(57)【要約】【課題】撮像素子のコストを低減する。【解決手段】撮像素子は、光電変換する膜を用いて第１および第２の色成分の光をそれぞれ光電変換する第１および第２の光電変換部を有する第１の撮像部と、光電変換する膜を用いて第１の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第３の光電変換部と、光電変換する膜を用いて第２の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第４の光電変換部とを有する第２の撮像部と、を備える。【選択図】図４
2017098513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換する膜を用いて第１および第２の色成分の光をそれぞれ光電変換する第１および第２の光電変換部を有する第１の撮像部と、
光電変換する膜を用いて前記第１の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第３の光電変換部と、光電変換する膜を用いて前記第２の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第４の光電変換部とを有する第２の撮像部と、を備える撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記光電変換する膜は、有機光電変換膜である撮像素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像素子において、
前記第１の光電変換部を透過した透過光の色成分は、前記第１の色成分と補色の関係にあり、
前記第２の光電変換部を透過した透過光の色成分は、前記第２の色成分と補色の関係にある撮像素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１および第２の光電変換部からの光電変換信号を読み出す第１の読み出し回路と、前記第３および第４の光電変換部からの光電変換信号を読み出す第２の読み出し回路とが設けられた半導体基板をさらに備え、
前記第２の撮像部は、前記半導体基板の一方の面に設けられ、
前記第１の撮像部は、前記第２の撮像部を介して前記半導体基板の前記一方の面に設けられている撮像素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１の光電変換部の光電変換する膜と前記第３の光電変換部の光電変換する膜との間には、透明な第１の共通電極が設けられ、
前記第２の光電変換部の光電変換する膜と前記第４の光電変換部の光電変換する膜との間には、透明な第２の共通電極が設けられている撮像素子。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像素子において、
前記第１の共通電極と前記第２の共通電極とは同一の電極である撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記第１および第２の色成分とは異なる第３の色成分の光を光電変換する第５の光電変換部をさらに有し、
前記第２の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記第５の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第６の光電変換部をさらに有する撮像素子。
【請求項８】
請求項４に記載の撮像素子において、
前記第１の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記第１および第２の色成分とは異なる第３の色成分の光を光電変換する第５の光電変換部をさらに有し、
前記第２の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記第５の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第６の光電変換部をさらに有し、
前記第１の読み出し回路は、前記第５の光電変換部からの光電変換信号をさらに読み出し、
前記第２の読み出し回路は、前記第６の光電変換部からの光電変換信号をさらに読み出す撮像素子。
【請求項９】
請求項７または８に記載の撮像素子において、
前記第５の光電変換部を透過した透過光の色成分は、前記第３の色成分と補色の関係にある撮像素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第１の撮像部から出力される光電変換信号によって、第１の画像データを生成する第１の画像データ生成部と、
前記第２の撮像部から出力される光電変換信号によって、第２の画像データを生成する第２の画像データ生成部とを備える撮像装置。
【請求項１１】
入射光を受光する第１の撮像部と、
前記第１の撮像部を透過した透過光を受光する第２の撮像部とを備え、
前記第１の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記入射光をそれぞれ光電変換する、第１の方向に配置された第１および第２の光電変換部を有する第１画素を有し、
