JP2007317951A - 光検出素子および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの画素に１色のマイクロレンズを配置した撮像素子では、画素と異なる色のデータは周囲画素から補間して求めていたため、瞳分割型位相差焦点調節などに使用する場合の画像品質が劣る問題があり、これを解決するための光検出素子および撮像装置を提供する。
【解決手段】一つのマイクロレンズ１０に対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部１２〜１５を備えた第１画素３１１〜３１４を複数個、規則的に配置する。これにより、補間の必要がなくなるか、あるいは補間を必要とする色数が減少し、撮影画像の品質が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は光検出素子および撮像装置に関する。

一対の光電変換部と、この一対の光電変換部に共通に設置されたマイクロレンズとを有する画素を複数個、２次元状に配置した撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この撮像素子では、一つの画素の中の一対の光電変換部は同じ分光感度特性（緑または青または赤）を有しており、緑画素、青画素、赤画素がベイヤー配列されている。そして、マイクロレンズにより一対の光電変換部を、撮像素子上に像を形成している撮像光学系の瞳に投影して射出瞳を分割し、複数の画素から得られる一対の光電変換部のデータ列のズレ量を検出することによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で撮像光学系の焦点調節状態を検出している。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２００１−０８３４０７号公報

ところで、上述した従来の撮像素子では、緑画素、青画素、赤画素がベイヤー配列に配置されているため、画素の光電変換部が持っている分光感度特性と異なる分光感度特性の画素の出力データを得るためには、周囲の画素の出力データから補間して求める必要がある。例えば緑画素の場合には、周囲の青画素の出力データに基づいて緑画素位置での青画素の出力データを補間するとともに、周囲の赤画素の出力データに基づいて緑画素位置での赤画素の出力データを補間する。
しかしながら、補間により求めた画素データは誤差を有するため、画像品質が低下してしまうという問題がある。

（１） 請求項１の発明は、一つのマイクロレンズに対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部を備えた第１画素を複数個、規則的に配置した光検出素子である。
（２） 請求項２の光検出素子は、一つのマイクロレンズに対して一つの光電変換部を有する第２画素を、第１画素の周りに複数個、配置したものである。
（３） 請求項３の光検出素子は、第１画素を二次元状に配置したものである。
（４） 請求項４の光検出素子は、第１画素のマイクロレンズによって、第１画素の複数の光電変換部の像をマイクロレンズから所定距離前方の面に投影する。
（５） 請求項５の光検出素子は、第１画素の複数の光電変換部を、第１画素のマイクロレンズによる投影中心に対する円周上に配置したものである。
（６） 請求項６の光検出素子は、第１画素の複数の光電変換部の境界を、第１画素のマイクロレンズによる投影中心から放射線状に設定したものである。
（７） 請求項７の光検出素子は、第１画素の複数の光電変換部の形状が同一で、配置が異なる複数種類の第１画素を配列したものである。
（８） 請求項８の光検出素子は、分光感度特性の組み合わせが異なる複数種類の第１画素を規則的に配置したものである。
（９） 請求項９の光検出素子は、第１画素を第２画素よりも大きくしたものである。

本発明によれば、所望の色の画素出力を補間により求める必要がなくなるか、あるいは補間処理を必要とする色数を低減することができ、画像品質を向上させることができる。

本願発明を撮像装置としてのディジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態のディジタルスチルカメラの構成を示す図である。一実施の形態のディジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３とから構成され、交換レンズ２０２はカメラボディ２０３のマウント部２０４に装着される。

交換レンズ２０２はレンズ２０５〜２０７、絞り２０８、レンズ駆動制御装置２０９などを備えている。なお、レンズ２０６はズーミング用、レンズ２０７はフォーカシング用である。レンズ駆動制御装置２０９はＣＰＵとその周辺部品を備え、フォーカシング用レンズ２０７と絞り２０８の駆動制御、ズーミング用レンズ２０６、フォーカシング用レンズ２０７および絞り２０８の位置検出、カメラボディ２０３の制御装置との通信によるレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。

一方、カメラボディ２０３は撮像素子２１１、カメラ駆動制御装置２１２、メモリカード２１３、ＬＣＤドライバー２１４、ＬＣＤ２１５、接眼レンズ２１６などを備えている。撮像素子２１１は交換レンズ２０２の予定結像面（予定焦点面）に配置され、交換レンズ２０２により結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子２１１には画素（詳細後述）が二次元状に配置されている。

カメラ駆動制御装置２１２はＣＰＵとメモリなどの周辺部品を備え、撮像素子２１１の駆動制御、撮像画像の処理、交換レンズ２０２の焦点検出および焦点調節、絞り２０８の制御、ＬＣＤ２１５の表示制御、レンズ駆動制御装置２０９との通信、カメラ全体のシーケンス制御などを行う。なお、カメラ駆動制御装置２１２は、マウント部２０４に設けられた電気接点２１７を介してレンズ駆動制御装置２０９と通信を行う。

メモリカード２１３は撮像画像を記憶する画像ストレージである。ＬＣＤ２１５は液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）の表示器として用いられ、撮影者は接眼レンズ２１６を介してＬＣＤ２１５に表示された撮像画像を視認することができる。なお、カメラボディ２０３にはシャッターボタンや焦点検出位置選択スイッチなど、
各種の操作部材（不図示）が設けられており、これらの操作部材の操作信号はカメラ駆動制御装置２１２へ送られ、操作信号に応じて撮像動作や焦点検出位置の設定動作が行われる。

交換レンズ２０２を通過して撮像素子２１１上に結像された被写体像は撮像素子２１１により光電変換され、画像出力がカメラ駆動制御装置２１２へ送られる。カメラ駆動制御装置２１２は、画素の出力に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０９へ送る。また、カメラ駆動制御装置２１２は、画素の出力に基づいて生成した画像信号をＬＣＤドライバー２１４へ送り、ＬＣＤ２１５に表示するとともに、メモリカード２１３に記憶する。

