(57)【要約】      （修正有）【課題】低輝度および高輝度の被写体に対する測距の精度と品質の向上を図ることが可能となる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置であって、結像光学系と、第１の高感度受光部、低感度受光部、瞳分割手段を有する第１の画素、及び第２の高感度受光部、低感度受光部、瞳分割手段を有する第２の画素を備えた撮像素子と、を有し、第１と第２の画素とは互いに近傍位置に配置され、受光部は、光電変換部を備え、第１と第２の高感度受光部及び低感度受光部は、第１と第２の画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転させた構造に構成され、瞳分割手段は、結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を第１の高感度受光部に導き、他の一部の領域からの光を第２の高感度受光部に導き、結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を第１の低感度受光部に導き、他の一部の領域からの光を第２の低感度受光部に導く。【選択図】図１
2013228692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
被写体の像を撮像素子上に結像する結像光学系と、
前記撮像素子の前記像の撮像用の信号を生成する全ての画素が、第１の高感度受光部と第１の低感度受光部と第１の瞳分割手段を有する第１の画素、及び第２の高感度受光部と第２の低感度受光部と第２の瞳分割手段を有する第２の画素の何れかからなると共に第１の画素と第２の画素の双方を備えた撮像素子と、を有し、
前記第１の画素と前記第２の画素とは互いに近傍位置に配置され、
前記第１及び第２における高感度受光部及び低感度受光部は、それぞれ光電変換部を備え、
前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、前記第２の高感度受光部及び低感度受光部とは、該第１の画素及び該第２の画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転させた構造に構成され、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の高感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の高感度受光部に導くことが可能に構成されると共に、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の低感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の低感度受光部に導くことが可能に構成され、
前記第１の画素と前記第２の画素における受光部により、距離を検出するための信号及び前記像の撮像用信号を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記瞳分割手段は、
前記第１の画素における前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、第２の画素における前記第２の高感度受光部及び低感度受光部との上に、それぞれマイクロレンズを有す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】
前記低感度受光部は、前記射出瞳の周辺領域を通過した光束を受光し、または前記射出瞳の狭い領域を通過した光束を受光す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１及び第２の高感度受光部における光電変換部は、
前記第１及び第２の低感度受光部における光電変換部よりも大きい受光面を有し、または、前記第１及び第２の画素の中心に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の高感度受光部と、前記第１及び第２の低感度受光部は、
前記第１及び第２の瞳分割手段とそれぞれの前記光電変換部との間に、フィルタを備え、
前記フィルタは、それぞれの前記光電変換部の上部に配置された遮光部材の一部に、開口部を設けることにより構成され、
前記第１及び第２の高感度受光部における前記開口部は、前記第１及び第２の低感度受光部における開口部よりも大きい開口幅を有し、または、前記第１及び第２の画素の中心に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の画素における前記第１の高感度受光部と前記第２の画素における前記第２の低感度受光部とは、前記射出瞳の互いに同じ領域を通過する光束を受光し、
前記第１の画素における前記第１の低感度受光部と前記第２の画素における前記第２の高感度受光部とは、前記射出瞳の互いに同じ領域を通過する光束を受光し、
前記第１及び第２の低感度受光部は、前記第１及び第２の高感度受光部よりも、感度が
小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の高感度受光部と、前記第１及び第２の低感度受光部は、
前記第１及び第２の瞳分割手段とそれぞれの前記光電変換部の間に、フィルタを備え、前記フィルタは、前記第１及び第２の低感度受光部におけるそれぞれの前記光電変換部の上部が吸収媒質で構成され、
前記第１及び第２の高感度受光部におけるそれぞれの前記光電変換部の上部が非吸収媒質で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の画素及び前記第２の画素は、前記瞳分割方向に垂直な方向において、同じ画素列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９】
撮像装置であって、
被写体の像を撮像素子上に結像する結像光学系と、
第１の高感度受光部と第１の低感度受光部と第１の瞳分割手段を有する第１の画素、及び第２の高感度受光部と第２の低感度受光部と第２の瞳分割手段を有する第２の画素を備えた撮像素子と、を有し、
前記第１の画素と前記第２の画素とは互いに近傍位置に配置され、
前記第１及び第２における高感度受光部及び低感度受光部は、それぞれ光電変換部を備え、
前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、前記第２の高感度受光部及び低感度受光部とは、該第１の画素及び該第２の画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転させた構造に構成され、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の高感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の高感度受光部に導くことが可能に構成されると共に、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の低感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の低感度受光部に導くことが可能に構成され、
前記第１の画素と前記第２の画素における受光部により、距離を検出するための信号を生成するものであり、
