(57)【要約】【課題】  焦点検出用画素の配置領域を撮像領域の一部領域に限定した場合に、焦点検出用画素の配置領域と非配置領域の境界で、焦点検出用画素の補間処理による画質劣化をより目立たなくすること。【解決手段】  撮像画面を構成する画素領域において、光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた第１の混入比率で混入された第１の領域と、前記第１の混入比率よりも低い第２の混入比率で前記焦点検出用画素が混入された第２の領域と、を有する撮像素子（１０７）と、前記第１の領域に含まれる前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間パターンを用いて、前記第１の領域及び前記第２の領域から得られる画像信号を補間する画像処理回路（１２５）とを有する。【選択図】  図９
2013078085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像画面を構成する画素領域において、光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた第１の混入比率で混入された第１の領域と、前記第１の混入比率よりも低い第２の混入比率で前記焦点検出用画素が混入された第２の領域と、を有する撮像素子と、
前記第１の領域に含まれる前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間パターンを用いて、前記第１の領域及び前記第２の領域から得られる画像信号を補間する補間手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の混入比率は、前記焦点検出用画素が混入されていないことを示すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
撮像画面を構成する画素領域において、光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた混入比率で混入された第１の領域と、前記焦点検出用画素が混入されていない第２の領域と、を有する撮像素子と、
前記第１の領域に含まれる前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間パターンを用いて、前記撮像素子から得られた画像信号を補間する補間手段とを有し、
前記補間手段は、前記混入比率が高くなるにつれて、前記第１の領域よりもより広い領域の画像信号に対して前記補間を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、前記画素領域から全画素の信号を読み出す全画素読み出しと、一部の画素からの信号を読み出す間引き読み出しとにより画像信号を読み出し可能であって、
前記補間手段は、前記間引き読み出し時に前記補間を行い、前記全画素読み出し時には、前記焦点検出用画素から得られた画像信号のみに対して補間を行う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】
撮像画面を構成する画素領域において、
光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた第１の混入比率で混入された第１の領域と、
前記焦点検出用画素が混入されていない第２の領域と、
前記第１の領域と前記第２の領域との間の領域であって、前記第１の領域から前記第２の領域に向けて、前記第１の混入比率から段階的に混入比率が低下するように複数の前記焦点検出用画素が混入された第３の領域と
を有する撮像素子と、
前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記第１の領域が、前記撮像素子の撮像画面の中央部に配置されている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】
前記撮像素子は、間引き読み出しが可能であって、前記焦点検出用画素は、間引き読み出し時に読み出される画素の位置に配置されてい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。
【請求項８】
前記撮像素子の各画素はカラーフィルタにより覆われており、前記焦点検出用画素は、前記カラーフィルタの配列により色情報を取得するための画素と置き換えられて配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
光学系と、
前記撮像素子の焦点検出用画素から得られた、前記光学系の異なる瞳領域を通った光束それぞれに対応する画像信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により得られた前記デフォーカス量に基づいて、前記光学系を制御することにより、焦点を調節する制御手段と
を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
撮像画面を構成する画素領域において、光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた第１の混入比率で混入された第１の領域と、前記第１の混入比率よりも低い第２の混入比率で前記焦点検出用画素が混入された第２の領域と、を有する撮像素子から得られた画像信号を処理する画像処理方法であって、
補間手段が、前記第１の領域に含まれる前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間パターンを用いて、前記第１の領域及び前記第２の領域から得られる画像信号を補間する補間工程を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
