JP5220375B2 - 撮像装置及びそれを有する撮像機器 - Google Patents

Description

この発明は、焦点検出機能を持つ撮像装置及びそれを有する撮像機器に関する。

電子撮像素子を用いるカメラ（いわゆるデジタルカメラ）の焦点検出システムは、主に次の２種類がある。
（１）いわゆるコンパクトデジタルカメラに用いられるコントラスト方式。
（２）一眼レフカメラに用いられる位相差方式。

しかしながら、（１）の方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価するいわゆる山登り方式をとるため合焦させるのに時間がかかる。また、（２）の方式は、一回の測定でディフォーカス量を求めることができ合焦時間は短いが、専用のＡＦ光学系と光路切り替え手段が必要となりシステム全体が大きくなる。

また、撮像素子そのものに位相差ＡＦ機構を持たせた提案がある（特許文献１乃至３参照）。

さらに、特許文献４では、オンチップレンズを屈折率分布型レンズで構成することが提案されている。
特開２００２−７６３１７号公報 特開２００２−３１４０６２号公報 特開２００４−１７２２７３号公報 特開２００６−３５１９７２号公報

しかしながら、従来の焦点検出システムは、隣り合う２つの画素が１つのオンチップレンズと対応する構成である。そのため、画像の解像が低下するという問題がある。また、オンチップレンズのレイアウトの制限から瞳分割が効率よくできないという問題点があった。

本発明は従来技術のこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮影画像の解像を損なうことが少なく、効率的な瞳分割ができる撮像装置及びそれを有する撮像機器を提案するものである。

上記目的を達成する本発明の撮像装置は、撮影レンズが装着可能な撮像装置において、撮像素子を備え、前記撮像素子は２次元に配列された複数の画素と、前記各画素に対応するオンチップレンズとを有し、前記複数の画素によって複数の画素集合が形成され、それぞれの前記画素集合における前記各画素は、離散的に配置され、前記オンチップレンズは、それぞれの前記画素集合が所定の仮想位置における所定の領域からの光束を受光するように構成され、前記所定の仮想位置における所定の領域は、１組の領域を少なくとも有し、前記１組の領域における一方の領域と他方の領域は、光軸を含めた領域で重なり合い、前記複数の画素集合のうち、少なくとも２つの画素集合からの出力を比較することで前記撮影レンズのフォーカス量を算出でき、全体の画素情報から画像形成を行い、前記オンチップレンズは、屈折率分布型レンズであり、前記屈折率分布型レンズは入射光の波長と同程度か、それより短い線幅で分割された構造により構成されている
ことを特徴とする。

また、合焦時、前記複数の画素集合は、ほぼ同一の被写体領域の画素情報を取得できるように配置されていることを特徴とする。

また、前記１組の領域における一方の領域と他方の領域は、前記撮像素子の中心軸に対して対称であることを特徴とする。

また、前記所定の仮想位置における所定の領域は、前記１組の領域とは異なる他の１組の領域を有し、該他の１組の領域における一方の領域と他方の領域は、前記撮像素子の中心軸に対称であり、前記１組の領域からの光束を受光する１組の前記画素集合と、前記他の１組の領域からの光束を受光する別の１組の前記画素集合を有することを特徴とする。

また、前記１組の領域の並ぶ方向と、前記他の１組の領域の並ぶ方向が垂直の関係であることを特徴とする。

また、前記１組の領域における重心間隔と、前記他の１組の領域における重心間隔が異なることを特徴とする。

また、１組の前記画素集合は同色のカラーフィルタを有していることを特徴とする。

また、前記各画素のＮＡは、ほぼ等しいことを特徴とする。

以上の本発明によると、撮影画像の解像を損なうことが少なく、効率的な瞳分割ができる撮像装置を得ることができる。

図１は、本発明の撮像装置、この撮像装置を用いて焦点検出を行なう方法の概念を示す図である。図１において、撮像装置１００は、本体部１０１と、装着部１０２と、撮像素子３を備えている。装着部１０２は、本体部１０１に設けられていて、撮影レンズ１が装着可能となっている。撮像装置１００に撮影レンズ１を装着することで、撮像機器を構成する。

