(57)【要約】【課題】位相差検出方式によるフォーカス調整の精度を向上させる。【解決手段】光を集光するマイクロレンズ３１１の光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている画素であって光軸を通り１対の受光素子の光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が第１画素の距離とは異なる第２画素とが、焦点検出画素として所定の規則に基づいてイメージセンサ２００に配置されている。制御部１４０は、焦点検出画素により生成された焦点検出信号に基づいて、合焦判定を行う。【選択図】図１
2011221254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を集光するマイクロレンズの光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、前記光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている画素であって前記光軸を通り当該１対の受光素子の前記光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が前記第１画素の前記距離とは異なる第２画素とを、焦点検出画素として所定の規則に基づいて配置されている撮像素子と、
前記焦点検出画素により生成された焦点検出信号に基づいて、合焦判定を行う判定部と
を具備する撮像装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記第１画素により生成された前記焦点検出信号に基づいて第１合焦判定処理を行い、この判定結果と前記第２画素により生成された前記焦点検出信号とに基づいて第２合焦判定処理を行うことにより前記合焦判定を行う請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２画素において、前記１対の受光素子の前記光軸側の端部間の距離が前記第１画素と略同一である請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２画素において、前記１対の受光素子の前記光軸側の端部間の距離が前記第１画素と異なる請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、撮像画像を生成するための撮像信号を生成する撮像画素と前記焦点検出画素とが所定の規則に基づいて混在して配置されている請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、前記焦点検出画素を構成する前記第１画素が前記撮像画素間に一定間隔で配置され、前記焦点検出画素を構成する前記第２画素が前記撮像画素間に一定間隔で配置されている請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
合焦判定を行うための焦点検出信号を生成する焦点検出画素であって、光を集光するマイクロレンズの光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、前記光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている画素であって前記光軸を通り当該１対の受光素子の前記光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が前記第１画素の前記距離とは異なる第２画素とが、所定の規則に基づいて配置されている固体撮像素子。
【請求項８】
光を集光するマイクロレンズの光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、前記光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている画素であって前記光軸を通り当該１対の受光素子の前記光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が前記第１画素の前記距離とは異なる第２画素とを、焦点検出画素として所定の規則に基づいて配置されている撮像素子において前記焦点検出画素が焦点検出信号を生成する撮像手段と、
前記焦点検出画素により生成された焦点検出信号に基づいて、合焦判定を行う判定手段と
を具備する撮像方法。
【請求項９】
光を集光するマイクロレンズの光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、前記光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている画素であって前記光軸を通り当該１対の受光素子の前記光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が前記第１画素の前記距離とは異なる第２画素とを、焦点検出画素として所定の規則に基づいて配置されている撮像素子において前記焦点検出画素が焦点検出信号を生成する撮像手段と、
前記焦点検出画素により生成された焦点検出信号に基づいて、合焦判定を行う判定手段と
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、特に位相差検出を行う撮像装置、固体撮像素子、撮像方法ならびに当該方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人物等の被写体を撮像して撮像画像を生成し、この生成された撮像画像を記録するデジタルスチルカメラ等の撮像装置が普及している。また、この撮像装置として、ユーザーの撮影操作を簡便にするため、撮像時のフォーカス（ピント、焦点）調整を自動的に行うオートフォーカス（ＡＦ：Auto Focus）機能を備える撮像装置が広く普及している。
【０００３】
このような撮像装置として、例えば、撮像レンズを通過した光を瞳分割して１対の像を形成し、その形成された像の間隔を計測（位相差を検出）することによって撮像レンズの位置を決定する撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この撮像装置は、１つの画素に１対の受光素子が設けられている焦点検出用の画素をイメージセンサに設けることにより１対の像を形成し、その形成された像の間隔を計測することによってフォーカスのズレの量を算出している。そして、この撮像装置は、算出したフォーカスのズレの量に基づいて撮像レンズの移動量を算出し、算出した移動量に基づいて撮像レンズの位置を調整することによってフォーカスを合わせている（フォーカス調整）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０５０１０号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術では、位相差検出（焦点検出）用の画素と撮像画像の生成用の画素との両方の画素を１つのイメージセンサに設けるため、焦点検出用のセンサと撮像画像用のセンサとの２つのセンサを別々に設ける必要がない。
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術では、撮像レンズの絞りを開放した状態で焦点を検出するため、Ｆ値が小さい撮像レンズ（明るい撮像レンズ）を用いる際に、焦点深度が浅くなり、ピントを合わせ難い状況が生じる場合がある。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、フォーカス調整の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、光を集光するマイクロレンズの光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、上記光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている画素であって上記光軸を通り当該１対の受光素子の上記光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が上記第１画素の上記距離とは異なる第２画素とを、焦点検出画素として所定の規則に基づいて配置されている撮像素子と、上記焦点検出画素により生成された焦点検出信号に基づいて、合焦判定を行う判定部とを具備する撮像装置、固体撮像素子、撮像方法ならびに当該方法をコンピュータに実行させるプログラムである。これにより、光を集光するマイクロレンズの光軸を基準にして１対の受光素子が略対称となるように配置されている第１画素と、光軸に対する外側の端部間を結ぶ直線の距離が第１画素の距離とは異なる第２画素を用いて合焦判定を行わせるという作用をもたらす。
【０００９】
また、この第１の側面において、上記判定部は、上記第１画素により生成された上記焦点検出信号に基づいて第１合焦判定処理を行い、この判定結果と上記第２画素により生成された上記焦点検出信号とに基づいて第２合焦判定処理を行うことにより上記合焦判定を行うようにしてもよい。これにより、第１画素により生成された焦点検出信号に基づいて第１合焦判定処理を行い、この判定結果と第２画素により生成された焦点検出信号とに基づいて第２合焦判定処理を行わせるという作用をもたらす。
【００１０】
また、この第１の側面において、上記第２画素において、上記１対の受光素子の上記光軸側の端部間の距離が上記第１画素と略同一であるようにしてもよい。これにより、第１画素と、１対の受光素子の光軸側の端部間の距離が第１画素と略同一である第２画素とを用いて合焦判定を行わせるという作用をもたらす。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記第２画素において、上記１対の受光素子の上記光軸側の端部間の距離が上記第１画素と異なるようにしてもよい。これにより、第１画素と、１対の受光素子の光軸側の端部間の距離が第１画素と異なる第２画素とを用いて合焦判定を行わせるという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第１の側面において、上記撮像素子は、撮像画像を生成するための撮像信号を生成する撮像画素と上記焦点検出画素とが所定の規則に基づいて混在して配置されているようにしてもよい。これにより、撮像画素と焦点検出画素とが混在し、所定の規則に基づいて配置されるという作用をもたらす。また、この場合において、上記撮像素子は、上記焦点検出画素を構成する上記第１画素が上記撮像画素間に一定間隔で配置され、上記焦点検出画素を構成する上記第２画素が上記撮像画素間に一定間隔で配置されているようにしてもよい。これにより、撮像画素と第１画素と第２画素とが一定間隔で配置されるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フォーカス調整の精度を向上させるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。
【図２】既存の撮像画素と同一の画素である撮像画素３１０の一例を模式的に示す断面図および上面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４１０の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４２０および４３０を模式的に示す上面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４４０を模式的に示す上面図である。
