(57)【要約】【課題】撮像画素の二次元配列中の一部に焦点検出画素列を配置した撮像素子の回路構成と制御を簡略化する。【解決手段】光学系により結像された像を撮像するための撮像画素３１０が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像画素３１０の代わりに光学系の焦点調節状態を検出するための第１焦点検出画素３１２と第２焦点検出画素３１３とを直線状に交互に配列した撮像素子であって、第１焦点検出画素３１２は、マイクロレンズを介して光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第１光電変換部を備え、第２焦点検出画素３１３は、マイクロレンズを介して他方の領域を通過した光を受光する第２光電変換部を備える。【選択図】図３
2009162845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により結像された像を撮像するための撮像画素が二次元配列された撮像素子の一部に、前記撮像画素の代わりに前記光学系の焦点調節状態を検出するための第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを直線状に交互に配列した撮像素子であって、
前記第１焦点検出画素は、マイクロレンズを介して前記光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第１光電変換部を備え、
前記第２焦点検出画素は、マイクロレンズを介して他方の前記領域を通過した光を受光する第２光電変換部を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素とを同数個ずつ配列したことを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素とを異なる個数配列したことを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の配列には前記撮像画素が含まれることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の配列の中から同数個の前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素を抽出し、抽出した前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記信号読み出し手段により読み出された前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の画素信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の配列の中から異なる個数の前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素を抽出し、抽出した前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記信号読み出し手段により読み出された前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素の画素信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像画素、前記第１焦点検出画素および前記第２焦点検出画素から画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記第１焦点検出画素および前記第２焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号を、前記第１焦点検出画素および前記第２焦点検出画素の周囲の前記撮像画素の画素信号に基づいて補間により算出する補間手段とを備え、
前記撮像画素の画素信号と、前記補間手段による補間後の前記第１焦点検出画素および前記第２焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号とにより画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像素子、焦点検出装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系により結像された像の撮像と光学系の焦点検出とを行うために、撮像画素の二次元配列の一部に焦点検出画素を配列した撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この撮像素子は、一つの焦点検出画素の中に一対の光電変換部を設け、光学系の射出瞳の一対の領域を通過した一対の光束により結像される一対の像のズレ量を検出し、このズレ量に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行うために用いられている。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００３−２４４７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の撮像素子では、一つの焦点検出画素の中に二個の光電変換部を設けているので、一つの画素の中に一つの光電変換部を有する撮像画素とは異なる出力信号読み出し回路が必要となり、焦点検出画素周りの信号回路が複雑になる上に、信号読み出し制御も煩雑になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、光学系により結像された像を撮像するための撮像画素が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像画素の代わりに光学系の焦点調節状態を検出するための第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを直線状に交互に配列した撮像素子であって、第１焦点検出画素は、マイクロレンズを介して光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第１光電変換部を備え、第２焦点検出画素は、マイクロレンズを介して他方の領域を通過した光を受光する第２光電変換部を備える。
（２）  請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像素子において、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを同数個ずつ配列した。
（３）  請求項３の発明は、請求項１に記載の撮像素子において、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを異なる個数配列した。
（４）  請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像素子において、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の配列には撮像画素が含まれる。
（５）  請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像素子と、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の配列の中から同数個の第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を抽出し、抽出した第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、信号読み出し手段により読み出された第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の画素信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える焦点検出装置である。
