くなる。

結像光学系の第１～第３の枠Ｆ１～Ｆ３でケラレた光束のうち、瞳強度分布５０１との重なり領域である第１瞳部分領域６０１を通過した光束は、第１副画素２０１（第１光電変換部３０１）で受光される。同様に、結像光学系の第１～第３の枠Ｆ１～Ｆ３でケラレた光束のうち、瞳強度分布５０２との重なり領域である第２瞳部分領域６０２を通過した光束は、第２副画素２０２（第２光電変換部３０２）で受光される。

本実施形態において第１～第３の枠Ｆ１～Ｆ３が、光軸を中心とする同心円の開口を有する枠状部材であるとして説明するが、開口の少なくとも一部が円弧で形成されなくてもおい。例えば、多角形やＤ字状の開口であってもよい。

図１３では、撮像素子１０７の入射瞳距離Ｚ＋ｄＺだけ離れた位置の瞳面における第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２を示している。結像光学系の第１～第３の枠Ｆ１～Ｆ３の開口の重なりである射出瞳が、撮像素子１０７のセンサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１、第２瞳強度分布５０２）により、第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２に分割される。第１瞳部分領域６０１と第２瞳部分領域６０２の領域の形状は第１～第３の枠Ｆ１～Ｆ３の開口形状、枠のｚ方向の位置、画素の像高および誤差情報（瞳偏心量ｄＸ、入射瞳距離誤差＋ｄＺ（ｘ，ｙ））などの影響を受ける。

［デフォーカス量の算出処理］
次に、図１４に示すフローチャートを参照して、ＣＰＵ１２１が焦点検出プログラムを実行することによって実施されるデフォーカス量の算出処理について説明する。焦点検出プログラムはＲＯＭ１３５に記憶されていてもよいし、記録媒体１３３に記録されていてもよい。

また、本実施形態では撮像装置１００のＣＰＵ１２１が焦点検出処理を実行するが、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焦点検出処理を実行してもよい。また、以下に説明する焦点検出処理をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェア回路を用いて実行してもよい。

Ｓ１０１でＣＰＵ１２１は、焦点検出領位置を設定する。焦点検出位置は、焦点検出領域の例えば中心もしくは重心に最も近い画素の座標であってよい。ここでは、焦点検出位置を、撮像素子１０７の画素領域の中心もしくは重心を原点とする直交座標系の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）で設定する。焦点検出領域は例えば矩形領域である。なお、焦点検出領域は任意の公知の方法で決定することができる。

なお、画素領域の中心もしくは重心は結像光学系の光軸と略一致する。しかし、厳密には撮像素子１０７と結像光学系の位置にはある程度のばらつきが存在する。そのため、ばらつきの範囲を考慮して原点位置を決定してもよい。また、光学像ブレ補正機構による光軸位置のシフト量を考慮して焦点検出位置の座標を設定してもよい。

次に、座標（ｘ_AF，ｙ_AF）から、式（６）により、焦点検出位置の像高ｒ_ＡＦを計算する。
r_AF={x_AF ²+y_AF ²}^1/2 (６)

Ｓ１０２で、ＣＰＵ１２１（レンズ情報取得部１２１ｄ）は、光学条件に応じたレンズ情報を取得する。具体的には、焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）と、結像光学系（交換レンズ）のフォーカス状態ＦＳ、ズーム状態ＺＳ等の光学条件に応じたレンズ情報を取得する。レンズ情報は、結像光学系の結像面（撮像素子１０７の撮像面）から所定の瞳距離Ｚ_fだけ離れた位置の瞳面に投影された、結像光学系の物側の第１の枠（物側枠）Ｆ１の中心Ｃ１（ｘ_ＡＦ，ｙ_ＡＦ，ＦＳ，ＺＳ）と半径Ｒ１（ｘ_ＡＦ，ｙ_ＡＦ，ＦＳ，ＺＳ）を含む。さらに、枠情報は結像光学系の像側の第２の枠（像側枠）Ｆ２の中心Ｃ２（ｘ_ＡＦ，ｙ_ＡＦ，ＦＳ，ＺＳ）と半径Ｒ２（ｘ_ＡＦ，ｙ_ＡＦ，ＦＳ，ＺＳ）により構成されている。

また、レンズ情報は、結像光学系の絞り値Ｆ（ｘ_AF，ｙ_AF，ＦＳ，ＺＳ）と、絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯ（ｘ_AF，ｙ_AF，ＦＳ，ＺＳ）とにより構成されている。レンズ情報は、結像光学系が有する不揮発性メモリなどにあらかじめ記憶されており、ＣＰＵ１２１（レンズ情報取得部１２１ｄ）はレンズ通信回路１３０を通じて結像光学系と通信することにより、レンズ情報を取得することができる。また、撮像装置１００のＲＯＭ１３５にあらかじめ記憶されているレンズ情報の中から、装着された交換レンズに該当するレンズ情報を用いてもよい。なお、レンズ情報は任意のタイミングで取得することができるが、典型的にはレンズ交換時および撮像素子１００の起動時であってよい。

また、レンズ情報は外部装置から例えばネットワーク経由で取得してもよい。また、光学条件として、フォーカス状態ＦＳ、ズーム状態ＺＳ以外の情報を含んでもよい。例えば、エクステンダーの装着の状態や、チルトまたはシフト量、各種光学フィルタ装着の状態等を含んでもよい。

Ｓ１０２でＣＰＵ１２１は、次に、焦点検出位置の像高ｒ_ＡＦと、結像光学系の絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯから、所定の瞳距離Ｚ_fの瞳座標に投影した結像光学系の第３の枠Ｆ３の中心Ｃ３（ｘ_AF，ｙ_AF，ＦＳ，ＺＳ）を、式（７）より算出する。
Ｃ3(x_AF, y_AF, FS, ZS) = r_AF {1-Z_f / LPO(x_AF, y_AF, FS, ZS) } (7)

また、ＣＰＵ１２１は、焦点検出位置の像高ｒ_ＡＦと、結像光学系の絞り値Ｆから、所定の瞳距離Ｚ_fの瞳座標に投影した結像光学系の第３の枠Ｆ３の半径Ｒ３（ｘ_AF，ｙ_AF．ＦＳ，ＺＳ）を、
式（８）より算出する。
Ｒ3(x_AF, y_AF, FS, ZS) = Z_f / (4F²-1)^1/2 (8)

