JP2012027393A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差ＡＦと同程度の測距性能を有し、撮像素子の構成も比較的簡易で、画質劣化の少ない撮像装置を提案する。
【解決手段】
２次元に配列された複数の画素を有する撮像素子を備え、前記複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する１つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも２種類以上有し、前記所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの前記画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、少なくとも２種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、画素情報から画像形成を行う画像処理部と、を有することを特徴とする撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

従来のデジタルスチルカメラや動画カメラでは以下の（１）、（２）のＡＦ方式が実現されている。
（１）撮像素子とは別にＡＦのための光学系とセンサーを配置するものがある。代表的なものが、一眼レフカメラで用いられる位相差式ＡＦである。この方式のメリットは、撮影レンズを通過した光束を使いパララックスの問題を解決し、一回の測距信号で焦点ズレを検出し、撮影レンズを被写体に合焦させることが可能であり、合焦までの時間を短くすることができる。

一方、この方式では、撮影レンズと撮像素子の間に光路の切り替え又は分割手段を配置する必要があり、さらに光路の切り替え又は分割手段とＡＦ用センサーの間にＡＦ用の光学系が必要となる。このデメリットは、（ａ）光路切り換え手段のスペースの確保、及び、（ｂ）ＡＦ用の光学系と専用センサーのためのスペースの確保の点から大型化を招く。さらに、（ｃ）光路の切り替え手段を配置する場合は、切り替え機構と切り替えによるタイムラグが生じ、（ｄ）光路分割手段を配置する場合には、光路分割による光量ロスが生じる。

（２）撮像素子そのものの出力を利用するＡＦ方式も存在する。代表的なものが、所謂コンパクトデジタルカメラや動画カメラ（ビデオカメラ）に用いられているコントラストＡＦである。この方式のメリットは、撮像素子とＡＦセンサーが一体化しているので、スペース的に有利であり、構成部材が少ないという点である。

一方、この方式では、複数回の測距信号を比較する必要があることと、ウォブリングにより、合焦までに時間がかかるというデメリットがある。さらに、動画撮影においては、ウォブリングによる像のボケが撮影されてしまい、画質を損なう。この傾向は高画素になるほど顕著になる。

更に近年、クイックリターンミラーとダハプリズムを使った光学式ファインダーを備えた一眼レフカメラに対して、クイックリターンミラーとダハプリズムを必要としない電子ビューファインダーを前提とした交換レンズ式カメラが発売されており、静止画撮影、動画撮影とも高画質であることが要求されている。特にこのようなカメラでは、上記の（１）と（２）の方式のそれぞれのメリットをもち、デメリットを解決したＡＦが求められている。

特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００９−４４６３６号公報 特開２００９−４４６３７号公報 特開２００８−４００８７号公報 特開２００９−１５７０４３号公報

以上のような課題に対して、特許文献１の固体撮像装置は、撮像素子の画素の一部を測距のための信号を出力するように構成され、この測距用画素は光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層と、を有する。この光電変換部は、遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１画素と、遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２画素と、を備え、この２種類の画素の出力信号の位相差情報を用いて合焦を行う。この測距用画素の周囲には、画像信号を形成するための信号を出力する複数の画素が配置されている。測距用画素の位置の画像情報は、その周辺の画像形成用の画素を用いて補間され、これにより画像形成が行われる。

特許文献１の固体撮像装置では、従来の一眼レフ用カメラに用いられている瞳分割による位相差ＡＦの測距原理を採用し、測距用画素の開口効率が、画像形成画素の半分以下程度であることを前提としており、測距用画素は画像形成用の画素として使えない。このため、測距用画素の位置の画像情報を周辺の画像形成用の画素での画像情報を用いて補間を行う構成としている。しかし、画素の補間を行うことにより画像情報を得るのでは、画質の劣化がおきてしまう。さらに、測距精度の向上や、測距エリアの向上を図ると、測距用画素の密度が増すため、画質の劣化が大きくなる。

特許文献２や特許文献３の撮像装置では、測距用画素と画像形成用画素の開口効率の差を補正するために測距用画素のゲインアップを行い、測距用画素の出力を画像形成に使うことを提案している。しかしながら、この提案では、信号処理が複雑になることと、測距用画素の強いゲインアップにより、ノイズ等の画質劣化が起こるという問題がある。さらに、測距精度や、測距エリアの向上を図ると、測距用画素の密度が増し、画質の劣化が大きくなる。また、特許文献２及び特許文献３の撮像装置では、被写体の周波数特性等から測距用画素からの情報を画像形成に使うか否かを切り替えることが必要であり、測距用画素からカラー情報を得ることができない。さらにまた、この撮像装置では、画像形成用画素に対して一定の割合以下を測距用画素とすることを前提としている。

特許文献４の撮像装置においては、測距用画素の構成として、瞳を分割した光束をそれぞれ独立して受光できるように光電変換部を複数配置している。この構成によれば、画像形成時は１つの測距用画素内に構成された複数の光電変換部からの出力を加算することで、実質的に画像形成用画素との開口効率の差を小さくでき、特許文献１〜３で課題となった画質劣化の問題は軽減できる。一方、この構成は、実質的に撮像素子の画素数を増やすことと同じとなるため、構成が難しくなるのに加え、測距用画素用に加算用の手段を加えることになることから、構成が複雑化し、画質への影響も課題となる。

特許文献５の撮像装置では、撮影レンズの絞り位置と撮像画素に偏光特性を持たせることが提案されている。しかし、偏光度を高くすると撮影レンズに入射した光量の約１／４以下しか受光できず、露光時間を長くするなどの対策が必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像素子からの出力信号で、位相差ＡＦと同程度の測距性能を有し、撮像素子の構成も比較的簡易で、画質劣化の少ない撮像装置を提案す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、又は、撮影レンズが固定された撮像装置であって、２次元的に配列された複数の画素を有する撮像素子を備え、前記複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する１つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも２種類以上有し、前記所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの前記画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、少なくとも２種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、画素情報から画像形成を行う画像処理部と、を有している。

