JP4858008B2 - 焦点検出装置、焦点検出方法および撮像装置 - Google Patents

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する。

対象物体の光像をそれぞれ一対の光電変換素子アレイ上に形成し、それらの光電変換素子アレイから出力される一対の電気信号データ列の相関を演算する装置が知られている。例えば、撮影光学系の射出瞳面の異なる領域を通過した一対の光束をイメージセンサーで受光し、イメージセンサー上に結像された一対の光像を一対の電気信号データ列に変換し、これらの信号データ列の相関を演算して撮影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）。

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。
特開平０４−３３８９０５号公報

しかしながら、上述した従来の相関演算方法では、一対の信号データ列Ａ１、Ａ２、・・、ＡＮとＢ１、Ｂ２、・・、ＢＮ（Ｎはデータの個数）をずらし量ｋを変えながら比較し、単に両信号データ列の差の絶対値の総和Σ｜Ａn−Ｂn+k｜を求めて両信号データ列の相関量Ｃ(ｋ)としているので、例えば一対の光束のいずれか一方に撮影光学系による“ケラレ”が発生した場合には、イメージセンサーから出力される一対の信号データ列に相対的な歪みが発生し、両信号データ列の相関関係を正確に検出できなくなるという問題がある。

請求項１の発明による焦点検出装置は、光学系の射出瞳上の一対の領域を通り前記光学系の絞りの第1の絞り開口径により制限される光束による一対の像に関する一対の信号データ列を出力する検出手段と、前記一対の信号データ列を相対的にずらしながら相関度を演算する相関演算手段と、前記相関演算手段で得られた相関度が所定値以上となるずらし量が複数存在する場合に、前記光学系の絞りを第２の絞り開口径に変更して前記検出手段に一対の信号データ列を出力させ、前記相関演算手段に当該一対の信号データ列の相関度を演算させる制御手段と、前記相関演算手段で得られた相関度が所定値以上となるずらし量を、前記光学系の絞り開口径に応じて前記光学系の焦点調節状態に対応するデフォーカス量に変換する変換手段と、前記光学系の絞りの前記第１及び第２の絞り開口径において得られた複数のデフォーカス量の中から所定差以内の複数のデフォーカス量を抽出し、これらのデフォーカス量に基づいて前記焦点調節状態における最終的なデフォーカス量を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
請求項７の発明による焦点検出方法は、光学系の射出瞳上の一対の領域を通り、前記光学系の絞りの第1の絞り開口径により制限される光束による一対の像に関する一対の信号データ列を出力し、前記一対の信号データ列を相対的にずらしながら相関度を演算し、
前記相関度が所定値以上となるずらし量が複数存在する場合に、前記光学系の絞りを第２の絞り開口径に変更して再度前記一対の信号データ列を出力させ、当該一対の信号データ列の相関度を演算し、前記相関度が所定値以上となるずらし量を、前記光学系の絞り開口径に応じて前記光学系の焦点調節状態に対応するデフォーカス量に変換し、前記光学系の絞りの前記第１及び第２の絞り開口径において得られた複数のデフォーカス量の中から所定差以内の複数のデフォーカス量を抽出し、これらのデフォーカス量に基づいて前記焦点調節状態における最終的なデフォーカス量を決定することを特徴とする。

本発明によれば、例えば一対の焦点検出用光束のいずれか一方に撮影光学系によるケラレが発生してイメージセンサーから出力される一対の信号データ列に相対的な歪みが発生しても、両信号データ列の相関関係を正確に検出することが可能になる。

本願発明の画像処理装置を備えた撮像装置を、デジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。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。

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。

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。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。

液晶表示素子駆動回路２１５は、液晶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。

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。

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。

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。

図２は撮影画面上における焦点検出位置を示す。撮影画面１００の５カ所に焦点検出エリア１０１〜１０５が配置される。これらの焦点検出エリア１０１〜１０５は、後述する撮像素子２１２の焦点検出画素が撮影画面１００上で被写体像をサンプリングする領域を示し、長方形で示した焦点検出エリア１０１〜１０５の長手方向に焦点検出画素が直線的に配列される。撮影者は、複数の焦点検出エリア１０１〜１０５の中から撮影構図に応じて焦点検出エリア選択操作部材（不図示）により１つの焦点検出エリアを手動で選択する。

図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図である。なお、図３は撮像素子２１２上のひとつの焦点検出領域の周囲を拡大した部分拡大図である。撮像素子２１２は撮像画素３１０と焦点検出用の焦点検出画素３１１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ーから構成される。また、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。撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳（たとえば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、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によって最も明るい交換レンズの射出瞳（たとえば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。

２次元状に配置された撮像画素３１０には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色フィルターが備えられ、各色フィルターは図６に示す分光感度特性を有している。ＲＧＢの色フィルターを備えた撮像画素３１０は、図３に示すようにベイヤー配列される。

一方、焦点検出画素３１１には、光量をかせぐために色フィルターは設けられておらず、その分光感度特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光感度とを総合した図７に示す分光感度特性を有している。焦点検出画素３１１の分光感度は、図６に示す撮像画素３１０の内の緑画素Ｇ、赤画素Ｒ、青画素Ｂの分光感度を加算したような分光感度特性となり、その感度の光波長領域は緑画素Ｇ、赤画素Ｒ、青画素Ｂの感度の光波長領域を包含している。

