(57)【要約】【課題】ウォブリングを行うことなく合焦位置の方向を特定することが可能な焦点調節装置を提供する。【解決手段】焦点検出装置は、第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第１画素と、第１マイクロレンズと光学特性が異なる第２マイクロレンズを有し、撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第２画素と、を有する撮像素子と、第１画素から出力された信号と第２画素から出力された信号とから、入射した光を撮像素子に結像させる、焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、を備える。【選択図】図２
2016191875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第１画素と、
前記第１マイクロレンズと光学特性が異なる第２マイクロレンズを有し、前記撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第２画素と、を有する撮像素子と、
前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから、前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、
を備える焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記第１マイクロレンズの屈折率と前記第２マイクロレンズの屈折率とが異なる、または前記第１マイクロレンズの曲率と前記第２マイクロレンズの曲率とが異なる焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記第１マイクロレンズと前記第２マイクロレンズとは、同一面上に設けられる焦点検出装置。
【請求項４】
第１マイクロレンズと、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第１光電変換部とを有する第１画素と、
第２マイクロレンズと、前記撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第２光電変換部とを有する第２画素と、を有し、
前記第１マイクロレンズと前記第１光電変換部との距離と第２マイクロレンズと第２光電変換部との距離とが異なる撮像素子と、
前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから、前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、
を備える焦点検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の焦点検出装置において、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とは、同一面上に設けられる焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記撮像素子は、前記入射した光から被写体像を撮像し、
前記焦点検出部は、前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから前記被写体像のコントラストを検出し、検出したコントラストから前記方向を検出する焦点検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の焦点検出装置において、
前記第１画素は、前記撮像光学系による前記被写体像が第１撮像面に結像されたときに前記コントラストの評価値が極値となる信号を出力し、
前記第２画素は、前記撮像光学系による前記被写体像が第２撮像面に結像されたときに前記コントラストの評価値が極値となる信号を出力する焦点検出装置。
【請求項８】
第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する、前記第１マイクロレンズの光軸方向に配置された第１画素と第２画素と、を有する撮像素子と、
前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、
を備える焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えた撮影装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の撮影装置において、
少なくとも前記第１画素からの出力信号に基づき前記被写体像の画像データを生成する画像データ生成部を備える撮影装置。
【請求項１１】
第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する、前記第１マイクロレンズの光軸方向に配置された第１画素と第２画素と、
第２マイクロレンズを有し、前記撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する、前記第２マイクロレンズの光軸方向に配置された第３画素と第４画素と、を有する撮像素子と、
前記第１画素から出力された信号及び前記第３画素から出力された信号、または前記第２画素から出力された信号及び前記第４画素から出力された信号から、前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、