レンズ駆動制御装置２０９は、ズーミングレンズ２０６、フォーカシングレンズ２０７および絞り２０８の位置を検出し、検出位置に基づいてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルから検出位置に応じたレンズ情報を選択し、カメラ駆動制御装置２１２へ送る。また、レンズ駆動制御装置２０９は、カメラ駆動制御装置２１２から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を演算し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０７を駆動制御する。

図２は一実施の形態の撮像素子２１１の画素を示す正面図である。また、図３は一実施の形態の撮像素子２１１の部分拡大図、図４は一実施の形態の撮像素子２１１の画素の配置図である。図２において、画素３１１はマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１２，１３を備えている。各光電変換部１２，１３は半円形状をしており、マイクロレンズ１０の中心を通る直線に対して対称に配置される。一方の光電変換部１２には緑色のフィルタ（Ｇ）が設置され、他方の光電変換部１３には赤色のフィルタ（Ｒ）が設置されている。図３に示す画素３１２も、上述した画素３１１と同様にマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１２，１３を備えているが、光電変換部１２，１３の配置が画素３１１の配置と逆になっている。

また、図３に示す画素３１３も画素３１１と同様な構造となっており、マイクロレンズ１０と一対の光電変換部１４，１５を備えている。そして、各光電変換部１４，１５は半円形状をしており、マイクロレンズ１０の中心を通る直線に対して対称に配置される。一方の光電変換部１４には緑色のフィルタ（Ｇ）が設置され、他方の光電変換部１５には青色のフィルタ（Ｂ）が設置されている。図３に示す画素３１４も、画素３１３と同様にマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１４，１５を備えているが、光電変換部１４，１５の配置が画素３１３の配置と逆になっている。図５に、緑色フィルタ（Ｇ）、赤色フィルタ（Ｒ）、青色フィルタ（Ｂ）の分光透過特性を示す。各画素の分光感度特性は、これらのフィルターの分光透過特性に応じた特性となる。

図３および図４に示すように、画素３１１と３１２は交互に、一対の光電変換部１２，１３の並び方向に配置されている。また、画素３１３と３１４は交互に、一対の光電変換部１４，１５の並び方向に配置されている。図４に示す撮像素子２１１は、図３に示す画素配列で二次元状に画素を配置したものである。

図６は画素３１１の断面図である。画素３１１において、光電変換部１２，１３の前方に、これらの一対の光電変換部１２と１３に対して共通のマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１２，１３が前方に投影される。マイクロレンズと光電変換部１２，１３との間には、緑色フィルター２２と赤色フィルター２３とが配置される。半導体イメージセンサーの製造工程において、半導体回路基板２９上に光電変換部１２，１３が形成され、さらに光電変換部１２，１３の上に色フィルタ２２，２３とマイクロレンズ１０がより一体的かつ固定的に形成される。なお、他の画素３１２、３１３および３１４の構造も、色フィルターの配置が異なる以外は図６に示す画素３１１の構造と同様であり、図示と説明を省略する。

次に、図７により瞳分割方式による焦点検出方法を説明する。図７において、交換レンズ２０２の光軸９１上に配置される画素のマイクロレンズ５０と、そのマイクロレンズ５０の後方に配置される一対の光電変換部５２，５３、および交換レンズ２０２の光軸９１外に配置される画素のマイクロレンズ６０と、そのマイクロレンズ６０の後方に配置される一対の光電変換部６２，６３を例にあげて説明する。交換レンズ２０２の予定結像面に配置したマイクロレンズ５０、６０の前方の距離ｄ４の位置に、交換レンズ２０２の射出瞳９０を設定する。ここで、距離ｄ４は、マイクロレンズ５０、６０の曲率、屈折率、マイクロレンズ５０、６０と光電変換部５２，５３、６２，６３との間の距離などに応じて決まる値であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。

マイクロレンズ５０、６０は交換レンズ２０２の予定結像面に配置されており、光軸９１上のマイクロレンズ５０によって一対の光電変換部５２，５３の形状がマイクロレンズ５０から投影距離ｄ４だけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。一方、光軸９１外のマイクロレンズ６０によって一対の光電変換部６２，６３の形状が投影距離ｄ４だけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。すなわち、投影距離ｄ４にある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２，９３）が一致するように、各画素の投影方向が決定される。なお、画素の配列方向は一対の測距瞳９２，９３の並び方向と一致させる。

光電変換部５２は、測距瞳９２を通過しマイクロレンズ５０へ向う焦点検出光束７２によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部５３は、測距瞳９３を通過しマイクロレンズ５０へ向う焦点検出光束７３によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部６２は、測距瞳９２を通過しマイクロレンズ６０へ向う焦点検出光束８２によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部６３は、測距瞳９３を通過しマイクロレンズ６０へ向う焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

このような画素を直線状に多数配列し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２と測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳９２と９３を各々通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報を得ることができる。さらに、この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割方式で一対の像の像ズレ量を検出することができる。そして、この像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）を算出することができる。

なお、図７では、光軸９１上にある画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２，５３）と隣接する画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２，６３）を模式的に例示したが、その他の画素においても同様に、一対の光電変換部がそれぞれ一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。

この一実施の形態の撮像素子２１１は、各画素が異なる分光感度特性を有する一対の光電変換部から構成されているので、一本の画素列からは色ごとに（分光感度特性ごとに）一対の像の強度分布に関する情報が得られ、その結果、色ごとにデフォーカス量が算出される。例えば、図４に示す画素３１１と３１２からなる画素列からは、緑色に対するデフォーカス量と赤色に対するデフォーカス量が得られ、画素３１３と３１４からなる画素列からは、緑色に対するデフォーカス量と青色に対するデフォーカス量が得られる。

図８は射出瞳面における投影関係を示す正面図である。各画素から一対の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した測距瞳９２，９３の外接円は、結像面から見た場合に所定の開口Ｆ値（以下、測距瞳Ｆ値という）となる。画素の出力は画像データとしても用いるために、測距瞳Ｆ値は一番明るいレンズのＦ値をカバーするように設定される。

