(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方の光束を検出する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方の光束を検出する第二の画素を含む複数の画素を有し、前記複数の画素が二次元状に配置された撮像素子と、
前記撮像素子の前記第一の画素から出力される撮像画像信号に基づく画像データと、前記撮像素子の前記第二の画素から出力される撮像画像信号に基づく画像データとを用いて立体画像データを生成する立体画像データ生成部と、を備える撮像装置であって、
前記第一の画素の受光領域は、前記第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、
前記第二の画素の受光領域は、前記第二の画素の中心に対して前記一方向の反対方向に偏心しており、
前記複数の画素において、周囲に４つの画素が隣接する全ての画素を注目画素としたときに、前記注目画素に隣接する前記４つの画素のうち、前記注目画素よりも前記注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、前記注目画素と同じ方向に受光領域が偏心している画素を含む撮像装置。
【請求項２】
単一撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方の光束を検出する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方の光束を検出する第二の画素を含む複数の画素を有し、前記複数の画素が二次元状に配置された撮像素子であって、
前記第一の画素の受光領域は、前記第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、
前記第二の画素の受光領域は、前記第二の画素の中心に対して前記一方向の反対方向に偏心しており、
前記複数の画素において、周囲に４つの画素が隣接する全ての画素を注目画素としたときに、前記注目画素に隣接する前記４つの画素のうち、前記注目画素よりも前記注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、前記注目画素と同じ方向に受光領域が偏心している画素を含み、
前記複数の画素は正方格子状に配列されており、
前記正方格子状の配列における奇数行に前記第一の画素が配列され、前記正方格子状の配列における偶数行に前記第二の画素が配列されており、
列方向に隣接する前記第一の画素と前記第二の画素のペアが同じ色の光を検出するものであり、
前記正方格子状の配列には、第一の色の光を検出するペアと、前記第一の色の光とは異なる色の第二の色の光を検出するペアと、前記第一の色の光及び第二の色の光とは異なる色の第三の色の光を検出するペアとの複数色のペアが含まれ、
前記複数色のペアがベイヤ状に配置されている撮像素子。
【請求項３】
単一撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方の光束を検出する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方の光束を検出する第二の画素を含む複数の画素を有し、前記複数の画素が二次元状に配置された撮像素子であって、
前記第一の画素の受光領域は、前記第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、
前記第二の画素の受光領域は、前記第二の画素の中心に対して前記一方向の反対方向に偏心しており、
前記複数の画素において、周囲に４つの画素が隣接する全ての画素を注目画素としたときに、前記注目画素に隣接する前記４つの画素のうち、前記注目画素よりも前記注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、前記注目画素と同じ方向に受光領域が偏心している画素を含み、
前記複数の画素は、行方向に並ぶ複数の画素からなる画素行が、前記行方向と直交する列方向に複数個並べられ、かつ、前記複数個の画素行のうち奇数行にある画素行が、偶数行にある画素行に対し、各画素行における画素の前記行方向の配列ピッチの１／２だけ前記行方向にずれた配置となっている撮像素子。
【請求項４】
請求項３記載の撮像素子であって、
前記複数の画素の配列を、前記行方向に対して斜め４５°の方向に見たときに、前記第一の画素からなる列と前記第二の画素からなる列とが、前記斜め４５°の方向に直交する方向に交互に並んでいる撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の撮像素子であって、
前記第一の画素と前記第二の画素は、それぞれ、第一の色の光を検出する画素と、前記第一の色の光とは異なる色の第二の色の光を検出する画素と、前記第一の色の光及び第二の色の光とは異なる色の第三の色の光を検出する画素との複数色の画素を含み、
前記第一の画素からなる列に含まれる各画素と、前記各画素に対して前記斜め４５°の方向に直交する方向における所定方向に隣接する前記第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっている撮像素子。
【請求項６】
請求項３記載の撮像素子であって、
前記複数の画素の配列を、前記行方向に対して斜め４５°の方向に見たときに、前記第一の画素からなる列と前記第二の画素からなる列とが、前記斜め４５°の方向に直交する方向に２列おきに交互に並んでいる撮像素子。
【請求項７】
請求項６記載の撮像素子であって、