前記瞳分割手段は、前記第１の画素における前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、第２の画素における前記第２の高感度受光部及び低感度受光部との上に、それぞれ導波路を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の画素の第１の高感度受光部と第１の低感度受光部における少なくとも一方の受光部で取得した信号より、該第１の画素の撮影画像のための画素信号を生成し、
前記第２の画素の第２の高感度受光部と第２の低感度受光部における少なくとも一方の受光部で取得した信号より、該第２の画素の撮影画像のための画素信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の画素及び前記第２の画素は、瞳分割方向に垂直な方向において、同じ画素列に配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記互いに近傍位置に配置されている第１の画素と前記第２の画素とは、互いに２画素以内の距離に配置されていることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記低感度受光部は、前記射出瞳の周辺領域を通過した光束を受光し、または前記射出瞳の狭い領域を通過した光束を受光することを特徴とする請求項９から１２のいずれか１
項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２の高感度受光部における光電変換部は、
前記第１及び第２の低感度受光部における光電変換部よりも大きい受光面を有し、または、前記第１及び第２の画素の中心に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２の高感度受光部と、前記第１及び第２の低感度受光部は、
前記第１及び第２の瞳分割手段とそれぞれの前記光電変換部との間に、フィルタを備え、
前記フィルタは、それぞれの前記光電変換部の上部に配置された遮光部材の一部に、開口部を設けることにより構成され、
前記第１及び第２の高感度受光部における前記開口部は、前記第１及び第２の低感度受光部における開口部よりも大きい開口幅を有し、または、前記第１及び第２の画素の中心に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２の高感度受光部と、前記第１及び第２の低感度受光部は、
前記第１及び第２の瞳分割手段とそれぞれの前記光電変換部との間に、導波路を備え、
前記第１及び第２の高感度受光部における前記導波路は、前記第１及び第２の低感度受光部における導波路よりも大きいコア径を有し、または、前記第１及び第２の画素の中心に近い位置に前記導波路のコア部が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記第１の画素における前記第１の高感度受光部と前記第２の画素における前記第２の低感度受光部とは、前記射出瞳の互いに同じ領域を通過する光束を受光し、
前記第１の画素における前記第１の低感度受光部と前記第２の画素における前記第２の高感度受光部とは、前記射出瞳の互いに同じ領域を通過する光束を受光し、
前記第１及び第２の低感度受光部は、前記第１及び第２の高感度受光部よりも、感度が小さいことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２の高感度受光部と、前記第１及び第２の低感度受光部は、
前記第１及び第２の瞳分割手段とそれぞれの前記光電変換部の間に、フィルタを備え、前記フィルタは、前記第１及び第２の低感度受光部におけるそれぞれの前記光電変換部の上部が吸収媒質で構成され、
前記第１及び第２の高感度受光部におけるそれぞれの前記光電変換部の上部が非吸収媒質で構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
【請求項１９】
請求項１または請求項９に記載の撮像装置と、該撮像装置で取得した信号を処理する信号処理手段と、を備えることを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びカメラシステムに関し、特にデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのカメラシステムに用いられる撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやビデオカメラにおいて、撮像素子の一部あるいは全部の画素に測距機能を有する測距画素を配置し、位相差方式で検出するようにした固体撮像素子（撮像装置）が提案されている（特許文献１）。
測距画素は、複数の光電変換部を備え、カメラレンズの瞳上の異なる領域を通過した光束が、異なる光電変換部に導かれるように構成される。
各測距画素に含まれる光電変換部で得た信号により、異なる瞳領域を通過した光束で生成される光像（以後、測距像と記す。）を取得する。
この測距像のズレ量を基に、ステレオ画像による三角測量を用いてデフォーカス量を算出し、距離を測定することができる。
これによると、従来のコントラスト方式とは異なり、距離を測定するためにレンズを動かす必要が無いため、高速高精度な測距が可能となる。
また、各測距画素に含まれる複数の光電変換部で取得した信号は、撮影画像を生成するために、各測距画素の画素値として用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような測距画素を含む撮像装置において、低輝度な被写体を撮像すると、測距画素の各光電変換部に入射する光量は小さくなる。これにより、取得される信号の強度は小さくなり、Ｓ／Ｎが劣化し、信号の品質が低下する。
一方、高輝度な被写体を撮像すると、各光電変換部に入射する光量が増大する。
入射光の光量が所定の閾値を超えると、光電変換され、蓄積される電荷量の許容値を超え、得られる信号は、最大値で飽和し、正確な信号が取得できなくなる。
そのため、従来の測距画素を含む撮像素子では、低輝度あるいは高輝度な被写体の距離検出および撮像において、高品質な信号の取得が難しくなる。
そして、測距においては、測距像の精度が低下し、測距精度が低下する。
また、画像の生成においては、測距画素の画素値の精度が低下し、撮影画像の画質が低下する。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、低輝度および高輝度の被写体に対して測距の精度を向上させると共に、品質の向上を図ることが可能となる撮像装置及びカメラシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、
被写体の像を撮像素子上に結像する結像光学系と、
前記撮像素子の前記像の撮像用の信号を生成する全ての画素が、第１の高感度受光部と第１の低感度受光部と第１の瞳分割手段を有する第１の画素、及び第２の高感度受光部と第２の低感度受光部と第２の瞳分割手段を有する第２の画素の何れかからなると共に第１
の画素と第２の画素の双方を備えた撮像素子と、を有し、
前記第１の画素と前記第２の画素とは互いに近傍位置に配置され、
前記第１及び第２における高感度受光部及び低感度受光部は、それぞれ光電変換部を備え、
前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、前記第２の高感度受光部及び低感度受光部とは、該第１の画素及び該第２の画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転させた構造に構成され、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の高感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の高感度受光部に導くことが可能に構成されると共に、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の低感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の低感度受光部に導くことが可能に構成され、