図９は、一実施の形態のディジタルスチルカメラ（撮像装置）の撮像動作を示すフローチャートである。ステップ１００でカメラに電源が投入されると、カメラ駆動制御装置２１２はこの撮像動作を開始する。ステップ１１０において撮像素子２１１の画素データを読み出し、電子ビューファインダーのＬＣＤ２１５に表示させる。ステップ１２０で焦点検出位置に対応する画素列の一対の像データに基づいて後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量に換算する。なお、焦点検出位置は焦点検出位置選択スイッチ（不図示）により撮影者が選択した位置である。

ステップ１３０で合焦近傍か否か、すなわち算出したデフォーカス量の絶対値が所定値以内か否かを調べる。合焦近傍にないと判定された場合はステップ１４０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０９へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ用レンズ２０７を合焦位置に駆動させた後、ステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップへ分岐し、レンズ駆動制御装置２０９へスキャン駆動指令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２０７を無限から至近の間でスキャン駆動させた後、ステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。合焦近傍であると判定された場合はステップ１５０へ進み、シャッターボタン（不図示）が操作されてシャッターレリーズがなされたか否かを確認し、シャッターレリーズがなされていない場合はステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

シャッターレリーズがなされた場合はステップ１６０へ進み、レンズ駆動制御装置２０９へ絞り調整指令を送信し、交換レンズ２０２の絞り２０８に制御Ｆ値（撮影者による手動設定値またはカメラによる自動設定値）を設定する。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１１に撮像動作を行わせ、撮像素子２１１の全画素からデータを読み出す。そして、各画素において、各画素の光電変換部によって検出できない色に関するデータを、その画素の周囲に存在する当該色を検出できる複数の画素のデータから補間して求める。ステップ１７０で全画素の画像データ（各画素のデータは緑データ、赤データ、青データから構成される）をメモリーカード２１３に保存し、ステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

次に、図９のステップ１２０で実行される焦点検出動作について説明する。図１０に焦点検出に用いる画素データの分類を示す。緑の光電変換部と赤の光電変換部を有する画素の画素列からは、緑色に関する一対の像に関するデータ（Ｇ１系列データ、ｇ１系列データ）と、赤色に関する一対の像に関するデータ（Ｒ１系列データ、ｒ１系列データ）を抽出する。また、緑の光電変換部と青の光電変換部を有する画素の画素列からは、緑色に関する一対の像に関するデータ（Ｇ２系列データ、ｇ２系列データ）と、青色に関する一対の像に関するデータ（Ｂ１系列データ、ｂ１系列データ）を抽出する。そして、（Ｇ１系列データ、ｇ１系列データ）、（Ｒ１系列データ、ｒ１系列データ）、（Ｇ２系列データ、ｇ２系列データ）、（Ｂ１系列データ、ｂ１系列データ）の組み合わせで像ズレ検出を行う。なお、図１１に示すように、各画素の光電変換部のデータを（Ｇ１１、Ｇ１２・・・）と規定する。

一対のデータ列を（Ｅ１〜ＥＬ）、（Ｆ１〜ＦＬ）と一般化して表現した場合、データ列（Ｅ１〜ＥＬ）に対しデータ列（Ｆ１〜ＦＬ）を相対的にずらしながら、下記（１）式により２つのデータ列間のずらし量ｋにおける相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ(ｋ)＝Σ｜Ｅn−Ｆn+k｜ ・・・（１）
（１）式において、Σ演算においてｎのとる範囲はずらし量ｋに応じてＥn、Ｆn+kのデータが存在する範囲に限定される。また、ずらし量ｋは整数であり、一対のデータの検出ピッチを単位とした相対的シフト量である。

（１）式の演算結果は、図１２(ａ)に示すように、一対のデータ列の相関が高いシフト量（図１２(ａ)ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が最小（小さいほど相関度が高い）になる。次の（２）式〜（５）式による３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する最小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ ・・・（２），
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜ ・・・（３），
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋj+1)｝／２ ・・・（４），
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj+1)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj)｝ ・・・（５）
（２）式で求めたシフト量ｘより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを下記（６）式で求めることができる。
ＤＥＦ＝ＫＸ・ＰＹ・ｘ ・・・（６）
（６）式において、ＰＹは検出ピッチであり、ＫＸは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。

図１１に示すような画素配置の場合は、検出ピッチは画素サイズの２倍である。また、一対のデータ列がぴったり合致した場合（ｘ＝０）は、実際にはデータ列が検出ピッチの半分だけずれた状態となるので、（２）式で求めたシフト量は半ピッチ分だけ補正されて（６）式に適用される。さらに、一対の測距瞳の重心の開き角の大きさは交換レンズの絞り開口の大きさ（開放絞り値）に応じて変化するので、レンズ情報に応じて決定される。

算出されたデフォーカス量ＤＥＦの信頼性があるかどうかは、次のようにして判定される。図１２(ｂ)に示すように、一対のデータ列の相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値Ｃ(ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(ｘ)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、Ｃ(ｘ)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ(ｘ)を除した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。さらにまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと判定する。

図１２(ｃ)に示すように、一対のデータ列の相関度が低く、所定のシフト範囲ｋmin〜ｋmaxの間で相関量Ｃ(ｋ)の落ち込みがない場合は、最小値Ｃ(ｘ)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。焦点検出が可能であった場合は、算出された像ズレ量に所定の変換係数を乗じてデフォーカス量を算出する。

なお、図１１に示すような画素配置の場合、１つの画素列に対して２つの色に対するデフォーカス量が算出される。最終的に１つのデフォーカス量を決定する手法としては次のような方法がある。（１）２つのデフォーカス量の平均にする。（２）一方の色のデフォーカス量を優先する。例えば比視感度の高い緑のデフォーカス量を優先する。（３）データの平均値が高い色のデフォーカス量を選択することによって、ＳＮが高く高精度な焦点検出ができる。（４）上述した信頼性判定に基づいてより信頼性が高いデフォーカス量を選択する。なお、１つの焦点検出位置に対して１列の画素列データを用いるという限定はなく、１つの焦点検出位置に対して近接する複数の画素列データを用いるようにしてもよい。

