(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズを通過した被写体像光を受光する撮像素子を有する撮像装置において、
上記撮像素子は、上記撮影レンズを通過した被写体像光を受光して撮像の為の信号を生成する撮像用領域部と、上記撮影レンズを通過した被写体像光を受光して焦点検出の為の信号を生成する焦点検出用領域部と、を具備し、
上記撮像用領域部は、
上記被写体像光を受光する受光素子群であって、その前面には所定の規則による配列で色フィルタが配置されている第１受光素子群と、
上記第１受光素子群に対して上記被写体像光を集光する第１微小レンズ群と、
を有し、
上記焦点検出用領域部は、
上記被写体像光の光束を瞳分割する第２微小レンズ群と、
上記第２微小レンズ群により瞳分割された光束をそれぞれ受光する受光素子群であって、その前面には上記所定の規則による配列で色フィルタが配置されていない一対の第２受光素子群と、
を有し、
当該撮像装置は、さらに、
上記撮像用領域部の出力に基づいて撮影画像信号を作成する画像作成部と、
上記焦点検出用領域部の出力に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備し、
上記第２受光素子は、離散的に２個乃至５個おきに、且つ、周辺に上記第１受光素子が位置するように配置され、
上記画像作成部は、上記第２受光素子が位置する部分についての画像信号を、上記第２受光素子近傍に配設されている上記第１受光素子の出力に基づいて作成する
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節機能を有し、更に電子的な撮像素子を用いて撮影を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子的な撮像素子を使用して、被写体像を電子的に撮像する撮像装置に関する種々の技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、オートフォーカス（以下、ＡＦと称する）方式として所謂「山登り方式」を採用した撮像装置に関する技術が開示されている。この山登り方式は、撮像素子で撮像した被写体像のコントラストが最大になる撮影レンズ位置を探索する方式である。
【０００４】
また、特許文献２では、ＴＴＬ位相差検出方式を採用した撮像装置に関する技術が開示されている。かかるＴＴＬ位相差検出方式では、絞り部材を駆動して瞳分割を時分割で行い、その瞳を通過した光束を撮像素子で受光して位相差検出を行っている。
【０００５】
一方、特許文献３では、ＴＴＬ位相差検出装置に関する技術が開示されている。これは、フライレンズ方式と呼ばれる方式であり、レンズアレイを通過した光束を、ラインセンサを成す一対の受光素子で受光し、ラインセンサの信号を処理して像ずれ量、即ち位相差量を計算し、フォーカシンクレンズの繰り出し量にフィードバックして焦点調節を行うものである。
【０００６】
また、特許文献４では、再結像方式を採用したＴＴＬ位相差検出装置に関する技術が開示されている。これに対して、更に特許文献５では、複数の焦点検出領域を有する再結像方式ＴＴＬ位相差検出装置に関する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２１３７３７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９７７８３号公報
【特許文献３】特公昭５７−４９８４１号公報
【特許文献４】特開平１０−２７４５６２号公報
【特許文献５】特開平８−２０１６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記山登り方式では、撮影レンズを移動させて撮像素子の被写体像のコントラストのピークを探すので、ＡＦ速度が遅いといった問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献２により示された技術では、機械的機構による絞り部材を駆動して瞳分割を行うので、駆動機構が必要になり、実装スペースを要するため小型化が困難である。さらに、分割する複数個の分割された瞳の形成に時間差が発生するため、移動する被写体に対して検出精度が大幅に劣化するという問題もある。さらに、メカニカルな絞り部材を移動させるために時間を要し、ＡＦ速度が遅くなるという問題も発生する。
【０００９】
一方、上記特許文献３により開示された焦点検出装置では、撮影レンズを通過した被写体からの光束の一部を分割して導かねばならず、光学的な制約やスペース的な制約を受けるといった問題が生じる。
【００１０】
また、上記特許文献４により開示された焦点検出装置は、上記光路分割の問題の他に再結像光学系が必要であり、更にスペース的な制約が大きくなるといった問題を有している。
【００１１】
