撮像装置及びカメラ
【課題】画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が焦点検出用画素である。
【解決手段】複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が焦点検出用画素である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定方向の画素列上に撮像用画素と焦点検出用画素とを混在させた撮像素子を用いた撮像装置が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２）。これらの従来の撮像装置では、焦点検出用画素は、撮像素子上の青色と緑色に感度を有する撮像用画素が直線状に配列された行に密に配置されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８２１０９号公報
【特許文献２】特開２００８−４００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の撮像装置では、焦点検出用画素が密に配置されているため、画素補間の精度が低下し、画質が劣化してしまうことから、画質と焦点検出性能を両立するのが難しかった。
【０００５】
特許文献２の撮像装置においては、全画面における、中心付近の焦点検出エリアでは、瞳分割方向が左右のみであるため、被写体の横線方向の検出は不可能であり、被写体によっては、位相差が検出できない場合がある。例えば、１つの実施形態である図２８の撮像素子の配列の場合、左側瞳検出用画素と右側瞳検出用画素のすべてが一つの行のみに配置されているため、所望の焦点検出性能が得られない。
【０００６】
また、従来の撮像装置では、焦点検出用画としては、１対の瞳（例えば、左右又は上下）のみの情報を検出しているため、１方向の位相差情報しか検出できず、２方向の位相差を検出することは不可能である。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供することを目的とする。本発明のさらなる目的は、２方向の位相差検出を行い、さらに焦点検出性能を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、複数の画素の各々に配置される複数の色フィルタと、を備え、複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が焦点検出用画素であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る撮像装置において、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、測距と画像のための信号とを出力し、撮像用画素は、画像のための信号を出力することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る撮像装置において、焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、瞳の異なる領域を複数有し、瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る撮像装置において、瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る撮像装置において、複数の色フィルタの透過特性は、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る撮像装置において、異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタをＢフィルタとし、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタをＲフィルタとし、それ以外の透過特性を持つものをＧフィルタとしたとき、最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタは、Ｇフィルタであることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【００１４】
本発明に係る撮像装置において、焦点検出用画素の少なくとも１通りは、左右に瞳を分割する画素として構成され、左右に瞳を分割する画素は、同一列に配置されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る撮像装置において、画素エリア内において、任意の焦点検出用画素の中心を通る列方向及び行方向に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る撮像装置において、半径が画素ピッチの３．１倍の円内に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【００１７】
本発明に係るカメラは、上述のいずれか１項に記載の撮像装置と、撮像装置において光学像を結像する撮像光学系と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供することができる、という効果を奏する。さらに、本発明の撮像装置及びカメラは、２方向の位相差検出を行い、さらに焦点検出性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るカメラの内部構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカメラ及び撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図７】実施例１に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図８】画素エリアを規定する２重円を示す図である。
【図９】実施例２に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１０】左側焦点検出用画素及び右側焦点検出用画素の配置例を示す図である。
【図１１】実施例３に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１２】実施例４に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１３】実施例５に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１４】実施例６に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１５】実施例７に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１６】実施例８に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１７】実施例９に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１８】実施例１０に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る撮像装置、及び、この撮像装置を備えたカメラの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラ１１の内部構成を示す図である。
デジタルスチルカメラ１１は、交換レンズ１２と、カメラボディ１３と、から構成され、交換レンズ１２はマウント部１４によりカメラボディ１３に装着される。
【００２２】
交換レンズ１２は、レンズ駆動制御装置１６、ズーミング用レンズ１８、レンズ１９、フォーカシング用レンズ２０、及び、絞り２１を備えている。レンズ駆動制御装置１６は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２０と絞り２１の駆動制御、絞り２１、ズーミング用レンズ１８およびフォーカシング用レンズ２０の状態検出、並びに、ボディ駆動制御装置２４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【００２３】
カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ駆動制御装置２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子２６、接眼レンズ２７、メモリカード２９などを備えている。撮像素子２２には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ１２の予定結像面に配置されて交換レンズ１２により結像される被写体像を撮像する。撮像素子２２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素（以下、ＡＦ用画素という）が配列される。
【００２４】
ここで、交換レンズ１２は撮像光学系に対応し、撮像素子２２は撮像素子に対応する。
【００２５】
ボディ駆動制御装置２４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子２２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ１２の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置１６からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ駆動制御装置２４とレンズ駆動制御装置１６は、マウント部１４の電気接点部２３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
【００２６】
液晶表示素子駆動回路２５は、液晶ビューファインダーの液晶表示素子２６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察する。メモリカード２９はカメラボディ１３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００２７】
交換レンズ１２を通過して撮像素子２２上に形成された被写体像は、撮像素子２２により光電変換され、その出力はボディ駆動制御装置２４へ送られる。ボディ駆動制御装置２４は、撮像素子２２上のＡＦ用画素の出力データ（第１像信号、第２像信号）に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２４は、撮像素子２２の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ送り、液晶表示素子２６に画像を表示させる。
【００２８】
カメラボディ１３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ駆動制御装置２４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００２９】
レンズ駆動制御装置１６はレンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置１６は、レンズ１８及びフォーカシング用レンズ２０の位置と絞り２１の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置１６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に係るカメラ及び撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。デジタルスチルカメラ１１における射出瞳Ｐは、図２に示すように、左右上下のうちの少なくとも２種類の瞳領域に対応する焦点検出用画素を有する。
具体例としては次の（１）〜（５）のとおりである。
（１）射出瞳Ｐを縦に２分割して、左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを配置したもの（図２（ａ））
（２）射出瞳Ｐを横に２分割して、上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを配置したもの（図２（ａ））
（３）左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを左右に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｃ））
（４）上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを上下に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｄ））
（５）左側瞳検出用画素Ｌと下側瞳検出用画素Ｄを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｅ））
なお、測距用瞳の形状は、半円形状、楕円形状としたが、これに限定されず、他の形状、例えば矩形状、多角形状にすることもできる。
また、図２（ａ）と（ｂ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図２（ｃ）と（ｄ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図２（ｃ）と（ｅ）を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
【００３１】
本実施形態のカメラ及び撮像装置では、瞳が異なる領域を有し、その領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、もう１つの領域を透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出する。
以下、図３〜図６を参照して、具体的な射出瞳の分割例について説明する。
【００３２】
まず、図３を参照して、撮像素子２２の光電変換部を分割することによって射出瞳を分割する例を説明する。図３は、撮像素子２２の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子２２は、基板内に形成されたｐ型ウエル３１、Ｐ型ウエル３１と共に光電荷を発生させ蓄積するｎ型領域３２α、３２β、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と称する。）、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積された光電荷をＦＤ部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面ｐ＋層３３α、３３β、ＦＤ部へ光電荷を転送するための転送ゲート（不図示）、ゲート絶縁膜であるＳｉＯ２膜３４、ベイヤ配列のカラーフィルタ３５、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ３６、を備える。