前記第一の画素と前記第二の画素は、それぞれ、赤色の光を検出する画素と、緑色の光を検出する画素と、青色の光を検出する画素との複数色の画素を含み、
前記第一の画素からなる列に含まれる各画素と、前記各画素に対して前記斜め４５°の方向に直交する方向における所定方向に隣接する前記第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっており、
前記第一の画素からなる列に含まれる各画素と、前記各画素に対して前記斜め４５°の方向に直交する方向における前記所定方向の反対方向に隣接する前記第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっている撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズと光電変換部からなる画素が二次元状に配列された撮像素子により、撮影光学系を透過した被写体からの光を受光し、当該撮像素子の撮像画像信号を用いて画像を生成するとともに、撮影光学系の焦点調節状態を検出するようにした撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１１は、特許文献１に記載の撮像素子の平面模式図である。図１１に示す撮像素子は、画素の中心に対して画素の受光領域ａが右側に偏心した画素Ａと、画素の中心に対して画素の受光領域ｂが左側に偏心した画素Ｂとを備えている。この撮像素子では、画素の受光領域ａと画素の受光領域ｂが行方向Ｘにおいて互いに逆方向に偏心しているため、行方向Ｘにおける位相差情報を取得することができる。【０００５】
図１１中の枠Ｗで囲った画素Ａと画素Ｂに着目すると、画素Ｂの画素の受光領域ｂには、図中の白抜き太矢印で示した方向からの光が入射し、画素Ａの画素の受光領域ａには画素Ｂの画素の受光領域ｂに入射する光とは逆方向の光が入射する。枠Ｗ内の画素Ａの画素の受光領域ａの右隣には画素Ｂの画素の受光領域ｂが隣接している。このため、画素Ａの画素の受光領域ａに入射した光の一部（図中の白抜き細矢印）が隣の画素の受光領域ｂに漏れ込んだり、画素Ｂの画素の受光領域ｂに入射した光の一部（図中の白抜き細矢印）が隣接する画素の受光領域ａに漏れ込んだりする、所謂クロストークが発生する。このクロストークによる光成分は、画素Ａ，Ｂにおいてそれぞれ検出される光の入射方向とは逆方向の光成分となる。このため、このようなクロストークが発生すると、画素Ａ，Ｂにおいて、検出信号がクロストーク成分によって打消されることになり、位相差を持つ２つの撮像画像信号を精度よく得ることができない。また混色も発生する。【０００６】
近年の撮像素子は微細化が進んでおり、クロストークが発生しやすくなっている。このため、位相差を持つ２つの撮像画像信号をいかに精度良く得ることができるかが重要となる。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位相差を持つ２つの撮像画像信号を精度よく得ることのできる撮像素子及びこの撮像素子を搭載する撮像装置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】
【０００８】
本発明の撮像装置は、単一撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方の光束を検出する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方の光束を検出する第二の画素を含む複数の画素を有し、前記複数の画素が二次元状に配置された撮像素子と、前記撮像素子の前記第一の画素から出力される撮像画像信号に基づく画像データと、前記撮像素子の前記第二の画素から出力される撮像画像信号に基づく画像データとを用いて立体画像データを生成する立体画像データ生成部と、を備える撮像装置であって、前記第一の画素の受光領域は、前記第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、前記第二の画素の受光領域は、前記第二の画素の中心に対して前記一方向の反対方向に偏心しており、前記複数の画素において、周囲に４つの画素が隣接する全ての画素を注目画素としたときに、前記注目画素に隣接する前記４つの画素のうち、前記注目画素よりも前記注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、前記注目画素と同じ方向に受光領域が偏心している画素を含むものである。なお、隣接とは、注目画素の中心とその周辺の画素の中心との距離が近い順に４つの画素を示す。
【０００９】
本発明の撮像素子は、単一撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方の光束を検出する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方の光束を検出する第二の画素を含む複数の画素を有し、前記複数の画素が二次元状に配置された撮像素子であって、前記第一の画素の受光領域は、前記第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、前記第二の画素の受光領域は、前記第二の画素の中心に対して前記一方向の反対方向に偏心しており、前記複数の画素において、周囲に４つの画素が隣接する全ての画素を注目画素としたときに、前記注目画素に隣接する前記４つの画素のうち、前記注目画素よりも前記注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、前記注目画素と同じ方向に受光領域が偏心している画素を含み、前記複数の画素は正方格子状に配列されており、前記正方格子状の配列における奇数行に前記第一の画素が配列され、前記正方格子状の配列における偶数行に前記第二の画素が配列されており、列方向に隣接する前記第一の画素と前記第二の画素のペアが同じ色の光を検出するものであり、前記正方格子状の配列には、第一の色の光を検出するペアと、前記第一の色の光とは異なる色の第二の色の光を検出するペアと、前記第一の色の光及び第二の色の光とは異なる色の第三の色の光を検出するペアとの複数色のペアが含まれ、前記複数色のペアがベイヤ状に配置されている。
