JP2023145486A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子では、信号読み出しの高速化が望まれている。【解決手段】撮像素子２２は、光学系３１を透過した光を受光して焦点検出に用いる信号を出力する第１画素と第２画素と、前記光学系を透過した光を受光して画像生成に用いる信号を出力する第３画素と、前記光学系に関する情報に基づいて前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方を選択し、選択された前記第１画素の信号および前記第２画素の信号の少なくとも一方を、前記第３画素の信号とは異なるタイミングで出力する出力部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子に関する。

焦点検出のための信号と画像生成のための信号とを読み出す撮像素子について知られている（例えば特許文献１）。このような撮像素子では、信号読み出しの高速化が望まれている。

日本国特開２０１７－３４６０６号公報

発明の第１の態様によると、撮像素子は、 光学系を透過した光を受光して焦点検出に用いる信号を出力する第１画素と第２画素と、前記光学系を透過した光を受光して画像生成に用いる信号を出力する第３画素と、前記光学系に関する情報に基づいて前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方を選択し、選択された前記第１画素の信号および前記第２画素の信号の少なくとも一方を、前記第３画素の信号とは異なるタイミングで出力する出力部と、を備える。

第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置の撮像面の焦点検出領域を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置の焦点検出領域内の画素の配置例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における画素の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における中央の領域に配置される３種類のＡＦ画素対を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における所定の像高位置の領域に配置される３種類のＡＦ画素対を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における所定の像高位置の領域に配置される３種類のＡＦ画素対を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における基準射出瞳と像高との関係を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における交換レンズの、像高によって射出瞳距離が変化する種々の光学特性を示したものである。 第１の実施の形態に係る撮像装置における像高と射出瞳との関係を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像装置におけるフォーカス位置区間とそのフォーカス位置区間の代表光学特性曲線を近似する関数の定数項及び係数とを示す表である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における区間とその区間の代表光学特性曲線を近似する関数の定数項及び係数とを示す表である。 第１の実施の形態に係る撮像装置における射出瞳距離に関する閾値と、第１～第３の射出瞳距離範囲と、光学特性曲線とを示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の回路構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示す図である。 変形例に係る撮像装置におけるＡＦ画素の構成例を示す図である。 変形例に係る撮像装置におけるＡＦ画素の構成例を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一例である電子カメラ１（以下、カメラ１と称する）の構成例を示す図である。カメラ１は、カメラボディ２と交換レンズ３とにより構成される。カメラ１は、カメラボディ２と交換レンズ３とから構成されるので、カメラシステムと称することもある。

カメラボディ２には、交換レンズ３が取り付けられるボディ側マウント部２０１が設けられる。交換レンズ３には、カメラボディ２に取り付けられるレンズ側マウント部３０１が設けられる。レンズ側マウント部３０１及びボディ側マウント部２０１には、それぞれレンズ側接続部３０２、ボディ側接続部２０２が設けられる。レンズ側接続部３０２及びボディ側接続部２０２には、それぞれクロック信号用の端子やデータ信号用の端子、電源供給用の端子等の複数の端子が設けられている。交換レンズ３は、レンズ側マウント部３０１及びボディ側マウント部２０１により、カメラボディ２に着脱可能に装着される。

カメラボディ２に交換レンズ３が装着されると、ボディ側接続部２０２に設けられた端子とレンズ側接続部３０２に設けられた端子とが電気的に接続される。これにより、カメラボディ２から交換レンズ３への電力供給や、カメラボディ２及び交換レンズ３間の通信が可能となる。

交換レンズ３は、撮影光学系（結像光学系）３１と、レンズ制御部３２と、レンズメモリ３３とを備える。撮影光学系３１は、焦点距離を変更するズームレンズ（変倍レンズ）３１ａやフォーカスレンズ（焦点調節レンズ）３１ｂを含む複数のレンズと絞り３１ｃとを含み、撮像素子２２の撮像面２２ａに被写体像を形成する。なお、図１では、ズームレンズ３１ａとフォーカスレンズ３１ｂとを模式的に図示したが、通常の撮影光学系は、一般に多数の光学素子から構成される。

また、後述するように、交換レンズ３の撮影光学系３１は、その射出瞳の位置、即ち射出瞳距離が像高によって変化する光学特性を有する。換言すると、撮影光学系３１の射出瞳距離は、撮像面２２ａにおける位置、即ち、撮像面２２ａにおける撮影光学系３１の光軸ＯＡ１からの距離によって変化する。撮影光学系３１の光軸ＯＡ１は、撮像面２２ａの中心で、撮像面２２ａと交差する。撮影光学系３１の射出瞳距離は、撮像面２２ａの中心から距離によって変化するともいえる。ここで、射出瞳距離とは、撮影光学系３１の射出瞳と撮影光学系３１による像の像面との間の距離である。なお、撮像素子２２の撮像面２２ａは、例えば、後述する光電変換部が配置される面、またはマイクロレンズが配置される面である。
また、撮影光学系３１は、ボディ側マウント部２０１に装着される交換レンズ３の種類によって異なる。そのため、撮影光学系３１の射出瞳距離は、交換レンズ３の種類によって異なる。さらに、像高によって変化する射出瞳距離の光学特性も、交換レンズ３の種類によって異なる。

レンズ制御部３２は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいて交換レンズ３の各部を制御する。レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１０から出力される信号に基づき、ズームレンズ３１ａの位置、フォーカスレンズ３１ｂの位置、及び絞り３１ｃの駆動を制御する。レンズ制御部３２は、ボディ制御部２１０からフォーカスレンズ３１ｂの移動方向や移動量などを示す信号が入力されると、その信号に基づいてフォーカスレンズ３１ｂを光軸ＯＡ１方向に進退移動させて撮影光学系３１の焦点位置を調節する。また、レンズ制御部３２は、カメラボディ２のボディ制御部２１０から出力される信号に基づき、ズームレンズ３１ａの位置や絞り３１ｃの開口径を制御する。

レンズメモリ３３は、例えば、不揮発性の記憶媒体等により構成される。レンズメモリ３３には、交換レンズ３に関連する情報がレンズ情報として記憶（記録）される。レンズ情報は、撮影光学系３１の光学特性（射出瞳距離やＦ値）に関するデータや、フォーカスレンズ３１ｂの無限遠位置や至近位置に関するデータや、交換レンズ３の最短焦点距離と最長焦点距離に関するデータなどを含む。なお、レンズ情報は、交換レンズ３の種類によって異なる。また、レンズ情報は、レンズ制御部３２の内部のメモリに記憶するようにしてもよい。また、レンズ情報は、後述のカメラボディ２が有するボディメモリ２３に記憶してもよい。この場合、ボディメモリ２３は、複数の交換レンズ３のレンズ情報を記憶する。

本実施の形態では、レンズ情報は、撮影光学系３１の射出瞳距離に関する情報を含む。射出瞳距離に関する情報は、後述するが、撮像面２２ａと光軸ＯＡ１とが交差する位置（像高がゼロの位置）における射出瞳距離（Ｃｏ）を示す情報と、射出瞳距離と像高との関係を表す演算式に含まれる係数（ｈ４、ｈ２）の情報とを含む。レンズメモリ３３へのデータの書き込みや、レンズメモリ３３からのデータの読み出しは、レンズ制御部３２によって制御される。交換レンズ３がカメラボディ２に装着されると、レンズ制御部３２は、レンズ側接続部３０２及びボディ側接続部２０２の端子を介して、レンズ情報をボディ制御部２１０に送信する。また、レンズ制御部３２は、制御したズームレンズ３１ａの位置情報（焦点距離情報）や、制御したフォーカスレンズ３１ｂの位置情報や、制御した絞り３１ｃのＦ値の情報などをボディ制御部２１０に送信する。
本実施の形態では、レンズ制御部３２は、撮影光学系３１の射出瞳距離に関する情報をカメラボディ２に送信する出力部として機能する。ボディ制御部２１０は、交換レンズ３から撮影光学系３１の射出瞳距離に関する情報が入力される入力部として機能する。

また、レンズ制御部３２は、レンズ側接続部３０２及びボディ側接続部２０２の端子を介して、カメラボディ２と交換レンズ３との間で双方向に情報を送受信する通信を行う。レンズ制御部３２は、カメラボディ２から射出瞳距離に関する情報（ｈ４、ｈ２、Ｃｏ）の送信を要求する信号が入力されると、射出瞳距離に関する情報をカメラボディ２に送信する。なお、射出瞳距離に関する情報は、交換レンズ３の種類によって異なる。また、レンズ制御部３２は、撮像素子２２が撮像を行う毎に射出瞳距離に関する情報をカメラボディ２に送信してもよい。レンズ制御部３２は、ズームレンズ３１ａが移動して、撮影光学系３１の焦点距離が変化すると、射出瞳距離に関する情報をカメラボディ２に送信するようにしてもよい。レンズ制御部３２は、１回の双方向通信によって、撮影光学系３１の焦点距離の情報と射出瞳距離に関する情報とをカメラボディ２に送信してもよい。

次に、カメラボディ２の構成について説明する。カメラボディ２は、撮像素子２２と、ボディメモリ２３と、表示部２４と、操作部２５と、ボディ制御部２１０とを備える。撮像素子２２は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。撮像素子２２は、撮影光学系３１により形成される被写体像を撮像する。撮像素子２２は、光電変換部を有する複数の画素が二次元状（行方向及び列方向）に配置される。光電変換部は、フォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子２２は、受光した光を光電変換部で光電変換して信号を生成し、生成した信号をボディ制御部２１０に出力する。

撮像素子２２は、後に説明するように、画像生成に用いる信号を出力する撮像画素と、焦点検出に用いる信号を出力するＡＦ画素（焦点検出画素）とを有する。撮像画素には、入射した光のうち第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する画素（以下、Ｒ画素と称する）と、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する画素（以下、Ｇ画素と称する）と、入射した光のうち第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する画素（以下、Ｂ画素と称する）とがある。Ｒ画素とＧ画素とＢ画素とは、ベイヤー配列に従って配置されている。ＡＦ画素は、撮像画素の一部に置換して配置され、撮像素子２２の撮像面２２ａのほぼ全面に分散して配置される。なお、以下の説明では、単に画素と称する場合は、撮像画素及びＡＦ画素のいずれか一方または両方を指す。

ボディメモリ２３は、例えば、不揮発性の記憶媒体等により構成される。ボディメモリ２３には、画像データや制御プログラム等が記録される。ボディメモリ２３へのデータの書き込みや、ボディメモリ２３からのデータの読み出しは、ボディ制御部２１０によって制御される。表示部２４は、画像データに基づく画像、ＡＦ枠などの焦点検出領域（ＡＦエリア）を示す画像、シャッター速度やＦ値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部２５は、レリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた信号をボディ制御部２１０へ出力する。また、操作部２５は、複数の焦点検出領域から任意の焦点検出領域を設定可能な設定部であり、ユーザは、操作部２５を操作することによって任意の焦点検出領域を選択できる。

