JP2011053519A - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一の配列長を有する焦点検出画素配列を画面上において２方向に均等かつ稠密に配置することで、画面上の位置によらず２方向において同等の焦点検出性能（最大位相差検出能力）を得る。
【解決手段】焦点検出用光束を受光し、瞳分割型位相差検出方式により光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素は、複数の焦点検出画素列を構成し、複数の焦点検出画素列は、撮像面の略全面に渡って平織りパターン状に配列される。一実施の形態における平織りパターンとは、長さの等しい水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とを互いに高密度に配置する態様をいう。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。

瞳分割型位相差検出方式を用いた焦点検出用画素を撮像素子中央の水平方向に配置し、その周辺に撮像用画素を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）。

国際公開第２００８／０３２８２０号公報

上述した従来の撮像素子では、焦点検出用画素を、たとえば水平方向及び垂直方向といった複数の焦点検出方向に対応した配列を構成するように配置しているが、そのうちの一方向のみにしか長い配列として配置することができない。したがって、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列を長く配置して最大位相差検出能力を可能な限り向上させるとともに同一にしたいという要求条件と、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列を画面上に均等かつ稠密に配置したいという要求条件とを同時に満足することができなかった。

請求項１に記載の発明において撮像素子は、光学系 により射出され、光学像を形成する撮像用光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像画素と、光学系を通る一対の焦点検出用光束を受光し、瞳分割型位相差検出方式により光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、複数の撮像画素と複数の焦点検出画素とによって形成される撮像面とを備え、複数の焦点検出画素は、複数の焦点検出画素列を構成し、複数の焦点検出画素列は、撮像面の略全面に渡って平織りパターンに従って配列され、複数の撮像画素は、複数の焦点検出画素が配置される画素位置を除き撮像面の略全面に渡って配置されることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明において撮像装置は、光学系と、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の撮像素子と、撮像素子から得られる画像信号に基づき画像データを生成する生成手段と、光学系の焦点調節状態を、撮像素子から得られる焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明において撮像装置は、光学系と、請求項１０に記載の撮像素子と、複数の焦点検出画素が配置される画素位置における補間信号を、画素位置の近傍の複数の撮像画素の出力する画像信号に基づいて補間する補間手段と、撮像素子から得られる画像信号と、補間手段によって補間される画素位置における補間信号とに基づき画像データを生成する生成手段と、光学系の焦点調節状態を、撮像素子から得られる焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備え、画素位置の近傍の複数の撮像画素の出力する画像信号には、第１の焦点検出画素列と第２の焦点検出画素列とに挟まれて配置された複数の撮像画素の出力する画像信号が含まれることを特徴とする。

本発明によれば、同一の配列長を有する焦点検出画素配列を画面上において２方向に均等かつ稠密に配置することができるので、画面上の位置によらず２方向において同等の焦点検出性能（最大位相差検出能力）を得ることができる。

本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。 瞳分割型位相差検出方式の原理について説明する図である。 交換レンズの光軸上の被写体上の点からの光線が交換レンズの射出瞳を通過して撮像面に到来する様子を示す光路図である。 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の配置の一例を示した図である。 平織りパターンの高密度性について説明した図である。 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図である。 撮像画素の正面図である。 緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図。 焦点検出画素の正面図である。 焦点検出画素の分光特性を示す図。 撮像画素の断面図である。 焦点検出画素の断面図である。 焦点検出画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。 撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。 デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。 一対のデータのずらし量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図である。 撮像素子において、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列が近接する領域を拡大した図である。 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 焦点検出画素の正面図である。 焦点検出画素の断面図である。 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の拡大図である。 撮像素子の撮像面における焦点検出画素配列の配置の一例を示した図である。 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。

−−−第１の実施の形態−−−
第１の実施の形態の撮像素子を有する撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は、第１の実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の構成を示す横断面図である。第１の実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。

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

カメラボディ２０３は撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置（焦点検出エリア）に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。

ボディ駆動制御装置２１４はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、デジタルスチルカメラ２０１の動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信を行う。

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

交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。

ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの焦点検出信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画像信号を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。

レンズ駆動制御装置２０６は、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値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。

レンズ駆動制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。

図２は、瞳分割型位相差検出方式の原理について説明した図である。撮像面１１０上に焦点検出画素１１１が複数配列される。焦点検出画素１１１はマイクロレンズ１１２と一対の光電変換部１１３，１１４を有している。一対の光電変換部１１３，１１４はマイクロレンズ１１２により撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０に投影され、一対の測距瞳１２３，１２４が形成される。換言すると、撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２３の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１３により受光され、測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２４の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１４により受光される。焦点検出画素１１１の配列の光電変換部１１３の系列の像信号と、光電変換部１１４の系列の像信号との相対的なズレ量（位相差、像ズレ量）は、撮像面上に像を形成する光学系の焦点調節状態に応じて変化するので、このズレ量を焦点検出画素が生成する一対の像信号を演算処理することによって求めれば、光学系の焦点調節状態を検出することができる。

上記一対の測距瞳１２３，１２４は一対の光電変換部１１３，１１４を単純に投影した分布とはならず、マイクロレンズ１１１の開口径（画素サイズと略一致）に応じた光の回折効果により、ボケを生じて裾野を引いた分布となる。図３において一対の測距瞳１２３，１２４の並び方向と垂直な方向のスリットを用いて一対の測距瞳１２３，１２４を並び方向に走査すると、一対の測距瞳分布１３３，１３４が得られる。上記回折効果により一対の測距瞳分布１３３，１３４は隣接した部分で互いに重畳部１３５を有する。