【図６】既存の焦点検出画素と同一の画素である焦点検出画素５１０の一例を模式的に示す断面図および上面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素５２０および５３０を模式的に示す上面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素５４０を模式的に示す上面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態におけるイメージセンサ２００において焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０が配置される領域の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の焦点検出エリア２１０における画素配置の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の焦点検出エリア２２０における画素配置の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０の焦点検出特性を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態におけるフォーカスのズレが大きい場合における位相差検出例を示す図である。
【図１４】焦点検出画素４１０を用いてフォーカスを調整した後に焦点検出画素５１０を用いてフォーカスを微調整する場合における位相差検出例を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態におけるフォーカスのズレが小さい場合における位相差検出例を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００によるフォーカス制御手順例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６１０の一例を模式的に示す断面図および上面図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６２０および６３０を模式的に示す上面図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６４０を模式的に示す上面図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態の焦点検出エリア２５０における画素配置の一例を示す模式図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態の焦点検出エリア２６０における画素配置の一例を示す模式図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態においてフォーカスのズレが大きい場合における位相差検出例を示す図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態におけるフォーカスのズレが小さい場合における位相差検出例を示す図である。
【図２４】本発明の第３の実施の形態におけるイメージセンサ２００の信号線の一例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（撮像制御：細い矩形の受光素子を備える焦点検出画素と太い矩形の受光素子を備える焦点検出画素とを設ける例）
２．第２の実施の形態（撮像制御：細い矩形の受光素子を異なる位置に備える２つの焦点検出画素を設ける例）
３．第３の実施の形態（撮像制御：２つの信号線を配置するの例）
【００１６】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の機能構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１００は、レンズ部１１０と、イメージセンサ２００と、信号処理部１３０と、制御部１４０と、駆動部１５０と、記憶部１６０と、表示部１７０とを備える。
【００１７】
なお、この撮像装置１００は、位相差検出方式によるＡＦ（Auto Focus）制御を行うものとする。この位相差検出方式は、２つのレンズにより分離された被写体の像間隔を計測し、この像間隔が所定値になった位置に基づいて撮像レンズの位置を決定する方式である。また、この撮像装置１００は、ＡＦにより焦点を検出する場合には、レンズ部１１０における絞りを開放状態（例えば、開放Ｆ値が「１．４」のレンズの場合にはＦ値の設定が「１．４」）にしたまま焦点検出を行うことを想定する。
【００１８】
レンズ部１１０は、フォーカスレンズやズームレンズ等の複数の撮像レンズにより構成され、これらのレンズを介して入力された被写体からの入射光をイメージセンサ２００に供給するものである。このレンズ部１１０は、複数の撮像レンズの位置が駆動部１５０により調整されることによって、被写体に対するフォーカス（ピント、焦点ともいう）が合うように調整される。また、このレンズ部１１０は、光量を調整する絞りを備えており、この絞りを絞ることで被写体を撮像する際の光量を調整する。
【００１９】
イメージセンサ２００は、制御部１４０の制御に基づいて、レンズ部１１０を通過した被写体からの入射光を電気信号に光電変換する撮像素子である。このイメージセンサ２００は、撮像画像を生成するための電気信号（撮像信号）を生成する画素と、フォーカスを調整するための電気信号（焦点調整信号）を生成する画素とにより構成される。このイメージセンサ２００は、光電変換により発生した電気信号を信号処理部１３０に供給する。なお、イメージセンサ２００は、略長方形状であるものとする。また、撮像信号を生成する画素（撮像画素）については、図２を用いて詳細に説明する。また、焦点調整信号を生成する画素（焦点検出画素）については、図３乃至８を用いて詳細に説明する。また、このイメージセンサ２００については、図９乃至１１を用いて詳細に説明する。なお、イメージセンサ２００は、特許請求の範囲に記載の撮像素子の一例である。また、焦点調整信号は、特許請求の範囲に記載の焦点検出信号の一例である。
【００２０】
信号処理部１３０は、イメージセンサ２００から供給された電気信号に対して各種の信号処理を施すものである。例えば、この信号処理部１３０は、イメージセンサ２００から供給された撮像信号に基づいて撮像画像データを生成し、この生成した撮像画像データを記憶部１６０に供給して画像ファイルとして記憶部１６０に記録させる。また、信号処理部１３０は、その生成した撮像画像データを表示部１７０に供給して撮像画像として表示させる。また、この信号処理部１３０は、イメージセンサ２００から供給された焦点調整信号に基づいて焦点調整用画像データを生成し、この生成した焦点調整用画像データを制御部１４０に供給する。
【００２１】
制御部１４０は、信号処理部１３０から供給された焦点調整用画像データに基づいてフォーカスのズレの量（デフォーカス量）を算出し、その算出されたデフォーカス量に基づいてレンズ部１１０の撮像レンズの移動量を算出するものである。そして、この制御部１４０は、算出した撮像レンズの移動量に関する情報を駆動部１５０に供給する。すなわち、この制御部１４０は、フォーカスのズレの量を算出することにより合焦判定を行い、この合焦点判定の結果に基づいて、撮像レンズの移動量に関する情報を生成し、この生成した情報を駆動部１５０に供給する。なお、制御部１４０は、特許請求の範囲に記載の判定部の一例である。
【００２２】
駆動部１５０は、制御部１４０から供給された撮像レンズの移動量に関する情報に基づいて、レンズ部１１０の撮像レンズを移動させるものである。
【００２３】
記憶部１６０は、信号処理部１３０から供給された撮像画像データを画像ファイルとして記憶するものである。
【００２４】
表示部１７０は、信号処理部１３０から供給された撮像画像データを撮像画像（例えば、スルー画像）として表示するものである。
【００２５】
［撮像画素の構成例］
図２は、既存の撮像画素と同一の画素である撮像画素３１０の一例を模式的に示す断面図および上面図である。図２に示される撮像画素３１０は、イメージセンサ２００を構成する各画素のうち、撮像信号を生成する画素（撮像画素）の一例である。
【００２６】
図２（ａ）には、イメージセンサ２００における撮像画素３１０の断面構成が模式的に示されている。
【００２７】
この撮像画素３１０は、平坦化膜３１２と、絶縁膜３１３と、受光素子３１４とを備える。また、撮像画素３１０に入射される光を受光素子３１４に集光するマイクロレンズ３１１が、撮像画素３１０上に設けられている。
【００２８】
なお、ここでは、マイクロレンズ３１１を通過した光は、受光素子３１４の受光面上で合焦することとする。
【００２９】
マイクロレンズ３１１は、マイクロレンズ３１１の中心と、受光素子３１４の中心とが同一軸上に位置するように配置される。また、このマイクロレンズ３１１は、受光素子３１４の受光位置とマイクロレンズ３１１の焦点Ｆ１の位置とが同一面上になるように配置される。
【００３０】
平坦化膜３１２および絶縁膜３１３は、受光素子３１４の受光面を覆う透明な絶縁体により構成される層である。なお、実際の装置における平坦化膜３１２と絶縁膜３１３との間には、赤、緑または青のカラーフィルタが配置されるが、本発明の第１の実施の形態では、説明の便宜上、モノクロ（光の明暗）を検出するイメージセンサ２００を想定する。
【００３１】
受光素子３１４は、受けた光を電気信号に変換（光電変換）することによって、受けた光の量に応じた強さの電気信号を生成するものである。この受光素子３１４は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）により構成される。
【００３２】
ここで、受光素子３１４に入射する光（入射光）について、図２（ａ）を用いて説明する。図２（ａ）には、受光素子３１４への入射光のうち、マイクロレンズ３１１の中心位置を通り光軸方向に平行する軸Ｌ１に対して平行な角度でマイクロレンズ３１１に入射する光（図２（ａ）に示す範囲Ｒ１内に照射する光）が模式的に示されている。また、図２（ａ）には、軸Ｌ１に対して所定角度だけ傾いた角度（図２（ａ）に示す角度−αおよびα）でマイクロレンズ３１１に入射する光（図２（ａ）に示す範囲Ｒ２およびＲ３内に入射する光）が模式的に示されている。なお、軸Ｌ１は、特許請求の範囲に記載のマイクロレンズの光軸の一例である。
【００３３】
範囲Ｒ１内に入射する光（範囲Ｒ１入射光）は、軸Ｌ１に対して平行な角度でマイクロレンズ３１１に入射する光である。この範囲Ｒ１入射光は、マイクロレンズ３１１によって焦点Ｆ１に集光する。
【００３４】
範囲Ｒ２およびＲ３内に入射する光（範囲Ｒ２入射光および範囲Ｒ３入射光）は、軸Ｌ１に対して所定角度（−αおよびα）だけ傾いた角度でマイクロレンズ３１１に入射する光である。この範囲Ｒ２入射光および範囲Ｒ３入射光は、軸Ｌ１に対して所定角度だけ傾いた角度でマイクロレンズ３１１に入射する光の一例を示す入射光である。この範囲Ｒ２入射光および範囲Ｒ３入射光は、受光素子３１４の受光面における所定の領域に集光する。
【００３５】
図２（ｂ）には、図２（ａ）において示した撮像画素３１０に入射する光の照射位置の一例が示されている。
【００３６】