焦点検出画素３１１は、図２に示す焦点検出エリア１０１〜１０５の撮像画素３１０のＢフィルターとＧフィルターが配置されるべき行または列に、直線状に隙間なしに密に配置される。焦点検出画素３１１を撮像画素３１０のＢフィルターとＧフィルターが配置されるべき行または列に配置することによって、画素補間により焦点検出画素３１１の位置の画素信号を算出する場合に、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、人間の目は青より赤に敏感であることと、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画像劣化への寄与が小さいためである。

図８は撮像画素３１０の断面図である。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、不図示の色フィルターはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。

図９は焦点検出画素３１１の断面図である。焦点検出画素３１１において、焦点検出用の光電変換部１２，１３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が前方に投影される。光電変換部１２，１３は半導体回路基板２９上に形成される。

次に、図１０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を説明する。図１０において、交換レンズ２０２の光軸９１上に配置される焦点検出画素３１１のマイクロレンズ５０と、そのマイクロレンズ５０の後方に配置される一対の光電変換部５２，５３、および交換レンズ２０２の光軸９１外に配置される焦点検出画素３１１のマイクロレンズ６０と、そのマイクロレンズ６０の後方に配置される一対の光電変換部６２，６３を例にあげて説明する。交換レンズ２０２の予定結像面に配置したマイクロレンズ５０、６０の前方の距離ｄ０の位置に、交換レンズ２０２の射出瞳９０を設定する。ここで、距離ｄ０は、マイクロレンズ５０、６０の曲率、屈折率、マイクロレンズ５０、６０と光電変換部５２，５３、６２，６３との間の距離などに応じて決まる値であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。

マイクロレンズ５０、６０は交換レンズ２０２の予定結像面に配置されており、光軸９１上のマイクロレンズ５０によって一対の光電変換部５２，５３の形状がマイクロレンズ５０から投影距離ｄ０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。一方、光軸９１外のマイクロレンズ６０によって一対の光電変換部６２，６３の形状が投影距離ｄ０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る。

光電変換部５２は、測距瞳９２を通過しマイクロレンズ５０へ向う焦点検出光束７２によってマイクロレンズ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へ向う焦点検出光束７３によってマイクロレンズ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へ向う焦点検出光束８２によってマイクロレンズ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へ向う焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。なお、焦点検出画素３１１の配列方向は一対の瞳距離の分割方向と一致させる。

このような焦点検出画素を直線状に多数配列し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２と測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳９２と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を得ることができる。さらに、この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割位相差検出方式で一対の像の像ズレ量を検出することができる。そして、この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施すことによって、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）を算出することができる。

なお、図１０では、光軸９１上にある第一焦点検出画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２，５３）と隣接する第一焦点検出画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２，６３）を模式的に例示したが、その他の焦点検出画素においても同様に、一対の光電変換部が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。また、図１０では、測距瞳が絞り開口によって制限されていない状態を説明したが、実際は測距瞳は絞り開口によって制限された形状、大きさになる。これについては詳細を後述する。

図１１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。焦点検出用画素３１１から一対の光電変換部１２，１３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９２，９３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Ｆ１）となる。一方、撮像画素３１０の光電変換部１１をマイクロレンズ１０により射出瞳面９０に投影すると領域９４となり、測距瞳９２，９３を包含した広い領域となる。

図１１において、破線で示す交換レンズ２０２の絞り開口に対応した領域９５の中心と測距瞳９２，９３の外接円の中心との位置関係は、交換レンズ固有の射出瞳の位置と焦点検出画素３１１の画面上の位置（光軸からの距離）に応じて変化し、光軸９１上にある焦点検出画素以外の場合は一致しない。交換レンズ２０２の射出瞳９０の中心と測距瞳９２，９３の外接円の中心とが一致しない場合には、一対の測距瞳９２、９３を通過する光束がアンバランスにケラレ、結果的に形成される一対の像の光量が一致せずに歪みが生じる。

図１２は、画面周辺の焦点検出位置における焦点検出画素３１１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１２(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生ずると、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１２(ｂ)に示すようになり、同一のデータを相対的にシフトしたものにはならない。

上述した焦点検出光束のケラレによって生ずる一対の像データのアンバランスの影響を受けないようにする対策として、瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置において、一対の測距瞳の外形を予め焦点検出を行う光学系の絞り開放開口径より小さくしておくことが知られているが、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置においては、マイクロレンズの収差および回折効果により、一対の測距瞳の外形形状がぼけにより広がってしまうためにけられを防止することが困難である。

そこで、本出願人は、焦点検出光束のケラレによって一対の像データのアンバランスが生じていても、その影響を受けずに像ズレが検出可能な新しい相関演算式を提案している。これについては後述する。

図１３は、一実施の形態のディジタルスチルカメラ（撮像装置）の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップ１００でカメラの電源が投入されるとこの撮像動作を開始する。ステップ１１０において測光装置（不図示）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、あるいは絞り設定操作部材（不図示）により撮影者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し、この絞り開口径にて撮像画素３１０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。