本発明に係る撮像装置においては、画素集合の何れかに画像形成用画素が含まれることが好ましい。

本発明に係る撮像装置においては、撮影レンズ内に減光手段を配置し、減光手段は、透過領域と、第１偏光領域と、第２偏光領域と、を有し、第１偏光領域と第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を減光又は遮光する領域であり、画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、第１画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、下記の条件式（１）を満足することが好ましい。
０＜Ａ／Ｂ＜１ ・・・（１）

本発明に係る撮像装置においては、撮影レンズ内に減光手段を配置し、減光手段は、第１偏光領域と第２偏光領域を有し、第１偏光領域と第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を通過する領域であり、画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、第１画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、下記の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．１＜（Ｂ−Ａ）／（Ａ＋Ｂ）＜０．５ ・・・（２）

本発明に係る撮像装置においては、画素の光電変換面前方にオンチップレンズを有し、減光手段は、オンチップレンズの近傍において、オンチップレンズの一部を覆うように離散的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、画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分を覆われた画素集合Ｒと、左半分を覆われた画素集合Ｌとを有し、２種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Ｌと画素集合Ｒの左右方向の出力信号であることが好ましい。

本発明に係る撮像装置においては、画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分が覆われた画素集合Ｒと、左半分が覆われた画素集合Ｌと、減光手段によりオンチップレンズの上半分が覆われた画素集合Ｕと、下半分が覆われた画素集合Ｓと、を有し、２種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Ｌと画素集合Ｒの左右方向の出力信号、又は、画素集合Ｕと画素集合Ｓの上下方向の出力信号であることが好ましい。

本発明に係る撮像装置においては、画素の光電変換面前方にカラーフィルタが配置されていることが好ましい。

本発明に係る撮像装置においては、カラーフィルタが配置された画素が、画素集合を形成することが好ましい。

本発明に係る撮像装置においては、減光手段は、下記の条件式（３）を満たすことが好ましい。
５０％≦Ｔ≦８５％ ・・・（３）
但し、Ｔは透過率である。

本発明に係る撮像装置は、位相差ＡＦと同程度の測距性能を有し、撮像素子の構成も比較的簡易で、画質劣化が少ない、という効果を奏する。

第１実施形態に係る撮像装置の基本構成を示す図である。 第１実施形態に係る減光手段の構成を示す平面図であり、減光手段を光軸の方向から見た図である。 第１実施形態に係る撮像素子の画素の配置例を示す平面図であり、撮像素子を光軸の方向から見た図である。 第１実施形態における画素の構造を示す断面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る減光手段の構成を示す平面図であり、減光手段を光軸の方向から見た図である。 第１実施形態の第２変形例に係る減光手段の構成を示す平面図であり、減光手段を光軸の方向から見た図である。 第１実施形態の第２変形例に係る減光手段において、第１画素集合に入射する光束の光量の面積重心の位置を示す平面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る減光手段において、面積重心及び面積重心相当位置を示す平面図である。 第１実施形態の第３変形例に係る撮像素子における画素配置を概念的に示す平面図である。 図９に対応させたカラーフィルタの配置を概念的に示す平面図である。 第２実施形態に係る撮像装置の基本構成を示す図である。 第２実施形態に係る撮像素子と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。 第２実施形態の第１変形例に係る撮像素子と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。 第２実施形態における画素の構造を示す断面図である。 第２実施形態の第２変形例に係る画素の構造を示す断面図である。 第１比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。 第２比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。 第３比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。 第２実施形態における撮像素子の画素と減光手段の配置を示す図であって、光軸の方向から見た平面図である。 第２実施形態の第３変形例に係る画素の構造例を示す断面図である。 第２実施形態の第４変形例に係る画素の構造例を示す断面図である。 レンズ交換式のカメラシステム（撮像システム）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の作用・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、又は、撮影レンズが固定された撮像装置であって、２次元的に配列された複数の画素を有する撮像素子を備え、前記複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する１つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも２種類以上有し、前記所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの前記画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、少なくとも２種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、画素情報から画像形成を行う画像処理部と、を有している。

この構成によれば、遮光ではなく減光手段とすることで各画素とも画像形成に十分な光量を得た上で、各画素の出力レベルが均一になるので画質の劣化を防ぐことができる。

本発明に係る撮像装置においては、画素集合の何れかに画像形成用画素が含まれることが好ましい。
この構成によれば焦点検出用画素として機能する画素集合が、画像形成用画素を兼ねることで、画質を劣化することなく測距精度を上げることができる。

本発明に係る撮像装置においては、撮影レンズ内に減光手段を配置し、減光手段は、透過領域と、第１偏光領域と、第２偏光領域と、を有し、第１偏光領域と第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を減光又は遮光する領域であり、画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、第１画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、下記の条件式（１）を満足することが好ましい。
０＜Ａ／Ｂ＜１ ・・・（１）

この構成によれば、所定の仮想位置近傍に配置された、第１偏光領域と第２偏光領域の組み合わせによって、第１偏光領域及び第２偏光領域を通過する、所定の入射角度範囲を持つ光束は、異なる減光作用を受けてそれぞれの画素集合に入射する。即ち、第１画素集合を形成する画素は、第１偏光領域からの光束をより減光した状態で受光し、第２画素集合を形成する画素は、第２偏光領域からの光束をより減光した状態で受光する。透過領域を配置することで、全体の光量の確保がしやすくなる。条件式（1）において、入射光束があれば、下限値を守ることで偏光方向に関わらず第１画素集合及び第２画素集合での受光が可能となり、上限値を守ることで、偏光方向により、第１画素集合及び第２画素集合の光量比を変化させることができる。

ここで、望ましくは、第１偏光領域と第２偏光領域は、光軸に対して対称的に配置され、大きさが同じであることが望ましい。これにより、第１画素集合と第２画素集合からの出力信号から位相差情報を取得しやすくなる。

本発明に係る撮像装置においては、撮影レンズ内に減光手段を配置し、減光手段は、第１偏光領域と第２偏光領域を有し、第１偏光領域と第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を通過する領域であり、画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、第１画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２画素集合を形成する画素は、第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、下記の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．１＜（Ｂ−Ａ）／（Ａ＋Ｂ）＜０．５ ・・・（２）

