JP5929307B2

JP5929307B2 - 撮像装置およびデジタルカメラ

Info

Publication number: JP5929307B2
Application number: JP2012041431A
Authority: JP
Inventors: 寛信村田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2013178341A

Description

本発明は、焦点検出用画素を有する撮像素子を備える撮像装置、およびその撮像素子を備えるデジタルカメラに関する。

撮像光学系からの光束をハーフミラーで２つに分割し、一方の光束を撮像兼焦点検出手段に導き、他方の光束を焦点検出手段に導き、この撮像兼焦点検出手段の焦点検出結果と焦点検出手段の焦点検出結果とに基づいて、撮影光学系の焦点調節を行う撮像装置が知られている。この撮像兼焦点検出手段は、二次元的に配置された多数の撮像用画素中に複数の焦点検出用画素を配置した撮像素子から構成され、この焦点検出用画素が配置された位置における画像信号は、周囲の撮像用画素の画像信号に基づき補間される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２３３０３２号公報

しかしながら、上述した従来の撮像装置にあっては、撮像兼焦点検出手段が撮影視野内の広範囲に焦点検出エリアを設定するためには、より多くの撮像用画素の代わりに焦点検出用画素に配置する、即ち、より多くの撮像用画素を焦点検出用画素に置換する必要があり、置換した分は補間を行って撮像画像の劣化を回復する必要が避けられない。

（１）請求項１の発明に係る撮像装置は、撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、前記第１の画素列の前記第１及び第２の画素の配列は、前記第２の画素列の第１及び第２の画素の配列に対して一画素分ずれている。
（２）請求項２の発明に係る撮像装置は、撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、前記第１の画素列と前記第２の画素列とは、前記第１の画素列の前記第１の画素と前記第２の画素列の前記第２の画素とが前記第１の方向に垂直な方向に並んでいる。
（３）請求項４の発明に係る撮像装置は、撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、前記第１及び第２の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、前記第１の画素列の前記第１及び第２の画素の配列は、前記第２の画素列の第１及び第２の画素の配列に対して一画素分ずれており、前記第３の撮像素子は、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に垂直な方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記垂直な方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有る。
（４）請求項５の発明に係る撮像装置は、撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、前記第１及び第２の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、前記第１の画素列と前記第２の画素列とは、前記第１の画素列の前記第１の画素と前記第２の画素列の前記第２の画素とが前記第１の方向に垂直な方向に並んでおり、前記第３の撮像素子は、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に垂直な方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記垂直な方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有る。

本発明の撮像装置は、第１の撮像素子、第２の撮像素子、第３の撮像素子の画素構成がいずれも、撮像用画素と焦点検出用画素とを兼用しているので、補間の必要が全くない。
本発明のデジタルカメラによれば、補間の必要が全くないので、補間に伴う撮像画像の劣化をもたらすことがない。

本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。第１の撮像素子１１の構造を模式的に示す図であり、図２（ａ）は、撮像素子１１の平面構造を示す部分平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った部分断面図である。第１の撮像素子１１における第１の画素１１１及び第２の画素１１２の２次元配列を模式的に示す部分平面図である。第１の実施の形態の変形例であり、図４（ａ）は第１の撮像素子１１の部分平面図、図４（ｂ）は第２の撮像素子１２の部分平面図、図４（ｃ）は第３の撮像素子１３の部分平面図である。第１の実施の形態の変形例であり、第１及び第２の撮像素子１１、１２の画素を互いに１／２ピッチずらして配設した状態を模式的に示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。

本発明の実施の形態による撮像装置及びデジタルカメラについて、図１〜６を参照しながら説明する。
−第１の実施の形態−
図１に示されるように、デジタルカメラ１は、撮影レンズ１０、第１の撮像素子１１、第２の撮像素子１２、第３の撮像素子１３、第１のプリズム２１、第２のプリズム２２、第３のプリズム２３、画像データ生成部２４、画像処理部２５、ディスプレイ２６、フォーカスエリア選択部２７、第１の焦点検出信号生成部３１、第２の焦点検出信号生成部３２、第３の焦点検出信号生成部３３、焦点検出部３４、焦点調節部３５、レンズ駆動モータ３６、及びバッファメモリ４０を備える。
撮像装置２０は、第１〜第３の撮像素子１１〜１３、画像データ生成部２４、第１〜第３の焦点検出信号生成部３１〜３３を有する。