を備える焦点検出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の焦点検出装置において、
前記撮像素子は、前記入射した光から被写体像を撮像し、
前記焦点検出部は、前記撮像素子から出力された信号から前記被写体像のコントラストを検出し、検出したコントラストから前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の焦点検出装置において、
前記第１画素と前記第３画素とは第１撮像面を構成し、
前記第２画素と前記第４画素とは第２撮像面を構成し、
前記焦点検出部は前記入射した光を前記第１撮像面または前記第２撮像面に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えた撮影装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の撮影装置において、
前記第１画素と前記第３画素とから出力された信号、または前記第２画素と前記第４画素とから出力された信号に基づき前記被写体像の画像データを生成する画像データ生成部を備える撮影装置。
【請求項１６】
請求項９，１０，１４，１５のいずれか一項に記載の撮影装置において、
前記焦点調節光学系を駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記焦点検出部で検出した方向に前記焦点調節光学系を駆動させる撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置および撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォーカシングレンズを微小駆動（ウォブリング）させながらコントラスト評価値を算出し、コントラスト評価値が最大になる位置を合焦位置とする、いわゆるコントラスト検出方式の焦点調節を行うデジタルカメラが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５６６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のコントラスト検出方式には、ウォブリングを行わなければ合焦位置の方向がわからないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の焦点検出装置は、第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第１画素と、前記第１マイクロレンズと光学特性が異なる第２マイクロレンズを有し、前記撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第２画素と、を有する撮像素子と、前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから、前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、を備える。
請求項４に記載の焦点検出装置は、第１マイクロレンズと、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第１光電変換部とを有する第１画素と、第２マイクロレンズと、前記撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する第２光電変換部とを有する第２画素と、を有し、前記第１マイクロレンズと前記第１光電変換部との距離と第２マイクロレンズと第２光電変換部との距離とが異なる撮像素子と、前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから、前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、を備える。
請求項８に記載の焦点検出装置は、第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する、前記第１マイクロレンズの光軸方向に配置された第１画素と第２画素と、を有する撮像素子と、前記第１画素から出力された信号と前記第２画素から出力された信号とから前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、を備える。
請求項９に記載の撮影装置は、請求項１から８のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えた。
請求項１１に記載の焦点検出装置は、第１マイクロレンズを有し、焦点調節光学系を有する撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する、前記第１マイクロレンズの光軸方向に配置された第１画素と第２画素と、第２マイクロレンズを有し、前記撮像光学系を介して入射した光を光電変換して信号を出力する、前記第２マイクロレンズの光軸方向に配置された第３画素と第４画素と、を有する撮像素子と、前記第１画素から出力された信号及び前記第３画素から出力された信号、または前記第２画素から出力された信号及び前記第４画素から出力された信号から、前記入射した光を前記撮像素子に結像させる、前記焦点調節光学系の位置への方向を検出する焦点検出部と、を備える。
請求項１４に記載の撮影装置は、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えた。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施の形態に係る撮像装置１０の構成を模式的に示すブロック図
