JP2012003080A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型又は少ない画素集合から、高い精度の測距信号を得ることのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子は、２次元に配列された複数の画素を有し、複数の画素によって、少なくとも、第１画素集合と第２画素集合の二つの画素集合が形成され、射出瞳が想定され、射出瞳に、その光軸と直交する面内で互いに直交する２つの直線で区切られた４つの分割領域を設定し、第１画素集合の画素は、４つの分割領域の一つに面積重心がある第１瞳領域からの光束を受光する構成であり、光軸に関して、第１瞳領域の面積重心のある分割領域に対称な分割領域に第２瞳領域の面積重心があり、第２画素集合の画素は、第２瞳領域に面積重心がある光束を受光する構成であり、第１画素集合からの信号と第２画素集合からの信号を前記２つの直線の方向の少なくとも一方で比較し、デフォーカス情報を取得する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。
従来の位相差ＡＦは、一組の画素集合からの信号から一方向の位相差信号しか得ることが出来なかった。一方、被写体によらず精度の高いデフォーカス量を算出するためには二方向の位相差信号を得ることが望ましいとされている。
特許文献１では、位相差ＡＦ用光学系が配置され、一つの像領域に対して、二方向の位相差信号を得る構成が開示されている。この構成をとる従来の位相差ＡＦは、二組の画素集合を配置し、それぞれから異なる方向の位相差信号を得ている。
また、特許文献２、３では、画像形成用信号取得用の撮像素子に位相差ＡＦのための信号を出力する測距用画素を配置した提案がされている。
特開２０００−９９９０号公報 特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００８−４００８７号公報
しかしながら、特許文献１記載の撮像装置では、１つの開口部に対して、４つのレンズ及び４つのセンサを配置した構成となっており、高い測距精度と小型化の両立が難しかった。
また、特許文献２、３記載の装置では、一つの像点に対して一方向の位相差信号しか得ることのできない構成となっている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型又は少ない画素集合から、高い精度の測距信号を得ることのできる撮像装置を提供することを目的としている。また、本発明に係る撮像装置は、画素集合を形成している画素が、画像形成に充分な、多くの光量を受光できることを目的としている。
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、撮影レンズが装着可能な、又は、撮影レンズが固定された、撮像装置において、撮像素子を備え、撮像素子は２次元に配列された複数の画素を有し、複数の画素によって、少なくとも、第１画素集合と第２画素集合の二つの画素集合が形成され、射出瞳が想定され、射出瞳に、その光軸と直交する面内で互いに直交する２つの直線で区切られた４つの分割領域を設定し、第１画素集合の画素は、４つの分割領域の一つに面積重心がある第１瞳領域からの光束を受光する構成であり、光軸に関して、第１瞳領域の面積重心のある分割領域に対称な分割領域に第２瞳領域の面積重心があり、第２画素集合の画素は、第２瞳領域に面積重心がある光束を受光する構成であり、第１画素集合からの信号と第２画素集合からの信号を前記２つの直線の方向の少なくとも一方で比較し、デフォーカス情報を取得することを特徴としている。
本発明に係る撮像装置において、第１画素集合及び第２画素集合は、画像形成のための撮像素子内に配置されることが好ましい。
本発明に係る撮像装置においては、第１画素集合及び第２画素集合から、画像形成のための信号を得ることが好ましい。
本発明に係る撮像装置において、第１瞳領域と第２瞳領域は、少なくともそれぞれ、面積重心のある分割領域とその隣接する２つの分割領域内にあり、第１瞳領域と第２瞳領域は、隣接する領域内で重複部があることが好ましい。
本発明に係る撮像装置において、２つの直線は、撮像素子の１辺に対して水平方向の直線及び垂直方向の直線であることが好ましい。
本発明に係る撮像装置は、小型又は少ない画素集合から、高い精度の測距信号を得ることができる、という効果を奏する。
撮像装置の基本構成を示す図である。 想定される射出瞳内の第１瞳領域と第２瞳領域の基本構成を示した平面図である。 撮像素子の画素の配置例を示す平面図である。 第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態における撮像素子の画素の配置及び遮光手段による遮光領域を重ねて示す平面図である。 第１実施形態における画素及び遮光手段の配置を示す断面図である。 第１実施形態の第１変形例における画素及び遮光手段の配置を示す断面図である。 比較例としての画素における遮光部と透明部の配置例を示す平面図である。 第１実施形態の第２変形例における撮像素子の画素の配置及び遮光手段による遮光領域を重ねて示す平面図である。 第１実施形態の第２変形例におけるカラーフィルタの配置と撮像素子の画素の配置を重ねて示す平面図である。 第１実施形態の第２変形例における画素、遮光手段、及びカラーフィルタの配置を示す断面図である。 第１実施形態の第３変形例における画素、遮光手段、及びカラーフィルタの配置を示す断面図である。 第２実施形態に係る画素及び遮光手段の配置を示す断面図である。 図１３に示す画素を光軸の方向から見た平面図である。 第２実施形態における撮像素子の画素の配置を示す平面図である。 第３実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態における、第１遮光手段と、想定される射出瞳内の第１瞳領域と第２瞳領域と、の関係を示した平面図である。 第３実施形態における撮像素子の画素と第２遮光手段を重ねて示す平面図である。 第３実施形態に係る画素及び第２遮光手段の配置を示す断面図である。 第４実施形態に係る一眼レフレックスカメラの構成を示す概念図である。 第４実施形態のＡＦ光学系の構成を示す図である。 （ａ）は第１画素集合用の第１撮像面を示す平面図、（ｂ）は第２画素集合用の第２撮像面を示す平面図である。 第５実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態に係る遮光手段を光軸の方向から開口絞りと重ねて示す図であって、遮光部が光軸の左上にある状態を示す図である。 第５実施形態に係る遮光手段を光軸の方向から開口絞りと重ねて示す図であって、遮光部が光軸の右下にある状態を示す図である。 第６実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態に係る撮像素子に遮光手段を重ねて示す平面図であって、遮光手段の下部の画素２行分が撮像素子と重なっていない状態を示す図である。 第６実施形態に係る撮像素子に遮光手段を重ねて示す平面図であって、遮光手段の上部の画素２行分が撮像素子と重なっていない状態を示す図である。 画素の構成を示す断面図であって、図２７に示す状態に対応する図である。 画素の構成を示す断面図であって、図２８に示す状態に対応する図である。 第６実施形態の撮像装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第６実施形態のレンズ交換式のカメラシステムの構成をより詳細に示すブロック図である。 第６実施形態の撮像装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第６実施形態のレンズ一体型のカメラの構成をより詳細に示すブロック図である。
以下に、本発明に係る撮像装置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。
まず、実施形態の説明に先立って、本発明に係る撮像装置による作用、効果について説明する。