撮影レンズ１０は、図示しないフォーカシングレンズ、ズーミングレンズ、絞りなどを備える。図１では簡単のため、撮影レンズ１０は１枚のレンズで示されている。
第１〜第３の撮像素子１１〜１３はいずれも、ＣＣＤイメージセンサーやＣＭＯＳイメージセンサーなどから構成され、画素構成が同一であり、同一の画素が規則的に２次元配列されている。

図１に示されるように、第１〜第３のプリズム２１〜２３は、いわゆる３色分解プリズムであり、第１のプリズム２１と第３のプリズム２３との接触面２３ａ、及び第２のプリズム２２と第３のプリズム２３との接触面２２ａには、それぞれダイクロイック膜が形成されている。

撮影レンズ１０を通過した被写体光Ｌは、ダイクロイック膜面２３ａと２２ａとによって、赤色、緑色、青色の３色の光束に分割され、第１の撮像素子１１には赤色光束Ｌ１による被写体像が形成され、第２の撮像素子１２には緑色光束Ｌ２による被写体像が形成され、第３の撮像素子１３には青色光束Ｌ３による被写体像が形成される。
こうして、第１、第２、第３の撮像素子１１，１２，１３は、それぞれ赤色被写体像に関する画像信号Ｒ、緑色被写体像に関する画像信号Ｇ、青色被写体像に関する画像信号Ｂを出力する。これらの画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂはバッファメモリ４０に一時的に記憶される。

画像データ生成部２４は、赤色光束Ｌ１に関する第１の撮像素子１１からの画像信号Ｒと、緑色光束Ｌ２に関する第２の撮像素子１２からの画像信号Ｇと、青色光束Ｌ３に関する第３の撮像素子１３からの画像信号Ｂとに基づき、赤色、緑色及び青色の３つの被写体画像データを生成する。

画像処理部２５は、例えば、ＡＳＩＣとして構成され、画像データ生成部２４で生成された画像データに所定の画像処理を施す。その画像処理には、例えば、輪郭強調、ガンマ補正処理、色温度調整（ホワイトバランス調整）処理、画像信号に対するフォーマット変換処理が含まれる。また、画像処理部２５は、画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂの各々に基づく被写体画像データを合成して１つの被写体画像データを生成する。この画像データは、バッファメモリ４０に一時的に記憶され、また、不図示の記録媒体に記録される。
ディスプレイ２６は、バッファメモリ４０から読み出した被写体画像データに基づくスルー画像を表示したり、記録媒体から読み出した被写体画像データに基づく再生画像を表示する。

フォーカスエリア選択部２７は、撮影画面の任意の領域、即ち撮像素子１１、１２、１３の撮像面の任意の領域を、焦点検出領域、即ちフォーカスエリアとして選択することができる。撮影者は、このフォーカスエリア選択部２７を操作して、一以上のフォーカスエリアを選択し、焦点検出部３４は、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアにおける被写体像に対して焦点検出を行う。具体的には、フォーカスエリア選択部２７がフォーカスエリアを選択すると、その選択されたフォーカスエリアに対応する第１、第２及び第３の撮像素子１１、１２、１３の対応領域に関する被写体像について、焦点検出が行われる。
なお、フォーカスエリア選択部２７が選択したフォーカスエリアは、ディスプレイ２６に表示されるスルー画像に重畳されて表示される。また、この選択されたフォーカスエリアは、ディスプレイ２６への表示に加えて、デジタルカメラ１の不図示のファインダに被写体像に重畳して表示される。このフォーカスエリアは、撮影画面において、水平方向、即ち横方向に伸びた矩形形状である。

第１の焦点検出信号生成部３１は、第１の撮像素子１１からの赤色画像信号Ｒを入力し、後に詳述する瞳分割方式の位相差検出用の一対の赤色焦点検出信号列を生成する。
同様に、第２の焦点検出信号生成部３２は第２の撮像素子１２からの緑色画像信号Ｇを入力し、後に詳述する位相差検出用の一対の緑色焦点検出信号列を生成し、第３の焦点検出信号生成部３３は第３の撮像素子１３からの青色画像信号Ｂを入力し、後に詳述する位相差検出用の一対の青色焦点検出信号列を生成する。
なお、第1、第２、第３の焦点検出信号生成部３１、３２、３３がそれぞれ生成する一対の赤色焦点検出信号列、一対の緑色焦点検出信号列、一対の青色焦点検出信号列は、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアにおける被写体像に関する焦点検出信号列である。これらの一対の赤色焦点検出信号列と一対の緑色焦点検出信号列と一対の青色焦点検出信号列は、バッファメモリ４０に一時的に記憶される。