【図２】第１の実施の形態に係る撮像素子１２の一部の模式的な断面図
【図３】第１の実施の形態に係る撮像素子１２の撮像面を模式的に示す平面図
【図４】コントラスト評価値ｃ１，ｃ２の模式図
【図５】制御部１３が実行する焦点調節処理のフローチャート
【図６】第２の実施の形態に係る撮像素子１２の概要を示す図
【図７】第２の実施の形態に係る撮像素子１２の画素配置を示す図
【図８】第２の実施の形態に係る撮像素子１２の一部の模式的な断面図
【図９】変形例２に係る撮像素子１２の撮像面を模式的に示す平面図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置１０の構成を模式的に示すブロック図である。撮像装置１０は、撮像光学系１１、撮像素子１２、制御部１３、およびレンズ駆動部１４を備える。撮像光学系１１は、レンズ１１ａ、フォーカシングレンズ１１ｂ、レンズ１１ｃから成る。撮像光学系１１は、撮像素子１２の撮像面に被写体像を結像する。フォーカシングレンズ１１ｂは、撮像光学系１１の焦点調節を行うためのレンズである。フォーカシングレンズ１１ｂは、光軸Ｏ方向に駆動可能に構成されている。
【０００８】
撮像素子１２は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子である。撮像素子１２は、撮像面に二次元状に多数配列された撮像画素を有する。撮像素子１２は、それら複数の撮像画素により被写体像を撮像し撮像信号を出力する。なお、詳細は後述するが、撮像素子１２は、第１撮像画素と第２撮像画素の２種類の撮像画素を有している。
【０００９】
レンズ駆動部１４は、不図示のアクチュエータを有する。レンズ駆動部１４は、このアクチュエータにより、フォーカシングレンズ１１ｂを光軸Ｏ方向に所望の量だけ駆動する。
【００１０】
制御部１３は、不図示のＣＰＵおよびその周辺回路を備える。このＣＰＵは、不図示の記憶媒体から所定の制御プログラムを読み込んで実行することにより、撮像装置１０の各部を制御する。
【００１１】
制御部１３は、評価値算出部２１、焦点調節部２２、および画像データ生成部２３を機能的に有する。これらの各部は、例えば電子回路等により実装してもよいし、前述した制御プログラムによりソフトウェア的に実装してもよい。
【００１２】
評価値算出部２１は、第１撮像画素からの出力信号に基づくコントラスト評価値と、第２撮像画素からの出力信号に基づくコントラスト評価値とを算出する。焦点調節部２２は、評価値算出部２１により検出されたコントラスト評価値に基づき、フォーカシングレンズ１１ｂを合焦位置へと駆動する。画像データ生成部２３は、撮像素子１２の出力信号、すなわち第１撮像画素からの出力信号と第２撮像画素からの出力信号とに基づき被写体像の画像データを生成する。
【００１３】
（第１及び第２撮像画素の説明）
図２は、撮像素子１２の一部の模式的な断面図である。撮像素子１２は、半導体基板４０、配線層４１、カラーフィルター４２、およびマイクロレンズアレイ４３が以上の順序で積層された構造を有する。
【００１４】
撮像素子１２は、図２に例示した第１撮像画素３１および第２撮像画素３２を有する。第１撮像画素３１は、マイクロレンズＭＬ１、カラーフィルターＣＦ１、およびフォトダイオードＰＤ１を有する。マイクロレンズＭＬ１は、入射光をフォトダイオードＰＤ１に向けて集光する。カラーフィルターＣＦ１は、入射光の特定の波長域を透過し残りの波長域を遮断する。フォトダイオードＰＤ１は、半導体基板４０に設けられた光電変換部である。フォトダイオードＰＤ１には、マイクロレンズＭＬ１により集光された光束のうち、カラーフィルターＣＦ１を透過した光束が入射する。フォトダイオードＰＤ１は入射した光を光電変換して信号を出力する。
【００１５】
第２撮像画素３２も、第１撮像画素３１と同様に、マイクロレンズＭＬ２、カラーフィルターＣＦ２、およびフォトダイオードＰＤ２を有する。フォトダイオードＰＤ２には、マイクロレンズＭＬ２により集光された光束のうち、カラーフィルターＣＦ２を透過した光束が入射する。フォトダイオードＰＤ２は入射した光を光電変換して信号を出力する。
【００１６】
第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１は、マイクロレンズアレイ４３の第１平面６１上に設けられている。第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２は、マイクロレンズアレイ４３の第２平面６２上に設けられている。第１平面６１は、第２平面６２よりも被写体から遠い平面である。換言すると、第１平面６１は、第２平面６２よりも半導体基板４０に近い平面である。つまり、第１平面６１から見て、マイクロレンズＭＬ１は、マイクロレンズＭＬ２よりも高さが低い。マイクロレンズＭＬ１とフォトダイオードＰＤ１との距離は、マイクロレンズＭＬ２とフォトダイオードＰＤ２との距離とは異なる。マイクロレンズＭＬ１とマイクロレンズＭＬ２にこのような違いがあるため、第１撮像画素３１が第１予定焦点面５１に対応しているのに対して、第２撮像画素３２は第１予定焦点面５１よりも被写体寄りの第２予定焦点面５２に対応している。つまり、第１撮像画素３１は、第１予定焦点面５１に結像される被写体像を撮像したときに、最もコントラストの高い撮像結果を得られる。これに対して、第２撮像画素３２は、第２予定焦点面５２に結像される被写体像を撮像したときに、最もコントラストの高い撮像結果を得られる。
【００１７】
