(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズにより結像された被写体像を光電変換する撮像素子であって、第１の受光領域を有する第１の画素群と、受光領域を第２の受光領域と該第２の受光領域とは面積が異なる第３の受光領域とに分割して構成された第２の画素群とを備える撮像素子と、
画像の撮影の際には、一ライン上に配置された前記第２の画素群の前記第２及び第３の受光領域と前記第１の画素群の前記第１の受光領域とを同じタイミングで制御し、前記撮影レンズの焦点状態の検出の際には、２つのラインに配置された前記第２の画素群の第３の受光領域を同じタイミングで制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子はベイヤー配列のカラーフィルタを有し、前記第２の画素群はベイヤー配列を構成する２つの緑色の画素の位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子の第２の画素群の第３の受光領域の出力信号に基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の画素群の第３の受光領域は、第２の受光領域に対して相対的に面積が小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第２の画素群の第３の受光領域は、第２の受光領域に対して相対的に面積が大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、画像の撮影の際には、一ライン上に配置された前記第２の画素群の前記第２及び第３の受光領域の信号と前記第１の画素群の前記第１の受光領域の信号とを同じタイミングで読み出し、前記撮影レンズの焦点状態の検出の際には、２つのラインに配置された前記第２の画素群の第３の受光領域の信号を同じタイミングで読み出すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記撮影レンズの焦点状態の検出の際には、隣接するラインに配置された前記第２の画素群の第３の受光領域を同じタイミングで制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置における、撮影レンズの焦点状態を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来デジタルカメラに用いられる焦点検出方式には、ビデオカメラあるいはコンパクトカメラに用いられているコントラスト検出方式、一眼レフカメラに用いられている位相差検出方式等がある。
【０００３】
一眼レフカメラに用いられる位相差検出方式の焦点検出方法は、例えば特許文献１に開示されている。一眼レフカメラでは、撮影者が撮影レンズを通して被写体を観察するために被写体光をファインダー光学系に導くための跳ね上げミラーを有している。跳ね上げミラーは一部の光を透過するハーフミラーで構成され、跳ね上げミラーを透過した光は位相差検出方式の焦点検出装置に導かれ、撮影レンズの焦点検出を行うことを可能としている。フィルムや撮像素子等の感光媒体での撮影を行う場合は、跳ね上げミラーは撮影光路から退避する。そのため、感光媒体での撮影を実行中は、従来の位相差検出方式の焦点検出を行うことはできない。
【０００４】
撮像素子を感光媒体とするカメラにおいて動画像を観察したり記録したりする場合、コントラスト検出方式の焦点調節方法が用いられるのが一般的で、例えば特許文献２にその焦点検出方法が開示されている。コントラスト検出方式の焦点調節方法は、撮影レンズのフォーカスレンズを光軸方向に移動させながら撮像素子で撮像された画像の高周波成分を抽出し、コントラストのピークとなるレンズ位置を検出して焦点調節を行うものである。この焦点調節方法では、フォーカスレンズを動かしながら画像のコントラストを比較しているため、高速で焦点調節を行うことができない。
【０００５】
そこで本願出願人は、撮像素子を構成する一部の画素について受光可能な領域を制限し、位相差方式の焦点検出を可能とする技術を特許文献３で提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１２０７１２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１２７２１７号公報
【特許文献３】特開２００９−１０３９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載の技術においては、撮像素子の一部の画素を焦点検出専用の画素としているため、通常の撮影画像に対しては焦点検出用の画素が欠陥画素となり、画質を劣化させてしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像装置において、動画撮影中でも高速に精度良く焦点調節を行うことを可能としつつ、画質の劣化を抑制できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わる撮像装置は、撮影レンズにより結像された被写体像を光電変換する撮像素子であって、第１の受光領域を有する第１の画素群と、受光領域を第２の受光領域と該第２の受光領域とは面積が異なる第３の受光領域とに分割して構成された第２の画素群とを備える撮像素子と、画像の撮影の際には、一ライン上に配置された前記第２の画素群の前記第２及び第３の受光領域と前記第１の画素群の前記第１の受光領域とを同じタイミングで制御し、前記撮影レンズの焦点状態の検出の際には、２つのラインに配置された前記第２の画素群の第３の受光領域を同じタイミングで制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像装置において、動画撮影中でも高速に精度良く焦点調節を行うことを可能としつつ、画質の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の撮像装置の第１の実施形態としてのカメラの構成図。
【図２】第１の実施形態のカメラの電気回路ブロック図。
【図３】第１の実施形態のカメラの動作フローチャート。
【図４Ａ】撮像素子の一部平面図。
【図４Ｂ】撮像素子の一部平面図。
【図５】撮像素子の一部断面図。
【図６】撮像素子の受光分布の説明図。
【図７】第２の画素から得られる線像の説明図。
【図８】撮像素子の一部回路構成図。
【図９Ａ】撮像素子の動作タイミングチャート。
【図９Ｂ】撮像素子の動作タイミングチャート。
【図９Ｃ】撮像素子の動作タイミングチャート。
【図１０】撮像素子の一部断面図。
【図１１】撮像素子の一部平面図。
【図１２】撮像素子の受光分布の説明図。
【図１３】第２の画素から得られる線像の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１〜図９は本発明の撮像装置の第１の実施形態を示す図である。図１は本実施形態の撮像装置としてのデジタルカメラの構成図、図２はカメラの電気回路ブロック図、図３はカメラ動作のフローチャートである。図４Ａ、図４Ｂは本実施形態のＣＭＯＳ型撮像素子の一部平面図、図５は撮像素子の一部断面図、図６は撮像素子の受光分布説明図、図７は線像説明図、図８は撮像素子の一部回路構成図、図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは撮像素子の駆動タイミングチャートである。
【００１３】
図１のカメラの構成図において、本実施形態のデジタルカメラは、カメラ本体１００に対してカメラ側マウント１１１とレンズ側マウント２０１を介して、撮影レンズ２００が着脱可能な一眼レフタイプのデジタルカメラである。
【００１４】
撮影レンズ２００は複数のレンズ群（例えばレンズ２０３）と絞り２０４とから構成されており、撮影レンズ２００を透過した被写体光（被写体像）は、カメラ本体１００の跳ね上げミラー１０１で反射されてピント板１０２近傍に集光される。さらにピント板１０２を拡散透過した被写体光は、ペンタダハプリズム１０３及び接眼レンズ１０４を介して、不図示の撮影者の目に導かれる。
【００１５】
跳ね上げミラー１０１はハーフミラーで、跳ね上げミラー１０１を透過した一部の被写体光はサブミラー１０５で反射されて焦点検出装置１０６に導かれる。焦点検出装置１０６は、撮影レンズ２００の異なる瞳領域を透過する光により生成される２つの像より撮影レンズ２００の焦点状態を検出する公知の構成となっている。また、撮影レンズ２００の予定結像面には本実施形態にかかる撮像素子（イメージセンサ）１０８が配設されている。
【００１６】