前記第１の画素と前記第２の画素における受光部により、距離を検出するための信号及び前記像の撮像用信号を生成することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、
被写体の像を撮像素子上に結像する結像光学系と、
第１の高感度受光部と第１の低感度受光部と第１の瞳分割手段を有する第１の画素、及び第２の高感度受光部と第２の低感度受光部と第２の瞳分割手段を有する第２の画素を備えた撮像素子と、を有し、
前記第１の画素と前記第２の画素とは互いに近傍位置に配置され、
前記第１及び第２における高感度受光部及び低感度受光部は、それぞれ光電変換部を備え、
前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、前記第２の高感度受光部及び低感度受光部とは、該第１の画素及び該第２の画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転させた構造に構成され、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の高感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の高感度受光部に導くことが可能に構成されると共に、
前記第１の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の一部の領域からの光を前記第１の低感度受光部に導き、前記第２の瞳分割手段は前記結像光学系の射出瞳の他の一部の領域からの光を該第２の低感度受光部に導くことが可能に構成され、
前記第１の画素と前記第２の画素における受光部により、距離を検出するための信号を生成するものであり、
前記瞳分割手段は、前記第１の画素における前記第１の高感度受光部及び低感度受光部と、第２の画素における前記第２の高感度受光部及び低感度受光部との上に、それぞれ導波路を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低輝度および高輝度の被写体に対して測距の精度を向上させると共に、品質の向上を図ることが可能となる撮像装置及びカメラシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における撮像装置の画素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装置の画素の特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における撮像装置の画素の特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における撮像装置の画素の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における撮像装置の画素の特性を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における撮像装置の画素の配置を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における撮像装置の画素の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例１における撮像装置の画素の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２における撮像装置の画素の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３における撮像装置の画素の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４における撮像装置の画素の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態における撮像装置について、図１および図２を用いて説明する。
図１（ａ）において、撮像装置１００は、撮像素子１０１と、被写体の像を撮像素子上に結像する結像光学系１０２を備える。
撮像装置１００は、例えば、図１（ｃ）に示すように、他の素子と組み合わせることでカメラシステム１３０が構成される。
図１（ｃ）のカメラシステム１３０は、撮像装置１００を制御するＣＰＵ１２１、撮像素子１０１で取得した信号の読み出し、処理、記録のための、配線１２２、信号処理基板１２３、記録装置１２４を備えている。
結像レンズ１０２は、被写体の像を撮像素子１０１上に結像する。図１（ｂ）は、撮像素子１０１の一部を示す図である。
撮像素子１０１は、測距機能を有する画素１０３と１０４を備え、互いに近接して配置されている。
なお、本実施形態における画素とは、撮影画像を構成する最小単位の要素を画素として定義している。
【００１０】
図２は画素１０３及び１０４を示す図である。
画素（第１の画素）１０３は、瞳分割手段（第１の瞳分割手段）１１０と高感度受光部（第１の高感度受光部）１１６、低感度受光部（第１の低感度受光部）１１７を備えている。
また、画素（第２の画素）１０４は、瞳分割手段（第２の瞳分割手段）１１１と、高感度受光部（第２の高感度受光部）１１８、低感度受光部（第２の低感度受光部）１１９を備えている。更に、各画素には図示しないカラーフィルタを備えている。
画素１０３の高感度受光部１１６と低感度受光部１１７と、画素１０４の高感度受光部１１８と低感度受光部１１９とは、第１の画素及び第２の画素の中心を基準に、瞳分割方向（ｘ方向）に、互いに反転させた構造に構成されている。
各受光部は、基板１０９内に光電変換部１０５、１０６、１０７、１０８を含んでいる。基板１０９は、撮像する波長帯域で吸収を有する材料、例えばＳｉであり、イオン打ち込みなどで、内部の少なくとも一部の領域に光電変換部１０５、１０６、１０７、１０８を形成する。結像レンズ１０２より、各光電変換部に到達した光束は、電気信号に変換され、図示しない信号処理回路より出力される。  
【００１１】
瞳分割手段１１０は、結像レンズ１０２の射出瞳１２０の一部の領域からの光束１１２を光電変換部１０５に導き、他の一部の領域からの光束１１３を光電変換部１０６に導くように構成している。
瞳分割手段１１１は、射出瞳１２０の、光束１１２が通過する領域とは異なる、他の一部の領域からの光束１１４を光電変換部１０７に導くように構成している。
更に、瞳分割手段１１１は、光束１１３が通過する領域とは異なる、他の一部の領域からの光束１１５を光電変換部１０８に導くように構成している。
画素１０３の高感度受光部１１６及び低感度受光部１１７は、結像レンズ１０２から画素１０３に入射する光束のうち、光電変換部１０５による受光量が、光電変換部１０６によ
る受光量よりも大きくなるように構成している。
画素１０４の高感度受光部１１８及び低感度受光部１１９は、結像レンズ１０２から画素１０４に入射する光束のうち、光電変換部１０７による受光量が、光電変換部１０８による受光量よりも大きくなるように構成している。
【００１２】
高感度受光部１１６及び１１８、あるいは、低感度受光部１１７及び１１９により、異なる瞳領域を通過した光束による測距像が取得され、公知の方法により、被写体の距離を検出できる。