さらにＣＰＵ１２１は、レンズ情報に基づいて第１の開口パラメータａ１および第２の開口パラメータａ２を算出する。第１の開口パラメータａ１および第２の開口パラメータａ２は、レンズ枠によるケラレに関するパラメータである。図１５に、結像光学系の結像面（撮像素子１０７の撮像面）から所定の瞳距離Ｚ_fだけ離れた位置の瞳面における、結像光学系の第１から第３の枠Ｆ１～Ｆ３の開口部の重なりである射出瞳の例を示す。開口部の中心Ｃ１からＣ３を通る直線が光軸である。

第１の開口パラメータａ１（０≦ａ１≦１）は、第３の枠Ｆ３の開口部の中心Ｃ３から第１の枠Ｆ１の頂点Ｐ１までの距離Ａ１を、第３の枠の半径Ｒ３で規格化した値である。ここで、頂点Ｐ１は、第１の枠Ｆ１の開口を円としたとき、中心Ｃ３からの距離が最短となる円周上の点である。同様に、第２の開口パラメータａ２（０≦ａ２≦１）は、第３の枠の中心Ｃ３から第２の枠の頂点Ｐ２までの距離Ａ２を、第３の枠の半径Ｒ３で規格化した値である。第１の開口パラメータａ１は式（９Ａ）により、第２の開口パラメータａ２は式（９Ｂ）により、それぞれ算出される。
a1 = (R1-|C1-C3|) / R3 (9A)
a2 = (R2-|C2-C3|) / R3 (9B)

Ｓ１０３でＣＰＵ１２１（画素信号取得部１２１ａ）は、撮像素子１０７から、焦点検出用信号を取得する。具体的には、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７のそれぞれの画素２００について、第１副画素２０１で得られる画素信号（Ａ像信号）と、第２副画素２０２で得られる画素信号（Ｂ像信号）とを取得する。上述したように、これらの信号は、それぞれを副画素から読み出してもよいし、一方を副画素から読み出し、他方は撮像信号（Ａ＋Ｂ像信号）からＡ像信号またはＢ像信号を減じることによって取得してもよい。なお、予め撮像素子１０７により撮像され、記録媒体に保存されている焦点検出用信号を取得してもよい。

さらに、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、取得した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６０１に応じた第１焦点検出用信号と、第２瞳部分領域６０２に応じた第２焦点検出用信号を生成する。すなわち、同一の瞳部分領域に相当する画素からの信号に基づいてそれぞれの焦点検出用信号を生成する。

画素が水平方向Ｎｘ、垂直方向Ｎｙの副画素に分割されており、１つの画素から得られる副画素信号群ＬＦ（総数Ｎｘ×Ｎｙ＝ＮＬＦ）とする。また、副画素信号群ＬＦのうち、列方向ｉＳ（１≦ｉＳ≦Ｎｘ）番目、行方向ｊＳ（１≦ｊＳ≦Ｎｙ）番目の副画素から得られる信号を、ｋ＝Ｎｘ（ｊＳ－１）＋ｉＳ（１≦ｋ≦ＮＬＦ）として、第ｋ焦点検出用信号とする。結像光学系の第ｋの瞳領域に対応した、列方向ｉ番目、行方向ｊ番目の第ｋ焦点検出用信号Ｉｋ（ｊ，ｉ）を、以下の式（１０）により生成する。

本実施形態は、Ｎｘ＝２、Ｎｙ＝１、ＮＬＦ＝２であり、各画素がｘ方向に分割された２つの副画素を有し、第１焦点検出用信号と第２焦点検出用信号が生成される例である。図２に例示したように配列された画素から、画素ごとに第１副画素２０１の信号を選択する。これにより、結像光学系の第１瞳部分領域６０１に対応した、画素数Ｎ（＝水平画素数ＮＨ×垂直画素数ＮＶ）の解像度を有するベイヤー配列のＲＧＢ信号である第１焦点検出用信号Ｉ１（ｊ，ｉ）を生成する。同様に、第２副画素２０２の信号を選択することにより、結像光学系の第２瞳部分領域６０２に対応した第２焦点検出用信号Ｉ２（ｊ，ｉ）を生成する。

Ｓ１０３で生成手段としてのＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、ベイヤー配列のＲＧＢ信号である第ｋ焦点検出用信号Ｉｋ（ｋ＝１，２）から、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙｋ（ｉ，ｊ）（ｋ＝１，２）を生成する。具体的には、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、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Ｙｋ（ｉ，ｊ）（ｋ＝１，２）を、以下の式（１１）により生成する。

この際、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、瞳分割によって生じたシェーディングを補正する光量補正処理などを適用することができる。瞳分割によって生じたシェーディングも変換係数同様に、瞳偏心量、入射瞳距離、および結像光学系の絞り枠の影響を受ける。そのため、光量補正処理に使用する光量補正値は、外部装置によって算出工程の一部を実行してＲＯＭ１３５にその結果（中間値）を保持してもよい。算出工程の一部を事前かつ外部で適用しておくことで、光量補正値の算出に係るＣＰＵ１２１の負荷を低減することができる。

ここでは、瞳偏心量、入射瞳距離、および結像光学系の絞り枠の影響を加味して複数の像高のそれぞれについて光量補正値ＳＨＤをあらかじめ算出してＲＯＭ１３５に記憶しておくものとする。ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、レンズ情報と焦点検出位置に応じて適切な光量補正値ＳＨＤをＲＯＭ１３５から取得し、式（１２）に示すように第ｋ焦点検出輝度信号Ｙｋに適用することにより、光量を補正する。
Y_k(j, i)=SHD_k(j, i)・Y_k(j, i) (12)

さらにＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第ｋ焦点検出輝度信号Ｙｋ（ｋ＝１，２）のそれぞれに対して、瞳分割方向（列方向）に、１次元バンドパスフィルタ処理を適用する。これにより、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）はおおよそ波数ｋＡＦの成分に限定された第１焦点検出用信号ｄＹＡおよび第２焦点検出用信号ｄＹＢを生成する。