撮像画面を構成する画素領域において、光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた混入比率で混入された第１の領域と、前記焦点検出用画素が混入されていない第２の領域と、を有する撮像素子から得られた画像信号を処理する画像処理方法であって、
補間手段が、前記第１の領域に含まれる前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間パターンを用いて、前記撮像素子から得られた画像信号を補間する補間工程を有し、
前記補間工程で、前記混入比率が高くなるにつれて、前記第１の領域よりもより広い領域の画像信号に対して前記補間を行うことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部に焦点検出用画素を有する撮像装置及び画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子を有する撮像装置において、撮像素子から連続的に読み出された画像信号を順次記録することが可能な、いわゆる動画記録機能を有する撮像装置がある。
【０００３】
また、撮像装置の自動焦点検出・調節方法で撮影レンズを通過した光束を用いる一般的な方式として、コントラスト検出方式（所謂「ぼけ方式」）と位相差検出方式（所謂「ずれ方式」）とがある。
【０００４】
コントラスト検出方式は動画撮影用ビデオムービー機器（カムコーダー）や電子スチルカメラで多く用いられる方式で、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分の情報（コントラスト情報）に着目し、その評価値が最も大きくなる撮影レンズの位置を合焦位置とする方式である。しかし山登り方式とも言われるように、撮影レンズを微少量動かしながら評価値を求め、その評価値が最大となる位置をスキャンする必要があるため、高速な焦点調節動作には不向きとされている。
【０００５】
一方の位相差検出方式は、銀塩フィルムによる一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点検出（Auto Focus：ＡＦ）一眼レフカメラの実用化に最も貢献した技術である。位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を一対の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量を直接求めるものである。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えばピントずれ量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。但し、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、それぞれの光束に対応する信号を得るためには、撮像光路中にクイックリターンミラーやハーフミラー等の光路分割手段を設け、その先に焦点検出用光学系とＡＦセンサを設けるのが一般的である。そのため、装置が大型、かつ高価となる欠点がある。また、ライブビューを行う際は、クイックリターンミラーが退避しているため、動作させることができないといった欠点もあった。
【０００６】
上記の欠点を克服するため、一部の受光素子（画素）に、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与した、撮像素子がある。そして、これらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、電子ビューファインダーの使用時や動画撮影時でも、高速な位相差方式によるＡＦを実現するための技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、電子ビューファインダーの使用時や動画撮影時で、モアレなどによる画質劣化を防止するために、次の方法が開示されている。すなわち、撮像素子の画素を加算しながら読み出す加算読み出しモードにおいて、加算対象に焦点検出用画素が含まれる場合に、撮像用画素の信号と、焦点検出用画素の信号が混合しないように読み出す（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２において、撮像用画素の欠損部となる焦点検出用画素が配置された個所は周辺の撮像画素から補間して画像情報を創生しているため、被写体によっては正しく補間することができない場合がある。そのため、焦点検出用画素が通常の撮像用画素に対して、十分に少ない場合には画質の劣化が小さくて済むが、焦点検出用画素の割合が増大するにしたがって、画質の劣化が大きくなるという問題がある。
【００１０】
そのため、電子ビューファインダーモードや動画撮影モードが設定された場合に、撮像素子からの画素信号の読み出しを高速に行う必要があるため、撮像素子内の一部の画素を間引いて高速に読み出すことが知られている。しかしながら、その際に、読み出した画素信号に焦点検出用画素が含まれるように画素配置を行うと、全画素読み出しの場合と比較して、撮像用画素に対する焦点検出用画素の割合が増大するため、画質への影響も大きくなってしまうという問題があった。
【００１１】
また、焦点検出用画素の配置領域を、光学的に条件が良く、比較的高い焦点検出精度が得られる撮像領域の中央部付近などに限定し、均一面被写体を撮影した場合に、次のような課題があった。すなわち、焦点検出用画素の配置領域と非配置領域との境界で焦点検出用画素の周辺に配置された撮像用画素の補正誤差による画質劣化が認識しやすいという課題があった。
