JP5320735B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に関する。

撮影光束を結像光学系の瞳の異なる領域を通る二つの光束に分割（瞳分割）し、それぞれの光束を偏光素子により異なる方向に直線偏光し、さらに異なる方向に直線偏光されたそれぞれの光束をハーフミラーにより分離し、分離された光束により形成される像を異なる偏光方向の直線偏光を検出する偏光素子を通して個別の撮像素子で撮像する。そして、撮像された二つの像のズレ量を検出し、ズレ量に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
なお、この明細書では上記のように偏光を用いて瞳分割を行い、像ズレを検出して焦点検出を行う方式を“偏光型瞳分割位相差検出方式”と呼ぶ。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開昭５０−０３９５４４号公報

しかしながら、上述した従来の撮像装置には次のような問題がある。直線偏光方向に応じて二つの光束を分光特性、光量および偏光特性を含め正確に分離可能な偏光ハーフミラーまたはハーフミラーを製作するのは困難であり、二つの光束の分離の不完全性によって二つの像の合致度が低下し、焦点検出精度が悪化するという問題がある。

請求項１の発明による撮像装置は、撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの光を、前記射出瞳面の第１の領域を通り第１偏光方向に偏光された第１偏光光束と、前記第１領域と異なる第２の領域を通り前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に偏光された第２偏光光束とに分割する瞳分割偏光手段と、前記第１偏光光束と前記第２偏光光束とを受光する複数の撮像画素と、前記第１偏光光束を受光する複数の第1の焦点検出画素と、前記第２偏光光束を受光する複数の第２の焦点検出画素とを有し、前記撮像画素と前記第１及び第２の焦点検出画素とが二次元状に配置されると共に、前記第1及び第２の焦点検出画素の各々が一方向に配列された撮像素子とを備えることを特徴とする。
請求項２９の発明による撮像装置は、撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの偏光特性のない光を、前記射出瞳面の第１の領域を通り第１偏光方向に偏光された第１偏光光束と、前記第１領域と異なる第２の領域を通り前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に偏光された第２偏光光束とに分割する瞳分割偏光手段と、前記第１偏光光束と前記第２偏光光束とを受光して撮像用の信号を発生する撮像画素と、前記第１偏光光束のみを受光して焦点検出用の第１信号を発生する第１焦点検出画素と前記第２偏光光束のみを受光して焦点検出用の第２信号を発生する第２焦点検出画素とを備える撮像素子とを備え、前記撮像素子は前記光学系の予定焦点面に配置されるとともに、前記第１信号と前記第２信号は、該信号間の位相差に基づく前記撮影光学系の前記予定焦点面における焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする。
請求項３０の発明による撮像装置は、撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの偏光特性のない光を、前記射出瞳面の第１の領域を通り第１偏光方向に偏光された第１偏光光束と、前記第１領域と異なる第２の領域を通り前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に偏光された第２偏光光束とに分割する瞳分割偏光手段と、前記第１偏光光束と前記第２偏光光束とを受光して撮像用の信号を発生する撮像画素と、前記第１偏光光束のみを受光して焦点検出用の第１信号を発生する第１焦点検出画素と前記第２偏光光束のみを受光して焦点検出用の第２信号を発生する第２焦点検出画素とを備える撮像素子とを備え、前記瞳分割偏光手段は前記撮影光学系の絞り開口近傍に配置され、前記絞り開口を通過する被写体光を分割し、前記撮像画素の撮像用の信号は、画像情報の生成に用いられると共に、前記第１信号と前記第２信号は、該信号間の位相差に基づく前記撮影光学系の前記予定焦点面における焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする。

本発明によれば、二つの像の合致度が高く、高精度の焦点検出が可能になる。

まず、図１は一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す。撮影光学系の光軸９１に沿って撮影光学系に入射する光束１００は、あらゆる方向に直線偏光した光の集まりである。入射光束１００の内の所定の方向の偏光成分１０１（図では垂直方向）のみが、撮影光学系近傍に配置された瞳分割偏光部材１１０を通過する。

瞳分割偏光部材１１０は、瞳部分９２（以下、測距瞳９２と呼ぶ）を通過する光束の直線偏光方向を所定角度回転するとともに、瞳部分９３（以下、測距瞳９３と呼ぶ）を通過する光束の直線偏光方向を上記所定角度とは異なる角度回転する。測距瞳９２から出射する光束１０２は所定方向に直線偏光している。また、測距瞳９３から出射する光束１０３は光束１０２の直線偏光方向と略直交する方向に直線偏光している。

撮像素子２１１は、光束１０２の直線偏光方向の光を選択的に受光する画素２１２と、光束１０３の直線偏光方向の光を選択的に受光する画素２１３とが、測距瞳９２，９３の並び方向に交互に配列されている。

このような構成により、画素２１２と２１３はそれぞれ、撮影光学系に入射する撮影光束の中の同一方向に直線偏光した成分の光束を受光することができる。瞳分割偏光部材１１０を出射する直線偏光方向の異なる２つの光束１０２，１０３をハーフミラー等で波面分割することなく、撮像素子２１１上の画素２１２，２１３を用いて空間的に分離して検出することができる。

本願発明の撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。図２は一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す。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、これらはマウント部２０４により結合される。このデジタルスチルカメラ２０１の交換レンズ２０２は、上述した瞳分割偏光部材１１０を備えている。

交換レンズ２０２は瞳分割偏光部材１１０、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２０７、レンズ駆動制御装置２０６を備えている。レンズ駆動制御装置２０６は、瞳分割偏光部材１１０の制御と位置検出、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２０７の駆動制御、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２０７の状態検出、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によるレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。なお、瞳分割偏光部材１１０は絞り２０７に近接（図では前側）して配置される。

カメラボディ２０３は撮像素子２１２、電気接点２１３、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、メモリーカード２１９などを備えている。撮像素子２１２は交換レンズ２０２の予定結像面に配置され、交換レンズ２０２により結像された被写体像を画像信号に変換する。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画像信号の読み出しと画像信号の補正、レンズ駆動制御装置２０６との通信（レンズ情報の受信／カメラ情報（デフォーカス量）などの送信）、交換レンズ２０２の焦点調節状態の検出、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。

液晶表示素子駆動回路２１５は、ボディ駆動制御装置２１４の制御にしたがって液晶ビューファインダ（ＥＶＦ：電気的ビューファインダー）の液晶表示素子２１６を駆動する。接眼レンズ２１７は撮影者が液晶表示素子２１６を観察するためのレンズである。メモリーカード２１９は画像信号を格納記憶するための画像ストレージである。ボディ駆動制御装置２１４とレンズ駆動制御装置２０６は、マウント部２０４に設けられた電気接点部２１３を介して各種情報（レンズ情報、フォーカシングレンズ駆動のためのデフォーカス量等）の授受を行う。

撮像素子２１２には後述する画素が二次元状に配置されている。交換レンズ２０２を通過して撮像素子２１１上に形成された被写体像は撮像素子２１１により光電変換され、その出力は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、画素出力に基づき所定の焦点検出位置での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２１１の出力に基づき生成した画像信号をメモリーカード２１９に格納する。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、この画像信号を液晶表示素子２１６に表示させる。撮影者は液晶表示素子２１６に表示された画像を接眼レンズ２１７を介して観察することができる。

カメラボディ２０３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材等）が設けられており、ボディ駆動制御装置２１４はこれらの操作部材からの操作状態信号を検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作）の制御を行う。

レンズ駆動制御装置２０６は、レンズ情報を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値などに応じて変更する。具体的には、レンズ２０８、２１０の位置、絞り２０７の位置および瞳分割偏光部材１１０の位置をモニターし、これらのモニター情報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モニター情報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きレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づきフォーカシングレンズ２１０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。

図３は瞳分割偏光部材１１０の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)〜(ｄ)は光の入射方向から見た正面図である。(ａ)図に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０が、光出射側に旋光素子１３０がそれぞれ配置されている。(ｂ)図に示すように、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

ここで、垂直方向とは、図２に示す撮像装置における通常の撮影姿勢（正位置撮影姿勢）を基準とした場合の方向である。通常の撮影姿勢では、水面などの水平な反射面（自然界では存在頻度が高い）から反射される光は水平方向の直線偏光成分を多く含む。したがって、垂直方向の直線偏光成分のみを透過させることによって、水面などの水平面の反射成分を除去し、良好な撮影結果を得ることが可能となる。

(ｃ)図に示すように、旋光素子１３０は垂直方向に対し＋２２．５度および−２２．５度傾いた光学軸を持つ１／２波長位相シフト素子(１／２波長板)１３２、１３３から成る。１／２波長板１３２と１３３は、入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。１／２波長板１３２と１３３は、可視光の波長範囲において１／２波長位相シフト効果を有する。

(ｄ)図に示すように、旋光素子１３２から出射する光束１１２は直線偏光方向が＋４５度回転される。一方、旋光素子１３３から出射する光束１１３は直線偏光方向が−４５度回転される。光束１１２と１１３は互いに直線偏光方向が直交する。

図４は撮像素子２１１の全体模式図（正面図）である。撮像素子２１１は、直線偏光方向が垂直方向から+４５度傾いた直線偏光成分を受光する第１画素２１２と、直線偏光方向が垂直方向から−４５度傾いた直線偏光成分を受光する第２画素２１３とが、交互に水平方向に並んだ画素行が垂直方向に配列された構造となっている。

図５は撮像素子２１１の部分拡大図（正面図）である。第１画素２１２と第２画素２１３は、市松模様状に二次元状に配列される。水平方向に瞳分割され互いに直交した方向に直線偏光した光束により形成される２像は、焦点調節状態に応じて撮像素子２１１上で水平方向に相対的にずれる。一方の像の空間分布は、第１画素２１２の水平方向の配列（例えば２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、・・・）によって受光される。他方の像の空間分布は、第２画素２１３の水平方向の配列（例えば２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、・・・）によって受光される。撮像素子２１１のどの部分の画素を焦点検出に用いるかによって、焦点検出位置の選択が可能になる。

図６は偏光型瞳分割位相差検出方式による焦点検出を説明するための図であり、(ａ)は図２の光軸を含む紙面に垂直な面における断面図、(ｂ)は偏光素子配列の正面図である。９０は、交換レンズ２０２の予定結像面に配置された撮像素子２１１の前方ｄ４の距離にある交換レンズ２０２の射出瞳面（絞り２０７および絞り２０７より後方の光学系によって決定される面）である。９１は交換レンズ２０２の光軸である。また、９２、９３は一対の測距瞳、すなわち瞳分割偏光部材１１０により瞳分割された一対の光束が絞り２０７の開口により制限されてできる射出瞳面９０の一対の領域であり、図６では模式的に楕円で示す。

１４ａ、１４ｂは＋４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９２を出射する直線偏光の光を透過する。また、１５ａ、１５ｂは−４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９３出射する直線偏光の光を透過する。７２，８２は測距瞳９２を出射する光束で、＋４５度方向に直線偏光されている。また、７３，８３は測距瞳９３を出射する光束で、−４５度方向に直線偏光されている。

１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは光電変換部である。１つの画素は光電変換部とその前に配置された偏光素子とから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光素子も光電変換部上に一体的に形成される。なお、図６では隣接する４画素を模式的に例示するが、他の画素も同様である。光電変換部１２ａと偏光素子１４ａの組み合わせ、および光電変換部１２ｂと偏光素子１４ｂの組み合わせが、第１画素２１２を形成する。また、光電変換部１３ａと偏光素子１５ａの組み合わせ、および光電変換部１３ｂと偏光素子１５ｂの組み合わせが、第２画素２１３を形成する。

図６(ｂ)に示すように、偏光素子１４ａ、１５ａ、１４ｂ、１５ｂは、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束を交互に透過するように配置される。図６(ａ)において、光電変換部１２ａには、測距瞳９２を出射する光束７２と測距瞳９３を出射する光束が向かう。偏光素子１４ａは測距瞳９２を出射する光束７２を透過し、測距瞳９３を出射する光束を阻止する。光電変換部１２ａは、光束７２が光電変換部１２ａ上に形成する像の光強度に対応した信号を出力する。

光電変換部１３ａには、測距瞳９３を出射する光束７３と測距瞳９２を出射する光束が向かう。偏光素子１５ａは測距瞳９３を出射する光束７３を透過し、測距瞳９２を出射する光束を阻止する。光電変換部１３ａは、光束７３が光電変換部１３ａ上に形成する像の光強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１２ｂには、測距瞳９２を出射する光束８２と測距瞳９３を出射する光束が向かう。偏光素子１４ｂは測距瞳９２を出射する光束８２を透過し、測距瞳９３を出射する光束を阻止する。光電変換部１２ｂは、光束８２が光電変換部１２ｂ上に形成する像の光強度に対応した信号を出力する。

