焦点検出装置
【課題】撮像手段の所定の単位領域内の任意の位置において、２方向の位相差検出が可能となり、１方向のみにコントラスト情報を有する被写体に対しても焦点検出可能とすること。
【解決手段】焦点検出装置は、被写体像を形成する結像光学系１０１と、前記被写体像を光電変換する撮像手段１０７と、撮像手段１０７の画素信号から結像光学系１０１の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を備える。前記焦点検出手段は、結像光学系１０１の射出瞳を第１の方向に瞳分割した光束を受光するための第１の焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢと、前記第１の方向とは異なる第２の方向に瞳分割した光束を受光するための第２の焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤと、を有し、前記第１、第２の焦点検出用画素は、撮像手段１０７の所定の単位領域内に設定された第１の格子線ＬＴＨ群とこれに交差する第２の格子線ＬＴＶ群とで構成された２次元格子の格子点近傍に、それぞれ周期的に配置されている
【解決手段】焦点検出装置は、被写体像を形成する結像光学系１０１と、前記被写体像を光電変換する撮像手段１０７と、撮像手段１０７の画素信号から結像光学系１０１の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を備える。前記焦点検出手段は、結像光学系１０１の射出瞳を第１の方向に瞳分割した光束を受光するための第１の焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢと、前記第１の方向とは異なる第２の方向に瞳分割した光束を受光するための第２の焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤと、を有し、前記第１、第２の焦点検出用画素は、撮像手段１０７の所定の単位領域内に設定された第１の格子線ＬＴＨ群とこれに交差する第２の格子線ＬＴＶ群とで構成された２次元格子の格子点近傍に、それぞれ周期的に配置されている
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元に構成された多数の光電変換素子で静止画及び動画の少なくとも一方を撮像可能な撮像素子及び当該撮像素子を用いた撮像装置における焦点状態の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の自動焦点検出・調節方法で撮影光学系を通過した光束を用いる一般的な方式として、コントラスト検出方式（ぼけ方式と呼ばれる）と位相差検出方式（ずれ方式と呼ばれる）とがある。
【０００３】
コントラスト検出方式は動画撮影用ビデオムービー機器（カムコーダー）や電子スチルカメラで多く用いられる方式で、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分の情報（コントラスト情報）に着目し、その評価値が最も大きくなる撮影光学系の位置を合焦位置とする方式である。しかし山登り方式とも言われるように、撮影光学系を微少量動かしながら評価値を求め、その評価値が結果的に最大であったとわかるまで動かす事が必要であるため、高速な焦点調節動作には不向きとされている。
【０００４】
もう一方の位相差検出方式は、銀塩フィルムによる一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点検出（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ：ＡＦ）一眼レフカメラの実用化に最も貢献した技術である。位相差検出方式では、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで撮影光学系のピント方向のずれ量を直接求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行なえばピントずれの量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。但し、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を２分割し、それぞれの光束に対応する信号を得るためには、撮像光路中にクイックリターンミラーやハーフミラー等の光路分割手段を設け、その先に焦点検出用光学系とＡＦセンサを設けるのが一般的である。そのため、装置が大型、かつ高価となる欠点がある。
【０００５】
この欠点を解消するために、撮像素子に位相差検出機能を付与し、専用のＡＦセンサを不要とし、かつ高速の位相差ＡＦを実現するための技術も開示されている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なう。また、焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素の欠損部に相当するため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を生成している。
【０００７】
また、特許文献２では、撮像素子の一部の画素の受光部を左右方向もしくは上下方向に２分割することで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なう。また、当技術においても焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素が欠損しているため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を生成している。
【０００８】
また、特許文献３では、撮像素子の一部の画素の受光部を上下方向に２分割することで瞳分割機能を付与し、２分割された受光部の出力を個別に処理する。これによって、上下方向に輝度分布を有した被写体に対して位相差式焦点検出を行なう。また、２分割受光部の出力を合算することで撮像信号にも用いるほか、左右方向に隣接した画素間のコントラストを検出することで、該方向に輝度分布を有する被写体に対してコントラスト式焦点検出を行なう。
【０００９】
また、特許文献４では、受光部を左右方向もしくは上下方向に分割した焦点検出用素子を、撮像素子の１行おきに繰り返し配置する。これによって、左右方向及び上下方向に輝度分布を有した被写体に対して位相差式焦点検出を行なう。
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２６８６号公報
【特許文献３】特開２００１−３０５４１５号公報
【特許文献４】特開２００３−１５３２９１号公報
【特許文献５】特開平０９−０４６５９６号報公報
【特許文献６】特開２００３−１５６６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、撮像素子を用いて位相差検出方式のＡＦを行なう際に注意すべき項目を以下に列挙する。まず、ＡＦ性能については以下の特性を満足することが望まれる。
【００１１】
（ａ）被写体の輝度分布がどのような方向であっても焦点検出可能である。換言すれば、縦線、横線、斜め線のいずれにも焦点検出が可能である。
【００１２】
（ｂ）焦点検出用画像のサンプリング誤差が少なく、焦点検出精度が被写体の空間周波数や位相に依存しない。
【００１３】
（ｃ）任意の領域で焦点検出が可能である。
【００１４】
（ｄ）低輝度被写体であっても、焦点検出用画像信号のＳ／Ｎ比が高く、焦点検出精度が低下しない。
【００１５】
（ｅ）焦点検出用画素の配置座標に規則性があり、焦点検出用画素の信号処理や焦点検出演算のアルゴリズムが簡単である。
【００１６】
また、出力用画像を生成する際には、焦点検出用画素は特異画素もしくは欠損画素に相当する。従って、出力画像の劣化を防止するためには、以下の特性を満足することが望まれる。
【００１７】
（ｉ）撮像素子の総画素数に対する焦点検出用画素の割合が少ない。
【００１８】
（ｉｉ）焦点検出用画素の分布に偏りがない。
【００１９】
（ｉｉｉ）焦点検出用画素の配置座標に規則性があり、欠損画素の補間アルゴリズムが簡単である。
【００２０】
そして、焦点検出精度の向上と出力画像の劣化防止は、一般的に相反する関係にあるため、上に列挙したすべての項目をバランスよく満足するためには高度の技術を要する。しかしながら前述の公知技術には、以下のような欠点があった。
【００２１】
特許文献１において開示された技術では、瞳分割方向が一方向に瞳分割する焦点検出用画素が局所的に緻密に配置されているため、上記（ａ）（ｃ）（ｉｉ）の特性が満足できない。
【００２２】
特許文献２において開示された技術では、左右方向もしくは上下方向に瞳分割する焦点検出用画素が、特定の焦点検出領域に緻密に配置されているため、上記（ｃ）（ｉｉ）の特性が満足できない。
【００２３】
特許文献３において開示された技術では、位相差式焦点検出用画素が緻密に配置されているため、上記（ｉ）の特性が満足できない。また、一方向の焦点検出はコンロラスト検出方式のため、該方向のみに輝度分布を有する被写体に対しては焦点検出能力が低下し、上記（ａ）の条件も充分には満足していない。
【００２４】
特許文献４において開示された技術では、焦点検出用画素が１行おきに配置されているため、その配置密度はかなり高く、上記（ｉ）の特性が満足できない。従って、高品位画像を得ることが困難である。
【００２５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像手段の所定の単位領域内の任意の位置において、２方向の位相差検出が可能となり、１方向のみにコントラスト情報を有する被写体に対しても焦点検出可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、被写体像を形成する結像光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の画素信号から結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を備えた焦点検出装置に係り、前記焦点検出手段は、前記結像光学系の射出瞳を第１の方向に瞳分割した光束を受光するための第１の焦点検出用画素と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に瞳分割した光束を受光するための第２の焦点検出用画素と、を有し、前記第１、第２の焦点検出用画素は、前記撮像手段の所定の単位領域内に設定された第１の格子線群とこれに交差する第２の格子線群とで構成された２次元格子の格子点近傍に、それぞれ周期的に配置されていることを特徴とする焦点検出装置。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、撮像手段の所定の単位領域内の任意の位置において、２方向の位相差検出が可能となり、１方向のみにコントラスト情報を有する被写体に対しても焦点検出可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下の実施形態に示される通りである。
（第１の実施形態）
図１〜図２２は、本発明の好適な第１の実施形態に係る図である。以下、図を参照して第１の実施形態について説明する。
【００２９】
図１は本発明の好適な実施形態に係るカメラの構成図で、撮像手段としての撮像素子を有したカメラ本体と撮影光学系が一体となった電子カメラを示している。同図において、１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。１０３は第２レンズ群である。そして前記絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、前記第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。
【００３０】
１０５は第３レンズ群で、光軸方向の進退により、焦点調節を行なう。１０６は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。該撮像素子は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。
【００３１】
１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１１１〜第３レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。
【００３２】
１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。１１６はＡＦ補助光手段で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００３３】
１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵで、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１はまた、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。
【００３４】
１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。
【００３５】
１２６はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。１２８は絞りシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００３６】
１３１はＬＣＤ等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群で、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。
【００３７】
図２は本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の概略的回路構成図を示したもので、本発明人による特許文献５等に開示された技術を用いて製造される。同図は２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサの２列×４行画素の範囲を示したものであるが、撮像素子として利用する場合は、当図に示した画素を多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。本実施形態においては、画素ピッチが２μｍ、有効画素数が横３０００列×縦２０００行＝６００万画素、撮像画面サイズが横６ｍｍ×縦４ｍｍのデジタルスチルカメラ用撮像素子として説明を行なう。
【００３８】
図２において、１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部、２はフォトゲート、３は転送スイッチＭＯＳトランジスタである。また、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ、７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタである。また、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１は明出力蓄積容量ＣＴＳ、１２は水平転送ＭＯＳトランジスタである。また、１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１４は差動出力アンプ、１５は水平走査回路、１６は垂直走査回路である。
【００３９】
図３に画素部の断面図を示す。同図において、１７はＰ型ウェル、１８はゲート酸化膜、１９は一層目ポリＳｉ、２０は二層目ポリＳｉ、２１はｎ＋ フローティングディフュージョン部（ＦＤ）である。２１のＦＤは別の転送ＭＯＳトランジスタを介して別の光電変換部と接続される。同図において、２つの転送ＭＯＳトランジスタ３のドレインとＦＤ部２１を共通化して微細化とＦＤ部２１の容量低減による感度向上を図っているが、Ａｌ配線でＦＤ部２１を接続しても良い。
【００４０】
次に、図４のタイミングチャートを用いて撮像素子の動作を説明する。このタイミングチャートは全画素独立出力の場合である。
【００４１】
まず垂直走査回路１６からのタイミング出力によって、制御パルスφＬをハイとして垂直出力線をリセットする。また制御パルスφＲ０,φＰＧ００,φＰＧｅ０をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとし、フォトゲート２の一層目ポリＳｉ１９をハイとしておく。時刻Ｔ０において、制御パルスφＳ０をハイとし、選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、第１、第２ラインの画素部を選択する。次に制御パルスφＲ０をロウとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とする。そして、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート・ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ１において制御パルスφＴＮをハイとし、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量ＣＴＮ１０に出力させる。
【００４２】
次に、第１ラインの画素の光電変換出力を行うため、第１ラインの制御パルスφＴＸ００をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ３を導通した後、時刻Ｔ２ において制御パルスφＰＧ００をローとして下げる。この時フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２１に完全転送させるような電圧関係が好ましい。従って完全転送が可能であれば制御パルスφＴＸはパルスではなくある固定電位でもかまわない。
【００４３】
時刻Ｔ２でフォトダイオードの光電変換部１からの電荷がＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるので、ＦＤ部２１の電位を時刻Ｔ３ において制御パルスφＴｓをハイとして蓄積容量ＣＴＳ１１に出力する。この時点で第１ラインの画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に蓄積されている。時刻Ｔ４の制御パルスφＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１５の走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力を出力される。この時、蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１の差動増幅器１４によって、差動出力ＶＯＵＴを取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。また画素３０−１２、３０−２２の光電荷は画素３０−１１、３０−２１と同時に夫々の蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に蓄積される。しかしながら、、その読み出しは水平走査回路１５からのタイミングパルスを１画素分遅らして水平出力線に読み出して差動増幅器１４から出力される。
【００４４】
本実施形態では、差動出力ＶＯＵＴをチップ内で行う構成を示しているが、チップ内に含めず、外部で従来のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）回路を用いても同様の効果が得られる。
【００４５】
蓄積容量ＣＴＳ１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ０をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通しＦＤ部２１を電源ＶＤＤにリセットする。第１ラインの水平転送が終了した後、第２ラインの読み出しを行う。第２ラインの読み出しは、制御パルスφＴＸｅ０、制御パルスφＰＧｅ０を同様に駆動させ、制御パルスφＴＮ、φＴＳに夫々ハイパルスを供給して、蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に夫々光電荷を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。以上の駆動により、第１、第２ラインの読み出しが夫々独立に行なえる。この後、垂直走査回路を走査させ、同様に第２ｎ＋１、第２ｎ＋２（ｎ＝１、２、…）の読み出しを行なえば全画素独立出力が行える。即ち、ｎ＝１の場合は、まず制御パルスφＳ１をハイとし、次に次にφＲ１をローとする。続いて制御パルスφＴＮ、φＴＸ０１をハイとし、制御パルスφＰＧ０１をロー、制御パルスφＴＳをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして画素３０−３１、３０−３２の画素信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸｅ１、φＰＧｅ１及び上記と同様に制御パルスを印加して、画素３０−４１、３０−４２の画素信号を読み出す。
【００４６】
図５〜図７は、撮像用画素と焦点検出手段としての焦点検出用画素の構造を説明する図である。第１の実施形態においては、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、該ベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。
【００４７】
図５に撮像用画素の配置と構造を示す。同図（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そして該２行×２列の構造が繰り返し配置される。
【００４８】
同図（ａ）における断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）は図３で説明したＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したもの、ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）はＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。
【００４９】
ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬ（Ｔａｋｉｎｇ Ｌｅｎｓ）を通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰ（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ）と光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、同図（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束（光量子）を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。
【００５０】
図６は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素（第１の焦点検出用画素）の配置と構造を示す。ここで水平方向あるいは横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。同図（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録もしくは観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲもしくはＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを同図（ａ）においてＳＨＡ及びＳＨＢで示す。
【００５１】
同図（ａ）における断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図５（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施形態においては、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＨＡ及の開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＨＢも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。
【００５２】
なお、上記画素ＳＨＡ及びＳＨＢでは、撮影画面の横方向に輝度分布を有した被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能だが、縦方向に輝度分布を有する横線は焦点検出不能である。そこで本実施形態では、後者についても焦点検出できるよう、撮影光学系の垂直方向（縦方向）にも瞳分割を行なう画素も備えている。
【００５３】
