(57)【要約】【課題】瞳分割型位相差検出方式の焦点検出機能を備えた撮像装置において、同一の受光条件における撮像画素の適切な信号出力に対して、焦点検出画素の信号出力が飽和する確率を低減し、焦点検出を可能とする。【解決手段】焦点検出画素３１３、３１４において、マイクロレンズ１０と光電変換部１３、１４との間に配置したＮＤフィルター（ニュートラルデンシティフィルター）３４により、焦点検出画素３１３、３１４の信号出力が撮像画素の信号出力よりも小さくなるようにする。ＮＤフィルター３４は、可視光のほぼ全波長領域の光を透過する。これにより、焦点検出性能が向上する。【選択図】図１０
2010129783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マイクロレンズと、可視光の中の特定の波長領域の光を通す色フィルターと、前記第１マイクロレンズと前記色フィルターとを介した光を受光する第１光電変換手段と、前記第１光電変換手段で光電変換された電気信号を増幅して出力する第１信号出力部とを有し、光学系が形成する光像に対応する出力信号を生成する異なる分光感度特性を有する複数種類の複数の撮像画素と、
第２マイクロレンズと、前記第２マイクロレンズを介した光を受光する第２光電変換手段と、前記第２光電変換手段で光電変換された電気信号を増幅して出力する第２信号出力部とを有し、前記光学系を通過する１対の光束が形成する１対の像に対応した１対の出力信号を生成する複数の焦点検出画素と、
同一の受光条件における前記焦点検出画素の信号レベルと前記撮像素子の信号レベルとについて、前記焦点検出画素の信号レベルが前記撮像画素の信号レベルよりも小さくなるように調整する調整手段とを備え、
前記複数の撮像画素と前記複数の焦点検出画素とは２次元的に配置されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記調整手段は、前記第２光電変換手段に入射する光量を減少させる減光手段であることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項２に記載された撮像素子において、
前記減光手段は、前記第２マイクロレンズと前記第２光電変換手段との間に配置された減光フィルタであり、
前記減光フィルタは、可視光のほぼ全波長領域の光を透過することを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項２に記載された撮像素子において、
前記減光手段は、前記第２マイクロレンズと前記第２光電変換手段との間に配置された遮光部材であり、
前記遮光部材は、前記第２光電変換手段に入射する光束の一部を遮光することを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項２に記載された撮像素子において、
前記減光手段は、前記焦点検出画素に設けられたビームスプリッターであり、
前記ビームスプリッターは、前記第２光電変換手段に入射する光束の一部を前記第２光電変換手段以外に偏向することを特徴する撮像素子。
【請求項６】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記調整手段は、前記第２信号出力部の増幅度を前記第１信号出力部の増幅度よりも小さく定めることよって、前記同一の受光条件における前記焦点検出画素の信号レベルと前記撮像画素の信号レベルとを調整することを特徴する撮像素子。
【請求項７】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記調整手段は、前記第２光電変換手段の量子効率を前記第１光電変換手段の量子効率よりも小さく定めることよって、前記同一の受光条件における前記焦点検出画素の信号レベルと前記撮像画素の信号レベルとを調整することを特徴する撮像素子。
【請求項８】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記調整手段は、前記第２光電変換手段の電荷蓄積時間を前記第１光電変換手段の電荷蓄積時間よりも小さく定める電荷蓄積時間制御手段であることを特徴とする撮像素子。
【請求項９】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記調整手段は、前記同一の受光条件における前記焦点検出画素の信号レベルと前記撮像画素の信号レベルとについて、前記焦点検出画素の信号レベルが前記撮像画素の信号レベルの略７５％以下になるように調整することを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記撮像画素と前記焦点検出画素とは正方格子状に配置されており、前記第１マイクロレンズの開口形状と前記第２マイクロレンズの開口形状とは同一であることを特徴とする撮像素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載された撮像素子において、
前記第１マイクロレンズおよび前記第２マイクロレンズの開口形状は矩形であることを特徴とする撮像素子。
【請求項１２】
請求項１に記載された撮像素子において、
前記複数種類の撮像画素は、赤画素、緑画素、および青画素であり、ベイヤー配列されることを特徴とする撮像素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２に記載された撮像素子と、
前記撮像画素の信号出力に基づき、前記光像に関する画像データを生成する画像生成手段と、
前記焦点検出画素の信号出力に基づき前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の撮像装置において、
前記画像生成手段は、前記焦点検出画素上に形成された前記光像に関する画素データを前記焦点検出画素のデータと前記焦点検出画素の周囲の前記撮像画素のデータとにより補間して生成する補間手段を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系を通過する一対の光束が形成する一対の像に対応した一対の像信号を生成する複数個の焦点検出画素の配列を、焦点検出画素と同じ画素サイズの撮像画素の配列に混在させた撮像手段を備え、撮像画素の出力により画像信号を生成するとともに、焦点検出画素が生成する前記一対の像信号のズレ量に基づいて、光学系の焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出機能を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−２１６３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上述した撮像装置においては、撮像画素と焦点検出画素の構成が異なるため、同一の露光時間で露光した場合に撮像画素の出力は飽和しなくても焦点検出画素の出力が飽和してしまい、焦点検出が不能になってしまう場合があった。