(57)【要約】【課題】位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能な位相差検出機能付き撮像素子の技術を提供する。【解決手段】撮像素子には、撮影光学系の射出瞳において水平方向(Ｘ方向)に沿って互いに逆向きに偏った左側・右側部分を通過した各光束Ｔａ、ＴｂをマイクロレンズＭＬｐを介して受光する一対の光電変換部ＰＤと、垂直方向(Ｙ方向)に沿って配置される配線部材としてのメタル４５、４６とを備えて位相差ＡＦを実現するＡＦ画素対１１ｆｐが設けられている。このＡＦ画素対１１ｆｐでは、マイクロレンズＭＬの下方に非遮光性の空間が形成され、この空間に近接するメタル４５、４６との間にスペースＳＰが設けられている。その結果、撮像素子において位相差ＡＦを精度良く行え、画素の微細化が進んでも良好に製造できる。【選択図】図１３
2010169709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が前記第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、
複数のマイクロレンズからなり、前記受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、
前記受光部と前記マイクロレンズ部との間で、前記マトリクス配置における前記第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材と、
を備えており、
前記マトリクス配置における特定の第１方向の配列には、撮影光学系の射出瞳において前記第１方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を所定のマイクロレンズを介して受光する一対の光電変換部が設けられるとともに、
前記所定のマイクロレンズの下方には前記受光部に至るまで非遮光性の空間が形成され、前記複数の線状部材のうち前記非遮光性の空間に近接する線状部材と当該非遮光性の空間との間には、所定の間隙が設けられている撮像素子。
【請求項２】
前記複数の線状部材それぞれは、電気配線に係る配線部材として構成されている請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記特定の第１方向の配列の上方に設けられる前記所定のマイクロ
レンズの配置は前記受光部の中央からの距離に応じて前記第１方向に沿った調整が加えられる一方、当該特定の第１方向の配列の上方に設けられる前記線状部材の配置は前記受光部の中心からの距離に対して非連動である請求項１記載の撮像素子。
【請求項４】
第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が前記第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、
複数のマイクロレンズからなり、前記受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、
前記受光部と前記マイクロレンズ部との間で、前記マトリクス配置における前記第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材と、
を備えており、
前記マトリクス配置における所定の第１方向の配列の上方に設けられる前記線状部材の配置は、前記受光部の中央からの距離に応じて前記第１方向に沿った調整が加えられる撮像素子。
【請求項５】
撮影光学系と、
前記撮影光学系の射出瞳を通った被写体光束を受光する撮像素子と、
を備えており、
前記撮像素子は、
第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が前記第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、
複数のマイクロレンズからなり、前記受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、
前記受光部と前記マイクロレンズ部との間で、前記マトリクス配置における前記第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材と、
を有し、
前記マトリクス配置における特定の第１方向の配列には、前記射出瞳において前記第１方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を所定のマイクロレンズを介して受光する一対の光電変換部が設けられるとともに、
前記所定のマイクロレンズの下方には前記受光部に至るまで非遮光性の空間が形成され、前記複数の線状部材のうち前記非遮光性の空間に近接する線状部材と当該非遮光性の空間との間には、所定の間隙が設けられている撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影光学系の射出瞳を通った被写体光束を受光可能な撮像素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ交換式の一眼レフデジタルカメラなどの撮像装置においては、交換レンズ（撮影光学系）の射出瞳における一対の部分領域(例えば左側・右側の瞳部分)を通過した被写体光束を受光して各画素信号を生成する一対の光電変換部(フォトダイオード)を複数備えて位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像素子(以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう)の利用が提案されている。この撮像素子については、次のようなものが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、被写体の画像信号を取得する通常画素(ＲＧＢの各画素)において光電変換部を２分割したような構造のもの(以下では「ハーフサイズの光電変換部」という）、つまり１つのマイクロレンズの下方に一対のハーフサイズの光電変換部が配置された位相差検出機能付き撮像素子が開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２では、隣接する一対の画素において、メタル層を利用した遮光マスクの小さな開口で被写体光束を制限することにより上記射出瞳における一対の部分領域を一対の光電変換部で受光する位相差検出機能付き撮像素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５０９３１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の撮像素子では、ハーフサイズの光電変換部それぞれの出力を電気信号に変換するためのトランジスタを各光電変換部の近傍に設置する必要があるため、その設置スペースの分、光電変換部を小さくしなければならず、光電変換部での受光量(感度)が低下する。これでは、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行うのは困難である。
【０００７】