そして、上記特許文献５により開示された焦点検出装置は、複数の焦点検出領域に対して、それぞれ再結像光学系やＡＦセンサを必要とするので、更なるコストアップ、スペース増大を招いてしまう。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、新たな機構や光学系を追加することなく、低コスト且つ省スペースで、より広い焦点検出領域を有し、ＡＦスピードを向上させ、且つ正確な焦点調節を行うことが可能な焦点調節機能を有する撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による撮像装置は、撮影レンズを通過した被写体像光を受光する撮像素子を有する撮像装置において、上記撮像素子は、上記撮影レンズを通過した被写体像光を受光して撮像の為の信号を生成する撮像用領域部と、上記撮影レンズを通過した被写体像光を受光して焦点検出の為の信号を生成する焦点検出用領域部と、を具備し、上記撮像用領域部は、上記被写体像光を受光する受光素子群であって、その前面には所定の規則による配列で色フィルタが配置されている第１受光素子群と、上記第１受光素子群に対して上記被写体像光を集光する第１微小レンズ群と、を有し、上記焦点検出用領域部は、上記被写体像光の光束を瞳分割する第２微小レンズ群と、上記第２微小レンズ群により瞳分割された光束をそれぞれ受光する受光素子群であって、その前面には上記所定の規則による配列で色フィルタが配置されていない一対の第２受光素子群と、を有し、当該撮像装置は、さらに、上記撮像用領域部の出力に基づいて撮影画像信号を作成する画像作成部と、上記焦点検出用領域部の出力に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備し、上記第２受光素子は、離散的に２個乃至５個おきに、且つ、周辺に上記第１受光素子が位置するように配置され、上記画像作成部は、上記第２受光素子が位置する部分についての画像信号を、上記第２受光素子近傍に配設されている上記第１受光素子の出力に基づいて作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、新たな機構や光学系を追加することなく、低コスト且つ省スペースで、より広い焦点検出領域を有し、ＡＦスピードを向上させ、且つ正確な焦点調節を行うことが可能な焦点調節機能を有する撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の光学系の構成図である。
【００１９】
同図に示されるように、被写体光の入射を受けるフォーカシングレンズ１ａが所定位置に配置されており、その光軸上に絞り２が配置されている。これらフォーカシングレンズ１ａと絞り２等により撮影光学系１が構成される。上記撮影光学系１を介した被写体光の光路上には、ビームスプリッタ３が配置されており、当該ビームスプリッタ３で反射された光の光路上には赤外カットフィルタ４、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと称する）５、撮像素子６が設けられている。
【００２０】
一方、上記ビームスプリッタ３を透過した光の光路上にはミラー７、ペンタプリズム８、接眼レンズ９からなるファインダ光学系１０が設けられている。
【００２１】
尚、上記絞り２は、所定の絞り開口を保持することが可能であると共に、シャッタ機能を有しており、完全に遮光する機能も有している。
【００２２】
このような構成において、撮影光学系１を通過した被写体光束の一部は、ビームスプリッタ３により下方に反射され、赤外光カットフィルタ４により赤外光成分が除去され、ＬＰＦ５によりモアレが低減された後、撮像素子６で撮像されることになる。上記ビームスプリッタ３を透過した被写体光束の一部は、ミラー７で反射された後、ペンダプリズム８、接眼レンズ９等から構成されるファインダ光学系１０に導かれ、撮影者により観察される。
【００２３】
次に図２は第１の実施の形態に係る撮像装置の電気系の構成図である。
【００２４】
同図に示されるように、マイコン３１は、全体の制御を司る中央演算処理部（以下、ＣＰＵと称する）３１ａと、リードオンリメモリ（以下、ＲＯＭと称する）３１ｂ、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭと称する）３１ｃ、アナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤＣと称する）３１ｄ、不揮発性メモリたるＥＥＰＲＯＭ３１ｅを少なくとも有している。
【００２５】
さらに、上記マイコン３１は、レンズ駆動部３２、絞り駆動部３３、撮像素子制御部４３、表示部４６、ファーストレリーズスイッチ（以下、１ＲＳＷと称する）４７、セカンドレリーズスイッチ（以下、２ＲＳＷと称する）４８、エリア選択ＳＷ４９と電気的に接続されている。
【００２６】
そして、上記撮像素子制御部４３の出力は撮像素子１６（図１の撮像素子６と同一）の入力に接続されており、当該撮像素子１６の出力は映像信号処理部４２の入力に接続されている。そして、この映像信号処理部４２の出力は、記録部４４、測光・露出演算部４５、表示部４６、焦点検出演算部５０、オートホワイトバランス（以下、ＡＷＢと称する）部５１の入力にそれぞれ接続されている。
【００２７】
そして、上記測光・露出演算部４５の出力と、上記焦点検出演算部５０の出力は上記マイコン３１の入力に接続されている。
【００２８】
このような構成において、上記マイコン３１は、その内部のＲＯＭ３１ｂに格納されたシーケンスプログラムに従って一連の動作を行う。また、上記マイコン３１の内部のＥＥＰＲＯＭ３１ｅには、焦点調節、測光・露出演算、ＡＷＢ等に関する補正データがカメラ毎に記憶されている。上記撮像素子６は、撮影光学系１により形成される被写体像を撮像して電気信号に変換する。
【００２９】
上記映像信号処理部４２は、撮像素子６からの画素信号である電気信号を処理して映像信号を作成する。その詳細な構成は後述する。
【００３０】
上記測光・露出演算部４５は、上記映像信号処理部４２において処理された映像信号に基づいて測光値、露出制御値を算出する。また、撮像素子制御部４３は、上記測光・露出演算部４５の出力であるシャッタスピードに基づいて、撮影時の撮像素子６の電子シャッタを制御する。この実施の形態では、上記測光部・露出演算部４５の露出演算により算出された絞り値データに基づいて、撮影時に撮影光学系１内の絞り２の制御が行われることになる。
【００３１】