【００３３】
マイクロレンズ３６は、レンズ１９（図１）の瞳と表面ｐ＋層３３α、３３βとが、共役になるような形状及び位置に形成されている。光電荷は、模式的には、領域３７で発生する。
【００３４】
図３に示す例では、光電変換部が、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、に分割されており、これにより射出瞳が分割される。光線Ｌ３１、Ｌ３２は、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、にそれぞれ入射する。
【００３５】
次に、図４を参照して、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図４は、撮像素子２２の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【００３６】
画素４１は、最上部から、順に、マイクロレンズ４２、マイクロレンズ４２を形成するための平面を構成するための平滑層４３、色画素の混色防止のための遮光膜４４、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層４５、及び、光電変換素子４６が配置されている。画素５１も画素４１と同様に、最上部から、順に、マイクロレンズ５２、平滑層５３、遮光膜５４、平滑層５５、及び、光電変換素子５６が配置されている。
【００３７】
さらに、これらの画素４１、５１においては、遮光膜４４、５４が、光電変換素子４６、５６中心部４７、５７から外側に偏心した開口部４８、５８をそれぞれ有している。
【００３８】
図４に示す例では、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ４１、Ｌ５１は、光電変換素子４６、５６にそれぞれ入射することから、射出瞳が分割される。
【００３９】
つづいて、図５を参照して、レンズを偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図５は、撮像素子の内部構成を示す図である。
図５の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ６１、６２、６３、６４が独立して構成されている。
図５においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ６１、６３の光軸６１ａ、６３ａは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ６２、６４の光軸６２ａ、６４ａは画素の中心から右側にずれている。
２つの画素集合Ａ、Ｂからの出力を比較することで、レンズ１８のフォーカス量を算出することができる。
【００４０】
オンチップレンズ６１、６２、６３、６４では、屈折力と光軸６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの位置等の形状という２つのパラメーターを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのデフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。
【００４１】
図５に示す例では、撮像素子２２のオンチップレンズを画素の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ６１、Ｌ６２は、オンチップレンズ６１、６２にそれぞれ入射し、これにより射出瞳が分割される。
【００４２】
次に、図６を参照しつつ、ＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）を用いて射出瞳を分割する例を説明する。図６は、撮像素子の内部構造を示す断面図である。
図６に示す撮像素子では、オンチップレンズを屈折率分布型レンズで構成している。画素７０と画素８０はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
【００４３】
図６において、撮像素子は、ＤＭＬとしての屈折率分布レンズ７１、８１、カラーフィルタ７２、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平坦化層７５、受光素子７６、８６（例えばＳｉフォトダイオード）、及び、Ｓｉ基板７７を備える。図６に示すように、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平滑化層７５、受光素子７６、８６、及び、Ｓｉ基板７７は、半導体集積回路７８を構成する。ここで、画素７０と画素８０の構成は、屈折率分布レンズ７１、８１以外は同様である。
【００４４】
図６は、入射光束全体のうち、受光素子７６、８６にそれぞれ入射する光束の様子を示している。屈折率分布レンズ７１、８１を用いることにより、光束Ｌ７１、Ｌ８１は、画素７０の受光素子７６と画素８０の受光素子８６にそれぞれ入射し、射出瞳が分割される。
【００４５】
（実施例）
つづいて、本実施形態に係る撮像素子の実施例１〜実施例１０について、図７〜図１８を参照しつつ説明する。
【００４６】
撮像素子（イメージャ）としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、裏面照射型ＣＭＯＳ、１画素中でＲ、Ｇ、Ｂ全色を３層で取り込むことのできるセンサー（Ｆｏｒｖｅｏｎ Ｘ３）を用いることができる。
【００４７】
以下の実施例では、焦点検出用画素は、光電変換部の撮影レンズ側に形成されたオンチップレンズを画素の中心から偏心させることによって、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。瞳分割の手段としては、上述のように、画素中心に対して遮光部材を用いて開口部を偏心させたものや、ＤＭＬを用いたもの、１画素中に光電変換部を２つ設けたものでもよい。
【００４８】
焦点検出用画素は、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成している。このため、焦点検出用画素からの信号レベルは、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力される信号レベルと異なってしまうおそれがある。焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る為には、以下の（１）又は（２）の方法をとることが好ましい。
（１）焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００４９】
ゲイン調整の方法については、次のように行う。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５０】
画素補間の方法については、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかが好ましいが、これらに限定されず、単純平均演算（重み付きも含む）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
（ａ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｂ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｃ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５１】
撮像素子の複数の画素には、複数の色フィルタがそれぞれ配置されている。実施例１〜１０では、複数の色フィルタの透過特性は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３通りとしている。
Ｂフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Ｒフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Ｇフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
【００５２】
焦点検出用画素は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタとして、Ｇフィルタを用いて、入射する光束の入射方向を制限している。
なお、焦点検出用画素は、Ｇフィルタに限らず、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、入射する光束の入射方向を制限するよう構成することができる。
【００５３】
焦点検出用画素は、Ｇｂチャンネルのみ、もしくはＧｒチャンネルのみに配置されることが望ましい。ここで、Ｇｂチャンネルは、図７、図９、及び図１１〜１８において、「Ｇ」と「Ｂ」が並んだ行であり、Ｇｒチャンネルは、同図において、「Ｇ」と「Ｒ」が並んだ行である。
【００５４】
ＧｂチャンネルとＧｒチャンネルの信号レベルにはバラつきがある為、一対の瞳検出用画素をＧｂチャンネルとＧｒチャンネルにそれぞれ配置すると、焦点検出性能が低下する。よって、一対の瞳検出用画素は、ＧｂチャンネルのみもしくはＧｒチャンネルのみに配置することが望ましい。
【００５５】
図７は、実施例１に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
なお、各実施例の撮像素子の構成を示す図７、図９、及び図１１〜１８において、焦点検出用画素の表示は、実際の画素構成に関わらず、対応する画素全体を塗りつぶした簡略表示としている。
【００５６】
実施例１の撮像素子１１０は、撮像用画素１１５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１１１Ｌ、右側瞳検出用画素１１２Ｒ、上側瞳検出用画素１１３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１１４Ｄと、を備える。
【００５７】
撮像素子１１０においては、左側瞳検出用画素１１１Ｌと上側瞳検出用画素１１３Ｕが同じ行のＧｂチャンネルに順に配置され、このＧｂチャンネルから２つ目のＧｂチャンネルに右側瞳検出用画素１１２Ｒと下側瞳検出用画素１１４Ｄが順に配置されている。左側瞳検出用画素１１１Ｌと下側瞳検出用画素１１４Ｄは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に上側瞳検出用画素１１３Ｕと右側瞳検出用画素１１２Ｒが順に配置されている。したがって、各瞳検出用画素は、行方向及び列方向の両方向において、３つの撮像用画素１１５を介して配置されている。
なお、実施例１〜１０において、ＧｂチャンネルとＧｒチャンネルは交互の行として配置されている。
【００５８】
図８は、画素エリアを規定する２重円を示す図である。内側の第１円Ｃ１は、中心Ｏからの半径が、撮像素子の各画素間のピッチの３．１倍となっている。第１円Ｃ１の外側の第２円Ｃ２は、中心Ｏからの半径が、撮像素子の各画素間のピッチの５．９倍となっている。
これにより、焦点検出用画素の配置密度を高く保ちつつ、焦点検出用画素の周囲に一定の撮像用画素を確保することができるため、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００５９】
図８に示す２重円を、実施例１の撮像素子１１０に適用する。すなわち、任意の焦点検出用画素として左側瞳検出用画素１１１Ｌを選定し、その中心（基準）に円の中心Ｏを合わせて配置する。このとき、第１円Ｃ１内にある焦点検出用画素は、中心の左側瞳検出用画素１１１Ｌのみである。さらに、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。ここで、画素エリアに焦点検出用画素が入るか否かの判断は、焦点検出用画素の中心が入っているか否かで行っている。
【００６０】
図９は、実施例２に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例２の撮像素子１２０は、撮像用画素１２５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１２１Ｌ、右側瞳検出用画素１２２Ｒ、上側瞳検出用画素１２３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１２４Ｄと、を備える。
【００６１】
撮像素子１２０においては、左側瞳検出用画素１２１Ｌと上側瞳検出用画素１２３Ｕが同じ行のＧｂチャンネルに順に配置され、このＧｂチャンネルから２つ目のＧｂチャンネルに右側瞳検出用画素１２２Ｒと下側瞳検出用画素１２４Ｄが順に配置されている。
各瞳検出用画素が、行方向及び列方向において、３つの撮像用画素１１５を介して配置されている点は実施例１と同様である。したがって、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００６２】
一方、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に上側瞳検出用画素１２３Ｕと下側瞳検出用画素１２４Ｄが順に配置されている。したがって、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒを同一列に配置していることにより、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となる。
【００６３】
図１０は、左側焦点検出用画素及び右側焦点検出用画素の配置例を示す図であり、実施例２に対応する図である。
図１０では、像面側（同図の瞳面９０よりも右側）において、３つの撮像用画素１２５を挟んで、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒとが同一列に配置されている。また、比較例として、右側瞳検出用画素１２２Ｒと同一行に左側瞳検出用画素１２１Ｌ２を配置したものも表示している。一方、物体面側（図１０の瞳面９０よりも左側）においては、被写体に対して、撮像用画素１２５、左側瞳検出用画素１２１Ｌ、１２１Ｌ２、右側瞳検出用画素１２２Ｒを投影した図であり、それぞれ１０５、１０１Ｌ、１０１Ｌ２、１０２Ｒである。
【００６４】
図１０の１０１Ｌ、１０２Ｒについては、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒとを同一列に配置することにより、比較例のように、左側瞳検出用画素１２１Ｌ２と右側瞳検出用画素１２２Ｒを同じ行に並べる場合に比べて、厳密に被写体の縦線方向の位相差を検出することが可能となり、位相差検出性能を向上させることができる。