一方、上記特許文献２の撮像素子では、画素毎に遮光マスクの小さな開口で被写体光束を制限するため、撮像素子の高画素化等に伴い各画素の微細化が進むと遮光マスクの開口も一層の小型化が要請されることとなるが、そのような開口の形成は製造上困難となる恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能な位相差検出機能付き撮像素子の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面は、撮像素子であって、第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が前記第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、複数のマイクロレンズからなり、前記受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、前記受光部と前記マイクロレンズ部との間で、前記マトリクス配置における前記第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材とを備えており、前記マトリクス配置における特定の第１方向の配列には、撮影光学系の射出瞳において前記第１方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を所定のマイクロレンズを介して受光する一対の光電変換部が設けられるとともに、前記所定のマイクロレンズの下方には前記受光部に至るまで非遮光性の空間が形成され、前記複数の線状部材のうち前記非遮光性の空間に近接する線状部材と当該非遮光性の空間との間には、所定の間隙が設けられている。
【００１０】
また、本発明の第２の側面は、撮像素子であって、第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が前記第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、複数のマイクロレンズからなり、前記受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、前記受光部と前記マイクロレンズ部との間で、前記マトリクス配置における前記第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材とを備えており、前記マトリクス配置における所定の第１方向の配列の上方に設けられる前記線状部材の配置は、前記受光部の中央からの距離に応じて前記第１方向に沿った調整が加えられる。
【００１１】
また、本発明の第３の側面は、撮像装置であって、撮影光学系と、前記撮影光学系の射出瞳を通った被写体光束を受光する撮像素子とを備えており、前記撮像素子は、第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が前記第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、複数のマイクロレンズからなり、前記受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、前記受光部と前記マイクロレンズ部との間で、前記マトリクス配置における前記第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材とを有し、前記マトリクス配置における特定の第１方向の配列には、前記射出瞳において前記第１方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を所定のマイクロレンズを介して受光する一対の光電変換部が設けられるとともに、前記所定のマイクロレンズの下方には前記受光部に至るまで非遮光性の空間が形成され、前記複数の線状部材のうち前記非遮光性の空間に近接する線状部材と当該非遮光性の空間との間には、所定の間隙が設けられている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、複数のマイクロレンズからなり、受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、受光部とマイクロレンズ部との間で、マトリクス配置における第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材とを備えた撮像素子において、マトリクス配置における特定の第１方向の配列には、撮影光学系の射出瞳において第１方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を所定のマイクロレンズを介して受光する一対の光電変換部が設けられるとともに、所定のマイクロレンズの下方には受光部に至るまで非遮光性の空間が形成され、複数の線状部材のうち非遮光性の空間に近接する線状部材と当該非遮光性の空間との間には、所定の間隙が設けられている。その結果、撮像素子において位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能となる。
【００１３】
また、本発明によれば、第１方向に光電変換部を配列した第１方向の配列が第１方向と直交する第２方向に複数設けられて光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部と、複数のマイクロレンズからなり受光部の上方に設けられるマイクロレンズ部と、受光部とマイクロレンズ部との間で、マトリクス配置における第２方向の光電変換部の各配列に沿って配置される複数の線状部材とを備えた撮像素子において、マトリクス配置における所定の第１方向の配列の上方に設けられる線状部材の配置は、受光部の中央からの距離に応じて第１方向に沿った調整が加えられる。その結果、受光部の中央から離れた光電変換部での出力低下を適切に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置１の縦断面図である。
【図４】撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図６】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図７】撮像面１０１ｆの中央付近に位置する通常画素１１０の構成を示す縦断面図である。
【図８】撮像面１０１ｆの端部に位置する通常画素１１０ｐの構成を示す縦断面図である。
【図９】通常画素１１０ｐの構成を説明するための図である。
【図１０】通常画素１１０ｐが配設される撮像面１０１ｆの端部領域Ｇｅを説明するための図である。
【図１１】撮像面１０１ｆの中央付近に位置するＡＦ画素対１１ｆの構成を示す縦断面図である。
【図１２】ＡＦ画素対１１ｆの構成を示す平面図である。
【図１３】撮像面１０１ｆの端部に位置するＡＦ画素対１１ｆｐの構成を示す縦断面図である。
【図１４】焦点面が撮像素子１０１の撮像面１０１ｆから２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフＧｃを説明するための図である。
【図２０】本発明の変形例に係るＡＦエリアＥｆｒの構成を説明するための図である。
【図２１】ＡＦエリアＥｆｒにおけるＡＦ画素対１１ｆｒの構成を示す縦断面図である。
【図２２】本発明の変形例に係る第１メタル４４ａの構成を説明するための図である。
【図２３】本発明の変形例に係るＡＦエリアＥｆａの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態＞
［撮像装置の要部構成］
図１および図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。
【００１６】
撮像装置１は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１７】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１８】
