(57)【要約】【課題】システムの小型化及びコスト低減が容易であり、かつ被写体のカラー画像と距離情報とを同時に取得可能とする固体撮像装置及びカメラシステムを提供すること。【解決手段】実施形態によれば、固体撮像装置は、画素アレイ及び被写体距離検出部を有する。画素アレイは、測距用画素３０を含む。測距用画素３０は、被写体距離検出部にて距離を求めるための光強度を検出する画素である。測距用画素３０は、第１回折格子４１及び第２回折格子４２を備える。第１回折格子４１は、測距用画素３０へ入射した光を回折させる。第１回折格子４１は、光電変換部４０に対し入射側に位置する。第２回折格子４２は、第１回折格子４１を通過した光を回折させる。第２回折格子４２は、光電変換部４０及び第１回折格子４１の間に位置する。【選択図】図６
2015115527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向へ配列された複数の画素を備え、被写体から各画素への入射光量に応じた信号電荷を生成する画素アレイと、
前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部と、を有し、
前記画素アレイは、各色光の信号レベルを分担して検出する前記画素である撮像用画素と、前記被写体距離検出部にて前記距離を求めるための光強度を検出する前記画素である測距用画素と、を含み、
前記測距用画素は、
前期光強度に応じた電荷を発生させる光電変換部と、
前記光電変換部に対し入射側に位置し、前記測距用画素へ入射した光を回折させる第１回折格子と、
前記光電変換部及び前記第１回折格子の間に位置し、前記第１回折格子を通過した光を回折させる第２回折格子と、を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１回折格子及び前記第２回折格子は、光を遮蔽する遮光部と、前記遮光部同士の間のスペースとを周期的に配列させた格子パターンを備え、
前記第１回折格子及び前記第２回折格子の間の長さは、前記格子パターンにおける前記遮光部及び前記スペースのピッチに応じて設定された長さであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１回折格子及び前記第２回折格子の間の長さは、前記ピッチに応じたタルボ距離の半分に相当する長さであることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２回折格子の前記格子パターンは、前記第１回折格子の前記格子パターンとは前記遮光部の位置と前記スペースの位置とが入れ換えられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１回折格子及び前記第２回折格子は、前記測距用画素への光の入射角度に応じた強度の光を前記光電変換部へ進行させ、
前記被写体距離検出部は、前記測距用画素で検出された前記光強度に応じて前記入射角度を求めた結果を基に、前記被写体にピントが合っているか否かを判断して、前記距離を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる撮像光学系と、
水平方向及び垂直方向へ配列された複数の画素を備え、前記撮像光学系から各画素への入射光量に応じた信号電荷を生成する画素アレイと、
前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部と、
前記撮像光学系のフォーカスを調整するフォーカス調整部と、を有し、
前記画素アレイは、各色光の信号レベルを分担して検出する前記画素である撮像用画素と、前記被写体距離検出部にて前記距離を求めるための光強度を検出する前記画素である測距用画素と、を含み、
前記測距用画素は、
光強度に応じた電荷を発生させる光電変換部と、
前記光電変換部に対し入射側に位置し、前記測距用画素へ入射した光を回折させる第１回折格子と、
前記光電変換部及び前記第１回折格子の間に位置し、前記第１回折格子を通過した光を回折させる第２回折格子と、を備え、
前記第１回折格子及び前記第２回折格子は、前記測距用画素への光の入射角度に応じた強度の光を前記光電変換部へ進行させ、