ボディ制御部２１０は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいてカメラ１の各部を制御する。ボディ制御部２１０は、領域設定部２１１と、距離演算部２１２と、画素選択部２１３と、読み出し部２１４と、焦点検出部２１５と、画像データ生成部２１６とを有する。

領域設定部２１１は、図２（ａ）に示した撮像素子２２の撮像面２２ａに設けられた複数の焦点検出領域１００のうち、少なくとも一つの焦点検出領域１００を設定（選択）する。表示部２４に表示される複数のＡＦ枠は、撮像素子２２に設けられた複数の焦点検出領域１００とそれぞれ対応している。領域設定部２１１は、表示部２４に表示された複数のＡＦ枠のうち、ユーザが操作部２５の操作によって選択したＡＦ枠に対応する焦点検出領域１００、又はカメラ１が自動的に選択した焦点検出領域１００を、焦点検出を行う領域として設定する。後述するが、焦点検出部２１５は、領域設定部２１１により設定された焦点検出領域１００内のＡＦ画素から出力される信号を用いて、撮影光学系３１による像と撮像面２２ａとのずれ量（デフォーカス量）を検出する。

焦点検出領域１００には、図２（ｂ）に模式的に示すように、撮像画素に加えて、複数の種類の一対のＡＦ画素（ＡＦ画素対）、本実施の形態では第１のＡＦ画素対と第２のＡＦ画素対と第３のＡＦ画素対とが配置される。像高または交換レンズの種類によって異なる射出瞳距離でも精度良くデフォーカス量を検出するために、第１のＡＦ画素対と第２のＡＦ画素対と第３のＡＦ画素対とは配置される。ＡＦ画素対を構成する一方のＡＦ画素は第１の信号Ｓｉｇ１を出力し、ＡＦ画素対を構成する他方のＡＦ画素は第２の信号Ｓｉｇ２を出力する。第１のＡＦ画素対と第２のＡＦ画素対と第３のＡＦ画素対については後述する。

なお、図２（ａ）に示すように、複数の焦点検出領域１００は、２次元方向（行方向及び列方向）に配置されており、像高が異なる位置に設けられている。撮像面２２ａの中央の焦点検出領域１００ａ内の小領域１１０ａ（図２（ｂ）参照）は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１上に位置し、その像高Ｈは略ゼロである。焦点検出領域１００は、撮像面２２ａの中心（撮影光学系３１の光軸ＯＡ１）から離れるに従って、その像高Ｈは高くなる。換言すると、焦点検出領域１００は、撮像面２２ａの中心からの距離が長くなるに従って、その像高Ｈは高くなる。従って、焦点検出領域１００ａがある行において撮影光学系３１の光軸ＯＡ１から最も離れた（像高Ｈが最も高い）焦点検出領域１００は、行の左端（－Ｘ方向における端）及び右端（＋Ｘ方向における端）に位置する焦点検出領域１００ｂ、１００ｃである。撮像素子２２において像高Ｈが最も高い焦点検出領域１００は、撮像面２２ａの隅にある４つの焦点検出領域１００である。

なお、焦点検出領域１００は、所定の面積を有するので、焦点検出領域１００内での位置によって、ＡＦ画素毎に像高は異なる。同一の焦点検出領域１００内での中央の小領域１１０ａ（図２（ｂ）参照）と左端（－Ｘ方向における端）及び右端（＋Ｘ方向における端）に位置する小領域１１０ｂ、１１０ｃ（図２（ｂ）参照）とでは、像高が異なる。しかし、本実施の形態において、１つの焦点検出領域１００の中心位置の像高Ｈの値を、その焦点検出領域１００全体の像高の値としている。撮像面２２ａの中央の焦点検出領域１００ａの像高はゼロであり、焦点検出領域１００ｂ、１００ｃの像高は所定の像高Ｈである。

距離演算部２１２は、像高Ｈにおける撮影光学系３１の射出瞳距離を算出する。距離演算部２１２は、領域設定部２１１により設定された焦点検出領域１００の像高Ｈにおける撮影光学系３１の射出瞳距離Ｐｏ（Ｈ）を次式（１）により算出する。
Ｐｏ（Ｈ）＝ｈ４×Ｈ^４＋ｈ２×Ｈ^２＋Ｃｏ …（１）
式（１）は、像高Ｈを変数とする演算式であり、パラメータ（ｈ４）は変数Ｈの４次の項の係数であり、パラメータ（ｈ２）は変数Ｈの２次の項の係数であり、定数項Ｃｏは、像高がゼロの位置（撮像面２２ａにおける光軸ＯＡ１の位置）における射出瞳距離である。パラメータ（ｈ４）、（ｈ２）及び定数項Ｃｏは、異なる像高に応じた射出瞳距離に関する情報であり、撮影光学系３１の光学特性によって決まる値である。パラメータ（ｈ４）、（ｈ２）及び定数項Ｃｏを示す情報は、交換レンズ３からレンズ情報としてカメラボディ２に送信される。なお、この演算式（１）は、ボディ制御部２１０の内部のメモリに記憶されている。

距離演算部２１２は、領域設定部２１１により設定された焦点検出領域１００の像高Ｈとレンズ情報（ｈ４、ｈ２、Ｃｏ）と演算式（１）とに基づき、設定された焦点検出領域１００の像高Ｈに関する射出瞳距離Ｐｏ（Ｈ）を算出する。なお、演算式（１）は、レンズ制御部３２の内部のメモリに記憶するようにしてもよい。レンズ制御部３２は、パラメータ（ｈ４）、（ｈ２）及び定数項Ｃｏと共に演算式（１）を、レンズ情報としてカメラボディ２に送信するようにしてもよい。

画素選択部２１３は、撮像素子２２に設けられた複数種類のＡＦ画素対のうち、少なくとも１種類のＡＦ画素対を選択する。本実施の形態では、画素選択部２１３は、領域設定部２１１により設定された焦点検出領域１００内に配置された３種類のＡＦ画素対（第１～第３のＡＦ画素対）のうち、いずれか１種類のＡＦ画素対を選択する。後述するが、画素選択部２１３は、距離演算部２１２によって算出された射出瞳距離Ｐｏ（Ｈ）に適したＡＦ画素対を、３種類のＡＦ画素対のうちから選択する。また、領域設定部２１１により複数の焦点検出領域１００が設定された場合、画素選択部２１３は、選択された各焦点検出領域１００において同じ種類のＡＦ画素対を選択する。

読み出し部２１４は、撮像素子２２から信号を読み出す。読み出し部２１４は、表示部２４に被写体のスルー画像（ライブビュー画像）を表示する場合や、動画撮影を行う場合に、撮像素子２２から所定周期で画像生成に用いる信号や焦点検出に用いる信号を読み出す。読み出し部２１４は、撮像素子２２の画素を行単位で順次選択して、選択した画素行から信号を読み出す、いわゆるローリングシャッタ方式で信号を読み出す。

読み出し部２１４は、第１の読み出しモードと、第２の読み出モードとを行う。第１の読み出しモードでは、読み出し部２１４は、画素選択部２１３により選択されたＡＦ画素対を構成するＡＦ画素が配置された画素の行（以下、ＡＦ画素行と称する）とＡＦ画素が配置されていない画素の行（以下、撮像画素行と称する）とを順次選択して、各画素から信号を読み出す。第２の読み出しモードでは、読み出し部２１４は、ＡＦ画素行からの信号の読み出しと、撮像画素行からの信号の読み出しとを分けて行う。

例えば、読み出し部２１４は、静止画を連続撮影する場合や高解像度の動画撮影（例えば４Ｋ動画撮影）を行う場合に、第１の読み出しモードを行う。また、読み出し部２１４は、表示部２４にスルー画像を表示する場合や低解像度の動画撮影（例えばＦｕｌｌＨＤ動画撮影）を行う場合に、第２の読み出しモードを行う。第１の読み出しモードと第２の読み出しモードについては後述する。

焦点検出部２１５は、撮影光学系３１の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。焦点検出部２１５は、撮影光学系３１による像が撮像面２２ａ上に合焦（結像）するためのフォーカスレンズ３１ｂの合焦位置（合焦位置までのフォーカスレンズ３１ｂの移動量）を検出する。焦点検出部２１５は、読み出し部２１４により読み出されるＡＦ画素対の第１及び第２の信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を用いて、瞳分割型の位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。
焦点検出部２１５は、撮影光学系３１の射出瞳の第１の瞳領域を通過した第１の光束による像を撮像して生成した第１の信号Ｓｉｇ１と第２の瞳領域を通過した第２の光束による像を撮像して生成した第２の信号Ｓｉｇ２とを相関演算して、像ズレ量を算出する。焦点検出部２１５は、この像ズレ量を所定の換算式に基づきデフォーカス量に換算する。焦点検出部２１５は、算出したデフォーカス量に基づいて、合焦位置までのフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出する。

焦点検出部２１５は、デフォーカス量が許容値以内か否かを判定する。焦点検出部２１５は、デフォーカス量が許容値以内であれば合焦していると判断する。一方、焦点検出部２１５は、デフォーカス量が許容値を超えている場合は合焦していないと判断し、交換レンズ３のレンズ制御部３２へフォーカスレンズ３１ｂの移動量とレンズ移動を指示する信号を送信する。レンズ制御部３２が、移動量に応じてフォーカスレンズ３１ｂを移動することにより、焦点調節が自動で行われる。

また、焦点検出部２１５は、位相差検出方式の焦点検出処理に加えて、コントラスト検出方式の焦点検出処理を行うこともできる。ボディ制御部２１０は、撮影光学系３１のフォーカスレンズ３１ｂを光軸ＯＡ１方向に移動させながら、撮像画素から出力される信号に基づき被写体像のコントラスト評価値を順次算出する。ボディ制御部２１０は、交換レンズ３から送信されるフォーカスレンズ３１ｂの位置情報を用いて、フォーカスレンズ３１ｂの位置とコントラスト評価値との対応付けを行う。そして、ボディ制御部２１０は、コントラスト評価値がピーク、即ち極大値を示すフォーカスレンズ３１ｂの位置を合焦位置として検出する。ボディ制御部２１０は、検出した合焦位置に対応するフォーカスレンズ３１ｂの位置の情報を、レンズ制御部３２に送信する。レンズ制御部３２は、フォーカスレンズ３１ｂを合焦位置に移動して焦点調節を行う。

