(57)【要約】【課題】撮像面位相差方式による焦点検出性能と撮像性能とを両立させる。【解決手段】撮像素子１０７は、二次元マトリックス状に配置された複数の画素と、画素の各々に対して配置され光学像に応じた光を画素に入射するマイクロレンズ３０５とを有し、画素の各々は所定の第１方向に沿って第１分割数で分割され、第１方向に直交する第２方向に沿って第２分割数で分割された複数の光電変換部３０１，３０２を備えている。そして、マイクロレンズは第２方向における第２曲率が第１方向における第１曲率よりも大きい。【選択図】図３
2014056014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像が結像され、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子であって、
二次元マトリックス状に配置された複数の画素と、
前記画素の各々に対して配置され、前記光学像に応じた光を前記画素に入射するマイクロレンズとを有し、
前記画素の各々には、所定の第１方向に沿って第１分割数で分割され、前記第１方向に直交する第２方向に沿って第２分割数で分割された複数の光電変換部が備えられおり、
前記マイクロレンズは、前記第２方向における第２曲率が前記第１方向における第１曲率よりも大きいことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記第２分割数は前記第１分割数以上であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第１方向において、前記マイクロレンズの焦点位置は、前記光電変換部の受光面近傍であり、
前記第２方向において、前記マイクロレンズの焦点位置は前記光電変換部の受光面より前側であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に前記光学像を結像するレンズ部と、
前記撮像素子の出力である画像信号を画像処理して画像データとする画像処理手段と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、イメージセンサなどの撮像素子およびこの撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、撮影レンズの焦点状態を検出する手法の一つとして、画素の各々にマイクロレンズを配置した２次元撮像素子を用いる瞳分割位相差方式（撮像面位相差方式）が知られている。
【０００３】
例えば、１つの画素について１つのマイクロレンズを配置するとともに複数の光電変換部を形成した２次元撮像素子を用いて撮像面位相差方式によって、撮影レンズの焦点状態を検出するようにしたものがある（特許文献１参照）。ここでは、複数の光電変換部は１つのマイクロレンズを介して撮影レンズの射出瞳の異なる領域で受光を行う。そして、複数の光電変換部の出力信号に応じて像ずれ量を求め、撮像面位相差方式による焦点検出が行われる。
【０００４】
さらに、特許文献１では、複数の光電変換部の出力信号を加算して撮像信号（画像信号）を得る。また、特許文献１には画素の各々において左側および右側の光電変換部で得られた視差信号をそれぞれ右眼用および左眼用に別々に表示部に表示して立体画像とすることが記載されている。
【０００５】
一方、二次元撮像素子が複数の撮像画素と部分的に配置された１対の焦点検出用画素と備えて、１対の焦点検出用画素が開口部を有する遮光層により撮影レンズの射出瞳の異なる領域で受光するようにしたものがある（特許文献２参照）。特許文献２においては、撮像画素によって撮像信号を出力し、焦点検出用画素の出力信号（焦点検出用信号）に応じて像ずれ量を求め、焦点検出を行うようにしている。
【０００６】
上述のように、特許文献１又は特許文献２に記載の撮像素子においては、撮像面位相差方式による焦点検出を行うための焦点検出用信号と撮像画像を生成するための撮像信号とを、１つの撮像素子で取得するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４４１０８０４号公報
【特許文献２】特開２０００−１５６８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述のように撮像面位相差方式によって撮影レンズの焦点状態を精度よく検出しようとすると、つまり、焦点検出性能を向上させようとすると、不可避的に画像を得るための撮像性能が低下してしまうというか課題がある。
【０００９】
