(57)【要約】  本発明の第１の態様によると、撮像装置は、撮像光学系を通過した被写体光束による被写体像を撮像する撮像素子と、  撮像素子からの出力信号に基づき、画像信号を生成する画像生成部と、  撮像素子からの出力信号に基づき、撮像光学系の焦点調節状態を位相差検出方式により検出する焦点検出部と、  を備え、  撮像素子は、  上層の画素群と、上層の各画素を通過した被写体光束を受光する下層の画素群と、  上層の画素群に被写体光束を導くように配置されたマイクロレンズ群とを有し、  上層の画素群は、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第１、第２および第３の画素が２次元状に配列され、マイクロレンズ群の各マイクロレンズの背後には、一つの第１の画素と一つの第２の画素と二つの第３の画素とが２行２列に配置され、これら４つの画素は、撮像光学系の射出瞳の４つの瞳領域をそれぞれ通過する４つの光束をそれぞれ受光し、  下層の画素群は、上層の画素群の第１、第２および第３の分光感度とそれぞれ補色関係の第４、第５および第６の分光感度をそれぞれ有する第４、第５および第６の画素が２次元状に配列され、  上層の第１、第２および第３の画素の位置と、下層の第４、第５および第６の画素の位置とは、該第４、第５および第６の画素が第１、第２および第３の画素をそれぞれ通過した光束をそれぞれ受光するように定められ、  画像生成部は、上層の画素群および下層の画素群のうち一方の画素群からの出力信号に基づいて画像信号を生成し、  焦点検出部は、上層の画素群および下層の画素群の他方の画素群からの出力信号に基づいて焦点調節状態を検出する。
2013147198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を通過した被写体光束による被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの出力信号に基づき、画像信号を生成する画像生成部と、
前記撮像素子からの出力信号に基づき、前記撮像光学系の焦点調節状態を位相差検出方式により検出する焦点検出部と、
を備え、
前記撮像素子は、
上層の画素群と、前記上層の各画素を通過した前記被写体光束を受光する下層の画素群と、
前記上層の画素群に前記被写体光束を導くように配置されたマイクロレンズ群とを有し、
前記上層の画素群は、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第１、第２および第３の画素が２次元状に配列され、前記マイクロレンズ群の各マイクロレンズの背後には、一つの前記第１の画素と一つの前記第２の画素と二つの前記第３の画素とが２行２列に配置され、これら４つの画素は、前記撮像光学系の射出瞳の４つの瞳領域をそれぞれ通過する４つの光束をそれぞれ受光し、
前記下層の画素群は、前記上層の画素群の前記第１、第２および第３の分光感度とそれぞれ補色関係の第４、第５および第６の分光感度をそれぞれ有する第４、第５および第６の画素が２次元状に配列され、
前記上層の第１、第２および第３の画素の位置と、前記下層の第４、第５および第６の画素の位置とは、該第４、第５および第６の画素が前記第１、第２および第３の画素をそれぞれ通過した光束をそれぞれ受光するように定められ、
前記画像生成部は、前記上層の画素群および前記下層の画素群のうち一方の画素群からの出力信号に基づいて前記画像信号を生成し、
前記焦点検出部は、前記上層の画素群および前記下層の画素群の他方の画素群からの出力信号に基づいて前記焦点調節状態を検出する
撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記上層の画素群はさらに、前記第１、第２および第３の画素は、それぞれ略同一の分光感度を有する画素同士で２行２列に隣接して配置され、該２行２列に隣接する４画素は、異なる４つの前記マイクロレンズの背後にそれぞれ配置され、且つ前記マイクロレンズに対する位置がそれぞれ異なるように配置される撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記上層の画素群は、前記第１の画素がシアン、前記第２の画素がイエロー、前記第３の画素がマジェンタに関する出力信号をそれぞれ出力し、
前記下層の画素群は、前記第４の画素が前記シアンの補色、前記第５の画素が前記イエローの補色、前記第６の画素が前記マジェンタの補色に関する出力信号をそれぞれ出力する撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記上層および前記下層の画素群は、一つの前記マイクロレンズの背後に配置される２行２列の４画素の組が２次元状に配列されて形成され、前記組は、画素の配置がそれぞれ異なる第１〜第４の組を有し、
前記上層の画素群は、
前記第１の組では、所定の配列方向に隣接して前記第１の画素および前記第３の画素が配置されると共に、前記所定の配列方向に垂直な方向に該第１の画素および該第３の画素
にそれぞれ隣接して前記第３の画素および前記第２の画素が配置され、
前記第２の組では、前記所定の配列方向に隣接して前記第３の画素および前記第１の画素が配置されると共に、前記垂直方向に該第３の画素および該第１の画素にそれぞれ隣接して前記第２の画素および前記第３の画素が配置され、
前記第３の組では、前記所定の配列方向に隣接して前記第３の画素および前記第２の画素が配置されると共に、前記垂直方向に該第３の画素および該第２の画素にそれぞれ隣接して前記第１の画素および前記第３の画素が配置され、
前記第４の組では、前記所定の配列方向に隣接して前記第２の画素および前記第３の画素が配置されると共に、前記垂直方向に該第２の画素および該第３の画素にそれぞれ隣接して前記第３の画素および前記第１の画素が配置され、
前記第１の組および第２の組は、前記所定の配列方向に隣接し、且つ前記所定の配列方向に交互に繰り返し配列され、前記第３の組および第４の組は前記所定の配列方向に隣接し、且つ前記所定の配列方向に交互に繰り返し配列され、前記第１の組および第２の組で形成される第１の列と前記第３の組および第４の組で形成される第２の列とは前記垂直方向に隣接し、且つ前記垂直方向に交互に繰り返し配列される撮像装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記画像生成部は、２行２列で互いに隣接する４つの前記第４の画素からの出力信号を加算し、２行２列の形で隣接する４つの前記第５の画素からの出力信号を加算し、２行２列で互いに隣接する４つの前記第６の画素からの出力信号を加算することにより、ベイヤー配列の画像信号を生成する撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記画像生成部は、各マイクロレンズの背後に位置する前記第４、第５および第６の画素からの出力信号に基づいて、各マイクロレンズ位置における３つの色信号を取得する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記画像生成部は、前記第４〜第６の各画素位置において、他の２つの分光成分の信号を生成する色補間処理を行うことにより３つの色信号を取得し、前記３つの色信号に基づいて輝度信号および色差信号を生成する撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記上層または下層の画素群のうち、略同一の分光感度を有し、且つ前記マイクロレンズに対する位置が異なる一対の画素からの出力信号に基づいて、前記撮像光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置。
【請求項９】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記上層の画素群のうち、前記第１の組と前記第２の組にそれぞれ含まれる前記第３の画素、および前記第３の組と前記第４の組にそれぞれ含まれる前記第３の画素のうち少なくとも一方の第３の画素からの出力信号に基づいて、前記所定の配列方向において前記撮像光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記上層の画素群のうち、前記第１の組と前記第３の組にそれぞれ含まれる前記第３の画素、および前記第２の組と前記第４の組にそれぞれ含まれる前記第３の画素のうち少なくとも一方の第３の画素からの出力信号に基づいて、前記垂直方向において前記撮像光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記上層の画素群のうち、前記第１の組と前記第４の組にそれぞれ含まれる前記第３の画素、および前記第２の組と前記第３の組にそれぞれ含まれる前記第３の画素のうち少なくとも一方の第３の画素からの出力信号に基づいて、前記所定の配列方向に対して斜めの方向において前記撮像光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置。