また、高感度受光部１１６と低感度受光部１１７で取得した信号における少なくとも一方の受光部で取得した信号より、該第１の画素の撮影画像のための画素信号を生成することができる。
すなわち、片方もしくは両方の信号を用いて、画素１０３の撮影画像の画素値を生成することができる。
同様に、高感度受光部１１８と低感度受光部１１９で取得した信号より、画素１０４の撮影画像の画素値を生成することができる。
これにより、被写体の距離情報と画像情報を同時に取得することができる。
【００１３】
各受光部の特性の一例を、図３に示す。図３（ａ）のグラフの横軸は、画素に入射する光束の角度を表しており、ｘｚ平面における、ｚ軸と成す角度を示している。
縦軸は、感度を表している。図の実線１１６ａと１１８ａは、高感度受光部１１６と１１８の特性、破線１１７ａと１１９ａは低感度受光部１１７と１１９の特性を示している。縦線１２１は、結像光学系のレンズ枠や絞り径で決まる最大入射角度を示す線である。
図３（ｂ）は、各受光部で受光される光束が、射出瞳１２０上で通過する領域を示している。
図の領域１１６ｂと１１８ｂは高感度受光部１１６と１１８、領域１１７ｂと１１９ｂは低感度受光部１１７と１１９で、それぞれ受光される光束が通過する瞳領域を示している。
高感度受光部１１６と低感度受光部１１７、高感度受光部１１８と低感度受光部１１９とは、それぞれ、最大感度が異なる特性となっている。
瞳分割手段１１０及び１１１、高感度受光部１１６及び１１８、低感度受光部１１７及び１１９をそれぞれ適切に設定することで、このような角度特性を有する受光部を構成することができる。
【００１４】
本発明の撮像装置１００で、低輝度あるいは高輝度な被写体に対して高精度な測距と高品質な撮影画像を得ることができる理由について述べる。
被写体の輝度が低い場合、画素１０３及び１０４に入射する光束は少なくなる。高感度受光部１１６と１１８は、画素１０３及び１０４に入射する光束のうち、多くの光束を光電変換部１０５及び１０７で受光し、更に、互いに異なる瞳領域からの測距像を取得するように構成されている。
このため、被写体の輝度が低くても、信号の強度が強く、Ｓ／Ｎが大きい信号を取得することができる。これにより、高品質な信号が得られ、高精度な測距を行うことができる。更に、高感度受光部１１６及び１１８で取得した高品質な信号により、画素１０３及び１０４の画素値の精度が向上し、高画質な撮影画像を取得できる。
【００１５】
被写体の輝度が高い場合、画素１０３及び１０４に入射する光束は多くなる。低感度受光部１１７と１１９は、画素１０３及び１０４に入射する光束のうち、一部の光束のみを光電変換部１０６及び１０８で受光し、更に、互いに異なる瞳領域からの測距像を取得するように構成されている。
このため、被写体が高輝度でも、信号値が飽和しにくく、正確な信号を取得することができる。
これにより、高品質な信号が得られ、高精度な測距を行うことができる。
更に、低感度受光部１１７及び１１９で取得した高品質な信号により、画素１０３及び１０４の画素値の精度が向上し、高画質な撮影画像を取得することができる。
なお、中間輝度の被写体に対しては、高感度受光部１１６及び１１８、あるいは低感度受光部１１７及び１１９で取得した信号の、片方あるいは両方の信号を用いて、測距と撮影画像の生成を行うことができる。
【００１６】
本発明における撮像装置１００で、高感度受光部１１６及び１１８と、低感度受光部１１７及び１１９で取得した信号を用いて、低輝度及び高輝度の被写体に対して、高精度な測距と、高品質な撮影画像の生成を行うことができる。
なお、絞りがある結像光学系では、撮影状況によって絞り径が変更される。
従来の構成では、絞り径が小さくなると、各画素に入射する光量が低下し、各光電変換部で取得される信号のＳ／Ｎが悪化する。
これに対して、本実施形態のように構成をすることで、絞り径が小さくなっても、高感度受光部１１６及び１１８により、Ｓ／Ｎが大きい信号を取得することができ、高精度な測距と高画質な画像の生成を行うことができる。
【００１７】
図３のように、低感度受光部１１７と高感度受光部１１８、低感度受光部１１９と高感度受光部１１６が同じ瞳領域を通過する光束を受光し、互いに感度が異なるように構成する。
このような特性にすると、低感度受光部及び高感度受光部で取得される測距像は、互いに形状が同じで、明るさが異なる像となる。この明るさの差は、両受光部の感度差を元に、信号処理により、補正することができる。
そのため、中間輝度の被写体に対しては、同じ画素に含まれる受光部１１６と１１７あるいは受光部１１８と１１９で取得した信号を用いて測距することができ、高精度な測距を行うことができる。
【００１８】
各受光部は、図４に示す特性を有することが望ましい。
図４は、図３と同様に、各受光部の角度特性と、各受光部で受光される光束が、射出瞳１２０上で通過する領域を示している。
【００１９】
図４（ａ）のように、低感度受光部１１７及び１１９を、高感度受光部１１６及び１１８よりも、大きな角度かつ狭い角度範囲から入射する光束に対して感度を有するように構成する。
低感度受光部１１７及び１１９では、大きな角度で入射する光束を受光することにより、射出瞳１２０の周辺領域を通過した光束による測距像が取得される。この測距像は、被写体の距離に応じて、像の位置が大きく変化する。
すなわち、基線長が長くなり、高精度な測距が可能となる。更に、低感度受光部１１７及び１１９では、狭い角度範囲で入射する光束を受光することにより、射出瞳１２０の狭い領域を通過した光束による測距像が取得される。
このような光束による像は、結像レンズの焦点位置から外れた位置にある被写体の像でもボケにくく、低感度受光部１１７及び１１９では、明確な測距像が取得される。
このような低感度受光部１１７及び１１９で取得した信号を用いることで、高輝度及び中間輝度の被写体に対して、非常に高精度な測距が可能となる。
また、絞りがある結像光学系において、絞り径が大きいときは、低感度受光部で高精度な測距が可能となり、絞り径が小さいときは、高感度受光部で、射出瞳中央付近からの光束を受光し、測距することができる。
瞳分割手段１１０及び１１１、高感度受光部１１６及び１１８、低感度受光部１１７及び１１９をそれぞれ適切に設定することで、このような角度特性を有する受光部を構成し、上記の効果を得ることができる。
【００２０】
本発明の撮像装置１００において、各画素の受光部の配置及び瞳分割方向は、ｘ方向に限定されるものではなく、ｙ方向あるいはｘｙ方向に構成してもよい。各画素の受光部をｙ方向あるいはｘｙ方向に配置することで構成でき、ｙ方向あるいはｘｙ方向にコントラスト変化がある被写体の測距を行うことができる。
あるいは、各画素に、高感度受光部を２つ、低感度受光部を２つ設けてもよい。４つ受光部を含む画素１５１及び１５２の構成を図５に示す。図５（ａ）は、各画素のｘｚ断面、（ｂ）は、ｙｚ断面を示している。
各画素には、瞳分割手段１６１及び１６２を備える。
更に、画素１５１には、高感度受光部１５３と低感度受光部１５４と他の受光部１５７及び１５８を備え、画素１５２には、高感度受光部１５５と低感度受光部１５６と他の受光部１５９及び１６０を備える。
各受光部には、基板１０９中に、図示しない、光電変換部を備えている。
画素１５１に含まれる高感度受光部１５３と低感度受光部１５４と、画素１５２に含まれる高感度受光部１５５と低感度受光部１５６とは、各画素の中心を基準に、瞳分割方向（ｘ方向及びｙ方向）に反転して構成している。
【００２１】
図６は、各受光部の角度特性と、取得される光束が通過する瞳領域を示している。図６（ａ）及び（ｂ）のグラフの横軸は、各画素に入射する光束の角度を表しており、それぞれ、ｘｚ平面及びｙｚ平面における、ｚ軸と成す角度を示している。