ここで適用する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］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することができる。また、一般的に、位相差ＡＦでは、大デフォーカス状態での焦点検出を行うため、フィルタの通過帯域は低周波帯域を含むように構成される。ただし、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点検出を行う場合には、デフォーカス状態に応じて、フィルタの通過帯域がより高周波帯域側になるように調整してもよい。

Ｓ１０４で像ずれ量算出手段としてのＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、第１焦点検出用信号ｄＹＡおよび第２焦点検出用信号ｄＹＢに基づいて、像ずれ量を算出する。焦点検出位置（ｊ_AF，ｉ_AF）を中心として、行方向ｊ２（－ｎ２≦ｊ２≦ｎ２）番目、瞳分割方向である列方向ｉ２（－ｍ２≦ｉ２≦ｍ２）番目の略波数ｋＡＦ成分に限定された第１焦点検出用信号をｄＹＡ（ｊ_AF＋ｊ２，ｉ_AF＋ｉ２）とする。さらに、第２焦点検出用信号をｄＹＢ（ｊ_AF＋ｊ２，ｉ_AF＋ｉ２）とする。シフト量をｓ（－ｎｓ≦ｓ≦ｎｓ）として、各位置（ｊ_AF，ｉ_AF）での相関量ＣＯＲ_EVEN（ｊ_AF，ｉ_AF，ｓ）を、式（１３Ａ）により算出し、相関量ＣＯＲ_ODD（ｊ_AF，ｉ_AF，ｓ）を、式（１３Ｂ）により算出する。ここで求める相関量は、値が小さいほど相関が高いことを示す。

相関量ＣＯＲ_ODD（ｊ_AF，ｉ_AF，ｓ）はシフト量を、相関量ＣＯＲ_EVEN（ｊ_AF，ｉ_AF，ｓ）を求めるシフト量に対して半位相－１シフト分ずらした場合の相関量である。

Ｓ１０４では、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する。そして、焦点検出位置（ｊ_AF，ｉ_AF）における像ずれ量ｑ_detを算出する。

［変換係数の算出］
Ｓ１０５で、係数算出手段としてのＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、Ｓ１０４で求めた像ずれ量ｑ_detをデフォーカス量ｄ_detへ変換するための変換係数Ｋを算出する。変換係数Ｋの算出方法について、図１６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。以下では、各工程の処理をＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）が実行するものとして説明する。しかし、一部の工程を外部装置によって算出工程の一部を実行してＲＯＭ１３５にその結果（中間値）を保持してもよい。算出工程の一部を事前かつ外部で適用しておくことで、変換係数Ｋの算出に係るＣＰＵ１２１の負荷を低減することができる。

Ｓ２０１でＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、仮想デフォーカス量ｄ_virを設定する。仮想デフォーカス量ｄ_virは、変換係数Ｋを決定するために設定する仮定のデフォーカス量である。ＣＰＵ１２１は、例えば、被写体が十分ボケ得る所定のデフォーカス量を仮想デフォーカス量ｄ_virに設定する。仮想デフォーカス量ｄ_virは前ピン状態（ｄ_vir＜０）であっても後ピン状態（ｄ_vir＞０）であってもよい。

また、複数の仮想デフォーカス量ｄ_virを設定してもよい。後述するように、変換係数Ｋは、略線形関係にある仮想デフォーカス量ｄ_virと像ずれ量ｑ_detとの比として算出される。つまり、変換係数Ｋは、横軸を仮想デフォーカス量ｄ_vir、縦軸を像ずれ量ｑ_detとした直交座標系で仮想デフォーカス量ｄ_virと像ずれ量ｑ_detとの関係を表す直線の傾きに相当する。したがって、前ピン状態と後ピン状態の両方の仮想デフォーカス量ｄ_virを設定することにより、変換係数Ｋを精度良く算出することができる。

Ｓ２０２でＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、
・撮像素子１０７のセンサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１、第２瞳強度分布５０２）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）ごとの瞳偏心量ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）ごとの入射瞳距離Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF）を生成する。

さらに、ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、
・第１仮想焦点検出用信号ＶＩ_１（ｊ，ｉ｜ｄ_vir，ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）
・第２仮想焦点検出用信号ＶＩ_２（ｊ，ｉ｜ｄ_vir，ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）
を生成する。

第１仮想焦点検出用信号ＶＩ_１および第２仮想焦点検出用信号ＶＩ_２は、
・仮想デフォーカス量ｄ_vir、
・撮像素子１０７のセンサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１、第２瞳強度分布５０２）、
・焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）ごとの瞳偏心量ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）ごとの入射瞳距離Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF）、および
・結像光学系の枠情報（絞り値Ｆ、絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯ、第１の開口パラメーターａ１、第２の開口パラメーターａ２）
に対応している。なお、結像光学系の枠情報はここで例示したものに限定されない。

これらのパラメータのうち、
・撮像素子１０７のセンサ入射瞳（第１瞳強度分布５０１、第２瞳強度分布５０２）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標ごとの瞳偏心量ｄＸ（ｘ，ｙ）、および
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標ごとの入射瞳距離Ｚ＋ｄＺ（ｘ，ｙ）
は撮像素子１０７の個体ごとに変化しうる。これらの撮像素子１０７の個体ごとに変化しうるパラメータについては、例えば撮像素子１０７の製造時に測定し、撮像素子１０７が有する不揮発性メモリに調整値または固定値として記憶しておくことができる。

一方、焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）は、ユーザ操作に基づいて、またはユーザ操作に基づかずにＣＰＵ１２１によって撮像の都度決定される。そのため、焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）は変換係数Ｋの演算処理の際に取得する。

さらに、結像光学系の枠情報（絞り値Ｆ、絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯ）も、撮像ごとに変化し得る。また、第１の開口パラメータａ１、第２の開口パラメータａ２は、式（９Ａ）および式（９Ｂ）で示すように結像光学系の枠の位置に依存するため、撮像ごとに変化し得る。ＣＰＵ１２１（レンズ情報取得部１２１ｄ）は、これらの結像光学系の状態に関するパラメータを、レンズ通信回路１３０を通じた、結像光学系（交換レンズ）との通信によって取得することができる。必要に応じて結像光学系からパラメータを取得することで、絞り値や焦点距離などの撮像条件に応じたパラメータを用い、より精度の良い変換係数Ｋを算出することができる。なお、撮像条件には他の項目が含まれてもよい。