つまり、撮像面位相差方式による焦点検出性能を良好とするマイクロレンズの曲率と撮像性能を良好とするマイクロレンズの曲率とが必ずしも一致せず、焦点検出性能および撮像性能を両立させることが難しいという課題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、焦点検出性能および撮像性能を両立させることのできる撮像素子および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明による撮像素子は、光学像が結像され、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子であって、二次元マトリックス状に配置された複数の画素と、前記画素の各々に対して配置され、前記光学像に応じた光を前記画素に入射するマイクロレンズとを有し、前記画素の各々には、所定の第１方向に沿って第１分割数で分割され、前記第１方向に直交する第２方向に沿って第２分割数で分割された複数の光電変換部が備えられており、前記マイクロレンズは、前記第２方向における第２曲率が前記第１方向における第１曲率よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】
本発明による撮像装置は、上記の撮像素子と、前記撮像素子に前記光学像を結像するレンズ部と、前記撮像素子の出力である画像信号を画像処理して画像データとする画像処理手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮像面位相差方式による焦点検出性能と撮像性能とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態による撮像素子を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子における画素配列の一例を説明するための図である。
【図３】図２に示す１つの画素について説明するための図であり、（ａ）は１つの画素を撮像素子の受光面側（＋ｚ側）からみた平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線に沿った断面を−ｙ側からみた図、（ｃ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面を＋ｘ側からみた図、（ｄ）は１つの画素に備えられたマイクロレンズを撮像素子の受光面側（＋ｚ側）からみた等高線図である。
【図４】図３に示す画素の構造と瞳分割との対応を説明するための図である。
【図５】図３に示す１つの画素内部におけるマイクロレンズによる集光を説明するための図であり、（ａ）は図３（ｂ）に示す断面におけるマイクロレンズの集光状態を示す図、（ｂ）は図３（ｃ）に示す断面におけるマイクロレンズの集光状態を示す図、（ｃ）は光電変換部の受光面におけるマイクロレンズの集光スポット形状を示す図である。
【図６】図２に示す撮像素子の周辺像高における副画素の瞳部分領域および結像光学系の射出瞳の関係を説明するための図であり、（ａ）は結像光学系の射出瞳距離と撮像素子の設定瞳距離とが同一の場合についてその関係を示す図、（ｂ）は結像光学系の射出瞳距離が撮像素子の設定瞳距離より短い場合についてその関係を示す図、（ｃ）は結像光学系の射出瞳距離が撮像素子の設定瞳距離より長い場合についてその関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態による撮像素子と比較例とにおける瞳強度分布の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態による撮像素子と比較例とにおける瞳強度分布の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態による撮像素子および撮像装置について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態による撮像素子を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【００１７】
図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、カメラは結像光学系の先端に配置された第１レンズ群１０１を備えている。そして、この第１レンズ群１０１は光軸方向に進退可能である。第１レンズ群の後段には絞り兼用シャッタ１０２が配置され、絞り兼用シャッタ１０２はその開口径を調節することによって撮影の際の光量調節を行い、さらには静止画撮影の際には露光秒時調節用シャッタとして用いられる。
【００１８】
