JP6614057B2 - 焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置 - Google Patents

焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置 Download PDF

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本発明は、焦点検出装置及び焦点検出方法に係り、より具体的には、像面位相差検出方式の焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置に関する。
デジタルカメラの自動焦点検出装置として、撮像素子内にフォーカス検出用の画素（一対の位相差検出画素）列を配置した像面位相差ＡＦ方式が知られている。この像面位相差ＡＦ方式は、一回の露光（撮像）で得た画像信号からフォーカス情報（位相差情報）が得られるので、焦点調節レンズ群のフォーカス位置（光軸方向位置）を変えながら露光（撮像）を繰り返してコントラストの変化を検出することによりコントラストのピーク位置（＝合焦（フォーカス、ピント）位置）を探索するコントラストＡＦ方式に比べ、高速な焦点調節動作が可能であり、近年盛んに使用されている（特許文献１）。
像面位相差ＡＦ方式の一対の位相差検出画素は、撮影時に使用する全光束のうち、瞳位置において撮影光学系の光軸を挟んで例えば左右（縦線検出用の場合、横線検出用の場合は上下）のどちらか一方に偏った瞳範囲を透過した光束のみを検出する。この検出特性が左に偏った位相差検出画素と右に偏った位相差検出画素を単位対として複数単位対を同一列上に配置し、検出特性が左右に偏った位相差検出画素列の一対の信号波形を見ると、合焦状態では一対の信号波形が重なり（一致し）、合焦状態から外れると、一対の信号波形の位相が左右にずれる（シフトする）。そのため、この一対の信号波形の位相差（シフト量）を検出することでデフォーカス量を検出できる。
この像面位相差ＡＦ方式では、位相差検出画素の構造上、合焦状態において特定の射出瞳距離の特定のＦ値（絞り値、射出瞳距離）のときに一対の信号波形が一致するが、この２つのパラメータのいずれか一方または双方が変化すると、各位相差検出画素に入射する光束（光量）が変動し、またこの影響が各位相差検出画素で異なり、通常、一対の位相差検出画素において左右非対称なシェーディングが生じ、信号波形一致度の低下に伴いフォーカス検出性能（正確さと精度）が低下する。この対策として信号処理によってシェーディング補正を行う方法が既に知られている（特許文献１）。
特開２０１４−６３８８号公報
しかし、レンズ交換式のカメラでは使用するカメラ（撮像素子）と交換レンズ（撮影レンズ）の組み合わせが多数存在するので膨大なシェーディングデータが必要になり、これらのデータをカメラに持たせる（メモリに記憶する）場合、メモリ可能なデータ量に応じて対応交換レンズを限定せざるを得ないという問題があった。
特許文献１は、こうした問題に対応するためシェーディングを多項式近似して、多項式の係数情報のみを各交換レンズに持たせることを提案しているが、この場合でも適切な補正を行うためには、結局交換レンズ毎に多くのデータが必要になるといった問題があった。また、多項式近似する場合には、個別の交換レンズに対応する補正計算専用のレンズ情報が必要なので、既存の交換レンズに対応させることが困難であった。
像面位相差ＡＦ方式の位相差検出画素は、感度の低下を防ぐため、広い入射角範囲の光に対する応答特性を持たされており、このため結像光学系のＦ値と射出瞳距離と、さらに結像光学系の光軸から画素までの距離（撮像面上の画素位置）が異なると実際に入射する光量が変動し、デフォーカス量に対する信号波形の位相差（シフト）量が変化するという問題があった。
本発明は、少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な位相差検出画素のシェーディング補正が可能な焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置を得ることを目的とする。
本発明は、結像光学系の異なる２つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第１の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第２の位相差検出画素を単位対とする複数対の第１と第２の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第１の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第２の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出装置において、前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記２つの瞳範囲のそれぞれの異なる２つの領域を通過した２つの光線が単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記２つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第１と第２の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明の焦点検出装置にあっては、前記結像光学系の絞り情報及び射出瞳距離情報を入力する結像光学系情報入力手段と、前記２つの瞳範囲の異なる２つの領域を通過して前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する２つの光線の入射角を、前記絞り情報、射出瞳距離情報、及び撮像素子上の画素位置情報とに基づいて演算する入射角演算手段と、をさらに備え、前記分布関数演算手段は、前記入射角演算手段が演算した入射角について前記各分布関数の解を演算する。
前記単位対の第１と第２の位相差検出画素は、前記撮像素子の撮像面上の焦点検出範囲内に横方向または縦方向に列上に配置されており、同一列上の前記単位対の第１と第２の位相差検出画素の内、前記焦点検出範囲の中央部に位置する単位対の第１と第２の位相差検出画素と、前記焦点検出範囲の少なくとも一方の端部に位置する単位対の第１と第２の位相差検出画素のそれぞれについて、前記複数の分布関数の解が演算されていることが好ましい。
前記補正値演算手段は、前記中央部と両端部の間に位置する他の単位対の第１と第２の位相差検出画素の分布関数の解を、前記焦点検出範囲の前記中央部と少なくとも一方の端部に位置する単位対の第１と第２の位相差検出画素の分布関数の解から演算することができる。
前記分布関数は、分布中心位置と、分布広がり係数と、分布ピーク値とによって規定される関数である。
本発明の焦点検出装置にあっては、前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記２つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該２つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算手段をさらに備えることができる。
前記入射角重心演算手段は、前記入射角重心を、前記瞳範囲の形状に応じた複数の異なる位置の入射角範囲について求め、該複数の入射角重心の平均により前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求めることができる。
前記各入射角重心から、前記単位対の第１と第２の位相差検出画素の出力に基づく信号波形の位相差をデフォーカス量に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段をさらに備えることが実際的である。
前記変換係数は、結像光学系の射出瞳径及び射出瞳距離と、単位対の第１と第２の位相差検出画素の撮像面上の位置とによって算出される係数である。
焦点検出方法からなる本発明は、結像光学系の異なる２つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第１の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第２の位相差検出画素を単位対とする複数対の第１と第２の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第１の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第２の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出方法において、前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定ステップと、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定ステップと、前記２つの瞳範囲のそれぞれの異なる２つの領域を通過した２つの光線が単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算ステップと、前記演算された複数の分布関数を前記２つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第１と第２の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算ステップと、を含むことを特徴とする。