例えば電子ビューファインダーに撮像画素の出力を表示しながら同時に焦点検出を行うような場合には、焦点検出画素の出力が飽和しないように露光時間を短くすると撮像画素の出力が不足して暗い画像になってしまうので、撮像画素の出力が適切になるように露光時間を制御するが、このような場合には焦点検出画素の出力が飽和してしまい焦点検出不能になることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明による撮像素子は、第１マイクロレンズと、可視光の中の特定の波長領域の光を通す色フィルターと、第１マイクロレンズと色フィルターとを介した光を受光する第１光電変換手段と、第１光電変換手段で光電変換された電気信号を増幅して出力する第１信号出力部とを有し、光学系が形成する光像に対応する出力信号を生成する異なる分光感度特性を有する複数種類の複数の撮像画素と、第２マイクロレンズと、第２マイクロレンズを介した光を受光する第２光電変換手段と、第２光電変換手段で光電変換された電気信号を増幅して出力する第２信号出力部とを有し、光学系を通過する１対の光束が形成する１対の像に対応した１対の出力信号を生成する複数の焦点検出画素と、同一の受光条件における焦点検出画素の信号レベルと撮像素子の信号レベルとについて、焦点検出画素の信号レベルが撮像画素の信号レベルよりも小さくなるように調整する調整手段とを備え、複数の撮像画素と複数の焦点検出画素とは２次元的に配置されていることを特徴とする。
請求項１３の発明による撮像装置は、請求項１等の発明による撮像素子と、撮像画素の信号出力に基づき、光像に関する画像データを生成する画像生成手段と、焦点検出画素の信号出力に基づき光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、撮像画素の信号出力レベルより焦点検出画素の信号出力レベルを小さくできるので、焦点検出画素の出力が飽和して焦点検出が不能になる状況を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の一実施の形態の撮像素子および撮像装置を説明する。図１は一実施の形態の撮像素子を搭載したレンズ交換式デジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。一実施の形態の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、種々の交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。
【０００７】
交換レンズ２０２はレンズ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２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、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２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【０００８】
カメラボディ２０３は撮像素子２１２、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、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【０００９】
ボディ駆動制御装置２１４はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。
【００１０】
液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２によるスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。
【００１１】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１２】
ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの焦点検出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２１２からの画像信号を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１３】
レンズ駆動制御装置２０６は、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値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値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レンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。
【００１４】
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いてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１５】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央および左右の３箇所に焦点検出エリア１０１〜１０３が配置される。長方形で示す焦点検出エリア１０１〜１０３は、撮影画面１００において垂直方向に延在し、各焦点検出エリアの長手方向に焦点検出画素が直線的に配列される。
【００１６】
撮像素子２１２の詳細な構成について説明する前に、特許文献１に開示されている瞳分割型位相差検出方式の原理について、図３を用いて説明する。
【００１７】
撮像面１１０上に焦点検出画素１１１が複数配列される。焦点検出画素１１１はマイクロレンズ１１２と一対の光電変換部１１３，１１４から構成される。一対の光電変換部１１３，１１４はマイクロレンズ１１２により撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０に投影され、一対の測距瞳１２３，１２４が形成される。逆に言うと、撮像面１１０から前方の距離ｄにある測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２３の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１３により受光され、測距瞳面１２０上を通過する光束のうち測距瞳１２４の光束が、焦点検出画素１１１の光電変換部１１４により受光される。焦点検出画素１１１の配列の光電変換部１１３の系列の像信号と、光電変換部１１４の系列の像信号との相対的なズレ量（位相差、像ズレ量）は、撮像面上に像を形成する光学系の焦点調節状態に応じて変化するので、このズレ量を焦点検出画素が生成する一対の像信号を演算処理することによって求めれば、光学系の焦点調節状態を検出することができる。
【００１８】