【００６５】
図１１は、実施例３に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例３の撮像素子１３０は、撮像用画素１３５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１３１Ｌ、右側瞳検出用画素１３２Ｒ、上側瞳検出用画素１３３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１３４Ｄと、を備える。
【００６６】
撮像素子１３０においては、左側瞳検出用画素１３１Ｌと右側瞳検出用画素１３２Ｒが同じ行のＧｂチャンネルに順に配置され、このＧｂチャンネルから２つ目のＧｂチャンネルに上側瞳検出用画素１３３Ｕと下側瞳検出用画素１３４Ｄが順に配置されている。したがって、上側瞳検出用画素１３３Ｕと下側瞳検出用画素１３４Ｄを同一行に配置していることにより、被写体の横線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となる。
【００６７】
一方、左側瞳検出用画素１３１Ｌと上側瞳検出用画素１３３Ｕは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に右側瞳検出用画素１３２Ｒと下側瞳検出用画素１３４Ｄが順に配置されている。
各瞳検出用画素が、行方向及び列方向において、３つの撮像用画素１１５を介して配置されている点は実施例１と同様である。したがって、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００６８】
図１２は、実施例４に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例４の撮像素子１４０は、撮像用画素１４５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１４１Ｌ、右側瞳検出用画素１４２Ｒ、上側瞳検出用画素１４３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１４４Ｄと、を備える。
【００６９】
各瞳検出用画素は、それぞれ別個のＧｂチャンネルにおいて、７つの撮像用画素１４５を挟んで繰り返し配置されている。具体的には、順に並んだ複数のＧｂチャンネルに対して、左側瞳検出用画素１４１Ｌ、右側瞳検出用画素１４２Ｒ、下側瞳検出用画素１４４Ｄ、上側瞳検出用画素１４３Ｕの順に、それぞれ配置されている。
一方、左側瞳検出用画素１４１Ｌと下側瞳検出用画素１４４Ｄは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に右側瞳検出用画素１４２Ｒと上側瞳検出用画素１４３Ｕが順に配置されている。
【００７０】
図８に示す２重円を図１２に適用すると、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、６個の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００７１】
図１３は、実施例５に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例５の撮像素子１５０は、撮像用画素１５５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１５１Ｌ、右側瞳検出用画素１５２Ｒ、上側瞳検出用画素１５３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１５４Ｄと、を備える。
【００７２】
左側瞳検出用画素１５１Ｌは、Ｇｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素１５４Ｄは、左側瞳検出用画素１５１Ｌが配置されたＧｂチャンネルから２つめのＧｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。
【００７３】
右側瞳検出用画素１５２Ｒは、Ｇｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。上側瞳検出用画素１５３Ｕは、右側瞳検出用画素１５２Ｒが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。また、下側瞳検出用画素１５４Ｄが並ぶＧｂチャンネルは、右側瞳検出用画素１５２Ｒが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されている。
【００７４】
左側瞳検出用画素１５１Ｌと下側瞳検出用画素１５４Ｄは、３つの撮像用画素１５５を挟んで同一列に順に配置され、別の同一列では右側瞳検出用画素１５２Ｒと上側瞳検出用画素１５３Ｕが３つの撮像用画素１５５を挟んで順に配置されている。
【００７５】
この配置により、左側瞳検出用画素１５１Ｌ、右側瞳検出用画素１５２Ｒ、上側瞳検出用画素１５３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１５４Ｄの配置は、実施例１（図７）の左側瞳検出用画素１１１Ｌ、右側瞳検出用画素１１２Ｒ、上側瞳検出用画素１１３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１１４Ｄを行方向及び列方向の両方向でずらしたものとなっている。
図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、３つ以上の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００７６】
図１４は、実施例６に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例６の撮像素子１６０は、撮像用画素１６５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１６１Ｌ、右側瞳検出用画素１６２Ｒ、上側瞳検出用画素１６３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１６４Ｄと、を備える。
【００７７】
左側瞳検出用画素１６１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素１６２Ｒは、左側瞳検出用画素１６１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。すなわち、左右の瞳検出用画素がともにＧｒチャンネルにあるため、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００７８】
上側瞳検出用画素１６３Ｕは、Ｇｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素１６４Ｄは、上側瞳検出用画素１６３Ｕが配置されたＧｂチャンネルから２つめのＧｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。すなわち、上下の瞳検出用画素がともにＧｂチャンネルにあるため、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
また、下側瞳検出用画素１６４Ｄが並ぶＧｂチャンネルは、右側瞳検出用画素１６２Ｒが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されている。
【００７９】
さらにまた、左側瞳検出用画素１６１Ｌと右側瞳検出用画素１６２Ｒは３つの撮像用画素１６５を挟んで同一列に順に配置されているため、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となる。
また、別の同一列では上側瞳検出用画素１６３Ｕと下側瞳検出用画素１６４Ｄが３つの撮像用画素１６５を挟んで順に配置されている。
【００８０】
図８に示す２重円を図１４に適用すると、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００８１】
図１５は、実施例７に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例７の撮像素子１７０は、撮像用画素１７５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１７１Ｌ、右側瞳検出用画素１７２Ｒ、上側瞳検出用画素１７３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１７４Ｄと、を備える。
【００８２】
左側瞳検出用画素１７１Ｌと右側瞳検出用画素１７２Ｒは、Ｇｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１７５を挟んで順に配置されている。上側瞳検出用画素１７３Ｕと下側瞳検出用画素１７４Ｄは、Ｇｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１７５を挟んで順に配置されている。各瞳検出用画素が配置されたＧｒチャンネルとＧｂチャンネルは２行ずつあけて配置されている。
また、１つの列には、１種類の瞳検出用画素が５つの撮像用画素１７５を挟んで順に配置されている。
【００８３】
この構成では、上下の瞳検出用画素１７３Ｕ、１７４Ｄが同一行に配置されているため、被写体の横線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
また、左右の瞳検出用画素１７１Ｌ、１７２Ｒも同一行に配置されているため、信号レベルがそろうことにより高い測定レベルを得ることができる。
【００８４】
図示はしないが、第１円Ｃ１と第３円Ｃ３に囲まれた画素エリアには、３個以上の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００８５】
図１６は、実施例８に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例８の撮像素子１８０は、撮像用画素１８５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１８１Ｌ、右側瞳検出用画素１８２Ｒ、上側瞳検出用画素１８３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１８４Ｄと、を備える。
【００８６】
左側瞳検出用画素１８１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１８５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素１８２Ｒは、左側瞳検出用画素１８１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１８５を挟んで繰り返し配置されている。
さらに、左右の瞳検出用画素１８１Ｌ、１８２Ｒは同一列に配置されている。このため、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００８７】
上側瞳検出用画素１８３Ｕと下側瞳検出用画素１８４Ｄは、Ｇｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１８５を挟んで順に配置されている。
上側瞳検出用画素１８３Ｕと下側瞳検出用画素１８４Ｄが配置されたＧｂチャンネルは、左側瞳検出用画素１８１Ｌ又は右側瞳検出用画素１８２Ｒが配置されたＧチャンネルの次の行のＧｂチャンネルに配置されている。上下の瞳検出用画素１８３Ｕ、１８４Ｄが同一行に配置されているため、被写体の横線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００８８】
また、左側瞳検出用画素１８１Ｌと右側瞳検出用画素１８２Ｒは３つの撮像用画素１８５を挟んで同一列に順に配置され、別の同一列では上側瞳検出用画素１８３Ｕと下側瞳検出用画素１８４Ｄが３つの撮像用画素１８５を挟んで順に配置されている。
【００８９】
図８に示す２重円を図１６に適用すると、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、１５個の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００９０】
図１７は、実施例９に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例９の撮像素子１９０は、撮像用画素１９５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１９１Ｌ、右側瞳検出用画素１９２Ｒ、上側瞳検出用画素１９３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１９４Ｄと、を備える。
【００９１】
左側瞳検出用画素１９１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素１９２Ｒは、左側瞳検出用画素１９１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。
【００９２】
上側瞳検出用画素１９３Ｕは、Ｇｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素１９４Ｄは、上側瞳検出用画素１９３Ｕが配置されたＧｂチャンネルから２つめのＧｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。また、上側瞳検出用画素１９３Ｕが並ぶＧｂチャンネルは、左側瞳検出用画素１９１Ｌが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されている。
この配置によれば、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００９３】
また、左側瞳検出用画素１９１Ｌと右側瞳検出用画素１９２Ｒは３つの撮像用画素１９５を挟んで同一列に順に配置され、別の同一列では上側瞳検出用画素１９３Ｕと下側瞳検出用画素１９４Ｄが３つの撮像用画素１９５を挟んで順に配置されている。
この配置によれば、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００９４】
さらにまた、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、３つ以上の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００９５】