絞り兼用シャッタ１０２の後側には第２レンズ群１０３が配置されている。そして絞り兼用シャッタ１０２および第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して変倍作用（ズーム機能）を行う。
【００１９】
第３レンズ群１０５は光軸方向に沿って進退可能であり、この進退によって、第３レンズ群１０５は焦点調節を行う。第３レンズ群１０５の後側には光学的ローパスフィルタ１０６が配置され、この光学的ローパスフィルタ１０６は撮影画像における偽色およびモアレを軽減するための光学素子である。そして、光学的ローパスフィルタ１０６の後段において、２次元ＣＭＯＳフォトセンサーおよびその周辺回路からなる撮像素子１０７が結像光学系の結像面に配置されている。撮像素子１０７には光学像が結像し、撮像素子１０７は光学像に応じた画像信号を出力する。
【００２０】
カム筒（図示せず）を回動すると、ズームアクチュエータ１１１は第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動して変倍動作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影の際の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１４は第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００２１】
照明用電子フラッシュ１１５は撮影の際に必要に応じて被写体を照明する。証明用電子フラッシュ１１５として、キセノン管を用いた閃光照明装置を用いることが好ましいが、連続発光可能なＬＥＤを備える照明装置を用いるようにしてもよい。ＡＦ補助光部１１６は所定の開口パターンを有したマスクの像を投光レンズを介して被写界に投影する。これによって、暗い被写体又は低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００２２】
ＣＰＵ１２１はカメラ全体の制御を司り、図示はしないが、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および通信インターフェイス回路などを備えている。そして、ＣＰＵ１２１はＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいてカメラを制御して、例えば、ＡＦ、撮影、画像処理、および記録などの一連の動作をカメラに実行させる。
【００２３】
電子フラッシュ制御回路１２２は、ＣＰＵ１２１の制御下で撮影動作に同期して照明用電子フラッシュ１１５を点灯制御する。補助光駆動回路１２３はＣＰＵ１２１の制御下で焦点検出動作に同期してＡＦ補助光部１１６を点灯制御する。撮像素子駆動回路１２４はＣＰＵ１２１の制御下で、撮像素子１０７による撮像動作を制御するとともに、撮像素子１０７から取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送る。画像処理回路１２５はＣＰＵ１２１の制御下で、撮像素子１０７から取得した画像信号についてγ変換、カラー補間、およびＪＰＥＧ圧縮などの画像処理を行う。
【００２４】
フォーカス駆動回路１２６はＣＰＵ１２１の制御下で、後述の焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御して、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８はＣＰＵ１２１の制御下で、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９はＣＰＵ１２１の制御下で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００２５】
表示器１３１は、例えば、ＬＣＤであり、ＣＰＵ１２１は表示器１３１にカメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、および焦点検出の際の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群１３２には、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、および撮影モード選択スイッチが備えられ、撮影者は操作スイッチ群１３２の操作によってＣＰＵ１２１に各種指示を与える。フラッシュメモリ１３３はカメラに対して着脱可能であり、ＣＰＵ１２１はフラッシュメモリ１３３に撮影済みの画像（画像データ）を記録する。
【００２６】
図２は、図１に示す撮像素子１０７における画素配列の一例を説明するための図である。
【００２７】