本実施形態のカメラは動画を撮影することが可能で、動画撮影時には跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５が撮影光路から退避し、シャッター１０７が開口状態に設定される。この時、撮像素子１０８で撮影された画像は、液晶表示素子１０９で視認できるようになっている。
【００１７】
以下、図２のカメラの電気回路ブロック図と図３のフローチャートを用いて、カメラの動作について説明する。
【００１８】
図３のフローチャートにおいて、カメラ本体１００の不図示の電源がＯＮされると（Ｓ１００）、カメラ本体１００を制御するカメラＣＰＵ１５０は動画撮影を指示する操作スイッチ１５１の状態を確認する（Ｓ１０１）。操作スイッチ１５１がＯＮされ動画撮影が指示されていたら（Ｓ１０１）、カメラＣＰＵ１５０は跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５を撮影光路から退避させるとともに、シャッター駆動回路１５６を介してシャッター１０７を開口状態にする。
【００１９】
撮影を行うための準備が整うと、カメラＣＰＵ１５０は撮像素子駆動回路１５３を介して撮像素子１０８を駆動し被写体の撮影を行う（Ｓ１０２）。撮像素子１０８で撮影された画像は画像処理回路１５４で表示用の画像に処理され、液晶表示素子駆動回路１５５を介して液晶表示素子１０９に表示される（Ｓ１０３）。さらに、画像処理回路１５４にて記録用の画像に画像処理された画像は、メモリー回路１５７に記録される（Ｓ１０４）。ここで、画像を記録するものは、記録媒体でも構わない。
【００２０】
さらに画像処理回路１５４では、撮像素子１０８で撮影された画像に基づいて撮影レンズ２００の焦点状態を検出する（Ｓ１０５）。本実施形態の撮像素子１０８を用いた焦点検出方法は後述する。
【００２１】
撮影レンズ２００が合焦状態でなければ（Ｓ１０６）、カメラＣＰＵ１５０は画像処理回路１５４で検出された撮影レンズ２００のデフォーカス量をレンズＣＰＵ２５０に送信する。レンズＣＰＵ２５０は、撮影レンズ２００のデフォーカス量をフォーカスレンズのステップ駆動量に変換したのち、フォーカスレンズ駆動回路２５１に信号を送信してフォーカスレンズを駆動する（Ｓ１０７）。
【００２２】
引き続きカメラＣＰＵ１５０は動画撮影を指示する操作スイッチ１５１の状態を確認し、操作スイッチ１５１がＯＮ状態であれば（Ｓ１０１）、動画撮影を継続する（Ｓ１０２）。
【００２３】
一方、動画撮影を指示する操作スイッチ１５１がＯＦＦ態であれば（Ｓ１０１）、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する操作スイッチ１５２の状態を確認する（Ｓ１０８）。操作スイッチ１５２にて静止画撮影の前段操作（ＳＷ−１）が実行されていなければ、カメラＣＰＵ１５０は待機する。
【００２４】
一方、操作スイッチ１５２にて静止画撮影のため前段操作（ＳＷ−１）が実行されると、カメラＣＰＵ１５０は焦点検出装置１０６の出力より撮影レンズ２００の焦点状態を検出する（Ｓ１０９）。静止画撮影時の焦点検出方法は公知の技術である。
【００２５】
撮影レンズ２００が合焦状態であれば（Ｓ１１０）、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する操作スイッチ１５２の状態を確認する（Ｓ１１２）。一方、撮影レンズ２００が合焦状態でなければ（Ｓ１１０）、カメラＣＰＵ１５０は検出された撮影レンズ２００のデフォーカス量をレンズＣＰＵ２５０に送信する。レンズＣＰＵ２５０は、撮影レンズ２００のデフォーカス量をフォーカスレンズのステップ駆動量に変換したのち、フォーカスレンズ駆動回路２５１に信号を送信してフォーカスレンズを駆動する（Ｓ１１１）。
【００２６】
さらに、カメラＣＰＵ１５０は静止画撮影を指示する操作スイッチ１５２の状態を確認する（Ｓ１１２）。操作スイッチ１５２にて静止画撮影の後段操作（ＳＷ−２）が実行されていなければ、カメラＣＰＵ１５０は待機する。
【００２７】
一方、操作スイッチ１５２にて静止画撮影のための後段操作（ＳＷ−２）が実行されると（Ｓ１１２）、カメラＣＰＵ１５０は跳ね上げミラー１０１及びサブミラー１０５を撮影光路から退避させるとともに、シャッター駆動回路１５６を介してシャッター１０７を開口状態にする。静止画撮影を行うための準備が整うと、カメラＣＰＵ１５０は撮像素子駆動回路１５３を介して撮像素子１０８で被写体の撮影を行う（Ｓ１１３）。撮像素子１０８で撮影された画像は画像処理回路１５４で表示用の画像に処理され、液晶表示素子駆動回路１５５を介して液晶表示素子１０９に表示される（Ｓ１１４）。さらに、画像処理回路１５４にて記録用の画像に画像処理された画像は、メモリー回路１５７に記録される（Ｓ１１５）。ここで、画像を記録するものは、記録媒体でも構わない。
【００２８】
画像の記録が終了すると（Ｓ１１５）、一連のカメラ撮影動作を終了する（Ｓ１１６）。
【００２９】
次に、本実施形態の撮像素子１０８の構成について説明する。図４Ａ、図４Ｂは撮像素子１０８の一部平面図、図５は撮像素子１０８の一部断面図、図６は撮像素子１０８の受光分布説明図、図７は線像説明図である。
【００３０】
図５は、図４Ａの撮像素子１０８の一部平面図に示したＡ−Ａ’面の断面図である。撮像素子１０８は、シリコン基板３１０の内部に光電変換部３１１が形成されている。光電変換部３１１で発生した信号電荷は、転送電極３３０により不図示のフローティングディフュージョン部へ転送される。フローティングディフュージョン部の信号電荷は第１の電極３３１及び第２の電極３３２を介して外部に出力される。光電変換部３１１と電極３３１との間には層間絶縁膜３２１が形成され、電極３３１と電極３３２との間には層間絶縁膜３２２が形成されている。さらに、電極３３２と電極３３３との間には層間絶縁膜３２３が形成されている。
【００３１】
また、電極３３３の光入射側には層間絶縁膜３２４が形成され、さらにパッシべーション膜３４０、平坦化層３５０が形成されている。平坦化層３５０の光入射側には、カラーフィルタ層３５１、平坦化層３５２及びマイクロレンズ３５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ３５３のパワーは、撮影レンズ２００の瞳と光電変換部３１１が略共役になるように設定されている。
【００３２】
図５は、撮像素子１０８の中央に位置する画素の断面図を示しており、マイクロレンズ３５３は画素の略中心に配設されている。撮影レンズ２００を透過した被写体光は、カメラ本体１００の予定結像面に配設された撮像素子１０８近傍に集光される。さらに撮像素子１０８の各画素に到達した光は、マイクロレンズ３５３で屈折され光電変換部３１１に集光される。撮像素子１０８の光軸方向に積層された各電極３３１、３３２、３３３は、入射する光をできるだけ遮光しないように配設されている。
【００３３】
図中右側の画素は通常の撮影時に使用される第１の画素（第１の画素群を構成する）で、撮影レンズ２００の全瞳領域を受光可能なように光電変換部３１１（第１の受光領域）が形成されている。一方、図中左側の画素は通常の撮影時に使用されるとともに、撮影レンズ２００の焦点状態を検出する際にも使用される第２の画素（第２の画素群を構成する）である。図中左側の画素の光電変換部には、その光電変換部とは極性が異なる不純物が拡散した分離部３１２が設けられており、マイクロレンズの光軸とは偏位した位置に中心がある面積の狭い光電変換部３１１_１（第２の受光領域）と相対的に面積が広い光電変換部３１１_２（第３の受光領域）とに分割された構成になっている。その結果、光電変換部３１１_１および光電変換部３１１_２は、撮影レンズ２００の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する際は、光電変換部３１１_１あるいは光電変換部３１１_２のどちらかの出力を用いて検出が実行される。
【００３４】
また、図中左側の画素の光電変換部は、図中右側の画素の光電変換部３１１と略同等の面積（略同面積）を有しており、光電変換部３１１_１と光電変換部３１１_２の出力を加算すると、図中右側の画素の光電変換部３１１の出力と略同等となるようになっている。また、分離部３１２の光入射側には、入射してくる光を遮光する遮光部３１３が設けられている。
【００３５】
次に、撮像素子１０８の画素配置を図４Ａ、図４Ｂの平面図で説明する。図中３３１、３３２は電極である。電極３３１及び３３２で区切られた領域が１画素を示しており、１画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤色の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑色の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青色の成分の光を透過する。