【請求項１２】
二次元状に配列した複数のマイクロレンズと、前記マイクロレンズ毎に設けられた、所定の波長の光を吸収し、前記所定の波長以外の光を透過する複数の受光部と、を有する第1撮像部と、
前記第１撮像部を透過した光を受光する第２撮像部と、
を備える撮像素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の撮像素子において、
前記第1撮像部は、
前記複数のマイクロレンズのうちの隣接する２つの前記マイクロレンズに設けられた、同じ前記所定の波長の光を吸収する受光部が隣接して配置されている撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２００７−２８２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術で焦点検出を行うには、焦点検出専用の画素が配置された位置に限られる。しかしながら、焦点検出専用の画素を増やすと、焦点検出専用の画素が配置された位置では画像信号が得られないために画質が低下してしまう。このように、従来技術では、撮像素子の出力信号に基づいて画像信号の生成に加え位相差方式による焦点検出を可能とする一方で、撮像素子の一部に焦点検出専用の画素を設けたことによる弊害が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、撮像装置は、撮像光学系を通過した被写体光束による被写体像を撮像する撮像素子と、撮像素子からの出力信号に基づき、画像信号を生成する画像生成部と、撮像素子からの出力信号に基づき、撮像光学系の焦点調節状態を位相差検出方式により検出する焦点検出部と、を備え、撮像素子は、上層の画素群と、上層の各画素を通過した被写体光束を受光する下層の画素群と、上層の画素群に被写体光束を導くように配置されたマイクロレンズ群とを有し、上層の画素群は、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第１、第２および第３の画素が２次元状に配列され、マイクロレンズ群の各マイクロレンズの背後には、一つの第１の画素と一つの第２の画素と二つの第３の画素とが２行２列に配置され、これら４つの画素は、撮像光学系の射出瞳の４つの瞳領域をそれぞれ通過する４つの光束をそれぞれ受光し、下層の画素群は、上層の画素群の第１、第２および第３の分光感度とそれぞれ補色関係の第４、第５および第６の分光感度をそれぞれ有する第４、第５および第６の画素が２次元状に配列され、上層の第１、第２および第３の画素の位置と、下層の第４、第５および第６の画素の位置とは、該第４、第５および第６の画素が第１、第２および第３の画素をそれぞれ通過した光束をそれぞれ受光するように定められ、画像生成部は、上層の画素群および下層の画素群のうち一方の画素群からの出力信号に基づいて画像信号を生成し、焦点検出部は、上層の画素群および下層の画素群の他方の画素群からの出力信号に基づいて焦点調節状態を検出する。
本発明の第２の態様によると、第１の態様の撮像装置において、上層の画素群はさらに、第１、第２および第３の画素は、それぞれ略同一の分光感度を有する画素同士で２行２列に隣接して配置され、該２行２列に隣接する４画素は、異なる４つのマイクロレンズの背後にそれぞれ配置され、且つマイクロレンズに対する位置がそれぞれ異なるように配置されるのが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第２の態様の撮像装置において、上層の画素群は、第１の画素がシアン、第２の画素がイエロー、第３の画素がマジェンタに関する出力信号をそれぞれ出力し、下層の画素群は、第４の画素がシアンの補色、第５の画素がイエローの補色、第６の画素がマジェンタの補色に関する出力信号をそれぞれ出力するのが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第３の態様の撮像装置において、上層および下層の画素群は、一つのマイクロレンズの背後に配置される２行２列の４画素の組が２次元状に配列されて形成され、組は、画素の配置がそれぞれ異なる第１〜第４の組を有し、上層の画素群は、第１の組では、所定の配列方向に隣接して第１の画素および第３の画素が配置されると共に、所定の配列方向に垂直な方向に該第１の画素および該第３の画素にそれぞれ隣接して第３の画素および第２の画素が配置され、第２の組では、所定の配列方向に隣接して第３の画素および第１の画素が配置されると共に、垂直方向に該第３の画素および該第１の画素にそれぞれ隣接して第２の画素および第３の画素が配置され、第３の組では、所定の配列方向に隣接して第３の画素および第２の画素が配置されると共に、垂直方向に該第３の画素および該第２の画素にそれぞれ隣接して第１の画素および第３の画素が配置され、第４の組では、所定の配列方向に隣接して第２の画素および第３の画素が配置されると共に、垂直方向に該第２の画素および該第３の画素にそれぞれ隣接して第３の画素および第１の画素が配置され、第１の組および第２の組は、所定の配列方向に隣接し、且つ所定の配列方向に交互に繰り返し配列され、第３の組および第４の組は所定の配列方向に隣接し、且つ所定の配列方向に交互に繰り返し配列され、第１の組および第２の組で形成される第１の列と第３の組および第４の組で形成される第２の列とは垂直方向に隣接し、且つ垂直方向に交互に繰り返し配列されるのが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第２〜４のいずれか一の態様の撮像装置において、画像生成部は、２行２列で互いに隣接する４つの第４の画素からの出力信号を加算し、２行２列の形で隣接する４つの第５の画素からの出力信号を加算し、２行２列で互いに隣接する４つの第６の画素からの出力信号を加算することにより、ベイヤー配列の画像信号を生成するのが好ましい。
本発明の第６の態様によると、第１〜４のいずれか一の態様の撮像装置において、画像生成部は、各マイクロレンズの背後に位置する第４、第５および第６の画素からの出力信号に基づいて、各マイクロレンズ位置における３つの色信号を取得するのが好ましい。
本発明の第７の態様によると、第１〜４のいずれか一の態様の撮像装置において、画像生成部は、第４〜第６の各画素位置において、他の２つの分光成分の信号を生成する色補間処理を行うことにより３つの色信号を取得し、３つの色信号に基づいて輝度信号および色差信号を生成するのが好ましい。
本発明の第８の態様によると、第１〜７のいずれか一の態様の撮像装置において、焦点検出部は、上層または下層の画素群のうち、略同一の分光感度を有し、且つマイクロレンズに対する位置が異なる一対の画素からの出力信号に基づいて、撮像光学系の焦点調節状態を検出するのが好ましい。
本発明の第９の態様によると、第４の態様の撮像装置において、焦点検出部は、上層の画素群のうち、第１の組と第２の組にそれぞれ含まれる第３の画素、および第３の組と第４の組にそれぞれ含まれる第３の画素のうち少なくとも一方の第３の画素からの出力信号に基づいて、所定の配列方向において撮像光学系の焦点調節状態を検出するのが好ましい。
本発明の第１０の態様によると、第４の態様の撮像装置において、焦点検出部は、上層の画素群のうち、第１の組と第３の組にそれぞれ含まれる第３の画素、および第２の組と第４の組にそれぞれ含まれる第３の画素のうち少なくとも一方の第３の画素からの出力信号に基づいて、垂直方向において撮像光学系の焦点調節状態を検出するのが好ましい。
本発明の第１１の態様によると、第４の態様の撮像装置において、焦点検出部は、上層の画素群のうち、第１の組と第４の組にそれぞれ含まれる第３の画素、および第２の組と第３の組にそれぞれ含まれる第３の画素のうち少なくとも一方の第３の画素からの出力信号に基づいて、所定の配列方向に対して斜めの方向において撮像光学系の焦点調節状態を検出するのが好ましい。
本発明の第１２の態様によると、撮像素子は、二次元状に配列した複数のマイクロレンズと、マイクロレンズ毎に設けられた、所定の波長の光を吸収し、所定の波長以外の光を透過する複数の受光部と、を有する第1撮像部と、第１撮像部を透過した光を受光する第２撮像部と、を備える。
