(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の互いに異なる位置の瞳領域を通過する一対の光束の一方を受光する第一の位相差検出画素と、前記一対の光束の他方を受光する第二の位相差検出画素とのペアを有する固体撮像素子であって、
前記ペアを構成する前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素は、位相差検出方向に対して交差する方向に配列されており、
前記ペアは、前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素との位置関係が互いに逆になる第一のペアと第二のペアとをそれぞれ複数含み、
前記位相差検出方向に前記第一のペアと前記第二のペアが交互に並ぶ固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素が前記位相差検出方向に交互に配置された第一のラインと、前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素が前記位相差検出方向に交互に配置された第二のラインとが前記位相差検出方向と直交する方向に並べて配置される第一の位相差検出エリアを少なくとも１つ備え、
前記第一の位相差検出エリアにおいて、前記第一のラインに含まれる前記第一の位相差検出画素に対し前記位相差検出方向に交差する方向には前記第二のラインに含まれる前記第二の位相差検出画素があり、前記第一のラインに含まれる前記第二の位相差検出画素に対し前記交差する方向には前記第二のラインに含まれる前記第一の位相差検出画素があり、
前記第一の位相差検出エリアにおける前記第一のラインの前記第一の位相差検出画素とこれに対して前記交差する方向にある前記第二のラインの前記第二の位相差検出画素とで前記第一のペアが構成され、
前記第一の位相差検出エリアにおける前記第一のラインの前記第二の位相差検出画素とこれに対して前記交差する方向にある前記第二のラインの前記第一の位相差検出画素とで前記第二のペアが構成されている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
ローリングシャッタ方式で信号を読み出し可能なＭＯＳ型である固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系と、
前記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出す撮像素子駆動部と、
前記第一の位相差検出エリアにおける前記第一のラインの前記第一の位相差検出画素から読み出された信号と、当該第一の位相差検出画素とペアを構成する前記第二の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第一の演算結果と、前記第一の位相差検出エリアにおける前記第一のラインの前記第二の位相差検出画素から読み出された信号と、当該第二の位相差検出画素とペアを構成する前記第一の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第二の演算結果とを用いた演算により、前記第一の位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出する位相差情報算出部と、
前記位相差情報算出部によって算出された前記位相差情報に基づいて前記撮影光学系の合焦制御を行う合焦制御部とを備える撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記位相差情報算出部は、前記位相差情報を算出するための処理として第一の処理と第二の処理を実行可能であり、
前記第一の処理は、前記第一の演算結果と前記第二の演算結果の両方を用いて前記位相差情報を算出する処理であり、
前記第二の処理は、前記第一の位相差検出エリアの前記第一のライン及び前記第二のラインにある前記第一の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群と、前記第一の位相差検出エリアの前記第一のライン及び前記第二のラインにある前記第二の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群との相関演算を行って得られる演算結果を前記位相差情報として算出する処理であり、
前記合焦制御部は、撮影条件と被写体条件の少なくとも一方に基づいて、前記第一の処理によって算出される前記位相差情報と、前記第二の処理によって算出される前記位相差情報のいずれかを選択し、選択した前記位相差情報に基づいて前記合焦制御を行う撮像装置。
【請求項６】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、二次元状に配列された多数の画素からなる画素群を備え、
前記画素群は、前記第一の位相差検出画素と、前記第二の位相差検出画素と、前記一対の光束の双方を受光する撮像画素とを含み、
前記第一のラインと前記第二のラインは、それぞれ、前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素と前記撮像画素とを含み、かつ、前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素が少なくとも１つの前記撮像画素を挟んで前記位相差検出方向に交互に配置されており、
前記第一のラインと前記第二のラインの各々における前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素の間隔が不均一になっている撮像装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、前記第一の位相差検出エリアとは別に、前記第一の位相差検出エリアの前記第一の位相差検出画素と前記第二の位相差検出画素の位置を逆にした第二の位相差検出エリアを少なくとも１つ備え、前記第一の位相差検出エリアと前記第二の位相差検出エリアが前記位相差検出方向に直交する方向に交互に配置されている撮像装置。
【請求項８】
撮影光学系の互いに異なる位置の瞳領域を通過する一対の光束の一方を受光する第一の位相差検出画素と、前記一対の光束の他方を受光する第二の位相差検出画素とのペアを有し、前記第一の位相差検出画素が位相差検出方向に配列された１行目のラインと、前記第二の位相差検出画素が前記位相差検出方向に配列された２行目のラインと、前記第二の位相差検出画素が前記位相差検出方向に配列された３行目のラインと、前記第一の位相差検出画素が前記位相差検出方向に配列された４行目のラインと、を含み、前記１行目のラインの前記第一の位相差検出画素と前記２行目のラインの前記第二の位相差検出画素とが前記位相差検出方向に対して交差する方向に配列されて第一のペアが構成され、前記３行目のラインの前記第二の位相差検出画素と前記４行目のラインの前記第一の位相差検出画素とが前記位相差検出方向に対して交差する方向に配列されて第二のペアが構成された位相差検出エリアを少なくとも１つ備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系と、
前記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出す固体撮像素子駆動部と、
前記位相差検出エリアにおける１行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群と、前記位相差検出エリアにおける３行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群とを相関演算して得られる第一の演算結果と、前記位相差検出エリアにおける２行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群と、前記位相差検出エリアにおける４行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群とを相関演算して得られる第二の演算結果とを用いた演算により、前記位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出する位相差情報算出部と、
前記位相差情報算出部によって算出された前記位相差情報に基づいて前記撮影光学系の合焦制御を行う合焦制御部とを備える撮像装置。
【請求項９】
請求項８記載の撮像装置であって、
前記位相差情報算出部は、前記位相差情報を算出するための処理として第一の処理と第二の処理を実行可能であり、
前記第一の処理は、前記第一の演算結果と前記第二の演算結果の両方を用いて前記位相差情報を算出する処理であり、
前記第二の処理は、前記位相差検出エリアの１行目及び４行目の隣接する画素列にある前記第一の位相差検出画素から読み出された信号の平均値からなる信号群と、前記位相差検出エリアの２行目及び３行目の隣接する画素列にある前記第二の位相差検出画素から読み出された信号の平均値からなる信号群との相関演算を行って得られる演算結果を前記位相差情報として算出する処理であり、
前記合焦制御部は、撮影条件と被写体条件の少なくとも一方に基づいて、前記第一の処理によって算出される前記位相差情報と、前記第二の処理によって算出される前記位相差情報のいずれかを選択し、選択した前記位相差情報に基づいて前記合焦制御を行う撮像装置。
【請求項１０】
請求項３記載の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系とを有する撮像装置における合焦制御方法であって、
前記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出すステップと、