なお、この図２（ｂ）では、マイクロレンズ３１１の中心位置を通り光軸方向に平行する軸Ｌ１と受光素子３１４の受光面との交点を原点とし、イメージセンサ２００における長辺方向をｘ軸とし、その短辺方向をｙ軸とするｘｙ座標を想定して説明する。また、以下に示すｘｙ座標についても同様に、マイクロレンズの中心位置を通り光軸に平行する軸と受光素子の受光面との交点を原点とし、イメージセンサ２００における長辺方向をｘ軸とし、その短辺方向をｙ軸とするｘｙ座標を想定して説明する。
【００３７】
この図２（ｂ）において、光分布領域Ａ３以外は、図２（ａ）において示したものと同一であるため、図２（ａ）と同一の符号を付してここでの説明を省略する。
【００３８】
光分布領域Ａ３は、マイクロレンズ３１１への入射光が受光素子３１４の受光面に照射する領域である。この光分布領域Ａ３に照射する光（照射光）は、図２（ａ）において示すように、軸Ｌ１から離れるほどマイクロレンズ３１１への入射角度が大きい光となる。
【００３９】
ここで、光分布領域Ａ３における照射光について説明する。受光素子３１４の中心付近（軸Ｌ１付近）の照射光は、撮像レンズの中心を通過して照射した光である。すなわち、この照射光は、レンズ部１１０における絞りを絞っても（例えば、Ｆ値「５．６」程度を想定）撮像レンズの中心を通過して照射する光は遮られないことにより、絞りを絞っても開放状態のときと同様に照射する光である。
【００４０】
一方、受光素子３１４の中心から離れた箇所における照射光は、撮像レンズの中心から離れた箇所を通過して照射した光である。すなわち、この照射光は、レンズ部１１０における絞りを絞ると撮像レンズの中心から離れた箇所を通過する光は絞りによって遮られることにより、照射が遮られる光である。
【００４１】
［焦点検出画素の構成例］
図３は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４１０の一例を示す模式図である。
【００４２】
なお、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素４１０におけるマイクロレンズ３１１は、図２において示した撮像画素３１０のマイクロレンズ３１１と同一であることとする。
【００４３】
また、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素４１０の画素全体の大きさは、図２において示した撮像画素３１０の大きさと同一であることとする。また、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素４１０の中心と軸Ｌ１とが同一の軸上に位置することとする。
【００４４】
図３（ａ）には、焦点検出画素４１０の断面構成が模式的に示されている。この図３（ａ）では、図３（ａ）の左右方向を、焦点検出画素４１０における受光素子の短辺方向とする場合における断面構成を示す。
【００４５】
なお、この図３（ａ）では、第１受光素子４０１、第２受光素子４０２および素子分離領域４０３以外の構成は、図２（ａ）において示した撮像画素３１０の各構成と同一であるため、図２（ａ）と同一の符号を付してここでの説明を省略する。また、焦点検出画素４１０の入射光については、図２（ａ）と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４６】
第１受光素子４０１は、第２受光素子４０２と対をなす受光素子であり、瞳分割された入射光のうちの片方の光のうち、軸Ｌ１に対する角度が小さい光を受光するものである。
すなわち、この第１受光素子４０１は、撮像レンズの中心付近を通過した光（絞りを絞っても開放状態のときと同様に照射する光）を受光する。この第１受光素子４０１は、例えば、細い矩形であり、軸Ｌ１に近い位置であって、範囲Ｒ３入射光は照射されない位置に配置される。この第１受光素子４０１は、図２（ａ）において示した受光素子３１４と同様に、受けた光を電流に変換（光電変換）することによって、受けた光の量に応じた強さの電流を生成する。
【００４７】
第２受光素子４０２は、第１受光素子４０１と対をなす受光素子であり、第１受光素子４０１の受光する光とは他方の瞳分割された入射光を受光するものである。この第２受光素子４０２は、大きさおよび性能が第１受光素子４０１と同一の受光素子である。この第２受光素子４０２の機能については、第１受光素子４０１の機能と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【００４８】
素子分離領域４０３は、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２との間に位置する絶縁体の領域であり、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２とが接しないように分離するための領域である。この素子分離領域４０３は、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２とが平行に位置するように、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２との間に構成される。また、この素子分離領域４０３は、第１受光素子４０１および第２受光素子４０２が軸Ｌ１から等しい距離に位置するように構成される。例えば、軸Ｌ１を含む面を対称面として、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２とが対称になるように素子分離領域４０３が構成される。
【００４９】
すなわち、焦点検出画素４１０では、素子分離領域４０３の中央に軸Ｌ１が位置する。また、焦点検出画素４１０の中心は軸Ｌ１と一致するため、第１受光素子４０１および第２受光素子４０２は、焦点検出画素４１０の中心から等しい距離に位置するように構成される。
【００５０】
なお、本発明の第１の実施の形態では、この素子分離領域４０３による第１受光素子４０１と第２受光素子４０２との間隔は、焦点検出画素を作成する際に、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２とが接しないように作成できる最も狭い間隔であることとする。
【００５１】
図３（ｂ）には、図３（ａ）において示した焦点検出画素４１０に入射する光の照射位置例が示されている。
【００５２】
なお、光分布領域Ａ１および光分布領域Ａ２以外は、図２（ｂ）および図３（ａ）において示したものと同様のものであるため、同一の符号を付してここでの説明を省略する。
【００５３】
光分布領域Ａ１は、軸Ｌ１に対する角度が小さい光（平行光線（テレセントリック光）に近い非テレセントリックな光）が照射される領域である。例えば、この光分布領域Ａ１は、Ｆ値「５．６」と設定したレンズ部１１０からの入射光が照射する領域である。また、この光分布領域Ａ１は、レンズ部１１０がＦ値「１．４」の設定の場合において、焦点検出画素４１０の焦点面に照射する光のうちＦ値「５．６」に相当する光の照射領域を示す。
【００５４】
光分布領域Ａ２は、光分布領域Ａ１の外側の領域であり、光分布領域Ａ１における照射光より大きい入射角度でマイクロレンズ３１１に入射した光（平行光線と大きく角度が異なる非テレセントリックな光）が照射される領域である。例えば、この光分布領域Ａ２は、Ｆ値「５．６」と設定されたレンズ部１１０からの入射光は照射されない領域である。また、この光分布領域Ａ１は、レンズ部１１０がＦ値「１．４」の設定の場合において、焦点検出画素４１０の焦点面に照射する光のうちＦ値「５．６」の際の照射光を除いた光の照射領域を示す。
【００５５】
この図３に示すように、焦点検出画素４１０の第１受光素子４０１および第２受光素子４０２は、軸Ｌ１に近い領域（光分布領域Ａ１）に照射する光（軸Ｌ１に対する角度が小さい光）を受光する。この第１受光素子４０１および第２受光素子４０２は、素子分離領域４０３に照射する光は受光できないものの、Ｆ値「５．６」の際の照射光の多くを受光し、その受光した光の強さに応じた焦点調整電気信号を出力する。
【００５６】
このように、焦点検出画素４１０は、ＡＦにより焦点を検出する場合において、焦点検出画素４１０に入射する光（Ｆ値の設定が「１．４」）のうち、Ｆ値「５．６」に相当する光を受光する。
【００５７】
なお、この図３では、第１受光素子４０１および第２受光素子４０２の形状を細い矩形として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。この第１受光素子４０１および第２受光素子４０２は、軸Ｌ１に近い領域（例えば、光分布領域Ａ１）に照射する光を受光できる形状であればよい。そのため、例えば、図３において示した第１受光素子４０１および第２受光素子４０２よりも、光分布領域Ａ１の形状に近いような小さい矩形や、半円状のものなどが考えられる。
【００５８】
［焦点検出画素４２０乃至４４０の受光例］
図４および５は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４２０乃至４４０に入射する光の受光例を示す模式図である。
【００５９】
この図４および５では、焦点検出画素４２０乃至４４０に関して、図３（ｂ）において示した焦点検出画素４１０との違いについて説明する。なお、焦点検出画素４２０乃至４４０の断面構成は、図３（ａ）において示した焦点検出画素４１０の断面構成と同一のものであるため、ここでの説明を省略する。
【００６０】
図４（ａ）乃至（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４２０および４３０を模式的に示す上面図である。
【００６１】
焦点検出画素４２０は、図４（ａ）において示すように、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図４（ａ）に示す焦点検出画素４１０を時計回りに９０°回転させたものである。この焦点検出画素４２０は、マイクロレンズ３１１の上下（ｙ軸の正負）方向で瞳分割された光のうち、Ｆ値「５．６」の際の照射光に相当する照射光を受光することができる。
【００６２】
焦点検出画素４３０は、図４（ｂ）において示すように、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図４（ａ）に示す焦点検出画素４１０を時計回りに３１５°回転させたものである。この焦点検出画素４３０は、マイクロレンズ３１１の左上右下（ｙ＝ｘの線で分割）方向で瞳分割された光のうち、Ｆ値「５．６」の際の照射光に相当する光を受光することができる。
【００６３】
図５は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４４０を模式的に示す上面図である。
【００６４】
焦点検出画素４４０は、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図４（ａ）に示す焦点検出画素４１０を時計回りに２２５°回転させたものである。この焦点検出画素４４０は、マイクロレンズ３１１の左下右上（ｙ＝−ｘの線で分割）方向で瞳分割された光のうち、Ｆ値「５．６」の際の照射光に相当する光を受光することができる。
【００６５】
このように、図３乃至５に示す焦点検出画素４１０乃至４４０では、焦点検出画素に入射するＦ値「１．４」の照射光のうちＦ値「５．６」（レンズ部１１０の絞りを絞った状態）の際の照射光に相当する光を一対の受光素子で受光することができる。これにより、制御部１４０は、Ｆ値「５．６」の照射光に基づいて焦点を調整することができる。
【００６６】
なお、ここでは、焦点面に受光素子の受光面を合わせたが、本発明はこれに限定されるものではない。マイクロレンズ３１１への入射光を正確に分離するため、受光素子の受光面は焦点面より後方であってもよい。