前記第２の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記透過光をそれぞれ光電変換する、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配置された第３および第４の光電変換部を有する第２画素を有する撮像素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像素子において、
前記第１および第２の光電変換部は、前記入射光の第１の色成分の光を吸収して光電変換し、
前記第３および第４の光電変換部は、前記第１の色成分とは補色の関係にある第２の色成分の前記透過光を吸収して光電変換する撮像素子。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の撮像素子と、
前記第１および第２の光電変換部からの第１信号に基づき結像光学系の焦点検出を行う第１の位相差式焦点検出部と、
前記第３および第４の光電変換部からの第２信号に基づき前記結像光学系の焦点検出を行う第２の位相差式焦点検出部と、
前記第１の位相差式焦点検出部での焦点検出結果、および、前記第２の位相差式焦点検出部での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節部とを備える焦点調節装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の撮像素子と、
前記第１の光電変換部からの第１信号と前記第２の光電変換部からの第２信号に基づき結像光学系の焦点検出を行う第１の位相差式焦点検出部と、
前記第３の光電変換部からの第３信号と前記第４の光電変換部からの第４信号に基づき前記結像光学系の焦点検出を行う第２の位相差式焦点検出部と、
前記第１の位相差式焦点検出部での焦点検出結果、および、前記第２の位相差式焦点検出部での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節部と、
前記第１信号と前記第２信号とを加算して、および／または、前記第３信号と前記第４信号とを加算して、画像信号を生成する画像信号生成部と、を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子、撮像装置および焦点調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に積層された有機光電変換膜からなる第１の光電変換部と、半導体基板に形成されたフォトダイオードからなる第２の光電変換部とを備える撮像素子が知られている（特許文献１参照）。
上記従来の撮像素子は、その構造的な理由で第１の光電変換部と第２の光電変換部との間が大きくなり、撮像面に対して被写体光が斜めに入射してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３０２３９号公報
【発明の概要】
【０００４】
撮像素子は、光電変換する膜を用いて第１および第２の色成分の光をそれぞれ光電変換する第１および第２の光電変換部を有する第１の撮像部と、光電変換する膜を用いて前記第１の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第３の光電変換部と、光電変換する膜を用いて前記第２の光電変換部を透過した透過光を受光して光電変換する第４の光電変換部とを有する第２の撮像部と、を備える。
撮像装置は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の撮像素子と、前記第１の撮像部から出力される光電変換信号によって、第１の画像データを生成する第１の画像データ生成部と、前記第２の撮像部から出力される光電変換信号によって、第２の画像データを生成する第２の画像データ生成部とを備える。
撮像素子は、入射光を受光する第１の撮像部と、前記第１の撮像部を透過した透過光を受光する第２の撮像部とを備え、前記第１の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記入射光をそれぞれ光電変換する、第１の方向に配置された第１および第２の光電変換部を有する第１画素を有し、前記第２の撮像部は、光電変換する膜を用いて前記透過光をそれぞれ光電変換する、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配置された第３および第４の光電変換部を有する第２画素を有する。
焦点調節装置は、請求項１１または１２に記載の撮像素子と、前記第１および第２の光電変換部からの第１信号に基づき結像光学系の焦点検出を行う第１の位相差式焦点検出部と、前記第３および第４の光電変換部からの第２信号に基づき前記結像光学系の焦点検出を行う第２の位相差式焦点検出部と、前記第１の位相差式焦点検出部での焦点検出結果、および、前記第２の位相差式焦点検出部での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節部とを備える。
