JP5458475B2 - 焦点検出装置および撮像装置 - 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。

瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置において、撮影光学系の射出瞳の一対の領域を通過した焦点検出用光束により結像される一対の像の相対的なずれ量を、所定の変換式を用いて撮影光学系のデフォーカス量に変換するようにした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。
特開昭５７−１６５８０６号公報

しかしながら、上述した従来の焦点検出装置で用いられている変換式は、一対の焦点検出用光束が撮影光学系の絞りやレンズの開口によって遮られていない、すなわち“けられていない”ことを前提にした変換式であり、撮影光学系の絞りやレンズの開口によって一対の焦点検出用光束にけられがあると、変換結果のデフォーカス量には大きな誤差が含まれるという問題がある。

請求項１の発明は、撮影光学系の結像面の、予定焦点面に対するデフォーカス量を検出する焦点検出装置であって、前記撮影光学系の異なる領域を通過する一対の第１及び第２の焦点検出用光束によって前記予定焦点面に形成される一対の像の相対的な像ズレ量を検出する像ズレ検出手段と、前記撮影光学系内で前記第１の焦点検出用光束を規制する第１の開口の射出瞳の大きさ情報と、前記第１の開口の射出瞳の前記予定焦点面からの第１の距離情報と、前記予定焦点面における前記デフォーカス量を検出する焦点検出位置情報とに基づくが、前記第１の開口の射出瞳面における前記第１の焦点検出用光束の光量分布情報に基づくことなく、前記第１の開口の射出瞳により制限された前記第１の焦点検出用光束の、前記第１の開口の射出瞳の面における第１の重心位置情報を出力すると共に、前記撮影光学系内で前記第２の焦点検出用光束を規制する第２の開口の射出瞳の大きさ情報と、前記第２の開口の射出瞳の前記予定焦点面からの第２の距離情報と、前記焦点検出位置情報とに基づくが、前記第２の開口の射出瞳面における前記第２の焦点検出用光束の光量分布情報に基づくことなく、前記第２の開口の射出瞳により制限された前記第２の焦点検出用光束の、前記第２の開口の射出瞳の面における第２の重心位置情報を出力する重心情報出力手段と、前記像ズレ量に前記第１の距離情報と前記第２の距離情報とをそれぞれ乗じた値を、前記第１の重心位置情報に前記第２の距離情報を乗じた値と前記第２の重心位置情報に前記第１の距離情報を乗じた値とを加算した値で、除することにより前記像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮影光学系の絞りやレンズの開口によって一対の焦点検出用光束にけられがあっても、像ズレ量からデフォーカス量への変換を高精度に行うことができる。

一実施の形態の焦点検出装置を備えた撮像装置として、レンズ交換式デジタルスチルカメラを例に上げて説明する。図１は一実施の形態のカメラの構成を示す横断面図である。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がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。

交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。

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、撮像用画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出用画素が組み込まれている。

ボディ駆動制御装置２１４はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値等）の送信を行う。

液晶表示素子２１６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）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２によるスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。

交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画像信号と焦点検出信号が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の焦点検出用画素からの焦点検出信号に基づいて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からの画像信号を処理してメモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。

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、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値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レンズ位置と絞り値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、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦点へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。

カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能であり、カメラボディ２０３は撮像素子２１２に組み込まれた焦点検出用画素の出力に基づいて交換レンズ２０２の焦点調節状態を検出する。

図２は一実施の形態の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、焦点検出用画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）を示す。この一実施の形態では、撮影画面１００の中央および左右の３箇所に焦点検出エリア１０１〜１０３が配置される。長方形で示した焦点検出エリアの長手方向に焦点検出用画素が直線的に配列される。撮影者が複数の焦点検出エリアから構図に応じて１つの焦点検出エリアをマニュアルで選択する。

図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリア近傍を拡大して示す。撮像素子２１２は、撮像用画素３１０と焦点検出用画素３１２、３１３から構成される。

図４は撮像用画素３１０の正面図である。撮像用画素３１０は、マイクロレンズ１０、光電変換部１１および不図示の色フィルターから構成される。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図６に示すものとなっている。図３に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルターを備えた撮像用画素３１０がベイヤー配列されている。

図５は焦点検出用画素３１１の正面図である。焦点検出用画素３１１はマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１２、１３とから構成される。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置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図７参照）となり、図６に示す撮像用画素３１０の緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。

撮像用画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０により明るい交換レンズ２０２の射出瞳（例えばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。一方、焦点検出画素３１１の一対の光電変換部１２、１３は、マイクロレンズ１０により交換レンズ２０２の特定の射出瞳（例えばＦ２．８）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。

