特開 2022-180110 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022180110

(43)【公開日】2022-12-06

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/369 20110101AFI20221129BHJP

   H04N 5/347 20110101ALI20221129BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20221129BHJP

   G02B 7/34 20210101ALI20221129BHJP

   G03B 13/36 20210101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

H04N5/369 600

H04N5/347

H04N5/225 300

G02B7/34

G03B13/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021087031

(22)【出願日】2021-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】喜多 祐起

(72)【発明者】

【氏名】藤嶋 敏之

【テーマコード（参考）】

2H011

2H151

5C024

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H011BA23

2H011BB04

2H151BA14

2H151BA17

2H151CB02

2H151CB09

2H151CB21

5C024CY17

5C024EX12

5C024EX34

5C024EX43

5C024EX52

5C024GY39

5C024GY41

5C024GZ24

5C122EA01

5C122FB05

5C122FC06

5C122FD07

5C122HA88

(57)【要約】

【課題】像面位相差焦点検出の低照度下での検出精度を向上させる。
【解決手段】撮像装置は、第１方向を検出方向とし、第１方向と交差する第２方向の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離がそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部を含む合焦状態検出部を有する撮像素子と、合焦状態検出部に含まれる複数の像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部と、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向を検出方向とし、前記第１方向と交差する第２方向の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離がそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部を含む合焦状態検出部を有する撮像素子と、
前記合焦状態検出部に含まれる複数の前記像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部と、
を備える撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像装置において、
前記像面位相差検出部は、
撮像光学系の射出瞳の前記第１方向の一方の側を通った光を、前記射出瞳の前記一方の側とは反対側の他方の側を通った光よりも多く検出する第１受光部が前記第１方向に複数配置された第１検出部と、
前記射出瞳の前記第１方向の前記他方の側を通った光を、前記射出瞳の前記一方の側を通った光よりも多く検出する第２受光部が前記第１方向に複数配置された第２検出部と、
を含む、撮像装置。

【請求項3】

請求項２に記載の撮像装置において、
前記加算部は、
複数の前記像面位相差検出部に含まれる前記第１検出部からの複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算し、
複数の前記像面位相差検出部に含まれる前記第２検出部からの複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算する、
撮像装置。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載の撮像装置において、
前記第２検出部は、前記第１検出部に対し前記第２方向に第１距離だけ離れて配置され、
複数の前記像面位相差検出部のそれぞれは、前記第２方向に、前記第１距離よりも長い第２距離だけ離れて複数配置されている、
撮像装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記加算部は、前記撮像素子に入射する光の量が少なく前記撮像素子が出力する撮像信号の強度が小さいときには、前記撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記加算部は、撮像光学系の絞り値が小さいときには、前記撮像光学系の絞り値が大きいときに比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記合焦状態検出部を複数有するとともに、
前記加算部は、前記合焦状態検出部の前記第１方向の位置が前記撮像素子の中心に近いときには、前記合焦状態検出部の前記第１方向の位置が前記撮像素子の中心から遠いとき比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記合焦状態検出部を複数有するとともに、
前記加算部は、複数の前記合焦状態検出部のうちの選択された前記合焦状態検出部の前記第１方向の位置が前記撮像素子の中心に近いときには、選択された前記合焦状態検出部の前記第１方向の位置が前記撮像素子の中心から遠いとき比べて、複数の前記合焦状態検出部において前記像面位相差検出部からの前記検出信号を多く加算する、撮像装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記加算部は、撮像光学系の射出瞳距離に応じて、加算する前記複数の検出信号を選択する、撮像装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記加算部は、前記撮像素子の有効撮像領域の大きさに応じて、加算する前記検出信号の数を変更する、撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出画素を備える撮像素子が知られている（例えば特許文献１）。従来から、焦点検出の精度向上が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－６６０５１号公報

【発明の概要】

【0004】

第１の態様によると、撮像装置は、第１方向を検出方向とし、前記第１方向と交差する第２方向の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離ＤＰＤがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部を含む合焦状態検出部を有する撮像素子と、前記合焦状態検出部に含まれる複数の前記像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】実施形態の撮像装置の構成を模式的に示す断面図。

【図2】撮像光学系から像面位相差検出部に入射する光線束の一例を示す図。

【図3】実施形態の撮像素子を撮像面側から見た平面図。

【図4】画素に含まれる電気回路を示す図。

【図5】像面位相差検出部の拡大図。

【図6】射出瞳を通過した光線束が、像面位相差検出部に入射する状態を示す図。

【図7】合焦状態検出部における像面位相差検出部の配置例を示す図。

【図8】撮像素子上の合焦状態検出部の位置のいくつかの例を示す図。

【図9】合焦状態検出部における像面位相差検出部の配置の変形例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0006】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の撮像装置１と、撮像装置１に取り付けて使用する撮像光学系２との構成を模式的に示す断面図である。

【0007】

図１に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、相互に直交する方向である。なお、以降の各図に示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、それぞれ図１に示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と同一の方向を示している。矢印の向きの方向が、ぞれぞれ＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向である。
以下では、Ｘ方向における位置をＸ位置と、Ｙ方向における位置をＹ位置と、Ｚ方向における位置をＺ位置ともいう。

【0008】

図１は、撮像装置１と撮像光学系２とを＋Ｘ方向から見た断面図である。
撮像装置１は、撮像素子３、撮像制御部４、レンズ駆動部６、表示部７、操作部８、および第１通信部９を備える。
撮像光学系２は、撮像素子３の撮像面３ｓに被写体像を結像させる。撮像光学系２は、開口２２を有する絞り２１と、絞り２１よりも被写体側に配置されている前群レンズ２０ａ、絞り２１よりも撮像素子３側に配置されている後群レンズ２０ｂ、および第２通信部２３を含む。前群レンズ２０ａ、および後群レンズ２０ｂは、いずれも複数のレンズから構成されていても良い。

【0009】

また、絞り２１は光彩絞りであっても良く、所定の直径の開口部を有する遮光部材であっても良く、所定のレンズの有効径自体によって、撮像光学系２を通過する光線束の有効径を制限するものであっても良い。前群レンズ２０ａまたは後群レンズ２０ｂのうちの一方は、配置されていなくても良い。

