(57)【要約】【課題】異なった方向についての位相差検出方式の焦点検出を精度良く簡易に行えるとともに、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、射出瞳の上側部分Ｑａ１および下側部分Ｑｂ２を通過した光束Ｔａ１、Ｔｂ２を一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２を介して受光する一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２を備えて垂直方向(Ｙ方向)に係る位相差ＡＦを実現するＡＦセンサ部１１ｆが垂直方向に配列されたＡＦ垂直ラインＬｆが設けられている。このＡＦ垂直ラインＬｆでは、一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２に挟まれた光電変換部ＰＤｍが、水平方向(Ｘ方向)に係る位相差ＡＦを実現するＡＦ水平ラインとの交差箇所に配置される。これにより、撮像素子において異なった方向(垂直・水平方向)についての位相差ＡＦを精度良く簡易に行え、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能となる。【選択図】図９
2010160314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隙を保ちつつ第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、
前記受光部の上方に設けられた複数のマイクロレンズと、
を備えており、
前記光電変換部の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一対のマイクロレンズを介して受光する一対の第１光電変換部が設けられるとともに、
前記光電変換部のマトリクス配置における特定の第２方向の配列には、前記射出瞳において前記第２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受光する一対の第２光電変換部が設けられ、
前記一対のマイクロレンズは、それぞれの光軸が前記一対の第１光電変換部において互いに前記第１方向について最遠となる各縁部の近傍を通るように配置されており、
前記一対の第１光電変換部は、前記特定の第１方向の配列において１の光電変換部を挟んで隣り合う２の光電変換部であるとともに、
前記特定の第１方向の配列と前記特定の第２方向の配列とが交差する箇所には、前記１の光電変換部が配置されている撮像素子。
【請求項２】
前記第１方向は、前記受光部に係る垂直方向である請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記特定の第２方向の配列においては、前記一対の第２光電変換部の上方に、前記射出瞳を通過した光束を遮光する２の遮光領域を有した遮光部と、前記２の遮光領域に挟まれた１のマイクロレンズとが設けられている請求項１記載の撮像素子。
【請求項４】
前記所定の間隙には、電気配線が形成されている請求項１記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光電変換部のマトリクス配置では、平面視で長方形状の形状を有した各光電変換部が配置されており、
前記第１方向は、前記各光電変換部の短手方向である請求項１記載の撮像素子。
【請求項６】
前記一対のマイクロレンズにおいて互いに前記第１方向について最遠となる各端部と前記各縁部とを結ぶ各線分から前記第１方向についての外側の付近に、前記第２方向に沿って配置される遮光性の線状部材が設けられている請求項１記載の撮像素子。
【請求項７】
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、
所定の間隙を保ちつつ第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、
前記受光部の上方に設けられた複数のマイクロレンズと、
を有し、
前記光電変換部の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一対のマイクロレンズを介して受光する一対の第１光電変換部が設けられるとともに、
前記光電変換部のマトリクス配置における特定の第２方向の配列には、前記射出瞳において前記第２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受光する一対の第２光電変換部が設けられ、
前記一対のマイクロレンズは、それぞれの光軸が前記一対の第１光電変換部において互いに前記第１方向について最遠となる各縁部の近傍を通るように配置されており、
前記一対の第１光電変換部は、前記特定の第１方向の配列において１の光電変換部を挟んで隣り合う２の光電変換部であるとともに、
前記特定の第１方向の配列と前記特定の第２方向の配列とが交差する箇所には、前記１の光電変換部が配置されている撮像装置。
【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。
【０００５】
さらに、例えば特許文献３では、一対の光電変換部が水平方向に繰り返し配列された水平ラインセンサにより水平方向の位相差検出が可能で、一対の光電変換部が垂直方向に繰り返し配列された垂直ラインセンサにより垂直方向の位相差検出が可能な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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５０９３１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３４０９号公報
【特許文献３】特開２００７−１２７７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