図３に示すように、二次元状に配置された撮像用画素３１１にはＲＧＢのベイヤー配列の色フィルターが設けられる。焦点検出用画素３１１は、撮像用画素３１１の青画素Ｂと緑画素Ｇが配置されるべき行（列）に直線的に隙間なく密に配置されている。焦点検出用画素３１１を撮像用画素３１１の青画素と緑画素が配置されるべき行（列）に配置することによって、後述する画素補間により焦点検出用画素３１１の位置の画素信号を補正する場合に、多少誤差が生じても人間の眼には目立たなくすることができる。この理由は、人間の目は青より赤に敏感であることと、緑画素の密度が青画素および赤画素の密度より高いので、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くなるからである。焦点検出用画素３１１は焦点検出エリアの中に配列される。

図８は撮像用画素３１０の断面図である。撮像用画素３１０では、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がマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。

図９は焦点検出用画素３１１の断面図である。焦点検出用画素３１１では、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。

図１０は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系の構成を示す。９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方ｄ４の距離に設定された射出瞳である。なお、距離ｄ４は、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。９１は交換レンズ２０２の光軸、５０，６０はマイクロレンズ、(５２,５３)、(６２,６３)は焦点検出用画素の一対の光電変換部、(７２，７３)、(８２,８３)は焦点検出光束である。また、９２は、マイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５２、６２の領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。同様に、９３は、マイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５３、６３の領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。

図１０では、光軸９１上にある焦点検出用画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２、５３からなる）と隣接する焦点検出用画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２、６３からなる）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出用画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳９２、９３から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。

焦点検出用画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。マイクロレンズ５０、６０は撮影光学系（図１に示す交換レンズ２０２に相当）の予定結像面近傍に配置されており、その光軸９１上に配置されたマイクロレンズ５０によりその背後に配置された一対の光電変換部５２、５３の形状がマイクロレンズ５０、６０から測距瞳距離ｄ４だけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。

また、マイクロレンズ５０に隣接して配置されたマイクロレンズ６０によりその背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状が測距瞳距離ｄ４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、測距瞳距離ｄ４にある射出瞳９０上で各焦点検出用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、各画素のマイクロレンズと光電変換部の位置関係が決定されている。

光電変換部５２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出用光束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を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出用光束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。

また、光電変換部６２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出用光束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を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出光束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。

上記のような焦点検出用画素を直線状に多数配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２および測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３をそれぞれ通過する焦点検出用光束が焦点検出用画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことにより、いわゆる瞳分割方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、この像ズレ量に所定の変換処理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）が算出される。

測距瞳９２，９３における焦点検出光の分布（測距瞳分布）は、マイクロレンズの収差と回折により光電変換部を投影した形状にボケが重畳した分布となる。測距瞳分布を通過する光線が交換レンズ２０２（図１参照）の構成要素（絞り開口やレンズ開口など）によって制限される場合には、制限された一対の焦点検出用光束により形成される一対の像波形がアンバランスになる。つまり、一対の像波形が互いに横にずれるだけでなく、波形の振幅にズレが生じる。詳細を後述するが、このようなアンバランスな像波形でも対応可能な像ズレ検出演算が必要である。

図１１は、図１に示すデ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２０１の電源がオンされると、ステップ１１０以降の撮像動作を開始する。ステップ１１０において撮像用画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。続くステップ１２０では焦点検出用画素列からデータを読み出す。なお、ここでは撮影者がエリア選択操作部材（不図示）を用いて焦点検出エリアを選択しているものとする。

ステップ１３０において、焦点検出用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、像ズレ量を演算する。さらに、後述する変換処理により像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップ１４０でデフォーカス量の絶対値が所定値以内か、つまり合焦か否かを判別する。合焦でないと判別された場合はステップ１５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップ１１０に戻って上記動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へ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、合焦していると判別された場合はステップ１６０へ進み、レリーズボタン（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別する。シャッターレリーズがなされていないと判別された場合はステップ１１０へ戻り、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別された場合はステップ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者により設定されたＦ値またはカメラにより自動で設定されたＦ値）にする。

絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像用画素およびすべての焦点検出用画素から画像データを読み出す。ステップ１８０では、焦点検出用画素列の各画素位置の画素データを、焦点検出用画素のデータおよび周囲の撮像用画素のデータに基づいて補間する。続くステップ１９０で、撮像用画素のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリーカード２１９に保存する。その後、ステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

