(57)【要約】【課題】  カラー撮影センサを用いて位相差方式の焦点検出を行なうデジタルスチルカメラにおいて、被写体パターン等による被写体依存のない焦点検出を行なう。【解決手段】  イメージセンサの１画素は、１つのマイクロレンズとカラーフィルタに対して２つの受光部を有し、複数画素からなる１つの絵素には受光部の配置が異なる少なくとも１画素を含むことにより、撮影レンズの瞳分割方向が異なる光束により焦点検出を行なうカメラ。【選択図】  図１
2007065330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズを透過した被写体光をイメージセンサで受光し、その撮像画像を出力可能なカメラにおいて、そのイメージセンサの１画素は１つのマイクロレンズ及びカラーフィルタに対して２つの受光部を有し、複数画素からなる１つの絵素には前記受光部の配置が異なる少なくとも１つの画素が含まれていて、前記イメージセンサの同色のカラーフィルタが形成された受光部の出力に基づき撮影レンズの焦点検出が行われることを特徴とするカメラ。
【請求項２】
撮影レンズの予定結像面に配置されたイメージセンサの１画素は１つのマイクロレンズに対して複数の受光部を有し、その受光部の面積は少なくとも２種類あることを特徴とするカメラ。
【請求項３】
前記受光部のうち、マイクロレンズの光軸に対して対象な位置に配置された受光部の形状は同一であることを特徴とする請求項２に記載のカメラ。
【請求項４】
前記イメージセンサは、１画素内の複数の受光部の出力を加算あるいは非加算して出力可能であることを特徴とする請求項１〜３に記載のカメラ。
【請求項５】
前記イメージセンサは、１画素内の複数の受光部のうち加算を行う受光部の数を変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
【請求項６】
前記イメージセンサは、１画素内の複数の受光部のうち加算を行う受光部の組み合わせを変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
【請求項７】
前記マイクロレンズは撮影レンズの瞳とイメージセンサ受光部を共役関係に位置づけていることを特徴とするカメラ。
【請求項８】
撮影レンズを透過した被写体光をイメージセンサで受光し、その撮像画像を出力可能なカメラにおいて、撮影レンズの瞳位置近傍に撮影光路から進退可能であって撮影レンズ光軸に対して対称な位置に設けられた２つの開口を少なくとも２組有するマスクを具備し、少なくとも前記撮影レンズ光軸に対して対称な位置に設けられた２つの開口を透過する光の波長特性は等価であることを特徴とするカメラ。
【請求項９】
前記マスクの開口は原色光を透過する波長特性を有し、前記イメージセンサは補色フィルタが設けられていることを特徴とする請求項８に記載のカメラ。
【請求項１０】
前記マスクの開口を透過する光の波長特性が異なる複数のマスクを具備していることを特徴とする請求項８〜９に記載のカメラ。
【請求項１１】
前記マスクの開口の位置が異なる複数のマスクを具備していることを特徴とする請求項８〜１０に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサを用いて焦点検出を行うデジタルスチルカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来デジタルスチルカメラの焦点検出方式には、レンズシャッターカメラに用いられている三角測距方式や、ビデオカメラに用いられているコントラスト検出方式等がある。
【０００３】
三角測距方式は特公昭４７−２３９２９号公報に開示されているように、被写体に赤外光を投射し被写体からの反射光を投射光とは異なる位置にある受光レンズを介してＰＳＤ等のセンサで受光して、その受光位置から被写体距離を検出するものである。
【０００４】
また、コントラスト検出方式は特公昭３９−５２６５号公報に開示されているように、撮影レンズを駆動しながらイメージセンサで撮像された画像のコントラストの変化を検出して焦点検出を行うものである。
【０００５】
しかしながら三角測距による焦点検出方式は、測距光学系と撮像光学系とが異なるため測距光学系の像面と撮像光学系の像面とを合わせ込まなければならないという欠点がある。
【０００６】
また、コントラスト検出による焦点検出方式は、撮影レンズを動かしながらイメージセンサにて撮像された画像のコントラストを検出してその変化量から焦点状態を検出しているため、たとえば合焦状態から大きく離れた状態においては焦点検出に時間がかかるという欠点がある。