前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記２つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該２つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算ステップをさらに備えることが好ましい。
撮影装置からなる本発明は、結像光学系を通過した光を検出する所定の画素を複数有する撮像素子を備えた撮影装置において、前記所定の画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記結像光学系の所定開口または絞り領域を通過して前記所定の画素に入射する光線の入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各所定の画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な、位相差検出画素のシェーディング補正が可能な焦点検出装置が得られる。
本発明による像面位相差ＡＦ方式の焦点検出装置及び焦点検出方法を適用したレンズ交換式のデジタルカメラ（撮影装置）の要部構成をブロックで示す図である。 同デジタルカメラ（撮影装置）のシステムコントロール回路及び像面位相差ＡＦ動作に関わる主要構成要素をブロックで示す図である。 図３Ａは同デジタルカメラ（焦点検出装置）の撮像素子（像面位相差ＡＦ撮像素子）の画素配列を示す全体正面図、図３Ｂはその一部を拡大した正面図である。 同デジタルカメラの撮像素子の光軸付近における位相差検出画素の構造と像分離の原理を説明する図である。 図５Ａは射出瞳と合焦位置とピント（焦点）状態との関係を説明する図、図５Ｂは光軸付近における位相差検出画素の出力波形とピント状態との関係を説明する図である。 位相差検出画素のシェーディングを説明する図であって、図６Ａは撮像面の各位置における通常画素と一対の位相差検出画素の出力特性をグラフで示す図、図６Ｂは図６ＡのＰ０地点、Ｐ１地点、及びＰ２地点における通常画素と一対の位相差検出画素に入射する光線の様子を説明する図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、図６Ａに示した撮像素子の中央部（Ｐ０地点）と一方の端部（Ｐ２地点）に位置する一対の位相差検出画素の入射角特性をグラフで説明する図である。 図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、上段が撮影画面の左端の一対の位相差検出画素の入射角範囲と応答特性の関係、及び下段が画素位置とシェーディングとの関係をグラフで説明する図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、Ｆ値が同一で射出瞳距離が異なる場合の一対の位相差検出画素の実際のシェーディング波形をグラフで説明する図である。 上段は瞳範囲と撮像面上の位置関係を説明する図、下段は異なる画素位置の一対の位相差検出画素の入射角特性をグラフで示す図である。 図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、上段は異なる画素位置の一対の位相差検出画素の入射角特性をグラフで示す図であり、下段はシェーディング補正後の入射角特性をグラフで示す図である。 図１２Ａは、本発明の焦点検出装置における複数の分布関数と入射角の関係をグラフで説明する図、図１２Ｂは入射角特性と同合成分布関数との関係をグラフで説明する図である。 図１３Ａは図１２Ａの各分布関数を積分したものをグラフで説明する図、図１３Ｂは積分した各分布関数の和と入射光量（シェーディング）との関係をグラフで説明する図である。 同焦点検出装置において、中央部と左端部の画素の分布関数を規定する分布中心の係数ａと広がり係数ｂとピーク値ｃの一例を示す図と中央部と左端部とその間の画素の分布特性をグラフで説明する図である。 入射角算出方法を説明する図である。 本発明を適用したデジタルカメラによる像面位相差ＡＦ動作に関するフローチャートを示す図である。 同デジタルカメラによる位相差画素データ取得動作に関するフローチャートを示す図である。 同デジタルカメラによるシェーディングデータ更新動作に関するフローチャートを示す図である。 本発明の別の実施形態を適用したデジタルカメラ（撮影装置）の要部構成をブロックで示す図である。 図２０Ａと図２０Ｂは、像面位相差ＡＦ方式において、同一の射出瞳距離、デフォーカス量において、瞳径（Ｆ値）が異なる場合のデフォーカス量と一対の出力波形のシフト量との関係を示した図である。 図２１Ａと図２１Ｂは、像面位相差ＡＦ方式において、同一の瞳径（Ｆ値）、同一のデフォーカス量において、射出瞳距離が異なる場合の射出瞳距離と画素位置と一対の出力波形のシフト量との関係を示した図である。 図２２Ａは、本発明の焦点検出装置における複数の分布関数を入射角で乗算した重み付分布関数をグラフで説明する図、図２２Ｂは同重み付分布関数の和と入射角との関係をグラフで説明する図である。 図２３Ａは図２２Ａの各重み付け分布関数を積分した重み付分布関数をグラフで説明する図、図２３Ｂは同各積分した重み付分布関数の和（合成重み付き分布関数）と入射角重心との関係をグラフで説明する図である。 図２４Ａは光軸直交平面内における瞳位置と入射角範囲との関係を説明する図、図２４Ｂは瞳を二次元的に分割して入射角特性を求める様子を説明する瞳の正面図である。 位相差検出画素の入射角重心とデフォーカス量とシフト量の関係をグラフで説明する図である。 本発明を適用したデジタルカメラによる像面位相差ＡＦ動作の別の実施形態に関するフローチャートを示す図である。 同デジタルカメラによる位相差画素データ補正動作に関するフローチャートを示す図である。 同デジタルカメラによる変換係数（シフト量補正係数）演算動作に関するフローチャートを示す図である。 同デジタルカメラによる一次元の入射角重心演算動作に関するフローチャートを示す図である。
図１〜図２９を参照して、本発明をデジタルカメラ（撮影装置）１０に適用した実施形態について説明する。
図１に示すように、デジタルカメラ１０は、ボディ本体２０と、このボディ本体２０に着脱可能（レンズ交換可能）な撮影レンズ(交換レンズ、結像光学系）５０とを備えている。撮影レンズ５０は、光軸Ｏに沿って配置された複数のレンズ群を有する撮影レンズ群５１と、撮影レンズ群５１の間に配置された絞り５２とを備えている。ボディ本体２０は、撮影レンズ群５１を通った被写体光束を受ける撮像素子（イメージセンサ）３０を備えている。
ボディ本体２０は、撮影レンズ５０が装着された状態で絞り５２を駆動制御する絞り駆動機構２３を備えている。撮影レンズ群（撮像光学系）５１及び絞り５２を通った被写体光束による被写体像が、撮像素子３０の撮像面上に形成される。撮像素子３０の撮像面（受光面）上に形成された被写体像は、マトリックス状に配置された検出色の異なる多数の画素によって、電気的な画素信号に変換され、画像データ（時系列に撮像した複数の画像データ）として画像処理回路２２に出力される。画像処理回路２２は、撮像素子３０から入力した画像データに所定の画像処理を施して、これを表示装置２４に表示し、外部記憶装置（着脱可能なフラッシュメモリ）２５に記憶する。撮像素子３０は、詳細は後述するが、撮像面上に、通常撮影に使用される多数の通常画素と、焦点検出範囲内において、通常画素の列と通常画素の列との間に一対の位相差検出画素（像面位相差検出画素）が複数、列上に所定間隔で配置された像面位相差ＡＦ撮像素子である。
ボディ本体２０は、撮像素子３０の位相差検出画素列から出力された一対の位相差検出画素列データからデフォーカス量を求め、焦点調節動作するシステムコントロール回路４０を備えている。システムコントロール回路４０は、像面位相差ＡＦ動作の外に、デジタルカメラ１０全体の機能を統括的に制御する機能を備えている。またシステムコントロール回路４０には、操作部材２６が接続されている。操作部材２６は、電源スイッチ、ＡＦスイッチ、レリーズスイッチなどの各種スイッチからなる。
撮影レンズ５０は、撮影レンズ群５１中のフォーカシングレンズ（群）５１ｆを光軸方向に駆動するフォーカス駆動機構５３と、フォーカス駆動機構５３を制御するレンズＣＰＵ５４を備えている。レンズＣＰＵ５４は、絞り５２の開口径（開放Ｆ値、現在の絞りＦ値）情報や、射出瞳距離情報などの各種レンズ情報を記憶したメモリを内蔵（または外部メモリを接続）している。撮影レンズ５０がボディ本体２０に装着された状態では、各種レンズ情報がレンズＣＰＵ５４を介してシステムコントロール回路４０に通信される。撮影レンズ５０の絞り５２は、ボディ本体２０の絞り駆動機構２３によって開閉駆動され、所定Ｆ値に設定される。
撮影レンズ５０は、図１では、撮影レンズ群５１を簡略化して描いているが、実際の撮影レンズ群５１は、例えば、固定レンズ、フォーカシング時に移動するフォーカシングレンズ５１ｆ、ズーミング（変倍）時に移動するバリエータレンズ、コンペンセータレンズなどの複数枚／群のレンズを有するズームレンズでもよい。
図２はシステムコントロール回路４０の像面位相差ＡＦ動作機能の詳細を示すブロック図である。システムコントロール回路４０は、レンズ制御部４１と、シェーディング計算部４２と、像面位相差ＡＦデータ補正部４３と、像面位相差ＡＦ演算部４４と、像面位相差ＡＦ動作で使用する分布係数データなどを記憶したＲＯＭ４５を備えている。