画像データ生成部２１６は、読み出し部２１４により読み出される撮像画素の信号に各種の画像処理を行って、画像データを生成する。なお、画像データ生成部２１６は、ＡＦ画素から出力される信号も用いて画像データを生成してもよい。

図３は、焦点検出領域１００内の画素の配置例を示す図である。Ｒ画素１３とＧ画素１３とＢ画素１３とは、ベイヤー配列に従って配置されている。第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２は、ベイヤー配列されたＲ、Ｇ、Ｂの撮像画素１３の一部に置換して配置される。第１及び第２のＡＦ画素１１、１２は、それぞれ遮光部４３を有する。第１のＡＦ画素１１と第２のＡＦ画素１２とは、その遮光部４３の位置が異なる。

撮像素子２２は、図３に示すように、Ｒ画素１３とＧ画素１３とが左右方向、即ち行方向に交互に配置される画素群（第１の撮像画素行）４０１と、Ｇ画素１３とＢ画素１３とが行方向に交互に配置される画素群（第２の撮像画素行）４０２とを有する。また、撮像素子２２は、Ｇ画素１３と第１のＡＦ画素１１とが行方向に交互に配置される画素群（第１のＡＦ画素行）４０３と、Ｇ画素１３と第２のＡＦ画素１２とが行方向に交互に配置される画素群（第２のＡＦ画素行）４０４とを有する。

第１のＡＦ画素行４０３ａには、第１のＡＦ画素１１ａとＧ画素１３とが交互に配置されている。第１のＡＦ画素行４０３ａから所定の行だけ離れた第２のＡＦ画素行４０４ａには、第２のＡＦ画素１２ａとＧ画素１３とが交互に配置されている。なお、第１のＡＦ画素行４０３ａ中における第１のＡＦ画素１１ａの配置位置と第２のＡＦ画素行４０４ａ中における第２のＡＦ画素１２ａの配置位置とは、互いに同一である。即ち、第１のＡＦ画素１１ａと第２のＡＦ画素１２ａとは、同一列に配置されている。第１のＡＦ画素行４０３ａの第１のＡＦ画素１１ａ及び第２のＡＦ画素行４０４ａの第２のＡＦ画素１２ａは、第１のＡＦ画素対を構成する。

第２のＡＦ画素行４０４ａから所定の行だけ離れた第１のＡＦ画素行４０３ｂには、第１のＡＦ画素１１ｂとＧ画素１３とが交互に配置されている。第１のＡＦ画素行４０３ｂから所定の行だけ離れた第２のＡＦ画素行４０４ｂには、第２のＡＦ画素１２ｂとＧ画素１３とが交互に配置されている。なお、第１のＡＦ画素行４０３ｂ中における第１のＡＦ画素１１ｂの配置位置と第２のＡＦ画素行４０４ｂ中における第２のＡＦ画素１２ｂの配置位置とは、互いに同一である。即ち、第１のＡＦ画素１１ｂと第２のＡＦ画素１２ｂとは、同一列に配置されている。第１のＡＦ画素行４０３ｂの第１のＡＦ画素１１ｂ及び第２のＡＦ画素行４０４ｂの第２のＡＦ画素１２ｂは、第２のＡＦ画素対を構成する。

第２のＡＦ画素行４０４ｂから所定の行だけ離れた第１のＡＦ画素行４０３ｃには、第１のＡＦ画素１１ｃとＧ画素１３とが交互に配置されている。第１のＡＦ画素行４０３ｃから所定の行だけ離れた第２のＡＦ画素行４０４ｃには、第２のＡＦ画素１２ｃとＧ画素１３とが交互に配置されている。なお、第１のＡＦ画素行４０３ｃ中における第１のＡＦ画素１１ｃの配置位置と第２のＡＦ画素行４０４ｃ中における第２のＡＦ画素１２ｃの配置位置とは、互いに同一である。即ち、第１のＡＦ画素１１ｃと第２のＡＦ画素１２ｃとは、同一列に配置されている。第１のＡＦ画素行４０３ｃの第１のＡＦ画素１１ｃ及び第２のＡＦ画素行４０４ｃの第２のＡＦ画素１２ｃは、第３のＡＦ画素対を構成する。

なお、複数の行に第１のＡＦ画素行４０３ａ及び第２のＡＦ画素行４０４ａが配置され、複数の第１のＡＦ画素対が配置されるようにしてもよい。また、複数の行に第１のＡＦ画素行４０３ｂ及び第２のＡＦ画素行４０４ｂが配置され、複数の第２のＡＦ画素対が配置されるようにしてもよい。複数の行に第１のＡＦ画素行４０３ｃ及び第２のＡＦ画素行４０４ｃが配置され、複数の第３のＡＦ画素対が配置されるようにしてもよい。

なお、上述したように、第１及び第２及び第３のＡＦ画素対は、像高または交換レンズの種類によって射出瞳距離が変化しても精度良くデフォーカス量を検出するために配置される。そのため、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１（撮像面２２ａの中心）周辺にある画素対を除いて、第１及び第２及び第３のＡＦ画素対の各々が有する遮光部４３の面積は異なる。射出瞳距離が異なると、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１周辺にあるＡＦ画素を除いて、ＡＦ画素に入射する光の入射角が異なる。射出瞳距離が短くなると入射角は大きく、射出瞳距離が長くなると入射角は小さくなる。射出瞳距離によって異なる入射角で入射する光の一部を遮光するために、遮光部４３の面積はＡＦ画素対によって異なる。これにより、焦点検出部２１５は、異なる射出瞳距離でも精度良くデフォーカス量を検出することができる。ただし、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１（撮像面２２ａの中心）周辺にある画素対は、射出瞳距離によらず、入射角は０°である。そのため、第１のＡＦ画素対と第２のＡＦ画素対と第３のＡＦ画素対の各々が有する遮光部４３の面積は同じである。後述するが、遮光部４３の面積はＡＦ画素の位置（像高）によっても異なる。

第１のＡＦ画素１１ａ、１１ｂ、１１ｃと第２のＡＦ画素１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それぞれ、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタを有する。なお、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃと第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々のＡＦ画素が有するフィルタは、第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）または第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するフィルタであってもよい。また、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃと第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃは、入射した光のうち第１及び第２及び第３波長域の光を分光する分光特性を有するフィルタを有していてもよい。

図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２に設けられるＡＦ画素及び撮像画素の構成例を説明するための図である。図４（ａ）は、ＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１、１２のうちの第１のＡＦ画素１１の断面の一例を示し、図４（ｂ）は、第１及び第２のＡＦ画素１１、１２のうちの第２のＡＦ画素１２の断面の一例を示す。図４（ｃ）は、撮像画素１３（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）の断面の一例を示す。

図４において、第１及び第２のＡＦ画素１１、１２と撮像画素１３は共に、マイクロレンズ４４と、カラーフィルタ５１と、マイクロレンズ４４及びカラーフィルタ５１を透過（通過）した光を光電変換する光電変換部４２（ＰＤ４２）とを有する。第１の光束６１は、撮影光学系３１の射出瞳を略２等分する第１の瞳領域を通過した光束である。第２の光束６２は、撮影光学系３１の射出瞳を略２等分する第２の瞳領域を通過した光束である。

図４（ａ）において、第１のＡＦ画素１１には、第１及び第２の光束６１、６２のうちの第２の光束６２を遮光する遮光部４３Ｌが設けられる。遮光部４３Ｌは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間に位置し、光電変換部４２の上に設けられている。図４（ａ）に示す例では、遮光部４３Ｌは、光電変換部４２の左半分（－Ｘ方向側）を遮光するように配置される。遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）は、光電変換部４２を左右に２等分する中心線に略一致する。第１のＡＦ画素１１の光電変換部４２は、第１の光束６１を受光する。第１のＡＦ画素１１の光電変換部４２は第１の光束６１を光電変換して電荷を生成し、第１のＡＦ画素１１は光電変換部４２で生成された電荷に基づく第１の信号Ｓｉｇ１を出力する。

なお、遮光部４３Ｌの面積は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１（撮像面２２ａの中心）周辺にある第１のＡＦ画素１１を除いて、第１のＡＦ画素１１の位置（像高）によって異なる。第１のＡＦ画素１１の位置が異なる、即ち像高が異なると、第１のＡＦ画素１１に入射する光の入射角が異なる。像高が高くなると入射角は大きくなり、像高が低いと入射角は小さくなり、像高が０であれば入射角は０°である。像高によって異なる入射角で入射する光のうち第２の光束６２を遮光するために、遮光部４３Ｌの面積は像高によって異なる。

図４（ｂ）において、第２のＡＦ画素１２には、第１及び第２の光束６１、６２のうちの第１の光束６１を遮光する遮光部４３Ｒが設けられる。遮光部４３Ｒは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間に位置し、光電変換部４２の上に設けられている。図４（ｂ）に示す例では、遮光部４３Ｒは、光電変換部４２の右半分（＋Ｘ方向側）を遮光するように配置される。遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）は、光電変換部４２を左右に２等分する中心線に略一致する。第２のＡＦ画素１２の光電変換部４２は、第２の光束６２を受光する。第２のＡＦ画素１２の光電変換部４２は第２の光束６２を光電変換して電荷を生成し、第２のＡＦ画素１２は光電変換部４２で生成された電荷に基づく第２の信号Ｓｉｇ２を出力する。

なお、第１のＡＦ画素１１と同様に、遮光部４３Ｒの面積は、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１（撮像面２２ａの中心）周辺にある第２のＡＦ画素１２を除いて、第２のＡＦ画素１２の位置（像高）によって異なる。像高によって異なる入射角で入射する光のうち第１の光束６１を遮光するために、遮光部４３Ｒの面積は像高によって異なる。

図４（ｃ）において、撮像画素１３の光電変換部４２は、撮影光学系３１の射出瞳の第１及び第２の瞳領域をそれぞれ通過した第１及び第２の光束６１、６２を受光する。撮像画素１３の光電変換部４２は第１及び第２の光束６１、６２を光電変換して電荷を生成し、撮像画素１３は光電変換部４２で生成された電荷に基づく信号を出力する。

図５は、焦点検出領域１００ａ内の小領域１１０ａ（図２（ｂ）参照）に配置される３種類のＡＦ画素対の断面図である。図５（ａ）は、図３の第１のＡＦ画素行４０３ａ、第２のＡＦ画素行４０４ａにそれぞれ配置された第１のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａを示す。図５（ｂ）は、図３の第１のＡＦ画素行４０３ｂ、第２のＡＦ画素行４０４ｂにそれぞれ配置された第２のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂを示す。図５（ｃ）は、図３の第１のＡＦ画素行４０３ｃ、第２のＡＦ画素行４０４ｃにそれぞれ配置された第３のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃを示す。図５に示すように、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃ及び第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々は、光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とが略一致している。マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して０°の入射角で入射した光は、マイクロレンズの光軸ＯＡ２上に集光する。光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とが一致することで、マイクロレンズ４４に入射した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。即ち、撮影光学系３１を透過した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。