図７は、撮影光学系の垂直方向（換言すると上下方向もしくは縦方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素（第２の焦点検出用画素）の配置と構造を示す。ここで垂直方向あるいは上下あるいは縦横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、鉛直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。同図（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図で、図６（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素としている。これを同図（ａ）においてＳＶＣ及びＳＶＤで示す。
【００５４】
同図（ａ）の断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示すが、図６（ｂ）の画素が横方向に瞳分離する構造であるのに対して、図７（ｂ）の画素は瞳分離方向が縦方向になっているだけで、画素の構造としては変わらない。すなわち、画素ＳＶＣの開口部ＯＰＶＣは下側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの上側の射出瞳ＥＰＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＶＤの開口部ＯＰＶＤは上側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの下側の射出瞳ＥＰＶＤを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＶＣを垂直方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＣ像とする。また、画素ＳＶＤも垂直方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＤ像とすると、Ｃ像とＤ像の相対位置を検出することで、垂直方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。
【００５５】
図８〜図１０は、上記図５〜図７で説明した撮像用画素と焦点検出用画素の配置規則を説明する図である。
【００５６】
図８は撮像用画素の間に焦点検出用画素を離散的に配置する場合の、最小単位の配置規則を説明するための図である。同図において、１０行×１０列＝１００画素をひとつのブロックと定義する。そして一番左上のブロックＢＬＫ（１、１）において、一番左下のＲ画素とＢ画素を、水平方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢで置き換える。
【００５７】
その右隣りのブロックＢＬＫ（１、２）においては、同じく一番左下のＲ画素とＢ画素を、垂直方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。また、最初のブロックＢＬＫ（１、１）の下に隣接したブロックＢＬＫ（２、１）の画素配列は、ブロックＢＬＫ（１、２）と同一とする。そして、その右隣りのブロックＢＬＫ（２、２）画素配列は、先頭のブロックＢＬＫ（１、１）と同一とする。
【００５８】
この配置規則を普遍的に表現すると、ブロックＢＬＫ（ｉ、ｊ）において、ｉ＋ｊが偶数なら水平瞳分割用の焦点検出画素を配置し、ｉ＋ｊが奇数なら垂直瞳分割用の焦点検出画素を配置することになる。そして、図８の２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域を、ブロックの上位の配列単位として、クラスタと定義する。
【００５９】
このように、水平瞳分割用の焦点検出画素と垂直瞳分割用の焦点検出画素とが交互に配置されることによって、２方向の位相差検出特性を揃えることができる。
【００６０】
図９は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図である。同図において、２０行×２０列＝４００画素で構成された一番左上のクラスタをＣＳＴ（ｕ、ｗ）＝ＣＳＴ（１、１）とする。そして該クラスタＣＳＴ（１、１）においては、各ブロックの一番左下のＲ画素とＢ画素を、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢ、もしくはＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。
【００６１】
その右隣りのクラスタＣＳＴ（１、２）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して上方向に２画素分シフトした位置に配置する。また、最初のクラスタＣＳＴ（１、１）の下に隣接したクラスタＣＳＴ（２、１）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して右方向に２画素分シフトした位置に配置する。以上の規則を繰り返し適用すると図９に示した配置が得られる。
【００６２】
この配置規則を普遍的に表現すると以下のようになる。なお、焦点検出用画素の座標は、図６もしくは図７で示したＧ画素を含む４画素を一つの単位（ペア）とし、そのうちの左上の画素の座標で規定する。また各ブロック内の座標は左上を（１、１）とし、下方向と右方向を正とする。
【００６３】
以上の定義を適用すると、クラスタＣＳＴ（ｕ、ｗ）において、各ブロック内の焦点検出用画素ペアの水平座標は２×ｕ−１となり、垂直座標は１１−２×ｗとなる。そして、図９の５×５＝２５クラスタ、すなわち１００行×１００列＝１万画素の領域を、クラスタの上位の配列単位として、フィールドと定義する。
【００６４】
図１０は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図である。同図において、１００行×１００列＝１万画素で構成された一番左上のフィールドをＦＬＤ（ｑ、ｒ）＝ＦＬＤ（１、１）とする。そして本実施形態では、すべてのフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ）は先頭フィールドＦＬＤ（１、１）と同様の配列となっている。そこで、ＦＬＤ（１、１）を水平方向に３０個、垂直方向に２０個配列すると、３０００列×２０００行＝６００万画素の撮像領域は６００個のフィールドで構成される。以上の構成により、撮像領域全面に渡って焦点検出用画素を均一に分布させることができる。
【００６５】
図１１は、２×２＝４個のフィールドにおける焦点検出用画素の配置状況を、撮像領域上の単位領域内に定義した２次元格子（２−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｌａｔｔｉｃｅ）に基づいて説明した図である。同図において、白丸は撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向、水平方向）に分割するための第１の焦点検出用画群が配置された点である。ここで、第１の焦点検出用画群とは図６（ａ）の画素ＳＨＡ及びＳＨＢの２個１組を指し、該２個の画素の重心位置が図１１の白丸に配置されることを意味している。黒丸は縦方向（上下方向、垂直方向）に瞳分割するための第２の焦点検出用画素群の配置点で、同じく図７（ａ）の画素ＳＶＣ及びＳＶＤの重心に相当する。
【００６６】
ＬＴＨ１〜ＬＴＨ１０は前記白丸を横方向に連ねた第１の格子線群である。そして、第１の格子線群の延伸方向（第１の方向）は、水平線に対して反時計方向にθＬＨだけ傾いているが、該角度を水平偏角と呼称し、符号は反時計方向を正と定義する。この水平偏角は、図９で説明した配列規則により生じたもので、ｔａｎθＬＨ＝０．１、すなわちθＬＨ＝＋５．７度となる。
【００６７】
ここで、水平偏角の絶対値はできる限り小さいほうが望ましい。その理由は、水平方向に瞳分割した画素群で取得する１対の画像は、撮影光学系の焦点ずれ量に比例して水平方向に相対位置がずれるため、該画像をサンプリングする画素も画像の相対ずれ方向に沿って配置されるのが好ましいからである。ただし、第１の格子線群が水平になるように焦点検出用画素を配置すると、図１２以降で説明する本実施形態特有の効果が得られないため、ここでは上記＋５．７度の傾き角を付与している。そして図９で説明した配置規則が異なれば該傾き角も変わるが、本実施形態の角度の２倍以内、すなわち±１２度程度以下が望ましい。
【００６８】
また、第１の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｈは１０（単位は画素）である。この格子ピッチが小さいほど焦点検出用画像のサンプリング密度が高まり、サンプリング誤差が低減するが、出力画像における欠損画素数は増す。よって、格子ピッチは撮像システムにおける画質と焦点検出性能のバランスにより最適値が決定されるべきであるが、本出願人の検討によれば、４〜２０の間で選択するのが好ましい。
【００６９】
ＬＴＶ１〜ＬＴＶ１０は前記黒丸を縦方向（第２の方向）に連ねた第２の格子線群である。そして、第２の格子線群の延伸方向も、垂直線に対して傾いているが、この傾き角を垂直偏角と呼称し、反時計方向を正と定義する。すると垂直偏角はｔａｎθＬＶ＝０．１、すなわちθＬＨ＝＋５．７度となるが、この傾き角もできる限り小さいほうが望ましい。その理由は、第１の格子線群と同様の理由である。すなわち、垂直方向に瞳分割した画素群で取得する１対の画像は、撮影光学系の焦点ずれ量に比例して垂直方向に相対位置がずれるため、該画像をサンプリングする画素も画像のずれ方向に沿って配置されるのが好ましいからである。そして第２の格子線群の垂直偏角も、本実施形態の角度の２倍以内、すなわち±１２度程度以下が望ましい。また、第２の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｖも１０（単位は画素）であり、その設定指針は第１の格子線群と同様である。
【００７０】
以上のごとく、第１の格子線群は第１の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群（直線群）で構成される。また第２の格子線群は第２の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群で構成される。よって両格子線群は互いに垂直（９０度の角度）に交差した２次元格子を構成し、その格子点近傍に焦点検出用画素群が周期的に配置される。このように、デフォーカス時の焦点検出用画像の移動方向と焦点検出用画素の配列方向が略一致するため、焦点検出用画素の配置密度を低くしても、大デフォーカス時の焦点検出性能を維持することが可能となる。ここで近傍という表現を用いたのは、本発明の多くの実施形態では、焦点検出用画素は２個で１組であり、かつＲ画素とＢ画素を置き換えているため、格子上の１点に該画素を常に厳密に配置するのは不可能だからである。一方で、該画素の配置場所が厳密な格子点から多少偏差しても本発明の効果は維持できる。そして本出願人の検討によれば、該画素群の格子点からの偏差量は格子ピッチの０．２５倍以下、もしくは撮像用画素ピッチの４倍以下が好ましい。また、第１の格子線群と第２の格子線群とは互いに垂直（９０度の角度）に配置されているが、本発明の効果を奏するものであれば、垂直（９０度の角度）から多少ずれたものも本発明に含まれる。
【００７１】
次に図１２〜図１５を用いて、焦点検出時の画素のグループ化と信号加算方法について説明する。図１２は、撮影光学系によって形成された被写体像の、横ずれ方向の焦点検出を行なう場合の画素グループ化方法を説明する図である。横ずれ方向の焦点検出とは、図６で説明した、撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向、水平方向）に分割するための焦点検出用画素を用いて、位相差式焦点検出を行なうことを指す。
【００７２】
図１２に示す画素配列は図９で説明したものだが、焦点検出の際には、横方向に１ブロック、縦方向に１０ブロックの合計１０ブロックを１つのグループとし、これをセクションと定義する。そして、本実施形態では、横方向に並んだ３０セクションで、１つの焦点検出領域を構成する。すなわち、１００行×３００列＝３万画素の領域が１つの焦点検出領域となる。この１つの焦点検出領域をＡＦエリアと定義する。ここで、１つのセクション内においては、横方向における一方の瞳分割を行なう画素ＳＨＡが５個、他方の瞳分割を行なう画素ＳＨＢも５個含まれている。そこで本実施形態においては、５個のＳＨＡの出力を加算して、位相差演算用の一方の画像信号（Ａ像と称する）の１ＡＦ画素とする。同様に、５個のＳＨＢの出力を加算して、位相差演算用の他方の画像信号（Ｂ像と称する）の１ＡＦ画素とする。
【００７３】
図１３は、一つのセクションにおける、被写体像の捕捉能力を説明するための図である。同図（ａ）は図１２の左端のセクションＳＣＴｈ（１）を切り出したものである。下端に示された水平線ＰＲＪｈは、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢの瞳分割方向に延伸した第１の射影軸（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ）である。右端に示された垂直線ＰＲＪｖは、瞳分割方向と直交する方向に延伸した第２の射影軸である。ここで、１つのセクション内の画素ＳＨＡはすべて加算され、ＳＨＢも加算される。そこで、１つのセクションを１つのＡＦ画素と見なした場合、１つのＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｈに射影する。すると、画素ＳＨＡとＳＨＢが交互に緻密に並ぶことがわかる。このときの、瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｈにおける画素ＳＨＡの配列ピッチをＰ１とすると、Ｐ１＝ＰＨｈ＝２（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ１で表わすと、Ｆ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｈにおける画素ＳＨＢの配列ピッチもＰ１＝２（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。
【００７４】
一方、１つのＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向と直交方向の射影軸ＰＲＪｖに射影すると、画素ＳＨＡとＳＨＢはまばらに並ぶことがわかる。このときの、射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＨＡの配列ピッチをＰ２とすると、Ｐ２＝ＰＨｖ＝２０（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ２で表わすと、Ｆ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＨＢの配列ピッチも、Ｐ２＝２０（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。
【００７５】
すなわち、本実施形態に係るＡＦ画素は、上記グループ化前の分散特性は、瞳分割方向とこれに直交する方向の配置上のピッチが等しいが、グループ化する際のグループ形状を長方形とすることで、瞳分割方向のサンプリング誤差を低減している。具体的には、１セクションの瞳分割方向の最大寸法Ｌ１は１０画素、瞳分割と直交する方向の最大寸法Ｌ２は１００画素としている。すなわち、セクション寸法をＬ１＜Ｌ２とすることで、瞳分割方向のサンプリング周波数Ｆ１を高周波（密）に、これと直交する方向のサンプリング周波数Ｆ２を低周波（疎）としている。
【００７６】
同図（ａ）で説明したＡＦ画素（一つのセクション）に、細線の被写体像が投影された場合の画像捕捉能力を同図（ｂ）にて説明する。同図（ｂ）において、ＬＩＮＥｖは、撮像素子１０７上に投影された細い縦線を表わし、その幅は画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時、セクションＳＣＴｈ（１）内では、ブロックＢＬＫ（３、１）とブロックＢＬＫ（５、１）に含まれる焦点検出用画素が被写体像を捕捉する。なお、被写体像の最小寸法は、撮影光学系の収差と撮像素子前面に配置された光学ＬＰＦの特性で決まるが、通常は非常に細い線でも２画素以上の幅になる。従って、本実施形態に係る１つのセクション内では、最低でも各１個ずつの画素ＳＨＡとＳＨＢで画像を捕捉することになり、捕捉洩れは生じない。ただし同図（ｂ）において、細線ＬＩＮＥｖがセクション内に存在することは検出することはできるが、セクション内における瞳分割方向の細線の重心位置を検出することはできない。
【００７７】
一方、同図（ｂ）のＬＩＮＥｈは、撮像素子１０７上に投影された細い横線を表わし、その幅は前述のＬＩＮＥｖと同様に画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時には、該横線ＬＩＮＥｈはブロックＢＬＫ（５、１）にかかっているが、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢには捕捉されない。しかしながら、当セクションＳＣＴｈ（１）は、縦線のごとく横方向に輝度分布を有する被写体について焦点検出を行なうためのものである。従って、横線のごとく縦方向に輝度分布を有する被写体については、焦点検出用画素による像の捕捉洩れが生じても実害はない。
【００７８】
同図（ｃ）は、同図（ｂ）に示した細線ＬＩＮＥｖよりも幅の広い太線ＢＡＮＤｖが、複数のセクションにまたがって形成された場合を示す。このとき、左端のセクションＳＣＴｈ（１）は４組の焦点検出用画素が太線ＢＡＮＤｖを捕捉する。また中央のセクションＳＣＴｈ（２）は５組の焦点検出用画素が、右端のセクションＳＣＴｈ（３）は１組の焦点検出用画素が太線ＢＡＮＤｖを捕捉する。よって、３個のセクションが検出する信号の大きさを処理することにより、太線ＢＡＮＤｖの重心位置を各セクションの瞳分割方向寸法Ｌ１よりも高い分解能で検出することができる。
【００７９】
図１４は、撮影光学系によって形成された被写体像の、縦ずれ方向の焦点検出を行なう場合の画素グループ化方法を説明する図である。縦ずれ方向の焦点検出とは、図７で説明した、撮影光学系の射出瞳を縦方向（上下方向、すなわち垂直方向）に分割するための焦点検出用画素を用いて、位相差式焦点検出を行なうことを指す。すなわち、図１２で説明した構成を９０度回転したものに相当する。
【００８０】
図１４に示す画素配列も図９で説明したものだが、焦点検出の際には、横方向に１０ブロック、縦方向に１ブロックの合計１０ブロックを１つのグループとし、これをセクションと定義する。そして、本実施形態では、縦方向に並んだ３０セクションで、１つの焦点検出領域を構成する。すなわち、３００行×１００列＝３万画素の領域が１つの焦点検出領域となる。この１つの焦点検出領域も図１１と同様にＡＦエリアと定義する。ここで、１つのセクション内においては、縦方向における一方の瞳分割を行なう画素ＳＶＣが５個、他方の瞳分割を行なう画素ＳＶＤも５個含まれている。そこで本実施形態においては、５個のＳＶＣの出力を加算して、位相差演算用の一方の画像信号（Ｃ像と称する）の１ＡＦ画素とする。同様に、５個のＳＶＤの出力を加算して、位相差演算用の他方の画像信号（Ｄ像と称する）の１ＡＦ画素とする。
【００８１】
図１５は、一つのセクションにおける被写体像の捕捉能力を説明するための図で、図１３の手法を９０度回転したものと等価である。同図（ａ）は図１４の上端のセクションを切り出したものである。右端に示された垂直線ＰＲＪｖは、焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤの瞳分割方向に延伸した第３の射影軸である。下端に示された水平線ＰＲＪｈは、瞳分割方向と直交する方向に延伸した第４の射影軸である。当図においても、１つのセクション内の画素ＳＶＣはすべて加算され、ＳＶＤも加算される。そこで、１セクションを１ＡＦ画素と見なした場合、１ＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｖに射影すると、画素ＳＶＣ及びＳＶＤが交互に緻密に並ぶことがわかる。このときの、瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＶＣの配列ピッチをＰ１とすると、Ｐ１＝ＰＶｖ＝２（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ１で表わすと、Ｆ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＶＤの配列ピッチもＰ１＝２（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。
【００８２】
一方、１つのＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向と直交方向の射影軸ＰＲＪｈに射影すると、画素ＳＶＣとＳＶＤはまばらに並ぶことがわかる。このときの、射影軸ＰＲＪｈにおける画素ＳＶＣの配列ピッチをＰ２とすると、Ｐ２＝ＰＶｈ＝２０（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ２で表わすと、Ｆ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＶＤの配列ピッチも、Ｐ２＝２０（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。
【００８３】
以上のごとく、図１５におけるＡＦ画素のサンプリング特性は、瞳分割方向を基準に考えると、図１２と同様の特性、すなわちＦ１＞Ｆ２となっている。これは、図１５のセクションにおいても、瞳分割方向のセクション寸法Ｌ１と、これと直交する方向の寸法Ｌ２を、Ｌ１＜Ｌ２としたからである。
【００８４】
同図（ａ）で説明したＡＦ画素（＝１つのセクション）に、細線の被写体像が投影された場合の画像捕捉能力を同図（ｂ）にて説明する。同図（ｂ）において、ＬＩＮＥｈは、撮像素子１０７上に投影された細い横線を表わし、その幅は画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時、セクションＳＣＴｖ（１）内では、ブロックＢＬＫ（１、４）とブロックＢＬＫ（１、６）に含まれる焦点検出用画素が被写体像を捕捉する。
【００８５】
一方、同図（ｂ）のＬＩＮＥｖは、撮像素子１０７上に投影された細い縦線を表わし、その幅は前述のＬＩＮＥｈと同様に画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時には、該縦線ＬＩＮＥｖはブロックＢＬＫ（１、６）にかかっているが、焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤには捕捉されない。しかしながら、当セクションＳＣＴｖ（１）は、横線のごとく縦方向に輝度分布を有する被写体について焦点検出を行なうためのものである。従って、縦線のごとく横方向に輝度分布を有する被写体については、焦点検出用画素による像の捕捉洩れが生じても実害はない。
【００８６】
同図（ｃ）は、同図（ｂ）に示した細線ＬＩＮＥｈよりも幅の広い太線ＢＡＮＤｈが、複数のセクションにまたがって形成された場合を示す。このときの太線ＢＡＮＤｈの重心位置検出能力は、図１３（ｃ）で説明した原理と同様に、各セクションの瞳分割方向寸法Ｌ１よりも高い分解能で検出することができる。
【００８７】
図１６は、撮影光学系によって形成された被写体像の、横ずれ方向の焦点検出を行なう場合の、焦点検出領域の設定形態を説明する図である。同図は４×３＝１２フィールドの範囲を示しており、３種類の焦点検出領域が設定されている。ここで第１の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ１は、３フィールド内に含まれる３０セクションすべてを１つのグループとした、最も基本的な焦点検出領域である。これに対して第２の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ２は、これを構成する各セクションが隣接する２フィールドをまたいで設定される。セクション数も１５個であり、１フィールドに含まれるセクション数１０の整数倍とはなっていない。しかしながら、第２の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ２も、各セクションにおける焦点検出用画像のサンプリング特性は図１３で説明した特性を備えている。
【００８８】
また第３の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ３は、セクション２個を連結して新たなセクションとした例を示している。その結果、図１３で説明した第２の射影軸ＰＲＪｖに射影された焦点検出用画素の平均的配列ピッチは半分に短縮されるが、焦点検出能力は維持される。
【００８９】
すなわち、焦点検出領域を構成するセクションは隣接する２フィールドをまたいで配置されてもよく、またセクションの寸法やセクション数も所望の値に設定可能である。
【００９０】
図１７は、撮影光学系によって形成された被写体像の、横ずれ及び縦ずれ方向の焦点検出を同時に行なう場合の、焦点検出領域の設定形態を説明する図である。同図は図１６と同様に４×３＝１２フィールドの範囲を示しており、第１の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ１及び第３の焦点検出領域ＡＦＡＲｖ１が設定されている。ここで第１の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ１は、図１７で説明したものと同一で、被写体の横ずれ方向の焦点検出を行なう領域である。これに対して第３の焦点検出領域ＡＦＡＲｖ１は、被写体の縦ずれ方向の焦点検出を行なう領域である。その特性は図１６に示した第２の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ２を９０度回転させたものと等価である。すなわち、横ずれ及び縦ずれの両方向の焦点検出が同時に可能で、かつ両焦点検出領域を重ねて配置することもできる。