上述したように瞳分割型位相差検出方式においては、一対の測距瞳を通過する光束が形成する一対の像の撮像面上での像ズレ量を検出し、該像ズレ量に所定の変換係数を乗じて光軸方向のデフォーカス量（焦点調節状態）に変換するわけであるが、デフォーカス量が大きくなるとそれに応じて像ズレ量も大きくなる。図３を用いて説明する。

図３は、交換レンズの光軸９１上の被写体上の点からの光線８３，８４が交換レンズの射出瞳９０を通過して撮像面１１０に到来する様子を示す光路図である。図３（ａ）、図３（ｂ）においては、像面が予定焦点面（撮像面１１０）の前側、後側に各々大きくデフォーカスしている。光線８３，８４は、光軸９１上の被写体上の点から出て一対の測距瞳の中心を通り光軸９１上の点Ｐ０１，Ｐ０２に集光する。点Ｐａ１，点Ｐａ２は光線８３と撮像面１１０との交点、点Ｐｂ１、点Ｐｂ２は光線８４と撮像面１１０との交点である。

図３（ａ）において光軸９１上の点Ｐ０１と撮像面１１０との距離がデフォーカス量ｄｅｆ１であり、撮像面１１０上の点Ｐａ１と点Ｐｂ１との距離が像ズレ量ｓｈｆｔ１となる。一方図３（ｃ）において光軸上の点Ｐ０２と撮像面１１０との距離がデフォーカス量ｄｅｆ２であり、撮像面１１０上の点Ｐａ２と点Ｐｂ２との距離が像ズレ量ｓｈｆｔ２となる。図３（ａ）、図３（ｂ）からわかるように、デフォーカス量が大きくなり実際の像面が撮像面１１０から離れるにつれ、像ズレ量も増大する。従って大きなデフォーカス量を検出するためには、大きな像ズレ量を検出する必要があり、大きな像ズレ量を検出するためには焦点検出画素配列の長さを出来る限り長くしておく必要がある。

しかしながら複数の方向（水平方向、垂直方向）に焦点検出画素配列を配置する場合には、配列が交差する位置においてはどちらかの配列を切断しなければならず、焦点検出画素配列の長さを無制限に長くすることはできないという制約がある。画面上の任意の位置で複数の方向（水平方向、垂直方向）において焦点検出を行うために、複数方向の焦点検出画素配列を撮像面上においてなるべく高密度に多数配置したいという要請もあり、この要請に基づいても焦点検出画素配列の長さは制約を受ける。複数方向の焦点検出能力（大デフォーカス検出能力）も大きな相違があると、撮影者がデジタルスチルカメラ２０１を構える向きによって焦点検出性能が相違することとなり、使い勝手が悪いので、なるべく複数方向の焦点検出画素配列の長さを揃えたいという要請もあり、この要請に基づいても焦点検出画素配列の長さは制約を受ける。

以上のような条件を満足する焦点検出画素配列の配置態様が、本実施の形態における平織りパターンである。本実施の形態における平織りパターンによると、水平方向と垂直方向の焦点検出画素配列の長さは略同一に出来るとともに、水平方向と垂直方向の焦点検出画素配列を高密度に多数配置することができる。

図４は、撮像素子２１２の撮像面における焦点検出画素配列の配置の一例を示した図である。図４に示す焦点検出画素配列の配置は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置（焦点検出エリア）に対応している。図４において、焦点検出画素配列は、水平方向の棒状領域３５１および垂直方向の棒状領域３５２として、無数に示されている。すなわち、矩形の撮像面１１０の略全面において長さＬの焦点検出画素配列が水平方向および垂直方向に平織りパターンに配置されている。焦点検出画素配列の長さおよび幅とは、焦点検出画素配列の長辺の長さおよび短辺の長さをいう。短辺の長さは、焦点検出画素の一辺の長さに略等しい。水平方向および垂直方向とは、撮像面１１０の外形の矩形のうちの１辺の方向およびこれと垂直な他の１辺の方向をいう。本実施の形態における平織りパターンとは、水平方向に延在した焦点検出画素配列と、その上または下のいずれかの垂直方向に延在した焦点検出画素配列とから構成される繰り返し単位を互いに接すること無く高密度に繰り返し配置する態様をいう。

図５は、平織りパターンの高密度性について説明した図である。図５では、説明の便宜上、長さがＬである９列の焦点検出画素配列が、幅を無視した線分として表され、水平方向および垂直方向に互いに完全には交差せず、かつ接するように配置されている。図５において、丸印は各焦点検出画素配列の中点を表す。ここで、焦点検出画素配列が「接する」とは、１つの焦点検出画素配列に他の焦点検出画素配列の焦点検出画素が撮像画素を挟むこと無く隣に配置されることをいう。また、焦点検出画素配列が「交差する」とは、１つの焦点検出画素配列の中の１つの焦点検出画素の両側に他の焦点検出画素配列の焦点検出画素が撮像画素を挟むこと無く隣に配置されることをいう。