また、本発明の撮像素子は、単一撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方の光束を検出する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方の光束を検出する第二の画素を含む複数の画素を有し、前記複数の画素が二次元状に配置された撮像素子であって、前記第一の画素の受光領域は、前記第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、前記第二の画素の受光領域は、前記第二の画素の中心に対して前記一方向の反対方向に偏心しており、前記複数の画素において、周囲に４つの画素が隣接する全ての画素を注目画素としたときに、前記注目画素に隣接する前記４つの画素のうち、前記注目画素よりも前記注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、前記注目画素と同じ方向に受光領域が偏心している画素を含み、前記複数の画素は、行方向に並ぶ複数の画素からなる画素行が、前記行方向と直交する列方向に複数個並べられ、かつ、前記複数個の画素行のうち奇数行にある画素行が、偶数行にある画素行に対し、各画素行における画素の前記行方向の配列ピッチの１／２だけ前記行方向にずれた配置となっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位相差を持つ２つの撮像画像信号を精度よく得ることのできる撮像装置及び撮像素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図
【図２】図１に示す撮像素子１００の概略構成を示す平面模式図
【図３】図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子１００の変形例である撮像素子１００ａの平面模式図
【図４】図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子１００の変形例である撮像素子１００ｂの平面模式図
【図５】撮像素子の画素配列の参考例を示す図
【図６】撮像素子の画素配列の参考例を示す図
【図７】図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子１００の変形例である撮像素子１００ｃの平面模式図
【図８】図４に示す撮像素子１００ｂの信号読み出し方法を説明するための図
【図９】図７に示す撮像素子１００ｃの信号読み出し方法を説明するための図
【図１０】図３に示す撮像素子１００ａの信号読み出し方法を説明するための図
【図１１】従来の撮像素子の平面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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概略構成を示す図である。撮像装置としては、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール、等があり、ここではデジタルカメラを例にして説明する。
【００１４】
図示するデジタルカメラの撮像系は、フォーカスレンズ、ズームレンズ等を含む単一の撮影光学系１と、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子１００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。
【００１５】
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、撮影光学系１に含まれるフォーカスレンズの位置を調整したり、撮影光学系に含まれるズームレンズの位置を調整したりする。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。
【００１６】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して撮像素子１００を駆動し、撮影光学系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。
【００１７】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、撮像素子１００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。
【００１８】
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、撮像素子１００によって撮影して得られる複数の撮影画像データを用いて立体画像データを生成する立体画像生成部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液晶表示部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、立体画像生成部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。液晶表示部２３は、視差のある２つの撮影画像データを立体視可能に表示する。