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、焦点検出エリアは選択操作部材（不図示）を用いて撮影者により選択されている。続くステップ１３０で焦点検出画素列に対応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では算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内か、すなわち合焦か否かを調べる。合焦近傍でないと判定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へ戻って上述した動作を繰り返す。焦点検出不能な場合もこのステップ１５０へ分岐し、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へ戻って上述した動作を繰り返す。

一方、合焦していると判定された場合はステップ１６０へ進み、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判定し、なされていないと判定された場合はステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。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ら撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２のすべての撮像画素３１０および焦点検出画素３１１から画像データを読み出す。ステップ１８０において、焦点検出画素列の各画素位置における画素データを焦点検出画素３１１のデータおよび周囲の撮像画素３１０のデータに基づいて補間する。ステップ１９０で撮像画素３１０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へ保存し、ステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

図１４は、図１３に示す撮像動作のステップ１３０における像ズレ量およびデフォーカス量の演算を示すサブルーチンである。ステップ２００で初回の焦点検出演算処理（相関演算処理）を行う。

図１９は撮影絞り開口径による測距瞳制限の様子を示す図である。焦点検出用画素３１１から一対の光電変換部１２，１３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９２，９３は、絞り開口を射出瞳面位置に換算した場合の開口径４００により制限を受ける。開口径４００で制限された測距瞳９２の測距瞳重心を４０２、開口径４００で制限された測距瞳９３の測距瞳重心を４０３とすると、測距瞳の並び方向の重心４０２，４０３の重心間隔はＧとなる。

図２０により、ずらし量（像ズレ量）からデフォーカス量への変換原理を説明する。図において、４０２，４０３は図１９に示す開口径４００で制限された測距瞳９２，９３の測距瞳重心である。予定結像面をＰ０とし、予定結像面Ｐ０を基準として射出瞳面９０と反対方向に離れた面をＰ１、予定結像面Ｐ０を基準として射出瞳面９０の方向に寄った面をＰ２とする。面Ｐ１が合焦面の場合は、測距瞳重心４０２，４０３を通る光線の予定結像面Ｐ０でのズレ量はｘＰ１となる。ここで、ズレ量は重心４０３を通る光線の位置を基準として紙面で上方向を＋とする。面Ｐ２が合焦面の場合は、測距瞳重心４０２，４０３を通る光線の予定結像面でのズレ量はｘＰ２となる。

したがって、面Ｐ１，Ｐ２の予定結像面Ｐ０に対するデフォーカス量はｄＰ１、ｄＰ２となる。ここで、デフォーカス量は予定結像面Ｐ０を基準として射出瞳面９０の方向を＋とする。一般に、像ズレ量ｘ、重心間隔Ｇ、測距瞳距離ｄ０とすると、デフォーカス量ｄは次式で求められる。
ｄ＝ｘ×ｄ０／（Ｇ＋ｘ） ・・・（１）

図１４に示すフローチャートに戻り、像ズレ量およびデフォーカス量の演算の説明を続ける。ステップ２１０において、初回の焦点検出演算処理で得られたずらし量（像ズレ量）ｘを（１）式に代入し、デフォーカス量を演算する。なお、重心間隔Ｇには撮影Ｆ値における重心間隔を用いる。図１７に示すように相関度が所定値以上のずらし量が複数（ｘ１、ｘ２）存在する場合には、それぞれについてデフォーカス量（ｄ１、ｄ２）を算出する。ステップ２２０で相関度が所定値以上のずらし量が複数存在するかチェックし、存在しない場合にはステップ２７０から図１３のステップ１３０へリターンする。

相関度が高いずらし量が複数存在する場合はステップ２３０へ進み、撮影絞り値とは異なる絞り値の絞り制御情報をレンズ駆動制御装置２０６へ送り、絞り開口径に撮影絞り値と異なる値を設定し、この絞り開口径で撮像画素のデータを間引き読み出しする。

図２１は異なる絞り開口径にした場合の測距瞳制限の説明図である。図１９に示す開口径４００より小さな開口径４１０になるように絞り値を制御すると、開口径４１０で制限された測距瞳９２の測距瞳重心４１２は図１９に示す重心４０２より内側に寄り、また開口径４１０で制限された測距瞳９３の測距瞳重心４１３は図１９に示す重心４０３より内側に寄り、測距瞳の並び方向の重心４１２，４１３の重心間隔はＧ’となって図１９に示す重心間隔Ｇより小さくなる。

図１４のステップ２４０で、絞り開口径が撮影絞り値と異なる絞り値に設定された状態で焦点検出画素列から読み出された一対の像データに基づいて、像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行って複数の像ズレ量を演算する。

図１７は、図１９に示す当初の絞り開口径（撮影絞り開口径）で取得した一対の像データを示す。また、図１８は、図２１に示す当初と異なる絞り開口径にした場合の一対の像データを示す。図１７、図１８において、(ａ)は一方の像データを表し、(ｂ)は他方の像データを表す。ともに、縦軸が強度分布を、横軸が位置を示す。また、(ｃ)は、(ｂ)の像データを横軸方向にずらして(ａ)の像データとの相関演算値を算出した場合のグラフであり、縦軸が相関演算値を、横軸がずらし量を表す。(ａ)に示す一方の像データには部分パターンＡと部分パターンＢが存在し、(ｂ)に示す他方の像データには部分パターンＣが存在する。ここでは、部分パターンＡとＣは同形状であり、部分パターンＢは部分パターンＡを所定の増幅度だけ増幅した形状であるとする。

