(57)【要約】【課題】簡略な構成で、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供する。【解決手段】撮像光学系が装着可能、又は、撮像光学系が固定された撮像装置において、画素が２次元的に配列された撮像素子と、少なくとも一部の画素に対し、入射する光束の入射方向又は光量を制限する機能を有する入射光制限部と、撮像光学系の瞳の特定領域を透過した光束を少なくとも一部の画素が受光するする位置と、撮像光学系の瞳の特定領域とは少なくとも一部異なる領域を透過した光束を少なくとも一部の画素が受光する位置と、を切り替えるように、入射光制限部と撮像素子との相対位置を変更させる移動部と、それぞれの相対位置での画素の信号を取得する画素信号取得部と、それぞれの相対位置での画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算部と、画素の信号に基づいて、画像データを構成する画像構成部と、を備える。【選択図】図１
2012042856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系が装着可能、又は、撮像光学系が固定された撮像装置において、
画素が２次元的に配列された撮像素子と、
少なくとも一部の前記画素に対し、入射する光束の入射方向又は光量を制限する機能を有する入射光制限部と、
前記撮像光学系の瞳の特定領域を透過した光束を前記少なくとも一部の画素が受光する位置と、前記撮像光学系の瞳の特定領域とは少なくとも一部異なる領域を透過した光束を前記少なくとも一部の画素が受光する位置と、を切り替えるように、前記入射光制限部と前記撮像素子との相対位置を変更させる移動部と、
それぞれの前記相対位置での前記画素の信号を取得する画素信号取得部と、
前記それぞれの前記相対位置での画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算部と、
前記画素の信号に基づいて、画像データを構成する画像構成部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記画素上にオンチップレンズを有し、
前記入射光制限部は前記オンチップレンズの物体側近傍に配置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】
前記移動部は、前記入射光制限部を移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記移動部は、前記撮像素子を移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記入射光制限部を少なくとも２つ備え、
前記移動部は、前記少なくとも２つの前記入射光制限部を互いに異なる移動方向に移動させることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記移動部は、手振れ補正機能を有することを特徴とする請求項１から請求項５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、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置には、主に２つの測距方式がある。すなわち、コントラスト方式と位相差方式である。
コントラスト方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価するいわゆる山登り方式をとるため、合焦時間が長くなるという課題がある。
【０００３】
これに対して、位相差方式では、原理的に１回の測距でデフォーカス量を検出できるため、合焦時間は短い。
従来、位相差情報を検出する手段として、撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された撮像素子を用いた撮像装置が提案されている。この撮像装置では、位相差情報の検出のために瞳が分割されており、例えば特許文献１記載の撮像装置では、オンチップレンズをマスキングすることで、瞳分割機能を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４２５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、撮像用画素と焦点検出用画素を２次元的に配列した撮像装置では、従来、センサの内部に構造物を設けるため、構成が複雑になり、コストも高くなる、という問題があった。また、画質の点においても、撮像と焦点検出を兼ねる焦点検出用画素の信号は、撮像のみを行う撮像用画素の信号に比べ劣化してしまう。
【０００６】
ここで、図面を参照して、射出瞳の分割の具体例について説明する。以下の例ではセンサの内部に構造物を追加して設けることによって射出瞳を分割している。
図２８は、従来の撮像素子９２０（センサー）の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子９２０は、基板内に形成されたｐ型ウエル９３１、Ｐ型ウエル９３１と共に光電荷を発生させ蓄積するｎ型領域９３２α、９３２β、ｎ型領域９３２α、９３２βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と称する。）、ｎ型領域９３２α、９３２βに蓄積された光電荷をＦＤ部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面ｐ＋層９３３α、９３３β、ＦＤ部へ光電荷を転送するための転送ゲート（不図示）、ゲート絶縁膜であるＳｉＯ２膜９３４、ベイヤ配列のカラーフィルタ９３５、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ９３６、を備える。
【０００７】
マイクロレンズ９３６は、撮影光学系のレンズの瞳と表面ｐ＋層９３３α、９３３βとが、共役になるような形状及び位置に形成されている。光電荷は、模式的には、領域９３７で発生する。
【０００８】
図２８に示す例では、光電変換部が、ｎ形領域９３２α及び表面ｐ＋層９３３αと、ｎ形領域９３２β及び表面ｐ＋層９３３βと、に分割されており、これにより射出瞳が分割される。光線Ｌ９３１、Ｌ９３２は、ｎ形領域９３２α及び表面ｐ＋層９３３αと、ｎ形領域９３２β及び表面ｐ＋層９３３βと、にそれぞれ入射する。
【０００９】
次に、図２９を参照して、撮像素子の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図２９は、従来の撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【００１０】
画素９４１は、最上部から、順に、マイクロレンズ９４２、マイクロレンズ９４２を形成するための平面を構成するための平滑層９４３、色画素の混色防止のための遮光膜９４４、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層９４５、及び、光電変換素子９４６が配置されている。画素９５１も画素９４１と同様に、最上部から、順に、マイクロレンズ９５２、平滑層９５３、遮光膜９５４、平滑層９５５、及び、光電変換素子９５６が配置されている。
【００１１】
さらに、これらの画素９４１、９５１においては、遮光膜９４４、９５４が、光電変換素子９４６、９５６の中心部９４７、９５７から外側に偏心した開口部９４８、９５８をそれぞれ有している。
【００１２】
図２９に示す例では、撮像素子の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ９４１、Ｌ９５１は、光電変換素子９４６、９５６にそれぞれ入射することから、射出瞳が分割される。
【００１３】
つづいて、図３０を参照して、レンズを偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図３０は、従来の撮像素子の内部構成を示す図である。
図３０の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ９６１、９６２、９６３、９６４が独立して構成されている。図３０においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ９６１、９６３の光軸９６１ａ、９６３ａは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ９６２、９６４の光軸９６２ａ、９６４ａは画素の中心から右側にずれている。このような構成の２つの画素集合Ａ、Ｂからの出力を比較することで、フォーカス量を算出することができる。
【００１４】
オンチップレンズ９６１、９６２、９６３、９６４では、屈折力と光軸９６１ａ、９６２ａ、９６３ａ、９６４ａの位置等の形状という２つのパラメーターを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのデフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。