変換係数Ｋを算出するには、変換係数Ｋのパラメータ（ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF）、ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ）に加えて、結像光学系の第１および第２の枠の中心Ｃ１，Ｃ２と半径Ｒ１，Ｒ２の値が必要となる。本実施形態では、レンズ枠ケラレの割合を示す第１の開口パラメータａ１および第２の開口パラメータａ２とを用いることで、変換係数Ｋの算出に必要なパラメータの総数を抑制することができる。

図１７は、第１仮想焦点検出用信号ＶＩ_Iおよび第２仮想焦点検出用信号ＶＩ_２の生成方法を模式的に示す図である。はじめに、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、
・撮像素子１０７の第１瞳強度分布５０１および第２瞳部分領域５０２、
・焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・焦点検出位置の瞳偏心量ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・焦点検出位置の入射瞳距離Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・結像光学系の絞り値Ｆ、
・結像光学系の絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯ、
・第１の開口パラメータａ１（０≦ａ１≦１）および第２の開口パラメータａ２（０≦ａ２≦１）、を取得する。

ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、これらパラメータのうち、撮像条件に依存しない値については、ＲＯＭ１３５に予め記憶されている値を取得したり、変換係数Ｋの算出処理の開始時に取得してＲＡＭ１３６に記憶して用いることができる。また、撮像条件に基づく値は、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）が変換係数Ｋの算出処理の開始時に取得してＲＡＭ１３６に記憶して用いることができる。

次に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、結像光学系の絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯから、所定の瞳距離Ｚ_fの瞳座標に投影した結像光学系の第３の枠（絞り枠）Ｆ３の中心Ｃ３を、式（７）により算出する。また、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、結像光学系の絞り値Ｆから、所定の瞳距離Ｚ_fの瞳座標に投影した結像光学系の第３の枠（絞り枠）Ｆ３の半径Ｒ３を、式（８）により算出する。

次に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第１から第３の枠Ｆ１～Ｆ３が同一点で交わると仮定したモデル（図１５）を前提として、第１の開口パラメータａ１から、仮想焦点検出用信号の生成に用いる第１の枠の半径Ｒ１’を式（１４Ａ）により算出する。同様に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第２の開口パラメータａ２から、仮想焦点検出用信号の生成に用いる第２の枠の半径Ｒ２’を式（１４Ｂ）により算出する。

一般的に、第１から第３の枠Ｆ１～Ｆ３は同一点では交わらないが、同一点で交わる配置でモデル化することによって少ないパラメータで精度よく第１の枠Ｆ１と第２の枠Ｆ２の形状を算出することができる。これにより、変換係数Ｋの算出の精度を向上させることができる。
R1’={(a1×R3)²+R3²}/{2(a1×R3)} (14A)
R2’={(a2×R3)²+R3²}/{2(a2×R3)} (14B)

次に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、仮想焦点検出信号の生成に用いる第１の枠の中心Ｃ１’を、第１の枠の半径Ｒ１’、第１の開口パラメータａ１、第３の枠Ｆ３の中心Ｃ３および半径Ｒ３から、Ｃ１’＝Ｃ３－（Ｒ１’－ａ１×Ｒ３）と算出する。
同様に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、仮想焦点検出信号の生成に用いる第２の枠の中心Ｃ２’を、第２の枠の半径Ｒ２’、第２の開口パラメータａ２、第３の枠Ｆ３の中心Ｃ３および半径Ｒ３から、Ｃ２’＝Ｃ３＋（Ｒ２’－ａ２×Ｒ３）と算出する。

以上のパラメータが取得、算出されると、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、図１７の上段左図に示す第１仮想瞳部分領域ＶＰ_１６０１および第２仮想瞳部分領域ＶＰ_２６０２を生成する。

第１仮想瞳部分領域ＶＰ_１６０１および第２仮想瞳部分領域ＶＰ_２６０２は、
・撮像素子１０７の第１瞳強度分布５０１および第２瞳強度分布５０２、
・焦点検出位置の座標（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標ごとの瞳偏心量ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・撮像素子１０７の個体ごと、かつ焦点検出位置の座標ごとの入射瞳距離Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF）、
・結像光学系の第１から第３の枠Ｆ１～Ｆ３
に対応している。

次に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、図１７の上段中央図に示すように、第１仮想瞳部分領域ＶＰ_１を瞳分割方向に垂直な方向に射影し、仮想デフォーカス量ｄ_virの大きさ｜ｄ_vir｜に応じたスケール変換を行い、第１仮想線像Ａを生成する。
同様に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第２仮想瞳部分領域ＶＰ_２６０２を瞳分割方向に垂直な方向に射影し、仮想デフォーカス量ｄ_virの大きさ｜ｄ_vir｜に応じたスケール変換を行い、第２仮想線像Ｂを生成する。

仮想デフォーカス量ｄ_virが前ピン状態の場合（＜０）、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第１仮想線像Ａと第２仮想線像Ｂを加算した線像Ａ＋Ｂの重心位置を中心として、第１仮想線像Ａと第２仮想線像Ｂの左右を反転する。

ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第１仮想線像Ａおよび第２仮想線像Ｂのそれぞれと被写体信号との畳み込み積分（コンボリューション）を行い、第１仮想被写体像ＶＡ_Iおよび第２仮想被写体像ＶＢ_Iを生成する。これは、図１７の上段中央図から上段右図に示す処理に相当する。

次に、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、図１７の上段右図から下段右図に示す処理を行う。ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、第１仮想被写体像ＶＡ_Iおよび第２仮想被写体像ＶＢ_Iに、順次、仮想的に、信号処理を適用する。この信号処理には、光学ローパスフィルタ処理、画素開口ローパスフィルタ処理、ＲＧＢベイヤー配列（図２）での画素サンプリング処理などが含まれる。

そして、ＣＰＵ１２１（信号生成部１２１ｂ）は、
・第１仮想焦点検出用信号ＶＩ_１（ｊ，ｉ｜ｄ_vir，ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）と、
・第２仮想焦点検出用信号ＶＩ_２（ｊ，ｉ｜ｄ_vir，ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）と、を生成する。