また、上記特許文献３の撮像素子では、水平ラインセンサと垂直ラインセンサとが交差する箇所にある光電変換部は水平ラインセンサまたは垂直ラインセンサのいずれかに使用されるため、使用できない側のラインセンサでは交差箇所の光電変換部の出力データが欠落してしまい、これを補正(補間)するための処理が複雑になる。これでは、異なった方向(水平方向および垂直方向)についての位相差検出方式の焦点検出を簡易に行えない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、異なった方向についての位相差検出方式の焦点検出を精度良く簡易に行えるとともに、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】
【００１１】
本発明の第１の側面は、撮像素子であって、所定の間隙を保ちつつ第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、前記受光部の上方に設けられた複数のマイクロレンズとを備えており、前記光電変換部の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一対のマイクロレンズを介して受光する一対の第１光電変換部が設けられるとともに、前記光電変換部のマトリクス配置における特定の第２方向の配列には、前記射出瞳において前記第２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受光する一対の第２光電変換部が設けられ、前記一対のマイクロレンズは、それぞれの光軸が前記一対の第１光電変換部において互いに前記第１方向について最遠となる各縁部の近傍を通るように配置されており、前記一対の第１光電変換部は、前記特定の第１方向の配列において１の光電変換部を挟んで隣り合う２の光電変換部であるとともに、前記特定の第１方向の配列と前記特定の第２方向の配列とが交差する箇所には、前記１の光電変換部が配置されている。
【００１２】
また、本発明の第２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、所定の間隙を保ちつつ第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、前記受光部の上方に設けられた複数のマイクロレンズとを有し、前記光電変換部の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一対のマイクロレンズを介して受光する一対の第１光電変換部が設けられるとともに、前記光電変換部のマトリクス配置における特定の第２方向の配列には、前記射出瞳において前記第２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受光する一対の第２光電変換部が設けられ、前記一対のマイクロレンズは、それぞれの光軸が前記一対の第１光電変換部において互いに前記第１方向について最遠となる各縁部の近傍を通るように配置されており、前記一対の第１光電変換部は、前記特定の第１方向の配列において１の光電変換部を挟んで隣り合う２の光電変換部であるとともに、前記特定の第１方向の配列と前記特定の第２方向の配列とが交差する箇所には、前記１の光電変換部が配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定の間隙を保ちつつ第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、受光部の上方に設けられた複数のマイクロレンズとを備えた撮像素子において、光電変換部の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一対のマイクロレンズを介して受光する一対の第１光電変換部が設けられるとともに、光電変換部のマトリクス配置における特定の第２方向の配列には、射出瞳において第２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受光する一対の第２光電変換部が設けられ、一対のマイクロレンズは、それぞれの光軸が一対の第１光電変換部において互いに第１方向について最遠となる各縁部の近傍を通るように配置されており、一対の第１光電変換部は、特定の第１方向の配列において１の光電変換部を挟んで隣り合う２の光電変換部であるとともに、特定の第１方向の配列と特定の第２方向の配列とが交差する箇所には、上記の１の光電変換部が配置されている。その結果、撮像素子において異なった方向についての位相差検出方式の焦点検出を精度良く簡易に行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能となる。
【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】通常画素１１０の構成を説明するための縦断面図である。
【図８】通常画素１１０の構成を説明するための平面図である。
【図９】ＡＦセンサ部１１ｆの構成を説明するための縦断面図である。
【図１０】ＡＦセンサ部１１ｆの構成を説明するための平面図である。
【図１１】ＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための縦断面図である。
【図１２】ＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための平面図である。
【図１３】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１４】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１５】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。
【図１６】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１７】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１８】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１９】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。