【００１２】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、焦点検出用画素の配置領域を撮像領域の一部領域に限定した場合に、焦点検出用画素の配置領域と非配置領域の境界で、焦点検出用画素の補間処理による画質劣化をより目立たなくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像画面を構成する画素領域において、光学系の異なる瞳領域を通った光束をそれぞれ独立に受光して得られた画像信号をそれぞれ出力することのできる複数の焦点検出用画素が、予め決められた第１の混入比率で混入された第１の領域と、前記第１の混入比率よりも低い第２の混入比率で前記焦点検出用画素が混入された第２の領域と、を有する撮像素子と、前記第１の領域に含まれる前記焦点検出用画素から得られた画像信号を画像用に補間する補間パターンを用いて、前記第１の領域及び前記第２の領域から得られる画像信号を補間する補間手段とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、焦点検出用画素の配置領域を撮像領域の一部領域に限定した場合に、焦点検出用画素の配置領域と非配置領域の境界で、焦点検出用画素の補間処理による画質劣化をより目立たなくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の概略構成図。
【図２】実施の形態における撮像素子の構成例を示すブロック図。
【図３】実施の形態における全画素読み出しの説明図。
【図４】実施の形態における間引き読み出しの説明図。
【図５】実施の形態における撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図。
【図６】実施の形態における撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図。
【図７】実施の形態における撮像用画素及び焦点検出用画素の画素配置図。
【図８】実施の形態における焦点検出領域の配置図。
【図９】実施の形態における補間対象領域の説明図。
【図１０】変形例における複数の焦点検出用画素の画素配置図及び補間パターンを示す図。
【図１１】変形例における異なる焦点検出用画素の混入比率を有する複数の領域の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の構成図であり、撮像素子を有したカメラ本体と撮影光学系とが一体となった電子カメラを示している。図１において、第１レンズ群１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時には露光秒時を調節する機能も備える。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は、一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。
【００１８】
第３レンズ群１０５は、光軸方向の進退により、焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１０７はＣＭＯＳイメージセンサとその周辺回路で構成されている。また、撮像素子１０７は、水平方向ｍ画素、垂直方向ｎ画素に配列された受光画素を複数有し、当該受光画素上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。
【００１９】
ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１〜第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００２０】
被写体照明用電子フラッシュ１１５は撮影時に用いられ、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。ＡＦ補助光発光部１１６は、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体や低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００２１】
ＣＰＵ１２１は、撮像装置内でカメラ本体の種々の制御を司る。ＣＰＵ１２１は、例えば、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。そして、ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、撮像装置が有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理及び記録等の一連の動作を実行する。
【００２２】
電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光発光部１１６を点灯制御する。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御すると共に、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間及び後述する補間処理、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。
【００２３】
フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００２４】
ＬＣＤ等の表示器１３１は、撮像装置の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。着脱可能なフラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。
【００２５】