【0010】

前群レンズ２０ａまたは後群レンズ２０ｂ、あるいはそれらを構成する複数のレンズの中の少なくとも１枚のレンズは、撮像光学系２の焦点調節を行うために光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可能な焦点調節用レンズであっても良い。
また、前群レンズ２０ａまたは前群レンズ２０ａ、あるいはそれらを構成する複数のレンズの中の少なくとも１枚のレンズは、撮像光学系２の焦点距離を変更するために光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可能な変倍（ズーム）用レンズであっても良い。

【0011】

撮像光学系２の焦点距離、絞り値（Ｆ値）、光軸ＡＸ方向に可動なレンズの現在の位置情報のうちの少なくとも一部は、撮像光学系２の第２通信部２３から撮像装置１の第１通信部９に伝達され、さらに撮像制御部４に伝達される。

【0012】

撮像素子３は、被写体像を撮像して信号を出力する。撮像制御部４は、撮像素子３等の各部を制御する。撮像制御部４は、撮像素子３により出力された画像信号に画像処理等を施して画像データを生成する。撮像制御部４は、不図示の記録媒体に画像データを記録し、表示部７に画像データに基づく画像を表示する等の処理を行う。表示部７は、例えば液晶パネル等の表示部材を有する表示装置である。

【0013】

撮像制御部４は、さらに、公知の像面位相差検出方式により撮像光学系２の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。具体的には、撮像制御部４は、後述するように撮像素子３から出力される少なくとも一対の焦点検出信号から、それらの焦点検出信号の間の位相のずれ量である位相差を検出する。

【0014】

撮像制御部４は、検出した位相差に基づいて、撮像光学系２の被写体の結像位置と撮像素子３の撮像面３ｓとのずれ量（デフォーカス量）を算出する。そして、デフォーカス量に応じて、撮像光学系２の中の上述した焦点調節用レンズの合焦のための光軸ＡＸ方向への駆動量を算出する。この駆動量に応じた信号が、レンズ駆動部６から第１通信部９および第２通信部２３を経て撮像光学系２内の不図示のアクチュエータに送られ、焦点調節用レンズが光軸ＡＸ方向に移動されることにより、焦点調節が自動で行われる。

【0015】

図２は、撮像装置１と撮像光学系２とを－Ｙ方向から見た断面図であり、撮像光学系２を通り、撮像素子３上の１つの合焦状態検出部ＦＡに入射する光線束ＬＲＢの一例を示す図である。

【0016】

図２に示した光線束ＬＲＢは、前群レンズ２０ａにより屈折された後、絞り２１により、その径を制限される。光線束ＬＲＢは、開口２２を通過した後、後群レンズ２０ｂにより再度屈折され、撮像素子３の合焦状態検出部ＦＡの近傍の像側焦点ＦＰに入射する。ここで、撮像素子３の入射側面（＋Ｚ側面）は、光線束ＬＲＢの集光点、すなわち、撮像光学系２の像側焦点ＦＰと概ね一致するように配置されている。図２では、撮像素子３の合焦状態検出部ＦＡは、一例として、撮像光学系２の光軸ＡＸから＋Ｘ方向に距離Ｘ１だけ離れた位置に配置されるものとしている。

【0017】

射出瞳ＥＰは、像側焦点ＦＰの側から見た、後群レンズ２０ｂによる絞り２１の開口２２の虚像である。換言すれば射出瞳ＥＰは、光線束ＬＲＢのうち、絞り２１が配置されているＸＹ面と光軸ＡＸとの交点ＰＣを通る主光線ＬＰＲの、後群レンズ２０ｂと撮像素子との間の光路を、直線的に延長した線分ＰＲＩと光軸ＡＸとの交点ＰＣＩを含むＸＹ平面と一致している。交点ＰＣＩは、射出瞳ＥＰの中心（中心ＰＣＩ）であるということができる。

【0018】

本明細書では、射出瞳ＥＰから像側焦点ＦＰまでのＺ方向の距離を、射出瞳距離ＬＰＤともいう。
また、上述したとおり、射出瞳ＥＰは、絞り２１の開口２２の虚像であり、光学的に等価であることから、開口２２を通過する光線束ＬＲＢのことを、射出瞳ＥＰを通過する光線束ＬＲＢであるともいう。

【0019】

撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤは、上述した撮像光学系２の焦点距離等の情報と同様に、撮像光学系２の第２通信部２３から撮像装置１の第１通信部９に伝達され、さらに撮像制御部４に伝達される。

【0020】

（撮像素子）
図３は、撮像素子３を撮像面３ｓ側から、すなわち＋Ｚ側から見た図である。撮像素子３は、半導体基板３０と、半導体基板３０上にＸ方向およびＹ方向に配列される複数の画素４０とを有している。画素４０のＸ方向の並びを「行」とも呼び、画素４０のＹ方向の並びを「列」とも呼ぶ。図２では一部を省略して描いているが、画素４０は、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ例えば１０００個以上に渡って多数配列されていても良い。

【0021】

複数の画素４０のそれぞれは、異なる３波長の光の中のいずれか１つに対する分光感度が他の波長に対する分光感度よりも高い。Ｒと付記された画素４０（以降「Ｒ画素」とも呼ぶ）は赤色光に対する分光感度が高く、Ｇと付記された画素４０（以降「Ｇ画素」とも呼ぶ）は緑色光に対する分光感度が高く、Ｂと付記された画素４０（以降「Ｂ画素」とも呼ぶ）は青色光に対する分光感度が高い。これらのＲＧＢの各画素４０は、例えばベイヤー配列で撮像領域内に配列されている。
Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素の上述した分光感度は、一例としてそれぞれの画素４０内に設けられている後述するカラーフィルタにより設定される。

【0022】

複数の画素４０が配列された領域である有効撮像領域ＩＡの、図３中の左端には水平制御部３１Ｈが設けられ、図３中の上端には垂直制御部３１Ｖが設けられている。水平制御部３１Ｈおよび垂直制御部３１Ｖを併せて、または個々に、制御部３１とも呼ぶ。