図１８は、実施例１０に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例１０の撮像素子２００は、撮像用画素２０５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素２０１Ｌ、右側瞳検出用画素２０２Ｒ、上側瞳検出用画素２０３Ｕ、及び下側瞳検出用画素２０４Ｄと、を備える。
【００９６】
左側瞳検出用画素２０１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素２０２Ｒは、左側瞳検出用画素２０１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。
【００９７】
上側瞳検出用画素２０３Ｕは、Ｇｂチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素２０４Ｄは、上側瞳検出用画素２０３Ｕが配置されたＧｂチャンネルの次のＧｂチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。
【００９８】
上側瞳検出用画素２０３Ｕが並ぶＧｂチャンネルは、左側瞳検出用画素２０１Ｌが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されており、右側瞳検出用画素２０２Ｒが並ぶＧｒチャンネルは、下側瞳検出用画素２０４Ｄが並ぶＧｂチャンネルの次の行に配置されている。
また、同一列には同じ種類の焦点検出用画素のみが７つの撮像用画素を挟んで繰り返し配置されている。
【００９９】
この配置においては、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、３つ以上の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【０１００】
以上の実施例において、複数の画素は、撮像用画素と焦点検出用画素が稠密正方格子状に配列された例を示したが、稠密六方格子状に配列してもよい。
【０１０１】
色フィルタの配列としては、モザイク状に配列された例を示したが、ストライプ状に配列してもよい。
【０１０２】
ここで、本実施形態の撮像装置及びカメラの作用効果について説明する。
【０１０３】
本実施形態に係る撮像装置は、撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、複数の画素の各々に配置される複数の色フィルタと、を備え、複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が焦点検出用画素であることを特徴とする。
【０１０４】
（１）焦点検出用画素の配置が密になると、焦点検出性能は向上するが画質は劣化する。一方、（２）焦点検出用画素の配置が疎になると、焦点検出性能は劣化するが画質は向上する。
さらに、（３）画質について考えた場合、焦点検出用画素の信号は、撮像用画素の信号に対して画質が劣化しているため、画質を向上させるためには例えば周辺の撮像用画素信号を用いて画素補間を行う必要がある。この画素補間を行うには、焦点検出用画素の周囲にある一定の撮像用画素が必要となる。
本実施形態の撮像装置では、焦点検出用画素が上述の境界条件を満たすことにより、上記（１）、（２）、（３）の関係をバランスよく保つことができる。
【０１０５】
従来の撮像装置では、測距情報検出の為に主に次の２つの構成がある。
（ａ）光路切り替え手段なし
（ｂ）光路切り替え手段あり
（ａ）は、コンパクトカメラに代表され、光路切換え手段がない為、システム全体（特に厚さ方向）の小型化が可能である。（ｂ）は、一眼レフカメラに代表され、光路切り替え手段（クイックリターンミラーなど）がある為、システム全体が大きくなってしまう。
本実施形態の撮像装置の構成では、測距情報検出の為に光路切り替え手段が必要ない為、システム全体の小型化が可能である。
【０１０６】
焦点検出用画素は、測距用の信号が出力可能である。また、焦点検出用画素は、最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置されている為、以下の効果がある。
（ｉ）色フィルタを透過した光束を受光する為、画像用の信号出力も可能である。
（ｉｉ）その他の色フィルタに対して分光透過帯域が広い為、白色ベスト像面に対して像面のずれ量が少ない。
（ｉｉｉ）その他の色フィルタに対して分光透過帯域が広い為、光量が１番多く得られる。このため、測距及び画質に有利になる。
即ち、上述の効果により、画質の劣化が少なく焦点検出性能が良い撮像装置が実現できる。
【０１０７】
本実施形態に係る撮像装置は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、測距と画像のための信号とを出力し、撮像用画素は、画像のための信号を出力することが好ましい。
【０１０８】
また、本実施形態に係る撮像装置は、焦点検出用画素の各光電変換部が、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成され、瞳の異なる領域を複数有し、瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出することが好ましい。
但し、位相差とは２つの像信号の相対的な位置関係のことである。
【０１０９】
従来の撮像装置では、主に次の２つの測距方式がある。
（１）コントラスト方式
（２）位相差方式
（１）の方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価するいわゆる山登り方式をとるため合焦させるのに時間がかかる。（２）の方式では、合焦時間は短いが、専用のＡＦ光学系と光路切り替え手段が必要となりシステム全体が大きくなる。
これに対して、上述のように、焦点検出用画素の各光電変換部が、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成され、瞳の異なる領域を複数有し、瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出することにより、焦点検出性能のよい、合焦時間の短い撮像装置が実現できる。
【０１１０】
さらにまた、本実施形態に係る撮像装置は、瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることが好ましい。
【０１１１】
被写体の検出方向が２通りある為、１通りに比べて被写体に依存せず焦点検出性能が向上する。例えば、瞳の分割方向を左右と上下の２通りとすると、分割方向が左右だけの場合に比べて、被写体の横線方向も検出できることから、焦点検出性能が向上する。
【０１１２】
また、本実施形態に係る撮像装置は、複数の色フィルタの透過特性は、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有することが好ましい。
【０１１３】
また、本実施形態に係る撮像装置は、異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタをＢ（青）フィルタとし、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタをＲ（赤）フィルタとし、それ以外の透過特性を持つものをＧ（緑）フィルタとしたとき、最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタは、Ｇフィルタであることが好ましい。
【０１１４】
さらに、本実施形態に係る撮像装置は、焦点検出用画素の少なくとも１通りは、左右に瞳を分割する画素として構成され、左右に瞳を分割する画素は、同一列に配置されることが好ましい。
【０１１５】
従来の配置では、左側瞳検出用画素と右側瞳検出用画素とが同一列に配置されていないため、厳密には被写体の同一縦線を検出することはできない。しかし、本実施形態の撮像装置では、焦点検出用画素を離散的に配置することにより、左側瞳検出用画素と右側瞳検出用画素を同一列に配置することができる。このため、厳密に被写体の同一縦線を検出することが可能であり、焦点検出性能を向上させることができる（図１０参照）。
【０１１６】
図１０においては、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒとが同一列に配置されているため、右側瞳検出用画素１２２Ｒと左側瞳検出用画素１２１Ｌ２とを同一行に配置した場合に比して、厳密に被写体の縦線方向の位相差を検出することが可能となり、位相差検出性能が向上する。一般的に、自然界の構造物としては横線方向よりも縦線方向の構造が多い。よって、横線方向の位相差より縦線方向の位相差を厳密に検出する構成が望ましい。
【０１１７】
また、本実施形態に係る撮像装置は、画素エリア内において、任意の焦点検出用画素の中心を通る列方向及び行方向に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【０１１８】
さらにまた、本実施形態に係る撮像装置は、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円内に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【０１１９】
また、本実施形態に係るカメラは、上述のいずれかの撮像装置と、撮像装置において光学像を結像する撮像光学系と、撮像光学系を通じて結像した像を撮像装置で撮像することによって得られた画像データを加工して像の形状を変化させた画像データとして出力する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明に係る撮像装置及びカメラは、画質の劣化が少なく、かつ、高い焦点検出性能が求められる撮像装置及びカメラに有用である。
【符号の説明】
【０１２１】
１１ デジタルスチルカメラ
１２ 交換レンズ
１３ カメラボディ
１６ レンズ駆動制御装置
１８ ズーミング用レンズ
１９ レンズ
２０ フォーカシング用レンズ
２１ 絞り
２２ 撮像素子
２４ ボディ駆動制御装置
２５ 液晶表示素子駆動回路
２６ 液晶表示素子
２７ 接眼レンズ
３１ ｐ形ウエル
３２α、３２β ｎ形領域
３３α、３３β 表面ｐ＋層
３５ カラーフィルタ
３６ マイクロレンズ
４１ 画素
４２、５２ マイクロレンズ
４４、５４ 遮光膜
４８、５８ 開口部
６１、６２、６３、６４ オンチップレンズ
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ 光軸
７０、８０ 画素
７１、８１ 屈折率分布レンズ
７２ カラーフィルタ
７６、８６ 受光素子
９０ 瞳面
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ 撮像素子
１１１Ｌ、１２１Ｌ、１３１Ｌ、１４１Ｌ、１５１Ｌ 左側瞳検出用画素
１１２Ｒ、１２２Ｒ、１３２Ｒ、１４２Ｒ、１５２Ｒ 右側瞳検出用画素
１１３Ｕ、１２３Ｕ、１３３Ｕ、１４３Ｕ、１５３Ｕ 上側瞳検出用画素
１１４Ｄ、１２４Ｄ、１３４Ｄ、１４４Ｄ、１５４Ｄ 下側瞳検出用画素
１１５、１２５、１３５、１４５、１５５ 撮像用画素
１６０、１７０、１８０、１９０、２００ 撮像素子
１６１Ｌ、１７１Ｌ、１８１Ｌ、１９１Ｌ、２０１Ｌ 左側瞳検出用画素
１６２Ｒ、１７２Ｒ、１８２Ｒ、１９２Ｒ、２０２Ｒ 右側瞳検出用画素
１６３Ｕ、１７３Ｕ、１８３Ｕ、１９３Ｕ、２０３Ｕ 上側瞳検出用画素
１６４Ｄ、１７４Ｄ、１８４Ｄ、１９４Ｄ、２０４Ｄ 下側瞳検出用画素
１６５、１７５、１８５、１９５、２０５ 撮像用画素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定方向の画素列上に撮像用画素と焦点検出用画素とを混在させた撮像素子を用いた撮像装置が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２）。これらの従来の撮像装置では、焦点検出用画素は、撮像素子上の青色と緑色に感度を有する撮像用画素が直線状に配列された行に密に配置されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８２１０９号公報
【特許文献２】特開２００８−４００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の撮像装置では、焦点検出用画素が密に配置されているため、画素補間の精度が低下し、画質が劣化してしまうことから、画質と焦点検出性能を両立するのが難しかった。
【０００５】
特許文献２の撮像装置においては、全画面における、中心付近の焦点検出エリアでは、瞳分割方向が左右のみであるため、被写体の横線方向の検出は不可能であり、被写体によっては、位相差が検出できない場合がある。例えば、１つの実施形態である図２８の撮像素子の配列の場合、左側瞳検出用画素と右側瞳検出用画素のすべてが一つの行のみに配置されているため、所望の焦点検出性能が得られない。
【０００６】
また、従来の撮像装置では、焦点検出用画としては、１対の瞳（例えば、左右又は上下）のみの情報を検出しているため、１方向の位相差情報しか検出できず、２方向の位相差を検出することは不可能である。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供することを目的とする。本発明のさらなる目的は、２方向の位相差検出を行い、さらに焦点検出性能を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、複数の画素の各々に配置される複数の色フィルタと、を備え、複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が焦点検出用画素であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る撮像装置において、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、測距と画像のための信号とを出力し、撮像用画素は、画像のための信号を出力することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る撮像装置において、焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、瞳の異なる領域を複数有し、瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る撮像装置において、瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る撮像装置において、複数の色フィルタの透過特性は、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る撮像装置において、異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタをＢフィルタとし、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタをＲフィルタとし、それ以外の透過特性を持つものをＧフィルタとしたとき、最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタは、Ｇフィルタであることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【００１４】