撮影絞り開口で取得した図１７に示す一対の像データに対し、一方の像データ列中の所定間隔離れた２つのデータと、それに対応する他方の像データ列中の２つのデータとをたすきがけ乗算した後、その差分の絶対値を取り、さらにはその総和を取る相関演算を施すことによって、例えば一対の焦点検出光束のいずれか一方に撮影光学系によるケラレが発生してイメージセンサーから出力される一対の信号データ列に相対的な歪みが発生しても、両信号データ列の相関関係を正確に検出できる。この相関演算では、相関が高い場合には相関演算値（相関量）は小さくなり、相関が低い場合には相関演算値が大きくなる。
(ｂ)に示す像データをずらし部分パターンＡと部分パターンＣの位置が揃った場合（ずらし量ｘ１）には、相関演算値は０になる。また、(ｂ)に示す像データをずらし部分パターンＢと部分パターンＣの位置が揃った場合（ずらし量ｘ２）は、相関演算値は０になる。

ところが、ずらし量ｘ２を像ズレ量として採用すると偽合焦が発生する。ちなみに、相関演算として一対の像データの差分の絶対値の総和を採用した場合には、図１７に破線で示すように、部分パターンＢと部分パターンＣの位置が揃った場合でも、相関演算値が０まで落ち込むことはないので、偽合焦を排除することができる。

この一実施の形態では、このような問題を解決し、測距瞳のケラレによって生じる一対の像データのアンバランスの影響を受けずに、一対の像データの相関度を検出可能な相関演算式を採用した場合でも、偽合焦を防止することが可能な焦点検出方法を採用する。すなわち、撮影光学系の異なる絞り開口径において少なくとも二対の像データを検出し、それらに相関演算を施して複数のデフォーカス量を検出する。そして、得られた複数のデフォーカス量を比較して所定差以内のほぼ同一と見なせる２つのデフォーカス量を抽出し、それらに基づいて最終的なデフォーカス量を決定する。

図１８(ａ)に示すように、重心間隔が小さくなったのに伴いパターンＡとＢの位置がパターンＣに近づくが、パターンＡとＢの間隔は変化しない。(ｂ)に示す像データをずらして部分パターンＡと部分パターンＣの相関度が高くなる位置は、図１７に示すずらし量ｘ１より小さいずらし量ｘ３となる。一方、部分パターンＢと部分パターンＣの相関度が高くなる位置は、図１７に示すずらし量ｘ２より小さいずらし量ｘ４となる。なお、部分パターンＡとＢの間隔は図１７、図１８において同一（ｘ２−ｘ１＝ｘ４−ｘ３）になる。

図１４のステップ２５０において、ステップ２４０で算出された複数のずらし量を（１）式によりそれぞれデフォーカス量に変換する。この２回目の演算では（１）式の重心間隔に図２１に示す重心間隔Ｇ’を用いる。続くステップ２６０では、初回の焦点検出演算で得られた複数のデフォーカス量と２回目の焦点検出演算で得られた複数のデフォーカス量とを比較し、デフォーカス量の差の絶対値が予め定めた所定値以下となる２つのデフォーカス量、つまり略同一値と見なせる２つのデフォーカス量を抽出する。そして、これらの値が略一致する２つのデフォーカス量の平均値を求め、最終的なデフォーカス量とする。その後、ステップ２７０から図１３のステップ１３０へリターンする。

図２２はずらし量とデフォーカス量の変換関係を示すグラフである。図において、横軸はずらし量ｘを示し、縦軸はデフォーカス量ｄを示す。（１）式の変換演算では、重心間隔をＧとすると、ずらし量ｘに対するデフォーカス量ｄは図中にＳ１で示す変換関数で表される。一方、重心間隔をＧより小さなＧ’とすると、すらし量ｘに対するデフォーカス量ｄは図中にＳ２で示すような変換関数となる。初回の焦点検出演算で求められたずらし量ｘ１、ｘ２を変換関数Ｓ１で変換するとデフォーカス量ｄ１、ｄ２が得られ、２回目の焦点検出演算で求められたずらし量ｘ３、ｘ４を変換関数Ｓ２で変換するとデフォーカス量ｄ３、ｄ４が得られる。

ここで、図１７、図１８に示す同一の像、すなわち部分パターンＡと部分パターンＣに対する相関演算処理で得られるずらし量ｘ１、ｘ３を変換したデフォーカス量ｄ１、ｄ３は、略一致する。これに対し異なる像、すなわち部分パターンＢと部分パターンＣに対する相関演算処理で得られるずらし量ｘ２、ｘ４を変換したデフォーカス量ｄ２、ｄ４は、異なる値になる。

なお、上記説明では２回目の焦点検出時の絞り値に、１回目の撮影絞り値より小さな開口径になる値を設定する例を示したが、撮影絞り値が小さな開口径である場合には、撮影絞り値の開口径よりも大きな開口径になる値を設定してもよい。また、最終的なデフォーカス量として２つのデフォーカス量を平均しているが、どちら一方のデフォーカス量を採用してもよい。さらに、２回以上絞りを変更して焦点検出演算処理を行い、得られたデフォーカス量を比較して最終的なデフォーカス量を採用するようにしてもよい。