【０００７】
そこで近年、撮像センサを用いて一眼レフカメラに用いられている位相差方式の焦点検出を行うデジタルスチルカメラが販売されている。このカメラは、焦点検出時に撮影レンズの瞳近傍に開口を有するマスクを挿入しその時撮像されたイメージセンサの画素から焦点検出を行っている。
【０００８】
また、レンズの１次結像面にマイクロレンズ付きのセンサを配置し位相差方式の焦点検出を行う方法は、特開昭５５−１１１９２８号公報、特開昭５８−２４１０５号公報等に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら撮影レンズの１次結像面で位相差方式の焦点検出を行う従来の焦点検出装置は、カラー画像を撮像することを前提に構成されていなかったり、撮影レンズの瞳分割方向が１方向でしかなかったりして焦点検出精度が低いという欠点があった。
【００１０】
また撮影レンズの瞳を複数方向に分割する従来の焦点検出装置において、１画素内に設けられた複数の受光部の面積は同一であるため、撮影レンズの多数方向に分割するために多数の受光部が形成されていると１つの受光部の出力が低下し焦点検出精度が低下するという欠点があった。
【００１１】
また撮影レンズの１次結像面に配置されたイメージセンサを用いて位相差方式の焦点検出を行う従来の焦点検出装置において、１画素内に設けられた複数の受光部のうち１つの受光部の出力を用いて被写体画像を形成するとピントの合っていない領域では正しい被写体像を再現できないという欠点があった。
【００１２】
また撮影レンズの瞳を複数方向に分割する従来の焦点検出装置において、１画素内に設けられた複数の受光部のうち演算に用いる受光部は固定であるため、被写体輝度が変化すると焦点検出精度が低下してしまうという欠点があった。
【００１３】
また撮影レンズの瞳近傍に開口を有するマスクを配置し１次結像面にあるイメージセンサの出力画像を用いて焦点検出を行う従来の焦点検出装置は、撮影レンズの瞳分割方向が１方向しかないため被写体パターンによって焦点検出精度が低下するという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、撮影レンズを透過した被写体光をイメージセンサで受光し、その撮像画像を出力可能なカメラにおいて、そのイメージセンサの１画素は１つのマイクロレンズ及びカラーフィルタに対して２つの受光部を有し、複数画素からなる１つの絵素には前記受光部の配置が異なる少なくとも１つの画素を含み、イメージセンサの同色のカラーフィルタが形成された受光部の出力に基づき撮影レンズの焦点検出を行うことにより、被写体パターンによらずに高精度の焦点検出が可能となるとともに、焦点検出を行うためのセンサ出力も大きくとれて焦点検出能力を向上させることが可能となった。
【００１５】
また、撮影レンズの予定結像面に配置されたイメージセンサの１画素は１つのマイクロレンズに対して複数の受光部を有し、その受光部の面積は少なくとも２種類あるように構成することにより、被写体輝度によって焦点検出に使用する受光部を選択して焦点検出精度を向上させることが可能となった。
【００１６】
また、イメージセンサは１画素内の複数の受光部の出力を加算あるいは非加算して出力できるように構成することにより、受光部出力を非加算することによって焦点検出が可能となるとともに、複数の受光部出力を加算することによって良好な被写体像を出力して焦点検出精度を向上させることが可能となった。
【００１７】
また、イメージセンサは１画素内の複数の受光部のうち加算を行う受光部の数を変更に構成することにより、被写体輝度によって焦点検出に使用する受光部を選択して焦点検出精度を向上させることが可能となった。
【００１８】
また、撮影レンズを透過した被写体光をイメージセンサで受光し、その撮像画像を出力可能なカメラにおいて、撮影レンズの瞳位置近傍に撮影光路から進退可能であって撮影レンズ光軸に対して対称な位置に設けられた２つの開口を少なくとも２組有するマスクを具備し、少なくとも前記撮影レンズ光軸に対して対称な位置に設けられた２つの開口を透過する光の波長特性が等価になるように構成することにより、被写体パターンによらず高精度の焦点検出が可能となった。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、撮影レンズを透過した被写体光をイメージセンサで受光し、その撮像画像を出力可能なカメラにおいて、そのイメージセンサの１画素は１つのマイクロレンズ及びカラーフィルタに対して２つの受光部を有し、複数画素からなる１つの絵素には前記受光部の配置が異なる少なくとも１つの画素を含み、イメージセンサの同色のカラーフィルタが形成された受光部の出力に基づき撮影レンズの焦点検出を行うことにより、被写体パターンによらずに高精度の焦点検出が可能となるとともに、焦点検出を行うためのセンサ出力も大きくとれて焦点検出能力を向上させる効果がある。