【0023】

水平制御部３１Ｈからは複数の制御線３２がＸ方向に延び、それぞれの制御線３２は、複数の画素４０のうちＸ方向に１行に並ぶ複数の画素４０に接続されている。撮像素子３の中の複数の画素４０のうちＹ方向に１列に並ぶ複数の画素４０のそれぞれには信号線３３が接続されている。

【0024】

画素４０のそれぞれは、所定の撮像期間内に入射した光の量に基づく信号を生成する。水平制御部３１Ｈから所定の制御電圧が印加された１つまたは複数の制御線３２と接続されている画素４０で生成された信号は、その画素４０に接続されている信号線３３を経由して、所定の読出部３４により読み出される。一例として、各画素４０から出力される信号はアナログ信号であり、読出部３４は、アナログ信号をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）するアナログ／デジタル変換器である。
読出部３４によりＡ／Ｄ変換等された画素４０からの信号は、データレーン３５を経て撮像素子３の出力部３６から、出力信号Ｓｇとして撮像制御部４に出力される。

【0025】

複数の画素４０の一部は、上述した位相差検出方式において撮像光学系２のＡＦに必要な焦点検出処理に用いる一対の検出信号のそれぞれを検出するための、第１ＡＦ画素Ｐと第２ＡＦ画素Ｍとなっている。第１ＡＦ画素Ｐは符号Ｐが付記された画素４０であり、第２ＡＦ画素Ｍは符号Ｍが付記された画素４０である。

【0026】

第１ＡＦ画素Ｐは、Ｙ方向の所定の位置において、Ｘ方向に並んで複数配置されている。同一のＹ位置においてＸ方向に並んで配置されている複数の第１ＡＦ画素Ｐを、第１検出部Ｆ１とも呼ぶ。第１検出部Ｆ１から出力される信号が、上述した一対の検出信号のうちの一方の第１検出信号である。

【0027】

第２ＡＦ画素Ｍも、第１検出部Ｆ１とは異なるＹ方向の所定の位置においてＸ方向に並んで複数配置されている。同一のＹ位置においてＸ方向に並んで配置されている複数の第２ＡＦ画素Ｍを、第２検出部Ｆ２とも呼ぶ。第２検出部Ｆ２から出力される信号が、上述した一対の検出信号のうちの他方の第２検出信号である。

【0028】

なお、図２においては、図示の都合上、第１検出部Ｆ１および第２検出部Ｆ２を示す破線の枠中にＧ画素Ｇが含まれているが、第１検出部Ｆ１および第２検出部Ｆ２はＧ画素Ｇを含まなくても良い。
また、図２においては、第１検出部Ｆ１および第２検出部Ｆ２が、有効撮像領域ＩＡの－Ｘ側の略端部から＋Ｘ側の略端部に渡って配置されているものとしているが、第１検出部Ｆ１および第２検出部Ｆ２は、有効撮像領域ＩＡのＸ方向の一部に配置されるものであっても良い。また、第１検出部Ｆ１および第２検出部Ｆ２は、有効撮像領域ＩＡのＸ方向に、離散的に、複数配置されていても良い。

【0029】

１つの第１検出部Ｆ１と１つの第２検出部Ｆ２との対を、像面位相差検出部ＦＳとも呼ぶ。像面位相差検出部ＦＳは、第１検出部Ｆ１に形成されている撮像光学系２の像のＸ方向の強度分布の位相と、第２検出部Ｆ２に形成されている撮像光学系２の像のＸ方向の強度分布の位相との間の、位相差を検出するための検出信号の対を生成する。

【0030】

第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍが並んで配置されているＸ方向を、検出方向ということもでき、第１方向ということもできる。また、Ｙ方向を第２方向ということもできる。
第１ＡＦ画素Ｐと第２ＡＦ画素Ｍとを合せて、または個々に、ＡＦ画素とも呼ぶ。
一方、上記の複数の画素４０のうちの、ＡＦ画素以外の画素（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）を合せて、または個々に、撮像画素とも呼ぶ。

【0031】

一例として、第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍは、いずれも本来のベイヤー配列においてＢ画素が配置されるべき位置に配置されている。ただし、第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍは、いずれも本来のベイヤー配列においてＲ画素が配置されるべき位置に配置されていても良い。

【0032】

図３においては、第１検出部Ｆ１と第２検出部Ｆ２とのＹ方向の間隔は、その間に５個の画素４０が配置される間隔であるとしたが、３個または７個等の任意の奇数個の画素４０が配置される間隔であっても良い。

【0033】

図４は、画素４０に含まれる電気回路を示す図である。画素４０は、光電変換部４１および増幅回路４２を含んでいる。なお、画素４０の構造については後述する。
光電変換部４１は、フォトダイオード等から成り、入射した光を光電変換する。光電変換部４１での光電変換により生成された電荷は、転送部ＴＸに転送信号が入力されると、転送部ＴＸにより蓄積部ＦＤに転送される。増幅部ＴＡには、電源から所定の電圧ＶＤＤが供給され、蓄積部ＦＤに転送された電荷に応じた信号が、増幅されて選択部ＴＳに出力される。

【0034】

選択部ＴＳには制御線３２が接続されており、水平制御部３１Ｈから制御線３２に所定の信号が入力されると、選択部ＴＳから出力された信号は、信号線３３に出力される。
リセット部ＴＲには、電源から所定の電圧ＶＤＤが供給され、所定のタイミングでリセット部にリセット信号が入力されると、リセット部は導通し、蓄積部ＦＤは電圧ＶＤＤにリセットされる。

【0035】

転送部ＴＸ、増幅部ＴＡ、選択部ＴＳ、およびリセット部ＴＲは、ＭＯＳトランジスタであっても良い。そして、画素４０を構成する電気回路は、一例として、従来のいわゆる４トランジスタ型のＣＭＯＳ撮像素子の画素に含まれる電気回路と同様であっても良い。
上述した転送信号およびリセット信号は、制御線３２と同様のＸ方向に延びる制御線を介して、水平制御部３１Ｈから供給されても良い。