光電変換部１３ｂには、測距瞳９３を出射する光束８３と測距瞳９２を出射する光束が向かう。偏光素子１５ｂは測距瞳９３を出射する光束８３を透過し、測距瞳９２を出射する光束を阻止する。光電変換部１３ｂは、光束８３が光電変換部１３ｂ上に形成する像の光強度に対応した信号を出力する。

上述した第１画素２１２と第２画素２１３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９２および測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３を各々通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。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）を施すことにより、いわゆる偏光型瞳分割位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。像ズレ量は光軸に対して垂直な面内の方向のズレ量であるから、これを後述する方式により光軸方向のズレ量、すなわちデフォーカス量（撮像素子面と光学系の合焦面との光軸方向の偏差）に変換する。

図７は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）２０１の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、カメラ２０１の電源スイッチ（不図示）がオンされるとこの動作を繰り返し実行する。ステップ１００で電源がオンされるとステップ１１０へ進み、絞りを“撮影Ｆ値”、すなわち被写界の輝度または手動操作に応じて設定される絞り開口の大きさに設定して撮像を行い、画素のデータを読み出し、電子ビューファインダーに表示させる。ステップ１２０において、“焦点検出Ｆ値”、すなわち焦点検出用の画素のデータを読み出す場合に適用される絞り開口の大きさをデフォーカス量の大きさに応じて決定する。

図８を参照して焦点検出Ｆ値について説明する。瞳分割偏光部材１１０を出射する光束１１２，１１３は、瞳分割偏光部材１１０の直後に配置された絞りの開口の大きさにより制限を受ける。絞りが大きな開口８８の場合には、光束１１２，１１３が制限された光束１１２ａ、１１３ａの重心１１５、１１６の瞳の並び方向（水平方向）の間隔はＧ１となる。一方、絞りが小さい開口８９の場合には、光束１１２，１１３が制限された光束１１２ｂ、１１３ｂの重心１１７、１１８の瞳の並び方向（水平方向）の間隔はＧ２となる。間隔Ｇ２は間隔Ｇ１より狭くなる。

同一のデフォーカス量の場合に、光束１１２ａ、１１３ａが形成する一対の像のズレ量（間隔Ｇ１に略比例）は、光束１１２ｂ、１１３ｂが形成する一対の像のズレ量（間隔Ｇ２に略比例）より大きくなる。デフォーカス量が小さな合焦近傍では、焦点検出時に絞り開口を大きくして焦点検出精度を向上させる。同一のデフォーカス量の場合に、光束１１２ａ、１１３ａ（光束が太い）が形成する一対の像のコントラストは、光束１１２ｂ、１１３ｂ（光束が細い）が形成する一対の像のコントラストより低くなる。

デフォーカス量が大きな状態では、もともと像のコントラストが低下して像ズレ量の検出が困難になり焦点検出不能となりやすいので、デフォーカス量が大きな場合には焦点検出時に絞り開口を絞り込んで小さくし、焦点検出不能を回避する。また、初回の焦点検出時あるいは前回焦点検出不能時にも、絞り開口を絞り込んで小さくし、焦点検出不能を回避する。

図７のステップ１３０において、焦点検出位置の画素領域に対応した第１画素のデータおよび第２画素のデータに基づいて後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行い、像ズレ量を演算する。なお、焦点検出位置は不図示の操作部材を用いて撮影者により指定されているものとする。続くステップ１４０では、焦点検出Ｆ値および測距瞳距離に応じて像ズレ量をデフォーカス量に変換する（詳細を後述する）。ステップ１５０で合焦近傍か否か、つまり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した場合はステップ１６０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、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップ１６０へ分岐し、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、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。

一方、合焦近傍であると判定した場合はステップ１７０へ進み、不図示の操作部材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定する。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１１０へ戻って上記動作を繰り返す。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１８０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６に対して絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を撮影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２１１に撮像動作を行わせ、撮像素子２１１の全画素からデータを読み出して、メモリーカード２１９に格納する。メモリーカード２１９に保存する前に、画像処理（周囲画素に基づく補間処理、高周波成分カット処理等）を行ってもよい。その後、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。

図７のステップ１３０における像ズレ検出演算処理について説明する。撮像素子２１１において、水平方向に延在する同一行に属する一対のデータ系列、例えば図５に示す第１画素の列（２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、・・・）のデータ系列と、第２画素の列（２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、・・・）のデータ系列の組み合わせで像ズレ検出を行う。

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

（１）式による演算結果は、図９(ａ)に示すように、一対のデータ系列の相関が高いシフト量（図９(ａ)ではｋ＝ｋｊ＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が最小（小さいほど相関度が高い）になる。次に、下記（２）〜（５）式による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する最小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ ・・・（２），
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜ ・・・（３），
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋj＋１)｝／２ ・・・（４），
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj＋１)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋj)｝ ・・・（５）
（２）式で求めたシフト量ｘに検出ピッチ（同一種類の画素の配置ピッチ）を乗じて像ズレ量Ｘに換算する。

焦点検出の可能または不能、つまり像ズレ量Ｘの信頼性があるかどうかは、次のようにして判定される。図９(ｂ)に示すように、一対のデータ系列の相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値Ｃ(ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(ｘ)が所定値以上の場合は信頼性が低く焦点検出不能であると判定する。あるいは、Ｃ(ｘ)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ(ｘ)を除した値が所定値以上の場合は信頼性が低く焦点検出不能であると判定する。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、算出された像ズレ量Ｘの信頼性が低く焦点検出不能であると判定する。

図７(ｃ)に示すように、一対のデータ系列の相関度が低く、所定のシフト範囲ｋmin〜ｋmaxの間で相関量Ｃ(ｋ)の落ち込みがない場合は、最小値Ｃ(ｘ)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。

次に、図７のステップ１４０における像ズレ量からデフォーカス量への変換処理の詳細を説明する。焦点検出が可能であった場合は、算出された像ズレ量をデフォーカス量に変換する。図１０に像ズレ量とデフォーカス量の関係を示す。図では、光軸９１上にある点像被写体（黒地に白点）に対して、測距瞳９２，９３を通過して結像する光束６２，６３と撮像素子が配置された予定結像面Ｐ０の関係を示している。

図１０(ａ−１)に示すように、光束６２，６３の結像位置Ｐ１が予定結像面Ｐ０より後方である場合は、予定結像面Ｐ０からの結像位置Ｐ１のデフォーカス量ｄ（光線の進行方向を−とする）に応じて、予定結像面Ｐ０上には測距瞳９２，９３を通過する光束６２，６３によって一対の像５２，５３が形成される。図１０(ａ−２)に示すように、測距瞳９２を通過する光束６２によって形成される像５２は、測距瞳９３を通過する光束６３によって形成される像５３から像ズレ量Ｘ（−方向）だけ変位している。

また、図１０(ｂ−１)に示すように、光束６２，６３の結像位置Ｐ２が予定結像面Ｐ０に一致している場合（合焦）には、予定結像面Ｐ０からの結像位置Ｐ１のデフォーカス量ｄは０でとなる。図１０(ｂ−２)に示すように、測距瞳９２を通過する光束６２によって形成される像５２は、測距瞳９３を通過する光束６３によって形成される像５３と一致し、像ズレ量Ｘが０になる。

さらに、図１０(ｃ−１)に示すように、光束６２，６３の結像位置Ｐ３が予定結像面Ｐ０より前方である場合は、予定結像面Ｐ０からの結像位置Ｐ３のデフォーカス量ｄに応じて、予定結像面Ｐ０上には測距瞳９２，９３を通過する光束６２，６３によって一対の像５２，５３が形成される。この場合は、図１０(ａ−１)に示す場合と像の位置関係が逆転する。図１０(ｃ−２)に示すように、測距瞳９２を通過する光束６２によって形成される
像５２は、測距瞳９３を通過する光束６３によって形成される像５３から像ズレ量Ｘ（＋方向）だけ変位している。

予定結像面Ｐ０から測距瞳９２，９３までの距離Ｚ（測距瞳距離）は、瞳分割偏光部材１１０または絞り２０７の位置と絞り以降にある光学系の配置に基づいて演算により求めることができる。測距瞳９２，９３の重心間隔Ｈは、図８に示す重心間隔Ｇ１，Ｇ２を射出瞳面９０の距離に換算することによって得られる。像ズレ量Ｘ、測距瞳重心間隔Ｈおよび測距瞳距離Ｚにより、結像位置の予定結像面に対するデフォーカス量ｄを次式により求めることができる。
ｄ＝Ｘ・Ｚ／（Ｘ＋Ｈ） ・・・（６）
また、一対のデータ系列がぴったり合致した場合（Ｘ＝０）の場合は、実際にはデータ列が検出ピッチの半分だけずれた状態となるので、（２）式で求めたシフト量ｘはデータピッチの半分だけオフセットされて像ズレ量Ｘに換算され、（６）式に適用される。

《撮像素子の変形例》
図１１は、一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)と(ｃ)は光入射方向から見た正面図である。図１１(ａ)において、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に旋光素子１５０と、光出射側に直線偏光素子１４０とが配置される。図１１(ｂ)において、旋光素子１５０は、垂直方向に対して入射光の直線偏光の角度を＋４５度および−４５度回転させる液晶素子１５２、１５３から成る。液晶素子１５２と１５３は、入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。液晶素子１５２と１５３には、捩れ角が＋４５度、−４５度のツイステッドネマチック液晶を硬化したものが使用される。

図１１(ｃ)において、直線偏光素子１４０は、垂直方向に対して入射光の直線偏光の角度が＋４５度および−４５度の直線偏光成分のみを通過させる直線偏光素子部１４２、１４３から成る。直線偏光素子部１４２から出射する光束は直線偏光方向が＋４５度となり、直線偏光素子部１４３から出射する光束は直線偏光方向が−４５度となる。直線偏光素子部１４２、１４３から出射する光束は、旋光素子１５０に入射する前の直線偏光方向が垂直方向に揃っている。

図１２は、一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の変形例の構成を示し、(ａ)が断面図、(ｂ)が正面図である。なお、以下では図６を参照して説明する。１６ａ、１６ｂは入射光の直線偏光方向を−４５度回転する旋光素子であり、１７ａ、１７ｂは入射光の直線偏光方向を＋４５度回転する旋光素子である。これらの旋光素子は、捩れ角が＋４５度、−４５度のツイステッドネマチック液晶を硬化したものが使用される。また、１８は旋光素子１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂと光電変換部１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂの間に配置された直線偏光素子である。

図１２(ａ)において、１つの画素は光電変換部とその前に配置された偏光素子および旋光素子とから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光素子１８および旋光素子１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂも光電変換部１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ上に一体的に形成される。なお、図１２では隣接する４画素を模式的に例示するが、他の画素も同様である。図１２(ｂ)に示すように、旋光素子１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１６ｂは測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束を交互に透過するように配置される。

光電変換部１２ａ、旋光素子１６ａおよび偏光素子１８の組み合わせ（光電変換部１２ｂ、旋光素子１６ｂおよび偏光素子１８の組み合わせ）によって、測距瞳９２を出射する光束７２は、旋光素子１６ａで直線偏光方向が垂直方向に戻され、偏光素子１８を通過して光電変換部１２ａに受光される。測距瞳９３を出射する光束は、旋光素子１６ａで直線偏光方向が水平方向に回転され、偏光素子１８により通過を阻止されるので、光電変換部１２ａに受光されない。

光電変換部１３ａ、旋光素子１７ａおよび偏光素子１８の組み合わせ（光電変換部１３ｂ、旋光素子１７ｂおよび偏光素子１８の組み合わせ）によって、測距瞳９３を出射する光束７３は、旋光素子１７ａで直線偏光方向が垂直方向に戻され、偏光素子１８を通過して光電変換部１３ａに受光される。測距瞳９２を出射する光束は、旋光素子１７ａで直線偏光方向が水平方向に回転され、偏光素子１８により通過を阻止されるので、光電変換部１３ａに受光されない。

図１３は、一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の他の変形例の構成を示し、(ａ)が断面図、(ｂ)が正面図である。なお、以下では図６を参照して説明する。２０ａ、２０ｂは入射光の直線偏光方向を−４５度回転する旋光素子であり、２１ａ、２１ｂは入射光の直線偏光方向を＋４５度回転する旋光素子である。これらの旋光素子は、磁気光学効果（ファラデー効果）により直線偏光方向＋４５度、−４５度回転する材料（磁性ガーネット膜）である。また、１９は旋光素子の旋光効果を電気的に制御するための透明電極であり、透明電極１９に所定の電圧を加えるとともに、不図示の外部磁場を印加することにより、磁性ガーネット膜の磁化方向を制御し、旋光効果の有無を制御することができる。１８は旋光素子と光電変換部の間に配置された直線偏光素子である。

図１３(ａ)において、１つの画素は光電変換部とその前に配置された偏光素子、旋光素子および透明電極とから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光素子１８、旋光素子２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂおよび透明電極１９も光電変換部１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ上に一体的に形成される。なお、図１３では隣接する４画素を模式的に例示するが、他の画素も同様である。