レンズ制御部４１は、レンズＣＰＵ５４と通信して、レンズＣＰＵ５４から撮影レンズ５０のＦ値、射出瞳距離情報などのレンズ情報を入力し、フォーカシングレンズ５１ｆを駆動制御するレンズ制御情報をレンズＣＰＵ５４に出力してフォーカス駆動機構５３を介してフォーカシングレンズ５１ｆを移動し、絞り駆動機構２３を介して撮影レンズ５０の絞り５２を開閉駆動し、絞り５２を所定Ｆ値に設定する。レンズ制御部４１は、レンズＣＰＵ５４から通信で得たＦ値、射出瞳距離情報をシェーディング計算部４２に出力する。シェーディング計算部４２は、レンズ制御部４１が出力したＦ値、射出瞳距離情報と、ＲＯＭ４５から読み出した分布係数データとに基づいて、各位相差検出画素のシェーディングを計算し、計算したシェーディングデータを像面位相差ＡＦデータ補正部４３に出力する。撮像素子制御部４７は、撮像素子３０の撮像動作を制御する。画像処理回路２２は、撮像素子３０の撮像動作により得た画像データの中から、位相差検出画素データを抽出して像面位相差ＡＦデータ補正部４３に出力する。
像面位相差ＡＦデータ補正部４３は、シェーディング計算部４２が計算したシェーディングデータと、画像処理回路２２が出力した位相差検出画素データとに基づいて像面位相差ＡＦデータを補正し、補正した位相差検出画素データを像面位相差ＡＦ演算部４４に出力する。
像面位相差ＡＦ演算部４４は、シェーディング補正された一対の位相差検出画素列データに基づいてデフォーカス量を演算し、デフォーカス情報をレンズ制御部４１に出力する。
レンズ制御部４１は、デフォーカス情報に基づいて、フォーカシングレンズ５１ｆを合焦位置に移動するための移動方向と移動量を求め、レンズ制御情報としてレンズＣＰＵ５４に通信する。レンズＣＰＵ５４は、レンズ制御情報に基づき、フォーカス駆動機構５３を介してフォーカシングレンズ５１ｆを合焦位置まで移動させる。
撮像素子３０は、撮像用の通常画素と、位相差検出画素を備えた像面位相差ＡＦ撮像素子である。撮像素子３０は、図３に示したように、通常画素がマトリックス状に配置された通常画素群と、撮像面の中央を中心として設定された焦点検出範囲（位相差ＡＦ可能範囲）に配置された複数の位相差検出画素列とを備えている。位相差検出画素列は、一対の第１の位相差検出画素３２ａと第２の位相差検出画素３２ｂを単位対とする複数単位対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂが直線状に配置されていて、この位相差検出画素列が縦方向に所定間隔で複数列配置されている。この実施形態の撮像素子３０は、位相差検出画素列毎に、また列の所定範囲内の複数単位対の位相差検出画素により、像面位相差を検出することができる。一対の第１の位相差検出画素３２ａと第２の位相差検出画素３２ｂの間、一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂと他の一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂとの間に通常画素３２を挟んでいるが、通常画素３２の数は問わず、通常画素３２を挟まない構成でもよい。第１の位相差検出画素３２ａと第２の位相差検出画素３２ｂが異なる列に配置されている構成でもよい。
なお、単位対、一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂを、単に第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂと表示することがある。また、以下、本明細書及び図面において、第１の位相差検出画素３２ａを「Ａ画素」、第２の位相差検出画素３２ｂを「Ｂ画素」と表示することがある。
図４に示すように、通常画素３２は、前方（光線入射側）から順に、マイクロレンズ３３と、導光路３４と、フォトダイオード３５を備えている。通常画素３２は、例えばマイクロレンズ３３と導光路３４の境界部に、カラーフィルタ（いわゆるベイヤ配列の三原色カラーフィルタのいずれか一色）が形成される（図示せず）。一方、第１の位相差検出画素３２ａは、前方から順に、マイクロレンズ３３ａと、導光路３４ａと、フォトダイオード３５ａとを備え、第２の位相差検出画素３２ｂは、前方から順に、マイクロレンズ３３ｂと、導光路３４ｂと、フォトダイオード３５ｂとを備えている。第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂは、導光路３４ａと３４ｂの途中に、マイクロレンズ３３ａと３３ｂの光軸Ｏｍを挟んで、導光路３４ａと３４ｂの一方の領域（図４では上下の一方の領域）を遮光する遮光膜３６ａと３６ｂが形成されている。図３では、撮像素子３０を正面から見て、第１の位相差検出画素３２ａの遮光膜３６ａは導光路３４ａの右領域を遮光し、第２の位相差検出画素３２ｂの遮光膜３６ｂは導光路３４ｂの左領域を遮光している。
図４において、通常画素３２（フォトダイオード３５）には、通常画素３２の瞳範囲を通った被写体光束が入射する。このとき、第１の位相差検出画素３２ａ（フォトダイオード３５ａ）には、通常画素３２の瞳範囲中、主に光軸Ｏより上方の瞳範囲（Ａ画素瞳範囲）を通った光束が入射し、第２の位相差検出画素３２ｂ（フォトダイオード３５ｂ）には、通常画素３２の瞳範囲中、主に光軸Ｏより下方の瞳範囲（Ｂ画素瞳範囲）を通った光束が入射する。この構成（遮光膜３６ａと遮光膜３６ｂの遮光作用）は、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂに対応する瞳範囲を規定する効果がある。
ここで、図５（図５Ｂ）に示したように、光軸付近の通常画素３２に入射する光束の入射角重心（有効光束の中心、入射角中心）は光軸Ｏ（及びＯｍ）と略一致しているのに対し、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂ（Ａ画素とＢ画素）に入射する光束の入射角重心（有効光束の中心、入射角中心）は、光軸Ｏ（及びＯｍ）に対して傾いている。図５は、このように入射角度範囲に制限を加えられた個別対のＡ画素とＢ画素に入射した光束の、合焦状態とデフォーカス状態における状態（様子）を描いている。光束は、合焦状態のときは撮像面の１点に収束（結像）するので、通常画素列の検出信号波形（信号波形）、及び個別対のＡ画素列とＢ画素列の一対の検出信号波形（信号波形）が幅狭に鮮鋭になり、略一致している。しかし、光束は、デフォーカス状態のときは、デフォーカス量に応じて広がった状態（ボケ状態）で撮像面に入射するので、通常画素列の検出信号波形と、Ａ画素列とＢ画素列の一対の検出信号波形は共にピークが低く、裾野が広がっている。さらにＡ画素列とＢ画素列の一対の検出信号波形は、入射光束の入射角重心（各画素に入射する有効光束の中心）が偏っているため互いに離れる方向にシフト（位相がシフト）している。図５において、合焦状態のときには、Ａ画素列の検出信号波形とＢ画素列の検出信号波形が一致するので一対の検出信号波形のボケは小さく、位相は一致するが、前ピン状態（非合焦状態）のときには、Ａ画素列の検出信号波形とＢ画素列の検出信号波形が前ピンデフォーカス量に応じてボケながら互いに離れる方向にシフトして（ずれて）いる。このシフト（ずれ）量（ずれの方向と距離）をデフォーカス量に換算することにより、フォーカシングレンズ５１ｆの合焦位置を求めることができる。なお、後ピン状態のときには、Ａ画素列の検出信号波形とＢ画素列の検出信号波形のシフト方向は前ピン状態のときと真逆になる。
第１と第２の位相差検出画素３２ａ、３２ｂは、画素内（導光路３４ａ、３４ｂ）に遮光膜３６ａ、３６ｂが設けられているが、フォトダイオードに入射する光線の角度範囲を制限できる構造であれば、遮光膜を設けずに、フォトダイオードをマイクロレンズの光軸に対して偏芯させ、あるいはフォトダイオードを二分割、四分割するなどの構造を採用することができる。
第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂは、遮光膜３６ａ、３６ｂにより入射角制限を受けているため（図３、図４、図６Ｂ）、焦点検出範囲の中央部のＰ０地点、右端部のＰ２地点及びＰ０地点とＰ２地点の間のＰ１地点だけでなく全ての位置で通常画素３２より感度が低く（入射光量が少なく出力値が小さく）、また、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの各画素列における感度ピークが左右にシフトした形状のシェーディング（出力特性）となる（図６Ａ）。この特性は位相差検出画素の入射角感度特性と、使用される撮影レンズの特性によって異なる。この撮影レンズの種類・状態に応じたさまざまな異なるシェーディングデータを持つには、膨大な容量のＲＯＭが必要となる。また、従来の近似法では正確なシェーディングデータを求めるために複雑な係数が必要となり、さらに交換レンズに補正用のための固有のデータが必要になるなど、既存の撮影レンズに対応させることが困難である。
ところで位相差検出画素について、画素内の反射や画素間のクロストークなどさまざまな要因のために、図４、図６に示すような遮光膜３６ａ、３６ｂによるはっきりとした入射角制限は求まらないが、位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角に対する出力応答特性（以下「入射角特性」と記述）を通常画素３２の入射角範囲内で積分することによって位相差検出画素３２ａと３２ｂの出力を求められることが知られている。本発明（実施形態）は、各位相差検出画素について入射角特性を通常画素の入射角範囲内で積分すれば、その結果となる信号波形はシェーディングそのものとなるので、正確なシェーディング量を求めることができるという着眼に基づいてなされたものである。さらに、シェーディングを求めた位相差検出画素と位相差検出画素の間に位置する位相差検出画素のシェーディングは、補間処理によって近似できる、という着眼に基づいてなされている。