【００６７】
［焦点検出画素の構成例］
図６は、既存の焦点検出画素と同一の画素である焦点検出画素５１０の一例を模式的に示す断面図および上面図である。
【００６８】
なお、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素５１０におけるマイクロレンズ３１１は、図２において示した撮像画素３１０のマイクロレンズ３１１と同一であることとする。また、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素５１０の画素全体の大きさは、図２において示した撮像画素３１０の大きさと同一であることとする。また、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素５１０の中心と軸Ｌ１とが同一の軸上に位置することとする。
【００６９】
図６（ａ）には、焦点検出画素５１０の断面構成が模式的に示されている。この図６（ａ）では、図６（ａ）の左右方向を、焦点検出画素５１０における受光素子の短辺方向とする場合における断面構成を示す。
【００７０】
なお、この図６（ａ）では、第１受光素子５０１、第２受光素子５０２および素子分離領域５０３以外の構成は、図２（ａ）において示した撮像画素３１０の各構成と同一であるため、図２（ａ）と同一の符号を付してここでの説明を省略する。また、焦点検出画素５１０の入射光については、図２（ａ）と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００７１】
第１受光素子５０１は、第２受光素子５０２と対をなす受光素子であり、瞳分割された入射光のうちの片方の光の大部分を受光するものである。すなわち、この第１受光素子５０１は、撮像レンズの中心付近を通過した光と、撮像レンズの中心から離れた箇所を通過する光（絞りを絞ると遮られる光）との両方の光を受光する。この第１受光素子５０１は、例えば、この図３において示す軸Ｌ１の右側からマイクロレンズ３１１に入射した光の大部分を受光する大型の矩形の受光素子で構成される。すなわち、この第１受光素子４０１の形状は、図３において示した焦点検出画素４１０の第１受光素子４０１より太い矩形である。この第１受光素子４０１は、図２（ａ）において示した受光素子３１４と同様に、受けた光を電流に変換（光電変換）することによって、受けた光の量に応じた強さの電流を生成する。
【００７２】
第２受光素子５０２は、第１受光素子５０１と対をなす受光素子であり、第１受光素子５０１の受光する光とは他方の瞳分割された入射光を受光するものである。この第２受光素子４０２は、大きさおよび性能が第１受光素子５０１と同一の受光素子である。この第２受光素子５０２の機能については、第１受光素子５０１の機能と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【００７３】
素子分離領域５０３は、図３（ａ）において示した素子分離領域４０３と同様に、第１受光素子４０１と第２受光素子４０２との間に位置する絶縁体の領域である。この素子分離領域５０３は、素子分離領域４０３と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【００７４】
図６（ｂ）には、図６（ａ）において示した焦点検出画素５１０に入射する光の照射位置例が示されている。
【００７５】
ここでは、焦点検出画素５１０における照射位置と、図３（ｂ）において示した焦点検出画素４１０における照射位置との違いについて説明する。
【００７６】
この図６（ｂ）に示すように、焦点検出画素５１０の第１受光素子５０１は、光分布領域Ａ１およびＡ２の左側（焦点面において軸Ｌ１よりｘ軸方向でマイナス側）に照射する光のほとんどを受光することができる。同様に、第２受光素子５０２は、光分布領域Ａ１およびＡ２の右側（焦点面において軸Ｌ１よりｘ軸方向でプラス側）に照射する光のほとんどを受光することができる。
【００７７】
この図６に示すように、焦点検出画素５１０の第１受光素子５０１および第２受光素子５０２は、軸Ｌ１に近い領域（光分布領域Ａ１）に照射する光と、軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）に照射する光との両方を受光する。すなわち、焦点検出画素５１０は、ＡＦにより焦点を検出する場合において、焦点検出画素４１０に入射する光（Ｆ値の設定が「１．４」）のうちのほとんどの光を受光する。
【００７８】
このように、焦点検出画素５１０は、焦点検出画素４１０と比較して、受光素子の大きさのみが異なる。すなわち、焦点検出画素５１０は、１対の受光素子の軸Ｌ１側の端部間の距離（素子分離領域５０３の幅）が焦点検出画素４１０の１対の受光素子の軸Ｌ１側の端部間の距離（素子分離領域４０３の幅）と同じである。また、焦点検出画素５１０は、１対の受光素子の軸Ｌ１に対して外側の端部間の距離（１対の受光素子と素子分離領域５０３との幅の合計）が、焦点検出画素４１０の１対の受光素子の軸Ｌ１に対して外側の端部間の距離よりも大きい。
【００７９】
なお、焦点検出画素５１０の受光する光として、Ｆ値「１．４」に相当する光を一例としたが、本発明はこれに限定されるものではない。焦点検出画素４１０の受光する光よりも照射角度が大きい光を含むＦ値であればよい。すなわち、焦点検出画素４１０の受光する光と比較して、小さいＦ値であればよい。また、同様に、焦点検出画素４１０もＦ値「５．６」に相当する光に限定されるものではなく、焦点検出画素５１０の受光する光と比較して、大きいＦ値であればよい。
【００８０】
［焦点検出画素５２０乃至５４０の受光例］
図７および８は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素５２０乃至５４０に入射する光の受光例を示す模式図である。
【００８１】
この図７および８は、焦点検出画素５２０乃至５４０に関して、図６（ｂ）において示した焦点検出画素５１０との違いについて説明する。なお、焦点検出画素５２０乃至５４０の断面構成は、図６（ａ）において示した焦点検出画素５１０の断面構成と同一のものであるため、ここでの説明を省略する。
【００８２】
図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素５２０および５３０を模式的に示す上面図である。
【００８３】
焦点検出画素５２０は、図７（ａ）において示すように、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図６（ａ）に示す焦点検出画素５１０を時計回りに９０°回転させたものである。この焦点検出画素５２０は、マイクロレンズ３１１の上下（ｙ軸の正負）方向で瞳分割された光のうちのほとんどの照射光を受光することができる。
【００８４】
焦点検出画素５３０は、図７（ｂ）において示すように、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図６（ａ）に示す焦点検出画素５１０を時計回りに３１５°回転させたものである。この焦点検出画素５３０は、マイクロレンズ３１１の左上右下（ｙ＝ｘの線で分割）方向で瞳分割された光のうちのほとんどの照射光を受光することができる。
【００８５】
図８は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素５４０を模式的に示す上面図である。
【００８６】
焦点検出画素５４０は、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図６（ａ）に示す焦点検出画素５１０を時計回りに２２５°回転させたものである。この焦点検出画素５４０は、マイクロレンズ３１１の左下右上（ｙ＝−ｘの線で分割）方向で瞳分割された光のうちのほとんどの照射光を受光することができる。
【００８７】
このように、図６乃至８に示す焦点検出画素５１０乃至５４０では、焦点検出画素に入射するＦ値「１．４」の照射光のうちのほとんどの照射光を１対の受光素子で受光することができる。これにより、制御部１４０は、Ｆ値「１．４」（開放Ｆ値）の照射光に基づいて焦点を調整することができる。
【００８８】
［イメージセンサにおける焦点検出画素の配置例］
図９は、本発明の第１の実施の形態におけるイメージセンサ２００において焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０が配置される領域の一例を示す模式図である。
【００８９】
この図９には、イメージセンサ２００と、焦点検出エリア２１０および２２０とが示されている。なお、この図９では、イメージセンサ２００の中心を原点として、左右方向をｘ軸とし、上下方向をｙ軸とするｘｙ軸を想定して説明する。
【００９０】
焦点検出エリア２１０および２２０は、焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０が配置される領域の一例を示す領域である。この焦点検出エリアにおいては、撮像画素３１０と、焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０のうちのいずれかとが所定のパターンで配置される。またイメージセンサ２００の焦点検出エリア以外の領域では、撮像画素３１０のみが配置される。
【００９１】
この焦点検出エリア２１０および２２０については図１０および１１を用いて詳細に説明する。
【００９２】
図１０は、本発明の第１の実施の形態の焦点検出エリア２１０における画素配置の一例を示す模式図である。
【００９３】
焦点検出エリア２１０は、イメージセンサ２００の中心と、左端における中央と、右端における中央と、上端における中央と、下端における中央とにおける焦点検出画素が配置される領域である。この焦点検出エリア２３０では、例えば、図１０に示すように、撮像画素３１０と、焦点検出画素４１０、４２０、５１０および５２０とが所定のパターンで配置される。このパターンは、焦点検出画素４１０、４２０、５１０および５２０が配置される画素の撮像データを保管できるように撮像画素３１０が配置されるパターンである。この所定のパターンは、例えば、図１０に示すように、焦点検出画素４１０、４２０、５１０および５２０の上下左右に撮像画素３１０が配置されるパターンである。
【００９４】
図１１は、本発明の第１の実施の形態の焦点検出エリア２２０における画素配置の一例を示す模式図である。
【００９５】
焦点検出エリア２２０は、イメージセンサ２００の上端における左端と、下端における右端と、上端における右端と、下端における左端とにおける焦点検出画素が配置される領域である。この焦点検出エリア２２０では、例えば、図１１に示すように、撮像画素３１０と、焦点検出画素４１０乃至４４０と、焦点検出画素５１０乃至５４０が、図１０と同様のパターンで配置される。
【００９６】
このように、瞳分割の方向に合わせて、焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０をイメージセンサ２００に配置することによって、第１受光素子および第２受光素子に効率よく光を照射することができる。
【００９７】
なお、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素が配置される領域の一例として、焦点検出エリア２１０および２２０を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。焦点検出画素の配置は、フォーカスのズレを検出できるものであれば何であってもよく、例えば、ｘ軸方向に一列に配置させる場合なども考えられる。