図１３(ｂ)に示すように、旋光素子２０ａ、２１ａ、２０ｂ、２１ｂは、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束とを交互に透過するように配置される。光電変換部１２ａ、旋光素子２０ａおよび偏光素子１８の組み合わせ（光電変換部１２ｂ、旋光素子２０ｂおよび偏光素子１８の組み合わせ）によって、測距瞳９２を出射する光束７２は、旋光素子２０ａで直線偏光方向が垂直方向に戻され、偏光素子１８を通過して光電変換部１２ａに受光される。測距瞳９３を出射する光束は、旋光素子２０ａで直線偏光方向が水平方向に回転され、偏光素子１８により通過を阻止されるので、光電変換部１２ａに受光されない。

光電変換部１３ａ、旋光素子２１ａおよび偏光素子１８の組み合わせ（光電変換部１３ｂ、旋光素子２１ｂおよび偏光素子１８の組み合わせ）によって、測距瞳９３を出射する光束７３は、旋光素子２１ａで直線偏光方向が垂直方向に戻され、偏光素子１８を通過して光電変換部１３ａに受光される。測距瞳９２を出射する光束は、旋光素子２１ａで直線偏光方向が水平方向に回転され、偏光素子１８により通過を阻止されるので、光電変換部１３ａに受光されない。

透明電極１９の制御により、焦点検出時は、旋光素子２０ａ、２０ｂにより入射光の直線偏光方向を−４５度回転し、旋光素子２１ａ、２１ｂにより入射光の直線偏光方向を＋４５度回転する。撮影時は、旋光素子２０ａ、２０ｂにより入射光の直線偏光方向を−４５度以外の方向に調整して回転し、また旋光素子２１ａ、２１ｂにより入射光の直線偏光方向を＋４５度以外の方向に調整して回転する。回転方向の調整により、偏光素子１８を通過する光量が減少する。これにより、絞り開口の大きさや露光時間を制御することなく、撮影光量を制御することが可能になる。

図１４は、円偏光を用いた一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す。撮影光学系の光軸９１に沿って撮影光学系に入射する光束１００は、あらゆる方向に直線偏光した光の集まりである。入射光束１００の内の所定の方向の偏光成分１０１（図では垂直方向）のみが、撮影光学系近傍に配置された瞳分割偏光部材１１０を通過する。瞳分割偏光部材１１０は垂直方向に偏波面を持つ直線偏光１０１を右円偏光と左円偏光に分割し、右円偏光成分は測距瞳９２を通過し、左円偏光成分は測距瞳９３を通過する。測距瞳９２から出射する光束１４２は右円偏光しており、また測距瞳９３から出射する光束１４３は左円偏光している。撮像素子２１１には、光束１４２の右円偏光を選択的に受光する画素２１２と、光束１４３の左円偏光を選択的に受光する画素２１３とが測距瞳９２，９３の並び方向に交互に配列されている。

図１５は、図１４に示す一実施の形態の円偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材１１０の構成を示し、(ａ)は断面図、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は光入射方向から見た正面図である。図１５(ａ)に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０と光出射側に円偏光素子１６０が配置される。図１５(ｂ)において、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

図１５(ｃ)に示すように、円偏光素子１６０は垂直方向に対し、＋４５度および−４５度傾いた光学軸を持つ１／４波長位相シフト素子(１／４波長板)１６２、１６３から成る。１／４波長板１６２と１６３は、入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。１／４波長板１６２と１６３は、可視光の波長範囲において１／４波長位相シフト効果を有する。また、図１５(ｄ)に示すように、円偏光素子１６２は入射する垂直方向の直線偏光を右回転の円偏光に変換し、円偏光素子１６２から出射する光束１４２は右円偏光となる。円偏光素子１６３は入射する垂直方向の直線偏光を左回転の円偏光に変換し、円偏光素子１６３から出射する光束１４３は左円偏光となる。

図１６は、図１４に示す一実施の形態の円偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子２１１の部分拡大図である。画素２２２と画素２２３は市松模様状に二次元状に配列される。水平方向に瞳分割され互いに反対回転方向に円偏光した光束により形成される２像は、焦点調節状態に応じて撮像素子２１１上で水平方向に相対的にずれる。一方の像の空間分布は、画素２２２の水平方向の配列（例えば２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、・・・）によって受光される。また、他方の像の空間分布は、画素２２３の水平方向の配列（例えば２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、・・・）によって受光される。

図１７は、図１４に示す一実施の形態の円偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、（ｂ）は正面図である。なお、以下では図６を参照して説明する。２２ａ、２２ｂは入射光の右円偏光成分を透過し、左円偏光成分を反射する円偏光素子であり、２３ａ、２３ｂは入射光の左円偏光成分を透過し、右円偏光成分を反射する円偏光素子である。円偏光素子２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂは、螺旋構造の回転方向が右回転と左回転のコレステリック液晶である。なお、円偏光素子を１／４波長板とその出射光を直線偏光に変調する直線偏光素子から構成してもよい。

１９は円偏光素子の円偏光効果を電気的に制御するために円偏光素子を挟んで配置される透明電極であり、透明電極１９に所定の電圧を印加しない状態ではコレステリック液晶がプレーナ配向となるため、円偏光素子２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂが円偏光効果を有する。透明電極１９に所定の電圧を印加すると、コレステリック液晶分子が揃ってホメオトロピック配向となって円偏光効果はなくなる。

図１７(ａ)に示すように、１つの画素は光電変換部とその前に配置された円偏光素子および透明電極とから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。円偏光素子および透明電極も光電変換部上に一体的に形成される。なお、図１７では隣接する４画素を模式的に例示する。また、図１７(ｂ)に示すように、円偏光素子２２ａ、２３ａ、２２ｂ、２３ｂは、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束とを交互に透過するように配置される。

光電変換部１２ａと円偏光素子２２ａの組み合わせ（光電変換部１２ｂと円偏光素子２２ｂの組み合わせ）によって、測距瞳９２を出射する光束（右円偏光）は、円偏光素子２２ａを通過して光電変換部１２ａに受光される。測距瞳９３を出射する光束は、円偏光素子２２ａにより通過を阻止されるので光電変換部１２ａに受光されない。また、光電変換部１３ａと円偏光素子２３ａの組み合わせ（光電変換部１３ｂと円偏光素子２３ｂの組み合わせ）によって、測距瞳９３を出射する光束（左円偏光）は、円偏光素子２３ａを通過して光電変換部１３ａに受光される。測距瞳９２を出射する光束は、円偏光素子２３ａにより通過を阻止されるので光電変換部１３ａに受光されない。

焦点検出時は透明電極１９に電圧を印加せず、円偏光素子２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂの円偏光効果を有効にする。撮影時は透明電極１９に電圧を印加し、円偏光素子２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂの円偏光効果を無効にして撮影光量の低下を防止する。

図１８は瞳分割偏光部材の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、（ｂ）、（ｃ）および(ｃ)は光入射方向から見た正面図である。ここでは瞳を上下左右方向に４分割した例を示す。図１８(ａ)に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０と、光出射側に旋光素子１７０が配置されている。また、図１８(ｂ)に示すように、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

図１８(ｃ)において、旋光素子１７０は、上下左右に４等分された部分(１／２波長板)１７２、１７３、１７４、１７５から構成される。垂直方向に対し、偏光素子部分１７２の光学軸は＋２２．５度、偏光素子部分１７３の光学軸は−２２．５度、偏光素子部分１７４の光学軸は０度、偏光素子部分１７５の光学軸は＋４５度傾いている。偏光素子部分１７２と偏光素子部１７３が左右方向の瞳分割を行う対であり、偏光素子部分１７４と偏光素子部分１７５が上下方向の瞳分割を行う対である。

図１８(ｄ)において、旋光素子１７２から出射する光束３７２は直線偏光方向が＋４５度回転される。また、旋光素子１７３から出射する光束３７３は直線偏光方向が−４５度回転される。光束３７２と３７３は互いに直線偏光方向が直交する。旋光素子１７４から出射する光束３７４は直線偏光方向が保存される。また、旋光素子１７５から出射する光束３７５は直線偏光方向が＋９０度回転される。光束３７４と３７５は互いに直線偏光方向が直交する。光束３７４および３７５は、光束３７２および３７３と直線偏向方向が４５度をなす。

図１９は、図１８に示す瞳分割偏光部材１１０に適用可能な撮像素子２１１の部分拡大図（正面図）である。画素２３２は＋４５度の直線偏光成分を受光し、測距瞳３７２から出射する光束の全部と、測距瞳３７４，３７５を出射する光束の半分を受光する。また、画素２３３は−４５度の直線偏光成分を受光し、測距瞳３７３から出射する光束の全部と、測距瞳３７４，３７５を出射する光束の半分を受光する。

画素２３４は垂直方向（０度）の直線偏光成分を受光し、測距瞳３７４から出射する光束の全部と、測距瞳３７２，３７３を出射する光束の半分を受光する。また、画素２３５は水平方向（＋９０度）の直線偏光成分を受光し、測距瞳３７５から出射する光束の全部と、測距瞳３７２，３７３を出射する光束の半分を受光する。画素２３２と画素２３３が交互に配列された画素行と、画素２３４と画素２３５が交互に配列された画素行とが交互に垂直方向に配列される。

水平方向の像ズレ検出に用いられる２像は、測距瞳３７２、３７４，３７５の領域を通過する光束と、測距瞳３７３、３７４，３７５の領域を通過する光束とによって形成される。一方の像の空間分布は、画素２３２の水平方向の配列によって受光される。他方の像の空間分布は、画素２３３の水平方向の配列によって受光される。像の検出ピッチは１画素おきとなる。一対の測距瞳の領域に共通部分（測距瞳３７４、３７５）を含むが、その重心位置は異なるので、偏光型瞳分割位相差検出が可能となる。

垂直方向の像ズレ検出に用いられる２像は、測距瞳３７４、３７２，３７３の領域を通過する光束と測距瞳３７５、３７２，３７３の領域を通過する光束によって形成される。一方の像の空間分布は、画素２３４の垂直方向の配列によって受光される。他方の像の空間分布は、画素２３５の水平方向の配列によって受光される。像の検出ピッチは３画素おきとなる。一対の測距瞳の領域に共通部分（測距瞳３７２、３７３）を含むが、その重心位置は異なるので、偏光型瞳分割位相差検出が可能となる。水平方向の像ズレ検出は１行おきに可能であり、垂直方向の像ズレ検出は各列で可能である。

図２０は、図１８に示す瞳分割偏光部材に適用可能な撮像素子２１１の部分拡大図（正面図）である。４種類の画素２３２〜２３５が２３２→２３４→２３３→２３５の順番に配列された画素行が、１画素ずつ横ズレしながら垂直方向に配列される。水平方向の像ズレ検出に用いられる２像は、測距瞳３７２、３７４，３７５の領域を通過する光束と、測距瞳３７３、３７４，３７５の領域を通過する光束とによって形成される。一方の像の空間分布は、画素２３２の水平方向の配列によって受光される。また、他方の像の空間分布は、画素２３３の水平方向の配列によって受光される。像の検出ピッチは３画素おきとなる。

垂直方向の像ズレ検出に用いられる２像は、測距瞳３７４、３７２，３７３の領域を通過する光束と、測距瞳３７５、３７２，３７３の領域を通過する光束とによって形成される。一方の像の空間分布は、画素２３４の垂直方向の配列によって受光される。また、他方の像の空間分布は、画素２３５の水平方向の配列によって受光される。像の検出ピッチは３画素おきとなる。水平方向の像ズレ検出は各行で可能であり、垂直方向の像ズレ検出は各列で可能である。

図２１は瞳を斜め方向に４分割する瞳分割偏光部材の変形例を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)、(ｃ)および(ｄ)は光入射方向から見た正面図である。(ａ)図に示すように、瞳分割偏光部材１１０は光入射側に直線偏光素子１２０、光出射側に旋光素子１８０が配置される。また、(ｂ)図に示すように、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

図２１(ｃ)において、旋光素子１８０は、斜め左右に４等分された部分(１／２波長板)１８２、１８３、１８４、１８５から構成される。垂直方向に対し、偏光素子部分１８５の光学軸は＋２２．５度、偏光素子部分１８４の光学軸は−２２．５度、偏光素子部分１８２の光学軸は０度、偏光素子部分１８３の光学軸は＋４５度傾いている。偏光素子部分１８２と偏光素子部分１８３が右上がり４５度斜め方向の瞳分割を行う対であり、偏光素子部分１８４と偏光素子部分１８５が左上がり４５度斜め方向の瞳分割を行う対である。