ところで上記一対の測距瞳１２３，１２４は一対の光電変換部１１３，１１４を単純に投影した分布とはならず、マイクロレンズ１１１の開口径（画素サイズと略一致）に応じた光の回折効果により、ボケを生じて裾野を引いた分布となる。図３において一対の測距瞳１２３，１２４の並び方向と垂直な方向のスリットを用いて一対の測距瞳１２３，１２４を並び方向に走査すると、一対の測距瞳分布１３３，１３４が得られる。上記回折効果により一対の測距瞳分布１３３，１３４は隣接した部分で互いに重畳部１３５を有する。測距瞳分布１３３あるいは１３４の全体に対して、重畳部１３５の割合が増えるほど、一対の測距瞳１２３，１２４の分離が不完全となり、焦点検出性能は低下する。特に光学系の絞り値Ｆ値が大きく、絞り開口径が小さくなってきた場合には、光学系を透過した一対の光束は、一対の測距瞳１２３，１２４内の光軸近傍の領域を通過して焦点検出画素１１１に入射する。このため、焦点検出に用いる一対の光束の分離が不完全になるので、焦点検出性能が低下したり、焦点検出が不能になってしまう。
【００１９】
表１は光学系の絞りＦ値と回折による点像分布の広がりの直径との関係を示したものであって、エアリーディスクの式（点像の直径＝１．２２×２×波長×Ｆ値とし、波長＝５００ｎｍとした場合）より求めたものである。明るい光学系（絞りＦ値が小さい）に対しては点像の直径がμｍオーダーとなるために、撮像画素の画素サイズは点像の直径以下にすることにより、解像度の向上が期待できる。
【表１】
2010129783.tif 000003
【００２０】
一方前述したように、画素サイズが小さくなると回折の影響が増大して測距瞳の分離が不完全になるために、焦点検出性能は低下する。
【００２１】
表２は画素サイズ（円形マイクロレンズの開口径Ｄ）と図３の距離ｄを一対の測距瞳分布の重畳部１３５の寸法ｘで除して求めた重畳部１３５に対応するＦ値との関係を示したものであって、エアリーディスクの式（Ｆ＝Ｄ／（１．２２×２×波長）とし、波長＝５００ｎｍとした場合）より求めたものである。画素サイズ７μｍ以下においては重畳部１３５のＦ値が５．７以下となる。
【表２】
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【００２２】
多くのカメラ用交換レンズの開放Ｆ値がＦ５．６と設定されているので、これらの交換レンズを使用した場合には、焦点検出画素の画素サイズを７μｍ以下とすると、Ｆ５．６の開口を通る一対の焦点検出光束が全体に亘って重畳するため、焦点検出性能の低下が顕在化してくる。さらに焦点検出画素の画素サイズを４μｍ以下とすると、略Ｆ２．８の開口を通る一対の焦点検出光束が全体に亘って重畳するため、焦点検出性能の低下が顕著になる。
【００２３】
図４は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリア１０１の近傍を拡大して示す。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出エリア１０１に対応する位置には撮像画素と同一の画素サイズを有する焦点検出用の焦点検出画素３１３と３１４が交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき垂直方向の直線上に連続して配列される。
【００２４】
図５は撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図であって、マイクロレンズ１０は、画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ９から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしており、マイクロレンズ１０の光軸を通る対角線の方向の断面１０Ａとマイクロレンズ１０の光軸を通る水平線の方向の断面１０Ｂとはそれぞれ図５に示す形状になっている。
【００２５】
このようにマイクロレンズの形状を矩形（正方形）にすることにより、上述の回折効果による測距瞳の広がりを減少させ、焦点検出性能を向上させることができるが、同じ画素サイズの円形レンズの場合よりも開口面積が増大するので焦点検出画素の出力は矩形マイクロレンズの場合のほうが増大してしまう。
【００２６】
撮像画素と焦点検出画素の画素サイズは３μである。なお、図示を省略するが、焦点検出エリア１０２、１０３の近傍の構成も図４に示す構成と同様である。
【００２７】
撮像画素３１０は、図６（ａ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０、後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１１、および色フィルター（不図示）を有している。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図７に示す特性になっている。撮像素子２１２には、各色フィルターを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。
【００２８】
焦点検出画素３１３は、図６（ｂ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３、およびＮＤフィルター（不図示）とから構成され、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３の形状は矩形である。また、焦点検出画素３１４は、図６（ｃ）に示すように矩形のマイクロレンズ１０と後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４、および後述するＮＤフィルター（不図示）とから構成され、撮像画素３１０の遮光マスクよりも開口部の小さな遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１４の形状は矩形である。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３と１４が垂直方向に並んでいる。
【００２９】
図９は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１１は、遮光マスク３０の開口部３０ａを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に色フィルター３８が形成される。色フィルター３８の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ａの形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。
【００３０】
図１０は焦点検出画素３１３、３１４の断面図である。焦点検出画素３１３、３１４では焦点検出用の光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、光電変換部１３，１４は、遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光を受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上にＮＤフィルター（ニュートラルデンシティフィルター）３４が形成される。ＮＤフィルター３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｂ、３０ｃの形状が前方に投影される。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。
【００３１】