【００１９】
図２は、図１に示す撮像素子１００の概略構成を示す平面模式図である。
【００２０】
撮像素子１００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複数の画素を有する。この複数の画素は、撮影光学系１の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方を検出する画素１０と、当該一対の光束のうちの他方を検出する画素１１との２種類の画素を含む。この２種類の画素は、それぞれ同じ数だけ設けられている。なお、撮像素子１００には、撮影光学系１の異なる瞳領域を通過した一対の光束の両方を検出することのできる画素は設けられていない。
【００２１】
図２の例では、画素１０は、光を受光して光電変換する領域である受光領域（図２中の白い矩形で示した部分）が画素１０の中心に対して左方向に偏心した構成となっている。画素１０の受光領域以外の領域（ハッチングを付した領域）は遮光膜によって遮光されている。
【００２２】
また、画素１１は、光を受光して光電変換する領域である受光領域（図２中の白い矩形で示した部分）が、画素１１の中心に対して、画素１０における受光領域の偏心方向（左方向）とは反対の右方向に偏心した構成となっている。画素１１の受光領域以外の領域（ハッチングを付した領域）は遮光膜によって遮光されている。
【００２３】
画素１０，１１は、例えば、フォトダイオードが形成された半導体基板上方に設ける遮光膜に形成する開口の中心を、画素中心に対して偏心させることで形成されている。なお、画素１０，１１は、半導体基板内に形成するフォトダイオードの中心位置を、画素中心に対して偏心させた（画素の右半分又は左半分にのみフォトダイオードを形成した）構成であってもよい。画素１０，１１の構成は、周知の構成を採用することができ、本明細書で例示する構成には限定されない。
【００２４】
図２に示す画素の配列は、行方向Ｘに並ぶ複数の画素１０からなる行と、行方向Ｘに並ぶ複数の画素１１からなる行とが、列方向Ｙに交互に並べられた配列となっている。つまり、撮像素子１００の画素の行において、奇数行には画素１０が配置され、偶数行には画素１１が配置されている。なお、奇数行に画素１１が配置され、偶数行に画素１０が配置されていてもよい。
【００２５】
このような構成の撮像素子１００は、各画素１０に着目すると、各画素１０に隣接する画素のうち、各画素１０よりも各画素１０における受光領域の偏心方向側（図中左側）にある画素が、同じ種類の画素１０となっている。なお、ここで言う隣接とは、画素の中心間の距離が近い４つの画素をいう。例えば、図２の左上角にある画素１０の周囲には、その画素１０の右、下、右下に画素が存在するが、これら３つの画素のうち、右の画素と下の画素が、図２の左上角にある画素１０に隣接する画素となる。
【００２６】
また、各画素１１に着目すると、各画素１１に隣接する画素のうち、各画素１１よりも各画素１１における受光領域の偏心方向側（図中右側）にある画素が、各画素１１と同一種類の画素１１となっている。
【００２７】
図２に示した枠Ｈ内にある画素１０と画素１１に着目すると、画素１０の受光領域には、図中右から左に向かう斜め光（白抜き太矢印で示す）が入射する。また、枠Ｈ内にある画素１１の受光領域には、図中右から左に向かう斜め光（白抜き太矢印で示す）が入射する。
【００２８】
枠Ｈ内の画素１０の右隣にある他の画素１０の受光領域にも、枠Ｈ内の画素１０と同様に、図中右から左に向かう斜め光が入射するが、この斜め光の一部（図中、白抜き細矢印で示す）は、枠Ｈ内の画素１０に漏れ込む。しかし、この漏れ込んだ光は、枠Ｈ内の画素１０の遮光領域に入射するため、枠Ｈ内の画素１０の受光領域まではほとんど到達しない。また、この光が枠Ｈ内の画素１０の受光領域に到達したとしても、この漏れ光の方向と、枠Ｈ内の画素１０の受光領域で検出される光の方向とは一致するため、漏れ光によって位相差情報が打消されることがない。したがって、枠Ｈ内の画素１０から得られる信号の精度低下を防ぐことができる。
【００２９】
また、枠Ｈ内の画素１１の左隣にある他の画素１１の受光領域には、枠Ｈ内の画素１１と同様に、図中左から右に向かう斜め光が入射するが、この斜め光の一部（図中、白抜き細矢印で示す）は、枠Ｈ内の画素１１に漏れ込む。しかし、この漏れ込んだ光は、枠Ｈ内の画素１１の遮光領域に入射するため、枠Ｈ内の画素１１の受光領域まではほとんど到達しない。また、この光が枠Ｈ内の画素１１の受光領域に到達したとしても、この漏れ光の方向と、枠Ｈ内の画素１１の受光領域で検出される光の方向とは同じであるため、漏れ光によって位相差情報が打消されることがない。したがって、枠Ｈ内の画素１１から得られる信号の精度低下を防ぐことができる。
【００３０】
図１に示すデジタルカメラでは、デジタル信号処理部１７が、撮像素子１００の各画素１０から出力された信号の集合である撮像画像信号を処理して右眼用画像データを生成し、撮像素子１００の各画素１１から出力された信号の集合である撮像画像信号を処理して左眼用画像データを生成する。そして、立体画像合成部１９は、デジタル信号処理部１７によって生成された右眼用画像データと左眼用画像データから、立体再生可能な形式の立体画像データを生成し、これを記録媒体２１に記録する。また、システム制御部１１は、この立体画像データに基づく立体画像を表示部２３に表示させる。