また、撮像素子３は、複数の受光素子と複数のオンチップレンズを有している。複数のオンチップレンズと複数の受光素子は、各々が一対一に対応している。

また、複数の受光素子は、少なくとも２つの群で構成されている。この撮像装置では、複数の受光素子は、第１の受光素子群（以下、画素集合Ａと称する。）と、第２の受光素子群（以下、画素集合Ｂと称する。）で構成されている。なお、以下の説明では、受光素子を画素と称する。

また、複数のオンチップレンズは、少なくとも２つの群で構成されている。この撮像装置では、複数のオンチップレンズは、第１のレンズ群と、第２のレンズ群で構成されている。

ここで、オンチップレンズは、それぞれの画素集合が所定の仮想位置における所定の領域からの光束を受光するように構成されている。この所定の仮想位置は、例えば、撮影レンズを装着した時の開口絞りの位置である。撮影レンズが装着された場合、所定の仮想位置は撮影レンズで投影された位置となる。また、所定の領域とは、所定の仮想位置における仮想面のうちの、複数の領域である。上記の例では、開口絞りの開口部における複数の領域である。以下、撮影レンズを装着した状態で説明を行なう。

このような構成において、被写体側からの光束は開口絞り２を通過し、撮像素子３に入射する。そして、オンチップレンズによって屈折されて、撮像素子の受光素子に到達する。ここで、受光素子は、所定の面積を有している。そこで、この撮像装置では、オンチップレンズに所定の屈折力を与えると共に、このオンチップレンズを所定の位置に配置することによって、オンチップレンズに入射した光束のうち、一部の光束を受光素子（画素）に入射させ、残りの光束を受光素子（画素）外に到達させるようにしている。

図１はこの様子を示したもので、開口絞り２を通過した光束のうち、受光素子に入射する光束群のみを示している。被写体の各点（以下物点とする。）からの光束群は撮影レンズ１に入射し、撮影レンズ１の光路上にある開口絞り２を通過する。

ここで、被写体の第１の物点群からの光束群は、いずれも開口絞り２に入射する。ただし、図１に示すように、第１の物点群からの光束群においては、領域ａを通過した光束群のみが、撮像素子３の画素集合Ａに入射する。なお、画素集合Ａに向かう光束群としては、領域ａを通過した光束群の他に、領域ｂを通過した光束群も存在する。しかしながら、上記のように、領域ｂを通過した光束群は画素集合Ａに入射しないので、図示を省略している。

また、被写体の第２の物点群からの光束群は、いずれも開口絞り２に入射する。ただし、第２の物点群からの光束群においては、領域ｂを通過した光束群のみが、撮像素子３の画素集合Ｂに入射する。なお、第２の物点群からの光束群についても、領域ａを通過した光束群は画素集合Ａに入射しないので、図示を省略している。

画素集合Ａは、画素Ａ−１、Ａ−２、・・・Ａ−ｉ、Ａ−（ｉ＋１）、・・・Ａ−（ｎ）で構成されている。また、画素集合Ｂは、画素Ｂ−１、Ｂ−２、・・・Ｂ−ｉ、Ｂ−（ｉ＋１）、・・・Ｂ−（ｎ）で構成されている。この画素集合Ａの画素と画素集合Ｂの画素は、それぞれ隣り合あうように配置されることが望ましい。

各画素のオンチップレンズ４は、領域ａを通過した光束が画素集合Ａの画素に、領域ｂを通過した光束が画素集合Ｂに入射するように構成されている。すなわち、オンチップレンズ４は、それぞれの画素集合Ａ，Ｂが、撮影レンズ１の異なる領域ａ，ｂからの光束を受光するように構成されている。