図２に示す撮像素子１０７は二次元マトリックス状に配列された複数の画素を有している。ここでは、２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）において、その画素配列が４行×４列の範囲で示され、副画素配列が８行×４列の範囲で示されている。図２に示す４行×４列の画素群は撮像素子面上に多数配置されており、撮像素子１０７は光学像に応じた画像信号を出力する。なお、上述のように、図示の例では、画素の各々は２つの副画素で構成されることになる。
【００２８】
ここでは、撮像素子１０７は、例えば、画素周期が４μｍ、有効画素数が横５５７５列×縦３７２５行＝約２０００万画素、撮像画面サイズが横２２．３ｍｍ×縦１４．９ｍｍの撮像素子である。
【００２９】
図２において、２行×２列の画素群２００は、その左上の位置にＲ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが配置され、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に配置されている。また、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置されている。さらに、画素の各々には、第１方向（ｙ方向）における第１分割数をＮ１、第２方向（ｘ方向）における第２分割数をＮ２として、Ｎ１×Ｎ２（１×２）の副画素２０１および副画素２０２が２次元配列されている。
【００３０】
図３は、図２に示す１つの画素２００Ｇについて説明するための図である。そして、図３（ａ）は１つの画素２００Ｇを撮像素子の受光面側（＋ｚ側）からみた平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のａ−ａ線に沿った断面を−ｙ側からみた図である。また、図３（ｃ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面を＋ｘ側からみた図であり、図３（ｄ）は１つの画素２００Ｇに備えられたマイクロレンズを撮像素子の受光面側（＋ｚ側）からみた等高線図である。
【００３１】
図３（ａ）〜図３（ｃ）において、画素２００Ｇは、第１方向（ｙ方向）に第１分割数（ここではＮ１＝１）で分割され（Ｎ１＝１は分割なし）、第１の方向と直交する第２方向（ｘ方向）に第２分割数（ここではＮ２＝２）に分割されて、Ｎ１×Ｎ２（１×２）の光電変換部３０１および光電変換部３０２が形成されている。なお、光電変換部３０１および光電変換部３０２はそれぞれ図２に示す副画素２０１および副画素２０２に対応する。また、ここでは、他の画素についても同様にして分割されている。
【００３２】
さらに、図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示すように、画素２００Ｇには入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が配置されている。マイクロレンズ３０５は、光電変換部に関する第２分割数（Ｎ２＝２）が多い第２方向（ｘ方向）における第２曲率が光電変換部に関する第１分割数（Ｎ１＝１）が少ない第１方向（ｙ方向）における第１曲率よりも大きい。なお、ここでは、他の画素につてもマイクロレンズが配置され、第２曲率は第１曲率よりも大きい。
【００３３】
図示の撮像素子１０７においては、各画素はマイクロレンズを有するとともに、第１方向に第１分割数Ｎ１に分割されかつ第２方向に第２分割数Ｎ２に分割されたＮ１×Ｎ２の光電変換部を有する。第２分割数Ｎ２は第１分割数Ｎ１以上（第１分割数以上）であって、マイクロレンズは第２方向における第２曲率が第１方向の第１曲率よりも大きい。
【００３４】
図示の例では、光電変換部３０１および光電変換部３０２として、ｐ型層とｎ型層との間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードを用いるようにしてもよく、必要に応じて、イントリンシック層を省略してｐｎ接合フォトダイオードを用いるようにしてもよい。
【００３５】
各画素において、マイクロレンズ３０５と光電変換部３０１および光電変換部３０２との間には、カラーフィルター（図示せず）が配置されている。また、必要に応じて、副画素毎にカラーフィルターの分光透過率を変えるようにしてもよく、さらにはカラーフィルターを省略するようにしてもよい。
【００３６】
図３に示す画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５によって集光され、カラーフィルターで分光された後、光電変換部３０１および光電変換部３０２で受光される。
【００３７】