【図２０】本発明の変形例に係るＡＦエリアＥｆｂ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とが設けられている。また、カメラボディ１０には、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とが設けられている。さらに、カメラボディ１０の背面側には、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）が実行される。そして、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６７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や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。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)を備えて構成されている。また、カメラボディ１０は、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ともに、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、アルカリ乾電池等の一次電池や、ニッケル水素充電池等の二次電池からなり、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(波線の円で図示)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を行うために一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２および光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２（図９参照）を用いて瞳分割機能を実現するＡＦセンサ部１１ｆが撮像素子１０１の垂直ライン(縦方向)に沿って配列されたＡＦ垂直ラインＬｆが設けられている(図６)。また、各ＡＦエリアＥｆには、位相差ＡＦを行うために１つのマイクロレンズＭＬａおよび一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂ(図１１参照)を用いて瞳分割機能を実現するＡＦ画素対１１ｇが撮像素子１０１の水平ライン(横方向)に沿って配列されたＡＦ水平ラインＬｇが設けられている(図６)。
【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の垂直ライン（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とが垂直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とが垂直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。なお、通常画素ラインＬｎにおいては、ＡＦ水平ラインＬｇが横切る箇所には通常画素１１０が設けられていない。このようなＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが水平方向に交互に配置されることで通常画素１１０によるベイヤー配列が構成される。そして、ＡＦエリアＥｆでは、ＡＦ垂直ラインＬｆより本数が多い通常画素ラインＬｎによって、基本的には被写体の画像情報が取得される。
【００７１】
また、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０のマイクロレンズＭＬと同じ構成（径および曲率）となる２つのマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２を有するＡＦセンサ部１１ｆが撮像面１０１ｆに係る垂直方向(第１方向)に繰り返し配列されたＡＦ垂直ラインＬｆが水平方向に周期的に形成されている。なお、水平方向に隣り合う各ＡＦ垂直ラインＬｆの間には、ＡＦ垂直ライン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垂直ラインＬｆの左右に隣接する２つの通常画素ラインＬｎの組合せとしては、同系統の垂直ライン（ＧｒラインＬ１同士やＧｂラインＬ２同士）でも良く、異系統の垂直ライン（一方がＧｒラインＬ１で他方がＧｂラインＬ２）でも良い。
【００７２】
さらに、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０のマイクロレンズＭＬと同じ構成（径および曲率）となる１つのマイクロレンズＭＬａ２を有するＡＦ画素対１１ｇが水平方向に繰り返し配列されたＡＦ水平ラインＬｇが垂直方向に周期的に形成されている。
【００７３】
次に、通常画素１１０、ＡＦセンサ部１１ｆおよびＡＦ画素対１１ｇの構成を順に詳しく説明する。
【００７４】
図７は、通常画素１１０の構成を説明するための縦断面図である。なお、図７に示す通常画素１１０の配列は、垂直方向(Ｙ方向)に沿って形成された通常画素ラインＬｎであるＧｒラインＬ１(図６)に対応している。
【００７５】
通常画素ラインＬｎには、通常画素１１０毎に設けられた光電変換部（フォトダイオード）ＰＤが垂直方向(Ｙ方向)に沿ってピッチαで配列されている。このようにＹ方向の長さ(幅)としてピッチαを有した通常画素１１０では、図８のように例えば電気回路としての配線パターンが形成された配線領域Ｗｅが上下の両端部に設けられ、平面視で長方形状の形状を有した光電変換部ＰＤを備えている。そして、この矩形状の光電変換部ＰＤは、その長手方向が水平方向になるように、換言すれば短手方向が垂直方向になるように配置されるとともに、配線領域Ｗｅを確保するために図７のように隣り合う光電変換部ＰＤの間に一定の間隙βが設けられる。この間隙βについては、垂直方向に光電変換部ＰＤが配列されるＡＦ垂直ラインＬｆでも同様に各光電変換部ＰＤ間に設けられることとなる（図９参照）。すなわち、受光部として働く撮像面１０１ｆには、間隙βを保ちつつピッチαで垂直方向(第１方向)に光電変換部ＰＤを配列した垂直方向の配列(垂直ライン)が垂直方向と直交する水平方向(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ている。