図１６のＳ２０３（および、図１７の下段）においてＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、第１仮想焦点検出用信号ＶＩ_１および第２仮想焦点検出用信号ＶＩ_２を用いて、仮想的に、焦点検出処理を行う。仮想的な焦点検出処理には、Ｓ１０３における式（１３Ａ）および（１３Ｂ）に示した相関量の算出から、Ｓ１０４における実数値のシフト量とその平均値の算出までの処理が含まれる。

そして、ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、仮想像ずれ量ｑ_vir（ｄ_vir，ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）を算出する。

なお、複数種類の被写体信号を仮想線像との畳み込み積分に用いることにより、仮想像ずれ量ｑ_virの算出精度を向上させることができる。例えば、異なる空間周波数帯域を有する複数の被写体信号を仮想線像との畳み込み積分に用い、個々の結果を平均したり重みづけ加算したりすることにより、仮想像ずれ量ｑ_virの算出精度を向上させることができる。

図１６のＳ２０４でＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、仮想デフォーカス量ｄ_virを、算出された仮想像ずれ量ｑ_virで除算する。これにより、変換係数Ｋ（ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）が算出される。

なお、上述したように、仮想デフォーカス量ｄ_virまたは被写体信号を複数用いて変換係数Ｋを算出することで、変換係数Ｋの精度を向上させることができる。ただし、演算負荷または演算時間が増加するため、ＣＰＵ１２１の能力や負荷状況を考慮して、仮想デフォーカス量ｄ_virまたは被写体信号を複数用いるか否かを決定してもよい。

図１４に戻って、Ｓ１０６でＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、像ずれ量ｑ_detに変換係数Ｋ（ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）を乗算し、デフォーカス量ｄ_detを算出する。なお、デフォーカス量ｄ_detを撮像素子１０７から出力される画素信号に対して算出する例を説明したが、記録媒体１３３に記録済みの画素信号に対して算出してもよい。

本実施形態の撮像装置１００は、結像光学系の瞳領域のうち、互いに異なる部分領域を通過した光を個別に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る。撮像装置１００は、画素信号を用いてそれぞれの部分領域に対応する焦点検出用信号を生成し、焦点検出用信号に基づいて像ずれ量を算出する。撮像装置１００はまた、像ずれ量に変換係数を適用してデフォーカス量を求める。撮像装置１００は、仮想デフォーカス量を設定して生成した仮想焦点検出用信号の相関量から仮想像ずれ量を算出し、仮想像ずれ量と仮想デフォーカス量とから、変換係数を算出する。変換係数は、撮像素子の瞳偏心量と、撮像素子の入射瞳距離と、結像光学系の複数の枠の開口情報とに基づく。

本実施形態では、撮像装置１００のＣＰＵ１２１が変換係数Ｋを算出する例を説明した。しかし、変換係数Ｋのパラメータ（ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF），Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）の複数の組み合わせに対応する変換係数Ｋを予め用意しておくこともできる。この場合、変換係数Ｋは、撮像装置１００のＲＯＭ１３５などの不揮発性記憶装置に格納しておき、焦点検出処理の実行時に用いることができる。

図１８に、第１の開口パラメータａ１（０≦ａ１≦１）、第２の開口パラメータａ２（０≦ａ２≦１）の値に応じた第１仮想瞳部分領域ＶＰ_１６０１および第２仮想瞳部分領域ＶＰ_２６０２の変化例を示す。

（変形例）
変換係数の逆数１／Ｋ（ｄＸ（ｘ_AF，ｙ_AF）、Ｚ＋ｄＺ（ｘ_AF，ｙ_AF），ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ，ａ１，ａ２）を、変数（１－ａ１）および変数（１－ａ２）の多項式関数で近似することで、撮像装置１００のＲＯＭ１３５に格納するデータ量を抑制できる。具体的には、多項式関数の各次数の係数ＰＤ_αβ（ｄＸ，Ｚ，ｘ_AF，ｙ_AF，Ｆ，ＬＰＯ）をＲＯＭ１３５に格納することができる。

この場合、Ｓ１０５では、ＣＰＵ１２１は、図１６に示す工程ではなく、以下の式（１５）によって変換係数Ｋを算出することができる。

係数ＰＤ_αβを記憶しておき、撮像時に焦点検出位置や撮像条件などを適用することにより、ＣＰＵ１２１は変換係数Ｋを算出する。このように、事前に用意された係数と式（１５）とを用いて変換係数Ｋを算出することにより、ＣＰＵ１２１の演算負荷を低減し、高速な焦点検出を実現することができる。

記憶しておく係数ＰＤ_αβは、第１の開口パラメータａ１、第２の開口パラメータａ２を用いない。そのため、設定可能な絞り値Ｆの範囲と、結像光学系の絞り枠の射出瞳距離ＬＰＯの取り得る範囲とが決まっていれば、結像光学系に依存せずに変換係数Ｋを算出することができる。

なお、変換係数Ｋの算出に係るＣＰＵ１２１の負荷を軽減する別の方法として、変換係数ｋをＣＰＵ１２１とは別のハードウェアで算出するようにしてもよい。変換係数Ｋを算出する回路を例えばＡＳＣＩやＦＰＧＡなどを用いて実現し、撮像装置１００に設けても良い。また、式（１５）を用い、様々な撮像条件や焦点検出位置について変換係数Ｋを事前に算出してＲＯＭ１５３および交換レンズ内の不揮発性メモリの少なくとも一方に格納しておいてもよい。交換レンズ内の不揮発性メモリに格納された偏見係数Ｋは、ＣＰＵ１２１（レンズ情報取得部１２１ｄ）がレンズ通信回路１３０を通じて取得する。

なお、図１３から、絞り値Ｆが十分に大きい（絞りの開口が十分に小さい）場合、第１瞳部分領域６０１および第２瞳部分領域６０２は第１の枠Ｆ１および第２の枠Ｆ２の影響をほとんど受けず、実質的に第３の枠Ｆ３によって決定されることが分かる。これは、絞り値Ｆが十分に大きい場合、第１の開口パラメータａ１および第２の開口パラメータａ２が変換係数Ｋに与える影響が小さくなることを意味する。