（６）  請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像素子と、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の配列の中から異なる個数の第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を抽出し、抽出した第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、信号読み出し手段により読み出された第１焦点検出画素と第２焦点検出画素の画素信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える。
（７）  請求項７の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像素子と、撮像画素、第１焦点検出画素および第２焦点検出画素から画素信号を読み出す信号読み出し手段と、第１焦点検出画素および第２焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号を、第１焦点検出画素および第２焦点検出画素の周囲の撮像画素の画素信号に基づいて補間により算出する補間手段とを備え、撮像画素の画素信号と、補間手段による補間後の第１焦点検出画素および第２焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号とにより画像を生成する撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、焦点検出画素周りの信号読み出し回路を撮像画素周りの信号読み出し回路と同様に構成することができる上に、焦点検出画素からの信号読み出し制御も撮像画素からの信号読み出し制御と同様に扱うことができ、回路および制御を簡略に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
撮像画素の二次元配列中の一部に二種類の焦点検出画素を配列した一実施の形態の撮像素子と、その撮像素子を用いた焦点検出装置および撮像装置を説明する。一実施の形態の撮像素子を備えた焦点検出装置および撮像装置として、レンズ交換式一眼レフデジタルスチルカメラを例に上げて説明する。なお、本発明の撮像素子は、一眼レフカメラスチルカメラに限定されず、例えばコンパクトカメラやビデオカメラなどの焦点検出装置および撮像装置にも適用することができる。
【０００８】
図１は一実施の形態のカメラ（撮像装置）の構成を示すカメラの横断面図である。一実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００９】
交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【００１０】
カメラボディ２０３は撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置２１４はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。
【００１２】
液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２によるスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。
【００１３】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１４】
ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの焦点検出信号に基づいて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装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画像信号を処理して画像を生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１５】
レンズ駆動制御装置２０６は、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値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値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レンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。
【００１６】
レンズ駆動制御装置２０６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、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１７】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域、すなわち焦点検出エリア、焦点検出位置の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００内の中央および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１０１〜１０５が配置される。焦点検出エリア１０１〜１０３では画面１００の左右方向（横方向）に焦点検出画素が直線的に配列され、焦点検出エリア１０４、１０５では画面１００の上下方向（縦方向）に焦点検出画素が直線的に配列されている。
【００１８】
なお、焦点検出エリアの位置、個数、方向（焦点検出画素配列の方向）は図２に示すそれらに限定されるものではなく、例えば斜め方向でもよく、あるいは２方向の焦点検出エリアが交わる十字型としてもよい。
【００１９】
図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリア１０４の近傍を拡大して示す。なお、焦点検出エリア１０５の近傍の画素配列は図３に示す焦点検出エリア１０４近傍の画素配列と同様である。図３において、撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列されるとともに、焦点検出エリア１０４に対応する位置には撮像画素３１０の代わりに焦点検出用の焦点検出画素３１２、３１３が上下方向の直線上に隣接して交互に配列される。また、図２に示す画面１００の左右方向に配列された焦点検出エリア１０１〜１０３においては、焦点検出画素３１２、３１３が左右方向の直線上に配列され、その周囲に撮像画素３１０が配列されている。
【００２０】
図４は撮像画素３１０の正面図である。撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０、光電変換部１１、色フィルター（不図示）および出力回路（不図示）などから構成される。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図５に示す特性になっている。撮像素子２１２には、各色フィルターを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。
【００２１】
図６は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１の形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。なお、不図示の色フィルターはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。
【００２２】
図７は焦点検出画素３１２，３１３を配列方向に並べたときの正面図である。焦点検出画素３１２は、図７(ａ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１２から構成され、光電変換部１２の形状は矩形である。同様に、焦点検出画素３１３は、図７(ｂ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１３から構成され、光電変換部１３の形状は矩形である。