具体的には、図７Ａ、図７Ｂに示したように、撮像素子３０上において、焦点検出範囲の中央部（撮像素子３０の中央部）であるＰ０地点の一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂ、並びに焦点検出範囲の右端部であるＰ２地点の一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂについて、入射角特性を求める。図７Ｂは、上段がＰ２地点における第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角特性を示すグラフ、下段がＰ０地点における個別対のＡ画素及びＢ画素の入射角特性を示すグラフである。同グラフにおいて、縦軸は光感度を示し、横軸は入射角を示している。この例では、Ｐ０地点における第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角範囲はα０からβ０、Ｐ２地点における同入射角範囲は略α２からβ２である。以上の入射角特性を通常画素３２の瞳範囲から求まる入射角範囲で積分すれば、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの出力が求まる。
以上の出力を、位相差検出画素列の複数の個別対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂについて求めれば、位相差検出用の一対の信号波形とシェーディングが得られる。
以下、その概念及び具体的方法を図８乃至図１５を参照して説明する。
図８（図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ）は、焦点検出範囲の左端部に位置するＡ画素の入射角特性とＢ画素の入射角特性に対し、通常画素３２の入射角範囲が偏った場合のシェーディングとの関係を示すグラフである。同図において、上段はＡ画素とＢ画素の入射角特性を示すグラフであり、縦軸が光感度を示し、横軸が入射角を示している。また、下段はＡ画素とＢ画素のシェーディングを示すグラフであり、縦軸がシェーディングを示し、横軸が焦点検出範囲における画素位置を示している。図８Ａは入射角範囲がマイナス側に偏った場合を示し、図８Ｂは入射角範囲が適正な（偏りがない）場合を示し、図８Ｃは入射角範囲がプラス側に偏った場合を示している。ここでＡ画素とＢ画素の入射角特性が交差する入射角をクロスポイントとする。Ａ画素とＢ画素の入射角特性に対してバランスよい範囲で光束が入射する場合は、クロスポイントが入射角範囲の中央に位置し（図８Ｂの上段のグラフ）、画素位置にかかわらず、Ａ画素とＢ画素のシェーディングがほぼ一致する（図８Ｂの下段のグラフ）。これに対して入射範囲のバランスが崩れた場合は、クロスポイントが入射角範囲のマイナス（左）寄りまたはプラス（右）寄りに位置し（図８Ａ、図８Ｃの上段のグラフ）、Ａ画素とＢ画素のシェーディング（入射角感度特性）が異なった波形となる（図８Ａ、図８Ｃの下段のグラフ）。
この入射角範囲は、撮影レンズのＦ値及び射出瞳距離と、各位相差検出画素の撮像素子上の位置によって決まるので、これらの情報によって入射角範囲が分かり、シェーディングを求めることができる。
図９Ａと図９Ｂは、ボディ本体２０に、絞り値Ｆが同一で、射出瞳距離が異なる撮影レンズを装着したときの実際のシェーディングを示すグラフである。同グラフにおいて、縦軸はシェーディングの強度を示し、横軸は焦点検出範囲における画素位置を示している。第１、第２の位相差検出画素３２ａ、３２ｂは遮光膜３６ａ、３６ｂにより入射角制限を受けているため、感度ピークが左右にシフトした形状のシェーディングになっている。
図１０には、焦点検出範囲の中央部のＰ０地点と右端部のＰ２地点と左端部のＰ２’地点に位置するＡ画素とＢ画素の実際の入射角応答特性を示している。同図のグラフにおいて、縦軸は入射角応答特性の光感度を示し、横軸は入射角を示している。
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、焦点検出範囲の左端部のＡ画素とＢ画素の、シェーディング補正前の入射角特性と、シェーディング補正後の入射角特性との関係を示すグラフである。同図の各グラフにおいて、上段のグラフは補正前の入射角特性を示し、下段のグラフはシェーディング補正後の入射角特性を示している。各グラフにおいて、縦軸はシェーディングの光感度を示し、横軸は入射角を示している。
シェーディング補正によってＡ画素群（列）の出力波形とＢ画素群（列）の出力波形のバランスを整えることは、クロスポイントの位置を入射角範囲の重心（入射角重心）に近付けることも同時に意味している。クロスポイントの位置を入射角範囲の重心（入射角重心）に近付けることにより、Ａ画素列とＢ画素列の一対の出力波形を正確に検出し、一対の出力波形のシフト量を正確に検出できる。
本デジタルカメラ１０の焦点検出装置の像面位相差ＡＦ動作について、さらに図１２乃至図１８を参照して説明する。
本実施形態のデジタルカメラ１０は、撮像素子３０の焦点検出範囲内における複数位置の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角特性を算出するのに必要なデータをボディ本体２０のＲＯＭ４５に記憶しており、このデータと、撮影レンズ５０の射出瞳距離、Ｆ値情報から撮像素子３０の撮像面上（焦点検出範囲内）の任意の位置の第１、第２の位相差検出画素３２ａ、３２ｂのシェーディングデータを作成する。
本実施形態では、デジタルカメラ１０の製造段階で、特定位置の一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角特性を測定し、測定した入射角特性を、複数の分布関数の積でトレースしてモデル化する。
ここで、複数の分布関数をdgn(θ)/dθ とおく。なお、ｎは、この実施形態では１乃至６の整数である。θは入射角である。
分布関数は、３個の係数ａ、ｂ、ｃによって規定される。但し、各係数は、
ａ：分布中心位置、
ｂ：分布の広がり係数、
ｃ：分布ピーク値
である。
本デジタルカメラ１０では、６個の分布関数dg1(θ)/dθ、dg2(θ)/dθ、dg3(θ)/dθ、dg4(θ)/dθ、dg5(θ)/dθ及びdg6(θ)/dθを設定してある。Ａ画素及びＢ画素について６個の分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθ毎に３個の係数ａ、ｂ、ｃを持ち、これらの分布係数データを、画面（撮像面、焦点検出範囲）の中央部と左端部と右端部の３箇所を含む複数個所のＡ画素及びＢ画素について持っている（計１８×複数個の係数ａ、ｂ、ｃ）。以上の分布係数データ（分布関数と計１８×複数個の係数ａ、ｂ、ｃ）は、予め、ＲＯＭ４５に書き込まれる。
中央部と左端部と右端部以外の任意位置のＡ画素とＢ画素の係数ａ、ｂ、ｃは、ＲＯＭ４５に書き込まれた中央部と左端部または右端部のＡ画素とＢ画素の係数ａ、ｂ、ｃを補間（線形補間）することにより求められるので、ＲＯＭ４５に書き込むデータ量が少なくて済む。
図１２Ａは、６個の分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθをグラフ化して示しており、図１２Ｂは、実測の入射角特性を６個の分布関数の積でトレースした合成分布関数ｄG(θ)/dθをグラフ化して示している。これらのグラフにおいて、縦軸は光感度を示し、横軸は入射角を示している。
なお、瞳範囲の２つの異なる端部を通って各画素に入射する２本の光線のうち、瞳範囲の上端を通過する光線を上光線、画素への入射角を上光線入射角αとし、瞳範囲の下端を通過する光線を下光線、画素への入射角と下光線入射角βとする。
Ａ画素とＢ画素の光線入射角特性ｄG(θ)/dθは、下記数１式で計算できる。
分布関数dg(θ)/dθは、下記数２式で計算できる。
図１３Ａは、分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθを積分した分布関数g1(θ)乃至g6(θ)と入射角との関係を示すグラフである。
各分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθの積分値（分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθの原関数g1(θ)乃至g6(θ)）を加算すれば、合成分布関数G(θ)によって入射角毎の入射光量が求まる。図１３Ｂは、合成分布関数G(θ)と入射角との関係を示すグラフである。ここで、上光線角αの入射光量G(α)と下光線角βの入射光量G(β)の差を求めれば、その差（G(α)−G(β)）がその画素の入射角特性を上光線角αと下光線角βについて定積分行った結果に一致し、その画素のシェーディング量となる。図１３Ａ及び図１３Ｂのグラフにおいて、縦軸は光感度の積を示し、横軸は入射角を示している。
分布関数g(θ)の積分は、下記数３式により計算できる。
シェーディング量は、下記数４式により計算できる。
図１４は、６個の分布関数の３個の係数ａ、ｂ、ｃの例を表及びグラフ化して示している。本実施形態では、６個の分布関数それぞれの３個の係数ａ、ｂ、ｃを、焦点検出範囲の中央部と左端部と右端部の３箇所について、単位対のＡ画素とＢ画素それぞれに持っている。ボディ本体２０がメモリする係数データは、上述のようにこの実施形態では、計１８×複数個である。以上の複数箇所とは異なる位置のＡ画素とＢ画素の係数ａ、ｂ、ｃは、その画素の左右のデータのある画素の係数ａ、ｂ、ｃを、例えば線形補間して求める。メモリする係数データは、中央部と、左端部または右端部の２箇所のデータでもよい。分布関数の個数はシェーディング補正量に影響を与えない範囲であれば６個以下でもよいし、より複雑な入射角特性に対応するため６個以上でもよい。また、Ｆ値が大きく入射角範囲が狭いような場合、用意された分布関数のうち主要なものだけを計算に利用して計算時間の短縮を図ることができる。なお、以上の６個の分布関数と３個の係数ａ、ｂ、ｃは、複数の位相差検出画素列毎に求めてもよい。