【００１５】
図３０に示す例では、撮像素子のオンチップレンズを画素の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ９６１、Ｌ９６２は、オンチップレンズ９６１、９６２にそれぞれ入射し、これにより射出瞳が分割される。
【００１６】
次に、図３１を参照しつつ、ＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）を用いて射出瞳を分割する例を説明する。図３１は、従来の撮像素子の内部構造を示す断面図である。
図３１に示す撮像素子では、オンチップレンズをＤＭＬで構成している。画素９７０と画素９８０はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
【００１７】
図３１において、撮像素子は、ＤＭＬ９７１、９８１、カラーフィルタ９７２、アルミニウム配線９７３、信号伝送部９７４、平坦化層９７５、受光素子９７６、９８６（例えばＳｉフォトダイオード）、及び、Ｓｉ基板９７７を備える。図３１に示すように、アルミニウム配線９７３、信号伝送部９７４、平滑化層９７５、受光素子９７６、９８６、及び、Ｓｉ基板９７７は、半導体集積回路９７８を構成する。ここで、画素９７０と画素９８０の構成は、ＤＭＬ９７１、９８１以外は同様である。
【００１８】
図３１は、入射光束全体のうち、受光素子９７６、９８６にそれぞれ入射する光束の様子を示している。ＤＭＬ９７１、９８１を用いることにより、光束Ｌ９７１、Ｌ９８１は、画素９７０の受光素子９７６と画素９８０の受光素子９８６にそれぞれ入射し、射出瞳が分割される。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、射出瞳を分割するためにセンサの内部に構造物を追加して設けることなく、簡略な構成で、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮像光学系が装着可能、又は、撮像光学系が固定された撮像装置において、画素が２次元的に配列された撮像素子と、少なくとも一部の画素に対し、入射する光束の入射方向又は光量を制限する機能を有する入射光制限部と、撮像光学系の瞳の特定領域を透過した光束を少なくとも一部の画素が受光する位置と、撮像光学系の瞳の特定領域とは少なくとも一部異なる領域を透過した光束を少なくとも一部の画素が受光する位置と、を切り替えるように、入射光制限部と撮像素子との相対位置を変更させる移動部と、それぞれの相対位置での画素の信号を取得する画素信号取得部と、それぞれの相対位置での画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算部と、画素の信号に基づいて、画像データを構成する画像構成部と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
本発明に係る撮像装置においては、画素上にオンチップレンズを有し、入射光制限部はオンチップレンズの物体側近傍に配置されていることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る撮像装置において、移動部は、入射光制限部を移動させることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る撮像装置において、移動部は、撮像素子を移動させることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る撮像装置においては、入射光制限部を少なくとも２つ備え、移動部は、少なくとも２つの入射光制限部を互いに異なる移動方向に移動させることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る撮像装置において、移動部は、手振れ補正機能を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る撮像装置は、簡略な構成で、画質の劣化が少なく、高い焦点検出性能を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの内部構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における撮像素子の画素及び入射光制限部の配置を示す断面図である。
【図４】第１変形例における撮像素子の画素及び入射光制限部の配置を示す断面図である。
【図５】第２変形例における撮像素子の画素及び入射光制限部の配置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態の撮像光学系及び撮像素子の配置を概念的に示した斜視図である。
【図７】実施例１における撮像素子と入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図８】図７の状態から、入射光制限部は動かさずに、撮像素子をｘ方向の左側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態において撮像素子に重ねたカラーフィルタと入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図１０】図９の状態から、入射光制限部は動かさずに、カラーフィルタをｘ方向の左側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施形態における撮像素子と入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図１２】図１１の状態から、入射光制限部は動かさずに、撮像素子をｘ方向の下側へ半画素分移動し、物点をｘ方向の上側へ移動した後の状態を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る撮像装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】本実施形態における焦点検出サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１５】本実施形態における撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１６】実施例２において撮像素子に重ねたカラーフィルタと入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図１７】図１６の状態から、撮像素子及びカラーフィルタは動かさずに、入射光制限部をｘ方向の右側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図１８】実施例２における撮像素子と入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図１９】図１８の状態から、撮像素子は動かさずに、入射光制限部をｘ方向の上側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図２０】実施例３における、撮像素子及びカラーフィルタと入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図２１】図２０の状態から、撮像素子及びカラーフィルタは動かさずに、入射光制限部の１つをｙ方向の下側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図２２】図２０の状態から、撮像素子及びカラーフィルタは動かさずに、入射光制限部の１つをｘ方向の右側に移動した後の状態を示す平面図である。
【図２３】図２０の状態から、撮像素子及びカラーフィルタは動かさずに、一方の入射光制限部をｘ方向の右側へ半画素分、他方の入射光制限部をｙ方向の下側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図２４】実施例４における撮像素子と入射光制限部との位置関係を示す平面図である。
【図２５】図２４の状態から、撮像素子は動かさずに、入射光制限部をｘ方向の上側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図２６】図２５の状態から、撮像素子は動かさずに、入射光制限部をｘ方向の上側へさらに半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【図２７】実施例４における撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図２８】従来の撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。
【図２９】従来の撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【図３０】従来の撮像素子の内部構成を示す図である。