この構成によれば、所定の仮想位置近傍に配置された、第１偏光領域と第２偏光領域の組み合わせによって、第１偏光領域及び第２偏光領域を通過する、所定の入射角度範囲を持つ光束は、異なる減光作用を受けてそれぞれの画素集合に入射する。即ち、第１画素集合を形成する画素は、第１偏光領域からの光束をより減光した状態で受光し、第２画素集合を形成する画素は、第２偏光領域からの光束をより減光した状態で受光する。条件式（２）を満足することで、全体の光量の確保がしやすくなる。
条件式（３）の下限値を守ることで偏光方向により第１画素集合と第２画素集合の光量比が確保され、条件式（３）の上限値をまもることで全体の光量が確保される。

また、望ましくは、第１偏光領域と第２偏光領域は、光軸に対して対称的に配置され、大きさが同じであることが望ましい。これにより、第１画素集合と第２画素集合からの出力信号から位相差情報を取得しやすくなる。

本発明に係る撮像装置において、画素の光電変換面前方にオンチップレンズを有し、減光手段は、オンチップレンズの近傍において、オンチップレンズの一部を覆うように離散的に配置されることが好ましい。

この構成によれば、オンチップレンズのレンズ作用と、撮像素子オンチップの一部を覆う減光手段により、それぞれの前記画素集合が所定の入射角度範囲の光束を減光できる。減光手段により、広い範囲を覆っても光量を確保することができる。これは、光量を確保しつつ撮影レンズの絞りの変化に対応しやすい効果がある。この方式では、画素集合の数を容易に増やすことができる。

また、減光手段は、ＮＤフィルタであることが望ましい。

本発明に係る撮像装置においては、前記画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分を覆われた画素集合Ｒと、左半分を覆われた画素集合Ｌとを有し、２種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Ｌと画素集合Ｒの左右方向の出力信号であることが好ましい。

この構成によれば、減光手段により、右半分、左半分を覆うことにより、撮影レンズの絞りの変化に容易に対応でき、画像形成上に必要な光量と位相差ＡＦの精度をバランスよく確保できる。

本発明に係る撮像装置において、前記画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分が覆われた画素集合Ｒと、左半分が覆われた画素集合Ｌと、減光手段によりオンチップレンズの上半分が覆われた画素集合Ｕと、下半分が覆われた画素集合Ｓと、を有し、２種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Ｌと画素集合Ｒの左右方向の出力信号、又は、画素集合Ｕと画素集合Ｓの上下方向の出力信号であることが好ましい。

この構成によれば、減光手段により、それぞれの画素集合の右半分、左半分、上半分、下半分を覆うことにより撮影レンズの絞りの変化に容易に対応でき、画像形成上に必要な光量と位相差ＡＦの精度をバランスよく確保し、ＡＦできる被写体の状況も増やすことができる。

本発明に係る撮像装置においては、前記画素の光電変換面前方にカラーフィルタが配置されていることが好ましい。
この構成においては、減光作用により色情報は失われないのでカラー画像が得られる。

本発明に係る撮像装置において、カラーフィルタが配置された前記画素が、前記画素集合を形成することが好ましい。
これにより、被写体の色に関わらず良好なＡＦが可能になる。

本発明に係る撮像装置において、減光手段は、下記の条件式（３）を満たすことが好ましい。
５０％≦Ｔ≦８５％ ・・・（３）
但し、Ｔは透過率である。

この構成によれば、透過率Ｔが５０％時で、入射光束の半分に対して減光の作用をさせると全体で７５％の光量を確保でき、画像形成上の影響が少なくなる。
条件式（３）の下限値を下回ると照度の低い被写体の撮影に影響が出てくる。条件式（３）の上限値を上回ると、位相差情報の取得が難しくなりＡＦ精度が劣化する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る撮像装置の基本構成を示す図である。
図１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と、撮影レンズ１０２の光軸１０１上に配置された、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子１０３と、を備える。また、撮影レンズ１０２には、光軸１０１上に、開口絞り１０４と、減光手段１０５と、が配置されている。図１に示すように、減光手段１０５は、撮影レンズ１０２内の開口絞り１０４の近傍に配置されているのが望ましいが、これに限るものでなく、撮像素子１０３から所定の位置（システムで想定した射出瞳位置に相当する位置）に配置してもよい。

図２は、第１実施形態に係る減光手段１０５の構成を示す平面図であり、減光手段１０５を光軸１０１の方向から見た図である。
図２に示すように、減光手段１０５には、光軸１０１を中心に、左側に第１偏光領域１０６Ｌ、右側に第２偏光領域１０６Ｒが配されている。これらの偏光領域は、次に説明する画素集合に入射する、所定の入射角度範囲を持つ光束が通過する位置に配置されており、第１偏光領域１０６Ｌと第２偏光領域１０６Ｒは、互いに９０度異なる偏光方向の光束を減光又は遮光する。また、撮影レンズ１０２の光束通過範囲の中で第１偏光領域１０６Ｌと第２偏光領域１０６Ｒを除く範囲には、透過領域１０６Ｔが配置されている。

図３は、第１実施形態に係る撮像素子１０３の画素の配置例を示す平面図であり、撮像素子１０３を光軸１０１の方向から見た図である。
撮像素子１０３は、２次元的に配列された複数の画素１２０を有している。また、光軸１０１に直交する面内において、複数の画素１２０のうち、所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する画素の一群が、それぞれ第１画素集合１０３ａと第２画素集合１０３ｂを形成している。これらの画素集合は互いに直交する第１方向Ａ１と第２方向Ｂ１に沿って配置される。図３に示す撮像素子１０３の配置例では、第１画素集合１０３ａと第２画素集合１０３ｂが市松模様状に配置されている。第１画素集合１０３ａには、第１偏光領域１０６Ｌで減光した偏光方向の光束を、より多く減光する偏光子が配置されている。また、第２画素集合１０３ｂには、第２偏光領域１０６Ｒで減光した偏光方向の光束を、より多く減光する偏光子が配置されている。デフォーカス情報の取得は、第１画素集合１０３ａからの信号と第２画素集合１０３ｂからの出力信号を、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。