したがって、本実施形態で説明した変換係数Ｋの算出方法は絞り値Ｆが小さい（絞りの開口が大きい）場合に特に好適である。一方、絞り値Ｆが大きい（絞りの開口が小さい）場合、ＣＰＵ１２１の負荷状況によっては従来の方法で変換係数を取得してもよい。例えば、絞り値Ｆが閾値以上であれば従来の方法で、絞りＦが閾値未満であれば本実施形態の方法で変換係数を算出することで、高精度の焦点検出と演算負荷の低減とを両立することができる。

本実施形態では、２次元撮像素子から得られる焦点検出用信号を用いて撮像面位相差ＡＦを実行する焦点検出装置において、製造誤差などに起因して発生する、像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離の変化の少なくとも一方を考慮して焦点検出を行うようにした。具体的には、焦点検出位置における瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方を考慮して、焦点検出用信号を生成し、ずれ量を算出する。また、ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数についても、焦点検出位置における瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方を考慮して算出するようにした。

これにより、レンズ交換式の撮像装置において、実際に取り付けられている撮像素子と、装着された交換レンズ（結像光学系）との任意の組み合わせに対して、焦点検出位置に適した変換係数を高精度に算出することができ、高精度な焦点検出精度を実現できる。

●（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態は、像高に応じて変化する瞳偏心量ｄＸおよび入射瞳距離誤差ｄＺを考慮して変換係数Ｋを算出することにより、変換係数Ｋの精度を向上させるものであった。本実施形態は、瞳強度分布の形状の差異に起因する変換係数Ｋの精度低下を補正することで、変換係数Ｋの精度をより向上させる。

図１９は、設計特性や平均特性等など、基準となる２次元基準瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面と、撮像装置１００のカメラ本体に固有の１次元補正用瞳強度分布とを示している。横軸は入射角度［ｄｅｇ］である。２次元瞳強度分布は１次元瞳強度分布より角度範囲が広く、データ量が多い。そのため、２次元基準瞳強度分布を用いて基準の変換係数Ｋを予め算出し、カメラ本体に固有の１次元補正用瞳強度分布に基づいて、基準の変換係数Ｋを相対的に補正することで、個々のカメラ本体の特性に応じた高精度な変換係数Ｋを得ることができる。

図１９（ａ）において、１８０１は、図４の第１瞳強度分布５０１に対応した基準となる２次元基準瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面、１８０２は、図４の第２瞳強度分布５０２に対応した基準となる２次元基準瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面をそれぞれ示している。一方、１８０３は、図４の第１瞳強度分布５０１に対応した、カメラ本体に固有の１次元補正用瞳強度分布、１８０４は、図４の第２瞳強度分布５０２に対応した、カメラ本体に固有の１次元補正用瞳強度分布を示している。カメラ本体に固有の１次元補正用瞳強度分布は、カメラ本体の個体ごとに（一台一台で）異なる。交点１８０５は、１対の２次元基準瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面１８０１と１８０２の交点、および、１対の１次元補正用瞳強度分布１８０３と１８０４の交点を示している。

図１９（ｂ）において、１８０６は、図１９（ａ）の２次元基準瞳強度分布１８０１を、１次元補正用瞳強度分布１８０３を用いて、交点１８０５近傍領域での形状の一致度が高くなるようにスケール変換した、補正後の２次元瞳強度分布を示している。同様に、１８０７は、図１９（ａ）の２次元基準瞳強度分布１８０２を、１次元補正用瞳強度分布１８０４を用いて、交点１８０５近傍領域での形状の一致度が高くなるようにスケール変換した補正後の２次元瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面を示している。

図２０（ａ）から（ｃ）を用いて、本実施形態における変換係数Ｋの補正値算出方法について説明する。図２０（ａ）において、縦に延びる点線１９０１は結像光学系が有する絞り枠を示す。

図２０（ｂ）において、破線１９０２は、２次元基準瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面１８０１に、絞り枠１９０１によるケラレの影響を加味して導出された線像を示す。
また、破線１９０３は、２次元基準瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面１８０２に、絞り枠１９０１のケラレの影響を加味して導出された線像を示す。
実線１９０４は補正後の２次元瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面１８０６に、絞り枠１９０１のケラレの影響を加味して導出された線像を示す。
実線１９０５（実線）は、２次元補正後瞳強度分布の瞳面Ｘ軸断面１８０７が、絞り枠１９０１のケラレの影響を加味して導出された線像を示す。
また、１９０６（ＢＬ１）は、線像１９０２と線像１９０３の重心差である基線長を示し、１９０７（ＢＬ２）は、線像１９０４と線像１９０５の重心差である基線長を示している。

本実施形態では、これらの基線長ＢＬ１およびＢＬ２の比較に基づいて、高精度な変換係数Ｋの補正値を算出する。具体的には、変換係数Ｋの補正値Ｃｏｒｒｅｓｔｉｏｎ＿Ｋは、図２０（ｂ）に示す基線長１９０６（ＢＬ１）と、基線長１９０７（ＢＬ２）を用いて、以下の式（１６）によって算出される。
Correction_K=BL1/BL2 (16)

変換係数は基線長の逆数であるため、変換係数に適用する補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋは基線長１９０７（ＢＬ２）に対する基線長１９０６（ＢＬ１）の比として算出される。基線長を補正する場合、補正値はBL2/BL1となる。

なお、設計上の２次元基準瞳強度分布の基線長情報と、撮像装置の固体情報である１次元補正用瞳強度分布の基線長情報との比較に基づいて導出されれば、変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋは式（１６）以外の形式であってもよい。

式（１６）で導出した変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋを適用することで、変換係数の精度を向上させることができる。さらに、焦点検出時に焦点検出用信号に対してバンドパスフィルタ処理を適用する場合は、焦点検出用信号の空間周波数帯域を考慮した補正値を算出することにより、変換係数のさらなる精度向上が実現できる。

図２０（ｃ）において、
破線１９０８は、線像１９０２にバンドパスフィルタ処理を適用した結果（絶対値）、
破線１９０９は、線像１９０３にバンドパスフィルタ処理を適用した結果（絶対値）、
実線１９１０は、線像１９０４にバンドパスフィルタ処理を適用した結果（絶対値）、
実線１９１１は、線像１９０５にバンドパスフィルタ処理を適用した結果（絶対値）、
をそれぞれ示す。

