(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層を積層させた撮像素子と、
各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を実行する焦点検出部とを備え、
前記焦点検出部が、前記複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの比較もしくは画素信号レベルの違いに基づき、焦点検出誤差を抑制するように、焦点検出画素信号の選択もしくは各光電変換層の焦点検出画素信号の調整を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記焦点検出部が、前記複数の光電変換層の中で最も大きい画素信号を出力する光電変換層の焦点検出用画素を用いて、焦点検出処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記焦点検出部が、前記複数の光電変換層での画素信号レベルの比もしくは割合に応じて、各光電変換層の画素信号に対して重み付けを行なうことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の光電変換層が、光路に沿って、光電変換波長域の短い光電変換層から光電変換波長域の長い光電変換層の順に並んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の光電変換層が、Ｂに応じた光を光電変換する光電変換層と、Ｇに応じた光を光電変換する光電変換層と、Ｒに応じた光を光電変換する光電変換層とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の光電変換層が、ＩＲに応じた光を光電変換する光電変換層を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
各光電変換層が、撮像エリアの測距点に応じて規定される複数の分割測距エリアそれぞれに焦点検出用画素を有し、
前記焦点検出部が、対象となる分割測距エリアに対して、焦点検出画素信号の選択もしくは焦点検出画素信号の調整を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
各光電変換層が、対称的位置に遮光膜を備えた少なくとも１対の焦点検出用画素を有し、
前記焦点検出部が、位相差方式によって焦点検出を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
互いに異なる波長域の光を透過する複数の光電変換層を積層させた撮像素子の各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を行う焦点検出装置であって、
前記複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの比較もしくは画素信号レベルの違いに基づき、焦点検出誤差を抑制するように、焦点検出画素信号の選択もしくは各光電変換層の焦点検出画素信号の調整を行うことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項１０】
互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層を積層させた撮像素子の各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を行う焦点検出方法であって、
前記複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの比較もしくは画素信号レベルの違いに基づき、焦点検出誤差を抑制するように、焦点検出画素信号の選択もしくは各光電変換層の焦点検出画素信号の調整を行うことを特徴とする焦点検出方法。
【請求項１１】
基板上にあって、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層と、
前記複数の光電変換層から画素信号を読み出す画素信号読み出し回路とを備え、
前記複数の光電変換層が積層されており、
各光電変換層が、焦点検出用画素を有し、
前記複数の光電変換層が、光路に沿って、光電変換波長域の最も短い光電変換層から光電変換波長域の最も長い光電変換層の順に並んでいることを特徴とする単板式多層型撮像素子。
【請求項１２】
前記焦点検出用画素が、撮影画像に用いられない画素であることを特徴とする請求項１１に記載の単板式多層型撮像素子。
【請求項１３】
基板上にあって、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層と、
前記複数の光電変換層から画素信号を読み出す画素信号読み出し回路とを備え、