本発明に係る撮像装置は、撮影レンズが装着可能な、又は、撮影レンズが固定された、撮像装置において、撮像素子を備え、撮像素子は２次元に配列された複数の画素を有し、複数の画素によって、少なくとも、第１画素集合と第２画素集合の二つの画素集合が形成され、射出瞳面が想定され、射出瞳に、その光軸と直交する面内で互いに直交する２つの直線で区切られた４つの分割領域を設定し、第１画素集合の画素は、４つの分割領域の一つに面積重心がある第１瞳領域からの光束を受光する構成であり、光軸に関して、第１瞳領域の面積重心のある分割領域に対称な分割領域に第２瞳領域の面積重心があり、第２画素集合の画素は、第２瞳領域に面積重心がある光束を受光する構成であり、第１画素集合からの信号と第２画素集合からの信号を前記２つの直線の方向の少なくとも一方で比較し、デフォーカス情報を取得することを特徴としている。
このような構成により、１組の異なる瞳領域からの光束で、二つの方向の位相差情報を取得することができる。
本発明に係る撮像装置において、第１画素集合及び第２画素集合は、画像形成のための撮像素子内に配置されることが好ましい。
これにより、一つの像領域に対して２方向の位相差情報を取得できるので、測距精度を高くできる。また、少ない測距用画素で２方向の位相差情報を取得できるので、画質と測距精度を両立できる。
本発明に係る撮像装置においては、第１画素集合及び第２画素集合から、画像形成のための信号を得ることが好ましい。
これによって、少ない測距用画素で２方向の位相差情報を取得できるので、実質的に測距用画素を密に配置でき、十分な光量を得ることができるので、画像形成のための信号をえることができる。
本発明に係る撮像装置において、第１瞳領域と第２瞳領域は、少なくともそれぞれ、面積重心のある分割領域とその隣接する２つの分割領域内にあり、第１瞳領域と第２瞳領域は、隣接する領域内で重複部があることが好ましい。
この構成により、瞳を分割せず、瞳領域の一部を重ねることで、充分な光量を受光できる。また、光量を十分受光できることにより、デフォーカス算出精度を向上させることができる。更に、第１画素集合及び第２画素集合を、画像形成のための撮像素子内に配置することにより、第１画素集合と第２画素集合からも画像形成に必要な信号を取得できる。
本発明に係る撮像装置において、２つの直線は、撮像素子の１辺に対して水平方向の直線及び垂直方向の直線であることが好ましい。
この構成により、水平線及び垂直線が撮像素子の辺に対して水平方向の直線、及び垂直方向の直線の場合、位相差情報を算出する実質的画素ピッチを小さくできるため素子の小型化が可能となる。
（基本構成）
まず、射出瞳に設定する分割領域、この分割領域の１つに面積重心がある瞳領域の基本構成について説明する。
図１は、撮像装置の基本構成を示す図である。図２は、想定される射出瞳１４内の第１瞳領域と第２瞳領域の基本構成を示した平面図である。図３は、撮像素子１３の画素の配置例を示す平面図である。
図１に示すように、撮影レンズ１２の光軸１１上に、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子１３が配置されている。また、光軸１１上に射出瞳１４が想定されている。射出瞳１４は、撮像素子１３の構成から設定される場合と、撮影レンズ１２の構成から設定される場合がある。
図２に示すように、射出瞳１４は、光軸１１を中心とする水平線１４ａ及び垂直線１４ｂによって区切られた、４つの分割領域５ＬＵ、５ＲＵ、５ＬＳ、５ＲＳからなる。第１瞳領域及びその面積重心は左上の分割領域５ＬＵにあり、第２瞳領域及びその面積重心は右下の分割領域５ＲＳにある（図２）。別言すると、光軸１１に関して、第１瞳領域の面積重心のある分割領域に対称な分割領域に、第２瞳領域の面積重心が存在する。
なお、ここにおける水平線、垂直線とは、本実施形態においては撮像素子の１辺に対して水平方向の直線、及び垂直方向の直線としている。しかし、この２つの直線は、これに限定されるものでなく、光軸と直交する面内で互いに直交する２つの直線であればよい。
また、図２に示す例では、簡単のため、第１瞳領域を左上の分割領域５ＬＵに一致させ、第２瞳領域は右下の分割領域５ＲＳに一致させているが、面積重心を変えずに、これ以外の配置としてもよい。例えば、第１瞳領域を３つの分割領域５ＬＵ、５ＲＵ、５ＬＳに配置し、第２瞳領域を３つの分割領域５ＲＵ、５ＬＳ、５ＲＳに配置してもよい。この場合、第１瞳領域と第２瞳領域は、右上の分割領域５ＲＵと左下の分割領域５ＬＳ内で重複する。
撮像素子１３は、光軸１１に直交する面内において、互いに直交する第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１に対して２次元に配列された複数の画素を有する。図３に示す撮像素子１３の配置例では、第１瞳領域に対応する複数の画素６Ｌと、第２瞳領域に対応する複数の画素６Ｒと、が市松模様に配置されている。複数の画素６Ｌは、第１瞳領域からの光束を受光する第１画素集合を形成し、複数の画素６Ｒは、第２瞳領域からの光束を受光する第２画素集合を形成している。ここで、撮像素子１３における第１方向Ａ１は、射出瞳１４における水平線１４ａに対応し、第２方向Ｂ１は垂直線１４ｂに対応する。
デフォーカス情報の取得は、第１画素集合からの信号と第２画素集合からの信号を、第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１の少なくとも一方で比較することによって取得する。例えば、同一行の複数の画素に対応する、第１瞳領域と第２瞳領域を比較して位相差情報を検出する場合は、それぞれの瞳領域の面積重心を水平線に投影した位置を瞳領域の面積重心として算出すればよい。一方、例えば、同一列の複数の画素に対応する、第１瞳領域と第２瞳領域を比較して位相差情報を検出する場合は、それぞれの瞳領域の面積重心を垂直線に投影した位置を瞳領域の重心として算出すればよい。
ここでは、第１画素集合と第２画素集合を撮像素子の画素位置で分けているが、時分割でわけても良い。
上述の従来の撮像装置では、右側、左側、上側、下側の４つの画素集合を備え、第１方向（水平方向）の位相差情報を得る場合は、左側と右側の画素集合からの情報を用い、第２方向（垂直方向）の位相差情報を得る場合には下側と上側の画素集合からの情報を用いる。このような構成の従来の撮像装置に対して、第１実施形態の画素集合の構成画素数２倍になるため、測距精度を向上させることができる。
また、時分割で画素数を増やす場合、第１実施形態の撮像装置では、従来の撮像装置に対して２倍の時間露光ができるため、各画素集合は４倍の時間露光可能となる。これにより、測距精度を高めることができる。
なお、上述の従来の撮像装置は、一眼レフ用の構成であり、４分割することで、撮像素子の面積が大きくなり好ましくない。
（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図５は、第１実施形態における撮像素子１２０の画素の配置及び遮光手段１１０による遮光領域１１１を重ねて示す平面図である。図６は、第１実施形態における画素及び遮光手段の配置を示す断面図である。
図４に示すように、第１実施形態に係る撮像装置は、撮影レンズ１０２の光軸１０１上に、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子１２０が配置されている。図５に示すように、撮像素子１２０は、互いに直交する第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１において２次元配列された複数の画素を有する。この複数の画素は、同一面積の光電変換領域を備え、市松模様状に配置した、第１画素集合１２１と第２画素集合１２２を有する。
撮像素子１２０の物体側近傍には、射出瞳を想定するための遮光手段１１０が配置されている。この遮光手段１１０は、例えば遮光フィルタであって、撮像素子１２０の各画素に対して、撮像素子１２０の第１方向Ａ１に対応する線と第２方向Ｂ１に対応する線で区切られた、４つの分割領域をそれぞれ設定する。遮光手段１１０は、入射光を遮る遮光領域１１１と、入射光が透過する透明領域１１２と、を備える。
