JP6315032B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。

撮像素子の一部に配置された複数の焦点検出専用の画素からの出力信号に基づいて、瞳分割型位相差方式による焦点検出を行う撮像装置が知られている（特許文献１参照）。
従来技術では焦点検出用画素が離散配置されているため、焦点検出用画素を連続配置した場合と比べて焦点検出精度が低くなってしまう。しかしながら従来技術において焦点検出用画素を連続配置しようとすると、焦点検出用画素が配置された位置において画像信号を補間する補間処理が複雑になってしまうという問題があった。

特開２０１１−７７７７０号公報

第１の態様による撮像素子は、光学系からの光が入射される撮像素子であって、第１方向においてそれぞれ順番に配置され、第１分光特性を有するフィルタを介して入射した光により前記光学系の焦点調節に用いるとともに、画像生成用に互いに加算される信号を生成する第１画素及び第２画素と、前記第１方向と交差する第２方向においてそれぞれ順番に配置され、前記第１分光特性とは異なる第２分光特性を有するフィルタを介して入射した光により画像生成用に互いに加算される信号を生成する第３画素及び第４画素と、を備え、前記第１画素及び前記第３画素と前記第２画素及び前記第４画素とは、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向においてそれぞれ順番に配置され、前記第１方向において前記第１画素及び前記第２画素が配置される間隔は、前記第３方向において、前記第１画素及び前記第３画素が配置される間隔と前記第２画素及び前記第４画素が配置される間隔とよりも広い。
第２の態様による撮像装置は、第１の態様による撮像素子を含む。

本発明の実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。 撮像素子における単位画素を説明する図である。 撮像素子における単位画素を説明する図である。 マイクロレンズを説明する図である。 撮像素子における画素の配置を例示する平面図である。 瞳分割型位相差方式による焦点検出方法を説明する図である。 Ｇ画像信号の生成方法を説明する図である。 Ｂ画像信号およびＲ画像信号の生成方法を説明する図である。 ベイヤー配列の画像信号を説明する図である。 変形例１における焦点検出用画素の配置例を説明する平面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。また、以下の説明および図面において、Ｘ方向を水平方向、Ｙ方向を垂直方向、Ｚ方向を前後方向とする。図１は、本発明の一実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。デジタルカメラ１は、交換レンズ２とカメラボディ３から構成される。交換レンズ２は、マウント部４を介してカメラボディ３に装着される。

交換レンズ２は、レンズ制御部５、主レンズ９、ズームレンズ８、フォーカシングレンズ７、および絞り６を含む。レンズ制御部５は、マイクロコンピュータとメモリなどで構成され、フォーカシングレンズ７と絞り６の駆動制御、絞り６の開口状態の検出、ズームレンズ８およびフォーカシングレンズ７の位置検出、後述するカメラボディ３側のボディ制御部１４に対するレンズ情報の送信、ボディ制御部１４からのカメラ情報の受信などを行う。

カメラボディ３は、撮像素子１２、撮像素子駆動制御部１９、ボディ制御部１４、液晶表示素子駆動回路１５、液晶表示素子１６、接眼レンズ１７、および操作部材１８などを含み、着脱可能なメモリカード２０が装着されている。撮像素子１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどから構成され、交換レンズ２の予定結像面に配置されて交換レンズ２により結像される被写体像を撮像する。

ボディ制御部１４は、マイクロコンピュータとメモリなどで構成される。ボディ制御部１４は、デジタルカメラ全体の動作制御を行う。ボディ制御部１４とレンズ制御部５は、マウント部４の電気接点部１３を介して通信を行うように構成される。

撮像素子駆動制御部１９は、ボディ制御部１４からの指示に応じて撮像素子１２で必要な制御信号を生成する。液晶表示素子駆動回路１５は、ボディ制御部１４からの指示に応じて液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）を構成する液晶表示素子１６を駆動する。撮影者は、接眼レンズ１７を介して液晶表示素子１６に表示された像を観察する。メモリカード２０は、画像データなどを格納記憶する記憶媒体である。

交換レンズ２によって撮像素子１２上に結像された被写体像は、撮像素子１２によって光電変換される。撮像素子１２は、撮像素子駆動制御部１９からの制御信号によって光電変換信号の蓄積および信号読出しのタイミング（フレームレート）が制御される。撮像素子１２からの出力信号は、不図示のＡ／Ｄ変換部でデジタルデータに変換され、ボディ制御部１４へ送られる。