【００９１】
以上、図１６及び図１７で説明したように、第１の実施形態における焦点検出用画素の配置と、該画素のグループ化により、焦点検出領域の設定自由度が非常に大きく、種々の被写体に対して正確な焦点検出が可能となる。
【００９２】
図１８は、第１の実施形態における撮影光学系と撮像素子の瞳分割状況を概念的に説明する斜視図である。ＴＬは撮影光学系、１０７は撮像素子、ＯＢＪは被写体、ＩＭＧは被写体像である。
【００９３】
撮像用画素は図５で説明したように、撮影光学系の射出瞳全域ＥＰを通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は図６及び図７で説明したように、瞳分割機能を有している。具体的には、図６の画素ＳＨＡは撮像面からレンズ後端を見て左側の瞳を通過した光束、すなわち図１８の瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に画素ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤはそれぞれ瞳ＥＰＨＢ、ＥＰＶＣ及びＥＰＶＤを通過した光束を受光する。そして、焦点検出用画素は、図１０で説明したように撮像素子１０７の全領域に渡って分布しているため、撮像領域全域で焦点検出が可能となっている。
【００９４】
なお、本実施形態では焦点検出用画素の瞳形状を、瞳分割方向が短辺、これと直交する方向が長辺の矩形として説明しているが、正方形、多角形、半円、楕円等の形状でも構わない。また、分割された瞳が撮影光学系の射出瞳ＥＰの外側にはみ出る構成でも構わない。そして焦点検出用画素の瞳形状を変える場合には、図６及び図７において、配線層ＣＬに設けた開口部の形状と、オンチップマイクロレンズＭＬの光学パワーを適宜設定しなおせばよい。
【００９５】
図１９は、焦点検出時に取得した出力画像と焦点検出領域を説明する図である。図１９において、撮像面に形成された被写体像には、中央に人物、左側に近景の樹木、右側に遠景の山並みが写っている。本実施形態では、焦点検出用画素は、横ずれ検出用の画素ペアＳＨＡ及びＳＨＢと、縦ずれ検出用の画素ペアＳＶＣ及びＳＶＤが、図１０に示したように撮像領域全域に渡って均等な密度で配置されている。そして横ずれ検出の際には、位相差演算のためのＡＦ画素信号を図１２で示したようにグループ化処理する。また、縦ずれ検出の際には、位相差演算のためのＡＦ画素信号を図１４で示したようにグループ化処理する。よって、撮像領域の任意位置において、横ずれ検出及び縦ずれ検出のための焦点検出領域が設定可能である。
【００９６】
図１９においては、画面中央に人物の顔が存在している。そこで公知の顔認識技術によって顔の存在が検出されると、顔領域を中心に横ずれ検出のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ１,ｙ１）と、縦ずれ検出のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ３,ｙ３）が設定される。ここで添え字のｈは水平方向を表わし、（ｘ１,ｙ１）及び（ｘ３,ｙ３）は焦点検出領域の左上隅の座標を表わす。そして、焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ１,ｙ１）の各セクション内に含まれる５個の焦点検出画素用ＳＨＡを加算する。そして、これを３０セクションに渡って連結した位相差検出用のＡ像信号が、同図の下側グラフに表記したＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）である。また、同様に各セクションの５個の焦点検出画素用ＳＨＢを加算し、これを３０セクションに渡って連結した位相差検出用のＢ像信号がＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）である。そして、Ａ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）とＢ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）の相対的な横ずれ量を公知の相関演算によって計算することで、被写体の焦点ずれ量（デフォーカス量）を求めることができる。
【００９７】
焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ３,ｙ３）についても同様に焦点ずれ量を求める。そして、横ずれ及び縦ずれの焦点検出領域で検出した２つの焦点ずれ量を比較し、信頼性の高い値を採用すればよい。
【００９８】
一方、画面左側の樹木の幹部は、縦線成分が主体、すなわち横方向に輝度分布を有しているため、横ずれ検知に適した被写体と判断され、横ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ２,ｙ２）が設定される。また、画面右側の山並み稜線部は、横線成分が主体、すなわち縦方向に輝度分布を有しているため、縦ずれ検知に適した被写体と判断され、縦ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ４,ｙ４）が設定される。
【００９９】
以上のごとく本実施形態においては、横ずれ及び縦ずれ検出のための焦点検出領域が画面の任意位置に設定可能なため、被写体の投影位置や輝度分布の方向性が様々であっても、常に正確な焦点検出が可能である。
【０１００】
図２０〜図２２は、本発明の好適な第１の実施形態に係るカメラの焦点調節及び撮影工程を説明するためのフローチャートである。先に説明した図１〜図１９の各図を参照しながら、図２０以降の制御フローを説明する。
【０１０１】
図２０は第１の実施形態のカメラのメインフローである。撮影者がカメラの電源スイッチをオン操作すると、ステップＳ１０３においてＣＰＵ１２１はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップＳ１０５では撮像素子の撮像動作を開始し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。ステップＳ１０７では読み出した動画をカメラ背面に設けられた表示器１３１に表示し、撮影者はこのプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行なう。
【０１０２】
ステップＳ１０９では、プレビュー用動画像に顔が存在するか否かを認識する。そして、撮影領域に顔が存在していると認識された場合には、ステップＳ１１１からステップＳ１１３に移行し、焦点調節モードを顔ＡＦモードに設定する。ここで顔ＡＦモードとは、撮影領域の顔に焦点を合わせるＡＦモードを指す。
【０１０３】
一方撮影領域に顔が存在していない場合はステップＳ１１１からステップＳ１１５に移行し、焦点調節モードを多点ＡＦモードに設定する。ここで多点ＡＦモードとは、撮影領域を例えば３×５＝１５分割し、各分割領域で焦点検出を行ない、焦点検出結果と被写体の輝度情報から主被写体を類推し、その領域を合焦させるモードを指す。
【０１０４】
ステップＳ１１３あるいはステップＳ１１５でＡＦモードを決定したら、ステップＳ１１７で焦点検出領域を決定する。ステップＳ１２１では、撮影準備スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ１０５に戻り、撮像素子駆動からステップＳ１１７の焦点検出領域の決定を繰り返し実行する。
【０１０５】
ステップＳ１２１で撮影準備スイッチがオン操作されるとステップＳ１３１に移行し、焦点検出サブルーチンを実行する。
【０１０６】
図２１は焦点検出サブルーチンのフロー図である。メインフローのステップＳ１２１から当サブルーチンのステップＳ１３１にジャンプすると、ステップＳ１３２においては、メインルーチンのステップＳ１１７で決定した焦点検出領域に含まれる撮像用画素と焦点検出用画素の信号を読み出す。ステップＳ１３３では、読み出した撮像用画素の情報から、焦点検出領域における被写体コントラストの方向依存性を認識する。ステップＳ１３４では、上記ステップＳ１３３で認識した被写体のコントラスト情報より、焦点検出に適した像ずれ検出方向を選択する。具体的には、被写体像のコントラストが水平方向のみに存在する場合は、横ずれ検出用画素のみを用いた焦点検出を行なう。同様に被写体像のコントラストが垂直方向のみに存在する場合は、縦ずれ検出用画素のみを用いた焦点検出を行なう。また、コントラストが水平及び垂直両方向に存在する場合は、横ずれ用と縦ずれ用の両画素を用いたクロス式の焦点検出を行なう。
【０１０７】
ステップＳ１４１では、前記ステップＳ１３４で選択した焦点検出領域において、図１２もしくは図１４で説明したセクション構造に基づき、各セクション内の焦点検出画素の信号を加算し、ＡＦ画素信号を得る。ステップＳ１４２では、前記ステップＳ１４１で得たＡＦ画素信号に、シェーディング補正（周辺画面の光量落ち補正）や、ビネッティングによる２像の歪みの復元補正等を施し、相関演算用の２像の信号を得る。その結果、図１９に示したＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）とＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）、あるいはＡＦＳＩＧｖ（Ｃ３）とＡＦＳＩＧｖ（Ｄ３）等の対の信号が生成される。
【０１０８】
ステップＳ１４３では得られた２像の相関演算を行ない、２像の相対的な位置ずれ量を計算する。ステップＳ１４４では、相関演算結果の信頼性を判定する。ここで信頼性とは、２像の一致度を指し、２像の一致度が良い場合は一般的に焦点検出結果の信頼性が高い。そこで、複数の焦点検出領域が選択されている場合は、信頼性の高い情報を優先的に使用する。また、２方向の像ずれを検出するクロス式の焦点検出が選択された場合も、各方向の相関信頼性を評価し、信頼性が閾値より低い場合は検出結果を非採用とする。
【０１０９】
ステップＳ１４５では、前記信頼性の高い検出結果から焦点ずれ量を演算する。そしてステップＳ１４６にて図２０のメインフロー内のステップＳ１３１にリターンする。
【０１１０】
図２０のステップＳ１５１では、図２１のステップＳ１４３で計算した焦点ずれ量が許容値以下か否かを判断する。そして焦点ずれ量が許容値異常である場合は、非合焦と判断し、ステップＳ１５３でフォーカスレンズを駆動し、その後ステップＳ１３１〜ステップＳ１５１を繰り返し実行する。そしてステップＳ１５１にて合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ１５５にて合焦表示を行ない、ステップＳ１５７に移行する。
【０１１１】
ステップＳ１５７では、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ１５７にて撮影待機状態を維持する。ステップＳ１５７で撮影開始スイッチがオン操作されるとステップＳ１６１に移行し、撮影サブルーチンを実行する。
【０１１２】
図２２は撮影サブルーチンのフロー図である。撮影開始スイッチが操作されると、ステップＳ１６１を経由して、ステップＳ１６３では光量調節絞りを駆動し、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行なう。ステップＳ１６５では、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行なう。ステップＳ１６７では読み出した画像信号の欠損画素補間を行なう。すなわち、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を生成する。
【０１１３】
ステップＳ１６９では、画像のγ補正、エッジ強調等の画像処理をおこない、ステップＳ１７１において、フラッシュメモリ１３３に撮影画像を記録する。ステップＳ１７３では、表示器１３１に撮影済み画像を表示し、ステップＳ１７５で図２０のメインフローにリターンする。
【０１１４】
図２０のメインフローに戻ると、ステップＳ１８１にて一連の撮影動作を終了する。
【０１１５】
以上の第１の実施形態によると、例えば、以下のような効果がある。
【０１１６】
（１−１）２次元格子の格子点近傍に横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素を実質上等間隔、かつ等密度で配置したため、横方向に輝度分布を有する被写体と、縦方向に輝度分布を有する被写体の、いずれに対しても正確な焦点検出が可能となる。
【０１１７】
（１−２）焦点検出用画素の配置密度が低いため、出力画像の劣化を防止でき、高品位画像が得られる。
【０１１８】
（１−３）焦点検出用画素の配列に規則性を付与したため、焦点検出演算及び出力画像生成演算における各種演算式や演算計数が簡単になる。
【０１１９】
（１−４）単位領域を複数の個別領域に分割し、該個別領域内の複数の画素の信号を合成して焦点検出演算用信号を生成する。このため、焦点検出性能を低下させることなく、演算用の画素数を減らすことができ、焦点検出演算に要する時間を短縮することができる。
【０１２０】
（１−５）撮像手段の撮像領域には、単位領域が複数配置される。これによって、画素配列規則が簡略化できるため、焦点検出演算、及び出力画像の生成演算のアルゴリズムが簡単になる。
【０１２１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態は、１対の横ずれ検出用画素、もしくは１対の縦ずれ検出用画素は、斜め方向に隣接するＲ画素とＢ画素の位置に割り当てられていた。以下に示す第２の実施形態は、焦点検出用画素が単一色の画素、すなわちＲ画素もしくはＢ画素のみの場所に割り当てられる実施形態である。図２３〜図２６を用いて第２の実施形態の構成を説明する。
【０１２２】
図２３は第２の実施形態の焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、ベイヤー配列を有した撮像用画素において、斜め方向に隣接するＲ画素とＢ画素の位置に、焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤが割り当てられていた。これに対して図２３に示す第２の実施形態では、ベイヤー配列におけるＢ画素のみに焦点検出用画素が割り当てられる。具体的には、一番左上のブロックＢＬＫ（１、１）とその右下のブロックＢＬＫ（２、２）においては、最下行の左寄りにある２個のＢ画素を水平方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢで置き換える。
【０１２３】
また残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）においては、左から２番目の列の下寄りにある２個のＢ画素を、垂直方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。
【０１２４】
この配置規則を普遍的に表現すると、第１の実施形態と同様に、ブロックＢＬＫ（ｉ、ｊ）において、ｉ＋ｊが偶数なら水平瞳分割用の焦点検出画素を配置し、ｉ＋ｊが奇数なら垂直瞳分割用の焦点検出画素を配置することになる。そして、２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域がクラスタとなる。
【０１２５】
図２４は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。図２４において、２０行×２０列＝４００画素で構成された一番左上のクラスタをＣＳＴ（ｕ、ｗ）＝ＣＳＴ（１、１）とする。そして該クラスタＣＳＴ（１、１）においては、各ブロックの左下寄りにあるＢ画素を、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢ、もしくはＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。
【０１２６】
その右隣りのクラスタＣＳＴ（１、２）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して上方向に２画素分シフトした位置に配置する。また、最初のクラスタＣＳＴ（１、１）の下に隣接したクラスタＣＳＴ（２、１）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して右方向に２画素分シフトした位置に配置する。以上の規則を繰り返し適用すると図２４に示した配置が得られ、当図に示した範囲がクラスタの上位に位置するフィールドとなる。なお、図９に示した第１の実施形態では、５×５＝２５クラスタが１フィールドであったが、第２の実施形態では４×４＝１６クラスタが１フィールドとなる。その理由は、第２の実施形態における画素配列では、１フィールドの水平方向の構成要素を５クラスタとすると、５番目のクラスタでは焦点検出用画素が隣りのブロックに侵入してしまうからである。
【０１２７】
図２５は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図１０に対応する。図２５において、８０行×８０列＝６、４００画素で構成された一番左上のフィールドをＦＬＤ（ｑ、ｒ）＝ＦＬＤ（１、１）とする。そして第２の実施形態でも、すべてのフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ）は先頭フィールドＦＬＤ（１、１）と同様の配列となっている。そこで、ＦＬＤ（１、１）を水平方向に３７個、垂直方向に２５個配列すると、３０００列×２０００行＝６００万画素の撮像領域は９２５個のフィールドで構成される。ただし、右端の４０列は１フィールドが構成できなかった端数領域で、該領域には焦点検出用画素が配置されないが、実質的に撮像領域全面に渡って焦点検出用画素を均一に分布させている。
【０１２８】
図２６は、２×２＝４個のフィールドにおける焦点検出用画素の配置状況を、撮像領域上に定義した２次元格子に基づいて説明した図で、第１の実施形態の図１１に対応する。同図において、白丸と黒丸の定義は図１１と同一である。すなわち白丸は撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向、水平方向）に分割するための第１の焦点検出用画群が配置された点、黒丸は縦方向（上下方向、垂直方向）に瞳分割するための第２の焦点検出用画素群の配置点である。
【０１２９】
ＬＴＨ１〜ＬＴＨ８は前記白丸を横方向に連ねた第１の格子線群である。そして、第１の格子線群の延伸方向は、水平線に対して反時計方向にθＬＨだけ傾いている。この傾き角は、図２１で説明した配列規則により生じたもので、第１の実施形態と同様にｔａｎθＬＨ＝０．１、すなわちθＬＨ＝５．７度となる。
【０１３０】
また、第１の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｈも第１の実施形態と同様に１０（単位は画素）である。
【０１３１】
ＬＴＶ１〜ＬＴＶ８は前記黒丸を縦方向に連ねた第２の格子線群である。そして、第２の格子線群の延伸方向も、垂直線に対してｔａｎθＬＶ＝０．１、すなわちθＬＨ＝５．７度傾いている。また、第２の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｖも１０（単位は画素）である。
【０１３２】
以上のごとく、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、第１の格子線群は第１の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群で構成される。また第２の格子線群は第２の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群で構成される。よって両格子線群は互いに垂直に交差した２次元格子を構成し、その格子点近傍に焦点検出用画素群が周期的に配置される。ここで、第１、第２の格子線群の少なくとも一方に隣接して平行に配置された任意の２本の格子線において、一方の格子線には第１の焦点検出用画素が配置され、他方の格子線には第２の焦点検出用画素が配置される。これによって、２方向の位相差検出機能を保持しながら、焦点検出用画素の配置密度を低くすることができる。
【０１３３】
なお、図２６によると、フィールド間の境界部では各格子線が不連続、すなわち若干ずれている。しかしながら、焦点検出用画像のサンプリング特性は、第１の実施形態の図１２〜図１５で説明した特性と同様の特性が得られるため、詳細説明は省略する。また、焦点検出領域の設定方法は第１の実施形態の図１６及び図１７と同様の方法を用いることができ、焦点検出フローも図１８〜図２２を用いればよい。従って焦点検出特性も第１の実施形態におけるものと実質的に同一の特性が得られる。
【０１３４】
以上の第２の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１３５】
（２−１）焦点検出用画素を単一色の画素に割り当てたため、出力画像生成時の欠陥画素補間アルゴリズムが簡単になる、あるいは特定色における画像劣化や偽色が軽減される。
【０１３６】
（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態で用いた焦点検出用画素は、２個で１組となり、２分割された瞳領域について、一方の画素が一方の瞳を通過する光束を受光し、他方の画素がもう一方の瞳を通過する光束を受光していた。これに対して以下に示す第３の実施形態は、２分割された瞳領域の光束を１つの画素で取得し、その信号を出力する撮像素子を用いた実施形態を示す。
【０１３７】
以下、図２７及び図２８を用いて第３の実施形態を説明する。
【０１３８】
図２７は第３の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、ベイヤー配列を有した撮像用画素において、斜め方向に隣接するＲ画素とＢ画素の位置に、焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤが割り当てられていた。これに対して図２７に示す第３の実施形態では、１０×１０＝１００画素の各ブロックにおいて、１個のＲ画素に焦点検出用画素が割り当てられる。具体的には、一番左上のブロックＢＬＫ（１、１）とその右下のブロックＢＬＫ（２、２）においては、左端列の最下端にある１個のＲ画素を水平方向に瞳分割を行なう１個の焦点検出用画素ＳＨＡＢで置き換える。ここで、焦点検出用画素ＳＨＡＢは、本出願人による特許文献６に開示された技術を用いればよい。すなわち当公報の図２に開示された撮像素子のように、オンチップマイクロレンズ後方の光電変換部を多分割することで撮影光学系の瞳分割を行ない、分割された各瞳領域からの光束を独立して取得し、画像信号として出力する。そのため、１画素で位相差検出用の１組の信号が得られる。
【０１３９】
また残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）においては、左端列の最下端にある１個のＲ画素を、垂直方向に瞳分割を行なう１個の焦点検出用画素ＳＶＡＢで置き換える。
【０１４０】
この配置規則を普遍的に表現すると、第１の実施形態と同様に、ブロックＢＬＫ（ｉ、ｊ）において、ｉ＋ｊが偶数なら水平瞳分割用の焦点検出画素を配置し、ｉ＋ｊが奇数なら垂直瞳分割用の焦点検出画素を配置することになる。そして、２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域がクラスタとなる。
【０１４１】
図２８は、前記クラスタを単位とし、クラスタが多数集合した配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。図２８に示した全領域が、クラスタの上位となる１フィールドを表わすが、フィールドにおける配置規則は第１の実施形態と同一である。そのため、焦点検出用画素の配置を示す格子は第１の実施形態の図１１に示した２次元格子と同一となる。
【０１４２】
よって、撮像領域全域におけるフィールド配置や、焦点検出特性、焦点検出フローは、第１の実施形態の図１０〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１４３】
以上の第３の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１４４】
（３−１）焦点検出用画素に割り当てる画素数の比率を減らせるため、出力画像の劣化や偽色が一層軽減されるとともに、出力画像生成時の欠陥画素補間アルゴリズムも簡単にできる。
【０１４５】
（第４の実施形態）
第１の実施形態〜第３の実施形態は、焦点検出用画素の配列を示す２次元格子が直交格子であった。また、撮像用画素の配列線である水平及び垂直線に対して、各格子線は一方向に所定角度だけ回転していた。以下に示す第４の実施形態は、２次元格子の少なくとも一部が非直交格子であり、格子線の回転方向が水平もしくは垂直線に対してプラスマイナスの両方向を有している実施形態である。図２９〜図３１を用いて第４の実施形態の構成を説明する。
【０１４６】