次に、図１１のステップ１３０で実行される像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細について説明する。焦点検出用画素が検出する一対の像は光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。

焦点検出用画素列から出力される一対のデータ列（α１〜αＭ、β１〜βＭ：Ｍはデータ数）に対して（１）式に示す高周波カットフィルタ処理を施し、第１データ列(Ａ１〜ＡＮ)と第２データ列(Ｂ１〜ＢＮ)を生成する。これにより、データ列から相関処理に悪影響を及ぼすノイズ成分や高周波成分を除去することができる。なお、演算時間の短縮を図る場合や、すでに大きくデフォーカスしていて高周波成分が少ないことがわかっている場合などには、この処理を省略することもできる。
Ａn＝αn＋２・αn+1＋αn+2、
Ｂn＝βn＋２・βn+1＋βn+2 ・・・（１）
（１）式において、ｎ＝１〜Ｎである。

データ列Ａn、Ｂnに対し（２）式に示す相関演算を行い、相関量Ｃ(ｋ)を算出する。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ａn・Ｂn+1+k−Ｂn+k・Ａn+1｜ ・・・（２）
（２）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＡn、Ａn+1、Ｂn+k、Ｂn+1+kのデータが存在する範囲に限定される。ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。

（２）式の演算結果は、図１２(ａ)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１２(ａ)ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ(ｋ)が極小（小さいほど相関度が高い）になる。（３）式〜（６）式による３点内挿の手法を用い、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 ・・・（３）、
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜ ・・・（４）、
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj+1)｝／２ ・・・（５）、
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj+1)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj)｝ ・・・（６）

（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１２(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１２(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。

相関演算式としては上記（２）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。例えば、第１信号データ列と第２信号データ列との相関度を演算する相関演算において、第１信号データ列中の第１データと、第２信号データ列中の第１データに対応する第２データの近傍のデータとを乗算して第１演算データを生成するとともに、第２信号データ列中の第２データと、第１信号データ列の第１データの近傍のデータとを乗算して第２演算データを生成し、第１演算データと第２演算データとの相関度を演算する。

また、例えば、第１信号データ列と第２信号データ列との相関度を演算する相関演算において、まず、第１信号データ列中の第１データとその近傍のデータに第１演算を行って演算データを演算するとともに、第２信号データ列中の第１データに対応する第２データとその近傍のデータに第２演算を行って演算データを演算し、それらの演算データを乗算して第１演算データを演算する。次に、第２信号データ列中の第２データとその近傍のデータに第１演算を行って演算データを演算するとともに、第１信号データ列中の第１データとその近傍のデータに第２演算を行って演算データを演算し、それらの演算データを乗算して第２演算データを演算する。そして、第１演算データと第２演算データとの相関度を演算する。

さらに、例えば、第１信号データ列と第２信号データ列との相関度を演算する相関演算において、まず、第１信号データ列中の第１データと第１データ近傍のデータの少なくとも１つに対して第１演算と第２演算を施して第１演算データと第２演算データを生成し、第１演算データを第２演算データで除して第３演算データを生成する。次に、第２信号データ列中の第１データに対応する第２データと第２データ近傍のデータの少なくとも１つに対して第１演算と第２演算を施して第４演算データと第５演算データを生成し、第４演算データを第５演算データで除して第６演算データを生成する。そして、第３演算データと第６演算データとの相関度を演算する。

さらにまた、例えば、第１信号データ列と第２信号データ列との相関度を演算する相関演算において、まず、第１信号データ列中の第１データと第１データ近傍のデータの少なくとも１つに対して第１演算を施して第１演算データを生成するとともに、第２信号データ列中の第１データに対応する第２データと第２データ近傍のデータの少なくとも１つに対して第１演算を施して第２演算データを生成し、第１演算データを第２演算データで除して第３演算データを生成する。次に、第１信号データ列中の第１データと第１データ近傍のデータの少なくとも１つに対して第２演算を施して第４演算データを生成するとともに、第２信号データ列中の第２データと第２データ近傍のデータの少なくとも１つに対して第２演算を施して第５演算データを生成し、第４演算データを第５演算データで除して第６演算データを生成する。そして、第３演算データと第６演算データとの相関度を演算する。

算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、（７）式により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ ・・・（７）
（７）式において、ＰＹは検出ピッチ（焦点検出用画素の配列ピッチ）である。