前記複数の光電変換層が積層されており、
前記複数の光電変換層のうち、最短波長域の光を光電変換する光電変換層および最長波長域の光を光電変換する光電変換層以外の光電変換層に、焦点検出用画素が設けられていることを特徴とする単板式多層型撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を備えた撮像装置に関し、特に、積層型の光電変換層を備える撮像素子を用いた焦点検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラでは、撮像用のイメージセンサの画素配列の一部に焦点検出用画素を設けて位相差方式による焦点検出を行う構成が知られている。対になっている焦点検出用画素によって撮影レンズを通過する光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、分割像のパターンずれを検出してデフォーカス量を算出する。通常のフォトダイオードに代えて有機光電変換層から成る光電変換部を備えた撮像素子に対しても、焦点検出用画素を配置することが可能であり、有機光電変換層とマイクロレンズとの間に遮光膜を対称的な位置に形成する撮像素子が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、同一半導体基板上に、シリコンフォトダイオードによって光電変換を行うモノクロ撮像素子（第１撮像素子）と、その上に有機光電変換膜を備えた撮像素子（第２撮像素子）を積層して配置した固体撮像素子によって、位相差方式による焦点検出を行う方法も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
そこでは、第２撮像素子において、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｇに応じた光を光電変換する有機光電変換膜が２次元配置されており、光電変換膜を透過する光は下方に配置された第１撮像素子に入射する。Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｅのそれぞれ補色であるＲ、Ｇ、Ｂに応じた光がモノクロ撮像素子に入射することで、第１撮像素子を撮影画像用、その上方にある第２撮像素子を焦点検出用に使用することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−６７９４８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光電変換層を一層あるいは複数積層させた撮像素子の場合、被写体の分光反射率、照明光のスペクトル特性などの影響により、撮影レンズの色収差によって結像位置が被写体によって相違することになり、焦点検出誤差が生じる。
【０００７】
したがって、被写体の色、照明光などに関係なく、光電変換層を備えた撮像素子を用いて正確に焦点検出することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像素子は、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層を積層させた撮像素子と、各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を実行する焦点検出部とを備える。各光電変換層は、所定の波長域の光を選択的に吸収し、それ以外の波長域の光を透過することで色分離を行う。また、光電変換層が、対称的位置に遮光膜を備えた少なくとも１対の焦点検出用画素を設けて位相差方式による焦点検出を行うことが可能である。
【０００９】
本発明では、焦点検出部が、複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの差異に基づき、焦点検出誤差を抑制するように焦点検出画素信号の選択もしくは焦点検出画素信号の調整を行う。ここで、「選択」とは、少なくとも１つの焦点検出用画素信号を選択する、すなわち焦点検出用画素の設けられた光電変換層を選択することを示す。また、「調整」とは、各光電変換層の焦点検出画素信号の出力レベルを調整することを示す。
【００１０】
例えば、焦点検出部は、複数の光電変換層の中で最も大きい画素信号を出力する光電変換層の焦点検出用画素を用いて、焦点検出処理を行うことが可能である。また、焦点検出部は、複数の光電変換層での画素信号レベルの比もしくは割合に応じて、各光電変換層の画素信号に対して重み付けを行なうことができる。
【００１１】