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたＥＶＦ(Electronic View Finder)３１６と、ＥＶＦ３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ＥＶＦ３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ＥＶＦ３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ＥＶＦ３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。
【００１９】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図４参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図４参照)が設けられている。
【００２０】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００２１】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図４参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図４参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００２２】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００２３】
シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（撮像素子１０１(図３参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。
【００２４】
ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３参照)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。
【００２５】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばＬＣＤ３１１に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン／オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。
【００２６】
十字キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、十字キー３１４の中央に配置されている。十字キー３１４及びプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図４参照)のワイド方向やテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件（絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。
【００２７】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０(図３参照)を備えており、撮像素子１０１(図３参照)によって撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行う。このＥＶＦ３１６やＬＣＤ３１１において、本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体を視認することが可能となる。
【００２８】
メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。
【００２９】
フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。
【００３０】
アイカップ３２１は、遮光性を有してＥＶＦ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００３１】
露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値やシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。
【００３２】
交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００３３】
交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図４参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図４参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図４参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図３参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００３４】
［撮像装置１の内部構成］
次に、撮像装置１の内部構成について説明する。図３は、撮像装置１の縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ＥＶＦ３１６などが備えられている。
【００３５】
撮像素子１０１は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置されたＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。このようにマトリクス配置された複数の画素からなる撮像素子１０１の撮像面１０１ｆ(図５、図１０参照)は、例えば４：３のアスペクト比を有している。そして、撮像素子１０１は、交換レンズ２を通って受光された被写体光束に関するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）を生成し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。この撮像素子１０１の構成については、後で詳述する。
【００３６】
撮像素子１０１の光軸方向前方には、シャッタユニット４０が配置されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。
【００３７】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０と、接眼レンズ１０６とを備えている。液晶パネル３１０は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルとして構成されており、撮像素子１０１により撮像された画像の表示が可能である。接眼レンズ１０６は、液晶パネル３１０に表示された被写体像をＥＶＦ３１６の外側に導く。このようなＥＶＦ３１６の構成により、ユーザは、撮像素子１０１で撮影される被写体を視認できることとなる。
【００３８】
［撮像装置１の電気的構成］
図４は、撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図３と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００３９】
交換レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
【００４０】
レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１及びズームレンズ２１２と、カメラボディ１０に備えられた撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴２２内において光軸ＬＴ(図３)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子１０１に結像させる。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。