前記被写体距離検出部は、前記測距用画素で検出された前記光強度に応じて前記入射角度を求めた結果を基に、前記被写体にピントが合っているか否かを判断して、ピントが合っている状態における前記フォーカス調整部によるフォーカス調整量を基に前記距離を検出することを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置及びカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被写体のカラー画像と距離情報とを同時に取得可能なカメラシステムが提案されている。このカメラシステムは、テレビやゲームの操作、セキュリティシステムによる侵入物の監視、自動車による歩行者や車両との衝突回避のためのジェスチャー認識やモーション認識、カメラのリフォーカス等の多様な分野で求められている。
【０００３】
カラー画像の取得のための撮像素子と距離情報の取得のための測距センサとがカメラシステムに搭載された場合、カメラシステムは、構造が複雑となり、小型化が難しくなること及び高コスト化が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、システムの小型化及びコスト低減が容易であり、かつ被写体のカラー画像と距離情報とを同時に取得可能とする固体撮像装置及びカメラシステム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】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置は、画素アレイ及び被写体距離検出部を有する。画素アレイは、複数の画素を備える。複数の画素は、水平方向及び垂直方向へ配列されている。画素アレイは、被写体から各画素への入射光量に応じた信号電荷を生成する。被写体距離検出部は、被写体までの距離を検出する。画素アレイは、撮像用画素と測距用画素とを含む。撮像用画素は、各色光の信号レベルを分担して検出する画素である。測距用画素は、被写体距離検出部にて距離を求めるための光強度を検出する画素である。測距用画素は、光電変換部、第１回折格子及び第２回折格子を備える。光電変換部は、光強度に応じた電荷を発生させる。第１回折格子は、測距用画素へ入射した光を回折させる。第１回折格子は、光電変換部に対し入射側に位置する。第２回折格子は、第１回折格子を通過した光を回折させる。第２回折格子は、光電変換部及び第１回折格子の間に位置する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】固体撮像装置を備えるカメラシステムの概略構成を示すブロック図。
【図３】カメラシステムが備える光学系の概略構成を示す図。
【図４】画素アレイにおける撮像用画素と測距用画素との配列の例を示す図（その１）。
【図５】画素アレイにおける撮像用画素と測距用画素との配列の例を示す図（その２）。
【図６】測距用画素の断面模式図。
【図７】第１回折格子及び第２回折格子を示す断面模式図。
【図８】回折格子によるタルボ効果について説明する図。
【図９】第１回折格子及び第２回折格子に対し入射角度０度の光を入射させた場合における回折光の強度分布の例を示す図。
【図１０】第１回折格子及び第２回折格子に対し入射角度２０度の光を入射させた場合における回折光の強度分布の例を示す図。
【図１１】測距用画素で検出される光強度と入射角度との関係の例を表した図。
【図１２】撮像光学系の焦点状態と画素アレイへの光の入射角度との関係を示す図（その１）。
【図１３】撮像光学系の焦点状態と画素アレイへの光の入射角度との関係を示す図（その２）。
【図１４】撮像光学系の焦点状態と画素アレイへの光の入射角度との関係を示す図（その３）。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置及びカメラシステムを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施形態）
図１は、実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、固体撮像装置を備えるカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。カメラシステム１は、例えば、デジタルカメラである。カメラシステム１は、デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラのいずれであっても良い。カメラシステム１は、カメラモジュール２を備える電子機器（例えばカメラ付き携帯端末）等でも良い。