複数の光電変換層については、光路に沿って、光電変換波長域の短い光電変換層から光電変換波長域の長い光電変換層の順に積層させるのが良い。例えば、複数の光電変換層が、Ｂに応じた光を光電変換する光電変換層と、Ｇに応じた光を光電変換する光電変換層と、Ｒに応じた光を光電変換する光電変換層とを入射側からこの順で配置することができる。さらに、ＩＲに応じた光を光電変換する光電変換層を最も基板側に配置することができる。
【００１２】
様々な測距方式に対応するため、各光電変換層が、撮像エリアの測距点に応じて規定される複数の分割測距エリアそれぞれに焦点検出用画素を設置するのが良い。焦点検出部は、対象となる分割測距エリアに対して、焦点検出画素信号の選択もしくは焦点検出画素信号の調整を行うことができる。
【００１３】
本発明の他の態様におけるプログラムは、撮像装置を、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層を積層させた撮像素子の各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号のレベルを検出する手段と、複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの差異に基づき、焦点検出誤差を抑制するように、焦点検出画素信号の選択もしくは焦点検出画素信号の調整を行う手段として機能させる。
【００１４】
本発明の他の態様における焦点検出装置は、互いに異なる波長域の光を透過する複数の光電変換層を積層させた撮像素子の各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を行う焦点検出装置であって、複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの差異に基づき、焦点検出誤差を抑制するように、焦点検出画素信号の選択もしくは焦点検出画素信号の調整を行う。
【００１５】
本発明の他の態様における焦点検出方法は、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層を積層させた撮像素子の各光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を行う焦点検出方法であって、複数の光電変換層から出力される画素信号レベルの差異に基づき、焦点検出誤差を抑制するように、焦点検出画素信号の調整もしくは焦点検出画素信号の選択を行う。
【００１６】
本発明の他の態様における撮像素子は、基板上にあって、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層と、複数の光電変換層から画素信号を読み出す画素信号読み出し回路とを備え、複数の光電変換層が積層されており、各光電変換層が、焦点検出用画素を有する。
【００１７】
本発明の他の態様における撮像装置は、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層を積層させた撮像素子と、複数の光電変換層のうち最短波長域の光を光電変換する光電変換層および最長波長域の光を光電変換する光電変換層以外の光電変換層に設けられた焦点検出用画素から出力される焦点検出画素信号に基づいて、焦点検出処理を実行する焦点検出部とを備える。これによって、様々な被写体の色に対しても焦点検誤差量が著しく大きくなるのを防ぐことができる。例えば、Ｇに応じた光（あるいはそれに近い光）を光電変換する光電変換層だけに焦点検出用画素を設ければよい。
【００１８】
本発明の他の態様における撮像素子は、基板上にあって、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換層と、複数の光電変換層から画素信号を読み出す画素信号読み出し回路とを備え、複数の光電変換層が積層されており、複数の光電変換層が、最短波長域の光を光電変換する光電変換層および最長波長域の光を光電変換する光電変換層以外の光電変換層であって、焦点検出用画素を設けた光電変換層を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、単板式多層型撮像素子を備えた撮像装置において、被写体の色に関係なく、ＡＦ処理を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。
【図２】撮像素子の積層構造を模式的に示した図である。
【図３】撮像素子の所定画素の内部構造を示した図である。
【図４】各光電変換層に設けられる焦点検出用画素を示した図である。
【図５】撮像領域に規定される分割測距エリアを示した図である。
【図６】システムコントロール回路によって実行される焦点検出処理のフローチャートである。
【図７】色収差を示した図である。
【図８】第２の実施形態における光電変換層の積層を示した図である。
【図９】第２の実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。