【００２０】
また、撮影レンズの予定結像面に配置されたイメージセンサの１画素は１つのマイクロレンズに対して複数の受光部を有し、その受光部の面積は少なくとも２種類あるように構成することにより、被写体輝度によって焦点検出に使用する受光部を選択して焦点検出精度を向上させる効果がある。
【００２１】
また、イメージセンサは１画素内の複数の受光部の出力を加算あるいは非加算して出力できるように構成することにより、受光部出力を非加算することによって焦点検出が可能となるとともに、複数の受光部出力を加算することによって良好な被写体像を出力して焦点検出精度を向上させる効果がある。
【００２２】
また、イメージセンサは１画素内の複数の受光部のうち加算を行う受光部の数を変更に構成することにより、被写体輝度によって焦点検出に使用する受光部を選択して焦点検出精度を向上させる効果がある。
【００２３】
また、撮影レンズを透過した被写体光をイメージセンサで受光し、その撮像画像を出力可能なカメラにおいて、撮影レンズの瞳位置近傍に撮影光路から進退可能であって撮影レンズ光軸に対して対称な位置に設けられた２つの開口を少なくとも２組有するマスクを具備し、少なくとも前記撮影レンズ光軸に対して対称な位置に設けられた２つの開口を透過する光の波長特性が等価になるように構成することにより、被写体パターンによらず高精度の焦点検出が行える効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施例）
図１〜図４は本発明の第１の実施例で、図１はデジタルスチルカメラの構成説明図、図２は焦点検出光学系の説明図、図３はイメージセンサ説明図、図４はデジタルスチルカメラの動作説明フローである。
【００２５】
図１に示すように本発明のデジタルスチルカメラは、被写体を観察するためのファインダー光学系１０、被写体を撮影するための撮影レンズ１と撮影レンズの焦点状態を調節するための撮影レンズ駆動機構３、撮影レンズ１を透過した被写体光を受光するイメージセンサ２０とそれを駆動するイメージセンサ駆動回路４、イメージセンサ２０にて撮像した画像を表示するための液晶表示素子２とそれを駆動する液晶表示素子駆動回路５、イメージセンサ２０にて撮像された画像を記録するメモリ６、メモリ６に記録された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース７、カメラ全体を制御するＣＰＵ、撮影者がカメラを制御するための操作スイッチＳＷ１、ＳＷ２とから構成されている。
【００２６】
以下、図４の動作フローに従って説明する。
【００２７】
撮影者が、図１には不図示のデジタルスチルカメラの電源をＯＮすると、カメラ全体を制御するＣＰＵは待機状態になる（＃１００）。撮影者がファインダー光学系１０を通して撮影構図を決定し、焦点調節を行うために操作スイッチＳＷ１をＯＮすると（＃１０１）、ＣＰＵはイメージセンサ駆動回路４にＡＦ信号を送ってイメージセンサ２０にてＡＦ画像の撮像を行う。
【００２８】
ここで、本発明のデジタルスチルカメラの焦点検出方法を図２を用いて説明する。
【００２９】
撮影レンズ１の予定結像面にイメージセンサ２０が配置されている。図中イメージセンサ２０は便宜上３画素しか表示してないが、実際は数百万画素から構成されている。イメージセンサ２０の各画素にはマイクロレンズ２１が形成されており、撮影レンズ１を透過した被写体光を効率よくイメージセンサ２０の受光部２３に集光するようになっている。マイクロレンズ２１は撮影レンズ１の瞳とイメージセンサ２０の受光部２３とが共役となるように設計されている。また、マイクロレンズ２１と受光部２３との間にはカラーフィルタ２２が形成されていて、イメージセンサ２０はカラー画像を再生できるようになっている。
【００３０】
イメージセンサ２０の１画素には１つのマイクロレンズ２１及びカラーフィルタ２２に対して２つの受光部２３ａ、２３ｂが形成されている。ここで、イメージセンサ２０は特開平９−４６５９６号公報に開示されているＣＭＯＳセンサで、１画素内に２つの受光部（光電変換部）２３ａ、２３ｂとその受光部間に不図示の１つのフローティングディフュージョン部を有している。さらに各受光部２３とフローディングディフュージョン部間には不図示の転送スイッチＭＯＳトランジスタが設けられ、各受光部２３で発生した電荷をフローティングディフュージョン部に選択的に転送可能なように構成されている。