上記絞り駆動部３３は、マイコン３１からの司令に基づいて、絞り２を駆動する。さらに、焦点検出演算部５０は、上記映像信号処理部４２において処理された映像信号に基づいて焦点検出演算を行う。この焦点検出演算の結果、合焦の判定データやフォーカシンクレンズ駆動量等をマイコン３１に送信する。
【００３２】
上記ＡＷＢ部５１は、上記映像信号処理部４２において処理された映像信号に基づいてホワイトバランスを自動的に制御する。表示部４６は、マイコン３１の制御の下、撮像素子６により撮像された映像やカメラ内部の情報を液晶表示素子（LCD；liquid  Crystal  Display）等により表示する。
【００３３】
１ＲＳＷ４７，２ＲＳＷ４８はレリーズボタンに連動したスイッチで、レリーズボタンの第１段階の押し下げにより１ＲＳＷ４７がオンし、引き続いて第２段階の押し下げで２ＲＳＷ４８がオンする。エリア選択ＳＷ４９はＡＦエリアを選択するためのスイッチであり、オンする毎に予め決まられたＡＦエリアを移動選択する。マイコン３１は１ＲＳＷ４７オンで測光、ＡＦ動作を行い、２ＲＳＷ４８オンで露出動作と画像記録動作を行う。
【００３４】
以上の他、レンズ駆動部３２は、マイコン３１からの司令に基づいて、フォーカシンクレンズ１ａを駆動する。
【００３５】
ここで、図３は上記撮像素子６の詳細な構成を示す図である。
【００３６】
同図に示されるように、ＭＯＳ型センサたる撮像素子６は、受光素子であるフォトダイオードをそれぞれ含む複数の画素ユニット１１０が二次元状に配列され、制御部１１１により各画素ユニット１１０の蓄積動作が制御されるような構成となっている。上記制御部１１１は、Ｘシフトレジスタ１１２，Ｙシフトレジスタ１１３を制御して、画素ユニットの出力ＳｎをスイッチＳＷｘｎ，ＳＷｙｎ選択して、出力部１１４により外部に出力する。
【００３７】
さらに、図４（ｃ）には、上記撮像素子６を機能的に２つの部分に分けて示し説明する。同図に示されるように、撮像素子６は、画素信号を撮影用に用いるための撮像部１００と、画素信号を焦点検出用に用いる為の焦点検出部２００とで構成されている。この撮像部１００は、略全面に形成されており、焦点検出部２００は、その一部分に形成されている。さらに、撮影画面１２０において、焦点検出領域２００Ａは光軸上に配置されており、焦点検出領域２００Ｂは光軸外で且つ焦点検出領域２００Ａに対して垂直な方向に配置されている。
【００３８】
これに対して、受光素子たるフォトダイオードの前面には、それぞれマイクロレンズが構成されている。撮像素子の光感度を向上させる技術としては、各フォトダイオードに対応した位置にマイクロレンズを設けることにより、入射光を効率よく受光部に集光する、所謂オンチップマイクロレンズと呼ばれる技術が確立されている。撮像部１００においては、マイクロレンズは、上記のように光感度を最適にするように設定されている。
【００３９】
図４（ａ）は撮像素子１６上の受光素子たるフォトダイオードの配列を示す図である。焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃには、一対のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂのユニットを複数個配列されている。また、撮像部１００にはフォトダイオード１０１が配列されている。
【００４０】
図４（ｂ）はフォトダイオードとマイクロレンズの配置を示す図である。
【００４１】
焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃでは、一対のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂに対してマイクロレンズ２０６が、撮像部１００では、フォトダイオード１０１に対してマイクロレンズ１０６が、それぞれ配置されている。
【００４２】
次に、図５はオンチップマイクロレンズを形成した撮像素子の一般的な断面構成を示す図である。尚、本実施の形態に係る撮像装置における上記撮像素子６の撮像部１００は、この図５と略同様の構成となっている。
【００４３】
この図５に示されるように、シリコンからなる半導体基板内１３１には、拡散層等により受光部１３３を構成するフォトダイオードが形成されている。
【００４４】
また、このフォトダイオードの出力を増幅する回路を構成する回路部１３２やゲート電極１３４等は、遮光膜１３５により被覆されている。さらに、上記受光部１３３は、遮光膜１３５の開口に対応して形成されており、受光部１３３上及び遮光膜１３５の上には色フィルタ１３７が形成されている。さらに、この色フィルタ１３７の上には、所定の曲率ｒを有し焦点距離ｆ１の球面であるマイクロレンズ１３９が形成されている。
【００４５】
一方、焦点検出部２００に対応するマイクロレンズ２０６は、撮像部１００のマイクロレンズ１０６（１３９）とは曲率、焦点距離等の特性が異なっており、マイクロレンズ２０６のほぼ焦点面に一対の受光素子であるフォトダイオードＡ，Ｂが配置されている。そして、マイクロレンズ２０６は、図６に示すように撮影光学系１１を通過する光束を瞳分割して、各分割光束を一対の受光素子Ａ，Ｂにそれぞれ入射するように作用する。
【００４６】
尚、焦点検出原理については、前述の特公昭５７−４９８４１号公報に開示の位相差検出方式と同様である為、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４７】
次に、図７には上記焦点検出部２００における合焦、前ピン、後ピンの各例を示し説明する。尚、実際には、マイクロレンズＬｎ群、受光素子Ａｎ，Ｂｎ群は固定されており、撮影光学系１の位置が移動するのであるが、ここでは、説明の便宜上、撮影光学系１の位置を固定として相対位置関係を説明する。