図４は、図３に示す画素の構造と瞳分割との対応を説明するための図である。
【００３８】
図４では、図３（ａ）に示す画素のａ−ａ断面を＋ｙ側から際の結像光学系における射出瞳面が示されており、射出瞳面の座標軸と対応を取るため、図３（ａ）におけるｘ軸およびｙ軸が反転させている。
【００３９】
撮像素子１０７は、撮影レンズ（つまり、結像光学系）の結像面近傍に配置されており、被写体からの光束は結像光学系の射出瞳４００を通過して各画素に入射する。マイクロレンズによって、瞳部分領域５０１および瞳部分領域５０２はＮ１×Ｎ２分割（１×２分割）された光電変換部３０１および光電変換部３０２（つまり、副画素２０１および２０２）の受光面と概ね共役関係になっており、光電変換部（副画素）毎に受光可能な瞳部分領域を表している。
【００４０】
また、瞳領域５００は、Ｎ１×Ｎ２分割（１×２分割）された電変換部３０１および光電変換部３０２を合わせた際の画素２００Ｇ全体における受光可能な瞳領域である。
【００４１】
一般に、瞳距離が数１０ｍｍであるのに対して、マイクロレンズ３０５の直径は数μｍであるので、マイクロレンズ３０５の絞り値が数万となって、数１０ｍｍレベルの回折ボケが生じる。このため、光電変換部３０１および３０２の受光面における像は、明瞭な瞳領域や瞳部分領域とはならず、瞳強度分布（受光率の入射角分布）となる。
【００４２】
図４において、副画素２０１（第１焦点検出用画素）の瞳部分領域５０１は、マイクロレンズ３０５によって、重心が−ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面と概ね共役関係になっており、副画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。副画素２０１の瞳部分領域５０１は瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏心している。
【００４３】
図４において、副画素２０２（第２焦点検出用画素）の瞳部分領域５０２は、マイクロレンズ３０５によって、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面と概ね共役関係になっており、副画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。副画素２０２の瞳部分領域５０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏心している。
【００４４】
ここで、撮像素子１０７に配列された画素２００Ｇ（２００Ｒ、２００Ｂ）を構成する副画素２０１から取得される信号をＡ像とする。同様に、撮像素子１０７に配列された画素２００Ｇ（２００Ｒ、２００Ｂ）を構成する副画素２０２から取得される信号をＢ像とする。Ａ像およびＢ像の像ずれ量（相対位置）を算出して、デフォーカス量（合焦ずれ量）に換算すれば撮像面位相差方式による焦点検出を行うことができる。
【００４５】
一方、副画素２０１および副画素２０２を合わせた画素２００Ｇ（撮像画素）の瞳領域５００は、結像光学系の射出瞳４００を通過した光束をより多く受光できるように可能な限り大きくされている。また、瞳領域５００の重心が所定の瞳距離で結像光学系の光軸と概ね一致するようにされている。
【００４６】
撮像素子１０７に配列された画素２００Ｇ（２００Ｒ、２００Ｂ）毎に、副画素２０１から得られる画素信号と副画素２０２から得られる画素信号とを加算すると、有効画素数の解像度における撮像画像を生成することができる。
【００４７】
図５は、図３に示す１つの画素２００Ｇ内部におけるマイクロレンズ３０５による集光を説明するための図である。そして、図５（ａ）は図３（ｂ）に示す断面におけるマイクロレンズ３０５の集光状態を示す図であり、図５（ｂ）は図３（ｃ）に示す断面におけるマイクロレンズ３０５の集光状態を示す図である。また、図５（ｃ）は光電変換部の受光面におけるマイクロレンズ３０５の集光スポット形状を示す図である。
【００４８】
前述のように、第２分割数（Ｎ２＝２）が多い第２方向（ｘ方向）では、マイクロレンズ３０５の曲率が大きいので（第２の曲率＞第１の曲率）、図５（ａ）に示すように、マイクロレンズ３０５の焦点位置は光電変換部の受光面より前ピン側（受光側、つまり、前側）となる。に構成される。一方、第１分割数（Ｎ１＝１）が少ない第１方向（ｙ方向）では、マイクロレンズ３０５の曲率が小さいので、図５（ｂ）に示すように、マイクロレンズ３０５の焦点位置は光電変換部の受光面近傍となる。
【００４９】
従って、図５（ｃ）に示すように、光電変換部の受光面におけるマイクロレンズ３０５の集光スポット形状は第２分割数（Ｎ２＝２）が多い第２方向（ｘ方向）に長く、第１分割数（Ｎ１＝１）が少ない第１方向（ｙ方向）に短くなる。