図２は、撮像素子３の拡大図である。それぞれの画素の上のオンチップレンズ４が独立して構成されていることを示している。このとき、オンチップレンズ４の屈折力は、入射光のＮＡ（受光可能な光束の角度）に影響する。また、オンチップレンズ４自体の光軸Ｌ４の位置、例えば画素の中心からのずれが入射光束の方向に影響する。なお、オンチップレンズ４の光軸Ｌ４は、面形状（例えば、回転非対称形状）によっても左右される、よって、オンチップレンズ４の面形状も入射光束の方向に影響する。

図２においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ４（Ａ−ｉ）の光軸Ｌ４（Ａ−ｉ）は、画素の中心から上側にずれている。これにより、上側からの光束、すなわち、領域ａを通過した光束を画素内に導いている。画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ４（Ａ−ｉ）の光軸Ｌ４（Ｂ−ｉ）は画素の中心から下側にずれている。これにより、下側からの光束、領域ｂを通過した光束を画素内に導いている。

ここで、画素Ａ−１と画素Ｂ−１には異なる物点からの光束が入射する。そこで、例えば、画素集合Ａの画素と画素集合Ｂの画素を小さくすれば、隣り合う画素の間隔が狭くなる。これは、画素Ａ−１に対応する物点と画素Ｂ−１に対応する物点が非常に近接するということになる。その結果、画素Ａ−１と画素Ｂ−１に入射する光束は、ほぼ同じ物点からの光束とみなすことができる。そこで、２つの画素集合Ａ，Ｂからの出力を比較することで、撮影レンズ１のフォーカス量を算出することができる。

上述のように、オンチップレンズ４では、屈折力と光軸Ｌ４の位置等の形状という２つのパラメーターを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのディフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。

また、全体の画素情報から画像形成を行うことができる。例えば、画素集合Ａと画素集合Ｂの何れか一方の出力から画像形成すると、実質的にＦナンバーが大きくなる。よって、この場合は被写界深度の深い画像が得られる。また、画素集合Ａと画素集合Ｂを合わせて画像形成すると、合焦領域以外のボケ量を大きくした画像が得られる。

このような構成において、画素集合Ａ，Ｂの画像情報の位相差を算出することで、ディフォーカス量の算出ができる。また、撮影時の解像度は画素集合Ａ，Ｂを含めた画素数で決定することができ 高い解像の撮影が可能となる。なお、被写体が暗いときは、画素集合Ａ，Ｂを含めた画素に対して画素加算を行うことで、ノイズの少ない撮影を行うことも可能である。

また、オンチップレンズ４の形状（屈折力）及び配置位置を変えることで、各画素へ導かれる光束の入射角度の設定の自由度が増す。そのため、光束が通過する領域（領域ａ，ｂ）の位置を自由に設定できると同時に、これと独立して入射ＮＡを設計できる。領域の位置は測距精度、入射ＮＡは画像の明るさに寄与するので、これらを適宜設定することで測距精度と良質な画素形成を両立できる。

なお、領域ａと領域ｂは、撮影レンズ１の開口絞り２近傍にあるのが好ましい。ただし、開口絞りの位置は撮影レンズによって異なる。よって、撮影レンズ１が別の撮影レンズに交換されると、所定の仮想位置が撮影レンズ１で投影された位置（所定の仮想位置の像位置）と、所定の仮想位置が別の撮影レンズ１で投影された位置とは異なる。よって、別の撮影レンズでは、領域ａと領域ｂの位置（光軸方向の位置）は、開口絞りの位置と一致しないこともある。このような現象は、フォーカシングやズームにより射出瞳が移動することによっても生じる。したがって、このような点も考慮し、領域ａと領域ｂの位置は、開口絞りの位置と必ずしも一致していなくても良い。

本実施形態におけるオートフォーカスは、従来のコントラスト方式に比べて、合焦までの時間を短くすることができる。また、クイックリターンミラーが無い場合は、より、合焦までの時間を短くすることができる。

また、合焦時、２つの画素集合Ａ，Ｂは、ほぼ同一の被写体領域の画素情報を取得できるように配置されているのが好ましい。このようにすると、ほぼ同じ物点からの位相差情報を使うことができるので、位相差ＡＦのシステムにおける合焦精度を高く（確実に）することができる。この被写体領域が広ければ、容易にＡＦ可能な領域を広げることができる。