以上の６個の分布関数と３個の係数ａ、ｂ、ｃのデータは、例えばテーブルデータとしてＲＯＭ４５に書き込まれる（メモリされる）。ＲＯＭ４５は、ＥＥＰＲＯＭなど、書き換え可能なフラッシュメモリが適している。
上光線入射角α及び下光線入射角βは、例えば図１５を参照すると、以下の手順で求めることができる。
１）撮影レンズ５０から入力したＦ値から開口角を算出する。
２）算出した開口角と、撮影レンズ５０から入力した射出瞳距離から射出瞳の開口径を算出する。
３）一対の位相差検出画素の位置と瞳開口（通常画素３２の瞳範囲）の位置関係から上光線入射角α、下光線入射角βを算出する。
なお、Ｆ値と射出瞳距離がレンズ側の係数となる。
開口角φ、瞳開口（瞳径）ｒ、瞳上端ｄtop、瞳下端ｄbottom、上光線角α、下光線角βは、下記数５式の通り定義される。
デジタルカメラ１０の像面位相差ＡＦ動作について、図１６乃至図１８のフローチャートを参照して説明する。
システムコントロール回路４０は、操作部材２６からＡＦ開始指令を受けると、ＡＦ動作をスタートする。システムコントロール回路４０は、まず、位相差検出画素データを取得する（Ｓ１１）。位相差検出画素データには、レンズ制御部４１を介して撮影レンズ５０のレンズＣＰＵ５４との通信により入力するＦ値（開放Ｆ値、現在の絞りＦ値）情報、瞳距離情報などのレンズ情報と、シェーディング計算部４２がＲＯＭ４５からシェーディング補正用の分布関数（係数ａ、ｂ、ｃ）データを入力し、演算するシェーディングデータと、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂから画像処理回路２２等を介して像面位相差ＡＦデータ補正部４３が入力する位相差検出画素データ等が含まれる。そうして像面位相差ＡＦデータ補正部４３は、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正し、正確な一対の位相差検出画素列データを得る。
システムコントロール回路４０（像面位相差ＡＦ演算部４４）は、デフォーカス量を、シェーディング補正された位相差検出画素データに基づいて演算する（Ｓ１３）。
システムコントロール回路４０（レンズ制御部４１）は、演算したデフォーカス量が合焦範囲未満であるかどうかチェックし（Ｓ１５）、合焦範囲未満でなければデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ５１ｆを駆動し（Ｓ１５：Ｎｏ、Ｓ１７）、ステップＳ１１に戻る。デフォーカス量が合焦範囲未満でないときは、以上のステップＳ１１乃至Ｓ１７の動作を繰り返す。演算したデフォーカス量が合焦範囲未満になると（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、レンズ駆動を停止して像面位相差ＡＦ動作を終了する（Ｓ１９、Ｅｎｄ）。
デジタルカメラ１０は、ライブビューモード、モニタモード、動画撮影モードなど、撮像素子３０が撮像した画像を表示装置２４に表示する処理を繰り返す場合は、この像面位相差ＡＦ動作を繰り返し実行してもよい。なお、デジタルカメラ１０は、画像コントラスト法によるＡＦ動作が可能な場合は、この像面位相差ＡＦ動作を終了した後に、画像コントラスト法によるＡＦ動作を実施してもよい。より正確な合焦が可能になる。
図１７は、ステップＳ１１の位相差画素データ取得動作の詳細を示すフローチャートである。
システムコントロール回路４０（レンズ制御部４１）は、撮影レンズ５０（レンズＣＰＵ５４）と通信してＦ値と射出瞳距離情報を含むレンズ情報を取得する（Ｓ２１）。
システムコントロール回路４０は、Ｆ値と射出瞳距離の少なくとも一方が変更されたかどうかチェックする（Ｓ２３）。最初にこのフローチャートに入ったときや、前回からＦ値と射出瞳距離の一方または双方が変わったときには（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２５に進んでシェーディングデータ（補正値）を更新し、撮像素子３０から、位相差検出画素データを取得する（Ｓ２７）。そうしてシステムコントロール回路４０は、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正して（Ｓ２９）、位相差画素データ取得動作を終了する（Ｅｎｄ）。
システムコントロール回路４０は、Ｆ値及び射出瞳距離の両方が変更されていないときには（Ｓ２３：Ｎｏ）、シェーディングデータ更新をせずに位相差検出画素データを取得して（Ｓ２７）、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正して位相差画素データ取得動作を終了する（Ｓ２９、Ｅｎｄ）。シェーディングデータの初期値は１としており、シェーディングデータが生成されていない場合、シェーディング補正後も位相差検出画素データはそのままとなる。
なお、ステップＳ２１、Ｓ２３の処理は、レンズ情報が更新されたときにシェーディングデータを更新する構成に変更してもよい。
図１８は、ステップＳ２５のシェーディングデータ更新動作の詳細を示すフローチャートである。シェーディングデータ更新は、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂとを別々に実施しても、同時に（単一のフローチャート内で）実施してもよいが、この実施形態は別々に実施するものとする。
システムコントロール回路４０は、処理する焦点検出画素の画素位置を初期値の０に設定する（Ｓ３１）。画素位置は、焦点検出範囲の一方の端部位置を０（初期値）とし、他方の端部位置を終了値Ｎとする。
システムコントロール回路４０は、所定画素位置の分布係数を算出する（Ｓ３３）。分布係数は、分布中心位置ａ、分布広がり係数ｂ、分布ピーク値ｃである。システムコントロール回路４０は、各３個の分布係数ａ、ｂ、ｃを用いて６個の分布関数g1(θ-a,b,c)乃至g6(θ-a,b,c)を求める。そうしてこれらの分布関数g1(θ-a,b,c)乃至g6(θ-a,b,c)から合成分布関数G(θ)を算出する。
システムコントロール回路４０は、指定された画素位置における第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの上光線角α及び下光線角βを、画素位置、撮影レンズ５０のＦ値及び射出瞳距離から計算する（Ｓ３５）。そうして計算した上光線角α及び下光線角βを合成分布関数G(θ)に代入して、それらの差G(α)-G(β)からその画素位置におけるシェーディング量を計算する（Ｓ３７）。
システムコントロール回路４０は、画素位置を＋ｍインクリメントする（Ｓ３９）。一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂとにつき別々に求める場合は、ｍ＝４である。一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの両方を求める場合は、ｍ＝２になる。
システムコントロール回路４０は、画素位置が終了値Ｎより大でないときには、以上のシェーディング量計算動作を繰り返す（Ｓ４１：Ｎｏ、Ｓ３１）。画素位置がＮより大になったらシェーディングデータ更新動作を終了する（Ｓ４１：Ｙｅｓ、Ｅｎｄ）。
以上は、第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂとについて別々に実施する場合の第１の位相差検出画素３２ａに対する動作である。第２の位相差検出画素３２ｂに対して動作する場合は、画素位置の初期値が＋２、終了値がＮ＋２になる。
以上、本実施形態のデジタルカメラ１０は、撮影レンズ（結像光学系）５０のＦ値、射出瞳位置（距離）といった基本的なレンズ情報さえあれば、シェーディング用の分布関数の係数を計算できるので、正確で精度の高い像面位相差検出を、少ないデータ量により、少ない計算量によって実現できる。
本実施形態のデジタルカメラ１０は、以上の像面位相差ＡＦ動作により、装着された撮影レンズ５０に応じて適切にシェーディング補正された一対の位相差データを得ることができるので、Ｆ値と射出瞳位置情報を有する撮影レンズであれば、像面位相差ＡＦ動作により高速で正確なＡＦ動作ができる。
本実施形態は、撮像素子３０の一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂに入射する光束量を、位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角特性と、撮影レンズ５０のＦ値（瞳径）と、射出瞳距離と、位相差検出画素３２ａと３２ｂの撮像面上の位置とから求めた。これは、図７に戻ると、位相差検出画素（一対のＡ画素とＢ画素）に入射する光束のうち、位相差検出画素が検出できる各光線の強さは、入射角に依存、つまり位相差検出画素の入射角特性に対応していることを意味している。このため、位相差検出画素に入射する光束の入射角重心もまた、位相差検出画素の入射角特性によって決まる。
各光線の入射角に、位相差検出画素の入射角特性による制限の重み付けを行い（入射角に入射角特性を乗算）、重み付した入射角の総和を位相差画素の検出した全光束量で割ると、各位相差検出画素に入射する光束の入射角重心が求められる（図２３）。総和を積分に置き換えると、入射角重心γは下記数６式により表される。但し、位相差検出画素に入射する前の光束は一様光とする。
この式で求まった入射角重心γを用いて、単位デフォーカス当たりのシフト量を計算すれば、一対の位相差検出画素群の出力波形の位相差（シフト量、波形シフト量）をデフォーカス量に変換する変換係数が求まる。この変換係数を使用することにより、各画素位置におけるデフォーカス量の検出精度と正確さの向上を図ることができる。