ボディ制御部１４は、撮像素子１２からの所定の焦点検出エリアに対応する出力信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ制御部５へ送る。レンズ制御部５は、ボディ制御部１４から受信したデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ７を不図示のモーター等で駆動して合焦位置へ移動させる。

また、ボディ制御部１４は、撮影指示後に撮像素子１２から出力された信号に基づいて記録用の画像データを生成する。ボディ制御部１４は、生成した画像データをメモリカード２０に格納するとともに液晶表示素子駆動回路１５へ送り、液晶表示素子１６に再生表示させる。

なお、カメラボディ３にはシャッターボタン、焦点検出エリアの設定部材などを含む操作部材１８が設けられている。ボディ制御部１４は、これらの操作部材１８からの操作信号を検出し、検出結果に応じた動作（撮影処理、焦点検出エリアの設定など）の制御を行う。

＜撮像素子の説明＞
本実施形態は、撮像素子１２に特徴を有するので、以降は撮像素子１２を中心に説明する。まず、撮像素子１２における単位画素２０の形成方法について説明する。図２（Ａ）に示すように、単位画素２０は、所定のサイズで設計された略正方形形状でなり、矩形状の光電変換部（ＰＤ）３０を有する。また、図２（Ｂ）に示すように、単位画素２０は、各辺がＸ方向およびＹ方向に対して略４５度回転されて配置される。なお、このとき光電変換部３０は回転されずに縦横比が変更されて配置される。またこのとき光電変換部３０は、図２（Ａ）で示した光電変換部３０と面積を等しくするために単位画素２０の形状に合わせて４角が削られる。そして単位画素２０内には、不図示のトランジスタが配置される。

また、撮像素子１２には、焦点検出用の画素（焦点検出用画素と呼ぶ）と、焦点検出用画素以外の画素（撮像用画素と呼ぶ）の２種類の単位画素２０が設けられている。焦点検出用画素では、図３に示すように、例えば遮光金属膜４０などで光電変換部３０の半分が覆われ、光電変換部３０が半面開口される。なお、焦点検出用画素としては、図３（Ａ）に示すように、光電変換部３０の右半分が開口された単位画素２０（以下、右開口焦点検出用画素と呼ぶ）と、図３（Ｂ）に示すように、光電変換部３０の左半分が開口された単位画素２０（以下、左開口焦点検出用画素と呼ぶ）とが設けられる。

その後、単位画素２０には、公知の配線工程および平坦化工程を経た後にカラーフィルタ層が配置される。赤色成分の光を受光する撮像用画素（Ｒ画素）には、赤色成分の光のみを透過させるカラーフィルタ層が配置される。緑色成分の光を受光する撮像用画素（Ｇ画素）には、緑色成分の光のみを透過させるカラーフィルタ層が配置される。青色成分の光を受光する撮像用画素（Ｂ画素）には、青色成分の光のみを透過させるカラーフィルタ層が配置される。また、焦点検出用画素には、緑色成分の光のみを透過させるカラーフィルタ層が配置される。すなわち、焦点検出用画素は、緑色成分の光のみを受光する。

カラーフィルタ層が形成された後、単位画素２０に対して、マイクロレンズを形成するオンチップレンズ形成工程が行われる。本実施形態では、この単位画素２０に配置されるマイクロレンズを、図４（Ａ）に示すように円形の球面レンズから４辺を落とすような形状とする。こうすることにより、図４（Ｂ）に示すようにマイクロレンズ５０を稠密に配置することができるため、レンズ開口を拡げることができる。

次に、図５を用いて撮像素子１２における画素の配置を説明する。なお、図５では、撮像素子１２の一部を抜き出して図示している。また、図５において、左半分または右半分に斜線が描かれた画素は、焦点検出用画素を示す。左半分に斜線が描かれた画素は、右開口焦点検出用画素を示し、右半分に斜線が描かれた画素は、左開口焦点検出用画素を示す。また図５では、図示の都合上マイクロレンズ５０の形状を円形で示しているが、実際は図４（Ｂ）に示した形状であるとする。