なお、周辺部においては、領域ａ、ｂと撮像レンズ１の瞳位置との整合性が悪い、このような状態では、領域ａ、ｂと撮像レンズ１の瞳位置が一致しないことがある。このような状態では、片側の瞳情報が欠落する、すなわち、領域ａもしくは領域ｂの光束が受光素子に到達しないことが生じる。このような場合は、コントラスト方式を併用しても良い。

なお、図３のように撮像素子３の画素を２次元に配列し、離散的に配置される画素集合ＡとＢを千鳥状に配置するのが好ましい。このようにすると、両集合の画像情報の相似性が高まる。なお、図中、白抜きの画素は画素集合Ａ、ハッチングの画素は画素クループＢである。

図４は、オンチップレンズ４を屈折率分布型レンズ４１で構成した様子を示す。画素Ａ−ｉと画素Ｂ−ｉはそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。

図４において、撮像素子３は、分布屈折率レンズ４１Ａ，４１Ｂ、カラーフィルタ３２、Ａｌ配線３３、信号伝送部３４、平坦化層３５、受光素子（Ｓｉフォトダイオード）３６、Ｓｉ基板３７を備える（なお、図４に示すように、Ａｌ配線３３〜Ｓｉ基板３７までを「半導体集積回路３８」ともいう。ここで、画素Ａ−ｉと画素Ｂ−ｉの構成は、屈折率分布レンズ４１以外は同じである）。

図４（a）は、入射光束全体のうち、受光素子３６に入射する光束の様子を示している。一方、図４（ｂ）は、入射光束全体（領域ａ及び領域ｂからの光束）の様子を示している。図４（ｂ）の画素Ａ−ｉにおいて、(1)から(2)の範囲が、入射光束全体を示している。そして、(1)から(3)の範囲（実線）が、領域ａからの光束を示している。また、(2)から(4)の範囲（破線）が、領域ｂからの光束を示している。(1)から(3)の範囲（実線）の光束は受光素子３６に入射しているが、(2)から(4)の範囲（破線）の光束は、受光素子３６から外れた位置に入射していることがわかる。一方、画素Ｂ−ｉでは、逆になっていることがわかる。

図５に、上記図４における分布屈折率レンズ４１Ａ，４１Ｂの上面図を示す。この分布屈折率レンズ４１Ａ，４１Ｂの同心円構造は、上記図４のように、膜厚がｔ１とｔ２の２段同心円構造のＳｉＯ₂（ｎ＝２）によって構成されている。なお、本文中では、上段／下段の同心円構造を、上段／下段光透過膜と定義している。

図４において、膜厚が（ｔ１＋ｔ２）の部分は「黒」で示し、膜厚ｔ２の部分は「斜線」で示している。なお、膜厚が０の部分は「パターンなし：白」で示している。また、本実施の形態に係る分布屈折率レンズ４１は、ＳｉＯ₂を同心円形状に掘り込んだ構造であり、周りの媒質は空気（ｎ＝１）である。 但し、同心円の中心は、分布屈折率レンズ４１Ａ，４１Ｂとで異なる。これにより、領域ａを通過した光束が画素Ａ−ｉに入射し、領域ｂを通過した光束が画素Ｂ−ｉに入射する。このように、それぞれの画素の中心に対して、分布屈折率レンズが偏芯している形となる。

ここで、分布屈折率レンズ４１Ａ，４１Ｂを形成する領域は、各画素の開口に合わせて四角形状としている。一般に、入射窓の領域が円形の場合、レンズとレンズの間に隙間ができるため、漏れ光が発生し、集光ロスが増大する原因となる。しかしながら、入射窓の領域を四角形状とすると、画素の全領域で入射光を集光することができるので、漏れ光は無くなり、集光ロスを低減させることが可能となる。