【００７６】
撮像面１０１における各光電変換部ＰＤの上方には、マイクロレンズＭＬが設けられている。そして、マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤとの間に、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、遮光性を有して電気信号を流す配線(線状の部材)として水平方向(Ｘ方向)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。
【００７７】
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の直下に例えば八角形状の開口ＯＰが形成された遮光マスクの層として機能する。
【００７８】
次に、ＡＦセンサ部１１ｆの構成について説明する。
【００７９】
図９および図１０は、ＡＦセンサ部１１ｆの構成を説明するための縦断面図および平面図である。なお、図９および図１０に示すＡＦセンサ部１１ｆは、ＡＦ垂直ラインＬｆ(図６)に設けられているものである。
【００８０】
ＡＦセンサ部１１ｆは、図９のように上側(＋Ｙ方向側)のマイクロレンズＭＬ１を介して交換レンズ２を見た射出瞳のうち上側部分Ｑａ１の光束Ｔａ１を受光する光電変換部ＰＤ１と、下側(−Ｙ方向側)のマイクロレンズＭＬ２を介して見た射出瞳のうち下側部分Ｑｂ２の光束Ｔｂ２を受光する光電変換部ＰＤ２とを備えている。そして、これら一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２の間には、１個の光電変換部ＰＤｍが配置されている。ここでは、上述の通常画素ラインＬｎ(図７)と同様に、隣り合う光電変換部ＰＤの間に間隙βが存在するため、この間隙βを考慮したマイクロレンズＭＬの配置が行われる。具体的には、ＡＦセンサ部１１ｆにおいて、光電変換部ＰＤ１の上縁部ＨａにマイクロレンズＭＬ１の光軸ＡＸ１を適合させるとともに、光電変換部ＰＤ２の下縁部ＨｂにマイクロレンズＭＬ２の光軸ＡＸ２を適合させる。換言すれば、光電変換部ＰＤ１と上隣りの光電変換部ＰＤとの間に存在する間隙βの中心線Ｃ１から、予め定められた移動量Ｌａだけ移動した位置に、マイクロレンズＭＬ１の光軸ＡＸ１を配置する。一方、光電変換部ＰＤ２と下隣りの光電変換部ＰＤとの間に存在する間隙βの中心線Ｃ２から、予め定められた移動量Ｌｂだけ移動した位置に、マイクロレンズＭＬ２の光軸ＡＸ２を配置する。このような構成のＡＦセンサ部１１ｆでは、一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２を通過した光束Ｔａ１、Ｔｂ２を受光する一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２により、射出瞳の分割(瞳分割)が可能となる。
【００８１】
以上のようなＡＦセンサ部１１ｆが配列されたＡＦ垂直ラインＬｆの概略構成は、図７に示す通常画素ラインＬｎに対して、光電変換部ＰＤの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垂直方向(Ｙ方向)に半ピッチ（α／２）ずらせてから、更に一対のマイクロレンズを内向きにずらせた構成となっている。例えば一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２については、その光軸ＡＸ１、ＡＸ２を通常画素ラインＬｎに対して半ピッチずらせて間隙βの中心線Ｃ１、Ｃ２に適合させた後に、各移動量Ｌａ、Ｌｂだけ中央の光電変換部ＰＤｍの方向(内向き方向)に移動させるようにする。
【００８２】
すなわち、ＡＦセンサ部１１ｆにおける一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２と一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２との配置関係は、通常画素ラインＬｎの各マイクロレンズＭＬのうちＡＦセンサ部１１ｆのマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２に対応した特定のマイクロレンズＭＬを各光電変換部ＰＤに対して垂直方向にピッチαの半分(半ピッチ)だけ相対的に移動させた状態から、そのマイクロレンズを内向きに所定の移動量Ｌａ、Ｌｂ更に移動させた場合の配置構成に相当している。ここで、移動量Ｌａ、Ｌｂの更なるマイクロレンズの移動を行うのは、半ピッチのみの移動量では射出瞳の中央付近を通る被写体光束が配線領域Ｗｅに入射してしまい、瞳分割に関する光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２での受光量が低下するためである。以上のような配置構成において隣り合う一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２の間に遮光部ＬＳ(ＬＳｐ)が設けられることでＡＦセンサ部１１ｆの配列(ＡＦ垂直ラインＬｆ)が形成されることとなる。なお、ＡＦ垂直ラインＬｆで隣り合うＡＦセンサ部１１ｆの間には、遮光部ＬＳｐより垂直方向(Ｙ方向)の幅が短い遮光部ＬＳｑが設けられる。このようにＡＦ垂直ライン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垂直ラインＬｆの設計や製造を簡素化・容易化できる。以下では、ＡＦ垂直ライン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。
【００８３】