【００４８】
マイクロレンズＬｎの焦点距離はｆ２であり、マイクロレンズＬｎと受光素子フォトダイオードＡｎ，Ｂｎ間の距離に略等しい。
【００４９】
先ず、合焦時は、同一の被写体からの光東であり異なる射出瞳を通過した光線Ｒ１，Ｒ２及びＲ３，Ｒ４…は、各マイクロレンズＬｎの光軸を中心に隣合うＡｎとＢｎが受ける受光量が一致する。例えば、光線Ｒ３，Ｒ４に対してマイクロレンズＬ２と受光素子Ａ２，Ｂ２が対応する。
【００５０】
前ピンの場合は、異なるマイクロレンズを通った光の受光素子Ａ，Ｂの受光量、即ち隣り合わない受光素子Ａ，Ｂの受光量が一致する。例えば、同一被写体からの光線Ｒ３，Ｒ４に対してはマイクロレンズＬ３と受光素子Ｂ３、マイクロレンズＬ１と受光素子Ａ１がそれぞれ対応するので、像が２ピッチ分ずれる。
【００５１】
一方、後ピンの場合は、受光量が一致している検出素子は隣り合っているが、それら隣り合っている受光素子に入射する光は異なるマイクロレンズを通った光となる。例えば、同一被写体からの光線Ｒ３，Ｒ４に対してマイクロレンズＬ１と受光素子Ｂ１、マイクロレンズＬ３と受光素子Ａ３がそれぞれ対応するので、前ピン時とは逆方向に２ピッチ分だけ像がずれる。
【００５２】
このようにピントずれ量に応じて像ずれが発生する。実際には、上記１ピッチ単位の像ずれ量（位相産量）では焦点検出精度が低下するので、公知の補間演算等の処理を行って１ピッチ分以下の焦点検出を行う。このように像ずれ量を検出することで、撮影レンズのピントずれ量を求めることができる。
【００５３】
ここで、図８（ａ）には、先に図３に示した、水平方向と垂直方向に二次元状に配置されている画素ユニットのうち、撮像部１００部分に位置する画素ユニット１１０の構成を示し説明する。
【００５４】
同図に於いて、画素ユニット１１０においては、そのフォトダイオード１０１の出力は、フォトダイオード１０１の発生する電荷を増幅する画素増幅回路１０２に入力される。この画素増幅回路１０２は、初段アンプ１０４とサンプルホールド部１０５とで構成されている。
【００５５】
上記初段アンプ１０４はアンプＡ１、蓄積コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１からなり、積分器を構成している。そして、この初段アンプ１０４の出力は、サンプルホールド部１０５に入力される。上記サンプルホールド部１０５は、スイッチＳＷ２、ホールドコンデンサＣ２、バッファＡ２で構成されている。
【００５６】
そして、上記スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンにより、画素ユニット１１０は初期化され、続いてスイッチＳＷ１のオフにより、蓄積動作が開始される。更に、スイッチＳＷ２のオフにより、蓄積レベルがホールドコンデンサＣ２にホールドされ、蓄積動作を終了する。尚、上記スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン、オフのタイミングは、上記制御部１１１により制御される。
【００５７】
さらに、上記ホールドコンデンサＣ２にホールドされた蓄積レベルは、バッファＡ２を介してＶｓｎに出力され、上記Ｘシフトレジスタ１１２，Ｙシフトレジスタ１１３により選択されて出力部１１４に出力される。
【００５８】
そして、上記焦点検出部２００は、マイクロレンズ群による撮影レンズ１１の射出瞳において分割された光束をそれぞれ受光する一対のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂと、上記フォトダイオード２０１ａ，２０１ｂの発生電荷を増幅する画素増幅回路２０２ａ，２０２ｂとからなる画素ユニット２１０を配列して構成されている。
【００５９】
一方、図８（ｂ）は上記画素ユニット２１０の詳細な構成を示す図である。
【００６０】
同図に示されるように、画素増幅回路２０２ａ，２０２ｂは、それぞれ上記画素増幅回路１０２と同様の回路構成となっている。画素増幅回路２０２ａ，２０２ｂの出力は、上記制御部１１１により制御されるスイッチＳＷａ，ＳＷｂを介して選択的に出力Ｖｓｎに接続される。出力Ｖｓｎは、上記画素ユニット１０３と同様に、画素ユニット２１０の外部で前記Ｘシフトレジスタ１１２，Ｙシフトレジスタ１１３により選択されて出力部１１４に出力される。
【００６１】
上記撮像部１００のフォトダイオード１０１の前面には色フィルタが配置されている。この色フィルタの配列は、図９に示されるような所謂ベイヤー配列となっている。即ち、図９において、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤、緑、青を選択的に透過する色フィルタを示している。
【００６２】
一方、焦点検出部のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂの前面には色フィルタを配置しておらず、撮像部１００のみを配列している。
【００６３】
このように、複数の焦点検出領域２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃについて焦点検出を行い、そのうちの例えば最も近い被写体を自動的に選択する等の公知のアルゴリズムによる処理が可能となる。また、撮影者は後述するエリア選択スイッチ４９によりＡＦエリアを選択して、そのエリアについて合焦させる事が可能である。焦点検出エリア２００Ａでは、撮影画面１２０に対して、横方向にコントラストがある被写体、例えば縦線について焦点検出が可能である。
【００６４】
これに対して、焦点検出エリア２００Ｂ，２００Ｃでは、図９に示す撮影画面１２０に対して縦方向にコントラストがある被写体、例えば横線について焦点検出が可能である。従って、一方向のコントラストしか有していない被写体に対しても焦点検出することが可能である。