図２１(ｄ)において、旋光素子１８５から出射する光束３８５は直線偏光方向が＋４５度回転され、また、旋光素子１８４から出射する光束３８４は直線偏光方向が−４５度回転される。光束３８４と３８５は互いに直線偏光方向が直交する。旋光素子１８２から出射する光束３８２は直線偏光方向が保存され、また、旋光素子１８３から出射する光束３８３は直線偏光方向が＋９０度回転される。光束３８２と３８３は互いに直線偏光方向が直交する。光束３８２および３８３は、光束３８４および３８５と直線偏向方向が４５度をなす。

図２２は、図２１に示す瞳分割偏光部材に適用可能な撮像素子２１１の部分拡大図（正面図）である。画素２６５は＋４５度の直線偏光成分を受光し、測距瞳３８５から出射する光束の全部と、測距瞳３８２，３８３を出射する光束の半分を受光する。画素２６４は−４５度の直線偏光成分を受光し、測距瞳３８４から出射する光束の全部と、測距瞳３８２，３８３を出射する光束の半分を受光する。画素２６２は垂直方向（０度）の直線偏光成分を受光し、測距瞳３８２から出射する光束の全部と、測距瞳３８４，３８５を出射する光束の半分を受光する。画素２６３は水平方向（＋９０度）の直線偏光成分を受光し、測距瞳３８３から出射する光束の全部と、測距瞳３８４，３８５を出射する光束の半分を受光する。

画素２６２、２６３，２６４，２６５からなるユニットが２次元に配列される。右上がり斜め４５度方向の像ズレ検出に用いられる２像は、測距瞳３８２、３８４，３８５の領域を通過する光束と測距瞳３８３、３８４，３８５の領域を通過する光束によって形成される。一方の像の空間分布は、画素２６２の右上がり斜め４５度方向の配列によって受光される。また、他方の像の空間分布は、画素２３３の右上がり斜め４５度方向の配列によって受光される。

一対の測距瞳の領域に共通部分（測距瞳３８４、３８５）を含むが、その重心位置は異なるので偏光型瞳分割位相差検出が可能となる。左上がり斜め４５度方向の像ズレ検出に用いられる２像は、測距瞳３８４、３８２，３８３の領域を通過する光束と測距瞳３８５、３８２，３８３の領域を通過する光束によって形成される。一方の像の空間分布は、画素２６４の左上がり斜め４５度方向の配列によって受光される。また、他方の像の空間分布は、画素２６５の左上がり斜め４５度方向の配列によって受光される。一対の測距瞳の領域に共通部分（測距瞳３８２、３８３）を含むが、その重心位置は異なるので偏光型瞳分割位相差検出が可能となる。

図２３は瞳を水平方向に４分割した瞳分割偏光部材の他の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)、(ｃ)および(ｄ)は光入射方向から見た正面図である。(ａ)図に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０、光出射側に旋光素子１９０がそれぞれ配置される。また、(ｂ)図に示すように、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

図２３(ｃ)において、旋光素子１９０は、水平方向に４分割された部分(１／２波長板)１９２、１９３、１９４、１９５から構成される。垂直方向に対し、偏光素子部分１９２の光学軸は＋２２．５度、偏光素子部分１９３の光学軸は−２２．５度、偏光素子部分１９４の光学軸は０度、偏光素子部分１９５の光学軸は＋４５度傾いている。偏光素子部分１９２と偏光素子部分１９３が水平方向の瞳分割（高精度な像ズレ検出：重心間隔が広い）を行う対であり、偏光素子部分１９４と偏光素子部分１９５が水平方向の瞳分割（大デフォーカス時の像ズレ検出：重心間隔が狭い）を行う対である。偏光素子部分１９２と偏光素子部分１９３の並び方向の幅より、偏光素子部分１９２と偏光素子部分１９３の並び方向の幅が狭いので、大デフォーカス時の像コントラスト低下は偏光素子部分１９２と偏光素子部分１９３を通過する光束によって形成される像のほうが小さくなる。

図２３(ｄ)において、旋光素子１９２から出射する光束３９２は直線偏光方向が＋４５度回転される。また、旋光素子１９３から出射する光束３９３は直線偏光方向が−４５度回転される。光束３９２と３９３は互いに直線偏光方向が直交する。旋光素子１９４から出射する光束３９４は直線偏光方向が保存され、旋光素子１９５から出射する光束３９５は直線偏光方向が＋９０度回転される。光束３９４と３９５は互いに直線偏光方向が直交する。光束３９４および３９５は、光束３９２および３９３と直線偏向方向が４５度をなす。図２３に示す瞳分割偏光部材１１０に対応する撮像素子２１１には、図１９、図２０に示す撮像素子２１１が用いられる。

図２４は、瞳を垂直方向および水平方向に４分割した瞳分割偏光部材の他の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)、(ｃ)および(ｄ)が光入射方向から見た正面図である。(ａ)図に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０が、光出射側に旋光素子３００がそれぞれ配置される。また、(ｂ)図に示すように、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

図２４(ｃ)において、旋光素子３００は、中心部が垂直方向に２分割され、周辺部が水平方向に２分割された部分(１／２波長板)３０２、３０３、３０４、３０５から構成される。垂直方向に対し、偏光素子部分３０２の光学軸は＋２２．５度、偏光素子部分３０３の光学軸は−２２．５度、偏光素子部分３０４の光学軸は０度、偏光素子部分３０５の光学軸は＋４５度傾いている。偏光素子部分３０２と偏光素子部分３０３が水平方向の瞳分割を行う対であり、偏光素子部分３０４と偏光素子部分３０５が垂直方向の瞳分割を行う対である。

図２４(ｄ)において、旋光素子３０２から出射する光束３１２は直線偏光方向が＋４５度回転される。また、旋光素子３０３から出射する光束３１３は直線偏光方向が−４５度回転される。光束３１２と３１３は互いに直線偏光方向が直交する。旋光素子３０４から出射する光束３１４は直線偏光方向が保存され、旋光素子３０５から出射する光束３１５は直線偏光方向が＋９０度回転される。光束３１４と３１５は互いに直線偏光方向が直交する。光束３１４および３１５は、光束３１２および３１３と直線偏向方向が４５度をなす。図２４に示す瞳分割偏光部材１１０に対応する撮像素子２１１には、図１９、図２０に示す撮像素子が用いられる。

図２５は、図１に示す一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能なカラー撮像素子の構成を示す。なお、以下では図６を参照して説明する。１６は＋４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９２を出射する直線偏光の光を透過する。また、１７は−４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９３を出射する直線偏光の光を透過する。偏光素子１６、１７と光電変換部１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂの間には、図２６に示す分光透過特性を持つカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂが配置される。

１つの画素は、光電変換部とその前に配置された偏光素子およびカラーフィルタとから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光素子およびカラーフィルタも光電変換部上に一体的に形成される。なお、図２５では隣接する４画素を模式的に例示するが、他の画素も同様である。

変更素子１６，１７は、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束とを交互に透過するように配置される。光電変換部１２ａ、変更素子１６、フィルタＧの組み合わせによって、測距瞳９２を出射する光束のうち、緑の波長成分が光電変換部１２ａに受光される。測距瞳９３を出射する光束は偏光素子１６により通過を阻止されるので、光電変換部１２ａに受光されない。また、光電変換部１２ｂ、旋光素子１７、フィルタＧの組み合わせによって、測距瞳９３を出射する光束のうち、緑の波長成分が光電変換部１２ｂに受光される。測距瞳９２を出射する光束は偏光素子１７により通過を阻止されるので、光電変換部１３ａに受光されない。

図２７は、図２５に示す撮像素子２１１の部分拡大図（正面図）である。カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂはベイヤー配列となっている。ベイヤー配列ユニット２４０は、緑画素２４１、２４４、青画素２４２および赤画素２４３からなり、＋４５度方向の直線偏光成分を通過する偏光素子が付けられている。ベイヤー配列ユニット２５０は、緑画素２４１、２４４、青画素２４２および赤画素２４３からなり、＋４５度方向の直線偏光成分を通過する偏光素子が付けられている。これらのベイヤー配列ユニット２４０、２５０が市松模様状に二次元状に配列される。

水平方向に瞳分割され互いに直交した方向に直線偏光した光束により形成される２像は、焦点調節状態に応じて撮像素子上で水平方向に相対的にずれる。一方の像の空間分布の緑色成分は、緑画素２４１、２４４の水平方向の配列（例えば２４１ａ、２４１ｂ、・・・、２４４ａ、２４４ｂ、・・・）によって受光される。また、他方の像の空間分布の緑色成分は、緑画素２５１、２５４の水平方向の配列（例えば２５１ａ、２５１ｂ、・・・、２５４ａ、２５４ｂ、・・・）によって受光される。

一方の像の空間分布の青色成分は、青画素２４２の水平方向の配列（例えば２４２ａ、２４２ｂ、・・・）によって受光される。また、他方の像の空間分布の青色成分は、青画素２５２の水平方向の配列（例えば２５２ａ、２５２ｂ、・・・）によって受光される。一方の像の空間分布の赤色成分は、赤画素２４３の水平方向の配列（例えば２４３ａ、２４３ｂ、・・・）によって受光される。また、他方の像の空間分布の赤色成分は、赤画素２５３の水平方向の配列（例えば２５３ａ、２５３ｂ、・・・）によって受光される。

図２８は、図１４に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)は光入射方向から見た正面図である。(ａ)図に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、円偏光素子３２０と、円偏光素子３２０の円偏光効果を電気的に制御するための円偏光素子３２０を挟んで配置される透明電極３２１とから構成される。(ｂ)図に示すように、円偏光素子３２０は２つの部分３２２，３２３から成り、２つの部分３２２，３２３は入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。

円偏光素子部分３２２、３２３は、螺旋構造の回転方向が右回転と左回転のコレステリック液晶である。透明電極３２１に所定の電圧を印加しない状態では、コレステリック液晶がプレーナ配向となるために、円偏光素子は円偏光効果を有する。透明電極３２１に所定の電圧を印加すると、コレステリック液晶分子が揃ってホメオトロピック配向となり、円偏光効果はなくなる。

透明電極３２１に電圧を印加しない状態では、円偏光素子部分３２２は入射光の右円偏光成分を透過し、左円偏光成分を反射する。また、円偏光素子部分３２３は入射光の左円偏光成分を透過し、右円偏光成分を反射する。透明電極３２１を電圧を印加した状態では、円偏光素子部分３２２と円偏光素子部分３２３は、入射光に何の作用もせずにそのまま透過させる。

図２９は、円偏光を利用し撮影時の光量確保するようにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す。図２８に示す瞳分割偏光部材１１０と、図１７に示す撮像素子を用いた撮像装置では、撮像時に撮影光量を増加させることが可能となる。瞳分割偏光部材１１０を制御（円偏光効果を無効化）することによって、入射する光束１００（あらゆる方向に直線偏光した光の集まり）は瞳分割偏光部材１１０をそのままの状態で通過し、光量の低下は発生しない。撮像素子２１１を制御（円偏光効果を無効化）することによって、画素２１２，２１３は画素に入射する光束を光量の低下を伴わずに受光することができる。

図３０は、図２９に示す一実施の形態を適用したジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートである。この一実施の形態のカメラでは、撮像時に瞳分割偏光部材を制御して光量の低下を防止する。なお、図７に示す処理と同様な処理を行うステップに対しては同一のステップ番号を付して相違点を中心に説明する。ステップ１０５において、ステップ１１０における撮像に先立ち、瞳分割偏光部材と撮像素子の円偏光効果を無効化する。ステップ１２５では、ステップ１３０の焦点検出に先立ち、瞳分割偏光部材と撮像素子の円偏光効果を有効化する。また、ステップ１７５では、ステップ１８０の撮像に先立ち、瞳分割偏光部材と撮像素子の円偏光効果を無効化する。

図３１は、図１に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)、(ｃ)および(ｄ)は光入射方向から見た正面図である。(ａ)図において、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０が、光出射側に旋光素子３３０がそれぞれ配置される。旋光素子３３０は周囲をコイル１１９に囲まれる。(ｂ)図は、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。

図３１(ｃ)において、旋光素子３３０は２つの部分３３２，３３３から成り、２つの部分３２２，３２３は入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。旋光素子３３２，３３３は、磁気光学効果（ファラデー効果：コイル１１９に流す電流によって乗じる磁場の影響により偏光面が回転する）によって、直線偏光方向＋４５度、−４５度回転する材料（磁性ガーネット膜）である。コイル１１９に流す電流を調整することによって、直線偏光方向＋４５度、−４５度から変化させることが可能である。

図３１（ｄ）において、旋光素子３３２から出射する光束１１２は、直線偏光方向が＋４５度回転される。また、旋光素子３３３から出射する光束１１３は、直線偏光方向が−４５度回転される。その結果、光束１１２と１１３は互いに直線偏光方向が直交する。