図３（ａ）は、撮像素子１２の撮像面を模式的に示す平面図である。なお、図３（ａ）には、撮像面の全平面のうちの一部を代表して表す。撮像素子１２の撮像面には、第１撮像画素３１から成る第１ブロック７１と、第２撮像画素３２から成る第２ブロック７２とが二次元状に多数配列されている。図３（ａ）では、「１」という数字を付した四角形で第１ブロック７１を表し、「２」という数字を付した四角形で第２ブロック７２を表している。第１ブロック７１と第２ブロック７２は互い違いに配列されている。例えば、第１ブロック７１の上下左右には、第２ブロック７２が隣接し、第２ブロック７２の上下左右には、第１ブロック７１が隣接する。
【００１８】
図３（ｂ）に、第１ブロック７１および第２ブロック７２を拡大して示す。図３（ｂ）に示すように、第１ブロック７１は、２×２に配列された４つの第１撮像画素３１により構成される。「Ｇ」の符号を付して図示した左上および右下の第１撮像画素３１ｇは、緑色のカラーフィルターＣＦ１（図２）を有する。「Ｂ」の符号を付して図示した右上の第１撮像画素３１ｂは、青色のカラーフィルターＣＦ１を有する。「Ｒ」の符号を付して図示した左下の第１撮像画素３１ｒは、赤色のカラーフィルターＣＦ１を有する。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、第２ブロック７２は、２×２に配列された４つの第２撮像画素３２により構成される。「Ｇ」の符号を付して図示した左上および右下の第２撮像画素３２ｇは、緑色のカラーフィルターＣＦ２（図２）を有する。「Ｂ」の符号を付して図示した右上の第２撮像画素３２ｂは、青色のカラーフィルターＣＦ２を有する。「Ｒ」の符号を付して図示した左下の第２撮像画素３２ｒは、赤色のカラーフィルターＣＦ２を有する。
【００２０】
以上のように、第１ブロック７１は、いわゆるベイヤー配列となるように規則的に設けられた４つの第１撮像画素３１により構成される。同様に、第２ブロック７２は、いわゆるベイヤー配列となるように規則的に設けられた４つの第２撮像画素３２により構成される。なお、第１ブロック７１を構成する第１撮像画素３１の個数は、４個より多くてもよい。例えば、４×４の計１６個の第１撮像画素３１により第１ブロック７１を構成してもよい。第２ブロック７２についても同様である。
【００２１】
（焦点調節処理の説明）
評価値算出部２１は、第１撮像画素３１からの出力信号に基づき、コントラスト評価値ｃ１を算出する。コントラスト評価値ｃ１は、第１撮像画素３１により撮像した被写体像のコントラストに基づく評価値である。第１撮像画素３１により撮像した被写体像のコントラストが高いほど、コントラスト評価値ｃ１は大きくなる。評価値算出部２１は、例えば、撮像面の一部の範囲を焦点検出領域として選択する。そして、その焦点検出領域内に位置する第１撮像画素３１からの出力信号にいわゆるデモザイク処理を適用し、被写体像の部分的な画像データを作成する。評価値算出部２１は、この画像データを構成する全ての隣接画素の組み合わせについて、輝度値の差の絶対値を積算し、この積算値をコントラスト評価値ｃ１とする。
【００２２】
なお、コントラスト評価値ｃ１を、これとは異なる手順で算出してもよい。例えば、焦点検出領域内の、緑色のカラーフィルターＣＦ１を有する第１撮像画素３１について、最も近い位置にある２つの出力信号の差の絶対値を算出する。これを、そのような第１撮像画素３１の組み合わせ全てについて積算する。同様の手順を、赤色、青色についても行ったのち、それら色別の３つの積算値を合算した値をコントラスト評価値ｃ１としてもよい。
【００２３】
評価値算出部２１は、コントラスト評価値ｃ１を算出する手順を、第２撮像画素３２からの出力信号に適用し、コントラスト評価値ｃ２を算出する。
【００２４】
図４は、コントラスト評価値ｃ１，ｃ２の模式図である。図４の横軸はフォーカシングレンズ１１ｂのレンズ位置を表し、左方向が無限遠方向に、右方向が至近方向にそれぞれ対応する。図４の縦軸はコントラスト評価値を表す。
【００２５】
第１撮像画素３１の出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ１は、山なりの形状を有し、フォーカシングレンズ１１ｂが第１位置８１（図２の第１予定焦点面５１に対応する位置）にあるときに極大となる。第２撮像画素３２の出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ２は、第１撮像画素３１の出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ１と同様の形状を有し、フォーカシングレンズ１１ｂが第１位置８１よりも至近寄りの第２位置８２（図２の第２予定焦点面５２に対応する位置）にあるときに極大となる。
【００２６】
本実施の形態において、焦点調節部２２は、第１位置８１を合焦位置として扱う。なお、焦点調節部２２が、第１位置８１ではなく第２位置８２を、合焦位置として扱うようにしてもよい。
【００２７】
フォーカシングレンズ１１ｂが第１位置８１よりも左側（無限遠側）にあるとき、コントラスト評価値ｃ１はコントラスト評価値ｃ２よりも大きくなる。フォーカシングレンズ１１ｂが第２位置８２よりも右側（至近側）にあるとき、コントラスト評価値ｃ１はコントラスト評価値ｃ２よりも小さくなる。
【００２８】
従って、ｃ１＞ｃ２である場合には、フォーカシングレンズ１１ｂを至近方向に動かせば、フォーカシングレンズ１１ｂが合焦位置、すなわち第１位置８１に向かうことになる。逆に、ｃ１＜ｃ２である場合には、フォーカシングレンズ１１ｂを無限遠方向に動かせば、フォーカシングレンズ１１ｂが合焦位置、すなわち第１位置８１に向かうことになる。