上述のように、焦点検出画素３１３、３１４には全ての色に対して焦点検出を行うために色フィルターが設けられておらずその代わりに入射光量を減ずるＮＤフィルター３４が設けられており、その分光特性は図８に示す特性となる。つまり、図７に示す緑画素、赤画素および青画素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、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。ＮＤフィルター３４の濃度は、白色光で撮像素子２１２を照射した場合に、例えば焦点検出画素３１３，３１４の出力レベルが撮像画素３１０のうちの緑画素の出力レベルに対し３／４（７５％）以下となるように定められる。これは、以下に説明するＮＤフィルター３４の働きによるものである。
【００３２】
ＮＤフィルター３４の第１の働きは次の通りである。上述したように、撮像画素３１０には図７に示す分光感度を有する色フィルター３８が存在する。したがって、この色フィルター３８によって光電変換部１１への入射光量が低減される。他方、焦点検出画素３１３，３１４には色フィルターが存在せず上述のような入射光量の低減が生じないため、焦点検出画素３１３，３１４の出力レベルが撮像画素３１０の出力レベルを上回るおそれがある。これを防止する為に焦点検出画素のＮＤフィルター３４は、光電変換部１３，１４への入射光量を低減する。
【００３３】
ＮＤフィルター３４の第２の働きは次の通りである。画面上の像高が高い領域（焦点検出エリア１０２，１０３）において焦点検出光束のケラレが発生し、一対の焦点検出画素３１３，３１４の出力バランスが崩れ、一方の焦点検出画素の出力レベルが上昇した場合においても撮像画素３１０のうちの緑画素の出力レベルを上回らないようにする。
【００３４】
焦点検出画素３１３、３１４は、ベイヤー配列の配置規則によれば撮像画素３１０のＢとＧが配置されるべき列に配置されている。これは、焦点検出画素３１３，３１４の位置における画像信号を求めるための補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差の方が目立たないためである。
【００３５】
撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束を、光電変換部１１がすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素３１３、３１４は、マイクロレンズ１０によって交換レンズの射出瞳の一対の所定の領域を通過する一対の焦点検出光束を、光電変換部１３，１４がそれぞれ受光するような形状に設計される。
【００３６】
図１１は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素の部分は拡大して示す。図１１において、射出瞳９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズから前方に距離ｄの位置に設定されている。この距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。図１１には他に、交換レンズの光軸９１、マイクロレンズ１０、光電変換部１３、１４、焦点検出画素３１３、３１４、撮影光束７１、焦点検出光束７３、７４が示されている。
【００３７】
測距瞳９３は、開口部３０ｂの領域がマイクロレンズ１０により投影されたものである。同様に、測距瞳９４は、開口部３０ｃの領域がマイクロレンズ１０により投影されたものである。図１１では、説明を解りやすくするために測距瞳９３，９４を明瞭な領域で示しているが、実際には開口部３０ｂ、３０ｃの形状が拡大投影されるとともに回折によりぼやけた形状になる。
【００３８】
図１１では、撮影光軸に隣接する５つの焦点検出画素を模式的に例示しているが、焦点検出エリア１０１のその他の焦点検出画素および撮像画素においても、また画面周辺部の焦点検出エリア１０２、１０３の焦点検出画素においても、各光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９３、９４から各マイクロレンズに到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向、すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。
【００３９】
マイクロレンズ１０は交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１３、１４に近接して配置された開口部３０ｂ、３０ｃの形状がマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。
【００４０】
光電変換部１３は測距瞳９３を通過し、焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０に向かう光束７３によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１４は測距瞳９４を通過し、焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０に向う光束７４によりマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４１】
上述した２種類の焦点検出画素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９３および測距瞳９４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９３と測距瞳９４をそれぞれ通過する焦点検出用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）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４２】
図１２は、図４に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を図１１と比較して説明するための図であって、図１１と重複する部分の説明は省略する。
【００４３】
撮像画素３１０はマイクロレンズ１０とその背後に配置された光電変換部１１等から構成され、光電変換部１１に近接して配置された開口部３０ａ（図９参照）の形状がマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３、９４に略外接する領域９５を形成する。
【００４４】
光電変換部１１は、領域９５を通過してマイクロレンズ１０へ向かう撮影光束７１によってマイクロレンズ１１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４５】
撮像素子２１２をＣＭＯＳイメージセンサーとして構成した場合の回路構成について述べる。図１３は、撮像素子２１２の回路構成概念図である。
【００４６】