撮像装置は、請求項１１または１２に記載の撮像素子と、前記第１の光電変換部からの第１信号と前記第２の光電変換部からの第２信号に基づき結像光学系の焦点検出を行う第１の位相差式焦点検出部と、前記第３の光電変換部からの第３信号と前記第４の光電変換部からの第４信号に基づき前記結像光学系の焦点検出を行う第２の位相差式焦点検出部と、前記第１の位相差式焦点検出部での焦点検出結果、および、前記第２の位相差式焦点検出部での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う焦点調節部と、前記第１信号と前記第２信号とを加算して、および／または、前記第３信号と前記第４信号とを加算して、画像信号を生成する画像信号生成部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】第１の実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。
【図２】第１および第２の撮像部の概要を示す図である。
【図３】（ａ）は第１の撮像部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図であり、（ｂ）は第２の撮像部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図である。
【図４】第１および第２の撮像部の一画素の構成を示す断面図である。
【図５】第１および第２の撮像部における１つの画素の信号読み出し回路構成を例示する図である。
【図６】半導体基板に形成される各トランジスタを模式的に示した図である。
【図７】第１および第２の撮像部の各画素の光電変換部の光電変換信号の読み出し回路を示した図である。
【図８】第２の実施の形態に係る第１および第２の撮像部の一画素の構成を示す断面図である。
【図９】第３の実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。
【図１０】（ａ）は第１の撮像部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図であり、（ｂ）は第２の撮像部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図である。
【図１１】第１および第２の撮像部の一画素の構成を示す断面図である。
【図１２】画素を被写体側から見たときの第１および第２の部分電極の配置を示す図である。
【図１３】第１の撮像部における１つの画素の信号読み出し回路構成を例示する図である。
【図１４】第１の撮像部の各画素の第１および第２の光電変換部の光電変換信号の読み出し回路を単純化して示した図である。
【図１５】第２の撮像部の各画素の第１および第２の光電変換部の光電変換信号の読み出し回路を単純化して示した図である。
【図１６】図９に示した焦点検出部の果たす機能を詳細に示したブロック図である。
【図１７】第３の実施の形態における焦点検出動作を表すフローチャートである。
【図１８】第３の実施の形態に関する信号読み出し回路の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
−−−第１の実施の形態−−−
図１は、第１の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成を例示する図である。デジタルカメラ１は、撮影光学系１０、撮像素子１１、増幅回路２３、ＡＤ変換回路２４、制御部１２、操作部１３、画像処理部１４、液晶モニタ１５、バッファメモリ１６を有する。また、デジタルカメラ１には、メモリカード１７が装着されている。メモリカード１７は、不揮発性のフラッシュメモリなどから構成され、デジタルカメラ１に対して着脱可能である。
【０００７】
撮影光学系１０は、複数のレンズおよび絞りにより構成され、撮像素子１１の撮像面に被写体像を結像させる。撮影光学系１０を構成する複数のレンズには、焦点調節のために光軸方向に駆動されるフォーカスレンズが含まれる。フォーカスレンズは、不図示のレンズ駆動部により光軸方向に駆動される。
【０００８】
撮像素子１１は、互いに積層された第１および第２の撮像部２１，２２を有する。第１および第２の撮像部２１，２２の各々は、２次元状に配列された複数の画素から構成され、撮影光学系１０を介して被写体からの光束を受光し、光電変換を行って光電変換信号を出力する。第１および第２の撮像部２１，２２の各画素は、後に詳述するように、それぞれ光電変換信号を出力する。これらの光電変換信号は、後述するようにコントラスト式焦点検出用の信号として使用されたり、撮影画像用の信号として使用される。なお、第１および第２の撮像部２１，２２は、互いに同時に撮像動作、すなわち露光動作を開始する。
増幅回路２３は、光電変換信号を所定の増幅率（ゲイン）で増幅してＡＤ変換回路２４に出力する。ＡＤ変換回路２４は、光電変換信号をＡＤ変換する。