本発明の第１３の態様によると、第１２の態様の撮像素子において、第1撮像部は、複数のマイクロレンズのうちの隣接する２つのマイクロレンズに設けられた、同じ所定の波長の光を吸収する受光部が隣接して配置されているのがよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、撮像素子に焦点検出専用の画素を設けることなく、撮像素子からの出力信号に基づいて画像信号の生成および位相差方式による焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態によるデジタルカメラシステムの構成を例示する図である。
【図２】上部光電変換層における画素の配置を例示する平面図である。
【図３】下部光電変換層における画素の配置を例示する平面図である。
【図４】撮像素子の断面を例示する図である。
【図５】撮像素子における１画素当たりの回路構成を例示する図である。
【図６】交換レンズの射出瞳を例示する図である。
【図７】デフォーカス量を求める画素列を説明する図である。
【図８】射出瞳を通る光束を説明する図である。
【図９】デフォーカス量を求める画素列を説明する図である。
【図１０】射出瞳を通る光束を説明する図である。
【図１１】デフォーカス量を求める画素列を説明する図である。
【図１２】射出瞳を通る光束を説明する図である。
【図１３】第１の画像信号生成処理を説明する図である。
【図１４】第２の画像信号生成処理を説明する図である。
【図１５】第３の画像信号生成処理を説明する図である。
【図１６】第３の画像信号生成処理を説明する図である。
【図１７】第３の画像信号生成処理を説明する図である。
【図１８】撮影処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。図１は、本発明の一実施の形態によるデジタルカメラシステムの構成を例示する図である。デジタルカメラシステム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。
【０００９】
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。
【００１０】
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、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。
【００１１】
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、デジタルカメラシステム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。
【００１２】
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：電気的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、画像信号などを格納記憶する記憶媒体である。
【００１３】
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から読出された画像信号は、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。
【００１４】
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画像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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
＜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。撮像素子１２は積層構造を有し、上部の光電変換層４１（図４）と、下部の光電変換層４３（図４）とが積層されている。上部の光電変換層４１は、後述する波長成分の光を吸収（光電変換）する光導電膜で構成され、上部の光電変換層４１で吸収（光電変換）されなかった波長成分の光が下部の光電変換層４３へ透過し、該光電変換層４３で光電変換される。
【００１８】
（上部光電変換層）
図２（ａ）および（ｂ）は、撮像素子１２の上部光電変換層４１における画素の配置を例示する平面図である。ここでは、代表して１０×１０画素分を抜き出して図示している。各画素は略正方形にレイアウトされ、２次元状に配列されている。画素としては、シアン（Ｃｙ）成分の光を光電変換する画素（Ｃｙ画素）、マジェンタ（Ｍｇ）成分の光を光電変換する画素（Ｍｇ画素）、イエロー（Ｙｅ）成分の光を光電変換する画素（Ｙｅ画素）の３種類が設けられている。
【００１９】
Ｃｙ画素は、シアン成分の光を吸収（光電変換）する光電変換部から構成される。Ｍｇ画素は、マジェンタ成分の光を吸収（光電変換）する光電変換部から構成される。Ｙｅ画素は、イエロー成分の光を吸収（光電変換）する光電変換部から構成される。
【００２０】
また、撮像素子１２には、交換レンズ２からの光束を効率的に４つの画素の組へ導くためのマイクロレンズ４０が複数形成されている。図２において５×５＝２５の円がマイクロレンズ４０に対応する。マイクロレンズ４０は、たとえば、その中心と光軸とが略一致する軸対称型の球面レンズあるいは非球面レンズで構成され、光入射側を凸形状として２次元状に配列されている。
【００２１】
各マイクロレンズ４０の背後には、一つのＣｙ画素、二つのＭｇ画素、一つのＹｅ画素が２行２列に配置される。本説明では、図２（ａ）に示すように、マイクロレンズ４０の背後に位置する４つの画素の組を、その配置の違いによって４通り（Ｐ１〜Ｐ４）に分類する。
【００２２】
マイクロレンズ４０の背後において、第１の組Ｐ１では、左上にＣｙ画素、右上にＭｇ画素、左下にＭｇ画素、右下にＹｅ画素が配置される。第２の組Ｐ２では、左上にＭｇ画素、右上にＣｙ画素、左下にＹｅ画素、右下にＭｇ画素が配置される。第３の組Ｐ３では、左上にＭｇ画素、右上にＹｅ画素、左下にＣｙ画素、右下にＭｇ画素が配置される。第４の組Ｐ４では、左上にＹｅ画素、右上にＭｇ画素、左下にＭｇ画素、右下にＣｙ画素が配置される。
【００２３】
第１の組Ｐ１および第２の組Ｐ２は、水平方向（Ｘ方向）に隣接し、且つ水平方向に交互に繰り返し配列される。第１の組Ｐ１および第２の組Ｐ２から形成される列を、第１列Ｌ１と呼ぶ。第３の組Ｐ３および第４の組Ｐ４は、水平方向に隣接し、且つ水平方向に交互に繰り返し配列される。第３の組Ｐ３および第４の組Ｐ４から形成される列を、第２列Ｌ２と呼ぶ。
【００２４】
上記第１列Ｌ１および第２列Ｌ２は、鉛直方向（Ｙ方向）に隣接し、且つ鉛直方向に交互に繰り返し配列される。これにより、各第１の組Ｐ１および第３の組Ｐ３は鉛直方向に隣接し、各第２の組Ｐ２および第４の組Ｐ４は鉛直方向に隣接する。
【００２５】
このような配置により、マイクロレンズ４０とＣｙ画素、Ｍｇ画素、Ｙｅ画素との位置関係は、以下のようになる。
【００２６】
まず、Ｃｙ画素は、縦横に隣接する４つのマイクロレンズ４０の背後において、それぞれ左上、右上、左下、右下に配置される。Ｍｇ画素は、縦横に隣接する４つのマイクロレンズ４０の背後において、それぞれ右上および左下、左上および右下、左上および右下、右上および左下に配置される。Ｙｅ画素は、縦横に隣接する４つのマイクロレンズ４０の背後において、それぞれ右下、左下、右上、左上に配置される。このように、Ｃｙ画素、Ｍｇ画素、Ｙｅ画素は、それぞれマイクロレンズ４０の背後で特定の位置に偏らないように均等配置される。
【００２７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様の箇所を抜き出した図である。図２（ａ）に示した４つの画素の組分け（Ｐ１〜Ｐ４）を縦横に１画素分ずらして見る場合、図２（ｂ）に示すように、Ｃｙ画素、Ｍｇ画素、Ｙｅ画素は、それぞれ隣接する２行２列の４画素が同色の画素となるように配置されている。
【００２８】
また同色の２行２列の４画素は、それぞれ異なるマイクロレンズ４０の背後に配置され、マイクロレンズ４０に対する位置がそれぞれ異なる。換言すれば、異なる４つのマイクロレンズ４０の背後にそれぞれ配置されたＣｙ画素、Ｍｇ画素、Ｙｅ画素は、それぞれの色ごとに２行２列に隣接するように配置される。
【００２９】
（下部光電変換層）