ＣＭＯＳイメージセンサーにおいては周知のように同一走査ラインの画素間の電荷蓄積タイミングは同一であるが、異なる走査ラインの画素間の電荷蓄積タイミングは異なる。前述した焦点検出画素配列においては電荷蓄積タイミングが異なると、移動する被写体に対して焦点検出を行った場合、焦点検出画素配列が生成する一対の像の同時性（同一性）が崩れることにより、後述する像ズレ検出の際に検出誤差を生じてしまうので、焦点検出画素配列の電荷蓄積タイミングを揃えるために、本実施の形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサーである撮像素子２１２の走査ラインの方向は図２の焦点検出領域１０１〜１０３と同じ方向（矩形画面の短辺方向）に揃えて設定される。ただし、それに限られるものではない。
【００４７】
図１３では、撮像素子２１２の回路構成を、水平方向８画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化している。垂直方向において６列目の２画素目と３画素目に焦点検出画素３１３、３１４（○：円で示す２画素）が配列され、撮像画素３１０（□：正方形で示す画素）がそれ以外の位置に配列される。以下図１３の回路の詳細な動作について説明する。
【００４８】
図１３においてラインメモリ３２０は１列分の画素の画素信号をサンプルホールドして一時的に保持するバッファであり、信号線Ｖｏｕｔに出力されている同一列の画素信号を水平走査回路５２２が発する制御信号ΦＳに基づいて同時にサンプルホールドする。なおラインメモリ３２０に保持される画素信号は制御信号ΦＨ１〜ΦＨ８の立ち上がりに同期してリセットされる。
【００４９】
撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４からの画素信号の出力は水平走査回路が発する制御信号（ΦＨ１〜ΦＨ８）により列ごとに独立に制御される。制御信号（ΦＨ１〜ΦＨ８）により選択された列の画素の画素信号は信号線５０１に出力される。ラインメモリ３２０に保持された画素信号は垂直走査回路５０２が発する制御信号（ΦＶ１〜ΦＶ４）により、順次出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。撮像画素３１０は、画素信号がサンプルホールドされた後、リセット回路５０４が発する制御信号（ΦＲ１〜ΦＲ８）によりリセットされ、次回の画素信号のための電荷蓄積を開始する。
【００５０】
図１４は撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４における１つの光電変換部に対する基本回路構成を示す図である。光電変換部はフォトダイオード（ＰＤ）で構成される。ＰＤで蓄積された電荷は浮遊拡散層（フローティングディフュージョン：ＦＤ）に蓄積される。ＦＤは増幅ＭＯＳトランジスタ（ＡＭＰ）のゲートに接続されており、ＡＭＰはＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
【００５１】
ＦＤ部はリセットＭＯＳトランジスタＳＷ１を介し、電源電圧Ｖｄｄに接続されており、制御信号ΦＲｎによりリセットＭＯＳトランジスタＳＷ１がＯＮすることにより、ＦＤおよびＰＤに溜まった電荷がクリアされリセット状態となる。ＡＭＰの出力は行選択ＭＯＳトランジスタＳＷ２を介して垂直出力線Ｖｏｕｔに接続されており、制御信号ΦＳｎにより行選択ＭＯＳトランジスタＳＷ２がＯＮすることにより、ＡＭＰの出力が垂直出力線Ｖｏｕｔに出力される。
【００５２】
図１５は、図１３に示す撮像素子２１２の動作タイミングチャートである。１列目の撮像画素３１０は水平走査回路５２２が発する制御信号ΦＨ１により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は信号線５０１に出力される。制御信号ΦＨ１と同期して発せられる制御信号ΦＳにより信号線５０１に出力された１列目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された１列目の撮像画素３１０の画素信号は垂直走査回路５０２から順次発せられる制御信号ΦＶ１〜ΦＶ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
【００５３】
１列目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ１により１列目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ１の立ち下がりで１列目の撮像画素の次の電荷蓄積が開始される。１列目の撮像画素３１０の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で２列目の撮像画素３１０は水平走査回路５２２が発する制御信号ΦＨ２により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は信号線５０１に出力される。以下同様にして２列目の撮像画素３１０の画素信号の保持および焦点検出画素３１３，３１４のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。
【００５４】
続いて３列目〜８列目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号の保持および撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４のリセット、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。全ての画素の画素信号の出力が終了すると、再び１列目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。また制御信号ΦＲ１〜ΦＲ８のパルス幅を変更することにより、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の電荷蓄積時間（露光時間）を調整することが可能である。
【００５５】
以上のような動作により、撮像素子３１０の矩形の撮像領域１００において画面の下から上に画素が走査され、走査された画素の信号が順次外部に出力されるとともに、走査線が画面左から右に順次移動して全画面の画素の信号を外部に出力する。走査線の方向は矩形画面の短辺方向に一致し、焦点検出画素３１３，３１４の配列方向とも一致しているために、同一列に配列した焦点検出画素３１３，３１４において電荷蓄積タイミングの同一性を維持することができる。
【００５６】
図１６は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）２０１の撮像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、ステップＳ１００でデジタルスチルカメラ２０１の電源がオンされると、ステップＳ１１０以降の撮像動作を開始する。ステップＳ１１０において撮像画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。続くステップＳ１２０では焦点検出画素列から一対の像に対応した一対の像データを読み出す。なお、焦点検出エリアは、撮影者が焦点検出エリア選択部材（不図示）を用いて焦点検出エリア１０１〜１０３の内のいずれかを予め選択しているものとする。
【００５７】