【００３６】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成されるが、本実施形態の撮像素子１０８は「Ｇ」の画素の一部に、撮影レンズ２００の焦点検出が可能な第２の画素が割り当てられている。図中、Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３は撮影レンズ２００の焦点状態を検出するための画素の光電変換部を示しており、本実施形態では１画素のうち基本的に面積が相対的に狭い光電変換部を焦点検出に使用している。
【００３７】
本実施形態の撮像素子１０８の一部に配設される焦点検出可能な画素は、撮像素子１０８の製造誤差に起因する焦点検出光束のケラレの影響を小さくするために、マイクロレンズの光軸と光電変換部の中心との偏位量が異なる３種類が設定されている。
【００３８】
図４Ａ、図４Ｂの撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の光電変換部は、遮光部３１３及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐα１と光電変換部Ｐγ１_１に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐα１の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量で偏位している。
【００３９】
図６（ａ）は、撮像素子１０８の１行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図６の受光分布説明図は、撮像素子１０８の製造誤差が無い場合に、撮影レンズ２００の瞳上で受光可能な光量分布を示している。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。
【００４０】
撮像素子１０８の１行１列目に配設された画素の光電変換部Ｐα１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα１を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ１_１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ１_１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向に距離ｘα１の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２によるものである。
【００４１】
また、図４Ａ、図４Ｂの撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中２行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素は、同様に遮光部３１３及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐβ１と光電変換部Ｐγ１_２に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐβ１の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に前述した第１の偏位量で偏位している。
【００４２】
図６（ｂ）は、撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の光電変換部Ｐβ１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ１を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ１_２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ１_２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向に距離ｘβ１の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分離する遮光部３１３及び分離部３１２によるものである。撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、受光光量が低くなっている瞳分離部の距離ｘα１と距離ｘβ１は等しい。
【００４３】
図４Ａの撮像素子１０８の平面図において、さらに−ｙ方向に４画素隣接した行（図中５行目）には、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２の位置が異なる焦点検出可能な画素が配設されている。５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の光電変換部は、遮光部３１３及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐα２と光電変換部Ｐγ２_１に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐα２の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量とは異なる第２の偏位量で偏位している。
【００４４】
図６（ｃ）は、撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の光電変換部Ｐα２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα２を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ２_１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ２_１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向に距離ｘα２の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２によるものである。
【００４５】
また、図４Ａの撮像素子１０８の平面図において、５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中６行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素は、同様に遮光部３１３及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐβ２と光電変換部Ｐγ２_２に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐβ２の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に前述した第２の偏位量で偏位している。
【００４６】
図６（ｄ）は、撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の光電変換部Ｐβ２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ２を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ２_２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ２_２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向に距離ｘβ２の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２によるものである。撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、受光光量が低くなっている瞳分離部の距離ｘα２と距離ｘβ２は等しい。
【００４７】
図４Ａの撮像素子１０８の平面図において、さらに−ｙ方向に４画素隣接した行（図中９行目）には、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２の位置が異なる焦点検出可能な画素が配設されている。９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の光電変換部は、遮光部３１３及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐα３と光電変換部Ｐγ３_１に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐα３の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１及び第２の偏位量とは異なる第３の偏位量で偏位している。