図２は、本発明の実施の形態における撮像素子１０７の構成を示すブロック図である。なお、図２は、後述の読み出し動作が説明できる最低限の構成を示しており、画素リセット信号などが省略されている。図２において、光電変換部２０１は、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されており、ｍ列×ｎ行の光電変換部が２次元上に配置されている。
【００２６】
スイッチ２０２は、光電変換部２０１の出力を選択するためのスイッチであり、後述の垂直走査回路２０８により、行単位で選択される。ラインメモリ２０３は、光電変換部２０１の出力を一時的に記憶するために設けられており、垂直走査回路２０８により選択された行の光電変換部２０１の出力を、信号ＭＥＭがＨレベルとなったときに、垂直出力線ＶＬを介して記憶する。ラインメモリ２０３としては、通常は、コンデンサが使用される。スイッチ２０４は、水平出力線ＨＬを所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするための水平出力線ＨＬに接続されたスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。スイッチ２０５は、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１の出力を水平出力線ＨＬに順次出力するためのスイッチである。
【００２７】
水平走査回路２０６は、信号Ｈ0からＨm-1を用いてスイッチ２０５を順次走査することにより、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１の出力を順次、水平出力線ＨＬに出力させる。信号ＰＨＳＴは水平走査回路２０６のデータ入力、信号ＰＨ１、ＰＨ２はシフトクロック入力であり、ＰＨ１がＨレベルの時にデータがセットされ、ＰＨ２がＨレベルの時にデータがラッチされる構成となっている。信号ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、ＰＨＳＴを順次シフトさせて、信号Ｈ0からＨm-1を順次Ｈレベルにし、スイッチ２０５を順次オンさせることができる。ＳＫＩＰは、後述の一部の画素から信号を読み出す間引き読み出し時に設定を行わせる信号である。ＳＫＩＰ端子をＨレベルに設定することにより、水平走査回路２０６を所定間隔でスキップさせることが可能になる。なお、読み出し動作に関する詳細は後述する。
【００２８】
アンプ２０７は、ラインメモリ２０３から水平出力線ＨＬを介して出力された画素信号を所定の割合で増幅し、ＶＯＵＴとして出力する。
【００２９】
垂直走査回路２０８は、信号Ｖ0からＶn-1をＨレベルにすることにより、選択スイッチ２０２を行単位で選択することができる。垂直走査回路２０８は、水平走査回路２０６と同様に、データ入力ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、間引き読み設定信号ＳＫＩＰにより制御される。動作に関しては、水平走査回路２０６と同様であるので詳細説明は省略する。
【００３０】
図３は、図２に示す構成を有する撮像素子１０７の全画素を読み出す場合の説明図である。図３（ａ）において、Ｒ、Ｇ、Ｂの記号は、各画素を覆うカラーフィルタの色を表している。本実施の形態の説明においては、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置したベイヤー配列として説明する。また、図３（ａ）の画素配列の上および左側に付記された番号は、Ｘ及びＹ方向の番号である。また、斜線の引かれた画素が、読み出し対象である。ここでは、全画素読み出しなので、図３（ａ）のすべての画素に斜線が引かれている。なお、撮像素子１０７には、通常、黒レベルを検出するために遮光されたＯＢ（オプティカルブラック）画素なども配置され、ＯＢ画素からも読み出しを行うが、本実施の形態では、説明が煩雑になるため省略する。
【００３１】
図３（ｂ）は、撮像素子１０７の全画素を読み出す場合のタイミングチャートを示しており、ＣＰＵ１２１が撮像素子駆動回路１２４を制御して、撮像素子１０７にパルスを送ることにより、読み出しが行われる。ここで図３（ｂ）を参照して、全画素読み出し動作を説明する。
【００３２】
まず、垂直走査回路２０８を駆動して、Ｖ0をアクティブにする。このとき、０行目の画素の出力が、垂直出力線ＶＬにそれぞれ出力される。この状態で、信号ＭＥＭをアクティブにして、各画素のデータをラインメモリ２０３にホールドする。次に、ＰＨＳＴをアクティブにして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次H0からＨm-1をアクティブにすることで、水平出力線ＨＬに画素出力を出力する。出力された画素出力は、アンプ２０７を介して、ＶＯＵＴとして出力され、不図示のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換され、画像処理回路１２５で所定の画像処理が施される。
【００３３】
次に、垂直走査回路２０８がV1をアクティブにすることで、１行目の画素出力が垂直出力線ＶＬに出力され、この状態で同様に信号ＭＥＭをアクティブにすることによりラインメモリ２０３に画素出力がホールドされる。次に、ＰＨＳＴをアクティブにして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次H0からＨm-1をアクティブにすることで、水平出力線ＨＬに画素出力を出力する動作は同じである。同様にして、Vn-1まで順にアクティブにしていくことで、n-1行目までの読み出しを順次行う。
【００３４】
図４は、図２に示す構成を有する撮像素子１０７から一部の画素を読み出す間引き読み出しの一例を説明する図である。図４（ａ）では、図３（ａ）と同様に、斜線の引かれた画素が、間引き読み出し時の読み出し対象画素である。ここでは、Ｘ、Ｙ方向ともに１／３の間引きの読み出しの場合を示している。