焦点検出部３４は、焦点検出信号生成部３１からの一対の赤色焦点検出信号列の位相差を算出して、この位相差に基づき、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアにおける被写体像のデフォーカス量Ｄｒを算出する。同様に、焦点検出部３４は、焦点検出信号生成部３２からの一対の緑色焦点検出信号列の位相差を算出して、この位相差に基づき、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアにおける被写体像のデフォーカス量Ｄｇを算出し、また、焦点検出信号生成部３３からの一対の青色焦点検出信号列の位相差を算出して、この位相差に基づき、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアにおける被写体像のデフォーカス量Ｄｂを算出する。

焦点調節部３５は、焦点検出部３４によって算出された赤色光束Ｌ１に関するデフォーカス量Ｄｒと緑色光束Ｌ２に関するデフォーカス量Ｄｇと青色光束Ｌ３に関するデフォーカス量Ｄｂとに基づいてレンズ駆動モータ３６を駆動し、撮影レンズ１０の焦点調節を行う。

具体的には、焦点調節部３５は、３つのデフォーカス量Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂの平均値に基づき焦点調節を行っても良いし、３つのデフォーカス量Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂのうちの最も小さい値のデフォーカス量に基づき焦点調節を行っても良い。
更には、焦点調節部３５は、赤色光束Ｌ１、緑色光束Ｌ２、青色光束Ｌ３のうちの最も強度が大きい光束に関するデフォーカス量に基づき焦点調節を行ってもよい。なお、この最も強度が大きい光束に関するデフォーカス量を使用する理由は、最も強度が大きい光束に対応する一対の焦点検出信号列は、信号レベルが相対的に大きいのでノイズの影響が少なく、高い焦点検出精度を得ることができるからである。

以上から分かるように、赤色光束Ｌ１に関する第１の撮像素子１１からの赤色画像信号Ｒは、被写体画像データの生成に用いられると共に、一対の赤色焦点検出信号列の生成に用いられる。同様に、緑色光束Ｌ２に関する第２の撮像素子１２からの緑色画像信号Ｇは、被写体画像データの生成に用いられると共に、一対の緑色焦点検出信号列の生成にも用いられる。青色光束Ｌ３に関する第３の撮像素子１３からの青色画像信号Ｂは、被写体画像データの生成に用いられると共に、一対の青色焦点検出信号列の生成にも用いられる。

次に、３つの撮像素子１１〜１３の構造を詳細に説明する。これらの撮像素子１１〜１３は、全く同一構造であるので、撮像素子１１の構造で代表して説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ撮像素子１１の平面構造と断面構造とを示すもので、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
図２において、撮像素子１１は、その露出表面に設けられた多数のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２を有し、このマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２は、図２（ａ）に示すように、平面形状が円形であるが、これに限ることなく、正方形、長方形、六角形などとすることもできる。

図２（ｂ）に示すように、撮像素子１１は、マイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２の下に順次、平坦層１１３と、透明フィルター１１４と、配線層１１５、１１６と、矩形の開口Ｗ１１、Ｗ１２が形成された遮光層１１７と、フォトダイオード１１８とが、それぞれ積層配置されている。隣接するフォトダイオード１１８、１１８は、分離層１１９によって電気的に絶縁されている。透明フィルター１１４は、可視光の全ての波長領域の光を透過する特性を有するものであるが、本例では必ずしも必要ではなく、これを除去してもよい。特に、この透明フィルター１１４を除去した場合には、マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２からフォトダイオード１１８までの光路長を短くすることができるので、焦点検出性能を向上することができる。

図２（ａ）に示すように、横方向に隣接する二つのマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２に関して、右側のマイクロレンズＭＬ１に対応する遮光層１１７の開口Ｗ１１は、マイクロレンズＭＬ１のほぼ右側半分をカバーするように、その大きさと位置とが定められ、他方、左側のマイクロレンズＭＬ２に対応する遮光層１１７の開口Ｗ１２は、マイクロレンズＭＬ２のほぼ左側半分をカバーするように、その大きさと位置とが定められている。
なお、開口Ｗ１１と開口Ｗ１２とは、互いに同一の形状かつ同一の大きさである。