図３（ａ）および（ｂ）は、撮像素子１２の下部光電変換層４３(図４)における画素の配置を例示する平面図である。図２に例示した画素位置に対応する１０×１０画素分を図示している。各画素は略正方形にレイアウトされ、２次元状に配列されている。画素としては、赤（Ｒ）成分の光を光電変換する画素（Ｒ画素）、緑（Ｇ）成分の光を光電変換する画素（Ｇ画素）、青（Ｂ）成分の光を光電変換する画素（Ｂ画素）の３種類が設けられている。
【００３０】
Ｒ画素は、上部のＣｙ画素で吸収（光電変換）されなかった赤（Ｃｙの補色）成分の光を光電変換する光電変換部から構成される。Ｇ画素は、上部のＭｇ画素で吸収（光電変換）されなかった緑（Ｍｇの補色）成分の光を光電変換する光電変換部から構成される。Ｂ画素は、上部のＹｅ画素で吸収（光電変換）されなかった青（Ｙｅの補色）成分の光を光電変換する光電変換部から構成される。すなわち、上部光電変換層４１のＣｙ画素、Ｍｇ画素、Ｙｅ画素をカラーフィルタとしてＲ、Ｇ、Ｂの受光部を構成する。
【００３１】
これにより、上述した第１の組Ｐ１の下層に位置する組（Ｑ１と呼ぶ）では、左上にＲ画素、右上にＧ画素、左下にＧ画素、右下にＢ画素が配置される。第２の組Ｐ２の下層に位置する組（Ｑ２と呼ぶ）では、左上にＧ画素、右上にＲ画素、左下にＢ画素、右下にＧ画素が配置される。第３の組Ｐ３の下層に位置する組（Ｑ３と呼ぶ）では、左上にＧ画素、右上にＢ画素、左下にＲ画素、右下にＧ画素が配置される。第４の組Ｐ４の下層に位置する組（Ｑ４と呼ぶ）では、左上にＢ画素、右上にＧ画素、左下にＧ画素、右下にＲ画素が配置される。
【００３２】
このような配置により、上記マイクロレンズ４０とＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素との位置関係は、以下のようになる。
【００３３】
まず、Ｒ画素は、縦横に隣接する４つのマイクロレンズ４０の背後において、それぞれ左上、右上、左下、右下に配置される。Ｇ画素は、縦横に隣接する４つのマイクロレンズ４０の背後において、それぞれ右上および左下、左上および右下、左上および右下、右上および左下に配置される。Ｂ画素は、縦横に隣接する４つのマイクロレンズ４０の背後において、それぞれ右下、左下、右上、左上に配置される。このように、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、それぞれマイクロレンズ４０の背後で特定の位置に偏らないように均等配置される。
【００３４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）と同様の箇所を抜き出した図である。図３（ａ）に示した４つの画素の組分け（Ｑ１〜Ｑ４）を縦横に１画素分ずらして見る場合、図３（ｂ）に示すように、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、それぞれ隣接する２行２列の４画素が同色の画素となるように配置されている。
【００３５】
また同色の２行２列の４画素は、それぞれ異なるマイクロレンズ４０の背後に配置され、マイクロレンズ４０に対する位置がそれぞれ異なる。換言すれば、異なる４つのマイクロレンズ４０の背後にそれぞれ配置されたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、それぞれの色ごとに２行２列に隣接するように配置される。
【００３６】
上記同色２行２列の４つのＲ画素から構成される組５０ｒ、４つのＧ画素から構成される組５０ｇ、４つのＢ画素から構成される組５０ｂは、４画素を１組として見る場合はベイヤー配列を形成する。
【００３７】
図４は、撮像素子１２の断面を例示する図である。図４において、撮像素子１２は、シリコン基板上に形成された下部光電変換層４３と、有機膜を用いた上部光電変換層４１とが配線層４２を介して積層される。上部光電変換層４１の上方には、マイクロレンズ４０が形成されている。
【００３８】
上部光電変換層４１は、電極間に光導電膜を挟んで上記Ｃｙ画素、Ｍｇ画素、Ｙｅ画素を構成する。たとえば、上側電極ａと下側電極ｋ−Ｃｙとの間に光導電膜Ｐ１−Ｃｙを挟んで第１の組Ｐ１におけるＣｙ画素を構成する。また、たとえば、上側電極ａと下側電極ｋ−Ｍｇとの間に光導電膜Ｐ２−Ｍｇを挟んで第２の組Ｐ２におけるＭｇ画素を構成する。
【００３９】
下部光電変換層４３は、シリコン基板上のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素で構成され、各画素において入射される光を光電変換する。図４において、第１の組Ｑ１におけるＲ画素は、上部光電変換層４１の第１の組Ｐ１におけるＣｙ画素を透過した補色光（Ｒ）を受光する。また、第２の組Ｑ２におけるＧ画素は、上部光電変換層４１の第２の組Ｐ２におけるＭｇ画素を透過した補色光（Ｇ）を受光する。
【００４０】
図５は、撮像素子１２における１画素当たりの回路構成を例示する図である。図５において、基準電源端子ｔ３２ａおよびｔ３２ｂに基準電源Vrefが供給される。また、電源端子ｔ３１ａおよびｔ３１ｂには電源Vccが供給される。さらに、端子ｔ３３からＰＣ（フォトコンダクタ）２０へ電源Vpcが供給される。
【００４１】
上部光電変換層４１の信号検出部の構成は以下の通りである。ＰＣ２０は、該上部光電変換層４１の１画素分の光電変換部を構成する。ＰＣ２０において、入射光を光電変換して電荷が蓄積される。ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタＴｒ６は、上記蓄積電荷に基づく電圧信号を増幅する。転送スイッチＭＯＳトランジスタＴｒ５は、読出し対象画素を選択するためのスイッチを構成する。端子ｔ１１に転送スイッチＭＯＳトランジスタＴｒ５をオン／オフする制御パルス信号φSEL#1が供給されると、増幅後の信号が転送スイッチＭＯＳトランジスタＴｒ５を介して端子ｔ１１から読出される。リセット用ＭＯＳトランジスタＴｒ７は、端子ｔ１３に供給されるリセットパルス信号φR#1に応じて不要電荷を排出させる（すなわち所定電位にリセットする）。
【００４２】
下部光電変換層４３の信号検出部の構成は以下の通りである。フォトダイオードＰＤは、下部光電変換層４３の１画素分の光電変換部を構成する。フォトダイオードＰＤは、ＰＣ２０を透過した光を光電変換して電荷を生成する。フォトダイオードＰＤとフローティングディフュージョン（ＦＤ）部は、転送ＭＯＳトランジスタＴｒ４を介して接続される。端子ｔ２４に転送ＭＯＳトランジスタＴｒ４をオン／オフする制御パルス信号φTx#2が供給されると、転送ＭＯＳトランジスタＴｒ４を介してフローティングディフュージョン部に電荷が転送される。
【００４３】
ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタＴｒ２は、上記蓄積電荷に基づく電圧信号を増幅する。転送スイッチＭＯＳトランジスタＴｒ１は、読出し対象画素を選択するためのスイッチを構成する。端子ｔ２２に転送スイッチＭＯＳトランジスタＴｒ１をオン／オフする制御パルス信号φSEL#2が供給されると、増幅後の信号が転送スイッチＭＯＳトランジスタＴｒ１を介して端子ｔ２１から読出される。リセット用ＭＯＳトランジスタＴｒ３は、端子ｔ２３に供給されるリセットパルス信号φR#2に応じてフローティングディフュージョン部の不要電荷を排出させる（すなわち所定電位にリセットする）。
【００４４】
＜焦点検出処理＞
次に、上述した構成の撮像素子１２から焦点検出用の信号を取得する例を、図６〜図１２を用いて説明する。本実施形態では、上部光電変換層４１からの出力信号に基づいて、以下のようにデフォーカス量演算が行われる。図６は、絞り６が開放された状態の交換レンズ２の射出瞳８０を例示する図である。射出瞳８０の４つの領域８１〜８４を通過した光束は、それぞれ図２のマイクロレンズ４０の左上、右上、左下、および右下に位置する画素に入射する。各マイクロレンズ４０において左上、右上、左下、および右下に位置する画素に入射する光束と、上記第１領域８１、第２領域８２、第３領域８３、および第４領域８４との対応関係は、交換レンズ２の光軸Ａｘを対称軸として上下左右を反転したものとして考えればよい。
【００４５】