図５（ａ）においては、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列は互いに端点で接している。図５（ｂ）は、接点を水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列のうちの一方の端点からｒＬ移動した位置とした状態を示した図である。図５（ｃ）は、接点を水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列のうちの一方の端点からＬ／２移動した位置とした状態を示した図である。なお、丸印を付した９つの焦点検出画素配列によって囲まれて形成される複数の塗りつぶし領域の面積が小さいほど、各々のパターンにおける焦点検出画素配列の密度は大きくなる。

上述した塗りつぶし領域の面積Ｓは、図５（ａ）においては、Ｓ＝２Ｌ^２、図５（ｃ）においては、Ｓ＝４・（Ｌ／２）^２＝Ｌ^２で表される。また、図５（ｂ）においては、０≦ｒ≦１に対して式（１）で表され、ｒ＝０，１の場合にＳは最大値２Ｌ^２となり、図５（ａ）に示した例と一致し、ｒ＝１／２の場合にＳは最小値Ｌ^２となり、図５（ｃ）に示した例と一致する。すなわち、図５（ｃ）が、平織りパターンにおいて、長さＬを一定としたときに、長さの等しい水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とが互いに最も高密度に配置された場合を示していることとなる。なお、本実施の形態においては、ｒ＝０，１の場合、すなわち図５（ａ）に示した態様は平織りパターンに含まないこととし、図５（ｂ）および（ｃ）に例示されるような、０＜ｒ＜１の場合の態様が平織りパターンに含まれることとする。
Ｓ＝２・［（ｒＬ）^２＋｛（１−ｒ）・Ｌ｝^２］＝４Ｌ｛ｒ−（１／２）｝^２＋Ｌ^２ （１）

図４が示す焦点検出画素配列の配置の一例は、焦点検出画素配列の長さを定数Ｌとした場合の平織りパターンのうち、図５（ｃ）に示す均等かつ最も高密度な一態様に従ったものである。撮像面の大きさを水平３６ｍｍ垂直２４ｍｍとした場合には焦点検出画素配列の長さを２ｍｍ〜８ｍｍ程度とするのが好ましい。

図６は、図４における部分Ａを表した拡大図である。図６において、各焦点検出画素配列は、後述の画素補間処理のため、完全には接しないよう、撮像画素を挟んでやや離間している。図６において、図５（ｃ）にて着目した丸印を付した９つの焦点検出画素配列によって囲まれて形成される複数の塗りつぶし領域の各々を、Ｓ_１〜Ｓ_４で表した場合、それらの面積の和は、上述した式（１）にｒ＝１／２を代入して導かれるように、Ｓ＝Ｌ^２となる。また、水平方向の棒状領域３５１のうち、図６の一番左上に位置するものを焦点検出画素配列ａ１とし、焦点検出画素配列ａ１の側部から上下に延在する垂直方向の棒状領域３５２のうち、下方に延在するものを焦点検出画素配列ｂ１とする。焦点検出画素配列ａ１及びｂ１により構成されるＴ字型の配列を第１配列とする。焦点検出画素配列ｂ１の右側に近接した水平方向の棒状領域３５１を焦点検出画素配列ａ２とし、焦点検出画素配列ａ２の側部から上下に延在する垂直方向の棒状領域３５２のうち、上方に延在するものを焦点検出画素配列ｂ２とする。焦点検出画素配列ａ２及びｂ２により構成されるＴ字型を倒立した形状の配列を第２配列とする。第１配列と第２配列とは、領域Ｓ_１の中心を対称点とする互いに点対称な位置関係にある。このような位置関係を保って第１配列と第２配列とが繰り返して撮像素子２１２に配置されることにより、本実施の形態における平織りパターンが形成される。

図７は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図４における部分Ｂの近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素３１３ａ、３１４ａおよび水平方向焦点検出用の焦点検出画素３１３ｂ、３１４ｂが交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき垂直方向および水平方向の直線上に連続して配列される。垂直方向の焦点検出画素配列と水平方向の焦点検出画素配列が交差する近傍では一方の焦点検出画素配列（この図では水平方向の焦点検出画素配列）が切断され、間に撮像画素が配置されている。このように切断部において焦点検出画素配列の間に撮像画素を配置することにより、後述の画素補間処理の交差部における性能が向上する。

焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂは、撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき列に配置されている。焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂが、撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき列に配置されているのは、焦点検出画素の位置における撮像用の画像信号を求めるための補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。なお焦点検出画素３１３ｂ、３１４ｂはそれぞれ焦点検出画素３１３ａ、３１４ａを９０度回転した構成になっている。

撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂは、マイクロレンズ１０によって交換レンズの射出瞳の一対の所定の領域を通過する光束をそれぞれ受光するような形状に設計される。

図８は、撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図であって、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ９から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしており、マイクロレンズ１０の光軸を通る対角線の方向の断面とマイクロレンズ１０の光軸を通る水平線の方向の断面とはそれぞれ図８に示す形状になっている。

撮像画素３１０は、図９に示すように矩形のマイクロレンズ１０、後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１１、および色フィルター（不図示）を有している。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１０に示す特性になっている。撮像素子２１２には、各色フィルターを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。

焦点検出画素３１３は、図１１（ａ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３、および不図示のＮＤフィルター（ニュートラルデンシティフィルター）を有し、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３の形状は矩形である。また、焦点検出画素３１４は、図１１（ｂ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４、およびＮＤフィルターを有し、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４の形状は矩形である。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３と１４が垂直方向に並んでいる。なお、対を成す焦点検出画素（３１３，３１４）は、一対の焦点検出画素（３１３ａ，３１４ａ）および（３１３ｂ，３１４ｂ）を総称している。