【００４８】
図６（ｅ）は、撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の光電変換部Ｐα３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα３を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ３_１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ３_１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向に距離ｘα３の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２によるものである。
【００４９】
また、図４Ａの撮像素子１０８の平面図において、９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中１０行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素は、同様に遮光部３１３及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐβ３と光電変換部Ｐγ３_２に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐβ３の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に前述した第３の偏位量で偏位している。
【００５０】
図６(ｆ)は、撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の光電変換部Ｐβ３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ３を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ３_２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ３_２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向に距離ｘβ３の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３１３及び分離部３１２によるものである。撮像素子１０８の製造誤差が無い場合には、受光光量が低くなっている瞳分離部の距離ｘα３と距離ｘβ３は等しい。
【００５１】
また、光電変換部Ｐα１を有する焦点検出可能な画素（図４中１行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。同様に、光電変換部Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素（図中２行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【００５２】
図７（ａ）は、光電変換部Ｐα１を有する画素群（の出力信号）により生成される線像Ｉα１、光電変換部Ｐβ１を有する画素群により生成される線像Ｉβ１を示している。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐα１及び焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐβ１から信号を出力する。
【００５３】
また、光電変換部Ｐα２を有する焦点検出可能な画素（図４中５行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。同様に、光電変換部Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素（図中６行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【００５４】
図７（ｂ）は、光電変換部Ｐα２を有する画素群により生成される線像Ｉα２、光電変換部Ｐβ２を有する画素群により生成される線像Ｉβ２を示している。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐα２及び焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐβ２から信号を出力する。
【００５５】
また、光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素（図４中９行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。同様に、光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素（図中１０行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【００５６】
図７（ｃ）は、光電変換部Ｐα３を有する画素群により生成される線像Ｉα３、光電変換部Ｐβ３を有する画素群により生成される線像Ｉβ３を示している。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐα３及び焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐβ３から信号を出力する。
【００５７】
以上のように、撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出可能な画素群の相対的に面積の狭い光電変換部のみの出力により生成された像に基づいて検出が行われる。一方、通常の画像の撮影時は、光電変換部が分割されていない第１の画素の光電変換部の出力と、光電変換部が分割された第２の画素の２つの光電変換部の加算された出力が読み出される。
【００５８】
以下、図４Ｂの撮像素子１０８の平面図、図８の撮像素子１０８の概略回路構成図、図９のタイミングチャートを用いて、通常の撮影画像を取得する場合と焦点検出用の画像を取得する場合について説明する。
【００５９】
図４Ｂの撮像素子１０８の平面図において、３３０は転送ゲート、３１４はフローティングディフュージョン部を示している。図８の撮像素子１０８の概略回路構成図には、図４Ｂの撮像素子１０８の平面図に示した４画素分の回路構成を示している。
【００６０】
図８において、３３０は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、３６０はフローティングディフュージョン部（以下ＦＤ部と称す）３１４等を所定電位にリセットするリセット用ＭＯＳトランジスタである。３６１は転送スイッチＭＯＳトランジスタ３３０によって転送された電荷に基づく増幅信号を得るためのソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタである。３６２はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１で得られる増幅信号の読出対象の画素を選択する水平選択スイッチＭＯＳトランジスタである。３６３はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１と共にソースフォロワを構成する負荷ＭＯＳトランジスタである。３６４は画素の暗出力を転送する暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、３６５は画素の明出力を転送する明出力転送ＭＯＳトランジスタである。３７１は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ３６４によって転送された暗出力を蓄積する暗出力蓄積容量、３７０は明出力転送ＭＯＳトランジスタ３６５によって転送された明出力を蓄積する明出力蓄積容量である。３６６は暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０に蓄積されている各出力を水平出力線へ転送する水平転送ＭＯＳトランジスタである。３６７は水平出力線を所定電位にリセットする水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、３８０は水平出力線相互に転送された信号の差分を増幅して出力する差動出力アンプである。３８１は水平転送ＭＯＳトランジスタ３６６のオン／オフを制御する水平走査回路、３８２は転送スイッチＭＯＳトランジスタ３３０等のオン／オフを制御する垂直走査回路である。