ＡＦ垂直ライン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９に示すように遮光部ＬＳｐで第１メタル４４による遮光が行われる。具体的には、図７に示す通常画素ラインＬｎにおいて開口ＯＰが形成されていた２箇所ＯＱ１、ＯＱ２(図９)が第１メタル４４で塞がれ、その上にほぼ２画素分の幅を持つ黒色のカラーフィルタ(ブラックフィルタ)Ｆｂｐが載置される。このようにブラックフィルタＦｂｐ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。以上のように遮光部ＬＳｐにおいてブラックフィルタＦｂおよび第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。なお、隣り合うＡＦセンサ部１１ｆの間に設けられる遮光部ＬＳｑでは、１画素分より短い幅を持つブラックフィルタＦｂｑが載置される。その結果、ＡＦ垂直ラインＬｆでは、図１０に示すように比較的大きな幅を有するブラックフィルタＦｂｐと、比較的小さな幅を有するブラックフィルタＦｂｑとが交互に繰り返し配置されることとなる。
【００８４】
また、ＡＦ垂直ラインＬｆにおいては、第１メタル４４の各開口ＯＰ１、ＯＰ２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センサ部１１ｆで受光する光量を増加させて、感度の向上が図れる。
【００８５】
また、ＡＦセンサ部１１ｆでは、マイクロレンズＭＬ１の光軸ＡＸ１の上側で最も近い第２メタル４５および第３メタル４６の各配線部４５ａ、４６ａを光軸ＡＸ１側に寄せることで、射出瞳の下側部分Ｑｂ１からの光束Ｔｂ１を可能な限り配線領域Ｗｅに入射させないようにしている。同様に、マイクロレンズＭＬ２の光軸ＡＸ２の下側で最も近い第２メタル４５および第３メタル４６の各配線部４５ｂ、４６ｂを光軸ＡＸ２側に寄せることで、射出瞳の上側部分Ｑａ２からの光束Ｔａ２を可能な限り配線領域Ｗｅに入射させないようにする。換言すれば、図９のように一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２において互いに垂直方向(Ｙ方向)について最遠となる各端部、つまり上端部Ｍａおよび下端部Ｍｂと、上述した光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２の各縁部Ｈａ、Ｈｂとを結ぶ各線分Ｊａ(実線の矢印)、Ｊｂ(破線の矢印)からＹ方向についての外側の付近に、水平方向(Ｘ方向)に沿って配置された配線部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂが設けられている。このような配線部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂの配置を行うのは、配線領域Ｗｅに入射する光が配線領域Ｗｅで反射することにより、その反射光が一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２で受光されて瞳分割に悪影響を及ぼす恐れがあるので、これを抑制するためである。なお、各配線部４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂの他に、配線領域Ｗｅへの入射光を抑制するためのダミーの配線部を設けても良い。
【００８６】
以上のような構成のＡＦセンサ部１１ｆにより、射出瞳における瞳分割、つまり射出瞳の上側部分Ｑａ１からの光束Ｔａ１がマイクロレンズＭＬ１および透明なカラーフィルタＦｔを通って光電変換部ＰＤ１で受光されるとともに、射出瞳の下側部分Ｑｂ２からの光束Ｔｂ２がマイクロレンズＭＬ２およびフィルタＦｔを通って光電変換部ＰＤ２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垂直方向の配列、つまりＡＦ垂直ラインＬｆには、交換レンズ２の射出瞳において垂直方向(上下方向)に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域である上側部分Ｑａ１および下側部分Ｑｂ２を通過した被写体の光束Ｔａ１、Ｔｂ２を一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２を介して受光する一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２が設けられている。
【００８７】
次に、ＡＦ画素対１１ｇの構成について説明する。
【００８８】
図１１および図１２は、ＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための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１１ｇは、ＡＦ水平ラインＬｇ(図６)に設けられているものである。
【００８９】
ＡＦ画素対１１ｇ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ＭＬａの光軸ＡＸを跨いで配置された一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂを備えている。一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂは、それぞれ通常画素１１０の光電変換部ＰＤ(図８)と同等のサイズを有しており、上述した垂直方向のピッチαと等しいピッチγで水平方向に沿って隣接して配置されている。ただし、図８に示すように光電変換部ＰＤの水平方向には配線領域Ｗｅが設けられないため、横長の形状を有した光電変換部ＰＤ１、ＰＤ１は、殆ど隙間なく水平方向に隣接配置されることとなる。
【００９０】