前記第一の位相差検出エリアにおける前記第一のラインの前記第一の位相差検出画素から読み出された信号と、当該第一の位相差検出画素とペアを構成する前記第二の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第一の演算結果と、前記第一の位相差検出エリアにおける前記第一のラインの前記第二の位相差検出画素から読み出された信号と、当該第二の位相差検出画素とペアを構成する前記第一の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第二の演算結果とを用いた演算により、前記第一の位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出するステップと、
前記算出した前記位相差情報に基づいて前記撮影光学系の合焦制御を行うステップとを備える合焦制御方法。
【請求項１１】
請求項８記載の撮像装置における合焦制御方法であって、
前記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出すステップと、
前記位相差検出エリアにおける１行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群と、前記位相差検出エリアにおける３行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群とを相関演算して得られる第一の演算結果と、前記位相差検出エリアにおける２行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群と、前記位相差検出エリアにおける４行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号からなる信号群とを相関演算して得られる第二の演算結果とを用いた演算により、前記位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出するステップと、
前記算出した前記位相差情報に基づいて前記撮影光学系の合焦制御を行うステップとを備える合焦制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子、撮像装置、及び合焦制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子の高解像度化に伴い、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，携帯情報端末）等の撮影機能を有する情報機器の需要が急増している。なお、以上のような撮像機能を有する情報機器を撮像装置と称する。【０００３】
ところで、主要な被写体までの距離を検出してその被写体に焦点を合わせる合焦制御方法には、コントラストＡＦ方式や位相差ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ、自動合焦）方式がある。位相差ＡＦ方式は、コントラストＡＦ方式に比べて合焦位置の検出を高速，高精度に行うことができるため、様々な撮像装置で多く採用されている（例えば特許文献１参照）。【０００４】
図１５は、位相差ＡＦ方式に用いられる一般的なセンサの平面模式図である。【０００５】
図１５に示すセンサは、光学開口ａが左側に偏心した画素Ｇ１が行方向に並ぶ第一のラインと、光学開口ａが右側に偏心した画素Ｇ２が行方向に並ぶ第二のラインとを備える。【０００６】
図１５に示すセンサにおいて、図１６に示すように、真ん中にある２行×４列の画素上に、垂直方向に伸びる黒線ｃがかかっており、この黒線ｃにピントが合っている場合を考える。黒線ｃによって覆われている画素の出力信号を“０”とし、黒線ｃによって覆われていない画素の出力信号を“１”として、各列位置にある画素の出力信号をプロットしたグラフが図１６の下段に示されている。このグラフに示すように、画素Ｇ１の信号波形と画素Ｇ２の信号波形とは完全に一致し、位相差はないものとして判定される。このように、図１５に示すセンサは、垂直方向に伸びる黒線ｃについては、位相差情報を正確に算出することができる。【０００７】
しかし、図１５に示すセンサにおいて、図１７に示すように斜めに伸びる黒線ｄがかかっている場合には、この黒線ｄにピントが合っているにも関わらず、画素Ｇ１の信号波形と画素Ｇ２の信号波形とには位相差があるものとして誤検出されてしまう。【０００８】
黒線ｄが開口ａにかかっている画素の出力信号を“０”とし、黒線ｄが開口ａにかかっていない画素の出力信号を“１”として、各列位置にある画素の出力信号をプロットしたグラフが図１７の下段に示されている。このグラフに示すように、画素Ｇ１の信号波形（一点鎖線）と画素Ｇ２の信号波形（太実線）とにはずれが生じている。このため、黒線ｄにピントが合っているにも関わらず、位相差があるものとして判定されてしまう。このように、図１５に示すセンサは、斜め方向に伸びる黒線ｄについては、位相差情報を誤検出することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本国特開２０１１−１２８３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被写体のエッジの伸びる方向に依らずに位相差検出精度を維持することのできる固体撮像素子、これを備える撮像装置、及びこの撮像装置の合焦制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、撮影光学系の互いに異なる位置の瞳領域を通過する一対の光束の一方を受光する第一の位相差検出画素と、上記一対の光束の他方を受光する第二の位相差検出画素とのペアを有する固体撮像素子であって、上記ペアを構成する上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素は、位相差検出方向に対して交差する方向に配列されており、上記ペアは、上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素との位置関係が互いに逆になる第一のペアと第二のペアとをそれぞれ複数含み、上記位相差検出方向に上記第一のペアと上記第二のペアが交互に並ぶものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被写体のエッジの伸びる方向に依らずに位相差検出精度を維持することのできる固体撮像素子、これを備える撮像装置、及びこの撮像装置の合焦制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための撮像装置であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図
【図３】位相差情報算出部１９が行う位相差情報算出処理を説明するための図
【図４】図２に示す固体撮像素子の変形例を示す図
【図５】図４に示した固体撮像素子における位相差検出エリア５０に含まれる位相差検出画素を抽出して並べた図
【図６】図２に示す固体撮像素子５を搭載するデジタルカメラの位相差情報算出部１９が行う位相差情報算出処理の変形例を説明するための図
【図７】図２に示した固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ａの平面模式図
【図８】図７に示す固体撮像素子５ａを搭載するデジタルカメラの位相差情報算出部１９が行う位相差情報算出処理を説明するための図
【図９】図７に示した固体撮像素子におけるラインＬ１〜Ｌ４に含まれる位相差検出画素を抽出して並べた図
【図１０】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｂの平面模式図
【図１１】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｃの平面模式図
【図１２】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｄの平面模式図
【図１３】図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｅの平面模式図
【図１４】図１３に示す固体撮像素子５ｅの変形例である固体撮像素子５ｆの平面模式図
【図１５】従来の位相差検出センサの構成を示す図
【図１６】図１５の位相差検出センサに縦線がかかっていたときの位相差を説明するための図
【図１７】図１５の位相差検出センサに斜め線がかかっていたときの位相差を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図である。
【００１６】
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影光学系としての撮影レンズ１と、ＭＯＳ型の固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。固体撮像素子５は、後述するように複数の画素が水平方向に配列された画素ラインを複数備えており、画素ライン毎に信号読出タイミングを制御するローリングシャッタ方式で駆動される。