【0036】

以下、図５から図６を参照して、第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍを含む画素４０の構成について説明する。
図５は、図２に示した合焦状態検出部ＦＡに含まれる像面位相差検出部ＦＳ（図３参照）の拡大図を示す図である。
図５（ａ）は、像面位相差検出部ＦＳに含まれる第１検出部Ｆ１（図３参照）内の画素４０（Ｇ画素Ｇ、および第１ＡＦ画素Ｐ）のＸＺ断面図を示す図である。
図５（ｂ）は、像面位相差検出部ＦＳに含まれる第２検出部Ｆ２（図３参照）内の画素４０（Ｇ画素Ｇ、および第２ＡＦ画素Ｍ）のＸＺ断面図を示す図である。

【0037】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示したとおり、半導体基板３０は、一例として、フォトダイオード等の光電変換部４１および増幅回路４２が形成されている上層基板３０ａと、配線層が形成されている下層基板３０ｂとが積層されたものである。上層基板３０ａと下層基板３０ｂとは、バンプを介して電気的に接続されていても良い。

【0038】

上層基板３０ａの上（＋Ｚ方向）には、透明な保護膜４３が形成され、保護膜４３の上方には、上述したカラーフィルタ４４が形成されている。カラーフィルタ４４の上方には、撮像する光を光電変換部４１に集光するマイクロレンズ４５が形成されている。
上方（＋Ｚ方向）から画素４０に照射される光は、マイクロレンズ４５により屈折され、カラーフィルタ４４により透過光の波長域が概ね選択された後、光電変換部４１に入射する。

【0039】

第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍに配置されているカラーフィルタ４４は、上述の青色光、緑色光または赤色光のいずれかを優先的に透過するカラーフィルタであっても良く、上述の青色光、緑色光及び赤色光のいずれか２色の光を優先的に透過するカラーフィルタであっても良く、可視光の全域を透過するフィルタまたは赤外線を透過するフィルタであっても良い。

【0040】

光電変換部４１は、上層基板３０ａ中に形成されたフォトダイオードであっても良く、上層基板３０ａよりも上方（＋ｚ側）に形成された有機膜による光電変換部であっても良い。
なお、光電変換部４１の分光感度自体が、複数の画素４０のそれぞれで異なる場合には、カラーフィルタ４４を省略しても良い。

【0041】

図５（ａ）に示したとおり、第１ＡＦ画素Ｐは、光電変換部４１の上端（＋Ｚ側端）側に、光電変換部４１の＋Ｘ側に入射する光を遮光する第１遮光部４６Ｐを有している。また、図５（ｂ）に示したとおり、第２ＡＦ画素Ｍは、光電変換部４１の上端（＋Ｚ側端）側に、光電変換部４１の－Ｘ側に入射する光を遮光する第２遮光部４６Ｍを有している。

【0042】

図６は、撮像光学系２の射出瞳ＥＰを通過した光線束ＬＲＢが、撮像素子３の合焦状態検出部ＦＡ内の像面位相差検出部ＦＳに含まれる第１ＡＦ画素Ｐと第２ＡＦ画素Ｍとに入射する状態を示す図であり、撮像素子３を－Ｙ方向から見たＸＺ断面を示している。
なお、図６においては、像面位相差検出部ＦＳ内で同一のＸ位置に配置されている、すなわち紙面の奥行方向に重なって配置されている第１ＡＦ画素Ｐと第２ＡＦ画素Ｍとを重ねて表している。

【0043】

マイクロレンズ４５の頂点４５ｃと、第１遮光部４６Ｐまたは第２遮光部４６Ｍとの間のＺ方向の距離を、距離ＤＭＬとする。
第１遮光部４６Ｐおよび第２遮光部４６Ｍは、上述した撮像光学系２の射出瞳ＥＰに対してマイクロレンズ４５を介して概ね共役（結像関係）であるＺ位置Ｚ１に配置されている。換言すれば、第１遮光部４６Ｐおよび第２遮光部４６Ｍは、マイクロレンズ４５および後群レンズ２０ｂ（図４参照）を介して上述した撮像光学系２の絞り２１と概ね共役となるＺ位置Ｚ１に配置されている。

【0044】

このため、第１ＡＦ画素Ｐの光電変換部４１には、射出瞳ＥＰの中の光軸ＡＸよりも＋Ｘ側を通過した光が多く入射する。また、第２ＡＦ画素Ｍの光電変換部４１には、射出瞳ＥＰの中の光軸ＡＸよりも－Ｘ側を通過した光が多く入射する。
第１ＡＦ画素Ｐの光電変換部４１は、撮像光学系２の射出瞳ＥＰのＸ方向の＋側（一方の側）を通った光を、射出瞳のＸ方向の－側（他方の側）を通った光よりも多く検出する第１受光部であるということもできる。
第２ＡＦ画素Ｍの光電変換部４１は、撮像光学系２の射出瞳ＥＰのＸ方向の－側（上述した他方の側）を通った光を、射出瞳のＸ方向の＋側（上述した一方の側）を通った光よりも多く検出する第２受光部であるということもできる。

【0045】

図２および図６に示した合焦状態検出部ＦＡは、一例として、撮像素子３のＸ方向の中心、および撮像光学系２の光軸ＡＸから＋Ｘ方向に距離Ｘ１だけ離れた位置に配置されている。このため、合焦状態検出部ＦＡには、光線束ＬＲＢが、＋Ｚ方向よりもやや－Ｘ方向に傾いた方向を中心とする方向から入射する。

【0046】

これに対応して、光電変換部４１の受光効率を高めるために、合焦状態検出部ＦＡの各画素４０においては、マイクロレンズ４５のＸ方向の中心位置は、光電変換部４１のＸ方向の中心位置に対して、－Ｘ方向にずれて配置されている。逆に言えば、光電変換部４１のＸ方向の中心位置は、マイクロレンズ４５のＸ方向の中心位置に対して、＋Ｘ方向にずれて配置されている。

【0047】

このため、図５（ａ）に示したとおり、第１ＡＦ画素Ｐの中の第１遮光部４６Ｐの－Ｘ側エッジ４６ＰＥの位置は、マイクロレンズ４５の頂点４５ｃ（最も＋Ｚ側にある点）から距離ＸＰだけ＋Ｘ側にずれた位置に配置されている。また、図５（ｂ）に示したとおり、第２ＡＦ画素Ｍの中の第２遮光部４６Ｍの＋Ｘ側エッジ４６ＭＥの位置も、マイクロレンズ４５の頂点４５ｃから距離ＸＭだけ＋Ｘ側にずれた位置に配置されている。