【図１０】第３の実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。図１は、第１の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。
【００２２】
デジタルカメラ１０は、カメラ本体３０と、カメラ本体３０に着脱自在な交換レンズ２０とを備える。カメラＣＰＵを含むシステムコントロール回路４０は、電源ボタン、レリーズボタン、モード選択ダイヤル（いずれも図示せず）などに対する入力操作に従い、レンズ制御回路５６、画像処理回路３４などに制御信号を出力し、焦点調整、撮影制御、画像処理、記録処理、再生表示処理など一連のカメラ動作制御を行う。
【００２３】
システムコントロール回路４０は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェイス回路など（いずれも図示せず）を有し、カメラ動作制御のプログラムは、ＲＯＭなどの記録媒体（図示せず）に記憶されている。操作スイッチ群３８は、電源スイッチ、撮影モード選択スイッチ、レリーズスイッチなどによって構成されている。図示しないタイミングジェネレータは、所定周波数のクロックパルス信号を各回路へ出力する。各回路の動作タイミングは、送られてくるクロックパルス信号に従う。
【００２４】
撮影モードでは、撮影光学系２２を通った被写体からの光が撮像素子３２の受光面に結像し、被写体像が撮像素子３２に形成される。撮像素子３２は、ここでは（Ｍ×Ｎ）の画素を配列させた単板式ＣＭＯＳ型イメージセンサであって、後述するように、複数の光電変換層を積層配置させた多層型撮像素子として構成されている。撮像素子駆動回路３６は撮像素子３２を駆動し、１フィールドあるいは１フレーム分の画素信号を撮像素子３２から所定時間間隔で読み出す。なお、ＣＭＯＳ以外のＸ−Ｙアドレス型撮像素子を用いてもよい。
【００２５】
撮像素子３２から読み出された１フィールド／フレーム分の画素信号は、ＡＤ変換器３３によってデジタル信号に変換された後、画像メモリ３５へ一時的に格納される。画像処理回路３４は、１フィールド／フレーム分の画素信号に対して色補間処理、ガンマ補正処理、ホワイトバランス調整などを施し、カラー画像信号を生成する。システムコントロール回路４０は、カラー画像信号に基づいてＬＣＤなどの表示器３７を駆動し、これによってスルー画像が表示器３７に表示される。
【００２６】
レリーズボタンが半押しされると、焦点調節が行われる。システムコントロール回路４０は、撮像素子３２から読み出される画素信号に基づいてＡＦ処理を実行する。すなわち、デフォーカス量を算出して結像面を合焦位置にシフトさせる。また、多点測距によるＡＦ処理が実行可能である。レンズＣＰＵ２８は、カメラ側マウント接点およびレンズ側マウントを介してレンズ制御回路５６と通信可能であり、レンズ制御回路５６からの指令に基づきレンズ駆動機構２６を制御する。レンズ駆動機構２６は、レンズＣＰＵ２８からの制御信号に従って撮影光学系２２のフォーカシングレンズを光軸方向に沿って移動させる。また、レリーズボタン半押しに従い、システムコントロール回路４０は撮像素子３２から読み出された画素信号に基づいて被写体の明るさを検出し、露出値（シャッタスピード、絞り値など）を算出する。
【００２７】
レリーズボタンが全押しされると、システムコントロール回路４０は露出制御を行う。ここでは、撮像素子３２の電子シャッタ機能によってシャッタスピード、すなわち露出時間を調整する。レンズＣＰＵ２８は、送られてくる絞り値データに応じて絞り２３の開口度合いを調整し、撮像素子３２へ入射する光量を調整する。
【００２８】
１フレーム分の画素信号が撮像素子３２から読み出されると、画像処理回路３４は、ホワイトバランス処理、γ補正処理などを１フレーム分の画素信号に対して実行し、静止画像データを生成する。静止画像データは、圧縮処理された後あるいは非圧縮状態で画像メモリ３５へ一時的に格納された後、メモリカードなど着脱自在な記録媒体５４に記録される。
【００２９】
図２は、撮像素子の積層構造を模式的に示した図である。図３は、撮像素子の所定画素の内部構造を示した図である。
【００３０】
図２に示すように、撮像素子３２では、シリコン基板７５の上に３つの光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒが入射側からこの順で積層配置されており、絶縁膜６０、６１、６２が間に介在する。光電変換層６２Ｂは、Ｂの波長域に応じた光を選択的に吸収、光電変換し、それ以外の波長域の光（Ｇ、Ｒを含む）に応じた光を透過させる。光電変換層６２Ｇは、Ｇに応じた波長域の光を吸収、光電変換し、それ以外の波長域の光を透過させる。そして、光電変換層６２Ｒは、Ｒに応じた波長域の光を吸収、光電変換し、それ以外の波長域の光を透過させる。