次に、図９のステップ１７０の動作を詳細に説明する。図１１に示すような画素配置の場合、例えば緑の光電変換部（データＧ３２）と赤の光電変換部（データＲ３２）を備える画素の青に関するデータＢ３２は次式で求められる。
Ｂ３２＝（Ｂ２２＋Ｂ４２）／２ ・・・（７）
また、例えば緑の光電変換部（データＧ４２）と青の光電変換部（データＢ４２）を備える画素の赤に関するデータＲ４２は次式で求められる。
Ｒ４２＝（Ｒ３２＋Ｒ５２）／２ ・・・（８）

このように、一つのマイクロレンズに対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部を備えた第１画素３１１〜３１４を複数個、規則的に配置するようにしたので、所望の色の画素出力を補間により求める必要がなくなるか、あるいは補間処理を必要とする色数を低減することができ、画像品質を向上させることができる。

また、一つのマイクロレンズに対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部を備えた第１画素３１１〜３１４を複数個、二次元状に配置することによって、第１画素３１１〜３１４の出力を焦点検出に用いて撮影画面内の任意の位置で焦点検出を行うとともに、第１画素３１１〜３１４の出力を撮像用に用いて撮像を行うことができる。

《一実施の形態の変形例》
図１に示すディジタルスチルカメラ２０１に用いた撮像素子２１１は、一対の光電変換部を有する画素が撮像素子全面に配列されたものであるが、１つのマイクロレンズに対して１つの光電変換部を備える通常の撮像画素を撮像素子全面に配列し、その配列の一部の領域（固定された焦点検出位置）に１つのマイクロレンズに対して一対の光電変換部を有する焦点検出画素を配置する構成の撮像素子としてもよい。

図１３は撮像素子２１１上の焦点検出位置を示す図である。撮像素子２１１上の５箇所に焦点検出を行うための領域１０１〜１０５が配置されている。長方形で示す領域１０１〜１０５の長手方向に焦点検出画素が直線的に配列される。例えば図１４に示すように、領域１０１に焦点検出画素３１６を一列に配置し、その周囲を撮像画素３１０で取り囲む。また、図１５に示すように、領域１０１に焦点検出画素３１６を複数列配置するようにしてもよい。

撮像画素３１０は、図１６に示すようにマイクロレンズ１０、光電変換部１１、不図示の色フィルターから構成される。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図５に示すものとなっている。そして、各色フィルターを備えた撮像画素がベイヤー配列されている。撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０により明るい交換レンズの射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。

このように、一つのマイクロレンズに対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部を備えた第１画素３１６を複数個、規則的に配置するとともに、一つのマイクロレンズに対して一つの光電変換部を有する第２画素３１０を、前記第１画素３１６の周りに複数個、配置するようにしたので、焦点検出領域に配置された複数の第１画素３１６の出力に基づいて焦点検出を行うとともに、当該焦点検出領域の複数の第１画素３１６の出力を撮像用として用いるときに、所望の色の画素出力を補間により求める必要がなくなるか、あるいは補間処理を必要とする色数を低減することができ、当該焦点検出領域における画像品質を向上させることができる。

図１７は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０において、光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１が前方に投影される。マイクロレンズ１０と光電変換部１１の間には赤または緑または青の色フィルター２１が配置される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上に色フィルター２１およびマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。

図１に示すディジタルスチルカメラ２０１の撮像素子２１１においては、図３に示すように一対の半円形の光電変換部を有する画素を２次元状に配置しているが、図１８に示すように光電変換部の形状を長方形にすることもできる。このようにすれば光電変換部の外形が直線状になるので、半導体の回路構成や配線のレイアウトが容易になる。

図１８において、画素３１１の各光電変換部１２，１３は長方形状をなし、マイクロレンズ１０の中心を通る直線に対して対称に配置される。画素３１２も画素３１１と同様な構造となっており、光電変換部１２，１３の配置が画素３１１の逆になっている。画素３１３も画素３１１と同様な構造となっており、一対の光電変換部１４，１５の組み合わせは画素３１１と異なっている。各光電変換部１４，１５は長方形状をなし、マイクロレンズ１０の中心を通る直線に対して対称に配置される。画素３１４も画素３１３と同様な構造となっており、光電変換部１４，１５の配置が画素３１３の逆になっている。

図１８に示すように、画素３１１と画素３１２は交互に、一対の光電変換部の並び方向に配置される。また、画素３１３と画素３１４は交互に、一対の光電変換部の並び方向に配置される。さらに、画素３１１と画素３１２からなる行（列）と、画素３１３と画素３１４からなる行（列）は交互に配置される。撮像素子は図１８に示す画素配列を２次元状にに広く展開しで構成される。

図１９は、図１８に示す画素３１１と画素３１２を時計回り方向に４５度回転した画素３２１と画素３２２と、図１８に示す画素３１３と画素３１４を反時計回り方向に４５度回転した画素３２３と画素３２４とを配置した撮像素子の配列を示す。画素３２１と画素３２２は右４５度上がり方向にそれぞれの画素が配列され、画素３２１からなる列と画素３２２からなる列は交互に配列されている。また、画素３２３と画素３２４は左４５度上がり方向にそれぞれの画素が配列され、画素３２３からなる列と画素３２４からなる列は交互に配列されている。

このような配列によれば、光電変換部に対応する測距瞳の組み合わせによって、複数の方向で像ズレ検出（焦点検出）が可能である。例えば、水平方向に並ぶ画素から同じ色の光電変換部の測距瞳を組み合わせると、図２０(ａ)または(ｂ)に示すようになる。図２０(ａ)において、測距瞳９３１と測距瞳９２１は射出瞳の垂直２等分線９４１に対して、その重心の水平方向の位置が異なっている。すなわち、測距瞳９３１を通過する光束により水平方向に形成された像と測距瞳９２１を通過する光束により水平方向に形成された像はデフォーカスに応じて相対的なズレを生ずる。この像ズレ量を検出することによって水平方向の焦点検出が可能になる。また、図２０(ｂ)において、測距瞳９３２と測距瞳９２２は射出瞳の垂直２等分線９４１に対して、その重心の水平方向の位置が異なっているので、同様にして水平方向の焦点検出が可能になる。