【００６１】
図９Ａ〜図９Ｃは、図８の撮像素子１０８の回路の動作を示すタイミングチャートである。図９Ａは、通常の撮影画像を取得する場合の第０〜１ラインのタイミングチャートである。図９Ｂ、図９Ｃには、焦点検出用の画像を取得する場合の第０〜１ラインのタイミングチャートを示している。
【００６２】
通常の撮影画像を取得する場合の概要について説明すると、図８の撮像素子１０８の回路構成図の左上の画素では光電変換部３１１_１、３１１_２で変換された電荷が同時にＦＤ部３１４に転送され、ＦＤ部３１４で加算されてから読み出される。このとき、同時に右上の画素では光電変換部３１１で変換された電荷がＦＤ部３１４に転送され読み出される。
【００６３】
図９Ａを用いて通常の画像撮影時の具体的な動作について説明する。まず、垂直走査回路３８２からのタイミング出力によって、制御パルスΦＳ０をハイレベルに切り換えて、水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ３６２をオンして、第０ラインの画素部を選択する。
【００６４】
次に、制御パルスΦＲ０をローレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４のリセットを止めＦＤ部３１４をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１のゲート・ソース間をスルーとする。その後、所定時間後に、制御パルスΦＴＮを一時的にハイレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４の暗電圧をソースフォロワ動作で暗出力蓄積容量３７１に出力する。
【００６５】
次に、第０ラインの各画素の光電変換部３１１_１、３１１_２、３１１からの電荷の出力を行うため、制御パルスΦＴＸ０，ΦＴａｆ０を一時的にハイレベルに切り換えて、転送スイッチＭＯＳトランジスタ３３０_０及び３３０_１を導通する。
【００６６】
このとき、図８の回路構成図で左上の画素の光電変換部３１１_１、３１１_２で変換された電荷はＦＤ部３１４に転送され加算される。同時に、右上の画素の光電変換部３１１で変換された電荷はＦＤ部３１４に転送される。すなわち、左上の画素の光電変換部３１１_１、３１１_２と右上の画素の光電変換部３１１は、一体的に制御される。
【００６７】
光電変換部３１１_１、３１１_２及び３１１からの電荷がＦＤ部３１４に転送されることにより、ＦＤ部３１４の電位が光に応じて変化することになる。このときソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１がフローティング状態であるので、ＦＤ部３１４の電位を、制御パルスΦＴＳを一時的にハイレベルに切り換えることによって明出力蓄積容量３７０に出力する。
【００６８】
この時点で、第０ラインの各画素の暗出力及び明出力はそれぞれ暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０に蓄積されている。そして、更に制御パルスΦＨＣを一時的にハイレベルに切り換えて、水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ３６７を導通して水平出力線をリセットする。
【００６９】
そして、水平転送期間において水平走査回路３８１からの水平転送ＭＯＳトランジスタ３６６への走査タイミング信号により、水平出力線に第０ラインの画素の暗出力と明出力とが出力される。
【００７０】
このとき、暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０からの信号を差動増幅器３８０によって差動増幅して出力（Ｖｏｕｔ）するため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎのよい信号が得られる。
【００７１】
その後、制御パルスΦＲ０をハイレベルに切り換え、制御パルスΦＳ０をローレベルに切り換えて、第０ラインの画素の選択を終了する。
【００７２】
更に、垂直走査回路３８２は同様に、順々に、次のラインの画素からの電荷の読み出しを行うことにより、撮像素子１０８の全画素からの信号を出力する。この出力は、画像処理回路１５４によって信号処理が行われ、液晶表示素子１０９に表示され、またメモリー回路１５７に画像が記憶される。
【００７３】
次に、撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合の概要について説明する。焦点検出可能な第２の画素の出力を高速に読み出すために、図８の撮像素子１０８の回路構成図の左上の画素の光電変換部３１１_１と右下の画素の光電変換部３１１_１のそれぞれの出力を同時に取得する。そして、得られる２つの画像の相関演算を行い、２つの画像の像ずれ量から撮影レンズ２００の焦点状態を検出する。このとき、撮影レンズ２００の焦点状態の検出には使用されない光電変換部３１１_２、３１１の出力は読み出さないようにする。
【００７４】
図９Ｂを用いて具体的な焦点状態の検出時の動作について説明する。まず、垂直走査回路３８２からのタイミング出力によって、制御パルスΦＳ０及びΦＳ１をハイレベルに切り換えて、水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ３６２をオンして、第０ライン及び第１ラインの画素部を選択する。
【００７５】
次に、制御パルスΦＲ０及びΦＲ１をローレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４のリセットを止めＦＤ部３１４をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１のゲート・ソース間をスルーとする。その後、所定時間後に、制御パルスΦＴＮを一時的にハイレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４の暗電圧をソースフォロワ動作で暗出力蓄積容量３７１に出力する。
【００７６】
次に、制御パルスΦＴａｆ０，ΦＴａｆ１をハイレベルに切り換えて、転送スイッチＭＯＳトランジスタ３３０_０、３３０_２を導通し、図８の撮像素子１０８の回路構成図の左上の画素の光電変換部３１１_１と右下の画素の光電変換部３１１_１で変換された電荷をそれぞれＦＤ部３１４に同時に転送する。
【００７７】
このとき、制御パルスΦＴＸ０及びΦＴＸ１はローであるため、光電変換部３１１_２、３１１の光電荷はＦＤ部３１４には転送されない。
【００７８】
光電変換部３１１_１で変換された電荷がＦＤ部３１４に転送されることにより、ＦＤ部３１４の電位が光に応じて変化することになる。このときソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３１６がフローティング状態であるので、ＦＤ部３１４の電位を、制御パルスΦＴＳを一時的にハイレベルに切り換えることによって明出力蓄積容量３７０に出力する。
【００７９】
この時点で、第０ライン及び第１ラインの焦点検出可能な第２の画素の暗出力及び明出力はそれぞれ暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０に蓄積されている。そして、更に制御パルスΦＨＣを一時的にハイレベルに切り換えて、水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ３６７を導通して水平出力線をリセットする。
【００８０】
そして、水平転送期間において水平走査回路３８１からの水平転送ＭＯＳトランジスタ３６６への走査タイミング信号により、水平出力線に焦点検出が可能な第２の画素の暗出力と光出力とが出力される。
【００８１】
このとき、暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７１からの信号を差動増幅器３８０によって差動増幅して出力（Ｖｏｕｔ）するため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎのよい信号が得られる。
【００８２】
その後、制御パルスΦＲ０及びΦＲ１をハイレベルに切り換え、制御パルスΦＳ０及びΦＳ１をローレベルに切り換えて、第０ライン及び第１ラインの画素の選択を終了する。
【００８３】