本発明に係る撮像装置において、焦点検出用画素の少なくとも１通りは、左右に瞳を分割する画素として構成され、左右に瞳を分割する画素は、同一列に配置されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る撮像装置において、画素エリア内において、任意の焦点検出用画素の中心を通る列方向及び行方向に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る撮像装置において、半径が画素ピッチの３．１倍の円内に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【００１７】
本発明に係るカメラは、上述のいずれか１項に記載の撮像装置と、撮像装置において光学像を結像する撮像光学系と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供することができる、という効果を奏する。さらに、本発明の撮像装置及びカメラは、２方向の位相差検出を行い、さらに焦点検出性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るカメラの内部構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカメラ及び撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図７】実施例１に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図８】画素エリアを規定する２重円を示す図である。
【図９】実施例２に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１０】左側焦点検出用画素及び右側焦点検出用画素の配置例を示す図である。
【図１１】実施例３に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１２】実施例４に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１３】実施例５に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１４】実施例６に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１５】実施例７に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１６】実施例８に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１７】実施例９に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【図１８】実施例１０に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る撮像装置、及び、この撮像装置を備えたカメラの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラ１１の内部構成を示す図である。
デジタルスチルカメラ１１は、交換レンズ１２と、カメラボディ１３と、から構成され、交換レンズ１２はマウント部１４によりカメラボディ１３に装着される。
【００２２】
交換レンズ１２は、レンズ駆動制御装置１６、ズーミング用レンズ１８、レンズ１９、フォーカシング用レンズ２０、及び、絞り２１を備えている。レンズ駆動制御装置１６は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２０と絞り２１の駆動制御、絞り２１、ズーミング用レンズ１８およびフォーカシング用レンズ２０の状態検出、並びに、ボディ駆動制御装置２４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【００２３】
カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ駆動制御装置２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子２６、接眼レンズ２７、メモリカード２９などを備えている。撮像素子２２には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ１２の予定結像面に配置されて交換レンズ１２により結像される被写体像を撮像する。撮像素子２２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素（以下、ＡＦ用画素という）が配列される。
【００２４】
ここで、交換レンズ１２は撮像光学系に対応し、撮像素子２２は撮像素子に対応する。
【００２５】
ボディ駆動制御装置２４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子２２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ１２の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置１６からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ駆動制御装置２４とレンズ駆動制御装置１６は、マウント部１４の電気接点部２３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
【００２６】
液晶表示素子駆動回路２５は、液晶ビューファインダーの液晶表示素子２６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察する。メモリカード２９はカメラボディ１３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００２７】
交換レンズ１２を通過して撮像素子２２上に形成された被写体像は、撮像素子２２により光電変換され、その出力はボディ駆動制御装置２４へ送られる。ボディ駆動制御装置２４は、撮像素子２２上のＡＦ用画素の出力データ（第１像信号、第２像信号）に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２４は、撮像素子２２の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ送り、液晶表示素子２６に画像を表示させる。
【００２８】
カメラボディ１３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ駆動制御装置２４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００２９】
レンズ駆動制御装置１６はレンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置１６は、レンズ１８及びフォーカシング用レンズ２０の位置と絞り２１の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置１６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に係るカメラ及び撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。デジタルスチルカメラ１１における射出瞳Ｐは、図２に示すように、左右上下のうちの少なくとも２種類の瞳領域に対応する焦点検出用画素を有する。
具体例としては次の（１）〜（５）のとおりである。
（１）射出瞳Ｐを縦に２分割して、左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを配置したもの（図２（ａ））
（２）射出瞳Ｐを横に２分割して、上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを配置したもの（図２（ａ））
（３）左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを左右に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｃ））
（４）上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを上下に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｄ））
（５）左側瞳検出用画素Ｌと下側瞳検出用画素Ｄを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｅ））
なお、測距用瞳の形状は、半円形状、楕円形状としたが、これに限定されず、他の形状、例えば矩形状、多角形状にすることもできる。
また、図２（ａ）と（ｂ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図２（ｃ）と（ｄ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図２（ｃ）と（ｅ）を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
【００３１】
本実施形態のカメラ及び撮像装置では、瞳が異なる領域を有し、その領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、もう１つの領域を透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出する。
以下、図３〜図６を参照して、具体的な射出瞳の分割例について説明する。
【００３２】
まず、図３を参照して、撮像素子２２の光電変換部を分割することによって射出瞳を分割する例を説明する。図３は、撮像素子２２の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子２２は、基板内に形成されたｐ型ウエル３１、Ｐ型ウエル３１と共に光電荷を発生させ蓄積するｎ型領域３２α、３２β、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と称する。）、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積された光電荷をＦＤ部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面ｐ＋層３３α、３３β、ＦＤ部へ光電荷を転送するための転送ゲート（不図示）、ゲート絶縁膜であるＳｉＯ２膜３４、ベイヤ配列のカラーフィルタ３５、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ３６、を備える。
【００３３】
マイクロレンズ３６は、レンズ１９（図１）の瞳と表面ｐ＋層３３α、３３βとが、共役になるような形状及び位置に形成されている。光電荷は、模式的には、領域３７で発生する。
【００３４】
図３に示す例では、光電変換部が、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、に分割されており、これにより射出瞳が分割される。光線Ｌ３１、Ｌ３２は、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、にそれぞれ入射する。
【００３５】
次に、図４を参照して、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図４は、撮像素子２２の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【００３６】
画素４１は、最上部から、順に、マイクロレンズ４２、マイクロレンズ４２を形成するための平面を構成するための平滑層４３、色画素の混色防止のための遮光膜４４、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層４５、及び、光電変換素子４６が配置されている。画素５１も画素４１と同様に、最上部から、順に、マイクロレンズ５２、平滑層５３、遮光膜５４、平滑層５５、及び、光電変換素子５６が配置されている。
【００３７】
さらに、これらの画素４１、５１においては、遮光膜４４、５４が、光電変換素子４６、５６中心部４７、５７から外側に偏心した開口部４８、５８をそれぞれ有している。
【００３８】
図４に示す例では、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ４１、Ｌ５１は、光電変換素子４６、５６にそれぞれ入射することから、射出瞳が分割される。
【００３９】
つづいて、図５を参照して、レンズを偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図５は、撮像素子の内部構成を示す図である。
図５の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ６１、６２、６３、６４が独立して構成されている。
図５においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ６１、６３の光軸６１ａ、６３ａは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ６２、６４の光軸６２ａ、６４ａは画素の中心から右側にずれている。
２つの画素集合Ａ、Ｂからの出力を比較することで、レンズ１８のフォーカス量を算出することができる。
【００４０】
オンチップレンズ６１、６２、６３、６４では、屈折力と光軸６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの位置等の形状という２つのパラメーターを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのデフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。
【００４１】
図５に示す例では、撮像素子２２のオンチップレンズを画素の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ６１、Ｌ６２は、オンチップレンズ６１、６２にそれぞれ入射し、これにより射出瞳が分割される。
【００４２】