【００２３】
図２に示す画面１００の上下方向の焦点検出エリア１０４、１０５において、焦点検出画素３１２と焦点検出画素３１３とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、光電変換部１２と１３が画面１００の上下方向に並んでいる。焦点検出画素３１２と焦点検出画素３１３は、焦点検出エリア１０４、１０５において画面上下方向、すなわち光電変換部１２と１３の並び方向に交互に配置されている。一方、撮影画面１００の左右方向の焦点検出エリア１０１〜１０３においては、焦点検出画素３１２と焦点検出画素３１３とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、光電変換部１２と１３が左右方向に並んでいる。焦点検出画素３１２と焦点検出画素３１３は、焦点検出エリア１０１〜１０３において画面左右方向、すなわち光電変換部１２と１３の並び方向に交互に配置されている。
【００２４】
焦点検出画素３１２、３１３の光電変換部１２、１３は、マイクロレンズ１０によって交換レンズの射出瞳の所定の領域（例えばＦ２．８）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。焦点検出画素３１２、３１３には光量をかせぐために色フィルターが設けられておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図５参照）となる。つまり、図８に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【００２５】
焦点検出用の焦点検出画素３１２、３１３は、撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されている。焦点検出用の焦点検出画素３１２、３１３が撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されているのは、画素補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。
【００２６】
図９(ａ)は焦点検出画素３１２の断面図である。画面中央の焦点検出エリア１０１に配置された焦点検出画素３１２において、光電変換部１２の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１２の形状が前方に投影される。光電変換部１２は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。なお、他の焦点検出エリア１０２〜１０５に配置された焦点検出画素３１２も同様な断面構造を有する。
【００２７】
図９(ｂ)は焦点検出画素３１３の断面図である。画面中央の焦点検出エリア１０１に配置された焦点検出画素３１３において、光電変換部１３の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１３の形状が前方に投影される。光電変換部１３は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。なお、他の焦点検出エリア１０２〜１０５に配置された焦点検出画素３１３も同様な断面構造を有する。
【００２８】
図１０は、撮影画面中央におけるマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。９０は交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方ｄの距離に設定された瞳面（以下では測距瞳面と呼ぶ）であり、距離ｄはマイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離（以下では測距瞳距離と呼ぶ）である。９１は交換レンズの光軸、１０ａ〜１０ｄはマイクロレンズ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは光電変換部、３１２ａ、３１２ｂ、３１３ａ、３１３ｂは焦点検出画素、７２、７３、８２、８３は焦点検出用光束である。９２はマイクロレンズ１０ａ、１０ｃにより投影された光電変換部１２ａ、１２ｂの領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。９３はマイクロレンズ１０ｂ、１０ｄにより投影された光電変換部１３ａ、１３ｂの領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。
【００２９】
図１０においては、撮影光軸９１に隣接する４つの焦点検出画素（画素３１２ａ、３１３ａ、３１２ｂ、３１３ｂ）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９２、９３から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致している。
【００３０】
マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄは交換レンズの予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄによりその背後に配置された光電変換部１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂの形状がマイクロレンズ１０ａ〜１０ｄから測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２、９３を形成する。すなわち、投影距離ｄにある測距瞳面９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２、９３）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
【００３１】
光電変換部１２ａは、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ１０ａに向かう光束７２によりマイクロレンズ１０ａ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部１２ｂは、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ１０ｃに向かう光束８２によりマイクロレンズ１０ｃ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１３ａは、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ｂに向かう光束７３によりマイクロレンズ１０ｂ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部１３ｂは、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ｄに向かう光束８３によりマイクロレンズ１０ｄ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３２】
上述したような２種類の焦点検出画素を直線上に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳９２と測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して周知の像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００３３】