【００９８】
［焦点検出画素４１０および５１０における焦点検出特性］
図１２は、本発明の第１の実施の形態における焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０の焦点検出特性を模式的に示す図である。
【００９９】
ここで、焦点検出特性とは、合焦状態を基準にして、焦点検出画素により検出できるデフォーカス量と焦点検出画素が生成する像の中心位置のズレの量との間の相関を示す特性である。なお、図１２乃至１４では、便宜上、焦点検出画素として焦点検出画素４１０および５１０が横一列（例えば、図９において示したｘ軸方向）に交互に配置されているイメージセンサ２００を想定して説明する。また、図１２乃至１４において示す例では、イメージセンサ２００の中央に光源（被写体）があることを想定する。
【０１００】
この図１２で示すグラフでは、合焦状態を原点として、横軸をフォーカスのズレの量（デフォーカス量）とし、縦軸を焦点調整用画像データにおける画像の中心位置のズレの量とする。また、図１２では、横軸のプラス側は後ピンにおけるデフォーカス量であり、横軸のマイナス側は前ピンにおけるデフォーカス量であることを想定する。この図１２のグラフでは、検出特性４１１および検出特性５１１が示されている。
【０１０１】
検出特性４１１は、焦点検出画素４１０の焦点検出特性を模式的に示す線である。この検出特性４１１は、焦点検出画素４１０が生成する焦点調整用画像データの像の中心位置が、合焦状態からのフォーカスのズレとともにズレることを示している。また、この検出特性４１１は、焦点検出画素４１０がフォーカスのズレを検出できる範囲を示している。例えば、後ピンの場合には、焦点検出画素４１０は、デフォーカス量区間Ｔ２において示す範囲のフォーカスのズレを検出することができる。ここで、デフォーカス量区間Ｔ２は、焦点検出画素４１０からの焦点調整信号に基づいて、像の中心位置の判定可能な焦点検出用画像データを信号処理部１３０が生成することができるデフォーカス量を示す。
【０１０２】
検出特性５１１は、焦点検出画素５１０の焦点検出特性を模式的に示す線である。この検出特性５１１は、焦点検出画素５１０が生成する焦点調整用画像データの像の中心位置が、合焦状態からのフォーカスのズレとともにズレることを示している。また、この検出特性５１１は、焦点検出画素５１０がフォーカスのズレを検出できる範囲を示している。この検出特性５１１の傾きは、検出特性４１１よりも大きい傾きである。すなわち、この検出特性５１１は、焦点検出画素４１０よりも焦点検出画素５１０の方が、デフォーカス量を精度よく検出できることを示している。
【０１０３】
また、この検出特性５１１は、検出特性４１１よりもフォーカスのズレを検出できる範囲が小さい。例えば、後ピンの場合には、焦点検出画素５１０は、デフォーカス量区間Ｔ１において示す範囲のフォーカスのズレを検出することができる。ここで、デフォーカス量区間Ｔ１は、焦点検出画素５１０からの焦点調整信号に基づいて、像の中心位置の判定可能な焦点検出用画像データを信号処理部１３０が生成することができるデフォーカス量を示す。なお、デフォーカス量区間Ｔ１は、デフォーカス量区間Ｔ２と比較して狭い区間であり、合焦からのフォーカスのズレが小さいデフォーカス量を示す区間である。なお、この検出特性４１１と検出特性５１１とにおける傾きおよびデフォーカス量区間の違いは、焦点検出画素に入射する光の入射角度が大きいほどフォーカスがズレた際に大きく拡散するために生じる。
【０１０４】
デフォーカス量Ｓ１は、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０のどちらの焦点調整信号を用いてもデフォーカス量を算出できるデフォーカス量の一例を示している。このデフォーカス量Ｓ１については、図１５を用いて詳細に説明する。
【０１０５】
また、デフォーカス量Ｓ２は、焦点検出画素５１０の焦点調整信号ではデフォーカス量を算出できないが、焦点検出画素４１０の焦点調整信号を用いればデフォーカス量を算出できるデフォーカス量の一例を示している。このデフォーカス量Ｓ２については、図１３を用いて詳細に説明する。
【０１０６】
このように、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０は、互いに異なる焦点検出特性になる。焦点検出画素４１０は、Ｆ値「５．６」の際の照射光に相当する光を受光することにより、検出できるデフォーカス量の幅が広い焦点検出特性となる。一方、焦点検出画素５１０は、Ｆ値「１．４」の際の照射光に相当する光を受光することにより、検出できるデフォーカス量の幅が狭いものの精度良くフォーカス量を検出できる焦点検出特性となる。
【０１０７】
［位相差検出例］
図１３乃至１５は、本発明の第１の実施の形態における位相差検出例を示す模式図である。図１３および図１４では、一例として、フォーカスのズレが大きい場合において焦点検出画素４１０を用いてフォーカスを調整した後に、焦点検出画素５１０を用いてフォーカスを微調整する場合を想定して説明する。また、図１５では、一例として、フォーカスのズレが小さい場合において、焦点検出画素４１０を用いてフォーカスを調整せずに、焦点検出画素５１０を用いてフォーカスを調整することを想定する。
【０１０８】
図１３は、本発明の第１の実施の形態におけるフォーカスのズレが大きい場合における位相差検出例を示す図である。この図１３では、例えば、図１２において示したデフォーカス量Ｓ２と同様に、焦点検出画素５１０の焦点調整信号ではデフォーカス量を算出できないが、焦点検出画素４１０の焦点調整信号を用いればデフォーカス量を算出できる状態を想定する。この図１３では、焦点検出画素４１０および５１０の焦点調整信号から生成された焦点調整用画像データから焦点検出画素４１０の焦点調整用画像データを選択し、そして、制御部１４０がフォーカスのズレを検出するまでの流れを模式的に説明する。
【０１０９】
まず、信号処理部１３０によって生成される焦点調整用画像データについて説明する。
【０１１０】
画像データ８１１は、焦点検出画素４１０の焦点調整信号から生成した画像データ（焦点調整用画像データ）を模式的に示すグラフである。この画像データ８１１は、横軸をイメージセンサにおける焦点検出画素４１０の画素位置とし、縦軸を焦点検出画素４１０の焦点調整信号の強度を示す階調とする焦点調整用画像データを示す。この画像データ８１１には、第１受光素子画像データＣ１および第２受光素子画像データＣ２が示されている。
【０１１１】
第１受光素子画像データＣ１は、焦点検出画素４１０の第１受光素子４０１が供給する焦点調整信号に基づいて生成された画像データである。すなわち、この第１受光素子画像データＣ１は、マイクロレンズ３１１の右側（図５（ａ）において示したマイクロレンズ３１１のｘ軸における右側）から入射した光のイメージセンサにおける強度分布を示している。この図１３では後ピンであるため、この第１受光素子画像データＣ１は、合焦の時の画像データの中心位置を示す位置Ｆ１（イメージセンサの中央）より左に像が形成される。
【０１１２】
第２受光素子画像データＣ２は、焦点検出画素４１０の第２受光素子４０２が供給する焦点調整信号に基づいて生成された画像データである。すなわち、この第２受光素子画像データＣ２は、マイクロレンズ３１１の左側（図５（ａ）において示したマイクロレンズ３１１のｘ軸の左側）から入射した光のイメージセンサにおける強度分布を示している。この図１３では後ピンであるため、この第２受光素子画像データＣ２は、合焦の時の画像データの中心位置を示す位置Ｆ１より右に像が形成される。
【０１１３】
画像データ８１２は、焦点検出画素５１０からの焦点調整信号から生成した画像データを模式的に示すグラフである。この画像データ８１２は、横軸をイメージセンサにおける焦点検出画素５１０の画素位置とし、縦軸を焦点検出画素５１０の焦点調整信号の強度を示す階調とする焦点調整用画像データを示す。この画像データ８１２には、第１受光素子画像データＤ１および第２受光素子画像データＤ２が示されている。
【０１１４】
第１受光素子画像データＤ１は、焦点検出画素５１０の第１受光素子５０１が供給する焦点調整信号に基づいて生成された画像データである。すなわち、この第１受光素子画像データＤ１は、マイクロレンズ３１１の右側（図５（ａ）において示したマイクロレンズ３１１のｘ軸における右側）から入射した光のイメージセンサにおける強度分布を示している。この図１３では後ピンであるため、この第１受光素子画像データＤ１は、位置Ｆ１より左に像が形成される。また、この第１受光素子画像データＤ１は、第１受光素子画像データＣ１と比較して、光の強度分布がなだらかな画像データであり、画像の中心が不明確な画像データである。この画像の中心が不明確な画像データが形成された理由は、光が拡散したことにより像のボケが生じたためである。
【０１１５】
第２受光素子画像データＤ２は、焦点検出画素５１０の第２受光素子５０２が供給する焦点調整信号に基づいて生成された画像データである。すなわち、この第２受光素子画像データＤ２は、マイクロレンズ３１１の左側（図５（ａ）において示したマイクロレンズ３１１のｘ軸の左側）から入射した光のイメージセンサにおける強度分布を示している。この図１３では後ピンであるため、この第２受光素子画像データＤ２は、位置Ｆ１より右に画像が形成される。この第２受光素子画像データＤ２の特徴は、第１受光素子画像データＤ１と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０１１６】
このように、信号処理部１３０は、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０からの焦点調整信号に基づいて、４つの焦点調整用画像データを生成する。そして、この信号処理部１３０は、生成した焦点調整用画像データを制御部１４０に供給する。
【０１１７】
次に、制御部１４０におけるフォーカス検出の一例について説明する。
焦点検出比較画像データ８１３は、焦点検出する際に比較する２つの画像データを模式的に示すグラフである。この焦点検出比較画像データ８１３には、フォーカス検出において比較する２つの画像データ（第１受光素子画像データＣ１および第２受光素子画像データＣ２）が示されている。なお、この焦点検出比較画像データ８１３は、像間隔Ｅ１以外については画像データ８１１と同様のグラフである。
【０１１８】
ここで制御部１４０の動作について、焦点検出比較画像データ８１３を参照して説明する。まず、制御部１４０は、信号処理部１３０から供給された４つの焦点調整用画像データを用いて、焦点検出画素４１０または５１０のどちらの焦点調整用画像データを用いるか判断する。この制御部１４０は、画像の中心位置が明確であるとともに画像の間隔が広い焦点調整用画像データを使うことにより、正確にフォーカスの差異を検出できる。このため、制御部１４０は、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データは画像の中心位置が不明確であるため、焦点検出画素４１０の焦点調整用画像データを用いてフォーカスを検出すると判定する。
【０１１９】
そして、制御部１４０は、第１受光素子画像データＣ１と第２受光素子画像データＣ２との間の像のズレ（像間隔Ｅ１）を検出する。その後、制御部１４０は、像間隔Ｅ１に基づいて撮像レンズの移動量を決定し、駆動部１５０に撮像レンズを移動させるための信号を供給する。