図５（ａ）において、第１のＡＦ画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。第１のＡＦ画素１１ａの遮光部４３Ｌは、光電変換部４２の左半分（－Ｘ方向側）を遮光する。マイクロレンズ４４を透過した第２の光束６２は、光電変換部４２に入射する前に、遮光部４３Ｌにより遮光される。これにより、第１のＡＦ画素１１ａの光電変換部４２は、第１の光束６１を受光する。第２のＡＦ画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。マイクロレンズ４４を透過した第１の光束６１は、光電変換部４２に入射する前に、遮光部４３Ｒにより遮光される。これにより、第２のＡＦ画素１２ａの光電変換部４２は、第２の光束６２を受光する。

図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１のＡＦ画素１１ｂ、１１ｃの各々は、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。したがって、第１のＡＦ画素１１ａと同様に、第１のＡＦ画素１１ｂ、１１ｃの各々の光電変換部４２は、第１の光束６１を受光する。また、第２のＡＦ画素１２ｂ、１２ｃの各々は、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に略一致する。したがって、第１のＡＦ画素１２ａと同様に、第２のＡＦ画素１２ｂ、１２ｃの各々の光電変換部４２は、第２の光束６２を受光する。

図６は、焦点検出領域１００ａ内の小領域１１０ａから＋Ｘ方向に離れた小領域１１０ｃ（図２（ｂ）参照）に配置される３種類のＡＦ画素対の断面図である。図６（ａ）は、第１のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａを示す。図６（ｂ）は、第２のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂを示す。図６（ｃ）は、第３のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃを示す。

図６において、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃ及び第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれている。本実施の形態では、小領域１１０ａから＋Ｘ方向に離れて配置された第１及び第２のＡＦ画素は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれている。また、小領域１１０ａから－Ｘ方向に離れて配置された第１及び第２のＡＦ画素は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して－Ｘ方向にずれている。

また、図６において、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃの各々が有する遮光部４３Ｌの面積は異なる。第１のＡＦ画素１１ａの遮光部４３Ｌの面積は、第１のＡＦ画素１１ｂの遮光部４３Ｌの面積よりも小さい。第１のＡＦ画素１１ｂの遮光部４３Ｌの面積は、第１のＡＦ画素１１ｃの遮光部４３Ｌの面積よりも小さい。第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々が有する遮光部４３Ｒの面積は異なる。第２のＡＦ画素１２ａの遮光部４３Ｒの面積は、第２のＡＦ画素１２ｂの遮光部４３Ｒの面積よりも大きい。第２のＡＦ画素１２ｂの遮光部４３Ｒの面積は、第２のＡＦ画素１２ｃの遮光部４３Ｒの面積よりも大きい。

図６において、光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とがずれ、かつ、第１及び第２のＡＦ画素の遮光部４３の面積が異なるため、第１及び第２のＡＦ画素の遮光部の端とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とがずれる。図６（ａ）において、例えば、第１のＡＦ画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２よりもずれ量ｄ１だけ＋Ｘ方向側に位置する。また、第２のＡＦ画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）が、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２よりもずれ量ｄ１だけ＋Ｘ方向側に位置する。

図６に示すように、第２及び第３のＡＦ画素対と第１のＡＦ画素対とは、ずれ量が相違する。第２のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ２は、第１のＡＦ画対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａのずれ量ｄ１よりも大きい。第３のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃのずれ量ｄ３は、第２のＡＦ画対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ２よりも大きい。即ち、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。

図７は、図２の焦点検出領域１００ａから＋Ｘ方向に離れた焦点検出領域１００ｃにおける一部の３種類のＡＦ画素対の断面図である。図７（ａ）は、第１のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａを示す。図７（ｂ）は、第２のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂを示す。図７（ｃ）は、第３のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃを示す。

図６に示す３種類のＡＦ画素対と同様に、図７に示す第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃ及び第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々は、光電変換部４２の中心を通る線がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれている。また、図６に示す３種類のＡＦ画素対と同様に、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃの各々が有する遮光部４３Ｌの面積が異なる。第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々が有する遮光部４３Ｒの面積が異なる。

なお、図６と図７とに示す３種類のＡＦ画素対は、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対する光電変換部４２の中心を通る線のずれ量が異なる。また、第１のＡＦ画素１１ｂと第２のＡＦ画素１２ｂとを除いて、遮光部４３Ｌの面積と遮光部４３Ｒの面積とが異なる。図７に示す３種類のＡＦ画素対は、図６と比較すると、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対するずれ量が大きい。また、図７に示す第１のＡＦ画素１１ａと第２のＡＦ画素１２ａとは、図６と比較すると、遮光部４３Ｌの面積が小さく、遮光部４３Ｒの面積が大きい。図７に示す第１のＡＦ画素１１ｃと第２のＡＦ画素１２ｃとは、図６と比較すると、遮光部４３Ｌの面積が大きく、遮光部４３Ｒの面積が小さい。図７に示す第１のＡＦ画素１１ｂと第２のＡＦ画素１２ｂとは、図６の遮光部４３Ｌの面積と同じであり、遮光部４３Ｒの面積と同じである。

第１のＡＦ画素１１ａは、遮光部４３Ｌの右端（＋Ｘ方向における端）がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれ量ｄ４、ずれている。第２のＡＦ画素１２ａは、遮光部４３Ｒの左端（－Ｘ方向における端）がマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して＋Ｘ方向にずれ量ｄ４、ずれている。

第２及び第３のＡＦ画素対と第１のＡＦ画素対とは、ずれ量が相違する。第２のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ５は、第１のＡＦ画対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ａ、１２ａのずれ量ｄ４よりも大きい。第３のＡＦ画素対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｃ、１２ｃのずれ量ｄ６は、第２のＡＦ画対を構成する第１及び第２のＡＦ画素１１ｂ、１２ｂのずれ量ｄ５よりも大きい。即ち、ｄ４＜ｄ５＜ｄ６である。

図５、図６及び図７に示したように、光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とのずれ量は、像高によって異なる。像高が高いほど、ずれ量は大きくなり、像高が低いほど、ずれ量は小さくなる。像高が高い位置において、撮影光学系３１を透過した光はマイクロレンズ４４へ斜めに入射する。即ち、光は、マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して０°より大きい入射角で入射する。したがって、光のマイクロレンズ４４への入射角が大きくなるほど、ずれ量が大きくなるとも言える。マイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２に対して０°より大きい入射角で入射した光は、マイクロレンズの光軸ＯＡ２上から＋Ｘ方向または－Ｘ方向にずれて集光する。光電変換部４２の中心を通る線とマイクロレンズ４４の光軸ＯＡ２とがずれることで、マイクロレンズ４４に入射した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。即ち、撮影光学系３１を透過した光は、光電変換部４２の中心を通る線上に集光する。これにより、撮影光学系３１を透過して光電変換部４２に入射する光量を多くできる。

図５、図６及び図７に示したように、遮光部４３の面積はＡＦ画素対によって異なる。前述したように、撮影光学系３１の射出瞳距離は交換レンズ３の種類によって異なる。そのため、第１のＡＦ画素対と第２のＡＦ画素対と第３のＡＦ画素対の各々は、異なる射出瞳距離で精度良くデフォーカス量を検出するために、面積が異なる遮光部４３を有する。また、第１のＡＦ画素対が有する遮光部４３Ｌの面積と遮光部４３Ｒの面積とは、第１のＡＦ画素対の配置された位置（像高）によって異なる。前述したように、撮影光学系３１の射出瞳距離は像高によって異なる。そのため、第１のＡＦ画素対は、異なる射出瞳距離で精度良くデフォーカス量を検出するために、像高によって変化する面積の遮光部４３Ｌと遮光部４３Ｒとを有する。第３のＡＦ画素対も、第１のＡＦ画素対と同様である。これにより、焦点検出部２１５は、異なる射出瞳距離でも精度良くデフォーカス量を検出できる。即ち、焦点検出部２１５は、像高または交換レンズの種類が変わっても精度良くデフォーカス量を検出できる。

したがって、第１～第３のＡＦ画素対の遮光部４３とマイクロレンズ４４の光軸とのずれ量は、図２（ｂ）の小領域１１０ａから＋Ｘ方向に像高が高い領域ほど、大きくなる。像高がＨａ、Ｈｂ、Ｈｃ（Ｈａ＜Ｈｂ＜Ｈｃ）の三つの領域の第１～第３のＡＦ画素対のずれ量を比べると、次のようになる。像高Ｈｂの領域の第１のＡＦ画素対のずれ量は、像高Ｈａの領域の第１のＡＦ画素対のずれ量よりも大きく、像高Ｈｃの領域の第１のＡＦ画素対のずれ量よりも小さい。同様に、像高Ｈｂの領域の第２及び第３のＡＦ画素対のずれ量は、それぞれ、像高Ｈａの領域の第２及び第３のＡＦ画素対のずれ量よりも大きく、像高Ｈｃの領域の第２及び第３のＡＦ画素対のずれ量よりも小さい。図７に示した焦点検出領域１００ｃに配置された第１のＡＦ画素対のずれ量ｄ４は、図６に示した小領域１１０ｃに配置された第１のＡＦ画素対のずれ量ｄ１よりも大きい。図７に示した焦点検出領域１００ｃに配置された第２及び第３のＡＦ画素対のずれ量ｄ５、ｄ６は、それぞれ、図６に示した小領域１１０ｃに配置された第２及び第３のＡＦ画素対のずれ量ｄ２、ｄ３よりも大きい。

図２（ｂ）の小領域１１０ａから－Ｘ方向に離れた小領域１１０ｂに配置される第１～第３のＡＦ画素対では、図６に示したずれ方向と反対方向にずれ量ｄ１～ｄ３と同様のずれ量が付与される。図２（ａ）の焦点検出領域１００ｂに配置される第１～第３のＡＦ画素対では、図７に示したずれ方向と反対方向にずれ量ｄ４～ｄ６と同様のずれ量が付与される。小領域１１０ａから－Ｘ方向に離れて配置される第１～第３のＡＦ画素対のずれ量も、像高が大きくなるほど大きくなる。