また、初回の焦点検出時は撮影絞り値にて焦点検出を行っているが、開放絞り値、最小絞り値などに設定してもよい。開放絞り値で焦点検出を行えば、焦点検出の精度が向上する。また、最小絞り値などに絞り込んで焦点検出を行えば、大きくデフォーカスしていた場合でも焦点検出が可能になる。なお、撮影絞り値で焦点検出を行うと、撮影時と同じ状態で焦点検出を行うので、撮影絞り値に応じた収差によって変化するデフォーカス変化を含む焦点検出を行うことができ、焦点検出精度が向上する。

図１５は、図１４のステップ２００、２４０の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で 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）に対し下記（２）式に示すような高周波カットフィルター処理を施し、第１データ列、第２データ列（Ａ１〜ＡＮ、Ｂ１〜ＢＮ）を生成することによって、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。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などには、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 ・・・（２）
（２）式において、ｎ＝１〜Ｎである。

ステップ３２０でデータ列Ａｎ、Ｂｎに対し（３）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)｜ ・・・（３）
（３）式において、Σ演算はｎについて累積され、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。

ステップ３３０では、極小の相関量Ｃ（ｋ）と当該相関量Ｃ（ｋ）を与えるずらし量ｋおよび当該ずらし量ｋの前後のずらし量およびその相関量に基づいて、高い相関度を与えるずらし量を補間して求める。（３）式の演算結果は、図１６(ａ)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１６(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。次に、下記（４）式〜（７）式による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（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ ・・・（４），
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜ ・・・（５），
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj+1)｝／２ ・・・（６），
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj+1)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj)｝ ・・・（７）

（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１６(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）が所定のしきい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。

図１６(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。ステップ３３０の処理は、相関量Ｃ（ｘ）が所定のしきい値以下となる極小値となる場合に実行される。したがって、複数のずらし量において相関量Ｃ（ｘ）の極小値が所定の閾値以下となる場合には複数のずらし量が算出される場合がある。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。

なお、相関演算式は上記（３）式に限定されず、相対的なゲインの相違がある一対の画像データ間の相関度を検出することが可能な相関演算式であれば利用することが可能である。以下に、相関演算式の他の例を示す。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜(Ａn×Ｂn+2+k)−(Ｂn+k×Ａn+2)｜ ・・・（８）
（８）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+2、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜(Ａn−Ａn+1)×(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)−(Ｂn+k−Ｂn+1+k)×(Ａn＋Ａn+1)｜
・・・（９）
（９）式において、Σ演算はｎについて累積され、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−Ａn+2)×(Ｂn+k＋Ｂn+2+k)−(Ｂn+k−Ｂn+2+k)×(Ａn＋Ａn+2)｜
・・・（１０）
（１０）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+2、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜(２×Ａn−Ａn-1−Ａn+1)×(Ｂn-1+k＋Ｂn+k＋Ｂn+1+k)−(２×Ｂn+k−Ｂn-1+k−Ｂn+1+k)×(Ａn-1＋Ａn＋Ａn+1)｜ ・・・（１１）
（１１）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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｜(２×Ａn−Ａn-2−Ａn+2)×(Ｂn-2+k＋Ｂn+k＋Ｂn+2+k)−(２×Ｂn+k−Ｂn-2+k−Ｂn+2+k)×(Ａn-2＋Ａn＋Ａn+2)｜ ・・・（１２）
（１２）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-2、Ａn、Ａn+2、Ｂn-2+k、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜(Ａn２×Ｂn-1+k×Ｂn+1+k)−(Ｂn+k２×Ａn-1×Ａn+1)｜ ・・・（１３）
（１３）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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｜(Ａn２×Ｂn-2+k×Ｂn+2+k)−(Ｂn+k２×Ａn-2×Ａn+2)｜ ・・・（１４）
（１４）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-2、Ａn、Ａn+2、Ｂn-2+k、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜(Ａn／Ａn+1)−(Ｂn+k／Ｂn+1+k)｜ ・・・（１５）
（１５）式において、Σ演算はｎについて累積され、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／Ａn+1)−(Ｂn+k／Ｂn+1+k)｜×ＭＩＮ(Ａn+1，Ｂn+1+k)｝
・・・（１６）
（１６）式において、Σ演算はｎについて累積され、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。また、ＭＩＮ( )は複数のデータの中からデータの最小値を選択する関数である。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn／(Ａn＋Ａn+1)−Ｂn+k／(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｜ ・・・（１７）
（１７）式において、Σ演算はｎについて累積され、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−Ａn+1)／(Ａn＋Ａn+1)−(Ｂn+k−Ｂn+1+k)／(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｜
・・・（１８）
（１８）式において、Σ演算はｎについて累積され、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−Ａn+2)／(Ａn＋Ａn+2)−(Ｂn+k−Ｂn+2+k)／(Ｂn+k＋Ｂn+2+k)｜
・・・（１９）
（１９）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+2、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。