【００３１】
また図２において、上側の受光部２３ａはマイクロレンズ２１を介して撮影レンズ１の下側の瞳からの光束を受光するようになっており、一方図中下側の受光部２３ｂはマイクロレンズ２１を介して撮影レンズ１の上側の瞳からの光束を受光するようになっている。
【００３２】
このように焦点検出を行う場合は、イメージセンサ２０の受光部２３ａ、２３ｂにて発生した電荷は個別にフローティングディフュージョン部に転送して不図示のアンプを介してイメージセンサ駆動回路４に出力される。ＣＰＵはイメージセンサ駆動回路４にてＡ／Ｄ変換された各受光部２３ａ、２３ｂの出力信号に基づいて相関演算をおこない撮影レンズ１の焦点状態を検出する。相関演算を行って焦点状態を検出する位相差方式の焦点検出方法は公知である。
【００３３】
図３はイメージセンサ２０の一部拡大図である。イメージセンサ２０には原色Ｂａｙｅｒ配列のカラーフィルタ２２が設けられている。図中Ｒ、Ｇ、Ｂはカラーフィルタ２２の色素を表し、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの４画素で１つの絵素を構成している。
【００３４】
本発明のイメージセンサ２０は１画素内に２つの受光部を有していることのほかに、１絵素を構成する４画素の内少なくとも１画素の受光部の配置が他と異なっていることを特徴としている。
【００３５】
焦点検出時、たとえばイメージセンサ２０のＧ成分である２３ａｈ１、２３ｂｈ１、２３ａｈ２、２３ｂｈ２…がそれぞれ個別に読み出される。ＣＰＵは読み出された（２３ａｈ１、２３ａｈ２、２３ａｈ３、…）で形成される画像Ａｈ像と（２３ｂｈ１、２３ｂｈ２、２３ｂｈ３、…）で形成される画像Ｂｈ像とで相関演算を行うことにより、図中水平方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。Ｒ成分、Ｂ成分の画素でも同様である。
【００３６】
一方、１絵素を構成する４画素の内もう一つのＧ成分の受光部の配置は他と異なり、図中垂直方向の瞳分割像が得られるように配置されている。ＣＰＵは同様に読み出された（２３ａｖ１、２３ａｖ２、２３ａｖ３、…）で形成される画像Ａｖ像と（２３ｂｖ１、２３ｂｖ２、２３ｂｖ３、…）で形成される画像Ｂｖ像とで相関演算を行うことにより、図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００３７】
このように１絵素を構成する４画素の内少なくとも１画素の受光部の配置が他と異なっているように構成していることにより、被写体パターン（たとえば縦縞パターンや横縞パターン）によらず良好な焦点検出が可能となる。
【００３８】
撮影レンズ１の焦点状態が検出されると、ＣＰＵはレンズ駆動機構３に撮影レンズ１の焦点調節信号を送って撮影レンズ１を所定の位置まで駆動して合焦状態に設定する。
【００３９】
図４において撮影レンズ１の焦点調節が終了すると（＃１０２）、ＣＰＵは操作スイッチＳＷ２の状態を確認する（＃１０３）。操作スイッチＳＷ２が押されたら（＃１０３）、ＣＰＵはイメージセンサ駆動回路４にＡＦ信号を送ってイメージセンサ２０にて本撮像を行う（＃１０４）。
【００４０】
本撮像の場合、イメージセンサ駆動回路４はイメージセンサ２０の受光部２３ａ及び２３ｂにて発生した電荷が一緒にフローティングディフュージョン部に転送されるように転送スイッチＭＯＳトランジスタを制御する。イメージセンサ２０内部で電荷が加算されたのちに増幅して出力されるためＳ／Ｎの良い画像信号を出力することが可能である。さらにイメージセンサ駆動回路４は１画素に対して１つの画像信号を受け取ってＡ／Ｄ変換を行う。ＣＰＵはその画像信号を画像処理後、液晶駆動回路５に送って液晶表示素子２に表示する（＃１０５）。同時にＣＰＵは画像信号をメモリ６に記録する（＃１０６）。
【００４１】
メモリ６に記録された画像信号は、インターフェース７を介してカメラ外部に出力することが可能となっている。
【００４２】
一連の動作が終了すると、撮影者が再び操作スイッチを操作するまで待機する（＃１０７）。
【００４３】
図５はイメージセンサ２０の受光部レイアウトの別の実施形態である。
【００４４】