さらに、垂直方向に並ぶ画素から同じ色の光電変換部の測距瞳を組み合わせると、図２１(ａ)または(ｂ)のようになる。図２１(ａ)において、測距瞳９３１と測距瞳９３２は射出瞳の水平２等分線９４２に対して、その重心の垂直方向の位置が異なっている。すなわち、測距瞳９３１を通過する光束により垂直方向に形成された像と測距瞳９３２を通過する光束によって垂直方向に形成された像は、デフォーカスに応じて相対的なズレを生ずる。この像ズレ量を検出することによって垂直方向の焦点検出が可能になる。さらに、図２１(ｂ)において、測距瞳９２１と測距瞳９２２は射出瞳の垂直２等分線９４２に対して、その重心の垂直方向の位置が異なっているので、同様にして垂直方向の焦点検出が可能になる。

左上がり４５度方向に並ぶ画素から同じ色の光電変換部の測距瞳を組み合わせると、図２２に示すようになる。図２２において、測距瞳９３１と測距瞳９２２は射出瞳の右上がり４５度の２等分線９４３に対して、その重心の左上がり４５度方向の位置が異なっている。すなわち、測距瞳９３１を通過する光束により左上がり４５度方向に形成された像と測距瞳９２２を通過する光束により左上がり４５度方向に形成された像は、デフォーカスに応じて相対的なズレを生ずる。この像ズレ量を検出することによって、左上がり４５度方向の焦点検出が可能になる。

また、右上がり４５度方向に並ぶ画素から同じ色の光電変換部の測距瞳を組み合わせると、図２３のようになる。図２３において、測距瞳９３２と測距瞳９２１は射出瞳の左上がり４５度の２等分線９４４に対して、その重心の右上がり４５度方向の位置が異なっている。すなわち、測距瞳９３２を通過する光束により右上がり４５度方向に形成された像と測距瞳９２１を通過する光束により右上がり４５度方向に形成された像はデフォーカスに応じて相対的なズレを生ずる。この像ズレ量を検出することによって、右上がり４５度方向の焦点検出が可能になる。したがって、図１９に示すような配列においては縦方向、横方向、斜め方向で緑色、赤色、青色に関する焦点検出が可能となる。

図２４に示すように画素３１５の光電変換部の形状を頂角９０度の扇形にし、扇形の形状の光電変換部をマイクロレンズ１０の中心を通る軸を中心に９０度ずつ回転し、４つの扇形の光電変換部１６，１７，１８，１９として配置することもできる。光電変換部１７，１９には緑の色フィルター（Ｇ）、光電変換部１６には赤の色フィルター（Ｒ）、光電変換部１８には青の色フィルター（Ｂ）が付けられる。

このように、一つのマイクロレンズに対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部を備えた第１画素３１５の複数の光電変換部１６〜１９を、第１画素３１５のマイクロレンズによる投影中心に対する円周上に配置し、第１画素３１５の複数の光電変換部１６〜１９の境界を、第１画素３１５のマイクロレンズ１０による投影中心から放射線状に設定するようにしたので、交換レンズ２０２の絞り２０８を絞り込んだときに複数の光電変換部１６〜１９が均等に遮光され、それらの出力に基づいて正確な焦点検出結果と高品質の画像を得ることができる。

図２５に示すように、各光電変換部１６〜１９をマイクロレンズにより射出瞳面９０に投影した場合、測距瞳９６〜９９となり、これにより瞳分割が達成される。測距瞳９６〜９９は射出瞳の垂直２等分線および水平２等分線によって４分割されており、測距瞳９７，９８または測距瞳９６，９９の組み合わせによって垂直方向の像ずれ検出（焦点検出）が可能になる。また、測距瞳９８，９９または測距瞳９６，９７の組み合わせによって水平方向の像ずれ検出（焦点検出）が可能になる。さらに、測距瞳９７，９９の組み合わせによって右上がり４５度方向の像ずれ検出（焦点検出）が可能になる。さらにまた、測距瞳９６，９８の組み合わせによって左上がり４５度方向の像ずれ検出（焦点検出）が可能になる。

図２６に示す撮像素子では、図２４に示した画素３１５の光電変換部１６〜１９を時計回りに９０度回転した光電変換部を有する画素を画素３１６とし、これを水平方向に交互に配列した画素行と、該配列を水平方向に１画素シフトした画素行を垂直方向に交互に配置している。このような配置においては、各色各方向において測距瞳の分割が達成できるので、垂直方向、水平方向、右上がり４５度方向、左上がり４５度方向について赤色、緑色、青色で焦点検出が可能になる。さらに、各画素が緑色、赤色、青色の光電変換部を備えているので画像データの補間が不要となり、画像品質が向上する。

図２６に示す撮像素子では撮像素子全体を画素３１５と３１６で構成する例を示したがが、図２７に示すように通常の撮像画素３１０の配列の一部の領域（固定された焦点検出位置）に焦点検出に用いる画素３１５，３１６を配置する構成の撮像素子を用いることもできる。

焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６は１つの画素中に４つの光電変換部を備えるため、撮像画素３１０と同じサイズにすると各光電変換部の受光量が減少してＳＮ比が悪化する。これを防止するために、図２８に示すように、焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６の画素サイズを縦横２倍した焦点検出画素３１７と焦点検出画素３１８を、図２６の焦点検出画素３１５と焦点検出画素３１６に置換した撮像素子を用いてもよい。このようにすれば、焦点検出画素３１７と焦点検出画素３１８の各光電変換部の面積が撮像素子３１０の光電変換部の面積と同等になるので、ＳＮ比の低下を防ぎ画像品質を維持することができる。

図２９は、図２４に示す画素３１５の光電変換部の形状を扇形から矩形に変更した画素３２５と、画素３２５の光電変換部の配置を画素中心に時計回りに９０度回転した光電変換部の配置を備える画素３２６とを交互（市松模様状）に配列した撮像素子の画素配列レイアウトである。