なお、増幅回路２３およびＡＤ変換回路２４の少なくとも一方を撮像素子１１の内部に設けてもよい。
【０００９】
制御部１２は、マイクロプロセッサおよびその周辺回路から構成され、不図示のＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより、デジタルカメラ１の各種の制御を行う。また、制御部１２は、焦点検出部１２ａと画像合成部１２ｂと焦点検出エリア設定部１２ｃとを機能的に有する。この機能部は、上記の制御プログラムによりソフトウェア的に実装される。なお、この機能部を電子回路により構成することも可能である。
【００１０】
制御部１２は、ＡＤ変換回路２４によってＡＤ変換された光電変換信号をバッファメモリ１６に格納する。焦点検出部１２ａは、バッファメモリ１６に格納された第１の撮像部２１の光電変換信号に基づき、および／または、バッファメモリ１６に格納された第２の撮像部２２の光電変換信号に基づき、それぞれ公知のコントラスト検出方式の焦点検出処理を行う。
【００１１】
画像処理部１４は、ＡＳＩＣ等により構成されている。画像処理部１４は、第１および第２の撮像部２１、２２の光電変換信号についてそれぞれ補間処理、圧縮処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像処理を行って画像データを生成する。画像合成部１２ｂは、第１の撮像部２１の光電変換信号に基づく画像データと第２の撮像部２２の光電変換信号に基づく画像データとを合成して合成画像データを生成する。これらの画像データおよび合成画像データは、液晶モニタ１５に表示されたり、メモリカード１７に格納されたりする。
【００１２】
操作部１３は、レリーズ操作部材やモード切替操作部材や焦点検出エリア設定用の操作部材や電源操作部材などの各種の操作部材から構成され、撮影者により操作される。操作部１３は、撮影者による上記の各操作部材の操作に応じた操作信号を制御部１２へ出力する。
焦点検出エリア設定部１２ｃは、焦点検出エリア設定用の操作部材の操作に応じて、撮影画面内に所定の領域の焦点検出エリアを設定する。焦点検出エリア設定部１２ｃと焦点検出エリア設定用の操作部材とによる焦点検出エリアの設定方法は、以下に詳述するように種々の方法がある。例えば、撮影者が焦点検出エリア設定用の操作部材を操作すると、焦点検出エリア設定部１２ｃが焦点検出エリア設定用の操作部材の操作に応じた撮影画面の任意の位置に所定の領域の焦点検出エリアを設定する。または、撮影画面の複数個所に予め焦点検出エリアを用意しておき、撮影者が焦点検出エリア設定用の操作部材を操作してその複数の焦点検出エリアから一つの焦点検出エリアを選択すると、焦点検出エリア設定部１２ｃがその選択に応じて焦点検出エリアを設定する。更には、デジタルカメラ１が被写体人物の顔などを撮像画像から認識する被写体認識部を備える場合には、被写体認識部によって被写体人物の顔を認識すると、焦点検出エリア設定部１２ｃがその顔部分に焦点検出エリアを設定することもできる。この場合には、焦点検出エリア設定用の操作部材は、被写体認識部による被写体人物の顔の認識結果によって自動的に焦点検出エリアを設定するモードを選択するための操作部材となる。なお、焦点検出エリア設定部１２ｃが上述のように焦点検出対象領域として設定した焦点検出エリアを設定焦点検出エリアと称する。
【００１３】
（第１および第２の撮像部２１，２２の説明）
図２は、本実施形態に係る第１および第２の撮像部２１，２２の概要を示す図である。撮像素子は、互いに積層された第１および第２の撮像部２１，２１を有する。第１および第２の撮像部２１，２１は、光電変換部として有機光電変換膜を有する。第１の撮像部２１は、第２の撮像部２２に積層され、第１および第２の撮像部２１，２２は、図１に示した撮影光学系１０の光軸が第１および第２の撮像部２１，２２の各々の撮像面の中心を通るように、撮影光学系１０の光路中に配置されている。なお、第１および第２の撮像部２１，２２は、図２では、図の複雑化を避けるために４行×３列の画素２１０，２２０のみが示されているが、本実施の形態では、共に、ｍ行×ｎ列の画素が配列され、第１の撮像部２１の画素と第２の撮像部２２の画素とは、同一サイズである。
なお、後述するように、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との間には配線層が設けられていないので、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との間隔は、比較的小さくすることができる。
【００１４】