【図３１】従来の撮像素子の内部構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係る撮像装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施形態の説明に先立って、本発明に係る撮像装置による作用・効果について説明する。
【００２９】
本発明に係る撮像装置は、撮像光学系が装着可能、又は、撮像光学系が固定された撮像装置において、画素が２次元的に配列された撮像素子と、少なくとも一部の画素に対し、入射する光束の入射方向又は光量を制限する機能を有する入射光制限部と、撮像光学系の瞳の特定領域を透過した光束を少なくとも一部の画素が受光するする位置と、撮像光学系の瞳の特定領域とは少なくとも一部異なる領域を透過した光束を少なくとも一部の画素が受光する位置と、を切り替えるように、入射光制限部と撮像素子との相対位置を変更させる移動部と、それぞれの相対位置での画素の信号を取得する画素信号取得部と、それぞれの相対位置での画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算部と、画素の信号に基づいて、画像データを構成する画像構成部と、を備えることを特徴としている。
【００３０】
従来の撮像装置には、主に２つの測距方式があるが、コントラスト方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価するいわゆる山登り方式をとるため、合焦時間が長いという問題がある。これに対して、位相差方式では、原理的に１回の測距でデフォーカス量を検出できるため、合焦時間は短い。
本発明に係る撮像装置では、位相差情報が検出可能であるため、合焦時間は短い。
【００３１】
また、従来、位相差情報と検出する手段として、撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された撮像素子を用いた撮像装置が提案されているが、センサ内部に構造物を設けるため、構成が複雑になり、さらに、コストも高くなるという問題があった。
これに対し、本発明の撮像装置では、一般的な撮像用画素のみが２次元的に配列された撮像素子と撮像素子シフト手段と遮光部材を用いることで、位相差情報が検出可能となる。
【００３２】
画質の観点では、一般的に、撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された素子では、焦点検出用画素の信号は撮像用画素の信号に比べ劣化してしまう。
しかし、本発明に係る撮像装置では、焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る方法として、例えば、加算、ゲインアップ、画素補間があり、これにより画質の劣化を防止することができる。
以上のとおり、本発明によれば、簡略な構成で、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供することができる。
【００３３】
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラ１１（撮像装置）の内部構成を示す図である。
デジタルスチルカメラ１１は、交換レンズ１１Ａと、カメラボディ１１Ｂと、から構成され、交換レンズ１１Ａはマウント部１４によりカメラボディ１１Ｂに装着される。
【００３４】
交換レンズ１１Ａ（撮像光学系）は、レンズ駆動制御部１５、ズーミング用レンズ１６、レンズ１７、フォーカシング用レンズ１８、及び、絞り１９を備えている。レンズ駆動制御部１５は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ１８と絞り１９の駆動制御、絞り１９、ズーミング用レンズ１６およびフォーカシング用レンズ１８の状態検出、並びに、ボディ駆動制御部２１に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。ズーミング用レンズ１６、レンズ１７、フォーカシング用レンズ１８、及び、絞り１９は、撮像光学系１２を構成する。
【００３５】
カメラボディ１１Ｂは、撮像素子２０、ボディ駆動制御部２１、入射光制限部２２、撮像素子駆動回路２３、移動部２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子２６、接眼レンズ２７、ボディ振動センサ２８、メモリカード２９、画素信号取得部３０（演算部、画像構成部）を備えている。撮像素子２０には、後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ１１Ａの予定結像面に配置されて交換レンズ１１Ａにより結像される被写体像を撮像する。撮像素子２０の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素（以下、ＡＦ用画素という）が配列される。
【００３６】
移動部２４は、入射光制限部２２と撮像素子２０の相対位置を変更するように、入射光制限部２２及び撮像素子２０をそれぞれ光軸１１Ｃに垂直な面内に移動させる機構を備える。移動部２４の動作は、ボディ駆動制御部２１が制御する。
移動部２４において、入射光制限部２２及び撮像素子２０を移動させるためのアクチュエータとしては、例えば、ＤＣモータ、ステッピングモータ、超音波モータ、圧電素子を使用できる。
【００３７】
撮像素子２０は、撮像素子駆動回路２３によって駆動され、撮像素子駆動回路２３はボディ駆動制御部２１により動作を制御される。撮像素子２０（イメージャ）としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、裏面照射型ＣＭＯＳ、１画素中でＲ、Ｇ、Ｂ全色を３層で取り込むことのできるセンサー（Ｆｏｒｖｅｏｎ  Ｘ３）を用いることができる。
【００３８】
入射光制限部２２は、（１）入射光束が透過する透明部と、（２）入射光束の入射方向を制限する遮光部、又は、入射光束の光量を制限する減光部と、により構成される。
遮光部材を設ける場合は、例えば、メカ部材による構成、ガラス板に印刷で遮光部を設けたもの、フィルムに印刷で遮光部を設けたもの、ＥＣ素子による構成をとることができる。
一方、減光部を設ける場合、入射光制限部２２はＮＤフィルタと同じような構成でよい。この場合、光吸収型のＮＤフィルタであると反射によるフレアーが発生せずに好ましい。
【００３９】
ボディ振動センサ２８は、カメラボディ１１Ｂ内の振動状態を検知し、検知結果をボディ駆動制御部２１へ出力する。ボディ駆動制御部２１は、検知結果に応じて、移動部２４、レンズ駆動制御部１５、撮像素子駆動回路２３を制御して、補正を行う。このような制御により、移動部２４は手振れ補正機能を発揮することができる。
【００４０】
ボディ駆動制御部２１は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、上述の制御のほか、撮像素子２０からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ１１Ａの焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御部１５からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ駆動制御部２１とレンズ駆動制御部１５は、マウント部１４の電気接点部１３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
また、ボディ駆動制御部２１は、後述の焦点検出サブルーチン及び撮影サブルーチンを実行する為の構成が含まれている。
【００４１】
液晶表示素子駆動回路２５は、液晶ビューファインダーの液晶表示素子２６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察する。メモリカード２９はカメラボディ１１Ｂに脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００４２】
交換レンズ１１Ａを通過して撮像素子２０上に形成された被写体像は、撮像素子２０により光電変換され、その出力はボディ駆動制御部２１へ送られる。ボディ駆動制御部２１は、撮像素子２０上のＡＦ用画素の出力データ（第１像信号、第２像信号）に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御部１５へ送る。また、ボディ駆動制御部２１は、撮像素子２０の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ送り、液晶表示素子２６に画像を表示させる。
【００４３】
カメラボディ１１Ｂには不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ駆動制御部２１が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００４４】