上述のように、第１～第３のＡＦ画素対は、ずれ量が相違する。したがって、光が入射する方向と交差する面において、第１のＡＦ画素１１ａ～１１ｃの各々の光電変換部４２が光を受光する面積は互いに異なり、第２のＡＦ画素１２ａ～１２ｃの各々の光電変換部４２が光を受光する面積は互いに異なる。このように、本実施の形態では、第１～第３のＡＦ画素対は、光電変換部４２の受光面積が相違するため、互いに異なる入射角に対応して瞳分割を行うことができる。これにより、焦点検出部２１５は精度良くデフォーカス量を検出できる。

次に、焦点検出領域１００における第１～第３のＡＦ画素対のずれ量の決定方法の一例を説明する。図８において、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１が撮像素子２２の撮像面２２ａと交差する位置０（撮像面２２ａの中心位置）から像高Ｈｄに位置する小領域１１０の位置を１１０αで表す。撮影光学系３１の光軸ＯＡ１上に第１の基準射出瞳ＥＰ１と、第２の基準射出瞳ＥＰ２と、第３の基準射出瞳ＥＰ３とを設定する。第２の基準射出瞳ＥＰ２は、第１の基準射出瞳ＥＰ１よりも撮像面２２ａに近い位置にあり、第１の基準射出瞳ＥＰ１よりも＋Ｚ方向側に位置する。第３の基準射出瞳ＥＰ３は、第２の基準射出瞳ＥＰ２よりも撮像面２２ａに近い位置にあり、第２の基準射出瞳ＥＰ２よりも＋Ｚ方向側に位置する。
第１の基準射出瞳ＥＰ１と撮像面２２ａとの距離を第１の基準射出瞳距離Ｐｏ１、第２の基準射出瞳ＥＰ２と撮像面２２ａとの距離を第２の基準射出瞳距離Ｐｏ２、第３の基準射出瞳ＥＰ３と撮像面２２ａとの距離を第３の基準射出瞳距離Ｐｏ３とする。なお、Ｐｏ１＞Ｐｏ２＞Ｐｏ３である。

図８において、Ｌ１は、第１の基準射出瞳ＥＰ１を通過して、位置１１０αにある小領域１１０内のＡＦ画素に入射する光束の主光線を示している。Ｌ２は、第２の基準射出瞳ＥＰ２を通過して、位置１１０αにある小領域１１０内のＡＦ画素に入射する光束の主光線を示している。Ｌ３は、第３の基準射出瞳ＥＰ３を通過して位置１１０αにある小領域１１０内のＡＦ画素に入射する光束の主光線を示している。

図８において、θ１を主光線Ｌ１のＡＦ画素への入射角とすると、像高Ｈｄの小領域１１０内の第１のＡＦ画素対のずれ量は、入射角θ１に基づき決定される。同様に、θ２、θ３をそれぞれ主光線Ｌ２、Ｌ３のＡＦ画素への入射角とすると、像高Ｈｄの小領域１１０内の第２及び第３のＡＦ画素対のずれ量は、それぞれ入射角θ２、θ３に基づき決定される。前述したように、ずれ量は、入射角が大きいほど大きくなる。また、像高が０の位置（位置０）を除いて、入射角は、射出瞳距離が長いほど小さくなるので、θ１＜θ２＜θ３である。したがって、図６（ａ）～（ｃ）に示す第１、第２、及び第３のＡＦ画素対のずれ量ｄ１、ｄ２、ｄ３は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３となる。また、図７（ａ）～（ｃ）に示す第１、第２、及び第３のＡＦ画素対のずれ量ｄ４、ｄ５、ｄ６は、ｄ４＜ｄ５＜ｄ６となる。

こうして、第１の基準射出瞳ＥＰ１（第１の基準射出瞳距離Ｐｏ１）に対する第１のＡＦ画素対のずれ量が決定される。同様に、第２の基準射出瞳ＥＰ２（第２の基準射出瞳距離Ｐｏ２）に対する第２のＡＦ画素対のずれ量が決定され、第３の基準射出瞳ＥＰ３（第３の基準射出瞳距離Ｐｏ３）に対する第３のＡＦ画素対のずれ量が決定される。

次に、撮影光学系３１の射出瞳距離と第１～第３のＡＦ画素対との関係を説明する。図８において、第１の基準射出瞳ＥＰ１と第２の基準射出瞳ＥＰ２との中間位置に、射出瞳距離に関する第１の閾値Ｔｈ１を設定し、第２の基準射出瞳ＥＰ２と第３の基準射出瞳ＥＰ３との中間位置に、射出瞳距離に関する第２の閾値Ｔｈ２を設ける。射出瞳距離が第１の閾値Ｔｈ１以上である領域を第１の射出瞳距離範囲Ｒ１とし、射出瞳距離が第１の閾値Ｔｈ１と第２の閾値Ｔｈ２との間の領域を第２の射出瞳距離範囲Ｒ２とし、射出瞳距離が第２の閾値Ｔｈ２以下である領域を第３の射出瞳距離範囲Ｒ３とする。

画素選択部２１３は、撮影光学系３１の射出瞳距離が、第１の閾値Ｔｈ１以上である場合、即ち第１の射出瞳距離範囲Ｒ１に属する場合には、第１のＡＦ画素対を選択する。画素選択部２１３は、撮影光学系３１の射出瞳距離が、第１の閾値Ｔｈ１と第２の閾値Ｔｈ２との間である場合、即ち第２の射出瞳距離範囲Ｒ２に属する場合には、第２のＡＦ画素対を選択する。画素選択部２１３は、撮影光学系３１の射出瞳距離が、第２の閾値Ｔｈ２以下である場合、即ち第３の射出瞳距離範囲Ｒ３に属する場合には、第３のＡＦ画素対を選択する。
以上のように、画素選択部２１３は、撮影光学系の射出瞳距離が第１～第３の射出瞳距離範囲Ｒ１～Ｒ３のいずれに属するかによって、第１～第３のＡＦ画素対から適切なＡＦ画素対を選択する。

次に、交換レンズ３の撮影光学系３１の光学特性、即ち、その射出瞳距離が像高によって変化する光学特性について説明する。図９は、図１のカメラボディ２に装着される交換レンズ３の、像高によって射出瞳距離が変化する光学特性を示したものである。図９において、横軸は射出瞳距離Ｐｏを表し、縦軸は像高Ｈを表している。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、種類の異なる交換レンズがそれぞれ有する光学特性を表す。図９（ａ）に示した交換レンズ３の撮影光学系３１の光学特性は、光学特性曲線２００ａで表され、像高Ｈが大きくなるにつれて、射出瞳距離Ｐｏが小さくなる。図９（ａ）の光学特性曲線２００ａは、像高ゼロにおいて射出瞳距離はＰｏａであり、像高Ｈが大きくなるにつれて射出瞳距離が徐々に小さくなり、最大像高Ｈｍａｘにおいて射出瞳距離が（Ｐｏａ－Δｐ１）になることを表す。

図９（ｂ）に示した交換レンズ３の撮影光学系３１の光学特性は、光学特性曲線２００ｂで表され、像高Ｈが大きくなるにつれて、射出瞳距離Ｐｏが大きくなる。図９（ｂ）の光学特性曲線２００ｂは、像高ゼロにおいて射出瞳距離はＰｏｂであり、像高Ｈが大きくなるにつれて射出瞳距離が徐々に大きくなり、最大像高Ｈｍａｘにおいて射出瞳距離が（Ｐｏｂ＋Δｐ２）になることを表す。
以下の説明においては、光学特性曲線２００ａのように、像高Ｈが大きくなると射出瞳距離Ｐｏが小さくなる光学特性曲線を負の光学特性曲線と称する。また、光学特性曲線２００ｂのように、像高Ｈが大きくなると射出瞳距離Ｐｏも大きくなる光学特性曲線を正の光学特性曲線と称する。

図９（ｃ）に示した交換レンズ３の撮影光学系３１は、その光学特性曲線が図１のフォーカスレンズ３１ｂの位置によって、異なる、即ち変化するものである。この撮影光学系３１は、フォーカスレンズ３１ｂが第１の位置に位置する時に、光学特性曲線２００ｃを呈し、フォーカスレンズ３１ｂが第２の位置に位置する時に、光学特性曲線２００ｄを呈する。フォーカスレンズ３１ｂの第１及び第２の位置は、フォーカスレンズ３１ｂの無限遠位置及び至近位置を含め、無限遠位置と至近位置との間の任意の位置である。なお、フォーカスレンズ３１ｂの無限遠位置は、無限遠距離の被写体にピントが合う位置であり、至近位置は、至近距離の被写体にピントが合う位置である。

図９（ｃ）において、光学特性曲線２００ｃは、フォーカスレンズ３１ｂが第１の位置に位置している時の撮影光学系３１の光学特性を表す。光学特性曲線２００ｃは、像高ゼロにおいて射出瞳距離はＰｏｃであり、像高Ｈが大きくなるにつれて射出瞳距離が徐々に小さくなり、最大像高Ｈｍａｘにおいて射出瞳距離が（Ｐｏｃ－Δｐ３）になることを表す。光学特性曲線２００ｄは、フォーカスレンズ３１ｂが第２の位置に位置している時の撮影光学系３１の光学特性を表す。光学特性曲線２００ｄは、像高ゼロにおいて射出瞳距離はＰｏｄであり、像高Ｈが大きくなるにつれて射出瞳距離が徐々に大きくなり、最大像高Ｈｍａｘにおいて射出瞳距離が（Ｐｏｄ＋Δｐ４）になることを表す。
なお、図９（ｃ）では、フォーカスレンズ３１ｂが第１の位置にある時の光学特性曲線２００ｃを負の光学特性曲線とし、フォーカスレンズ３１ｂが第２の位置にある時の光学特性曲線２００ｄを正の光学特性曲線として示した。しかし、光学特性曲線２００ｃと光学特性曲線２００ｄとが、共に正、又は、共に負となる光学特性を有する交換レンズ３もある。

図９（ｄ）に示した交換レンズ３の撮影光学系３１は、その光学特性曲線がズームレンズの焦点距離（図１のズームレンズ３１ａの位置）によって、異なる、即ち変化するものである。この撮影光学系３１は、焦点距離がｆ１である時に、光学特性曲線２００ｅを呈し、焦点距離がｆ２である時に、光学特性曲線２００ｆを呈する。