【００６５】
ところで、画像作成時には、焦点検出領域２００Ａ〜２００Ｃ部分については画像データが無いので補う必要がある。
【００６６】
この画像データを補う方法に説明すると、先に示した図４（ａ）において、例えば焦点検出領域２００Ａのフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂ部分については、その周辺画素であり且つ撮像部１００に属するフォトダイオード１０１Ａ〜１０１Ｅの画素信号を用いて補間することにより求める。
【００６７】
このとき、同一色フィルタの画素データのみを使用してもよいことは勿論である。補間演算の方法については、フォトダイオード１０１Ａ〜１０１Ｅの画素信号を単純平均したり重み付け平均する等の様々な方法を採用することができる。かかる方法は既に公知である為、詳細な説明は省略する。
【００６８】
次に、図１０には上記映像信号処理部４２の詳細な構成を示し説明する。
【００６９】
この図１０に於いて、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）除去回路７８は、撮像素子１６の画像信号からＦＰＮ等を除去する。ゲインコントロールアンプＡＭＰ７９は、上記ＦＰＮ除去回路７８の出力を所定のゲインで増幅する。
【００７０】
Ａ／Ｄコンバータ８０は、上記ゲインコントロールアンプ７９の出力をＡＤ変換してデジタル信号に変換する。プロセス処理回路８１は、デジタル信号に変換された映像信号に各種の処理を行うものである。
【００７１】
撮像素子制御部４３は、撮像素子１６に対して駆動信号を出力して、その動作を制御する。かかる撮像素子制御部４３は、タイミングジェネレータ８２とシグナルジェネレータ８３により構成されている。
【００７２】
即ち、タイミングジェネレータ（ＴＧ）８２は、撮像素子１６を駆動するための駆動パルス等の駆動信号を発生すると共に、上記ＦＰＮ除去回路７８のサンプルホールドパルス、上記Ａ／Ｄコンバータ８０のＡＤ変換タイミングパルスを発生する。シグナルジェネレータ（ＳＧ）８３は、上記タイミングジェネレータ８２とマイコン３１との同期をとるための信号を発生する。
【００７３】
記録部４４は、ＤＲＡＭ８４と圧縮伸張回路８５、記録媒体８６で構成されている。上記映像信号処理部４２内のプロセス処理回路８１から出力される映像信号（画素データ）は、ＤＲＡＭ８４に記憶される。圧縮伸張回路８５では、このＤＲＡＭ８４に蓄積された画素データのデータ量を減らして記録するための圧縮処理と、記録媒体８６から読み出した圧縮データを復元するための伸長処理とを行う。記録媒体８６は、上記圧縮された静止画データを記録する。
【００７４】
以下、図１１のフローチャートを参照して、マイコン３１の動作を詳細に説明する。尚、以下の説明では、図１２のタイムチャートを適宜参照する。
【００７５】
不図示の電源ＳＷがオンされるか電池が挿入されると、マイコン３１は動作を開始し、内部のＲＯＭ３１ｂに格納されたシーケンスプログラムを実行する。
【００７６】
即ち、本シーケンスに入ると、先ず撮像装置内の各ブロックの初期化を行う（ステップＳ１）。続いて、１ＲＳＷ４７の状態を検出する（ステップＳ２）。
【００７７】
１ＲＳＷ４７がオフの場合は、撮像素子６の撮像部における蓄積（露光）、読み出し動作である撮像動作を行い（ステップＳ５）、映像信号処理部４２からの撮像部１００の映像信号に基づいて、測光・露出演算部４５が測光、露出演算を行い、本露光撮影（画像記録）時の絞り１２の絞り制御値、撮像素子６の電子シャッタスピード等を計算し（ステップＳ６）、上記ステップＳ２に戻る。
【００７８】
一方、１ＲＳＷ４７がオンの場合は、撮像素子６の焦点検出部２００の蓄積動作（ＡＦ用露光）を行い、焦点検出部２００の画像信号を読み出して（ステップＳ３）、それに基づく焦点検出演算を行う（ステップＳ４）。
【００７９】
尚、この焦点検出演算は、図１２（ｆ）のタイミングＦ１で実行されるものであり、焦点検出エリア２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃにおける演算結果を比較し、最も近距離のエリアを選択する等といった公知の方法を採用できる。
【００８０】
続いて、焦点検出演算の結果が合焦か非合焦かを判別し（ステップＳ７）、合焦ならばステップＳ９に移行する。また、非合焦の場合はステップＳ８に移行し、焦点検出演算結果に基づいて合焦になるようなフォーカシングレンズ１ａの移動量を算出し駆動する。そして、上記ステップＳ２に戻り、上述したようなＡＦ動作が繰り返されることになる。このフォーカシングレンズ１ａの駆動は図１２（ｆ）のタイミングＦ２で実行されるものである。
【００８１】
ステップＳ９では、２ＲＳＷ４８がオンされているか検出し、オンされている場合はステップＳ１０に進む。一方、２ＲＳＷ４８がオフの場合は上記ステップＳ２に移行し、２ＲＳＷ４８のオンを待ちつつＡＦ動作を継続する。
【００８２】
続くステップＳ１Ｏ以降では、本露光動作を行う。
【００８３】
即ち、マイコン３１は絞り制御部３３を制御して、絞り２を露出用絞り値に絞り込み（ステップＳ１０）、撮像素子制御部４３は電荷リセット信号ＲＥＳをオフして（図１２（ｂ）参照）撮像素子６の蓄積をスタートさせ、露出演算に基づく電子シャツタスピードで制御して本露光を行う（ステップＳ１１）。
【００８４】
この本露光動作は、図１２（ｆ）のＦ３のタイミングで実行される。
【００８５】
この電子シャッタ動作は、撮像素子制御部４３によりシャツタスピードに応じた所定のタイミングで電荷記憶信号ＨＯＬＤを発生して、フォトダイオード１０１の蓄積電荷をホールドすることによる（図１２（ｃ）参照）。