レンズ駆動制御部１５はレンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御部１５は、レンズ１６及びフォーカシング用レンズ１８の位置と絞り１９の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御部１５は、受信したデフォーカス量に基づいて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用レンズ１８を不図示のモータ等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００４５】
画素信号取得部３０（演算部、画像構成部）は、移動部２４による移動の前後の画素の信号を取得する。また、画像信号取得部３０は、演算部として、取得した画素信号に基づいてデフォーカス量を演算し、さらに、画像構成部として、取得した画素信号に基づいて画像データを構成する。構成された画像データは、液晶表示素子駆動回路２５及びメモリカード２９へ出力される。
【００４６】
図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。デジタルスチルカメラ１１における射出瞳Ｐは、図２に示すように、左右上下のうちの少なくとも２種類の瞳領域（特定領域）に対応する焦点検出用画素を有する。
具体例としては次の（１）〜（５）のとおりである。
（１）射出瞳Ｐを縦に２分割して、左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを配置したもの（図２（ａ））
（２）射出瞳Ｐを横に２分割して、上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを配置したもの（図２（ａ））
（３）左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを左右に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｃ））
（４）上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを上下に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｄ））
（５）左側瞳検出用画素Ｌと下側瞳検出用画素Ｄを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｅ））
なお、測距用瞳の形状は、半円形状、楕円形状としたが、これに限定されず、他の形状、例えば矩形状、多角形状にすることもできる。
また、図２（ａ）と（ｂ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図２（ｃ）と（ｄ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図２（ｃ）と（ｅ）を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
【００４７】
本実施形態の撮像装置では、瞳が異なる領域（特定領域）を有し、その領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、もう１つの領域を透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出する。
【００４８】
本実施形態の撮像装置においては、撮像素子２０の内部に構造物を追加して設けることなく、射出瞳を分割している。射出瞳の分割は、移動部２４を動作させることで、撮像素子２０と入射光制限部２２の相対位置を変更することによって行う。
【００４９】
以下、図面を参照して、射出瞳の分割のための基本構成例について説明する。
図３は、本実施形態における撮像素子２０の画素及び入射光制限部２２の配置を示す断面図である。
図３に示すように、撮像素子２０は、各画素の光電変換面３４ａ、３４ｂ、３４ｃに対応するように、オンチップレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃが配置されている。オンチップレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの物体側近傍には、入射光制限部２２が配置されている。
【００５０】
入射光制限部２２は、例えば遮光フィルタであって、入射光束を遮る遮光部３２ａ、３２ｂと、入射光束が透過する透明部３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、を備える。
図３に示す例では、オンチップレンズ３３ａに対応する範囲では光軸Ｃ３３ａを境界として透明部３１ａと遮光部３２ａが対称に配置され、オンチップレンズ３３ｂに対応する範囲では光軸Ｃ３３ｂを境界として透明部３１ｂと遮光部３２ｂが対称に配置されている。これにより、オンチップレンズ３３ａの光軸Ｃ３３ａからオンチップレンズ３３ｂの光軸Ｃ３３ｂまでの範囲で透明部３１ａ、３１ｂが連なり、その外側に遮光部３２ａ、３２ｂがそれぞれ位置する。
【００５１】
また、オンチップレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、その光軸Ｃ３３ａ、Ｃ３３ｂ、Ｃ３３ｃが、光電変換面３４ａ、３４ｂ、３４ｃの中心を通るように配置されている。
【００５２】
入射光制限部２２への入射光束は、遮光部３２ａ、３２ｂでは入射方向が制限されてオンチップレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃへは射出せず、透明部３１ａ、３１ｂでは撮像素子２０側へ射出する。例えば、透明部３１ａ、３１ｂに入射した光束Ｌ３１、Ｌ３２は、入射方向に応じて分割され、光束Ｌ３１は光電変換面３４ａへ、光束Ｌ３２は光電変換面３４ｂへ、それぞれ射出される。
【００５３】
図４は、本実施形態の第１変形例における撮像素子４０の画素及び入射光制限部４２の配置を示す断面図である。
図４に示すように、撮像素子４０は、各画素の２つの光電変換面に１つのオンチップレンズが対応するように配置されている。具体的には、光電変換面５４ａ、５４ｂに対応するように、オンチップレンズ５３ａが配置され、光電変換面５４ｃ、５４ｄに対応するように、オンチップレンズ５３ｂが配置されている。
【００５４】
オンチップレンズ５３ａ、５３ｂの物体側近傍には、入射光制限部４２が配置されている。入射光制限部４２は、例えば遮光フィルタであって、入射光束を遮る遮光部５２ａ、５２ｂ、５２ｃと、入射光束が透過する透明部５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、を備える。
【００５５】
図４に示す例では、オンチップレンズ５３ａに対応する範囲では、光軸Ｃ５３ａ上に遮光部５２ｂが配置されるとともに、遮光部５２ｂの外側には光軸Ｃ５３ａに関して対称となるように透明部５１ａ、５１ｂがそれぞれ配置され、さらに外側には遮光部５２ａ、５２ｂが対称にそれぞれ配置されている。別言すると、光軸Ｃ５３ａに関して対称に、透明部５１ａ、５１ｂが位置している。
【００５６】
入射光制限部４２への入射光束は、遮光部５２ａ、５２ｂ、５２ｃでは入射方向が制限されてオンチップレンズ５３ａ、５３ｂへは射出せず、透明部５１ａ、５１ｂでは撮像素子４０側へ射出する。例えば、透明部５１ａ、５１ｂに入射した光束Ｌ５１、Ｌ５２は、入射方向に応じて分割され、光束Ｌ５１は光電変換面５４ａへ、光束Ｌ５２は光電変換面５４ｂへ、それぞれ射出される。
第１変形例では、透明部５１ａ、５１ｂの間に遮光部５２ｂを配しているため、入射光制限部４２への入射光束をより確実に分割することができる。
【００５７】
図５は、本実施形態の第２変形例における撮像素子６０の画素及び入射光制限部６２の配置を示す断面図である。
図５に示すように、撮像素子６０は、各画素の光電変換面７４ａ、７４ｂ、７４ｃに対応するように、オンチップレンズ７３ａ、７３ｂ、７３ｃが配置されている。オンチップレンズ７３ａ、７３ｂ、７３ｃの物体側近傍には、入射光制限部６２が配置されている。
【００５８】
入射光制限部６２は、例えば減光フィルタであって、入射光束の光量を制限する減光部７２ａ、７２ｂと、入射光束が透過する透明部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、を備える。
図５に示す例では、オンチップレンズ７３ａに対応する範囲では光軸Ｃ７３ａを境界として透明部７１ａと減光部７２ａが対称に配置され、オンチップレンズ７３ｂに対応する範囲では光軸Ｃ７３ｂを境界として透明部７１ｂと減光部７２ｂが対称に配置されている。これにより、オンチップレンズ７３ａの光軸Ｃ７３ａからオンチップレンズ７３ｂの光軸Ｃ７３ｂまでの範囲で透明部７１ａ、７１ｂが連なり、その外側に減光部７２ａ、７２ｂがそれぞれ位置する。
【００５９】
また、オンチップレンズ７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、その光軸Ｃ７３ａ、Ｃ７３ｂ、Ｃ７３ｃが、光電変換面７４ａ、７４ｂ、７４ｃの中心を通るように配置されている。
【００６０】