図２９は第４の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図９に対応する。第４の実施形態においては、画素配列の最小単位であるブロック、及びその上位のクラスタは第１の実施形態の図８と同様の規則で決定される。一方、クラスタの上位グループであるフィールドは、第１の実施形態においては１００×１００＝１万画素で構成された１種類のフィールドが、撮像領域全体に配置されていた。これに対して、第４の実施形態ではフィールドサイズは第１の実施形態と同じだが、配列規則が異なる４種類のフィールドを備える点が異なる。
【０１４７】
図２９は第４の実施形態の４種類のフィールドのうち、２種類を示したものである。当図において、左側の５×５＝２５クラスタは第１のフィールドで、第１の実施形態と同様の画素配列である。すなわち、フィールド内の各クラスタＣＳＴ（ｕ、ｗ）は、ｕの増加に伴って焦点検出用画素は右方向にシフトし、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は上方向にシフトする。この規則はクラスタＣＳＴ（１、１）〜ＣＳＴ（５、５）の範囲に適用される。
【０１４８】
前記第１のフィールドの右には第２のフィールドが配置される。第２のフィールド、すなわちクラスタＣＳＴ（１、６）〜ＣＳＴ（５、１０）の範囲では、ｕの増加に伴って焦点検出用画素が右方向にシフトする規則は同一だが、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は下方向にシフトする点が異なる。
【０１４９】
また、第１のフィールドの下側には、不図示の第３のフィールドが配置される。第３のフィールド、すなわちクラスタＣＳＴ（６、１）〜ＣＳＴ（１０、６）の範囲では、ｕの増加に伴って焦点検出用画素は左方向にシフトし、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は上方向にシフトする。そして第３のフィールドの右には第４のフィールドが配置される。第４のフィールド、すなわちクラスタＣＳＴ（６、６）〜ＣＳＴ（１０、１０）の範囲では、ｕの増加に伴って焦点検出用画素は左方向にシフトし、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は下方向にシフトする。
【０１５０】
以上の規則によって構成されたフィールドの集合を図３０に示す。第４の実施形態においては、２×２＝４フィールドが画素配列規則上の最上位の単位となり、同図にはこれが４単位表記されている。
【０１５１】
図３１は、前記２×２＝４フィールドの格子を表記したものである。左上の第１のフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は＋５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角も＋５．７度である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１５２】
右上の第２のフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ＋１）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は−５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は＋５．７度である。従って両格子の交差角は鋭角部分で表記すると焼約８０度、すなわち非直交格子となる。
【０１５３】
左下の第３のフィールドＦＬＤ（ｑ＋１、ｒ）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は＋５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は−５．７度である。従って両格子の交差角は鋭角部分で表記すると焼約８０度、すなわち非直交格子となる。
【０１５４】
右下の第４のフィールドＦＬＤ（ｑ＋１、ｒ＋１）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は−５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角も−５．７度である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子となる。
【０１５５】
以上のごとく、第４の実施形態では格子線の水平偏角と垂直偏角の符号が正負混在するため、撮像領域全体では格子線の偏角が平均化されて実質上はゼロになる。すなわち、第１の実施形態〜３においては、水平線から＋δ（δ≒５度程度の微小角）傾斜した横線と、−δ傾斜した横線では、焦点検出用画素のサンプリング特性や、出力画像を生成する際の欠陥画素分布が異なるという課題がある。これに対して第４の実施形態では、１フィールド内では第１の実施形態〜３と同様の特性を呈するが、数フィールドにまたがる広い範囲では、前記偏角の正負が相殺して、その影響が低減する。
【０１５６】
なお、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、焦点検出特性、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１２〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１５７】
以上の第４の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１５８】
（４−１）焦点検出用画素を結ぶ格子線の水平偏角と垂直偏角が正負混在するため、焦点検出時の被写体照度分布の角度依存性が緩和され、多様な被写体に対して高精度な焦点検出が可能となる。
【０１５９】
（４−２）焦点検出用画素は出力画像にとっては欠陥画素となるが、これら欠陥画素を結ぶ格子線の水平偏角と垂直偏角が正負混在するため、直線を多数含む幾何学模様に対しても、画質劣化や違和感発生を低減することができる。
【０１６０】
（第５の実施形態）
第１の実施形態〜第４の実施形態は、ブロック内における焦点検出用画素の位置を、クラスタ間で順にシフトする実施形態であった。以下に示す第５の実施形態は、上記シフト規則を採用せず、焦点検出用画素を完全な正方格子上に配列した実施形態である。図３２〜図３４を用いて第４の実施形態の構成を説明する。
【０１６１】
図３２は第５の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図９に対応する。第５の実施形態においては、画素配列の最小単位であるブロックは第１の実施形態の図８と同様の規則で決定される。一方、クラスタより上位の画素配列は、第１の実施形態〜第４の実施形態においてはクラスタ間で焦点検出用画素の位置を順にシフトしていた。これに対して第５の実施形態では、全クラスタにおける焦点検出用画素の配列を同一にしている。すなわち２０×２０＝４００画素で１つのクラスタを構成するが、図３２に表記された５×５＝２５クラスタはすべて同一の画素配列となっている。
【０１６２】
図３３に撮像領域全域における画素配列を示す。同図において、便宜上１００×１００＝１万画素の領域をフィールドと定義しているが、フィールドのサイズは任意と考えることができる。
【０１６３】
図３４は、２×２＝４フィールドの格子を表記したものである。同図において、横方向に延伸した格子線の水平偏角は０度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角も０度である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１６４】
なお、水平あるいは垂直方向に延伸する細線に対する焦点検出能力は、第１の実施形態〜第４の実施形態に係る特性と同等ではない。すなわち第１の実施形態の図１３及び図１５で説明したように、焦点検出用画素がクラスタ間でシフトすることで、焦点検出用画像の瞳分割方向のサンプリング特性を向上させていた。しかしながら第５の実施形態では、クラスタ間で焦点検出用画素をシフトさせていないため、水平もしくは垂直方向に延伸した細線像の細く特性は若干低下する。ただし、撮像用画素のピッチ自体を狭小化し、撮像素子を高画素化することで、この欠点は低減することができる。
【０１６５】
また、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１６〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１６６】
以上の第５の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−２）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１６７】
（５−１）焦点検出用画素の配列規則が非常に簡素化されるため、焦点検出演算及び出力画像生成演算における各種演算式や演算計数が一層簡単になる。
【０１６８】
（第６の実施形態）
第１の実施形態〜第５の実施形態は、横ずれ検出と縦ずれ検出用の画素が等しい密度で配置される実施形態であった。以下に示す第５の実施形態は、横ずれ検出と縦ずれ検出用の画素が不等密度で配置された実施形態である。図３５〜図３８を用いて第６の実施形態の構成を説明する。
【０１６９】
図３５は第６の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、左上のブロックＢＬＫ（１、１）と右下のブロックＢＬＫ（２、２）に配置していた。また垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）に配置していた。これに対して図３５においては、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、３個のブロックＢＬＫ（１、１）、ＢＬＫ（２、１）、及びＢＬＫ（２、２）に配置する。そして、垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、残りの１つのブロックＢＬＫ（１、２）に配置される。すなわち第６の実施形態においては、２×２＝４ブロックで構成された１つのクラスタにおいて、横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素の配置比率が等比ではなく、３：１となっている。
【０１７０】
図３６は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。第６の実施形態に係るクラスタ内の画素の配置規則は第１の実施形態とは異なるが、クラスタより上位の配置規則はは第１の実施形態と同一である。従って、図３６におけるフィールドの配置規則も第１の実施形態の図９と同一になる。
【０１７１】
図３７は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図１０に対応する。第６の実施形態でのフィールド間の配置規則は第１の実施形態と同一なため、図３７も図１０と同一になる。
【０１７２】
図３８は、２×２＝４フィールドの格子を表記したもので、第１の実施形態の図１１に対応する。第５の実施形態においては、白丸で表記した横ずれ検出用格子点と、黒丸で表記した縦ずれ検出用格子点の数量比は３：１となる。一方で、横方向に延伸した格子線の水平偏角と、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は共に＋５．７度で、第１の実施形態と同一である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１７３】
以上のごとく、第６の実施形態では、２次元格子の形状は第１の実施形態と同一であるが、格子点に配置された焦点検出用画素の配置順、及び配置比率が異なっている。その結果、水平方向に輝度分布を有する被写体に対する焦点検出能力は向上し、垂直方向に輝度分布を有する被写体に対する焦点検出能力は低下する。よって第６の実施形態は、撮影対象である被写体の輝度分布に異方性がある場合、例えば水平ラインが主体のプリント配線基板を検査する検査用カメラに好適であるが、用途はこれに限定されるものではない。
【０１７４】
なお、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１６〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１７５】
以上の第６の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１７６】
（６−１）焦点検出能力に異方性を付与できるため、撮影対象とする被写体の輝度分布に異方性がある場合、焦点検出精度を更に高めることができる。
【０１７７】
（第７の実施形態）
第１の実施形態〜第６の実施形態は、単位ブロック内には横ずれ検出用画素、もしくは縦ずれ検出用画素のいずれかを必ず配置していた。以下に示す第７の実施形態は、焦点検出用画素を配置するブロックと配置しないブロックが混在する実施形態である。図３９〜図４２を用いて第７の実施形態の構成を説明する。
【０１７８】
図３９は第７の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、左上のブロックＢＬＫ（１、１）と右下のブロックＢＬＫ（２、２）に配置していた。また垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）に配置していた。これに対して図３９においては、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、左上のブロックＢＬＫ（１、１）に配置する。また、垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、右下のブロックＢＬＫ（２、２）に配置される。そして残りの２つのブロックＢＬＫ（１、２）、及びＢＬＫ（２、１）には焦点検出用画素は配置しない。すなわち第７の実施形態においては、２×２＝４ブロックで構成された１つのクラスタにおいて、横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素を配置したブロック、及び焦点検出用画素を配置しないブロックの比率が１：１：２となっている。
【０１７９】
図４０は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。第７の実施形態に係るクラスタ内の画素の配置規則は第１の実施形態とは異なるが、クラスタより上位の配置規則は第１の実施形態と同一である。従って、図４０におけるフィールドの配置規則も第１の実施形態の図９と同一になる。
【０１８０】
図４１は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図１０に対応する。第７の実施形態においても、１００×１００＝１万画素で１フィールドを構成し、該フィールドが上下左右に繰り返し配置されることで、撮像領域が構成される。
【０１８１】
図４２は、２×２＝４フィールドの格子を表記したもので、第１の実施形態の図１１に対応する。第７の実施形態においては、白丸と黒丸はそれぞれ個別の２次元格子の格子点に配置される。すなわち、１つのフィールドにおいて、白丸で表記した横ずれ検出用格子点を通る２次元格子上には、白丸のみが配置され、黒丸は配置されない。同様に、黒丸で表記した縦ずれ検出用格子点を通る２次元格子上には、黒丸のみが配置され、白丸は配置されない。
【０１８２】
一方で、横方向に延伸した格子線の水平偏角と、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は共に＋５．７度で、第１の実施形態と同一である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１８３】
なお、図４２に示した実施形態では、フィールド同士の隣接部では格子線が不連続になる。すなわち、１つのフィールドにおける白丸用格子線を隣りのフィールドに延長すると、黒丸用格子線につながる。同様に黒丸用格子線を隣りのフィールドに延長すると、白丸用格子線につながる。そこで、この不連続性を解消した変形例を図４３に示す。図４３の実施形態では、４つのフィールドにおける格子線のピッチや偏角は同一であるが、白丸と黒丸の配置規則が異なる。すなわち、横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素の配置規則を４フィールド間で異ならせ、４フィールドを新たな単位として撮像領域を構成することで、フィールド間の格子の不連続性を解消している。
【０１８４】
なお、第７の実施形態に係る２次元格子の形状は第１の実施形態と同一であるが、格子点に配置された焦点検出用画素の配置密度が半分になっている。そのため、焦点検出演算用の単位領域となる１つのセクションの大きさは、図１２に示した第１の実施形態のセクションに対して、横縦ともに２倍の大きさに設定すると好適である。すなわち横ずれ検出用画素の信号を合成する領域は、２００行×２０列＝４０００画素とすればよい。また、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１６〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１８５】
以上の第７の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１８６】
（７−１）焦点検出用画素の配置密度が低くできるため、画素数の多い撮像素子においても、焦点検出演算の負荷が過大になることが防止でき、合焦時間の増大を回避することができる。
【０１８７】
以上説明した第１の実施形態〜第７の実施形態は、デジタルスチルカメラにおける実施形態を説明した。しかしながら、本技術の焦点検出装置はデジタルスチルカメラだけでなく、動画撮影を行なうカムコーダ（ムービーカメラ）、各種検査カメラ、監視カメラ、内視鏡カメラ、ロボット用カメラ等に応用しても良い。
【０１８８】
また、各実施形態で用いた撮像素子は、１個の画素の縦横比が等しい正方画素が２次元平面上に正方配置されているが、正方配置以外、例えばハニカム配列と称される撮像素子に適用しても構わない。また、撮像素子のカラーフィルタはＲＧＢに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明は、撮像素子を備えた電子カメラの焦点調節装置を提供するもので、特にデジタルスチルカメラ、ムービーカメラに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の好適な実施形態に係るカメラの構成図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の回路図である。
【図３】本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の画素部断面図である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の駆動タイミングチャートである。
【図５】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図である。
【図６】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。
【図７】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の他の焦点検出用画素の平面図と断面図である。
【図８】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図９】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図１０】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図１１】本発明の好適な第１の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図１２】本発明の好適な第１の実施形態に係る横ずれ焦点検出時の画素グループ化方法説明図である。
【図１３】本発明の好適な第１の実施形態に係る横ずれ焦点検出時の画像サンプリング特性説明図である。
【図１４】本発明の好適な第１の実施形態に係る縦ずれ焦点検出時の画素グループ化方法説明図である。
【図１５】本発明の好適な第１の実施形態に係る縦ずれ焦点検出時の画像サンプリング特性説明図である。
【図１６】本発明の好適な第１の実施形態に係る横ずれ焦点検出時の焦点検出領域の設定方法説明図である。
【図１７】本発明の好適な第１の実施形態に係るクロス式の焦点検出時の焦点検出領域の設定方法説明図である。
【図１８】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の瞳分割状況を説明する概念図である。
【図１９】本発明の好適な第１の実施形態に係る焦点検出領域説明図である。
【図２０】本発明の好適な第１の実施形態に係るメイン制御フロー図である。
【図２１】本発明の好適な第１の実施形態に係る焦点検出サブルーチンフロー図である。
【図２２】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮影サブルーチンフロー図である。
【図２３】本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図２４】本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図２５】本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図２６】本発明の好適な第２の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図２７】本発明の好適な第３の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図２８】本発明の好適な第３の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図２９】本発明の好適な第４の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図３０】本発明の好適な第４の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図３１】本発明の好適な第４の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図３２】本発明の好適な第５の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図３３】本発明の好適な第５の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図３４】本発明の好適な第５の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図３５】本発明の好適な第６の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図３６】本発明の好適な第６の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図３７】本発明の好適な第６の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図３８】本発明の好適な第６の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図３９】本発明の好適な第７の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図４０】本発明の好適な第７の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図４１】本発明の好適な第７の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図４２】本発明の好適な第７の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図４３】本発明の好適な第７の実施形態に係る焦点検出用画素の他の配列を２次元格子で説明した図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１０１ 撮影光学系（結像光学系）
１０７ 撮像素子（撮像手段）
ＳＨＡ及びＳＨＢ 第１の焦点検出用画素（焦点検出手段）
ＳＶＣ及びＳＶＤ 第２の焦点検出用画素（焦点検出手段）
ＬＴＨ 水平格子（第１の格子線）
ＬＴＶ 垂直格子（第２の格子線）
ＢＬＫ 画素の集合単位を表わすブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元に構成された多数の光電変換素子で静止画及び動画の少なくとも一方を撮像可能な撮像素子及び当該撮像素子を用いた撮像装置における焦点状態の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の自動焦点検出・調節方法で撮影光学系を通過した光束を用いる一般的な方式として、コントラスト検出方式（ぼけ方式と呼ばれる）と位相差検出方式（ずれ方式と呼ばれる）とがある。
【０００３】
コントラスト検出方式は動画撮影用ビデオムービー機器（カムコーダー）や電子スチルカメラで多く用いられる方式で、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分の情報（コントラスト情報）に着目し、その評価値が最も大きくなる撮影光学系の位置を合焦位置とする方式である。しかし山登り方式とも言われるように、撮影光学系を微少量動かしながら評価値を求め、その評価値が結果的に最大であったとわかるまで動かす事が必要であるため、高速な焦点調節動作には不向きとされている。