ここで、図１１のステップ１３０で実行される像ズレ量からデフォーカス量への変換処理の詳細を説明する。まず、図１３を参照して焦点検出用光束のケラレについて説明する。図１３(ｃ)において、位置９７は予定焦点面９５の光軸９１上にある焦点検出位置、位置９８は位置９７から距離Ｐｘ離れた位置にある焦点検出位置である。また、面９０は予定焦点面９５から測距瞳距離ｄ４だけ離れた測距瞳面、面９２は予定焦点面９５から距離ｄ２（＞ｄ４）だけ離れた面、面９３は予定焦点面９５から距離ｄ３（＜ｄ４）だけ離れた面である。さらに、直線９６は焦点検出位置９８から測距瞳面９０の中心に向かう直線、点Ｂａは光軸９１と面９０、９２、９３との交点、点Ｂｂは直線９６と面９０、９２、９３との交点である。

図１３(ａ−１)、(ａ−２)、(ａ−３)は、面９２、９０，９３と同一な距離にある焦点検出用光束を制限するレンズの射出瞳開口Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、焦点検出位置９７に至る一対の焦点検出用光束の分布（瞳分布）Ｃ１、Ｃ２との関係を示す正面図、および一対の瞳分布Ｃ１、Ｃ２の並び方向における焦点検出用光束の光量分布を示す断面図である。Ｇａ１、Ｇａ２は、レンズの射出瞳開口Ｌ１またはＬ２またはＬ３により制限された一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｃ１、Ｃ２の重心点である。

また、図１３(ｂ−１)、(ｂ−２)、(ｂ−３)は、面９２、９０、９３のいずれかにある射出瞳開口Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、焦点検出位置９８に至る一対の焦点検出用光束の分布（瞳分布）Ｈ１、Ｈ２との関係を示す正面図、および一対の瞳分布Ｈ１、Ｈ２の並び方向における焦点検出用光束の光量分布を示す断面図である。Ｇｂ１、Ｇｂ２は、レンズの射出瞳開口Ｌ１またはＬ２またはＬ３により制限された一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｈ１、Ｈ２の重心点である。

焦点検出位置が予定焦点面の中央（点９７）にある場合は、レンズの射出瞳開口Ｌ１またはＬ２またはＬ３は一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｃ１、Ｃ２を光軸９１中心に対称に制限する。したがって、一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｃ１、Ｃ２の重心点Ｇａ１、Ｇａ２は光軸９１上の点Ｂａに対して対象な位置となる。

一方、焦点検出位置が予定焦点面の周辺（点９８）にある場合には、一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｈ１、Ｈ２が測距瞳面９０以外では光軸９１に対して対称な位置関係にないので、測距瞳面９０に一致するレンズの射出瞳開口Ｌ２は一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｈ１、Ｈ２を光軸９１中心に対称に制限するが、レンズの射出瞳開口Ｌ１またはＬ３は一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｈ１、Ｈ２を非対称に制限する。したがって、一対の焦点検出用光束の瞳分布Ｈ１、Ｈ２の重心点Ｇｂ１、Ｇｂ２は測距瞳面９０では光軸９１上にある点Ｂｂに対して対称な位置となるが、面９２、９３においては点Ｂｂに関して非対称な位置となる。

重心位置の値は、瞳分布情報と射出瞳開口情報に基づいて射出瞳開口径内の瞳分布の重心を求めることによって算出できる。瞳分布情報は、測距瞳面９０における瞳分布情報を基本瞳分布情報とし、面９２、９３の距離ｄ２、ｄ３に応じて比例拡大または縮小することによって概略近似できる。また、焦点検出位置の情報に基づき各面での瞳分布情報を直線９６に沿ってシフトすることによって、焦点検出位置に応じた瞳分布情報を近似的に得ることができる。

したがって、任意の焦点検出位置において、任意の距離にある射出瞳開口で制限された焦点検出用光束の重心位置の値は、焦点検出位置、射出瞳開口のサイズ、射出瞳開口の距離、基本瞳分布情報、測距瞳距離を入力として演算できる。しかしながら、上記演算は複雑で多くの演算時間を必要とするので、予め測定または計算された基本瞳情報に基づき、測距瞳距離を固定値とし、焦点検出位置、射出瞳開口径および射出瞳距離をパラメータとして重心位置の値を事前に演算しておき、テーブル化しておくことができる。