【００３１】
上述したように、撮像素子１００を用いることで、右眼用画像データと左眼用画像データは、正確な視差を持ったデータとなる。したがって、右眼用画像データ及び左眼用画像データによって生成される立体画像データの品質を良好なものにすることができる。
【００３２】
図１に示すデジタルカメラでは、システム制御部１１が、撮像素子１００の各画素１０から出力された信号の集合である撮像画像信号と、撮像素子１００の各画素１１から出力された信号の集合である撮像画像信号とを用いて、位相差情報を算出し、この位相差情報に基づいて撮影光学系１に含まれるフォーカスレンズを駆動する位相差ＡＦ制御を行ってもよい。撮像素子１００を用いることで、位相差ＡＦの精度低下も防ぐことが可能である。
【００３３】
なお、撮像素子１００において、周囲に３つ又は４つの画素が隣接する各画素を注目画素としたときに、この注目画素に隣接する３つ又は４つの画素のうち、この注目画素よりも注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素が、注目画素と同じ種類の画素となるという条件を満たすように、撮像素子１００の画素１０と画素１１のレイアウトが決められたものであれば、上述した効果を得ることができる。周囲に３つ又は４つの画素が隣接しない画素（図２において４隅にある画素）については、周囲に３つ又は４つの画素が隣接する各画素を上記条件にしたがってレイアウトした後、上記条件は崩さないように、適宜レイアウトを決めればよい。
【００３４】
例えば、図２の右上角にある画素１０は、これを画素１１に置換することも可能である。また、図２の左下角にある画素１１は、これを画素１０に置換することも可能である。
【００３５】
図３は、図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子１００の変形例である撮像素子１００ａの平面模式図である。
【００３６】
撮像素子１００ａは、各画素の受光領域に３種類のカラーフィルタのいずれかが搭載されている点を除いては、撮像素子１００と同じ構成である。なお、３種類のカラーフィルタ以外に補色のカラーフィルタ、または白色のカラーフィルタでもよい。
【００３７】
図３では、赤色を透過するカラーフィルタが受光領域に設けられる画素の受光領域内に“Ｒ”の文字を付してある。また、緑色を透過するカラーフィルタが受光領域（上方）に設けられる画素の受光領域内に“Ｇ”の文字を付してある。また、青色を透過するカラーフィルタが受光領域に設けられる画素の受光領域内に“Ｂ”の文字を付してある。
【００３８】
図３に示すように、撮像素子１００ａの画素１０に搭載されるカラーフィルタの配列はベイヤ配列となっており、撮像素子１００ａの画素１１に搭載されるカラーフィルタの配列もベイヤ配列となっている。
【００３９】
そして、列方向Ｙに隣接する同色の光を検出する画素１０と画素１１をペアとしたとき、赤色光を検出するペアと、緑色光を検出するペアと、青色光を検出するペアとが、全体としてベイヤ状に配列されている。
【００４０】
撮像素子１００の代わりに撮像素子１００ａを用いることで、右眼用画像データと左眼用画像データをそれぞれカラー画像データとすることができ、カラーの立体撮影が可能になる。カラー撮影の場合には、クロストークによる混色が画質に影響を与える懸念がある。撮像素子１００ａの構成によれば、各画素においてクロストークによる混色が抑制されるため、画質劣化を防ぐことができる。
【００４１】
また、撮像素子１００の各画素１０から出力された信号の集合である撮像画像信号と、撮像素子１００の各画素１１から出力された信号の集合である撮像画像信号は、それぞれ、一般的なベイヤ型の撮像素子から得られたものと同じになる。このため、デジタルカメラは、一般的なベイヤ型の撮像素子に対する信号処理をそのまま利用して、立体画像データを簡単に生成することができる。
【００４２】
図４は、図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子１００の変形例である撮像素子１００ｂの平面模式図である。
【００４３】
撮像素子１００ｂ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複数の画素（図中のハッチングを付した三角形とハッチングを付していない三角形とを合わせた形の矩形のブロックで示す）を有する。この複数の画素の配列は、行方向Ｘに並ぶ複数の画素からなる画素行が列方向Ｙに複数個並べられ、かつ、この複数個の画素行のうち奇数行にある画素行が偶数行にある画素行に対し、各画素行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にずれたものとなっている。
【００４４】
この複数の画素は、撮影光学系１の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方を検出する第一の画素（画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）と、当該一対の光束のうちの他方を検出する第二の画素（画素２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）とを含む。なお、撮像素子１００ｂには、撮影光学系１の異なる瞳領域を通過した一対の光束の両方を検出することのできる画素は設けられていない。
【００４５】