焦点検出画素３１３、３１４には全ての色に対して焦点検出を行うために色フィルターが設けられておらずその代わりに入射光量を減ずる上述のＮＤフィルターが設けられており、その分光特性は図１２に示す特性となる。つまり、図１０に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その焦点検出画素３１３ａ、３１４ａが高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。

ＮＤフィルターの濃度は、白色光に撮像素子を露光した場合に、例えば焦点検出画素の出力レベルが緑画素の出力レベルに対し３／４以下となるように定められる。これは画面上の像高が高い領域（光軸９１から離間した位置にある焦点検出エリア）において焦点検出光束のケラレが発生し、一対の焦点検出画素（３１３，３１４）の出力バランスが崩れ、一方の焦点検出画素の出力レベルが上昇した場合においても撮像画素３１０のうちの緑画素の出力レベルを上回らないようにする。

図１３は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１１は、遮光マスク３０の開口部３０ａを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に色フィルター３８が形成される。色フィルター３８の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ａの形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。

図１４は焦点検出画素３１３、３１４の断面図である。焦点検出画素３１３、３１４では焦点検出用の光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１３，１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上にＮＤフィルター３４が形成される。ＮＤフィルター３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｂ、３０ｃの形状が前方に投影される。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。

図１５は、マイクロレンズ１０を用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素３１３，３１４の部分は拡大して示す。図１５において、射出瞳９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズ１０から前方へ距離ｄの位置に設定される。この距離ｄは、マイクロレンズ１０の曲率、屈折率、マイクロレンズ１０と光電変換部１３，１４との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。図１５には他に、交換レンズの光軸９１、マイクロレンズ１０、光電変換部１３、１４、焦点検出画素３１３、３１４、撮影光束７１、焦点検出光束７３、７４が示されている。

測距瞳９３は、開口部３０ｂの形状がマイクロレンズ１０により投影されて形成される。同様に、測距瞳９４は、開口部３０ｃの形状がマイクロレンズ１０により投影されて形成される。図１５では、説明を解りやすくするために測距瞳９３，９４の領域で示しているが、実際には開口部３０ｂ，３０ｃの形状が拡大投影されるとともに回折によりぼやけた形状になる。

図１５では、撮影光軸に隣接する５つの焦点検出画素を模式的に例示しているが、画面周辺部の焦点検出画素配列においても、各光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９３、９４から各マイクロレンズ１０に到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳（９３，９４）の並び方向、すなわち一対の光電変換部（１３，１４）の並び方向と一致させる。

マイクロレンズ１０は交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面近傍に配置されており、上述したように、マイクロレンズ１０により光電変換部１３、１４に近接する開口部３０ｂ、３０ｃの形状がマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄ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９３，９４を形成する。

光電変換部１３は測距瞳９３を通過し、焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０に向う光束７３によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１４は測距瞳９４を通過し、焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０に向う光束７４によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

上述した２種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４をそれぞれ通過する焦点検出用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が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置）に対する現在の結像面（撮像画面上で定められる焦点検出位置における実際の結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。

図１６は、図７に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を図１５と比較して説明するための図であって、図１５と重複する部分の説明は省略する。撮像画素３１０はマイクロレンズ１０とその背後に配置された光電変換部１１等から構成され、光電変換部１１に近接して配置された開口部３０ａの形状がマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄ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９３、９４に略外接する領域９５を形成する。光電変換部１１は、領域９５を通過してマイクロレンズ１０へ向う撮影光束７１によってマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

図１７は、デジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップＳ１００でデジタルスチルカメラ２０１の電源がオンされると、ステップＳ１１０以降の撮像動作を開始する。ステップＳ１１０において撮像画素３１０のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。続くステップＳ１２０では焦点検出画素列から一対の像に対応した一対の像データを読み出す。なお撮影者は焦点検出エリア選択部材（不図示）を用いて撮像面上における所望の焦点検出画素配列を予め選択しているものとする。

ステップＳ１３０では、読み出された一対の像データに基づいて後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量に変換する。ステップＳ１４０で合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップＳ１５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１１０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に分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

ステップＳ１４０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１６０へ進み、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップＳ１１０へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップＳ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素および全ての焦点検出画素から画像データを読み出す。

ステップＳ１８０において、焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素３１３，３１４の周囲の撮像画素３１０のデータに基づいて画素補間する。続くステップＳ１９０では、撮像画素３１０のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリカード２１９に記憶し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

図１７のステップＳ１３０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）の詳細について以下説明する。

焦点検出画素３１３，３１４が検出する一対の像は、測距瞳９３，９４がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列（Ａ１_１，・・・，Ａ１_Ｍ、Ａ２_１，・・・，Ａ２_Ｍ：Ｍはデータ数）に対し本出願人の特許出願に基づく特開２００７−３３３７２０号公報に開示された式（２）により相関演算を行い、相関量Ｃ（ｋ）を算出する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１_ｎ・Ａ２_{ｎ＋１＋ｋ}−Ａ２_ｎ＋ｋ・Ａ１_ｎ＋１｜ （２）