【００８６】
次いで、撮像素子制御部４３は画像読み出し信号ＤＣＬＫを撮像素子１６に出力し、映像信号処理部４２は信号ＤＣＬＫ（図１２（ｄ）参照）に同期して出力される撮像部１００の画像信号（撮像素子信号）をＡ／Ｄ変換して読み出す（ステップＳ１２）。尚、上記画像データの読み出しは、図１２（ｆ）のＦ４のタイミングで実行されるものである。
【００８７】
さらに、マイコン３１は絞り制御部３３を制御して、絞り開放のコマンドを送信して絞り１２を開放状態にし（ステップＳ１３）、読み出した画像信号の圧縮等の処理を行い、その後記録媒体８６に格納する（ステップＳ１４）。この画像処理及び記録動作は図１２（ｆ）のＦ５のタイミングで行われる。
【００８８】
以上で一連の撮影動作を終了して上記ステップＳ２に戻り、前述した動作を繰り返すことになる。
【００８９】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００９０】
第２の実施の形態は、前述した第１の実施の形態に対して、焦点検出領域の配置を変化させたものである。
【００９１】
先ず、図１３は第２の実施の形態に係る撮像装置における撮像素子の焦点検出領域の配置の様子を示す図である。
【００９２】
同図に示されるように、撮影画面１２０において、撮影レンズの光軸上を中心として撮影画面１２０の長辺方向に平行に配置される焦点検出領域３００Ａと、撮影レンズの光軸を中心とし、焦点検出領域３００Ａと垂直な方向に配置される３００Ｂとを有している。
【００９３】
図１４は第２の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子におけるフォトダイオードの配置を示している。
【００９４】
前述した第１の実施の形態と同様に、撮像素子６の全面にわたって撮像部１００が形成されており、図１４に示されるように、焦点検出領域に対応する部分に焦点検出部３００Ａ，３００Ｂが形成されている。
【００９５】
この焦点検出部３００Ａのフォトダイオード３０１ａ，３０１ｂの対は、撮影画面１００の長辺に平行に複数個配列され、これらにより焦点検出領域を形成している。これに対して、焦点検出領域３００Ｂのフォトダイオード３０１ｃ，３０１ｄの対は、撮影画面の長辺と垂直、即ち短辺方向に平行に複数個配列され、これらにより焦点検出領域を形成している。
【００９６】
第２の実施の形態では、このように十字型焦点検出領域を設けることで、撮影画面の中央付近の領域に存在する被写体に対して、コントラストの方向に関わらず焦点検出することを可能としている。
【００９７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００９８】
図１５は第３の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子の配置を示す図である。
【００９９】
この第３の実施の形態は、上記第２の実施の形態において示した十字型焦点検出領域の組み合わせを、更に複数個有するものである。
【０１００】
十字型焦点検出領域４１０Ａは、水平焦点検出領域４００Ａと垂直焦点検出領域４００Ｂとからなる。同様な十字型焦点検出領域４１０Ａ〜４１０Ｅ付近における撮像素子６上のフォトダイオードの配置は、全て上記図１４と同様に配置されている為、ここでは重複した説明を省略する。
【０１０１】
第３の実施の形態では、十字型焦点検出領域の数を更に増加させているので、撮影画面全域において、被写体コントラストの方向の影響を受けずに焦点検出することが可能となる。
【０１０２】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１０３】
図１６は第４の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子の配置を示す図である。
【０１０４】
この第４の実施の形態は、撮影画面１２０の辺に対して斜めに焦点検出領域を伸ばした構成とし、更に２列の焦点検出領域５１０Ａ，５１０Ｂを十字型に配置して十字型焦点検出領域５０１Ａを形成している。更に、上記十字型焦点検出領域５０１Ａを複数個配置している。尚、十字型焦点検出領域５０１Ａとその周辺の画素構成は図１７に示される通りである。
【０１０５】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１０６】
この第５の実施の形態は、上記第１の実施の形態の変形例であり、当該第１の実施の形態とは画素ユニットの構成が異なっている。
【０１０７】
図１８（ａ）は第５の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子における焦点検出領域２００Ａの構成を示す図であり、図１８（ｂ）は当該焦点検出領域２００Ａの画素ユニット２１０の構成を示す図である。  
図１８（ａ）に示されるように、第５の実施の形態では、焦点検出領域２００Ａにおいて、一対のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂの他に撮像用のフォトダイオード２０１ｃ有している。
【０１０８】
さらに、図１８（ｂ）において、焦点検出時にはスイッチＳｗｇをオフした状態で蓄積動作を行う。この場合は、前述した第１の実施の形態と全く同じ動作を行うこととなる。
【０１０９】
これに対して、記録画像撮像時には、前述した第１の実施の形態では、焦点検出部２００Ａは蓄積動作を行わなかったが、第５の実施の形態では、撮像部１００と同時に蓄積動作を行う。
【０１１０】