【００２９】
焦点調節部２２は、焦点調節処理において、まずコントラスト評価値ｃ１とコントラスト評価値ｃ２とを比較して、フォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定する。その後、焦点調節部２２は、コントラスト評価値ｃ１に基づき、いわゆる山登り法によってフォーカシングレンズ１１ｂを合焦位置に駆動する。
【００３０】
図５は、制御部１３が実行する焦点調節処理のフローチャートである。ステップＳ１０で、評価値算出部２１は、第１撮像画素３１の出力信号に基づきコントラスト評価値ｃ１を算出する。ステップＳ２０で、評価値算出部２１は、第２撮像画素３２の出力信号に基づきコントラスト評価値ｃ２を算出する。
【００３１】
ステップＳ３０で、焦点調節部２２は、コントラスト評価値ｃ１とコントラスト評価値ｃ２とを比較し、コントラスト評価値ｃ１がコントラスト評価値ｃ２よりも大きいか否かを判定する。コントラスト評価値ｃ１がコントラスト評価値ｃ２よりも大きい場合、焦点調節部２２は、処理をステップＳ４０に進める。ステップＳ４０で、焦点調節部２２は、フォーカシングレンズ１１ｂの至近方向への駆動を開始させる。その後、焦点調節部２２は、処理をステップＳ６０に進める。
【００３２】
他方、ステップＳ３０において、コントラスト評価値ｃ１がコントラスト評価値ｃ２よりも大きくない場合、焦点調節部２２は、処理をステップＳ５０に進める。ステップＳ５０で、焦点調節部２２は、フォーカシングレンズ１１ｂの無限遠方向への駆動を開始させる。その後、焦点調節部２２は、処理をステップＳ６０に進める。
【００３３】
ステップＳ６０で、評価値算出部２１は、第１撮像画素３１の出力信号に基づきコントラスト評価値ｃ１を算出する。ステップＳ７０で、焦点調節部２２は、コントラスト評価値ｃ１が減少したか否かを判定する。図４に示す通り、コントラスト評価値ｃ１が減少したとは、すなわち、合焦位置を通り過ぎたということを意味する。コントラスト評価値ｃ１が減少していなかった場合、焦点調節部２２は、処理をステップＳ６０に進める。他方、コントラスト評価値ｃ１が減少していた場合、焦点調節部２２は、処理をステップＳ９０に進める。ステップＳ９０で、焦点調節部２２は、フォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を反転させ、フォーカシングレンズ１１ｂを合焦位置まで駆動する。
【００３４】
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１２は、被写体像が第１予定焦点面５１（第１の結像位置）に結像されたときにコントラスト評価値ｃ１が極大となる出力信号を出力する第１撮像画素３１（第１の画素）と、被写体像が第２予定焦点面５２（第２の結像位置）に結像されたときにコントラスト評価値ｃ２が極大となる出力信号を出力する第２撮像画素３２（第２の画素）とを有する。制御部１３は、第１撮像画素３１からの出力信号と第２撮像画素３２からの出力信号とに基づき、フォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定する。このようにしたので、ウォブリングを行うことなく合焦位置の方向を特定することができる。また、フォーカシングレンズ１１ｂを合焦位置に向かってすぐに駆動開始することができるので、オートフォーカス速度が向上する。
【００３５】
（２）焦点調節部２２は、第１撮像画素３１からの出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ１と第２撮像画素３２からの出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ２とを比較してフォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定する。このようにしたので、ウォブリングを行うことなく合焦位置の方向を特定することができる。
【００３６】
（３）図３に示すように、第２撮像画素３２は、第１撮像画素３１の近傍に配置される。このようにしたので、被写体のほぼ同一位置に関するコントラスト評価値ｃ１，ｃ２を比較することができる。
【００３７】
（４）第１撮像画素３１に関するマイクロレンズＭＬ１とフォトダイオードＰＤ１との間隔は、第２撮像画素３２に関するマイクロレンズＭＬ２とフォトダイオードＰＤ２との間隔と異なる。このようにしたので、第１予定焦点面５１に対応するコントラスト評価値ｃ１と、第２予定焦点面５２に対応するコントラスト評価値ｃ２とを１回の撮像で同時に算出することができる。
【００３８】
（５）フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は同一平面上に設けられる。このようにしたので、撮像素子１２の製造が容易になる。
【００３９】