イメージセンサ２０には原色Ｂａｙｅｒ配列のカラーフィルタ２２が設けられている。図中Ｒ、Ｇ、Ｂはカラーフィルタ２２の色素を表し、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの４画素で１つの絵素を構成している。また、１絵素を構成する４画素の内２つの画素の受光部の配置が他と異なっていることを特徴としている。
【００４５】
同図において焦点検出時、たとえばイメージセンサ２０のＧ成分のうち受光部が紙面右上方向に分離して配置した画素である２３ａｐ１、２３ｂｐ１、２３ａｐ２、２３ｂｐ２…がそれぞれ個別に読み出される。ＣＰＵは読み出された（２３ａｐ１、２３ａｐ２、２３ａｐ３、…）で形成される画像Ａｐ像と（２３ｂｐ１、２３ｂｐ２、２３ｂｐ３、…）で形成される画像Ｂｐ像とで相関演算を行うことにより、図中右斜め方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００４６】
一方、１絵素を構成する４画素の内もう一つのＧ成分の受光部の配置は他と異なり、図中左斜め方向の瞳分割像が得られるように配置されている。ＣＰＵは同様に読み出された（２３ａｑ１、２３ａｑ２、２３ａｑ３、…）で形成される画像Ａｑ像と（２３ｂｑ１、２３ｂｑ２、２３ｂｑ３、…）で形成される画像Ｂｑ像とで相関演算を行うことにより、図中左斜め方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００４７】
また、Ｒ成分、Ｂ成分についてもそれぞれの受光部による瞳分割画像から焦点検出が可能である。
【００４８】
図６はイメージセンサ２０の受光部レイアウトの別の実施形態である。
【００４９】
イメージセンサ２０には原色六方細密配列のカラーフィルタ２２が設けられている。図中Ｒ、Ｇ、Ｂはカラーフィルタ２２の色素を表し、Ｒ、Ｇ、Ｂの３画素で１つの絵素を構成している。また、１絵素を構成する３画素の内１画素の受光部の配置が他と異なっていることを特徴としている。
【００５０】
同図において焦点検出時、たとえばイメージセンサ２０のＧ成分のうち受光部が図中水平方向に分離配置された２３ａｈ１、２３ｂｈ１、２３ａｈ２、２３ｂｈ２…がそれぞれ個別に読み出される。ＣＰＵは読み出された（２３ａｈ１、２３ａｈ２、２３ａｈ３、…）で形成される画像Ａｈ像と（２３ｂｈ１、２３ｂｈ２、２３ｂｈ３、…）で形成される画像Ｂｈ像とで相関演算を行うことにより、図中水平方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００５１】
一方、ＣＰＵはＧ成分の受光部のうち図中垂直方向の瞳分割像が得られるように配置された画素を読み出すと、読み出された（２３ａｖ１、２３ａｖ２、２３ａｖ３、…）で形成される画像Ａｖ像と（２３ｂｖ１、２３ｂｖ２、２３ｂｖ３、…）で形成される画像Ｂｖ像とで相関演算を行うことにより、図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００５２】
Ｒ成分、Ｂ成分の画素でも同様に図中水平方向及び図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能である。
【００５３】
（第２の実施例）
図７〜図８は本発明の第２の実施例で、図７は本発明のデジタルスチルカメラにて使用されるイメージセンサの受光部レイアウト説明図、図８はイメージセンサの画素説明図である。
【００５４】
イメージセンサは撮影レンズの予定結像面に配置され、第１の実施例と同様に画像出力を制御することにより焦点検出画像を出力したり、本画像を出力したりすることが可能である。本実施例のデジタルスチルカメラの構成は第１の実施例と同じなので省略する。
【００５５】
イメージセンサには原色六方細密配列のカラーフィルタが設けられている。図中Ｒ、Ｇ、Ｂはカラーフィルタの色素を表し、Ｒ、Ｇ、Ｂの３画素で１つの絵素を構成している。また、イメージセンサの１画素には受光部が６個３組配置されている。１画素内の３組の受光部の分離方向は、各色素の周期配列方向と一致している。
【００５６】
たとえば焦点検出時には、Ｇ成分においては先ず図面垂直方向に配列したＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５、…の各画素のうち図８に示すａ及びｂの受光部の電荷が各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ２１ａ、Ｓ２３ａ、Ｓ２５ａ、…）で形成される画像Ａ像と（Ｓ２１ｂ、Ｓ２３ｂ、Ｓ２５ｂ、…）で形成される画像Ｂ像とで相関演算を行うことにより、図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００５７】