ステップＳ１３０では読み出された一対の像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、位相差検出処理）を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量に変換する。ステップＳ１４０で合焦近傍か否か、すなわち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された場合はステップＳ１５０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る。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５８】
なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、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る。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５９】
ステップＳ１４０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１６０へ進み、シャッターボタン（不図示）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別する。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Ｓ１１０へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、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Ｓ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御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２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００６０】
ステップＳ１８０において、焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素３１３，３１４の周囲の撮像画素３１０のデータと焦点検出画素３１３，３１４のデータに基づいて画素補間する。続くステップＳ１９０では、撮像画素３１０のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリカード２１９に記憶し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６１】
図１６のステップＳ１３０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）の詳細について以下説明する。
【００６２】
焦点検出画素３１３，３１４が検出する一対の像は、測距瞳９３，９４がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列（Ａ１1，・・・，Ａ１Ｍ、Ａ２１，・・・，Ａ２Ｍ：Ｍはデータ数）に対し本出願人の出願に基づく特開２００７−３３３７２０号公報に開示された相関演算式（１）を行い、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
【数１】
2010129783.tif 000005
【００６３】
式（１）において、Σ演算はｎについて累積される。ｎのとる範囲は、像シフト量ｋに応じてＡ１ｎ、Ａ１ｎ＋１、Ａ２ｎ＋ｋ、Ａ２ｎ＋１＋ｋのデータが存在する範囲に限定される。像シフト量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。
【００６４】
式（１）の演算結果は、図１７（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１７（ａ）ではｋ＝ｋｊ＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。式（２）〜（５）による３点内挿の手法を用いて相関量を連続的とみなした場合の極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
【数２】
2010129783.tif 000006
【数３】
2010129783.tif 000007
【数４】
2010129783.tif 000008
【数５】
2010129783.tif 000009
【００６５】
式（２）で算出されたシフト量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１７（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定の閾値以上の場合は算出されたシフト量ｘの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。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、算出されたシフト量ｘの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。
【００６６】
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、算出されたシフト量ｘの信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。図１７（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋｍｉｎからｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値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。算出されたシフト量ｘの信頼性があると判定された場合は、式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。
【数６】
2010129783.tif 000010
【００６７】
式（６）において、ＰＹは焦点検出画素３１３、３１４の画素ピッチの２倍（検出ピッチ）である。式（６）で算出された像ズレ量に所定の変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
【数７】
2010129783.tif 000011
【００６８】
上記実施形態においては、焦点検出画素３１３、３１４のマイクロレンズの形状を矩形にすることにより回折による焦点検出性能劣化を防止している。焦点検出画素３１３、３１４に調整手段としてＮＤフィルターを配置することにより、マイクロレンズの開口面積増加等により焦点検出画素３１３、３１４の出力が増大して撮像画素３１０の出力を超えることを防止し、同一露光時間において焦点検出画素３１３、３１４の出力が撮像画素３１０の出力の３／４以下になることを保証している。これにより、画面範囲の周辺部分に対応する領域において一対の焦点検出光束が不均一にケラレて、一対の焦点検出画素３１３、３１４の一方に入射する光束の量が増大するような場合であっても、焦点検出画素３１３、３１４の出力が飽和する確率を減少させることができる。