【００１７】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御する。また、システム制御部１１は、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１に含まれるフォーカスレンズの位置を調整したり撮影レンズ１に含まれるズームレンズの位置の調整を行ったりする。また、システム制御部１１は、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００１８】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像画像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００１９】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備える。アナログ信号処理部６とＡ／Ｄ変換回路７は、システム制御部１１によって制御される。
【００２０】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って撮影画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された撮影画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、固体撮像素子５に含まれる位相差検出画素から読み出された撮像信号を用いて位相差情報を算出する位相差情報算出部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された表示部２３が接続される表示制御部２２とを備える。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、位相差情報算出部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２１】
図２は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図である。
【００２２】
固体撮像素子５は、行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙに二次元状に配列された多数の画素を備える。図２の例では、多数の画素は、行方向Ｘに一定ピッチで並ぶ複数の画素からなるラインのうち、奇数ラインと偶数ラインとが、各ラインにおける画素の行方向Ｘの配列ピッチの１／２だけ行方向Ｘに互いにずれた、所謂ハニカム配列となっている。なお、図２では、画素のラインの奇数ラインと偶数ラインとを区別しやすくするために、偶数ラインの画素を太枠で囲って示してある。
【００２３】
この多数の画素は、撮像画素５１と位相差検出画素５１Ｌと位相差検出画素５１Ｒとを含む。
【００２４】
撮像画素５１は、撮影レンズ１の互いに異なる位置の瞳領域を通過した一対の光束（撮影レンズ１の主軸に対して左側と右側を通過した光束）の双方を受光する画素である。
【００２５】
位相差検出画素５１Ｒは、撮影レンズ１の互いに異なる位置の瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方（撮影レンズ１の主軸に対して一方の側（ここでは右側）を通過した光束）を受光する画素である。位相差検出画素５１Ｒは、撮像画素５１と比較すると、光電変換部の開口の左端部が遮光されていて、光電変換部の開口面積が小さくなっている。図２の位相差検出画素５１Ｒにおいて、ハッチングを付した領域は遮光されており、位相差検出画素５１Ｒの光電変換部の開口は右に偏心したものとなっている。
【００２６】
位相差検出画素５１Ｌは、撮影レンズ１の互いに異なる位置の瞳領域を通過した一対の光束のうちの他方（撮影レンズ１の主軸に対して他方の側（ここでは左側）を通過した光束）を受光する画素である。位相差検出画素５１Ｌは、撮像画素５１と比較すると、光電変換部の開口の右端部が遮光されていて、光電変換部の開口面積が小さくなっている。図２の位相差検出画素５１Ｌにおいて、ハッチングを付した領域は遮光されており、位相差検出画素５１Ｌの光電変換部の開口は左に偏心したものとなっている。
【００２７】
固体撮像素子５に含まれる多数の画素の奇数ラインの各画素の光電変換部上方にはカラーフィルタが形成されており、このカラーフィルタの配列はベイヤー配列となっている。
【００２８】
また、固体撮像素子５に含まれる多数の画素の偶数ラインの各画素の光電変換部上方にはカラーフィルタが形成されており、このカラーフィルタの配列もベイヤー配列となっている。
【００２９】
図２では、赤色（Ｒ）光を透過するカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタと言う）が搭載される画素には“Ｒ”を記している。また、緑色（Ｇ）光を透過するカラーフィルタ（以下、Ｇフィルタと言う）が搭載される画素には“Ｇ”を記している。また、青色（Ｂ）光を透過するカラーフィルタ（以下、Ｂフィルタと言う）が搭載される画素には“Ｂ”を記している。
【００３０】
このようなカラーフィルタ配列により、奇数ラインの各画素に対し、斜め右下の隣には、その各画素と同色光を検出する偶数ラインの画素が配置される構成となる。このような構成により、奇数ラインで撮像して得られる画像と偶数ラインで撮像して得られる画像とを合成して高感度化を図ったり、奇数ラインと偶数ラインで露光時間を変え、更に、奇数ラインで撮像して得られる画像と偶数ラインで撮像して得られる画像とを合成することでダイナミックレンジの拡大を図ったりすることができる。
【００３１】
固体撮像素子５には、位相差情報を算出するための位相差検出エリア５０，５０’が設けられている。
【００３２】
位相差検出エリア５０には、ラインＬ１とこれに隣接するラインＬ２とが含まれる。そして、ラインＬ１において、Ｇフィルタが搭載される画素のうち、左から数えて奇数番目にある画素が位相差検出画素５１Ｌであり、左から数えて偶数番目にある画素が位相差検出画素５１Ｒとなっている。また、ラインＬ２において、Ｇフィルタが搭載される画素のうち、左から数えて奇数番目にある画素が位相差検出画素５１Ｒであり、左から数えて偶数番目にある画素が位相差検出画素５１Ｌとなっている。
【００３３】
位相差検出エリア５０において、ラインＬ１にある各位相差検出画素５１Ｌと、この各位相差検出画素５１Ｌに対して位相差検出方向である行方向Ｘに交差する方向（斜め右下方向）にあるラインＬ２の位相差検出画素５１Ｒとが第一のペアを構成している。また、位相差検出エリア５０において、ラインＬ１にある各位相差検出画素５１Ｒと、この各位相差検出画素５１Ｒに対して位相差検出方向である行方向Ｘに交差する方向（斜め右下方向）にあるラインＬ２の位相差検出画素５１Ｌとが第二のペアを構成している。このように、位相差検出エリア５０には、第一のペアと第二のペアが行方向Ｘに交互に配置されている。
【００３４】
位相差検出エリア５０’は、ラインＬ３とラインＬ４を含む。ラインＬ３は、位相差検出画素５１Ｒと位相差検出画素５１Ｌの位置を逆にした以外はラインＬ１と同じ構成である。ラインＬ４は、位相差検出画素５１Ｒと位相差検出画素５１Ｌの位置を逆にした以外はラインＬ２と同じ構成である。つまり、位相差検出エリア５０と５０’とは、ペアとなる位相差検出画素５１Ｒと位相差検出画素５１Ｌとの位置関係が互いに逆になっている。即ち、位相差検出画素５１Ｒと位相差検出画素５１Ｌが、ライン上流側から下流側に向けて（Ｌ１からＬ４に向けて）、５１Ｒ，５１Ｌの順、及び５１Ｌ，５１Ｒの順の２パターンの配置形態となっている。より具体的には、位相差検出エリア５０では、ライン上流側から下流側に向けて、撮像画素内で互いに異なる位置となる瞳領域のうち、一方の位置の瞳領域を有する位相差検出画素５１Ｒと、他方の位置の瞳領域を有する位相差検出画素５１Ｌとが、この順で配置される。位相差検出エリア５０’では、位相差検出エリア５０とは逆に、他方の位置の瞳領域を有する位相差検出画素５１Ｌと、一方の位置の瞳領域を有する位相差検出画素５１Ｒとが、この順で配置される。
【００３５】
位相差検出エリア５０’において、ラインＬ３にある各位相差検出画素５１Ｌと、この各位相差検出画素５１Ｌに対して位相差検出方向である行方向Ｘに交差する方向（斜め右下方向）にあるラインＬ４の位相差検出画素５１Ｒとが第一のペアを構成している。また、位相差検出エリア５０’において、ラインＬ３にある各位相差検出画素５１Ｒと、この各位相差検出画素５１Ｒに対して位相差検出方向である行方向Ｘに交差する方向（斜め右下方向）にあるラインＬ４の位相差検出画素５１Ｌとが第二のペアを構成している。このように、位相差検出エリア５０’には、第一のペアと第二のペアが行方向Ｘに交互に配置されている。
【００３６】
次に、図１に示したデジタルカメラにおける位相差情報算出部１９が実行する位相差情報算出処理について説明する。
【００３７】
位相差情報算出部１９は、図２に示す位相差検出エリア５０，５０’の各々に対して位相差検出処理を行って、各位相差検出エリアにおける位相差検出画素５１Ｒで撮像された画像と位相差検出画素５１Ｌで撮像された画像との位相差量（位相差情報）を算出する。
【００３８】
図３は、位相差情報算出部１９が行う位相差情報算出処理を説明するための図である。
【００３９】
位相差情報算出部１９は、ラインＬ１にある各位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号群である信号群３０と、ラインＬ２にある各位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号群である信号群３１との相関演算を周知の方法により行って、第一の位相差情報を算出する。第一の位相差情報は、信号群３０の波形（信号群を構成する各信号の出力元の画素の行方向Ｘでの位置を横軸とし、各画素の信号出力レベルを縦軸にプロットして得られる波形）を基準としたときの信号群３１の波形の行方向Ｘにおける位相差量である。
【００４０】