６２への入射光束は、透明部７１ａ、７１ｂでは光量が制限されることなく撮像素子６０側へ射出され、減光部７２ａ、７２ｂでは入射光量が制限されて撮像素子６０へ射出される。例えば、透明部７１ａ、７１ｂに入射した光束Ｌ７１、Ｌ７２は、入射方向に応じて分割され、光束Ｌ７１は光電変換面７４ａへ、光束Ｌ７２は光電変換面７４ｂへ、それぞれ射出される。また、減光部７２ａに入射した光束Ｌ７１ｂは光量が減少して光電変換面７４ａへ射出され、減光部７２ｂに入射した光束Ｌ７２ｂは光量が減少して光電変換面７４ｂへ射出される。
【００６１】
図６は、本実施形態の撮像光学系１２、入射光制限部２２、及び、撮像素子２０の配置を概念的に示した斜視図である。
撮像光学系１２、入射光制限部２２、及び、撮像素子２０は光軸１１Ｃに直交するように配置され、入射光制限部２２及び撮像素子２０は移動部２４の動作により、光軸１１Ｃに直交する面内を移動可能である。よって、入射光制限部２２と撮像素子２０を相対的に移動させることができる。このため、入射光制限部２２と撮像素子２０の相対移動の前後で、撮像光学系の異なる領域を透過した光束が同一画素に入射するため、これらの入射信号に基づいてデフォーカス量を演算することができる。
【００６２】
このように、焦点検出用画素は、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成している。このとき、焦点検出用画素からの信号レベルは、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力される信号レベルと異なってしまうおそれがある。焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る為には、以下の（１）又は（２）の方法をとることが好ましい。
（１）焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００６３】
ゲイン調整の方法については、次のように行う。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００６４】
撮像素子から出力されたままの画素データで構成される未加工の画像データ（ＲＡＷデータ）は、そのままでは、パーソナルコンピュータなどで表示することができないため、画素の補間処理などの画像処理が必要になる。
【００６５】
画素補間の方法については、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかが好ましいが、これらに限定されず、単純平均演算（重み付きも含む）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
（ａ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｂ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｃ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
補間の手法としては、上記に限定されず単純平均演算（重み付きも含め）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
【００６６】
以下、入射光制限部２２と撮像素子２０の相対移動に関して、実施例を挙げて説明する。
（実施例１）
図７は、本実施形態の実施例１における撮像素子１２０と入射光制限部１３０との位置関係を示す平面図である。図８は、図７の状態から、入射光制限部１３０は動かさずに、撮像素子１２０をｘ方向の左側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【００６７】
撮像素子１２０においては、焦点検出用画素１２３が市松模様状に配置されている。焦点検出用画素１２３は、右側に配置した右画素１２１と左側に配置した左画素１２２からなり、両者は同じ平面サイズを備える。また、焦点検出用画素１２３の間には、焦点検出には用いない撮像用画素が配置されている。
【００６８】
入射光制限部１３０においては、ｘ方向及びｙ方向の両方向において、透明部１３１と遮光部１３２が交互に配置されている。透明部１３１と遮光部１３２は、撮像素子１２０の画素に対応するように配置されている。遮光部１３２の平面サイズは、ｙ方向においては撮像素子１２０の画素と同じであり、ｘ方向においては撮像素子１２０の画素の半分である。したがって、遮光部１３２の平面サイズは、右画素１２１及び左画素１２２と同一である。
なお、遮光部１３２は減光部として構成してもよい。
【００６９】
図７において、撮像素子１２０は、入射光制限部１３０に対して、ｘ方向に１画素分、及び、ｙ方向に１画素分、それぞれずれて配置されている。したがって、撮像素子１２０においては、ｙ方向の最も上側の行、及び、ｘ方向の最も右側の列は入射光制限部１３０と重なっていない。また、入射光制限部１３０においては、ｙ方向の最も下側の行、及び、ｘ方向の最も左側の列は撮像素子１２０と重なっていない。
【００７０】
図９は、本実施形態において撮像素子１２０に重ねたカラーフィルタ１４０と入射光制限部１３０との位置関係を示す平面図である。図１０は、図９の状態から、入射光制限部１３０は動かさずに、カラーフィルタ１４０をｘ方向の左側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。したがって、図９、図１０は、図７、図８にそれぞれ対応する。また、図９、図１０では、右画素１２１、左画素１２２の表示は省略し、透明部１３１、遮光部１３２の一部を表示している。
【００７１】
カラーフィルタ１４０を重ねることにより、撮像素子１２０の各画素には、色フィルタがそれぞれ配置される。色フィルタの透過特性は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３通りとしており、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇで構成する２行２列のパターンをｘ方向及びｙ方向に繰り返す配置である。
【００７２】
Ｂフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Ｒフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Ｇフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の１部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
【００７３】
図７、図９の状態では、遮光部１３２を、左画素１２２（図９ではフィルタＧ１の左側）に重ねることにより、右画素１２１（図９ではフィルタＧ１の右側）のみで入射光束を受光している。これに対して、撮像素子１２０を入射光制限部１３０に対して相対的に移動させた、図８、図１０の状態では、遮光部１３２を右画素１２１に重ねることにより、左画素１２２のみで入射光束を受光している。
【００７４】
したがって、焦点検出用画素１２３には、撮像素子１２０の移動の前後で、撮像光学系の異なる領域（特定領域）を透過した光束が同一画素に入射するため、これらの入射信号に基づいてデフォーカス量を演算することができる。
【００７５】
図１１は、本実施形態における撮像素子１２０と入射光制限部１３０との位置関係を示す平面図である。図１２は、図１１の状態から、入射光制限部１３０は動かさずに、撮像素子１２０をｘ方向の下側へ半画素分移動し、物点をｘ方向の上側へ移動した後の状態を示す平面図である。また、図１１、図１２では、右画素１２１、左画素１２２の表示は省略し、焦点検出用画素１２３、透明部１３１、遮光部１３２の一部を表示している。
ここでは、撮像素子１２０及び物点の移動量が、撮像素子１２０の画素ピッチの０．５倍となる例を示している。
【００７６】
図１１においては、撮像素子１２０の画素１、２、３、４、５と、像点ａ'、ｂ'、ｃ'、ｄ'、ｅ'と、がそれぞれ対応している。図１２においては、撮像素子１２０の画素１、２、３、４、５と、像点ａ''、ｂ''、ｃ''、ｄ''、ｅ''と、がそれぞれ対応している。各画素１、２、３、４、５は、物点ａ０、ｂ０、ｃ０、ｄ０、ｅ０（図１１）、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１（図１２）、に対応するように配置されている。
【００７７】
図１１において、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、遮光部１３２により右側（ｘ方向下側）の領域が遮光されているため、撮像光学系の射出瞳の左側領域を透過した光束の像点となる。これに対して、像点ｂ'、ｄ'は、遮光部１３２によって遮光されていないため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となっている。したがって、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、像点ｂ'、ｄ'に比べて信号が劣化している。