また、１９１２（ＢＬ１’）は、破線１９０８および１９０９で示した、バンドパスフィルタ処理後の線像（絶対値）の重心の差である基線長を示している。同様に、１９１３（ＢＬ２’）は、実線１９１０および１９１１で示した、バンドパスフィルタ処理後の線像（絶対値）の重心の差である基線長を示している。

ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、線像１９０２～１９０５のそれぞれに、焦点検出処理において焦点検出用信号に適用するものと同様のバンドパスフィルタを適用し、フィルタ処理後の線像（絶対値）１９０８～１９１１を導出する。その後、ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、フィルタ処理後の線像（絶対値）１９０８、１９０９の重心の差である基線長１９１２（ＢＬ１’）を求める。同様に、ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、フィルタ処理後の線像（絶対値）１９１０、１９１１の重心の差である基線長１９１３（ＢＬ２’）を算出し、式（１７）によって変換係数Ｋの補正値Ｃｏｒｒｅｓｔｉｏｎ＿Ｋを算出する。
Correction_K=BL1’/BL2’ (17)

式（１６）と式（１７）は、基線長を算出する線像の処理内容に差があることを除けば本質的に同一である。そのため、線像にバンドパスフィルタ処理を適用する場合も、変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋは式（１７）以外の形式であってよい。

変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋは、焦点検出位置の座標ごとに算出してもよいし、離散的な複数の代表座標についてのみ算出し、他の座標については補間などによって算出してもよい。

第１瞳強度分布５０１と第２瞳強度分布５０２の交点１８０５近傍領域の曲線形状は、撮像素子１０７上の座標による変化が小さい。そのため、変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋについても、撮像素子１０７上の座標による変化量が小さい。この特性を利用して、例えば、中央座標（０，０）近傍の１座標について変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋを算出し、全ての変換係数に共通する補正値として用いてもよい。

共通して用いる補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋを算出する座標は、焦点検出位置との最大距離が短い中央座標（０，０）もしくはその近傍とすることができる。なお、変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋは、基線長を用いない方法で算出してもよい。例えば、基準となる２次元基準瞳強度分布と、カメラ本体に固有な１次元補正用瞳強度分布との相対関係などに基づいて、変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋを算出することもできる。

なお、変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋは、ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）が算出する代わりに、予め記憶されたものを用いてもよい。例えば、像高ごとの変換係数Ｋと対応する補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋとを、ＲＯＭ１３５に予め記憶しておき、レンズ情報と焦点検出位置の像高レンズ情報とに応じて変換係数Ｋと変換係数の補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋとを取得してもよい。

ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、焦点検出処理に用いる最終的な変換係数Ｋ’を、第１実施形態で算出した変換係数Ｋと、補正値Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｋとから、式（１８）によって算出する。
K’=Correction_K・K (18)

ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、このようにして算出した変換係数Ｋ’を図１４のＳ１０６におけるデフォーカス量の算出に用いる。すなわち、ＣＰＵ１２１（焦点検出部１２１ｃ）は、Ｓ１０４で求められた像ずれ量ｑ_detに、Ｓ１０５で求められた変換係数Ｋを補正して得られる変換係数Ｋ’を適用し、デフォーカス量ｄ_detを式（１９）に示すように算出する。
d_det=K’・q_det (19)

本実施形態においても、デフォーカス量ｄ_detを撮像素子１０７から出力される画素信号に対して算出する例を説明したが、記録媒体１３３に記録済みの画素信号に対して算出してもよい。

本実施形態では、基準となる２次元基準瞳強度分布と、撮像装置に固有の１次元補正用瞳強度分布との形状の差異に応じて、２次元基準瞳強度分布を用いて算出された変換係数Ｋを補正するようにした。これにより、例えば撮像装置に取り付けられている撮像素子が有するマイクロレンズの高さのばらつきなどに起因した瞳強度分布の形状の差異が変換係数の精度に与える影響を補正し、より精度の高い変換係数を算出することができる。その結果、第１実施形態の効果に加え、さらなる焦点検出精度の向上が実現できる。

●（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、撮像素子１０７の構成、具体的には副画素の分割方法が第１および第２実施形態とは異なる。他の構成は第１および第２実施形態と同様であるため、重複する説明は省略する。

具体的には、図２１および図２２に示すように、本実施形態の撮像素子１０７は、各画素の光電変換部が列方向に加え行方向にも２分割され、第１～第４副画素２０１～２０４を有している。画素ごとに第１～第４副画素２０１～２０４の信号を加算することで、撮像信号（撮像画像）が生成される。

図２１は、撮像素子１０７の画素（撮像画素）配列を示す図である。図２２は、撮像素子１０７の画素構造を示す図であり、図２２（ａ）は撮像素子１０７の画素２００Ｇの平面図（＋ｚ方向から見た図）、図２２（ｂ）は図２２（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２１および図２２において、図２および図３と共通する構成については同じ参照数字を付して説明を省略する。

図２１は、本実施形態における撮像素子１０７の画素（単位画素）配列を４列×４行の範囲で、副画素配列を８列×８行の範囲で示している。
４列×４行の画素群２００には、図２と同様に原色ベイヤ配列のカラーフィルタが設けられている。さらに、各画素（単位画素）は、光電変換領域がｘ方向に２分割、ｙ方向に２分割され、第１～第４副画素２０１～２０４の複数の副画素により構成されている。

第１～第４副画素２０１～２０４は１つのマイクロレンズを共有する。第１副画素２０１は、結像光学系の第１瞳部分領域を通過した光束を受光する。第２副画素２０２は、結像光学系の第２部分瞳領域を通過した光束を受光する。第３副画素２０３は、結像光学系の第３瞳部分領域を通過した光束を受光する。第４副画素２０４は、結像光学系の第４瞳部分領域を通過した光束を受光する。

本実施形態の撮像素子１０７は、例えば、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。したがって、撮像素子１０７は、副画素の列方向および行方向の周期ＰＳＵＢがそれぞれ３μｍ、副画素の数ＮＳＵＢが横１２０００列×縦８０００行＝９６００万画素である。

図２２（ｂ）に示されるように、本実施形態の画素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ＮＨ分割（２分割）、ｙ方向にＮＶ分割（２分割）された第１光電変換部３０１、３０２、３０３、３０４が形成されている。第１光電変換部３０１～３０４はそれぞれ、副画素２０１～２０４に対応する。