図９（ｄ）において、光学特性曲線２００ｅは、焦点距離がｆ１である時の撮影光学系３１の光学特性を表す。光学特性曲線２００ｅは、像高ゼロにおいて射出瞳距離はＰｏｅであり、像高Ｈが大きくなるにつれて射出瞳距離が徐々に小さくなり、最大像高Ｈｍａｘにおいて射出瞳距離が（Ｐｏｅ－Δｐ５）になることを表す。光学特性曲線２００ｆは、焦点距離がｆ２である時の撮影光学系３１の光学特性を表す。光学特性曲線２００ｆは、像高ゼロにおいて射出瞳距離はＰｏｆであり、像高Ｈが大きくなるにつれて射出瞳距離が徐々に大きくなり、最大像高Ｈｍａｘにおいて射出瞳距離が（Ｐｏｆ＋Δｐ６）になることを表す。
なお、図９（ｄ）では、焦点距離がｆ１の時の光学特性曲線２００ｅを負の光学特性曲線とし、焦点距離がｆ２の時の光学特性曲線２００ｆを正の光学特性曲線として示した。しかし、光学特性曲線２００ｅと光学特性曲線２００ｆが、共に正、又は、共に負となる光学特性を有する交換レンズ３もある。

なお、上述の説明における像高Ｈにおける射出瞳距離Ｐｏは、撮像面２２ａの像高Ｈから見た撮影光学系３１の射出瞳の距離である。換言すると、像高Ｈにおける射出瞳距離Ｐｏは、撮影光学系３１を通過した光束であって、撮像面２２ａの像高Ｈの位置に入射する光束が通過する撮影光学系３１の射出瞳の距離（撮像面２２ａからの距離）である。
図１０は、この像高Ｈと射出瞳距離Ｐｏとの関係を示したものである。図１０において、撮像面２２ａの中心位置０（像高ゼロ）に位置するＡＦ画素（図１０では、ＡＦ画素を代表してマイクロレンズ４４が図示されている）には、撮影光学系３１の射出瞳ＥＰａ（射出瞳距離Ｐｏａ）を通過した光束が入射する。この射出瞳ＥＰａの射出瞳距離Ｐｏａが、像高ゼロに対する射出瞳ＥＰａの射出瞳距離である。
また、像高Ｈｅに位置するＡＦ画素（図１０では、ＡＦ画素を代表してマイクロレンズ４４が図示されている）には、撮影光学系３１の射出瞳ＥＰｂを通過した光束が入射する。この射出瞳ＥＰｂの射出瞳距離（Ｐｏａ－Δｐ）が、像高Ｈに対する射出瞳ＥＰｂの射出瞳距離である。

ここで、各交換レンズ３の光学特性と上記の式（１）との関係について説明する。上記の式（１）のＰｏ（Ｈ）＝ｈ４×Ｈ^４＋ｈ２×Ｈ^２＋Ｃｏは、図９(ａ)～図９（ｄ）に示した光学特性曲線２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆなどを近似する関数である。図９（ａ）の光学特性曲線２００ａは、演算式（１）の定数項Ｃｏを図９（ａ）の像高ゼロにおける射出瞳距離Ｐｏａに設定し、係数ｈ４、ｈ２を光学特性曲線２００ａのカーブに応じた係数ｈ４ａ、ｈ２ａに設定することによって、式（１）の演算によって近似される。図９（ａ）の光学特性を有する交換レンズ３は、上述のように、定数項Ｐｏａ及び係数ｈ４ａ、ｈ２ａを、レンズ情報としてレンズメモリ３３に記憶する。
同様に、図９（ｂ）の光学特性を有する交換レンズ３は、その光学特性曲線２００ｂを近似する式（１）の演算を特定する定数項Ｐｏｂ及び係数ｈ４ｂ、ｈ２ｂを、レンズ情報としてレンズメモリ３３に記憶する。

また、図９（ｃ）の交換レンズ３は、フォーカスレンズ３１ｂの位置によって光学特性曲線が変化する光学特性を有する。交換レンズ３は、フォーカスレンズ３１ｂの位置毎の光学特性曲線を近似する式（１）の演算の定数項Ｃｏ及び係数ｈ４、ｈ２を、レンズメモリ３３に記憶する。フォーカスレンズ３１ｂが移動する範囲（無限遠位置と至近位置との間）を複数の区間Ｚ１～Ｚｎに分割し、区間Ｚ１～Ｚｎ毎にその区間（範囲）を代表する一つの光学特性曲線を定める。例えば、１つの区間の中央位置にフォーカスレンズ３１ｂがあるときの光学特性曲線を、その区間を代表する光学特性曲線とする。

区間Ｚｋを代表する光学特性曲線を光学特性曲線Ｚｋ（ｋ＝１、２・・・ｎ）とする。区間Ｚ１の代表光学特性曲線Ｚ１を近似する式（１）の演算について、その定数項Ｃｏと係数ｈ４、ｈ２を、Ｐｏｚ１、ｈ４ｚ１、ｈ２ｚ１に設定する。区間Ｚ２の光学特性曲線Ｚ２を近似する式（１）の演算について、その定数項Ｃｏと係数ｈ４、ｈ２を、それぞれＰｏｚ２、ｈ４ｚ２、ｈ２ｚ２に設定する。以下同様に、区間Ｚｎの光学特性曲線Ｚｎを近似する式（１）の演算について、その定数項Ｃｏと係数ｈ４、ｈ２を、それぞれＰｏｚｎ、ｈ４ｚｎ、ｈ２ｚｎに設定する。図１１は、これらの区間とその区間を代表する光学特性曲線を近似する演算の定数項及び係数を示したものである。交換レンズ３は、図１１に示した、区間Ｚ１～Ｚｎと定数項Ｐｏｚ１～Ｐｏｚｎ及び係数ｈ４ｚ１～ｈ４ｚｎ、ｈ２ｚ１～ｈ２ｚｎとの関係を、レンズ情報としてレンズメモリ３３に記憶する。

図９（ｄ）の交換レンズ３は、ズームレンズであり、焦点距離によって光学特性曲線が変化する光学特性を有する。交換レンズ３は、焦点距離毎の光学特性曲線を近似する式（１）の演算の定数項Ｃｏ及び係数ｈ４、ｈ２を、レンズメモリ３３に記憶する。図１のズームレンズ３１ａによって設定されるズームレンズの最大焦点距離と最小焦点距離との間を複数の区間Ｗ１～Ｗｎに分割し、区間Ｗ１～Ｗｎ毎にその区間を代表する一つの光学特性曲線を定める。例えば、１つの区間の中間の焦点距離における光学特性曲線を、その区間を代表する光学特性曲線とする。

区間Ｗｋを代表する光学特性曲線を光学特性曲線Ｗｋ（ｋ＝１、２・・・ｎ）とする。区間Ｗ１の光学特性曲線Ｗ１を近似する式（１）の演算について、その定数項Ｃｏと係数ｈ４、ｈ２を、それぞれＰｏｗ１、ｈ４ｗ１、ｈ２ｗ１に設定する。区間Ｗ２の光学特性曲線Ｗ２を近似する式（１）の演算について、その定数項Ｃｏと係数ｈ４、ｈ２を、それぞれＰｏｗ２、ｈ４ｗ２、ｈ２ｗ２に設定する。以下同様に、区間Ｗｎの光学特性曲線Ｗｎを近似する式（１）の演算について、その定数項Ｃｏと係数ｈ４、ｈ２を、それぞれＰｏｗｎ、ｈ４ｗｎ、ｈ２ｗｎに設定する。図１２は、これらの区間とその区間を代表する光学特性曲線を近似する演算の定数項及び係数を示したものである。交換レンズ３は、図１２に示した区間Ｗ１～Ｗｎと定数項Ｐｏｗ１～Ｐｏｗｎ及び係数ｈ４ｗ１～ｈ４ｗｎ、ｈ２ｗ１～ｈ２ｗｎとの関係を、レンズ情報としてレンズメモリ３３に記憶する。

なお、図９（ｄ）の交換レンズ３は、焦点距離によって光学特性曲線が変化する光学特性を有するズームレンズであったが、別のズームレンズは、焦点距離によって光学特性曲線が変化すると共に、更にフォーカスレンズ３１ｂの位置によっても光学特性曲線が変化する光学特性を有する。即ち、別のズームレンズは、その光学特性曲線がズームレンズ３１ａの位置（焦点距離）及びフォーカスレンズ３１ｂの位置の両方によって変化する。

次に、図９に示した交換レンズ３の光学特性を示す光学特性曲線と、図８に示した第１～第３の射出瞳距離範囲Ｒ１～Ｒ３との関係を説明する。図１３は、図８に示した射出瞳距離に関する第１及び第２の閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２と、第１～第３の射出瞳距離範囲Ｒ１～Ｒ３と、図９に例示した光学特性曲線とを示したものである。図１３において、光学特性曲線２００ｇは、その曲線全体が、即ち像高ゼロから最大像高Ｈｍａｘまでの射出瞳距離が、第２の射出瞳距離範囲Ｒ２内に位置している。このような光学特性曲線２００ｇを有する交換レンズ３がカメラボディ２に装着された場合は、画素選択部２１３は、領域設定部２１１がいかなる像高Ｈの焦点検出領域１００を設定した場合にも、第２のＡＦ画素対を選択する。

光学特性曲線２００ｈは、像高ゼロから像高Ｈｆまでの射出瞳距離が第２の射出瞳距離範囲Ｒ２に属しているが、像高Ｈｆ～最大像高Ｈｍａｘまでの射出瞳距離が第１の射出瞳距離範囲Ｒ１に属している。画素選択部２１３は、領域設定部２１１が像高がＨｆ以下である焦点検出領域１００を設定した場合には、第２のＡＦ画素対を選択し、領域設定部２１１が像高Ｈｆより大きい像高の焦点検出領域を設定した場合には、第１のＡＦ画素対を選択する。

光学特性曲線２００ｉは、像高ゼロから像高Ｈｇまでの射出瞳距離が第３の射出瞳距離範囲Ｒ３に属しているが、像高Ｈｇ～最大像高Ｈｍａｘまでの射出瞳距離が第２の射出瞳距離範囲Ｒ２に属している。画素選択部２１３は、領域設定部２１１が像高がＨｇ以下である焦点検出領域１００を設定した場合には、第３のＡＦ画素対を選択し、領域設定部２１１が像高Ｈｇより大きい像高の焦点検出領域を設定した場合には、第２のＡＦ画素対を選択する。

なお、上述したように、領域設定部２１１により複数の焦点検出領域１００が設定された場合、画素選択部２１３は、選択された各焦点検出領域１００において同じ種類のＡＦ画素対を選択する。この場合、画素選択部２１３は、選択された複数の焦点検出領域１００のうち、撮影光学系３１の光軸ＯＡ１から最も離れた（像高Ｈが最も高い）焦点検出領域１００の位置に基づいて、ＡＦ画素対を選択する。本実施の形態では、画素選択部２１３は、選択された複数の焦点検出領域１００のうち、像高が最も高い焦点検出領域１００の像高によって、上述のようにＡＦ画素対を選択する。画素選択部２１３は、選択された複数の焦点検出領域１００のうちの像高が最も高い焦点検出領域１００において選択したＡＦ画素対と同じ種類のＡＦ画素対を、他の焦点検出領域１００においても選択する。