【００４１】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
【００４２】
レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。
【００４３】
レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２４で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。
【００４４】
レンズ制御部２６は、例えば制御プログラム等を記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。
【００４５】
また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。
【００４６】
絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。
【００４７】
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０には、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５(６５ａ、６５ｂ)、カード・インターフェース（Ｉ／Ｆ）６６、メモリカード６７、通信用インターフェース（Ｉ／Ｆ）６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。
【００４８】
撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。
【００４９】
ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子１０１から出力される画像信号（ＣＭＯＳエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群）に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
【００５０】
タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。
【００５１】
信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部５２には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路等が備えられている。Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。
【００５２】
画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２及びガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。
【００５３】
黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。
【００５４】
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。
【００５５】
ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。
【００５６】
画像メモリ６１４は、撮影モード時において、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００５７】
メイン制御部６２は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置１各部の動作を制御するものである。
【００５８】
フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。
【００５９】
操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、十字キー３１４、プッシュボタン３１５、メインスイッチ３１７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。
【００６０】
ＶＲＡＭ６５ａ、６５ｂは、ＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
【００６１】
電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、ニッケル水素充電池等の二次電池や、アルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００６２】
シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。
【００６３】
絞り駆動制御部７６Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００６４】
また、カメラボディ１０は、黒レベル補正回路６１１から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、撮像素子１０１を用いたオートフォーカス(ＡＦ)制御時に必要な演算を行う位相差ＡＦ演算回路７７を備えている。
【００６５】
次に、この位相差ＡＦ演算回路７７を利用した撮像装置１の位相差ＡＦ動作について説明する。
【００６６】
［撮像装置１の位相差ＡＦ動作について］
撮像装置１では、撮像素子１０１において射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を受光することにより位相差検出方式の焦点検出(位相差ＡＦ)が可能な構成となっている。この撮像素子１０１の構成と、撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
【００６７】
図５および図６は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【００６８】
撮像素子１０１では、その撮像面１０１ｆにおいてマトリックス状に規定された複数のＡＦエリアＥｆそれぞれで位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている(図５)。
【００６９】
各ＡＦエリアＥｆには、集光レンズとして機能するマイクロレンズＭＬ（図６に波線円で図示）とフォトダイオードとの間にＲ(赤)、Ｇ(緑)およびＢ(青)の各カラーフィルタが配設されたＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなる通常の画素(以下では「通常画素」ともいう)１１０が設けられている。一方、各ＡＦエリアＥｆには、位相差ＡＦを行うために瞳分割機能を実現する画素のペア(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)１１ｆが設けられている(図６)。このようなＡＦエリアＥｆでは、ＡＦ画素対１１ｆの画素より画素数が多い通常画素１１０によって、基本的には被写体の画像情報が取得されることとなる。
【００７０】
そして、ＡＦエリアＥｆには、上記の瞳分割機能を持たない通常画素１１０の水平ライン（以下では「通常画素ライン」ともいう)ＬｎとしてＧ画素１１２とＲ画素１１１とが水平方向に交互に配置されたＧｒラインＬ１と、Ｂ画素１１３とＧ画素１１２とが水平方向に交互に配置されたＧｂラインＬ２とが形成されている。このＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが垂直方向に交互に配置されることで通常画素１１０の群によるベイヤー配列が構成される。