図６に示すように、各画素の光電変換面１２３に対応するように、オンチップレンズ１０８及び遮光手段１１０が配置されている。光電変換面１２３とオンチップレンズ１０８の間には、各光電変換面１２３の光電変換領域を規定する遮光部材１２４が設けられている。遮光手段１１０の遮光領域１１１と透明領域１１２を分割する線は、オンチップレンズ１０８の光軸１０８ａ上に配置されている。また、光軸１０８ａは、各画素及び光電変換面１２３の中心を通る。
図５に示すように、第１画素集合１２１を構成する各画素は、画素の左上が遮光領域１１１で覆われており、それ以外の部分には、第１瞳領域としての透明領域１１２を透過し
た光を受光する。したがって、これらの画素に対応して、４つの分割領域の一つである、画素の右下に第１瞳領域の面積重心が存在する。
また、第２画素集合１２２を構成する各画素は、画素の右下が遮光領域１１１で覆われており、それ以外の部分には、第２瞳領域としての透明領域１１２を透過した光を受光する。したがって、これらの画素に対応して、４つの分割領域の一つである、画素の左上に第２瞳領域の面積重心が存在する。
以上の構成においては、第１画素集合１２１と第２画素集合１２２からの信号を上下方向（第２方向Ｂ１）へ比較すると、射出瞳を上下に分割した位相差情報が得られ、左右方向（第１方向Ａ１）に比較すると射出瞳を左右に分割した位相差情報を得られる。
例えば、第１画素集合１２１の画素Ｌ０３Ｆ０２、Ｌ０４Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０４、Ｌ０４Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０６、Ｌ０４Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０８、Ｌ０４Ｆ０９の順に得られる信号波形を左側画像とし、第２画素集合１２２のＬ０４Ｆ０２、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０４、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０４Ｆ０６、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０４Ｆ０８、Ｌ０３Ｆ０９の順に得られる信号波形を右側画像とし、これらから左右像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めることができる。
ここで、特定の画素を示すときに、行番号Ｌ０１〜１６と列番号Ｆ０１〜１６を並べて表している。例えば、Ｌ０１の行のうち、Ｆ０１の列に対応する画素を「Ｌ０１Ｆ０１」で表す。
また、第１画素集合１２１のＬ０４Ｆ０３、Ｌ０５Ｆ０２、Ｌ０６Ｆ０３、Ｌ０７Ｆ０２、Ｌ０８Ｆ０３、Ｌ０９Ｆ０２、Ｌ１０Ｆ０３、Ｌ１１Ｆ０２の順に得られる信号波形を下側画像とし、第２画素集合１２２のＬ０４Ｆ０２、Ｌ０５Ｆ０３、Ｌ０６Ｆ０２、Ｌ０７Ｆ０３、Ｌ０８Ｆ０２、Ｌ０９Ｆ０３、Ｌ１０Ｆ０２、Ｌ１１Ｆ０３の順に得られる信号波形を上側画像とし、これらから上下像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めることができる。
なお、遮光手段１１０に代えて減光手段を用いてもよい。減光手段としては、所謂ＮＤフィルタと同じような構成でよい。この構成は、特に光吸収型のフィルタであると、反射によるフレアーが発生せず好ましい。
また、減光手段を用いると、画素の受光できる光量が増えるため、画像形成に有利となり画質が向上する。さらに、光量増加は、位相差量算出精度も向上させるため、デフォーカス量を高い精度で算出できる。
第１実施形態の遮光手段１１０は、図６に示すように、画素のオンチップレンズ１０８の近傍の物体側に配置していたが、これに代えて、図７に示すように、遮光手段１１０を画素のオンチップレンズ１０８の近傍の光電変換面１２３側に配置してもよい。ここで、図７は、第１実施形態の第１変形例における画素及び遮光手段の配置を示す断面図である。
遮光領域は、図５に示す遮光領域１１１のような、画素の１／４にあたる左上又は右下の領域に限定されない。この場合、入射光量の面積重心が画素の中心線を通る位相差検出方向の線上から外れていればよい。例えば、画素の中心から右上、左上、右下、左下の何れかの周辺部まで遮光領域を持つのが好ましい。
これに対して、図８（ａ）のように、画素１３０の中心１３０ａを越えて遮光部１３１を広げると、透明部１３２が小さくなるため画素の受光量が少なくなる。また、図８（ｂ）のように、画素１３０の中心１３０ａを残して、周辺部を透明部１３２にするとデフォーカス検出精度が劣化する。さらに、図８（ｃ）のように、透明部１３２を画素の周辺部のみにすると撮影レンズのＦ値を大きくしたときにデフォーカス検出が困難になる。
ここで、図８は、比較例としての画素１３０における遮光部１３１と透明部１３２の配置例を示す平面図である。
図９は、第１実施形態の第２変形例における撮像素子１５０の画素の配置及び遮光手段１４０による遮光領域１４１を重ねて示す平面図である。図１０は、第１実施形態の第２変形例におけるカラーフィルタ１６０の配置と撮像素子１５０の画素の配置を重ねて示す平面図である。図１１は、第１実施形態の第２変形例における画素、遮光手段、及びカラーフィルタの配置を示す断面図である。なお、第１実施形態と同様の部材には同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
第２変形例の撮像装置においては、カラーフィルタ１６０を用いてカラー画像を取得できるように構成している。第２変形例の撮像素子１５０は、第１実施形態の撮像素子１２０と同様に、互いに直交する第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１において２次元配列された複数の画素を有する。
カラーフィルタ１６０は、撮像素子１５０の各画素に対応する位置に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を配置している。具体的には、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲ、Ｌ０２Ｆ０１を青色フィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２を緑色フィルタＧとし、以下横方向及び縦方向に、これらの２×２の組合せパターンを繰り返している。
撮像素子１５０の複数の画素は、第１画素集合１５１と第２画素集合１５２を有する。各画素集合を構成する画素における、遮光領域１４１及び透明領域１４２の配置、並びに、瞳領域の面積重心は、第１実施形態の第１画素集合１２１と第２画素集合１２２と同様である。
上述のカラーフィルタ１６０の２×２の組合せパターンを構成する４つの画素は、同一種類の画素集合が設定され、となりの組合せパターンに対して異なる種類の画素集合が設定される。例えば、Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０２の４画素は、第１画素集合１５１であり、この右隣のＬ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４、Ｌ０２Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０４の４画素は、第２画素集合１５２である。
図１１に示すように、遮光手段１４０を画素のオンチップレンズ１０８の近傍の物体側に配置し、オンチップレンズ１０８の光電変換面１５３側近傍にカラーフィルタ１６０を配置している。遮光手段１４０の遮光領域１４１と透明領域１４２を分割する線は、オンチップレンズ１０８の光軸１０８ａ上に配置されている。
図１２は、第１実施形態の第３変形例における画素、遮光手段、及びカラーフィルタの配置を示す断面図である。なお、第１実施形態又は第２変形例と同様の部材には同じ参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
図１２は、遮光手段１４０とカラーフィルタ１６０の配置関係の別の例を示したもので、遮光手段１４０とカラーフィルタ１６０を画素のオンチップレンズ１０８の近傍の光電変換面１５３側に順に配置している。このように構成することにより、画素間のクロストークの影響を小さくできる。なお、遮光手段１４０とカラーフィルタ１６０の順序はこの逆でもよい。このように構成することで、カラー画像が取得できる。