【００７８】
撮像素子１２０を移動させた後は、図１２に示すように、像点ａ''、ｃ''、ｅ''は、遮光部１３２により左側（ｘ方向上側）の領域が遮光されているため、撮像光学系の射出瞳の右側領域を透過した光束の像点となる。一方、像点ｂ''、ｄ''は、遮光部１３２によって遮光されていないため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となる。よって、像点ａ''、ｃ''、ｅ''は、像点ｂ''、ｄ''に比べて信号が劣化している。
【００７９】
画像信号取得部３０は、移動部２４による撮像素子１２０の移動の前後の画素信号を取得し、これらの画素信号、例えば像点ａ'、ｃ'、ｅ'と、像点ａ''、ｃ''、ｅ''の信号に基づいてデフォーカス量を演算する。
【００８０】
さらに、画素信号取得部３０は、画素加算や画素補間により、画素信号が劣化している画素の画素データを構成し直し、画質の劣化のない画像を得ることができる。
例えば、画素加算では、像点ｅ'（図１１）と像点ｅ''（図１２）の画素信号を加算し、画素番号５の画素信号とする。画素補間では、像点ｅ'と像点ｅ''の画素信号と、画素番号５の周辺の信号劣化がない画素の画素信号と、に基づいて画素補間を行い画素番号５の画素信号とする。
【００８１】
なお、物点ａ０、ｂ０、ｃ０、ｄ０、ｅ０（図１１）と、物点ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１（図１２）は、厳密には画素ピッチの半分ずれた物点であるが、画素ピッチが数Ｍあるものに関しては、このズレ量は無視できる。
【００８２】
図１３は、本実施形態に係る撮像装置の処理の流れを示すフローチャートである。
図１３に示すように、電源をオンにして撮影を開始（ステップＳ１００）した後に、焦点検出（ステップＳ２００）、撮影（ステップＳ３００）の順に処理を行う。
なお、撮像装置の全体の流れは、図１３のフローチャートに示す内容、順序に限定されない。例えば、電源オンの後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などを行ってもよい。また、撮影開始としてシャッターボタン半押しした後に、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後に確認画像を表示し、さらに、シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
【００８３】
次に、図１４を参照して、焦点検出の流れについて説明する。図１４は、本実施形態における焦点検出サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
まず、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して撮像素子１２０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ２０１）。別言すると、ボディ駆動制御部２１は、入射光制限部２２は移動させずに、撮像素子１２０を相対移動させる。これにより、焦点検出用画素１２３の右画素１２１の集合及び左画素１２２の集合のうち、一方は遮光部１３２で遮光され、他方にのみ光束が入射する。
【００８４】
つづいて、画像信号取得部３０は、検出の対象となる焦点検出用画素１２３、すなわち右画素１２１の集合及び左画素１２２の集合のうち光束が入射した方の画素集合から画素信号を読み出す（ステップＳ２０２）。画像信号取得部３０は、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＡ）に記憶する（ステップＳ２０３）。
【００８５】
次に、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して撮像素子１２０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４においても、ボディ駆動制御部２１は、入射光制限部１３０は移動させずに、撮像素子１２０を相対移動させる。この移動により、焦点検出用画素１２３の右画素１２１の集合及び左画素１２２の集合のうち、ステップＳ２０１において光束が入射していた画素を遮光部１３２で遮光し、遮光していた画素に光束を入射させる。
【００８６】
画像信号取得部３０は、検出の対象となる焦点検出用画素１２３、すなわち右画素１２１の集合及び左画素１２２の集合のうち光束が入射した方の画素集合から画素信号を読み出す（ステップＳ２０５）。画像信号取得部３０は、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＢ）に記憶する（ステップＳ２０６）。
【００８７】
つづいて、画像信号取得部３０（演算部）は、メモリＡ、Ｂとして記憶部にそれぞれ記憶された画素信号から相関（位相差）を演算する（ステップＳ２０７）。画素信号取得部３０は、ステップＳ２０７での演算結果を用いて相関信頼性を判定（ステップＳ２０８）し、デフォーカス量を算出する（ステップＳ２０９）。
デフォーカス量を算出すると、処理は、撮影サブルーチン（ステップＳ３００）に移行する。
なお、ステップＳ２０２、Ｓ２０５における焦点検出画素読出しは、間引き読出しの処理を含んでいることが好ましい。
【００８８】
図１５は、本実施形態における撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
まず、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して撮像素子１２０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ３０１）。すなわち、ボディ駆動制御部２１は、入射光制限部１３０は移動させずに、入射光制限部１３０に対して撮像素子１２０を相対移動させる。これにより、撮像用画素には光束が入射し、焦点検出用画素１２３については、右画素１２１の集合及び左画素１２２の集合のうち、一方は遮光部１３２で遮光され、他方にのみ光束が入射する。
【００８９】
つづいて、画像信号取得部３０は、撮像用画素及び光束が入射した焦点検出用画素１２３のそれぞれから画素信号を読み出し（ステップＳ３０２）、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＣ）に記憶する（ステップＳ３０３）。
【００９０】
次に、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して撮像素子１２０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ３０４）。このステップＳ３０４においても、ボディ駆動制御部２１は、入射光制限部１３０は移動させずに、撮像素子１２０を相対移動させる。この移動により、撮像用画素には光束が入射し、焦点検出用画素１２３については、右画素１２１の集合及び左画素１２２の集合のうち、ステップＳ３０１において光束が入射していた画素が遮光部１３２で遮光され、遮光されていた画素に光束を入射する。
【００９１】
画像信号取得部３０は、撮像用画素及び光束が入射した焦点検出用画素１２３のそれぞれから画素信号を読み出し（ステップＳ３０５）、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＤ）に記憶する（ステップＳ３０６）。
【００９２】
つづいて、画像信号取得部３０（画像構成部）は、メモリＣ、Ｄとして記憶部にそれぞれ記憶された画素信号から画像を構成する（ステップＳ３０７）。焦点検出用画素１２３については、上述のように、以下の（１）又は（２）により画像用の信号を得る。
（１）焦点検出用画素の信号が周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００９３】
画素信号取得部３０は、構成した画像の信号を、内部の記憶部に記録するとともに（ステップＳ３０８）、液晶表示素子駆動回路２５へ出力する。信号を受けた液晶表示素子駆動回路２５は、液晶表示素子２６に記録画像を表示する（ステップＳ３０９）。
【００９４】
（実施例２）
上述の図７から図１５に示す実施例１では、入射光制限部１３０を固定して、撮像素子１２０を入射光制限部１３０に対して相対的に移動させていたが、実施例２では、撮像素子１２０は移動させずに、入射光制限部１３０を撮像素子１２０に対して相対的に移動させる。
図１６は、実施例２において撮像素子１２０に重ねたカラーフィルタ１４０と入射光制限部１３０との位置関係を示す平面図である。図１７は、図１６の状態から、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０は動かさずに、入射光制限部１３０をｘ方向の右側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。移動前後における撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０と入射光制限部１３０との位置関係については、図１６、図１７は、図９、図１０とそれぞれ同一である。