マイクロレンズＭＬ１を透過した赤色光束Ｌ１は、その一部が遮光層１１７によって遮光され、残りが右側開口Ｗ１１を通過してフォトダイオード１１８に入射する。同様に、マイクロレンズＭＬ２を透過した赤色光束Ｌ１は、その一部が遮光層１１７によって遮光され、残りが左側開口Ｗ１２を通過してフォトダイオード１１８に入射する。
このように、撮像素子１１は、マイクロレンズＭＬ１と右側の開口Ｗ１１とフォトダイオード１１８などから構成される第１の画素１１１と、マイクロレンズＭＬ２と左側の開口Ｗ１２とフォトダイオード１１８などから構成される第２の画素１１２とを有し、これらの隣接する一対の第１及び第２の画素１１１、１１２が横方向に繰り返し配列されている。これらの第１の画素１１１と第２の画素１１２は、図１の撮影レンズ１０の射出瞳内の一対の領域をそれぞれ透過した光束を受光して光電信号を出力する。

図３は、撮像素子１１の第１の画素１１１及び第２の画素１１２の２次元配列を示したものである。残りの撮像素子１２、１３の第１及び第２の画素の２次元配列も、撮像素子１１と同一である。
図３において、横方向に配列された画素列２００は、横方向に隣接する第１の画素１１１と第２の画素１１２とが横方向に繰り返し配列されている。この画素列２００に上下方向に隣接する画素列２０１も、横方向に隣接する第１の画素１１１と第２の画素１１２とが横方向に繰り返し配列されているが、この画素列２０１の第１の画素１１１と第２の画素１１２の配列は、画素列２００の第１の画素１１１と第２の画素１１２の配列に対して、一画素分ずれている。このような画素列２００と画素列２０１とは、上下方向に互いに一つ置きに配置されている。

画素列２００，２０１の各々において、右側開口Ｗ１１に対応する複数の画素１１１の出力信号列が位相差検出用の一方の赤色焦点検出信号列に該当し、左側開口Ｗ１２に対応する複数の画素１１２の出力信号列が位相差検出用の他方の赤色焦点検出信号列に該当する。この一対の赤色焦点検出信号列の位相差を算出することによって、画素列２００、２０１に結像された被写体像に関するデフォーカス量を求めることができる。
撮像素子１２、１３についても、撮像素子１１の画素列と全く同様に配置され、全く同様にデフォーカス量を求めることができる。

上述のように、第１の焦点検出信号生成部３１は、第１の撮像素子１１からの赤色画像信号Ｒを入力し、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアに対応する一対の赤色焦点検出信号列を生成する。
同様に、第２の焦点検出信号生成部３２は、第２の撮像素子１２からの緑色画像信号Ｇを入力し、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアに対応する一対の緑色の焦点検出信号列を生成し、また第３の焦点検出信号生成部３３は、第３の撮像素子１３からの青色画像信号Ｂを入力し、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアに対応する一対の青色焦点検出信号列を生成する。

＜動作＞
上記のように構成されたデジタルカメラ１の撮影動作の一例を説明する。
カメラの電源が投入されると、図１に示される第１〜第３の撮像素子１１〜１３が起動する。撮影レンズ１０を通過した被写体光Ｌは、第１〜第３のプリズム２１〜２３によって赤色光束Ｌ１と緑色光束Ｌ２と青色光束Ｌ３とに分割され、赤色光束Ｌ１は第１の撮像素子１１に入射し、緑色光束Ｌ２は第２の撮像素子１２に入射し、青色光束Ｌ３は第３の撮像素子１３に入射する。従って、第１の撮像素子１１には赤色光束Ｌ１による被写体像が形成され、第２の撮像素子１２には緑色光束Ｌ２による被写体像が形成され、第３の撮像素子１３には青色光束Ｌ３による被写体像が形成される。

図示なきシャッタレリーズボタンが半押し操作されると、第１〜第３の撮像素子１１〜１３からの画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂは、画像データ生成部２４へ送出され、画像データ生成部２４によって各光束に基づく３つの被写体画像データが生成され、画像処理部２５は、これらの３つの被写体画像データに種々の画像処理を施して一つの被写体画像データを生成する。この被写体画像データは、スルー画像としてディスプレイ２６に表示される。