また同時に、たとえば図面右斜め上方向に配列したＳ１４、Ｓ２３、Ｓ４２、Ｓ５１、…の各画素のうち図８に示すｃ及びｄの受光部の電荷も各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ１４ｃ、Ｓ２３ｃ、Ｓ４２ｃ、Ｓ５１ｃ…）で形成される画像Ｃ像と（Ｓ１４ｄ、Ｓ２３ｄ、Ｓ４２ｄ、Ｓ５１ｄ、…）で形成される画像Ｄ像とで相関演算を行うことにより、図中右斜め上方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００５８】
さらに同時に、たとえば図面左斜め上方向に配列したＳ１２、Ｓ２３、Ｓ４４、Ｓ５５、…の各画素のうち図８に示すｅ及びｆの受光部の電荷も各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ１２ｅ、Ｓ２３ｅ、Ｓ４４ｅ、Ｓ５５ｅ、…）で形成される画像Ｅ像と（Ｓ１２ｆ、Ｓ２３ｆ、Ｓ４４ｆ、Ｓ５５ｆ、…）で形成される画像Ｆ像とで相関演算を行うことにより、図中左斜め上方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００５９】
このように、複数方向の瞳分割画像に基づいて焦点検出を行うことにより被写体パターンに依存しない良好な焦点検出が可能となる。
【００６０】
またＲ成分、Ｂ成分の画素でも同様に図中水平方向及び図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能である。
【００６１】
また本画像撮像時には、１画素内の６つの受光部の電荷が全て加算されて出力されるように制御される。
【００６２】
本実施例では、焦点検出時１画素内の個々の受光部の電荷が個別に出力されてその画像信号に基づいて焦点検出が行われる例を示したが、被写体画像が暗いときには図中水平方向の画素列Ｓ１２、Ｓ４２、Ｓ７２、…の画素のうち図８に示したｅとｄの受光部の電荷を加算した信号とｃとｆの受光部の電荷を加算した信号を個別に出力して焦点検出することも可能である。２つの受光部の電荷を加算して出力された信号に基づいて焦点検出を行うことにより、Ｓ／Ｎの良い焦点検出が可能となる。
【００６３】
また、加算を行う受光部の組み合わせは（ａ＋ｃ＋ｅ）と（ｂ＋ｄ＋ｆ）、あるいは（ａ＋ｅ＋ｄ）と（ｂ＋ｃ＋ｆ）、あるいは（ａ＋ｃ＋ｅ）と（ｂ＋ｄ＋ｆ）とがある。これらの組み合わせは被写体パターンに応じて選択するのが効果的である。
【００６４】
図９はイメージセンサの受光部レイアウトの別の実施形態である。図１０はイメージセンサの画素説明図である。図中Ｒ、Ｇ、Ｂはカラーフィルタの色素を表し、Ｒ、Ｇ、Ｂの３画素で１つの絵素を構成している。また、イメージセンサの１画素には受光部が８個４組配置されている。１画素内の４組の受光部の分離方向は、各色素の周期配列方向と一致している。
【００６５】
たとえば焦点検出時には、Ｇ成分においては先ず図面垂直方向に配列したＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５、…の各画素のうち図１０に示すａ及びｂの受光部の電荷が各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ２１ａ、Ｓ２３ａ、Ｓ２５ａ、…）で形成される画像Ａ像と（Ｓ２１ｂ、Ｓ２３ａ、Ｓ２５ａ、…）で形成される画像Ｂ像とで相関演算を行うことにより、図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００６６】
また同時に、たとえば図面水平方向に配列したＳ１４、Ｓ４３、…の各画素のうち図１０に示すｃ及びｄの受光部の電荷も各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ１４ｃ、Ｓ４３ｃ、…）で形成される画像Ｃ像と（Ｓ１４ｄ、Ｓ４３ｄ、…）で形成される画像Ｄ像とで相関演算を行うことにより、図中水平方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００６７】
さらに同時に、たとえば図面右斜め上方向に配列したＳ１４、Ｓ２１、…の各画素のうち図１０に示すｇ及びｈの受光部の電荷も各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ１４ｇ、Ｓ２１ｇ、…）で形成される画像Ｇ像と（Ｓ１４ｈ、Ｓ２１ｈ、…）で形成される画像Ｈ像とで相関演算を行うことにより、図中右斜め上方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００６８】