次に、図６を参照しつつ、ＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）を用いて射出瞳を分割する例を説明する。図６は、撮像素子の内部構造を示す断面図である。
図６に示す撮像素子では、オンチップレンズを屈折率分布型レンズで構成している。画素７０と画素８０はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
【００４３】
図６において、撮像素子は、ＤＭＬとしての屈折率分布レンズ７１、８１、カラーフィルタ７２、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平坦化層７５、受光素子７６、８６（例えばＳｉフォトダイオード）、及び、Ｓｉ基板７７を備える。図６に示すように、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平滑化層７５、受光素子７６、８６、及び、Ｓｉ基板７７は、半導体集積回路７８を構成する。ここで、画素７０と画素８０の構成は、屈折率分布レンズ７１、８１以外は同様である。
【００４４】
図６は、入射光束全体のうち、受光素子７６、８６にそれぞれ入射する光束の様子を示している。屈折率分布レンズ７１、８１を用いることにより、光束Ｌ７１、Ｌ８１は、画素７０の受光素子７６と画素８０の受光素子８６にそれぞれ入射し、射出瞳が分割される。
【００４５】
（実施例）
つづいて、本実施形態に係る撮像素子の実施例１〜実施例１０について、図７〜図１８を参照しつつ説明する。
【００４６】
撮像素子（イメージャ）としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、裏面照射型ＣＭＯＳ、１画素中でＲ、Ｇ、Ｂ全色を３層で取り込むことのできるセンサー（Ｆｏｒｖｅｏｎ Ｘ３）を用いることができる。
【００４７】
以下の実施例では、焦点検出用画素は、光電変換部の撮影レンズ側に形成されたオンチップレンズを画素の中心から偏心させることによって、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。瞳分割の手段としては、上述のように、画素中心に対して遮光部材を用いて開口部を偏心させたものや、ＤＭＬを用いたもの、１画素中に光電変換部を２つ設けたものでもよい。
【００４８】
焦点検出用画素は、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成している。このため、焦点検出用画素からの信号レベルは、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力される信号レベルと異なってしまうおそれがある。焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る為には、以下の（１）又は（２）の方法をとることが好ましい。
（１）焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００４９】
ゲイン調整の方法については、次のように行う。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５０】
画素補間の方法については、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかが好ましいが、これらに限定されず、単純平均演算（重み付きも含む）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
（ａ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｂ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｃ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５１】
撮像素子の複数の画素には、複数の色フィルタがそれぞれ配置されている。実施例１〜１０では、複数の色フィルタの透過特性は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３通りとしている。
Ｂフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Ｒフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Ｇフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
【００５２】
焦点検出用画素は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタとして、Ｇフィルタを用いて、入射する光束の入射方向を制限している。
なお、焦点検出用画素は、Ｇフィルタに限らず、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、入射する光束の入射方向を制限するよう構成することができる。
【００５３】
焦点検出用画素は、Ｇｂチャンネルのみ、もしくはＧｒチャンネルのみに配置されることが望ましい。ここで、Ｇｂチャンネルは、図７、図９、及び図１１〜１８において、「Ｇ」と「Ｂ」が並んだ行であり、Ｇｒチャンネルは、同図において、「Ｇ」と「Ｒ」が並んだ行である。
【００５４】
ＧｂチャンネルとＧｒチャンネルの信号レベルにはバラつきがある為、一対の瞳検出用画素をＧｂチャンネルとＧｒチャンネルにそれぞれ配置すると、焦点検出性能が低下する。よって、一対の瞳検出用画素は、ＧｂチャンネルのみもしくはＧｒチャンネルのみに配置することが望ましい。
【００５５】
図７は、実施例１に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
なお、各実施例の撮像素子の構成を示す図７、図９、及び図１１〜１８において、焦点検出用画素の表示は、実際の画素構成に関わらず、対応する画素全体を塗りつぶした簡略表示としている。
【００５６】
実施例１の撮像素子１１０は、撮像用画素１１５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１１１Ｌ、右側瞳検出用画素１１２Ｒ、上側瞳検出用画素１１３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１１４Ｄと、を備える。
【００５７】
撮像素子１１０においては、左側瞳検出用画素１１１Ｌと上側瞳検出用画素１１３Ｕが同じ行のＧｂチャンネルに順に配置され、このＧｂチャンネルから２つ目のＧｂチャンネルに右側瞳検出用画素１１２Ｒと下側瞳検出用画素１１４Ｄが順に配置されている。左側瞳検出用画素１１１Ｌと下側瞳検出用画素１１４Ｄは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に上側瞳検出用画素１１３Ｕと右側瞳検出用画素１１２Ｒが順に配置されている。したがって、各瞳検出用画素は、行方向及び列方向の両方向において、３つの撮像用画素１１５を介して配置されている。
なお、実施例１〜１０において、ＧｂチャンネルとＧｒチャンネルは交互の行として配置されている。
【００５８】
図８は、画素エリアを規定する２重円を示す図である。内側の第１円Ｃ１は、中心Ｏからの半径が、撮像素子の各画素間のピッチの３．１倍となっている。第１円Ｃ１の外側の第２円Ｃ２は、中心Ｏからの半径が、撮像素子の各画素間のピッチの５．９倍となっている。
これにより、焦点検出用画素の配置密度を高く保ちつつ、焦点検出用画素の周囲に一定の撮像用画素を確保することができるため、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００５９】
図８に示す２重円を、実施例１の撮像素子１１０に適用する。すなわち、任意の焦点検出用画素として左側瞳検出用画素１１１Ｌを選定し、その中心（基準）に円の中心Ｏを合わせて配置する。このとき、第１円Ｃ１内にある焦点検出用画素は、中心の左側瞳検出用画素１１１Ｌのみである。さらに、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。ここで、画素エリアに焦点検出用画素が入るか否かの判断は、焦点検出用画素の中心が入っているか否かで行っている。
【００６０】
図９は、実施例２に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例２の撮像素子１２０は、撮像用画素１２５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１２１Ｌ、右側瞳検出用画素１２２Ｒ、上側瞳検出用画素１２３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１２４Ｄと、を備える。
【００６１】
撮像素子１２０においては、左側瞳検出用画素１２１Ｌと上側瞳検出用画素１２３Ｕが同じ行のＧｂチャンネルに順に配置され、このＧｂチャンネルから２つ目のＧｂチャンネルに右側瞳検出用画素１２２Ｒと下側瞳検出用画素１２４Ｄが順に配置されている。
各瞳検出用画素が、行方向及び列方向において、３つの撮像用画素１１５を介して配置されている点は実施例１と同様である。したがって、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００６２】
一方、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に上側瞳検出用画素１２３Ｕと下側瞳検出用画素１２４Ｄが順に配置されている。したがって、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒを同一列に配置していることにより、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となる。
【００６３】
図１０は、左側焦点検出用画素及び右側焦点検出用画素の配置例を示す図であり、実施例２に対応する図である。
図１０では、像面側（同図の瞳面９０よりも右側）において、３つの撮像用画素１２５を挟んで、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒとが同一列に配置されている。また、比較例として、右側瞳検出用画素１２２Ｒと同一行に左側瞳検出用画素１２１Ｌ２を配置したものも表示している。一方、物体面側（図１０の瞳面９０よりも左側）においては、被写体に対して、撮像用画素１２５、左側瞳検出用画素１２１Ｌ、１２１Ｌ２、右側瞳検出用画素１２２Ｒを投影した図であり、それぞれ１０５、１０１Ｌ、１０１Ｌ２、１０２Ｒである。
【００６４】
図１０の１０１Ｌ、１０２Ｒについては、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒとを同一列に配置することにより、比較例のように、左側瞳検出用画素１２１Ｌ２と右側瞳検出用画素１２２Ｒを同じ行に並べる場合に比べて、厳密に被写体の縦線方向の位相差を検出することが可能となり、位相差検出性能を向上させることができる。
【００６５】
図１１は、実施例３に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例３の撮像素子１３０は、撮像用画素１３５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１３１Ｌ、右側瞳検出用画素１３２Ｒ、上側瞳検出用画素１３３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１３４Ｄと、を備える。
【００６６】
撮像素子１３０においては、左側瞳検出用画素１３１Ｌと右側瞳検出用画素１３２Ｒが同じ行のＧｂチャンネルに順に配置され、このＧｂチャンネルから２つ目のＧｂチャンネルに上側瞳検出用画素１３３Ｕと下側瞳検出用画素１３４Ｄが順に配置されている。したがって、上側瞳検出用画素１３３Ｕと下側瞳検出用画素１３４Ｄを同一行に配置していることにより、被写体の横線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となる。
【００６７】
一方、左側瞳検出用画素１３１Ｌと上側瞳検出用画素１３３Ｕは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に右側瞳検出用画素１３２Ｒと下側瞳検出用画素１３４Ｄが順に配置されている。
各瞳検出用画素が、行方向及び列方向において、３つの撮像用画素１１５を介して配置されている点は実施例１と同様である。したがって、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００６８】
図１２は、実施例４に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例４の撮像素子１４０は、撮像用画素１４５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１４１Ｌ、右側瞳検出用画素１４２Ｒ、上側瞳検出用画素１４３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１４４Ｄと、を備える。
【００６９】
各瞳検出用画素は、それぞれ別個のＧｂチャンネルにおいて、７つの撮像用画素１４５を挟んで繰り返し配置されている。具体的には、順に並んだ複数のＧｂチャンネルに対して、左側瞳検出用画素１４１Ｌ、右側瞳検出用画素１４２Ｒ、下側瞳検出用画素１４４Ｄ、上側瞳検出用画素１４３Ｕの順に、それぞれ配置されている。
一方、左側瞳検出用画素１４１Ｌと下側瞳検出用画素１４４Ｄは同じ列に順に配置され、この列とは別の列に右側瞳検出用画素１４２Ｒと上側瞳検出用画素１４３Ｕが順に配置されている。
【００７０】
図８に示す２重円を図１２に適用すると、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、６個の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００７１】
図１３は、実施例５に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例５の撮像素子１５０は、撮像用画素１５５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１５１Ｌ、右側瞳検出用画素１５２Ｒ、上側瞳検出用画素１５３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１５４Ｄと、を備える。
【００７２】
左側瞳検出用画素１５１Ｌは、Ｇｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素１５４Ｄは、左側瞳検出用画素１５１Ｌが配置されたＧｂチャンネルから２つめのＧｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。