【００１０】
カメラシステム１は、カメラモジュール２及び後段処理部３を有する。カメラモジュール２は、撮像光学系４及び固体撮像装置５を有する。後段処理部３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）６、記憶部７及び表示部８を有する。
【００１１】
撮像光学系４は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ６は、固体撮像装置５での撮像により得られた画像信号の信号処理を実施する。記憶部７は、ＩＳＰ６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部７は、ユーザの操作等に応じて、表示部８へ画像信号を出力する。
【００１２】
表示部８は、ＩＳＰ６あるいは記憶部７から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部８は、例えば、液晶ディスプレイである。カメラシステム１は、ＩＳＰ６での信号処理を経たデータに基づき、カメラモジュール２のフィードバック制御を実施する。
【００１３】
固体撮像装置５は、撮像素子であるイメージセンサ１０と、画像処理装置である信号処理回路１１とを備える。イメージセンサ１０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサである。イメージセンサ１０は、ＣＭＯＳイメージセンサの他、ＣＣＤであっても良い。
【００１４】
イメージセンサ１０は、画素アレイ１２、垂直シフトレジスタ１３、タイミング制御部１４、相関二重サンプリング部（ＣＤＳ）１５、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１６及びラインメモリ１７を有する。
【００１５】
画素アレイ１２は、イメージセンサ１０の撮像領域に設けられている。画素アレイ１２は、水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）へアレイ状に配置された複数の画素からなる。各画素は、光電変換素子であるフォトダイオードを備える。画素アレイ１２は、各画素への入射光量に応じた信号電荷を生成する。
【００１６】
タイミング制御部１４は、画素アレイ１２の各画素からの信号を読み出すタイミングを指示する垂直同期信号を、垂直シフトレジスタ１３へ供給する。タイミング制御部１４は、ＣＤＳ１５、ＡＤＣ１６及びラインメモリ１７に対し、駆動タイミングを指示するタイミング信号をそれぞれ供給する。
【００１７】
垂直シフトレジスタ１３は、タイミング制御部１４からの垂直同期信号に応じて、画素アレイ１２内の画素を行ごとに選択する。垂直シフトレジスタ１３は、選択した行の各画素へ読み出し信号を出力する。垂直シフトレジスタ１３から読み出し信号が入力された画素は、入射光量に応じて蓄積した信号電荷を出力する。画素アレイ１２は、画素からの信号を、垂直信号線を介してＣＤＳ１５へ出力する。
【００１８】
ＣＤＳ１５は、画素アレイ１２からの信号に対し、固定パターンノイズの低減のための相関二重サンプリング処理を行う。ＡＤＣ１６は、アナログ方式の信号をデジタル方式の信号へ変換する。ラインメモリ１７は、ＡＤＣ１６からの信号を蓄積する。イメージセンサ１０は、ラインメモリ１７に蓄積された信号を出力する。
【００１９】
信号処理回路１１は、イメージセンサ１０からの画像信号に対し、各種の信号処理を実施する。信号処理回路１１は、被写体距離検出部１８及びレンズ駆動制御部１９を備える。被写体距離検出部１８は、被写体距離を検出する。被写体距離は、固体撮像装置５の撮像面から被写体までの距離とする。フォーカス調整部であるレンズ駆動制御部１９は、撮像光学系４を構成するレンズの駆動を制御することで、撮像光学系４のフォーカスを調整する。
【００２０】
この他、信号処理回路１１は、各種信号処理、例えば、キズ補正、ガンマ補正、ノイズ低減処理、レンズシェーディング補正、ホワイトバランス調整、歪曲補正、解像度復元等を実施する。図１には、信号処理回路１１の構成のうち、被写体距離検出部１８及びレンズ駆動制御部１９以外の構成について、図示を省略している。
【００２１】