【００３５】
図４（ｂ）は、間引き読み出し時のタイミングチャートを示しており、図４（ｂ）のタイミングチャートを参照して、間引き読み出しの動作説明を行う。間引き読み出しの設定は、水平走査回路２０６の制御端子であるＳＫＩＰ端子をアクティブにすることで行う。ＳＫＩＰ端子をアクティブにすることで、垂直走査回路２０８、水平走査回路２０６は、１画素ごとの順次走査から３画素ごとの順次走査に動作が変更される。具体的方法に関しては、公知の技術なので詳細は省略する。
【００３６】
間引き読み出し時は、まず、垂直走査回路２０８を駆動して、V0をアクティブにする。このとき、0行目の画素の出力が、垂直出力線ＶＬにそれぞれ出力される。この状態で、信号ＭＥＭをアクティブにして、各画素のデータをラインメモリ２０３にホールドする。次に、ＰＨＳＴをアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力する。このとき、ＳＫＩＰ端子をアクティブ設定にすることにより、シフトレジスタの経路が変更され、順次H0、H3、H6・・・Ｈm-3のように、３画素ごとに水平出力線ＨＬに画素出力を出力する。出力された画素出力は、アンプ２０７を介してＶＯＵＴとして出力され、不図示のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換され、画像処理回路１２５で所定の画像処理が施される。
【００３７】
次に、垂直走査回路２０８は、水平走査回路２０６と同様に、V1、V2をスキップさせて、Ｖ3をアクティブにして、３行目の画素出力を垂直出力線ＶＬに出力する。その後、信号ＭＥＭによりラインメモリ２０３に画素出力がホールドされる。ＰＨＳＴをアクティブにして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次H0、H3、H6・・・Ｈm-3をアクティブにして、水平出力線ＨＬに画素出力を出力する動作は０行目と同じである。以上のように、n-３行目までの読み出しを順次行う。以上のように、水平、垂直ともに１／３の間引き読み出しが行われる。
【００３８】
図５、図６は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施の形態においては、上述したベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。
【００３９】
図５に撮像用画素の配置と構造を示す。図５（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のように、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そして２行×２列の構造が繰り返し配置される。
【００４０】
図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図５（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（赤色）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（緑色）のカラーフィルタである。ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）は図２で説明した撮像素子１０７の光電変換部２０１を模式的に示したものである。ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。
【００４１】
ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤは、撮影光学系ＴＬ（Ｔａｋｉｎｇ Ｌｅｎｓ）を通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰ（ＥｘｉｔＰｕｐｉｌ）と光電変換素子ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換素子ＰＤの有効面積は大面積に設計される。また、図５（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（青色）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束（光量子）を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。
【００４２】
図６は、撮影光学系の水平方向に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置と構造を示す。水平方向に瞳分割を行うことにより、水平方向に輝度分布を有した被写体、例えば縦線に対して焦点検出が可能になる。図６（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録又は観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。これは、人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるためで、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲ画素又はＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は、輝度情報と比較して色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで、本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。この焦点検出用画素を、図６（ａ）においてＳＡ及びＳＢと示す。
【００４３】