コイル１１９に流す電流を制御し、焦点検出時は、旋光素子３３２、３３３により入射光の直線偏光方向を＋４５度および−４５度回転する。また、撮影時は、旋光素子３３２、３３３により入射光の直線偏光方向を＋４５度および−４５度以外の方向に調整して回転する。回転方向の調整によって、撮像素子に設けられた偏光素子を通過する光量が減少する。これにより、絞り開口の大きさや露光時間を制御することなく、撮影光量を制御することが可能になる。

図３２は、図１に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)、(ｃ)および(ｄ)は光入射方向から見た正面図である。(ａ)図に示すように、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に直線偏光素子１２０が、光出射側に旋光素子３４０がそれぞれ配置される。

図３３は旋光素子３４０の詳細な構成を示す。旋光素子３４０は、ガラス基板３４４上に形成された透明電極３４１に挟まれた捩れ角が所定角度のツイステッドネマチック液晶層３４０ａからなる液晶素子３４０ａ、および同様の構造の液晶素子３４０ｂ、３４０ｃ・・を多層に重ねた構成となっている。各層のツイステットネマチック液晶層による旋光効果の有無を、各層に設けられた透明電極の電圧の印加の有無により制御できる。ツイステッドネマチック層の捻り角は微小角（例えば＋１１．２５度、あるいは−１１．２５度）に設定されており、何層目までの液晶層をＯＮにするかで、旋光素子を出射する光束の直線偏光方向が、入射光束の直線偏光方向に対して回転する角度を調整することが可能に
なる。

図３２(ｂ)に示すように、直線偏光素子１２０は入射する光束の垂直方向の直線偏光成分のみを通過させる。また、図３２(ｃ)に示すように、旋光素子３４０は２つの部分３４２，３４３から成り、２つの部分３４２，３４３は入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。さらに、図３２(ｄ)に示すように、焦点検出時には、透明電極の制御により旋光素子３３２から出射する光束１１２は直線偏光方向が＋４５度回転される。また、旋光素子３３３から出射する光束１１３は直線偏光方向が−４５度回転される。光束１１２と１１３は互いに直線偏光方向が直交する。

撮影時は、旋光素子３３２、３３３により入射光の直線偏光方向を＋４５度および−４５度以外の方向に調整して回転する。回転方向の調整により、撮像素子に設けられた偏光素子を通過する光量が減少する。これにより、絞り開口の大きさや露光時間を制御することなく、撮影光量を制御することが可能になる。

図３４は、直線偏光を利用し撮影時の光量調整するようにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す。図３１および図３２に示す瞳分割偏光部材１１０と、図６に示す撮像素子とを用いた撮像装置では、撮像時に撮影光量を調整することが可能となる。瞳分割偏光部材１１０を制御（直線偏光の旋光効果を無効化）することによって、入射する光束１００（あらゆる方向に直線偏光した光の集まり）のうち、垂直方向に直線偏光した光束１０１のみが測距瞳９２，９３を通過し、通過の際に直線偏光の方向は回転されない。測距瞳９２,９３を通過した光束１４４（直線偏光方向が垂直）は、撮像素子２１１の画素２１２、２１３に受光される。画素２１２は＋４５度方向の直線偏光成分、画素２１３は−４５度方向の直線偏光成分を受光するので、光束１４４のうち画素２１２、２１３に受光される。光量は半分になる。

図３５は、図１に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)および(ｃ)は光入射方向から見た正面図である。(ａ)図において、瞳分割偏光部材１１０は、光入射側に旋光素子３３０が、光出射側に直線偏光素子１４０がそれぞれ配置される。また、旋光素子３３０は周囲をコイル１１９に囲まれる。

図３５(ｂ)において、旋光素子３３０は２つの部分３３２，３３３から成り、２つの部分３２２，３２３は入射光束を垂直方向の分割線で略対称に水平方向に２分するように並置されている。旋光素子３３２，３３３は、磁気光学効果（ファラデー効果：コイル１１９に流す電流によって乗じる磁場の影響により偏光面が回転する）により、直線偏光方向＋４５度、−４５度回転する材料（磁性ガーネット膜）である。コイル１１９に流す電流を調整することによって、直線偏光方向＋４５度、−４５度から変化させることが可能である。

図３５(ｃ)において、直線偏光素子１４０は垂直方向に対し、入射光の直線偏光の角度が＋４５度および−４５度の直線偏光成分のみを通過させる直線偏光素子部１４２、１４３から成る。直線偏光素子部１４２から出射する光束は、直線偏光方向が＋４５度となる。直線偏光素子部１４３から出射する光束は、直線偏光方向が−４５度となる。コイル１１９に流す電流を制御し、旋光素子３３２、３３３により同一方向に直線偏光した入射光束が旋光素子３３２、３３３により偏光方向が回転され出射時の偏光方向が回転され、直線偏光方向を＋４５度および−４５度となるように調整される。

図３６は、直線偏光を利用し、焦点検出時と撮影時の入射光束の直線偏光方向を選択するようにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す。図３５に示す瞳分割偏光部材１１０と図６に示す撮像素子を用いた撮像装置では、焦点検出時と撮像時に入射光束の直線偏光方向を選択することができる。瞳分割偏光部材１１０を制御することによって、入射する光束１００（あらゆる方向に直線偏光した光の集まり）のうち、特定の方向に直線偏光した光束１０１ａのみが測距瞳９２，９３を通過する。測距瞳９２,９３を通過した光束１０２は、４５度方向に直線偏光し、光束１０３は−４５度方向に直線偏光しており、撮像素子２１１の画素２１２、２１３にそれぞれ受光される。

入射光束１００のうちから特定の方向１０１ａを調整することによって、反射光の偏光成分を除去したクリアな画像を得ることができる。

図３７は、瞳分割偏光部材を反射タイプにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す。撮影光学系の光軸９１に沿って撮影光学系に入射する光束１００は、あらゆる方向に直線偏光した光の集まりである。入射光束１００のうちの所定の方向の偏光成分１０１（図では垂直方向）のみが撮影光学系近傍に配置された瞳分割偏光部材１１０により反射される。

瞳分割偏光部材１１０は、図１５に示す瞳分割偏光部材を反射タイプに変更した構成となっており、測距瞳９２、測距瞳９３に相当する部分にコレステリック液晶が用いられている。測距瞳９２は、入射する光束のうちの垂直方向の直線偏光成分を右円偏光して反射する。また、測距瞳９３は、入射する光束のうちの垂直方向の直線偏光成分を左円偏光して反射する。測距瞳９２から出射する光束１４２は右円偏光している。また、測距瞳９３から出射する光束１４３は左円偏光している。撮像素子２１１には光束１４２の右円偏光を選択的に受光する画素２１２と、光束１４３の光を選択的に受光する画素２１３とが測距瞳９２，９３の並び方向に交互に配列されている。

図３８は一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)は正面図である。９０は交換レンズの予定結像面に配置された撮像素子２１１の前方ｄ４の距離にある交換レンズの射出瞳面、９１は交換レンズの光軸、９２、９３は一対の測距瞳、５１２ａ、５１２ｂ、５１３ａ、５１３ｂは光電変換部である。５２２ａ、５２２ｂは＋４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９２を出射する直線偏光の光を透過する。また、５２３ａ、５２３ｂは−４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９３出射する直線偏光の光を透過する。７２，８２は測距瞳９２を出射する光束であり、＋４５度方向に直線偏光されている。また、７３，８３は測距瞳９３を出射する光束であり、−４５度方向に直線偏光されている。５３０，５３１，５３２，５３３はマイクロレンズである。

１つの画素は、光電変換部とその前に配置された偏光素子とマイクロレンズとから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光素子とマイクロレンズ光電変換部上に一体的に形成される。なお、図３８では隣接する４画素を模式的に例示するが、他の画素についても同様である。

マイクロレンズ５３０、５３２により光電変換部５１２ａ、５１２ｂは射出瞳９０上に測距瞳９２を含む領域として投影される。また、マイクロレンズ５３１、５３３により光電変換部５１３ａ、５１３ｂは射出瞳９０上に測距瞳９３を含む領域として投影される。図３８(ｂ)において、偏光素子５２２ａ、５２３ａ、５２２ｂ、５２３ｂは、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束とを交互に透過するように配置される。

図３８(ａ)において、光電変換部５１２ａには、測距瞳９２を出射する光束７２と測距瞳９３を出射する光束が向かう。偏光素子５２２ａは光束７２を透過し、測距瞳９３を出射する光束を阻止する。光電変換部５１２ａは光束７２がマイクロレンズ５３０上に形成
する像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５１２ｂには、測距瞳９２を出射する光束８２と測距瞳９３を出射する光束が向かう。偏光素子５２２ｂは光束８２を透過し、測距瞳９３を出射する光束を阻止する。光電変換部５１２ｂは光束７２がマイクロレンズ５３２上に形成する像の強度に対応した信号を出力する。

光電変換部５１３ａには、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束７３が向かう。偏光素子５２３ａは光束７３を透過し、測距瞳９３を出射する光束を阻止する。光電変換部５１３ａは光束７３がマイクロレンズ５３１上に形成する像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５１３ｂには、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束８３が向かう。偏光素子５２３ｂは光束８３を透過し、測距瞳９３を出射する光束を阻止する。光電変換部５１３ｂは光束８３がマイクロレンズ５３３上に形成する像の強度に対応した信号を出力する。

以上のような構成では、マイクロレンズを用いるため入射光束を効率よく光電変換部に導くことによって光量をかせぐことができ、低輝度時の性能が向上する。

図３９は、図３８に示す一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の変形例を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)は正面図である。６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃ、６１２ｄと、６１３ａ、６１３ｂ、６１３ｃ、６１３ｄはそれぞれ光電変換部である。６２２ａ、６２２ｂ、６２２ｃ、６２２ｂは＋４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９２を出射する直線偏光の光を透過する。また、６２３ａ、６２３ｂ、６２３ｃ、６２３ｄは−４５度の直線偏光成分を透過する偏光素子であり、測距瞳９３を出射する直線偏光の光を透過する。７２は測距瞳９２を出射する光束であり、＋４５度方向に直線偏光されている。また、７３は測距瞳９３を出射する光束であり、−４５度方向に直線偏光されている。６３０，６３１，６３２，６３３はマイクロレンズである。

１つの画素は、一対の光電変換部とその前に配置された一対の偏光素子とマイクロレンズとから構成される。画素は半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光素子とマイクロレンズ光電変換部上に一体的に形成される。なお、図３９では隣接する４画素を模式的に例示するが、他の画素についても同様である。

マイクロレンズ６３０、６３１，６３２，６３３によって、光電変換部６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃ、６１２ｄは射出瞳９０上に測距瞳９２を含む領域として投影される。また、マイクロレンズ６３０、６３１，６３２，６３３によって、光電変換部６１３ａ、６１３ｂ、６１３ｃ、６１３ｄは射出瞳９０上に測距瞳９３を含む領域として投影される。

図３９(ｂ)において、偏光素子６２２ａ、６２２ｂ、６２２ｃ、６２２ｂ、６２３ａ、６２３ｂ、６２３ｃ、６２３ｂは、測距瞳９２を出射する光束と測距瞳９３を出射する光束を交互に透過するように配置される。

図３９(ａ)において、マイクロレンズ６３２と一対の偏光素子６２２ｃ、６２３ｃと一対の光電変換部６１２ｃからなる画素を例にして説明する。マイクロレンズ６３２には、測距瞳９２を出射する光束７２と測距瞳９３を出射する光束７３が通過する。偏光素子６２２ｃは光束７２を透過し、測距瞳９３を出射する光束７３を阻止する。偏光素子６２３ｃは光束７３を透過し、測距瞳９３を出射する光束７２を阻止する。光電変換部６１２ｃは、光束７２がマイクロレンズ６３２上に形成する像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部６１３ｃは、光束７３がマイクロレンズ６３２上に形成する像の強度に対応した信号を出力する。

各画素の光電変換部の出力を測距瞳９２および測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３をそれぞれ通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。該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、いわゆる瞳分割位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。

以上のような構成では、マイクロレンズを用いるため入射光束を効率よく光電変換部に導くことができ、光量をかせぐことができるので、低輝度時の性能が向上する。偏光を用いずにマイクロレンズの作用のみで瞳分割を行う方式と比較すると、マイクロレンズの収差や回折による瞳分割の不完全性（瞳の外形がぼけて、一対の瞳の一部が重なってしまう）の問題がない。
また撮像素子が焦点検出専用となっているために、この他に撮像専用の撮像素子を設けた場合には、２つの撮像素子間の位置調整誤差や環境変化による位置変動が焦点検出誤差になるという問題がある。しかし、上述した構成を採用することにより、このような問題を解消できる。