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係る画素及び遮光手段の配置を示す断面図である。図１４は、図１３に示す画素を光軸の方向から見た平面図である。図１５は、第２実施形態における撮像素子２５０の画素の配置を示す平面図である。ここで、図１３は、図１４の８画素のうちの１行分に対応している。図１４においては、マイクロレンズの図示を省略している。
図１３は並びあう画素の断面の概略図であるが、光電変換領域の面積は同じであり、それぞれの重心位置の間隔と画素ピッチの間隔が異なっている。
第１実施形態の撮像装置では、撮像素子１２０のオンチップレンズ１０８の近傍に遮光手段１１０を配置することによって、第１瞳領域と第２瞳領域を構成していたが、第２実施形態では、撮像素子２５０の光電変換領域近傍に遮光手段を配置することによって、第１瞳領域と第２瞳領域を構成している。
画素を４分割し、この図では、左上か右下を遮光部材又はＮＤフィルタを配置している。
図１３、図１４において、マイクロレンズ２１１、２１２、２１３、２１４は、撮像素子２５０（センサー）の各画素に対応するように配置されている。マイクロレンズ２１１、２１２、２１３、２１４の間隔は画素ピッチに従うが、撮影レンズの射出瞳位置を考慮して、中心から周辺に向けて画素ピッチより狭い間隔で配置されてもよい。なお、図１３に図示していない、画素と対応するマイクロレンズとの関係も同様である。
図１４に示す画素は、光電変換面２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８をそれぞれ備える。それぞれの画素において、マイクロレンズと光電変換面との間であって光電変換面近傍には、遮光部材２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８（遮光手段）がそれぞれ配置されている。これらの遮光部材は、例えば遮光フィルタであって、撮像素子２５０の各画素に対して、撮像素子２５０の第１方向Ａ１に対応する線と第２方向Ｂ１に対応する線で区切られた、４つの分割領域をそれぞれ設定する。また、遮光部材は、入射光を遮る遮光領域２３０ａと、入射光が透過する透明領域２３０ｂと、を備える。
なお、図１３においては、遮光部材２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８が同一平面上に構成されているが、同一画素内において同一平面上に構成させなくてもよい。
各画素の光電変換領域は、想定する撮影レンズ、対応するマイクロレンズ、遮光部材、及び、光電変換面の関係で定まる。
各マイクロレンズは、その光軸２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８が、対応する画素の画素中心を通るように配置されている。
２５０は、互いに直交する第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１において２次元配列された複数の画素を有する。この複数の画素は、同一面積の光電変換領域を備え、市松模様状に配置した、第１画素集合２５１と第２画素集合２５２を有する。
第１画素集合２５１を構成する各画素は、光電変換領域において、画素の左上が遮光領域２３０ａで覆われており、それ以外の部分には、第１瞳領域としての透明領域２３０ｂを透過した光を受光する。したがって、これらの画素においては、４つの分割領域の一つである、画素の右下に第１瞳領域の面積重心が存在する。ここで、図１４において、第１画素集合を構成する画素は、光電変換面２２１、２２３、２２６、２２８を有する画素である。
また、第２画素集合２５２を構成する各画素は、光電変換領域において、画素の右下が遮光領域２３０ａで覆われており、それ以外の部分には、第２瞳領域としての透明領域２３０ｂを透過した光を受光する。したがって、これらの画素においては、４つの分割領域の一つである、画素の左上に第２瞳領域の面積重心が存在する。ここで、図１４において、第２画素集合を構成する画素は、光電変換面２２２、２２４、２２５、２２７を有する画素である。
以上のように構成することで、第１画素集合と第２画素集合からの信号を上下方向へ比較すると射出瞳を上下に分割した位相差情報が得られ、左右方向に比較すると射出瞳を左右に分割した位相差情報を得られる。例えば、第１画素集合のＬ０３Ｆ０２、Ｌ０４Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０４、Ｌ０４Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０６、Ｌ０４Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０８、Ｌ０４Ｆ０９の順に得られる信号波形を左側画像とし、第２画素集合のＬ０４Ｆ０２、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０４、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０４Ｆ０６、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０４Ｆ０８、Ｌ０３Ｆ０９の順に得られる信号波形を右側画像とし、これらの画像から左右像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めることができる。
また、第１画素集合のＬ０４Ｆ０３、Ｌ０５Ｆ０２、Ｌ０６Ｆ０３、Ｌ０７Ｆ０２、Ｌ０８Ｆ０３、Ｌ０９Ｆ０２、Ｌ１０Ｆ０３、Ｌ１１Ｆ０２の順に得られる信号波形を下側画像とし、第２画素集合のＬ０４Ｆ０２、Ｌ０５Ｆ０３、Ｌ０６Ｆ０２、Ｌ０７Ｆ０３、Ｌ０８Ｆ０２、Ｌ０９Ｆ０３、Ｌ１０Ｆ０２、Ｌ１１Ｆ０３の順に得られる信号波形を上側画像とし、これらの画像から上下像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めることができる。
また、第２実施形態においても、図９に示したように第１画素集合及び第２画素集合を配置し、図１０に示すカラーファイルタを用いることにより、第１実施形態の場合と同様の考え方でカラー画像を得ることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図１６は、第３実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図１７は、第１遮光手段３６１と、想定される射出瞳１４内の第１瞳領域と第２瞳領域と、の関係を示した平面図である。図１８は、第３実施形態における撮像素子３０３の画素と第２遮光手段３６２を重ねて示す平面図である。また、図１８は、第２遮光手段３６２及び撮像素子３０３を光軸方向にみた図である。
図１６に示すように、撮影レンズ系３０２の光軸３０１上に、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子３０３が配置されている。また、撮影レンズ系３０２は、開口絞り３０４と、その近傍に配置された第１遮光手段３６１と、を有する。さらに、撮像素子３０３の物体側近傍には、第２遮光手段３６２が配置されている。
なお、第１減光手段３６１は撮影レンズ系内の開口絞り３０４の近傍に配置するのが望ましいが、これに限るものでなく、撮像素子３０３から所定の距離の位置、別言すると撮影装置で想定した射出瞳に対応する位置、に配置してもよい。
図１７に示すように、第１遮光手段３６１は、光軸３０１を中心とする水平線３６１ａ及び垂直線３６１ｂによって区切られた、４つの偏光領域（分割領域）６３ＬＵ、６３ＲＵ、６３ＲＳ、６３ＬＳを備える。左上の第１偏光領域６３ＬＵは第１瞳領域及びその面積重心に対応し、右下の第２偏光領域６３ＲＳは第２瞳領域及びその面積重心に対応している。左上の偏光領域６３ＬＵと右下の偏光領域６３ＲＳは、９０度異なる偏光方向の光束を減光又は遮光する構成であり、光軸３０１に関して、第１瞳領域の面積重心のある分割領域に対称な分割領域に、第２瞳領域の面積重心が存在する。