Ｃ(ｋ)＝Σ｜(２×Ａn−Ａn-1−Ａn+1)／(Ａn-1＋Ａn＋Ａn+1)−(２×Ｂn+k−Ｂn-1+k−Ｂn+1+k)／(Ｂn-1+k＋Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｜ ・・・（２０）
（２０）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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｜(２×Ａn−Ａn-2−Ａn+2)／(Ａn-2＋Ａn＋Ａn+2)−(２×Ｂn+k−Ｂn-2+k−Ｂn+2+k)／(Ｂn-2+k＋Ｂn+k＋Ｂn+2+k)｜ ・・・（２１）
（２１）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-2、Ａn、Ａn+2、Ｂn-2+k、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。

Ｃ(ｋ)＝Σ｛｜Ａn２／(Ａn-1×Ａn+1)−Ｂn+k２／(Ｂn-1+k×Ｂn+1+k)｜×ＭＩＮ(Ａn-1、Ａn+1、Ｂn-1+k、Ｂn+1+k)｝ ・・・（２２）
（２２）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。また、ＭＩＮ( )は複数のデータ中からデータの最小値を選択する関数である。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn２／｛(Ａn-1＋Ａn)×(Ａn＋Ａn+1)｝−Ｂn+k２／｛(Ｂn-1+k＋Ｂn+k)×(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｝｜ ・・・（２３）
（２３）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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-1−Ａn)×(Ａn−Ａn+1)／｛(Ａn-1＋Ａn)×(Ａn＋Ａn+1)｝−(Ｂn-1+k−Ｂn+k)×(Ｂn+k−Ｂn+1+k)／｛(Ｂn-1+k＋Ｂn+k)×(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｝｜
・・・（２４）
（２４）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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−Ａn+1／Ｂn+1+k｜ ・・・（２５）
（２５）式において、Σ演算はｎについて累積され、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−Ａn+1／Ｂn+1+k｜×ＭＩＮ(Ｂn+k、Ｂn+1+k)｝
・・・（２６）
（２６）式において、Σ演算はｎについて累積され、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。また、ＭＩＮ( )は複数のデータ中からデータの最小値を選択する関数である。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn／Ｂn+k−(Ａn＋Ａn+1)／(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｜ ・・・（２７）
（２７）式において、Σ演算はｎについて累積され、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−Ａn+1)／(Ｂn+k−Ｂn+1+k)−(Ａn＋Ａn+1)／(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｜
・・・（２８）
（２８）式において、Σ演算はｎについて累積され、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−Ａn+2)／(Ｂn+k−Ｂn+2+k)−(Ａn＋Ａn+2)／(Ｂn+k＋Ｂn+2+k)｜
・・・（２９）
（２９）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+2、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。

Ｃ(ｋ)＝Σ｜(２×Ａn−Ａn-1−Ａn+1)／(２×Ｂn+k−Ｂn-1+k−Ｂn+1+k)−(Ａn-1＋Ａn＋Ａn+1)／(Ｂn-1+k＋Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｜ ・・・（３０）
（３０）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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｜(２×Ａn−Ａn-2−Ａn+2)／(２×Ｂn+k−Ｂn-2+k−Ｂn+2+k)−(Ａn-2＋Ａn＋Ａn+2)／(Ｂn-2+k＋Ｂn+k＋Ｂn+2+k)｜ ・・・（３１）
（３１）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-2、Ａn、Ａn+2、Ｂn-2+k、Ｂn+k、Ｂn+2+kのデータが存在する範囲に限定される。

Ｃ(ｋ)＝Σ｛｜Ａn２／Ｂn+k２−(Ａn-1×Ａn+1)／(Ｂn-1+k×Ｂn+1+k)｜×ＭＩＮ（Ｂn-1+k、Ｂn+k、Ｂn+1+k)｝ ・・・（３２）
（３２）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。また、ＭＩＮ( )は複数のデータ中からデータの最小値を選択する関数である。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn２／Ｂn+k２−｛(Ａn-1＋Ａn)×(Ａn＋Ａn+1)｝／｛(Ｂn-1+k＋Ｂn+k）×(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｝｜ ・・・（３３）
（３３）式は、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、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-1−Ａn)×(Ａn−Ａn+1)／(Ｂn-1+k−Ｂn+k)×(Ｂn+k−Ｂn+1+k)−｛(Ａn-1＋Ａn)×(Ａn＋Ａn+1)｝／｛(Ｂn-1+k＋Ｂn+k)×(Ｂn+k＋Ｂn+1+k)｝｜
・・・（３４）
（３４）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn-1、Ａn、Ａn+1、Ｂn-1+k、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。

《一実施の形態の変形例》
図３に示す撮像素子２１２では焦点検出画素３１１を隙間なく配列した例を示したが、図２３に示す撮像素子２１２Ａように焦点検出画素３１１を１画素おきに青画素の位置に一列に配列してもよい。焦点検出画素３１１の配置ピッチが大きくなることによって、焦点検出精度は多少低下するが、焦点検出画素３１１の密度が低くなるので、補正後の画像品質を向上させることができる。