式（２）において、Σ演算はｎについて累積される。ｎのとる範囲は、像シフト量ｋに応じてＡ１_ｎ、Ａ１_ｎ＋１、Ａ２_ｎ＋ｋ、Ａ２_{ｎ＋１＋ｋ}のデータが存在する範囲に限定される。像シフト量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。

式（２）の演算結果は、図１８（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１８（ａ）ではｋ＝ｋ_ｊ＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。式（３）〜（６）による３点内挿の手法を用いて相関量を連続値とみなした場合の極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋ_ｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ （３）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋ_ｊ）−｜Ｄ｜ （４）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋ_ｊ−１）−Ｃ（ｋ_ｊ＋１）｝／２ （５）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋ_ｊ＋１）−Ｃ（ｋ_ｊ），Ｃ（ｋ_ｊ−１）−Ｃ（ｋ_ｊ）｝ （６）

式（３）で算出されたシフト量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１８（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定の閾値以上の場合は算出されたシフト量ｘの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。あるいは、Ｃ（ｘ）をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ（ｘ）を除した値が所定値以上の場合は、算出されたシフト量ｘの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。

あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたシフト量ｘの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。図１８（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋ_ｍｉｎからｋ_ｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｘ）を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。算出されたシフト量ｘの信頼性があると判定された場合は、式（７）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ （７）

式（７）において、ＰＹは焦点検出画素３１３，３１４の画素ピッチの２倍（検出ピッチ）である。式（７）で算出された像ズレ量に所定の変換係数Ｋｄを乗じて式（８）に表されるようにデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｄｅｆ＝Ｋｄ・ｓｈｆｔ （８）

図１９は、図７に示す撮像素子２１２において、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列が近接する領域Ｄを拡大した図である。図１７のステップＳ１８０における焦点検出画素位置に補間される画像データの算出方法の詳細について説明する。図１９において、網掛けをした位置（本来はＧ画素とＢ画素が配置されるべき配列）に焦点検出画素が配列されている。各画素の添え字は左上のＢ画素を基点とした行と列を示す数字であり、符号Ｒ、Ｇ、Ｂは撮像画素３１０であって、各々、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）である。

図１９において、赤画素と緑画素が交互に並ぶ列に挟まれた垂直方向の焦点検出画素配列の一部が、図１９の中央部分に位置しているが、これに含まれる各画素位置に補間される撮像信号は、左右の水平方向に２画素隣に位置する撮像画素、すなわち緑画素または青画素の画素データを加算平均する。したがって、垂直方向の焦点検出画素配列において、第ｐ行第ｑ列の位置に補間される撮像信号をＶ_ｐｑとすると、加算平均に用いられる撮像画素が緑画素である場合は式（９）で表され、加算平均に用いられる撮像画素が青画素である場合は式（１０）で表される。
Ｖ_ｐｑ＝｛Ｇ_{ｐ（ｑ−２）}＋Ｇ_{ｐ（ｑ＋２）}｝／２ （９）
Ｖ_ｐｑ＝｛Ｂ_{ｐ（ｑ−２）}＋Ｂ_{ｐ（ｑ＋２）}｝／２ （１０）

式（９）によれば、第２行第５列の位置の撮像信号Ｖ_２５の補間値は、Ｇ_２３とＧ_２７との加算平均として求められ、式（１０）によれば、第３行第５列の位置の撮像信号Ｖ_３５との補間値は、Ｂ_３３とＢ_３７の加算平均として求められる。

図１９において、赤画素と緑画素が交互に並ぶ行に挟まれた水平方向の焦点検出画素配列の一部が、図１９の左右両端に位置しているが、これに含まれる各画素位置に補間される撮像信号は、上下の垂直方向に２画素隣に位置する撮像画素、すなわち緑画素または青画素の画素データを加算平均する。したがって、水平方向の焦点検出画素配列において、第ｐ行第ｑ列の位置に補間される撮像信号をＨ_ｐｑとすると、加算平均に用いられる撮像画素が緑画素である場合は式（１１）で表され、加算平均に用いられる撮像画素が青画素である場合は式（１２）で表される。
Ｈ_ｐｑ＝｛Ｇ_{（ｐ−２）ｑ}＋Ｇ_{（ｐ＋２）ｑ}｝／２ （１１）
Ｈ_ｐｑ＝｛Ｂ_{（ｐ−２）ｑ}＋Ｂ_{（ｐ＋２）ｑ}｝／２ （１２）

式（１１）によれば、第３行第８列の位置の撮像信号Ｈ_３８は、Ｇ_１８とＧ_５８との加算平均として求められ、式（１２）によれば、第３行第９列の位置の撮像信号Ｈ_３９は、Ｂ_１９とＢ_５９との加算平均として求められる。

長さの等しい水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列を、完全には接しないよう、例えばＢ_３３およびＧ_３４のように、２つの撮像画素を挟んで離間している。したがって、第３行第５列の位置の撮像信号Ｖ_３５の補間値は、焦点検出画素配列に同色の撮像画素の中では最も近接した撮像画素の画素データであるＢ_３３とＢ_３７との加算平均として求められることから、画素補間処理の性能が向上する。

−−−第２の実施の形態−−−
図７に示す撮像素子２１２では、各画素に１つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素３１３ａ，３１４ａおよび一対の焦点検出画素３１３ｂ，３１４ｂを備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２０は、このような撮像素子２１２の部分拡大図であり、焦点検出画素３１１ａ、３１１ｂには一対の光電変換部を備える。