さらに同時に、たとえば図面右斜め上方向に配列したＳ１２、Ｓ２５、…の各画素のうち図１０に示すｅ及びｆの受光部の電荷も各々個別に出力される。ＣＰＵは（Ｓ１２ｅ、Ｓ２５ｅ、…）で形成される画像Ｅ像と（Ｓ１２ｆ、Ｓ２５ｆ、…）で形成される画像Ｆ像とで相関演算を行うことにより、図中左斜め上方向の瞳分割像に基づいて焦点検出を行うことが可能となる。
【００６９】
このように、複数方向の瞳分割画像に基づいて焦点検出を行うことにより被写体パターンに依存しない良好な焦点検出が可能となる。
【００７０】
またＲ成分、Ｂ成分の画素でも同様に図中水平方向及び図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能である。
【００７１】
また本画像撮像時には、１画素内の８つの受光部の電荷が全て加算されて出力されるように制御される。
【００７２】
また、図１０に示すように１画素内の個々の受光部の大きさは異なっており、受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄは他の受光部に対して面積が大きく形成されている。このとき対をなす受光部ａ及びｂ、ｃ及びｄ、ｅ及びｆ、ｇ及びｈは受光部の形状は同一になるように形成されている。そのため、被写体画像が暗いときには１画素内の受光部の面積が大きいａ、ｂ、ｃ、ｄの受光部の電荷を個別に焦点検出を行えば、Ｓ／Ｎの良い焦点検出が可能となる。
【００７３】
（第３の実施例）
図１１〜図１３は本発明の第３の実施例で、図１１はデジタルスチルカメラの構成説明図、図１２はイメージセンサ説明図、図１３はマスク説明図である。
【００７４】
本実施例のデジタルスチルカメラの構成において第１の実施例と同一の部材には同一の番号が付番されている。図１１において８は焦点検出時に撮影光学系に挿入されるマスク、９はマスク８を撮影光学系から進退させるマスク駆動機構である。マスク８は図１３に示すように、中心に対して対称に４個２組８ａ及び８ｂ、８ｃ及びｄの開口が形成されている。
【００７５】
以下、デジタルスチルカメラの動作を説明する。
【００７６】
撮影者が、ファインダー光学系１０を通して撮影構図を決定し、焦点調節を行うために操作スイッチＳＷ１をＯＮすると、ＣＰＵはマスク駆動機構９に駆動信号を送ってマスク８を撮影光学系の中に挿入させる。マスク８の２組の開口８ａ及び８ｂ、８ｃ及び８ｄには透過光の波長を制御する波長選択部材、たとえば原色カラーフィルタが形成されている。ここで開口８ａ及び８ｂには緑成分を透過させるカラーフィルタ、開口８ｃ及び８ｄには青成分を透過させるカラーフィルタが配設されている。
【００７７】
さらにＣＰＵはイメージセンサ駆動回路４にＡＦ信号を送ってイメージセンサ２０にてＡＦ画像の撮像を行う。
【００７８】
図１２（ａ）はイメージセンサ２０の一部拡大図である。イメージセンサ２０には補色Ｂａｙｅｒ配列のカラーフィルタが設けられている。図中Ｃ、Ｍ、Ｗはカラーフィルタの色素を表し、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｗの４画素で１つの絵素を構成している。図１２（ｂ）に示すように、イメージセンサ２０の各画素は４つの受光部から構成されている。
【００７９】
焦点検出時、撮影レンズ１を透過した被写体光はマスク８で波長選択されイメージセンサ２０に到達する。このときイメージセンサ２０の受光部ａにはマスク８の開口８ａを透過した緑色光が到達している。同様に、イメージセンサ２０の受光部ｂにはマスク８の開口８ｂを透過した緑色光が到達している。
【００８０】
そこでＣＰＵは、たとえばイメージセンサ２０の垂直方向に配列しているＣ、Ｙ成分の画素Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、…の受光部Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂ、Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂ、Ｓ１３ａ、Ｓ１３ｂ、Ｓ１４ａ、Ｓ１４ｂ、Ｓ１５ａ、Ｓ１５ｂ、…の画素出力をイメージセンサ駆動回路４を介して読み出す。さらにＣＰＵは読み出された（Ｓ１１ａ、Ｓ１２ａ、Ｓ１３ａ、Ｓ１４ａ、Ｓ１５ａ、…）で形成される画像Ａ像と（Ｓ１１ｂ、Ｓ１２ｂ、Ｓ１３ｂ、Ｓ１４ｂ、Ｓ１５ｂ、…）で形成される画像Ｂ像とで相関演算を行うことにより、図中垂直方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００８１】