固体撮像装置５は、信号処理回路１１での信号処理を経た画像信号をチップ外部へ出力する。固体撮像装置５は、信号処理回路１１での信号処理を経たデータに基づき、イメージセンサ１０のフィードバック制御を実施する。
【００２２】
カメラシステム１は、本実施形態において信号処理回路１１が実施するものとした各種信号処理の少なくともいずれかを、後段処理部３のＩＳＰ６が実施することとしても良い。カメラシステム１は、各種信号処理の少なくともいずれかを、信号処理回路１１及びＩＳＰ６の双方が実施しても良い。信号処理回路１１及びＩＳＰ６は、本実施形態で説明する信号処理以外の信号処理を実施することとしても良い。
【００２３】
図３は、カメラシステムが備える光学系の概略構成を示す図である。撮像レンズ２１，２２は、撮像光学系４を構成する。レンズ駆動機構２３は、レンズ駆動制御部１９による制御に応じて、撮像レンズ２２を駆動する。なお、撮像光学系４は、レンズ駆動機構２３により駆動する撮像レンズ２２を備えるものであれば良く、構成は任意とする。
【００２４】
被写体から撮像光学系４へ入射した光は、撮像光学系４を経てミラー２８へ入射する。ミラー２８を透過した光は、メカシャッタ２６を経てイメージセンサ１０へ進行する。カメラシステム１は、イメージセンサ１０において被写体像を撮像する。ミラー２８で反射した光は、レンズ２４及びプリズム２５を経てファインダー２７へ進行する。カメラシステム１が備える光学系は、実施形態で説明するものに限られず、適宜変更しても良い。
【００２５】
画素アレイ１２を構成する複数の画素は、撮像用画素と、測距用画素とを含む。撮像用画素は、各色光の信号レベルを分担して検出する画素である。測距用画素は、被写体距離検出部１８にて被写体距離を求めるための光強度を検出する画素である。測距用画素は、タルボ効果と称される回折現象を利用して、光の入射角度に応じた光強度を検出する。
【００２６】
図４および図５は、画素アレイにおける撮像用画素と測距用画素との配列の例を示す図である。赤色（Ｒ）画素２０Ｒは、Ｒ光を検出する撮像用画素である。緑色（Ｇ）画素２０Ｇは、Ｇ光を検出する撮像用画素である。青色（Ｂ）画素２０Ｂは、Ｂ光を検出する撮像用画素である。
【００２７】
図４に示す画素配列は、２×２の画素ブロックを単位とする。この画素ブロックの対角にＲ画素２０ＲとＢ画素２０Ｂとが配置され、残りの対角にＧ画素２０Ｇと測距用画素３０とが配置される。測距用画素３０は、撮像用画素と同じ画素サイズをなしている。なお、画素アレイ１２には、測距用画素３０を含む２×２の画素ブロックと、各色画素がベイヤー配列をなす２×２の画素ブロックとが含まれている。測距用画素３０を含む画素ブロックは、例えば、画素アレイ１２のうち被写体距離の計測が所望とされる位置に配置される。測距用画素３０を含む画素ブロックは、画素アレイ１２のうちいずれの位置に配置しても良い。
【００２８】
図５に示す画素配列では、測距用画素３０の画素サイズは、撮像用画素からなる２×２の画素ブロックと同じとされている。この画素ブロックにおいて、Ｒ画素２０Ｒ、Ｇ画素２０Ｇ及びＢ画素２０Ｂは、ベイヤー配列をなしている。画素アレイ１２には、撮像用画素からなる画素ブロックと、測距用画素３０とが含まれている。測距用画素３０は、例えば、画素アレイ１２のうち被写体距離の計測が所望とされる位置に配置される。測距用画素３０は、画素アレイ１２のうちいずれの位置に配置しても良い。
【００２９】
画素アレイ１２は、いずれの態様で撮像用画素と測距用画素３０とを配列させたものであっても良い。画素アレイ１２における撮像用画素と測距用画素３０との配列の態様は、図４及び図５に示すものに限られず、適宜変更しても良い。
【００３０】
図６は、測距用画素の断面模式図である。測距用画素３０は、半導体基板３１、金属層３２、層間絶縁膜３３、スペーサ層３４、金属層３５、層間絶縁膜３６及び保護膜３７が積層されて構成されている。測距用画素３０は、２つの回折格子４１，４２を備える。
【００３１】
半導体基板３１であるシリコン基板は、光電変換部４０を備える。光電変換部４０は、光強度に応じた電荷を発生させる。光電変換部４０は、例えばフォトダイオードである。光電変換部４０は、発生させた電荷を蓄積する電荷蓄積領域を含む。
【００３２】