（６）画像データ生成部２３は、第１撮像画素３１からの出力信号と第２撮像画素３２からの出力信号とに基づき、被写体像の画像データを生成する。このようにしたので、被写体にピントの合った画像データを素早く得ることができる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る撮像装置は、第１の実施の形態に係る撮像装置１０とは異なる構成の撮像素子１２を有している。以下、第１の実施の形態に係る撮像素子１２との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の部分については、第１の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図６は、第２の実施の形態に係る撮像素子１２の概要を示す図である。なお、図６では、撮像素子１２の光入射側を上側とした状態を示している。このため、以下の説明では、撮像素子１２の光入射側の方向を「上方」または「上」とし、光入射側に対して反対側の方向を「下方」または「下」とする。撮像素子１２は、第１撮像部として機能する上部光電変換層１２１と、第２撮像部として機能する下部光電変換層１２２とを有する。第１撮像部と第２撮像部とは、入射した光から被写体像を撮像する撮像面をそれぞれ有する。
【００４２】
上部光電変換層１２１と下部光電変換層１２２とは、同一光路上に積層配置されている。上部光電変換層１２１は、所定の色成分（詳しくは後述する）の光を吸収（光電変換）する有機光電膜で構成される。上部光電変換層１２１で吸収（光電変換）されなかった色成分の光は、上部光電変換層１２１を透過して下部光電変換層１２２に入射し、下部光電変換層１２２で光電変換される。下部光電変換層１２２は、フォトダイオードにより光電変換を行う。なお、上部光電変換層１２１で光電変換される色成分と、下部光電変換層１２２で光電変換される色成分とは、補色関係である。上部光電変換層１２１と下部光電変換層１２２とは同一の半導体基板上に形成され、各画素位置は一対一に対応する。たとえば上部光電変換層１２１の１行１列目の画素は、下部光電変換層１２２の１行１列目の画素に対応する。なお、下部光電変換層１２２を有機光電膜で構成してもよい。
【００４３】
図７（ａ）は、上部光電変換層１２１の画素配置を示す図である。図７（ａ）において、水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸とし、画素Ｐの座標をＰ（ｘ，ｙ）と表記する。図７（ａ）に示す上部光電変換層１２１の例では、奇数行の各画素にＭｇ（マジェンタ）とＹｅ（イエロー）の光を光電変換する有機光電膜を交互に配置し、偶数行の各画素にＣｙ（シアン）とＭｇ（マジェンタ）の光を光電変換する有機光電膜を交互に配置している。そして、各画素で受光されない光は透過される。たとえば画素Ｐ（１，１）はＭｇの光を光電変換してＭｇの補色であるＧ（グリーン）の光を透過する。同様に、画素Ｐ（２，１）はＹｅの光を光電変換してＹｅの補色であるＢ（ブルー）の光を透過し、画素Ｐ（１，２）はＣｙの光を光電変換してＣｙの補色であるＲ（レッド）の光を透過する。
【００４４】
図７（ｂ）は、下部光電変換層１２２の画素配置を示す図である。なお、図７（ｂ）に示す各画素位置は、図７（ａ）と同じである。たとえば下部光電変換層１２２の画素（１，１）は、上部光電変換層１２１の画素（１，１）に対応する。図７（ｂ）において、下部光電変換層１２２には、カラーフィルターなどは設けられておらず、上部光電変換層１２１を透過する色成分（すなわち有機光電膜で吸収されて光電変換される色成分の補色）の光を光電変換する。従って、図７（ｃ）に示すように、下部光電変換層１２２において、奇数行の画素ではＧとＢの色成分の画像信号、偶数行の各画素ではＲとＧの色成分の画像信号が得られる。たとえば画素Ｐ（１，１）ではＭｇの補色のＧ成分の画像信号が得られる。同様に、画素Ｐ（２，１）ではＹｅの補色のＢ成分の画像信号、画素Ｐ（１，２）ではＣｙの補色のＲ成分の画像信号がそれぞれ得られる。
【００４５】
このように、本実施形態に係る撮像素子１２では、有機光電膜で構成される上部光電変換層１２１が下部光電変換層１２２に対してカラーフィルターの役割を果たし、下部光電変換層１２２から上部光電変換層１２１の補色画像（図７の例ではベイヤー配列の画像）が得られる。したがって、本実施形態に係る撮像素子１２では、上部光電変換層１２１からはＣｙ、Ｍｇ、Ｙｅの３色からなるＣＭＹ画像を取得することができ、下部光電変換層１２２からはＲ、Ｇ、Ｂの３色からなるＲＧＢ画像を取得することができる。
【００４６】
図８は、撮像素子１２の一部の模式的な断面図である。撮像素子１２は、半導体基板上に形成された下部光電変換層１２２、配線層４１、有機光電膜を用いた上部光電変換層１２１、およびマイクロレンズアレイ４３が以上の順序で積層された構造を有する。
【００４７】
マイクロレンズアレイ４３の平面６０上には、画素Ｐ（ｘ，ｙ）にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズＭＬ（ｘ，ｙ）が形成されている。これら複数のマイクロレンズＭＬ（ｘ，ｙ）は、同一の平面６０上に形成され、屈折率や曲率は互いにほぼ等しい。
【００４８】
上部光電変換層１２１に形成され画素Ｐ（１，１）を構成する有機光電膜による受光部ＰＣ（１，１）は、マイクロレンズＭＬ（１，１）から入射された被写体光におけるＭｇの光を光電変換して補色であるＧの光を透過する。下部光電変換層１２２に形成された画素Ｐ（１，１）を構成するフォトダイオードＰＤ（１，１）は、上部光電変換層１２１の受光部ＰＣ（１，１）を透過したＧの光を受光して光電変換する。
【００４９】