図３に示す撮像素子２１２では、焦点検出画素３１１はひとつの画素内に一対の光電変換部１２，１３を備えた例を示したが、図２４に示す撮像素子２１２Ｂのように、焦点検出画素３１３，３１４はひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えるようにしてもよい。図２４に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４がペアとなっており、図３に示す焦点検出画素３１１に相当する。図２５に焦点検出画素３１３、３１４の構成を示す。図２５(ａ)は焦点検出画素３１３の構成を示し、マイクロレンズ１０と光電変換部１６を備えている。図２５(ｂ)は焦点検出画素３１４の構成を示し、マイクロレンズ１０と光電変換部１７を備えている。光電変換部１６，１７はマイクロレンズ１０により交換レンズ２０２の射出瞳に投影され、図１０に示す測距瞳９２，９３を形成する。したがって、焦点検出画素３１３，３１４により焦点検出に用いる一対の像の出力を得ることができる。焦点検出画素内にひとつの光電変換部を備えることによって、撮像素子の読み出し回路構成の複雑化を防止することができる。

図３に示す撮像素子２１２では撮像画素３１０がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはない。補色フィルター（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）を採用してもよい。この場合、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。

図３に示す撮像素子２１２では焦点検出画素３１１には色フィルターを備えない例を示したが、撮像画素３１０と同色の色フィルターの内、ひとつのフィルター（例えば緑フィルター）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。また、図３に示す撮像素子２１２では撮像画素３１０の一部を焦点検出画素に置き換えた配列を示したが、全画素を焦点検出画素３１１とした構成にしてもよい。なお、撮像素子２１２はＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサーとして形成することができる。

図１に示すカメラの構成では撮像素子２１２が焦点検出用と撮像用に兼用される例を示したが、焦点検出用の撮像素子と撮像用の撮像素子とを別個に備え、撮影光束を分割してそれぞれの撮像素子に導く構成とし、焦点検出と撮像とを行うようにしてもよい。

図１３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２１９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。

上述した一実施の形態ではマイクロレンズを用いた瞳分割方式の焦点検出装置を例に上げて説明したが、図２６に示すような再結像瞳分割方式の焦点検出装置に対しても本発明を適用することができる。図２６において、１９１は交換レンズの光軸、１１０，１２０はコンデンサレンズ、１１１、１２１は絞りマスク、１１２，１１３、１２２，１２３は絞り開口、１１４、１１５、１２４，１２５は再結像レンズ、１１６、１２６は焦点検出用のイメージセンサー（ＣＣＤ）である。また、１３２，１３３、１４２，１４３は焦点検出光束、１９０は交換レンズの予定結像面の前方ｄ５の距離に設定された射出瞳（距離ｄ５はコンデンサレンズ１１０，１２０の焦点距離とコンデンサレンズ１１０，１２０と絞り開口１１２，１１３、１２２，１２３の間の距離などに応じて決まる距離であって測距瞳距離と称する）である。さらに、１９２はコンデンサレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１２，１２２の領域（測距瞳）、１９３はコンデンサレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１３，１２３の領域（測距瞳）である。

コンデンサレンズ１１０、絞りマスク１１１、絞り開口１１２，１１３再結像レンズ１１４、１１５、イメージセンサ１１６が一つの位置で焦点検出を行う再結像方式の瞳分割方位相差検出の焦点検出ユニット２０７を構成する。図２６では光軸１９１上にある焦点検出ユニットと光軸外にある焦点検出ユニットを模式的に例示してある。複数の焦点検出ユニットを組み合わせることによって、図２に示す５箇所の焦点検出位置１０１〜１０５において再結像方式の瞳分割方位相差検出で焦点検出を行う焦点検出専用サンサーを実現することができる。

コンデンサレンズ１１０からなる焦点検出ユニットは交換レンズの予定結像面近傍に配置されたコンデンサレンズ１１０、その背後に配置されたイメージサンサ１１６、コンデンサレンズ１１０とイメージサンサ１１６の間に配置され、予定結像面近傍に結像された１次像をイメージセンサ１１６上に再結像する一対の再結像レンズ１１４、１１５、一対の再結像レンズの近傍（図では前面）に配置された一対の絞り開口１１２、１１３を有する絞りマスク１１から構成される。イメージセンサ１１６は複数の光電変換部が直線に沿って密に配置されたラインセンサーであって、光電変換部の配置方向は一対の測距瞳の分割方向（＝絞り開口の並び方向）と一致させる。

イメージセンサー１１６上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報がイメージセンサー１１６から出力され、該情報に対して前述した像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（再結像方式）で一対の像の像ズレ量が検出される。像ズレ量に前述の変換処理を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。イメージセンサ１１６は再結像レンズ１１４、１１５により予定結像面上に投影されており、デフォーカス量（像ズレ量）の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ（再結像方式の場合は予定結像面上に投影された光電変換部の配列ピッチ）により決まる。

コンデンサーレンズ１１０は絞りマスク１１１の絞り開口１１２、１１３を射出瞳１９０上に領域１９２、１９３として投影している。領域１９２，１９３を測距瞳と呼ぶ。すなわち、イメージセンサー１１６上に再結像される一対の像は射出瞳１９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束によって形成される。射出瞳１９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束１３２、１３３を焦点検出光束と呼ぶ。