金属層３２は、半導体基板３１の上に設けられている。金属層３２は、第２回折格子４２を備える第２の層である。第２回折格子４２は、２つの回折格子４１，４２のうち、光電変換部４０及び第１回折格子４１の間に位置する回折格子である。層間絶縁膜３３は、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜で形成されている。層間絶縁膜３３は、第２回折格子４２の段差を緩和し平坦面を提供する。
【００３３】
スペーサ層３４は、第２回折格子４２と第１回折格子４１とが一定の距離をなすように厚みを持たせた層である。スペーサ層３４は、例えば酸化シリコンを材料として構成されている。スペーサ層３４と層間絶縁膜３３とは、同一の材料で一体に構成されたものとしても良い。
【００３４】
金属層３５は、スペーサ層３４の上に設けられている。金属層３５は、第１回折格子４１を備える第１の層である。第１回折格子４１は、２つの回折格子４１，４２のうち、光電変換部４０及び第２回折格子４２に対し入射側に位置する回折格子である。層間絶縁膜３６は、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜で形成されている。層間絶縁膜３６は、第１回折格子４１の段差を緩和して、平坦面を提供する。保護膜３７は、測距用画素３０の表面を保護する。保護膜３７は、例えば、シリコン窒化膜である。
【００３５】
測距用画素３０は、例えば、撮像用画素の場合と同様の製造プロセスにより製造することができる。測距用画素３０は、撮像用画素の場合とは異なる製造プロセスが必要となる場合に比べて、低いコストで生産できる。
【００３６】
図７は、第１回折格子及び第２回折格子を示す断面模式図である。第１回折格子４１は、測距用画素３０へ入射した光を回折させる。第１回折格子４１は、遮光部である複数のブロックが一定間隔で配置された格子パターンを備える。各ブロックは、一方向を長手方向としてライン状に形成されている。図７に示す第１回折格子４１では、紙面の奥行き方向が、各ブロックの長手方向であるものとする。金属層３５からなるこのブロックが、光を遮蔽する。ブロック同士の間のスペースの部分は、光を通過させる。
【００３７】
第２回折格子４２は、第１回折格子４１を通過した光を回折させる。第２回折格子４２は、遮光部である複数のブロックが一定間隔で配置された格子パターンを備える。各ブロックは、一方向を長手方向としてライン状に形成されている。図７に示す第２回折格子４２では、紙面の奥行き方向が、各ブロックの長手方向であるものとする。金属層３２からなるこのブロックが、光を遮蔽する。ブロック同士の間のスペースの部分は、光を通過させる。
【００３８】
例えば、第２回折格子４２を構成する各ブロックの幅は、第１回折格子４１を構成する各ブロックの幅と同じである。第２回折格子４２のブロック同士の間のスペースの幅は、第１回折格子４１のブロック同士のスペースの幅と同じである。
【００３９】
本実施形態では、第１回折格子４１のブロックおよびスペース、第２回折格子４２のブロックおよびスペースは、いずれも同じ幅とされている。第２回折格子４２の格子パターンは、第１回折格子４１の格子パターンとはブロックの位置とスペースの位置とが入れ換えられている。第１回折格子４１及び第２回折格子４２は、ブロック間のスペースに、例えば、シリコン酸化膜が充填されている。
【００４０】
金属層３２，３５は、例えば、チタン（Ｔｉ）層４３、窒化チタン（ＴｉＮ）層４４、アルミニウム（Ａｌ）層４５を積層させたものとする。Ｔｉ層４３は、例えば１１ｎｍの厚みをなす。ＴｉＮ層４４は、例えば２２ｎｍの厚みをなす。Ａｌ層４５は、例えば、Ｔｉ層４３及びＴｉＮ層４４よりも厚みを持たせて構成されている。なお、金属層３２，３５は、金属部材で構成されたものであれば良く、本実施形態で説明するものに限られない。
【００４１】
図８は、回折格子によるタルボ効果について説明する図である。タルボ効果は、光の回折現象の１つであり、回折格子に光を入射したときに、回折格子と同様のパターンが、ある深さを単位として周期的に再現される現象（自己結像効果）である。回折格子のパターンのピッチをＰ、光の波長をλとすると、タルボ距離ＺＴは、次の式（１）で近似される。
ＺＴ＝２Ｐ２／λ    ・・・（１）
【００４２】
タルボ効果によれば、タルボ距離の半分ＺＴ／２を基準として、ＺＴ／２の偶数倍の位置には、回折格子の自己像が現れる。また、ＺＴ／２の奇数倍の位置には、自己像に対して半周期のずれをなす（位相が反転された）像が現れる。