【０１２０】
このように、フォーカスのズレの量が大きい場合には、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データではデフォーカス量を検出できない。しかしながら、焦点検出画素４１０の焦点調整用画像データを用いることにより、デフォーカス量を検出することができる。
【０１２１】
図１４は、焦点検出画素４１０を用いてフォーカスを調整した後に焦点検出画素５１０を用いてフォーカスを微調整する場合における位相差検出例を示す図である。この図１４では、図１３において示した像間隔Ｅ１に基づいてフォーカスが調整された後を想定して説明する。
【０１２２】
まず、像間隔Ｅ１（図１３）に基づいて撮像レンズの位置が調整されると、その調整された撮像レンズの位置に基づいて被写体が撮像され、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データが信号処理部１３０によって生成される。
【０１２３】
画像データ８２１は、調整された撮像レンズの位置に基づく焦点検出画素４１０の焦点調整用画像データの一例である。この画像データ８２１は、図１３の画像データ８１１と同様に、焦点検出画素４１０の焦点調整用画像データを示すグラフであるため、ここでは、図１３において示した画像データ８１１との違いについて説明する。
【０１２４】
図１４における第１受光素子画像データＣ１は、像の中心が位置Ｆ１とほとんど同一である画像データである。これは、第２受光素子画像データＣ２に関しても同様である。この図１４では像間隔Ｅ１に基づいてフォーカスが調整された後であるため、焦点検出画素４１０の焦点調整用画像データではフォーカスの調整が困難なぐらいに、第１受光素子画像データＣ１および第２受光素子画像データＣ２が位置Ｆ１に近接している。
【０１２５】
画像データ８２２は、調整された撮像レンズの位置に基づく焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データの一例である。この画像データ８２２は、図１３の画像データ８１２と同様に、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データを示すグラフであるため、ここでは、図１３において示した画像データ８１２との違いについて説明する。
【０１２６】
図１４における第１受光素子画像データＤ１は、図１３の第１受光素子画像データＤ１と比較して、像の位置が位置Ｆ１に近いとともに、像の中心位置が明確な画像データである。これは、第２受光素子画像データＤ２に関しても同様である。この図１４では像間隔Ｅ１に基づいてフォーカスが調整された後であるため、第１受光素子画像データＤ１および第１受光素子画像データＤ１の像のボケが、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データを用いてフォーカスの調整が可能なぐらいに解消している。
【０１２７】
次に、制御部１４０におけるフォーカス検出に関して説明する。
【０１２８】
焦点検出比較画像データ８２３は、図１３において示した焦点検出比較画像データ８１３と同様に、焦点検出する際に比較する２つの画像データを模式的に示すグラフである。この焦点検出比較画像データ８２３には、第１受光素子画像データＤ１および第２受光素子画像データＤ２が示されている。なお、この焦点検出比較画像データ８２３は、像間隔Ｅ２以外は画像データ８２２と同様のものである。
【０１２９】
ここで制御部１４０の動作について、焦点検出比較画像データ８２３を参照して説明する。
【０１３０】
まず、制御部１４０は、焦点検出画素４１０または５１０のどちらの焦点調整用画像データを用いるか判断する。この制御部１４０は、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データの像の中心位置が明確であるため、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データを用いてフォーカスを検出すると判定する。
【０１３１】
そして、制御部１４０は、第１受光素子画像データＤ１と第２受光素子画像データＤ２との間の像のズレ（像間隔Ｅ２）を検出する。その後、制御部１４０は、像間隔Ｅ２に基づいて撮像レンズの移動量を決定し、駆動部１５０に撮像レンズを移動させるための信号を供給する。
【０１３２】
このように、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データを用いてフォーカスを検出できる場合には、焦点検出画素４１０より焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データを優先的に用いることにより、フォーカスを精度よく検出することができる。
【０１３３】
図１５は、本発明の第１の実施の形態におけるフォーカスのズレが小さい場合における位相差検出例を示す図である。なお、この図１５では、図１２において示したデフォーカス量Ｓ１の状態と同様に、焦点検出画素５１０または焦点検出画素４１０のいずれの焦点調整信号を用いてもデフォーカス量を算出できる状態を想定する。
【０１３４】
この図１５では、図１３との違いについて説明する。なお、画像データ８３１は図１３の画像データ８１１に相当し、画像データ８３２は図１３の画像データ８１２に相当し、画像データ８３３は図１３の画像データ８１３に相当するグラフである。また、この図１５では、フォーカスのズレが小さい場合であるため、第１受光素子画像データＣ１と第２受光素子画像データＣ２とは、像の位置が位置Ｆ１に近い画像である。また、第１受光素子画像データＤ１と第２受光素子画像データＤ２とは、図１３の第１受光素子画像データＤ１および第２受光素子画像データＤ２と比較して、画像の位置が位置Ｆ１に近いとともに、画像の中心位置が明確な画像である。しかしながら、この図１５における画像データは、まだフォーカスの調整を一度もしていない状態であるため、図１４における像と比較すると、像の位置が位置Ｆ１から遠い画像データである。
【０１３５】
このように、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０のいずれの焦点調整用画像データを用いてもフォーカスの調整か可能な場合において、制御部１４０は、図１４と同様に、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データを優先的に用いる。このようにすることで、迅速に精度よくフォーカスを調整することができる。
【０１３６】
［制御部の動作例］
次に、本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００の動作について図面を参照して説明する。
【０１３７】
図１６は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置１００によるフォーカス制御手順例を示すフローチャートである。
【０１３８】
この図１６では、被写体を撮影する場合におけるフォーカス制御の開始から、合焦によるフォーカス制御の終了までの手順について説明する。
【０１３９】
まず、イメージセンサ２００における焦点検出画素によって被写体が撮像されることにより、焦点調整信号が生成される（ステップＳ９０１）。続いて、その焦点調整信号に基づいて、焦点調整用画像データが信号処理部１３０によって生成される（ステップＳ９０２）。なお、ステップＳ９０１は、特許請求の範囲に記載の撮像手段の一例である。
【０１４０】
次に、制御部１４０によって、その生成された焦点調整用画像データのうち焦点検出画素５１０乃至５４０（この図１６ではＦ値大画素と称する）から生成された焦点調整用画像データが像間隔の算出に使用可能か否かが判断される（ステップＳ９０３）。そして、Ｆ値大画素の焦点調整用画像データが使用可能でないと判断された場合には、焦点検出画素４１０乃至４４０（図１６ではＦ値小画素と称する）の焦点調整信号から生成された焦点調整用画像データが制御部１４０によって選択される（ステップＳ９０５）。ここで、Ｆ値大画素の焦点調整用画像データが使用可能でないと判断される場合とは、例えば、図１３において示したような、フォーカスが大幅にズレている場合を意味する。そして、その選択されたＦ値小画素の焦点調整用画像データに基づいて、像間隔が算出される（ステップＳ９０６）。その後、算出された像間隔に基づいて、レンズ部１１０における撮像レンズの駆動量（移動量）が制御部１４０によって算出される（ステップＳ９０７）。続いて、駆動部１５０によって、レンズ部１１０における撮像レンズが駆動され（ステップＳ９０８）、ステップＳ９０１に戻る。
【０１４１】
一方、Ｆ値大画素の焦点調整信号から生成された焦点調整用画像データが使用可能であると判断された場合には（ステップＳ９０３）、Ｆ値大画素の焦点調整用画像データが制御部１４０によって選択される（ステップＳ９０９）。そして、その選択されたＦ値大画素の焦点調整用画像データに基づいて、像間隔が算出される（ステップＳ９１１）。次に、その算出された像間隔に基づいて、合焦しているか否かが制御部１４０によって判断される（ステップＳ９１２）。そして、合焦していないと判断された場合には（ステップＳ９１２）、ステップＳ９０７に進み、Ｆ値大画素の焦点調整用画像データから算出された像間隔に基づいて撮像レンズの駆動量（移動量）が算出される。なお、ステップＳ９１２は、特許請求の範囲に記載の判定手段の一例である。
【０１４２】
一方、合焦していると判断された場合には（ステップＳ９１２）、フォーカス制御手順は終了する。
【０１４３】
このように、本発明の第１の実施の形態では、焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素５１０乃至５４０をイメージセンサ２００に設けることによって、フォーカスの調整を精度よく行うことができる。
【０１４４】
＜２．第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態では、１対の受光素子の大きさが細い焦点検出画素と、１対の受光素子の大きさが大きい焦点検出画素とを用いる例について説明した。この１対の受光素子の大きさが大きい焦点検出画素である焦点検出画素５１０乃至５４０は、軸Ｌ１に近い領域（光分布領域Ａ１）に照射する光と、軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）に照射する光との両方を受光する。この焦点検出画素５１０乃至５４０は、軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）に照射する光を受光するのが目的であるため、光分布領域Ａ２に照射する光のみを受光する焦点検出画素を焦点検出画素５１０乃至５４０の代わりに用いることができる。
【０１４５】
そこで、本発明の第２の実施の形態では、軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）に照射する光のみを受光する焦点検出画素を、焦点検出画素５１０乃至５４０の代わりに用いる例について説明する。
【０１４６】
［焦点検出画素の構成例］
図１７は、本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６１０の一例を模式的に示す断面図および上面図である。
【０１４７】