図４０は変形例の撮像装置の構成を示す。図２に示す撮像装置では撮像素子２１１を画像データ生成用に用いているが、図４０に示すように撮像専用の撮像素子２１２を設け、撮像素子２１１は焦点検出と電子ビューファインダー表示用に用いるようにしてもよい。図４０において、カメラボディ２０３には撮影光束を分離するハーフミラー２２１が配置され、透過側に撮像専用の撮像素子２１２が配置され、反射側に焦点検出兼電子ビューファインダー表示用の撮像素子２１１が配置される。撮影前は撮像素子２１１の出力に応じて、焦点検出および電子ビューファインダー表示が行われる。レリーズ時は撮像専用の撮像素子２１２の出力に応じた画像データが生成される。ハーフミラー２２１を全反射ミラーとし、撮影時は撮影光路から退避するようにしてもよい。

このようにすれば、焦点検出兼電子ビューファインダー表示用の撮像素子２１１の画素サイズを大きくしても、その出力は焦点検出と解像度の要求が低い電子ビューファインダー表示に用いるだけなので、画像データの解像度が低下することがない。

なお、図２５に示す撮像素子２１１では赤、青，緑の３原色のフィルタを使用しているが、２つの色のみの撮像素子や４色以上の色を検出するフィルタを備えた撮像素子にも適用可能である。図２５に示す撮像素子２１１では、色分解フィルタに原色フィルタ（ＲＧＢ）を用いた例を示したが、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）を採用してもよい。色分解は、色フィルタ以外にも光電変換部を構成するフォトダイオードの分光感度特性を光電変換部毎に変更することによっても達成することができる。また、図２５に示す撮像素子２１１では、すべての色分解フィルタ上に偏光素子を設けた例を示したが、特定の色分解フィルタ（例えば緑色フィルタ）のみに偏光素子を設けるようにしてもよい。

図４１は変形例の撮像装置の構成を示す。図２に示す撮像装置では撮像素子２１１の全画素が入射光を偏光状態に応じて選別して受光する構成となっているが、図４１に示す撮像装置の構成において、撮像素子２１１は画像情報を得るための撮像画素と撮像光学系の焦点調節状態を検出するために用いられる焦点検出画素とからなる。

このような構成にすることにより以下のような効果がある。
撮像画素は入射光の偏光状態と無関係に全ての入射光を受光するので、受光光量が増加し、低輝度被写体の撮影に有利である。
撮像画素は入射光の偏光状態と無関係に全ての入射光を受光するので、撮影光学系への入射光が予め偏光しているような場合にも画像の乱れが少ない。例えば空や水面から来る光は特定の方向に偏光しているが、これらが画面の一部に入った場合においても、画像においてその部分が極端に暗くなったりすることがない。
撮像画素は入射光の偏光状態と無関係に全ての入射光を受光するので、複屈折を利用したローパスフィルタと撮像素子を組み合わせた場合にも問題が発生しない。

図４１において瞳分割偏光部材１１０は撮影光学系の光路中の進退可能に配設されるとともに、瞳分割偏光部材１１０の進退はレンズ駆動制御装置２０６の制御のもとに行われる。

図４２は撮像素子２１１上の焦点検出画素を備えた焦点検出領域の配置を示す図であって、撮像素子２１１の中央およびその左右に焦点検出領域７０１、７０２、７０３が水平方向に延在する。撮像画素２１１のその他の領域には撮像画素が配置されている。

図４３は図４１の撮像装置における偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示しており、撮像素子２１１以外の構成は図１４の構成と同一である。撮像素子２１１の焦点検出領域７０１、７０２、７０３は、測距瞳９２，９３の並び方向に配列されている。

図４４は焦点検出領域７０１、７０２、７０３のひとつの領域の近傍を拡大して画素単位で表示した図である。撮像画素８００は図２６に示す分光透過特性を持つカラーフィルタを備えた赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）はベイヤー配列規則により２次元状に配列している。

焦点検出画素は測距瞳９２を通過する右円偏光を選択的に受光する焦点検出画素８０２と、測距瞳９３を通過する左円偏光を選択的に受光する焦点検出画素８０３とからなり、焦点検出画素８０２と焦点検出画素８０３は交互に隣接して配置されるとともに、複数の焦点検出画素が焦点検出領域の延在方向に直線状に配置される。焦点検出画素８０２、８０３には受光量を確保するためにカラーフィルタ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、撮像素子の前面に配置される赤外カットフィルタ（不図示）の分光特性を総合した分光特性（図４５）となり、図２６で示した色フィルタの分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素／赤画素／青画素の感度の光波長領域を包括している。

図４６は図４３に示す偏光型瞳分割位相差検出の概要構成において、光軸近傍の焦点検出画素の配列構成を拡大して測距瞳と焦点検出画素の関係を、光軸を通る水平面で切った断面で示した図である。９０は交換レンズの予定結像面に配置された撮像素子２１１の前方ｄ４の距離にある交換レンズの射出瞳面、９１は交換レンズの光軸、９２、９３は一対の測距瞳、８５１〜８５４は焦点検出画素の光電変換部、８６１〜８６４は焦点検出画素のマイクロレンズである。

８９１〜８９４は円偏光子アレイであり、マイクロレンズ８６１〜８６４の前面にそれぞれのマイクロレンズに入射する光束を通過させるように位置調整されて配置される。円偏光子８９１、８９３は、射出瞳９０の領域９４を通り円偏光子８９１、８９３に入射する光束８７２、８８２のうち測距瞳９２を通る右円偏光を通過し、測距瞳９３を通る左円偏光を遮断する。円偏光子８９２、８９４は、射出瞳９０の領域９４を通り円偏光子８９２、８９４に入射する光束８７３、８８３のうち測距瞳９２を通る右円偏光を遮断し、測距瞳９３を通る左円偏光を通過する。

円偏光子８９１〜８９４は１／４波長板と直線偏光素子の重ね合わせにより形成される。直線偏光素子としては、微細周期構造体（ワイヤーグリッド型の偏光素子）や屈折率の異なる材料の周期多層膜構造（フォトニック結晶）等を採用することができる。１／４波長板としては、複屈折材料（水晶）や屈折率の異なる材料の周期多層膜構造（フォトニック結晶）等を採用することができる。

円偏光子８９１、マイクロレンズ８６１、光電変換部８５１からなる焦点検出画素および円偏光子８９３、マイクロレンズ８６３、光電変換部８５３からなる焦点検出画素は、測距瞳９２を通過する光束のみを受光することになり、図４４の焦点検出画素８０２に相当する。
円偏光子８９２、マイクロレンズ８６２、光電変換部８５２からなる焦点検出画素および円偏光子８９４、マイクロレンズ８６４、光電変換部８５４からなる焦点検出画素は、測距瞳９３を通過する光束のみを受光することになり、図４４の焦点検出画素８０３に相当する。

焦点検出画素のうち円偏光子を除いた光電変換部、マイクロレンズは半導体基板２９上に半導体製造プロセスにより形成される。偏光子アレイは別途平板部材として製造され、光電変換部およびマイクロレンズに対して位置決めされて固定される。なお、図４６では隣接する４つの焦点検出画素を模式的に例示するが、他の焦点検出画素についても同様である。

以上のような構成により焦点検出画素は測距瞳９２、９３により分割された光束が形成する一対の像の強度分布に対応した一対の信号を出力する。

図４７は図４３に示す偏光型瞳分割位相差検出の概要構成において、光軸近傍の撮像画素の配列構成を拡大して測距瞳と撮像画素の関係を、光軸を通る水平面で切った断面で示した図である。８２１〜８２４は撮像画素の光電変換部、８３１〜８３４は撮像画素のマイクロレンズである。

図４６と異なる点は円偏光子アレイ８９１〜８９４の代わりに、透明部材アレイ８４１〜８４４が配置されている点である。透明部材アレイは偏光特性を備えておらず入射光を全て通過させるので、透明部材８４１、マイクロレンズ８３１、光電変換部８２１からなる撮像画素、透明部材８４２、マイクロレンズ８３２、光電変換部８２２、透明部材８４３、マイクロレンズ８３３、光電変換部８２３からなる撮像画素、透明部材８４４、マイクロレンズ８３４、光電変換部８２４からなる撮像画素は、測距瞳９２と測距瞳９３を合わせた領域９４を通過する光束を全て受光することになる。

以上の図４６、図４７で説明した実施形態において、円偏光子アレイおよび透明部材は略同一厚で一体的な平板として製造され、撮像画素および焦点検出画素のマイクロレンズの前面に光軸方向の位置と光軸と直交する平面内での位置が調整された上で半導体基板（チップ）または半導体基板のパッケージに対して固定される。光軸方向の位置精度を向上させるために、マイクロレンズの頂点に密着させるようにしてもよい。

図４８は、図４１に示す一実施の形態を適用したデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートである。この一実施の形態のカメラでは、撮像時に瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路から退避して光量の低下を防止する。なお、図７に示す処理と同様な処理を行うステップに対しては同一のステップ番号を付して相違点を中心に説明する。ステップ１０６において、焦点検出に備え、レンズ駆動制御装置に指令を出して瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路中に挿入する。

ステップ１４５では、レンズ駆動制御装置より得た撮影光学系の射出瞳サイズ情報および射出瞳距離情報に応じて像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
例えば射出瞳半径をＰ、射出瞳距離をＱとすると、半径Ｐの半円の重心位置は４・Ｄ／（３・π）となるから、一対の測距瞳の重心間隔Ｈ＝８・Ｄ／（３・π）となる。従って射出瞳距離Ｑを測距瞳距離Ｚと略等しいとして（６）式に適用すれば、デフォーカス量ｄを求めることができる。

ステップ１７６では、撮像に備え、レンズ駆動制御装置に指令を出して瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路中から退避する。
ステップ１８１では、レンズ駆動制御装置に対して絞り調整命令を送信し、交換レンズの絞り値を撮影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２１１に撮像動作を行わせ、撮像素子２１１の全画素からデータを読み出す。焦点検出画素位置のデータは焦点検出画素と同色の近傍の撮像画素のデータから補間する。
ステップ４８では、撮像画素のデータおよび補間したデータをメモリーカードに格納する。

図４９、図５０は図４６、図４７に示した焦点検出画素および撮像画素の構造の変形例を示した断面図である。図４６、図４７に示した焦点検出画素および撮像画素においては、マイクロレンズ８６１〜８６４およびマイクロレンズ８３１〜８３４が半導体基板２９上に形成される画素構造の最上部に形成されるため、表面部がレンズアレイ構造により平坦になっていなかったのに対し、図４９、図５０に示した焦点検出画素および撮像画素においては、マイクロレンズ８６１〜８６４およびマイクロレンズ８３１〜８３４が半導体基板２９上においてインナーレンズとして形成されることによりレンズ表面部が平坦化されている点である。

平坦化されたマイクロレンズアレイ表面部には、平坦化層８３０が半導体プロセスにより形成され、さらにその上部に円偏光子アレイ８９１〜８９４および透明部材８４１〜８４４が半導体プロセスによりマイクロレンズアレイなどと一体化されて、半導体基板２９に形成される。

このような構造においては、偏光子アレイおよび透明部材を別体として形成した後にマイクロレンズアレイ等を形成した半導体基板２９と位置合わせして固定する場合に比較して、位置合わせ精度の向上が期待できるとともに、環境変化に応じた位置ズレの恐れがなくなり、位置合わせの手間も省けるといったメリットがある。
なおこのような構造にした場合には撮像画素の表面に設けた透明部材を省略することもできる。

また図４６、図４７に示した焦点検出画素および撮像画素においては、マイクロレンズ８６１〜８６４の前に円偏光子アレイ８９１〜８９４および透明部材８４１〜８４４が配置されているが、半導体プロセスで偏光素子アレイ、透明部材を形成する場合には、図３８と同様に光電変換部とマイクロレンズの間に円偏光子アレイ８９１〜８９４および透明部材８４１〜８４４を配置することも可能である。

図４６、図４７および図４９、図５１の実施形態においては、一対の測距瞳９２，９３に入射する光束を異なる方向の円偏光に偏光するとともに、異なる方向に円偏光された一対の光束が形成する一対の像を、異なる方向に円偏光した光束のみを受光する一対の焦点検出画素配列で受光することにより瞳分割位相差検出を実現しているが、一対の測距瞳９２，９３に入射する光束を異なる方向の直線偏光に偏光するとともに、異なる方向に直線偏光された一対の光束が形成する一対の像を、異なる方向に直線偏光した光束のみを受光する一対の焦点検出画素配列で受光することにより瞳分割位相差検出を実現してもよい。

図４８のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートにおいては、撮像時に瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路から退避して光量の低下を防止しているが、被写界輝度が高い場合は撮像時に瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路に挿入したままにしてもよいし、瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路に進退する機構を省略するために、常に撮像時に瞳分割偏光部材を撮影光学系の光路に挿入したままにしてもよい。