図４の例では、各画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、光を受光して光電変換する領域である受光領域（図４中の白い三角形（中にＲ，Ｇ，Ｂの文字を含む）で示した部分）が、該当画素の中心に対して右方向に偏心した構成となっている。各画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて受光領域以外の領域（ハッチングを付した領域）は遮光膜によって遮光されている。
【００４６】
また、各画素２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、光を受光して光電変換する領域である受光領域（図４中の白い三角形（中にＲ，Ｇ，Ｂの文字を含む）で示した部分）が、該当画素の中心に対して左方向に偏心した構成となっている。各画素２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにおいて受光領域以外の領域（ハッチングを付した領域）は遮光膜によって遮光されている。
【００４７】
各画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと各画素２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、図２に示した画素１０及び画素１１と同じように、周知の構成を採用することができる。
【００４８】
画素２０Ｒ，２１Ｒには、それぞれ、赤色（Ｒ）光を透過するカラーフィルタが受光領域上方に設けられている。画素２０Ｇ，２１Ｇには、それぞれ、緑色（Ｇ）光を透過するカラーフィルタが受光領域上方に設けられている。画素２０Ｂ，２１Ｂには、それぞれ、青色（Ｂ）光を透過するカラーフィルタが受光領域上方に設けられている。
【００４９】
図４では、各画素に含まれるカラーフィルタの色を、各画素の受光領域を示す三角形の中に“Ｒ”、“Ｇ”、“Ｂ”の文字で示している。図４の例では、撮像素子１００ｂに含まれる複数の画素のうち、奇数行にある画素に搭載されるカラーフィルタの配列がベイヤ配列となっており、偶数行にある画素に搭載されるカラーフィルタの配列もベイヤ配列となっている。
【００５０】
また、撮像素子１００ｂでは、行方向Ｘに対して斜め４５°の方向Ｆに画素の配列を見たときに、第一の画素（受光領域が行方向Ｘの右側に偏心した画素）からなる列と第二の画素（受光領域が行方向Ｘの左側に偏心した画素）からなる列とが、方向Ｆに直交する方向Ｇに交互に並んでいる。そして、第一の画素からなる列に含まれる各画素と、当該各画素に対して方向Ｇにおける所定方向（右方向）に隣接する第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっている。
【００５１】
このような構成の撮像素子１００ｂは、各画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに注目したとき、注目した画素において受光領域が偏心している方向（注目した画素の右側）には、当該注目した画素とは種類の異なる第二の画素（画素２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）が２つ以上隣接して配置されていない。例えば、図４の撮像素子１００ｂにおいて、偶数行の画素を第一の画素とし、奇数行の画素を第二の画素とした撮像素子を参考として図５，６に示す。
【００５２】
図５，６において太線で囲った第一の画素の右側には、第二の画素が２つ隣接して配置されている。このような構成だと、図５，６において太線で囲った第一の画素の受光領域には、この右側に隣接する２つの第二の画素からの漏れ光が入射するため、当該第一の画素から得られる信号の信頼性が低下する。
【００５３】
一方、図４において太線で囲った画素２０Ｂの右側には、画素２１Ｂと画素２０Ｇが隣接して配置されている。このため、図４において太線で囲った画素２０Ｂの受光領域には、この右側に隣接する画素２１Ｂからの漏れ光だけが入射することになる。図４において太線で囲った画素２０Ｂからの信号は、この漏れ光によって多少は相殺される。しかし、この漏れ光は、画素２１Ｂから漏れ出す光の約半分の量であり、図５，６に示した構成よりも、その相殺される量は少なくなる。また、この漏れ光の色は、図４において太線で囲った画素２０Ｂで検出される光と同じ色である。このため、図４において太線で囲った画素２０Ｂで検出される光と漏れ光の色が異なる場合と比べると、漏れ光による影響は軽減される。したがって、図４に示す撮像素子１００ｂによれば、第一の画素から得られる信号の信頼性低下を防ぐことができる。
【００５４】
また、撮像素子１００ｂは、各画素２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに注目したとき、注目した画素において受光領域が偏心している方向（注目した画素の左側）には、当該注目した画素とは種類の異なる第一の画素（画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）が２つ以上隣接して配置されていない。このため、各画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと同様に、第二の画素から得られる信号についても、その信頼性が低下するのを防ぐことができる。
【００５５】
図４は、撮像素子の平面図を模式的に示しているため、行方向Ｘにおいて受光領域同士が向かい合う２つの画素間の距離が狭くなっているが、実際にはこの距離はもっと大きい。このため、この２つの画素間におけるクロストークによる影響は無視できるほど小さい。
【００５６】