第２遮光手段３６２も、第１遮光手段３６１と同様の構成である。すなわち、光軸３０１を中心とする水平線及び垂直線によって区切られた、４つの偏光領域（分割領域）を備え、その１つの第１偏光領域３６３（図１９）は第１瞳領域及びその面積重心に対応し、光軸３０１に関して対称の位置の第２偏光領域３６４（図１９）が第２瞳領域及びその面積重心に対応している。ここで、図１９は、第３実施形態に係る画素及び第２遮光手段３６２の配置を示す断面図である。
第１遮光手段３６１の偏光領域において減光又は遮光する光束の偏光方向と、第２遮光手段３６２の偏光領域において減光又は遮光する光束の偏光方向と、は互いに９０度異なる。例えば、第１遮光手段３６１の偏光領域においてＳ偏光を遮光する場合、第２遮光手段３６２の偏光領域においてはＰ偏光を遮光する。
図１８に示すように、撮像素子３０３は、互いに直交する第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１において２次元配列された複数の画素を有する。この複数の画素は、同一面積の光電変換領域を備え、市松模様状に配置した、第１画素集合３０６Ｌと第２画素集合３０６Ｒを有する。また、第１偏光領域６３ＬＵと第２偏光領域６３ＲＳは、撮像素子３０３上の第１画素集合３０６Ｌの各画素と第２画素集合３０６Ｒの各画素に対応するように、配置されている。
第１遮光手段３６１と第２遮光手段３６２は、遮光領域と透明領域が、撮像素子３０３の各画素に対応して市松模様状（図１８）になるように、それぞれ配置されている。第１偏光手段の遮光領域と第２偏光手段３６２の遮光領域は、それぞれ同じ偏光方向の光束を遮光するように配置されている。
以上のように構成することによって、第１画素集合３０６Ｌと第２画素集合３０６Ｒからの信号を上下方向へ比較すると射出瞳を上下に分割した位相差情報が得られ、左右方向に比較すると射出瞳を左右に分割した位相差情報を得られる。
例えば、第１画素集合３０６ＬのＬ０３Ｆ０２、Ｌ０４Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０４、Ｌ０４Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０６、Ｌ０４Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０８、Ｌ０４Ｆ０９の順に得られる信号波形を左側画像とし、第２画素集合のＬ０４Ｆ０２、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０４、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０４Ｆ０６、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０４Ｆ０８、Ｌ０３Ｆ０９の順に得られる信号波形を右側画像とし、これらから左右像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めることができる。
また、第１画素集合のＬ０４Ｆ０３、Ｌ０５Ｆ０２、Ｌ０６Ｆ０３、Ｌ０７Ｆ０２、Ｌ０８Ｆ０３、Ｌ０９Ｆ０２、Ｌ１０Ｆ０３、Ｌ１１Ｆ０２の順に得られる信号波形を下側画像とし、第２画素集合のＬ０４Ｆ０２、Ｌ０５Ｆ０３、Ｌ０６Ｆ０２、Ｌ０７Ｆ０３、Ｌ０８Ｆ０２、Ｌ０９Ｆ０３、Ｌ１０Ｆ０２、Ｌ１１Ｆ０３の順に得られる信号波形を上側画像とし、これらから上下像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めることができる。
また、第３実施形態においても、図９に示したように第１画素集合及び第２画素集合を配置し、図１０に示すカラーフィルタを用いることにより、第１実施形態の場合と同様の考え方でカラー画像を得ることができる。カラー画像を得るために、第２遮光手段３６２と撮像素子３０３は、図１９に示すように配置することが好ましい。オンチップレンズ３０８の光電変換部３２３側近傍に第２遮光手段３６２の第１偏光領域３６３又は第２偏光領域３６４が配置され、その光電変換部３２３側近傍にカラーフィルタ３５０が配置されている。なお、第２遮光手段３６２はオンチップレンズ３０８の物体側近傍に配置してもよい。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
（第４実施形態）
図２０は、第４実施形態に係る一眼レフレックスカメラの構成を示す概念図である。図２１は、第４実施形態のＡＦ光学系の構成を示す図である。図２２（ａ）は、第１画素集合用の第１撮像面４１７を示す平面図、（ｂ）は第２画素集合用の第２撮像面４１８を示す平面図である。
第４実施形態は、本発明の撮像装置を一眼レフレックスカメラに適用した実施形態である。
図２０は、一眼レフレックスカメラでファインダー観察とＡＦ測距するときの状態を示している。光軸（光線の進行方向）４０１は、撮影レンズ４０２を通り、ハーフミラーで構成されるメインミラー４０４に達する。ここで反射された光線は、焦点板４０５、ペンタプリズム４０６、及び接眼レンズ４０７を経て、撮影者の瞳（不図示）に入射し、ファインダー機能を果たす。
なお、撮影時には、メインミラー４０４とサブミラー４０８を撮影光路から退避させることによって、画像形成用の撮像素子４０３上に被写体像を投影することができる。
一方、メインミラー４０４を透過した光は、サブミラー４０８で反射し、以下に説明するＡＦ光学系に入射する。
即ち、サブミラー４０８で反射した光は、視野絞り４０９、コンデンサーレンズ４１０、反射面４１１を経て、瞳分割絞り４１２に入射する。瞳分割絞り４１２に入射した光は、第１画素集合用の光束と第２画素集合用の光束に分離され、セパレーターレンズ４１３を経てＡＦ用撮像面４１４に入射する。瞳分割絞り４１２は、撮影レンズ４０２内の想定射出瞳と共役関係になるように構成される。
撮影レンズ４０２内の射出瞳には、光軸４０１を中心とする水平線及び垂直線で区切られた４つの分割領域が設定されている。第１瞳領域は、４つの分割領域の１つに面積重心があり、第２瞳領域は、光軸４０１に関して第１瞳領域の面積重心のある分割領域に対称な分割領域に面積重心がある。
図２１に示すように、瞳分割絞り４１２には、光軸４０１に対して左上側に配置した第１開口部４１５と、光軸４０１に対して右下側に配置した第２開口部４１６と、が配置されている。第１開口部４１５には、第１画素集合用光束が通過し、第２開口部４１６には、第２画素集合用光束が通過する。
図２１に示すように、ＡＦ用撮像面４１４には、光軸４０１に対し左上側に配置した第１撮像面４１７と、光軸４０１に対し右下側に配置した第２撮像面４１８と、が配置されている。第１撮像面４１７は、２次元に複数の画素（第１画素集合）が配列され、第１瞳領域からの第１画素集合用光束を受光する。第２撮像面４１８は、第１撮像面４１７と同様に、２次元に複数の画素（第２画素集合）が配列され、第２瞳領域からの第２画素集合用光束を受光する。
図２２（ａ）に示す第１撮像面４１７と図２２（ｂ）に示す第２撮像面４１８の互いに対応する位置の画素からの出力信号を第１方向Ａ１で比較すると左右方向の位相差が算出でき、第２方向Ｂ１で比較すると上下方法の位相差が算出できる。よって、これらの情報から撮影レンズ４０２のデフォーカス量を検知することができる。
第４実施形態においては、第１画素集合と第２画素集合を、ＡＦ用撮像面４１４の面内で第１撮像面４１７と第２撮像面４１８に分離したものを示したが、これに代えて撮像面は共通化して時分割で分離をしても良い。この場合は、２回の時分割で２方向の位相差を検出できるので、測距時間を短くし、動体に対する測距精度を向上させることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
（第５実施形態）
図２３は、第５実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図２４は、遮光手段５１１を光軸５０１の方向から開口絞り５０４と重ねて示す図であって、遮光部５１２が光軸５０１の左上にある状態を示す図である。図２５は、遮光手段５１１を光軸５０１の方向から開口絞り５０４と重ねて示す図であって、遮光部５１２が光軸５０１の右下にある状態を示す図である。