【００７３】
右側瞳検出用画素１５２Ｒは、Ｇｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。上側瞳検出用画素１５３Ｕは、右側瞳検出用画素１５２Ｒが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１５５を挟んで繰り返し配置されている。また、下側瞳検出用画素１５４Ｄが並ぶＧｂチャンネルは、右側瞳検出用画素１５２Ｒが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されている。
【００７４】
左側瞳検出用画素１５１Ｌと下側瞳検出用画素１５４Ｄは、３つの撮像用画素１５５を挟んで同一列に順に配置され、別の同一列では右側瞳検出用画素１５２Ｒと上側瞳検出用画素１５３Ｕが３つの撮像用画素１５５を挟んで順に配置されている。
【００７５】
この配置により、左側瞳検出用画素１５１Ｌ、右側瞳検出用画素１５２Ｒ、上側瞳検出用画素１５３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１５４Ｄの配置は、実施例１（図７）の左側瞳検出用画素１１１Ｌ、右側瞳検出用画素１１２Ｒ、上側瞳検出用画素１１３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１１４Ｄを行方向及び列方向の両方向でずらしたものとなっている。
図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、３つ以上の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００７６】
図１４は、実施例６に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例６の撮像素子１６０は、撮像用画素１６５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１６１Ｌ、右側瞳検出用画素１６２Ｒ、上側瞳検出用画素１６３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１６４Ｄと、を備える。
【００７７】
左側瞳検出用画素１６１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素１６２Ｒは、左側瞳検出用画素１６１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。すなわち、左右の瞳検出用画素がともにＧｒチャンネルにあるため、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００７８】
上側瞳検出用画素１６３Ｕは、Ｇｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素１６４Ｄは、上側瞳検出用画素１６３Ｕが配置されたＧｂチャンネルから２つめのＧｂチャンネルにおいて、５つの撮像用画素１６５を挟んで繰り返し配置されている。すなわち、上下の瞳検出用画素がともにＧｂチャンネルにあるため、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
また、下側瞳検出用画素１６４Ｄが並ぶＧｂチャンネルは、右側瞳検出用画素１６２Ｒが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されている。
【００７９】
さらにまた、左側瞳検出用画素１６１Ｌと右側瞳検出用画素１６２Ｒは３つの撮像用画素１６５を挟んで同一列に順に配置されているため、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となる。
また、別の同一列では上側瞳検出用画素１６３Ｕと下側瞳検出用画素１６４Ｄが３つの撮像用画素１６５を挟んで順に配置されている。
【００８０】
図８に示す２重円を図１４に適用すると、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、８個の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００８１】
図１５は、実施例７に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例７の撮像素子１７０は、撮像用画素１７５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１７１Ｌ、右側瞳検出用画素１７２Ｒ、上側瞳検出用画素１７３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１７４Ｄと、を備える。
【００８２】
左側瞳検出用画素１７１Ｌと右側瞳検出用画素１７２Ｒは、Ｇｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１７５を挟んで順に配置されている。上側瞳検出用画素１７３Ｕと下側瞳検出用画素１７４Ｄは、Ｇｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１７５を挟んで順に配置されている。各瞳検出用画素が配置されたＧｒチャンネルとＧｂチャンネルは２行ずつあけて配置されている。
また、１つの列には、１種類の瞳検出用画素が５つの撮像用画素１７５を挟んで順に配置されている。
【００８３】
この構成では、上下の瞳検出用画素１７３Ｕ、１７４Ｄが同一行に配置されているため、被写体の横線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
また、左右の瞳検出用画素１７１Ｌ、１７２Ｒも同一行に配置されているため、信号レベルがそろうことにより高い測定レベルを得ることができる。
【００８４】
図示はしないが、第１円Ｃ１と第３円Ｃ３に囲まれた画素エリアには、３個以上の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００８５】
図１６は、実施例８に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例８の撮像素子１８０は、撮像用画素１８５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１８１Ｌ、右側瞳検出用画素１８２Ｒ、上側瞳検出用画素１８３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１８４Ｄと、を備える。
【００８６】
左側瞳検出用画素１８１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１８５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素１８２Ｒは、左側瞳検出用画素１８１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１８５を挟んで繰り返し配置されている。
さらに、左右の瞳検出用画素１８１Ｌ、１８２Ｒは同一列に配置されている。このため、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００８７】
上側瞳検出用画素１８３Ｕと下側瞳検出用画素１８４Ｄは、Ｇｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１８５を挟んで順に配置されている。
上側瞳検出用画素１８３Ｕと下側瞳検出用画素１８４Ｄが配置されたＧｂチャンネルは、左側瞳検出用画素１８１Ｌ又は右側瞳検出用画素１８２Ｒが配置されたＧチャンネルの次の行のＧｂチャンネルに配置されている。上下の瞳検出用画素１８３Ｕ、１８４Ｄが同一行に配置されているため、被写体の横線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００８８】
また、左側瞳検出用画素１８１Ｌと右側瞳検出用画素１８２Ｒは３つの撮像用画素１８５を挟んで同一列に順に配置され、別の同一列では上側瞳検出用画素１８３Ｕと下側瞳検出用画素１８４Ｄが３つの撮像用画素１８５を挟んで順に配置されている。
【００８９】
図８に示す２重円を図１６に適用すると、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、１５個の焦点検出用画素が入る。したがって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００９０】
図１７は、実施例９に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例９の撮像素子１９０は、撮像用画素１９５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素１９１Ｌ、右側瞳検出用画素１９２Ｒ、上側瞳検出用画素１９３Ｕ、及び下側瞳検出用画素１９４Ｄと、を備える。
【００９１】
左側瞳検出用画素１９１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素１９２Ｒは、左側瞳検出用画素１９１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。
【００９２】
上側瞳検出用画素１９３Ｕは、Ｇｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素１９４Ｄは、上側瞳検出用画素１９３Ｕが配置されたＧｂチャンネルから２つめのＧｂチャンネルにおいて、３つの撮像用画素１９５を挟んで繰り返し配置されている。また、上側瞳検出用画素１９３Ｕが並ぶＧｂチャンネルは、左側瞳検出用画素１９１Ｌが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されている。
この配置によれば、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００９３】
また、左側瞳検出用画素１９１Ｌと右側瞳検出用画素１９２Ｒは３つの撮像用画素１９５を挟んで同一列に順に配置され、別の同一列では上側瞳検出用画素１９３Ｕと下側瞳検出用画素１９４Ｄが３つの撮像用画素１９５を挟んで順に配置されている。
この配置によれば、被写体の縦線方向の検出において、ずれを抑えることが可能となるとともに、信号レベルがそろうことから高い測定レベルを得ることができる。
【００９４】
さらにまた、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、３つ以上の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【００９５】
図１８は、実施例１０に係る撮像素子の構成を示す平面図である。
実施例１０の撮像素子２００は、撮像用画素２０５と、焦点検出用画素としての、左側瞳検出用画素２０１Ｌ、右側瞳検出用画素２０２Ｒ、上側瞳検出用画素２０３Ｕ、及び下側瞳検出用画素２０４Ｄと、を備える。
【００９６】
左側瞳検出用画素２０１Ｌは、Ｇｒチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。右側瞳検出用画素２０２Ｒは、左側瞳検出用画素２０１Ｌが配置されたＧｒチャンネルから２つめのＧｒチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。
【００９７】
上側瞳検出用画素２０３Ｕは、Ｇｂチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。下側瞳検出用画素２０４Ｄは、上側瞳検出用画素２０３Ｕが配置されたＧｂチャンネルの次のＧｂチャンネルにおいて、７つの撮像用画素２０５を挟んで繰り返し配置されている。
【００９８】
上側瞳検出用画素２０３Ｕが並ぶＧｂチャンネルは、左側瞳検出用画素２０１Ｌが並ぶＧｒチャンネルの次の行に配置されており、右側瞳検出用画素２０２Ｒが並ぶＧｒチャンネルは、下側瞳検出用画素２０４Ｄが並ぶＧｂチャンネルの次の行に配置されている。
また、同一列には同じ種類の焦点検出用画素のみが７つの撮像用画素を挟んで繰り返し配置されている。
【００９９】
この配置においては、図示はしないが、第１円Ｃ１と第２円Ｃ２に囲まれた画素エリアには、３つ以上の焦点検出用画素が入る。よって、画質と焦点検出性能の関係をバランスよく保つことができる。
【０１００】
以上の実施例において、複数の画素は、撮像用画素と焦点検出用画素が稠密正方格子状に配列された例を示したが、稠密六方格子状に配列してもよい。
【０１０１】
色フィルタの配列としては、モザイク状に配列された例を示したが、ストライプ状に配列してもよい。
【０１０２】
ここで、本実施形態の撮像装置及びカメラの作用効果について説明する。
【０１０３】
本実施形態に係る撮像装置は、撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、複数の画素の各々に配置される複数の色フィルタと、を備え、複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が焦点検出用画素であることを特徴とする。
【０１０４】
（１）焦点検出用画素の配置が密になると、焦点検出性能は向上するが画質は劣化する。一方、（２）焦点検出用画素の配置が疎になると、焦点検出性能は劣化するが画質は向上する。
さらに、（３）画質について考えた場合、焦点検出用画素の信号は、撮像用画素の信号に対して画質が劣化しているため、画質を向上させるためには例えば周辺の撮像用画素信号を用いて画素補間を行う必要がある。この画素補間を行うには、焦点検出用画素の周囲にある一定の撮像用画素が必要となる。
本実施形態の撮像装置では、焦点検出用画素が上述の境界条件を満たすことにより、上記（１）、（２）、（３）の関係をバランスよく保つことができる。
【０１０５】
従来の撮像装置では、測距情報検出の為に主に次の２つの構成がある。
（ａ）光路切り替え手段なし
（ｂ）光路切り替え手段あり
（ａ）は、コンパクトカメラに代表され、光路切換え手段がない為、システム全体（特に厚さ方向）の小型化が可能である。（ｂ）は、一眼レフカメラに代表され、光路切り替え手段（クイックリターンミラーなど）がある為、システム全体が大きくなってしまう。
本実施形態の撮像装置の構成では、測距情報検出の為に光路切り替え手段が必要ない為、システム全体の小型化が可能である。
【０１０６】
焦点検出用画素は、測距用の信号が出力可能である。また、焦点検出用画素は、最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置されている為、以下の効果がある。
（ｉ）色フィルタを透過した光束を受光する為、画像用の信号出力も可能である。