図２１に示す焦点検出画素３１１ａは、図１１（ａ）および（ｂ）に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素３１１は、図２１に示すようにマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３，１４から構成される。焦点検出画素３１１には光量をかせぐために色フィルターは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図１２参照）となる。つまり、図１０に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。なお、焦点検出画素３１１は、焦点検出画素３１１ａ，３１１ｂを総称している。

図２２は、図２１に示した焦点検出画素３１１の断面図であって、光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光線変換部１３，１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｄを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上にＮＤフィルター３４が形成される。ＮＤフィルター３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｄに制限された光電変換部１３，１４の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。

デジタルスチルカメラ２０１の撮像動作、並びにそれに伴う画素補間処理、像ズレ検出演算処理、および合焦動作については第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

−−−変形例−−−
本発明の第１の実施の形態においては、焦点検出画素配列の配置の態様である平織りパターンは、図４に示すような、長辺が互いに同一長である水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とを高密度に配置する態様とした。しかし、焦点検出画素配列の長辺の方向は、水平方向と垂直方向との組合せに限られない。長辺が互いに同一長である２方向の１組の焦点検出画素配列（上述した第１配列または第２配列）が互いに交差せず、かつ垂直関係を保ち、さらに第１配列と第２配列とが互いに点対称な位置関係を保って繰り返し配置されている他の態様であっても良い。あるいは、長辺が互いに同一長である２方向の１組の焦点検出画素配列の一方の側部から他方が垂直方向に延在し、その１組の焦点検出画素配列が互いに接している他の態様であっても良い。さらには、上述した第１配列または第２配列のいずれか一方が撮像面の前面に渡って繰り返し配置される他の態様であっても良い。そのうちのいくつかの態様について、以下に説明する。

（１）図６においては、１組の焦点検出画素配列は、１列の焦点検出画素配列を単位列として水平方向および垂直方向に１列ずつ配置されている。これに対し、図２３では、その単位列を平行な２列の焦点検出画素配列に置き換えて１組の焦点検出画素配列を構成することをもって、平織りパターンとしたものである。平行な２列の焦点検出画素配列の対応する焦点検出画素（上下または左右に隣接した焦点検出画素同士）を加算することにより、低輝度時の焦点検出画素出力レベルを増大させ、低輝度性能を向上させることができる。

（２）図６において、図５（ｃ）にて着目した丸印を付した９つの焦点検出画素配列によって囲まれて形成される複数の塗りつぶし領域の各々を、Ｓ_１〜Ｓ_４で表した場合、それらの面積の和は上述したようにＳ＝Ｌ^２となる。図２４は、Ｓ＝Ｌ^２の関係を保ったまま、領域Ｓ_１およびＳ_４の外形が矩形となるように、かつ、領域Ｓ_２の外形が小さな正方形となるように、図６における焦点検出画素配列を移動したことにより形成される平織りパターンを示す。この平織りパターンにおいては、複数の水平方向の焦点検出画素配列が、水平方向について等間隔に、かつ複数の垂直方向の焦点検出画素配列を挟んで配置される。さらに、複数の垂直方向の焦点検出画素配列が、垂直方向について等間隔に、かつ複数の水平方向の焦点検出画素配列を挟んで配置される。複数の水平方向の焦点検出画素配列に含まれる一の焦点検出画素配列とその一方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素配列との距離が、その焦点検出画素配列と他方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素配列との距離と異なる。以下において、図２４について具体的に説明する。

図２４において、領域Ｓ_１およびＳ_２と領域Ｓ_３およびＳ_４との間に挟まれた焦点検出画素列とその上側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離は、領域Ｓ_１およびＳ_２と領域Ｓ_３およびＳ_４との間に挟まれた焦点検出画素列とその下側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離よりも小さい。同様に、領域Ｓ_１およびＳ_３と領域Ｓ_２およびＳ_４との間に挟まれた焦点検出画素列とその右側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離は、領域Ｓ_１およびＳ_３と領域Ｓ_２およびＳ_４との間に挟まれた焦点検出画素列とその左側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との間の距離よりも小さい。これにより生ずる焦点検出画素配列が密になった領域Ｓ_２を既定の独立した焦点検出エリアとして使用することにより、焦点検出エリアでの焦点検出性能（被写体捕捉性能）が向上する。

（３）図６においては、水平方向および垂直方向の焦点検出画素配列が均等かつ最も高密度に配置されているが、図５（ｂ）に示すようにその均等性をやや緩和した態様も可能である。図２５は、図５（ｂ）に示す態様と同様の態様を示しており、高密度性は維持したまま、領域Ｓ_１およびＳ_４の外形を合同な矩形、領域Ｓ_２およびＳ_３の外形を大きさの異なる正方形とすることにより形成される平織りパターンを示す。これにより生ずる焦点検出画素配列が密になった領域Ｓ_２を既定の独立した焦点検出エリアとして使用することにより、焦点検出エリアでの焦点検出性能（被写体捕捉性能）が向上する。