なお、一般的な屈折型のオンチップレンズ構成とするよりも、このような屈折率分布型のレンズで構成するほうが、リソグラフィー的製造方法をとることができ、また、入射面も巨視的（波長に対して十分大きな尺度）には平面で構成することができるので、容易に且つ精度よく構成できる。

本実施の形態の場合においても、光学中心の付近ではＳｉＯ₂が密に集まり、外側のゾーン領域になるに従って疎へと変わっていく。このとき、各ゾーン領域の幅ｄ（以下「線幅ｄ」という。）が入射光の波長と同程度かそれよりも小さければ、光が感じる有効屈折率は、そのゾーン領域内の高屈折率材料（例えば、ＳｉＯ₂）と低屈折率材料（例えば、空気）の体積比によって決まる。つまり、ゾーン領域内の高屈折率材料を増やせば有効屈折率は高くなり、ゾーン領域内の高屈折率材料を減らせば、有効屈折率は低くなる。

撮像素子のとなりあうオンチップレンズの特性は大きく異なる場合が多い。そこで、オンチップレンズは、上記のように、屈折率分布型レンズであるの画好ましい。また、屈折率分布型レンズは入射光の波長と同程度か、それより短い線幅で分割された構造により構成するのが好ましい。このように構成することで、それぞれの画素が必要する光束の入射角とＮＡを精度良く確保できる。また、となりあうオンチップレンズ４の境界も形成しやすく、有効である。なお、前述のように本実施例では光学中心と画素の中心は一致させていない。

図６は、別の実施の形態を示したものでカラー撮像素子に好適なものである。ベイヤー配列において隣接するＲＧＧＢで構成される水平２画素、垂直２画素からなる４つの画素を１塊とし、この塊は同じ領域からの光束を入射させるようにする。領域ａに対応する塊と領域ｂに対応する塊を千鳥状に配置することで画素集合Ａと画素集合Ｂの相似性を確保しやすくなる。なお、図中、白抜きの画素は画素集合Ａ、ハッチングの画素は画素集合Ｂである。

また、領域ａ，ｂは、撮影レンズ１の光軸Ｌ１に対して対称となる１組の領域であるのが好ましい。このようにすると、基線長を長くすることができると共に、それぞれの領域の面積を大きくすることが可能になる。よって、位相差ＡＦのシステムを効率的に（高い精度で）行うことができる。また、合焦検出に必要な重心間隔を確保しつつ、それぞれの領域の面積を大きくすることで光量を確保できるので、好ましい。以下、具体的に説明する。

図７は、撮影レンズ１の射出瞳２と領域ａと領域ｂの関係を示す第１実施形態である。本実施形態では、撮影レンズ１の射出瞳２内に領域ａと領域ｂが設定された例である。領域ａと領域ｂは光軸Ｌ１に対称に配置され、且つ、重なりあわない。領域ａと領域ｂの設定にあたっては、オンチップレンズ４の屈折力、面形状、光軸と画素中心との位置関係を適宜設定することで実現できる。

このような構成は、領域ａと領域ｂの重心距離を離すことができ、且つ、領域ａを通る光束と、領域ｂを通る光束を撮像素子３に導けるため、位相差情報がとりやすく、ディフォーカス検出感度も高めやすい。

図８は、第２実施形態を示し、撮影レンズ１の射出瞳２内において、領域ａと領域ｂが、光軸Ｌ１を含めた領域で重なりあう構成である。このような構成にすることで、光量を確保でき、低輝度被写体の撮影が容易になる。

図９は、第３実施形態を示し、領域ａと領域ｂの一部が射出瞳２の範囲外に設定されている。射出瞳２外の部分には光束が到達しないので、この部分から画素への入射光はないが、このような構成にすることで図示しないオンチップレンズ４の構成が容易になる。即ち、領域ａと領域ｂの範囲を大きくするとオンチップレンズ４の屈折力を弱くすることができ製造上好ましい。

図１０は、第４実施形態を示し、領域ａと領域ｂが射出瞳２の十分内側に入っている。このように構成することで図示しないオンチップレンズ４の光軸Ｌ４位置の許容範囲を小さくすることができる点で製造上好ましい。また、安定した合焦精度が得られる。さらに、後述する図１１、図１２で説明されるように撮影レンズ１による射出瞳２の位置や大きさへの対応も容易になる。