図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図６（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換素子ＰＤは図５（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施の形態においては、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（白色）が配置される。また、光電変換部２０１単位で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＡの開口部ＯＰＨＡは水平方向（図６では、右側）に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＢの開口部ＯＰＨＢは、画素ＳＡとは逆方向の左側に偏倚し、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。上述した構成を有する画素ＳＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とし、上述した構成を有する画素Ｂも同様に水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とする。そして、得られたＡ像とＢ像の相対位置（位相差）を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。
【００４４】
なお、垂直方向に輝度分布を有する被写体、例えば横線のピントずれ量を検出したい場合には、画素ＳＡの開口部ＯＰＨＡを下側に、画素ＳＢの開口ＯＰＨＢを上側に偏倚させるように９０度回転させて構成すればよい。あるいは、開口部ＯＰＨＡを上側に、画素ＳＢの開口ＯＰＨＢを下側に偏倚させるように構成してもよい。
【００４５】
図７は、図５及び図６を参照して説明した撮像用画素及び焦点検出用画素ＳＡ、ＳＢの配置の一例を示す画素配置図である。なお、本実施の形態では、撮像素子１０７の全画素の内、上述したように、水平方向に１／３、垂直方向に１／３の画素数となるように間引き読み出しすることが可能であるものとする。図７において、斜線の引かれた画素が読み出される画素であり、焦点検出用画素は、間引き読み出し時に読み出される行及び列に配置する。
【００４６】
また、焦点検出用の画素が撮像用に使用できないことを考慮して、本実施の形態では、焦点検出用画素が、水平方向及び垂直方向にある程度の間隔をおいて、離散的に配置されるように構成されている。また、画像の劣化が目立ちにくくなるように、上述したようにＧ画素部分には焦点検出用の画素を配置しないことが好ましい。本実施の形態では、図７に示すように、１２×２４画素のブロック内に、２組の画素ＳＡ及び画素ＳＢが配置され、それぞれ１ブロックで画素配置パターンが完結するように構成されている。
【００４７】
図８は、本実施の形態における、全撮像画面に対する焦点検出用画素を含むブロックの配置を示す領域配置図である。図８において、撮像素子１０７における有効画素領域８０１は、記録される画像を生成するための画像信号を得る撮像用画素が配置されている領域を示している。図８の中央部に示した領域８０２は、焦点検出領域（第１の領域）を示しており、図７に示した、焦点検出用画素を所定の混入比率（第１の混入比率）で含む画素ブロックが、水平及び垂直方向に連続的に配置されている。一方、有効画素領域８０１中の焦点検出領域８０２以外の領域（第２の領域）には、焦点検出用画素は配置されていない（第２の混入比率）。
【００４８】
なお、本実施の形態では、焦点検出用画素を含む領域を画面中央部に配置しているが、これは、光学条件が良く、比較的高い焦点検出精度が得られる領域に限定しているためである。
【００４９】
図９は、静止画撮影及び動画撮影時の画像を生成する際の画素補間処理において、処理の対象となる領域を示す図である。
【００５０】
前述したとおり、焦点検出用画素は、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（白色）で覆われていると共に、瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚されている。そのため、焦点検出用画素は、撮像に用いる画素としては欠陥画素となり、焦点検出画素の配置されている位置の画像用の信号は、周辺の撮像信号から補間して生成する必要がある。
【００５１】
なお、ここで用いることのできる補間方法としては様々な手法が知られており、本発明は補間方法によって限定されるものではないため説明は省略するが、特定の被写体においては、補間ミスにより画像劣化が目立ってしまうことがある。特に、補間画素の割合が非補間画素に対して大きくなると、画質劣化の影響も大きくなってしまう。そのため、本発明では補間処理を行う対象領域を補間画素の割合に応じて変更することで、画像劣化の影響を目立ちにくくしている。以下に具体的に説明する。
【００５２】
図９（ａ）は、静止画撮影時の補間処理の対象領域８０３を示している。静止画撮影時には、全画素が読み出されるため、補間処理を必要とする焦点検出用画素（補間画素）の割合が撮像用画素（非補間画素）に対して低くなり、画質劣化の影響が小さくなる。そのため、対象領域を焦点検出領域８０２に設定して、焦点検出用画素の配置パターンに合わせて補間処理を行う。
【００５３】
図９（ｂ）は、電子ビューファインダー使用時及び動画撮影時の補間処理の対象領域８０４を示している。電子ビューファインダー使用時及び動画撮影時には、図４を参照して説明したような画素間引き読み出しを行っているため、補間処理を必要とする焦点検出用画素の割合が撮像用画素に対して大きくなり、画像劣化の影響が大きくなる。そのため、補間処理の対象領域を有効画素領域８０１に設定して、焦点検出用画素の配置パターンに合わせて（すなわち、焦点検出領域８０２の補間パターンを用いて）補間処理を行う。