一方、イメージセンサ２０の受光部ｃにはマスク８の開口８ｃを透過した青色光が到達している。同様に、イメージセンサ２０の受光部ｄにはマスク８の開口８ｄを透過した青色光が到達している。
【００８２】
そこでＣＰＵは、たとえばイメージセンサ２０の水平方向に配列しているＣ、Ｍ成分の画素Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１、Ｓ５１、…の受光部Ｓ１１ｃ、Ｓ１１ｄ、Ｓ２１ｃ、Ｓ２１ｄ、Ｓ３１ｃ、Ｓ３１ｄ、Ｓ４１ｃ、Ｓ４１ｄ、Ｓ５１ｃ、Ｓ５１ｄ、…の画像出力をイメージセンサ駆動回路４を介して読み出す。さらにＣＰＵは読み出された（Ｓ１１ｃ、Ｓ２１ｃ、Ｓ３１ｃ、Ｓ４１ｃ、Ｓ５１ｃ、…）で形成される画像Ｃ像と（Ｓ１１ｄ、Ｓ２１ｄ、Ｓ３１ｄ、Ｓ４１ｄ、Ｓ５１ｄ、…）で形成される画像Ｄ像とで相関演算を行うことにより、図中水平方向の瞳分割像に基づいて焦点検出が可能となる。
【００８３】
このようにイメージセンサに補色カラーフィルタを設け撮影光学系に原色の波長選択性を有する開口を具備したマスクを配置することにより、相関像を得るためのサンプリングピッチを狭くすることが可能になるとともに被写体パターン（たとえば縦縞パターンや横縞パターン）によらず良好な焦点検出が可能となる。
【００８４】
撮影レンズ１の焦点状態が検出されると、ＣＰＵはレンズ駆動機構３に撮影レンズ１の焦点調節信号を送って撮影レンズ１を所定の位置まで駆動して合焦状態の設定をする。
【００８５】
撮影レンズ１の焦点調節が終了し、撮影者が操作スイッチＳＷ２が押したならばＣＰＵはイメージセンサ駆動回路４にＡＦ信号を送ってイメージセンサ２０にて本撮像を行う。
【００８６】
本撮像の場合、イメージセンサ駆動回路４はイメージセンサ２０の受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄにて発生した電荷が一緒にフローティングディフュージョン部に転送されるように転送スイッチＭＯＳトランジスタを制御する。イメージセンサ２０内部で電荷が加算されたのちに増幅して出力されるためＳ／Ｎの良い画像信号を出力することが可能である。さらにイメージセンサ駆動回路４は１画素に対して１つの画像信号を受け取ってＡ／Ｄ変換を行う。ＣＰＵはその画像信号を画像処理後、液晶駆動回路５に送って液晶表示素子２に表示する。同時にＣＰＵは画像信号をメモリ６に記録する。
【００８７】
メモリ６に記録された画像信号は、インターフェース７を介してカメラ外部に出力することが可能となっている。
【００８８】
本実施例では、マスク８の開口に緑色光及び青色光を透過する原色カラーフィルタを配設する例を示したが、他の原色カラーフィルタの組み合わせでも同様の効果が得られる。
【００８９】
また、イメージセンサ２０の受光部及びマスク８の開口が図中上下左右に分離配置された例を示したが、図１４のマスクの説明図に示すように斜め方向に分離配置した構成をとっても被写体パターンに依存しない良好な焦点検出が可能となる。
【００９０】
また、図１５（ａ）、図１５（ｂ）のマスクの説明図に示すように、開口の位置が異なるマスクを複数具備し被写体パターンにより選択して使用するのも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】カメラの構成説明図
【図２】光学系説明図
【図３】イメージセンサ説明図
【図４】イメージセンサ説明図
【図５】イメージセンサ説明図
【図６】イメージセンサ説明図
【図７】イメージセンサ説明図
【図８】受光部説明図
【図９】イメージセンサ説明図
【図１０】受光部説明図
【図１１】カメラの断面図
【図１２】イメージセンサ説明図
【図１３】マスク説明図
【図１４】マスク説明図
【図１５】マスク説明図
【符号の説明】
【００９２】
１  撮影レンズ
２  液晶表示素子
３  レンズ駆動機構
４  イメージセンサ駆動回路
５  液晶駆動回路
６  メモリー回路
７  インターフェース
８  マスク
９  マスク駆動機構
１０  接眼レンズ
２０  イメージセンサ
２１  マイクロレンズ
２２  カラーフィルタ
２３  受光部
【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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