図５に戻ると、射出瞳の使用範囲は、位相差検出画素位置、射出瞳距離、Ｆ値によって変化するため、撮影レンズとその使用条件が変わると、焦点状態による波形シフト量とデフォーカス量との関係が変わる。
デフォーカス量 = 波形シフト量 × 変換係数（Ｆ値、射出瞳距離、画素位置）
正確なシェーディングにより正確な波形シフト量を検出しても、正確なデフォーカス量に変換できない場合がある。本発明の別の実施形態は、この波形シフト量を正確なデフォーカス量に変換する変換係数を求める。図１９は、図１、図２に示したデジタルカメラ１０に、入射角重心演算手段と変換係数演算手段として機能する変換係数算出部４６を備えた別の実施形態である。変換係数算出部４６以外の構成は、図１、図２に示したデジタルカメラ１０と同一である。変換係数は、Ｆ値（瞳径）と射出瞳距離と画素位置とによって規定できる変換係数である。
変換係数を求める概念及び方法について、さらに図２０乃至図２５を参照して説明する。図２０は、同一の射出瞳距離、デフォーカス量において、瞳径が異なる場合の瞳径（Ｆ値）と一対の出力波形（一対の位相差検出画素の入射角重心）のシフト量との関係を示した図、図２１は同一の瞳径、同一のデフォーカス量において、射出瞳距離が異なる場合の射出瞳距離と画素位置と一対の出力波形のシフト量（一対の位相差検出画素の入射角重心の像面上のシフト量）との関係を示した図である。像面位相差ＡＦ方式では、同一の射出瞳距離であっても瞳径が異なると、または瞳径が同一であっても射出瞳距離が異なると、同一のデフォーカス量においても一対の位相差検出画素群の出力波形の位相差（シフト量）が異なる。例えば、同一の前ピンデフォーカス状態におけるシフト量は、同一の射出瞳距離であっても、瞳径が大きいときの方が（図２０Ａ）、瞳径が小さいとき（図２０Ｂ）よりも大きい。
図２０Ａに示した開放絞り状態の瞳が、図２０Ｂに示したようにＦ値が大きくなり瞳の面積が小さくなると（絞りが絞り込まれると）、単位デフォーカスあたりのボケ量が小さくなるのに従って、単位デフォーカスあたりのピントシフト量も小さくなる。デフォーカス量は、波形シフト量と、Ｆ値と射出瞳距離と画素位置に依存する変換係数とにより、上記デフォーカス量と波形シフト量の関係式により表すことができる。ここで射出瞳距離、画素位置が同一の場合、変換係数は、Ｆ値を変数（射出瞳距離、画素位置は定数）として求めることができる。
また、画素位置が光軸から外れる（離れる）と、画素位置と射出瞳距離との関係によってＡ画素とＢ画素の入射角重心が変化し、これに従い波形シフト量も変化する。分かり易くするため、図２１Ａと図２１Ｂに示したようにＡ／Ｂ画素の入射特性のバランスを特定の射出瞳距離で最適化したような場合で説明する。
Ｆ値が同一（光軸画素に対する入射角が同一）の場合、射出瞳距離が短い方でＡ／Ｂ画素の入射特性のバランスを合わせたとき（図２１Ａ）、射出瞳距離を長くすると、Ａ画素の入射角重心は変化せず、Ｂ画素の入射角重心が浅くなるため、射出瞳距離が短いときより波形シフト量が小さい。一方射出瞳距離が長い方でＡ／Ｂ画素の入射特性のバランスを合わせたとき（図２１Ｂ）、射出瞳距離を短くすると、Ｂ画素の入射角重心は変化せず、Ａ画素の入射角重心がＢ画素の入射角重心に近づくため、射出瞳距離が長いときより波形シフト量が小さい。つまり画素に対して適正な射出瞳距離から外れるとシフト量が小さくなる特性となっている。
適正な射出瞳距離が同じ場合は、像面において光軸Ｏから遠い方の画素ほど入射角範囲が狭くなるので、波形シフト量が小さい。
この場合もデフォーカス量は、上記デフォーカス量と波形シフト量の関係式により求めることができる。変換係数は、Ｆ値が同一（射出瞳径が同一）の場合、射出瞳距離と画素位置を変数（Ｆ値は定数）として求めることができる。
デフォーカス量は、波形シフト量と変換係数、つまりＦ値と射出瞳距離ｌと画素位置が分かれば計算することができる。Ｆ値及び射出瞳距離ｌは撮影レンズから得られるレンズ情報であり、画素位置はデジタルカメラ１０において既知の情報である。波形シフト量は、既に説明した入射角特性とシェーディング補正によって正確に得られる情報である。Ａ画素とＢ画素に入射する光束の入射角重心γは、既に図７について説明した通り、数６式により求めることができる。入射角重心γを求める概念及びその方法について、さらに図２２乃至図２４を参照して説明する。
この実施形態では、シェーディング用の分布データによる入射角特性関数ｆ（θ）でモデル化を行う。図２２Ａは、設定した複数の分布関数dgn(θ)/dθ（ｎは、この実施形態では１乃至６の整数）を、入射角θに乗算した重み付き入射角特性θ・dgn(θ)/dθをグラフで示す図、図２２Ｂは、重み付き入射角特性θ・dgn(θ)/dθの和をグラフで示す図である。同グラフにおいて、縦軸は重み付き入射角を示し、横軸は通常の入射角を示している。
位相差検出画素の入射角特性（測定値）を、複数の分布関数dgn(θ)/dθの積でトレースする。トレースする位相差検出画素は、例えば焦点検出範囲の中央位置と、左右の両端位置または一方の単位対の位相差検出画素とする。
個別の分布関数は、
分布中心位置(a)
分布の広がり係数(b)
分布ピーク値(c)
の三つの係数ａとｂとｃとによって、下記数７式により表される。
θは入射角である。
これら三つの係数ａとｂとｃを、画面（撮像面）中央と左右の３箇所について持つ（計９つ）。
任意位置の分布関数（係数）は、各中央と左右のいずれかの係数ａ、ｂ、ｃを線形補間して求める。
位相差検出画素の入射光束の入射角重心γは、次の手順により求めることができる。重み付き入射角特性を利用して、入射角重心γを求める数６式の分子を表現すると、同分子は次の数８式で表され、個別の重み付き入射角特性の積分の和として表すことができる。
個別の重み付き入射角特性の積分は、ｈ（θ）＝θとすると、次の数９式のように計算できる。
その結果、入射角重心γは、次の数１０式により計算できる。
但し、
Ti(α,β)：個別の重み付き入射角特性入射角重心に入射光量を乗じた値
S(α,β)：全入射光量
である。
このように、分布関数g(θ)の積分について計算できれば、残りはシェーディング補正で求めた計算をそのまま利用可能な式となり、入射角重心γは、上光線角αと下光線角βによって求まる関数となる。なお、上光線角αと下光線角βは、既に図１５について説明したように求めることができる。
図２３は、入射角重心を、個別の重み付き入射角特性の積分の和となるように式を変形した結果をグラフで示している。図２３Ａは、個別の重み付き入射角特性の積分形を全入射光量で割ったものを示し、図２３Ｂは個別の重み付き入射角特性積分の和（合成重み付き入射角特性）を全入射光量で割ったものを示している。各グラフにおいて、縦軸入射角、横軸とも入射角を示している。
ここで、入射角重心γは、下記式により算出される。
γi=φαβ(αi)-φαβ(βi)
上光線角αと下光線角βの間の入射角範囲の個別の入射角分布関数φαβ（θ）は、下記数１１式により計算される。
個別の重み付き入射角特性は、下記数１２式により計算される。
以上の上光線角αと下光線角βの入射角範囲における入射角重心γ(α,β)は、光軸Ｏを含む一つの縦断面（鉛直平面）内において求めている。射出瞳及び位相差検出素子は、光軸Ｏと直交する平面内において２次元的な広がりを有しているので、縦断面の光軸Ｏ回りの角度が変われば入射角重心がずれる場合がある。そこで、上光線角αと下光線角βの範囲を、瞳形状に沿って数点設定して入射角重心γ(α,β)を求め、平均を計算する。図２４Ａは、円形の瞳形状と上光線角α'、下光線角β’との関係を示す図であって、同図の左側に光軸Ｏ方向に見た瞳形状を示し、右側に光軸Ｏを通る縦断面（鉛直平面）を示している。図２４Ｂは、上光線角α'と下光線角β’を求める射出瞳上の位置（瞳分割位置）を示す図であって、射出瞳の正面（画素から見た射出瞳）を示している。図示実施形態では、射出瞳を縦方向に１３本の平行な分割線で分割し、上光線角α'と下光線角β’を、各分割線と射出瞳の輪郭線とが交差する１３点に設定してある。そうしてそれぞれの上光線角α'と下光線角β’について１次元の入射角重心γを算出し、１３個の１次元の入射角重心γから、瞳形状を考慮した２次元の入射角重心γpupilを算出する。
図において、瞳補正位置ｒ’、上光線角α’、下光線角β’は、数１３式で計算される。ただし、ｒは瞳半径、ｘは瞳分割位置（光軸Ｏから分割線までの距離）、瞳補正位置ｒ’は、射出瞳を１３分割する分割線のいずれかと射出瞳の輪郭線との交点までの半径である。
以上の瞳形状を考慮した２次元の入射角重心γpupilは、数１４式で計算される。
Ａ画素、Ｂ画素それぞれについてシフト量を求めたら、これらのシフト量とデフォーカス量との比から変換係数Tsfを算出する。図２５は、Ａ画素入射角重心及びＢ画素入射角重心とデフォーカス量と位置ずれ量との関係をグラフで示している。
入射角が射出瞳距離に対して十分に小さいとき、デフォーカス量に対して入射角はほとんど変化しないと仮定できるので、以下の式によって単位デフォーカス量（＝１）に対するＡ画素とＢ画素の間の波形シフト量を計算して、その逆数を取ることによって変換係数Tsfを算出する。
Tsf＝１／（tan(γβ）−tan(γα））
Ａ画素の入射角重心とＢ画素の入射角重心を瞳形状を考慮して２次元的に求めることで、より正確なシフト量を求めることが可能になる。瞳形状は円形に限らず、楕円形、多角形を考慮して設定してもよい。
位相差検出画素の入射角重心を利用したデジタルカメラ１０の像面位相差ＡＦ動作の他の実施形態について、図２６乃至図２９のフローチャートを参照して説明する。図１６乃至図１８に示した実施形態と同一の動作、処理については同一のステップＳ番号を付して説明を省略または簡略化する。