縦軸は、各受光部の感度を表している。図の実線１５３ａ及び１５５ａは、高感度受光部１５３と１５５の特性、破線１５４ａ及び１５６ａは、低感度受光部１５４と１５６の特性を示している。
破線１５７ａ、１５８ａ、１５９ａ、１６０ａは、他の受光部１５７、１５８、１５９、１６０の特性を示している。縦線１２１は、結像光学系のレンズ枠や絞り径で決まる最大入射角度を示す線である。
図６（ｃ）は、各受光部で受光される光束が、射出瞳１２０上で通過する領域を示している。
領域１５３ｂ及び１５５ｂは高感度受光部１５３と１５５、領域１５４ｂ及び１５６ｂは低感度受光部１５４と１５６で、それぞれ受光される光束が通過する瞳領域を示している。
領域１５７ｂ、１５８ｂ、１５９ｂ、１６０ｂは、それぞれ、受光部１５７、１５８、１５９、１６０で受光される光束が通過する瞳領域を示している。
高感度受光部１５３と１５５では、低感度受光部１５４と１５６よりも多くの光束が受光される。
【００２２】
このような構成にすることで、高輝度あるいは低輝度の被写体で、ｘ方向あるいはｙ方向にコントラスト変化を有する被写体の測距が可能となる。
被写体が低輝度で、ｘ方向にコントラスト変化がある被写体に対しては、受光部１５３と１５８、受光部１５５と１５９で取得した信号をそれぞれ積算する。
ｙ方向にコントラスト変化がある被写体に対しては、受光部１５３と１５７、受光部１５５と１６０で取得した信号をそれぞれ積算する。
そして、積算した信号を用いて測距することができる。被写体が高輝度で、ｘ方向にコントラスト変化がある被写体に対しては、受光部１５４と１５７、受光部１５６と１６０で取得した信号をそれぞれ積算する。
ｙ方向にコントラスト変化がある被写体に対しては、受光部１５４と１５８、受光部１５６と１５９で取得した信号を、それぞれ積算する。
これら積算した信号を用いて測距することができる。撮影画像の生成においては、被写体の輝度に応じて、受光部１５３、１５４、１５７、１５８で取得した信号より、画素１５１の画素値を生成できる。
そして、受光部１５５、１５６、１５９、１６０で取得した信号より、画素１５２の画素値を生成できる。
【００２３】
なお、高感度受光部及び低感度受光部の特性は、図６に示す特性に限定されるものでない。
前述と同様に、高感度受光部１５３と低感度受光部１５６、高感度受光部１５４と低感度受光部１５５とが、それぞれ同じ瞳領域を通過する光束を受光し、互いに感度が異なるように構成してもよい。
これにより、前述と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
本発明の撮像装置１００において、画素１０３や１０４のように、画素内に複数の光電変換部を配置すると、各画素の光電変換部で取得した信号を用いて、撮影画像用の画素信号を作成することができる。
撮像素子１０１の全画素に、このような画素を配置すると、距離画像と撮影画像の生成を同時に行うことができる。
撮像素子の全画素とは、実質的に撮影画像（被写体の像の撮像用の信号）の生成を行う全ての画素という意味であり、イメージエリアを担う画素全てを指す。つまり、所謂、有効画素数にカウントされる画素の全てである。よって、ノイズ低減のために遮光膜を設けて光を照射しない領域（所謂オプティカルブラック）や、イメージエリアに隣接して画像処理に必要な情報を取り出すための所謂リングピクセルを構成する画素は、含まない。
撮像素子の全画素に測距用信号の生成機能を設けることで、各画素位置における被写体の距離情報（距離マップ）が得られるので、撮像後に緻密な距離マップに基づいてボケの付与等の撮像画像の加工を施すことが可能となる。また、画像信号の取得専用の受光部（画素）を無くすことで、受光部の種類が減り、撮像素子を作製しやすくなる。
また、撮像素子１０１の任意の画素群より抽出した信号を用いて測距を行うことで、任意の撮像領域（被写体）の距離を測定することができる。
あるいは、撮像素子１０１の一部の画素に画素１０３及び１０４を配置し、他の画素には画像取得用の画素を配置してもよい。
測距に用いる画素の数を減らすことができ、撮影画像の画質を向上させることができる。
【００２５】
画素１０３と画素１０４とは、同じ被写体からの光束の一部を受光し、測距を行うことから、互いに近傍位置に配置することが望ましい。望ましくは、４画素以内、更に望ましくは、２画素以内の距離に配置することが望ましい。
測距像のズレ量を検出するため、画素１０３及び画素１０４は、瞳分割方向に、所定の画素間隔で複数の画素を配置することが望ましい。望ましくは８画素、更に望ましくは２画素以内の画素間隔で配置することが好ましい。
また、画素１０３及び画素１０４は、瞳分割方向に垂直な方向（図１（ｂ）におけるｙ方向）において、同じ画素列上に配置することが望ましい。
瞳分割方向において、測距像を取得する位置を出来るだけ同じにすることで、画素１０３と画素１０４で取得した測距像の形状の差を低減でき、高い精度で測距することができる。
【００２６】
図７に画素の配置例を示す。
図７（ａ）は、画素１０３及び１０４を、瞳分割方向（ｘ方向）に、２画素間隔で配置し、瞳分割方向に垂直な方向（ｙ方向）に、画素１０３と画素１０４とを２画素離れた画素列に配置した例である。
図７の配置にすると、ベイヤー配列で画素を配置し、特定の色の画素のみに、測距画素を配置することができる。
図７（ｂ）は、画素１０３及び１０４を、瞳分割方向（ｘ方向）に、８画素間隔で配置し、瞳分割方向に垂直な方向（ｙ方向）に、画素１０３と画素１０４とを４画素離れた画素
列に配置した例である。このように離散的に画素１０３及び１０４を配置することで、少ない測距画素で測距を行うことができる。
【００２７】
なお、本発明の撮像装置１００において、瞳分割手段１１０は、射出瞳１２０の一部の領域からの光束を、光電変換部１０５及び１０６の両方に導くように構成してもよい。
そして、瞳分割手段１１１は、射出瞳１２０の、上記の領域とは異なる、一部の領域からの光束を、光電変換部１０７及び１０８の両方に導くように構成してもよい。
このような瞳分割手段を用いても、本発明の効果を得ることができる。
【実施例】
【００２８】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置における撮像素子の画素２０１及び２０２の構成を図８に示す。
本実施例の撮像装置を構成する画素２０１は、基板１０９中に光電変換部２０５及び２０６が設けられ、その上部に瞳分割手段としてマイクロレンズ２０３が配置されている。
また、画素２０２は、基板１０９中に光電変換部２０７及び２０８が設けられ、その上方に瞳分割手段としてマイクロレンズ２０４が配置されている。
マイクロレンズ２０３及び２０４は、射出瞳１２０と、光電変換部２０５及び２０６とが共役関係となるように構成している。
光電変換部２０５及び２０７は、それぞれ、光電変換部２０６及び２０８よりも、撮像面に平行な面内において大きな受光面積を有している。
更に、光電変換部２０６及び２０８は、それぞれ、光電変換部２０５及び２０７よりも、各画素の中心から離れた位置に配置している。
【００２９】
画素２０１では、光電変換部２０５により高感度受光部２０９が、光電変換部２０６により低感度受光部２１０が構成される。
画素２０２では、光電変換部２０７により高感度受光部２１１が、光電変換部２０８により低感度受光部２１２が構成される。
画素２０１の高感度受光部２０９及び低感度受光部２１０と、画素２０２の高感度受光部２１１及び低感度受光部２１２は、各画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転して配置されている。