上部光電変換層１２１は、下部光電変換層１２２よりもマイクロレンズアレイ４３寄りの位置に設けられている。従って、マイクロレンズＭＬ（１，１）と受光部ＰＣ（１，１）との間隔は、マイクロレンズＭＬ（１，１）とフォトダイオードＰＤ（１，１）との間隔よりも短い。換言すると、受光部ＰＣ（１，１）とフォトダイオードＰＤ（１，１）は、互いに異なる平面状に設けられている。上部光電変換層１２１と下部光電変換層１２２にこのような違いがあるため、フォトダイオードＰＤ（１，１）が第１予定焦点面５１に対応しているのに対して、受光部ＰＣ（１，１）は第１予定焦点面５１よりも被写体寄りの第２予定焦点面５２に対応している。つまり、フォトダイオードＰＤ（１，１）は、第１予定焦点面５１に結像される被写体像を撮像したときに、最もコントラストの高い撮像結果を得られる。これに対して、受光部ＰＣ（１，１）は、第２予定焦点面５２に結像される被写体像を撮像したときに、最もコントラストの高い撮像結果を得られる。
【００５０】
このように、撮像素子１２が有する１つの画素Ｐ（１，１）は、実際には、上部光電変換層１２１に形成された画素と、下部光電変換層１２２に形成された画素と、の２つの画素を内包している。例えば、画素Ｐ（１，１）を構成するフォトダイオードＰＤ（１，１）は、第１の実施の形態に係る第１撮像画素３１に相当する。また、画素Ｐ（１，１）を構成する有機光電膜による受光部ＰＣ（１，１）は、第１の実施の形態に係る第２撮像画素３２に相当する。なお、受光部ＰＣ（１，１）とフォトダイオードＰＤ（１，１）は、共通のマイクロレンズＭＬ（１，１）を有していることになる。
【００５１】
評価値算出部２１は、受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）からの出力信号に基づき、コントラスト評価値ｃ１を算出する。評価値算出部２１は、フォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）からの出力信号に基づき、コントラスト評価値ｃ２を算出する。具体的な算出手順は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。焦点調節部２２は、第１の実施の形態と同様の制御を行い、撮像光学系１１の焦点調節を行う。
【００５２】
画像データ生成部２３は、フォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）からの出力信号に基づき、被写体像の画像データを生成する。なお、受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）からの出力信号に基づき画像データを生成してもよい。この場合、焦点調節部２２が、コントラスト評価値ｃ１ではなくコントラスト評価値ｃ２に基づく合焦位置にフォーカシングレンズ１１ｂを駆動することが望ましい。つまり、焦点調節部２２は、最終的に画像データを生成する方の光電変換部に合焦するようにフォーカシングレンズ１１ｂを駆動する。なお、焦点調節部２２は、入射した光が上部光電変換層１２１と下部光電変換層１２２との間に結像するよう撮像光学系１１の焦点調節を行ってもよい。この場合、上部光電変換層１２１または下部光電変換層１２２で取得された信号を補正して、最終的な画像データを生成してもよい。
【００５３】
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（７）撮像素子１２は、被写体像が第１予定焦点面５１（第１の結像位置）に結像されたときにコントラスト評価値ｃ１が極大となる出力信号を出力するフォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）（第１の画素）と、被写体像が第２予定焦点面５２（第２の結像位置）に結像されたときにコントラスト評価値ｃ２が極大となる出力信号を出力する受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）（第２の画素）とを有する。制御部１３は、フォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）からの出力信号と受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）からの出力信号とに基づき、フォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定する。このようにしたので、ウォブリングを行うことなく合焦位置の方向を特定することができる。また、フォーカシングレンズ１１ｂを合焦位置に向かってすぐに駆動開始することができるので、オートフォーカス速度が向上する。
【００５４】
（８）焦点調節部２２は、フォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）からの出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ１と受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）からの出力信号に基づくコントラスト評価値ｃ２とを比較してフォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定する。このようにしたので、ウォブリングを行うことなく合焦位置の方向を特定することができる。
【００５５】
（９）図７，８等に示すように、受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）は、フォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）の近傍に配置される。このようにしたので、被写体のほぼ同一位置に関するコントラスト評価値ｃ１，ｃ２を比較することができる。
【００５６】