他方、第１〜第３の撮像素子１１〜１３からの画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、第１〜第３の焦点検出信号生成部３１〜３３へも送出される。第１、第２、第３の焦点検出信号生成部３１、３２、３３は、それぞれ画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂから一対の赤色焦点検出信号列、一対の緑色焦点検出信号列、及び一対の青色焦点検出信号列を生成する。これらの一対の焦点検出信号列は、フォーカスエリア選択部２７によって選択されたフォーカスエリアに対応するものである。これらの一対の焦点検出信号列は、バッファメモリ４０に記憶される。

焦点検出部３４は、バッファメモリ４０に記憶された３つの対の焦点検出信号列を読み出し、各対の焦点検出信号列の位相差を算出し、これらの位相差に基づき、３つの撮像素子１１〜１３に関するデフォーカス量Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂを算出する。

そして、焦点調節部３５は、デフォーカス量Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂに基づいてレンズ駆動モータ３６を駆動し、レンズ駆動モータ３６は、撮影レンズ１０のフォーカシングレンズをその光軸方向に駆動することにより焦点調節を行う。
なお、焦点調節部３５は、前述のように、３つのデフォーカス量Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂの平均値に基づき焦点調節を行ってもよいし、３つのデフォーカス量Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂのうちの最も小さい値のデフォーカス量に基づき焦点調節を行ってもよいし、更には、赤色光束Ｌ１、緑色光束Ｌ２、青色光束Ｌ３のうちの最も強度が大きい光束に関するデフォーカス量に基づき焦点調節を行ってもよい。

シャッタレリーズボタンが押下されて撮影が行われると、第１〜第３の撮像素子１１〜１３からの画像信号Ｒ、Ｇ，Ｂは、画像データ生成部２４へ送出され、画像データ生成部２４によって３色のＲ、Ｇ、Ｂに関する被写体画像データがそれぞれ生成され、これらの被写体画像データは、バッファメモリ４０に一時的に記憶される。

画像処理部２５は、バッファメモリ４０に記憶された３色の被写体画像データを読み出し、第１〜第３の撮像素子１１〜１３において位置的に対応する画素ごとに光強度の加算処理を行い、その画素位置の最終的な色合いを決定し、画像合成して一つの被写体画像データを作成する。
また、画像処理部２５は、合成された被写体画像データに対して上述した所定の処理、例えば輪郭強調や色温度調整を適宜施す。被写体画像データは、不図示の不揮発性の記録媒体、例えばメモリーカードに記録される。ディスプレイ２６は、記録媒体から読み出した被写体画像データに基づく再生画像を表示する。

本実施の形態による撮像装置２０、デジタルカメラによれば、以下の作用効果を奏する。
（１）第１〜第３の撮像素子１１〜１３のいずれにおいても、個々の画素からの電気信号を画像信号及び焦点検出信号として用いるので、撮影画面の任意の領域についてフォーカスエリアを設定することができる。
（２）撮像用画素配列の中に専用の焦点検出用画素を配置した撮像素子にあっては、その専用焦点検出画素位置における撮像信号を補間によって算出するため、撮影画像の劣化を招来する虞があるが、本発明の実施の形態の撮像素子１１〜１３は、各画素からの信号を画像信号及び焦点検出信号として用いるので、上述の補間処理を必要とせず、従って撮影画像の劣化を招来しない。
（３）第１〜第３の撮像素子１１〜１３は、構造上は全く同じ素子を使用することができるので、相互の出力バランス調整の調整幅を狭くすることができると共に、製造コストの低減を図ることができる。
（４）第１〜第３の撮像素子１１〜１３は、構造上は全く同じ素子であるため、製造工程、品質管理を共通化でき、製造コストの大幅な低減が可能となる。

次に、第１の実施の形態の第１の変形例を説明する。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第１、第２、第３の撮像素子１１、１２、１３の画素配列を示したものである。
図４（ａ）、（ｂ）に示した第１及び第２の撮像素子１１、１２は、隣接する一対の画素１１１、１１２が横方向に繰り返し配列されており、図３に示した第１の撮像素子の画素配列と同一である。
他方、図４（ｃ）に示した第３の撮像素子１３の画素配列は、隣接する一対の画素１１１、１１２が縦方向、即ち上下方向に繰り返し配列されている。従って、この第３の撮像素子１３からの一対の焦点検出信号列は、上下方向に配列された画素列からの信号列となる。
従って、図１に示される第３の焦点検出信号生成部３３は、第３の撮像素子１３からの画像信号Ｂから、図４（ｃ）に示された上下方向に配列された画素に対応する一対の焦点検出信号列を抽出、即ち生成する。