また、位相差情報算出部１９は、ラインＬ１にある各位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号群である信号群３２と、ラインＬ２にある各位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号群である信号群３３との相関演算を周知の方法により行って、第二の位相差情報を算出する。第二の位相差情報は、信号群３２の波形を基準としたときの信号群３３の波形の行方向Ｘにおける位相差量である。
【００４１】
ここで、固体撮像素子５は、ローリングシャッタ方式によって撮像信号が読み出される。つまり、固体撮像素子５からは、図２の一番上のラインから下のラインに向かって順次露光が開始され、露光が終了したラインから順に撮像信号が読み出される。
【００４２】
つまり、ラインＬ１とラインＬ２では、信号読み出しタイミングがずれており、高速で動く被写体を撮影していた場合には、この信号読み出しタイミングのずれに起因して被写体像に歪みが生じる。このため、上記第一の位相差情報には、ローリングシャッタ方式による被写体像の歪みの影響が含まれる。
【００４３】
また、ラインＬ３とラインＬ４も同様に信号読み出しタイミングがずれており、高速で動く被写体を撮影していた場合には、この信号読み出しタイミングのずれに起因して被写体像に歪みが生じる。このため、上記第二の位相差情報には、ローリングシャッタ方式による被写体像の歪みの影響が含まれる。
【００４４】
つまり、第一の位相差情報と第二の位相差情報は式で表すと以下のようになる。
【００４５】
第一の位相差情報＝（信号群３０と信号群３１間の位相差量Ａ１）＋（信号群３０と信号群３１間のローリングシャッタによる歪み影響量Ａ２）
第二の位相差情報＝（信号群３２と信号群３３間の位相差量Ｂ１）＋（信号群３２と信号群３３間のローリングシャッタによる歪み影響量Ｂ２）
【００４６】
図３に示した信号群３０と信号群３２は、共にラインＬ１から得られる信号であり、信号群３１と信号群３３は、共にラインＬ２から得られる信号である。このため、歪み影響量Ａ２と歪み影響量Ｂ２はほぼ等しくなる。“ほぼ”と記載しているのは、同じラインであっても、奇数列と偶数列とで読み出しタイミングを変える場合があるためである。また、位相差量Ａ１と位相差量Ｂ１の関係は、位相のずれ方向が互いに逆になっており、符号が逆転しているのとほぼ等しい。以下では、位相差量Ａ１の符号をプラス、位相差量Ｂ１の符号をマイナスとして説明する。
【００４７】
そこで、位相差情報算出部１９は、以下の演算を行って、位相差検出エリア５０に対応する位相差情報Ｄを算出する。以下の式から分かるように、位相差情報Ｄには、ローリングシャッタに起因する歪み成分はほぼ含まれない。
【００４８】
位相差情報Ｄ＝（第一の位相差情報−第二の位相差情報）／２
＝｛（位相差量Ａ１＋歪み影響量Ａ２）−（位相差量Ｂ１＋歪み影響量Ｂ２）｝／２
＝（｜位相差量Ａ１｜＋｜位相差量Ｂ１｜）／２
【００４９】
位相差情報算出部１９は、位相差検出エリア５０’についても同様に位相差情報を算出する。即ち、位相差情報算出部１９は、ラインＬ３にある各位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号群とラインＬ４にある各位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号群との相関演算の結果から、ラインＬ３にある各位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号群とラインＬ４にある各位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号群との相関演算の結果を減算した値を２で割って、位相差検出エリア５０’に対応する位相差情報を算出する。なお、上記式において、第二の位相差情報から第一の位相差情報を減算して２で割って位相差情報を算出してもよい。この場合は、位相差量の符号がマイナスになるが、位相差の大きさは問題なく算出することができる。
【００５０】
最後に、位相差情報算出部１９は、位相差検出エリア５０に対応する位相差情報と、位相差検出エリア５０’に対応する位相差情報との平均値を最終的な位相差情報として算出し、この位相差情報をシステム制御部１１に送信する。
【００５１】
システム制御部１１は、位相差情報算出部１９から受信した位相差情報から被写体までの距離を算出する。そして、システム制御部１１は、その距離に基づいて、レンズ駆動部８を介して撮影レンズ１を駆動してフォーカスレンズ位置を制御し、被写体に合焦させる。
【００５２】
以上のように、図１に示したデジタルカメラによれば、図３で説明した処理を行うため、ローリングシャッタ方式に起因する位相差情報の算出精度の低下を防ぐことができる。
【００５３】
なお、図２の例では、位相差検出エリア５０と位相差検出エリア５０’とで、位相差検出画素５１Ｌと位相差検出画素５１Ｒの配置を逆にしているが、これらの配置を同じにしても（位相差検出エリア５０と位相差検出エリア５０’の構成を同じにしても）、上述した効果を得ることができる。図２に示した構成によれば、例えば高速読み出しのために、ラインＬ１とラインＬ３の各位相差検出用画素のみから信号を読み出す場合でも、ラインＬ１から得られる信号群とラインＬ３から得られる信号群との相関演算により、位相差情報を得ることができる。このため、位相差情報を算出するための相関演算の方法を増やすことができ、状況に応じた様々な演算が可能になる。
【００５４】
また、図２の例では、固体撮像素子５が位相差検出エリア５０と位相差検出エリア５０’とを有するものとしているが、固体撮像素子５が位相差検出エリア５０と位相差検出エリア５０’のいずれかを少なくとも１つ有していれば、位相差情報算出部１９によって位相差情報を算出することが可能である。位相差検出エリア５０と位相差検出エリア５０’をそれぞれ複数設ける場合には、位相差検出エリア５０と位相差検出エリア５０’は列方向Ｙに交互に配置されていればよい。
【００５５】
また、図２の例では、画素の奇数ラインと偶数ラインが行方向Ｘにずれているが、これに限らない。例えば、図４に示すように、図２に示す偶数ラインを、各ラインの画素配列ピッチの１／２左にずらした構成であってもよい。なお、図４では、位相差検出画素５０’の代わりに位相差検出エリア５０を設けた例を示している。図４に示した固体撮像素子であっても、位相差情報算出部１９が、各位相差検出エリア５０に対して上述した処理を行うことで、高精度に位相差情報を算出することができる。
【００５６】
また、図２に示した固体撮像素子５や図４に示した固体撮像素子によれば、各位相差検出エリアにおいて、位相差検出画素５１Ｌとこれに隣接する位相差検出画素５１Ｒからなる第一のペアと、位相差検出画素５１Ｒとこれに隣接する位相差検出画素５１Ｌからなる第二のペアとが行方向Ｘに交互に配列されている。このため、位相差検出エリア５０や位相差検出エリア５０’にピントのあった斜め線が重なった場合でも、各位相差検出エリアから得られる、開口が左に偏心した位相差検出画素の出力信号波形と、開口が右に偏心した位相差検出画素の出力信号波形とには位相差は生じない。
【００５７】
図５は、図４に示した固体撮像素子における位相差検出エリア５０に含まれる位相差検出画素を抽出して並べた図である。図５において符号ａは画素の開口を示している。
【００５８】
図５に示すように、２行×８列の位相差検出画素に、斜めに伸びる黒線ｄがかかっており、この黒線ｄにピントが合っている場合を考える。黒線ｄが開口ａにかかっている画素の出力信号を“０”とし、黒線ｄが開口ａにかかっていない画素の出力信号を“１”として、各列位置にある画素の出力信号をプロットしたグラフが図５の下段に示されている。
【００５９】
図５のグラフに示すように、位相差検出画素５１Ｌの信号波形（太実線）と、位相差検出画素５１Ｒの信号波形（一点鎖線）は、その形状は異なるものの、位相にずれはない。また、図５において、図１６に示したような列方向に伸びる黒線が例えば真ん中の８つの位相差検出画素にかかっていた場合には、位相差検出画素５１Ｌの信号波形と、位相差検出画素５１Ｒの信号波形は一致する。
【００６０】
このように、図２や図４に示した固体撮像素子によれば、第一のペアと第二のペアが行方向Ｘに交互に並べられた位相差検出エリアを少なくとも１つ有するため、列方向Ｙに伸びる被写体のエッジや斜め方向に伸びる被写体のエッジがこの位相差検出エリアにかかっており、このエッジにピントが合っている場合でも、その位相差検出エリアから読み出される位相差検出画素５１Ｒの出力信号波形と、位相差検出画素５１Ｌの出力信号波形とに位相差は生じない。したがって、被写体のエッジの伸びる方向に依らずに位相差検出精度を維持することが可能になる。
【００６１】
また、図２や図４に示した固体撮像素子によれば、第一のペアと第二のペアが交互に配置される位相差検出エリアを有していることにより、図３で説明した処理が可能になる。このため、ローリングシャッタによる歪みの影響によって位相差検出精度が低下するのを防ぐことができる。
【００６２】
図６は、図２に示す固体撮像素子５を搭載するデジタルカメラの位相差情報算出部１９が行う位相差情報算出処理の変形例を説明するための図である。
【００６３】
位相差情報算出部１９は、ラインＬ１にある位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号及びラインＬ２にある位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号からなる信号群４０と、ラインＬ１にある位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号及びラインＬ２にある位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号からなる信号群４１との相関演算を行って、位相差検出エリア５０に対応する位相差情報を算出する。なお、信号群４０，信号群４１を構成する各信号の列位置は厳密には等間隔になっていないが、ペアを構成する位相差検出画素同士は隣接して配置されているため、信号群４０，信号群４１を構成する各信号の列位置はほぼ等間隔であるものとして扱うことができる。