撮像素子１２は、複数のＧ画素が所定のピッチでＸ方向に配列された第１の画素列６０と、複数のＢ画素およびＲ画素が交互に所定のピッチでＸ方向に配列された第２の画素列７０とを有する。複数の第１の画素列６０および第２の画素列７０は、交互に所定のピッチでＹ方向に並置されている。また、第１の画素列６０および第２の画素列７０は、互いにＸ方向に上記所定のピッチの半分ずれて配置されている。上述したように各単位画素２０の各辺は、Ｘ方向およびＹ方向に対して略４５度傾くように配置されているため、このように隣接する画素列を上記所定のピッチの半分ずらして配置することで複数の単位画素２０を稠密に配置することができる。

このような画素の配置は、換言すれば以下のように説明できる。撮像素子１２は、複数のＧ画素が所定のピッチでＹ方向に配列された第３の画素列８０と、複数のＢ画素が所定のピッチでＹ方向に配列された第４の画素列９０と、複数のＧ画素が所定のピッチでＹ方向に配列された第５の画素列１００と、複数のＲ画素が所定のピッチでＹ方向に配列された第６の画素列１１０と、を有する。第３の画素列８０の右隣には第４の画素列９０が並置され、第４の画素列９０の右隣には第５の画素列１００が並置され、第５の画素列１００の右隣には第６の画素列１１０が並置されている。第３〜第６の画素列８０〜１１０は、互いに隣接する画素列においてＹ方向に上記所定のピッチの半分ずれて配置されている。そして撮像素子１２において、この第３〜第６の画素列８０〜１１０から構成される画素列の組がＸ方向に複数並置されている。

また、複数の第１の画素列６０のうち一部の第１の画素列６０において、一部のＧ画素に置換して、複数の右開口焦点検出用画素および左開口焦点検出用画素が設けられている。換言すれば、複数の第３の画素列８０および第５の画素列１００のうち一部の第３の画素列８０および第５の画素列１００において、一部のＧ画素に置換して、複数の右開口焦点検出用画素および左開口焦点検出用画素が設けられている。これら複数の右開口焦点検出用画素および左開口焦点検出用画素は、所定の焦点検出エリアにおいて、Ｘ方向に交互に連続して並置されている。

＜焦点検出処理＞
次に、撮像素子１２からの出力信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出処理について説明する。図６に示すように交換レンズ２の射出瞳２００の第１領域２０１を通過する光束Ａは、右開口焦点検出用画素２１に入射し、射出瞳２００の第２領域２０２を通過する光束Ｂは、左開口焦点検出用画素２２に入射する。

合焦時は撮像素子１２に鮮鋭像が結ばれる状態であるため、上述したように異なる瞳位置に瞳分割された光束による一対の像は撮像素子１２上で一致する。つまり、光束Ａを受光する複数の右開口焦点検出用画素から得られる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）と、光束Ｂを受光する複数の左開口焦点検出用画素から得られる信号波形（信号列ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４…）とは、その形状が重なる。

一方、非合焦時は撮像素子１２の手前で鮮鋭像を結ぶ状態、あるいは撮像素子１２の後ろ側に鮮鋭像を結ぶ状態であるため、上記瞳分割された光束による一対の像は撮像素子１２上では一致しない。この場合の右開口焦点検出用画素から得られる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および左開口焦点検出用画素から得られる信号波形（信号列ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４…）は、合焦状態からのずれ（デフォーカス量）に応じて、互いの位置関係（像ずれ方向および像ずれ量）が異なる。

ボディ制御部１４は、右開口焦点検出用画素から得られる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および左開口焦点検出用画素から得られる信号波形（信号列ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４…）の位置関係に基づいて交換レンズ２による焦点位置の調節状態（デフォーカス量）を算出し、算出結果をカメラ情報としてレンズ制御部５へ送信する。レンズ制御部５がカメラ情報に基づいてフォーカシングレンズ７を光軸方向へ進退移動させると、撮像素子１２上に鮮鋭像を結ぶようにフォーカスが調節される。

＜画像信号生成処理＞
次に、撮像素子１２からの出力信号に基づいてカラー画像信号を生成する画像信号生成処理について図７〜図９を用いて説明する。図７は、Ｇ画像信号の生成について説明する図である。図７（Ａ）において、両矢印は信号を加算するＧ画素の組を示している。図７（Ｂ）は、この加算の結果得られるＧ画像信号を説明する図である。画像信号生成処理において、ボディ制御部１４は、各第１の画素列６０において、Ｘ方向に互いに隣接する２つのＧ画素からの出力信号を加算してＧ画像信号を生成する。