【0048】

マイクロレンズ４５の頂点４５ｃは、光軸ＡＸから＋Ｘ方向に距離Ｘ１だけ離れて配置されている。また、射出瞳ＥＰとマイクロレンズ４５の頂点４５ｃとの間のＺ方向の距離は、射出瞳距離ＬＰＤである。従って、射出瞳ＥＰの中心ＰＣＩを通過して、第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍのマイクロレンズ４５の頂点４５ｃに入射する光線束ＬＲＢの主光線ＬＰＲは、－Ｚ方向から以下の式（１）で決まる角θだけ＋Ｘ方向に傾いた方向に進む。
tan(θ) ＝ Ｘ１／ＬＰＤ ・・・（１）

【0049】

すなわち、主光線ＬＰＲは、Ｚ方向に平行な光軸ＡＸと、撮像素子３の撮像面３ｓに対する法線ＮＬとに対して、ともに角θだけ傾いた方向に進む。
主光線ＬＰＲは、マイクロレンズ４５の頂点４５ｃ近傍で屈折され、マイクロレンズ４５、カラーフィルタ４４、および保護膜４３を透過して、第１遮光部４６Ｐまたは第２遮光部４６Ｍに遮光されるか、または光電変換部４１に入射する。

【0050】

第１遮光部４６Ｐまたは第２遮光部４６Ｍが配置されているＺ位置Ｚ１における、マイクロレンズ４５の頂点４５ｃから主光線ＬＰＲまでのＸ方向の距離を、距離ＸＣとする。幾何光学的な考察により、距離ＸＣは近似的に以下の式（２）により求まる。
ＸＣ ＝ tan(θ)×ＤＭＬ／ｎ ・・・（２）

【0051】

ここで、距離ＤＭＬは、上述したとおりマイクロレンズ４５の頂点４５ｃと第１遮光部４６Ｐまたは第２遮光部４６Ｍとの間のＺ方向の距離であり、ｎはマイクロレンズ４５を構成するレンズ材料の屈折率である。
また、式（１）と式（２）より、以下の式（３）が導ける。
ＸＣ ＝ Ｘ１×ＤＭＬ／（ｎ×ＬＰＤ） ・・・（３）

【0052】

このとき、距離ＸＣが、上述した距離ＸＰと距離ＸＭの平均値に等しければ、第１ＡＦ画素Ｐの光電変換部４１に入射する光量と、第２ＡＦ画素Ｍの光電変換部４１に入射する光量とを、概ね等しくすることができる。すなわち、射出瞳ＥＰの＋Ｘ側を通過し、第１ＡＦ画素Ｐの第１遮光部４６Ｐに遮光されずに光電変換部４１に入射する光量と、射出瞳ＥＰの－Ｘ側を通過し、第２ＡＦ画素Ｍの第２遮光部４６Ｍに遮光されずに光電変換部４１に入射する光量とを、概ね等しくできる。従って、このときに像面位相差検出部ＦＳの焦点位置検出の精度を高めることができる。

【0053】

逆に、像面位相差検出部ＦＳの構成に関する量である距離Ｘ１、距離ＤＭＬ、距離ＸＰ、距離ＸＭ、および屈折率ｎが決まれば、その合焦状態検出部ＦＡに適した射出瞳距離ＬＰＤの値を求めることができる。このように所定の像面位相差検出部ＦＳに適した射出瞳距離ＬＰＤのことを、以下では、像面位相差検出部ＦＳの設計瞳距離ＤＰＤともいう。

【0054】

設計瞳距離ＤＰＤは、一例として式（３）に、上述したＸＣ＝（ＸＰ＋ＸＭ）／２の条件を代入して変形し、射出瞳距離ＬＰＤを設計瞳距離ＤＰＤに置き換えた、以下の式（４）により求めることができる。
ＤＰＤ ＝ Ｘ１×ＤＭＬ／｛ｎ×（ＸＰ＋ＸＭ）／２｝・・・（４）

【0055】

像面位相差検出部ＦＳの焦点位置検出の精度を高めるためには、その設計瞳距離ＤＰＤを、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと一致させることが望ましい。しかしながら、射出瞳距離ＬＰＤは、撮像光学系２によって異なり、また撮像光学系２がズームレンズである場合には射出瞳距離ＬＰＤはズーミングによっても変動する。このため、１つの像面位相差検出部ＦＳの設計瞳距離ＤＰＤを、常に撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと一致させることは困難である。

【0056】

そこで、第１実施形態の撮像素子３においては、図７に示すように、１つの合焦状態検出部ＦＡ内に、設計瞳距離ＤＰＤがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部ＦＳ（ＦＳＡ～ＦＳＥ）を設けている。像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥのそれぞれは、第１検出部Ｆ１（Ｆ１Ａ～Ｆ１Ｅ）および第２検出部Ｆ２（Ｆ２Ａ～Ｆ２Ｅ）を含んでいる。

【0057】

そして、これらの第１検出部Ｆ１Ａ～Ｆ１Ｅにそれぞれ含まれる第１ＡＦ画素Ｐにおいては、一例として上述した距離ＸＰが相互に異なっている。また、これらの第２検出部Ｆ２Ａ～Ｆ２Ｅにそれぞれ含まれる第２ＡＦ画素Ｍにおいては、一例として上述した距離ＸＭが相互に異なっている。これにより、像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥの設計瞳距離ＤＰＤは、それぞれ異なった値となる。

【0058】

第１実施形態の撮像装置１においては、撮像制御部４は、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤに近い設計瞳距離ＤＰＤを有する像面位相差検出部ＦＳを像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥから選択し、選択した像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を用いて焦点位置を検出する。これにより、装着する撮像光学系２を交換した場合であっても、あるいは撮像光学系２をズーミングした場合であっても、高精度に焦点位置の検出を行うことができる。