そのとき、スイッチＳＷｇをオンとして、フォトダイオード２０１ｃの出力も画素増幅回路２０２ａに入力させることで、瞳分割光束だけではなく、瞳分割光束を含むより広い光束を受光し、電圧信号に変換する。
【０１１１】
そして、得られたフォトダイオード２０１ａ，２０１ｃの加算画素信号とフォトダイオード２０１ｂの画素信号を加算することによって、全体光束を受光する場合に対応する画像信号を得ることができる。
【０１１２】
このようにして、焦点検出領域２００Ａ〜２００Ｃのそれぞれについて同様に画像信号を作成することで、より高画質な画像を得ることができる。
【０１１３】
図１９は前述した第４の実施の形態（図１７）に対して、第５の実施の形態を適用した場合の焦点検出部５１０Ａのフォトダイオードの配置を示す図である。
【０１１４】
同図に示されるように、フォトダイオード５０１ａ，５０１ｂの他に画像用フォトダイオード５０１ｃを有している。記録撮像時にはフォトダイオード５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの受光量を加算した画像信号を作成する。
【０１１５】
尚、前述したように、撮像部１００のマイクロレンズ１０６と、焦点検出部２００のマイクロレンズ２０６とは光学的特性が異なるので、受光光量が異なるが、この光量差は予めＥＥＰＲＯＭ３１ｅに記憶されており、焦点検出部２００の画素ユニット毎に補正して撮像部１００に合わせることとしている。
【０１１６】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１１７】
第６の実施の形態は、前述した第１の実施の形態を変形したものであり、特にフォトダイオードの配置が異なっている。
【０１１８】
図２１は第６の実施の形態に係る撮像装置における撮像素子の焦点検出部の配置を示す図である。
【０１１９】
同図に示されるように、焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃにおいて、焦点検出用の一対のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂからなるユニットと撮像用フォトダイオード１０１とが交互に配置されている。このような構成では、焦点検出用フォトダイオードの検出ピッチは、第１の実施の形態に対して２倍となる。その為、焦点検出精度は約１／２に低下するが、焦点検出領域２００Ａ〜２００Ｃ周辺の画像の質としては向上させることができる。
【０１２０】
焦点検出領域２００Ａのフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂ部分については、その周辺画素であり、画素データとして有効なフォトダイオード１０１Ａ〜１０１Ｈの画素信号を用いて補間することにより求める。
【０１２１】
第６の実施の形態では、前述した第１の実施の形態に比較して、補間演算用の有効画素データ数が増加するので、画像の質をより向上させることができる。
【０１２２】
尚、焦点検出用の一対のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂからなるユニットと撮像用フォトダイオード１０１を交互に配置しているが、必要精度に応じて２〜５個おき等に変形可能であることは勿論である。
【０１２３】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
【０１２４】
第７の実施の形態は、前述した第１の実施の形態の変形であり、特にフォトダイオード上の色フィルタの配置が異なっている。
【０１２５】
図２０は第７の実施の形態に係る撮像装置における撮像素子の焦点検出部の配置を示す図である。
【０１２６】
前述した第１の実施の形態においては、焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃには色フィルタを配置していないが、第７の実施の形態では、焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃを含めて撮像部１００と同様に、ベイヤー配列に従って規則的に色フィルタを配列している。実際の焦点検出時には、焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃにおいて同一色フイルタの画素データを選択して焦点検出演算を行う。
【０１２７】
尚、色Ｇの画素信号又は色Ｂの画素信号について、それぞれ単独で焦点検出演算を行い、両者を平均処理したり、信頼性の高い一方のみを選択してもよいことは勿論である。この場合、焦点検出の検出ピッチが粗くなるが、記録画像作成時には焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃ内の画素信号情報も採用することが可能になり、画像の質を向上させることができる。
【０１２８】
また、記録画像作成時に、例えば焦点検出領域２００Ａについては、画素信号２０１ａと２０１ｂ（色Ｇ）とを加算してその部分の画素データとして採用する。さらに周辺の色Ｇの画素信号１０１Ａ〜１０１Ｄも考慮して補間処理等を行うことが考えられる。色Ｂの画素についても同様に処理すればよい。
【０１２９】
以上説明したように、本発明では、撮像素子と同一チップ上に瞳分割微小レンズ群と瞳分割光東を受光する一対の受光素子群とを複数領域において形成し、上記受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行うので、低コスト、省スペースであり、広視野な焦点検出領域を有すると共に、高速で高精度な焦点調節機能を有した撮像装置を提供することが可能となる。