図３０は、図２９に示す画素レイアウトにおける赤色の光電変換部の位置とそのデータ（Ｒ１１、Ｒ１２・・・）を模式的に表した図である。例えば、水平方向の赤色の像ズレ検出はデータＲ１１、Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４・・・を用いて行うことができる。また、垂直方向の赤色の像ズレ検出はデータＲ１１、Ｒ２１，Ｒ３１，Ｒ４１・・・を用いて行うことができる。さらに、左上がり４５度方向の赤色の像ズレ検出はデータＲ１１、Ｒ２２，Ｒ３３，Ｒ４４・・・を用いて行うことができる。さらにまた、右上がり４５度方向の赤色の像ズレ検出はデータＲ１１、Ｒ２２，Ｒ３３，Ｒ４４・・・を用いて行うことができる。同様に、青色においても垂直、水平、斜め４５度方向の焦点検出が可能である。

図３１は、図２９に示す画素レイアウトにおける緑色の光電変換部の位置とそのデータ（Ｇ１１、Ｇ１２・・・）（ｇ１１、ｇ１２・・・）を模式的に表した図である。例えば、水平方向の緑色の像ズレ検出はデータＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４・・・、またはｇ１１，ｇ１２，ｇ１３，ｇ１４・・・を用いて行うことができる。また、垂直方向の緑色の像ズレ検出はデータＧ１１，Ｇ２１，Ｇ３１，Ｇ４１・・・、またはｇ１１，ｇ２１，ｇ３１，ｇ４１・・・を用いて行うことができる。さらに、左上がり４５度方向の緑色の像ズレ検出はデータｇ１２，Ｇ１２，Ｇ２３，ｇ２３，ｇ３４，Ｇ３４・・・を用いて行うことができる。さらにまた、右上がり４５度方向の緑色の像ズレ検出はデータｇ１３，Ｇ１３，Ｇ２２，ｇ２２，ｇ３１，Ｇ３１・・・を用いて行うことができる。

図３２は、図２９に示す画素レイアウトにおける画素３２５の赤の光電変換部と下側の緑の光電変換部の配置を入れ替えた画素３３５、および画素３３５の赤の光電変換部と青の光電変換部の配置を入れ替えた画素３３６、および画素３３５と画素３３６の光電変換部の配置を上下入れ替えた画素３３７と画素３３８を配置した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配列であっても、図２９に示す画素レイアウトと同様に赤色、緑色、青色に関して垂直、水平、斜め４５度方向の焦点検出が可能である。

図３３は、図３２に示す画素レイアウトに置ける画素３３５と３３７の光電変換部の配置を時計方向に４５度回転した光電変換部の配置を有する画素３４５と３４７、および画素３３６と３３８の光電変換部の配置を反時計方向に４５度回転した光電変換部の配置を有する画素３４６と３４８を配置した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配列であっても、図３２に示す画素レイアウトと同様に赤色、緑色、青色に関して垂直、水平、斜め４５度方向の焦点検出が可能である。

図３４は、図２９に示す画素レイアウトに置ける画素３２５の光電変換部の配置を時計方向に４５度、１３５度、２２５度、３１５度回転した光電変換部の配置を有する画素３５５、画素３５６、画素３５７、画素３５８を配置した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配列であっても、図２９に示す画素レイアウトと同様に赤色、緑色、青色に関して垂直、水平、斜め４５度方向の焦点検出が可能である。

図３５は、図３４に示す画素レイアウトに置ける画素３５５を配列した行と画素３５７を配列した行と交互に垂直方向に配列した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配列では、緑色に関して水平方向の焦点検出が可能であるとともに、緑色、青色に関して垂直方向の焦点検出が可能である。

図３６に示すように、画素４１５の光電変換部の形状を頂角６０度の扇形にし、扇形の形状の光電変換部をマイクロレンズ１０の中心を通る軸を中心に６０度ずつ回転し、６つの扇形の光電変換部４１，４２，４３，４４，４５，４６としてマイクロレンズ項軸を中心とした円周方向に対称的に配置することもできる。光電変換部４２、４５が対をなすとともに緑の色フィルター（Ｇ）が設けられる。また、光電変換部４１，４４が対をなすとともに赤の色フィルター（Ｒ）が設けられる。さらに、光電変換部４３，４６が対をなすとともに青の色フィルター（Ｂ）が設けられる。

画素４１５を稠密に配置した撮像素子においては、緑色に関する水平方向の焦点検出が可能になり、赤色に関する右上がり６０度方向の焦点検出が可能になり、青色に関する左上がり６０度方向の焦点検出が可能となる。

図３７は、上記画素４１５の光電変換部の形状を扇形から正三角形に変更した光電変換部を有する画素４２５を稠密に配置した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配置においても、緑色に関する水平方向の焦点検出が可能になり、赤色に関する右上がり６０度方向の焦点検出が可能になり、青色に関する左上がり６０度方向の焦点検出が可能となる。

図３８は、上記画素４２５の６つの光電変換部において同色のフィルタを有する光電変換部を隣り合わせて配置した光電変換部の配置を有する画素４３５を稠密に配置した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配置においては、緑色に関する水平方向の焦点検出が可能になり、赤色に関する左上がり６０度方向の焦点検出が可能になり、青色に関する右上がり６０度方向の焦点検出が可能となる。

図３９は、上記画素４３５の隣接した同色のフィルタを有する光電変換部を１つの光電変換部のまとめることにより３つの光電変換部とし、該光電変換部をマイクロレンズ１０の中心を通る軸を中心に３０度、１５０度、２７０度ずつ回転した光電変換部の配置を持つ３つの画素４４５、画素４４５、画素４４７を六方稠密に配置した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配置においては、赤色、緑色、青色に関して垂直、水平、斜め４５度方向の焦点検出が可能である。