図１４は像ズレ量からデフォーカス量への変換の概念を示す図である。図１３では１つの射出瞳開口（Ｌ１またはＬ２またはＬ３のいずれか）による焦点検出用光束のケラレの様子について説明したが、実際には焦点検出用光束は複数の開口によりケラレている。図１４において、Dep1は前玉射出瞳面の予定焦点面からの距離、Aep1は前玉射出瞳の直径、Dep2は後玉射出瞳面の予定焦点面からの距離、Aep2は後玉射出瞳の直径、defは予定焦点面から結像面までの距離（デフォーカス量）である。また、Dep0は絞り射出瞳面の予定焦点面からの距離、Aep0は絞り射出瞳の直径である。

図１４において、絞りによる開口（絞り射出瞳）、レンズの前玉（絞りより前に位置するレンズのうち、その開口径が画面周辺への光束の制限に最も寄与するレンズ）による開口（前玉射出瞳）、および、レンズの後玉（絞りより後方に位置するレンズのうち、その開口径が画面周辺への光束の制限に最も寄与するレンズ）による開口（後玉射出瞳）が存在し、焦点検出位置に対応する一対の焦点検出用光束の内の一方の焦点検出用光束Ｍ１はレンズの前玉により最もケラレ、もう一方の焦点検出用光束Ｍ２はレンズの後玉により最もケラレている状態を示している。

図１４において、Gaf1はレンズの前玉によりケラレた焦点検出用光束Ｍ１の前玉射出瞳面上での重心位置と、一対の焦点検出用光束の分布中心（図１３で説明した直線９６と前玉射出瞳面との交点）との距離を表している。また、Gaf2はレンズの後玉によりケラレた焦点検出用光束Ｍ２の後玉射出瞳面上での重心位置と、一対の焦点検出用光束の分布中心との距離を表している。なお、前玉射出瞳および後玉射出瞳とは、前玉開口および後玉開口を予定焦点面側から見た場合の前玉開口および後玉開口の虚像のことである。

このように一対の焦点検出用光束が異なる射出瞳開口によってケラレる場合には、検出される像ズレ量shftは焦点検出用光束Ｍ１によって生じる像ズレ量shft1と焦点検出用光束Ｍ２によって生じる像ズレ量shft2の和となる。

像ズレ量shft1は、図１４に示す幾何学的な考察に基づき、底辺の長さがGaf1で高さが(Dep1＋def)の三角形と、底辺の長さがshft1で高さがdefの三角形とが相似関係（比例関係）であることから求められる。つまり、予定焦点面における像ズレ量shft1に対するデフォーカス量defの関係と、前玉射出瞳面における重心位置と一対の焦点検出用光束の分布中心との距離Gaf1に対する結像面からの瞳距離(Dep1＋def)の関係との比例関係に基づいて、像ズレ量shft1とデフォーカス量defとの関係を求めることができる。
shft1：def＝Gaf1：(Dep1＋def)、
Shft1＝def・Gaf1／(Dep1＋def) ・・・（８）

同様にして、像ズレ量shft2は、底辺の長さがGaf2で高さが(Dep2＋def)の三角形と、底辺の長さがshft2で高さがdefの三角形とが相似関係（比例関係）であることから求められる。つまり、予定焦点面における像ズレ量shft2に対するデフォーカス量defの関係と、前玉射出瞳面における重心位置と一対の焦点検出用光束の分布中心との距離Gaf2に対する結像面からの瞳距離(Dep2＋def)の関係との比例関係に基づいて、像ズレ量shft2とデフォーカス量defとの関係を求めることができる。
shft2：def＝Gaf2：(Dep2＋def)、
shft2＝def・Gaf2／(Dept2＋def) ・・・（９）

(８)式および（９）式から、総合的な像ズレ量shftは次式で表される。
shft＝shft1＋shft2＝def・Gaf1／(Dep1＋def)＋def・Gaf2／(Dep2＋def)・・・（１０）
def<<Dep1,Dep2の条件（合焦近傍）ではデフォーカス量defは（１０）式を変形して近似的に（１１）式となる。
def＝shft・Dep1・Dep2／(Gaf1・Dep2＋Gaf2・Dep1) ・・・（１１）
デフォーカス量defの大きさがDep1、Dep2の大きさに対して無視できない場合（大ボケ）ではデフォーカス量defは（１２）式の２次式の解となる。
Shft・def2＋(shft・Dep1＋shft・Dep2−Gaf1−Gaf2)・def＋shft・Dep1・Dep2＝0 ・・・（１２）