図１４及び図１５を参照して、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の回路構成及び動作について説明する。図１４は、第１の実施の形態に係る撮像素子２２の画素の構成を示す図である。画素１３は、光電変換部４２と、転送部５２と、リセット部５３と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）５４と、増幅部５５と、選択部５６とを有する。光電変換部４２は、フォトダイオードＰＤであり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する。

転送部５２は、信号ＴＸにより制御されるトランジスタＭ１から構成され、光電変換部４２で光電変換された電荷をＦＤ５４に転送する。トランジスタＭ１は、転送トランジスタである。ＦＤ５４の容量Ｃは、ＦＤ５４に転送された電荷を蓄積（保持）する。

増幅部５５は、ＦＤ５４の容量Ｃに蓄積された電荷による信号を出力する。増幅部５５と選択部５６とは、光電変換部４２により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。

リセット部５３は、信号ＲＳＴにより制御されるトランジスタＭ２から構成され、ＦＤ５４に蓄積された電荷を排出し、ＦＤ５４の電圧をリセットする。トランジスタＭ２は、リセットトランジスタである。
選択部５６は、信号ＳＥＬにより制御されるトランジスタＭ４から構成され、増幅部５５と垂直信号線６０とを電気的に接続又は切断する。トランジスタＭ４は、選択トランジスタである。

上述のように、光電変換部４２で光電変換された電荷は、転送部５２によってＦＤ５４に転送される。そして、ＦＤ５４に転送された電荷に応じた信号が、垂直信号線６０に出力される。画素信号は、光電変換部４２によって光電変換された電荷に基づいて生成されるアナログ信号である。撮像画素１３から出力される信号は、デジタル信号に変換された後に、ボディ制御部２１０に出力される。

なお、本実施の形態にあっては、第１のＡＦ画素１１（１１ａ～１１ｃ）及び第２のＡＦ画素１２（１２ａ～１２ｃ）の回路構成は、撮像画素１３の回路構成と同一である。第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２から出力される信号は、デジタル信号に変換された後に、焦点検出に用いる一対の信号（第１及び第２の信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２）としてボディ制御部２１０に出力される。

図１５は、第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。撮像素子２２は、複数の撮像画素１３及び第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２と、垂直制御部７０と、複数のカラム回路部８０とを有する。なお、図１５においては、説明を簡略化するために、行方向（±Ｘ方向）８画素×列方向（±Ｙ方向）１６画素の１２８個の画素のみ図示している。図１５では、左上隅の画素を第１行第１列の撮像画素１３（１，１）とし、右下隅の撮像画素を第１６行第８列の撮像画素１３（１６，８）としている。撮像素子２２は、複数の垂直信号線６０（垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈ）が設けられる。複数の垂直信号線６０は、列方向、即ち垂直方向に並んだ複数の画素の列である画素列（第１列～第８列）にそれぞれ接続される。垂直信号線６０ａ、６０ｃ、６０ｅ、６０ｇは、同一列の並ぶ複数の撮像画素１３が接続され、接続された撮像画素１３の信号をそれぞれ出力する。垂直信号線６０ｂ、６０ｄ、６０ｆ、６０ｈは、同一列に並ぶ複数の撮像画素１３及び複数の第１のＡＦ画素１１及び複数の第２のＡＦ画素１２が接続され、接続された撮像画素１３及び第１のＡＦ画素１１及び第２のＡＦ画素１２の信号をそれぞれ出力する。

垂直制御部７０は、複数の画素列に共通に設けられる。垂直制御部７０は、図１４に示した信号ＴＸ、信号ＲＳＴ、信号ＳＥＬを各画素に供給して、各画素の動作を制御する。垂直制御部７０は、画素の各トランジスタのゲートに信号を供給して、トランジスタをオン状態（接続状態、導通状態、短絡状態）又はオフ状態（切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態）とする。

カラム回路部８０は、アナログ／デジタル変換部（ＡＤ変換部）を含んで構成され、各画素から垂直信号線６０を介して入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。デジタル信号に変換された画素の信号は、不図示の信号処理部に入力されて、相関二重サンプリングや信号量を補正する処理等の信号処理が施された後に、カメラ１のボディ制御部２１０に出力される。

カメラ１の読み出し部２１４は、垂直制御部７０を制御して、全ての画素行を順次選択して各画素の信号を読み出す第１の読み出しモードと、ＡＦ画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う第２の読み出しモードとを行う。

垂直制御部７０は、読み出し部２１４により第１の読み出しモードが設定された場合、複数の画素行を順次選択して各画素から信号を出力させる。垂直制御部７０は、図１５では第１行目から第１６行目に向かって、撮像画素行４０１、４０２とＡＦ画素行４０３ａ、４０４ａ、４０３ｂ、４０４ｂとを順次選択する。垂直制御部７０は、選択した撮像画素行またはＡＦ画素行の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。読み出し部２１４は、垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。以下に、第１の読み出しモードの場合の信号の読み出し方法の一例について説明する。

まず、垂直制御部７０は、第１行目の第１の撮像画素行４０１の画素であるＲ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）の選択部５６をそれぞれオン状態とする。垂直制御部７０は、第１行目以外の他の行の画素の選択部５６をそれぞれオフ状態とする。これにより、第１行目のＲ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）の各々の信号は、各々の画素の選択部５６を介して、各々の画素に接続された垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、Ｒ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

次に、垂直制御部７０は、第２行目の第１のＡＦ画素行４０３ａの画素であるＧ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１ａ（２，８）の選択部５６をオン状態とする。また、垂直制御部７０は、第２行目以外の他の行の画素の選択部５６をオフ状態とする。これにより、第２行目のＧ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１ａ（２，８）の信号は、それぞれ垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、第２行目のＧ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１ａ（２，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。
同様に、垂直制御部７０は、第３行目以降の画素行（第１の撮像画素行４０１、第２の撮像画素行４０２、第１のＡＦ画素行４０３、第２のＡＦ画素行４０４）を、第３行、第４行、第５行、第６行の順に１行ずつ順次選択する。垂直制御部７０は、選択した撮像画素行またはＡＦ画素行の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。読み出し部２１４は、垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

このように、第１の読み出しモードでは、読み出し部２１４は、全ての画素行の各画素から信号を読み出す。各画素から読み出される信号は、カラム回路部８０等によって信号処理が施された後に、ボディ制御部２１０に出力される。

垂直制御部７０は、読み出し部２１４により第２の読み出しモードが設定された場合、ＡＦ画素行の各画素の信号の垂直信号線６０への出力と、撮像画素行の各画素の信号の垂直信号線６０への出力とを分けて行う。本実施の形態では、垂直制御部７０は、まずＡＦ画素行のみを順次選択して、選択したＡＦ画素行の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。その後、垂直制御部７０は、撮像画素行を順次選択して、選択した撮像画素行の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。読み出し部２１４は、まずＡＦ画素行の各画素から垂直信号線６０に出力された信号のみを読み出し、その後、撮像画素行の各画素から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

以下に、第２の読み出しモードにおける、信号の読み出し方法の一例について説明する。なお、垂直制御部７０は、領域設定部２１１により設定された１つ（又は複数）の焦点検出領域１００において、画素選択部２１３により選択されたＡＦ画素対が配置されたＡＦ画素行を選択する。以下に示す例では、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づき、画素選択部２１３によって第１のＡＦ画素対が選択されたものとする。

まず、垂直制御部７０は、図１５に示す第２行目の第１のＡＦ画素行４０３ａを構成するＧ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１ａ（２，８）の選択部５６をそれぞれオン状態とする。垂直制御部７０は、第２行目以外の行の画素の選択部５６をそれぞれオフ状態とする。これにより、Ｇ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１ａ（２，８）の各々の信号は、各々の画素の選択部５６を介して、各々の画素に接続された垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、Ｇ画素１３（２，１）～第１のＡＦ画素１１ａ（２，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

次に、垂直制御部７０は、図１５に示す第６行目の第２のＡＦ画素行４０４ａを構成するＧ画素１３（６，１）～第２のＡＦ画素１２ａ（６，８）の選択部５６をオン状態とする。また、垂直制御部７０は、第６行目以外の行の画素の選択部５６をオフ状態とする。これにより、Ｇ画素１３（６，１）～第２のＡＦ画素１２ａ（６，８）の信号は、それぞれ垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、Ｇ画素１３（６，１）～第２のＡＦ画素１２ａ（６，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

図示はないが、第１のＡＦ画素行４０３ａ及び第２のＡＦ画素行４０４ａは、第１６行目以降も複数行に配置されている。垂直制御部７０は、複数の第１のＡＦ画素行４０３ａ及び第２のＡＦ画素行４０４ａのみを列方向（＋Ｙ方向）に向かって順次選択する。垂直制御部７０は、選択した第１のＡＦ画素行４０３ａ及び第２のＡＦ画素行４０４ａを構成する各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。読み出し部２１４は、Ｇ画素１３、第１のＡＦ画素１１ａ、及び第２のＡＦ画素１２ａから垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。各ＡＦ画素行から順次読み出される信号は、カラム回路部８０等によって信号処理が施された後に、ボディ制御部２１０に出力される。

ＡＦ画素行の各画素から信号を読み出した後、垂直制御部７０は、撮像画素行を列方向（＋Ｙ方向）に向かって順次選択する。垂直制御部７０は、選択した撮像画素行の各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。読み出し部２１４は、撮像画素行の各画素から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。垂直制御部７０は、図１５に示す第１行目の第１の撮像画素行４０１を構成するＲ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）の選択部５６をオン状態とする。垂直制御部７０は、第１行目以外の行の画素の選択部５６をオフ状態とする。これにより、Ｒ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）の信号は、それぞれ垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、Ｒ画素１３（１，１）～Ｇ画素１３（１，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

次に、垂直制御部７０は、図１５に示す第３行目の第１の撮像画素行４０１を構成するＲ画素１３（３，１）～Ｇ画素１３（３，８）の選択部５６をオン状態とする。また、垂直制御部７０は、第３行目以外の行の画素の選択部５６をオフ状態とする。これにより、Ｒ画素１３（３，１）～Ｇ画素１３（３，８）の信号は、それぞれ垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、Ｒ画素１３（３，１）～Ｇ画素１３（３，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。