図４０は、上記画素４４７と、画素４４７の光電変換部の配置をマイクロレンズの垂直二等分線に対して線対称に変換した画素４４８とを交互に水平方向に配列した画素行と、画素４４７の光電変換部の配置をマイクロレンズの水へ二等分線に対して線対称に変換した画素４４９と、画素４４９の光電変換部の配置をマイクロレンズの垂直二等分線に対して線対称に変換した画素４５０とを交互に水平方向に配列した画素行とを交互に垂直方向に配列した撮像素子の画素配列レイアウトである。このような画素配置においても、赤色、緑色、青色に関して垂直、水平、斜め４５度方向の焦点検出が可能である。

以上説明した光電変換部の形状、光電変換部の配置、画素の配列は上述した一実施の形態とその変形例に限定されず、他にも多くの変形例の撮像素子を構成することができる。要は、１つの画素中に少なくとも２つの分光感度特性の異なる光電変換部を配置した画素と、該画素と同じ少なくとも２つの分光感度特性の異なる光電変換部を持つとともに、その配置が前記画素と異なる画素とを交互に配列し、各画素の同色の光電変換部をマイクロレンズにより投影した測距瞳の画素配列方向の重心位置が異なるようにしておけば、異なる分光感度特性の像出力に対して、画素の配列方向における像ズレ検出が可能になる。

また、光電変換部の境界線をマイクロレンズの光軸を中心とした放射線方向とするとともに、光電変換部の形状を放射線方向に頂角を持つ形状にすることにより、光軸近傍まで感度を有するようにすることによって、絞り開口が小さい交換レンズに対しても受光量を確保することができる。

さらに、同形状の光電変換部をマイクロレンズの光軸を中心とした円周方向に配置とすることによって、受光量のバランスを保ちつつ限定された受光領域を効率的に利用できるとともに、瞳分割を確実に行うことができる。

以上の説明においては、赤、青，緑の３原色のフィルターを使用した例を示したが、２つの色のみの撮像素子や４色以上の色を検出するフィルタを備えた撮像素子にも適用可能である。

以上の説明において、色分解フィルターを原色フィルタ（ＲＧＢ）とした例を示したが、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）を採用してもよい。また、色分解は色フィルター以外にも光電変換部を構成するフォトダイオードの分光感度特性を光電変換部毎に変更することによっても達成することができる。

上述した撮像素子はＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサーとして形成することができる。また、上述した撮像素子は２次元イメージセンサーとして説明したが、１次元リニアーセンサーにも本発明を適用することができる。

図９に示すフローチャートでは、補正した画像データをメモリーカードに保存する例を示したが、補正した画像データを電子ビューファインダーやボディの背面に設けられた不図示の背面モニター画面に表示するようにしてもよい。

図１に示すディジタルスチルカメラ２０１では撮像素子２１１を画像データ生成用に用いているが、図４１に示すように撮像専用の撮像素子２１２を設け、本発明に係わる撮像素子２１１を焦点検出と電子ビューファインダー表示用として用いるようにしてもよい。図４１において、カメラボディ２０３には撮影光束を分離するハーフミラー２２１が配置され、透過側に撮像専用の撮像素子２１２が配置され、反射側に焦点検出兼電子ビューファインダー表示用の撮像素子２１１が配置される。撮影前は撮像素子２１１の出力に応じて焦点検出および電子ビューファインダー表示が行われる。レリーズ時は撮像専用の撮像素子２１２の出力に応じた画像データが生成される。ハーフミラー２２１を全反射ミラーとし、撮影時は撮影光路から退避するようにしてもよい。このようにすれば、焦点検出兼電子ビューファインダー表示用の撮像素子２１１の画素サイズを大きくしても、その出力は焦点検出と解像度の要求が低い電子ビューファインダー表示に用いるだけなので、画像データの解像度が低下することがない。

図４１では焦点検出と電子ビューファインダー表示用に用いる撮像素子２１２を１次結像面に配置しているが、図４２のように１次像面近傍に配置されたコンデンサーレンズ２２２を配置するとともに、その背後に再結像レンズ２２３を配置して撮像素子２１２上に縮小して再結像させるようにしてもよい。このようにすれば、撮像素子のサイズを小さく出来るので、低コスト化することができる。この場合、撮像素子２１２のマイクロレンズにより光電変換部の形状が再結像レンズ２２３の開口近傍に投影されることになる。

《発明の適用範囲》
本願発明の実施の形態による撮像装置は、交換レンズを装着したカメラボディから構成されるディタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されず、レンズ一体型のディタルスチルカメラやビデオカメラやフィルムカメラにも適用できる。携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラなどにも適用できる。また、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用できる。

以上説明したように、一実施の形態によれば、一つのマイクロレンズ下に異なる分光感度特性の複数の光電変換部を有する第１画素を複数個、規則的に配置するようにしたので、所望の色の画素出力を補間により求める必要がなくなるか、あるいは補間処理を必要とする色数を低減することができ、画像品質を向上させることができる。

一実施の形態によれば、上記第１画素の周りに、一つのマイクロレンズ下に一つの光電変換部を有する第２画素を複数個、配置するようにしたので、第１画素を焦点検出と撮像の兼用とし第２画素を撮像専用として第１画素の出力により焦点検出を行いながら撮像を行うことができ、撮像時には、第１画素の領域において所望の色の画素出力を補間により求める必要がなくなるか、あるいは補間処理を必要とする色数を低減することができ、画像品質を向上させることができる。

一実施の形態によれば、第１画素を二次元状に配置するようにしたので、第１画素を焦点検出と撮像の兼用として焦点検出を行いながら撮像を行うことができ、撮像時には、第１画素の領域において所望の色の画素出力を補間により求める必要がなくなるか、あるいは補間処理を必要とする色数を低減することができ、画像品質を向上させることができる。

一実施の形態によれば、第１画素のマイクロレンズにより第１画素の複数の光電変換部がマイクロレンズから所定距離前方の面に投影され、第１画素の複数の光電変換部を、第１画素のマイクロレンズによる投影中心に対し円周上に配置するようにしたので、第１画素を回転させることによって、分光感度特性の違いにより第１画素の複数の光電変換部の配置を容易に異ならせることができ、焦点検出に用いる複数対の第１画素の配列を容易に構成することができる。