【００４３】
深さ方向であるＺ方向における第１回折格子４１及び第２回折格子４２の間の距離Ｈは、第１回折格子４１及び第２回折格子４２のタルボ距離ＺＴの半分に相当する。距離Ｈは、次の式（２）の関係を満足する。第１回折格子４１及び第２回折格子４２は、同じピッチＰのパターンをなすものとする。
Ｈ＝ＺＴ／２＝２Ｐ２／２λ・・・（２）
【００４４】
例えば、第１回折格子４１及び第２回折格子４２のピッチＰを４４０ｎｍ、波長λをＧ光の波長である５４０ｎｍとした場合、上記の式（２）により、距離Ｈは、３５８ｎｍと算出される。このように、距離Ｈは、ピッチＰに応じて設定される。なお、このときのタルボ距離ＺＴは、７１７ｎｍと算出される。
【００４５】
測距用画素３０は、第１回折格子４１及び第２回折格子４２の間隔が、上記の式（２）を満足する距離Ｈとなるように構成されている。第１回折格子４１は、第２回折格子４２の位置において、自己像に対し位相が反転された像を生じさせる。以下の説明では、自己像に対し位相が反転された像を、適宜「反転像」と称する。
【００４６】
第１回折格子４１は、光電変換部４０の受光面に垂直な方向、即ち深さ方向であるＺ方向へ進行する入射光を回折させることで、第２回折格子４２の位置に反転像を形成する。第１回折格子４１の反転像が第２回折格子４２の格子パターンに一致するため、第２回折格子４２の位置に反転像が形成されるときに、第２の回折格子４２を通過する光量が最大となる。
【００４７】
図９は、第１回折格子及び第２回折格子に対し入射角度０度の光を入射させた場合における回折光の強度分布の例を示す図である。図１０は、第１回折格子及び第２回折格子に対し入射角度２０度の光を入射させた場合における回折光の強度分布の例を示す図である。
【００４８】
光電変換部４０の受光面に垂直な方向へ進行する光は、入射角度０度で、第１回折格子４１へ入射する。測距用画素３０へ入射する光の入射角度が０度であるとき、第２回折格子４２を通過する光量が最大となることにより、光電変換部４０で検出される光強度が最大となる。
【００４９】
測距用画素３０へ入射する光の入射角度が０度から変化した場合、第２回折格子４２の位置における反転像がぼやけることで、第２回折格子４２を通過する光量が減少する。入射角度２０度の光を入射させた場合、入射角度０度の光を入射させた場合に比べ、光電変換部４０で検出される光強度は減少する。
【００５０】
図１１は、測距用画素で検出される光強度と入射角度との関係の例を表した図である。図１１に示すように、入射角度が０度であるときに、測距用画素３０で検出される光強度は最大となる。入射角度が０度であるときに対して入射光の傾きが大きくなるほど、測距用画素３０で検出される光強度は小さくなる。
【００５１】
このように、測距用画素３０で検出される光強度は、光の入射角度に依存する。第１回折格子４１及び第２回折格子４２は、測距用画素３０への光の入射角度に応じた強度の光を光電変換部４０へ進行させる。なお、入射角度が０度であるときに対して光の進行方向が所定の向きへ傾いたときの入射角度をプラスとして示し、プラスのときとは逆の向きへ光の進行方向が傾いたときの入射角度をマイナスとして示している。
【００５２】
次に、固体撮像装置５による被写体距離の検出の動作について説明する。カメラシステム１は、例えば、被写体距離を検出する距離検出モードと、通常の撮影モードとに切り換え可能であるものとする。
【００５３】
距離検出モードにおいて、固体撮像装置５は、レンズ駆動制御部１９の制御により撮像レンズ２２を駆動しながら、各測距用画素３０による光強度の検出を実施する。被写体距離検出部１８は、撮像レンズ２２の繰り出し量を変化させるごとにおける、各測距用画素３０による光強度の検出結果を取り込む。
【００５４】
図１２から図１４は、撮像光学系の焦点状態と画素アレイへの光の入射角度との関係を示す図である。図１２は、被写体５０にピントが合っておらず、被写体５０の後方にピントが合っている後ピンの状態を示している。画素アレイ１２には、焦点に収束する前の、分散された状態の光が入射する。画素アレイ１２のうち被写体５０からの光が入射する各測距用画素３０は、それぞれ入射角度に応じた光強度を検出する。
【００５５】