なお、撮像素子１００ｂは、周囲に４つの画素が隣接する各画素を注目画素としたときに、この注目画素に隣接する４つの画素のうち、この注目画素よりも注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素が、少なくとも注目画素と同じ種類の画素を含むという条件を満たすように、第一の画素と第二の画素のレイアウトが決められたものであれば、上述したような効果を得ることができる。
【００５７】
撮像素子１００ｂにおいて、周囲に４つの画素が隣接しない画素（図４において最外周にある画素）については、周囲に４つの画素が隣接する各画素に対する条件は崩さないように、適宜レイアウトを決めればよい。
【００５８】
例えば、図４の１行目にある各画素２０Ｇは、ペアを組む画素２１Ｇが近傍に存在せず、また、左右には他の画素の遮光領域が隣接しているため、これを画素２１Ｇに置換しても問題はない。また、図４の最終行にある各画素２１Ｇは、ペアを組む画素２０Ｇが近傍に存在せず、また、左右には他の画素の遮光領域が隣接しているため、これを画素２０Ｇに置換しても問題はない。
【００５９】
図７は、図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子１００の変形例である撮像素子１００ｃの平面模式図である。
【００６０】
撮像素子１００ｃは、各画素に含まれるカラーフィルタの配列と、第一の画素及び第二の画素の配置とが異なる点を除いては、撮像素子１００ｂと同じ構成である。
【００６１】
撮像素子１００ｃでは、行方向Ｘに対して斜め４５°の方向Ｆに画素の配列を見たときに、第一の画素からなる列と第二の画素からなる列とが、方向Ｆに直交する方向Ｇに、それぞれ２つずつ交互に並んでいる。そして、第一の画素からなる列に含まれる各画素と、当該各画素に対して方向Ｇにおける所定方向（右方向）に隣接する第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっている。また、第一の画素からなる列に含まれる各画素と、当該各画素に対して方向Ｇにおける所定方向と逆方向（左方向）に隣接する第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっている。
【００６２】
図７に示した構成であっても、周囲に４つの画素が隣接する各画素を注目画素としたときに、この注目画素に隣接する４つの画素のうち、この注目画素よりも注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素が、少なくとも注目画素と同じ種類の画素を含むという条件を満たす。つまり、撮像素子１００ｃは、各画素に対し、該当画素において受光領域が偏心している方向には、該当画素とは種類の異なる画素が２つ以上隣接して配置されていない。したがって、撮像素子１００ｃによれば、撮像素子１００ｂと同様に、第一の画素及び第二の画素からそれぞれ得られる信号の信頼性が低下するのを防ぐことができる。
【００６３】
なお、図７において太枠で囲った画素については、その種類を異なる種類の画素に置換してもよい。ただし、一行目にある画素２０Ｂ，２０Ｒと、最終行にある画素２１Ｂ，２１Ｒについては、これらを逆の種類の画素に置換すると、これらに隣接する画素に漏れ光が入射してしまうため、図７のままとするのが好ましい。置換を行った場合でも、これらに隣接する画素に入射する漏れ光は図５，６の構成に比べて少なくなるため、効果は得ることができる。
【００６４】
また、図７において、画素２０Ｒを画素２０Ｂに置き換え、画素２０Ｂを画素２０Ｒに置き換え、画素２１Ｒを画素２１Ｂに置き換え、画素２１Ｂを画素２１Ｒに置き換えた構成であってもよい。
【００６５】
図１に示すデジタルカメラの撮像素子駆動部１０は、デジタルカメラが撮像素子１００ｂを搭載している場合は、図８に示したように、図８中の破線で結んだ画素から得られる撮像画像信号を読み出す駆動と、それ以外の画素から得られる撮像画像信号を読み出す駆動とを独立に行う。このように、２つの撮像画像信号を分けて読み出すことで、後の信号処理が容易となる。また、撮像素子１００ｂでは、例えば図８中の黒丸で囲った画素同士の信号を加算することで、画素加算が可能である。
【００６６】
撮像素子駆動部１０は、デジタルカメラが撮像素子１００ｃを搭載している場合は、図９に示したように、図９中の破線で結んだ画素から得られる撮像画像信号を読み出す駆動と、それ以外の画素から得られる撮像画像信号を読み出す駆動とを独立に行う。このように、２つの撮像画像信号を分けて読み出すことで、後の信号処理が容易となる。また、撮像素子１００ｃでは、例えば図９中の黒丸で囲った画素同士の信号を加算することで、画素加算が可能である。
【００６７】
また、撮像素子駆動部１０は、デジタルカメラが撮像素子１００ａを搭載している場合は、図１０に示したように、図１０中の破線で結んだ画素から得られる撮像画像信号を読み出す駆動と、それ以外の画素から得られる撮像画像信号を読み出す駆動とを独立に行う。また、撮像素子１００ａでは、例えば図１０中の黒丸で囲った画素同士の信号を加算することで、画素加算が可能である。
【００６８】
図９と図８及び図１０を比較して分かるように、撮像素子１００ａ，１００ｂによれば、画素加算を行う２つの信号の列方向Ｙの距離を撮像素子１００ｃよりも短くすることができるため、画素加算を行う場合に有利となる。一方、撮像素子１００ｃは、同色光を検出する近接する第一の画素と第二の画素のペアとして、受光領域が互いに近づいた画素のペアと、受光領域が互いに離れた画素のペアとが混在する。受光領域が互いに離れた画素のペアは、受光領域が互いに近づいた画素のペアよりもクロストークの影響が少ない。このため、受光領域が互いに近づいた画素のペアしかない撮像素子１００ｂと比べると、撮像素子１００ｃは、第一の画素と第二の画素からそれぞれ得られる撮像画像信号の信頼性を高くすることが可能である。