（４）焦点検出画素配列の配列方向は図４に示すような垂直方向と水平方向の組合せだけでなく斜め右上がり４５度方向と斜め左上がり４５度方向の組合せであってもよい。被写体のエッジは水平方向または垂直方向であることが多いため、そのエッジの撮像位置が焦点検出画素配列の位置と一致した場合、画素補間によってエッジの画素出力レベル差が低下する可能性がある。本変形例はこのような場合に有効である。

図２６は、撮像素子２１２の撮像面において斜め右上がり４５度方向と斜め左上がり４５度方向の組合せで焦点検出画素配列を配置した図である。図２６では、長辺の長さＭの焦点検出画素配列が斜め右上がり４５度方向の棒状領域３５３と斜め左上がり４５度方向の棒状領域３５４として示されており、それら無数の棒上領域３５３、３５４が平織りパターンに従って矩形の撮像面に配置されている。これにより、長辺が互いに同一長の水平方向の焦点検出画素配列と垂直方向の焦点検出画素配列とを均等かつ稠密な態様であって、配列同士が互いに交差しない条件の下で、配置される焦点検出画素配列の長さを可能な限り長くすることが可能になる。

図２７は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図２６における部分Ｃの近傍を拡大して画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出用には撮像画素と同一の画素サイズを有する斜め右上がり４５度方向焦点検出用の焦点検出画素３１３ｃ、３１４ｃが交互に、および斜め左上がり４５度方向焦点検出用の焦点検出画素３１３ｄ、３１４ｄが交互に、各々本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め４５度方向の直線上に連続して配列される。ベイヤー配列に従うと緑画素が多く配置されるので、赤画素および青画素のいずれかよりも緑画素が焦点検出画素に置き換わることの方が、画素補間処理への影響が少ないので好ましい。

２つの焦点検出画素配列が近接する領域では、一方の焦点検出画素配列（図２７では左上がり斜め４５度方向の焦点検出画素配列）の終端画素が配置され、他方の焦点検出画素配列との間に撮像画素（緑画素）が配置されている。これにより、２つの焦点検出画素配列が近接する領域における上述した画素補間処理の性能が向上する。

上述した実施形態における撮像素子２１２では撮像画素３１０がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルター（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態における焦点検出画素３１１，３１３，３１４では、遮光マスク３０の開口形状を矩形にした例を示したが、遮光マスク３０の開口形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよく、例えば半円形や楕円や多角形にすることも可能である。

なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、フィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。

９、１０ マイクロレンズ １１、１３、１４ 光電変換部
２９ 半導体回路基板 ３０ 遮光マスク
３１、３２ 平坦化層 ３４ ＮＤフィルター
３８ 色フィルター ７１ 撮影光束
７３、７４ 焦点検出用光束 ８３、８４ 光線
９０ 射出瞳 ９１ 交換レンズの光軸
９３、９４ 測距瞳 ９５ 測距瞳に略外接する領域
１１０ 撮像面 １１１ 焦点検出画素
１１２ マイクロレンズ １１３、１１４ 光電変換部
１２０ 測距瞳面 １２３、１２４ 測距瞳
１３３、１３４ 測距瞳分布 １３５ 重畳部
２０１ デジタルスチルカメラ ２０２ 交換レンズ
２０３ カメラボディ ２０４ マウント部
２０６ レンズ駆動制御装置 ２０８ ズーミング用レンズ
２０９ レンズ ２１０ フォーカシング用レンズ
２１１ 絞り ２１２ 撮像素子
２１３ 電気接点 ２１４ ボディ駆動制御装置
２１５ 液晶表示素子駆動回路 ２１６ 液晶表示素子
２１７ 接眼レンズ ２１９ メモリカード
３１０ 撮像画素 ３１１、３１３、３１４ 焦点検出画素
３５１、３５２、３５３、３５４ 焦点検出画素配列

Claims (16)