【0059】

１つの合焦状態検出部ＦＡ内に設けられる像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥの数は、上述した５個に限られるわけではなく、任意のｍ個（ｍは２以上の自然数）であっても良い。像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥのそれぞれの射出瞳距離ＬＰＤは、一例として、１０mm程度から１５０mm程度までの間の任意の任意の長さとして良い。さらなる一例として、撮像素子３の有効撮像領域ＩＡの対角線長の０．６倍程度の長さから、５倍程度の長さまでの間の任意の長さとして良い。

【0060】

複数の像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥのそれぞれの射出瞳距離ＬＰＤは、それらの中の最小値から最大値までの間で略等間隔に増加するようにそれぞれ設定しても良い。あるいは、それぞれの射出瞳距離ＬＰＤにある射出瞳ＥＰから第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍに入射する主光線ＬＰＲの図６に示した法線ＮＬに対する傾き角θが、それらの中の最小値から最大値までの間で略等間隔に増加するようにそれぞれ設定しても良い。

【0061】

第１検出部Ｆ１Ａ～Ｆ１Ｅにそれぞれ含まれる第１ＡＦ画素Ｐにおいて、上述した距離ＸＰに代えて、あるいは距離ＸＰに加えてさらに、上述した距離ＤＭＬの値が相互に異なっていても良い。また、第２検出部Ｆ２Ａ～Ｆ２Ｅにそれぞれ含まれる第２ＡＦ画素Ｍにおいて、上述した距離ＸＭに代えて、あるいは距離ＸＭに加えてさらに、上述した距離ＤＭＬの値が相互に異なっていても良い。

【0062】

なお、複数の像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥのそれぞれの射出瞳距離ＬＰＤは、それぞれのＹ位置の応じて単調に増加、あるいは単調に減少しても良く、あるいは、それぞれのＹ位置とは無関係にランダムに変化しても良い。

【0063】

なお、図７においては、図面の煩雑化を避けるために、第１検出部Ｆ１Ａ～Ｆ１Ｅおよび第２検出部Ｆ２Ａ～Ｆ２ＥのそれぞれのＹ方向の間に配置されている撮像画素（Ｇ画素Ｇ、Ｂ画素Ｂ、Ｒ画素Ｒ）の図示を省略している。しかし、１つの合焦状態検出部ＦＡ内には、第１検出部Ｆ１Ａ～Ｆ１Ｅおよび第２検出部Ｆ２Ａ～Ｆ２ＥのそれぞれのＹ方向の間に、例えば３個以上の撮像画素が配置されていても良い。

【0064】

１つの像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥにおける第１検出部Ｆ１Ａ～Ｆ１Ｅと第２検出部Ｆ２Ａ～Ｆ２Ｅとの間のＹ方向の距離を第１距離Ｐ１と呼ぶことができる。また、複数の像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥのそれぞれの間のＹ方向の距離を第２距離Ｐ２と呼ぶことができる。第２距離Ｐ２は、第１距離Ｐ１よりも長くても良い。
逆に、第２距離Ｐ２は、第１距離Ｐ１より短くても良い。

【0065】

ところで、撮像装置１を用いて、例えば低照度下で撮影を行う場合には、被写体からの光線束ＬＲＢの光量が低下し、これにより像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥのいずれか１つから得られる検出信号のＳ／Ｎが低下する。この場合には、像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥによる焦点位置の検出の精度が低下する恐れがある。

【0066】

実施形態の撮像装置１および撮像素子３においては、Ｙ方向の異なる位置に配置されている複数の合焦状態検出部ＦＡが検出した複数の検出信号のいくつかを加算して加算信号を生成し、この加算信号を検出信号として用いることで焦点位置の検出の精度を向上させる。

【0067】

具体的には、１つの合焦状態検出部ＦＡ内にある複数の像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥ内の、同一のＸ位置であって異なるＹ位置にある複数の第１ＡＦ画素Ｐで生成された信号を加算する。同様に、１つの合焦状態検出部ＦＡ内にある複数の像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥ内の、同一のＸ位置であって異なるＹ位置にある複数の第２ＡＦ画素Ｍで生成された信号を加算する。

【0068】

複数の検出信号の加算は、１つの例として、いわゆるソースフォロワ加算により行う。すなわち、異なる合焦状態検出部ＦＡに含まれ同一のＸ位置にある複数の第１ＡＦ画素Ｐで生成された信号を、それらの第１ＡＦ画素Ｐに接続されている信号線３３に略同時に出力させる。同様に、異なる合焦状態検出部ＦＡに含まれ同一のＸ位置にある複数の第２ＡＦ画素Ｍで生成された信号を、それらの第２ＡＦ画素Ｍに接続されている信号線３３に略同時に出力させる。そして、信号線３３上のこれらの加算された信号を、読出部３４により読み出す。

【0069】

水平制御部３１Ｈは、制御線３２を介して信号を相互に加算される第１ＡＦ画素Ｐまたは第２ＡＦ画素Ｍに制御信号を送り、それらの画素からの信号を略同時に信号線３３に出力させる。
この場合、信号線３３、および読出部３４は、複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部を構成する。

【0070】

複数の検出信号の加算は、他の構成により行っても良い。例えば、撮像素子３の出力部３６に、所定のＡＦ画素（Ｐ、Ｍ）からデータレーン３５を介して出力されたデジタル信号を一時的に記憶するメモリーと、所定の複数のＡＦ画素からの信号を加算する加算回路を設け、この加算回路により複数の検出信号を加算しても良い。
この場合には、撮像素子３の出力部３６に設けた加算回路が、複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部を構成する。

【0071】

なお、これらのメモリーおよび加算回路は、撮像素子３にではなく、撮像制御部４に、加算回路部５として設けられていても良い。この場合には、複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部は、撮像制御部４に含まれる。

【0072】

加算信号は、一例として、設計瞳距離ＤＰＤが、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤに１番目からｋ番目（ｋはｍ以下の自然数）に近い像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を加算することにより生成される。一例として、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤが１００mmであり、複数の像面位相差検出部ＦＳＡ～ＦＳＥの設計瞳距離ＤＰＤが、それぞれ５０mm、７０mm、９０mm、１１０mm、１３０mmであるとする。このとき、加算部は、一例として、設計瞳距離ＤＰＤが９０mmと１１０mmである２つ（ｋ＝２）の像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を加算する。