具体的に、ボディ制御部１４は、Ｙ方向ｎ＋１列目の第１の画素列６０において、Ｘ方向ｍ列目、Ｙ方向ｎ＋１列目のＧ画素（以下、Ｇ（ｍ，ｎ＋１）画素と示す）からの出力信号とＧ（ｍ＋２，ｎ＋１）画素からの出力信号とを加算することにより、Ｇ（ｍ＋１，ｎ＋１）画素に相当するＧ画像信号を生成する。同様にして、ボディ制御部１４は、Ｇ（ｍ＋４，ｎ＋１）画素およびＧ（ｍ＋６，ｎ＋１）画素からの出力信号を加算することにより、Ｇ（ｍ＋５，ｎ＋１）画素に相当するＧ画像信号を生成する。同様に、Ｙ方向ｎ＋１列目の第１の画素列６０において、Ｇ（ｍ＋９，ｎ＋１）画素、Ｇ（ｍ＋１３，ｎ＋１）画素、Ｇ（ｍ＋１７，ｎ＋１）画素、…、に相当するＧ画像信号を生成する。

また、ボディ制御部１４は、Ｙ方向ｎ＋３列目の第１の画素列６０においては、Ｇ（ｍ＋２、ｎ＋３）画素およびＧ（ｍ＋４、ｎ＋３）画素からの出力信号を加算することにより、Ｇ（ｍ＋３，ｎ＋３）画素に相当するＧ画像信号を生成する。同様にして、ボディ制御部１４は、Ｇ（ｍ＋６，ｎ＋３）画素およびＧ（ｍ＋８，ｎ＋３）画素からの出力信号を加算することにより、Ｇ（ｍ＋７，ｎ＋３）画素に相当するＧ画像信号を生成する。同様に、Ｙ方向ｎ＋３列目の第１の画素列６０において、Ｇ（ｍ＋１１，ｎ＋３）画素、Ｇ（ｍ＋１５，ｎ＋３）画素、Ｇ（ｍ＋１９，ｎ＋３）画素、…、に相当するＧ画像信号を生成する。

また、ボディ制御部１４は、Ｙ方向ｎ＋５列目、ｎ＋９列目、ｎ＋１３列目、…、の第１の画素列６０においては、上述したＹ方向ｎ＋１列目と同様にしてＧ画像信号を生成し、Ｙ方向ｎ＋７列目、ｎ＋１１列目、ｎ＋１５列目、…、の第１の画素列６０においては、上述したＹ方向ｎ＋３列目と同様にしてＧ画像信号を生成する。すなわち、Ｙ方向に互いに隣接する２つの第１の画素列６０では、加算するＧ画素の組をＸ方向に１つのＧ画素分ずらすようにする。この結果、図７（Ｂ）に示すように、複数のＧ画素がＸ方向に４画素ピッチで配列されたＧ画素列がＹ方向に複数並置され、Ｙ方向に互いに隣接するＧ画素列がＸ方向に２画素ピッチ分ずれているＧ画素配置に相当するＧ画像信号が生成される。

また図７（Ａ）において、Ｇ（ｍ＋６，ｎ＋７）画素およびＧ（ｍ＋１０，ｎ＋７）画素は右開口焦点検出用画素であり、Ｇ（ｍ＋８，ｎ＋７）画素およびＧ（ｍ＋１２，ｎ＋７）画素は、左開口焦点検出用画素である。ボディ制御部１４は、焦点検出用画素についても上述と同様にＸ方向に隣接する右開口焦点検出用画素および左開口焦点検出用画素を加算してＧ画像信号を生成する。すなわちボディ制御部１４は、Ｇ（ｍ＋６，ｎ＋７）画素およびＧ（ｍ＋８，ｎ＋７）画素を加算してＧ（ｍ＋７，ｎ＋７）画素に相当するＧ画像信号を生成し、Ｇ（ｍ＋１０，ｎ＋７）画素およびＧ（ｍ＋１２，ｎ＋７）画素を加算してＧ（ｍ＋１１，ｎ＋７）画素に相当するＧ画像信号を生成する。なお、このＧ（ｍ＋７，ｎ＋７）画素およびＧ（ｍ＋１１，ｎ＋７）画素を、図７（Ｂ）に斜線で示している。