【００５０】
ここでは、上述の撮像素子１０７における瞳ずれについて説明する。
【００５１】
図６は、図２に示す撮像素子の周辺像高における副画素２０１の瞳部分領域５０１、副画素２０２の瞳部分領域５０２、および結像光学系の射出瞳の関係を説明するための図である。そして、図６（ａ）は結像光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓとが同一の場合についてその関係を示す図であり、図６（ｂ）は結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより短い場合についてその関係を示す図である。また、図６（ｃ）は結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより長い場合についてその関係を示す図である。
【００５２】
図６（ａ）においては、副画素２０１の瞳部分領域５０１と副画素２０２の瞳部分領域５０２とによって、結像光学系の射出瞳４００が概ね均等に瞳分割される。一方、図６（ｂ）においては、撮像素子の周辺像高では結像光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳との瞳ずれが生じて、結像光学系の射出瞳４０１が不均一に瞳分割されてしまう。
【００５３】
同様に、図６（ｃ）においても、撮像素子の周辺像高では結像光学系の射出瞳と撮像素子の入射瞳との瞳ずれを生じて、結像光学系の射出瞳４０２が不均一に瞳分割されてしまう。
【００５４】
瞳分割が不均一になるのに伴って、Ａ像およびＢ像の強度も不均一になって、Ａ像およびＢ像のいずれか一方の強度が大きくなり、他方の強度が小さくなる。このため、周辺像高などにおいてＡ像およびＢ像の強度の不均一が激しくなると、Ａ像およびＢ像の一方に係る信号が十分な強度で得られなくなり、焦点検出性能が低下してしまう。
【００５５】
ここで、焦点検出性能と撮像性能との両立について説明する。
【００５６】
前述のように、本実施の形態による撮像素子１０７では、光電変換部に係る第２分割数（Ｎ２＝２）が多い第２方向（ｘ方向）において、マイクロレンズ３０５の曲率（第２曲率＞第１曲率）を大きくしているので、マイクロレンズ３０５の焦点位置は光電変換部の受光面より前ピン側（受光側）となる。
【００５７】
また、光電変換部に係る第１分割数（Ｎ１＝１）が少ない第１方向（ｙ方向）においては、マイクロレンズ３０５の曲率を小さくしているので、マイクロレンズ３０５の焦点位置は光電変換部の受光面近傍となる。
【００５８】
ここで、本実施の形態による撮像素子１０７と比較するため、画素の各々において第２方向（ｘ方向）および第１方向（ｙ方向）ともに、マイクロレンズ３０５の曲率が第１曲率（＜第２曲率）である撮像素子を例に挙げて、この撮像素子を比較例１とする。なお、比較例１のその他の構成は本実施の形態の撮像素子１０７と同様であるものとする。
【００５９】
比較例１では、画素２００の受光効率を向上して撮像感度を高くするため、マイクロレンズの焦点位置を光電変換部の受光面近傍とし、撮像性能に関連する撮像感度を優先している。
【００６０】
さらに、画素の各々において第２方向（ｘ方向）および第１方向（ｙ方向）ともに、マイクロレンズ３０５の曲率が第２曲率（＞第１曲率）である撮像素子を例に挙げて、この撮像素子を比較例２とする。なお、比較例２のその他の構成は本実施の形態による撮像素子１０７と同様であるものとする。
【００６１】
比較例２では、周辺像高の瞳ずれに対して瞳分割を緩やかにしてＡ像およびＢ像の強度の不均一性を緩和するため、マイクロレンズの焦点位置を光電変換部の受光面より前ピン側（受光側）にずらし、焦点検出性能に関連する瞳ずれ対応性を優先している。
【００６２】
図７は、本発明の実施の形態による撮像素子と比較例１および２とにおける瞳強度分布の一例を示す図である。
【００６３】
図７において、横軸は光軸に対する光の入射角度であり、縦軸は受光率である。そして、本実施の形態による撮像素子１０７の副画素２０１（２０２）における瞳強度分布５０１ａ（５０２ａ）を実線で示し、比較例１の副画素２０１（２０２）における瞳強度分布５０１ｂ（５０２ｂ）を破線で示す。また、比較例２の副画素２０１（２０２）における瞳強度分布５０１ｃ（５０２ｃ）を一点鎖線で示す。
【００６４】