図１５は像ズレ量からデフォーカス量への変換処理を示すブロック図である。上記説明を基にして、像ズレ量からデフォーカス量への変換処理は次のように行われる。ボディ駆動制御装置２１４のメモリ（不図示）に予め記憶されている測距瞳重心テーブル（Ｇａｆテーブル）２１４ｂは、瞳距離、瞳サイズおよび焦点検出位置をパラメータとする３次元の測距瞳重心データ（Gaf１、Gaf２のような重心位置と直線９６の間の距離のデータ）のテーブルになっている。ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６のメモリ（不図示）に予め記憶されている射出瞳サイズのデータ２０６ｂと射出瞳距離のデータ２０６ａを受け取る。ボディ駆動制御装置２１４は、焦点検出位置のデータ（Ｐａｆ）２１４ａと射出瞳サイズのデータ２０６ａと射出瞳距離のデータ２０６ｂに応じて、一対の焦点検出用光束のそれぞれがどの射出瞳開口で主としてケラレるのかを判断し、その射出瞳開口の瞳サイズデータ２０６ａ、瞳距離データ２０６ｂおよび焦点検出位置データ２１４ａに応じて測距瞳重心テーブル２０１ｂより一対の焦点検出用光束の重心データGafU、GafDを導出する。

像ズレ量−デフォーカス変換ブロック２１４ｃでは、レンズ駆動制御装置２０６から受信した射出瞳距離データ２０６ｂの内、一対の焦点検出用光束を主として制限している射出瞳開口の射出瞳距離データ２０６ｂと測距瞳重心テーブル２０１ｂから得られた重心データGafU、GafDとを用い、（１１）式または（１２）式に基づいて像ズレ量shftをデフォーカス量defに変換する。なお、像ズレ検出ブロック２１４ａおよび像ズレ量−デフォーカス変換ブロック２１４ｃはボディ駆動制御装置２１４のマイクロコンピューター（不図示）のソフトウエア形態により構成される。

《発明の一実施の形態の変形例》
一対の焦点検出用光束が一つの射出瞳開口のみで主として制限されていて、かつ焦点検出位置が画面中央近傍（GafU＝GafD＝Gaf／２、Dep1＝Dep2＝Dep）の場合には、像ズレ量shftは次式で近似される。
shft＝shft1＋shft2＝def・Gaf／(Dep＋def) ・・・（１３）
（１３）式を変形するとデフォーカス量defは次式で求められる。
def＝Dep・shft／（Gaf−shft） ・・・（１４）
したがって、一対の焦点検出用光束が一つの射出瞳開口のみで主として制限されていて、かつ焦点検出位置が画面中央近傍の場合は（１２）式を用いて像ズレ量をデフォーカス量に変換してもよい。

（８）〜（１２）式において、重心データGaf1、Gaf2は一対の焦点検出用光束の重心位置と基準点（一対の焦点検出用光束の分布中心＝図１４の直線９６と瞳面との交点）との距離を表しているとしたが、基準点としては焦点検出位置から一対の焦点検出用光束方向に引かれた直線上にある点を選択することも幾何学的には可能である。

ボディ駆動制御装置２１４のマイクロコンピューターの演算能力が高い場合には、図１５に示した測距瞳重心テーブル２１４ｂの代わりに、図１６に示すように瞳分布データ（図１３(ａ−２)に示す基本瞳分布データＣ１、Ｃ２）２１４ｄと、ケラレを生じさせている射出瞳開口の瞳サイズデータ２０６ａ、瞳距離データ２０６ｂおよび焦点検出位置データ２１４ａに応じて測距瞳重心データGafU、GafDを直接演算で求める測距瞳重心データ演算ブロック２１４ｂ’を設けるようにしてもよい。なお、像ズレ検出ブロック２１４ａ、
測距瞳重心データ演算ブロック２１４ｂ’および像ズレ量−デフォーカス量変換ブロック２１４ｃは、ボディ駆動制御装置２１４のマイクロコンピューター（不図示）のソフトウエア形態により構成される。また、瞳分布データ２１４ｄは予めボディ駆動制御装置２１４のメモリ（不図示）に予め記憶されている。

測距瞳重心データGafU、GafDをテーブル２１４ｂで求める場合には、テーブル２１４ｂが入力パラメータの離散的な値にしか対応していないので、実際のデータが離散的な値の間の値の場合は、求められた測距瞳重心データGafU、GafDに誤差を生ずる。また、焦点検出用画素を組み込んだ撮像素子の個体バラツキや温度や湿度などの環境の違いにより、実際の測距瞳重心データGafU、GafDと測距瞳重心データテーブル２１４ｂで求めた測距瞳重心データGafU、GafDの間に誤差を生ずる場合がある。このような場合には、図１７に示すように、測距瞳重心データGafU、GafDを個別の固定的な補正値で補正したり、レンズ駆動誤差を実測してフィードバックすることによって校正するようにしてもよい。