結像レンズ１０２より画素２０１に入射した光束は、マイクロレンズ２０３によって、光束１１２は光電変換部２０５に向けて集光され、光束１１３は光電変換部２０６に向けて集光される。
同様に、結像レンズ１０２より画素２０２に入射した光束は、マイクロレンズ２０４によって、光束１１４は光電変換部２０７に向けて集光され、光束１１５は光電変換部２０８に向けて集光される。
光電変換部２０５と２０７、光電変換部２０６と２０８は、互いに異なる瞳領域からの光束が受光される。
瞳分割手段として、光電変換部の上部にマイクロレンズを設けることで、異なる瞳領域を通過した光束を、異なる光電変換部に導くことができ、瞳分割機能を容易に実現することができる。
【００３０】
光電変換部２０６及び２０８は、受光面積が小さく、光電変換される領域が小さいため、マイクロレンズ２０３と２０４により集光された光束の一部を電気信号に変換する。
一方、光電変換部２０５と２０７は、受光面積が大きく、光電変換される領域が大きいため、多くの光を受光することができる。
更に、射出瞳１２０の周辺付近を通過する光束は、レンズ枠や絞りによるビネッティングの影響により、光量が低下する。
射出瞳の周辺からの光束は、マイクロレンズ２０３と２０４により、画素の中心から離れた位置に結像する。
画素の中心より離れた位置に光電変換部２０６と２０８を配置すると、受光量が低下し、低感度な特性となる。
一方、画素の中心近傍に光電変換部２０５及び２０７を配置すると、光量低下を防ぎ、高感度な特性を実現することができる。
前述の実施例と同様に、低輝度の被写体に対しては、高感度受光部２０９と２１１、高輝度の被写体に対しては、低感度受光部２１０と２１２により、高品質な信号を取得することができる。
これらの信号により、高精度な測距と、高画質な画像の生成を行うことができる。
【００３１】
各画素に、受光面の面積、あるいは、画素の中心までの距離が異なる光電変換部対を設けることで、簡易に高感度受光部及び低感度受光部を構成することができる。
大きい受光面積を有する光電変換部を設けることで、画素内で、光電変換されない領域が減り、高感度受光部の最大感度を増加させることができる。
これにより低輝度あるいは中間輝度の被写体に対して、非常にＳ／Ｎが大きい、高品質な信号を取得することができる。
【００３２】
各画素の入射した光束は、マイクロレンズ２０３及び２０４により、小さい角度で入射した光束は、各画素の中央付近に集光され、大きな角度で入射した光束は、各画素の周辺付近に集光される。
光電変換部２０６及び２０８の面積を小さくすると、狭い角度範囲の光束のみが受光される。
また、光電変換部２０６及び２０８を各画素の中央より離れた位置に配置すると、大きい角度で入射した光束が受光される。
そのため、低感度受光部２１０及び２１２の角度特性は、狭い角度範囲かつ大きな角度で入射した光束に対して感度を有する特性となる。
一方、高感度受光部２０９及び２１１は、低感度受光部２１０及び２１２とは逆に、広い角度範囲かつ浅い角度で入射した光束に対して感度を有する特性となる。
このような構成により、各受光部の特性は、図４に示す特性となる。前述と同様に、低感度受光部２１０及び２１２で取得した信号を用いることで、高輝度あるいは中間輝度の被写体に対して、非常に高精度な測距が可能となる。
【００３３】
本実施例の撮像装置１００における撮像素子３０１の画素の構成を図９に示す。実施例の撮像装置１００を構成する画素３０１は、基板１０９中に光電変換部１０５及び１０６が配置され、瞳分割手段としてマイクロレンズ２０３が配置され、その間にフィルタ３０３が配置されている。
また、画素３０２は、基板１０９に光電変換部１０７及び１０８が配置され、瞳分割手段としてマイクロレンズ２０４が配置され、その間にフィルタ３０４が配置されている。フィルタ３０３及び３０４は、画素の面内（ｘｙ面）おいて、異なる透過率を有している。フィルタ３０３及び３０４は、遮光部材３０５で構成され、それぞれ、開口部３０６と３０７、開口部３０８と３０９を有している。開口部３０６、３０７、３０８、３０９は、それぞれ、光電変換部１０５、１０６、１０７、１０８の上部に配置されている。
開口部３０６及び３０８は、それぞれ、開口部３０７及び３０９よりも大きな開口幅を有している。更に、開口部３０７及び３０９は、それぞれ、開口部３０６及び３０８よりも、各画素の中心から離れた位置に配置されている。
【００３４】
画素３０１では、開口部３０６と光電変換部１０５により高感度受光部３１０が、開口部３０７と光電変換部１０６により低感度受光部３１１が構成される。画素３０２では、開口部３０８と光電変換部１０７より高感度受光部３１２が、開口部３０９と光電変換部
１０８より低感度受光部３１３が構成される。
画素３０１の高感度受光部３１０及び低感度受光部３１１と、画素３０２の高感度受光部３１２及び低感度受光部３１３とは、各画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転して配置されている。
前述の実施例と同様に、マイクロレンズ２０３及び２０４によって、光電変換部１０５と１０７、光電変換部１０６と１０８は、互いに異なる瞳領域からの光束が集光される。
集光された光のうち、一部の光はフィルタ３０３及び３０４の開口部３０６、３０７、３０８、３０９を通過し、各光電変換部１０５、１０６、１０７、１０８に到達する。
開口部の開口幅が大きく、画素中心付近に配置されるほど、各光電変換部では、多くの光が受光される。
光電変換部１０５及び１０７は、光電変換部１０６及び１０８よりも多くの光が受光される。このような構成により、各画素に高感度受光部及び低感度受光部が構成され、前述と同様に、高輝度あるいは低輝度の被写体に対して、高精度な測距と、高画質な画像の生成を行うことができる。
【００３５】
光電変換部の上部に遮光部材で構成されたフィルタを設け、開口幅あるいは開口位置が異なる開口部を設けることで、画素内に高感度受光部と低感度受光部を容易に構成することができる。
前述と同様に、低感度受光部３１１及び３１３の開口部３０７及び３０９の開口幅を小さくすると、狭い角度範囲の光束のみが受光される。
また、開口部３０７及び３０９を各画素の中央より離れた位置に配置すると、大きい角度で入射した光束が受光される。
このような構成により、各受光部の角度特性は、図４に示す特性となる。
そして、このような低感度受光部３１１及び３１３で取得した信号を用いることで、高輝度あるいは中間輝度の被写体に対して、非常に高精度な測距が可能となる。
【００３６】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。本実施例の撮像装置における撮像素子の画素４０１及び４０２の構成を図１０に示す。
本実施例の撮像装置を構成する画素４０１及び４０２は、それぞれ、基板１０９に光電変換部１０５と１０６、光電変換部１０７と１０８が配置され、瞳分割手段として導波路４０３及び４０４が配置されている。
更に、画素４０１は、導波路４０３と光電変換部１０５、１０６との間に、導波路４１１、４１２を配置したフィルタ４０９が配置されている。画素４０２は、導波路４０４と光電変換部１０７、１０８との間に、導波路４１３、４１４を配置したフィルタ４１０が配置されている。
【００３７】
導波路４０３及び４０４は、コア部４０５、４０７とクラッド部４０６、４０８で構成されている。
フィルタ４０９は、導波路４１１及び４１２で構成され、それぞれ、コア部４１５及び４１６とクラッド部４１７で構成されている。フィルタ４１０は、導波路４１３及び４１４で構成され、それぞれコア部４１８及び４１９とクラッド部４２０で構成されている。