なお、本発明の第２の実施の形態では、焦点検出画素６１０におけるマイクロレンズ３１１は、図２において示した撮像画素３１０のマイクロレンズ３１１と同一であることとする。
【０１４８】
また、本発明の第２の実施の形態では、焦点検出画素６１０の画素全体の大きさは、図２において示した撮像画素３１０の大きさと同一であることとする。また、本発明の第２の実施の形態では、焦点検出画素６１０の中心と軸Ｌ１とが同一の軸上に位置することとする。
【０１４９】
図１７（ａ）には、焦点検出画素６１０の断面構成が模式的に示されている。この図１７（ａ）では、図１７（ａ）の左右方向を、焦点検出画素６１０における受光素子の短辺方向とする場合における断面構成を示す。
【０１５０】
なお、この図１７（ａ）では、第１受光素子６０１、第２受光素子６０２および素子分離領域６０３以外の構成は、図２（ａ）において示した撮像画素３１０の各構成と同一であるため、図２（ａ）と同一の符号を付してここでの説明を省略する。また、焦点検出画素６１０の入射光については、図２（ａ）と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０１５１】
第１受光素子６０１は、第２受光素子６０２と対をなす受光素子であり、瞳分割された入射光のうちの片方の光のうち、軸Ｌ１に対する角度が大きい光のみを受光するものである。すなわち、この第１受光素子６０１は、撮像レンズの中心から離れた箇所を通過する光のみを受光する。この第１受光素子６０１は、例えば、細い矩形であり、軸Ｌ１から遠い位置における範囲Ｒ３入射光が照射される位置に配置される。この第１受光素子６０１は、図２（ａ）において示した受光素子３１４と同様に、受けた光を電流に変換（光電変換）することによって、受けた光の量に応じた強さの電流を生成する。
【０１５２】
第２受光素子６０２は、第１受光素子６０１と対をなす受光素子であり、第１受光素子６０１の受光する光とは他方の瞳分割された入射光を受光するものである。この第２受光素子４０２は、大きさおよび性能が第１受光素子６０１と同一の受光素子である。この第２受光素子６０２の機能については、第１受光素子６０１の機能と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１５３】
素子分離領域６０３は、図３（ａ）において示した素子分離領域４０３と同様に、第１受光素子６０１と第２受光素子６０２との間に位置する絶縁体の領域である。第１受光素子６０１および第２受光素子６０２が軸Ｌ１から遠い位置に配置される細い矩形であるため、この素子分離領域６０３は、図３において示した素子分離領域４０３と比較して幅が広い領域である。この素子分離領域６０３は、幅以外に関しては素子分離領域４０３と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１５４】
図１７（ｂ）には、図１７（ａ）において示した焦点検出画素６１０に入射する光の照射位置例が示されている。
【０１５５】
ここでは、焦点検出画素６１０の第１受光素子６０１および第２受光素子６０２が受光する光について、図３（ｂ）の焦点検出画素４１０および図６（ｂ）の焦点検出画素５１０と比較しながら説明する。
【０１５６】
この図１７（ｂ）に示すように、焦点検出画素６１０の第１受光素子６０１は、光分布領域Ａ２の左側（焦点面において軸Ｌ１よりｘ軸方向でマイナス側）に照射する光を受光することができる。同様に、第２受光素子６０２は、光分布領域Ａ２の右側（焦点面において軸Ｌ１よりｘ軸方向でプラス側）に照射する光を受光することができる。すなわち、この焦点検出画素６１０は、焦点検出画素４１０と比較して、焦点検出画素４１０は受光しない軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）の照射光を受光する。また、この焦点検出画素６１０は、焦点検出画素５１０と比較して、光分布領域Ａ１に照射する光は受光せずに、光分布領域Ａ２の照射光のみを受光する。
【０１５７】
焦点検出画素６１０は、第１受光素子６０１および第２受光素子６０２の大きさが図３において示した焦点検出画素４１０の受光素子と同一であるとすると、焦点検出画素４１０とは受光素子の配置位置のみが異なる。すなわち、焦点検出画素６１０は、１対の受光素子の軸Ｌ１側の端部間の距離（素子分離領域６０３の幅）が、焦点検出画素４１０の１対の受光素子の軸Ｌ１側の端部間の距離（素子分離領域４０３の幅）よりも大きい。また、焦点検出画素６１０は、１対の受光素子の軸Ｌ１に対して外側の端部間の距離（１対の受光素子と素子分離領域５０３との幅の合計）が、焦点検出画素４１０の１対の受光素子の軸Ｌ１に対して外側の端部間の距離よりも大きい。
【０１５８】
なお、この図１７では、第１受光素子６０１および第２受光素子６０２の形状を細い矩形として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。この第１受光素子６０１および第２受光素子６０２は、軸Ｌ１から遠い領域（例えば、光分布領域Ａ２）に照射する光を受光できる形状であればよい。そのため、例えば、図６において示した焦点検出画素５１０の第１受光素子５０１および第２受光素子５０２のうち、光分布領域Ａ１に相当する領域の箇所を削ったものなどが考えられる。
【０１５９】
［焦点検出画素６２０乃至６４０の受光例］
図１８および１９は、本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６２０乃至６４０に入射する光の受光例を示す模式図である。
【０１６０】
この図１８および１９は、焦点検出画素６２０乃至６４０に関して、図１７（ｂ）において示した焦点検出画素６１０との違いについて説明する。なお、焦点検出画素６２０乃至６４０の断面構成は、図１７（ａ）において示した焦点検出画素６１０の断面構成と同一のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１６１】
図１８（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６２０および６３０を模式的に示す上面図である。
【０１６２】
焦点検出画素６２０は、図１８（ａ）において示すように、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図１７（ａ）に示す焦点検出画素６１０を時計回りに９０°回転させたものである。この焦点検出画素６２０は、マイクロレンズ３１１の上下（ｙ軸の正負）方向で瞳分割された光のうちの軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）の照射光を受光することができる。
【０１６３】
焦点検出画素６３０は、図１８（ｂ）において示すように、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図１７（ａ）に示す焦点検出画素６１０を時計回りに３１５°回転させたものである。この焦点検出画素６３０は、マイクロレンズ３１１の左上右下（ｙ＝ｘの線で分割）方向で瞳分割された光のうちの軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）の照射光を受光することができる。
【０１６４】
図１９は、本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素６４０を模式的に示す上面図である。
【０１６５】
焦点検出画素６４０は、ｘｙ座標の原点を回転中心として、図１７（ａ）に示す焦点検出画素６１０を時計回りに２２５°回転させたものである。この焦点検出画素６４０は、マイクロレンズ３１１の左下右上（ｙ＝−ｘの線で分割）方向で瞳分割された光のうちの軸Ｌ１から遠い領域（光分布領域Ａ２）の照射光を受光することができる。
【０１６６】
このように、図１７乃至１８に示す焦点検出画素６１０乃至６４０では、焦点検出画素に入射するＦ値「１．４」の照射光のうちの低いＦ値（例えば、Ｆ値「５．６」以下）の時にのみ照射する光を１対の受光素子で受光することができる。これにより、制御部１４０は、低いＦ値の時にのみ照射する光に基づいて焦点を調整することができる。
【０１６７】
［イメージセンサにおける焦点検出画素の配置例］
図２０および図２１では、本発明の第１の実施の形態において示した焦点検出エリア２１０および２２０に相当する焦点検出画素が配置される領域の一例として、焦点検出エリア２５０および焦点検出エリア２６０を示す。
【０１６８】
図２０は、本発明の第２の実施の形態の焦点検出エリア２５０における画素配置の一例を示す模式図である。
【０１６９】
焦点検出エリア２５０は、図１０において示した焦点検出エリア２５０における焦点検出画素５１０および５２０の代わりに焦点検出画素６１０および６２０を設けたものである。この焦点検出エリア２５０のような領域がイメージセンサ２００に設けられる。
【０１７０】
図２１は、本発明の第２の実施の形態の焦点検出エリア２６０における画素配置の一例を示す模式図である。
【０１７１】
焦点検出エリア２６０は、図１１において示した焦点検出エリア２２０における焦点検出画素５１０乃至５４０の代わりに焦点検出画素６１０乃至６４０を設けたものである。この焦点検出エリア２６０のような領域がイメージセンサ２００に設けられる。
【０１７２】
このように本発明の第２の実施の形態では、焦点検出画素４１０乃至４４０および焦点検出画素６１０乃至６４０をイメージセンサ２００に設けることによって、本発明の第１の実施の形態と同様に、フォーカスの調整を精度よく行うことができる。
【０１７３】
［位相差検出例］
図２２および図２３は、本発明の第２の実施の形態における位相差検出例を示す模式図である。図２２では、図１３において示したフォーカスのズレが大きい場合における位相差検出例に相当する一例を示す。また、図２３では、図１５において示したフォーカスのズレが小さい場合における位相差検出例に相当する一例を示す。
【０１７４】
図２２は、本発明の第２の実施の形態においてフォーカスのズレが大きい場合における位相差検出例を示す図である。
【０１７５】
画像データ８４１は、焦点検出画素４１０からの焦点調整信号から生成した画像データを模式的に示す。この画像データ８４１は、図１３において示した画像データ８１１と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０１７６】
画像データ８４２は、焦点検出画素６１０からの焦点調整信号から生成した画像データ（焦点調整用画像データ）を模式的に示すグラフである。また、この画像データ８４２には、第１受光素子画像データＧ１と、第２受光素子画像データＧ２とが示されている。
【０１７７】
第１受光素子画像データＧ１は、焦点検出画素６１０の第１受光素子６０１が供給する焦点調整信号に基づいて生成された画像データである。第２受光素子画像データＧ２は、焦点検出画素６１０の第２受光素子６０２が供給する焦点調整信号に基づいて生成された画像データである。この第１受光素子画像データＧ１および第２受光素子画像データＧ２は、図１３において示した第１受光素子画像データＤ１および第２受光素子画像データＤ２と略同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１７８】
焦点検出比較画像データ８４３は、焦点検出する際に比較する２つの画像データを模式的に示す。この焦点検出比較画像データ８４３は、図１３において示した焦点検出比較画像データ８１３と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０１７９】