更に、垂直走査回路１８２は同様に、順々に、次のラインの画素からの電荷の読み出しを行うことにより、撮像素子１０８の焦点検出可能な全画素からの信号を出力する。
【００８４】
撮像素子１０８からの出力は、カメラＣＰＵ１５０の演算によって、検出用画像信号として整形され、相関演算処理を行った後に撮影レンズ２００の焦点状態が算出されることとなる。
【００８５】
以上の実施形態では、焦点検出が可能な第２の画素の相対的に面積が小さい光電変換部３１１_１の出力を用いて、撮影レンズ２００の焦点状態を検出する例を示した。しかし、被写体輝度が低い場合、相対的に面積が広い光電変換部３１１_２の出力を用いて焦点検出を行うのも有効である。以下、図９Ｃのタイミングチャートを用いて、被写体輝度が低い場合の焦点状態の検出時の動作について説明する。
【００８６】
まず、垂直走査回路３８２からのタイミング出力によって、制御パルスΦＳ０をハイレベルに切り換えて、水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ３６２をオンして、第０ラインの画素部を選択する。
【００８７】
次に、制御パルスΦＲ０をローレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４のリセットを止めＦＤ部３１４をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１のゲート・ソース間をスルーとする。その後、所定時間後に、制御パルスΦＴＮを一時的にハイレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４の暗電圧をソースフォロワ動作で暗出力蓄積容量３７１に出力する。
【００８８】
次に、制御パルスΦＴＸ０をハイレベルに切り換えて、転送スイッチＭＯＳトランジスタ３３０_１を導通し、図８の撮像素子１０８の回路構成図の左上の画素の光電変換部３１１_２と右上の画素の光電変換部３１１で変換された電荷をそれぞれＦＤ部３１４に同時に転送する。このとき、制御パルスΦＴａｆ０はローであるため、相対的に面積の狭い光電変換部３１１_１の光電荷はＦＤ部３１４には転送されない。
【００８９】
光電変換部３１１_１及び３１１で変換された電荷がそれぞれＦＤ部３１４に転送されることにより、ＦＤ部３１４の電位が光に応じて変化することになる。このときソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３１６がフローティング状態であるので、ＦＤ部３１４の電位を、制御パルスΦＴＳを一時的にハイレベルに切り換えることによって明出力蓄積容量３７０に出力する。
【００９０】
この時点で、第０ラインの通常撮影用の第１の画素と焦点検出可能な第２の画素の暗出力及び明出力はそれぞれ暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０に蓄積されている。そして、更に制御パルスΦＨＣを一時的にハイレベルに切り換えて、水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ３６７を導通して水平出力線をリセットする。
【００９１】
そして、水平転送期間において水平走査回路３８１からの水平転送ＭＯＳトランジスタ３６６への走査タイミング信号により、水平出力線に焦点検出が可能な画素の暗出力と光出力とが出力される。
【００９２】
このとき、暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７１からの信号を差動増幅器３８０によって差動増幅して出力（Ｖｏｕｔ）するため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎのよい信号が得られる。
【００９３】
その後、制御パルスΦＲ０をハイレベルに切り換え、制御パルスΦＳ０をローレベルに切り換えて、第０ラインの画素の選択を終了する。
【００９４】
つぎに、対になる焦点検出用の画像信号を得るため、第１ラインの焦点検出可能な画素より読み出しを行う。まず、垂直走査回路３８２からのタイミング出力によって、制御パルスΦＳ１をハイレベルに切り換えて、水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ３６２をオンして、第１ラインの画素部を選択する。
【００９５】
次に、制御パルスΦＲ１をローレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４のリセットを止めＦＤ部３１４をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３６１のゲート・ソース間をスルーとする。その後、所定時間後に、制御パルスΦＴＮを一時的にハイレベルに切り換えて、ＦＤ部３１４の暗電圧をソースフォロワ動作で暗出力蓄積容量３７１に出力する。
【００９６】
次に、制御パルスΦＴＸ１をハイレベルに切り換えて、転送スイッチＭＯＳトランジスタ３３０_３を導通し、図８の撮像素子１０８の回路構成図の左下の画素の光電変換部３１１と右下の画素の光電変換部３１１_２で変換された電荷をそれぞれＦＤ部３１４に同時に転送する。このとき、制御パルスΦＴａｆ１はローであるため、相対的に面積の狭い光電変換部３１１_１の光電荷はＦＤ部３１４には転送されない。
【００９７】
光電変換部３１１_１及び３１１で変換された電荷がそれぞれＦＤ部３１４に転送されることにより、ＦＤ部３１４の電位が光に応じて変化することになる。このときソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ３１６がフローティング状態であるので、ＦＤ部３１４の電位を、制御パルスΦＴＳを一時的にハイレベルに切り換えることによって明出力蓄積容量３７０に出力する。
【００９８】
この時点で、第１ラインの通常撮影用の第１の画素と焦点検出可能な第２の画素の暗出力及び明出力はそれぞれ暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０に蓄積されている。そして、更に制御パルスΦＨＣを一時的にハイレベルに切り換えて、水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ３６７を導通して水平出力線をリセットする。
【００９９】
そして、水平転送期間において水平走査回路３８１からの水平転送ＭＯＳトランジスタ３６６への走査タイミング信号により、水平出力線に焦点検出が可能な画素の暗出力と光出力とが出力される。
【０１００】
このとき、暗出力蓄積容量３７１及び明出力蓄積容量３７０からの信号を差動増幅器３８０によって差動増幅して出力（Ｖｏｕｔ）するため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎのよい信号が得られる。
【０１０１】
その後、制御パルスΦＲ１をハイレベルに切り換え、制御パルスΦＳ１をローレベルに切り換えて、第１ラインの画素の選択を終了する。
【０１０２】
更に、垂直走査回路３８２は同様に、順々に、次のラインの画素からの電荷の読み出しを行うことにより、撮像素子１０８の全画素からの信号を出力する。
【０１０３】
撮影レンズ２００の焦点検出を行う場合、通常撮影用の第１の画素からの出力は不要となるため、撮像素子１０８からの出力はカメラＣＰＵ１５０において、焦点検出用の画像信号とそれ以外の画像信号に分離される。さらに、カメラＣＰＵ１５０は検出された焦点検出用の画像信号に対して相関演算処理を行い、撮影レンズ２００の焦点状態を算出する。
【０１０４】
本実施形態では、焦点検出可能な第２の画素をベイヤー配列の「Ｇ」画素に離散的に配置した例を示したが、「Ｂ」画素、「Ｒ」画素、あるいは光吸収のない画素に配置しても構わない。
【０１０５】
（第２の実施形態）
図１０〜図１３は本発明の第２の実施形態を示す図で、カメラの撮影画面の周辺部での撮像素子の構造と得られる焦点検出像を示す。図１０は本実施形態のＣＭＯＳ型撮像素子の一部断面図、図１１は撮像素子の一部平面図、図１２は撮像素子の受光分布説明図、図１３は線像説明図である。本実施形態のカメラは第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。また、第１の実施形態と同一の部材には、同一の番号が付番されている。
【０１０６】
図１０は撮像素子１０８の周辺部に位置する画素の断面図である。図中右側の画素は通常の撮影時に使用される第１の画素で、撮影レンズ２００の全瞳領域を受光可能なように光電変換部３１１が形成されている。
【０１０７】