（ｉｉ）その他の色フィルタに対して分光透過帯域が広い為、白色ベスト像面に対して像面のずれ量が少ない。
（ｉｉｉ）その他の色フィルタに対して分光透過帯域が広い為、光量が１番多く得られる。このため、測距及び画質に有利になる。
即ち、上述の効果により、画質の劣化が少なく焦点検出性能が良い撮像装置が実現できる。
【０１０７】
本実施形態に係る撮像装置は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出用画素以外の画素は、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、測距と画像のための信号とを出力し、撮像用画素は、画像のための信号を出力することが好ましい。
【０１０８】
また、本実施形態に係る撮像装置は、焦点検出用画素の各光電変換部が、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成され、瞳の異なる領域を複数有し、瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出することが好ましい。
但し、位相差とは２つの像信号の相対的な位置関係のことである。
【０１０９】
従来の撮像装置では、主に次の２つの測距方式がある。
（１）コントラスト方式
（２）位相差方式
（１）の方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価するいわゆる山登り方式をとるため合焦させるのに時間がかかる。（２）の方式では、合焦時間は短いが、専用のＡＦ光学系と光路切り替え手段が必要となりシステム全体が大きくなる。
これに対して、上述のように、焦点検出用画素の各光電変換部が、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成され、瞳の異なる領域を複数有し、瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出することにより、焦点検出性能のよい、合焦時間の短い撮像装置が実現できる。
【０１１０】
さらにまた、本実施形態に係る撮像装置は、瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることが好ましい。
【０１１１】
被写体の検出方向が２通りある為、１通りに比べて被写体に依存せず焦点検出性能が向上する。例えば、瞳の分割方向を左右と上下の２通りとすると、分割方向が左右だけの場合に比べて、被写体の横線方向も検出できることから、焦点検出性能が向上する。
【０１１２】
また、本実施形態に係る撮像装置は、複数の色フィルタの透過特性は、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有することが好ましい。
【０１１３】
また、本実施形態に係る撮像装置は、異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタをＢ（青）フィルタとし、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタをＲ（赤）フィルタとし、それ以外の透過特性を持つものをＧ（緑）フィルタとしたとき、最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタは、Ｇフィルタであることが好ましい。
【０１１４】
さらに、本実施形態に係る撮像装置は、焦点検出用画素の少なくとも１通りは、左右に瞳を分割する画素として構成され、左右に瞳を分割する画素は、同一列に配置されることが好ましい。
【０１１５】
従来の配置では、左側瞳検出用画素と右側瞳検出用画素とが同一列に配置されていないため、厳密には被写体の同一縦線を検出することはできない。しかし、本実施形態の撮像装置では、焦点検出用画素を離散的に配置することにより、左側瞳検出用画素と右側瞳検出用画素を同一列に配置することができる。このため、厳密に被写体の同一縦線を検出することが可能であり、焦点検出性能を向上させることができる（図１０参照）。
【０１１６】
図１０においては、左側瞳検出用画素１２１Ｌと右側瞳検出用画素１２２Ｒとが同一列に配置されているため、右側瞳検出用画素１２２Ｒと左側瞳検出用画素１２１Ｌ２とを同一行に配置した場合に比して、厳密に被写体の縦線方向の位相差を検出することが可能となり、位相差検出性能が向上する。一般的に、自然界の構造物としては横線方向よりも縦線方向の構造が多い。よって、横線方向の位相差より縦線方向の位相差を厳密に検出する構成が望ましい。
【０１１７】
また、本実施形態に係る撮像装置は、画素エリア内において、任意の焦点検出用画素の中心を通る列方向及び行方向に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【０１１８】
さらにまた、本実施形態に係る撮像装置は、任意の焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円内に、任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことが好ましい。
【０１１９】
また、本実施形態に係るカメラは、上述のいずれかの撮像装置と、撮像装置において光学像を結像する撮像光学系と、撮像光学系を通じて結像した像を撮像装置で撮像することによって得られた画像データを加工して像の形状を変化させた画像データとして出力する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明に係る撮像装置及びカメラは、画質の劣化が少なく、かつ、高い焦点検出性能が求められる撮像装置及びカメラに有用である。
【符号の説明】
【０１２１】
１１ デジタルスチルカメラ
１２ 交換レンズ
１３ カメラボディ
１６ レンズ駆動制御装置
１８ ズーミング用レンズ
１９ レンズ
２０ フォーカシング用レンズ
２１ 絞り
２２ 撮像素子
２４ ボディ駆動制御装置
２５ 液晶表示素子駆動回路
２６ 液晶表示素子
２７ 接眼レンズ
３１ ｐ形ウエル
３２α、３２β ｎ形領域
３３α、３３β 表面ｐ＋層
３５ カラーフィルタ
３６ マイクロレンズ
４１ 画素
４２、５２ マイクロレンズ
４４、５４ 遮光膜
４８、５８ 開口部
６１、６２、６３、６４ オンチップレンズ
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ 光軸
７０、８０ 画素
７１、８１ 屈折率分布レンズ
７２ カラーフィルタ
７６、８６ 受光素子
９０ 瞳面
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ 撮像素子
１１１Ｌ、１２１Ｌ、１３１Ｌ、１４１Ｌ、１５１Ｌ 左側瞳検出用画素
１１２Ｒ、１２２Ｒ、１３２Ｒ、１４２Ｒ、１５２Ｒ 右側瞳検出用画素
１１３Ｕ、１２３Ｕ、１３３Ｕ、１４３Ｕ、１５３Ｕ 上側瞳検出用画素
１１４Ｄ、１２４Ｄ、１３４Ｄ、１４４Ｄ、１５４Ｄ 下側瞳検出用画素
１１５、１２５、１３５、１４５、１５５ 撮像用画素
１６０、１７０、１８０、１９０、２００ 撮像素子
１６１Ｌ、１７１Ｌ、１８１Ｌ、１９１Ｌ、２０１Ｌ 左側瞳検出用画素
１６２Ｒ、１７２Ｒ、１８２Ｒ、１９２Ｒ、２０２Ｒ 右側瞳検出用画素
１６３Ｕ、１７３Ｕ、１８３Ｕ、１９３Ｕ、２０３Ｕ 上側瞳検出用画素
１６４Ｄ、１７４Ｄ、１８４Ｄ、１９４Ｄ、２０４Ｄ 下側瞳検出用画素
１６５、１７５、１８５、１９５、２０５ 撮像用画素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、
前記複数の画素の各々に配置される複数の色フィルタと、を備え、
前記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、
前記複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、前記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出用画素以外の画素は、前記画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
任意の前記焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が前記焦点検出用画素であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、前記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出用画素以外の画素は、前記画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、測距と画像のための信号とを出力し、
前記撮像用画素は、画像のための信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を複数有し、
前記瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、
前記瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、
に基づいて位相差を検出し、前記撮影レンズの焦点状態を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の色フィルタの透過特性は、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタをＢフィルタとし、
最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタをＲフィルタとし、
それ以外の透過特性を持つものをＧフィルタとしたとき、
前記最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタは、Ｇフィルタであることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記焦点検出用画素の少なくとも１通りは、左右に瞳を分割する画素として構成され、前記左右に瞳を分割する画素は、同一列に配置されることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記画素エリア内において、前記任意の焦点検出用画素の中心を通る列方向及び行方向に、前記任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記半径が画素ピッチの３．１倍の円内に、前記任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置において光学像を結像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１】
撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、
前記複数の画素の各々に配置される複数の色フィルタと、を備え、
前記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、
前記複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、前記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出用画素以外の画素は、前記画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
任意の前記焦点検出用画素の中心を基準とし、半径が画素ピッチの３．１倍の円と半径が画素ピッチの５．９倍の円により囲まれた画素エリアのうち、少なくとも３つ以上の画素が前記焦点検出用画素であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタが配置される画素のうち少なくとも一部が、前記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出用画素以外の画素は、前記画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、測距と画像のための信号とを出力し、
前記撮像用画素は、画像のための信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を複数有し、
前記瞳の異なる領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、
前記瞳の異なる領域のもう１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、
に基づいて位相差を検出し、前記撮影レンズの焦点状態を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の色フィルタの透過特性は、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタをＢフィルタとし、
最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタをＲフィルタとし、
それ以外の透過特性を持つものをＧフィルタとしたとき、
前記最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタは、Ｇフィルタであることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記焦点検出用画素の少なくとも１通りは、左右に瞳を分割する画素として構成され、前記左右に瞳を分割する画素は、同一列に配置されることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記画素エリア内において、前記任意の焦点検出用画素の中心を通る列方向及び行方向に、前記任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記半径が画素ピッチの３．１倍の円内に、前記任意の焦点検出用画素以外の焦点検出用画素が配置されていないことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置において光学像を結像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１９７０８０（Ｐ２０１１−１９７０８０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０８５０（Ｐ２０１０−６０８５０）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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