【００６４】
図６で説明した処理により、図３で説明した処理と比較して、相関演算を行う対象となる信号群に含まれる信号数を増やすことができる。このため、高周波の被写体に対する位相差情報の算出精度を向上させることができる。また、図６で説明した処理は、ローリングシャッタによる歪みの影響を排除することはできないが、斜めエッジに対する位相差の誤検出を防ぐという、図５で説明したような効果は得ることができる。
【００６５】
位相差情報算出部１９は、図３で説明した処理と、図６で説明した処理との両方を行うものであってもよい。
【００６６】
例えば、位相差情報算出部１９は、ローリングシャッタによる歪みの影響が小さいと推定される場合には、図６で説明した処理によって位相差情報を算出し、ローリングシャッタによる歪みの影響が大きいと推定される場合には、図３で説明した処理によって位相差情報を算出する。
【００６７】
又は、位相差情報算出部１９は、図３で説明した処理と図６で説明した処理のそれぞれで位相差情報を算出しておき、ローリングシャッタによる歪みの影響が小さいと推定される場合には、図６で説明した処理によって算出した位相差情報をシステム制御部１１に送信し、ローリングシャッタによる歪みの影響が大きいと推定される場合には、図３で説明した処理によって算出した位相差情報をシステム制御部１１に送信する。
【００６８】
例えば、位相差情報算出部１９は、ＡＦ領域が予め定められた閾値以上の大きさであればローリングシャッタによる歪みの影響が大きいと推定し、ＡＦ領域がその閾値未満の大きさであればローリングシャッタによる歪みの影響が小さいと推定する。ここで、ＡＦ領域とは、焦点を合わせる領域であり、図１のデジタルカメラが、その使用者により任意にその位置や大きさを設定できるよう構成されている場合や、撮影モードに応じてＡＦ領域の大きさが設定されるように構成されている場合等もある。ＡＦ領域がそれほど大きくなければ、そのＡＦ領域に含まれる位相差検出エリアの数が少なくなり、その結果、信号を読み出す対象となる位相差検出画素数も少なくなる。このため、ローリングシャッタによる歪みの影響は小さいと考えられる。
【００６９】
また、ローリングシャッタによる影響は、撮影画角内の被写体距離が長いほど大きくなると考えられる。そこで、位相差情報算出部１９は、被写体距離が閾値以上長い場合に、ローリングシャッタによる歪みの影響が大きいと推定し、被写体距離が閾値より短い場合には、ローリングシャッタによる歪みの影響が小さいと推定してもよい。
【００７０】
また、ローリングシャッタによる歪みは、撮影画角内に動体が存在する場合に起こる。従って、位相差情報算出部１９は、特にＡＦ領域内で動体を検出して、ＡＦ領域内に動体が存在する場合にはローリングシャッタによる歪みの影響が大きいと推定し、ＡＦ領域内に動体が存在しない場合には、ローリングシャッタによる歪みの影響が小さいと推定してもよい。
【００７１】
このように、ローリングシャッタによる歪みの影響をＡＦ領域の大きさ等の撮影条件と、被写体距離や被写体の動き等の被写体条件との少なくとも一方に基づいて推定し、ローリングシャッタによる歪みの影響が小さいと推定される場合には、システム制御部１１が図６の処理で得られた位相差情報に基づいて合焦制御を行い、ローリングシャッタによる歪みの影響が大きいと推定される場合には、システム制御部１１が図３の処理で得られた位相差情報に基づいて合焦制御を行う。このようにすることで、位相差検出精度の向上と、高周波被写体に対する位相差検出精度の向上とを両立させることができる。
【００７２】
なお、位相差情報算出部１９は、図６に示した処理のみを行うものであってもよい。この場合でも、斜めエッジに対する位相差の誤検出を防ぐという効果は得ることができる。位相差情報算出部１９が図６に示した処理しか行わない場合には、図２に示した固体撮像素子５において、位相差検出エリア５０，５０’には、第一のペアと第二のペアが少なくとも１つずつ含まれている必要がある。また、位相差情報算出部１９が図３に示した処理を行う場合には、図２に示した固体撮像素子５において、位相差検出エリア５０，５０’には、第一のペアと第二のペアが少なくとも２つずつ含まれている必要がある。
【００７３】
また、位相差情報算出部１９が、図６に示した処理のみを行うもの（図３に示した処理を行わないもの）である場合には、図１に示すデジタルカメラに搭載する固体撮像素子５はＭＯＳ型に限らず、ＣＣＤ型を採用することができる。
【００７４】
図７は、図２に示した固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ａの平面模式図である。
【００７５】
図７に示した固体撮像素子５ａは、図２のラインＬ１において左から数えて奇数番目にある位相差検出画素５１Ｌを位相差検出画素５１Ｒに変更し、図２のラインＬ２において左から数えて奇数番目にある位相差検出画素５１Ｒを位相差検出画素５１Ｌに変更し、図２のラインＬ３において左から数えて奇数番目にある位相差検出画素５１Ｒを位相差検出画素５１Ｌに変更し、図２のラインＬ４において左から数えて奇数番目にある位相差検出画素５１Ｌを位相差検出画素５１Ｒに変更した点を除いては、固体撮像素子５と同じ構成である。
【００７６】
固体撮像素子５ａは、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を含む位相差検出エリア５０’’を少なくとも１つ備える構成である。
【００７７】
固体撮像素子５ａを搭載するデジタルカメラの位相差情報算出部１９は、次のようにして位相差検出エリア５０’’に対応する位相差情報を算出する。
【００７８】
図８は、図７に示す固体撮像素子５ａを搭載するデジタルカメラの位相差情報算出部１９が行う位相差情報算出処理を説明するための図である。
【００７９】
位相差情報算出部１９は、ラインＬ１の位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号群４２と、ラインＬ３の位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号群４４との相関演算を行い、第三の位相差情報を算出する。
【００８０】
また、位相差情報算出部１９は、ラインＬ２の位相差検出画素５１Ｌから読み出された信号群４３と、ラインＬ４の位相差検出画素５１Ｒから読み出された信号群４５との相関演算を行い、第四の位相差情報を算出する。
【００８１】
ラインＬ１とラインＬ３では、信号読み出しタイミングが４ライン分ずれているため、上記第三の位相差情報には、ローリングシャッタ方式による被写体像の歪みの影響が含まれる。
【００８２】
ラインＬ２とラインＬ４では、信号読み出しタイミングが４ライン分ずれているため、上記第四の位相差情報には、ローリングシャッタ方式による被写体像の歪みの影響が含まれる。
【００８３】
つまり、第三の位相差情報と第四の位相差情報は式で表すと以下のようになる。
【００８４】
第三の位相差情報＝（信号群４２と信号群４４間の位相差量Ｃ１）＋（信号群４２と信号群４４間のローリングシャッタによる歪み影響量Ｃ２）
第四の位相差情報＝（信号群４３と信号群４５間の位相差量Ｄ１）＋（信号群４３と信号群４５間のローリングシャッタによる歪み影響量Ｄ２）
【００８５】
上記式において、歪み影響量Ｃ２と歪み影響量Ｄ２はほぼ一致する。また、位相差量Ｃ１と位相差量Ｄ１は、符号が逆転しているのとほぼ等しい。以下では、位相差量Ｃ１の符号をプラスとし、位相差量Ｄ１の符号をマイナスとして説明する。
【００８６】
そこで、位相差情報算出部１９は、以下の演算を行って、位相差検出エリア５０’’に対応する位相差情報Ｅを算出する。以下の式から分かるように、位相差情報Ｅには、ローリングシャッタに起因する歪み成分はほぼ含まれない。
【００８７】
位相差情報Ｅ＝（第三の位相差情報−第四の位相差情報）／２
＝｛（位相差量Ｃ１＋歪み影響量Ｃ２）−（位相差量Ｄ１＋歪み影響量Ｄ２）｝／２
＝（｜位相差量Ｃ１｜＋｜位相差量Ｄ１｜）／２
【００８８】
固体撮像素子５ａが位相差検出エリア５０’’を複数有する場合には、位相差情報算出部１９が、この複数の位相差検出エリア５０’’のそれぞれに対応する位相差情報を演算（例えば平均）して、最終的な位相差情報を算出する。そして、この位相差情報をシステム制御部１１に送信する。
【００８９】
システム制御部１１は、位相差情報算出部１９から受信した位相差情報から被写体までの距離を算出する。そして、システム制御部１１は、その距離に基づいて、レンズ駆動部８を介して撮影レンズ１を駆動してフォーカスレンズ位置を制御し、被写体に合焦させる。
【００９０】
以上のように、固体撮像素子５ａのような構成であっても、図８で説明した処理を行うことで、ローリングシャッタ方式に起因する位相差情報の算出精度の低下を防ぐことができる。
【００９１】
なお、図７において、ラインＬ１にある位相差検出画素５１Ｒを位相差検出画素５１Ｌに変更し、ラインＬ２にある位相差検出画素５１Ｌを位相差検出画素５１Ｒに変更し、ラインＬ３にある位相差検出画素５１Ｌを位相差検出画素５１Ｒに変更し、ラインＬ４にある位相差検出画素５１Ｒを位相差検出画素５１Ｌに変更した構成であっても、図８で説明した処理を行うことで、同様の効果を得ることができる。
【００９２】