一方、図中左側の画素は通常の撮影時に使用されるとともに、撮影レンズ２００の焦点状態を検出する際にも使用される第２の画素である。図中左側の画素の光電変換部には、その光電変換部とは極性が異なる不純物が拡散した分離部３１２が設けられており、マイクロレンズの光軸とは偏位した位置に中心がある面積の狭い光電変換部３１１_１と相対的に面積が広い光電変換部３１１_２とに分割された構成になっている。その結果、光電変換部３１１_１および光電変換部３１１_２は、撮影レンズ２００の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する際は、光電変換部３１１_１あるいは光電変換部３１１_２のどちらかの出力を用いて検出が実行される。
【０１０８】
また、図中左側の画素の光電変換部は、図中右側の画素の光電変換部３１１と略同等の面積を有しており、光電変換部３１１_１と光電変換部３１１_２の出力を加算すると、図中右側の画素の光電変換部３１１の出力と略同等となるようになっている。
【０１０９】
図１０に示す撮像素子１０８の断面図は、撮像素子１０８の周辺部に位置する画素を示しており、画素の中心軸に対してマイクロレンズ３５３は不図示の撮影レンズ光軸側（図中−ｘ方向）に偏位している。また、本実施形態では、光電変換部３１１_１と光電変換部３１１_２とを分割するために、分離部３１２の光入射側に電極３３１と同一の材料による遮光部３３５が設けられている。
【０１１０】
図１１は、撮像素子１０８の画素配置を示した平面図である。図中３３１、３３２は電極である。電極３３１及び３３２で区切られた領域が１画素を示しており、１画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青の成分の光を透過する。
【０１１１】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成されるが、本実施形態の撮像素子１０８は「Ｇ」の画素の一部に、撮影レンズ２００の焦点検出が可能な第２の画素が割り当てられている。図中、Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３は撮影レンズ２００の焦点状態を検出するための画素の光電変換部を示しており、本実施形態では１画素のうち基本的に面積が相対的に狭い光電変換部を焦点検出に使用している。
【０１１２】
本実施形態の撮像素子１０８の一部に配設される焦点検出可能な画素は、撮像素子１０８の製造誤差に起因する焦点検出光束のケラレの影響を小さくするために、マイクロレンズの光軸と光電変換部の中心との偏位量が異なる３種類が設定されている。
【０１１３】
図１１の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の光電変換部は、遮光部３３５及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐα１と光電変換部Ｐγ１_１に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐα１の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量で偏位している。
【０１１４】
図１２（ａ）は、撮像素子１０８の１行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図１２の受光分布説明図は、撮像素子１０８の製造誤差が無い場合に、撮影レンズ２００の瞳上で受光可能な光量分布を示している。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。また、受光可能な領域が円形でないのは、撮影レンズ２００のレンズ枠による口径蝕が発生しているためである。
【０１１５】
撮像素子１０８の１行１列目に配設された画素の光電変換部Ｐα１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα１を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ１_１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ１_１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向に距離ｘα１の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２によるものである。
【０１１６】
また、図１１の撮像素子１０８の平面図において、１行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中２行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素は、同様に遮光部３３５及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐβ１と光電変換部Ｐγ１_２に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐβ１の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に前述した第１の偏位量で偏位している。
【０１１７】
図１２(ｂ)は、撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。
【０１１８】
撮像素子１０８の２行２列目に配設された画素の光電変換部Ｐβ１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ１を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ１_２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ１_２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向に距離ｘβ１の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分離する遮光部３３５及び分離部３１２によるものである。
【０１１９】
図１１の撮像素子１０８の平面図において、さらに−ｙ方向に４画素隣接した行（図中５行目）には、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２の位置が異なる焦点検出可能な画素が配設されている。５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の光電変換部は、遮光部３３５及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐα２と光電変換部Ｐγ２_１に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐα２の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１の偏位量とは異なる第２の偏位量で偏位している。
【０１２０】
図１２(ｃ)は、撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の５行１列目に配設された画素の光電変換部Ｐα２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα２を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ２_１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ２_１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向に距離ｘα２の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２によるものである。
【０１２１】
また、図１１の撮像素子１０８の平面図において、５行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中６行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素は、同様に遮光部３３５及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐβ２と光電変換部Ｐγ２_２に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐβ２の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に前述した第２の偏位量で偏位している。