まず、図７に例示するように、撮像素子１２のうちＭｇ画素が水平方向（Ｘ軸方向）に並ぶ画素列９０に基づいてデフォーカス量を求める場合を説明する。画素列９０は、第２の組Ｐ２に含まれ、マイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）と、第１の組Ｐ１に含まれ、マイクロレンズ４０の右上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｂ）とから構成される。画素列９０を構成する画素には、図８に例示するように、射出瞳８０上の第１領域８１を介する光束Ａと第２領域８２を介する光束Ｂとが入射される。光束Ａは、マイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）に入射される。光束Ｂは、マイクロレンズ４０の右上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｂ）に入射される。
【００４６】
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、画素列９０において、光束Ａを受光するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）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Ｍｇ画素（Ｍｇ−ｂ）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。
【００４７】
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。この場合の光束Ａによる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および光束Ｂによる信号波形（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（ずれ方向およびずれ量）が異なる。
【００４８】
ボディ制御部１４は、光束Ａによる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および光束Ｂによる信号波形（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。
【００４９】
次に、図９に例示するように、撮像素子１２のうちＭｇ画素が鉛直方向（Ｙ軸方向）に並ぶ画素列１２０に基づいてデフォーカス量を求める場合を説明する。画素列１２０は、第２の組Ｐ２に含まれ、マイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）と、第４の組Ｐ４に含まれ、マイクロレンズ４０の左下に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｃ）とから構成される。画素列１２０を構成する画素には、図１０に例示するように、射出瞳８０上の第１領域８１を介する光束Ａと、第３領域８３を介する光束Ｃとが入射される。光束Ａはマイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）に入射される。光束Ｃはマイクロレンズ４０の左下に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｃ）に入射される。
【００５０】
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、上述したように画素列１２０において、光束Ａを受光するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）から得られる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）と、光束Ｃを受光するＭｇ画素（Ｍｇ−ｃ）から得られる信号波形（信号列ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４…）とは、その形状が重なる。
【００５１】
一方、非合焦時の場合の光束Ａによる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および光束Ｃによる信号波形（信号列ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４…）とは、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（ずれ方向およびずれ量）が異なる。
【００５２】
ボディ制御部１４は、光束Ａによる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および光束Ｃによる信号波形（信号列ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４…）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。
【００５３】
さらに、図１１に例示するように、撮像素子１２のうちＭｇ画素が斜め方向に並ぶ画素列１５０に基づいてデフォーカス量を求める場合を説明する。画素列１５０は、第２の組Ｐ２に含まれ、マイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）および右下に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｄ）と、第３の組Ｐ３に含まれ、マイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）および右下に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｄ）とから構成される。画素列１５０を構成する画素には、図１２に例示するように、射出瞳８０上の第１領域８１を介する光束Ａと、第４領域８４を介する光束Ｄとが入射される。光束Ａはマイクロレンズ４０の左上に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）に入射される。光束Ｄはマイクロレンズ４０の右下に位置するＭｇ画素（Ｍｇ−ｄ）に入射される。
【００５４】
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、上述したように画素列１５０において、光束Ａを受光するＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）から得られる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）と、光束Ｄを受光するＭｇ画素（Ｍｇ−ｄ）から得られる信号波形（信号列ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４…）とは、その形状が重なる。
【００５５】
一方、非合焦時の場合の光束Ａによる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および光束Ｄによる信号波形（信号列ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４…）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（ずれ方向およびずれ量）が異なる。
【００５６】
ボディ制御部１４は、光束Ａによる信号波形（信号列ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…）および光束Ｄによる信号波形（信号列ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４…）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。
【００５７】
＜画像信号生成処理＞
次に、上記撮像素子１２から画像信号を取得する例を、図１３〜図１７を用いて説明する。本実施形態では、下部光電変換層４３からの出力信号に基づいてカラーの画像信号を生成する画像信号生成処理として、以下の３方法のいずれかが用いられる。ボディ制御部１４は、あらかじめ初期設定によって指示されている方法による画像信号生成処理を行う。
【００５８】
（第１の画像信号生成処理）
図１３は、第１の画像信号生成処理を説明する図である。第１の画像信号生成処理を行うボディ制御部１４は、図１３（ａ）に示すように、同じマイクロレンズ４０を介して光束を受光する４画素を１つの組２００として扱う。各組２００にはそれぞれ、Ｇ画素が２つ、Ｂ画素およびＲ画素が１つ含まれる。
【００５９】