【００９５】
図１８は、実施例２における撮像素子１２０と入射光制限部１３０との位置関係を示す平面図である。図１９は、図１８の状態から、撮像素子１２０は動かさずに、入射光制限部１３０をｘ方向の上側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
ここで、図１６から図１９では、右画素１２１、左画素１２２の表示は省略し、焦点検出用画素１２３、透明部１３１、遮光部１３２の一部を表示している。また、図１１、図１２に示す例では物点を移動させたが、実施例２では物点は移動させていない。ここでは、入射光制限部１３０の移動量が、撮像素子１２０の画素ピッチの０．５倍となる例を示している。
【００９６】
図１８においては、撮像素子１２０の画素１、２、３、４、５と、像点ａ'、ｂ'、ｃ'、ｄ'、ｅ'と、がそれぞれ対応している。図１９においては、撮像素子１２０の画素１、２、３、４、５と、像点ａ''、ｂ''、ｃ''、ｄ''、ｅ''と、がそれぞれ対応している。各画素１、２、３、４、５は、物点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅにそれぞれ対応するように配置されている。
【００９７】
図１８において、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、遮光部１３２により右側（ｘ方向下側）の領域が遮光されているため、撮像光学系の射出瞳の左側領域を透過した光束の像点となる。これに対して、像点ｂ'、ｄ'は、遮光部１３２によって遮光されていないため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となっている。したがって、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、像点ｂ'、ｄ'に比べて信号が劣化している。
【００９８】
一方、入射光制限部１３０を移動させた後は、図１９に示すように、像点ａ''、ｃ''、ｅ''は、遮光部１３２により左側（ｘ方向上側）の領域が遮光されているため、撮像光学系の射出瞳の右側領域を透過した光束の像点となる。一方、像点ｂ''、ｄ''は、遮光部１３２によって遮光されていないため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となる。よって、像点ａ''、ｃ''、ｅ''は、像点ｂ''、ｄ''に比べて信号が劣化している。
【００９９】
画像信号取得部３０は、移動部２４による入射光制限部１３０の移動の前後の画素信号を取得し、これらの画素信号、例えば像点ａ'、ｃ'、ｅ'と、像点ａ''、ｃ''、ｅ''の信号に基づいてデフォーカス量を演算する。
【０１００】
さらに、画素信号取得部３０は、画素加算や画素補間により、画素信号が劣化している画素の画素データを構成し直し、画質の劣化のない画像を得ることができる。
例えば、画素加算では、像点ｅ'（図１８）と像点ｅ''（図１９）の画素信号を加算し、画素番号５の画素信号とする。画素補間では、像点ｅ'と像点ｅ''の画素信号と、画素番号５の周辺の信号劣化がない画素の画素信号と、に基づいて画素補間を行い画素番号５の画素信号とする。
なお、撮像装置の処理の流れは、実施例１と同様であるため説明を省略する。
【０１０１】
（実施例３）
【０１０２】
実施例３においては、実施例１、２の入射光制限部１３０に代えて、互いに独立して移動可能な、２枚の入射光制限部２３０、２５０を備える。この入射光制限部２３０、２５０は、移動部２４により、撮像素子１２０との相対位置が変わるように、それぞれ光軸１１Ｃに垂直な面内で移動する。移動部２４の動作がボディ駆動制御部２１によって制御されるのは実施例１、２と同様である。
【０１０３】
図２０は、実施例３における、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０と入射光制限部２３０、２５０との位置関係を示す平面図である。図２１は、図２０の状態から、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０は動かさずに、入射光制限部２５０をｙ方向の下側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。図２２は、図２０の状態から、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０は動かさずに、入射光制限部２３０をｘ方向の右側に移動した後の状態を示す平面図である。図２３は、図２０の状態から、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０は動かさずに、入射光制限部２３０をｘ方向の右側へ半画素分、入射光制限部２５０をｙ方向の下側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【０１０４】
撮像素子１２０に近い位置に配置された入射光制限部２３０においては、ｘ方向及びｙ方向の両方向において、３つの透明部２３１と、遮光部２３２を含む領域と、が繰り返し配置されている。透明部２３１と遮光部２３２は、撮像素子１２０の画素に対応するように配置されている。遮光部２３２の平面サイズは、ｙ方向においては撮像素子１２０の画素と同じであり、ｘ方向においては撮像素子１２０の画素の半分である。
なお、遮光部２３２は減光部として構成してもよい。
【０１０５】
物体側に配置された入射光制限部２５０においては、ｘ方向及びｙ方向の両方向において、３つの透明部２５１と、遮光部２５２を含む領域と、が交互に配置されている。透明部２５１と遮光部２５２は、撮像素子１２０の画素に対応するように配置されている。遮光部２５２の平面サイズは、ｙ方向においては撮像素子１２０の画素の半分であり、ｘ方向においては撮像素子１２０の画素と同一である。
なお、遮光部２５２は減光部として構成してもよい。
【０１０６】
図２０において、入射光制限部２３０は、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０に対して、ｘ方向に１画素分、及び、ｙ方向に１画素分、それぞれずれて配置されている。さらに、入射光制限部２５０は、入射光制限部２３０に対して、ｘ方向に１画素分、及び、ｙ方向に１画素分、それぞれずれて配置されている。したがって、入射光制限部２３０においては、ｙ方向の最も下側の行、及び、ｘ方向の最も左側の列は撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０と重なっておらず、入射光制限部２５０においては、ｙ方向の最も下側の行、及び、ｘ方向の最も左側の列は、撮像素子１２０、カラーフィルタ１４０、及び入射光制限部２３０と重なっていない。また、撮像素子１２０及びカラーフィルタ１４０においては、ｙ方向の最も上側の行、及び、ｘ方向の最も右側の列は入射光制限部２３０及び入射光制限部２５０と重なっていない。
【０１０７】
図２０、図２１の状態では、遮光部２３２を左画素（例えば、フィルタＧ２１、Ｇ２３、Ｇ２５の左側）に重ねることにより、右画素（例えば、フィルタＧ２１、Ｇ２３、Ｇ２５の右側）のみで入射光束を受光している。これに対して、図２２、２３の状態では、遮光部２３２を右画素（例えば、フィルタＧ２１、Ｇ２３、Ｇ２５の右側）に重ねることにより、左画素（例えば、フィルタＧ２１、Ｇ２３、Ｇ２５の左側）のみで入射光束を受光している。
【０１０８】
また、図２０、図２２の状態では、遮光部２５２を上画素（例えば、フィルタＧ２２、Ｇ２４の上側）に重ねることにより、下画素（例えば、フィルタＧ２２、Ｇ２４の下側）のみで入射光束を受光している。これに対して、図２１、２３の状態では、遮光部２５２を下画素（例えば、フィルタＧ２２、Ｇ２４の下側）に重ねることにより、上画素（例えば、フィルタＧ２２、Ｇ２４の上側）のみで入射光束を受光している。
【０１０９】
したがって、焦点検出用画素（例えば、フィルタＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４、Ｇ２５が重なった焦点検出用画素）には、入射光制限部２３０、２５０の移動の前後で、撮像光学系の異なる領域（特定領域）を透過した光束が同一画素に入射するため、これらの入射信号に基づいて、上下方向及び左右方向についてデフォーカス量を演算することができる。
【０１１０】
（実施例４）
図２４は、実施例４における撮像素子１２０と入射光制限部１３０との位置関係を示す平面図である。図２５は、図２４の状態から、撮像素子１２０は動かさずに、入射光制限部１３０をｘ方向の上側へ半画素分移動した後の状態を示す平面図である。図２６は、図２５の状態から、撮像素子１２０は動かさずに、入射光制限部１３０をｘ方向の上側へさらに半画素分移動した後の状態を示す平面図である。
【０１１１】