【０００４】
もう一方の位相差検出方式は、銀塩フィルムによる一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点検出（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ：ＡＦ）一眼レフカメラの実用化に最も貢献した技術である。位相差検出方式では、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで撮影光学系のピント方向のずれ量を直接求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行なえばピントずれの量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。但し、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を２分割し、それぞれの光束に対応する信号を得るためには、撮像光路中にクイックリターンミラーやハーフミラー等の光路分割手段を設け、その先に焦点検出用光学系とＡＦセンサを設けるのが一般的である。そのため、装置が大型、かつ高価となる欠点がある。
【０００５】
この欠点を解消するために、撮像素子に位相差検出機能を付与し、専用のＡＦセンサを不要とし、かつ高速の位相差ＡＦを実現するための技術も開示されている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なう。また、焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素の欠損部に相当するため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を生成している。
【０００７】
また、特許文献２では、撮像素子の一部の画素の受光部を左右方向もしくは上下方向に２分割することで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なう。また、当技術においても焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素が欠損しているため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を生成している。
【０００８】
また、特許文献３では、撮像素子の一部の画素の受光部を上下方向に２分割することで瞳分割機能を付与し、２分割された受光部の出力を個別に処理する。これによって、上下方向に輝度分布を有した被写体に対して位相差式焦点検出を行なう。また、２分割受光部の出力を合算することで撮像信号にも用いるほか、左右方向に隣接した画素間のコントラストを検出することで、該方向に輝度分布を有する被写体に対してコントラスト式焦点検出を行なう。
【０００９】
また、特許文献４では、受光部を左右方向もしくは上下方向に分割した焦点検出用素子を、撮像素子の１行おきに繰り返し配置する。これによって、左右方向及び上下方向に輝度分布を有した被写体に対して位相差式焦点検出を行なう。
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２６８６号公報
【特許文献３】特開２００１−３０５４１５号公報
【特許文献４】特開２００３−１５３２９１号公報
【特許文献５】特開平０９−０４６５９６号報公報
【特許文献６】特開２００３−１５６６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、撮像素子を用いて位相差検出方式のＡＦを行なう際に注意すべき項目を以下に列挙する。まず、ＡＦ性能については以下の特性を満足することが望まれる。
【００１１】
（ａ）被写体の輝度分布がどのような方向であっても焦点検出可能である。換言すれば、縦線、横線、斜め線のいずれにも焦点検出が可能である。
【００１２】
（ｂ）焦点検出用画像のサンプリング誤差が少なく、焦点検出精度が被写体の空間周波数や位相に依存しない。
【００１３】
（ｃ）任意の領域で焦点検出が可能である。
【００１４】
（ｄ）低輝度被写体であっても、焦点検出用画像信号のＳ／Ｎ比が高く、焦点検出精度が低下しない。
【００１５】
（ｅ）焦点検出用画素の配置座標に規則性があり、焦点検出用画素の信号処理や焦点検出演算のアルゴリズムが簡単である。
【００１６】
また、出力用画像を生成する際には、焦点検出用画素は特異画素もしくは欠損画素に相当する。従って、出力画像の劣化を防止するためには、以下の特性を満足することが望まれる。
【００１７】
（ｉ）撮像素子の総画素数に対する焦点検出用画素の割合が少ない。
【００１８】
（ｉｉ）焦点検出用画素の分布に偏りがない。
【００１９】
（ｉｉｉ）焦点検出用画素の配置座標に規則性があり、欠損画素の補間アルゴリズムが簡単である。
【００２０】
そして、焦点検出精度の向上と出力画像の劣化防止は、一般的に相反する関係にあるため、上に列挙したすべての項目をバランスよく満足するためには高度の技術を要する。しかしながら前述の公知技術には、以下のような欠点があった。
【００２１】
特許文献１において開示された技術では、瞳分割方向が一方向に瞳分割する焦点検出用画素が局所的に緻密に配置されているため、上記（ａ）（ｃ）（ｉｉ）の特性が満足できない。
【００２２】
特許文献２において開示された技術では、左右方向もしくは上下方向に瞳分割する焦点検出用画素が、特定の焦点検出領域に緻密に配置されているため、上記（ｃ）（ｉｉ）の特性が満足できない。
【００２３】
特許文献３において開示された技術では、位相差式焦点検出用画素が緻密に配置されているため、上記（ｉ）の特性が満足できない。また、一方向の焦点検出はコンロラスト検出方式のため、該方向のみに輝度分布を有する被写体に対しては焦点検出能力が低下し、上記（ａ）の条件も充分には満足していない。
【００２４】
特許文献４において開示された技術では、焦点検出用画素が１行おきに配置されているため、その配置密度はかなり高く、上記（ｉ）の特性が満足できない。従って、高品位画像を得ることが困難である。
【００２５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像手段の所定の単位領域内の任意の位置において、２方向の位相差検出が可能となり、１方向のみにコントラスト情報を有する被写体に対しても焦点検出可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、被写体像を形成する結像光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の画素信号から結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を備えた焦点検出装置に係り、前記焦点検出手段は、前記結像光学系の射出瞳を第１の方向に瞳分割した光束を受光するための第１の焦点検出用画素と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に瞳分割した光束を受光するための第２の焦点検出用画素と、を有し、前記第１、第２の焦点検出用画素は、前記撮像手段の所定の単位領域内に設定された第１の格子線群とこれに交差する第２の格子線群とで構成された２次元格子の格子点近傍に、それぞれ周期的に配置されていることを特徴とする焦点検出装置。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、撮像手段の所定の単位領域内の任意の位置において、２方向の位相差検出が可能となり、１方向のみにコントラスト情報を有する被写体に対しても焦点検出可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下の実施形態に示される通りである。
（第１の実施形態）
図１〜図２２は、本発明の好適な第１の実施形態に係る図である。以下、図を参照して第１の実施形態について説明する。
【００２９】
図１は本発明の好適な実施形態に係るカメラの構成図で、撮像手段としての撮像素子を有したカメラ本体と撮影光学系が一体となった電子カメラを示している。同図において、１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。１０３は第２レンズ群である。そして前記絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、前記第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。
【００３０】
１０５は第３レンズ群で、光軸方向の進退により、焦点調節を行なう。１０６は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。該撮像素子は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。
【００３１】
１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１１１〜第３レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。
【００３２】
１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。１１６はＡＦ補助光手段で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００３３】
１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵで、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１はまた、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。
【００３４】
１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。
【００３５】
１２６はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。１２８は絞りシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００３６】
１３１はＬＣＤ等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群で、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。
【００３７】
図２は本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の概略的回路構成図を示したもので、本発明人による特許文献５等に開示された技術を用いて製造される。同図は２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサの２列×４行画素の範囲を示したものであるが、撮像素子として利用する場合は、当図に示した画素を多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。本実施形態においては、画素ピッチが２μｍ、有効画素数が横３０００列×縦２０００行＝６００万画素、撮像画面サイズが横６ｍｍ×縦４ｍｍのデジタルスチルカメラ用撮像素子として説明を行なう。
【００３８】
図２において、１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部、２はフォトゲート、３は転送スイッチＭＯＳトランジスタである。また、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ、７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタである。また、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１は明出力蓄積容量ＣＴＳ、１２は水平転送ＭＯＳトランジスタである。また、１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１４は差動出力アンプ、１５は水平走査回路、１６は垂直走査回路である。
【００３９】
図３に画素部の断面図を示す。同図において、１７はＰ型ウェル、１８はゲート酸化膜、１９は一層目ポリＳｉ、２０は二層目ポリＳｉ、２１はｎ＋ フローティングディフュージョン部（ＦＤ）である。２１のＦＤは別の転送ＭＯＳトランジスタを介して別の光電変換部と接続される。同図において、２つの転送ＭＯＳトランジスタ３のドレインとＦＤ部２１を共通化して微細化とＦＤ部２１の容量低減による感度向上を図っているが、Ａｌ配線でＦＤ部２１を接続しても良い。
【００４０】
次に、図４のタイミングチャートを用いて撮像素子の動作を説明する。このタイミングチャートは全画素独立出力の場合である。
【００４１】
まず垂直走査回路１６からのタイミング出力によって、制御パルスφＬをハイとして垂直出力線をリセットする。また制御パルスφＲ０,φＰＧ００,φＰＧｅ０をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとし、フォトゲート２の一層目ポリＳｉ１９をハイとしておく。時刻Ｔ０において、制御パルスφＳ０をハイとし、選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、第１、第２ラインの画素部を選択する。次に制御パルスφＲ０をロウとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とする。そして、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート・ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ１において制御パルスφＴＮをハイとし、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量ＣＴＮ１０に出力させる。
【００４２】
次に、第１ラインの画素の光電変換出力を行うため、第１ラインの制御パルスφＴＸ００をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ３を導通した後、時刻Ｔ２ において制御パルスφＰＧ００をローとして下げる。この時フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２１に完全転送させるような電圧関係が好ましい。従って完全転送が可能であれば制御パルスφＴＸはパルスではなくある固定電位でもかまわない。
【００４３】
時刻Ｔ２でフォトダイオードの光電変換部１からの電荷がＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるので、ＦＤ部２１の電位を時刻Ｔ３ において制御パルスφＴｓをハイとして蓄積容量ＣＴＳ１１に出力する。この時点で第１ラインの画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に蓄積されている。時刻Ｔ４の制御パルスφＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１５の走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力を出力される。この時、蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１の差動増幅器１４によって、差動出力ＶＯＵＴを取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。また画素３０−１２、３０−２２の光電荷は画素３０−１１、３０−２１と同時に夫々の蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に蓄積される。しかしながら、、その読み出しは水平走査回路１５からのタイミングパルスを１画素分遅らして水平出力線に読み出して差動増幅器１４から出力される。
【００４４】
本実施形態では、差動出力ＶＯＵＴをチップ内で行う構成を示しているが、チップ内に含めず、外部で従来のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）回路を用いても同様の効果が得られる。
【００４５】
蓄積容量ＣＴＳ１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ０をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通しＦＤ部２１を電源ＶＤＤにリセットする。第１ラインの水平転送が終了した後、第２ラインの読み出しを行う。第２ラインの読み出しは、制御パルスφＴＸｅ０、制御パルスφＰＧｅ０を同様に駆動させ、制御パルスφＴＮ、φＴＳに夫々ハイパルスを供給して、蓄積容量ＣＴＮ１０とＣＴＳ１１に夫々光電荷を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。以上の駆動により、第１、第２ラインの読み出しが夫々独立に行なえる。この後、垂直走査回路を走査させ、同様に第２ｎ＋１、第２ｎ＋２（ｎ＝１、２、…）の読み出しを行なえば全画素独立出力が行える。即ち、ｎ＝１の場合は、まず制御パルスφＳ１をハイとし、次に次にφＲ１をローとする。続いて制御パルスφＴＮ、φＴＸ０１をハイとし、制御パルスφＰＧ０１をロー、制御パルスφＴＳをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして画素３０−３１、３０−３２の画素信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸｅ１、φＰＧｅ１及び上記と同様に制御パルスを印加して、画素３０−４１、３０−４２の画素信号を読み出す。
【００４６】
図５〜図７は、撮像用画素と焦点検出手段としての焦点検出用画素の構造を説明する図である。第１の実施形態においては、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、該ベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。
【００４７】
図５に撮像用画素の配置と構造を示す。同図（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そして該２行×２列の構造が繰り返し配置される。
【００４８】
同図（ａ）における断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）は図３で説明したＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したもの、ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）はＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。
【００４９】
ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬ（Ｔａｋｉｎｇ Ｌｅｎｓ）を通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰ（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ）と光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、同図（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束（光量子）を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。
【００５０】
図６は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素（第１の焦点検出用画素）の配置と構造を示す。ここで水平方向あるいは横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。同図（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録もしくは観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲもしくはＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを同図（ａ）においてＳＨＡ及びＳＨＢで示す。
【００５１】
同図（ａ）における断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図５（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施形態においては、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＨＡ及の開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＨＢも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。
【００５２】
なお、上記画素ＳＨＡ及びＳＨＢでは、撮影画面の横方向に輝度分布を有した被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能だが、縦方向に輝度分布を有する横線は焦点検出不能である。そこで本実施形態では、後者についても焦点検出できるよう、撮影光学系の垂直方向（縦方向）にも瞳分割を行なう画素も備えている。
【００５３】
図７は、撮影光学系の垂直方向（換言すると上下方向もしくは縦方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素（第２の焦点検出用画素）の配置と構造を示す。ここで垂直方向あるいは上下あるいは縦横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、鉛直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。同図（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図で、図６（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素としている。これを同図（ａ）においてＳＶＣ及びＳＶＤで示す。
【００５４】
同図（ａ）の断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示すが、図６（ｂ）の画素が横方向に瞳分離する構造であるのに対して、図７（ｂ）の画素は瞳分離方向が縦方向になっているだけで、画素の構造としては変わらない。すなわち、画素ＳＶＣの開口部ＯＰＶＣは下側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの上側の射出瞳ＥＰＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＶＤの開口部ＯＰＶＤは上側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの下側の射出瞳ＥＰＶＤを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＶＣを垂直方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＣ像とする。また、画素ＳＶＤも垂直方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＤ像とすると、Ｃ像とＤ像の相対位置を検出することで、垂直方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。
【００５５】
図８〜図１０は、上記図５〜図７で説明した撮像用画素と焦点検出用画素の配置規則を説明する図である。
【００５６】
図８は撮像用画素の間に焦点検出用画素を離散的に配置する場合の、最小単位の配置規則を説明するための図である。同図において、１０行×１０列＝１００画素をひとつのブロックと定義する。そして一番左上のブロックＢＬＫ（１、１）において、一番左下のＲ画素とＢ画素を、水平方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢで置き換える。
【００５７】
その右隣りのブロックＢＬＫ（１、２）においては、同じく一番左下のＲ画素とＢ画素を、垂直方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。また、最初のブロックＢＬＫ（１、１）の下に隣接したブロックＢＬＫ（２、１）の画素配列は、ブロックＢＬＫ（１、２）と同一とする。そして、その右隣りのブロックＢＬＫ（２、２）画素配列は、先頭のブロックＢＬＫ（１、１）と同一とする。
【００５８】
この配置規則を普遍的に表現すると、ブロックＢＬＫ（ｉ、ｊ）において、ｉ＋ｊが偶数なら水平瞳分割用の焦点検出画素を配置し、ｉ＋ｊが奇数なら垂直瞳分割用の焦点検出画素を配置することになる。そして、図８の２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域を、ブロックの上位の配列単位として、クラスタと定義する。