【００６９】
ダイナミックレンジの広い画像においては画面上の一部分に対応する領域において撮像画素３１０の出力が飽和する場合が発生するが、撮像画素３１０の出力が飽和レベルを若干超えたような領域においても焦点検出画素３１３、３１４の出力はまだ飽和していないので、この領域においても焦点検出が可能になる。
【００７０】
また、焦点検出画素３１３、３１４の出力は画素補間処理にも利用されるが、焦点検出光束のケラレにより焦点検出画素３１３、３１４の出力が飽和する確率が減少するので、画素補間性能が向上し画像品質が向上する。
《発明の他の実施の形態》
【００７１】
上述した本発明の一実施の形態においては、焦点検出画素３１３、３１４にＮＤフィルターを設けることにより、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整しているが、これ以外の手段によって調整するようにしても構わない。
【００７２】
図１８は図６（ｂ）に対応する焦点検出画素３１３の構成を示す図であって、ＮＤフィルターの代わりに光量調整用の遮光部材３９が追加されている。不図示の焦点検出画素３１４も同様に構成される。図１９は図１８に示す焦点検出画素３１３、３１４の断面図である。焦点検出用の光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、遮光マスク３０の開口部３０ｂ、３０ｃを通過した光を光線変換部１３，１４は受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に遮光部材３９が形成される。遮光部材３９の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｂ、３０ｃの形状が前方に投影される。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。
【００７３】
遮光部材３９はマイクロレンズ１０に近接して配置され、マイクロレンズ１０の光軸近傍を通る光束を遮光する。これにより光量調整が可能になるとともに、アポダイゼーションの効果により開口部３０ｂ、３０ｃの投影像の回折にボケを低減することができ、瞳分割性能が向上する。
【００７４】
また焦点検出画素３１３、３１４の構成において、マイクロレンズ１０から光電変換部１３，１４に至る光路中にハーフミラー（ビームスプリッター）部材を配置して焦点検出画素３１３、３１４に入射する光束の一部を焦点検出画素３１３、３１４の外部へ反射することにより、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整してもよい。具体的には焦点検出画素３１３、３１４のマイクロレンズ１０の表面や光電変換部１３，１４の表面に多層膜等によりハーフミラー機能を備えた薄膜を形成することが可能である。
【００７５】
上述した本発明の各実施の形態においては、光学的な手段を用いて、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整しているが、これ以外の手段によって調整するようにしても構わない。
【００７６】
例えば図１４に示す画素の回路構成において、焦点検出画素３１３、３１４の増幅ＭＯＳトランジスタ（ＡＭＰ）の増幅度を撮像画素３１０の増幅ＭＯＳトランジスタ（ＡＭＰ）の増幅度より低くすることによって、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整することが可能である。
【００７７】
また焦点検出画素３１３、３１４の光電変換部１３，１４の量子効率を撮像画素３１０の光電変換部１１の量子効率より低く設定することにより、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整することが可能である。具体的には光電変換部となるフォトダイオード（ＰＮ接合）を半導体基板上に形成する際に、その深さをコントロールすることで量子効率をコントロールすることが可能である。
【００７８】
また焦点検出画素３１３、３１４の電荷蓄積時間を撮像画素３１０の電荷蓄積時間より短く設定することにより、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整することが可能である。
【００７９】
図２０、図２１は図１３、図１５に対応する撮像素子３１０の回路構成および動作タイミングチャートであり、重複部分の説明は省略する。図２０と図１３の相違点は、６列目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４とが、リセット回路５０４が発する異なる制御信号ΦＲ６、ΦＲ６ａによりリセットされ、次回の画素信号のための電荷蓄積を開始する点である。
【００８０】
このような構成により、図２１に示すように６列目の焦点検出画素３１３、３１４のリセットは制御信号ΦＲ６と同時に立ち上がり、制御信号ΦＲ６より後に立ち下がる制御信号ΦＲ６ａに制御される。これにより撮像画素３１０の電荷蓄積時間は制御信号ΦＲ１〜ΦＲ８の立下りから立上がりまでの時間Ｔ１になるが、焦点検出画素３１３、３１４の電荷蓄積時間は制御信号ΦＲ６ａの立下りから立上がりまでの時間Ｔ２（時間Ｔ１より短い）となり、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４の信号出力レベルは撮像画素３１０の信号出力レベルより小さくなる。時間Ｔ２は時間Ｔ１の３／４以下となるようにリセット回路５２２にて設定される。
【００８１】
図４に示す撮像素子２１２では、各画素に１つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素３１３，３１４を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２２は、このような撮像素子２１２の部分拡大図であり、焦点検出画素３１１には一対の光電変換部を備える。図２３に示す焦点検出画素３１１は、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素３１１は、図２３に示すようにマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３，１４から構成される。焦点検出画素３１１には光量をかせぐために色フィルター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と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図７参照）となる。つまり、図８に示す緑画素、赤画素および青画素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、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【００８２】