【0073】

なお、上述したように、像面位相差検出部ＦＳの焦点位置検出の精度を高めるためには、その設計瞳距離ＤＰＤを、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと一致させることが望ましい。このため、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと大きく異なる設計瞳距離ＤＰＤを有する像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を加算して加算信号を生成すると、焦点位置検出の精度が低下してしまう恐れもある。

【0074】

従って、加算信号の生成に際しては、光線束ＬＲＢの光量、すなわち像面位相差検出部ＦＳからの検出信号の大きさに基づいて、加算する検出信号の数を変更しても良い。すなわち、加算部は、撮像素子３に入射する光の量が少なく撮像素子３が出力する撮像信号の強度が小さいときには、撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。ここで、撮像素子３が出力する撮像信号とは、ＡＦ画素が出力する検出信号であっても良く、撮像画素（Ｇ画素Ｇ、Ｂ画素Ｂ、Ｒ画素Ｒ）が出力する画像形成用の信号であっても良い。

【0075】

なお、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと像面位相差検出部ＦＳの設計瞳距離ＤＰＤとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響は、撮像光学系２の絞り値（Ｆ値）の値が大きい程、大きい。従って、加算信号の生成に際しては、加算部は、撮像光学系２の絞り値が小さいときには、撮像光学系２の絞り値が大きいときに比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。

【0076】

ところで、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと像面位相差検出部ＦＳの設計瞳距離ＤＰＤとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響は、撮像素子３における合焦状態検出部ＦＡの位置にも依存する。すなわち、合焦状態検出部ＦＡが有効撮像領域ＩＡの検出方向（Ｘ方向）の中央付近、すなわち撮像光学系２の光軸ＡＸから検出方向の近傍にある場合にはその影響は少なく、合焦状態検出部ＦＡが光軸ＡＸから検出方向に離れている場合にはその影響が大きい。

【0077】

従って、加算信号の生成に際しては、加算部は、合焦状態検出部ＦＡの検出方向（Ｘ方向）の位置が撮像素子３の中心に近いときには、合焦状態検出部ＦＡの第１方向の位置が撮像素子３の中心から遠いとき比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。

【0078】

図８は、撮像素子３上の合焦状態検出部ＦＡ（ＦＡ１～ＦＡ６）の位置のいくつかの例を示す図である。例えば、撮像素子３の撮像面３ｓ上の有効撮像領域ＩＡのＸ方向の中心ＣＬからのＸ方向の距離が距離Ｄ１未満である合焦状態検出部ＦＡ１、ＦＡ２においては、ｍ個の像面位相差検出部ＦＳからの検出信号の全てを加算しても良い。

【0079】

一方、加算部は、中心ＣＬからのＸ方向の距離が距離Ｄ２以上である合焦状態検出部ＦＡ５、ＦＡ６においてはｋ１個の検出信号を加算し、中心ＣＬからのＸ方向の距離が距離Ｄ１以上、かつ距離Ｄ２未満である合焦状態検出部ＦＡ３、ＦＡ４においてはｋ２個の検出信号を加算しても良い。ここで、ｋ１、Ｋ２はいずれも自然数であり、１≦ｋ１＜ｋ２＜ｍである。

【0080】

なお、有効撮像領域ＩＡ内の複数の合焦状態検出部ＦＡ（ＦＡ１～ＦＡ６）がある場合、加算部は、選択された合焦状態検出部ＦＡの検出方向（Ｘ方向）の位置に応じて、全ての合焦状態検出部ＦＡからの検出信号の加算方法を決定しても良い。すなわち、加算部は、選択された合焦状態検出部ＦＡのＸ方向の位置が撮像素子３の中心に近いときには、撮像素子３の中心から遠いとき比べて、複数の合焦状態検出部ＦＡにおいて像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を多く加算しても良い。

【0081】

複数の合焦状態検出部ＦＡのうちのどの合焦状態検出部ＦＡを選択するかは、ユーザーが操作部８から入力しても良く、撮像素子３から出力される画像に基づいて撮像制御部４が決定しても良い。

【0082】

なお、以上においては、１つの合焦状態検出部ＦＡは、設計瞳距離ＤＰＤがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部ＦＳを含んでいるものとしたが、１つの合焦状態検出部ＦＡは、さらに同一の設計瞳距離ＤＰＤを有する像面位相差検出部ＦＳを含んでいても良い。この場合、加算部は、同一の設計瞳距離ＤＰＤを有する像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を加算しても良い。

【0083】

このような合焦状態検出部ＦＡの一例として、図７に示した合焦状態検出部ＦＡの複数が、同一のＸ位置においてＹ方向に近接して配置されたものであっても良い。
あるいは、同一の設計瞳距離ＤＰＤを有する像面位相差検出部ＦＳの複数を一群としてＹ方向に近接して複数配置し、これらとは設計瞳距離ＤＰＤが異なる像面位相差検出部ＦＳの一群は、これらとはＹ方向に比較的離れた位置に配置しても良い。

【0084】

なお、撮像装置１によっては、撮像素子３上の有効撮像領域ＩＡの大きさが変更可能となっている場合がある。例えば、有効撮像領域ＩＡの大きさを、いわゆる３５mmフルフレームサイズと、それより小さいサイズに切り替えて使用可能な場合がある。そして、有効撮像領域ＩＡの変更により、最適な像面位相差検出部ＦＳの検出条件が変化する場合がある。従って、加算部は、撮像素子３の有効撮像領域ＩＡの大きさに応じて、加算する検出信号の数を変更しても良い。

【0085】

（像面位相差検出部の配置の変形例）
図９は、合焦状態検出部ＦＡにおける像面位相差検出部ＦＳの配置の変形例を示す図である。
上述の第１実施形態においては、合焦状態検出部ＦＡにおいて、ＡＦ画素である第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍは、いずれも本来のベイヤー配列においてＢ画素Ｂ（またはＲ画素Ｒ）が配置されるべき位置に配置されているものとしている。このため、ＡＦ画素のＸ位置は、画素４０の２個分の間隔をおいて配置されている。