図１１（ａ）は、撮影レンズの射出瞳面２と、領域ａと領域ｂの面２０が一致していない場合を示している。さらに詳しくは、撮影レンズの射出瞳面２に対して領域ａと領域ｂの面２０が撮像面側に配置された例である。

図１１（ｂ）は、射出瞳面２上での射出瞳の大きさと、領域ａ、領域ｂを通過する中心と最大像高ＲとＬに対応する光束範囲１１，１２の関係を示すものである。

この場合、中心付近は領域ａと領域ｂの全域からの光束１１，１２を取り込むことができる。周辺部Ｒの場合は領域ａからの光束１１Ｒは全域取り込むことができるが、領域ｂの一部欠けた領域からの光束１２Ｒは受光できない。また、周辺部Ｌの場合は領域ｂからの光束１２Ｌは全域取り込むことができるが、領域ａの一部欠けた領域からの光束１１Ｌは受光できない。

また、領域ａと領域ｂの面を射出瞳位置からさらに離した面２１において、周辺部Ｒでは、領域ｂからの光束を受光できない。このようなケースでは、周辺部Ｒにおいては位相差方式の焦点検出はできなくなるが、領域ａからの光束の情報から画像形成を行うことができる。当然、領域ａからの画像によるコントラスト方式による焦点検出は可能である。

領域ａと領域ｂが面２０上にある場合、周辺部Ｒ，Ｌでは位相差方式の焦点検出に関しては、領域ａからの光量と領域ｂからの光量が変化することと、像位置により重心間隔が変わることを考慮して行う必要があるが、焦点検出は可能であるし、被写体の３次元情報の取得も可能である。このとき、図１０のような構成をとると、図１１の周辺部Ｒのように片側の領域からの光束が入らなくなるという状況がおきにくくなり、また、領域ａと領域ｂを合わせた光量も十分に確保できるので好ましい。

なお、この図の説明においては光軸Ｌ１上の点と最大像高の点について説明したが、この中間については、光軸Ｌ１上から一定の像高までは領域ａと領域ｂからの光束を全て受光でき、その像高を超えると徐々に光束の取り込めなくなる領域の範囲が広がる。

図１２には、撮影レンズの射出瞳面２に対して、領域ａと領域ｂの面が被写体側に配置された例である。図１１に対して受光できない領域が入れ替わる。

この場合、中心付近は領域ａと領域ｂの全域からの光束１１，１２を取り込むことができる。周辺部Ｒの場合は領域ｂからの光束１２Ｒは全域取り込むことができるが、領域ａの一部欠けた領域からの光束１１Ｒは受光できない。また、周辺部Ｌの場合は領域ａからの光束１１Ｌは全域取り込むことができるが、領域ｂの一部欠けた領域からの光束１２Ｌは受光できない。

また、領域ａ，ｂとは別に、他の１組の領域ａ'，ｂ’を設けるようにしても良い。このとき、この他の１組の領域ａ'，ｂ’も、撮影レンズ１の光軸Ｌ１に対して対称となるのが好ましい。２組の領域からの光束を受光する２組の画素集合Ａ，Ｂ及びＡ'，Ｂ’を有すると、撮影レンズ１や被写体状態に対応する範囲を広げることができるので、好ましい。領域ａ，ｂと他の１組の領域ａ'，ｂ’は、所定の仮想位置や、各領域の大きさ、あるいはその両方が異なっていても良い。

例えば、図２の撮像素子において、右端の列が領域ａ，ｂからの光束を受光し、隣の列（右から２番目）が、領域ａ'，ｂ’からの光束を受光するようにすれば良い。この場合、右端の列の白抜きの画素は画素集合Ａ、ハッチングの画素は画素集合Ｂとなる。一方、隣の列の列の白抜きの画素は画素集合Ａ'、ハッチングの画素は画素集合Ｂ’となる。