さらに、垂直制御部７０は、図１５に示す第４行目の第１の撮像画素行４０２を構成するＧ画素１３（４，１）～Ｂ画素１３（４，８）の選択部５６をオン状態とする。また、垂直制御部７０は、第４行目以外の行の画素の選択部５６をオフ状態とする。これにより、Ｇ画素１３（４，１）～Ｂ画素１３（４，８）の信号は、それぞれ垂直信号線６０ａ～垂直信号線６０ｈに出力される。読み出し部２１４は、Ｇ画素１３（４，１）～Ｂ画素１３（４，８）から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。
同様に、第５行目以降も撮像画素行（第１の撮像画素行４０１、第２の撮像画素行４０２）を１行ずつ順次選択する。垂直制御部７０は、選択した第１の撮像画素行４０１、第２の撮像画素行４０２を構成する各画素から信号を垂直信号線６０に出力させる。読み出し部２１４は、Ｒ画素１３、Ｇ画素１３、及びＢ画素１３から垂直信号線６０に出力された信号を読み出す。各撮像画素行から順次読み出される信号は、カラム回路部８０等によって信号処理が施された後に、ボディ制御部２１０に読み出される。

このように、第２の読み出しモードでは、読み出し部２１４は、垂直制御部７０を制御して、撮像画素行よりも先にＡＦ画素行の各画素から信号を読み出す。このため、ＡＦ画素対の第１及び第２の信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を高速に読み出すことができ、焦点調節に要する時間を短縮できる。また、読み出し部２１４によってＡＦ画素行の各画素の信号が撮像画素行の各画素の信号とは別に読み出されるため、焦点検出に用いる信号を効率的に得ることができ、ＡＦのための信号処理の負担を軽減することができる。また、本実施の形態に係るカメラ１は、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づいて選択されたＡＦ画素対の第１及び第２の信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を読み出して、焦点検出処理を行う。このため、精度の高い焦点検出ができる。

なお、読み出し部２１４は、第２の読み出しモードが設定された場合、ＡＦ画素行よりも先に撮像画素行の各画素から信号を読み出すようにしてもよい。この場合も、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づいて選択されたＡＦ画素対の信号が読み出されて焦点検出処理が行われるため、精度の高い焦点検出ができる。また、ＡＦ画素行の各画素の信号を撮像画素行の各画素の信号とは別に読み出すことができ、ＡＦのための信号処理の負担を軽減することができる。

また、読み出し部２１４は、第２の読み出しモードを設定して撮像画素行（第１の撮像画素行４０１、第２の撮像画素行４０２）の各画素から信号の読み出しを行う場合、全撮像画素のうちの特定の行や列の撮像画素を間引いて信号を読み出す、間引き読み出しを行ってもよい。間引き読み出しを行う場合、読み出し部２１４は、全撮像画素のうちの特定の行や列の撮像画素を選択し、選択した撮像画素から信号を読み出す。読み出し部２１４は、垂直制御部７０を制御して、特定の行や列の画素の信号を読み飛ばすことで、高速に信号を読み出すことができる。この場合、第２の読み出しモードを行うことによって、ＡＦ画素行からの信号の読み出しを撮像画素行からの信号の読み出しよりも先に行うことができると共に、撮像画素行からの信号の読み出しを高速に行うことができる。このため、ライブビュー画像の表示や動画撮影を行う場合に第２の読み出しモードを行うことによって、高速に焦点検出を行うと共に、高速に撮影することが可能となる。なお、読み出し部２１４は、複数の撮像画素の信号を加算して読み出すようにしてもよい。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。（１）焦点検出装置は、光学系（撮影光学系３１）を透過した光を受光して焦点検出に用いる信号を出力する第１画素と第２画素（ＡＦ画素）と、光学系を透過した光を受光して画像生成に用いる信号を出力する第３画素（撮像画素）とを有する撮像部（撮像素子２２）と、光学系に関する情報が入力される入力部（ボディ制御部２１０）と、入力部に入力された情報に基づいて、第１画素および第２画素の少なくとも一方を選択する選択部（画素選択部２１３）と、選択部による選択に基づいて第１画素の信号および第２画素の信号の少なくとも一方を、第３画素の信号とは異なるタイミングで読み出す読出部（読み出し部２１４）と、読出部により読み出された第１画素の信号および第２画素の信号の少なくとも一方に基づいて焦点検出を行う焦点検出部２１５と、を備える。本実施の形態では、読み出し部２１４は、撮像画素行よりも先にＡＦ画素行の各画素から信号を読み出す。このため、焦点検出装置は、ＡＦ画素対の信号を高速に読み出すことができ、焦点調節を高速に行うことができる。また、ＡＦ画素行の各画素の信号を撮像画素行の各画素の信号とは別に読み出すことができ、ＡＦのための信号処理の負担を軽減することができる。また、焦点検出部２１５は、撮影光学系３１の射出瞳距離に基づいて選択されたＡＦ画素対から出力された信号を用いて焦点検出処理を行う。このため、精度の高い焦点検出ができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
第１の実施の形態にあっては、基準射出瞳は、３つの基準射出瞳（第１～第３の射出瞳ＥＰ１～ＥＰ３）を用いたが、２つの基準射出瞳でも、４以上の基準射出瞳であってもよい。

（変形例２）
像高に応じた射出瞳距離を求める方法は、上述した式（１）を用いて求める方法に限らない。例えば、式（１）の代わりに、像高の３乗を用いる演算式を用いることもできる。更には、演算式を用いずに、像高と射出瞳距離との関係を表した情報（テーブル）を用いてもよい。

（変形例３）
第１の実施の形態では、射出瞳距離に関する情報はレンズメモリ３３等に予め記憶され、カメラボディ２には交換レンズ３から射出瞳距離に関する情報が入力される例について説明した。しかし、カメラボディ２には、交換レンズ３以外から射出瞳距離の情報を入力するようにしてもよい。例えば、ボディメモリ２３に射出瞳距離の情報を予め記憶させ、ボディ制御部２１０は、ボディメモリ２３から射出瞳距離の情報を取得するようにしてもよい。また、カメラボディ２は、記憶媒体から射出瞳距離の情報を取得してもよいし、有線通信や無線通信によって外部装置から射出瞳距離の情報を取得してもよい。なお、射出瞳距離に関する情報は、１つの像高に対応した射出瞳距離に関する情報であってもよい。

（変形例４）
第１の実施の形態では、射出瞳距離に関する情報として、射出瞳距離Ｐｏ（Ｈ）の算出に用いるパラメータ（ｈ４）、（ｈ２）及び定数項Ｃｏを例に挙げて説明した。しかし、カメラボディ２は、射出瞳距離に関する情報として、像高に応じた射出瞳距離の値Ｐｏ（Ｈ）そのものを交換レンズ３や記憶媒体等から取得するようにしてもよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、撮像素子２２に、複数種類のＡＦ画素対として、ずれ量が互いに異なる第１～第３のＡＦ画素対が配置される例について説明した。しかし、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間における遮光部の配置位置が互いに異なる複数種のＡＦ画素対を、撮像素子２２に配置するようにしてもよい。図１６は、変形例に係る撮像素子２２のＡＦ画素の構成例を示す図である。なお、図中、上述の実施の形態と同一もしくは相当部分には、同一の参照番号を付す。

第１のＡＦ画素１１ａの遮光部４３Ｌは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間において、光電変換部４２から所定の間隔ｈ１に設けられる。第１のＡＦ画素１１ｂの遮光部４３Ｌは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間において、光電変換部４２から所定の間隔ｈ２に設けられる。また、第１のＡＦ画素１１ｃの遮光部４３Ｌは、カラーフィルタ５１と光電変換部４２との間において、光電変換部４２から所定の間隔ｈ３に設けられる。間隔ｈ２は、間隔ｈ１よりも小さく、間隔ｈ３よりも大きい。即ち、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３である。このように、第１のＡＦ画素１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、遮光部４３Ｌの配置位置が相違する。また、各ＡＦ画素対を構成する他方の第２のＡＦ画素１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、遮光部４３Ｒの配置位置が相違する。これにより、第１～第３のＡＦ画素対は、上述した実施の形態の場合と同様に、互いに異なる入射角に対応して瞳分割を行うことができる。

（変形例６）
第１の実施の形態にあっては、１画素に１つの光電変換部を配置する例について説明したが、画素の構成を、１画素あたり２つ以上の光電変換部を有する構成にしてもよい。

（変形例７）
図１７は、変形例に係る撮像素子２２のＡＦ画素の構成例を示す図である。一例として、図１７では、図２の焦点検出領域１００ｃにおける一部の３種類のＡＦ画素対の断面図を示している。なお、図中、上述の実施の形態と同一もしくは相当部分には、同一の参照番号を付す。図１７（ａ）～（ｃ）に示す３種類のＡＦ画素の各々は、マイクロレンズ４４と、このマイクロレンズ４４を透過した光を光電変換する第１の光電変換部４２ａ及び第２の光電変換部４２ｂとを有する。本変形例では、第１～第３のＡＦ画素対は、各々の第１の光電変換部４２ａ及び第２の光電変換部４２ｂが光を受光する受光面積が互いに異なる。この場合も、第１～第３のＡＦ画素対は、上述した実施の形態の場合と同様に、互いに異なる入射角に対応して瞳分割を行うことができる。

（変形例８）
画素選択部２１３は、複数種類のＡＦ画素対を選択するようにしてもよい。この場合、焦点検出部２１５は、選択された複数種類のＡＦ画素対から複数のデフォーカス量を算出し、デフォーカス量の平均値に基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を算出するようにしてもよい。例えば、第１のＡＦ画素対の第１及び第２の信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を用いて算出されるデフォーカス量、及び、第２のＡＦ画素対の第１及び第２の信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２を用いて算出されるデフォーカス量の平均値に基づいてフォーカスレンズ３１ｂの移動量を決定するようにしてもよい。

（変形例９）
上述した実施の形態では、撮像素子２２に、原色系（ＲＧＢ）のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系（ＣＭＹ）のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。

（変形例１０）
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、ＰＣに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機（ドローン、ラジコン機等）に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特願２０１８－１３７２７４号（２０１８年７月２０日出願）

１…撮像装置、２…カメラボディ、３…交換レンズ、１１…ＡＦ画素、１２…ＡＦ画素、１３…撮像画素、２２…撮像素子、３１…撮影光学系、３２…レンズ制御部、４２…光電変換部、２１０…ボディ制御部、２１１…領域設定部、２１２…距離演算部、２１３…画素選択部、２１４…読み出し部、２１５…焦点検出部、２１６…画像データ生成部

Claims (1)

1. 光学系を透過した光を受光して焦点検出に用いる信号を出力する第１画素と第２画素と、前記光学系を透過した光を受光して画像生成に用いる信号を出力する第３画素と、
   前記光学系に関する情報に基づいて前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方を選択し、選択された前記第１画素の信号および前記第２画素の信号の少なくとも一方を、前記第３画素の信号とは異なるタイミングで出力する出力部と、
   を備える撮像素子。
   
   
   

Images