以上のようなＡＦ画素対１１ｇが配列されたＡＦ水平ラインＬｇの概略構成は、通常画素１１０の水平ラインに対して、光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂ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１１ｇにおける一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂとマイクロレンズＭＬａとの配置関係は、通常画素１１０の水平ラインにおいて各マイクロレンズＭＬのうちＡＦ画素対１１ｇのマイクロレンズＭＬａ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γ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。そして、こ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ＬＳｒが設けられることでＡＦ画素対１１ｇの配列、つまりＡＦ水平ラインＬｇが形成されることとなる。このようにＡＦ水平ラインＬｇは通常画素１１０の水平ラインに対する多少の設計変更で生成できるため、ＡＦ水平ラインＬｇの設計や製造を簡素化・容易化できる。以下では、ＡＦ水平ラインＬｇにおいて隣り合うマイクロレンズＭＬａの間に設けられる遮光部ＬＳｒの構成について詳しく説明する。
【００９１】
ＡＦ水平ラインＬｇにおいては、通常画素１１０の配列に形成された第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４７による遮光が行われている。換言すれば、隣り合う一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂを最も近づけて位相差ＡＦの精度向上を図るため、ＡＦ水平ラインＬｇにおいて隣り合う各マイクロレンズＭＬａの間に設けられる遮光部ＬＳｒの配置間隔は、水平方向に配置された通常画素１１０の水平ラインにおける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４７で塞がれ、その上にブラックフィルタＦｂ(Ｆｂｒ)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Ｆｂｒを第１メタル４７上に配置するのは、上述のように第１メタル４７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１１ｇでは、一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂの上方に、箇所ＯＱに形成された第１メタル４７とブラックフィルタＦｂｒ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Ｆｂｒおよび第１メタル(メタル層)４７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１１ｇでは、一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂ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ＭＬａが設けられている。
【００９２】
また、ＡＦ水平ラインＬｇにおいては、ＡＦ垂直ラインＬｆと同様に、第１メタル４７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。
【００９３】
さらに、ＡＦ水平ラインＬｇでは、第１メタル４７の開口ＯＰ直下の光路を大きく確保するため、第２メタル４８よび第３メタル４９を開口ＯＰ直下の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４８および第３メタル４９が、スペースＳＰの分、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。
【００９４】
以上のような構成のＡＦ画素対１１ｇ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ＭＬａおよび透明なカラーフィルタＦｔを通って光電変換部ＰＤｂ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ＭＬａおよびフィルタＦｔを通って光電変換部ＰＤａ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水平ラインＬｇ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をマイクロレンズＭＬａを介して受光する一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂが設けられている。
【００９５】
以上で説明したように撮像素子１０１には、ＡＦ垂直ラインＬｆとＡＦ水平ラインＬｇとが設けられるが、これらの交差箇所ＫＰ(図６)にはＡＦ垂直ラインＬｆのＡＦセンサ部１１ｆで利用されない光電変換部ＰＤｍ(図９)を配置するようにする。そして、この光電変換部ＰＤｍをＡＦ画素対１１ｇの光電変換部として使用すれば、交差箇所ＫＰの影響を受けずにＡＦ垂直ラインＬｆとＡＦ水平ラインＬｇとで連続したライン出力が得られることとなる。これにより、垂直方向および水平方向についての位相差ＡＦを簡易に行える。
【００９６】
以下では、上述した光電変換部ＰＤ１において得られる受光データを「ａ系列のデータ」と呼び、光電変換部ＰＤ２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垂直ラインＬｆに配置されたＡＦセンサ部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１３〜図１７を参照してＡＦ垂直ラインＬｆに関する位相差ＡＦの原理を説明する。
【００９７】
図１３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１４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１５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１６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１７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１３〜図１７においては、横軸がＡＦ垂直ラインＬｆ方向に関する各光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２の位置を示し、縦軸が各光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２からの出力を示している。また、図１３〜図１７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。