また、図７において、画素の奇数ラインと偶数ラインが行方向Ｘにずれていない構成（図４と同様の画素配列）であっても、同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また、図７に示した固体撮像素子５ａによれば、位相差検出画素５１Ｒとこの右下に隣接する位相差検出画素５１Ｌからなる第一のペアが行方向Ｘに複数並ぶ第一のペアラインと、位相差検出画素５１Ｌとこの右下に隣接する位相差検出画素５１Ｒからなる第二のペアが行方向Ｘに複数並ぶ第二のペアラインとが、列方向Ｙに配列されている。このため、位相差検出エリア５０’’にピントのあった斜め線が重なった場合でも、ラインＬ１〜Ｌ４から得られる、開口が左に偏心した位相差検出画素の出力信号波形と、開口が右に偏心した位相差検出画素の出力信号波形とには位相差は生じない。
【００９４】
図９は、図７に示した固体撮像素子におけるラインＬ１〜Ｌ４に含まれる位相差検出画素を抽出して並べた図である。なお、図７に示した固体撮像素子５ａにおいてペアを構成する位相差検出画素同士の列位置はほぼ同じと見なすことができる。そのため、図９では、各ラインＬ１〜Ｌ４において、位相差検出画素の位置を行方向Ｘで一致させて図示している。また、図９において符号ａは画素の開口を示している。
【００９５】
図９に示すように、４行×８列の位相差検出画素に、斜め方向に伸びる黒線ｄがかかっており、この黒線ｄにピントが合っている場合を考える。黒線ｄが開口ａにかかっている画素の出力信号を“０”とし、黒線ｄが開口ａにかかっていない画素の出力信号を“１”として、各列位置にある、開口の偏心方向が同じ画素の出力信号の平均値をプロットしたグラフが図９の下段に示されている。
【００９６】
図９のグラフに示すように、位相差検出画素５１Ｌの信号波形（太実線）と、位相差検出画素５１Ｒの信号波形（一点鎖線）は、その形状は異なるものの、位相にずれはない。また、図９において、図１６に示したような列方向に伸びる黒線が例えば真ん中の８つの位相差検出画素にかかっていた場合には、位相差検出画素５１Ｌの信号波形と、位相差検出画素５１Ｒの信号波形は一致する。
【００９７】
このように、図７に示した固体撮像素子５ａによれば、第一のペアラインと第二のペアラインが列方向Ｙに並べられた位相差検出エリアを少なくとも１つ有するため、列方向Ｙに伸びる被写体のエッジや斜め方向に伸びる被写体のエッジがこの位相差検出エリアにかかっており、このエッジにピントが合っている場合でも、その位相差検出エリアから読み出される位相差検出画素５１Ｒの出力信号波形と、位相差検出画素５１Ｌの出力信号波形とに位相差は生じない。したがって、被写体のエッジの伸びる方向に依らずに位相差検出精度を維持することが可能になる。
【００９８】
また、図７に示した固体撮像素子５ａによれば、上記位相差検出エリアを有していることにより、図８で説明した処理が可能になる。このため、ローリングシャッタによる歪みの影響によって位相差検出精度が低下するのを防ぐことができる。
【００９９】
なお、位相差情報算出部１９は、図８で説明した処理を行う代わりに、ラインＬ１に含まれる各位相差検出画素５１Ｒと、その各位相差検出画素５１Ｒの右隣の画素列にあるラインＬ４の位相差検出画素５１Ｒとの出力信号の平均値からなる信号群（図９の一点鎖線に相当）と、ラインＬ２に含まれる各位相差検出画素５１Ｌと、その各位相差検出画素５１Ｌの左隣の画素列にあるラインＬ３の位相差検出画素５１Ｌとの出力信号の平均値からなる信号群（図９の太実線に相当）との相関演算を行った結果を、位相差検出エリア５０’’に対応する位相差情報として算出する別の処理を行ってもよい。この場合は、ローリングシャッタによる歪みの影響を低減することはできない。しかし、図９で説明したように、斜めエッジに対する位相差の誤検出を防ぐという効果は得ることができる。
【０１００】
なお、図８で説明した処理や上述した別の処理を行って位相差情報を算出するためには、図７に示した固体撮像素子５ａの位相差検出エリア５０’’内に第一のペアラインと第二のペアラインが少なくとも１つずつある必要がある。
【０１０１】
また、位相差情報算出部１９が、図８に示した処理を行わず、上述した別の処理のみを行うものである場合には、固体撮像素子５ａはＭＯＳ型に限らず、ＣＣＤ型を採用することもできる。
【０１０２】
また、位相差情報算出部１９は、図８に示した処理と、上述した別の処理との両方を実行するものとしてもよい。この場合には、前述したのと同じように、システム制御部１１が、撮影条件と被写体条件の少なくとも一方に基づいて、図８に示した処理によって算出された位相差情報と、上記別の処理によって算出された位相差情報とのいずれかを用いて合焦制御を行えばよい。
【０１０３】
図１０は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｂの平面模式図である。
【０１０４】
固体撮像素子５ｂは、行方向Ｘと列方向Ｙに正方格子状に配列された多数の画素（図中の各正方形）を備える。この多数の画素の基本構成は、図２に示した固体撮像素子５の各画素と同じである。
【０１０５】
各画素に含まれる光電変換部上方にはカラーフィルタが形成されており、このカラーフィルタの配列が多数の画素全体でベイヤー配列となっている。図１０において各画素に記された“Ｒ，Ｇ，Ｂ”の文字は、その画素に搭載されるカラーフィルタの色を示している。
【０１０６】
多数の画素には、図２の撮像画素５１と同じ構成の撮像画素６１と、図２の位相差検出画素５１Ｌと同じ構成の位相差検出画素６１Ｌと、図２の位相差検出画素５１Ｒと同じ構成の位相差検出画素６１Ｒとが含まれる。固体撮像素子５ｂには位相差検出エリア６０が設けられており、位相差検出画素６１Ｌと位相差検出画素６１Ｒはこの位相差検出エリア６０内に配置されている。
【０１０７】
位相差検出エリア６０にある３つのラインのうち上から１番目のラインＬ１において、位相差検出画素６１Ｌと位相差検出画素６１Ｒが等間隔に交互に配置されている。
【０１０８】
また、位相差検出エリア６０にあるラインのうち上から３番目のラインＬ２において、位相差検出画素６１Ｒと位相差検出画素６１Ｌが等間隔に交互に配置されている。
【０１０９】
ラインＬ１とラインＬ２において、位相差検出画素の配置される位置は行方向Ｘにおいて一致している。ラインＬ１にある各位相差検出画素６１Ｌと、この列方向Ｙの隣にあるラインＬ２の位相差検出画素６１Ｒとで第一のペアが構成されている。また、ラインＬ１にある各位相差検出画素６１Ｒと、この列方向Ｙの隣にあるラインＬ２の位相差検出画素６１Ｌとで第二のペアが構成されている。
【０１１０】
このように、位相差検出エリア６０には、第一のペアと第二のペアが行方向Ｘに交互に配列されている。
【０１１１】
固体撮像素子５ｂは、このような位相差検出エリア６０を少なくとも１つ有していればよい。
【０１１２】
このような構成の固体撮像素子５ｂによれば、位相差検出エリア６０内の位相差検出画素の配列が図５に示したものと同じになっているため、被写体の斜めエッジによる位相差検出精度の低下を防ぐことが可能となる。
【０１１３】
また、図１の位相差情報算出部１９が、ラインＬ１にある各位相差検出画素６１Ｌから読み出された信号とラインＬ２にある各位相差検出画素６１Ｒから読み出された信号との相関演算結果から、ラインＬ１にある各位相差検出画素６１Ｒから読み出された信号と、ラインＬ２にある各位相差検出画素６１Ｌから読み出された信号との相関演算結果を減算して、位相差検出エリア６０に対応する位相差情報を算出する（図３で説明したのと同様の処理を行う）ことで、ローリングシャッタによる歪みの影響を抑えることができる。
【０１１４】
なお、位相差情報算出部１９が図３で説明したのと同様の処理を行う場合には、位相差検出エリア６０内のラインＬ１，Ｌ２において、位相差検出画素６１Ｌ同士の配置間隔と位相差検出画素６１Ｒ同士の配置間隔とがそれぞれ等間隔となっていればよく、位相差検出画素６１Ｌと位相差検出画素６１Ｒとの間隔が等間隔である必要はない。
【０１１５】
例えば、図１０に示した列１，列２にある各位相差検出画素を左に２画素ずらした位置に変更した構成であってもよい。この構成であっても、ラインＬ１の位相差検出画素６１Ｌから読み出された信号及びラインＬ２の位相差検出画素６１Ｒから読み出された信号の列位置の間隔は等間隔となり、ラインＬ１の位相差検出画素６１Ｒから読み出された信号及びラインＬ２の位相差検出画素６１Ｌから読み出された信号の列位置の間隔は等間隔となるため、相関演算を問題なく行うことができる。このように、図３の処理を行う場合には、位相差検出画素の配置間隔を等間隔にする必要がないため、固体撮像素子の設計自由度を上げることができる。
【０１１６】
図１１は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｃの平面模式図である。固体撮像素子５ｃは、図１０に示した２つの位相差検出エリア６０のうちの下側に有る位相差検出エリア６０内の位相差検出画素６１Ｌと位相差検出画素６１Ｒの配置を逆にしたものである。
【０１１７】
図１２は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｄの平面模式図である。固体撮像素子５ｄは、図１０に示した各位相差検出エリア６０のラインＬ２の各位相差検出画素の位置を、その右下にあるＧフィルタ搭載の撮像画素６１の位置に変更したものである。このように、ラインＬ１の各位相差検出画素の列位置とラインＬ２の各位相差検出画素の列位置がずれていても、図１０に示した固体撮像素子５ｂと同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