被写体距離検出部１８は、各測距用画素３０で検出された光強度から、測距用画素３０ごとにおける光の入射角度を求める。被写体距離検出部１８は、画素アレイ１２における光の入射角度の分布を基に、分散された状態の光が画素アレイ１２へ入射していることを把握する。これにより、被写体距離検出部１８は、被写体５０にピントが合っていない状態であることを把握する。
【００５６】
図１３は、被写体５０にピントが合っておらず、被写体５０の前方にピントが合っている前ピンの状態を示している。画素アレイ１２には、焦点に収束した後の、分散された状態の光が入射する。画素アレイ１２のうち被写体５０からの光が入射する各測距用画素３０は、それぞれ入射角度に応じた光強度を検出する。
【００５７】
被写体距離検出部１８は、各測距用画素３０で検出された光強度から、測距用画素３０ごとにおける光の入射角度を求める。被写体距離検出部１８は、画素アレイ１２における光の入射角度の分布を基に、分散された状態の光が画素アレイ１２へ入射していることを把握する。これにより、被写体距離検出部１８は、被写体５０にピントが合っていない状態であることを把握する。
【００５８】
被写体５０にピントが合っていない状態であることが被写体距離検出部１８で検出されると、固体撮像装置５は、ピントが合う状態となるまで、撮像レンズ２２の駆動と、測距用画素３０での光強度の検出とを繰り返す。
【００５９】
図１４は、被写体５０にピントが合っている状態を示している。画素アレイ１２へ入射する光は、画素アレイ１２内の受光面上の焦点に収束している。画素アレイ１２のうち被写体５０からの光が入射する各測距用画素３０は、それぞれ入射角度に応じた光強度を検出する。
【００６０】
被写体距離検出部１８は、各測距用画素３０で検出された光強度から、測距用画素３０ごとにおける光の入射角度を求める。被写体距離検出部１８は、画素アレイ１２における光の入射角度の分布を基に、画素アレイ１２へ入射した光が受光面にて収束していることを把握する。これにより、被写体距離検出部１８は、被写体５０にピントが合っている状態であることを把握する。
【００６１】
被写体距離検出部１８は、被写体５０にピントが合っている状態における撮像レンズ２２の繰り出し量を基に、被写体距離を求める。撮像レンズ２２の繰り出し量は、レンズ駆動制御部１９によるフォーカス調整量である。例えば、被写体距離検出部１８は、撮像レンズ２２の繰り出し量と被写体距離との関係を示すテーブルをあらかじめ保持する。被写体距離検出部１８は、かかるテーブルを参照することで、撮像レンズ２２の繰り出し量に応じた被写体距離を求める。
【００６２】
実施形態によると、固体撮像装置５は、撮像用画素であるＲ画素２０Ｒ、Ｇ画素２０Ｇ及びＢ画素２０Ｂにおける光の検出結果を基に、カラー画像を得る。固体撮像装置５は、測距用画素３０における光の検出結果を基に、被写体距離を求める。固体撮像装置５は、被写体のカラー画像と距離情報とを同時に取得することができる。
【００６３】
撮像用画素と測距用画素３０とは、１つの画素アレイ１２の中に配置されている。カメラシステム１は、１つの画素アレイ１２を備える固体撮像装置５によって、被写体のカラー画像と距離情報とを得ることができる。カメラシステム１は、カラー画像の取得のための撮像素子と距離情報の取得のための測距センサとがそれぞれ設置される場合に比べ、小型化及びコスト低減を容易に図れる。
【００６４】
以上により、固体撮像装置５は、カメラシステム１の小型化及びコスト低減が容易であり、かつ被写体のカラー画像と距離情報とを同時に取得できるという効果を奏する。
【００６５】
カメラシステム１は、被写体距離検出部１８及びレンズ駆動制御部１９の少なくともいずれかを、後段処理部３のＩＳＰ６に設けても良い。この場合も、カメラシステム１は、小型化及びコスト低減を容易にでき、かつ被写体のカラー画像と距離情報とを同時に取得できるという効果を得ることができる。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１  カメラシステム、４  撮像光学系、５  固体撮像装置、１２  画素アレイ、１８  被写体距離検出部、１９  レンズ駆動制御部、３０  測距用画素、４０  光電変換部、４１  第１回折格子、４２  第２回折格子。
【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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