【００７１】
また、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０と同じ構成(径および曲率)のマイクロレンズＭＬを１つ備えたＡＦ画素対１１ｆが水平方向に沿って繰り返し配列されることにより、ＡＦ画素対１１ｆが複数隣接して配置されたＡＦラインＬｆが垂直方向に周期的に形成されている。なお、垂直方向に隣り合う各ＡＦラインＬｆの間には、ＡＦラインＬｆで欠落する被写体の画像情報を補完するのに必要な本数（例えば４本以上）の通常画素ラインＬｎを設けるのが好ましい。ここで、ＡＦラインＬｆの上下に隣接する２つの通常画素ラインＬｎの組合せとしては、同系統の水平ライン（ＧｒラインＬ１同士やＧｂラインＬ２同士）でも良く、異系統の水平ライン（一方がＧｒラインＬ１で他方がＧｂラインＬ２）でも良い。
【００７２】
次に、通常画素１１０とＡＦ画素対１１ｆとの構成を順に説明する。
【００７３】
図７は、撮像面１０１ｆの中央付近に位置する通常画素１１０の構成を示す縦断面図である。なお、図７に示す通常画素１１０の配列は、図５に示す撮像面１０１ｆにおいて例えば中央のＡＦエリアＥｆｏで水平方向(Ｘ方向)に沿って形成された通常画素ラインＬｎのＧｒラインＬ１(図６)に設けられているものである。
【００７４】
通常画素ラインＬｎでは、複数の光電変換部(フォトダイオード)ＰＤが水平方向に沿ってピッチαで配列されている。なお、後述のようにＡＦラインＬｆでも同様に複数の光電変換部ＰＤが水平方向に沿ってピッチαで配列される。このことから、受光部として働く撮像面１０１ｆには、ピッチαで水平方向(第１方向)に光電変換部ＰＤを配列した水平方向の配列(水平ライン)が水平方向と直交する垂直方向(第２方向)に複数設けられて光電変換部ＰＤのマトリクス配置が形成される。
【００７５】
通常画素ラインＬｎは、光電変換部ＰＤそれぞれの上方に設けられたマイクロレンズＭＬからなるマイクロレンズ部ＭＳを備えている。なお、図１１のようにＡＦラインＬｆにおいても、光電変換部ＰＤの上方に設けられたマイクロレンズＭＬからなるマイクロレンズ部ＭＳを有している。そして、通常画素ラインＬｎにおける各通常画素１１０のマイクロレンズＭＬは、その光軸ＡＸが光電変換部ＰＤの中心ＡＰを通るように配置されている。また、マイクロレンズ部ＭＳと光電変換部ＰＤの配列との間には、遮光性を有する３層のメタル層、具体的には上から順に第１メタル４１、第２メタル４２および第３メタル４３が配設されている。ここで、第２メタル４２および第３メタル４３は、電気配線に係る配線部材(線状の部材)として垂直方向(Ｙ方向)の光電変換部ＰＤの各配列に沿って配置(図７では配線が紙面の法線方向に沿って配置)されており、第１メタル４１は、その接地面(グランド面)として構成されている。この第１メタル４１上には、カラーフィルタＦＬが配設されるとともに、カラーフィルタＦＬ上にはマイクロレンズＭＬが設けられている。カラーフィルタＦＬに関しては、例えばＧｒラインＬ１に配置された通常画素１１０の配列においては図７のように緑色のフィルタＦｇと赤色のフィルタＦｒとが交互に配置されることとなる。
【００７６】
また、通常画素ラインＬｎでは、各マイクロレンズＭＬの間を通った不要な光が光電変換部ＰＤで受光されるのを防ぐため、各マイクロレンズＭＬの間は第１メタル４１で遮光されている。換言すれば、第１メタル４１は、マイクロレンズＭＬの直下に開口ＯＰが形成された遮光マスクの層として機能する。
【００７７】
図８は、撮像面１０１ｆの端部に位置する通常画素１１０ｐの構成を示す縦断面図である。なお、図８に示す通常画素１１０ｐの配列は、図５に示す撮像面１０１ｆにおいて例えば左端中央のＡＦエリアＥｆｐのＧｒラインＬ１(図６)に設けられているものである。
【００７８】
撮像面１０１ｆの端部に配設される通常画素１１０ｐの構成は、上述した撮像面１０１ｆの中央付近に配設される通常画素１１０の構成と類似しているが、マイクロレンズおよび第２・第３メタルの配置が異なっている。
【００７９】
すなわち、通常画素１１０ｐのマイクロレンズＭＬｐは、その光軸ＡＸが光電変換部ＰＤの中心ＡＰから撮像面１０１ｆの中央Ｃｏ(図５)に向かう方向(＋Ｘ方向)に距離Ｌａずれた位置を通るように配置されている。このように図７の通常画素１１０と比べてマイクロレンズＭＬｐの光軸ＡＸをずらせるのは、撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから離れるほど、つまり像高が大きくなるほど射出瞳を通過した被写体光束がマイクロレンズに対して傾斜して入射するので、これを補正するようなマイクロレンズＭＬｐの配置を行うためである。よって、マイクロレンズＭＬｐの光軸ＡＸをずらす距離Ｌａは、像高に応じて増大することとなる。
【００８０】
ただし、マイクロレンズの光軸ＡＸをずらすだけでは、撮像面１０１ｆ左端のＡＦエリアＥｆｐ(図５)のように撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから相当離れた箇所に配設される通常画素１１０ｐにおいて、例えば図９のようにマイクロレンズＭＬｐの左端付近を通る光線Ｔｅが第２メタル４２に当たって光電変換部ＰＤの受光量が減少してしまう恐れがある。
【００８１】
そこで、撮像面１０１ｆ左端のＡＦエリアＥｆｐに配設される通常画素１１０ｐにおいては、第２・第３メタルの配置もずらすことでマイクロレンズＭＬｐを通過して光電変換部ＰＤに至る被写体光束の光路を確保するようにする。具体的には、図８のように図７の通常画素１１０に対して距離Ｌｂだけ撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから遠ざかる方向（−Ｘ方向）にずらせて配置調整された第２メタル４２ｐおよび第３メタル４３ｐを設ける。これにより、撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから相当離れた通常画素１１０ｐでも、マイクロレンズＭＬｐを通った被写体光束が第２・第３メタルでブロックされなくなるため、光量ロスが発生せず、光電変換部ＰＤでの出力低下を抑制できることとなる。
【００８２】
このような第２・第３メタルの配置調整は、本実施形態においては図１０に示す左右の端部領域Ｇｅ(平行斜線部)に配設される通常画素で実施するようにする。ここで、各端部領域Ｇｅは、アスペクト比が４：３の撮像面１０１ｆ全体の横幅に対してそれぞれ例えば１／８の横幅を有した領域となる。すなわち、例えば図５に示す上端中央のＡＦエリアＥｆｑ内の通常画素、つまり撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから上端までの距離Ｌｃの範囲に配設される通常画素は図９に示すようなマイクロレンズの配置調整だけで光路確保が可能であるものの、この距離Ｌｃを超える左右の端部領域Ｇｅ内の通常画素については、更に第２・第３メタルの配置調整が必要となる。
【００８３】
次に、ＡＦ画素対１１ｆの構成について説明する。
【００８４】
図１１および図１２は、撮像面１０１ｆの中央付近に位置するＡＦ画素対１１ｆの構成を示す縦断面図および平面図である。なお、図１１および図１２に示すＡＦ画素対１１ｆの配列は、図５に示す撮像面１０１ｆにおいて例えば中央のＡＦエリアＥｆｏのＡＦラインＬｆ(図６)に設けられているものである。
【００８５】