図１７においては、まず、測距瞳重心データテーブルで求めた測距瞳重心データGafU、GafDを補正値により補正測距瞳重心データ（GafU＃、GafD＃）に補正する。次に、自動焦点調節でレンズ駆動を行った結果、本来の合焦点に対して行き過ぎたのか、行き足らずだったのかをレンズ駆動後に検出したデフォーカス量に基づいて判断し、判断結果の実測誤差に基づいて補正測距瞳重心データ（GafU＃、GafD＃）を校正測距瞳重心データ（GafU％、GafD％）に校正する。上記補正および校正は、図１８に示すようにデフォーカス量のレベルで行ってもよい。

図３に示す撮像素子２１２では焦点検出用画素３１１を隙間なく配列した例を示したが、図１９に示す撮像素子２１２Ａのように焦点検出用画素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。焦点検出用画素３１１の配列ピッチが大きくなることによって、焦点検出精度が多少低下するが、焦点検出用画素３１１の密度が低くなるので、補正後の画像品質が向上する。

図３に示す撮像素子２１２では焦点検出用画素３１１がひとつの画素内に一対の光電変換部を備える例を示したが、図２０に示す撮像素子２１２Ｂのように、焦点検出用画素３１３，３１４において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２０において、焦点検出用画素３１３と焦点検出用画素３１４がペアとなっており、図３に示す焦点検出用画素３１１に相当する。

焦点検出用画素３１３は、図２１(ａ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１６から構成される。また、焦点検出用画素３１４は、図２１(ｂ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１７から構成される。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、焦点検出用画素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。焦点検出用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２１２Ｂでは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では撮像用画素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ない。例えば、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、焦点検出用画素は、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では焦点検出用画素には色フィルターを設けない例を示したが、撮像用画素と同色の色フィルターの内の一つのフィルター（たとえば緑フィルター）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。

図５および図２１に示す焦点検出用画素では光電変換部の形状を円形、半円形にする例を示したが、光電変換部の形状はこれに限定されず、他の形状であってもよい。例えば、焦点検出用画素の光電変換部の形状を楕円や矩形や多角形にすることも可能である。

図３に示す撮像素子２１２では撮像用画素と焦点検出用画素を稠密正方格子配列に配置した例を示したが、稠密六方格子配列に配置してもよい。

撮像素子２１２、２１２Ａ、２１２Ｂ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。

本発明はマイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出に限定されず、再結像瞳分割方式などの他の方式の瞳分割型位相差検出にも適用可能である。図２２により、再結像瞳分割方式の焦点検出に適用した場合について説明する。図２２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は焦点検出用光束、１９０は交換レンズ２０２の予定結像面の前方ｄ５の距離に設定された射出瞳である。なお、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、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。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を構成する。

図２２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とを模式的に例示している。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３箇所の焦点検出位置１０１〜１０３において再結像方式の瞳分割型位相差検出により焦点検出を行う焦点検出専用センサーを実現することができる。

コンデンサーレンズ１１０を含む焦点検出ユニットは、交換レンズ２０２の予定結像面近傍に配置されたコンデンサーレンズ１１０、その背後に配置されたイメージサンサー１１６、コンデンサーレンズ１１０とイメージサンサー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ー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。

イメージセンサー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サンサであって、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。そして、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより、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。

イメージセンサー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。この明細書では、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。この明細書では、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。

上記のような再結像瞳分割方式の焦点検出においても、一対の焦点検出用光束が撮影レンズの構成要素（絞り、レンズ）により制限を受ける場合には、本発明を適用することにより、像ズレ量からデフォーカス量への変換を高精度に行うことができる。

本発明に係わる撮像装置は、交換レンズがカメラボディに着脱可能に装着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ない。例えば、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、あるいはビデオカメラにも適用できる。また、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラなどにも適用できる。さらには、カメラ以外の焦点検出装置、測距装置、ステレオ測距装置などにも適用できる。さらにまた、時間が異なるイメージセンサーの信号間の相関を検出して被写体像の動きやカメラのブレを検出する装置にも適用できる。また、イメージセンサーの画像信号と特定の画像信号のパターンマッチングにも適用できる。さらに、画像信号データの相関を検出するものに限定されず、音に関するデータの相関やその他一般に２つの信号の相関を検出するものにも適用できる。