図４４に示す拡大図においては、焦点検出画素８０２、８０３は色フィルタを備えていないが、図５１に示すように焦点検出画素が撮像画素８００と同一のベイヤー配列規則に従った色フィルタを備えるようにすることもできる。
このようにすれば、撮像時に焦点検出画素位置の画素信号を補間する際に、焦点検出画素の信号も補間演算に使用することができる。

図５１において、青フィルタと右円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９０２、緑フィルタと右円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９１２、青フィルタと左円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９０３、緑フィルタと左円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９１３がこの順番に並んだユニットが複数隣接して配置された配列から焦点検出画素列は形成される。

像ズレ検出においては同色で円偏光の方向が異なる焦点検出画素の出力同士（焦点検出画素９０２と９０３の信号および焦点検出画素９１２と９１３の信号）で行われる。

図５２は図５１の焦点検出画素９０２、９０３を通常の撮像画素（青画素）に置換したものである。このような焦点検出画素配置にすれば、撮影時に図５１の焦点検出画素９０２、９０３の画素補間を行う必要がなくなるために、画像品質が向上する。

図４８のステップ１１０においては、電子ビューファインダーに表示させるために、撮像素子の全画素の信号を読み出しているが、表示のための画素数は撮像時の画素数より少なくても構わないので、電子ビューファインダー表示時には撮像素子から画素加算により画素数を少なくして画素データを読み出すようにしてもよい。

しかしながら加算処理を行うことにより、焦点検出画素の信号と撮像画素の出力が混合したり、一対の焦点検出画素の信号が混合してしまうので、画素の加算パターンと撮像画素および一対の焦点検出画素の配置パターンを一致させておく必要がある。

図５２は図４１の撮像装置に用いられる撮像素子２１１の焦点検出領域近傍の拡大図であって、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）はベイヤー配列規則により２次元状に配列している。

また青フィルタと右円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９０２、緑フィルタと右円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９１２、青フィルタと左円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９０３、緑フィルタと左円偏光のみを通過する円偏光子を備えた焦点検出画素９１３もベイヤー配列規則により配置されている。

画素加算は水平方向の同色隣接２画素および垂直方向の同色隣接２画素の計４画素の信号を加算することにより行われる。また撮像画素と焦点検出画素の信号が混合しないように、画素加算時の読み出し位置の調整が行われる。例えば図５３において、水平方向の読み出し位置の調整は、２行目１列目の青画素を加算される４つの青画素の左上の画素として加算し、次に２行目２列目の緑画素を加算される４つの緑画素の左上の画素として加算し、次に２行目４列目の素画素を加算される４つの青画素の左上の画素として加算し、次に２行目５列目の緑画素を加算される４つの緑画素の左上の画素として加算するというように行われる。

水平方向の読み出し位置の調整は、２行目１列目の青画素を加算される４つの青画素の左上の画素として加算し、次に３行目１列目の緑画素を加算される４つの緑画素の左上の画素として加算し、次に６行目１列目の素画素を加算される４つの青画素の左上の画素として加算し、次に７行目１列目の緑画素を加算される４つの緑画素の左上の画素として加算するというように行われる。
焦点検出画素９０２、９０３、９１２、９１３は上記のような加算読み出しにおいて、加算時に同一種類の焦点検出画素のみが加算されるように配置されている。

電子ビューファインダー表示時に撮像素子から画素加算により読み出された焦点検出画素信号は、像ズレ検出演算においては同色で円偏光の方向が異なる焦点検出画素の加算出力同士（焦点検出画素９０２と９０３の加算信号および焦点検出画素９１２と９１３の加算信号）で行われる。

図５３においては焦点検出画素が色フィルタが備えているが、図４４のように色フィルタを備えないようにしてもよい。
以上図４１〜図５３に示した実施形態は図１〜図４０に示した実施形態にあわせて変更を加えて適用することが可能である。

なお、上述した撮像素子は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサとして形成することができる。

上述した従来の撮像装置において、絞り位置を検出し、像ズレ量と絞り位置情報に基づいて撮影光学系のデフォーカス量を検出することによって、焦点検出精度を向上させることができる。

《発明の適用範囲》
撮像装置は、カメラボディに交換レンズが装着された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。レンズ一体型のデジタルスチルカメラやビデオカメラやフィルムカメラにも適用することができる。また、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラなどにも適用することができる。カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用することができる。

以上説明したように、一実施の形態によれば次のような効果が得られる。
まず、従来の撮像装置では、瞳分割して直線偏光する際に、瞳に入射する光束において異なる直線偏光の光束について瞳分割を行っている。被写界の物体により反射、屈折、透過、散乱等の光学的作用を受けた光は、直線偏光の方向が一様でなく偏っている場合がある。直線偏光の方向が一様でない光束を瞳分割して得られた二つの像の間の合致性は本来的に低下しているので、焦点検出精度が悪化してしまう。

これに対し上述した一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出方式の撮像装置では、被写界の物体による反射、屈折、透過、散乱などの光学的作用の影響を受けずに焦点検出ができ、高精度な焦点検出が可能になる。

次に、従来の撮像装置では、直線偏光方向に応じて二つの光束を分光特性、光量および偏光特性を含め正確に分離可能な偏光ハーフミラーまたはハーフミラーを製作するのは困難であり、二つの光束の分離の不完全性によって二つの像の合致性が低下し、焦点検出精度が低下していた。また、偏光ハーフミラーあるいはハーフミラーで分離して二つの像を撮像するので大きなスペースを必要とし、各像を撮像するために個別の撮像素子を必要としていた。さらに、焦点検出のために瞳分割に直線偏光を用いる場合、そのままの状態で撮影を行うと撮影光量が低下してしまう。撮影時に偏光素子と偏光ハーフミラー、ハーフミラーを撮影光路外に退避する場合には、退避用のスペースと退避のためのタイムラグと退避機構が必要となっていた。

これに対し上述した一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出方式の撮像装置では、像の合致性が高く、高精度な焦点検出ができる。また、ハーフミラーなどの光分離部材が不要なためスペースを節約できるとともに、単一の撮像素子のみで焦点検出ができる。さらに、撮影時に特別な機構やスペースを必要とせずに、瞬時に通常の露光量での撮影ができる。

従来の偏光型瞳分割位相差検出方式では、瞳を二分して一方向の像ズレを検出する例が開示されているのみであって、異なる方向で同時に像ズレを検出するにはどのようにシステムを構築すべきかに関してはなんの示唆もなかった。また、従来の偏光型瞳分割位相差検出方式では、像ズレ量（光軸に対して垂直な面内でのズレ量）のデフォーカス量（光軸方向のズレ量）への変換については記載がない。さらに、従来の偏光型瞳分割位相差検出方式においては、分割される瞳と予定焦点面の間の距離がレンズ交換およびフォーカシングおよびズーミングによって変化するので、像ズレ量からデフォーカス量への変換関係は単純な線形変換とはならない。さらにまた、従来の偏光型瞳分割位相差検出方式においては、焦点調節状態によらず同じ偏光型瞳分割位相差検出方式で焦点検出を行っているので、デフォーカス量が大きい状況で焦点検出不能に陥る場合がある。なお、合焦近傍の精度を重視した焦点検出モードと、デフォーカス量が大きい状況で焦点検出不能に陥らない焦点検出モードとを切り替えることについての記載はない。

これに対し上述した一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出方式の撮像装置では、異なる方向において同時あるいは切換えて像ズレ検出ができる。また、レンズ交換あるいはフォーカシングおよびスーミングにより分割される瞳の位置が変化した場合でも、正確なデフォーカス量を算出できる。さらに、大デフォーカス時においても確実に焦点検出ができる。

図４１〜図５３に説明した実施形態においては、上記メリットに加えて、撮像時の画像品質が向上するというメリットがある。

以上説明した実施の形態あるいは変形例の特徴は以下のように纏めることができる。
（１）撮像装置は、撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの光を、重心と偏光特性が異なる対の光束に分割する瞳分割偏光光学部材（瞳分割偏光光学系）と、上記各光束を総合的に受光する第１画素と、上記各光束を選択的に受光する第２画素とが二次元状に配置された撮像素子とを備えるように構成することができる。
（２）（１）に記載の撮像装置において、上記第１画素の出力に基づいて画像情報を生成するとともに、上記第２画素の出力に基づいて上記撮像光学系の焦点調節状態に応じた焦点情報を生成するように構成することができる。
（３）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記瞳分割偏光光学系は上記撮影光学系の絞り開口近傍に配置され、この絞り開口を通過する被写体光を分割するように構成することができる。
（４）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記瞳分割偏光光学系は、上記対の光束のそれぞれを偏光方向が略直交する直線偏光に分割するように構成することができる。
（５）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記瞳分割偏光光学系は、右円偏光と左円偏光の対に分割するように構成することができる。
（６）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記瞳分割偏光光学系は、上記撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの光を、重心と偏光特性が異なる複数対の光束に分割するように構成することができる。
（７）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記第２画素の内の、上記瞳分割偏光光学系により分割された対の光束の重心を結ぶ方向に延在し、上記対の光束の内の一方を受光する複数の第３画素の出力で表される信号波形と、上記対の光束の内の他方を受光する複数の第４画素の出力で表される信号波形とのズレ量を演算し、このズレ量に基づいて上記撮影光学系のデフォーカス量を検出する焦点検出演算回路を備えるように構成することができる。
（８）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記瞳分割偏光光学系は撮影光学系の光路中に進退可能に配設されるように構成することができる。
（９）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記第２画素の内の、上記対の光束の一方を受光する第３画素と、上記対の光束の他方を受光する第４画素とが交互に直線状に配置されるように構成することができる。
（１０）（９）に記載の撮像装置において、上記第３画素は上記対の光束の内の所定の方向に直線偏光した第１光束を受光し、上記第４画素は上記対の光束の内の上記第１光束とは異なる方向に直線偏光した第２光束を受光するように構成することができる。
（１１）（１０）に記載の撮像装置において、上記第３画素および上記第４画素には、光電変換部が受光する光束の直線偏光方向を規制する直線偏光素子が一体的に備えられるように構成することができる。
（１２）（１１）に記載の撮像装置において、上記第３画素の直線偏光素子は、上記瞳分割偏光光学系により分割された対の光束の内の第１光束を上記第３画素の光電変換部が受光するように直線偏光方向を規制し、上記第４画素の直線偏光素子は、上記瞳分割偏光光学系により分割された対の光束の内の第２光束を上記第４画素の光電変換部が受光するように直線偏光方向を規制するように構成することができる。
（１３）（９）に記載の撮像装置において、上記第３画素は上記対の光束の内の右円偏光した第１光束を受光し、上記第４画素は上記対の光束の内の左円偏光した第２光束を受光するように構成することができる。
（１４）（１３）に記載の撮像装置において、上記第３画素および上記第４画素には、光電変換部が受光する光束の円偏光方向を規制する偏光素子が一体的に備えられるように構成することができる。
（１５）（１４）に記載の撮像装置において、上記偏光素子は、１／４波長板とその出射光を直線偏光に変調する直線偏光素子から構成されるように構成することができる。
（１６）（１４）に記載の撮像装置において、上記偏光素子は、右旋性のコレステリック液晶素子と左旋性のコレステリック液晶素子とから構成されるように構成することができる。
（１７）（１６）に記載の撮像装置において、上記コレステリック液晶素子の円偏光変調特性を制御する制御部を備えるように構成することができる。
（１８）（１１）または（１４）に記載の撮像装置において、上記偏光素子は周期構造体からなるように構成することができる。
（１９）（１８）に記載の撮像装置において、上記偏光素子は屈折率の異なる材料の多層膜周期構造体からなるように構成することができる。
（２０）（１９）に記載の撮像装置において、上記偏光素子は第２画素の平坦部上に一体的に形成されるように構成することができる。
（２１）（２０）に記載の撮像装置において、上記第２画素のインナーレンズ構造を有するように構成することができる。
（２２）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記撮像素子の各画素には、光電変換部が受光する光束の偏光特性を電気的に制御する第２偏光制御部が一体的に備えられるように構成することができる。
（２３）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記２次元状に配置された第１画素には所定の色フィルタ配列規則に基づいた色フィルタが配設されるとともに、上記第２画素には色フィルタが配設されないように構成することができる。
（２４）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記２次元状に配置された第１画素および第２画素には所定の色フィルタ配列規則に基づいた色フィルタが配設されるように構成することができる。
（２５）（２４）に記載の撮像装置において、上記第２画素の内、同色の色フィルタを備えた画素群に対して、上記対の光束の一方を受光する第３画素と、上記対の光束の他方を受光する第４画素とが交互に直線状に配置されるように構成することができる。
（２６）（１）または（２）に記載の撮像装置において、像素子は２次元状において順次近接する複数の画素を選択し、選択された画素の出力を加算して出力する加算回路とを備え、記第２画素は、上記対の光束の一方を受光する第３画素と、上記対の光束の他方を受光する第４画素とに分類されるとともに、上記加算回路の１回の加算動作において第１画素の出力のみ、または第３画素の出力のみ、または第３画素の出力のみが加算回路により加算されるように、第１画素および第３画素および第３画素の配置パターンと加算回路による画素の選択パターンとを一致させたように構成することができる。
（２７）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記第１画素および第２画素は、光電変換部を上記撮影光学系の絞り開口近傍に投影するマイクロレンズを備えるように構成することができる。
（２８）（１）または（２）に記載の撮像装置において、上記第２画素の出力に基づいて像ズレ量を演算し、上記像ズレ量と上記撮影光学系の射出瞳距離および射出瞳サイズに基づいて上記撮影光学系のデフォーカス量を検出する焦点検出手段を備えるように構成することができる。