ＡＦ画素対１１ｆは、図１１に示すように交換レンズ２に関する射出瞳の左側部分Ｑａからの光束Ｔａと右側部分Ｑｂからの光束Ｔｂとを分離(瞳分割)させるためにマイクロレンズＭＬの光軸ＡＸを跨いで一対の光電変換部ＰＤが配置された一対の画素１１ａ、１１ｂで構成されている。一対の光電変換部ＰＤは、それぞれ通常画素１１０の光電変換部ＰＤ(図７)と同等のサイズを有しており、水平方向に沿って通常画素１１０と等しいピッチαで隣接して配置されている。
【００８６】
このようなＡＦ画素対１１ｆにおいて、瞳分割を精度良く行うためには、画素（以下では「第１ＡＦ画素」ともいう）１１ａの光電変換部ＰＤと、画素（以下では「第２ＡＦ画素」ともいう）１１ｂの光電変換部ＰＤとの間に存在する空スペースを小さくするのが好ましい。よって、図１２のように水平方向に長細い形状となる光電変換部ＰＤを有した本実施形態の撮像素子１０１では、光電変換部ＰＤの長手方向、つまり水平方向に沿ってＡＦ画素対１１ｆを配置するのが適切となる。
【００８７】
そして、ＡＦ画素対１１ｆの配列の概略構成は、図７に示す通常画素１１０の配列に対して、光電変換部ＰＤから上方に配置される部材、つまり第１〜第３メタル、カラーフィルタおよびマイクロレンズを水平方向に半ピッチずらせた構成となっている。すなわち、ＡＦ画素対１１ｆにおける一対の光電変換部ＰＤとマイクロレンズＭＬとの配置関係は、通常画素ラインＬｎで各マイクロレンズＭＬのうちＡＦ画素対１１ｆのマイクロレンズＭＬに対応した特定のマイクロレンズＭＬを各光電変換部ＰＤに対して水平方向に、ピッチαの半分(所定量)だけ相対的にずらした場合の配置構成に相当している。なお、このピッチαの半分については、ピッチαに対して厳密に５０％となるのが好ましいが、この５０％に製造誤差等の変動分γを加味した(５０±γ)％の範囲内であれば良い。そして、上記の配置構成において隣り合う上記特定のマイクロレンズＭＬの間に遮光部ＬＳが設けられることでＡＦ画素対１１ｆの配列(ＡＦラインＬｆ)が形成されることとなる。このようにＡＦラインＬｆは通常画素ラインＬｎに対する多少の設計変更で生成できるため、ＡＦラインＬｆの設計や製造を簡素化・容易化できる。以下では、ＡＦラインＬｆにおいて隣り合うマイクロレンズＭＬの間に設けられる遮光部ＬＳの構成について詳しく説明する。
【００８８】
ＡＦラインＬｆにおいては、通常画素ラインＬｎに形成された第１メタル４１の開口ＯＰ(図７)に対して図１１や図１２に示すように１つおきに第１メタル４４による遮光が行われている。換言すれば、隣り合うＡＦ画素対１１ｆを最も近づけて位相差ＡＦの精度向上を図るため、ＡＦラインＬｆにおいて隣り合う各マイクロレンズＭＬの間に設けられる遮光部ＬＳの配置間隔は、通常画素ラインＬｎで水平方向に配置された通常画素１１０の配列における１画素おきの間隔に等しくなっている。具体的には、図７に示す通常画素１１０の配列において開口ＯＰが形成されていた箇所ＯＱ(図１１)が第１メタル４４で塞がれ、その上に黒色のカラーフィルタ(ブラックフィルタ)Ｆｂが１画素おきに載置されている。このようにブラックフィルタＦｂを第１メタル４４上に配置するのは、第１メタル４４の上面が剥き出しとなれば交換レンズ２から入射した光が反射してゴースト・フレアを生じさせるので、この反射光をブラックフィルタＦｂで吸収させてゴースト・フレアを抑制するためである。よって、本実施形態の各ＡＦ画素対１１ｆでは、一対の光電変換部ＰＤの上方に、箇所ＯＱに形成された第１メタル４４とブラックフィルタＦｂとからなり射出瞳を通過した被写体の光束を遮光する２つの遮光領域Ｅａ、Ｅｂが形成された遮光部ＬＳが配置されている。このように遮光部ＬＳにおいてブラックフィルタＦｂや第１メタル(メタル層)４４によって遮光することにより、適切な遮光を簡易に行えることとなる。そして、各ＡＦ画素対１１ｆでは、一対の光電変換部ＰＤの両端上方それぞれから中央に向かって拡がる２つの遮光領域Ｅａ、Ｅｂに挟まれた１つのマイクロレンズＭＬが設けられている。
【００８９】
また、ＡＦラインＬｆにおいては、第１メタル４４の開口ＯＰ上に設けられるカラーフィルタとして透明なフィルタＦｔが採用されている。これにより、ＡＦ画素対１１ｆで受光する光量を増加させて、感度の向上が図れる。
【００９０】
ＡＦラインＬｆでは、通常画素ラインＬｎに比べてマイクロレンズＭＬの数が半分であり被写体光束が通る領域が半減しているため、被写体光束が通らない領域（以下では「光束非通過領域」ともいう）が増加している。そこで、ＡＦラインＬｆにおいては、マイクロレンズＭＬ直下、つまり第１メタル４４の開口ＯＰ直下の光路を大きく確保するため、上記の光束非通過領域を活用して第２メタル４５よび第３メタル４６をマイクロレンズＭＬの下方空間から離すようにしている。すなわち、図７に示す通常画素１１０の構成に比べて第２メタル４５および第３メタル４６が、スペースＳＰの分、マイクロレンズＭＬの下方空間から離れて奥の方に配置されている。これは、スペースＳＰ内に第２・第３メタルが存在すれば実際の射出瞳が(設計上)想定したものより大きくなっている場合などに、その想定外の部分からの光束が第２・第３メタルに当たって反射し瞳分割に悪影響を及ぼす可能性があるので、これを防止するためである。
【００９１】
以上のような構成のＡＦ画素対１１ｆにより、射出瞳における瞳分割、つまり射出瞳の左側部分Ｑａからの光束ＴａがマイクロレンズＭＬおよび透明なカラーフィルタＦｔを通って第２ＡＦ画素１１ｂの光電変換部ＰＤで受光されるとともに、射出瞳の右側部分Ｑｂからの光束ＴｂがマイクロレンズＭＬおよびフィルタＦｔを通って第１ＡＦ画素１１ａの光電変換部ＰＤで受光されることとなる。換言すれば、撮像面１０１ｆに形成された光電変換部ＰＤのマトリクス配置における特定の水平方向の配列、つまりＡＦラインＬｆには、交換レンズ２の射出瞳において水平方向(左右方向)に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域である左側部分Ｑａおよび右側部分Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂが一つのマイクロレンズＭＬを介して受光する一対の光電変換部ＰＤが設けられている。
【００９２】
図１３は、撮像面１０１ｆの端部に位置するＡＦ画素対１１ｆｐの構成を示す縦断面図である。なお、図１３に示すＡＦ画素対１１ｆｐの配列は、図５に示す撮像面１０１ｆにおいて例えば左端中央のＡＦエリアＥｆｐのＡＦラインＬｆ(図６)に設けられているものである。
【００９３】
撮像面１０１ｆの端部に配設されるＡＦ画素対１１ｆｐの構成は、上述した撮像面１０１ｆの中央付近に配設されるＡＦ画素対１１ｆの構成と類似しているが、マイクロレンズの配置が異なっている。
【００９４】
すなわち、ＡＦ画素対１１ｆｐのマイクロレンズＭＬｐは、その光軸ＡＸが図１１のマイクロレンズＭＬの光軸ＡＸに対して撮像面１０１ｆの中央Ｃｏに向かう方向(＋Ｘ方向)に、ＡＦエリアＥｆｐ内の通常画素１１０ｐ(図８)と同様に距離Ｌａずれた位置を通るように配置されている。このように図１１のＡＦ画素対１１ｆに対してマイクロレンズＭＬｐの光軸ＡＸをずらせるのは、上述のように像高が大きくなるほど射出瞳を通過した被写体光束がマイクロレンズに対して傾斜して入射するので、これを補正するようなマイクロレンズＭＬｐの配置調整を行うためである。
【００９５】
このようなマイクロレンズＭＬｐの配置調整に付随して図１３のように第１メタル４４ｐにおいてマイクロレンズＭＬｐの直下に開口ＯＰｐを形成するのが好ましい。これにより、ＡＦ画素対１１ｆｐにおいて一対の光電変換部ＰＤの上方に設けられる各遮光領域Ｅａｐ、Ｅｂｐの幅が相違することとなる。
【００９６】