第５実施形態は、時分割して第１瞳領域と第２瞳領域を生成する撮像装置の実施形態である。
図２３に示すように、撮影レンズ系５０２の光軸５０１上には撮像素子５０３が配置されている。撮影レンズ系５０２は、開口絞り５０４と、その物体側近傍に配置された遮光手段５１１と、を備える。
なお、遮光手段５１１は、図２３に示すように、撮影レンズ系５０２内の開口絞り５０４の近傍に配置されているのが望ましいが、これに限るものではない。
図２４、図２５に示すように、遮光手段５１１は、入射光を遮光する遮光部５１２と、入射光が透過する透明部５１３と、を備える。この遮光部５１２は、光軸５０１に直交する面内で遮光手段５１１を移動することにより、光軸５０１を挟んだ２つの位置をとることができる。この２つの位置は、光軸５０１を中心とする水平線５２１と垂直線５２２で区切られた４つの分割領域のうち、光軸５０１に関して対称な左上の領域と右下の領域内にある。遮光手段５１１は、図示しない駆動源により、図２４で示すように遮光部５１２が光軸５０１の左上にある状態と、図２５で示すように遮光部５１２が光軸５０１の右下にある状態と、のいずれかになるように駆動される。これら２つの状態を切り換える手段は、２つの位置を結ぶ方向に遮光手段５１１を移動させるほか、遮光手段５１１を光軸５０１を中心に回転させても良いし、液晶やエレクトロクロミック等を用いて、電気的に透過状態と減光又は遮光状態を切り換えるものでも良い。
図２４に示す状態では、光軸５０１の右下の領域に面積重心がある第１瞳領域からの光束が、撮像素子５０３の第１画素集合を形成する複数の画素に受光される。図２５に示す状態では、光軸５０１の左上の領域に面積重心がある第２瞳領域からの光束が、撮像素子５０３の第２画素集合を形成する複数の画素に受光される。これら２つの状態を時分割で実現することにより、位相差情報の検出が可能となり、画面上の各部位でのデフォーカス量が算出される。また、図２４と図２５でそれぞれ記録画像用の画像形成を行うことができる。特に、遮光部５１２を光軸５０１近くに位置させることで、図２４と図２５の状態から生成される記録用画像（撮影画像）はほぼ同じになり、動画等でこの二つの状態を混合して使うことができる。
（第６実施形態）
図２６は、第６実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図２７は、撮像素子６５１に遮光手段６５２を重ねて示す平面図であって、遮光手段６５２の下部の画素２行分が撮像素子６５１と重なっていない状態を示す図である。図２８は、撮像素子６５１に遮光手段６５２を重ねて示す平面図であって、遮光手段６５２の上部の画素２行分が撮像素子６５１と重なっていない状態を示す図である。図２９は、画素の構成を示す断面図であって、図２７に示す状態に対応する図である。図３０は、画素の構成を示す断面図であって、図２８に示す状態に対応する図である。
第６実施形態は、時分割して第１瞳領域と第２瞳領域を生成する撮像装置の実施形態である。
第６実施形態の撮像装置は、図２６に示すように、撮影レンズ６０２の光軸６０１上に撮像素子６５１が配置されている。この撮像素子６５１の各画素の光電変換面６６０に対応する位置にオンチップレンズ６５５がそれぞれ配置されている。オンチップレンズ６５５の物体側近傍には、射出瞳を想定するための遮光手段６５２が配置されている。この遮光手段６５２は減光手段でもよい。
遮光手段６５２は、例えば遮光フィルタであって、撮像素子６５１の各画素に対して、撮像素子６５１の第１方向Ａ１に対応する線と第２方向Ｂ１に対応する線で区切られた、４つの分割領域をそれぞれ設定する。遮光手段６５２は、入射光を遮光する遮光領域６５３と、入射光が透過する透明領域６５４と、を備える。
撮像素子６５１の複数の画素は、左上が遮光領域６５３で覆われている第１画素集合６６１と、右下が遮光領域６５３で覆われている第２画素集合６６２と、で構成される。図２７、図２８に示す状態では、第１画素集合６６１と第２画素集合６６２が４画素単位で市松模様に構成されている。
第１画素集合６６１を構成する各画素は、画素の左上が遮光領域６５３で覆われており、それ以外の部分には、第１瞳領域としての透明領域６５４を透過した光を受光する。したがって、これらの画素に対応して、４つの分割領域の一つである、画素の右下に第１瞳領域の面積重心が存在する。
また、第２画素集合６６２を構成する各画素は、画素の右下が遮光領域６５３で覆われており、それ以外の部分には、第２瞳領域としての透明領域６５４を透過した光を受光する。したがって、これらの画素に対応して、４つの分割領域の一つである、画素の左上に第２瞳領域の面積重心が存在する。
ここで、図９に示したように第１画素集合及び第２画素集合を配置し、図１０に示すカラーファイルタを用いることにより、第１実施形態の場合と同様の考え方でカラー画像を得ることができる。
図２７に示す状態では、撮像素子６５１の左上の４画素が第２画素集合６６２となる。図２７の状態に対して遮光手段６５２を上へ２行分ずらした図２８に示す状態では、撮像素子６５１の左上の４画素が第１画素集合６６１となる。したがって、図２７の状態で第１画素集合６６１であった画素は、図２８の状態では第２画素集合６６２となり、第２画素集合６６２であった画素は第１画素集合となる。
図２７の状態から図２８の状態への切り換えは、不図示の駆動手段によって遮光部材を移動させてもよいし、撮像素子を移動させてもよい。また、これらを移動させる駆動手段は、手振れ防止の為の駆動システムと兼用しても良い。
以上の構成によれば、図２７と図２８の状態における、同一の画素からの出力を比較することにより、位相差情報を取得することができる。
なお、全画素が第１画素集合６６１である状態と、全画素が第２画素集合６６２である状態と、を時分割で形成してもよい。
次に、第６実施形態の撮像装置としてレンズ交換式のカメラシステムを用いた場合の処理の流れについて説明する。図３１は、第６実施形態の撮像装置の処理の流れを示すフローチャートである。図３２は、第６実施形態のレンズ交換式のカメラシステム（撮像装置）の構成をより詳細に示すブロック図である。
まず、図３２に示す、レンズ交換式のカメラシステムで、カメラボディ（カメラ本体）７００のボディマウント／レンズマウント結合部７０１に交換レンズ８００が装着されると、カメラボディ７００側でレンズの装着が検知される（ステップＳ０１１）。
次に、交換レンズ８００内のレンズ情報記録部８０６に記憶された、繰り出し量情報、収差情報等がカメラボディ７００内のレンズ情報記録部７０３へ転送、記録される（ステップＳ０２１）。
使用者がレリーズボタン（シャッターボタン）７０２を半押しにする等の操作をすることにより測距開始の指示信号がカメラコントローラ７１０へ出力される（ステップＳ０３１）。このとき、測距部位を設定する処理をいれてもよい。この測距部位の設定は使用者がマニュアルで設定してもよいし、カメラであらかじめ設定された規則に従い設定しても良い。
ステップＳ０３１により、撮像素子７２１の各画素が光電変換を実施する（ステップＳ０４１）。このとき、必要に応じて選択的に光電変換する画素を設定しても良い。
光電変換された信号は、ＡＤＣ（アナログデジタル変換回路）７２２によりデジタル信号に変換され、前処理部７１７へ出力される。前処理部７１７では、画像処理部７１５、７１１での処理に適した形式に変換処理される。また、撮像素子７２１は、カメラコントローラ７１０によって制御されたＴＧ（タイミングジェネレータ）からの出力にしたがって動作する。
ステップＳ０３１により、交換レンズ８００のズーム状態算出部８１２に記憶されたフォーカスレンズ位置情報がカメラボディ７００内のレンズ状態記録部７０４へ転送、記録される（ステップＳ０５１）。ここで、交換レンズ８００がズームレンズの場合、フォーカスレンズ位置情報に加えて焦点距離の状態の情報を転送しても良い。フォーカスレンズ位置情報は、ズームレンズ群位置検出部８０４が検出した、フォーカスレンズ８０１を含む撮影レンズ系８０２の位置情報に基づいて、ズーム状態算出部８１２が所定の方法により算出した情報である。