【０１２２】
図１２（ｄ）は、撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の６行２列目に配設された画素の光電変換部Ｐβ２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ２を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ２_２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ２_２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向に距離ｘβ２の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２によるものである。
【０１２３】
図１１の撮像素子１０８の平面図において、さらに−ｙ方向に４画素隣接した行（図中９行目）には、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２の位置が異なる焦点検出可能な画素が配設されている。９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素の光電変換部は、遮光部３３５及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐα３と光電変換部Ｐγ３_１に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐα３の中心は、画素中心に対して−ｘ方向に第１及び第２の偏位量とは異なる第３の偏位量で偏位している。
【０１２４】
図１２（ｅ）は、撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の９行１列目に配設された画素の光電変換部Ｐα３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓα３を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ３_１は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ３_１を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から＋ｘ方向に距離ｘα３の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２によるものである。
【０１２５】
また、図１１の撮像素子１０８の平面図において、９行１列目に配置された焦点検出が可能な画素に対して対となる焦点検出可能な画素が、斜め方向の隣接する位置（図中１０行２列目）に配置されている。対となる焦点検出可能な画素は、同様に遮光部３３５及び分離部３１２で分割され光電変換部Ｐβ３と光電変換部Ｐγ３_２に分離されている。相対的に面積の小さい光電変換部Ｐβ３の中心は、画素中心に対して＋ｘ方向に前述した第３の偏位量で偏位している。
【０１２６】
図１２（ｆ）は、撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の受光分布説明図である。図中、白黒の濃淡が受光可能な光量を示しており、白い領域が受光光量が高くなっている。撮像素子１０８の１０行２列目に配設された画素の光電変換部Ｐβ３は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓβ３を受光可能になっている。一方、光電変換部Ｐγ３_２は、撮影レンズ２００の瞳上の領域Ｓγ３_２を受光可能になっている。図中、撮影レンズ２００の光軸（図中ｘ−ｙ軸の交点）から−ｘ方向に距離ｘβ３の位置の受光光量が低くなっている領域は、光電変換部を分割する遮光部３３５及び分離部３１２によるものである。
【０１２７】
また、光電変換部Ｐα１を有する焦点検出可能な画素（図１１中１行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【０１２８】
同様に、光電変換部Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素（図１１中２行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ１を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【０１２９】
図１３（ａ）は、光電変換部Ｐα１を有する画素群により生成される線像Ｉα１、光電変換部Ｐβ１を有する画素群により生成される線像Ｉβ１を示している。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐα１及び焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐβ１から信号を出力する。
【０１３０】
また、光電変換部Ｐα２を有する焦点検出可能な画素（図１１中５行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【０１３１】
同様に、光電変換部Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素（図１１中６行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ２を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【０１３２】
図１３（ｂ）は、光電変換部Ｐα２を有する画素群により生成される線像Ｉα２、光電変換部Ｐβ２を有する画素群により生成される線像Ｉβ２を示している。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐα２及び焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐβ２から信号を出力する。
【０１３３】
また、光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素（図１１中９行１列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐα３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【０１３４】
同様に、光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素（図１１中１０行２列目）の＋ｘ方向に４画素周期で隣接した位置に同様の光電変換部Ｐβ３を有する焦点検出可能な画素が配設されている。
【０１３５】
図１３（ｃ）は、光電変換部Ｐα３を有する画素群により生成される線像Ｉα３、光電変換部Ｐβ３を有する画素群により生成される線像Ｉβ３を示している。撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐα３及び焦点検出が可能な画素群の光電変換部Ｐβ３から信号を出力する。
【０１３６】
ここで、図１２（ｅ）及び図１２（ｆ）の光量分布説明図から明らかなように、光電変換部Ｐα３で受光可能な瞳領域Ｓα３と光電変換部Ｐβ３で受光可能な瞳領域Ｓβ３とは大きく異なっている。そのため、光電変換部Ｐα３を有する画素群により生成される線像Ｉα３と光電変換部Ｐβ３を有する画素群により生成される線像Ｉβ３は出力が大きく異なっている。その結果、光電変換部Ｐα３を有する画素群により生成される焦点検出用の画像と光電変換部Ｐβ３を有する画素群により生成される焦点検出用の画像の相関性が低いため、本実施形態では光電変換部Ｐα３を有する画素群による出力と光電変換部Ｐβ３を有する画素群による出力は焦点検出には使用しない。
【０１３７】
以上のように、撮影レンズ２００の焦点状態を検出する場合は、焦点検出可能な画素群の相対的に面積の狭い光電変換部のみの信号を使用し、かつ生成された対をなす像の出力の差が小さいときに検出が行われる。一方、通常の画像の撮影時は、光電変換部が分割されていない第１の画素の光電変換部の出力と、光電変換部が分割された第２の画素の２つの光電変換部の加算された出力が読み出される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図６】
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【図１２】
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