システムコントロール回路４０は、操作部材２６からＡＦ開始指令を受けると、像面位相差ＡＦ動作をスタートする。システムコントロール回路４０は、まず、位相差検出画素データを取得する（Ｓ１１）。位相差検出画素データには、レンズ制御部４１が撮影レンズ５０のレンズＣＰＵ５４との通信により入力するＦ値（開放Ｆ値、現在の絞りＦ値）情報、瞳距離情報などのレンズ情報と、シェーディング計算部４２がＲＯＭ４５からシェーディング補正用の分布関数（係数ａ、ｂ、ｃ）データを入力して演算するシェーディングデータと、像面位相差ＡＦデータ補正部４３が第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂから画像処理回路２２等を介して入力する位相差検出画素データ等が含まれる。
システムコントロール回路４０（像面位相差ＡＦデータ補正部４３）は、位相差検出画素データを、シェーディングデータにより補正する（Ｓ１２）。このシェーディング補正により、正確な一対の位相差検出画素列データ（波形信号）を得ることができる。
システムコントロール回路４０（像面位相差ＡＦ演算部４４）は、デフォーカス量を、シェーディング補正された一対の位相差検出画素列データと、変換係数に基づいて演算する（Ｓ１３）。
システムコントロール回路４０（レンズ制御部４１）は、演算したデフォーカス量が合焦範囲未満であるかどうかチェックし（Ｓ１５）、合焦範囲未満でなければデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ５１ｆを駆動し（Ｓ１５：Ｎｏ、Ｓ１７）、ステップＳ１１に戻る。デフォーカス量が合焦範囲未満でないときは、以上のステップＳ１１乃至Ｓ１７の処理を繰り返す。演算したデフォーカス量が合焦範囲未満になると（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、レンズ駆動を停止して像面位相差ＡＦ動作を終了する（Ｓ１９、Ｅｎｄ）。
図２７は、ステップＳ１１とＳ１２を含む位相差検出画素データ取得及び補正動作の詳細を示すフローチャートである。システムコントロール回路４０（レンズ制御部４１）は、撮影レンズ５０（レンズＣＰＵ５４）と通信してＦ値と射出瞳距離情報を含むレンズ情報を取得する（Ｓ２１）。
システムコントロール回路４０は、Ｆ値と射出瞳距離の少なくとも一方が変更されたかどうかをチェックする（Ｓ２３）。最初にこのフローチャートに入ったときや、前回からＦ値と射出瞳距離の一方または双方が変わったときには（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２５に進んでシェーディングデータ（補正値）を更新し、変換係数を更新し（Ｓ２６）、撮像素子３０から、位相差検出画素データを取得する（Ｓ２７）。そうしてシステムコントロール回路４０は、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正して（Ｓ２９）、位相差画素データ取得動作を終了する（Ｅｎｄ）。
システムコントロール回路４０は、Ｆ値及び射出瞳距離のいずれも変更されていないときには（Ｓ２３：Ｎｏ）、シェーディングデータ更新をせずに位相差検出画素データを取得して（Ｓ２９）シェーディングデータにより補正して位相差画素データ取得動作を終了する（Ｓ２９、Ｅｎｄ）。シェーディングデータの初期値は１としており、シェーディングデータが生成されていない場合、シェーディング補正後も位相差検出画素データはそのままとなる。
なお、ステップＳ２１、Ｓ２３は、レンズ情報が更新されたときにシェーディングデータ更新及び変換係数更新処理を行う構成に変更してもよい。
図２８は、ステップＳ２６の変換係数更新動作の詳細を示すフローチャートである。変換係数更新動作は、一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂについて別々に実施しても、同時に（単一のフローチャート内で）実施してもよいが、この実施形態は別々に実施するものとする。
システムコントロール回路４０は、処理する焦点検出画素の画素位置を初期値の０に設定する（Ｓ５１）。画素位置は、焦点検出範囲の一方の端部位置を０（初期値）とし、他方の端部位置を終了値Ｎとする。
システムコントロール回路４０は、画素位置の分布係数（分布中心位置ａ、分布広がり係数ｂ、分布ピーク値ｃ）を取得する（Ｓ５３）。ここでは、画素位置の分布係数がＲＯＭ４５に記憶されている場合はＲＯＭ４５から読み出したものを使用し、記憶されていない場合はＲＯＭ４５に記憶されている中央部と端部の分布係数を読み出して補間演算したものを使用する。
システムコントロール回路４０は、画素位置における第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの基準入射角（上光線角α０及び下光線角β０）を算出し（Ｓ５５）、瞳分割位置に初期値０を設定する（Ｓ５７）。基準入射角は、画素位置、撮影レンズ５０のＦ値及び射出瞳距離から計算する。
続いてシステムコントロール回路４０は、画素位置の瞳分割位置における入射角（上光線角α、下光線角β）を算出し（Ｓ５９）、１次元の入射角重心γｉを算出する（Ｓ６１）。入射角（αとβ）は、数１５式により算出し、
１次元の入射角重心γｉは、次式により算出する。
γi=φαβ(αi)-φαβ(βi)
システムコントロール回路４０は、瞳分割位置が瞳分割数Ｍより大であるか否かチェックし（Ｓ６３）、瞳分割数Ｍより大でない場合（Ｓ６３：Ｎｏ）は、瞳分割位置を１インクリメントし（Ｓ６５）、ステップＳ５９に戻り、ステップＳ５９乃至Ｓ６３の処理を繰り返す。この実施形態では、Ｍ＝１３である。
システムコントロール回路４０は、瞳分割位置が瞳分割数Ｍより大のとき（Ｓ６３：Ｙｅｓ）、算出したＭ個の１次元の入射角重心γｉから２次元の入射角重心γpupilを数１６式により算出し（Ｓ６７）、画素位置の変換係数Ｔsfを式、
Ｔsf=１／(tan(γβ)-tan(γα)) により算出する（Ｓ６９）。
システムコントロール回路４０は、画素位置がＮより大であるか否かチェックし（Ｓ７１）、Ｎより大でない場合（Ｓ７１：Ｎｏ）は、画素位置をｍインクリメントし（Ｓ７３）、ステップＳ５３に戻り、ステップＳ５３乃至ステップＳ７１の処理を繰り返す。システムコントロール回路４０は、位相差検出画素列の全てのまたは所定範囲内の一対の位相差検出画素について、変換係数Ｔsfを算出する。
システムコントロール回路４０は、画素位置がＮより大であるとき（Ｓ７１：Ｙｅｓ）、変換係数更新動作を終了する（Ｅｎｄ）。
このデジタルカメラ１０は、少ないデータ量により、変換係数を求めることができる。変換係数は、一対の第１と第２の位相差検出画素３２ａと３２ｂの入射角重心から演算するので、正確で精度が高いデフォーカス量を求めることができる。本実施形態の入射角重心は、２次元範囲で演算するので、正確で精度が高い。
図２９は、ステップＳ６１の１次元の入射角重心演算の詳細を示すフローチャートである。この実施形態では、設定された画素位置の位相差検出画素について、６個の分布関数の上光線角αの解と下光線角βの解を算出して、１次元の入射角重心γｉを算出する。
システムコントロール回路４０は、分布関数番号に初期値０を設定し（Ｓ８１）、設定した重み付き入射角特性の上光線角αの解φiαβ(α)を式、
φiαβ(α) = Ti(α)/S(α,β)
により算出し（Ｓ８３）、設定した重み付き入射角特性の下光線角βの解φiαβ(β)を式、
φiαβ(β) = Ti(β)/S(α,β)
により算出する（Ｓ８５）。
システムコントロール回路４０は、分布番号がｎと等しいか否かチェックし（Ｓ８７）、等しくない場合は（Ｓ８７：Ｎｏ）、分布番号を１インクリメントし（Ｓ９１）、ステップＳ８３に戻ってステップＳ８３とＳ８５の動作を繰り返す。ｎは分布関数の数であって、本実施形態では６である。システムコントロール回路４０は、分布番号がｎと等しいとき（Ｓ８７：Ｙｅｓ）、入射角重心γｉを、式、
γi=φαβ(αi)-φαβ(βi)
により算出して終了する（Ｓ８９、Ｅｎｄ）（ステップＳ６１に戻る）。
システムコントロール回路４０（像面位相差ＡＦ演算部４４）は、以上の動作が終了すると、検出した一対の信号波形（検出波形）のシフト量を変換係数によりデフォーカス量に変換し、変換したデフォーカス量に基づいて、撮影レンズ５０のフォーカシングレンズ５１ｆを合焦位置まで移動させる。
本実施形態によれば、撮像光学系の射出瞳位置とＦ値といった基本的なレンズ情報を使って、各位相差画素位置における、一対の位相差画素列の信号波形のシフト量をデフォーカス量に変換する変換係数を正確に、高精度に算出できる。
以上の実施形態では変換係数を逐次計算する方法を示したが、予め代表的な画素位置に関してＦ値と射出瞳距離から算出した変換係数をテーブルデータとして記憶手段に記憶させておき、Ｆ値と射出瞳距離に応じた値をテーブルデータから取得し、テーブルデータに無い画素位置については複数の画素位置のテーブルデータから補間演算により求める構成でもよい。
以上は、本発明を一対の位相差検出画素３２ａ、３２ｂを備えた撮像素子３０に適用した実施形態であるが、本発明は、この他の実施形態に限定されない。本発明は、入射角が限定された複数の位相差検出素子を有する撮像素子の他、位相差検出素子を有しない撮像素子全般に適用することができる。
本発明は、位相差検出素子を有しない撮像素子を備えた撮影装置（デジタルカメラ）に適用することができる。結像光学系を通過した光を検出する所定の画素／受光範囲を有する撮素子を備えた撮影装置では、所定の画素／受光領域に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記結像光学系の所定開口または絞り領域を通過して前記所定の画素／受光範囲に入射する光線の入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各所定の画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えることができる。