【００６９】
なお、撮像素子１００ｂと撮像素子１００ｃのいずれも、各画素にカラーフィルタは設けなくてもよい。カラーフィルタがない場合でも、クロストークを低減できるという効果は得ることができる。
【００７０】
以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【００７１】
開示された撮像素子は、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうちの一方を受光する第一の画素と当該一対の光束のうちの他方を受光する第二の画素との２種類の画素を含む複数の画素を有し、複数の画素が二次元状に配置された撮像素子であって、第一の画素の受光領域は、第一の画素の中心に対して一方向に偏心しており、第二の画素の受光領域は、第二の画素の中心に対して一方向の反対方向に偏心しており、周囲に３つ又は４つの画素が隣接する各画素を注目画素としたときに、注目画素に隣接する３つ又は４つの画素のうち、注目画素よりも注目画素における受光領域の偏心方向側にある画素は、少なくとも注目画素と同じ種類の画素を含むものである。
【００７２】
開示された撮像素子は、複数の画素は正方格子状（ここで格子状とは、チェッカーフラッグ状ともいう）に配列されており、正方格子状の配列における奇数行に第一の画素が配列され、正方格子状の配列における偶数行に第二の画素が配列されているものである。
【００７３】
開示された撮像素子は、列方向に隣接する第一の画素と第二の画素のペアが同じ色の光を検出するものであり、正方格子状の配列には、第一の色の光を検出するペアと、第一の色の光とは異なる色の第二の色の光を検出するペアと、第一の色の光及び第二の色の光りとは異なる色の第三の色の光を検出するペアとの複数色のペアが含まれ、３種類のペアがベイヤ状に配置されているものである。具体的には、第一の色の光を検出するペアが赤色の光を検出するペアであり、第二の色の光を検出するペアが緑色の光を検出するペアとなっており、第三の色の光を検出するペアが青色の光を検出するペアとなっている。なお、３種類のペア以外の色として補色でもよく、または白色でもよい。
【００７４】
開示された撮像素子は、複数の画素は、行方向に並ぶ複数の画素からなる画素行が、行方向と直交する列方向に複数個並べられ、かつ、複数個の画素行のうち奇数行にある画素行が、偶数行にある画素行に対し、各画素行における画素の行方向の配列ピッチの１／２だけ行方向にずれた配置となっているものである。
【００７５】
開示された撮像素子は、複数の画素の配列を、行方向に対して斜め４５°の方向に見たときに、第一の画素からなる列と第二の画素からなる列とが、斜め４５°の方向に直交する方向に交互に並んでいるものである。
【００７６】
開示された撮像素子は、第一の画素と第二の画素は、それぞれ、赤色の光を検出する画素と、緑色の光を検出する画素と、青色の光を検出する画素との３種類の画素を含み、第一の画素からなる列に含まれる各画素と、各画素に対して斜め４５°の方向に直交する方向における所定方向に隣接する第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっているものである。なお、３種類の画素以外に補色の光を検出する画素でもよく、または白色の光を検出する画素でもよい。
【００７７】
開示された撮像素子は、複数の画素の配列を、行方向に対して斜め４５°の方向に見たときに、第一の画素からなる列と第二の画素からなる列とが、斜め４５°の方向に直交する方向に２列おきに交互に並んでいるものである。
【００７８】
開示された撮像素子は、第一の画素と第二の画素は、それぞれ、赤色の光を検出する画素と、緑色の光を検出する画素と、青色の光を検出する画素との３種類の画素を含み、第一の画素からなる列に含まれる各画素と、各画素に対して斜め４５°の方向に直交する方向における所定方向に隣接する第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっており、第一の画素からなる列に含まれる各画素と、各画素に対して斜め４５°の方向に直交する方向における所定方向の反対方向に隣接する第二の画素とは、同じ色を検出するものとなっているものである。なお、３種類の画素以外に補色の光を検出する画素でもよく、または白色の光を検出する画素でもよい。
【００７９】
開示された撮像装置は、撮像素子と、単一の撮影光学系と、撮像素子の第一の画素から出力される撮像画像信号に基づく画像データと、撮像素子の第二の画素から出力される撮像画像信号に基づく画像データとを用いて立体画像データを生成する立体画像データ生成部とを備えるものである。
【符号の説明】
【００８０】
１  撮影光学系
１０，１１  画素
１００  撮像素子
【図１】
0005634614.tif 000002
【図２】
0005634614.tif 000003
【図３】
0005634614.tif 000004
【図４】
0005634614.tif 000005
【図５】
0005634614.tif 000006
【図６】
0005634614.tif 000007
【図７】
0005634614.tif 000008
【図８】
0005634614.tif 000009
【図９】
0005634614.tif 000010
【図１０】
0005634614.tif 000011
【図１１】
0005634614.tif 000012