【００５９】
このように、水平瞳分割用の焦点検出画素と垂直瞳分割用の焦点検出画素とが交互に配置されることによって、２方向の位相差検出特性を揃えることができる。
【００６０】
図９は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図である。同図において、２０行×２０列＝４００画素で構成された一番左上のクラスタをＣＳＴ（ｕ、ｗ）＝ＣＳＴ（１、１）とする。そして該クラスタＣＳＴ（１、１）においては、各ブロックの一番左下のＲ画素とＢ画素を、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢ、もしくはＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。
【００６１】
その右隣りのクラスタＣＳＴ（１、２）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して上方向に２画素分シフトした位置に配置する。また、最初のクラスタＣＳＴ（１、１）の下に隣接したクラスタＣＳＴ（２、１）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して右方向に２画素分シフトした位置に配置する。以上の規則を繰り返し適用すると図９に示した配置が得られる。
【００６２】
この配置規則を普遍的に表現すると以下のようになる。なお、焦点検出用画素の座標は、図６もしくは図７で示したＧ画素を含む４画素を一つの単位（ペア）とし、そのうちの左上の画素の座標で規定する。また各ブロック内の座標は左上を（１、１）とし、下方向と右方向を正とする。
【００６３】
以上の定義を適用すると、クラスタＣＳＴ（ｕ、ｗ）において、各ブロック内の焦点検出用画素ペアの水平座標は２×ｕ−１となり、垂直座標は１１−２×ｗとなる。そして、図９の５×５＝２５クラスタ、すなわち１００行×１００列＝１万画素の領域を、クラスタの上位の配列単位として、フィールドと定義する。
【００６４】
図１０は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図である。同図において、１００行×１００列＝１万画素で構成された一番左上のフィールドをＦＬＤ（ｑ、ｒ）＝ＦＬＤ（１、１）とする。そして本実施形態では、すべてのフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ）は先頭フィールドＦＬＤ（１、１）と同様の配列となっている。そこで、ＦＬＤ（１、１）を水平方向に３０個、垂直方向に２０個配列すると、３０００列×２０００行＝６００万画素の撮像領域は６００個のフィールドで構成される。以上の構成により、撮像領域全面に渡って焦点検出用画素を均一に分布させることができる。
【００６５】
図１１は、２×２＝４個のフィールドにおける焦点検出用画素の配置状況を、撮像領域上の単位領域内に定義した２次元格子（２−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｌａｔｔｉｃｅ）に基づいて説明した図である。同図において、白丸は撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向、水平方向）に分割するための第１の焦点検出用画群が配置された点である。ここで、第１の焦点検出用画群とは図６（ａ）の画素ＳＨＡ及びＳＨＢの２個１組を指し、該２個の画素の重心位置が図１１の白丸に配置されることを意味している。黒丸は縦方向（上下方向、垂直方向）に瞳分割するための第２の焦点検出用画素群の配置点で、同じく図７（ａ）の画素ＳＶＣ及びＳＶＤの重心に相当する。
【００６６】
ＬＴＨ１〜ＬＴＨ１０は前記白丸を横方向に連ねた第１の格子線群である。そして、第１の格子線群の延伸方向（第１の方向）は、水平線に対して反時計方向にθＬＨだけ傾いているが、該角度を水平偏角と呼称し、符号は反時計方向を正と定義する。この水平偏角は、図９で説明した配列規則により生じたもので、ｔａｎθＬＨ＝０．１、すなわちθＬＨ＝＋５．７度となる。
【００６７】
ここで、水平偏角の絶対値はできる限り小さいほうが望ましい。その理由は、水平方向に瞳分割した画素群で取得する１対の画像は、撮影光学系の焦点ずれ量に比例して水平方向に相対位置がずれるため、該画像をサンプリングする画素も画像の相対ずれ方向に沿って配置されるのが好ましいからである。ただし、第１の格子線群が水平になるように焦点検出用画素を配置すると、図１２以降で説明する本実施形態特有の効果が得られないため、ここでは上記＋５．７度の傾き角を付与している。そして図９で説明した配置規則が異なれば該傾き角も変わるが、本実施形態の角度の２倍以内、すなわち±１２度程度以下が望ましい。
【００６８】
また、第１の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｈは１０（単位は画素）である。この格子ピッチが小さいほど焦点検出用画像のサンプリング密度が高まり、サンプリング誤差が低減するが、出力画像における欠損画素数は増す。よって、格子ピッチは撮像システムにおける画質と焦点検出性能のバランスにより最適値が決定されるべきであるが、本出願人の検討によれば、４〜２０の間で選択するのが好ましい。
【００６９】
ＬＴＶ１〜ＬＴＶ１０は前記黒丸を縦方向（第２の方向）に連ねた第２の格子線群である。そして、第２の格子線群の延伸方向も、垂直線に対して傾いているが、この傾き角を垂直偏角と呼称し、反時計方向を正と定義する。すると垂直偏角はｔａｎθＬＶ＝０．１、すなわちθＬＨ＝＋５．７度となるが、この傾き角もできる限り小さいほうが望ましい。その理由は、第１の格子線群と同様の理由である。すなわち、垂直方向に瞳分割した画素群で取得する１対の画像は、撮影光学系の焦点ずれ量に比例して垂直方向に相対位置がずれるため、該画像をサンプリングする画素も画像のずれ方向に沿って配置されるのが好ましいからである。そして第２の格子線群の垂直偏角も、本実施形態の角度の２倍以内、すなわち±１２度程度以下が望ましい。また、第２の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｖも１０（単位は画素）であり、その設定指針は第１の格子線群と同様である。
【００７０】
以上のごとく、第１の格子線群は第１の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群（直線群）で構成される。また第２の格子線群は第２の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群で構成される。よって両格子線群は互いに垂直（９０度の角度）に交差した２次元格子を構成し、その格子点近傍に焦点検出用画素群が周期的に配置される。このように、デフォーカス時の焦点検出用画像の移動方向と焦点検出用画素の配列方向が略一致するため、焦点検出用画素の配置密度を低くしても、大デフォーカス時の焦点検出性能を維持することが可能となる。ここで近傍という表現を用いたのは、本発明の多くの実施形態では、焦点検出用画素は２個で１組であり、かつＲ画素とＢ画素を置き換えているため、格子上の１点に該画素を常に厳密に配置するのは不可能だからである。一方で、該画素の配置場所が厳密な格子点から多少偏差しても本発明の効果は維持できる。そして本出願人の検討によれば、該画素群の格子点からの偏差量は格子ピッチの０．２５倍以下、もしくは撮像用画素ピッチの４倍以下が好ましい。また、第１の格子線群と第２の格子線群とは互いに垂直（９０度の角度）に配置されているが、本発明の効果を奏するものであれば、垂直（９０度の角度）から多少ずれたものも本発明に含まれる。
【００７１】
次に図１２〜図１５を用いて、焦点検出時の画素のグループ化と信号加算方法について説明する。図１２は、撮影光学系によって形成された被写体像の、横ずれ方向の焦点検出を行なう場合の画素グループ化方法を説明する図である。横ずれ方向の焦点検出とは、図６で説明した、撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向、水平方向）に分割するための焦点検出用画素を用いて、位相差式焦点検出を行なうことを指す。
【００７２】
図１２に示す画素配列は図９で説明したものだが、焦点検出の際には、横方向に１ブロック、縦方向に１０ブロックの合計１０ブロックを１つのグループとし、これをセクションと定義する。そして、本実施形態では、横方向に並んだ３０セクションで、１つの焦点検出領域を構成する。すなわち、１００行×３００列＝３万画素の領域が１つの焦点検出領域となる。この１つの焦点検出領域をＡＦエリアと定義する。ここで、１つのセクション内においては、横方向における一方の瞳分割を行なう画素ＳＨＡが５個、他方の瞳分割を行なう画素ＳＨＢも５個含まれている。そこで本実施形態においては、５個のＳＨＡの出力を加算して、位相差演算用の一方の画像信号（Ａ像と称する）の１ＡＦ画素とする。同様に、５個のＳＨＢの出力を加算して、位相差演算用の他方の画像信号（Ｂ像と称する）の１ＡＦ画素とする。
【００７３】
図１３は、一つのセクションにおける、被写体像の捕捉能力を説明するための図である。同図（ａ）は図１２の左端のセクションＳＣＴｈ（１）を切り出したものである。下端に示された水平線ＰＲＪｈは、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢの瞳分割方向に延伸した第１の射影軸（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ）である。右端に示された垂直線ＰＲＪｖは、瞳分割方向と直交する方向に延伸した第２の射影軸である。ここで、１つのセクション内の画素ＳＨＡはすべて加算され、ＳＨＢも加算される。そこで、１つのセクションを１つのＡＦ画素と見なした場合、１つのＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｈに射影する。すると、画素ＳＨＡとＳＨＢが交互に緻密に並ぶことがわかる。このときの、瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｈにおける画素ＳＨＡの配列ピッチをＰ１とすると、Ｐ１＝ＰＨｈ＝２（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ１で表わすと、Ｆ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｈにおける画素ＳＨＢの配列ピッチもＰ１＝２（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。
【００７４】
一方、１つのＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向と直交方向の射影軸ＰＲＪｖに射影すると、画素ＳＨＡとＳＨＢはまばらに並ぶことがわかる。このときの、射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＨＡの配列ピッチをＰ２とすると、Ｐ２＝ＰＨｖ＝２０（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ２で表わすと、Ｆ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＨＢの配列ピッチも、Ｐ２＝２０（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。
【００７５】
すなわち、本実施形態に係るＡＦ画素は、上記グループ化前の分散特性は、瞳分割方向とこれに直交する方向の配置上のピッチが等しいが、グループ化する際のグループ形状を長方形とすることで、瞳分割方向のサンプリング誤差を低減している。具体的には、１セクションの瞳分割方向の最大寸法Ｌ１は１０画素、瞳分割と直交する方向の最大寸法Ｌ２は１００画素としている。すなわち、セクション寸法をＬ１＜Ｌ２とすることで、瞳分割方向のサンプリング周波数Ｆ１を高周波（密）に、これと直交する方向のサンプリング周波数Ｆ２を低周波（疎）としている。
【００７６】
同図（ａ）で説明したＡＦ画素（一つのセクション）に、細線の被写体像が投影された場合の画像捕捉能力を同図（ｂ）にて説明する。同図（ｂ）において、ＬＩＮＥｖは、撮像素子１０７上に投影された細い縦線を表わし、その幅は画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時、セクションＳＣＴｈ（１）内では、ブロックＢＬＫ（３、１）とブロックＢＬＫ（５、１）に含まれる焦点検出用画素が被写体像を捕捉する。なお、被写体像の最小寸法は、撮影光学系の収差と撮像素子前面に配置された光学ＬＰＦの特性で決まるが、通常は非常に細い線でも２画素以上の幅になる。従って、本実施形態に係る１つのセクション内では、最低でも各１個ずつの画素ＳＨＡとＳＨＢで画像を捕捉することになり、捕捉洩れは生じない。ただし同図（ｂ）において、細線ＬＩＮＥｖがセクション内に存在することは検出することはできるが、セクション内における瞳分割方向の細線の重心位置を検出することはできない。
【００７７】
一方、同図（ｂ）のＬＩＮＥｈは、撮像素子１０７上に投影された細い横線を表わし、その幅は前述のＬＩＮＥｖと同様に画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時には、該横線ＬＩＮＥｈはブロックＢＬＫ（５、１）にかかっているが、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢには捕捉されない。しかしながら、当セクションＳＣＴｈ（１）は、縦線のごとく横方向に輝度分布を有する被写体について焦点検出を行なうためのものである。従って、横線のごとく縦方向に輝度分布を有する被写体については、焦点検出用画素による像の捕捉洩れが生じても実害はない。
【００７８】
同図（ｃ）は、同図（ｂ）に示した細線ＬＩＮＥｖよりも幅の広い太線ＢＡＮＤｖが、複数のセクションにまたがって形成された場合を示す。このとき、左端のセクションＳＣＴｈ（１）は４組の焦点検出用画素が太線ＢＡＮＤｖを捕捉する。また中央のセクションＳＣＴｈ（２）は５組の焦点検出用画素が、右端のセクションＳＣＴｈ（３）は１組の焦点検出用画素が太線ＢＡＮＤｖを捕捉する。よって、３個のセクションが検出する信号の大きさを処理することにより、太線ＢＡＮＤｖの重心位置を各セクションの瞳分割方向寸法Ｌ１よりも高い分解能で検出することができる。
【００７９】
図１４は、撮影光学系によって形成された被写体像の、縦ずれ方向の焦点検出を行なう場合の画素グループ化方法を説明する図である。縦ずれ方向の焦点検出とは、図７で説明した、撮影光学系の射出瞳を縦方向（上下方向、すなわち垂直方向）に分割するための焦点検出用画素を用いて、位相差式焦点検出を行なうことを指す。すなわち、図１２で説明した構成を９０度回転したものに相当する。
【００８０】
図１４に示す画素配列も図９で説明したものだが、焦点検出の際には、横方向に１０ブロック、縦方向に１ブロックの合計１０ブロックを１つのグループとし、これをセクションと定義する。そして、本実施形態では、縦方向に並んだ３０セクションで、１つの焦点検出領域を構成する。すなわち、３００行×１００列＝３万画素の領域が１つの焦点検出領域となる。この１つの焦点検出領域も図１１と同様にＡＦエリアと定義する。ここで、１つのセクション内においては、縦方向における一方の瞳分割を行なう画素ＳＶＣが５個、他方の瞳分割を行なう画素ＳＶＤも５個含まれている。そこで本実施形態においては、５個のＳＶＣの出力を加算して、位相差演算用の一方の画像信号（Ｃ像と称する）の１ＡＦ画素とする。同様に、５個のＳＶＤの出力を加算して、位相差演算用の他方の画像信号（Ｄ像と称する）の１ＡＦ画素とする。
【００８１】
図１５は、一つのセクションにおける被写体像の捕捉能力を説明するための図で、図１３の手法を９０度回転したものと等価である。同図（ａ）は図１４の上端のセクションを切り出したものである。右端に示された垂直線ＰＲＪｖは、焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤの瞳分割方向に延伸した第３の射影軸である。下端に示された水平線ＰＲＪｈは、瞳分割方向と直交する方向に延伸した第４の射影軸である。当図においても、１つのセクション内の画素ＳＶＣはすべて加算され、ＳＶＤも加算される。そこで、１セクションを１ＡＦ画素と見なした場合、１ＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｖに射影すると、画素ＳＶＣ及びＳＶＤが交互に緻密に並ぶことがわかる。このときの、瞳分割方向の射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＶＣの配列ピッチをＰ１とすると、Ｐ１＝ＰＶｖ＝２（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ１で表わすと、Ｆ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＶＤの配列ピッチもＰ１＝２（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ１＝０．５（単位は画素／画素）となる。
【００８２】
一方、１つのＡＦ画素に含まれる受光部を瞳分割方向と直交方向の射影軸ＰＲＪｈに射影すると、画素ＳＶＣとＳＶＤはまばらに並ぶことがわかる。このときの、射影軸ＰＲＪｈにおける画素ＳＶＣの配列ピッチをＰ２とすると、Ｐ２＝ＰＶｈ＝２０（単位は画素）となる。ピッチの代わりに空間周波数Ｆ２で表わすと、Ｆ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。同様に射影軸ＰＲＪｖにおける画素ＳＶＤの配列ピッチも、Ｐ２＝２０（単位は画素）、空間周波数表記ではＦ２＝０．０５（単位は画素／画素）となる。
【００８３】
以上のごとく、図１５におけるＡＦ画素のサンプリング特性は、瞳分割方向を基準に考えると、図１２と同様の特性、すなわちＦ１＞Ｆ２となっている。これは、図１５のセクションにおいても、瞳分割方向のセクション寸法Ｌ１と、これと直交する方向の寸法Ｌ２を、Ｌ１＜Ｌ２としたからである。
【００８４】
同図（ａ）で説明したＡＦ画素（＝１つのセクション）に、細線の被写体像が投影された場合の画像捕捉能力を同図（ｂ）にて説明する。同図（ｂ）において、ＬＩＮＥｈは、撮像素子１０７上に投影された細い横線を表わし、その幅は画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時、セクションＳＣＴｖ（１）内では、ブロックＢＬＫ（１、４）とブロックＢＬＫ（１、６）に含まれる焦点検出用画素が被写体像を捕捉する。
【００８５】
一方、同図（ｂ）のＬＩＮＥｖは、撮像素子１０７上に投影された細い縦線を表わし、その幅は前述のＬＩＮＥｈと同様に画素換算で４画素、画像の実寸では幅８μｍになっている。この時には、該縦線ＬＩＮＥｖはブロックＢＬＫ（１、６）にかかっているが、焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤには捕捉されない。しかしながら、当セクションＳＣＴｖ（１）は、横線のごとく縦方向に輝度分布を有する被写体について焦点検出を行なうためのものである。従って、縦線のごとく横方向に輝度分布を有する被写体については、焦点検出用画素による像の捕捉洩れが生じても実害はない。
【００８６】
同図（ｃ）は、同図（ｂ）に示した細線ＬＩＮＥｈよりも幅の広い太線ＢＡＮＤｈが、複数のセクションにまたがって形成された場合を示す。このときの太線ＢＡＮＤｈの重心位置検出能力は、図１３（ｃ）で説明した原理と同様に、各セクションの瞳分割方向寸法Ｌ１よりも高い分解能で検出することができる。
【００８７】
図１６は、撮影光学系によって形成された被写体像の、横ずれ方向の焦点検出を行なう場合の、焦点検出領域の設定形態を説明する図である。同図は４×３＝１２フィールドの範囲を示しており、３種類の焦点検出領域が設定されている。ここで第１の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ１は、３フィールド内に含まれる３０セクションすべてを１つのグループとした、最も基本的な焦点検出領域である。これに対して第２の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ２は、これを構成する各セクションが隣接する２フィールドをまたいで設定される。セクション数も１５個であり、１フィールドに含まれるセクション数１０の整数倍とはなっていない。しかしながら、第２の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ２も、各セクションにおける焦点検出用画像のサンプリング特性は図１３で説明した特性を備えている。
【００８８】
また第３の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ３は、セクション２個を連結して新たなセクションとした例を示している。その結果、図１３で説明した第２の射影軸ＰＲＪｖに射影された焦点検出用画素の平均的配列ピッチは半分に短縮されるが、焦点検出能力は維持される。
【００８９】
すなわち、焦点検出領域を構成するセクションは隣接する２フィールドをまたいで配置されてもよく、またセクションの寸法やセクション数も所望の値に設定可能である。
【００９０】
図１７は、撮影光学系によって形成された被写体像の、横ずれ及び縦ずれ方向の焦点検出を同時に行なう場合の、焦点検出領域の設定形態を説明する図である。同図は図１６と同様に４×３＝１２フィールドの範囲を示しており、第１の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ１及び第３の焦点検出領域ＡＦＡＲｖ１が設定されている。ここで第１の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ１は、図１７で説明したものと同一で、被写体の横ずれ方向の焦点検出を行なう領域である。これに対して第３の焦点検出領域ＡＦＡＲｖ１は、被写体の縦ずれ方向の焦点検出を行なう領域である。その特性は図１６に示した第２の焦点検出領域ＡＦＡＲｈ２を９０度回転させたものと等価である。すなわち、横ずれ及び縦ずれの両方向の焦点検出が同時に可能で、かつ両焦点検出領域を重ねて配置することもできる。
【００９１】
以上、図１６及び図１７で説明したように、第１の実施形態における焦点検出用画素の配置と、該画素のグループ化により、焦点検出領域の設定自由度が非常に大きく、種々の被写体に対して正確な焦点検出が可能となる。
【００９２】
図１８は、第１の実施形態における撮影光学系と撮像素子の瞳分割状況を概念的に説明する斜視図である。ＴＬは撮影光学系、１０７は撮像素子、ＯＢＪは被写体、ＩＭＧは被写体像である。
【００９３】
撮像用画素は図５で説明したように、撮影光学系の射出瞳全域ＥＰを通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は図６及び図７で説明したように、瞳分割機能を有している。具体的には、図６の画素ＳＨＡは撮像面からレンズ後端を見て左側の瞳を通過した光束、すなわち図１８の瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に画素ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤはそれぞれ瞳ＥＰＨＢ、ＥＰＶＣ及びＥＰＶＤを通過した光束を受光する。そして、焦点検出用画素は、図１０で説明したように撮像素子１０７の全領域に渡って分布しているため、撮像領域全域で焦点検出が可能となっている。
【００９４】
なお、本実施形態では焦点検出用画素の瞳形状を、瞳分割方向が短辺、これと直交する方向が長辺の矩形として説明しているが、正方形、多角形、半円、楕円等の形状でも構わない。また、分割された瞳が撮影光学系の射出瞳ＥＰの外側にはみ出る構成でも構わない。そして焦点検出用画素の瞳形状を変える場合には、図６及び図７において、配線層ＣＬに設けた開口部の形状と、オンチップマイクロレンズＭＬの光学パワーを適宜設定しなおせばよい。
【００９５】
図１９は、焦点検出時に取得した出力画像と焦点検出領域を説明する図である。図１９において、撮像面に形成された被写体像には、中央に人物、左側に近景の樹木、右側に遠景の山並みが写っている。本実施形態では、焦点検出用画素は、横ずれ検出用の画素ペアＳＨＡ及びＳＨＢと、縦ずれ検出用の画素ペアＳＶＣ及びＳＶＤが、図１０に示したように撮像領域全域に渡って均等な密度で配置されている。そして横ずれ検出の際には、位相差演算のためのＡＦ画素信号を図１２で示したようにグループ化処理する。また、縦ずれ検出の際には、位相差演算のためのＡＦ画素信号を図１４で示したようにグループ化処理する。よって、撮像領域の任意位置において、横ずれ検出及び縦ずれ検出のための焦点検出領域が設定可能である。
【００９６】