また、２組の領域ａ，ｂの並ぶ方向と、領域ａ'，ｂ’の並ぶ方向が垂直の関係であるのが好ましい。このように構成すると、被写体が縦方向又は横方向の測距しやすい領域を使うことができる。

また、２組のそれぞれの領域の重心間隔が異なることが好ましい。領域ａ，ｂ及びａ'，ｂ’の重心間隔が広いと、合焦精度が高くなる。また、重心間隔が狭いと、ディフォーカス量が大きい場合の検出が容易になる。また、重心間隔が狭いと、Ｆナンバーの暗い撮影レンズ１の合焦が容易になる。

また、２つの画素集合Ａ，Ｂは同色のカラーフィルタを有していると相関演算をするとき 色収差や光量の影響をうけにくくなるので、好ましい。

また、各画素のＮＡは、ほぼ等しいことが好ましい。このようにすると、相関演算をするとき 光量の影響をうけにくくなるので、画像形成時の画素間の補完が容易になる。

本発明の撮像装置の概念図である。 図１の撮像素子を拡大した図である。 撮像素子を千鳥状に配置した図である。 オンチップレンズを屈折率分布型レンズで構成した図であって、（ａ）は各領域から入射する光束を示す図であり、（ｂ）は入射光全体の様子を示す図である。 屈折率分布型レンズの正面図である。 カラー撮像素子を示す図である。 第１実施形態の撮影レンズの射出瞳と領域との関係を示す図である。 第２実施形態の撮影レンズの射出瞳と領域との関係を示す図である。 第３実施形態の撮影レンズの射出瞳と領域との関係を示す図である。 第４実施形態の撮影レンズの射出瞳と領域との関係を示す図である。 第５実施形態の撮影レンズの射出瞳と領域との関係を示す図である。 第６実施形態の撮影レンズの射出瞳と領域との関係を示す図である。

符号の説明

１…撮影レンズ
２…開口絞り（射出瞳）
３…撮像素子
４…オンチップレンズ
１００…撮像装置
１０１…本体部
１０２…装着部

Claims (8)

1. 撮影レンズが装着可能な撮像装置において、撮像素子を備え、
   前記撮像素子は２次元に配列された複数の画素と、前記各画素に対応するオンチップレンズとを有し、
   前記複数の画素によって複数の画素集合が形成され、
   それぞれの前記画素集合における前記各画素は、離散的に配置され、
   前記オンチップレンズは、それぞれの前記画素集合が所定の仮想位置における所定の領域からの光束を受光するように構成され、
   前記所定の仮想位置における所定の領域は、１組の領域を少なくとも有し、
   前記１組の領域における一方の領域と他方の領域は、光軸を含めた領域で重なり合い、
   前記複数の画素集合のうち、少なくとも２つの画素集合からの出力を比較することで前記撮影レンズのフォーカス量を算出でき、全体の画素情報から画像形成を行い、
   前記オンチップレンズは、屈折率分布型レンズであり、
   前記屈折率分布型レンズは入射光の波長と同程度か、それより短い線幅で分割された構造により構成されている
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 合焦時、前記複数の画素集合は、ほぼ同一の被写体領域の画素情報を取得できるように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記１組の領域における一方の領域と他方の領域は、前記撮像素子の中心軸に対して対称である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記所定の仮想位置における所定の領域は、前記１組の領域とは異なる他の１組の領域を有し、
   該他の１組の領域における一方の領域と他方の領域は、前記撮像素子の中心軸に対称であり、
   前記１組の領域からの光束を受光する１組の前記画素集合と、前記他の１組の領域からの光束を受光する別の１組の前記画素集合を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記１組の領域の並ぶ方向と、前記他の１組の領域の並ぶ方向が垂直の関係であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記１組の領域における重心間隔と、前記他の１組の領域における重心間隔が異なる
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の撮像装置。
7. １組の前記画素集合は同色のカラーフィルタを有している
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記各画素のＮＡは、ほぼ等しい
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の撮像装置。

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