本実施形態では、撮像素子１０７の各画素の第１副画素２０１および第３副画素２０３の画素信号に基づいて第１の焦点検出用信号を生成し、各画素の第２副画素２０２および第４副画素２０４の画素信号に基づいて第２の焦点検出用信号を生成する。また、撮像素子１０７の各画素の第１～第４副画素２０１～２０４の画素信号を加算することにより、有効画素数Ｎの解像度を有する撮像信号（撮像画像）を生成することができる。

なお、第１の焦点検出用信号を第１副画素２０１および第２副画素２０２の画素信号に基づいて生成し、第２の焦点検出用信号を第３副画素２０３および第４副画素２０４の画素信号に基づいて生成してもよい。あるいは、第１の焦点検出用信号を第１副画素２０１および第４副画素２０４の画素信号に基づいて生成し、第２の焦点検出用信号を第２副画素２０２および第３副画素２０３の画素信号に基づいて生成してもよい。

第１の焦点検出用信号および第２の焦点検出用信号の生成に用いる画素信号が異なることを除き、第１および第２実施形態のいずれかに従って焦点検出を行うことができる。本実施形態では、第１または第２実施形態の効果に加え、動的に瞳分割方向を変更できるという効果を有する。

（その他の実施形態）
各実施形態で説明した撮像ユニットおよび撮像装置は様々なアプリケーションに適用可能である。例えば、撮像ユニットは可視光以外にも赤外光、紫外光、Ｘ線等の光のセンシングに用いることが可能である。また、撮像装置はデジタルカメラに代表されるが他にも、スマートフォン等のカメラ付携帯電話、監視カメラ、ゲーム機器等にも適用可能である。さらに、内視鏡や血管撮像を行う医療機器や、肌や頭皮を観察する美容機器、スポーツやアクション動画を撮像するためのビデオカメラに適用できる。そして、交通や船舶監視やドライブレコーダー等の交通目的カメラ、天体観測や検体観察等の学術用途カメラ、カメラ付き家電製品、マシンビジョン等にも適用可能である。特にマシンビジョンとして、工場等におけるロボットには限られず、農業や漁業での活用も可能である。

また、上述の実施形態に示した撮像装置の構成は、一例を示したものであり、本発明を適用可能な撮像装置は、図１に示した構成に限定されるものではない。また、撮像装置の各部の回路構成も、各図に示した構成に限定されるものではない。

本発明は、上述の実施形態の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。

本発明は上述した実施形態の内容に制限されず、発明の精神および範囲から離脱することなく様々な変更及び変形が可能である。したがって、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００…撮像装置、１０７…撮像素子、１２１…ＣＰＵ、１２１ａ…画像信号取得部、１２１ｂ…信号生成部、１２１ｃ…焦点検出部、１２１ｄ…レンズ情報取得部、１３０…レンズ通信回路

Claims (13)

1. 撮像素子から得られる信号に基づいて第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号とを生成する生成手段と、
   前記第１の焦点検出用信号と前記第２の焦点検出用信号の像ずれ量を算出する像ずれ量算出手段と、
   前記像ずれ量を結像光学系のデフォーカス量に変換する変換係数を算出する係数算出手段と、
   前記像ずれ量に前記変換係数を適用してデフォーカス量を検出する検出手段と、を有し、
   前記係数算出手段は、焦点検出位置の像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方に基づいて変換係数を算出することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記係数算出手段は、複数の像高について予め記憶された瞳偏心量から前記焦点検出位置における瞳偏心量を求め、前記変換係数の算出に用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. 前記係数算出手段は、複数の像高について予め記憶された入射瞳距離から前記焦点検出位置における入射瞳距離を求め、前記変換係数の算出に用いることを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記係数算出手段は、焦点検出位置の像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方に加え、結像光学系が有する複数の枠の開口情報に基づいて前記変換係数を算出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. 前記係数算出手段は、仮想デフォーカス量を、前記仮想デフォーカス量に対して前記像ずれ量算出手段で算出された前記第１の焦点検出用信号と前記第２の焦点検出用信号の像ずれ量で除算することにより前記変換係数を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記係数算出手段は、結像光学系が有するレンズ枠の情報から得られる開口パラメータを変数とし、前記変換係数の逆数を近似する多項式関数の係数を用いて前記変換係数を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記係数算出手段は、撮像時の絞り値が閾値以上の場合、焦点検出位置の像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離に基づかない変換係数を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記係数算出手段は、基準となる２次元瞳強度分布と、前記焦点検出装置に固有の１次元瞳強度分布との形状の差異に基づいて前記変換係数を補正し、
   前記検出手段は、前記像ずれ量に、補正された前記変換係数を適用してデフォーカス量を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 前記係数算出手段は、前記結像光学系の射出瞳の、異なる部分領域に対応する１対の前記２次元瞳強度分布から得られる１対の線像の基線長と、前記１対の前記２次元瞳強度分布を対応する前記１次元瞳強度分布に基づいて補正した２次元瞳強度分布から得られる１対の線像の基線長との比を用いて前記変換係数を補正することを特徴とする請求項８に記載の焦点検出装置。
10. 前記撮像素子の画素が複数の副画素を有し、前記生成手段は、前記第１の焦点検出用信号と前記第２の焦点検出用信号を、それぞれ異なる副画素から得られる信号に基づいて生成することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
11. 撮像素子と、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、を有し、
    前記焦点検出装置が検出したデフォーカス量に基づいて結像光学系の焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
12. 焦点検出装置が実行する焦点検出方法であって、
    撮像素子から得られる信号に基づいて第１の焦点検出用信号と第２の焦点検出用信号とを生成する生成工程と、
    前記第１の焦点検出用信号と前記第２の焦点検出用信号の像ずれ量を算出する像ずれ量算出工程と、
    前記像ずれ量を結像光学系のデフォーカス量に変換する変換係数を算出する係数算出工程と、
    前記像ずれ量に前記変換係数を適用してデフォーカス量を検出する検出工程と、を有し、
    前記係数算出工程では、焦点検出位置の像高に応じた瞳偏心量および入射瞳距離の少なくとも一方に基づいて変換係数を算出することを特徴とする焦点検出方法。
13. コンピュータを、請求項１から１０のいずれか１項に記載の焦点検出装置が有する各手段として機能させるためのプログラム。

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