ただし、本実施形態のＡＦ画素対１１ｆｐでは、通常画素１１０ｐの第２メタル４２ｐおよび第３メタル４３ｐ(図８)のように、撮像面１０１ｆの中央付近のＡＦ画素対１１ｆ(図１１)に対して第２・第３メタルの配置調整(配置変更)を実施しない。すなわち、ＡＦ画素対において、光電変換部ＰＤの配列の上方に設けられるマイクロレンズの配置は撮像面１０１ｆの中央Ｃｏからの距離に応じて水平方向に沿った調整が加えられる一方、当該光電変換部ＰＤの配列の上方に設けられる第２・第３メタル４５、４６の配置は撮像面１０１ｆの中央Ｃｏからの距離に対して非連動である。これは、上述のようにスペースＳＰの分、マイクロレンズＭＬｐ直下、つまり第１メタル４４ｐの開口ＯＰｐ直下の光路が大きく確保されているため、更に第２・第３メタル４５、４６の配置調整を行う必要がないためである。このようなスペースＳＰにより、図１０の端部領域Ｇｅに配設されるＡＦ画素対１１ｆｐでも、マイクロレンズＭＬｐを通った被写体光束が第２・第３メタル４５、４６に当たって光量ロスを生じることがなくなり、光電変換部ＰＤでの出力低下を抑制できる。また、ＡＦラインＬｆでは、撮像面１０１ｆに対するＡＦ画素対の位置に関わらず第２・第３メタル４５、４６の配置を統一できるため、ＡＦラインＬｆの設計等を簡素化できることとなる。なお、ＡＦ画素対１１ｆｐにおいても、通常画素１１０ｐと同様に第２・第３メタル４５、４６の配置調整を実施するようにしても良い。
【００９７】
以上のような構成のＡＦ画素対１１ｆｐにおいても、上述したＡＦ画素対１１ｆと同様に適切な瞳分割が可能である。
【００９８】
以下では、第１ＡＦ画素１１ａにおいて得られる受光データを「ａ系列のデータ」と呼び、第２ＡＦ画素１１ｂにおいて得られる受光データを「ｂ系列のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある１つのＡＦラインＬｆ(図６)に配置されたＡＦ画素対１１ｆの群から得られるａ系列のデータとｂ系列のデータとを表した図１４〜図１８を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００９９】
図１４は、焦点面が撮像素子１０１の撮像面１０１ｆから２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１５は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図１６は、焦点面が撮像面１０１ｆに一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図１７は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１８は、焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図１４〜図１８においては、横軸がＡＦラインＬｆ方向に関する第１ＡＦ画素１１ａ、第２ＡＦ画素１１ｂの画素位置を示し、縦軸が第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂそれぞれの光電変換部ＰＤからの出力を示している。また、図１４〜図１８では、グラフＧａ１〜Ｇａ５(実線で図示)がａ系列のデータを表し、グラフＧｂ１〜Ｇｂ５(破線で図示)がｂ系列のデータを表している。
【０１００】
図１４〜図１８においてａ系列のグラフＧａ１〜Ｇａ５で示される各ａ系列の像列とｂ系列のグラフＧｂ１〜Ｇｂ５で示される各ｂ系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、ａ系列の像列とｂ系列の像列との間に生じるＡＦラインＬｆ(水平方向)方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
【０１０１】
このような一対の像列(ａ系列およびｂ系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図１９に示すグラフＧｃのように表される。この図１９においては、横軸がａ系列の像列の重心位置に対するｂ系列の像列の重心位置の差(画素ピッチ)を示し、縦軸がデフォーカス量(μｍ)を示している。なお、各像列の重心位置Ｘgは、例えば次のような演算式(１)により求められる。
【０１０２】
【数１】
2010169709.tif 000003
【０１０３】
ただし、上式(１)において、Ｘ1〜Ｘnは、例えばＡＦラインＬｆにおける左端からの画素位置を表し、Ｙ1〜Ｙnは、各位置Ｘ1〜Ｘnの第１ＡＦ画素１１ａ、第２ＡＦ画素１１ｂからの出力値を表している。
【０１０４】
図１９に示すグラフＧｃのように一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をＤＦ(μｍ)とし重心位置の差をＣ(μｍ)として数式で表現すると、次の式(２)のようになる。
【０１０５】
【数２】
2010169709.tif 000004
【０１０６】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１９のグラフＧｃに関する傾きＧｋ(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。
【０１０７】
以上のことから、ＡＦ画素対１１ｆで得られるａ系列のデータとｂ系列のデータとに関する重心位置の差(位相差)を位相差ＡＦ演算回路７７で求めた後に、上式(２)を利用してデフォーカス量を算出する。なお、ＡＦ画素対１１ｆｐにおいて一対の光電変換部ＰＤから得られるａ系列のデータおよびｂ系列のデータを用いても、同様にデフォーカス量が算出できる。そして、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量をフォーカスレンズ２１１に与えることで、検出された焦点位置にフォーカスレンズ２１１を移動させるオートフォーカス(ＡＦ)制御が可能となる。なお、上記のデフォーカス量とフォーカスレンズ２１１の駆動量との関係は、カメラボディ１０に装着されている交換レンズ２の設計値より一意に定まるものである。
【０１０８】
以上のような撮像装置１の撮像素子１０１には、通常画素ラインＬｎの光電変換部ＰＤと同等のサイズを有した一対の光電変換部ＰＤと、１つのマイクロレンズＭＬ(ＭＬｐ)と、この直下にマイクロレンズの大きさ程の開口ＯＰが形成された第１メタル４４(４４ｐ)とを備えて位相差ＡＦを実現するＡＦ画素対１１ｆ(１１ｆｐ)が設けられている。これにより、撮像素子（位相差検出機能付き撮像素子）１０１では、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能となる。また、上述した特許文献２の位相差検出機能付き撮像素子のようにメタル層(遮光マスク)の小さな開口で被写体光束を制限して瞳分割を行うタイプに比べて、必要な光束がカットされるのを抑制できるため、ＡＦ画素対における一対の光電変換部ＰＤでの感度低下を抑えることができる。さらに、特許文献２の位相差検出機能付き撮像素子では、小さな開口を形成するメタル層が光電変換部上に張り出して剥き出しとなるためゴースト・フレアの原因となる可能性があるが、本実施形態の撮像素子１０１では、第１メタル(メタル層)４４上にブラックフィルタＦｂを配置しているため、ゴースト・フレアを防止できる。
【０１０９】
また、撮像素子１０１におけるＡＦ画素対１１ｆ、１１ｆｐでは、図１１、１３のようにマイクロレンズＭＬ、ＭＬｐの下方に光電変換部ＰＤの配列に至るまで遮光性の部材が存在しない非遮光性の空間が形成され、この非遮光性の空間に近接する第２メタル４５および第３メタル４６との間にスペース(間隙)ＳＰが設けられている。その結果、撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから大きく離れた領域(像高が大きくなる領域)、例えば図１０に示す端部領域Ｇｅに配設されるＡＦ画素対においても、マイクロレンズを通った被写体光束が第２・第３メタルに当たって光量ロスを生じることがなくなり、一対の光電変換部ＰＤでの出力低下を適切に抑制できる。