一実施の形態によれば、第１画素のマイクロレンズにより第１画素の複数の光電変換部がマイクロレンズから所定距離前方の面に投影され、第１画素の複数の光電変換部の境界を、第１画素のマイクロレンズによる投影中心から放射線状に設定するようにしたので、第１画素を回転させることによって、分光感度特性の違いにより第１画素の複数の光電変換部の配置を容易に異ならせることができ、焦点検出に用いる複数対の第１画素の配列を容易に構成することができる上に、撮影光学系の絞りが絞り込まれても第１画素の中のすべての光電変換部が均一に遮光されることになり、すべての光電変換部から均一な出力を得ることができるから、撮影光学系の絞りを絞り込んだ状態でも焦点検出が可能になる。

一実施の形態によれば、第１画素の複数の光電変換部の形状を同一にし、分光感度特性の違いにより第１画素の複数の光電変換部の配置を異ならせるようにしたので、分光感度特性の違いにより第１画素の複数の光電変換部の配置を容易に異ならせることができ、焦点検出に用いる複数対の第１画素の配列を容易に構成することができる。

一実施の形態によれば、分光感度特性の組み合わせが異なる複数種類の第１画素を規則的に配置するようにしたので、焦点検出に用いる複数対の第１画素の配列を容易に構成することができる。

一実施の形態によれば、第１画素を第２画素よりも大きくするようにしたので、第１画素の中のすべての光電変換部の出力のＳＮ比を良くすることができ、焦点検出精度と画像品質を向上させることができる。

一実施の形態のディジタルスチルカメラの構成を示す図 一実施の形態の撮像素子の画素を示す図 一実施の形態の撮像素子の部分拡大図 一実施の形態の撮像素子の画素配置図 各色フィルターの分光透過特性を示す図 画素の断面図 瞳分割方式による焦点検出方法を説明する図 射出瞳面における投影関係を示す図 一実施の形態の撮像動作を示すフローチャート 一実施の形態の焦点検出動作の説明図 一実施の形態の焦点検出動作の説明図 焦点検出結果の信頼性の説明図 一実施の形態の撮像素子の焦点検出位置を示す図 一実施の形態の変形例の撮像素子を示す図 一実施の形態の他の変形例の撮像素子を示す図 撮像画素の正面図 撮像画素の断面図 一実施の形態の他の変形例の撮像素子の部分拡大図 一実施の形態の他の変形例の撮像素子の部分拡大図 図１８、図１９に示す撮像素子の焦点検出方法を説明する図 図１８、図１９に示す撮像素子の焦点検出方法を説明する図 図１８、図１９に示す撮像素子の焦点検出方法を説明する図 図１８、図１９に示す撮像素子の焦点検出方法を説明する図 変形例の撮像素子の画素を示す図 図２４に示す画素の投影図 図２４に示す画素を用いた撮像素子を示す図 図２６に示す撮像素子の変形例を示す図 図２７に示す撮像素子の変形例を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 図２９に示す撮像素子の焦点検出方法を説明する図 図２９に示す撮像素子の焦点検出方法を説明する図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子の画素を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 他の変形例の撮像素子を示す図 変形例の撮像装置の構成を示す図 他の変形例の撮像装置の構成を示す図

符号の説明

１０ マイクロレンズ
１１〜１９，４１〜４６ 光電変換部
２１〜２３ フィルター
２０１ ディジタルスチルカメラ
２１１ 撮像素子
２１２ カメラ駆動制御装置
３１０〜３１８，３２１〜３２６，３３５〜３３８，３４５〜３４８，３５５〜３５８，４１５，４２５，４３５，４４５〜４５０ 画素

Claims (14)

1. 一つのマイクロレンズに対して異なる分光感度特性を有する複数の光電変換部を備えた第１画素を複数個、規則的に配置することを特徴とする光検出素子。
2. 請求項１に記載の光検出素子において、
   一つのマイクロレンズに対して一つの光電変換部を有する第２画素を、前記第１画素の周りに複数個、配置することを特徴とする光検出素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の光検出素子において、
   前記第１画素を二次元状に配置することを特徴とする光検出素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光検出素子において、
   前記第１画素のマイクロレンズは、前記第１画素の複数の光電変換部の像を前記マイクロレンズから所定距離前方の面に投影することを特徴とする光検出素子。
5. 請求項４に記載の光検出素子において、
   前記第１画素の複数の光電変換部を、前記第１画素のマイクロレンズによる投影中心に対する円周上に配置することを特徴とする光検出素子。
6. 請求項４に記載の光検出素子において、
   前記第１画素の複数の光電変換部の境界を、前記第１画素のマイクロレンズによる投影中心から放射線状に設定することを特徴とする光検出素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光検出素子において、
   前記第１画素の複数の光電変換部の形状が同一で、配置が異なる複数種類の前記第１画素を配列したことを特徴とする光検出素子。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光検出素子において、
   分光感度特性の組み合わせが異なる複数種類の前記第１画素を規則的に配置することを特徴とする光検出素子。
9. 請求項２に記載の光検出素子において、
   前記第１画素を前記第２画素よりも大きくすることを特徴とする光検出素子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光検出素子と、
    前記光検出素子上に被写体像を形成する撮影光学系と、
    前記光検出素子の出力に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１０に記載の撮像装置において、
    前記焦点検出手段は、同一の分光感度特性を有する一対の前記第１画素の出力データに基づいて焦点検出を行うことを特徴とする撮像装置。
12. 請求項１０に記載の撮像装置において、
    前記焦点検出手段は、直線上に配置された前記第１画素の出力データに基づいて該直線方向における焦点検出を行うことを特徴とする撮像装置。
13. 請求項１２に記載の撮像装置において、
    前記焦点検出手段は、複数の方向における焦点検出を同時に行うことを特徴とする撮像装置。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
    前記焦点検出手段は、前記第１画素の複数の光電変換部の分光感度特性に含まれない分光感度特性に相当する画素の出力データを、当該第１画素の周囲の画素の出力データに基づいて補間演算することを特徴とする撮像装置。
    

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