図１９においては、画面中央に人物の顔が存在している。そこで公知の顔認識技術によって顔の存在が検出されると、顔領域を中心に横ずれ検出のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ１,ｙ１）と、縦ずれ検出のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ３,ｙ３）が設定される。ここで添え字のｈは水平方向を表わし、（ｘ１,ｙ１）及び（ｘ３,ｙ３）は焦点検出領域の左上隅の座標を表わす。そして、焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ１,ｙ１）の各セクション内に含まれる５個の焦点検出画素用ＳＨＡを加算する。そして、これを３０セクションに渡って連結した位相差検出用のＡ像信号が、同図の下側グラフに表記したＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）である。また、同様に各セクションの５個の焦点検出画素用ＳＨＢを加算し、これを３０セクションに渡って連結した位相差検出用のＢ像信号がＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）である。そして、Ａ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）とＢ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）の相対的な横ずれ量を公知の相関演算によって計算することで、被写体の焦点ずれ量（デフォーカス量）を求めることができる。
【００９７】
焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ３,ｙ３）についても同様に焦点ずれ量を求める。そして、横ずれ及び縦ずれの焦点検出領域で検出した２つの焦点ずれ量を比較し、信頼性の高い値を採用すればよい。
【００９８】
一方、画面左側の樹木の幹部は、縦線成分が主体、すなわち横方向に輝度分布を有しているため、横ずれ検知に適した被写体と判断され、横ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ２,ｙ２）が設定される。また、画面右側の山並み稜線部は、横線成分が主体、すなわち縦方向に輝度分布を有しているため、縦ずれ検知に適した被写体と判断され、縦ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ４,ｙ４）が設定される。
【００９９】
以上のごとく本実施形態においては、横ずれ及び縦ずれ検出のための焦点検出領域が画面の任意位置に設定可能なため、被写体の投影位置や輝度分布の方向性が様々であっても、常に正確な焦点検出が可能である。
【０１００】
図２０〜図２２は、本発明の好適な第１の実施形態に係るカメラの焦点調節及び撮影工程を説明するためのフローチャートである。先に説明した図１〜図１９の各図を参照しながら、図２０以降の制御フローを説明する。
【０１０１】
図２０は第１の実施形態のカメラのメインフローである。撮影者がカメラの電源スイッチをオン操作すると、ステップＳ１０３においてＣＰＵ１２１はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップＳ１０５では撮像素子の撮像動作を開始し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。ステップＳ１０７では読み出した動画をカメラ背面に設けられた表示器１３１に表示し、撮影者はこのプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行なう。
【０１０２】
ステップＳ１０９では、プレビュー用動画像に顔が存在するか否かを認識する。そして、撮影領域に顔が存在していると認識された場合には、ステップＳ１１１からステップＳ１１３に移行し、焦点調節モードを顔ＡＦモードに設定する。ここで顔ＡＦモードとは、撮影領域の顔に焦点を合わせるＡＦモードを指す。
【０１０３】
一方撮影領域に顔が存在していない場合はステップＳ１１１からステップＳ１１５に移行し、焦点調節モードを多点ＡＦモードに設定する。ここで多点ＡＦモードとは、撮影領域を例えば３×５＝１５分割し、各分割領域で焦点検出を行ない、焦点検出結果と被写体の輝度情報から主被写体を類推し、その領域を合焦させるモードを指す。
【０１０４】
ステップＳ１１３あるいはステップＳ１１５でＡＦモードを決定したら、ステップＳ１１７で焦点検出領域を決定する。ステップＳ１２１では、撮影準備スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ１０５に戻り、撮像素子駆動からステップＳ１１７の焦点検出領域の決定を繰り返し実行する。
【０１０５】
ステップＳ１２１で撮影準備スイッチがオン操作されるとステップＳ１３１に移行し、焦点検出サブルーチンを実行する。
【０１０６】
図２１は焦点検出サブルーチンのフロー図である。メインフローのステップＳ１２１から当サブルーチンのステップＳ１３１にジャンプすると、ステップＳ１３２においては、メインルーチンのステップＳ１１７で決定した焦点検出領域に含まれる撮像用画素と焦点検出用画素の信号を読み出す。ステップＳ１３３では、読み出した撮像用画素の情報から、焦点検出領域における被写体コントラストの方向依存性を認識する。ステップＳ１３４では、上記ステップＳ１３３で認識した被写体のコントラスト情報より、焦点検出に適した像ずれ検出方向を選択する。具体的には、被写体像のコントラストが水平方向のみに存在する場合は、横ずれ検出用画素のみを用いた焦点検出を行なう。同様に被写体像のコントラストが垂直方向のみに存在する場合は、縦ずれ検出用画素のみを用いた焦点検出を行なう。また、コントラストが水平及び垂直両方向に存在する場合は、横ずれ用と縦ずれ用の両画素を用いたクロス式の焦点検出を行なう。
【０１０７】
ステップＳ１４１では、前記ステップＳ１３４で選択した焦点検出領域において、図１２もしくは図１４で説明したセクション構造に基づき、各セクション内の焦点検出画素の信号を加算し、ＡＦ画素信号を得る。ステップＳ１４２では、前記ステップＳ１４１で得たＡＦ画素信号に、シェーディング補正（周辺画面の光量落ち補正）や、ビネッティングによる２像の歪みの復元補正等を施し、相関演算用の２像の信号を得る。その結果、図１９に示したＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）とＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）、あるいはＡＦＳＩＧｖ（Ｃ３）とＡＦＳＩＧｖ（Ｄ３）等の対の信号が生成される。
【０１０８】
ステップＳ１４３では得られた２像の相関演算を行ない、２像の相対的な位置ずれ量を計算する。ステップＳ１４４では、相関演算結果の信頼性を判定する。ここで信頼性とは、２像の一致度を指し、２像の一致度が良い場合は一般的に焦点検出結果の信頼性が高い。そこで、複数の焦点検出領域が選択されている場合は、信頼性の高い情報を優先的に使用する。また、２方向の像ずれを検出するクロス式の焦点検出が選択された場合も、各方向の相関信頼性を評価し、信頼性が閾値より低い場合は検出結果を非採用とする。
【０１０９】
ステップＳ１４５では、前記信頼性の高い検出結果から焦点ずれ量を演算する。そしてステップＳ１４６にて図２０のメインフロー内のステップＳ１３１にリターンする。
【０１１０】
図２０のステップＳ１５１では、図２１のステップＳ１４３で計算した焦点ずれ量が許容値以下か否かを判断する。そして焦点ずれ量が許容値異常である場合は、非合焦と判断し、ステップＳ１５３でフォーカスレンズを駆動し、その後ステップＳ１３１〜ステップＳ１５１を繰り返し実行する。そしてステップＳ１５１にて合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ１５５にて合焦表示を行ない、ステップＳ１５７に移行する。
【０１１１】
ステップＳ１５７では、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ１５７にて撮影待機状態を維持する。ステップＳ１５７で撮影開始スイッチがオン操作されるとステップＳ１６１に移行し、撮影サブルーチンを実行する。
【０１１２】
図２２は撮影サブルーチンのフロー図である。撮影開始スイッチが操作されると、ステップＳ１６１を経由して、ステップＳ１６３では光量調節絞りを駆動し、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行なう。ステップＳ１６５では、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行なう。ステップＳ１６７では読み出した画像信号の欠損画素補間を行なう。すなわち、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を生成する。
【０１１３】
ステップＳ１６９では、画像のγ補正、エッジ強調等の画像処理をおこない、ステップＳ１７１において、フラッシュメモリ１３３に撮影画像を記録する。ステップＳ１７３では、表示器１３１に撮影済み画像を表示し、ステップＳ１７５で図２０のメインフローにリターンする。
【０１１４】
図２０のメインフローに戻ると、ステップＳ１８１にて一連の撮影動作を終了する。
【０１１５】
以上の第１の実施形態によると、例えば、以下のような効果がある。
【０１１６】
（１−１）２次元格子の格子点近傍に横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素を実質上等間隔、かつ等密度で配置したため、横方向に輝度分布を有する被写体と、縦方向に輝度分布を有する被写体の、いずれに対しても正確な焦点検出が可能となる。
【０１１７】
（１−２）焦点検出用画素の配置密度が低いため、出力画像の劣化を防止でき、高品位画像が得られる。
【０１１８】
（１−３）焦点検出用画素の配列に規則性を付与したため、焦点検出演算及び出力画像生成演算における各種演算式や演算計数が簡単になる。
【０１１９】
（１−４）単位領域を複数の個別領域に分割し、該個別領域内の複数の画素の信号を合成して焦点検出演算用信号を生成する。このため、焦点検出性能を低下させることなく、演算用の画素数を減らすことができ、焦点検出演算に要する時間を短縮することができる。
【０１２０】
（１−５）撮像手段の撮像領域には、単位領域が複数配置される。これによって、画素配列規則が簡略化できるため、焦点検出演算、及び出力画像の生成演算のアルゴリズムが簡単になる。
【０１２１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態は、１対の横ずれ検出用画素、もしくは１対の縦ずれ検出用画素は、斜め方向に隣接するＲ画素とＢ画素の位置に割り当てられていた。以下に示す第２の実施形態は、焦点検出用画素が単一色の画素、すなわちＲ画素もしくはＢ画素のみの場所に割り当てられる実施形態である。図２３〜図２６を用いて第２の実施形態の構成を説明する。
【０１２２】
図２３は第２の実施形態の焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、ベイヤー配列を有した撮像用画素において、斜め方向に隣接するＲ画素とＢ画素の位置に、焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤが割り当てられていた。これに対して図２３に示す第２の実施形態では、ベイヤー配列におけるＢ画素のみに焦点検出用画素が割り当てられる。具体的には、一番左上のブロックＢＬＫ（１、１）とその右下のブロックＢＬＫ（２、２）においては、最下行の左寄りにある２個のＢ画素を水平方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢで置き換える。
【０１２３】
また残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）においては、左から２番目の列の下寄りにある２個のＢ画素を、垂直方向に瞳分割を行なう１組の焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。
【０１２４】
この配置規則を普遍的に表現すると、第１の実施形態と同様に、ブロックＢＬＫ（ｉ、ｊ）において、ｉ＋ｊが偶数なら水平瞳分割用の焦点検出画素を配置し、ｉ＋ｊが奇数なら垂直瞳分割用の焦点検出画素を配置することになる。そして、２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域がクラスタとなる。
【０１２５】
図２４は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。図２４において、２０行×２０列＝４００画素で構成された一番左上のクラスタをＣＳＴ（ｕ、ｗ）＝ＣＳＴ（１、１）とする。そして該クラスタＣＳＴ（１、１）においては、各ブロックの左下寄りにあるＢ画素を、焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢ、もしくはＳＶＣ及びＳＶＤで置き換える。
【０１２６】
その右隣りのクラスタＣＳＴ（１、２）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して上方向に２画素分シフトした位置に配置する。また、最初のクラスタＣＳＴ（１、１）の下に隣接したクラスタＣＳＴ（２、１）においては、ブロック内における焦点検出用画素の配置を、クラスタＣＳＴ（１、１）に対して右方向に２画素分シフトした位置に配置する。以上の規則を繰り返し適用すると図２４に示した配置が得られ、当図に示した範囲がクラスタの上位に位置するフィールドとなる。なお、図９に示した第１の実施形態では、５×５＝２５クラスタが１フィールドであったが、第２の実施形態では４×４＝１６クラスタが１フィールドとなる。その理由は、第２の実施形態における画素配列では、１フィールドの水平方向の構成要素を５クラスタとすると、５番目のクラスタでは焦点検出用画素が隣りのブロックに侵入してしまうからである。
【０１２７】
図２５は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図１０に対応する。図２５において、８０行×８０列＝６、４００画素で構成された一番左上のフィールドをＦＬＤ（ｑ、ｒ）＝ＦＬＤ（１、１）とする。そして第２の実施形態でも、すべてのフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ）は先頭フィールドＦＬＤ（１、１）と同様の配列となっている。そこで、ＦＬＤ（１、１）を水平方向に３７個、垂直方向に２５個配列すると、３０００列×２０００行＝６００万画素の撮像領域は９２５個のフィールドで構成される。ただし、右端の４０列は１フィールドが構成できなかった端数領域で、該領域には焦点検出用画素が配置されないが、実質的に撮像領域全面に渡って焦点検出用画素を均一に分布させている。
【０１２８】
図２６は、２×２＝４個のフィールドにおける焦点検出用画素の配置状況を、撮像領域上に定義した２次元格子に基づいて説明した図で、第１の実施形態の図１１に対応する。同図において、白丸と黒丸の定義は図１１と同一である。すなわち白丸は撮影光学系の射出瞳を横方向（左右方向、水平方向）に分割するための第１の焦点検出用画群が配置された点、黒丸は縦方向（上下方向、垂直方向）に瞳分割するための第２の焦点検出用画素群の配置点である。
【０１２９】
ＬＴＨ１〜ＬＴＨ８は前記白丸を横方向に連ねた第１の格子線群である。そして、第１の格子線群の延伸方向は、水平線に対して反時計方向にθＬＨだけ傾いている。この傾き角は、図２１で説明した配列規則により生じたもので、第１の実施形態と同様にｔａｎθＬＨ＝０．１、すなわちθＬＨ＝５．７度となる。
【０１３０】
また、第１の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｈも第１の実施形態と同様に１０（単位は画素）である。
【０１３１】
ＬＴＶ１〜ＬＴＶ８は前記黒丸を縦方向に連ねた第２の格子線群である。そして、第２の格子線群の延伸方向も、垂直線に対してｔａｎθＬＶ＝０．１、すなわちθＬＨ＝５．７度傾いている。また、第２の格子線群の隣接配置間隔、すなわち格子ピッチＰＬｖも１０（単位は画素）である。
【０１３２】
以上のごとく、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、第１の格子線群は第１の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群で構成される。また第２の格子線群は第２の瞳分割方向に略一致した方向に延伸し、所定のピッチで等間隔に配置された平行線群で構成される。よって両格子線群は互いに垂直に交差した２次元格子を構成し、その格子点近傍に焦点検出用画素群が周期的に配置される。ここで、第１、第２の格子線群の少なくとも一方に隣接して平行に配置された任意の２本の格子線において、一方の格子線には第１の焦点検出用画素が配置され、他方の格子線には第２の焦点検出用画素が配置される。これによって、２方向の位相差検出機能を保持しながら、焦点検出用画素の配置密度を低くすることができる。
【０１３３】
なお、図２６によると、フィールド間の境界部では各格子線が不連続、すなわち若干ずれている。しかしながら、焦点検出用画像のサンプリング特性は、第１の実施形態の図１２〜図１５で説明した特性と同様の特性が得られるため、詳細説明は省略する。また、焦点検出領域の設定方法は第１の実施形態の図１６及び図１７と同様の方法を用いることができ、焦点検出フローも図１８〜図２２を用いればよい。従って焦点検出特性も第１の実施形態におけるものと実質的に同一の特性が得られる。
【０１３４】
以上の第２の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１３５】
（２−１）焦点検出用画素を単一色の画素に割り当てたため、出力画像生成時の欠陥画素補間アルゴリズムが簡単になる、あるいは特定色における画像劣化や偽色が軽減される。
【０１３６】
（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態で用いた焦点検出用画素は、２個で１組となり、２分割された瞳領域について、一方の画素が一方の瞳を通過する光束を受光し、他方の画素がもう一方の瞳を通過する光束を受光していた。これに対して以下に示す第３の実施形態は、２分割された瞳領域の光束を１つの画素で取得し、その信号を出力する撮像素子を用いた実施形態を示す。
【０１３７】
以下、図２７及び図２８を用いて第３の実施形態を説明する。
【０１３８】
図２７は第３の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、ベイヤー配列を有した撮像用画素において、斜め方向に隣接するＲ画素とＢ画素の位置に、焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢ、ＳＶＣ及びＳＶＤが割り当てられていた。これに対して図２７に示す第３の実施形態では、１０×１０＝１００画素の各ブロックにおいて、１個のＲ画素に焦点検出用画素が割り当てられる。具体的には、一番左上のブロックＢＬＫ（１、１）とその右下のブロックＢＬＫ（２、２）においては、左端列の最下端にある１個のＲ画素を水平方向に瞳分割を行なう１個の焦点検出用画素ＳＨＡＢで置き換える。ここで、焦点検出用画素ＳＨＡＢは、本出願人による特許文献６に開示された技術を用いればよい。すなわち当公報の図２に開示された撮像素子のように、オンチップマイクロレンズ後方の光電変換部を多分割することで撮影光学系の瞳分割を行ない、分割された各瞳領域からの光束を独立して取得し、画像信号として出力する。そのため、１画素で位相差検出用の１組の信号が得られる。
【０１３９】
また残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）においては、左端列の最下端にある１個のＲ画素を、垂直方向に瞳分割を行なう１個の焦点検出用画素ＳＶＡＢで置き換える。
【０１４０】
この配置規則を普遍的に表現すると、第１の実施形態と同様に、ブロックＢＬＫ（ｉ、ｊ）において、ｉ＋ｊが偶数なら水平瞳分割用の焦点検出画素を配置し、ｉ＋ｊが奇数なら垂直瞳分割用の焦点検出画素を配置することになる。そして、２×２＝４ブロック、すなわち２０行×２０列＝４００画素の領域がクラスタとなる。
【０１４１】
図２８は、前記クラスタを単位とし、クラスタが多数集合した配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。図２８に示した全領域が、クラスタの上位となる１フィールドを表わすが、フィールドにおける配置規則は第１の実施形態と同一である。そのため、焦点検出用画素の配置を示す格子は第１の実施形態の図１１に示した２次元格子と同一となる。
【０１４２】
よって、撮像領域全域におけるフィールド配置や、焦点検出特性、焦点検出フローは、第１の実施形態の図１０〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１４３】
以上の第３の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１４４】
（３−１）焦点検出用画素に割り当てる画素数の比率を減らせるため、出力画像の劣化や偽色が一層軽減されるとともに、出力画像生成時の欠陥画素補間アルゴリズムも簡単にできる。
【０１４５】
（第４の実施形態）
第１の実施形態〜第３の実施形態は、焦点検出用画素の配列を示す２次元格子が直交格子であった。また、撮像用画素の配列線である水平及び垂直線に対して、各格子線は一方向に所定角度だけ回転していた。以下に示す第４の実施形態は、２次元格子の少なくとも一部が非直交格子であり、格子線の回転方向が水平もしくは垂直線に対してプラスマイナスの両方向を有している実施形態である。図２９〜図３１を用いて第４の実施形態の構成を説明する。
【０１４６】
図２９は第４の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図９に対応する。第４の実施形態においては、画素配列の最小単位であるブロック、及びその上位のクラスタは第１の実施形態の図８と同様の規則で決定される。一方、クラスタの上位グループであるフィールドは、第１の実施形態においては１００×１００＝１万画素で構成された１種類のフィールドが、撮像領域全体に配置されていた。これに対して、第４の実施形態ではフィールドサイズは第１の実施形態と同じだが、配列規則が異なる４種類のフィールドを備える点が異なる。
【０１４７】
図２９は第４の実施形態の４種類のフィールドのうち、２種類を示したものである。当図において、左側の５×５＝２５クラスタは第１のフィールドで、第１の実施形態と同様の画素配列である。すなわち、フィールド内の各クラスタＣＳＴ（ｕ、ｗ）は、ｕの増加に伴って焦点検出用画素は右方向にシフトし、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は上方向にシフトする。この規則はクラスタＣＳＴ（１、１）〜ＣＳＴ（５、５）の範囲に適用される。
【０１４８】
前記第１のフィールドの右には第２のフィールドが配置される。第２のフィールド、すなわちクラスタＣＳＴ（１、６）〜ＣＳＴ（５、１０）の範囲では、ｕの増加に伴って焦点検出用画素が右方向にシフトする規則は同一だが、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は下方向にシフトする点が異なる。
【０１４９】
また、第１のフィールドの下側には、不図示の第３のフィールドが配置される。第３のフィールド、すなわちクラスタＣＳＴ（６、１）〜ＣＳＴ（１０、６）の範囲では、ｕの増加に伴って焦点検出用画素は左方向にシフトし、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は上方向にシフトする。そして第３のフィールドの右には第４のフィールドが配置される。第４のフィールド、すなわちクラスタＣＳＴ（６、６）〜ＣＳＴ（１０、１０）の範囲では、ｕの増加に伴って焦点検出用画素は左方向にシフトし、ｗの増加に伴って焦点検出用画素の配置は下方向にシフトする。
【０１５０】
以上の規則によって構成されたフィールドの集合を図３０に示す。第４の実施形態においては、２×２＝４フィールドが画素配列規則上の最上位の単位となり、同図にはこれが４単位表記されている。
【０１５１】
図３１は、前記２×２＝４フィールドの格子を表記したものである。左上の第１のフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は＋５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角も＋５．７度である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１５２】
右上の第２のフィールドＦＬＤ（ｑ、ｒ＋１）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は−５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は＋５．７度である。従って両格子の交差角は鋭角部分で表記すると焼約８０度、すなわち非直交格子となる。
【０１５３】
左下の第３のフィールドＦＬＤ（ｑ＋１、ｒ）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は＋５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は−５．７度である。従って両格子の交差角は鋭角部分で表記すると焼約８０度、すなわち非直交格子となる。
【０１５４】
右下の第４のフィールドＦＬＤ（ｑ＋１、ｒ＋１）においては、横方向に延伸した格子線の水平偏角は−５．７度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角も−５．７度である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子となる。