ボディ制御部１４は、各組２００において、Ｒ画素からの出力信号をその組２００のＲ画像信号とし、Ｂ画素からの出力信号をその組２００のＢ画像信号とし、２つのＧ画素からの出力信号の平均値をその組２００のＧ画像信号とする。これにより、ボディ制御部１４は、図１３（ｂ）に示すように、撮像素子１２の下部光電変換層４３に含まれる画素数の１／４画素数であるカラー画像信号（ＲＧＢ）を得ることができる。ボディ制御部１４は、このようにして得られたカラー画像信号を用いて記録用画像のファイルを生成する。
【００６０】
このように第１の画像信号生成処理では、色信号を補間する色補間処理を行わずに、カラーの画像信号を取得することができる。
【００６１】
（第２の画像信号生成処理）
図１４は、第２の画像信号生成処理を説明する図である。第２の画像信号生成処理を行うボディ制御部１４は、図１４（ａ）に示すように、隣接する同色の２行２列の４画素を１つの組２１０として扱う。
【００６２】
ボディ制御部１４は、各組２１０に含まれる４画素からの出力信号を加算した信号を、その組２１０の画像信号とする。具体的には、ボディ制御部１４は、Ｒ画素の組２１０の場合、４つのＲ画素からの出力信号を加算した信号を、その組２１０のＲ画像信号とする。ボディ制御部１４は、Ｇ画素の組２１０の場合、４つのＧ画素からの出力信号を加算した信号を、その組２１０のＧ画像信号とする。ボディ制御部１４は、Ｂ画素の組２１０の場合、４つのＢ画素からの出力信号を加算した信号を、その組２１０のＢ画像信号とする。これにより、ボディ制御部１４は、図１４（ｂ）に示すように、撮像素子１２の下部光電変換層４３に含まれる画素数の１／４画素数であるベイヤー配列の画像信号を得ることができる。
【００６３】
ところで、マイクロレンズ４０へ入射する光束の入射角によっては、マイクロレンズ４０の背後に配置された４つの画素の受光量が均等にならない場合がある。たとえば、ある入射角θ１のときには、マイクロレンズ４０の左上に位置する画素の受光量が大きくマイクロレンズ４０の右下に位置する画素の受光量が小さくなったり、別の入射角θ２のときには、マイクロレンズ４０の左上に位置する画素の受光量が小さくマイクロレンズ４０の右下に位置する画素の受光量が大きくなったりする。
【００６４】
第２の画像信号生成処理では、マイクロレンズ４０の異なる位置（左上、右上、左下、右下）に配置された４画素（すなわち各組２１０に含まれる４画素）からの出力信号を加算した信号を画像信号とするようにしたので、マイクロレンズ４０への光の入射角によらず適切な画像信号を生成することができる。
【００６５】
ボディ制御部１４はさらに、ベイヤー配列の画像信号において、隣接する組２１０からの信号を用いて不足する色成分を補間処理によって生成する。たとえば、Ｇ画素の組２１０の場合、Ｒ画像信号およびＢ画像信号が存在しないので、周辺の組２１０の信号を用いて色補間処理を行う。このような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。ボディ制御部１４は、この色補間処理により得られたカラー画像信号（ＲＧＢ）を用いて記録用画像のファイルを生成する。
【００６６】
（第３の画像信号生成処理）
第３の画像信号生成処理を行うボディ制御部１４は、まず、各画素において不足する色成分を補間する色補間処理を行う。
【００６７】
図１５は、Ｇ画像信号を補間する処理を説明する図である。ボディ制御部１４は、各Ｒ画素およびＢ画素の位置において、その画素の近傍に位置する４つのＧ画素からの出力信号を用いてＧ画像信号を補間処理によって生成する。たとえば、図１５（ａ）の太枠で示すＲ画素の位置においてＧ画像信号を補間する場合、このＲ画素の近傍に位置する４つのＧ画素（Ｇ１〜Ｇ４）からの出力信号を用いる。ボディ制御部１４は、（αＧ１＋βＧ２＋γＧ３＋δＧ４）／４を、該Ｒ画素のＧ画像信号とする。なお、α〜δは、該Ｒ画素からの距離に応じた係数であり、補間対象画素からの距離が近いほど係数を大きくする。この場合、Ｇ画素Ｇ１およびＧ２の方が、Ｇ画素Ｇ３およびＧ４よりも該Ｒ画素に近いので、α＝β＞γ＝δとする。
【００６８】
このようにしてボディ制御部１４は、Ｒ画素およびＢ画素の位置においてＧ画像信号を補間する処理を行うことで、図１５（ｂ）に示すように、各画素３０の位置においてＧ画像信号を得ることができる。
【００６９】
図１６は、Ｒ画像信号を補間する処理を説明する図である。ボディ制御部１４は、図１６（ａ）に示すように、隣接する同色の２行２列の４画素を１つの組２２０として扱う。ボディ制御部１４は、Ｒ画素の組２２０において、４つのＲ画素からの出力信号を加算した信号をその組２２０のＲ画像信号とする。ボディ制御部１４は、Ｇ画素の組２２０およびＢ画素の組２２０におけるＲ画像信号を、周辺のＲ画素の組２２０のＲ画像信号を用いて補間する。なお各組２２０は、図１６（ｂ）に示すようにベイヤー配列を形成しているため、ボディ制御部１４は、この補間処理を公知のベイヤー配列における色補間処理を用いて行うことができる。
【００７０】
ボディ制御部１４は、Ｇ画素の組２２０において補間されたＲ画像信号を４で除算した信号（Ｒ／４）を、Ｇ画素の組２２０を構成する４つのＧ画素におけるＲ画像信号とする。同様に、ボディ制御部１４は、Ｂ画素の組２２０において補間されたＲ画像信号を４で除算した信号（Ｒ／４）を、Ｂ画素の組２２０を構成する４つのＢ画素におけるＲ画像信号とする。このようにしてボディ制御部１４は、Ｇ画素およびＢ画素の位置においてＲ画像信号を補間する処理を行うことで、図１６（ｃ）に示すように、各画素３０の位置においてＲ画像信号を得ることができる。
【００７１】
なお、Ｂ画像信号を補間する処理は、Ｒ画像信号を補間する処理と同様のため、説明を省略する。ボディ制御部１４は、Ｒ画素およびＧ画素の位置において、Ｂ画像信号を補間する処理を行うことにより、各画素３０の位置においてＢ画像信号を得ることができる。
【００７２】
ボディ制御部１４は、上述のような色補間処理を行うことにより、図１７（ａ）に示すように、各画素３０の位置においてＲＧＢの画像信号を得る。そしてボディ制御部１４は、各画素の位置におけるＲＧＢの画像信号を用いて、各画素３０の位置における輝度信号Ｙを得る。たとえば、ボディ制御部１４は、０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂを、輝度信号Ｙとする。
【００７３】
またボディ制御部１４は、各画素３０の位置において、Ｒ画像信号から輝度信号Ｙを引算した信号（Ｒ−Ｙ）を色差信号Ｃｒとする。ボディ制御部１４は、各画素３０の位置において、Ｂ画像信号から輝度信号Ｙを引算した信号（Ｂ−Ｙ）を色差信号Ｃｂとする。
【００７４】
この結果、ボディ制御部１４は、図１７（ｂ）に示すように、各画素３０の位置において、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ、Ｃｂを得ることができる。ボディ制御部１４は、このようにして得られたカラー画像信号（ＹＣｒＣｂ）を用いて、第１の画像信号生成処理および第２の画像信号生成処理に比べて高解像度の記録用画像のファイルを生成する。
【００７５】
＜撮影処理＞
図１８は、ボディ制御部１４が実行する撮影処理の流れを説明するフローチャートである。ボディ制御部１４は、操作部材１８を構成する不図示のメインスイッチがオン操作された場合に、図１８に例示した処理を実行するプログラムを起動する。
【００７６】
図１８のステップＳ１１において、ボディ制御部１４は、撮像素子１２に所定のフレームレートで光電変換を開始させる。ボディ制御部１４は、下部光電変換層４３からの画像信号に基づくスルー画像を液晶表示素子１６に逐次再生表示させながら、撮影指示が行われたか否かを判定する。スルー画像は、撮影指示前に取得するモニタ用の画像である。ボディ制御部１４は、操作部材１８を構成するレリーズボタンが押下操作されると、ステップＳ１１を肯定判定してステップＳ１２へ進む。ボディ制御部１４は、レリーズボタンが押下操作されない場合には、ステップＳ１１を否定判定してステップＳ１８へ進む。
【００７７】
ステップＳ１８において、ボディ制御部１４は、タイムアップか否かを判定する。ボディ制御部１４は、所定時間（たとえば、５秒）を計時した場合にステップＳ１８を肯定判定して図１５による処理を終了する。ボディ制御部１４は、計時時間が所定時間に満たない場合には、ステップＳ１８を否定判定してステップＳ１１へ戻る。
【００７８】