一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す図 瞳分割偏光部材の構成を示す図 撮像素子の全体模式図（正面図） 撮像素子の部分拡大図（正面図） 偏光型瞳分割位相差検出方式による焦点検出を説明するための図 一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート 焦点検出Ｆ値を説明するための図 相関演算結果の信頼性を示す図 像ズレ量とデフォーカス量の関係を示す図 一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示す図 一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の変形例の構成を示す図 一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の他の変形例の構成を示す図 円偏光を用いた一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 図１４に示す一実施の形態の円偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の構成を示す図 図１４に示す一実施の形態の円偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の部分拡大図 図１４に示す一実施の形態の円偏光型瞳分割位相差検出に適用可能な撮像素子の変形例の構成を示す図 瞳分割偏光部材の変形例の構成を示す図 図１８に示す瞳分割偏光部材に適用可能な撮像素子の部分拡大図（正面図） 図１８に示す瞳分割偏光部材に適用可能な撮像素子の部分拡大図（正面図） 瞳を斜め方向に４分割する瞳分割偏光部材の変形例を示す図 図２１に示す瞳分割偏光部材に適用可能な撮像素子の部分拡大図（正面図） 瞳を水平方向に４分割した瞳分割偏光部材の他の変形例の構成を示す図 瞳を垂直方向および水平方向に４分割した瞳分割偏光部材の他の変形例の構成を示す図 図１に示す一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出に適用可能なカラー撮像素子の構成を示す図 カラーフィルタの分光透過特性を示す図 図２５に示す撮像素子の部分拡大図（正面図） 図１４に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示す図 円偏光を利用し撮影時の光量確保するようにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 図２９に示す一実施の形態を適用したジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート 図１に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示す図 図１に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示す図 旋光素子の詳細な構成を示す図 直線偏光を利用し撮影時の光量調整するようにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 図１に示す一実施の形態の瞳分割型位相差検出に適用可能な瞳分割偏光部材の変形例の構成を示す図 直線偏光を利用し、焦点検出時と撮影時の入射光束の直線偏光方向を選択するようにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 瞳分割偏光部材を反射タイプにした一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 図３８に示す一実施の形態の偏光型瞳分割位相差検出の変形例を示す図 変形例の撮像装置の構成を示す図 変形例の撮像装置の構成を示す図 変形例の焦点検出領域の配置を示す図 偏光型瞳分割位相差検出の概要構成を示す図 変形例の焦点検出領域のひとつの領域の近傍を拡大して画素単位で示す図 変形例の分光特性を示す図 図４３における偏光型瞳分割位相差検出を詳細に説明する図 図４３における偏光型瞳分割位相差検出を詳細に説明する図 図４１の実施形態のデジタルカメラの処理手順を表すフローチャート 図４６の焦点検出画素と撮像画素の構造の変形例を示す図 図４７の焦点検出画素と撮像画素の構造の変形例を示す図 変形例の色フィルタの構成を示す図 変形例の色フィルタの構成を示す図 変形例の色フィルタの構成を示す図

符号の説明

１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、５１２ａ、５１２ｂ、５１３ａ、５１３ｂ、６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃ、６１２ｄ、６１３ａ、６１３ｂ、６１３ｃ、６１３ｄ：光電変換部
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６、１７、１２０、１４０、５２２ａ、５２２ｂ、５２３ａ、５２３ｂ、６２２ａ、６２２ｂ、６２２ｃ、６２２ｄ、６２３ａ、６２３ｂ、６２３ｃ、６２３ｄ：偏光素子
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ,２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ：旋光素子
１９、３２１：透明電極
８８，８９：絞り開口
１１０：瞳分割偏光部材
１１５，１１６，１１７，１１８：重心
１１９：コイル
１３０，１５０，１７０，１８０，１９０，３００，３３０，３４０：旋光素子
１６０：円偏光素子
２１１、２１２：撮像素子
２１２，２１３：画素
５３０〜５３３、６３０〜６３３：マイクロレンズ

Claims (30)

1. 撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの光を、前記射出瞳面の第１の領域を通り第１偏光方向に偏光された第１偏光光束と、前記第１領域と異なる第２の領域を通り前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に偏光された第２偏光光束とに分割する瞳分割偏光手段と、
   前記第１偏光光束と前記第２偏光光束とを受光する複数の撮像画素と、前記第１偏光光束を受光する複数の第1の焦点検出画素と、前記第２偏光光束を受光する複数の第２の焦点検出画素とを有し、前記撮像画素と前記第１及び第２の焦点検出画素とが二次元状に配置されると共に、前記第1及び第２の焦点検出画素の各々が一方向に配列された撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記撮像画素の出力に基づいて画像情報を生成するとともに、前記第１及び第２の焦点検出画素の出力に基づいて前記撮像光学系の焦点調節状態に応じた焦点情報を生成することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記瞳分割偏光手段は前記撮影光学系の絞り開口近傍に配置され、前記絞り開口を通過する被写体光を分割することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記第１及び第２偏光光束はそれぞれ直線偏光であり、
   前記第１偏光方向と前記第２偏光方向とは互いに略直交することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記第１及び第２偏光光束はそれぞれ右円偏光と左円偏光であることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記瞳分割偏光手段は、前記撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの光を、前記第１及び第２偏光光束に加えて、前記射出瞳面の第３の領域を通り第３偏光方向に偏光された第３偏光光束と、前記第３領域と異なる第４の領域を通り前記第３偏光方向と異なる第４偏光方向に偏光された第４偏光光束とに分割することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記第１の焦点検出画素の出力で表される信号波形と、前記第２の焦点検出画素の出力で表される信号波形とのずれ量を演算し、このズレ量に基づいて前記撮影光学系のデフォーカス量を検出する焦点検出手を更に備え、
   前記第１及び第２の焦点検出画素は、前記瞳分割偏光手段により分割された前記第１及び第２偏光光束の重心を結ぶ方向に延在することを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記瞳分割偏光手段は撮影光学系の光路中に進退可能に配設されることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記第１及び第２の焦点検出画素が交互に直線状に配置されることを特徴とする撮像装置。
10. 請求項９に記載の撮像装置において、
    前記第１の焦点検出画素は前記第１偏光方向に直線偏光した第１偏光光束を受光し、前記第２の焦点検出画素は前記第２偏光方向に直線偏光した第２偏光光束を受光することを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１０に記載の撮像装置において、
    前記第１及び第２の焦点検出画素には、光電変換部が受光する光束の直線偏光方向を規制する直線偏光素子が一体的に備えられることを特徴とする撮像装置。
12. 請求項１１に記載の撮像装置において、
    前記第１の焦点検出画素の直線偏光素子は、前記第１偏光光束を前記第１の焦点検出画素の光電変換部が受光するように直線偏光方向を規制し、
    前記第２の焦点検出画素の直線偏光素子は、前記第２偏光光束を前記第２の焦点検出画素の光電変換部が受光するように直線偏光方向を規制することを特徴とする撮像装置。
13. 請求項９に記載の撮像装置において、
    前記第１の焦点検出画素は右円偏光した第１偏光光束を受光し、前記第２の焦点検出画素は左円偏光した第２偏光光束を受光することを特徴とする撮像装置。
14. 請求項１３に記載の撮像装置において、
    前記第１の焦点検出画素および前記第２の焦点検出画素には、光電変換部が受光する光束の円偏光方向を規制する偏光素子が一体的に備えられることを特徴とする撮像装置。
15. 請求項１４に記載の撮像装置において、
    前記偏光素子は、１／４波長板とその出射光を直線偏光に変調する直線偏光素子から構成されることを特徴とする撮像装置。
16. 請求項１４に記載の撮像装置において、
    前記偏光素子は、右旋性のコレステリック液晶素子と左旋性のコレステリック液晶素子とから構成されることを特徴とする撮像装置。
17. 請求項１６に記載の撮像装置において、
    前記コレステリック液晶素子の円偏光変調特性を制御する制御部を備えることを特徴とする撮像装置。
18. 請求項１１または請求項１４に記載の撮像装置において、
    前記偏光素子は周期構造体からなることを特徴とする撮像装置。
19. 請求項１８に記載の撮像装置において、
    前記偏光素子は屈折率の異なる材料の多層膜周期構造体からなることを特徴とする撮像装置。
20. 請求項１９に記載の撮像装置において、
    前記偏光素子は前記第１及び第２の焦点検出画素の平坦部上に一体的に形成されることを特徴とする撮像装置。
21. 請求項２０に記載の撮像装置において、
    前記第１及び第２の焦点検出画素はインナーレンズ構造を有することを特徴とする撮像装置。
22. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    前記撮像素子の前記第１及び第２の焦点検出画素には、光電変換部が受光する前記第１及び第２偏光光束の偏光特性を電気的に制御する第２偏光制御部が一体的に備えられることを特徴とする撮像装置。
23. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    前記撮像画素には所定の色フィルタ配列規則に基づいた色フィルタが配設されるとともに、前記第１及び第２の焦点検出画素には色フィルタが配設されないことを特徴とする撮像装置。
24. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    前記撮像画素および前記第１及び第２の焦点検出画素には所定の色フィルタ配列規則に基づいた色フィルタが配設されることを特徴とする撮像装置。
25. 請求項２４に記載の撮像装置において、
    同色の色フィルタを備えた第１及び第２の焦点検出画素が交互に直線状に配置されることを特徴とする撮像装置。
26. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    撮像素子は２次元状において順次近接する複数の画素を選択し、選択された画素の出力を加算して出力する加算手段を備え、
    前記加算手段の１回の加算動作において前記撮像画素の出力のみ、または第１の焦点検出画素の出力のみ、または第２の焦点検出画素のみが加算手段により加算されるように、撮像画素および第１の焦点検出画素および第２の焦点検出画素の配置パターンと加算手段による画素の選択パターンとを一致させたことを特徴とする撮像装置。
27. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    前記撮像画素および前記第１及び第２の焦点検出画素は、光電変換部を前記撮影光学系の絞り開口近傍に投影するマイクロレンズを備えることを特徴とする撮像装置。
28. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    前記第１及び第２の焦点検出画素の出力に基づいて像ズレ量を演算し、前記像ズレ量と前記撮影光学系の射出瞳距離および射出瞳サイズに基づいて前記撮影光学系のデフォーカス量を検出する焦点検出手段を備えることを特徴とする撮像装置。
29. 撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの偏光特性のない光を、前記射出瞳面の第１の領域を通り第１偏光方向に偏光された第１偏光光束と、前記第１領域と異なる第２の領域を通り前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に偏光された第２偏光光束とに分割する瞳分割偏光手段と、
    前記第１偏光光束と前記第２偏光光束とを受光して撮像用の信号を発生する撮像画素と、前記第１偏光光束のみを受光して焦点検出用の第１信号を発生する第１焦点検出画素と前記第２偏光光束のみを受光して焦点検出用の第２信号を発生する第２焦点検出画素とを備える撮像素子とを備え、
    前記撮像素子は前記光学系の予定焦点面に配置されるとともに、前記第１信号と前記第２信号は、該信号間の位相差に基づく前記撮影光学系の前記予定焦点面における焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする撮像装置。
30. 撮影光学系の射出瞳を通過する被写体からの偏光特性のない光を、前記射出瞳面の第１の領域を通り第１偏光方向に偏光された第１偏光光束と、前記第１領域と異なる第２の領域を通り前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に偏光された第２偏光光束とに分割する瞳分割偏光手段と、
    前記第１偏光光束と前記第２偏光光束とを受光して撮像用の信号を発生する撮像画素と、前記第１偏光光束のみを受光して焦点検出用の第１信号を発生する第１焦点検出画素と前記第２偏光光束のみを受光して焦点検出用の第２信号を発生する第２焦点検出画素とを備える撮像素子とを備え、
    前記瞳分割偏光手段は前記撮影光学系の絞り開口近傍に配置され、前記絞り開口を通過する被写体光を分割し、
    前記撮像画素の撮像用の信号は、画像情報の生成に用いられると共に、前記第１信号と前記第２信号は、該信号間の位相差に基づく前記撮影光学系の前記予定焦点面における焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする撮像装置。
    

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