本発明はマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置や、再結像型位相差検出方式の焦点検出装置に限定されず、光学系の射出瞳を分割し、分割した瞳を通る一対の光束によって形成される一対の像の像ズレ量を算出することによって光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に適用が可能である。例えば偏光を利用した瞳分割型の焦点検出装置や瞳を時分割に機械的または電気的に切り替える焦点検出装置にも適用可能である。

また、撮像装置は交換レンズ＋カメラボディから構成される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。さらに、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。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。

以上説明したように、一実施の形態によれば、例えば一対の焦点検出用光束のいずれか一方に撮影光学系によるケラレが発生してイメージセンサーから出力される一対の信号データ列に相対的な歪みが発生しても、偽合焦を防止して両信号データ列の相関関係を正確に検出し、どのような状況においても正確な焦点検出が可能になる。

一実施の形態の構成を示す図 撮影画面上の焦点検出位置を示す図 撮像素子の詳細な構成を示す拡大図 撮像画素の構成を示す図 焦点検出画素の構成を示す図 色フィルターの分光感度特性を示す図 焦点検出画素の分光感度特性を示す図 撮像画素の構造を示す断面図 焦点検出画素の構造を示す断面図 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を説明するための図 射出瞳面における光電変換部の投影関係を示す図 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 一実施の形態のディジタルスチルカメラ（撮像装置）の撮像動作を示すフローチャート 一実施の形態の像ズレ量およびデフォーカス量の演算を示すフローチャート 焦点検出演算処理の詳細を示すフローチャート 相関演算を説明するための図 当初の絞り開口径（撮影絞り開口径）で取得した一対の像データを示す図 当初と異なる絞り開口径にした場合の一対の像データを示す図 撮影絞り開口径による測距瞳制限の様子を示す図 ずらし量（像ズレ量）からデフォーカス量への変換原理を説明する図 異なる絞り開口径にした場合の測距瞳制限の説明図 ずらし量とデフォーカス量の変換関係を示すグラフ 撮像素子の変形例を示す図 撮像素子の他の変形例を示す図 図２４に示す撮像素子で用いる焦点検出画素の構成図 再結像瞳分割方式の焦点検出装置の構成を示す図

符号の説明

１０ マイクロレンズ
１２，１３ 光電変換部
２０２ 交換レンズ
２１１ 絞り
２１２ 撮像素子
２１４ ボディ駆動制御装置
３１１ 焦点検出画素

Claims (7)

1. 光学系の射出瞳上の一対の領域を通り前記光学系の絞りの第1の絞り開口径により制限される光束による一対の像に関する一対の信号データ列を出力する検出手段と、
   前記一対の信号データ列を相対的にずらしながら相関度を演算する相関演算手段と、
   前記相関演算手段で得られた相関度が所定値以上となるずらし量が複数存在する場合に、前記光学系の絞りを第２の絞り開口径に変更して前記検出手段に一対の信号データ列を出力させ、前記相関演算手段に当該一対の信号データ列の相関度を演算させる制御手段と、
   前記相関演算手段で得られた相関度が所定値以上となるずらし量を、前記光学系の絞り開口径に応じて前記光学系の焦点調節状態に対応するデフォーカス量に変換する変換手段と、
   前記光学系の絞りの前記第１及び第２の絞り開口径において得られた複数のデフォーカス量の中から所定差以内の複数のデフォーカス量を抽出し、これらのデフォーカス量に基づいて前記焦点調節状態における最終的なデフォーカス量を決定する決定手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記相関演算手段は、前記一対の信号データ列の一方の信号データ列の第1のデータと他方の信号データ列中の、前記第１のデータに対応する第２のデータの近傍のデータとを乗算して第１演算データを算出すると共に、前記他方の信号データ列中の第２のデータと前記一方の信号データ列中の、前記第２のデータに対応する第１のデータの近傍のデータとを乗算して第２演算データを算出し、前記第１演算データと前記第２演算データとの相関度を演算することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記決定手段は、前記所定差以内のデフォーカス量の平均値を最終的なデフォーカス量に決定することを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記検出手段は光電変換部とマイクロレンズとを備え、前記光電変換部と前記光学系の射出瞳とが前記マイクロレンズに関して共役であることを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記検出手段は、光電変換部と、前記光学系の予定結像面に結像された像を前記光電変換部上に再結像する再結像光学系とを有することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備えることを特徴とする撮像装置。
7. 光学系の射出瞳上の一対の領域を通り、前記光学系の絞りの第1の絞り開口径により制限される光束による一対の像に関する一対の信号データ列を出力し、
   前記一対の信号データ列を相対的にずらしながら相関度を演算し、
   前記相関度が所定値以上となるずらし量が複数存在する場合に、前記光学系の絞りを第２の絞り開口径に変更して再度前記一対の信号データ列を出力させ、当該一対の信号データ列の相関度を演算し、
   前記相関度が所定値以上となるずらし量を、前記光学系の絞り開口径に応じて前記光学系の焦点調節状態に対応するデフォーカス量に変換し、
   前記光学系の絞りの前記第１及び第２の絞り開口径において得られた複数のデフォーカス量の中から所定差以内の複数のデフォーカス量を抽出し、これらのデフォーカス量に基づいて前記焦点調節状態における最終的なデフォーカス量を決定することを特徴とする焦点検出方法。

Images