ステップＳ０４１で実施された光電変換により、画像処理部７１１は、測距部位の第１画素集合６６１の光電変換情報を取得し、Ａ像を形成する（ステップＳ０６１）。このとき、ステップＳ０２１で取得した収差情報を加味してもよい。
ステップＳ０６１で取得した光電変換情報を用いて、画像処理部７１２は、水平方向の位相差情報を取得するためのＡＨ像を形成（ステップＳ０６２）するとともに、垂直方向の位相差情報を取得するためのＡＶ像を形成する（ステップＳ０６３）。
また、ステップＳ０４１で実施された光電変換により、画像処理部７１１は、測距部位の第２画素集合６６２の光電変換情報を取得し、Ｂ像を形成する（ステップＳ０７１）。
さらに、画像処理部７１２は、ステップＳ０７１で取得した光電変換情報を用いて、水平方向の位相差情報を取得するためのＢＨ像を形成（ステップＳ０７２）するとともに、垂直方向の位相差情報を取得するためのＢＶ像を形成する（ステップＳ０７３）。
つづいて、位相差量算出部７１３は、ＡＨ像とＢＨ像から位相差量ＳＨを算出（ステップＳ０８１）し、ＡＶ像とＢＶ像から位相差量ＳＶを算出する（ステップＳ０８２）。さらに、位相差量算出部７１３は、位相差量ＳＨ、ＳＶより、デフォーカス量を算出する位相差量ＳＤを算出する（ステップＳ１０１）。位相差量ＳＤは、位相差量ＳＨと位相差量ＳＶの平均値でもよいし、ＡＶ像、ＢＶ像、ＡＨ像、及びＢＨ像のコントラスト値等から精度の高いと判断される位相差量ＳＨ、ＳＶの値を採用してもよいし、マニュアルで定めても良い。
レンズ駆動量算出部７１４は、ステップＳ１０１で算出した位相差量ＳＤが所定量内である場合、合焦状態と判断し、所定量を超えていると非合焦状態と判断する（ステップＳ１１１）。ここで、所定量は、最小錯乱円径から算出される像面深度から設定してもよいし、撮影レンズからの情報を参照しても良い。
ステップＳ１１１で位相差量ＳＤが所定量を超えていると判断した場合（ステップＳ１１１でＮＯ）、位相差量ＳＤと、レンズ情報記録部７０３に記録した繰り出し量情報と、レンズ状態記録部７０４に記録したフォーカスレンズ位置等の情報と、から、レンズ駆動量算出部７１４は、レンズ繰り出し量Ｄ１を算出する（ステップＳ１２１）。繰り出し量Ｄ１の算出方法は、従来の位相差ＡＦと同じ方法を使用できる。なお、繰り出し量Ｄ１は、繰り出し方向の量であってもよいし、フォーカスレンズ８０１を駆動するフォーカスレンズ駆動部８０３（モータ）の駆動パルス等の制御値であっても良い。
カメラコントローラ７１０は、ステップＳ１２１で算出された繰り出し量Ｄ１の情報を交換レンズ８００のレンズコントローラ８１０へ転送する。転送された繰り出し量Ｄ１に基づいて、フォーカスレンズ制御部８１１は、フォーカスレンズ駆動部８０３によりフォーカスレンズ８０１を繰り出し量Ｄ１だけ駆動させる（ステップＳ１３１）。このとき、フォーカスレンズ制御部８１１は、フォーカスレンズ位置検出部８０５が検出したフォーカスレンズ８０１の位置情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部８０３を制御する。なお、カメラコントローラ７１０とレンズコントローラ８１０との間の通信は、カメラコントローラ７１０内の通信制御部７１８によって制御される。
ステップＳ１３１でフォーカスレンズ８０１を駆動した後は、ステップＳ０４１、Ｓ０５１のステップに戻り、カメラコントローラ７１０は、合焦状態になったどうかを確認する。
一方、ステップＳ１１１で、レンズ駆動量算出部７１４が、位相差量ＳＤは所定量以内であると判断した場合（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、撮像素子７２１の各画素で光電変換が行われる（ステップＳ１４１）。画像処理部７１５は、光電変換した信号に基づいて、画像形成を行う（ステップＳ１５１）。すなわち、７１５は撮影画像を生成する。形成された画像は、圧縮部７１６で所定の形式で圧縮され、画像記録部７３１（画像記録手段）に記録される（ステップＳ１６１）。また、圧縮された画像は、画像表示部７３２に表示される。
ステップＳ１５１においては、画像形成のほか、レンズ情報記録部７０３に記録された情報で画像全体に適した画像処理を行っても良い。
画像記録部７３１は、カメラボディ７００内に設けたメモリでも良いし、カメラボディ７００に装着された外部メモリでもよい。
以上のとおり、図３１においては、ステップＳ１３１の後にステップＳ０４１、ステップＳ０５１に戻り、位相差量ＳＤが所定量以内（ステップＳ１１１でＹＥＳ）になったところでステップＳ１４１に進むことにしている。これに対して、ＡＦスピードを優先する場合は、ステップＳ１３１の後、ステップＳ０４１、ステップＳ０５１にもどることなく、直接ステップＳ１４１に進んでも良い。また、ステップＳ１３１の後にステップＳ０４１、ステップＳ０５１にもどる場合でも、ステップＳ１１１での判断が規定回数を超えたらステップＳ１４１に進んで確実に撮影画像を得るようにしても良い。
次に、第６実施形態の撮像装置としてレンズ一体型のカメラを用いた場合の処理の流れについて、図３３、図３４を参照して説明する。図３３は、撮像装置の処理の流れを示すフローチャートである。図３４は、レンズ一体型のカメラ（撮像装置）の構成をより詳細に示すブロック図である。
まず、図３３に示すフローが始まる前に、カメラボディ９００のレンズ情報記録部９０３には、繰り出し量情報、収差情報等のデータが格納される。
例えば動画像を撮影する場合、使用者がレリーズボタン９０２を半押しにするなどの操作をすることにより、測距開始の指示信号がカメラコントローラ９１０へ出力される（ステップＳ１０３１）。
撮影レンズのフォーカスレンズ位置情報をレンズ状態記録部９７４に記録する。撮影レンズがズームレンズの場合、加えて焦点距離の状態を記憶しても良い（ステップＳ１０５１）。撮像素子の各画素が光電変換を実施する（ステップＳ１０４１）。光電変換された信号は、ＡＤＣ（アナログデジタル変換回路）９２２によりデジタル信号に変換され、前処理部９１７へ出力される。前処理部９１７では、画像処理部９１５、９１１での処理に適した形式に変換処理される。また、撮像素子９７１は、カメラコントローラ９１０によって制御されたＴＧ（タイミングジェネレータ）からの出力にしたがって動作する。
ステップＳ１０４１で実施された光電変換に基づいて、画像処理部９１５は、画像形成を行う（ステップＳ１１５１）。形成された画像は、圧縮部９１６で所定の形式で圧縮され、画像記録部９３１（画像記録手段）に記録される（ステップＳ１１６１）。また、圧縮された画像は、画像表示部７３２に表示される。
なお、ここでは動画撮影を前提として説明しているが、図３３に示すステップは、静止画の場合にも適用できる。
ステップＳ１０３１により、レンズ部９５０のズーム状態算出部９６２に記憶されたフォーカスレンズ位置情報がレンズ状態記録部９７４へ転送、記録される。ここで、レンズ部９５０がズームレンズの場合、フォーカスレンズ位置情報に加えて焦点距離の状態の情報を転送しても良い。フォーカスレンズ位置情報は、ズームレンズ群位置検出部９５４が検出した、フォーカスレンズ９５１を含む撮影レンズ系９５２の位置情報に基づいて、ズーム状態算出部９６２が所定の方法により算出した情報である。
一方、ステップＳ１０４１で実施された光電変換により、画像処理部９１２は、測距部位の第１画素集合６６１の光電変換情報を取得し、Ａ像を形成する（ステップＳ１０６１）。このとき、測距部位の設定は、使用者がマニュアルで設定してもよいし、カメラであらかじめ設定された規則に従い設定しても良い。
さらに、ステップＳ１０６１で取得した光電変換情報を用いて、画像処理部９１２は、水平方向の位相差情報を取得するためのＡＨ像を形成（ステップＳ１０６２）するとともに、垂直方向の位相差情報を取得するためのＡＶ像を形成する（ステップＳ１０６３）。
また、ステップＳ１０４１で実施された光電変換により、画像処理部９１２は、測距部位の第２画素集合６６２の光電変換情報を取得し、Ｂ像を形成する（ステップＳ１０７２）。さらに、画像処理部９１２は、ステップＳ１０７１で取得した光電変換情報を用いて、水平方向の位相差情報を取得するためのＢＨ像を形成（ステップＳ１０７２）するとともに、垂直方向の位相差情報を取得するためのＢＶ像を形成する（ステップＳ１０７３）。