以上のように、第１及び第２の撮像素子１１、１２は、横方向に伸びた横方向フォーカスエリアに対して焦点検出が可能であり、第３の撮像素子１３は、縦方向、即ち上下方向に伸びた縦方向フォーカスエリアに対して焦点検出が可能である。
従って、この変形例にあっては、横方向フォーカスエリアと縦方向フォーカスエリアとが、ディスプレイ２６及び不図示のファインダに、被写体像に重畳して表示される。

図１のフォーカスエリア選択部２７が横方向フォーカスエリアを選択した場合には、焦点検出信号生成部３１、３２は、第１及び第２の撮像素子１１、１２からの画像信号Ｒ、Ｇに基づき、その選択されたフォーカスエリアに対応した一対の焦点検出信号列をそれぞれ生成し、焦点検出部３４がそれらの一対の焦点検出信号列に基づき位相差を算出し、この位相差に基づきデフォーカス量を算出する。
他方、図１のフォーカスエリア選択部２７が縦方向フォーカスエリアを選択した場合には、焦点検出信号生成部３３は、第３の撮像素子１３からの画像信号Ｂに基づき、その選択されたフォーカスエリアに対応した一対の焦点検出信号列をそれぞれ生成し、焦点検出部３４がその一対の焦点検出信号列に基づき位相差を算出し、この位相差に基づきデフォーカス量を算出する。

次に、第１の実施の形態の第２の変形例を説明する。
図５は、撮影レンズ１０の光軸５０に対する第１の撮像素子１１及び第２の撮像素子１２の位置関係を示したものである。
第１の撮像素子１１と第２の撮像素子１２とは、図において上下方向（Ｘ方向）及び紙面に垂直な方向（Ｙ方向）にそれぞれ、半画素分、即ち（１／２）×画素ピッチだけ相対的にずれている。なお、第３の撮像素子１３は、図５に示していないが、第１の撮像素子１１と同一の位置関係である。
従って、第２の撮像素子１２は、第１及び第３の撮像素子１１、１３に対して、画素ピッチに関して半画素分だけＸ方向及びＹ方向にずれている。

このように、第２の撮像素子１２を第１及び第３の撮像素子１１、１３に対して１／２ピッチだけＸ方向及びＹ方向に画素をずらすことにより、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ２倍の画素数をもつことと等価となり、画像の解像度及び焦点検出精度を向上させることができる。
特に、構造上全く同じ第１〜第３の撮像素子１１〜１３を用いる本実施の形態では、１／２ピッチの画素ずらしを採用するメリットが大きい。

−第２の実施の形態−
図６の第２の実施の形態のデジタルカメラ２は、基本的には、図１の第１の実施の形態のデジタルカメラ１と同様であるが、カラーセンサ４１と選択部４２が付加されている点が異なる。従って、図１に示す構成要素と同じものには同一符号を付し、説明を省略する。

デジタルカメラ２は、カラーセンサ４１は、入射光の色を感知するセンサであり、被写体からの入射光を測光してその色温度を測定する。こうして測定された測色データはバッファメモリ４０に一時的に記憶される。
選択部４２は、バッファメモリ４０に記憶された測色データを読み出し、その測色データが被写体光の色温度が赤色、緑色、青色の何れに最も近いものを判定する。選択部４２は、その判定結果に基づき、第１〜第３の焦点検出信号生成部３１，３２，３３のいずれかの一対の焦点検出信号列を選択する。

例えば、選択部４２は、被写体の色温度が赤色であると判定した場合は、第１焦点検出信号生成部３１からの一対の焦点検出信号列を、被写体の色温度が緑色であると判定した場合は、第２焦点検出信号生成部３２からの一対の焦点検出信号列を、被写体の色温度が青色であると判定した場合は、第３焦点検出信号生成部３３からの一対の焦点検出信号列を、それぞれ選択する。

焦点検出部３４は、この選択された一対の焦点検出信号列に基づいて焦点検出演算を行い、デフォーカス量を算出する。焦点調節部３５は、このデフォーカス量に基づいてレンズ駆動モータ３６を駆動し、撮影レンズ１０のフォーカシングレンズをその光軸方向に移動して焦点調節を行う。