図４は、第１実施形態における画素１２０の構造を示す断面図である。
図４に示すように、画素１２０の光電変換面１２３Ｌに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ１０８Ｌ、及び、偏光子１０９Ｌが配置されている。また、画素１２０の光電変換面１２３Ｒに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ１０８Ｒ、及び、偏光子１０９Ｒが配置されている。光電変換面１２３Ｌ、１２３Ｒとオンチップレンズ１０８Ｌ、１０８Ｒと、の間には、各光電変換面１２３Ｌ、１２３Ｒの光電変換領域を規定する遮光部材１２４がそれぞれ設けられている。また、光軸１０７Ｌ、１０７Ｒは、各画素及び光電変換面１２３Ｌ、１２３Ｒの中心を通る。
なお、偏光子１０９Ｌ、１０９Ｒの近傍にカラーフィルタを配置してもよい。このように構成することで、全ての画素から焦点検出信号と画像形成信号を取得することができる。また、偏光子１０９Ｌ、１０９Ｒとして、偏光度の小さい偏光フィルタを用いると十分な光量を受光でき望ましい。

図５は、第１実施形態の第１変形例に係る減光手段１５５の構成を示す平面図であり、減光手段１５５を光軸１０１の方向から見た図である。
減光手段は、図２に示す構成の減光手段１０５に限定されず、例えば、図５に示す減光手段１５５のように構成してもよい。この減光手段１５５では、透過領域を設けず、第１偏光領域１６１Ｌと第２偏光領域１６１Ｒとを光軸１０１の周りに左右対称に配置している。第１偏光領域１６１Ｌと第２偏光領域１６１Ｒを形成する偏光フィルタの偏光度は小さくしてもよい。好ましくは、第１偏光領域１６１Ｌ及び第２光領域１６１Ｒの光束の透過率は、５０％以上であることが望ましい。

第１画素集合１０３ａに配置された偏光子は、第１偏光領域１６１Ｌで減光された偏光方向の光束をより多く減光し、第２画素集合１０３ｂに配置された偏光子は、第２偏光領域１６１Ｒで減光された偏光方向の光束をより多く減光する。

図２に示す減光手段１０５又は図５のような減光手段１５５を用いた場合、図３において、例えば画素集合１０３ｂ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、画素集合１０３ａ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、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。図３は、縦１６画素横１６画素で示しているが、総画素数が１，０００，０００を超えると、Ｌ０４０２、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０４、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０４Ｆ０６、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０４Ｆ０８、Ｌ０３Ｆ０９のような配列は実質横線と同様に扱える。
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。

図６は、第１実施形態の第２変形例に係る減光手段２０５の構成を示す平面図であり、減光手段２０５を光軸１０１の方向から見た図である。
減光手段は、図２の減光手段１０５、図５の減光手段１５５に限定されず、図６に示す減光手段２０５のように構成してもよい。この減光手段２０５は、光軸１０１に関して等角度間隔に設けた４つの領域を備える。これらの領域のうち、光軸１０１に関して対称な２つの領域に第１偏光領域２１２Ｌ、第２偏光領域２１２Ｒがそれぞれ配置され、残りの２領域には透過領域２１２Ｔがそれぞれ配置されている。

第１画素集合１０３ａに配置された偏光子は、第１偏光領域２１２Ｌで減光された偏光方向の光束をより多く減光し、第２画素集合１０３ｂに配置された偏光子は、第２偏光領域２１２Ｒで減光された偏光方向の光束をより多く減光する。

図７は、第１実施形態の第２変形例に係る減光手段２０５において、第１画素集合１０３ａに入射する光束の光量の面積重心２１３ＬＣの位置を示す平面図である。図８は、第１実施形態の第２変形例に係る減光手段２０５において、面積重心２１３ＬＣ、２１３ＲＣ、及び、面積重心相当位置を示す平面図である。図７、図８は、減光手段２０５を光軸１０１の方向から見た図である。

第１画素集合１０３ａに入射した光束は、開口絞り１０４及び減光手段２０５を通り、その光量の面積重心２１３ＬＣは、光軸１０１に関して第１偏光領域２１２Ｌに対称な領域内に存在する（図７）。同様に第２画素集合１０３ｂに入射する光束の光量の面積重心２１３ＲＣは、光軸１０１に関して第２偏光領域２１２Ｒに対称な領域内に存在する（図８）。
このように構成することにより、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した場合は、瞳を上下に分割した位相差情報が得られ、左右方向に比較した場合は、瞳を左右に分割した位相差情報を得ることができる。

例えば、第２画素集合１０３ｂ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、第１画素集合１０３ａ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、これらから左右像の位相差を算出する。このとき、撮影レンズ１０２のデフォーカス量を求めるには、面積重心相当位置２１４ＲＨと面積重心相当位置２１４ＬＨから左右像の位相差を検出し、その値からデフォーカス量を算出する。ここで、図８に示すように、面積重心相当位置２１４ＲＨは、光軸１０１を通る水平線２０５Ｈへ面積重心２１３ＲＣから投影した位置であり、面積重心相当位置２１４ＬＨは、面積重心２１３ＬＣから水平線２０５Ｈへ投影した位置である。

また、上下像の位相差については、第２画素集合１０３ｂ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、第１画素集合１０３ａ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、これらから上下像の位相差を算出する。このとき、撮影レンズ１０２のデフォーカス量を求めるには、面積重心相当位置２１４ＲＶと面積重心相当位置２１４ＬＶから上下像の位相差を検出し、その値からデフォーカス量を算出する。ここで、図８に示すように、面積重心相当位置２１４ＲＶは、光軸１０１を通る垂直線２０５Ｖへ面積重心２１３ＲＣから投影した位置であり、面積重心相当位置２１４ＬＶは、面積重心２１３ＬＣから垂直線２０５Ｖへ投影した位置である。