【０１１０】
また、撮像素子１０１の通常画素においては、図８に示す通常画素１１０ｐのように光電変換部ＰＤの配列の上方に設けられる第２メタル４２ｐおよび第３メタル４３ｐの配置は、撮像面１０１ｆの中央Ｃｏからの距離に応じて水平方向(Ｘ方向)に沿った調整が加えられる。これにより、撮像面１０１ｆの中央Ｃｏから大きく離れた領域(像高が大きくなる領域)、例えば図１０に示す端部領域Ｇｅに配設される通常画素においても、マイクロレンズを通った被写体光束が第２・第３メタルに当たって光量のロスを生じることがなくなり、光電変換部ＰＤでの出力低下を適切に抑制できる。
【０１１１】
＜変形例＞
・上記の実施形態におけるＡＦ画素対１１ｆｐについては、図１３のようにマイクロレンズＭＬｐの配置調整に連動した第１メタル４４ｐの開口ＯＰｐを形成するのは必須でなく、マイクロレンズＭＬｐの配置調整に連動せず図１１のＡＦ画素対１１ｆと同じ位置に第１メタルの開口ＯＰを形成しても良い。
【０１１２】
・上記の実施形態においては、図６のように通常画素１１０と同じ構成のマイクロレンズＭＬを備えたＡＦラインＬｆを有するＡＦエリアＥｆを採用するのは必須でなく、図２０および図２１に示すように通常画素１１０より直径が大きいマイクロレンズＭＬｒを備えたＡＦラインＬｆｒを有するＡＦエリアＥｆｒを採用しても良い。この場合には、マイクロレンズＭＬｒの径に応じた第１メタル４４ｒの開口、具体的には図１１に示す開口ＯＰより多少大きな開口ＯＰｒを形成するようにする。このようなマイクロレンズＭＬｒ(および第１メタル４４ｒの開口ＯＰｒ)とにより、ＡＦ画素対１１ｆｒの感度向上が図れることとなる。
【０１１３】
・上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、図１１のようにブラックフィルタＦｂ直下の箇所ＯＱが塞がれた第１メタル４４を採用するのは必須でなく、図２２のようにブラックフィルタＦｂ直下に開口ＯＰが形成された第１メタル４４ａを採用するようにしても良い。この場合には、ブラックフィルタＦｂを透過する光が、その直下の光電変換部ＰＤで受光されるのを抑制するため、ブラックフィルタＦｂは透過率が低いもの(例えば３％以下)を使用するのが好ましい。このようにブラックフィルタＦｂ直下に開口ＯＰを形成することとすれば、ＡＦラインＬｆにおいても、通常画素１１０の配列と同様のピッチで第１メタルに開口ＯＰを設けることができ、通常画素１１０における第１メタルの設計を流用できる。なお、図２２のようにブラックフィルタＦｂ直下に開口ＯＰが形成された第１メタル４４ａを採用することは、図１３に示すＡＦ画素対１１ｆｐでも可能である。
【０１１４】
一方、上記の実施形態では、図１１や図１３のような構成においてブラックフィルタＦｂを省略するようにしても良い。この場合には、上述したように第１メタルが剥き出しとなってゴースト・フレアが懸念されるが、これは例えば第１メタルの上面を黒色に着色したり、黒色の導電性材料で形成された導電層を第１メタルとして採用するなどして抑制することが可能である。
【０１１５】
・上記の実施形態における撮像素子については、図６のようにＡＦ画素対１１ｆのみで構成されるＡＦラインＬｆを有したＡＦエリアＥｆを採用するのは必須でなく、図２３のようにＡＦ画素対１１ｆの間に通常画素１１０が介挿されたＡＦラインＬｆａを有したＡＦエリアＥｆａを採用しても良い。この場合には、ＡＦ画素対１１ｆで欠落する被写体の画像情報を、ＡＦラインＬｆａに介挿された通常画素１１０の画像情報を利用して補完できるため、画像品質の向上が図れる。
【０１１６】
・上記の実施形態においては、通常画素ラインＬｎに形成される第１メタル４１の各開口ＯＰに対して１つおきに開口ＯＰを設けたＡＦラインを採用するのは必須でなく、２つおきや、３つおき以上に開口ＯＰを設けたＡＦラインを採用しても良い。
【０１１７】
・上記の実施形態におけるＡＦラインＬｆのＡＦ画素対１１ｆについては、光電変換部ＰＤより上方の部材（マイクロレンズやカラーフィルタ）を通常画素ラインＬｎに対して半ピッチずらずのは必須でなく、光電変換部ＰＤより上方の部材はそのままにして光電変換部ＰＤの方を通常画素１１０の水平ラインに対して半ピッチずらずようにしても良い。このように光電変換部ＰＤより上方の部材を光電変換部ＰＤに対して相対的に半ピッチずらすことにより、上述した各実施形態の効果が奏される。
【０１１８】
・上記の実施形態においては、ＡＦラインＬｆを備えた撮像素子１０１を、一眼レフレックスタイプのデジタルカメラに設けるのは必須でなく、コンパクトタイプのデジタルカメラに設けるようにしても良い。
【０１１９】
・上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、第１メタル４４の開口ＯＰ上に透明なカラーフィルタを設けるのは必須でなく、ピント合わせの精度を重視する観点から視感度特性に優れた緑色のカラーフィルタを設けても良く、また赤色や青色のカラーフィルタを設けても良い。
【０１２０】
・上記の実施形態においては、ブラックフィルタＦｂ上にマイクロレンズを設置するようにしても良い。このようにマイクロレンズを設置することとすれば、通常画素１１０の配列と同様のピッチでマイクロレンズを配置することができ、通常画素１１０におけるマイクロレンズの配置設計を流用できる。
【０１２１】
・上記の実施形態においては、ＡＦ画素対１１ｆの各画素からの出力バランスを良好にするのに適した半ピッチ(５割のピッチ)のズレを生じさせるのは必須でなく、例えば任意(例えば４割程度)のピッチのズレを生じさせても良い。この場合には、射出瞳が２等分されなくなるため第１ＡＦ画素と第２ＡＦ画素との間で出力のアンバランスが生じるが、例えば受光量が小さい方の画素出力に、それぞれの画素で受光される射出瞳の各部分領域に関する面積比などに基づくゲインβを乗算してアンバランスを改善する処置を施すことが可能である。
【０１２２】
・上記の実施形態においては、１つのマイクロレンズＭＬを通過した被写体光束を一対の光電変換部ＰＤで受光して瞳分割を行うのは必須でなく、一対のマイクロレンズＭＬを通過した被写体光束を一対の光電変換部ＰＤで受光して瞳分割を行う構成でも良い。このような場合でも、上述した光束非通過領域に第２・第３メタルを寄せることができれば、像高が大きくなっても適切な瞳分割が可能となる。
【０１２３】
本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１２４】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ａ、１１ａｐ、１１ｃ  第１ＡＦ画素
１１ｂ、１１ｂｐ、１１ｄ  第２ＡＦ画素
１１ｆ、１１ｆｐ、１１ｆｒ  ＡＦ画素対
４１、４４、４４ａ、４４ｐ、４４ｒ  第１メタル
４２、４２ｐ、４５  第２メタル
４３、４３ｐ、４６  第３メタル
６２  メイン制御部
７７  位相差ＡＦ演算回路
１０１  撮像素子
１０１ｆ  撮像面
１１０、１１０ｐ  通常画素
ＡＸ  マイクロレンズの光軸
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｏ〜Ｅｆｒ  ＡＦエリア
Ｆｂ  黒色のカラーフィルタ(ブラックフィルタ)
Ｌｆ、Ｌｆａ、Ｌｆｒ  ＡＦライン
ＭＬ、ＭＬｒ  マイクロレンズ
Ｑａ  射出瞳の左側部分
Ｑｂ  射出瞳の右側部分
ＰＤ  光電変換部
ＳＰ  スペース
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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