画素のシェーディングを演算により簡単に求めることが可能になり、画素単位で正確な光量補正が可能になる。
１０ デジタルカメラ
２０ ボディ本体
２２ 画像処理回路
２３ 絞り駆動機構
２４ 表示装置
２５ 外部記憶装置
２６ 、操作部材
３０ 撮像素子
３２ 通常画素
３２ａ 第１の位相差検出画素（像面位相差検出画素、Ａ画素）
３２ｂ 第２の位相差検出画素（像面位相差検出画素、Ｂ画素）
３３ マイクロレンズ
３３ａ、３３ｂ マイクロレンズ
３４ａ、３４ｂ 導光路
３５ａ、３５ｂ フォトダイオード
３６ａ、３６ｂ 遮光膜
４０ システムコントロール回路
４１ レンズ制御部（結像光学系情報入力手段）
４２ シェーディング計算部（入射角特性設定手段、分布関数設定手段、分布関数演算手段、補正値演算手段、入射角演算手段）
４３ 像面位相差ＡＦデータ補正部
４４ 像面位相差ＡＦ演算部
４５ ＲＯＭ
４６ 変換係数算出部（入射角重心演算手段、変換係数演算手段）
４７ 撮像素子制御部
５０ 撮影レンズ
５１ 撮影レンズ群
５１ｆ フォーカシングレンズ
５２ 絞り
５３ フォーカス駆動機構
５４ レンズＣＰＵ

Claims (12)

  1. 結像光学系の異なる２つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第１の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第２の位相差検出画素を単位対とする複数対の第１と第２の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第１の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第２の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出装置において、
    前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、
    該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、
    前記２つの瞳範囲のそれぞれの異なる２つの領域を通過した２つの光線が単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、
    前記演算された複数の分布関数を前記２つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第１と第２の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、
    を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
  2. 請求項１記載の焦点検出装置において、
    前記結像光学系の絞り情報及び射出瞳距離情報を入力する結像光学系情報入力手段と、
    前記２つの瞳範囲の異なる２つの領域を通過して前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する２つの光線の入射角を、前記絞り情報、射出瞳距離情報、及び撮像素子上の画素位置情報とに基づいて演算する入射角演算手段と、をさらに備え、
    前記分布関数演算手段は、前記入射角演算手段が演算した入射角について前記各分布関数の解を演算する焦点検出装置。
  3. 請求項１または２記載の焦点検出装置において、前記単位対の第１と第２の位相差検出画素は、前記撮像素子の撮像面上の焦点検出範囲内に横方向または縦方向に列上に配置されており、
    同一列上の前記単位対の第１と第２の位相差検出画素の内、前記焦点検出範囲の中央部に位置する単位対の第１と第２の位相差検出画素と、前記焦点検出範囲の少なくとも一方の端部に位置する単位対の第１と第２の位相差検出画素のそれぞれについて、前記複数の分布関数の解が演算されている焦点検出装置。
  4. 請求項３記載の焦点検出装置において、前記補正値演算手段は、前記中央部と両端部の間に位置する他の単位対の第１と第２の位相差検出画素の分布関数の解を、前記焦点検出範囲の前記中央部と少なくとも一方の端部に位置する単位対の第１と第２の位相差検出画素の分布関数の解から演算する焦点検出装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の焦点検出装置において、前記分布関数は、分布中心位置と、分布広がり係数と、分布ピーク値とによって規定される関数である焦点検出装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の焦点検出装置において、
    前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記２つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該２つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算手段をさらに備えた焦点検出装置。
  7. 請求項６記載の焦点検出装置において、前記入射角重心演算手段は、前記入射角重心を、前記瞳範囲の形状に応じた複数の異なる位置の入射角範囲について求め、該複数の入射角重心の平均により前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める焦点検出装置。
  8. 請求項６または７記載の焦点検出装置において、前記各入射角重心から、前記単位対の第１と第２の位相差検出画素の出力に基づく信号波形の位相差をデフォーカス量に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段をさらに備えた焦点検出装置。
  9. 請求項８記載の焦点検出装置において、前記変換係数は、結像光学系の射出瞳径及び射出瞳距離と、単位対の第１と第２の位相差検出画素の撮像面上の位置とによって算出される係数である焦点検出装置。
  10. 結像光学系の異なる２つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第１の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第２の位相差検出画素を単位対とする複数対の第１と第２の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第１の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第２の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出方法において、
    前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定ステップと、
    該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定ステップと、
    前記２つの瞳範囲のそれぞれの異なる２つの領域を通過した２つの光線が単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算ステップと、
    前記演算された複数の分布関数を前記２つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第１と第２の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算ステップと、
    を含むことを特徴とする焦点検出方法。
  11. 請求項１０記載の焦点検出方法において、
    前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記２つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該２つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第１と第２の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算ステップをさらに備えた焦点検出方法。
  12. 結像光学系を通過した光を検出する所定の画素を複数有する撮像素子を備えた撮影装置において、
    前記所定の画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、
    該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、
    前記結像光学系の所定開口または絞り領域を通過して前記所定の画素に入射する光線の入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、
    前記演算された複数の分布関数を前記光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各所定の画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、
    を備えたことを特徴とする撮影装置。
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