また、図３の撮像素子１０３に代えて、図９に示す撮像素子２５３と図１０に示すカラーフィルタ２６０を重ねる構成としてもよい。
図９は、第１実施形態の第３変形例に係る撮像素子２５３における画素配置を概念的に示す平面図である。図１０は、図９に対応させたカラーフィルタ２６０の配置を概念的に示す平面図である。
撮像素子２５３は、光軸１０１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次元的に配列された複数の画素２５０を有する。図９に示す画素配置例は、第１画素集合２５３ａ、第２画素集合２５３ｂを組み合わせたものであり、隣り合う２行２列の画素ごとに同一の種類の画素が配置されている。例えば、Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０１、及びＬ０２Ｆ０２の隣り合う２行２列の画素はいずれも第１画素集合２５３ａを構成し、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４、Ｌ０２Ｆ０３、及びＬ０２Ｆ０４の隣り合う２行２列の画素はいずれも第２画素集合２５３ｂを構成している。

図１０のカラーフィルタの配置は、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、これらの組合せパターンを繰り返している。この組合せパターンは、図９において同一種類の画素が配置された、隣り合う２行２列の画素に対応して配置されている。
図９の画素配置と図１０のカラーフィルタの配置を対応させることにより、カラー画像が取得できるとともに、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係る撮像装置の基本構成を示す図である。
図１１に示すように、第２実施形態に係る撮像装置は、撮影レンズ３０２と、撮影レンズ３０２の光軸３０１上に配置された、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子３２０と、を備える。また、撮像素子３２０の撮影レンズ３０２側には、光軸３０１上に、減光手段３１０が配置されている。なお、減光手段３１０を配置する位置は、撮像素子３２０から所定の位置（システムで想定した射出瞳位置に相当する位置）が好ましい。

図１２は、第２実施形態に係る撮像素子３２０と減光手段３１０を、光軸３０１の方向から重ねて見た平面図である。
撮像素子３２０は、光軸３０１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次元的に配列された複数の画素を有する。減光手段３１０は、透過領域３２０Ｔと減光領域３２０Ｄからなり、撮像素子３２０の各画素を第１方向Ａ１において２等分するように配置されている。

減光領域３２０Ｄは、所謂ＮＤフィルタと同様の構成が好ましく、とくに光吸収型であると反射によるフレアーが発生せず好ましい。また、減光領域３２０Ｄの透過率は透過領域３２０Ｔに対して５０％以上８５％以下が好ましい。

図１２に示す例では、減光領域３２０Ｄにより、撮像素子３２０の画素は、右半分が覆われている画素集合Ｒ（Ｆ０１、Ｆ０３、Ｆ０５、Ｆ０７、Ｆ０９、Ｆ１１、Ｆ１３、Ｆ１５）と、左半分が覆われている画素集合Ｌ（Ｆ０２、Ｆ０４、Ｆ０６、Ｆ０８、Ｆ１０、Ｆ１２、Ｆ１４、Ｆ１６）と、に分けられる。撮像素子３２０の画素のうち、画素集合Ｒの左半分、及び、画素集合Ｌの右半分は、透過領域３２０Ｔに対応している。

また、各減光領域３２０Ｄは、隣り合う２つの画素の一方については右半分を覆い、他方については左半分を覆っている。例えば、Ｆ０３の列の右側とＦ０４の列の左側を、１つの減光領域３２０Ｄで覆っている。

これにより、図１２のＦ０１、Ｆ０３、Ｆ０５、Ｆ０７、Ｆ０９、Ｆ１１、Ｆ１３、Ｆ１５の行は画素の右側からくる光束をより減光し、Ｆ０２、Ｆ０４、Ｆ０６、Ｆ０８、Ｆ１０、Ｆ１２、Ｆ１４、Ｆ１６の行は画素の左側からくる光束をより減光する。さらに、一つの減光領域３２０Ｄで隣り合う２つの画素の半分ずつを覆っているため、クロストークによる効率の劣化を防ぐことができる。例えば、画面の右上の領域にピントを合わせる場合、Ｌ０３Ｆ０２、Ｌ０３Ｆ０４、Ｌ０３Ｆ０６、Ｌ０３Ｆ０８の順に得られる信号波形を左側画像とし、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０９の順に得られる信号波形を右側画像とし、これらの左右像の位相差情報を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めてもよい。
なお、図１２は縦１６画素、横１６画素で示しているが１，０００，０００画素を超えるような撮像素子であれば、位相差情報を検出する画素を増やし精度を上げることができる。

図１３は、第２実施形態の第１変形例に係る撮像素子３７０と減光手段３６０を、光軸３０１の方向から重ねて見た平面図である。
撮像素子３７０は、上述の撮像素子３２０と同様に、光軸３０１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次元的に配列された複数の画素を有する。減光手段３６０は、透過領域３７０Ｔと減光領域３７０Ｄからなり、撮像素子３７０の各画素を、第１方向Ａ１又は第２方向Ｂ１において２等分するように配置されている。減光領域３７０Ｄは、所謂ＮＤフィルタと同様の構成が好ましく、とくに光吸収型であると反射によるフレアーが発生せず好ましい。また、減光領域３７０Ｄの透過率は透過領域３２０Ｔに対して５０％以上８５％以下が好ましい。

図１３に示す例では、減光領域３７０Ｄにより、撮像素子３７０の画素は、右半分が覆われている画素集合Ｒ（例えばＬ０１Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０１）と、左半分が覆われている画素集合Ｌ（例えばＬ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０２）と、上半分が覆われている画素集合Ｕ（例えばＬ０２Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０４）と、下半分が覆われている画素集合Ｓ（例えばＬ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４）と、に分けられる。撮像素子３７０の画素のうち、減光領域３７０Ｄで覆われていない領域は透過領域３７０Ｔに対応している。