【０１３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形態では、撮像素子をＭＯＳ型センサとして説明したが、ＣＣＤやその他のタイプの固体撮像素子であってもよい。
【０１３１】
尚、本発明の上記実施の形態には、以下の発明が含まれる。
【０１３２】
（１）撮影レンズを通過し、受光面上に結像した光学像の光電変換を行う撮像素子を有する撮像装置において、
上記受光面を焦点位置とし、それぞれ２次元配列された第１及び第２微小レンズアレイと、
上記第１微小レンズアレイの焦点位置付近に配され、それぞれ第１映像信号を出力するための、単一の受光素子を構成単位とする第１受光素子群と、
上記第２微小レンズアレイの焦点位置付近に配され、それぞれ第２映像信号を出力するための、一対の受光素子を構成単位とする第２受光素子群と、
を具備し、
上記第２微小レンズアレイと上記第２受光素子群とを規則的に配列した焦点検出ブロック列を、複数個配置して形成したことを特徴とする撮像装置。
【０１３３】
（２）上記（１）において、複数の上記焦点検出ブロック列は、互いに、上記第２受光素子群の配列方向が異なるように配置されている。
【０１３４】
（３）上記（１）において、上記第１受光素子群と、上記第２受光素子群とは、該撮像素子上における配列ピッチが異なる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の光学系の構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る撮像装置の電気系の構成図である。
【図３】撮像素子６の詳細な構成を示す図である。
【図４】撮像素子６の詳細な構成を示す図である。
【図５】オンチップマイクロレンズを形成した撮像素子の一般的な断面構成を示す図である。
【図６】撮影光学系１１を通過する光束を瞳分割して、各分割光束を一対の受光素子Ａ，Ｂにそれぞれ入射する様子を示す図である。
【図７】焦点検出部２００における合焦、前ピン、後ピンの各例を示す図である。
【図８】（ａ）は、先に図３に示した、水平方向と垂直方向に二次元状に配置されている画素ユニットのうち、撮像部１００部分に位置する画素ユニット１１０の構成を示す図であり、（ｂ）は上記画素ユニット２１０の詳細な構成を示す図である。
【図９】ベイヤー配列を示す図である。
【図１０】映像信号処理部４２の詳細な構成を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る撮像装置のマイコン３１の動作を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図１２】第１の実施の形態に係る撮像装置のマイコン３１の動作を詳細に説明するためのタイムチャートである。
【図１３】第２の実施の形態に係る撮像装置における撮像素子の焦点検出領域の配置の様子を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子におけるフォトダイオードの配置を示す図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子の配置を示す図である。
【図１６】第４の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子の配置を示す図である。
【図１７】十字型焦点検出領域５０１Ａとその周辺の画素構成を示す図である。
【図１８】（ａ）は第５の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子における焦点検出領域２００Ａの構成を示す図であり、（ｂ）は当該焦点検出領域２００Ａの画素ユニット２１０の構成を示す図である。
【図１９】第４の実施の形態（図１７）に対して、第５の実施の形態を適用した場合の焦点検出部５１０Ａのフォトダイオードの配置を示す図である。
【図２０】第６の実施の形態に係る撮像装置における撮像素子の焦点検出部の配置を示す図である。
【図２１】第７の実施の形態に係る撮像装置における撮像素子の焦点検出部の配置を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１…撮影光学系、  １ａ…フォーカシングレンズ、  ２…絞り、  ３…ビームスプリッタ、  ４…赤外カットフィルタ、  ５…ＬＰＦ、  ６…撮像素子、  ７…ミラー、  ８…ペンタプリズム、  ９…接眼レンズ、  １０…ファインダ光学系。
【図１】
0004567712.tif 000002
【図２】
0004567712.tif 000003
【図３】
0004567712.tif 000004
【図４】
0004567712.tif 000005
【図５】
0004567712.tif 000006
【図６】
0004567712.tif 000007
【図７】
0004567712.tif 000008
【図８】
0004567712.tif 000009
【図９】
0004567712.tif 000010
【図１０】
0004567712.tif 000011
【図１１】
0004567712.tif 000012
【図１２】
0004567712.tif 000013
【図１３】
0004567712.tif 000014
【図１４】
0004567712.tif 000015
【図１５】
0004567712.tif 000016
【図１６】
0004567712.tif 000017
【図１７】
0004567712.tif 000018
【図１８】
0004567712.tif 000019
【図１９】
0004567712.tif 000020
【図２０】
0004567712.tif 000021
【図２１】
0004567712.tif 000022