1. 光学系により射出され、光学像を形成する撮像用光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像画素と、
   前記光学系を通る一対の焦点検出用光束を受光し、瞳分割型位相差検出方式により前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、 前記複数の撮像画素と前記複数の焦点検出画素とによって形成される撮像面とを備え、
   前記複数の焦点検出画素は、複数の焦点検出画素列を構成し、
   前記複数の焦点検出画素列は、前記撮像面の略全面に渡って平織りパターンに従って配列され、
   前記複数の撮像画素は、前記複数の焦点検出画素が配置される画素位置を除き前記撮像面の略全面に渡って配置されることを特徴とする撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記複数の焦点検出画素列は、一方向に延在した第１の焦点検出画素列と、前記第１の焦点検出画素列の一方の側部から垂直方向に延在した第２の焦点検出画素列とから構成される繰返し配列単位を含み、
   前記平織りパターンは、前記繰返し配列単位が接すること無く繰り返し配置されることにより形成されることを特徴とする撮像素子。
3. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記複数の焦点検出画素列は、一方向に延在した第１の焦点検出画素列と、前記第１の焦点検出画素列の一方の側部から垂直方向に延在した第２の焦点検出画素列とから構成される第１配列と、前記第１及び第２の焦点検出画素列に交差しないように、前記第１及び第２の焦点検出画素列に対して点対称な位置に配置された第３及び第４の焦点検出画素列から構成される第２配列とを含み、
   前記平織りパターンは、前記第１配列と前記第２配列とにより構成される繰返し配列単位が繰り返し配置されることにより形成されることを特徴とする撮像素子。
4. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記撮像面の形状は矩形であり、
   前記複数の焦点検出画素列の各々の長さは等しく、
   前記複数の焦点検出画素列は、複数の第１の焦点検出画素列と複数の第２の焦点検出画素列とを含み、
   前記複数の第１の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記複数の第２の焦点検出画素列の画素配列方向に対して垂直であり、
   前記複数の第１の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記矩形の１辺の方向と同一であることを特徴とする撮像素子。
5. 請求項４に記載の撮像素子において、
   前記平織りパターンは、前記複数の第１の焦点検出画素列が、前記複数の第１の焦点検出画素列の画素配列方向について等間隔に、かつ前記複数の第２の焦点検出画素列を挟んで配置され、
   さらに前記平織りパターンは、前記複数の第２の焦点検出画素列が、前記複数の第２の焦点検出画素列の画素配列方向について等間隔に、かつ前記複数の第１の焦点検出画素列を挟んで配置されることを特徴とする撮像素子。
6. 請求項５に記載の撮像素子において、
   前記複数の焦点検出画素列は、前記複数の第１の焦点検出画素列に含まれる互いに極隣接した平行な一対の第１の焦点検出画素列と、前記複数の第２の焦点検出画素列に含まれる互いに極隣接して平行な一対の第２の焦点検出画素列とを含むことを特徴とする撮像素子。
7. 請求項５に記載の撮像素子において、
   前記複数の焦点検出画素列に含まれる一の焦点検出画素列と前記一の焦点検出画素列の一方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との距離が、前記一の焦点検出画素列と前記一の焦点検出画素列の他方の側に隣接して平行に配置された焦点検出画素列との距離と異なることを特徴とする撮像素子。
8. 請求項４に記載の撮像素子において、
   前記平織りパターンは、前記複数の第１の焦点検出画素列のうちの１つの第１の焦点検出画素列と、前記複数の第２の焦点検出画素列のうち、前記１つの第１の焦点検出画素列に対して最も近接して垂直な１つの第２の焦点検出画素列とによって構成される少なくとも２つの焦点検出画素列を単位画素列として、前記単位画素列が前記撮像面上で均等に繰り返されることによって大きさの異なる２種類の正方形が形成されるように、前記複数の第１の焦点検出画素列と前記複数の第２の焦点検出画素列とが配置される態様であることを特徴とする撮像素子。
9. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記撮像面の形状は矩形であり、
   前記複数の焦点検出画素列の各々の長さは等しく、
   前記複数の焦点検出画素列は、複数の第１の焦点検出画素列と複数の第２の焦点検出画素列とを含み、
   前記複数の第１の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記複数の第２の焦点検出画素列の画素配列方向に対して垂直であり、
   前記複数の第１の焦点検出画素列の画素配列方向は、前記矩形の１辺と４５度をなす方向と同一であることを特徴とする撮像素子。
10. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の撮像素子において、
    前記第１の焦点検出画素列と前記第２の焦点検出画素列とは、前記複数の撮像画素を挟んで配置されることを特徴とする撮像素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子において、
    前記複数の撮像画素は、正方格子状に配列されることを特徴とする撮像素子。
12. 請求項１１に記載の撮像素子において、
    前記複数の撮像画素は、赤画素、緑画素、および青画素を含み、
    前記正方格子状の配列は、前記赤画素、前記緑画素、および前記青画素によって形成されるベイヤー配列であることを特徴とする撮像素子。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像素子において、
    前記複数の焦点検出画素の各々は、マイクロレンズと該マイクロレンズに対応して設けられた光電変換部とを有し、
    前記複数の焦点検出画素は、前記一対の焦点検出用光束のうちの一方を受光する第１の焦点検出画素と、前記一対の焦点検出用光束のうちの他方を受光する第２の焦点検出画素とを含み、
    前記複数の焦点検出画素列の各々には、前記第１の焦点検出画素と前記第２の焦点検出画素とが交互に配列されていることを特徴とする撮像素子。
14. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像素子において、
    前記複数の焦点検出画素の各々は、マイクロレンズと該マイクロレンズに対応して設けられた第１の光電変換部および第２の光電変換部とを有し、
    前記第１の光電変換部は、前記一対の焦点検出用光束のうちの一方を受光し、前記第２の光電変換部は、前記一対の焦点検出用光束のうちの他方を受光することを特徴とする撮像素子。
15. 光学系と、
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の撮像素子と、
    前記撮像素子から得られる前記画像信号に基づき画像データを生成する生成手段と、
    前記光学系の焦点調節状態を、前記撮像素子から得られる前記焦点検出信号に基づいて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。
16. 光学系と、
    請求項１０に記載の撮像素子と、
    前記複数の焦点検出画素が配置される画素位置における補間信号を、前記画素位置の近傍の前記複数の撮像画素の出力する前記画像信号に基づいて補間する補間手段と、
    前記撮像素子から得られる前記画像信号と、前記補間手段によって補間される前記画素位置における前記補間信号とに基づき画像データを生成する生成手段と、
    前記光学系の焦点調節状態を、前記撮像素子から得られる前記焦点検出信号に基づいて検出する焦点検出手段とを備え、
    前記画素位置の近傍の前記複数の撮像画素の出力する前記画像信号には、前記第１の焦点検出画素列と前記第２の焦点検出画素列とに挟まれて配置された前記複数の撮像画素の出力する前記画像信号が含まれることを特徴とする撮像装置。
    

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