【００９８】
図１３〜図１７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垂直ラインＬｆ方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
【００９９】
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１８に示すグラフＧｃのように表される。この図１８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。
【０１００】
【数１】
2010160314.tif 000003
【０１０１】
ただし、上式(１)において、Ｘ1〜Ｘnは、例えばＡＦ垂直ラインＬｆにおける上端からの光電変換部ＰＤの位置を表し、Ｙ1〜Ｙnは、各位置Ｘ1〜Ｘnの光電変換部ＰＤからの出力値を表している。
【０１０２】
図１８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。
【０１０３】
【数２】
2010160314.tif 000004
【０１０４】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１８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。
【０１０５】
以上のことから、ＡＦセンサ部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水平ラインＬｇにおいて一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂで得られるａ系列のデータおよびｂ系列のデータからも、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。ここで、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。
【０１０６】
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ＰＤ１、ＰＤ２と、一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２と、これらの直下にマイクロレンズの大きさ程の開口ＯＰ１、ＯＰ２が形成された第１メタル４４とを備えて位相差ＡＦを実現するＡＦセンサ部１１ｆ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、一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２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。
【０１０７】
そして、ＡＦセンサ部１１ｆにおける一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２は、それぞれの光軸ＡＸ１、ＡＸ２が、図９のように一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２において互いに垂直方向(Ｙ方向)について最も遠くなる各縁部Ｈａ、Ｈｂを通るように配置されている。その結果、配線領域Ｗｅを確保するために各光電変換部ＰＤが間隙βを保ちつつＡＦ垂直ラインＬｆに配置されていても、射出瞳の中央付近を通る光束を一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２で受光できるため、光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２の出力低下を抑えて信頼性の高い位相差ＡＦが可能となる。
【０１０８】
また、ＡＦセンサ部１１ｆにおける一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２は、図９に示すようにＡＦ垂直ラインＬｆおいて１個の光電変換部ＰＤｍを挟んで隣り合う２個の光電変換部として構成され、挟まれた光電変換部ＰＤｍはＡＦ垂直ラインＬｆとＡＦ水平ラインＬｇとの交差箇所ＫＰ(図６)に配置される。これにより、交差箇所ＫＰの影響を受けずにＡＦ垂直ラインＬｆとＡＦ水平ラインＬｇとで連続したライン出力が得られることとなり、異なった方向(垂直方向および水平方向)についての位相差ＡＦを簡易に行える。
【０１０９】
＜変形例＞
・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ＭＬ１、ＭＬ２を備えたＡＦ垂直ラインＬｆを有するＡＦエリアＥｆを採用するのは必須でなく、図１９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ＭＬｐ、ＭＬｑを備えたＡＦ垂直ラインＬｆａを有するＡＦエリアＥｆａを採用しても良い。この場合には、マイクロレンズＭＬｐ、ＭＬｑの径に応じた第１メタル４４の開口、具体的には図９に示す開口ＯＰ１、ＯＰ２より多少大きな開口を形成するようにする。このようなマイクロレンズＭＬｐ、ＭＬｑ(および第１メタル４４の開口)により、ＡＦ垂直ラインＬｆａにおけるＡＦセンサ部１１ｆａの感度向上が図れることとなる。
【０１１０】
同様に、ＡＦエリアＥｆａのＡＦ水平ラインＬｇａにおいても、図１９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を備えるようにしても良い。これにより、ＡＦ水平ラインＬｇａにおけるＡＦ画素対１１ｇａの感度向上が図れる。
【０１１１】
・上記の実施形態においては、図６のようにＡＦセンサ部１１ｆのみで構成されるＡＦ垂直ラインＬｆを有したＡＦエリアＥｆを採用するのは必須でなく、図２０に示すように隣り合うＡＦセンサ部１１ｆの間に通常画素１１０が介挿されたＡＦ垂直ラインＬｆｂを有するＡＦエリアＥｆｂを採用しても良い。この場合には、ＡＦセンサ部１１ｆで欠落する被写体の画像情報を、ＡＦ垂直ラインＬｆｃ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。