ステップＳ１２において、ボディ制御部１４は、ＡＥ処理およびＡＦ処理を行う。ＡＥ処理では、上記スルー画像用の画像信号のレベルに基づいて露出演算を行い、適正露出が得られるように絞り値ＡＶとシャッター速度ＴＶを決定する。ＡＦ処理は、上部光電変換層４１のうち、設定されている焦点検出エリアに含まれる画素列からの出力信号列に基づいて、上述した焦点検出処理を行ってフォーカス調節をする。ボディ制御部１４は、以上のＡＥ、ＡＦ処理を行うとステップＳ１３へ進む。
【００７９】
ステップＳ１３において、ボディ制御部１４は撮影処理を行ってステップＳ１４へ進む。具体的には、上記ＡＶに基づいて絞り６を制御し、上記ＴＶに基づく蓄積時間で撮像素子１２に記録用の光電変換を行わせる。ステップＳ１４において、ボディ制御部１４は、下部光電変換層４３からの出力信号を用いて上述した画像信号生成処理を行い、得られた画像信号に対して所定の画像処理（階調変換処理、輪郭強調処理、ホワイトバランス調整処理など）を行う。ボディ制御部１４は、画像処理を行うとステップＳ１５へ進む。
【００８０】
ステップＳ１５において、ボディ制御部１４は、液晶表示素子１６に撮影画像を表示させて、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６において、ボディ制御部１４は記録用の画像ファイルを生成し、ステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７において、ボディ制御部１４は、画像ファイルをメモリカード２０に記録して図１８による処理を終了する。
【００８１】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）デジタルカメラシステム１は、交換レンズ２を通過した被写体光束による被写体像を撮像する撮像素子１２と、撮像素子１２からの出力信号に基づき、画像信号を生成するボディ制御部１４と、撮像素子１２からの出力信号に基づき、交換レンズ２の焦点調節状態を位相差検出方式により検出するボディ制御部１４と、を備え、撮像素子１２は、上部光電変換層４１の画素群と、上部光電変換層４１の各画素を通過した被写体光束を受光する下部光電変換層４３の画素群と、上部光電変換層４１の画素群に被写体光束を導くように配置されたマイクロレンズ群とを有し、上部光電変換層４１の画素群は、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Ｃｙ画素、Ｙｅ画素およびＭｇ画素が２次元状に配列され、マイクロレンズ群の各マイクロレンズ４０の背後には、一つのＣｙ画素と一つのＹｅ画素と二つのＭｇ画素とが２行２列に配置され、これら４つの画素は、交換レンズ２の射出瞳の４つの瞳領域８１〜８４をそれぞれ通過する４つの光束Ａ〜Ｄをそれぞれ受光し、下部光電変換層４３の画素群は、上部光電変換層４１の画素群の第１、第２および第３の分光感度とそれぞれ補色関係の第４、第５および第６の分光感度をそれぞれ有するＲ画素、Ｂ画素およびＧ画素が２次元状に配列され、上部光電変換層４１のＣｙ画素、Ｙｅ画素およびＭｇ画素の位置と、下部光電変換層４３のＲ画素、Ｂ画素およびＧ画素の位置とは、該Ｒ画素、Ｂ画素およびＧ画素がＣｙ画素、Ｙｅ画素およびＭｇ画素をそれぞれ通過した光束をそれぞれ受光するように定められ、ボディ制御部１４は、上部光電変換層４１の画素群および下部光電変換層４３の画素群のうち一方の画素群からの出力信号に基づいて画像信号を生成し、ボディ制御部１４は、上部光電変換層４１の画素群および下部光電変換層４３の画素群の他方の画素群からの出力信号に基づいて焦点調節状態を検出するように構成したので、撮像素子１２に焦点検出専用の画素を設けることなく、撮像素子１２の出力信号に基づいて画像信号の生成および位相差方式による焦点検出を行うことができる。
【００８２】
（２）上記（１）のデジタルカメラシステム１において、上部光電変換層４１の画素群はさらに、Ｃｙ画素、Ｙｅ画素およびＭｇ画素は、それぞれ略同一の分光感度を有する画素（すなわち同色の画素）同士で２行２列に隣接して配置され、該２行２列に隣接する４画素は、異なる４つのマイクロレンズ４０の背後にそれぞれ配置され、且つマイクロレンズ４０に対する位置がそれぞれ異なるように配置されるように構成したので、マイクロレンズ４０への光の入射角によらず、入射光束を適切に光電変換できる。
【００８３】
（３）上記（２）のデジタルカメラシステム１において、上部光電変換層４１の画素群は、第１の画素がＣｙ、第２の画素がＹｅ、第３の画素がＭｇに関する出力信号をそれぞれ出力し、下部光電変換層４３の画素群は、第４の画素がＣｙの補色、第５の画素がＹｅの補色、第６の画素がＭｇの補色に関する出力信号をそれぞれ出力するように構成したので、撮像素子１２の出力信号から、赤緑青のカラー画像信号を取得することができる。
【００８４】
（４）上記（３）のデジタルカメラシステム１において、上部光電変換層４１および下部光電変換層４３の画素群は、一つのマイクロレンズ４０の背後に配置される２行２列の４画素の組が２次元状に配列されて形成され、該組は、画素の配置がそれぞれ異なる第１〜第４の組Ｐ１〜Ｐ４を有し、上部光電変換層４１の画素群は、第１の組Ｐ１では、水平方向に隣接してＣｙ画素およびＭｇ画素が配置されると共に、鉛直方向に該Ｃｙ画素および該Ｍｇ画素にそれぞれ隣接してＭｇ画素およびＹｅ画素が配置され、第２の組Ｐ２では、水平方向に隣接してＭｇ画素およびＣｙ画素が配置されると共に、鉛直方向に該Ｍｇ画素および該Ｃｙ画素にそれぞれ隣接してＹｅ画素およびＭｇ画素が配置され、第３の組Ｐ３では、水平方向に隣接してＭｇ画素およびＹｅ画素が配置されると共に、鉛直方向に該Ｍｇ画素および該Ｙｅ画素にそれぞれ隣接してＣｙ画素およびＭｇ画素が配置され、第４の組Ｐ４では、水平方向に隣接してＹｅ画素およびＭｇ画素が配置されると共に、鉛直方向に該Ｙｅ画素および該Ｍｇ画素にそれぞれ隣接してＭｇ画素およびＣｙ画素が配置され、第１の組Ｐ１および第２の組Ｐ２は、水平方向に隣接し、且つ水平方向に交互に繰り返し配列され、第３の組Ｐ３および第４の組Ｐ４は水平方向に隣接し、且つ水平方向に交互に繰り返し配列され、第１の組Ｐ１および第２の組Ｐ２で形成される第１の列Ｌ１と第３の組および第４の組で形成される第２の列Ｌ２とは鉛直方向に隣接し、且つ鉛直方向に交互に繰り返し配列されるように構成したので、撮像素子１２の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うことができると共に、上記第１〜第３の画像信号処理のいずれも行うことができる。
【００８５】
（５）上記（２）〜（４）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、２行２列で互いに隣接する４つのＲ画素からの出力信号を加算し、２行２列の形で隣接する４つのＢ画素からの出力信号を加算し、２行２列で互いに隣接する４つのＧ画素からの出力信号を加算することにより、ベイヤー配列の画像信号を生成する（すなわち上記第２の画像信号生成処理を行う）ように構成したので、マイクロレンズ４０への光の入射角によらず適切な画像信号を生成することができる。さらに、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。
【００８６】
（６）上記（１）〜（４）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、各マイクロレンズの背後に位置するＲ画素、Ｂ画素およびＧ画素からの出力信号に基づいて、各マイクロレンズ４０位置における３つの色信号を取得する（すなわち上記第１の画像信号生成処理を行う）ように構成したので、色補間処理を行うことなく、カラーの画像信号を取得することができる。
【００８７】
（７）上記（１）〜（４）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、Ｒ画素、Ｂ画素、Ｇ画素の各画素位置において、他の２つの分光成分の信号を生成する色補間処理を行うことにより３つの色信号を取得し、３つの色信号に基づいて輝度信号および色差信号を生成する（すなわち上記第３の画像信号生成処理を行う）ように構成したので、高解像度の画像信号を取得することができる。
【００８８】
（８）上記（１）〜（７）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、上部光電変換層４１の画素群のうち、略同一の分光感度を有し、且つマイクロレンズ４０に対する位置が異なる一対の画素からの出力信号に基づいて、交換レンズ２の焦点調節状態を検出するように構成したので、撮像素子１２からの出力信号に基づいて、適切に位相差方式により焦点調節状態を検出することができる。