Ｇ（ｍ＋７，ｎ＋７）画素およびＧ（ｍ＋１１，ｎ＋７）画素に相当するＧ画像信号は、半面開口された右開口焦点検出用画素および左開口焦点検出用画素を加算した信号であるため、２つの撮像用画素を加算した信号の２分の１の出力となる。したがって右開口焦点検出用画素および左開口焦点検出用画素を加算した信号を２倍することにより、２つの撮像用画素を加算したＧ画像信号と同等のＧ画像信号を得ることができる。ゆえにボディ制御部１４は、焦点検出用画素については、撮像用画素と同様にしてＸ方向に隣接する２つの焦点検出用画素を組にして加算し、加算した信号を２倍することでＧ画像信号を生成する。

また図８は、Ｂ画像信号およびＲ画像信号の生成について説明する図である。図８（Ａ）において、両矢印は信号を加算するＢ画素の組およびＲ画素の組を示している。図８（Ｂ）は、この加算の結果得られるＢ画像信号およびＲ画像信号を説明する図である。画像信号生成処理において、ボディ制御部１４は、第４の画素列９０において、Ｙ方向に互いに隣接する２つのＢ画素からの出力信号を加算してＢ画像信号を生成する。また、ボディ制御部１４は、第６の画素列１１０において、Ｙ方向に互いに隣接する２つのＲ画素からの出力信号を加算してＲ画像信号を生成する。

具体的に、ボディ制御部１４は、Ｘ方向ｍ＋１列目の第４の画素列９０において、Ｘ方向ｍ＋１列目、Ｙ方向ｎ＋２列目のＢ画素（以下、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋２）画素と示す）からの出力信号とＢ（ｍ＋１，ｎ＋４）画素からの出力信号とを加算することにより、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋３）画素に相当するＢ画像信号を生成する。同様にして、ボディ制御部１４は、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋６）画素およびＧ（ｍ＋１，ｎ＋８）画素からの出力信号を加算することにより、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋７）画素に相当するＢ画像信号を生成する。同様に、Ｘ方向ｍ＋１列目の第４の画素列９０において、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋１１）画素、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋１５）画素、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋９）画素、…、に相当するＢ画像信号を生成する。そして、ボディ制御部１４は、Ｘ方向ｍ＋５列目、ｍ＋９列目、ｍ＋１３列目、…、の第４の画素列９０において、上述したＸ方向ｍ＋１列目と同様にしてＢ画像信号を生成する。

また、ボディ制御部１４は、Ｘ方向ｍ＋３列目の第６の画素列１１０においては、Ｘ方向ｍ＋３列目、Ｙ方向ｎ列目のＲ画素（以下、Ｒ（ｍ＋３，ｎ）画素と示す）からの出力信号とＲ（ｍ＋３，ｎ＋２）画素からの出力信号とを加算することにより、Ｒ（ｍ＋３，ｎ＋１）画素に相当するＲ画像信号を生成する。同様にして、ボディ制御部１４は、Ｒ（ｍ＋３，ｎ＋４）画素およびＲ（ｍ＋３，ｎ＋６）画素からの出力信号を加算することにより、Ｒ（ｍ＋３，ｎ＋５）画素に相当するＲ画像信号を生成する。同様に、Ｘ方向ｍ＋３列目の第４の画素列９０において、Ｒ（ｍ＋３，ｎ＋９）画素、Ｒ（ｍ＋３，ｎ＋１３）画素、Ｒ（ｍ＋３，ｎ＋１７）画素、…、に相当するＲ画像信号を生成する。そして、ボディ制御部１４は、Ｘ方向ｍ＋７列目、ｍ＋１１列目、ｍ＋１５列目、…、の第６の画素列１１０において、上述したＸ方向ｍ＋３列目と同様にしてＲ画像信号を生成する。

すなわちボディ制御部１４は、第４の画素列９０および第６の画素列１１０では、加算するＢ画素またはＲ画素の組をＹ方向に１つのＢ画素またはＲ画素分ずらすようにする。この結果、図８（Ｂ）に示すように、複数のＢ画素がＸ方向に４画素ピッチで並べられたＢ画素列と複数のＲ画素がＸ方向に４画素ピッチで並べられたＲ画素列とがＹ方向に交互に並置され、Ｙ方向に互いに隣接するＢ画素列およびＲ画素列がＸ方向に２画素ピッチ分ずれている画素配置に相当するＢ画像信号およびＲ画像信号が生成される。