【０１１２】
同様に、ＡＦエリアＥｆｂのＡＦ水平ラインＬｇｂにおいても、図２０に示すように隣り合うＡＦ画素対１１ｇの間に通常画素１１０を介挿するようにしても良い。
【０１１３】
・上記の実施形態における撮像素子では、ＡＦ垂直ラインＬｆとともに、図１１に示すような構成のＡＦ水平ラインＬｇを設けるのは必須でなく、例えば特許文献１や特許文献２に開示される一対の光電変換部が水平方向に配列されたＡＦ水平ラインを設けるようにしても良い。このような従来のＡＦ水平ラインとＡＦ垂直ラインＬｆとが交差する場合でも、交差箇所に、ＡＦセンサ部１１ｆにおける中央の光電変換部ＰＤｍを配置すれば、各ＡＦラインを分断することなく連続したライン出力が得られ、異なった方向（垂直方向および水平方向）についての位相差ＡＦを簡易に行えることとなる。
【０１１４】
また、上記の実施形態における撮像素子では、ＡＦ垂直ラインＬｆとともに、これと直交したＡＦ水平ラインＬｇを設けるのは必須でなく、ＡＦ垂直ラインＬｆに対して斜め方向(例えば斜め４５度の方向)に配列されたＡＦラインを設けるようにしても良い。この場合にも、各ＡＦラインの交差箇所に上記の光電変換部ＰＤｍを配置すれば、各ライン出力を適切に生成でき、異なった方向(垂直方向および斜め方向)についての位相差ＡＦを簡易に行えることとなる。
【０１１５】
・上記の各実施形態においては、図９に示すようなＡＦ垂直ラインＬｆの構成においてブラックフィルタＦｂｐ、Ｆｂｑ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できる。
【０１１６】
同様に、図１１に示すようなＡＦ水平ラインＬｇの構成においても、ブラックフィルタＦｂｒの省略は可能である。
【０１１７】
・上記の実施形態においては、ＡＦ垂直ラインＬｆ(およびＡＦ水平ラインＬｇ)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。
【０１１８】
・上記の実施形態におけるＡＦセンサ部については、第１メタル４４の開口ＯＰ１、ＯＰ２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。このことについては、ＡＦ画素対１１ｇでも同様である。
【０１１９】
・上記の実施形態におけるＡＦセンサ部については、図９のように一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２における各光軸ＡＸ１、ＡＸ２を光電変換部ＰＤ１の上縁部Ｈａおよび光電変換部ＰＤ２の下縁部Ｈｂに厳密に合わせるのは必須でなく、多少ずれていても良い。すなわち、一対のマイクロレンズＭＬ１、ＭＬ２の光軸ＡＸ１、ＡＸ２は、一対の光電変換部ＰＤ１、ＰＤ２の上縁部Ｈａおよび下縁部Ｈｂの近傍を通れば良い。
【０１２０】
・上記の実施形態では、ＡＦ画素対１１ｇにおける一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂ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一対の光電変換部ＰＤａ、ＰＤｂ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。
【０１２１】
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】
【０１２２】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ｆ、１１ｆａ、１１ｆｂ  ＡＦセンサ部
４１、４４、４７  第１メタル
４２、４５、４８  第２メタル
４３、４６、４９  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  通常画素
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｂ  ＡＦエリア
Ｆｂ、Ｆｂｐ〜Ｆｂｒ  黒色のカラーフィルタ(ブラックフィルタ)
Ｌｆ、Ｌｆａ、Ｌｆｂ  ＡＦ垂直ライン
Ｌｇ、Ｌｇａ、Ｌｇｂ  ＡＦ水平ライン
Ｌｎ  通常画素ライン
ＬＳ、ＬＳｐ〜ＬＳｒ  遮光部
ＭＬ、ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬａ、ＭＬｂ、ＭＬｐ〜ＭＬｒ  マイクロレンズ
Ｑａ  射出瞳の左側部分
Ｑａ１、Ｑａ２  射出瞳の上側部分
Ｑｂ  射出瞳の右側部分
Ｑｂ１、Ｑｂ２  射出瞳の下側部分
ＰＤ、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤａ、ＰＤｂ  光電変換部
Ｗｅ  配線領域
【図１】
2010160314.tif 000005
【図２】
2010160314.tif 000006
【図３】
2010160314.tif 000007
【図４】
2010160314.tif 000008
【図５】
2010160314.tif 000009
【図６】
2010160314.tif 000010
【図７】
2010160314.tif 000011
【図８】
2010160314.tif 000012
【図９】
2010160314.tif 000013
【図１０】
2010160314.tif 000014
【図１１】
2010160314.tif 000015
【図１２】
2010160314.tif 000016
【図１３】
2010160314.tif 000017
【図１４】
2010160314.tif 000018
【図１５】
2010160314.tif 000019
【図１６】
2010160314.tif 000020
【図１７】
2010160314.tif 000021
【図１８】
2010160314.tif 000022
【図１９】
2010160314.tif 000023
【図２０】
2010160314.tif 000024