各フィルタに含まれる導波路のコア部４１５と４１６、コア部４１８と４１９は、それぞれ導波路４０３及び４０４のコア部４０５及び４０７と接続されている。
コア部４１６及び４１８は、それぞれコア部４１５及び４１９よりも大きなコア径を有している。
更に、コア部４１５及び４１９は、コア部４１６及び４１８よりも、各画素の中心より離れた位置に配置されている。各コア部４０５、４０７、４１５、４１６、４１８、４１９は、それぞれのクラッド部４０６、４０８、４１７、４２０よりも高い屈折率媒質で形成されている。
各コア部およびクラッド部は、撮像する波長帯域で透明な材料で形成される。例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、有機材料などで形成される。
これにより、各導波路のコア部内に光を閉じ込めて伝播させることができる。
画素４０１では、導波路４１１と光電変換部１０５より高感度受光部４２１が、導波路４１２と光電変換部１０６より低感度受光部４２２が構成される。
画素４０２では、導波路４１３と光電変換部１０７より高感度受光部４２３が、導波路４１４と光電変換部１０８より低感度受光部４２４が構成される。
画素４０１の高感度受光部４２１及び低感度受光部４２２と、画素４０２の高感度受光部４２３及び低感度受光部４２４は、各画素の中心を基準に、互いに反転して配置されている。
【００３８】
画素４０１に第１の方向から入射した光束１１２は、導波路４０３の導波モードに変換されて導波路４０３を伝播し、更に導波路４１１の導波モードと結合し、導波路４１１を伝播する。
一方、第２の方向から入射した光束１１３は、導波路４０３の導波モードに変換されて導波路４０３を伝播し、更に導波路４１２の導波モードに変換されて導波路４１２を伝搬する。
導波モードとは、導波路の持つ複数の固有モードの和で表され、導波路中の伝播状態を示すものである。
固有モードは、導波路のコア、クラッドの形状、屈折率によって一意に決まる。導波路４０３に光束１１２及び１１３が入射すると、複数の固有モードと結合し、固有の導波モードで伝播する。
入射角によって、導波モードを構成する固有モードの割合は異なり、それによって、導波モードの電場分布も異なる分布となる。
導波路４０３の形状、媒質を適切に設定することで、入射角によって異なる電場分布を有する導波モードで伝播させることができる。
更に、導波路４０３を伝搬する各導波モードと各導波路４１１、４１２の導波モードとを結合させることで、入射角が異なる各光束を異なる導波路４１１、４１２へ伝播させることができる。
導波路４１１、４１２を透過した光は、光電変換部１０５及び１０６で受光される。導波路４０３によって、異なる瞳領域からの光束を光電変換部１０５、１０６に導くことができる。
導波路４０４も同様に、光束１１４及び１１５を、光電変換部１０７及び１０８に導くことができる。
【００３９】
導波路４０３と導波路４１１、４１２の導波モード間の結合効率は、両導波路の接続部における導波モードの電場分布が互いに近い分布であるほど、高くなる。導波路４１１のコア径が大きいほど、導波路４１１には多くの導波モードが存在し、導波路４０３の導波モードと結合しやすい導波モードが多くなる。
そして、導波路４０３より導波路４１１を伝播し、光電変換部１０５に到達する光量が多くなる。
一方、導波路４１１のコア径が小さくなると、導波路４１１の導波モードが少なくなり、導波路４１２を伝播し、光電変換部１０６に到達する光量は小さくなる。
同様に、画素４０２の光電変換部１０７では、光電変換部１０８よりも多くの光量を受光することとなる。
このような構成により、各画素に高感度受光部及び低感度受光部が構成され、前述と同様に、高輝度あるいは低輝度の被写体に対して、高精度な測距と、高画質な画像の生成を行うことができる。
【００４０】
導波路４１２及び４１４のコア径が小さくなると、導波モード間の結合効率が小さくな
り、特定の狭い角度範囲から入射した光束のみが、導波路４１２及び４１４の導波モードと結合し、光電変換部１０６及び１０８で受光される。
また、導波路４０３及び４０４に入射した光束のうち、ｚ軸と成す角度が小さい角度で入射した光束は、画素中心付近に電場が集中し易く、大きい角度で入射した光束ほど、画素の周辺付近に電場が集中し易くなる。
導波路４１２及び４１４のコア部４１５及び４１９を、各画素の中心より離れた位置に設けると、大きい角度で入射した光束が、導波路４１２及び４１４の導波モードと結合し易くなる。
そのため、低感度受光部４２２及び４２４の角度特性は、狭い角度範囲かつ大きな角度で入射した光束に対して感度を有する特性となる。一方、高感度受光部４２１及び４２３は、低感度受光部４２２及び４２４とは逆に、広い角度範囲かつ浅い角度で入射した光束に対して感度を有する特性となる。
このような構成により、各受光部の特性は、図４に示す特性となる。前述と同様に、低感度受光部４２２及び４２４で取得した信号を用いることで、高輝度あるいは中間輝度の被写体に対して、非常に高精度な測距が可能となる。
【００４１】
各画素には、図１０に図示していないが、光電変換部で取得した電気信号を抽出するための配線が設けられる。
画素サイズが小さくなると、配線によって、光が伝播できる領域が狭くなる。瞳分割手段として、このような導波路で構成すると、光は導波路のコア部に強く閉じ込めて伝播させることができ、画素サイズが小さい場合でも、配線の影響を受けにくく、入射光束を光電変換部に効率良く導くことができる。
フィルタ４０９及び４１０の各導波路４１１、４１２、４１３、４１４を伝播する光は、各導波路内に閉じ込められ、空間的な広がりが抑制された状態で、基板１０９中に射出される。
これにより、基板１０９中の射出光の分布が制限される。各導波路の下に光電変換部を適切に配置すると、各導波路中の光を、光電変換部がある領域へ射出することができ、効率良く光を受光することができる。なお、各導波路の導波モードは、各導波路の形状や媒質あるいは設ける位置で決定され、本実施例で示す構成で、各導波路を適切に設定することで、上記で述べた効果を得ることができる。導波路４０３及び４０４は、コア部が入射端（結像レンズの方向）に向かって、幅が広くなる、テーパ形状である方が望ましい。テーパ形状にすることで、図１０には示してないが、電気信号を抽出するための配線を設ける空間を確保することができる。
また、各導波路４０３、４０４、４１１、４１２、４１３、４１４で、光が伝播する領域を画素の特定領域に限定し、隣接する画素に光が漏れて生じるクロストークを軽減することができる。
【００４２】
なお、本発明の撮像装置における瞳分割手段および高感度受光部と低感度受光部を構成する手段は、本実施例に限られるものではない。
例えば、瞳分割手段として導波路を用い、導波路の射出側に、受光面積又は位置が異なる光電変換部、あるいは、遮光部材中に開口部を有するフィルタを設け、高感度受光部及び低感度受光部を構成してもよい。
瞳分割手段として、マイクロレンズを用い、マイクロレンズの結像面近傍に、高感度受光部及び低感度受光部を構成する手段として、導波路で構成したフィルタを設けてもよい。あるいは、これらの複数の手段を組み合わせて、高感度受光部及び低感度受光部を構成してもよい。
これらの組み合わせで、瞳分割機能と高感度受光部および低感度受光部を構成し、前述の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施例では、基板１０９の表側に瞳分割手段及び各受光部を構成した表面照射
型の撮像素子の例について述べたが、裏面照射型の撮像素子で構成してもよい。
基板１０９中に、基板１０９の裏側から順に、瞳分割手段、高感度受光部及び低感度受光部、光電変換部を設ける。