減光領域３７０Ｄは、隣り合う２つの画素に対して、（１）一方の画素では右半分を覆い、他方の画素では左半分を覆う場合と、（２）一方の画素では上半分を覆い、他方の画素では下半分を覆う場合がある。例えば、（１）の場合としては、Ｌ０１Ｆ０１の画素の右側とＬ０１Ｆ０２の画素の左側を１つの減光領域３７０Ｄで覆っている。また、（２）の場合としては、Ｌ０１Ｆ０３の画素の下側とＬ０２Ｆ０３の画素の上側を１つの減光領域３７０Ｄで覆っている。この構成により、クロストークの影響を小さくすることができる。
画素集合Ｒと画素集合Ｌの左右方向の信号情報を互いに比較することにより、左右方向（第１方向Ａ１、水平方向）に位相差情報を取得でき、画素集合Ｕ、画素集合Ｓの上下方向の信号情報を互いに比較することにより、上下方向（第２方向Ｂ１、垂直方向）の位相差情報を取得できる。

ここで、第２実施形態の撮像装置における画素の構造例について説明する。図１４は、第２実施形態における画素４２０の構造を示す断面図である。
図１４に示すように、画素４２０の光電変換面４２３Ｌに対応するように、物体側から順に、減光手段４０５及びオンチップレンズ４０８Ｌが配置されている。また、画素４２０の光電変換面４２３Ｒに対応するように、物体側から順に、減光手段４０５及びオンチップレンズ４０８Ｒが配置されている。光電変換面４２３Ｌ、４２３Ｒとオンチップレンズ４０８Ｌ、４０８Ｒと、の間には、各光電変換面４２３Ｌ、４２３Ｒの光電変換領域を規定する遮光部材４２４がそれぞれ設けられている。また、光軸４０７Ｌ、４０７Ｒは、各画素及び光電変換面４２３Ｌ、４２３Ｒの中心を通る。

減光手段４０５は、透過領域４０５Ｔと減光領域４０５Ｄを有する。図１４に示すように、減光領域４０５Ｄは、オンチップレンズ４０８Ｌの光軸４０７Ｌからオンチップレンズ４０８Ｒの光軸４０７Ｒまでの領域に対応するように配置され、透過領域４０５Ｔは減光領域４０５Ｄの外側に配置されている。

図１５は、第２実施形態の第２変形例に係る画素４７０の構造を示す断面図である。
図１４に示す画素４２０では、減光手段４０５をオンチップレンズ４０８Ｌ、４０８Ｒの近傍の物体側に配置していたが、図１５に示すように、減光手段４５５をオンチップレンズ４５８Ｌ、４５８Ｒの近傍の光電変換面４７３Ｌ、４７３Ｒ側に配置することもできる。

光電変換面４７３Ｌ、４７３Ｒとオンチップレンズ４５８Ｌ、４５８Ｒと、の間には、各光電変換面４７３Ｌ、４７３Ｒの光電変換領域を規定する遮光部材４７４がそれぞれ設けられている。また、光軸４５７Ｌ、４５７Ｒは、各画素及び光電変換面４７３Ｌ、４７３Ｒの中心を通る。

減光手段４５５は、透過領域４５５Ｔと減光領域４５５Ｄを有する。図１５に示すように、減光領域４５５Ｄは、オンチップレンズ４５８Ｌの光軸４５７Ｌからオンチップレンズ４５８Ｒの光軸４５７Ｒまでの領域に対応するように配置され、透過領域４５５Ｔは、減光領域４５５Ｄの外側に配置されている。

なお、撮像素子の受光する光量は、減光領域の減光量によって設定できる。

図１６は、第１比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。図１７は、第２比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。図１８は、第３比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。

上述のとおり、第２実施形態及びその変形例に係る撮像装置においては、画素を減光領域と透過領域で半分ずつ覆う構成をとっていた。これに対して、図１６〜図１９に示すように、減光領域を画素の半分としない構成も考えられる。この構成でも位相差情報は取得できるが、図１６に示すように、減光領域５０１を透過領域５０２より広くすると画素の受光量が少なくなり画質の低下につながる。また、図１７のように、遮光領域５１１を透過領域５１２よりも狭くし、画素の中心部を残すように構成すると、デフォーカス検出精度が劣化する。さらに、図１８に示すように、遮光領域５２１を透過領域５２２より狭くし、画素の周辺部を残すように構成すると、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。したがって、画素は、減光領域と透過領域で半分ずつ覆うことが好ましい。

第２実施形態及びその変形例に係る撮像装置は、カラー画像を取得できるように構成することができる。図１９は、第２実施形態における撮像素子の画素と減光手段５５０の配置を示す図であって、光軸の方向から見た平面図である。
減光手段５５０は、透過領域５５０Ｔと減光領域５５０Ｄからなり、撮像素子の各画素を、第１方向Ａ１又は第２方向Ｂ１において２等分するように配置されている。減光領域５５０Ｄは、所謂ＮＤフィルタと同様の構成が好ましく、とくに光吸収型であると反射によるフレアーが発生せず好ましい。また、減光領域５５０Ｄの透過率は透過領域３２０Ｔに対して５０％以上８５％以下が好ましい。

図１９に示す例では、減光領域５５０Ｄにより、撮像素子の画素は、右半分が覆われている画素集合Ｒ（例えばＬ０１Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０１）と、左半分が覆われている画素集合Ｌ（例えばＬ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０３）と、上半分が覆われている画素集合Ｕ（例えばＬ０１Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０３）と、下半分が覆われている画素集合Ｓ（例えばＬ０３Ｆ０１、Ｌ０４Ｆ０１）と、に分けられる。撮像素子の画素のうち、減光領域５５０Ｄで覆われていない領域は透過領域５５０Ｔに対応している。減光領域５５０Ｄは、撮像素子の画素がＬ０１Ｆ０１から２行２列ごとに同じ画素集合に属するように、配置されている。