【００８９】
（９）上記（４）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、上部光電変換層４１の画素群のうち、第１の組Ｐ１と第２の組Ｐ２にそれぞれ含まれるＭｇ画素からの出力信号に基づいて、水平方向において交換レンズ２の焦点調節状態を検出するように構成したので、適切に位相差方式により焦点調節状態を検出することができる。
【００９０】
（１０）上記（４）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、上部光電変換層４１の画素群のうち、第２の組Ｐ２と第４の組Ｐ４にそれぞれ含まれるＭｇ画素からの出力信号に基づいて、鉛直方向において撮影光学系の焦点調節状態を検出するように構成したので、適切に位相差方式により焦点調節状態を検出することができる。
【００９１】
（１１）上記（４）のデジタルカメラシステム１において、ボディ制御部１４は、上部光電変換層４１の画素群のうち、第２の組Ｐ２と第３の組Ｐ３にそれぞれ含まれるＭｇ画素からの出力信号に基づいて、水平方向に対して斜めの方向において交換レンズ２の焦点調節状態を検出するように構成したので、適切に位相差方式により焦点調節状態を検出することができる。
【００９２】
（変形例１）
上述した実施の形態では、上部光電変換層４１のＭｇ画素からの出力信号を用いて焦点検出処理を行うようにしたが、Ｃｙ画素やＹｅ画素からの出力信号を用いて焦点検出処理を行うようにしてもよい。
【００９３】
変形例１のボディ制御部１４は、上部光電変換層４１からの出力信号を用いて評価値を求めるように構成されている。この評価値は、たとえば、Ｍｇ画素、Ｃｙ画素、Ｙｅ画素ごとの出力信号の積算値である。Ｍｇ画素における該積算値が低い場合、Ｍｇ画素からの出力信号では適切にデフォーカス量を算出できない可能性がある。そこで、変形例１のボディ制御部１４は、Ｍｇ画素における該積算値が所定閾値以下の場合に、Ｃｙ画素およびＹｅ画素のうち該積算値がより大きい方を用いて上述した焦点検出処理を行う。これにより、Ｍｇ成分が少ない被写体を撮影する場合であっても、適切に焦点検出処理を行うことができる。
【００９４】
（変形例２）
上述した実施形態では、第１〜第３の画像信号生成処理のうち、あらかじめ初期設定によって指示されている処理を用いて記録用の画像信号を生成するようにしたが、これに限らなくてよい。
【００９５】
たとえば、変形例２のボディ制御部１４は、スルー画像を表示させる場合には、色補間処理を行わずに画像信号を生成できる第１の画像信号生成処理を選択し、選択した第１の画像信号生成処理を用いて画像信号を生成する。一方、記録用の画像については、高解像度の画像信号を生成できる第３の画像信号生成処理を選択し、選択した第３の画像信号生成処理を用いて画像信号を生成する。このように変形例２のボディ制御部１４は、画像信号を生成する際に、第１、第２および第３の画像信号生成処理のいずれかを選択することにより、たとえば、リアルタイムに画像を表示したい場面で色補間処理がいらない第１の画像信号生成処理を選択し、高画質に画像を記録したい場面で第３の画像信号処理を選択するなど、生成する画像の用途に適した画像信号生成処理を選ぶことができる。
【００９６】
また、ボディ制御部１４は、動画像については、第１または第２の画像信号生成処理によって画像信号を生成し、静止画像については、第３の画像信号生成処理によって画像信号を生成するようにしてもよい。
【００９７】
また、ボディ制御部１４は、たとえば、第１および第２の画像信号生成処理を両方用いて画像信号を生成するようにしてもよい。この場合のボディ制御部１４は、たとえば、第１の画像信号生成処理によって生成した画像、および第２の画像信号生成処理によって生成した画像の双方を背面表示装置（不図示）に表示させる。ボディ制御部１４は、表示させた２つの画像のうち、ユーザが操作部材１８を介して選択した画像を、メモリカード２０に記録する。
【００９８】
（変形例３）
上述した実施の形態では、上部光電変換層４１のうち、第１の組Ｐ１に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｂ）と第２の組Ｐ２に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）とから構成される画素列９０からの出力信号列に基づいて、水平方向におけるデフォーカス量を求めるようにしたが、これに限らなくてよい。第３の組Ｐ３に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｄ）と第４の組Ｐ４に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｃ）とから構成される画素列に基づいて水平方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよいし、該画素列と画素列９０の双方に基づいて水平方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよい。
【００９９】
また上述した実施の形態では、第２の組Ｐ２に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）と第４の組Ｐ４に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｃ）とから構成される画素列１２０からの出力信号列に基づいて、鉛直方向におけるデフォーカス量を求めるようにしたが、これに限らなくてよい。第１の組Ｐ１に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｂ）と第３の組Ｐ３に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｄ）とから構成される画素列に基づいて鉛直方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよいし、該画素列と画素列１２０の双方に基づいて鉛直方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよい。
【０１００】
また上述した実施の形態では、第２の組Ｐ２に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）および（Ｍｇ−ｄ）と第３の組Ｐ３に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ａ）および（Ｍｇ−ｄ）とから構成される画素列１５０からの出力信号列に基づいて、斜め方向におけるデフォーカス量を求めるようにしたが、これに限らなくてよい。第１の組Ｐ１に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｂ）および（Ｍｇ−ｃ）と第４の組Ｐ４に含まれるＭｇ画素（Ｍｇ−ｂ）および（Ｍｇ−ｃ）とから構成される画素列に基づいて斜め方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよいし、該画素列と画素列１５０の双方に基づいて斜め方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよい。
【０１０１】
（変形例４）
上述した実施の形態では、上部光電変換層４１においてＭｇ画素、Ｃｙ画素およびＹｅ画素を設け、下部光電変換層４３においてＧ画素、Ｒ画素およびＢ画素を設けるようにした。この代わりに、上部光電変換層においてＧ画素、Ｒ画素およびＢ画素を設け、下部光電変換層においてＭｇ画素、Ｃｙ画素およびＹｅ画素を設ける構成にしてもよい。
【０１０２】
（変形例５）
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システム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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【０１０５】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１２年第０８１１６５号（２０１２年３月３０日出願）
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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