また、加算するＢ画素またはＲ画素の組は、加算の結果得られるＢ画像信号およびＲ画像信号の画素配置が、上述したＧ画素の組の加算の結果得られるＧ画像信号の画素配置と重ならないように設定される。例えば、Ｇ（ｍ，ｎ＋１）画素とＧ（ｍ＋２，ｎ＋１）画素とを加算してＧ（ｍ＋１，ｎ＋１）画素に相当するＧ画像信号を生成する場合、Ｂ（ｍ＋１，ｎ）画素とＢ（ｍ＋１，ｎ＋２）画素とを加算するとＢ（ｍ＋１，ｎ＋１）画素に相当するＢ画像信号が生成され、Ｇ画像信号と画素位置が重なってしまう。したがってこの場合は、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋２）画素とＢ（ｍ＋１，ｎ＋４）画素とを組にして加算して、Ｂ（ｍ＋１，ｎ＋３）画素に相当するＢ画像信号を生成するようにして、Ｇ画像信号と画素位置が重ならないようにする。

ボディ制御部１４は、このようにして得られたＧ画像信号、Ｂ画像信号およびＲ画像信号を合成することにより、図９に示すように、正方配列のベイヤー配列でなる画像信号を得ることができる。なお、ここで得られる画像信号は、撮像素子１２に含まれる画素数の２分の１の画素数である。

ボディ制御部１４は、このようにして得られたベイヤー配列の画像信号に対して色補間処理を行い、不足する色成分の画像信号を生成する。ベイヤー配列における色補間処理は公知であるので、詳細な説明は省略する。この色補間処理の結果、カラー画像信号（ＲＧＢ）が得られる。ボディ制御部１４は、このカラー画像信号を用いて、例えば記録用画像のファイルを生成してメモリカード２０に記録する。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１２は、交換レンズ２を通過した光束を受光する複数の画素からなる画素群を備え、画素群は、互いに異なる第１、第２および第３の分光感度をそれぞれ有するＧ画素、Ｂ画素およびＲ画素を有し、複数のＧ画素が水平方向に並置された第１の画素列６０と複数のＢ画素およびＲ画素が水平方向に交互に並置された第２の画素列７０とが、垂直方向に交互に複数並置され、第１の画素列６０と第２の画素列７０は水平方向に略半ピッチずれており、複数の第１の画素列６０のうち少なくとも一部の第１の画素列６０には、少なくとも一部のＧ画素に置換して、第１の分光感度を有する焦点検出用画素が複数設けられ、複数の焦点検出用画素は、交換レンズ２の瞳の一対の領域を通った一対の光束を受光して、一対の光束により形成される一対の像に対応する一対の像信号を出力するように構成した。これにより、焦点検出用画素において画像信号を補間する補間処理を複雑にせずに、焦点検出用画素を連続配置することができ、焦点検出精度を向上できる。

（２）撮像素子１２は、交換レンズ２を通過した光束を受光する複数の画素からなる画素群を備え、画素群は、互いに異なる第１、第２および第３の分光感度をそれぞれ有するＧ画素、Ｂ画素およびＲ画素を有し、複数のＧ画素が垂直方向に並置された第３の画素列８０と、第３の画素列８０の右隣に並置され且つ複数のＢ画素が垂直方向に並置された第４の画素列９０と、第４の画素列９０の右隣に並置され且つ複数のＧ画素が垂直方向に並置された第５の画素列１００と、第５の画素列１００の右隣に並置され且つ複数のＲ画素が垂直方向に並置された第６の画素列１１０と、から構成される画素列の組１２０が水平方向に複数並置されており、第３乃至第６の画素列８０〜１１０は、互いに隣接する画素列において垂直方向に略半ピッチずれて並置されており、複数の第３および第５の画素列８０，１００のうち少なくとも一部の第３および第５の画素列８０，１００には、少なくとも一部のＧ画素に置換して、第１の分光感度を有する焦点検出用画素が複数設けられ、複数の焦点検出用画素は、交換レンズ２の瞳の一対の領域を通った一対の光束を受光して、一対の光束により形成される一対の像に対応する一対の像信号を出力するように構成した。これにより、焦点検出用画素において画像信号を補間する補間処理を複雑にせずに、焦点検出用画素を連続配置することができ、焦点検出精度を向上できる。