実施例４においては、入射光制限部１３０を半画素ずつ２回ずらすことにより、（１）遮光部１３２により焦点検出用画素の右側が覆われた状態（図２４）と、（２）遮光部１３２により焦点検出用画素の左側が覆われた状態（図２５）と、（３）焦点検出用画素が遮光部１３２に覆われていない状態（図２６）と、の３状態を実現している。これにより、焦点検出用画素に対して、撮像光学系の異なる領域（特定領域）を透過した光束が入射するだけでなく、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束を入射させることができ、これにより劣化のない信号を得ることができる。
【０１１２】
実施例４における、撮像素子１２０、入射光制限部１３０、カラーフィルタ１４０の構成・配置は、実施例２と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、撮像装置の処理の流れは、撮影サブルーチンを除いて、実施例１、２と同様であるため、以下撮影サブルーチンについて説明する。
【０１１３】
図２７は、実施例４における撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
まず、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して入射光制限部１３０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ４０１）。すなわち、ボディ駆動制御部２１は、撮像素子１２０は移動させずに、撮像素子１２０に対して入射光制限部１３０を相対移動させる。これにより、撮像用画素には光束が入射し、焦点検出用画素１２３については、例えば、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、遮光部１３２により右側（ｘ方向下側）の領域が遮光されているため、撮像光学系の射出瞳の左側領域を透過した光束の像点となる（図２４）。これに対して、像点ｂ'、ｄ'は、遮光部１３２によって遮光されていないため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となっている。このとき、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、像点ｂ'、ｄ'に比べて信号が劣化している。
【０１１４】
つづいて、画像信号取得部３０は、撮像用画素及び光束が入射した焦点検出用画素１２３のそれぞれから画素信号を読み出し（ステップＳ４０２）、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＣ）に記憶する（ステップＳ４０３）。
【０１１５】
次に、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して入射光制限部１３０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ４０４）。このステップＳ４０４においても、ボディ駆動制御部２１は、撮像素子１２０は移動させずに、入射光制限部１３０を相対移動させる。この移動により、撮像用画素には光束が入射し、焦点検出用画素１２３については、例えば、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、遮光部１３２により左側（ｘ方向上側）の領域が遮光されているため、撮像光学系の射出瞳の右側領域を透過した光束の像点となる（図２５）。これに対して、像点ｂ'、ｄ'は、遮光部１３２によって遮光されていないため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となっている。このとき、像点ａ'、ｃ'、ｅ'は、像点ｂ'、ｄ'に比べて信号が劣化している。
【０１１６】
画像信号取得部３０は、撮像用画素及び光束が入射した焦点検出用画素１２３のそれぞれから画素信号を読み出し（ステップＳ４０５）、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＤ）に記憶する（ステップＳ４０６）。
【０１１７】
さらに、ボディ駆動制御部２１は、移動部２４を駆動して入射光制限部１３０のみを光軸１１Ｃに垂直な面内で所定位置へ移動させる（ステップＳ４０７）。このステップＳ４０７においても、ボディ駆動制御部２１は、撮像素子１２０は移動させずに、入射光制限部１３０を相対移動させる。この移動により、ここまでの過程で遮光部１３２により遮光されていた焦点検出用画素１２３（例えば、像点ａ'、ｃ'、ｅ'）は、遮光部１３２によって遮光されることがなくなるため、撮像光学系の射出瞳の全領域を透過した光束の像点となる（図２６）。一方、像点ｂ'、ｄ'は、遮光部１３２によって遮光される。
【０１１８】
画像信号取得部３０は、撮像用画素及び光束が入射した焦点検出用画素１２３のそれぞれから画素信号を読み出し（ステップＳ４０８）、読み出した画素信号を内部の記憶部（メモリＥ）に記憶する（ステップＳ４０９）。
【０１１９】
つづいて、画像信号取得部３０（画像構成部）は、メモリＣ、Ｄ、Ｅとして記憶部にそれぞれ記憶された画素信号から画像を構成する（ステップＳ４１０）。焦点検出用画素１２３については、メモリＥとして記憶された画素信号から画像を構成する。
【０１２０】
画素信号取得部３０は、構成した画像の信号を、内部の記憶部に記録するとともに（ステップＳ４１１）、液晶表示素子駆動回路２５へ出力する。信号を受けた液晶表示素子駆動回路２５は、液晶表示素子２６に記録画像を表示する（ステップＳ４１２）。
【０１２１】
なお、処理の流れは、上述の流れに限定されない。例えば、電源ＯＮ後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などをおこなってもよい。
また、撮影開始をシャッターボタン半押し後、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後、確認画像を表示し、シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
以上のように、本発明は、撮像用画素と焦点検出用画素を２次元的に配列した撮像装置に有用である。
【符号の説明】
【０１２３】
１１    デジタルスチルカメラ
１１Ａ  交換レンズ
１１Ｂ  カメラボディ
１１Ｃ  光軸
１２    撮像光学系
１５    レンズ駆動制御部
１６    ズーミング用レンズ
１７    レンズ
１８    フォーカシング用レンズ
１９    絞り
２０    撮像素子
２１    ボディ駆動制御部
２２    入射光制限部
２３    撮像素子駆動回路
２４    移動部
２５    液晶表示素子駆動回路
２６    液晶表示素子
２７    接眼レンズ
２８    ボディ振動センサ
２９    メモリカード
３０    画像信号取得部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  透明部
３２ａ、３２ｂ  遮光部
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ  オンチップレンズ
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ  光電変換面
４０    撮像素子
４２    入射光制限部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ  透明部
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  遮光部
５３ａ、５３ｂ  オンチップレンズ
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ  光電変換面
６０    撮像素子
６２    入射光制限部
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ  透明部
７２ａ、７２ｂ  遮光部
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ  オンチップレンズ
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ  光電変換面
１２０  撮像素子
１２１  右画素
１２２  左画素
１２３  焦点検出用画素
１３０  入射光制限部
１３１  透明部
１３２  遮光部
１４０  カラーフィルタ
２３０  入射光制限部
２３１  透明部
２３２  遮光部
２５０  入射光制限部
２５１  透明部
２５２  遮光部
【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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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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