図１３は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の変形例である固体撮像素子５ｅの平面模式図である。固体撮像素子５ｅは、図１０に示した固体撮像素子５ｂの各画素に搭載されるカラーフィルタ配列が変更されている。固体撮像素子５ｅに搭載されるカラーフィルタは、Ｒフィルタの数と、Ｂフィルタの数と、Ｇフィルタの数との比が１：１：２．５となるように配列されている。
【０１１９】
固体撮像素子５ｅに搭載されるカラーフィルタの配列は、図１３に示したユニットＵ１内のフィルタ配列と、ユニットＵ１内のフィルタ配列においてＲフィルタとＢフィルタの位置を入れ替えたユニットＵ２内のフィルタ配列とが市松状に配置されたものとなっている。
【０１２０】
言い換えると、ユニットＵ１とユニットＵ２とが、水平、垂直方向に交互に並べられた配列となっている。
【０１２１】
ユニットＵ１は、輝度系フィルタであるＧフィルタが４隅と中央に配置されている。また、ユニットＵ１において、中央のＧフィルタの行方向Ｘの両隣にはＲフィルタが配置され、中央のＧフィルタの列方向Ｙの両隣にはＢフィルタが配置されている。
【０１２２】
ユニットＵ２は、ユニットＵ１において、ＲフィルタとＢフィルタの位置を入れ替えたものになっている。
【０１２３】
また、ユニットＵ１，Ｕ２のそれぞれの４隅のＧフィルタは、ユニットＵ１とユニットＵ２とが水平、垂直方向に交互に配置されることにより、２×２画素のＧフィルタの正方配列を含む配列となっている。
【０１２４】
固体撮像素子５ｅのカラーフィルタ配列は、ユニットＵ１とユニットＵ２とを、水平、垂直方向に交互に２つずつ配列した６行×６列のフィルタ配列が基本配列パターンであり、この基本配列パターンが繰り返される配列となっている。
【０１２５】
以上のようなカラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色（Ｇ）に対応する第１のフィルタ（Ｇフィルタ）が、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め方向の各ライン内に配置される。また、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率が、第１の色以外の２色（Ｂ，Ｒ）の第２のフィルタ（Ｂフィルタ、Ｒフィルタ）に対応する第２の色（Ｂ，Ｒ）の画素数の比率よりも大きくなる。このような配列により、高周波領域での同時化処理の再現精度を向上させ、かつエリアシングを抑制することができる。
【０１２６】
また、第２の色（Ｂ，Ｒ）に対応する第２のフィルタ（Ｂフィルタ、Ｒフィルタ）が、前記基本配列パターン内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されるため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。
【０１２７】
更に、このカラーフィルタ配列は、所定の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返されているため、後段での同時化（補間）処理を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができ、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができる。
【０１２８】
このような配列のカラーフィルタを搭載する固体撮像素子５ｅにおいて、Ｇフィルタを搭載する画素の一部が位相差検出画素６１Ｌ，６１Ｒになっている。
【０１２９】
図１３の例では、位相差検出エリア７０にあるラインＬ１において位相差検出画素６１Ｌと位相差検出画素６１Ｒが交互に等間隔で配置され、位相差検出エリア７０にあるラインＬ２において位相差検出画素６１Ｒと位相差検出画素６１Ｌが交互に等間隔で配置されている。
【０１３０】
ラインＬ１とラインＬ２において、位相差検出画素の配置される位置は行方向Ｘにおいて一致している。ラインＬ１にある各位相差検出画素６１Ｌと、この列方向Ｙの隣にあるラインＬ２の位相差検出画素６１Ｒとで第一のペアが構成されている。また、ラインＬ１にある各位相差検出画素６１Ｒと、この列方向Ｙの隣にあるラインＬ２の位相差検出画素６１Ｌとで第二のペアが構成されている。
【０１３１】
固体撮像素子５ｅは、位相差検出エリア７０を複数有していてもよい。
【０１３２】
このように、図１３に示す構成の固体撮像素子５ｅであっても、図１０に示した固体撮像素子５ｂと同様の効果を得ることができる。固体撮像素子５ｅにおいても、図１１に示したような、隣り合う位相差検出エリアで位相差検出画素の配置を逆転させる構成を適用することができる。
【０１３３】
図１４は、図１３に示す固体撮像素子５ｅの変形例である固体撮像素子５ｆの平面模式図である。固体撮像素子５ｆは、図１３において、ラインＬ１にある各位相差検出画素６１ＲとラインＬ２にある各位相差検出画素６１Ｌとを、１つ左隣に移動させた点を除いては固体撮像素子５ｅと同じ構成である。
【０１３４】
このような構成であっても、図１０に示した固体撮像素子５ｂと同様の効果を得ることができる。ただし、図１４の構成では、図６で説明した処理を行ってしまうと、相関演算を行う対象となる信号群における信号の配置間隔が等間隔とならず、精度が低下するため、図６で説明した処理は行わないことが好ましい。
【０１３５】
以上の実施形態では、固体撮像素子にカラーフィルタを搭載するものとしたが、カラーフィルタを搭載しないモノクロ撮像用の固体撮像素子であってもよい。また、以上の説明では、Ｇフィルタを搭載する画素を位相差検出画素としているが、Ｒフィルタを搭載する画素やＢフィルタを搭載する画素を位相差検出画素とすることもできる。
【０１３６】
また、以上の説明では、固体撮像素子が撮像兼位相差検出用のものとしたが、撮像画素を持たない位相差検出専用の固体撮像素子であってもよい。
【０１３７】
本明細書では、位相差検出用画素のライン間には撮像画素のみからなるラインも配置される場合があるが、位相差検出用画素のライン同士の位置関係を言う場合には、撮像画素のみからなるラインについては除外している。例えば、図１０において、ラインＬ１の列方向Ｙの隣にある位相差検出用画素のラインはラインＬ２であり、ラインＬ２の列方向Ｙの隣にある位相差検出用画素のラインはラインＬ１である。また、第一のペアと第二のペアが並ぶ位置関係を言う場合には、間に撮像画素が含まれている場合も含む。
【０１３８】
以上説明したように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【０１３９】
開示された固体撮像素子は、撮影光学系の互いに異なる位置の瞳領域を通過する一対の光束の一方を受光する第一の位相差検出画素と、上記一対の光束の他方を受光する第二の位相差検出画素とのペアを有する固体撮像素子であって、上記ペアを構成する上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素は、位相差検出方向に対して交差する方向に配列されており、上記ペアは、上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素との位置関係が互いに逆になる第一のペアと第二のペアとをそれぞれ少なくとも１つ又は複数含み、上記位相差検出方向又は上記位相差検出方向に対して直交する方向に上記第一のペアと上記第二のペアが並ぶものである。
【０１４０】
開示された固体撮像素子は、上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素が上記位相差検出方向に交互に配置された第一のラインと、上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素が上記位相差検出方向に交互に配置された第二のラインとが上記位相差検出方向と直交する方向に並べて配置される第一の位相差検出エリアを少なくとも１つ備え、上記第一の位相差検出エリアにおいて、上記第一のラインに含まれる上記第一の位相差検出画素に対し上記位相差検出方向に交差する方向には上記第二のラインに含まれる上記第二の位相差検出画素があり、上記第一のラインに含まれる上記第二の位相差検出画素に対し上記交差する方向には上記第二のラインに含まれる上記第一の位相差検出画素があり、上記第一の位相差検出エリアにおける上記第一のラインの上記第一の位相差検出画素とこれに対して上記交差する方向にある上記第二のラインの上記第二の位相差検出画素とで上記第一のペアが構成され、上記第一の位相差検出エリアにおける上記第一のラインの上記第二の位相差検出画素とこれに対して上記交差する方向にある上記第二のラインの上記第一の位相差検出画素とで上記第二のペアが構成されているものである。
【０１４１】
開示された固体撮像素子は、ローリングシャッタ方式で信号を読み出し可能なＭＯＳ型であるものを含む。
【０１４２】
開示された撮像装置は、上記固体撮像素子と、上記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系と、上記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出す撮像素子駆動部と、上記第一の位相差検出エリアにおける上記第一のラインの上記第一の位相差検出画素から読み出された信号と、その第一の位相差検出画素とペアを構成する上記第二の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第一の演算結果と、上記第一の位相差検出エリアにおける上記第一のラインの上記第二の位相差検出画素から読み出された信号と、その第二の位相差検出画素とペアを構成する上記第一の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第二の演算結果とを用いた演算により、上記位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出する位相差情報算出部と、上記位相差情報算出部によって算出された上記位相差情報に基づいて上記撮影光学系の合焦制御を行う合焦制御部とを備えるものである。