このような構成でも、瞳分割機能と高感度受光部および低感度受光部の機能を得ることができ、前述の効果を得ることができる。
このような構成にすると、基板の裏側から入射した光（＋ｚ方向に伝播する光）が検出される。
配線等は基板１０９の表側に配置することができ、入射光の伝播が、配線等によって妨げられるのを回避することができる。
また、配線等による空間的制約が軽減され、導波路の形状をより自由に構成することができ、入射光を光電変換部に効率良く導くことができる。
【００４４】
［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置における撮像素子の画素５０１及び５０２の構成を図１１に示す。
高感度受光部及び低感度受光部を構成する手段として、各画素に吸収材料で形成したフィルタを設けた構成を示す。
本実施例の撮像装置を構成する画素５０１及び５０２において、マイクロレンズ２０３及び２０４、基板１０９、光電変換部１０５、１０６、１０７、１０８は、前述と同じ構成となっている。
フィルタ５０３及び５０４は、画素の面内（ｘｙ面）おいて、異なる透過率を有している。フィルタ５０３は、光電変換部１０６の上部を吸収媒質５０５で構成し、光電変換部１０５の上部を非吸収媒質５０６で構成している。
フィルタ５０４は、光電変換部１０８の上部を吸収媒質５０７で構成し、光電変換部１０７の上部を非吸収媒質５０８で構成している。
画素５０１では、非吸収媒質５０６と光電変換部１０５により高感度受光部５０９が、吸収媒質５０５と光電変換部１０６とにより低感度受光部５１０が構成される。
画素５０２では、非吸収媒質５０８と光電変換部１０７とにより高感度受光部５１１が、吸収媒質５０７と光電変換部１０８とにより低感度受光部５１２が構成される。
画素５０１の高感度受光部５０９及び低感度受光部５１０と、画素５０２の高感度受光部５１１及び低感度受光部５１２は、各画素の中心を基準に、瞳分割方向に、互いに反転して配置されている。
【００４５】
マイクロレンズ２０３及び２０４によって集光される光束のうち、光電変換部１０６及び１０８に向かう光束は、吸収媒質５０５及び５０７によって吸収され、一部の光が光電変換部１０６、１０８で受光される。
光電変換部１０５、１０７に向けて集光された光束は、非吸収媒質５０６及び５０８を通過し、光電変換部１０５、１０７で受光される。
これにより、高感度受光部５０９及び５１１では、低感度受光部５１０及び５１２よりも受光量が大きくなる。
各光電変換部における受光量は、吸収媒質の吸収係数や厚さに応じて決定される。
フィルタ５０３及び５０４を適切に設けることで、高感度受光部及び低感度受光部を容易に設けることができる。
このような構成により、前述と同様に、高輝度あるいは低輝度の被写体に対して、高精度な測距と、高画質な画像の生成を行うことができる。
このような構成にすることで、各受光部の角度特性は、図３に示す特性となる。前述と同様に、中間輝度の被写体に対して、同じ画素に含まれる高感度受光部と低感度受光部で取得した信号を用いて測距することができ、高精度な測距を行うことができる。
【００４６】
本実施例において、高感度受光部及び低感度受光部の構成は、本実施例で示す構成に限
定されるものではない。
例えば、フィルタ５０３及び５０４の代わりに、光電変換部１０５及び１０７の撮像面に垂直な方向の厚さを、光電変換部１０６及び１０８よりも長くすることで、高感度受光部および低感度受光部を構成してもよい。
光電変換部に入射した光は、光電変換部中を伝播し、一部の光が電子に変換される。
光電変換部の厚さによって、光電変換部を透過する間に光電変換される光量が変化し、感度が変化する。各光電変換部の厚さを適切な長さに設定することで、光電変換部１０５及び１０７の受光量を、光電変換部１０６及び１０８よりも大きくすることができる。
あるいは、光電変換部１０５及び１０７の露光時間を、光電変換部１０６及び１０８よりも長くすることで、高感度受光部および低感度受光部を構成してもよい。
各光電変換部の露光時間は、シャッターを設け、光を入射させる時間を制御するか、あるいは、光電変換部に蓄積された電荷を読み出すタイミングを制御することにより制御することができる。
これらの手段により、高感度受光部及び低感度受光部を構成することができ、前述と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
［実施例４］
実施例４として、本発明を適用した撮像装置の構成例について説明する。
本実施例の撮像装置における撮像素子の構成を図１２に示す。
図１２（ａ）において、本実施例の撮像装置における撮像素子６００は、各画素に画素６０１あるいは画素６０２のいずれかを配置することで構成されている。画素６０１は、瞳分割手段と低感度受光部６０３及び高感度受光部６０４を含み、画素６０２は、瞳分割手段と低感度受光部６０５及び高感度受光部６０６を含み、瞳分割方向に互いに反転させた構造となっている。
各画素は、前述の実施例のいずれかの構造で構成される。このような構成により、前述と同様に、高輝度あるいは低輝度の被写体に対して、高精度な測距と、高画質な画像の生成を行うことができる。
撮像素子の全画素に、このような画素を配置すると、距離画像と撮影画像の生成を同時に行うことができる。
【００４８】
撮像素子の全画素とは、実質的に撮影画像（被写体の像の撮像用の信号）の生成を行う全ての画素という意味であり、撮像素子に種々の理由でダミー的に設けた画素等の撮像用信号の生成を担わない画素は含まない。
撮像素子の全画素に測距用信号の生成機能を設けることで、各画素位置における被写体の距離情報（距離マップ）が得られるので、撮像後に緻密な距離マップに基づいてボケの付与等の撮像画像の加工を施すことが可能となる。
また、画像信号の取得専用の受光部（画素）を無くすことで、受光部の種類が減り、撮像素子を作製しやすくなる。
なお、画素６０１及び画素６０２は、瞳分割方向に垂直な方向（図１２（ａ）におけるｙ方向）において、同じ画素列上に配置することが望ましい。
瞳分割方向において、測距像を取得する位置を出来るだけ同じにすることで、画素６０１と画素６０２で取得した測距像の形状の差を低減でき、高い精度で測距することができる。
【００４９】
図１２（ｂ）のように、画素６０１及び６０２に、赤、緑、青のいずれかのカラーフィルタを配置した画素６０１Ｒ、６０１Ｇ、６０１Ｂ、６０２Ｒ、６０２Ｇ、６０２Ｂを配置してもよい。撮影画像の生成において、各画素の低感度受光部あるいは高感度受光部により、高輝度あるいは低輝度被写体の色情報を含む画像信号を取得することができ、カラー画像を生成することができる。測距においては、同色のカラーフィルタを設けた画素における低感度受光部あるいは高感度受光部で生成した信号で測距することで、前述の実施
例と同様に、距離画像を取得できる。
【符号の説明】
【００５０】
１００：撮像装置
１０１：撮像素子
１０２：結像光学系
１０３、１０４：画素
１０５、１０６、１０７、１０８：光電変換部
１０９：基板
１１０、１１１：瞳分割手段
１１６、１１８：高感度受光部
１１７、１１９：低感度受光部
１２０：射出瞳
１２１：ＣＰＵ
１２２：配線
１２３：信号処理基板
１２４：記録装置
１３０：カメラシステム
【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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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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