（１０）マイクロレンズＭＬ（ｘ，ｙ）とフォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）との間隔は、マイクロレンズＭＬ（ｘ，ｙ）と受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）との間隔と異なる。このようにしたので、第１予定焦点面５１に対応するコントラスト評価値ｃ１と、第２予定焦点面５２に対応するコントラスト評価値ｃ２とを１回の撮像で同時に算出することができる。
【００５７】
（１１）図８に示すように、フォトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）と受光部ＰＣ（ｘ，ｙ）とは、平面６０上に設けられた共通のマイクロレンズＭＬ（ｘ，ｙ）を有している。このようにしたので、マイクロレンズアレイ４３の製造が容易になる。
【００５８】
（１２）第１の撮像部として機能する上部光電変換層１２１は、入射光束の一部の光束を吸収して光電変換すると共に残部の光束を透過させる光電変換膜を有する画素を備える。第２の撮像部として機能する下部光電変換層１２２は、上部光電変換層１２１を透過した残部の光束を光電変換する画素を備える。このようにしたので、被写体からの光束を、より有効利用することができる。
【００５９】
（１３）画像データ生成部２３は、下部光電変換層１２２からの出力信号に基づき、被写体像の画像データを生成する。このようにしたので、被写体にピントの合った画像データを素早く得ることができる。
【００６０】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
【００６１】
（変形例１）
第１の実施の形態において、第１予定焦点面５１と第２予定焦点面５２とを異ならせるため、第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１と第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２とを別の平面に設けた。他の方法によって、第１予定焦点面５１と第２予定焦点面５２とを異ならせてもよい。第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１と第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２との光学特性を異ならせてもよい。例えば、第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１と第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２とを同一平面に設ける代わりに、互いの曲率を変えてもよい。あるいは、第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１と第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２とを、異なる屈折率を有する材料で製造してもよい。
【００６２】
また、以上で説明した方法を組み合わせて、第１予定焦点面５１と第２予定焦点面５２とを異ならせてもよい。例えば、第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１と第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２とを別の平面に設けると共に、第１撮像画素３１のマイクロレンズＭＬ１と第２撮像画素３２のマイクロレンズＭＬ２とを、異なる屈折率を有する材料で製造してもよい。
【００６３】
（変形例２）
第１撮像画素３１の個数と第２撮像画素３２の個数に、差を設けてもよい。例えば、図９に模式的に示すように、第２撮像画素３２を間欠的に設け、第１撮像画素３１の個数を、第２撮像画素３２の個数よりも多くしてもよい。このようにすると、合焦状態で撮像される画像のコントラストを向上させることができる。
【００６４】
また、第１の実施の形態では、２×２のブロックごとに第１撮像画素３１と第２撮像画素３２とを配置していたが、これとは異なる形で第１撮像画素３１と第２撮像画素３２とを配置してもよい。例えば全てのＧ画素を第１撮像画素３１とし、全てのＲ画素およびＢ画素を第２撮像画素３２としてもよい。人間の目は、緑色に最も高い感度を有しているため、Ｇ画素についてピントが合っていれば、Ｒ画素やＢ画素における多少のピントずれは目立たない。従って、このようにして合焦させれば、コントラストがより高く感じられる画像を撮像することができる。
【００６５】
（変形例３）
第２の実施の形態において、フォトダイオードＰＤ（１，１）と受光部ＰＣ（１，１）とから出力される出力信号に基づいてフォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定してもよい。または、フォトダイオードＰＤ（１，２）と受光部ＰＣ（１，２）とから出力される出力信号に基づいてフォーカシングレンズ１１ｂの駆動方向を決定してもよい。
【００６６】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…撮像装置、１１…撮像光学系、１１ｂ…フォーカシングレンズ、１２…撮像素子、１３…制御部、２１…評価値算出部、２２…焦点調節部、２３…画像データ生成部
【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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