（３）上記（１）または（２）の撮像素子１２において、単位画素２０の平面形状がＸ方向およびＹ方向に対して各辺を略４５度傾いた正方形であるように構成したので、単位画素２０の開口率を高めることができ、焦点検出精度を高めることができる。換言すれば、開口率を低下させることなく、撮像素子１２を小型化することができる。

（４）デジタルカメラ１は、上記（１）または（２）の撮像素子１２と、水平方向に互いに隣接する２つのＧ画素からの出力信号を加算し、垂直方向に互いに隣接する２つのＢ画素からの出力信号を加算し、垂直方向に互いに隣接する２つのＲ画素からの出力信号を加算することにより、ベイヤー配列の信号を生成するボディ制御部１４と、ベイヤー配列の信号に基づいてカラー画像信号を生成するボディ制御部１４と、を備える。これにより、色補間処理において、ベイヤー配列における色補間処理を行う既存の画像処理エンジンを用いることができる。

（５）上記（４）のデジタルカメラにおいて、撮像素子１２は、交換レンズ２の射出瞳２００の第１領域２０１を通過する光束を受光する右開口焦点検出用画素２１と、交換レンズ２の射出瞳２００の第２領域２０２を通過する光束を受光する左開口焦点検出用画素２２とを有し、右開口焦点検出用画素２１および左開口焦点検出用画素２２は交互に複数並置されており、ボディ制御部１４は、水平方向に互いに隣接する右開口焦点検出用画素２１および左開口焦点検出用画素２２からの出力信号を加算し、当該加算した信号を所定の倍率（２倍）で乗算し、当該乗算した信号と上記ベイヤー配列の信号とに基づいてカラー画像信号を生成するように構成した。これにより、焦点検出用画素からの出力信号を用いて画像信号を簡易に生成することができる。

（変形例１）
上述した実施の形態では、第３の画素列８０および第５の画素列１００において、一部のＧ画素に置換して焦点検出用画素が設けられている例について説明した。しかしながら、図１０に示すように、第３の画素列８０および第５の画素列１００において、全ての画素を焦点検出用画素とするようにしてもよい。

この場合、例えば図１０（Ａ）に示すように、第３の画素列８０を全て左開口焦点検出用画素とし、第５の画素列１００を全て右開口焦点検出用画素とするようにしてもよい。これにより、第１の画素列６０において左開口焦点検出用画素および右開口焦点検出用画素がＸ方向に交互に並置される。

また例えば、図１０（Ｂ）に示すように、第３の画素列８０においてＹ方向に左開口焦点検出用画素および右開口焦点検出用画素を交互に並べると共に、第５の画素列１００においてＹ方向に左開口焦点検出用画素および右開口焦点検出用画素を交互に並べるようにしてもよい。この場合、第１の画素列６０において、左開口焦点検出用画素および右開口焦点検出用画素がＸ方向に交互に並置されるようにする。

変形例１によれば、撮像素子１２の全体に焦点検出用画素が配置されるので、焦点検出エリアが限定されず、撮影画面上のどの位置においても焦点検出を行うことができる。

（変形例２）
上述した実施の形態では、左開口焦点検出用画素および右開口焦点検出用画素を設け、Ｘ方向について像ずれ量を求めてデフォーカス量を検出する例について説明した。しかしながら、光電変換部３０の上半分を開口した上開口焦点検出用画素および光電変換部３０の下半分を開口した下開口焦点検出用画素を設け、Ｙ方向について像ずれ量を求めてデフォーカス量を検出するようにしてもよい。

この場合、第３の画素列８０および第５の画素列１００の少なくとも一部のＧ画素に置換して、上開口焦点検出用画素および下開口焦点検出用画素がＹ方向に交互に並置される。また、このＹ方向に並置された焦点検出用画素列をＸ方向に隣接して少なくとも２列以上設けるようにし、上開口焦点検出用画素および下開口焦点検出用画素がＸ方向にも交互に並置されるようにする。これにより、上述した実施の形態と同様に、Ｘ方向に隣接する上開口焦点検出用画素および下開口焦点検出用画素を加算して２倍することで、撮像用画素と同等のＧ画像信号を生成することができる。