このように、フォーカスのズレが大きい場合において、焦点検出画素５１０の代わりに焦点検出画素６１０を用いたとしても、本発明の第１の実施の形態と同様にしてフォーカスを調整することができる。
【０１８０】
図２３は、本発明の第２の実施の形態におけるフォーカスのズレが小さい場合における位相差検出例を示す図である。
【０１８１】
画像データ８５１は、焦点検出画素４１０からの焦点調整信号から生成した画像データを模式的に示す。この画像データ８５１は、図１３において示した画像データ８１１と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０１８２】
画像データ８５２は、焦点検出画素６１０からの焦点調整信号から生成した画像データを模式的に示すグラフである。この画像データ８５２には、第１受光素子画像データＧ１と、第２受光素子画像データＧ２とが示されている。なお、この画像データ８５２の説明は、図１５において示した画像データ８３２および図２３において示した画像データ８４２の説明と略同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１８３】
このように、フォーカスのズレが小さい場合において焦点検出画素５１０の代わりに焦点検出画素６１０を用いたとしても、本発明の第１の実施の形態と同様にして、フォーカスを調整することができる。
【０１８４】
なお、焦点検出画素６１０は、軸Ｌ１から遠い領域（例えば、光分布領域Ａ２）に照射する光（入射角度が大きいため、フォーカスがズレるとすばやく拡散して像がぼやける光）のみを受光する。このため、焦点検出画素６１０の焦点調整用画像データは、焦点検出画素５１０の焦点調整用画像データと比較して、フォーカスのズレに対する像の変化が大きくなる。
【０１８５】
＜３．第３の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態および本発明の第２の実施の形態における焦点検出画素は、１つの焦点検出画素に１対の受光素子を備えているため、２つの焦点調整信号を生成する。そのため、この２つの焦点調整信号の読み出し方を工夫することにより、フォーカス制御の速度を向上させることができる。そこで、本発明の第３の実施の形態では、２つの焦点調整信号のうちの１つの焦点調整信号の読み出しにのみ使用する第２の信号線を設ける例について説明する。
【０１８６】
［イメージセンサの構成例］
図２４は、本発明の第３の実施の形態におけるイメージセンサ２００の信号線の一例を示した模式図である。
【０１８７】
この図２４では、従来の撮像装置におけるイメージセンサ２００と同様の信号線に接続される撮像画素３１０、焦点検出画素４１０および５１０と、本発明の第３の実施の形態における撮像画素３１０、焦点検出画素７３０および７４０とを示す。
【０１８８】
図２４（ａ）には、従来の撮像装置におけるイメージセンサ２００と同様にして信号線に接続される撮像画素３１０および焦点検出画素４１０および５１０が模式的に示されている。この図２２（ａ）では、上段に焦点検出画素４１０が示され、中央に撮像画素３１０が示され、下段に焦点検出画素５１０が示されている。
【０１８９】
また、撮像画素３１０として、受光素子３１４、ＦＤ（Floating Diffusion）３１６およびアンプ３１７が示されている。また、焦点検出画素４１０として、第１受光素子４０１、第２受光素子４０２、ＦＤ４１６およびアンプ４１７が示されている。さらに、焦点検出画素５１０として、第１受光素子５０１、第２受光素子５０２、ＦＤ５１６およびアンプ５１７が示されている。
【０１９０】
なお、撮像画素３１０における受光素子３１４と、焦点検出画素４１０における第１受光素子４０１および第２受光素子４０２は、本発明の第１の実施の形態において示したものと同様のものであるため、ここでの説明を省略する。また、焦点検出画素５１０における第１受光素子５０１および第２受光素子５０２は、本発明の第１の実施の形態において示したものと同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１９１】
ＦＤ３１６、ＦＤ４１６およびＦＤ５１６は、撮像画素３１０、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０のフローティング・ディフュージョンである。このＦＤ３１６、ＦＤ４１６およびＦＤ５１６は、受光素子の電荷を検出する。このＦＤ３１６、ＦＤ４１６およびＦＤ５１６は、検出した電荷を電圧に変えてアンプ３１７、アンプ４１７およびアンプ５１７に供給する。
【０１９２】
アンプ３１７、アンプ４１７およびアンプ５１７は、ＦＤ３１６、ＦＤ４１６およびＦＤ５１６から供給された電圧を増幅するものである。このアンプ３１７、アンプ４１７およびアンプ５１７は、増幅した電圧を第１列信号線７１０に供給する。
【０１９３】
第１列信号線７１０は、撮像画素３１０が生成した撮像信号と、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０が生成した焦点調整信号とを読み出すための信号線である。撮像信号および焦点調整信号は、この第１列信号線７１０を介して信号処理部１３０に読み出される。例えば、まず、図２４（ａ）の上段の焦点検出画素４１０における第１受光素子４０１の焦点調整信号が読み出される。続いて、上段の焦点検出画素４１０における第２受光素子４０２の焦点調整信号が読み出され、そして、中央の撮像画素３１０の撮像信号が読み出される。その後、下段の焦点検出画素５１０における第１受光素子５０１の焦点調整信号が読み出され、最後に、下段の焦点検出画素５１０における第２受光素子５０２の焦点調整信号が読み出される。
【０１９４】
このように、一本の信号線を介して焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０の焦点調整信号を読み出す場合には、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０のそれぞれから焦点調整信号の読み出しを２回ずつ行う必要が生じる。
【０１９５】
図２４（ｂ）には、本発明の第３の実施の形態におけるイメージセンサ２００の信号線が接続される撮像画素３１０、焦点検出画素４１０および焦点検出画素５１０が模式的に示されている。この図２４（ｂ）では、上段に焦点検出画素７３０が示され、中央に撮像画素３１０が示され、下段に焦点検出画素７４０が示されている。
【０１９６】
第１列信号線７１０には、撮像画素３１０（中央）、焦点検出画素７３０の第２受光素子４０２および焦点検出画素７４０の第２受光素子５０２が接続される。第２列信号線７２０には、焦点検出画素７３０の第１受光素子４０１および焦点検出画素７４０の第１受光素子５０１が接続される。
【０１９７】
ここでは、図２４（ａ）において示した従来の撮像装置におけるイメージセンサ２００との違いについて説明する。なお、焦点検出画素７３０、焦点検出画素７４０および第２列信号線７２０以外は、図２４（ａ）において示したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０１９８】
焦点検出画素７３０は、図２４（ａ）において示した焦点検出画素４１０の第１受光素子４０１および第２受光素子４０２が、第１列信号線７１０および第２列信号線７２０に別々に接続されたものである。この焦点検出画素７３０は、第１受光素子４０１の電荷を検出して電圧に変換するためのＦＤ７３３と、その変換された電圧を増幅するためのアンプ７３４を備える。また、この焦点検出画素７３０は、第２受光素子４０２の電荷を検出して電圧に変換するためのＦＤ７３１と、その変換された電圧を増幅するためのアンプ７３２を備える。
【０１９９】
焦点検出画素７４０は、図２４（ａ）において示した焦点検出画素５１０の第１受光素子５０１および第２受光素子５０２が、第１列信号線７１０および第２列信号線７２０に別々に接続されたものである。この焦点検出画素７４０は、第１受光素子５０１の電荷を検出して電圧に変換するためのＦＤ７４３と、その変換された電圧を増幅するためのアンプ７４４を備える。また、この焦点検出画素７４０は、第２受光素子５０２の電荷を検出して電圧に変換するためのＦＤ７４１と、その変換された電圧を増幅するためのアンプ７４２を備える。
【０２００】
第２列信号線７２０は、焦点検出画素７３０における第１受光素子４０１および焦点検出画素７４０における第１受光素子５０１が生成した焦点調整信号を読み出すための信号線である。この第２列信号線７２０は、第１列信号線７１０が焦点検出画素７３０の第２受光素子４０２の焦点調整信号を取り出すタイミングと同時に、焦点検出画素７３０における第１受光素子４０１の焦点調整信号を取り出す。また、この第２列信号線７２０は、第１列信号線７１０が焦点検出画素７４０の第２受光素子５０２の焦点調整信号を取り出すタイミングと同時に、焦点検出画素７４０における第１受光素子５０１の焦点調整信号を取り出す。
【０２０１】
このように、本発明の第３の実施の形態では、第２列信号線７２０を設けることにより、信号処理部１３０への焦点調整信号の供給に掛かる時間を短縮することができる。これにより、焦点調整用画像データの生成に掛かる時間が短縮され、フォーカス制御に掛かる時間を短縮することができる。
【０２０２】
このように、本発明の実施の形態によれば、軸Ｌ１に近い領域に照射する光を受光する受光素子と、軸Ｌ１から遠い領域に照射する光を受光する受光素子とをイメージセンサに設けることにより、フォーカス調整の精度を向上させることができる。
【０２０３】
なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、本発明の実施の形態において明示したように、本発明の実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本発明の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【０２０４】
また、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等を用いることができる。
【符号の説明】
【０２０５】
１００  撮像装置
１１０  レンズ部
１３０  信号処理部
１４０  制御部
１５０  駆動部
１６０  記憶部
１７０  表示部
２００  イメージセンサ
３１０  撮像画素
３１１  マイクロレンズ
３１２  平坦化膜
３１３  絶縁膜
３１４  受光素子
３１６、４１６、５１６、７３１、７３３、７４１、７４３  ＦＤ
３１７、４１７、４１７、７３２、７３４、７４２、７４４  アンプ
４０１、５０１、６０１  第１受光素子
４０２、５０２、６０２  第２受光素子
４０３、５０３、６０３  素子分離領域
４１０、４２０、４３０、４４０、４９０、５１０、５２０、５３０、５４０、６１０、６２０、６３０、６４０、７３０、７４０  焦点検出画素
４１７  アンプ
７１０  列信号線
７２０  列信号線
【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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【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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