【0086】

図９に示す変形例の配置では、ＡＦ画素は、Ｙ方向に奇数番目の像面位相差検出部ＦＳＡ、ＦＳＣ、ＦＳＥでは本来のベイヤー配列のＢ画素Ｂの位置に配置され、Ｙ方向に偶数番目の像面位相差検出部ＦＳＢｓ、ＦＳＤｓではＲ画素Ｒの位置に配置されている。このため、合焦状態検出部ＦＡの内部において、ＡＦ画素のＸ位置は、画素４０の１個分の間隔で配置される。

【0087】

このため、この変形例の配置においては、撮像光学系２が形成する像に対するＡＦ画素である第１ＡＦ画素Ｐおよび第２ＡＦ画素Ｍによるサンプリングの密度が向上するため、より高精度な像面位相差検出を行うことができる。

【0088】

なお、図９の例は一例であり、ＡＦ画素は、Ｙ方向に奇数番目の像面位相差検出部ＦＳＡ、ＦＳＣ、ＦＳＥでは本来のベイヤー配列のＲ画素Ｒの位置に配置され、Ｙ方向に偶数番目の像面位相差検出部ＦＳＢｓ、ＦＳＤｓではＢ画素Ｂの位置に配置されていても良い。

【0089】

以上の実施形態および変形例において、例えば、上述したように、加算部が信号線３３、および読出部３４により構成される場合、または、撮像素子３の出力部３６に設けられた加算回路により構成される場合には、撮像素子３を撮像装置であるということもできる。加算回路は、撮像素子３の撮像部に積層されて設けられていてもよい。

【0090】

（実施形態および変形例の効果）
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）以上の各実施形態の撮像装置１は、第１方向（Ｘ方向）を検出方向とし、第１方向と交差する第２方向（Ｙ方向）の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離ＤＰＤがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部ＦＳを含む合焦状態検出部ＦＡを有する撮像素子３と、合焦状態検出部ＦＡに含まれる複数の像面位相差検出部ＦＳが検出した複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算して加算信号を生成する加算部（読出部３４等、または撮像制御部４）と、を有している。
この構成により、低照度下の被写体に対しても、焦点位置の検出の精度を向上させることができる。

【0091】

（２）像面位相差検出部ＦＳは、撮像光学系２の射出瞳ＥＰの第１方向（Ｘ方向）の一方の側を通った光を、射出瞳ＥＰの一方の側とは反対側の他方の側を通った光よりも多く検出する第１受光部（第１ＡＦ画素Ｐの光電変換部４１）が第１方向に複数配置された第１検出部Ｆ１と、射出瞳ＥＰの第１方向の他方の側を通った光を、射出瞳ＥＰの一方の側を通った光よりも多く検出する第２受光部（第２ＡＦ画素Ｍの光電変換部４１）が第１方向に複数配置された第２検出部Ｆ２と、を含んでも良い。そして、加算部は、複数の像面位相差検出部ＦＳに含まれる第１検出部Ｆ１からの複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算し、複数の像面位相差検出部ＦＳに含まれる第２検出部Ｆ２からの複数の検出信号のうちの少なくとも２つを加算しても良い。
この構成により、低照度下の被写体に対しても、焦点位置の検出の精度を一層向上させることができる。

【0092】

（３）加算部は、撮像素子３に入射する光の量が少なく撮像素子３が出力する撮像信号の強度が小さいときには、撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの検出信号を加算しても良い。この場合、撮像素子３に入射する光の量が少なく撮像素子３が出力する撮像信号の強度が小さいときには、多くの検出信号を加算することで検出信号のＳ／Ｎを向上させることができ、これにより高精度な焦点位置検出を行うことができる。一方、撮像素子３に入射する光の量が多く撮像素子３が出力する撮像信号の強度が大きいときには、最も検出精度の高い検出信号、すなわち設計瞳距離ＤＰＤが撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤに最も近い像面位相差検出部ＦＳからの検出信号を優先的に用いて、高精度な焦点位置検出を行うことができる。

【0093】

（４）加算部は、撮像光学系２の絞り値（Ｆ値）が小さいときには、撮像光学系２の絞り値が大きいときに比べて多くの検出信号を加算しても良い。撮像光学系２の絞り値（Ｆ値）が小さいときには、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと像面位相差検出部ＦＳの設計瞳距離ＤＰＤとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響が少ない。このため、撮像光学系２の絞り値が小さいときには、多くの検出信号を加算することによる検出信号Ｓ／Ｎの向上に伴う焦点位置検出精度の向上分が、射出瞳距離ＬＰＤと設計瞳距離ＤＰＤとの不一致に伴う焦点位置検出の精度の低下分よりも、大きくなる。これにより、高精度な焦点位置検出を行うことができる。

【0094】

（５）撮像素子３は、合焦状態検出部ＦＡ複数有するとともに、加算部は、合焦状態検出部ＦＡの第１方向の位置が撮像素子３の中心に近いときには、合焦状態検出部ＦＡの第１方向の位置が撮像素子３の中心から遠いとき比べて多くの検出信号を加算しても良い。合焦状態検出部ＦＡの第１方向の位置が撮像素子３の中心に近いときには、撮像光学系２の射出瞳距離ＬＰＤと像面位相差検出部ＦＳの設計瞳距離ＤＰＤとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響が少ない。合焦状態検出部ＦＡの第１方向の位置が撮像素子３の中心に近いときには、多くの検出信号を加算することによる検出信号Ｓ／Ｎの向上に伴う焦点位置検出精度の向上分が、射出瞳距離ＬＰＤと設計瞳距離ＤＰＤとの不一致に伴う焦点位置検出の精度の低下分よりも、大きくなる。これにより、高精度な焦点位置検出を行うことができる。

【0095】

上述では、種々の実施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。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。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】

【0096】

１：撮像装置、２：撮像光学系、３：撮像素子、４：撮像制御部、６：レンズ駆動部、７：表示部、８：操作部、３０：半導体基板、３１：制御部、４０：画素、Ｐ：第１ＡＦ画素、Ｍ：第２ＡＦ画素、Ｆ１：第１検出部、Ｆ２：第２検出部、ＦＳ：像面位相差検出部、３２：制御線、３３：信号線、３４：読出部、３６：出力部、４１：光電変換部、４２：増幅回路、４４：カラーフィルタ、４５：マイクロレンズ、４６Ｐ：第１遮光部、４６Ｍ：第２遮光部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】