撮像画素３１０の二次元配列中の一部に二種類の焦点検出画素３１２と３１３を配列した撮像素子２１２において、これら二種類の焦点検出画素３１２と３１３は、一つの焦点検出画素３１２、３１３の中に１個の光電変換部１２または１３が設けられ、交換レンズ２０２の瞳の一対の領域を通過した一対の光束により結像される一対の像を一対の光電変換部１２と１３で受光し、一対の像に応じた一対の信号を出力する。したがって、二種類の焦点検出画素３１２と３１３は一対の焦点検出画素ということができる。この一対の焦点検出画素３１２，３１３の出力信号に基づいて一対の像のズレ量を検出し、このズレ量に基づいて交換レンズ２０２の焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出が行われる。
【００３４】
焦点検出画素３１２、３１３の配列方法には、次の二通りが考えられる。第１の配列方法は、図１１(ａ)に示すように同数の焦点検出画素３１２と３１３を交互に配列する方法であり、第２の配列方法は、図１１(ｂ)に示すように焦点検出画素３１２と３１３の内の一方を１個だけ余分に用い、それぞれ交互に配列する方法である。図１１(ｂ)に示す例では、焦点検出画素３１２の配列個数が焦点検出３１３の配列個数より１個だけ多い。なお、図１１では、説明を解りやすくするために横８画素、縦５画素の撮像素子として示す。
【００３５】
一対の焦点検出画素３１２，３１３をそれぞれ同数個用い、互いに交互に配列した前者の配列方法によれば、画素の余りがでないので読み出し時、特に撮像画素３１０がベイヤー配列されている場合には撮像画素３１０と焦点検出画素３１２，３１３の出力信号の処理が容易になり、焦点検出時間を短縮できる上に、撮像画像をビューファインダー表示する際の間引き読み出しにも対応しやすいという利点がある。
【００３６】
一方、一対の焦点検出画素３１２と３１３の内の一方を１個だけ余分に用い、それぞれ交互に配列する後者の配列方法によれば、一方の焦点検出画素３１２の配列の中心位置と、他方の焦点検出画素３１３の配列の中心位置とが一致し、焦点検出精度が向上するという利点がある。
【００３７】
なお、一対の焦点検出画素３１２，３１３をそれぞれ同数個用い、互いに交互に配列した長い焦点検出画素配列の中から、あるいは、一対の焦点検出画素３１２，３１３のいずれか一方を１個だけ多く用い、互いに交互に配列した長い焦点検出画素配列の中から、撮影条件等に応じて同数個の焦点検出画素３１２と３１３の信号を読み出すか、あるいは互いに異なる個数の焦点検出画素３１２と３１３の信号を読み出すかを切り換えるようにしてもよい。
【００３８】
例えば、移動被写体を捕捉して焦点検出を行うときのように焦点検出の高速応答が必要な場合には、焦点検出画素３１２と３１３をそれぞれ同数個ずつ信号読み出しして焦点検出を行い、比較的コントラストが低い被写体を捕捉して焦点検出を行うときのように高精度の焦点検出が必要な場合には、焦点検出画素３１２と３１３のいずれか一方を１個だけ多く信号読み出しして焦点検出を行う。
【００３９】
上述した焦点検出画素配列では、一対の焦点検出画素３１２と３１３を交互に隙間なく配列する例を示したが、焦点検出画素３１２，３１３の間に撮像画素３１０を挟むように配列してもよい。
【００４０】
図１２は変形例の焦点検出画素配列を示す。なお、図１２では焦点検出画素配列部のみを拡大して示す。図１２(ａ)は、隣接する焦点検出画素３１２と３１３を一対として、ある対と隣の対の間に撮像画素３１０を挟んで配列した焦点検出画素列の例を示す。焦点検出画素３１２、３１３は対を組むので、それぞれ同数個用いることになる。また、図１２(ｂ)は、一対の焦点検出画素列３１２，３１３をそれぞれ同数個用い、これらを交互に、かつ撮像画素３１０をは挟んで配列した例を示す。さらに、図１２(ｃ)は、一対の焦点検出画素３１２，３１３の内、一方の焦点検出画素３１２を１個だけ多く用い、これらを交互に、かつ撮像画素３１０を挟んで配列した例を示す。
【００４１】
このように、焦点検出画素３１２，３１３の間に撮像画素３１０を挟んで配列することによって、焦点検出画素３１２，３１３の位置の撮像信号を周りの撮像画素３１０の出力に基づいて補間演算する際に、焦点検出画素列の間に挟んだ撮像画素３１０を補間演算に用いることができ、焦点検出画素位置の撮像信号を正確に推定することができる。したがって、実際の被写体により近い画像を生成することができる。
【００４２】
なお、図１２に示す配列以外にも、焦点検出画素３１２，３１３の配列に撮像画素３１０が含まれるような配列であればどのような配列であってもよいが、焦点検出画素３１２，３１３の配列に含まれる撮像画素３１０の個数が多いほど焦点検出画素ピッチが大きくなって、焦点検出における分解能が低下することから、補間により生成する画像と焦点検出分解能とのバランスをとる必要がある。
【００４３】
上述した焦点検出画素３１２，３１３では、図７(ａ)、(ｂ)に示すような矩形の光電変換部１２，１３を用いた例を示したが、図１３(ａ)、(ｂ)に示すような半円形の光電変換部１６，１７を有する焦点検出画素３１４，３１５を用いてもよい。図１４は、このような焦点検出画素３１４，３１５を用いて構成した変形例の撮像素子２１２Ａの部分拡大図を示す。焦点検出画素の光電変換部を半円形状にすると、矩形形状の光電変換部に比べ光学系の射出瞳を通過したより多くの光束を受光できるので、被写体が暗い場合の焦点検出性能を向上させることができる。
【００４４】
なお、焦点検出画素の光電変換部の形状は、上述した矩形や半円形の他に種々の形状とすることができる。
【００４５】
上述した撮像素子では、撮像画素３１０のカラーフィルターがベイヤー配列されている例を示したが、補色配列としてもよい。
【００４６】
このように、一実施の形態によれば、交換レンズ２０２により結像された像を撮像するための撮像画素３１０が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像画素３１０の代わりに交換レンズ２０２の焦点調節状態を検出するための第１の焦点検出画素３１２，３１４と第２の焦点検出画素３１３，３１５とを直線状に交互に配列した撮像素子であって、第１の焦点検出画素３１２，３１４は、マイクロレンズを介して光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第１の光電変換部１２，１６を備え、第２の焦点検出画素３１３，３１５は、マイクロレンズを介して他方の領域を通過した光を受光する第２の光電変換部１３，１７を備えるようにしたので、焦点検出画素周りの信号読み出し回路を撮像画素周りの信号読み出し回路と同様に構成することができる上に、焦点検出画素からの信号読み出し制御も撮像画素からの信号読み出し制御と同様に扱うことができ、回路および制御を簡略に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】一実施の形態の撮像装置の構成を示す図
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４】撮像画素の正面図
【図５】撮像画素の分光感度特性を示す図
【図６】撮像画素の断面図
【図７】焦点検出画素の正面図
【図８】焦点検出画素の分光感度特性を示す図
【図９】焦点検出画素の断面図
【図１０】撮影画面中央におけるマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図
【図１１】焦点検出画素の配列方法を示す図
【図１２】変形例の焦点検出画素配列を示す図
【図１３】変形例の焦点検出画素を示す図
【図１４】図１３に示す焦点検出画素を配列した変形例の撮像素子を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１０；マイクロレンズ、１１，１２，１３，１６，１７；光電変換部、２０１；撮像装置（カメラ）、２０２；交換レンズ、２１２，２１２Ａ；撮像素子、２１４；ボディ駆動制御装置、３１０；撮像画素、３１２，３１３，３１４，３１５；焦点検出画素
【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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