【００３１】
光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ，６２Ｒは、それぞれ、Ｂ、Ｇ、Ｒに応じた波長域の光を選択的に吸収し、光電変換する薄膜光電変換膜によって構成されており、ここでは有機光電変換膜から成る。光電変換層６２Ｂについては、例えばペリレン誘導体を材料とすることが可能であり、光電変換層６２Ｇについては、例えばキナクリドンを材料とし、光電変換層６２Ｒについては、フタロシアニン誘導体を材料とすることが可能である。なお、有機材料ではなく、無機材料、有機無機混合材料によって成形してもよい。
【００３２】
図３に示すように、光電変換層６２Ｂは、画素電極９２Ｂと対向電極９１Ｂとの間に挟まれており、Ｂに応じた光が入射すると電荷が発生する。発生した電荷は、プラグ６３を経由してシリコン基板７５に形成されたストレージダイオード６６Ｂに格納される。シリコン基板７５には画素信号読み出し回路７４が形成されており、駆動パルスによって画素信号がストレージダイオード６６Ｂから読み出される。
【００３３】
光電変換層６２Ｇ、６２Ｒも、それぞれ、画素電極８２Ｇ，７２Ｒと対向電極８１Ｇ、７１Ｒとに間に挟まれた構造であり、プラグ６５、６７を経由して電荷がストレージダイオード６６Ｇ，６６Ｒに格納される。画素電極７２Ｒ、８２Ｇ、９２Ｂおよび対向電極７１Ｒ，８１Ｇ，９１Ｂは、透明な電極材料によって成形されており、画素電極９２Ｂ、８２Ｇ、７２Ｒおよび対向電極７１Ｒ，８１Ｇ，９１Ｂをマトリクス状に２次元配置させることによって撮像素子３２の画素領域が規定される。
【００３４】
光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒの各画素領域は互いに向かい合っており、撮像素子３２の各画素は、３つの光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒの画素領域をもつ。光電変換層６２Ｂ上には、画素位置に合わせてマイクロレンズアレイが形成されており、各マイクロレンズに入射した光は、光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ，６２Ｒの同じ位置にある画素に入射する。Ｒ，Ｇ、Ｂのカラーフィルタとして機能する光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ，６２Ｒを撮像素子３２の各画素に積層配置することにより、撮像素子３２の各画素からＲ，Ｇ，Ｂの画素信号が出力される。なお、撮影画像において、焦点検出用画素の位置に該当する画素については、周囲の画素信号に基づいた補間処理を行う。
【００３５】
本実施形態では、光電変換層６２Ｂ，６２Ｇ、６２Ｒに焦点検出用画素（画素領域）を設け、位相方式によるＡＦ処理を実行する。以下、  図４、５を用いて焦点検出用画素について説明する。
【００３６】
図４は、光電変換層６２Ｂ，６２Ｇ、６２Ｒにそれぞれ設けられる焦点検出用画素を示した図である。図５は、撮像領域に規定される分割測距エリアを示した図である。
【００３７】
図４では、撮像素子３２の撮像領域（受光領域）ＩＭの中の一部エリア３２Ｂ、３２Ｇ、３２Ｒ（図２参照）の画素配列を示している。各光電変換層に６×６の画素ブロックＢＢを定めた場合、焦点検出用画素として斜め方向に隣接する一対の焦点検出用画素が配置されている。
【００３８】
光電変換層６２Ｂでは、焦点検出用画素対ＰＢが画素ブロックＢＢの左隅に配置されていて、光電変換層６２Ｇでは焦点検出用画素対ＰＧが画素ブロックＢＢの中央部、光電変換層６２Ｒでは焦点検出用画素対ＰＲが画素ブロックＢＢの右隅部に配置されている。焦点検出用画素対ＰＢ、ＰＧ、ＰＲは、同一光路上に重ならないように配置されている。
【００３９】
焦点検出用画素対ＰＢには、瞳分割位相差方式に従って一対の分割像を形成するため、画素半分を遮光する遮光膜ＳＬ、ＳＭがそれぞれ形成されている。遮光膜ＳＬ、ＳＭは、各焦点検出用画素対から一対の分割像が形成されるように、互いに対称的な位置に形成されている。
【００４０】
なお、焦点検出用画素対ＰＢ、ＰＧ、ＰＲは、斜め方向に隣接させて配置させる構成に限定されず、行方向、列方向に隣接させてもよい。遮光膜ＳＬ、ＳＭも、一対の瞳分割像を得られるように、焦点検出用画素対の配列方向に応じて形成位置を定めればよい。
【００４１】
多点測距によるＡＦ処理のため、撮像素子３２の撮像領域ＩＭ全体に対して複数（ここでは９つ）の分割測距エリアが規定されている（図５参照）。ＡＦ処理を行うとき、ターゲットとなる被写体が写し出されている分割測距エリアに属する焦点検出用画素対ＰＢ、ＰＧ、ＰＲに基づき、焦点検出処理が行われる。