以上の構成の撮像素子に、図１０に示すカラーフィルタを重ねて構成するとカラー画像の取得が可能となる。
図２０は、第２実施形態の第３変形例に係る画素６２０の構造例を示す断面図である。
図２０に示すように、画素６２０の光電変換面６２３Ｌに対応するように、物体側から順に、減光手段６１０、オンチップレンズ６０８Ｌ、及び、カラーフィルタ６３０が配置されている。また、画素６２０の光電変換面６２３Ｒに対応するように、物体側から順に、減光手段６１０、オンチップレンズ６０８Ｒ、及び、カラーフィルタ６３０が配置されている。光電変換面６２３Ｌ、６２３Ｒとオンチップレンズ６０８Ｌ、６０８Ｒと、の間には、各光電変換面６２３Ｌ、６２３Ｒの光電変換領域を規定する遮光部材６２４がそれぞれ設けられている。また、光軸６０７Ｌ、６０７Ｒは、各画素及び光電変換面６２３Ｌ、６２３Ｒの中心を通る。

減光手段６１０は、透過領域６１０Ｔと減光領域６１０Ｄを有する。図２０に示す例では、透過領域６１０Ｔと減光領域６１０Ｄは、光電変換面６２３Ｌに対応する領域においては、オンチップレンズ６０８Ｌの光軸６０７Ｌを境界として両側にそれぞれ配置され、光電変換面６２３Ｒに対応する領域においては、オンチップレンズ６０８Ｒの光軸６０７Ｒを境界として両側にそれぞれ配置されている。

図２１は、第２実施形態の第４変形例に係る画素６２０の構造例を示す断面図である。
図２１に示すように、画素６７０の光電変換面６７３Ｌに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ６５８Ｌ、減光手段６６０、及び、カラーフィルタ６８０が配置されている。また、画素６７０の光電変換面６７３Ｒに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ６５８Ｒ、減光手段６６０、及び、カラーフィルタ６８０が配置されている。光電変換面６７３Ｌ、６７３Ｒとオンチップレンズ６５８Ｌ、６５８Ｒと、の間には、各光電変換面６７３Ｌ、６７３Ｒの光電変換領域を規定する遮光部材６７４がそれぞれ設けられている。また、光軸６５７Ｌ、６５７Ｒは、各画素及び光電変換面６７３Ｌ、６７３Ｒの中心を通る。

減光手段６６０は、透過領域６６０Ｔと減光領域６６０Ｄを有する。図２１に示す例では、透過領域６６０Ｔと減光領域６６０Ｄは、光電変換面６７３Ｌに対応する領域においては、オンチップレンズ６５８Ｌの光軸６５７Ｌを境界として両側にそれぞれ配置され、光電変換面６７３Ｒに対応する領域においては、オンチップレンズ６５８Ｒの光軸６５７Ｒを境界として両側にそれぞれ配置されている。

上述のように、第４変形例では、減光手段６６０とカラーフィルタ６８０を画素のオンチップレンズ６５８Ｌ、６５８Ｒの近傍の光電変換面６７３Ｌ、６７３Ｒ側に配置している。このように構成することでクロストークの影響を小さくできる。なお、減光手段６６０とカラーフィルタ６８０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。
なお、第２実施形態のその他の構成、作用、効果、変形例については、第１実施形態と同様である。

ここで、第１実施形態、第２実施形態、又はこれらの変形例に係る撮像装置を適用したカメラシステムの構成及び処理の概要について説明する。図２２は、レンズ交換式のカメラシステム（撮像システム）の構成をより詳細に示すブロック図である。

まず、図２２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。
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、ディストーション情報、繰り出し量情報等がカメラボディ７００内のレンズ情報格納部７０３へ転送、記録される。このとき、レンズ情報記録部８０６にディストーションデータがない場合、ディストーション量を０としてレンズ情報格納部７０３に記録しても良い。

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。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。

測距が開始されると、撮像素子７２１の各画素は、光電変換を実施する。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。この信号は、前処理部７１７において、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。

測距が開始されると、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は、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。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。

上述の光電変換により、画像処理部７１１は、測距部位の第１画素集合Ａの光電変換情報を取得し、Ａ像を形成する。

さらに、画像処理部７１１（補正部）は、形成したＡ像を、ボディ内のレンズ情報格納部７０３に転送されたディストーション情報を用いて補正することにより、Ａ１像に変換する。

また、上述の光電変換により、画像処理部７１１は、測距部位の第２画素集合Ｂの光電変換情報を取得し、Ｂ像を形成する。
ここで、第１画素集合Ａは１つの光電変換セル群を構成し、第２画素集合Ｂは、別の光電変換セル群を構成する。

さらに、画像処理部７１１は、形成したＢ像を、レンズ情報格納部７０３に転送されたディストーション情報を用いて補正することにより、Ｂ１像に変換する。
位相差量算出部７１３は、Ａ１像とＢ１像を比較し、デフォーカス量を算出するための位相差量Ｓ１を算出する。

レンズ駆動量算出部７１４は、すでに算出した位相差量Ｓ１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。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。

位相差量Ｓ１が所定量を超えていると判断した場合、位相差量Ｓ１と、レンズ情報格納部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。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、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。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。

フォーカスレンズ８０１を駆動した後は、測距開始後のステップに戻り、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、レンズ駆動量算出部７１４が、位相差量Ｓ１は所定量以内であると判断した場合、撮像素子７２１の各画素で光電変換が行われる。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。すなわち、画像処理部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。また、圧縮された画像は、画像表示部７３２に表示される。

画像処理部７１５における画像形成においては、画像形成のほか、レンズ情報格納部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。