図２４は図２３に示した焦点検出画素３１１の断面図であって、光電変換部１３，１４の上に近接して遮光マスク３０が形成され、遮光マスク３０の開口部３０ｄを通過した光を光電変換部１３，１４は受光する。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上にＮＤフィルター３４が形成される。ＮＤフィルター３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部３０ｄに制限された光電変換部１３，１４の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部１３，１４は半導体回路基板２９上に形成される。
【００８３】
上述した実施形態においては撮像素子２１２と光学系の間に光学要素を何も配置していないが、適宜必要な光学要素を挿入することが可能である。例えば赤外カットフィルタや光学的ローパスフィルタやハーフミラーなどを設置してもよい。図４のような撮像素子の構成の場合には光学的ローパスフィルタの高周波カット効果が焦点検出画素の並び方向と垂直な方向より焦点検出画素の並び方向に強く効くように光学的ローパスフィルタの特性を設定することによって、高周波成分を持った像が焦点検出画素の間に入った場合の焦点検出精度に対する悪影響を緩和することができる。
【００８４】
上述した実施形態においては、図９に示す撮像画素３１０の断面図と、図１０および図２４に示す焦点検出画素３１３、３１４、３１１の断面図とに示された構成は類似しており、色フィルター３８とＮＤフィルター３４との厚さを略等しくすることにより、光電変換部１３，１４，１１とマイクロレンズ１０との各距離を等しくすることができる。また、焦点検出画素３１３、３１４、３１１は、撮像画素３１０における色フィルター３８の代わりにＮＤフィルター３４が設けられていることから、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４、３１１の作製プロセスを略共通化することが可能である。したがって、焦点検出画素３１３、３１４、３１１と撮像画素３１０とで一体のマイクロレンズアレイを容易に製造し得る。一方、上述したように、焦点検出画素３１３、３１４、３１１にＮＤフィルター３４以外の手段を設けることにより、同一の露光条件において焦点検出画素３１３、３１４、３１１の信号出力レベルが撮像画素３１０の信号出力レベルを上回らないように調整することが可能である。その場合、焦点検出画素３１３、３１４、３１１に、ＮＤフィルター３４の代わりに無色フィルター等を設けることにより、光電変換部１３，１４，１１とマイクロレンズ１０との各距離を等しいものとし、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４、３１１の作製プロセスを略共通化することが可能であることが好ましい。
【００８５】
上述した実施形態における撮像素子２１２では撮像画素がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルター（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。
【００８６】
また、上述した実施形態における焦点検出画素では、遮光マスクの開口形状を矩形にした例を示したが、遮光マスクの開口形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよく、例えば半円形や楕円や多角形にすることも可能である。
【００８７】
なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成の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。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、フィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】一実施の形態の撮像素子を搭載したレンズ交換式デジタルスチルカメラの構成を示す横断面図。
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図。
【図３】瞳分割型位相差検出方式の原理について説明する図。
【図４】撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図５】撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図。
【図６】撮像画素と焦点検出画素の正面図。
【図７】緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図。
【図８】焦点検出画素の分光特性を示す図。
【図９】撮像画素の断面図。
【図１０】焦点検出画素の断面図。
【図１１】マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図。
【図１２】撮像画素が受光する撮影光束の様子を示す図。
【図１３】撮像素子の回路構成を簡略化して示す図。
【図１４】撮像画素および焦点検出画素における１つの光電変換部に対する基本回路構成を示す図。
【図１５】撮像素子の動作タイミングチャート。
【図１６】デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１７】一対のデータのシフト量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図。
【図１８】他の実施の形態の撮像素子における焦点検出画素の構成を示す図。
【図１９】焦点検出画素の断面図。
【図２０】撮像素子の回路構成を簡略化して示す図。
【図２１】撮像素子の動作タイミングチャート。
【図２２】撮像素子の詳細な構成を示す部分拡大正面図。
【図２３】焦点検出画素の正面図。
【図２４】焦点検出画素の断面図。
【符号の説明】
【００８９】
１００  撮影画面、１０１〜１０３、焦点検出エリア、１１０  撮像面、１１１  焦点検出画素、１１２  マイクロレンズ、１１３、１１４  光電変換部、１２０  測距瞳面、１２３、１２４  測距瞳、１３３、１３４  測距瞳分布、１３５  重畳部、２０１  デジタルスチルカメラ、２０２  交換レンズ、２０３  カメラボディ、２０４  マウント部、２０６  レンズ駆動制御装置、２０８  ズーミング用レンズ、２０９  レンズ、２１０  フォーカシング用レンズ、２１１  絞り、２１２  撮像素子、２１３  電気接点、２１４  ボディ駆動制御装置、２１５  液晶表示素子駆動回路、２１６  液晶表示素子、２１７  接眼レンズ、２１９  メモリカード、３１０  撮像画素、３１１、３１３、３１４  焦点検出画素、３２０  ラインメモリ、３３０  出力回路、５０１  信号線、５０２  垂直走査回路、５０４  リセット回路、５２２  水平走査回路
【図１】
2010129783.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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