さらに、図７では、図６（ａ）に示す結像光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子の設定瞳距離Ｄｓとが同一の場合の周辺像高における結像光学系の射出瞳４００に対応し、瞳ずれが生じない入射角度領域を参照番号４００で示す。そして、図６（ｂ）に示す結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子の設定瞳距離Ｄｓより短い場合の周辺像高における結像光学系の射出瞳４０１に対応し、周辺像高で瞳ずれが生じる入射角度領域を参照番号４０１で示す。
【００６５】
図８は、本発明の実施の形態による撮像素子と比較例１および２とにおける瞳強度分布の他の例を示す図である。
【００６６】
図８において、前述の副画素２０１および副画素２０２を合わせた画素２００の瞳強度分布が示されており、横軸は光軸に対する光の入射角度、縦軸は受光率である。本実施の形態による撮像素子１０７の画素２００における瞳強度分布５００ａを実線で示し、比較例１における画素２００の瞳強度分布５００ｂを破線で示す。また、比較例２における画素２００の瞳強度分布５００ｃを一点鎖線で示す。
【００６７】
図７に示すように、周辺像高で瞳ずれが生じる入射角度領域４０１において、比較例２における副画素の瞳強度分布５０１ｃおよび５０２ｃの受光率の差は、比較例１における副画素の瞳強度分布５０１ｂおよび５０２ｂの受光率の差より小さい。従って、比較例２の方が比較例１よりも、Ａ像およびＢ像の強度の不均一が低減されて、焦点検出性能に関連する瞳ずれ対応性がよい。
【００６８】
これに対して、図８に示すように、比較例１における画素の瞳強度分布５００ｂの受光率の最大値は、比較例２における画素の瞳強度分布５００ｃの受光率の最大値より大きい。従って、瞳ずれ対応性とは反対に、比較例１の方が比較例２よりも撮像性能に関連する撮像感度がよい。
【００６９】
上述の説明から容易に理解できるように、撮像面位相差方式による焦点検出性能の瞳ずれ対応性を良好とするマイクロレンズの曲率と、撮像性能の撮像感度を良好とするマイクロレンズ曲率とは異なることが分かる。
【００７０】
本実施の形態では、光電変換部の分割数が多い方向については、マイクロレンズの焦点位置を光電変換部の受光面より前ピン側（受光側）にずらす。一方、光電変換部の分割数が少ない方向については、マイクロレンズの焦点位置を光電変換部の受光面近傍とする。
【００７１】
これによって、図７に示すように、周辺像高で瞳ずれが生じる入射角度領域４０１において、本実施の形態による撮像素子の副画素の瞳強度分布５０１ａおよび５０２ａの受光率の差を、比較例２による副画素の瞳強度分布５０１ｃおよび５０２ｃの受光率の差と同等することができる。
【００７２】
さらに、図８に示すように、本実施の形態による撮像素子１０７の画素の瞳強度分布５００ａにおける受光率の最大値を、比較例１の画素の瞳強度分布５００ｂにおける受光率の最大値と同等にすることができる。
【００７３】
この結果、本発明の実施の形態による撮像素子１０７を用いれば、撮像面位相差方式による焦点検出性能の瞳ずれ対応性と撮像性能の撮像感度とを両立させることができる。
【００７４】
なお、比較例１および比較例２のような球型マイクロレンズから、本実施の形態の回転楕円体型マイクロレンズに形状を変形する場合、対角ギャップを減少させてマイクロレンズの開口率を広くし、撮像感度を向上することが望ましい。図８において、瞳強度分布５００ａの受光率の最大値が比較例１の瞳強度分布５００ｂの受光率の最大値よりやや大きいのはこのためである。
【００７５】
このように、本発明の実施の形態では、光電変換部に係る第２分割数が多い第２方向におけるマイクロレンズの第２曲率を、第１分割数が少ない第１方向におけるマイクロレンズの第１曲率よりも大きくしているので、撮像面位相差方式による焦点検出性能の瞳ずれ対応性と撮像性能の撮像感度とを両立させることができる。
【００７６】
上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、第１のレンズ群１０１、第２のレンズ群１０３、および第３のレンズ群１０５がレンズ部を構成する。また、ＣＰＵ１２１および画像処理回路１２５が画像処理手段として機能する。
【００７７】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１０７  撮像素子
１２１  ＣＰＵ
１２５  画像処理回路
２００  画素
２０１，２０２  副画素
３０１，３０２  光電変換部
３０５  マイクロレンズ
４００，４０１  射出瞳
５００  瞳領域
５０１，５０２  瞳部分領域
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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