【００４２】
図６は、システムコントロール回路４０によって実行される焦点検出処理のフローチャートである。図７は、色収差を示した図である。
【００４３】
ステップＳ１０１では、ＡＦ対象となる分割測距エリア（例えば、図５の（２，２））に対し、各光電変換層の画素信号の平均値が算出される。そして、ステップＳ１０２では、光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ，６２Ｒの画素信号平均値がそれぞれ比較され、Ｂに応じた光電変換層６２Ｂの画素信号平均値が最も大きいか否かが判断される。
【００４４】
撮影光学系２２には色収差が生じ、入射光の波長の違いによって結像位置が相違する。短波長の光ほど、結像位置が撮影光学系２２の側に近い（図７参照）。被写体に反射して撮影レンズ２０に入射する光の波長域、すなわち被写体の色は、光源の分光分布特性と被写体の分光反射率に従うことから、被写体の色や光源の違い（自然光と室内灯の違いなど）に結像位置が影響される。
【００４５】
撮像素子３２では、光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒが、この色収差による結像位置の違い（長波長の光ほどレンズから離れる）に合わせて積層されている。すなわち、光電変換層６２Ｂが撮影光学系２２の側（入射側）に最も近く、光電変換層６２Ｇ、光電変換層６２Ｒの順に積層されている。また、光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ，６２Ｒの間隔は、色収差量に応じて定められている。
【００４６】
したがって、光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ，６２Ｒの画素信号平均出力を比較したとき、最も出力レベルが高い光電変換層の深さ方向の（光軸に沿った）位置もしくはその付近に結像位置があるとみなすことができる。例えば被写体が青味を帯びた場合、光電変換層６２Ｂもしくはその付近に結像位置が定まる。
【００４７】
ステップＳ１０２において、Ｂに応じた光電変換層６２Ｂの画素信号の平均出力値が最も大きい場合、光電変換層６２Ｂの所定分割測距エリアに設けられた焦点検出用画素対を選択し、焦点検出用画素に形成される瞳分割像からデフォーカス量を検出し、合焦動作を行う（Ｓ１０３）。
【００４８】
一方、Ｇに応じた光電変換層６２Ｇの画素信号の平均出力値が最も大きい場合、光電変換層６２Ｇに設けられた焦点検出用画素が選択され、ＡＦ処理が行われる（Ｓ１０４、Ｓ１０５）。あるいは、Ｒに応じた光電変換層６２Ｒの画素信号の平均出力値が最も大きい場合、光電変換層６２Ｒに設けられた焦点検出用画素が選択され、ＡＦ処理が行われる（Ｓ１０６）。
【００４９】
このように本実施形態によれば、複数の光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒをシリコン基板７５上にこの順で入射側から積層配置させた単板式多層型撮像素子３２を設け、各光電変換層に焦点検出用画素対ＰＢ、ＰＧ、ＰＲを配置する。そして、光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒの画素信号平均値を比較して、最も大きい平均値を出力する光電変換層の焦点検出用画素を用いてＡＦ処理を実行する。
【００５０】
被写体の主要な色成分の焦点検出用画素を用いてデフォーカス量を算出することにより、色収差の影響を低減し、焦点検出誤差量を抑えることが可能となる。また、１つの光電変換層を選択し、他の光電変換層の焦点検出用画素を使用しないため、正確なＡＦ処理を短時間で実行することができる。
【００５１】
なお、平均値以外の代表値（メディアン値など）を分割測距エリアに対して算出してもよい。また、多点測距以外の測距方式にも適用可能である。
【００５２】
次に、図８、９を用いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、赤外光（ＩＲ）に応じた光電変換層を設けている。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。
【００５３】
図８は、第２の実施形態における光電変換層の積層を示した図である。撮像素子３２’には、Ｒ、Ｇ，Ｂに応じた光電変換層６２Ｂ、６２Ｇ、６２Ｒに加え、ＩＲに応じた光電変換層６２ＩＲが積層されている。光電変換層６２ＩＲは、シリコン基板７５上に設けられており、Ｓｉフォトダイオードとして構成されている。光電変換層６２ＩＲは、赤外光に応じた光を選択的に吸収し、光電変換する。そして、他の光電変換層と同様、透明な画素電極、対向電極が対向配置されており、プラグを経由してストレージダイオードに電荷が送られる。
【００５４】