以上のように、本発明に係る撮像装置は、高い測距性能を有し、画質劣化の少ない撮像装置を簡易な構成で実現することが求められる場合に有用である。

１０１ 光軸
１０２ 撮影レンズ
１０３ 撮像素子
１０３ａ 第１画素集合
１０３ｂ 第２画素集合
１０４ 開口絞り
１０５ 減光手段
１０６Ｌ 第１偏光領域
１０６Ｒ 第２偏光領域
１０６Ｔ 透過領域
１０７Ｌ、１０７Ｒ 光軸
１０８Ｌ、１０８Ｒ オンチップレンズ
１０９Ｌ、１０９Ｒ 偏光子
１２０ 画素
１２３Ｌ、１２３Ｒ 光電変換面
１２４ 遮光部材
１５５ 減光手段
１６１Ｌ 第１偏光領域
１６１Ｒ 第２偏光領域
２０５ 減光手段
２０５Ｈ 水平線
２０５Ｖ 垂直線
２１２Ｌ 第１偏光領域
２１２Ｒ 第２偏光領域
２１２Ｔ 透過領域
２１３ＬＣ、２１３ＲＣ 面積重心
２１４ＬＨ、２１４ＬＶ、２１４ＲＨ、２１４ＲＶ 面積重心相当位置
２５０ 画素
２５３ 撮像素子
２５３ａ 第１画素集合
２５３ｂ 第２画素集合
２６０ カラーフィルタ
３０１ 光軸
３０２ 撮影レンズ
３１０ 減光手段
３２０ 撮像素子
３２０Ｄ 減光領域
３２０Ｔ 透過領域
３６０ 減光手段
３７０ 撮像素子
３７０Ｄ 減光領域
３７０Ｔ 透過領域
４０５ 減光手段
４０５Ｄ 減光領域
４０５Ｔ 透過領域
４０７Ｌ、４０７Ｒ 光軸
４０８Ｌ、４０８Ｒ オンチップレンズ
４２０ 画素
４２３Ｌ、４２３Ｒ 光電変換面
４２４ 遮光部材
４５５ 減光手段
４５５Ｄ 減光領域
４５５Ｔ 透過領域
４５７Ｌ、４５７Ｒ 光軸
４５８Ｌ、４５８Ｒ オンチップレンズ
４７０ 画素
４７３Ｌ、４７３Ｒ 光電変換面
４７４ 遮光部材
５０１、５１１、５２１ 減光領域
５０２、５１２、５２２ 透過領域
５５０ 減光手段
５５０Ｄ 減光領域
５５０Ｔ 透過領域
６０７Ｌ、６０７Ｒ 光軸
６０８Ｌ、６０８Ｒ オンチップレンズ
６１０ 減光手段
６１０Ｄ 減光領域
６１０Ｔ 透過領域
６２０ 画素
６２３Ｌ、６２３Ｒ 光電変換面
６２４ 遮光部材
６３０ カラーフィルタ
６５７Ｌ、６５７Ｒ 光軸
６５８Ｌ、６５８Ｒ オンチップレンズ
６６０ 減光手段
６６０Ｄ 減光領域
６６０Ｔ 透過領域
６７０ 画素
６７３Ｌ、６７３Ｒ 光電変換面
６７４ 遮光部材
６８０ カラーフィルタ
７００ カメラボディ
７０３ レンズ情報格納部
７０４ レンズ状態記録部
７１０ カメラコントローラ
７１１、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
７３１ 画像記録部
７３２ 画像表示部
８００ 交換レンズ
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

Claims (11)

1. 撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置であって、
   ２次元的に配列された複数の画素を有する撮像素子を備え、
   前記複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する１つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも２種類以上有し、
   前記所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの前記画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、
   少なくとも２種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、
   画素情報から画像形成を行う画像処理部と、
   を有する撮像装置。
2. 前記画素集合の何れかに画像形成用画素が含まれる請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮影レンズ内に前記減光手段を配置し、
   前記減光手段は、透過領域と、第１偏光領域と、第２偏光領域と、を有し、
   前記第１偏光領域と前記第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を減光又は遮光する領域であり、
   前記画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、
   前記第１画素集合を形成する画素は、前記第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、前記第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、
   前記第２画素集合を形成する画素は、前記第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、前記第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、
   下記の条件式（１）を満足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。
   ０＜Ａ／Ｂ＜１ ・・・（１）
4. 前記撮影レンズ内に前記減光手段を配置し、
   前記減光手段は、第１偏光領域と第２偏光領域を有し、
   前記第１偏光領域と前記第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を通過する領域であり、
   前記画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、
   前記第１画素集合を形成する画素は、前記第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、前記第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、前記第２画素集合を形成する画素は、前記第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、前記第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、
   下記の条件式（２）を満足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。
   ０．１＜（Ｂ−Ａ）／（Ａ＋Ｂ）＜０．５ ・・・（２）
5. 前記撮影レンズ内に前記減光手段を配置し、
   前記減光手段は、第１偏光領域と第２偏光領域を有し、
   前記第１偏光領域と前記第２偏光領域は、偏光方向が互いに９０度異なる方向の光束を通過する領域であり、
   前記画素集合として、第１画素集合と第２画素集合を有し、
   前記第１画素集合を形成する画素は、前記第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光し、前記第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、前記第２画素集合を形成する画素は、前記第１偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＢ％を受光し、前記第２偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のＡ％を受光するとしたとき、
   下記の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
   ０．１＜（Ｂ−Ａ）／（Ａ＋Ｂ）＜０．５ ・・・（２）
6. 前記画素の光電変換面前方にオンチップレンズを有し、
   前記減光手段は、オンチップレンズの近傍において、オンチップレンズの一部を覆うように離散的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。
7. 前記画素集合として、前記減光手段によりオンチップレンズの右半分が覆われた画素集合Ｒと、左半分が覆われた画素集合Ｌとを有し、
   前記２種類の画素集合からの出力信号は、前記画素集合Ｌと前記画素集合Ｒの左右方向の出力信号であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記画素集合として、前記減光手段によりオンチップレンズの右半分が覆われた画素集合Ｒと、左半分が覆われた画素集合Ｌと、前記減光手段によりオンチップレンズの上半分が覆われた画素集合Ｕと、下半分が覆われた画素集合Ｓとを有し、
   前記２種類の画素集合からの出力信号は、前記画素集合Ｌと前記画素集合Ｒの左右方向の出力信号、又は、前記画素集合Ｕと前記画素集合Ｓの上下方向の出力信号であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記画素の光電変換面前方にカラーフィルタが配置されていることを特徴する請求項１に記載の撮像装置。
10. カラーフィルタが配置された前記画素が、前記画素集合を形成することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記減光手段は、下記の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
    ５０％≦Ｔ≦８５％ ・・・（３）
    但し、Ｔは透過率である。

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