次に、位相差量算出部９１３は、ＡＨ像とＢＨ像から位相差量ＳＨを算出（ステップＳ１０８１）し、ＡＶ像とＢＶ像から位相差量ＳＶを算出する（ステップＳ１０８２）。さらに、位相差量算出部９１３は、位相差量ＳＨ、ＳＶより、デフォーカス量を算出する位相差量ＳＤを算出する（ステップＳ１１０１）。位相差量ＳＤは、位相差量ＳＨと位相差量ＳＶの平均値でもよいし、ＡＶ像、ＢＶ像、ＡＨ像、及びＢＨ像のコントラスト値等から精度の高いと判断される位相差量ＳＨ、ＳＶの値を採用してもよいし、マニュアルで定めても良い。
つづいて、位相差量ＳＤと、レンズ情報記録部９０３に記録した繰り出し量情報と、レンズ状態記録部９７４に記録したフォーカスレンズ位置等の情報と、から、９１４は、レンズ繰り出し量Ｄ１を算出する（ステップＳ１１２１）。繰り出し量Ｄ１の算出方法は、従来の位相差ＡＦと同じ方法を使用できる。なお、繰り出し量Ｄ１は繰り出し方向の量であってもよいし、フォーカスレンズ９５１を駆動するフォーカスレンズ駆動部９５２（モーター）の駆動パスル等の制御値であっても良い。また、動画においては、移動速度を考慮して駆動量を決定しても良い。
カメラコントローラ９１０は、ステップＳ１１２１で算出された繰り出し量Ｄ１の情報をレンズ部９５０のレンズコントローラ９６０へ転送する。転送された繰り出し量Ｄ１に基づいて、フォーカスレンズ制御部９６１は、フォーカスレンズ駆動部９５２によりフォーカスレンズ９５１を繰り出し量Ｄ１だけ駆動させる（ステップＳ１１３１）。このとき、制御部９６１は、フォーカスレンズ位置検出部９５５が検出したフォーカスレンズ９５１の位置情報に基づいて駆動部９５２を制御する。
フォーカスレンズ９５１の駆動後、カメラボディ９００上のスイッチ等の操作により撮影終了指示があった場合（ステップＳ１１７１でＹＥＳ）、撮影を終了する（ステップＳ１１８１）。撮影終了指示がなければ（ステップＳ１１７１でＮＯ）、ステップＳ１０４１のステップに戻り、光電変換の実施以降の処理を行う。
なお、ステップＳ１０４１からステップＳ１１３１までの処理は、ステップＳ１１５１、Ｓ１１６１を複数回行うサイクルで一回進む形態としても良い。
また、条件によっては、これらのフローにコントラストＡＦのフローをいれてもよい。
なお、その他の作用、効果、変形例については、上述のレンズ交換式のカメラシステムの場合と同様である。
以上のように、本発明に係る撮像装置は、高い測距精度と小型化の両立が必要な撮像装置に有用である。
１１ 光軸
１２ 撮影レンズ
１３ 撮像素子
１４ 射出瞳
１４ａ 水平線
１４ｂ 垂直線
６３ＬＵ 第１偏光領域
６３ＲＳ 第２偏光領域
６３ＲＵ、６３ＬＳ 偏光領域
１０１ 光軸
１０２ 撮影レンズ
１０８ オンチップレンズ
１０８ａ 光軸
１１０ 遮光手段
１１１ 遮光領域
１１２ 透明領域
１２０ 撮像素子
１２１ 第１画素集合
１２２ 第２画素集合
１２３ 光電変換面
１２４ 遮光部材
１３０ 画素
１３０ａ 中心
１３１ 遮光部
１３２ 透明部
１４０ 遮光手段
１４１ 遮光領域
１４２ 透明領域
１５０ 撮像素子
１５１ 第１画素集合
１５２ 第２画素集合
１５３ 光電変換面
１６０ カラーフィルタ
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８ 光軸
２１１、２１２、２１３、２１４ マイクロレンズ
２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８ 光電変換面
２３０ａ 遮光領域
２３０ｂ 透明領域
２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８ 遮光部材
２５０ 撮像素子
２５１ 第１画素集合
２５２ 第２画素集合
３０１ 光軸
３０２ 撮影レンズ系
３０３ 撮像素子
３０４ 開口絞り
３０６Ｌ 第１画素集合
３０６Ｒ 第２画素集合
３０８ オンチップレンズ
３２３ 光電変換部
３５０ カラーフィルタ
３６１ 第１遮光手段
３６１ａ 水平線
３６１ｂ 垂直線
３６２ 第２遮光手段
３６３ 第１偏光領域
３６４ 第２偏光領域
４０１ 光軸
４０２ 撮影レンズ
４０３ 撮像素子
４１４ ＡＦ用撮像面
４１５ 第１開口部
４１６ 第２開口部
４１７ 第１撮像面
４１８ 第２撮像面
５０１ 光軸
５０２ 撮影レンズ系
５０３ 撮像素子
５０４ 開口絞り
５１１ 遮光手段
５１２ 遮光部
５１３ 透明部
５２１ 水平線
５２２ 垂直線
６０１ 光軸
６０２ 撮影レンズ
６５１ 撮像素子
６５２ 遮光手段
６５３ 遮光領域
６５４ 透明領域
６５５ オンチップレンズ
６６０ 光電変換面
６６１ 第１画素集合
６６２ 第２画素集合
７００ カメラボディ
７０３ レンズ情報記録部
７０４ レンズ状態記録部
７１０ カメラコントローラ
７１１、７１２、７１５ 画像処理部
７１３ 位相差量算出部
７１４ レンズ駆動量算出部
７２１ 撮像素子
８００ レンズ
８０１ フォーカスレンズ
８０２ 撮影レンズ系
８０３ フォーカスレンズ駆動部
８０４ ズームレンズ群位置検出部
８０５ フォーカスレンズ位置検出部
８０６ レンズ情報記録部
８１０ レンズコントローラ
８１１ フォーカスレンズ制御部
８１２ ズーム状態算出部
９００ カメラボディ
９０３ レンズ情報記録部
９１０ カメラコントローラ
９１１、９１２、９１５ 画像処理部
９１３ 位相差量算出部
９５０ レンズ部
９５１ フォーカスレンズ
９５２ 撮影レンズ系
９５３ フォーカスレンズ駆動部
９５４ ズームレンズ群位置検出部
９５５ フォーカスレンズ位置検出部
９５６ レンズ情報記録部
９６０ レンズコントローラ
９６１ フォーカスレンズ制御部
９６２ ズーム状態算出部
９７１ 撮像素子
９７４ レンズ状態記録部
５ＬＵ、５ＲＵ、５ＲＳ、５ＲＵ 分割領域
６Ｌ、６Ｒ 画素
Ａ１ 第１方向
Ｂ１ 第２方向

Claims (5)

  1. 撮影レンズが装着可能な、又は、撮影レンズが固定された、撮像装置において、
    撮像素子を備え、
    前記撮像素子は２次元に配列された複数の画素を有し、
    前記複数の画素によって、少なくとも、第１画素集合と第２画素集合の二つの画素集合が形成され、
    射出瞳が想定され、
    前記射出瞳に、その光軸と直交する面内で互いに直交する２つの直線で区切られた４つの分割領域を設定し、
    前記第１画素集合の画素は、前記４つの分割領域の一つに面積重心がある第１瞳領域からの光束を受光する構成であり、
    前記光軸に関して、前記第１瞳領域の前記面積重心のある分割領域に対称な分割領域に第２瞳領域の面積重心があり、
    前記第２画素集合の画素は、前記第２瞳領域に面積重心がある光束を受光する構成であり、
    前記第１画素集合からの信号と前記第２画素集合からの信号を前記２つの直線の方向の少なくとも一方で比較し、デフォーカス情報を取得することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第１画素集合及び前記第２画素集合は、画像形成のための撮像素子内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記第１画素集合及び前記第２画素集合から、画像形成のための信号を得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。
  4. 前記第１瞳領域と前記第２瞳領域は、少なくともそれぞれ、前記面積重心のある分割領域とその隣接する２つの分割領域内にあり、第１瞳領域と前記第２瞳領域は、前記隣接する領域内で重複部があ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。
  5. 前記２つの直線は、前記撮像素子の１辺に対して水平方向の直線及び垂直方向の直線であ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。
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