【０１５５】
以上のごとく、第４の実施形態では格子線の水平偏角と垂直偏角の符号が正負混在するため、撮像領域全体では格子線の偏角が平均化されて実質上はゼロになる。すなわち、第１の実施形態〜３においては、水平線から＋δ（δ≒５度程度の微小角）傾斜した横線と、−δ傾斜した横線では、焦点検出用画素のサンプリング特性や、出力画像を生成する際の欠陥画素分布が異なるという課題がある。これに対して第４の実施形態では、１フィールド内では第１の実施形態〜３と同様の特性を呈するが、数フィールドにまたがる広い範囲では、前記偏角の正負が相殺して、その影響が低減する。
【０１５６】
なお、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、焦点検出特性、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１２〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１５７】
以上の第４の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１５８】
（４−１）焦点検出用画素を結ぶ格子線の水平偏角と垂直偏角が正負混在するため、焦点検出時の被写体照度分布の角度依存性が緩和され、多様な被写体に対して高精度な焦点検出が可能となる。
【０１５９】
（４−２）焦点検出用画素は出力画像にとっては欠陥画素となるが、これら欠陥画素を結ぶ格子線の水平偏角と垂直偏角が正負混在するため、直線を多数含む幾何学模様に対しても、画質劣化や違和感発生を低減することができる。
【０１６０】
（第５の実施形態）
第１の実施形態〜第４の実施形態は、ブロック内における焦点検出用画素の位置を、クラスタ間で順にシフトする実施形態であった。以下に示す第５の実施形態は、上記シフト規則を採用せず、焦点検出用画素を完全な正方格子上に配列した実施形態である。図３２〜図３４を用いて第４の実施形態の構成を説明する。
【０１６１】
図３２は第５の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図９に対応する。第５の実施形態においては、画素配列の最小単位であるブロックは第１の実施形態の図８と同様の規則で決定される。一方、クラスタより上位の画素配列は、第１の実施形態〜第４の実施形態においてはクラスタ間で焦点検出用画素の位置を順にシフトしていた。これに対して第５の実施形態では、全クラスタにおける焦点検出用画素の配列を同一にしている。すなわち２０×２０＝４００画素で１つのクラスタを構成するが、図３２に表記された５×５＝２５クラスタはすべて同一の画素配列となっている。
【０１６２】
図３３に撮像領域全域における画素配列を示す。同図において、便宜上１００×１００＝１万画素の領域をフィールドと定義しているが、フィールドのサイズは任意と考えることができる。
【０１６３】
図３４は、２×２＝４フィールドの格子を表記したものである。同図において、横方向に延伸した格子線の水平偏角は０度、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角も０度である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１６４】
なお、水平あるいは垂直方向に延伸する細線に対する焦点検出能力は、第１の実施形態〜第４の実施形態に係る特性と同等ではない。すなわち第１の実施形態の図１３及び図１５で説明したように、焦点検出用画素がクラスタ間でシフトすることで、焦点検出用画像の瞳分割方向のサンプリング特性を向上させていた。しかしながら第５の実施形態では、クラスタ間で焦点検出用画素をシフトさせていないため、水平もしくは垂直方向に延伸した細線像の細く特性は若干低下する。ただし、撮像用画素のピッチ自体を狭小化し、撮像素子を高画素化することで、この欠点は低減することができる。
【０１６５】
また、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１６〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１６６】
以上の第５の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−２）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１６７】
（５−１）焦点検出用画素の配列規則が非常に簡素化されるため、焦点検出演算及び出力画像生成演算における各種演算式や演算計数が一層簡単になる。
【０１６８】
（第６の実施形態）
第１の実施形態〜第５の実施形態は、横ずれ検出と縦ずれ検出用の画素が等しい密度で配置される実施形態であった。以下に示す第５の実施形態は、横ずれ検出と縦ずれ検出用の画素が不等密度で配置された実施形態である。図３５〜図３８を用いて第６の実施形態の構成を説明する。
【０１６９】
図３５は第６の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、左上のブロックＢＬＫ（１、１）と右下のブロックＢＬＫ（２、２）に配置していた。また垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）に配置していた。これに対して図３５においては、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、３個のブロックＢＬＫ（１、１）、ＢＬＫ（２、１）、及びＢＬＫ（２、２）に配置する。そして、垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、残りの１つのブロックＢＬＫ（１、２）に配置される。すなわち第６の実施形態においては、２×２＝４ブロックで構成された１つのクラスタにおいて、横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素の配置比率が等比ではなく、３：１となっている。
【０１７０】
図３６は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。第６の実施形態に係るクラスタ内の画素の配置規則は第１の実施形態とは異なるが、クラスタより上位の配置規則はは第１の実施形態と同一である。従って、図３６におけるフィールドの配置規則も第１の実施形態の図９と同一になる。
【０１７１】
図３７は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図１０に対応する。第６の実施形態でのフィールド間の配置規則は第１の実施形態と同一なため、図３７も図１０と同一になる。
【０１７２】
図３８は、２×２＝４フィールドの格子を表記したもので、第１の実施形態の図１１に対応する。第５の実施形態においては、白丸で表記した横ずれ検出用格子点と、黒丸で表記した縦ずれ検出用格子点の数量比は３：１となる。一方で、横方向に延伸した格子線の水平偏角と、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は共に＋５．７度で、第１の実施形態と同一である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１７３】
以上のごとく、第６の実施形態では、２次元格子の形状は第１の実施形態と同一であるが、格子点に配置された焦点検出用画素の配置順、及び配置比率が異なっている。その結果、水平方向に輝度分布を有する被写体に対する焦点検出能力は向上し、垂直方向に輝度分布を有する被写体に対する焦点検出能力は低下する。よって第６の実施形態は、撮影対象である被写体の輝度分布に異方性がある場合、例えば水平ラインが主体のプリント配線基板を検査する検査用カメラに好適であるが、用途はこれに限定されるものではない。
【０１７４】
なお、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１６〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１７５】
以上の第６の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１７６】
（６−１）焦点検出能力に異方性を付与できるため、撮影対象とする被写体の輝度分布に異方性がある場合、焦点検出精度を更に高めることができる。
【０１７７】
（第７の実施形態）
第１の実施形態〜第６の実施形態は、単位ブロック内には横ずれ検出用画素、もしくは縦ずれ検出用画素のいずれかを必ず配置していた。以下に示す第７の実施形態は、焦点検出用画素を配置するブロックと配置しないブロックが混在する実施形態である。図３９〜図４２を用いて第７の実施形態の構成を説明する。
【０１７８】
図３９は第７の実施形態に係る焦点検出用画素配列を示す図で、第１の実施形態の図８に対応する。図８に示した第１の実施形態では、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、左上のブロックＢＬＫ（１、１）と右下のブロックＢＬＫ（２、２）に配置していた。また垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、残りのブロックＢＬＫ（１、２）とＢＬＫ（２、１）に配置していた。これに対して図３９においては、水平方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＨＡ及びＳＨＢは、左上のブロックＢＬＫ（１、１）に配置する。また、垂直方向に瞳分割を行なう焦点検出用画素ＳＶＣ及びＳＶＤは、右下のブロックＢＬＫ（２、２）に配置される。そして残りの２つのブロックＢＬＫ（１、２）、及びＢＬＫ（２、１）には焦点検出用画素は配置しない。すなわち第７の実施形態においては、２×２＝４ブロックで構成された１つのクラスタにおいて、横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素を配置したブロック、及び焦点検出用画素を配置しないブロックの比率が１：１：２となっている。
【０１７９】
図４０は、前記クラスタを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図９に対応する。第７の実施形態に係るクラスタ内の画素の配置規則は第１の実施形態とは異なるが、クラスタより上位の配置規則は第１の実施形態と同一である。従って、図４０におけるフィールドの配置規則も第１の実施形態の図９と同一になる。
【０１８０】
図４１は、前記フィールドを単位とした配置規則を説明するための図で、第１の実施形態の図１０に対応する。第７の実施形態においても、１００×１００＝１万画素で１フィールドを構成し、該フィールドが上下左右に繰り返し配置されることで、撮像領域が構成される。
【０１８１】
図４２は、２×２＝４フィールドの格子を表記したもので、第１の実施形態の図１１に対応する。第７の実施形態においては、白丸と黒丸はそれぞれ個別の２次元格子の格子点に配置される。すなわち、１つのフィールドにおいて、白丸で表記した横ずれ検出用格子点を通る２次元格子上には、白丸のみが配置され、黒丸は配置されない。同様に、黒丸で表記した縦ずれ検出用格子点を通る２次元格子上には、黒丸のみが配置され、白丸は配置されない。
【０１８２】
一方で、横方向に延伸した格子線の水平偏角と、縦方向に延伸した格子線の垂直偏角は共に＋５．７度で、第１の実施形態と同一である。従って両格子の交差角は直角、すなわち直交格子を形成する。
【０１８３】
なお、図４２に示した実施形態では、フィールド同士の隣接部では格子線が不連続になる。すなわち、１つのフィールドにおける白丸用格子線を隣りのフィールドに延長すると、黒丸用格子線につながる。同様に黒丸用格子線を隣りのフィールドに延長すると、白丸用格子線につながる。そこで、この不連続性を解消した変形例を図４３に示す。図４３の実施形態では、４つのフィールドにおける格子線のピッチや偏角は同一であるが、白丸と黒丸の配置規則が異なる。すなわち、横ずれ検出用画素と縦ずれ検出用画素の配置規則を４フィールド間で異ならせ、４フィールドを新たな単位として撮像領域を構成することで、フィールド間の格子の不連続性を解消している。
【０１８４】
なお、第７の実施形態に係る２次元格子の形状は第１の実施形態と同一であるが、格子点に配置された焦点検出用画素の配置密度が半分になっている。そのため、焦点検出演算用の単位領域となる１つのセクションの大きさは、図１２に示した第１の実施形態のセクションに対して、横縦ともに２倍の大きさに設定すると好適である。すなわち横ずれ検出用画素の信号を合成する領域は、２００行×２０列＝４０００画素とすればよい。また、焦点検出時のセクション配置、焦点検出領域の設定方法、及び焦点検出フローは、第１の実施形態の図１６〜図２２に示したものと同一なため、説明は省略する。
【０１８５】
以上の第７の実施形態によると、第１の実施形態の効果（１−１）〜効果（１−４）が同様に得られるとともに、例えば、以下の効果がある。
【０１８６】
（７−１）焦点検出用画素の配置密度が低くできるため、画素数の多い撮像素子においても、焦点検出演算の負荷が過大になることが防止でき、合焦時間の増大を回避することができる。
【０１８７】
以上説明した第１の実施形態〜第７の実施形態は、デジタルスチルカメラにおける実施形態を説明した。しかしながら、本技術の焦点検出装置はデジタルスチルカメラだけでなく、動画撮影を行なうカムコーダ（ムービーカメラ）、各種検査カメラ、監視カメラ、内視鏡カメラ、ロボット用カメラ等に応用しても良い。
【０１８８】
また、各実施形態で用いた撮像素子は、１個の画素の縦横比が等しい正方画素が２次元平面上に正方配置されているが、正方配置以外、例えばハニカム配列と称される撮像素子に適用しても構わない。また、撮像素子のカラーフィルタはＲＧＢに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明は、撮像素子を備えた電子カメラの焦点調節装置を提供するもので、特にデジタルスチルカメラ、ムービーカメラに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の好適な実施形態に係るカメラの構成図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の回路図である。
【図３】本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の画素部断面図である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係る撮像素子の駆動タイミングチャートである。
【図５】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図である。
【図６】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。
【図７】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の他の焦点検出用画素の平面図と断面図である。
【図８】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図９】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図１０】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図１１】本発明の好適な第１の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図１２】本発明の好適な第１の実施形態に係る横ずれ焦点検出時の画素グループ化方法説明図である。
【図１３】本発明の好適な第１の実施形態に係る横ずれ焦点検出時の画像サンプリング特性説明図である。
【図１４】本発明の好適な第１の実施形態に係る縦ずれ焦点検出時の画素グループ化方法説明図である。
【図１５】本発明の好適な第１の実施形態に係る縦ずれ焦点検出時の画像サンプリング特性説明図である。
【図１６】本発明の好適な第１の実施形態に係る横ずれ焦点検出時の焦点検出領域の設定方法説明図である。
【図１７】本発明の好適な第１の実施形態に係るクロス式の焦点検出時の焦点検出領域の設定方法説明図である。
【図１８】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像素子の瞳分割状況を説明する概念図である。
【図１９】本発明の好適な第１の実施形態に係る焦点検出領域説明図である。
【図２０】本発明の好適な第１の実施形態に係るメイン制御フロー図である。
【図２１】本発明の好適な第１の実施形態に係る焦点検出サブルーチンフロー図である。
【図２２】本発明の好適な第１の実施形態に係る撮影サブルーチンフロー図である。
【図２３】本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図２４】本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図２５】本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図２６】本発明の好適な第２の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図２７】本発明の好適な第３の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図２８】本発明の好適な第３の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図２９】本発明の好適な第４の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図３０】本発明の好適な第４の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図３１】本発明の好適な第４の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図３２】本発明の好適な第５の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図３３】本発明の好適な第５の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図３４】本発明の好適な第５の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図３５】本発明の好適な第６の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図３６】本発明の好適な第６の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図３７】本発明の好適な第６の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図３８】本発明の好適な第６の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図３９】本発明の好適な第７の実施形態に係る撮像素子の最小単位の画素配列説明図である。
【図４０】本発明の好適な第７の実施形態に係る撮像素子の上位単位の画素配列説明図である。
【図４１】本発明の好適な第７の実施形態に係る撮像素子の全領域における画素配列説明図である。
【図４２】本発明の好適な第７の実施形態に係る焦点検出用画素の配列を２次元格子で説明した図である。
【図４３】本発明の好適な第７の実施形態に係る焦点検出用画素の他の配列を２次元格子で説明した図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１０１ 撮影光学系（結像光学系）
１０７ 撮像素子（撮像手段）
ＳＨＡ及びＳＨＢ 第１の焦点検出用画素（焦点検出手段）
ＳＶＣ及びＳＶＤ 第２の焦点検出用画素（焦点検出手段）
ＬＴＨ 水平格子（第１の格子線）
ＬＴＶ 垂直格子（第２の格子線）
ＢＬＫ 画素の集合単位を表わすブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を形成する結像光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の画素信号から結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を備えた焦点検出装置であって、
前記焦点検出手段は、
前記結像光学系の射出瞳を第１の方向に瞳分割した光束を受光するための第１の焦点検出用画素と、
前記第１の方向とは異なる第２の方向に瞳分割した光束を受光するための第２の焦点検出用画素と、
を有し、
前記第１、第２の焦点検出用画素は、前記撮像手段の所定の単位領域内に設定された第１の格子線群とこれに交差する第２の格子線群とで構成された２次元格子の格子点近傍に、それぞれ周期的に配置されていることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記第１の格子線群は、互いに平行かつ等間隔の直線群で構成され、
前記第２の格子線群は、互いに平行かつ等間隔の直線群で構成され、
前記第１、第２の格子線群は、それぞれ９０度の角度で交差していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記第１、第２の格子線群の延伸方向は、それぞれ前記第１、第２の方向と一致していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記２次元格子の任意の格子線には、前記第１、第２の焦点検出用画素が交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記第１、第２の格子線群の少なくとも一方に隣接して平行に配置された任意の２本の格子線において、一方の格子線には前記第１の焦点検出用画素が配置され、他方の格子線には前記第２の焦点検出用画素が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記焦点検出手段は、前記単位領域を複数の個別領域に分割し、分割した前記個別領域内の複数の画素の信号を合成して焦点検出演算用信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記撮像手段の撮像領域には、複数の前記単位領域が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項１】
被写体像を形成する結像光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記撮像手段の画素信号から結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を備えた焦点検出装置であって、
前記焦点検出手段は、
前記結像光学系の射出瞳を第１の方向に瞳分割した光束を受光するための第１の焦点検出用画素と、
前記第１の方向とは異なる第２の方向に瞳分割した光束を受光するための第２の焦点検出用画素と、
を有し、
前記第１、第２の焦点検出用画素は、前記撮像手段の所定の単位領域内に設定された第１の格子線群とこれに交差する第２の格子線群とで構成された２次元格子の格子点近傍に、それぞれ周期的に配置されていることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記第１の格子線群は、互いに平行かつ等間隔の直線群で構成され、
前記第２の格子線群は、互いに平行かつ等間隔の直線群で構成され、
前記第１、第２の格子線群は、それぞれ９０度の角度で交差していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記第１、第２の格子線群の延伸方向は、それぞれ前記第１、第２の方向と一致していることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記２次元格子の任意の格子線には、前記第１、第２の焦点検出用画素が交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記第１、第２の格子線群の少なくとも一方に隣接して平行に配置された任意の２本の格子線において、一方の格子線には前記第１の焦点検出用画素が配置され、他方の格子線には前記第２の焦点検出用画素が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記焦点検出手段は、前記単位領域を複数の個別領域に分割し、分割した前記個別領域内の複数の画素の信号を合成して焦点検出演算用信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記撮像手段の撮像領域には、複数の前記単位領域が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【公開番号】特開２００９−２１７０７４（Ｐ２００９−２１７０７４Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６１８４４（Ｐ２００８−６１８４４）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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