また撮像素子１２に、左開口焦点検出用画素および右開口焦点検出用画素と、上開口焦点検出用画素および下開口焦点検出用画素とを両方設けるようにしてもよい。

（変形例３）
上述した実施の形態では、光電変換部３０の半分が開口された焦点検出用画素を設ける例について説明した。しかしながら、２つの光電変換部を有する焦点検出用画素を設けるようにしてもよい。この場合、２つの光電変換部は、交換レンズ２の射出瞳２００の一対の領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光する。

（変形例４）
上述した実施の形態では、単位画素２０におけるマイクロレンズの形状を、図４（Ａ）に示したように円形の球面レンズから４辺を落とした形状とする例について説明したが、これに限らず、例えば円形の球面レンズとしてもよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、単位画素２０の形状を略正方形とする例について説明したが、これに限らず、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に略４５度傾斜した４辺を含む八角形であってもよい。

また上述した実施の形態では、単位画素２０の各辺をＸ方向およびＹ方向に略４５度回転させて配置する例について説明したが、これに限らず、単位画素２０の各辺をＸ方向またはＹ方向に平行に配置するようにしてもよい。この場合であっても、互いに隣接する単位画素２０どうしの配置を半ピッチずらして千鳥配置にすればよい。

（変形例６）
上述した実施の形態では、撮像素子１２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７）
上述した実施の形態では、カメラボディ３に交換レンズ２が装着される構成のデジタルカメラ１に本発明を適用するようにしたが、これに限らなくてもよい。たとえば、レンズ一体型のデジタルカメラにも本発明を適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、上記実施形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもかまわない。

１…デジタルカメラ、２…交換レンズ、１２…撮像素子、１４…ボディ制御部、５０…マイクロレンズ、２００…射出瞳

Claims (9)

1. 光学系からの光が入射される撮像素子であって、
   第１方向においてそれぞれ順番に配置され、第１分光特性を有するフィルタを介して入射した光により前記光学系の焦点調節に用いるとともに、画像生成用に互いに加算される信号を生成する第１画素及び第２画素と、
   前記第１方向と交差する第２方向においてそれぞれ順番に配置され、前記第１分光特性とは異なる第２分光特性を有するフィルタを介して入射した光により画像生成用に互いに加算される信号を生成する第３画素及び第４画素と、を備え、
   前記第１画素及び前記第３画素と前記第２画素及び前記第４画素とは、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向においてそれぞれ順番に配置され、
   前記第１方向において前記第１画素及び前記第２画素が配置される間隔は、前記第３方向において、前記第１画素及び前記第３画素が配置される間隔と前記第２画素及び前記第４画素が配置される間隔とよりも広い撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第２方向において前記第３画素及び前記第４画素が配置される間隔は、前記第３方向において、前記第１画素及び前記第３画素が配置される間隔と前記第２画素及び前記第４画素が配置される間隔とよりも広い撮像素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の撮像素子において、
   前記第１画素、前記第２画素、前記第３画素及び前記第４画素は、光を電荷に変換する光電変換部をそれぞれ有し、
   前記第１画素の前記光電変換部と前記第２画素の前記光電変換部とは、第１開口からの光が入射され、
   前記第３画素の前記光電変換部と前記第４画素の前記光電変換部とは、前記第１開口よりも開口面積が広い第２開口からの光が入射される撮像素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第２方向においてそれぞれ順番に配置され、前記第１分光特性及び前記第２分光特性とは異なる第３分光特性を有するフィルタを介して入射した光により画像生成用に互いに加算される信号を生成する第５画素及び第６画素を備える撮像素子。
5. 請求項４に記載の撮像素子において、
   前記第２画素、前記第４画素及び前記第５画素は、前記第３方向においてそれぞれ順番に配置される撮像素子。
6. 請求項４に記載の撮像素子において、
   前記第１方向において前記第１画素及び前記第２画素が配置される間隔は、前記第３方向において、前記第２画素、前記第４画素及び前記第５画素がそれぞれ配置される間隔よりも広い撮像素子。
7. 請求項５又は請求項６に記載の撮像素子において、
   前記第２方向において前記第５画素及び前記第６画素が配置される間隔は、前記第３方向において、前記第１画素及び前記第３画素が配置される間隔と前記第２画素及び前記第４画素が配置される間隔とよりも広い撮像素子。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第１方向と前記第２方向とは、互いに直交している撮像素子。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の撮像素子を含む撮像装置。

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