一実施の形態のカメラの構成を示す横断面図 一実施の形態の撮影画面上における焦点検出位置を示す図 撮像素子の詳細な構成を示す正面図 撮像用画素の正面図 焦点検出用画素の正面図 撮像用画素の緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性を示す図 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）の分光特性とを総合した分光特性を示す図 撮像用画素の断面図 焦点検出用画素の断面図 マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出光学系の構成を示す図 図１に示すデ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 像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細を説明するための図 焦点検出用光束のケラレについて説明するための図 像ズレ量からデフォーカス量への変換の概念を示す図 像ズレ量からデフォーカス量への変換処理を示すブロック図 変形例の像ズレ量からデフォーカス量への変換処理を示すブロック図 測距瞳重心データを個別の固定的な補正値やレンズ駆動誤差で補正する例を示す図 デフォーカス量を個別の固定的な補正値やレンズ駆動誤差で補正する例を示す図 一実施の形態の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図 一実施の形態の他の変形例の撮像素子の詳細な構成を示す正面図 図２０に示す撮像素子の焦点検出用画素の正面図 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

２０１ レンズ交換式デジタルスチルカメラ
２０２ 交換レンズ
２０３ カメラボディ
２０６ レンズ駆動制御装置
２０６ａ 瞳サイズデータ
２０６ｂ 瞳距離データ
２１２、２１２Ａ、２１２Ｂ 撮像素子
２１４ ボディ駆動制御装置
２１４ａ 像ズレ検出ブロック
２１４ｂ 測距瞳重心テーブル（Ｇａｆテーブル）
２１４ｂ’ 測距瞳重心データ演算ブロック
２１４ｃ 像ズレ量−デフォーカス量変換ブロック
２１４ｄ 瞳分布データ

Claims (6)

1. 撮影光学系の結像面の、予定焦点面に対するデフォーカス量を検出する焦点検出装置であって、
   前記撮影光学系の異なる領域を通過する一対の第１及び第２の焦点検出用光束によって前記予定焦点面に形成される一対の像の相対的な像ズレ量を検出する像ズレ検出手段と、
   前記撮影光学系内で前記第１の焦点検出用光束を規制する第１の開口の射出瞳の大きさ情報と、前記第１の開口の射出瞳の前記予定焦点面からの第１の距離情報と、前記予定焦点面における前記デフォーカス量を検出する焦点検出位置情報とに基づくが、前記第１の開口の射出瞳面における前記第１の焦点検出用光束の光量分布情報に基づくことなく、前記第１の開口の射出瞳により制限された前記第１の焦点検出用光束の、前記第１の開口の射出瞳の面における第１の重心位置情報を出力すると共に、前記撮影光学系内で前記第２の焦点検出用光束を規制する第２の開口の射出瞳の大きさ情報と、前記第２の開口の射出瞳の前記予定焦点面からの第２の距離情報と、前記焦点検出位置情報とに基づくが、前記第２の開口の射出瞳面における前記第２の焦点検出用光束の光量分布情報に基づくことなく、前記第２の開口の射出瞳により制限された前記第２の焦点検出用光束の、前記第２の開口の射出瞳の面における第２の重心位置情報を出力する重心情報出力手段と、
   前記像ズレ量に前記第１の距離情報と前記第２の距離情報とをそれぞれ乗じた値を、前記第１の重心位置情報に前記第２の距離情報を乗じた値と前記第２の重心位置情報に前記第１の距離情報を乗じた値とを加算した値で、除することにより前記像ズレ量をデフォーカス量に変換する変換手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記撮影光学系内にある前記第１及び第２の開口は、開口絞り径、レンズ径およびレンズ保持部材の内径によって規定されることを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
   前記デフォーカス量に基づき、前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記焦点調節手段による前記撮影光学系の焦点調節後に前記像ズレ検出手段によって検出された前記像ズレを前記変換手段によって変換したデフォーカス量に基づき前記第１及び第２の重心位置情報を校正する校正手段とを備え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、
   前記像ズレ検出手段は、微小光学要素とその背後に配置された光電変換部とからなる焦点検出用画素の配列を有し、前記焦点検出用画素の出力に基づいて前記像ズレ量を検出することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記像ズレ検出手段は、前記焦点検出用画素の出力から一対の第１信号データ列と第２信号データ列とを生成し、
   前記第１信号データ列中の第１データと、前記第２信号データ列中の前記第１データに対応する第２データの近傍のデータとを乗算して第１演算データを生成するとともに、
   前記第２信号データ列中の前記第２データと、前記第１信号データ列の前記第１データの近傍のデータとを乗算して第２演算データを生成し、
   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して前記像ズレ量を検出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。
   

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