【０１４３】
開示された撮像装置は、上記位相差情報算出部は、上記位相差情報を算出するための処理として第一の処理と第二の処理を実行可能であり、上記第一の処理は、上記第一の演算結果と上記第二の演算結果の両方を用いて上記位相差情報を算出する処理であり、上記第二の処理は、上記第一の位相差検出エリアの上記第一のライン及び上記第二のラインにある上記第一の位相差検出画素とから読み出された信号と、上記第一の位相差検出エリアの上記第一のライン及び上記第二のラインにある上記第二の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる演算結果を上記位相差情報として算出する処理であり、上記合焦制御部は、撮影条件と被写体条件の少なくとも一方に基づいて、上記第一の処理によって算出される上記位相差情報と、上記第二の処理によって算出される上記位相差情報のいずれかを選択し、選択した上記位相差情報に基づいて上記合焦制御を行うものである。
【０１４４】
開示された撮像装置は、上記固体撮像素子は、二次元状に配列された多数の画素からなる画素群を備え、上記画素群は、上記第一の位相差検出画素と、上記第二の位相差検出画素と、上記一対の光束の双方を受光する撮像画素とを含み、上記第一のラインと上記第二のラインは、それぞれ、上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素と上記撮像画素とを含み、かつ、上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素が少なくとも１つの上記撮像画素を挟んで上記位相差検出方向に交互に配置されており、上記第一のラインと上記第二のラインの各々における上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素の間隔が不均一になっているものである。
【０１４５】
開示された撮像装置は、上記固体撮像素子は、上記第一の位相差検出エリアにおいて上記第一の位相差検出画素と上記第二の位相差検出画素の位置を逆にした第二の位相差検出エリアを少なくとも１つ備え、上記第一の位相差検出エリアと上記第二の位相差検出エリアが上記位相差検出方向に直交する方向に交互に配置されているものである。
【０１４６】
開示された固体撮像素子は、上記固体撮像素子であって、上記第一の位相差検出画素が上記位相差検出方向に配列された第一のラインと上記第二の位相差検出画素が上記位相差検出方向に配列された第二のラインとを２つずつ含む位相差検出エリアを少なくとも１つ備え、上記位相差検出エリアは、２つの上記第一のラインの間に２つの上記第二のラインが配置されたものとなっており、上記位相差検出エリアにおける１行目の第一のラインの各第一の位相差検出画素と、その各第一の位相差検出画素に対して上記位相差検出方向に交差する方向にある２行目の第二のラインの各第二の位相差検出画素とで上記第一のペアが構成され、上記位相差検出エリアにおける３行目の第二のラインの各第二の位相差検出画素と、その各第二の位相差検出画素に対して上記位相差検出方向に交差する方向にある４行目の第一のラインの各第一の位相差検出画素とで上記第二のペアが構成されているものである。
【０１４７】
開示された固体撮像素子は、ローリングシャッタ方式で信号を読み出し可能なＭＯＳ型であるものを含む。
【０１４８】
開示された撮像装置は、上記固体撮像素子と、上記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系と、上記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出す固体撮像素子駆動部と、上記位相差検出エリアにおける１行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号と、上記位相差検出エリアにおける３行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号とを相関演算して得られる第一の演算結果と、上記位相差検出エリアにおける２行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号と、上記位相差検出エリアにおける４行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号とを相関演算して得られる第二の演算結果とを用いた演算により、上記位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出する位相差情報算出部と、上記位相差情報算出部によって算出された上記位相差情報に基づいて上記撮影光学系の合焦制御を行う合焦制御部とを備えるものである。
【０１４９】
開示された撮像装置は、上記位相差情報算出部は、上記位相差情報を算出するための処理として第一の処理と第二の処理を実行可能であり、上記第一の処理は、上記第一の演算結果と上記第二の演算結果の両方を用いて上記位相差情報を算出する処理であり、上記第二の処理は、上記位相差検出エリアの２つの上記第一のラインにある上記第一の位相差検出画素から読み出された信号と、上記位相差検出エリアの２つの上記第二のラインにある上記第二の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる演算結果を上記位相差情報として算出する処理であり、上記合焦制御部は、撮影条件と被写体条件の少なくとも一方に基づいて、上記第一の処理によって算出される上記位相差情報と、上記第二の処理によって算出される上記位相差情報のいずれかを選択し、選択した上記位相差情報に基づいて上記合焦制御を行うものである。
【０１５０】
開示された合焦制御方法は、上記固体撮像素子と、上記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系とを有する撮像装置における合焦制御方法であって、上記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出すステップと、上記位相差検出エリアにおける上記第一のラインの上記第一の位相差検出画素から読み出された信号と、その第一の位相差検出画素とペアを構成する上記第二の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第一の演算結果と、上記位相差検出エリアにおける上記第一のラインの上記第二の位相差検出画素から読み出された信号と、その第二の位相差検出画素とペアを構成する上記第一の位相差検出画素から読み出された信号との相関演算を行って得られる第二の演算結果とを用いた演算により、上記位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出するステップと、上記算出した上記位相差情報に基づいて上記撮影光学系の合焦制御を行うステップとを備えるものである。
【０１５１】
開示された合焦制御方法は、上記固体撮像素子と、上記固体撮像素子の前段に配置される撮影光学系とを有する撮像装置における合焦制御方法であって、上記固体撮像素子からローリングシャッタ方式で信号を読み出すステップと、上記位相差検出エリアにおける１行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号と、上記位相差検出エリアにおける３行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号とを相関演算して得られる第一の演算結果と、上記位相差検出エリアにおける２行目の各第二の位相差検出画素から読み出された信号と、上記位相差検出エリアにおける４行目の各第一の位相差検出画素から読み出された信号とを相関演算して得られる第二の演算結果とを用いた演算により、上記位相差検出エリアに対応する位相差情報を算出するステップと、上記算出した上記位相差情報に基づいて上記撮影光学系の合焦制御を行うステップとを備えるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明の固体撮像素子、撮像装置、及び合焦制御方法は、被写体のエッジの伸びる方向に依らずに位相差検出精度を維持することができる。【０１５３】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年９月２８日出願の日本特許出願（特願２０１１−２１３１２８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【０１５４】
１  撮影レンズ
５  固体撮像素子
５１Ｒ，５１Ｌ  位相差検出画素
【図１】
0005613843.tif 000002
【図２】
0005613843.tif 000003
【図３】
0005613843.tif 000004
【図４】
0005613843.tif 000005
【図５】
0005613843.tif 000006
【図６】
0005613843.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005613843.tif 000009
【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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