本実施の形態による撮像装置２０、デジタルカメラ２によれば、第１の実施の形態の撮像装置２０、デジタルカメラ１と同様の作用効果を奏する。更に、カラーセンサ４１と選択部４２を設けているので、最も被写体の色に近い光束を受光する撮像素子からの電気信号に基づく焦点検出信号を選択することができる。これは、強度の高い色光束を用いることで、高感度の焦点検出素子を用いることと同じ効果が得られる。

上述の実施の形態は、本発明をデジタルカメラに適用したものであったが、ビデオカメラに適用することもできる。
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。

１、２：デジタルカメラ１０：撮影レンズ
１１：第１の撮像素子１２：第２の撮像素子
１３：第３の撮像素子２０：撮像装置
２１：第１のプリズム２２：第２のプリズム
２３：第３のプリズム２４：画像データ生成部
２５：画像処理部３１：第１の焦点検出信号生成部
３２：第２の焦点検出信号生成部３３：第３の焦点検出信号生成部
３４：焦点検出部３５：焦点調節部
４０：バッファメモリ４１：カラーセンサ
４２：選択部

Claims

撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、
前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、
前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、
前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、
前記第１の画素列の前記第１及び第２の画素の配列は、前記第２の画素列の第１及び第２の画素の配列に対して一画素分ずれている撮像装置。
撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、
前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、
前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、
前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、
前記第１の画素列と前記第２の画素列とは、前記第１の画素列の前記第１の画素と前記第２の画素列の前記第２の画素とが前記第１の方向に垂直な方向に並んでいる撮像装置。
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素列が第１の方向に垂直な方向に交互に配置されている撮像装置。
撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、
前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、
前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、
前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、
前記第１及び第２の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、
前記第１の画素列の前記第１及び第２の画素の配列は、前記第２の画素列の第１及び第２の画素の配列に対して一画素分ずれており、
前記第３の撮像素子は、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に垂直な方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記垂直な方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有る撮像装置。
撮影光学系を通過した後に３色の色光束に分解された光束のうちの第１の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第１の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第２の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第２の撮像素子と、
前記３色の色光束に分解された光束のうちの第３の色光束であって、前記撮影光学系の射出瞳の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する第１及び第２の画素を有する第３の撮像素子と、
前記第１、第２、及び第３の撮像素子の各々の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づき、画像データを生成する画像データ生成部と、
前記第１の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１の焦点検出部と、
前記第２の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第２の焦点検出部と、
前記第３の撮像素子の前記第１及び第２の画素からの画素信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第３の焦点検出部と、を備え、
前記第１及び第２の撮像素子の各々は、前記第１及び第２の画素が第１の方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有し、
前記第１の画素列と前記第２の画素列とは、前記第１の画素列の前記第１の画素と前記第２の画素列の前記第２の画素とが前記第１の方向に垂直な方向に並んでおり、
前記第３の撮像素子は、前記第１及び第２の画素が前記第１の方向に垂直な方向に交互に配列された第１の画素列と、前記第１及び第２の画素が前記垂直な方向に交互に配列され、前記第１の画素列に並置された第２の画素列とを有る撮像装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第１、第２及び第３の焦点検出部は、前記撮影光学系の焦点調節状態として、第１、第２及び第３のデフォーカス量を検出し、
前記第１、第２及び第３のデフォーカス量の平均値、又は前記第１、第２及び第３のデフォーカス量のうちの最も小さいデフォーカス量に基づき、前記撮影光学系の焦点調節動作を行う焦点調節部とを更に備える撮像装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
被写体の色を感知する色感知部と、
前記色感知部が感知した色に応じて、前記第１の撮像素子の前記画素信号、前記第２の撮像素子の前記画素信号、及び前記第３の撮像素子の前記画素信号のいずれかを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された前記画素信号に基づき前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する、前記第１、第２、及び第３の焦点検出部のうちの焦点検出部の検出結果に基づき前記撮影光学系の焦点調節動作を行う焦点調節部とを更に備える撮像装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮影光学系と、
前記撮影光学系を通過した被写体光を３色の第１〜第３の色光束に分解する色分解部材と、
前記第１、第２、及び第３の焦点検出部の検出結果に基づき前記撮影光学系の焦点調節動作を行う焦点調節部と、を備えるデジタルカメラ。