【００５４】
このように、非補間画素に対する補間画素の割合に応じて、補間処理を行う対象領域を変更することで、特に画像劣化が目立つ補間領域と非補間領域との境界における画像劣化をより目立ちにくくすることが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、焦点検出領域８０２を撮像画面の中央部の矩形領域に配置したが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。例えば、焦点検出領域を複数の領域に離散的に配置した場合や、円形、十字等の形で焦点検出領域を構成してもよい。このように構成した場合も、焦点検出用画素の混入比率に応じて補正対象領域を変更することは可能である。
【００５６】
また、本実施の形態では、焦点検出用画素ＳＡ及びＳＢを１組として、位相差を求めるための画像信号を取得する場合について説明したが、焦点検出用画素の構成は、これに限るものではない。例えば、１つの焦点検出用画素が複数の光電変換領域を有し、それぞれの光電変換領域から独立に読み出しできるように構成することにより、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した被写体光に基づく、位相差を有する複数の画像を取得することができる。
【００５７】
＜変形例＞
上述した実施の形態では、焦点検出用画素のブロック配置パターンが１種類であるものとして説明したが、本発明は、複数種類のブロック配置パターンで構成した場合にも適用可能である。ここで、複数種類のブロック配置パターンで構成した場合について説明する。
【００５８】
図１０は、図５及び図６を参照して説明した撮像用画素及び焦点検出用画素ＳＡ、ＳＢの配置例を示す２種類の画素配置図を示す。図１０（ａ）は、焦点検出用画素を含む第１の配置パターンであり、１２×２４画素のブロック中に、２組の画素ＳＡ及び画素ＳＢが配置されている（第１の混入比率）。また、図１０（ｂ）は、焦点検出用画素を含む第２の配置パターンであり、１２×２４画素のブロック中に、１組の画素ＳＡ及び画素ＳＢが配置されている（第２の混入比率）。図１０（ｃ）は、補間パターンであり、塗りつぶして示した画素が補間対象画素である。
【００５９】
そして、撮像素子１０７の撮影画面内に、第１の配置パターンのブロックと第２の配置パターンのブロックとが混在している場合に、図１０（ｃ）の補間パターンを用いて、補間処理を行う。このように、図１０（ｃ）の補間画素配置パターンで補間処理の対象領域を補間処理し、焦点検出用画素の配置が異なる第１の配置パターンと第２の配置パターンの領域の画像劣化の度合いを合わせて、画像劣化が目立たなくすることも可能である。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、間引き読み出し時の補間処理の対象領域を有効画素領域に合わせて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、焦点検出用画素の配置パターンを３種類設定する。そして、外周に向けて焦点検出用画素の混入比率を段階的に低下させることで、焦点検出領域８０２（第１の領域）と焦点検出画素を含まない領域（第２の領域）との境界（第３の領域）における画質劣化をより目立ちにくくすることも可能である。なお、配置パターンを４種類以上用いてもよいことは言うまでもない。
【００６１】
また、静止画用の全画素読み出し時に補間対象領域を焦点検出領域よりも広げて補間処理した場合も同様の効果が得られることは明らかなため、本発明の適用範囲は間引き読み出しに限定されない。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、全画素読み出し時と、水平、垂直方向共に１／３間引きの間引き読み出し時との場合の例を示し、より補間画素の割合が非補間画素に対して大きくなる間引き読み出し時に、補間対象領域を広げる方法について説明した。これにより、補間対象領域と非補間対象領域との境界の画質劣化をより目立ちにくくしたが、読み出しモードの種類はこれに限定されない。つまり、補間画素の割合に応じて、補間対象領域を広げることも本発明の適用範囲である。
【００６３】
例えば、撮像素子から水平、垂直方向のうち、少なくともいずれか一方を加算して読み出す加算読み出しにより、間引き読み出し時と同じ画素数を読み出した場合に、加算読み出し時の補間対象領域を広げた場合も同一の効果が得られる。より詳しくは、加算読み出しでは、画像信号に含まれる有効画素数が間引き読み出しよりも高くなるため、補間処理を行った際の画質劣化の影響が小さい。そのため、間引き読み出し時にのみ補間対象領域を広げて、補間対象領域と非補間対象領域の境界の画質劣化をより目立ちにくくすることも可能である。
【００６４】
また、例えば、撮像素子から水平及び垂直方向のうち少なくともいずれか一方を所定の間引き率（例えば、垂直１／３画素間引き）で読み出す間引き読み出しと、より高い間引き率（例えば、垂直１／５画素間引き）で間引いて読み出す間引き読み出しを行う。そして得られる画像を比較した場合、より高い間引き率（例えば、垂直１／５画素間引き）で読み出した画像の方が、補間処理による画質劣化の影響が大きくなる。そこで、間引き率の高い（１／５画素間引き）間引き読み出し時のみ補間対象領域を広げて、補間対象領域と非補間対象領域の境界の画質劣化の目立ちを抑制するようにしてもよい。
【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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