図９は、第２の実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。
【００５５】
ステップＳ２０１〜Ｓ２０５の実行は、図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０５の実行と同じである。Ｒに応じた光電変換層６２Ｒの画素信号の平均出力値が最も大きい場合、光電変換層６２Ｒに設けられた焦点検出用画素が選択され、ＡＦ処理が実行される（Ｓ２０６、Ｓ２０７）。一方、ＩＲに応じた光電変換層６２ＩＲの画素信号の平均出力値が最も大きい場合、光電変換層６２ＩＲに設けられた焦点検出用画素が選択され、ＡＦ処理が実行される（Ｓ２０６、Ｓ２０８）。
【００５６】
このようにシリコンフォトダイオードをさらに積層させることにより、近赤外光に近い色の被写体に対しても色収差の影響を抑えることができる。
【００５７】
次に、図１０を用いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、各光電変換層の焦点検出用画素を用いる一方、各光電変換層の画素信号出力のレベルの違いに応じて重み付けを行う。
【００５８】
図１０は、第３の実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。
【００５９】
ステップＳ３０１では、ＡＦ対象となる分割測距エリアに対し、各光電変換層の画素信号平均出力Ｖｂ、Ｖｇ、Ｖｒが算出される。それとともに、各光電変換層の焦点検出用画素を用いて、デフォーカス量ｆｂ、ｆｇ、ｆｒが算出される（Ｓ３０２〜Ｓ３０４）。そして、算出されたＶｂ、Ｖｇ、Ｖｒの比（割合）に応じて重み付け係数を定め、最終的なデフォーカス量を算出する（Ｓ３０５）。具体的には、ｆｂ、ｆｇ、ｆｒに対し、Ｖｂ／（Ｖｂ＋Ｖｇ＋Ｖｒ）、Ｖｇ／（Ｖｂ＋Ｖｇ＋Ｖｒ）、Ｖｒ／（Ｖｂ＋Ｖｇ＋Ｖｒ）がそれぞれ乗じられ、加算される。
【００６０】
このように重み付け補間処理を行なうことにより、被写体の色がＲ，Ｇ，Ｂの色成分をまたがるような場合でも、色収差の影響を確実に低減することが可能となり、正確にデフォーカス量を算出することができる。
【００６１】
第３の実施形態では、重み付けによって全ての光電変換層の焦点検出画素信号を利用した焦点検出処理を行っているが、重み付け以外の演算方法によって各光電変換層の焦点検出画素信号の出力レベルを調整してもよい。また、３つの光電変換層のうち２つの光電変換層の焦点検出用画素を用いて演算してもよい。
【００６２】
Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の波長域の光を選択に吸収する光電変換層を形成することも可能であり、複数の光電変換層の画素信号からカラー画像を得られるように構成すればよい。この場合、吸収波長域の光が短い層から長い層の順に光路に沿って積層配置すればよい。一方、被写体の色が主要色で占められるとは限られず、複数の色がランダムに混在する被写体もあることを踏まえれば、上述した光電変換層の積層順でなく、それ以外の積層順でもよい。
【００６３】
上述した焦点検出用画素の選択、あるいは重み付けなどの調整処理をすることなく、特定の光電変換層に設けられた焦点検出用画素を用いて焦点検出処理を行ってもよい。被写体の色の違いによって検出誤差量が大きくなるのを防ぐことを考慮すると、いずれかの層を選択、調整するのではなく、焦点検出用画素を設置する層をあらかじめ定めてもよい。例えば、短波長側のＢ、長波長側のＲの中間位置にあるＧの光電変換層に焦点検出洋画素を設け、焦点検出処理を行えばよい。これにより、どのような被写体の色に対しても、焦点検出誤差量をＲ，Ｂに比べて抑えることができる。さらに言えば、複数の光電変換層の中で最も短波長の光を吸収する光電変換層と、最も長波長の光を吸収する光電変換層以外の光電変換層に焦点検出用画素を設ければよい。
【００６４】
第１〜第３の実施形態では、単一の基板上に複数の光電変換層を積層させた構造を採用しているが、シリコン基板内の光の侵入深さが波長ごとに異なることを利用して、Ｒ，Ｇ，Ｂあるいはそれ以外の波長域の光を光電変換するフォトダイオードを積層させた半導体構造を採用してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０  デジタルカメラ
３２  撮像素子
４０  システムコントロール回路
６２Ｂ  光電変換層
６２Ｇ  光電変換層
６２Ｒ  光電変換層
ＰＢ  焦点検出用画素対
ＰＧ  焦点検出用画素対
ＰＲ  焦点検出用画素対
【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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