第１の撮像部２１の各画素２１０は、所定の色成分の光、すなわち所定の波長域の光を吸収して光電変換し、吸収しなかった波長域の光を透過させる有機光電変換膜を有する。すなわち、第１の撮像部２１の画素２１０は、マゼンタの色成分の光を吸収して光電変換する画素と、イエローの色成分の光を吸収して光電変換する画素と、シアンの色成分の光を吸収して光電変換する画素とを含む。マゼンタの色成分の光を吸収する画素には、有機光電変換膜にマゼンタの色成分の光を吸収して光電変換する有機材料が用いられている。イエローの色成分の光を吸収する画素には、有機光電変換膜にイエローの色成分の光を吸収して光電変換する有機材料が用いられている。シアンの色成分の光を吸収する画素には、有機光電変換膜にシアンの色成分の光を吸収して光電変換する有機材料が用いられている。すなわち、マゼンタの色成分の光を吸収して光電変換する画素と、イエローの色成分の光を吸収して光電変換する画素と、シアンの色成分の光を吸収して光電変換する画素とでは、有機光電変換膜に用いられている有機材料がそれぞれ異なる。
【００１５】
第２の撮像部２２の各画素２２０は、可視光の色成分の光を吸収して光電変換する有機光電変換膜を有する。すなわち、第２の撮像部２２の各画素２２０は、可視光の波長範囲の全体にわたって光を吸収して光電変換する。第２の撮像部２２では、有機光電変換膜に用いられている有機材料は、すべての画素２２０で同じである。
第１の撮像部２１で吸収（光電変換）されなかった色成分の光は、第１の撮像部２１を透過して第２の撮像部２２に入射し、第２の撮像部２２で光電変換される。したがって、第１の撮像部２１で光電変換される色成分と、第２の撮像部２２で光電変換される色成分とは、補色の関係にある。すなわち、第１の撮像部２１の画素２１０のうち、マゼンタの色成分を吸収し光電変換する画素を透過した光束は、マゼンタと補色の関係にある緑の色成分を成し、第２の撮像部２２の画素２２０に入射する。
第１の撮像部２１の画素２１０のうち、イエローの色成分を吸収し光電変換する画素を透過した光束は、イエローと補色の関係にある青の色成分を成し、第２の撮像部２２の画素２２０に入射する。
第１の撮像部２１の画素２１０のうち、シアンの色成分を吸収し光電変換する画素を透過した光束は、シアンと補色の関係にある赤の色成分を成し、第２の撮像部２２の画素２２０に入射する。
【００１６】
このように、第１の撮像部２１からは、Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙｅの３色からなるＣＭＹ画像を取得することができ、第２の撮像部２２からはＲ，Ｇ，Ｂの３色からなるＲＧＢ画像を取得することができる。第１の撮像部２１から取得されるＣＭＹ画像を公知の表色系変換処理によって変換したＲＧＢ画像と、第２の撮像部２２によるＲＧＢ画像とに基づいて、画像合成することで、たとえば高画質な画像を生成することができる。
なお、マゼンタの色成分を吸収し光電変換する画素２１０は、一般には、マゼンタの色成分をそれぞれ１００％吸収することはできず、マゼンタの色成分の一部が画素２１０を通過してしまう。同様に、イエローの色成分を吸収し光電変換する画素２１０は、一般には、イエローの色成分をそれぞれ１００％吸収することはできず、イエローの色成分の一部が画素２１０を通過してしまう。シアンの色成分を吸収し光電変換する画素２１０は、一般には、シアンの色成分をそれぞれ１００％吸収することはできず、シアンの色成分の一部が画素２１０を通過してしまう。
【００１７】
このように、第１の撮像部２１の各画素２１０と、当該画素２１０を透過した光束が入射する第２の撮像部２２の画素２２０とは対応関係にある。このような互いに対応関係にある第１および第２の撮像部２１，２２の画素２１０，２２０を対応関係の画素と称する。
対応関係にある第１および第２の撮像部２１，２２の画素２１０，２２０は、互いに補色の関係となる色成分を吸収して光電変換する。
【００１８】
図３は、第１の撮像部２１の一部である１０行×６列の画素２１０の配置と、第２の撮像部２２の一部である１０行×６列の画素２２０の配置と、をそれぞれ示す図である。図３（ａ）において、画素２１０に付された「Ｍｇ」は、その画素がマゼンタの色成分を吸収し光電変換する画素を示す。同様に、画素２１０に付された「Ｙｅ」は、その画素がイエローの色成分を吸収し光電変換する画素を示す。画素２１０に付された「Ｃｙ」は、その画素がシアンの色成分を吸収し光電変換する画素を示す。第１の撮像部２１は、奇数行の画素列では、「Ｍｇ」画素２１０と「Ｙｅ」画素２１０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｃｙ」画素２１０と「Ｍｇ」画素２１０とが交互に配列されている。
【００１９】
図３（ｂ）において、画素２２０に付された「Ｇ」は、その画素が「Ｍｇ」画素２１０を透過した緑の色成分を吸収し光電変換する画素を示す。同様に、画素２２０に付された「Ｂ」は、その画素が「Ｙｅ」画素２１０を透過した青の色成分を吸収し光電変換する画素を示す。画素２２０に付された「Ｒ」は、その画素が「Ｃｙ」画素２１０を透過した赤の色成分を吸収し光電変換する画素を示す。第２の撮像部２２は、奇数行の画素列では、「Ｇ」画素２２０と「Ｂ」画素２２０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｒ」画素２２０と「Ｇ」画素２２０とが交互に配列されている。すなわち、第２の撮像部２２は、画素がベイヤ配列されている。
図３（ａ）および（ｂ）において、第１の撮像部２１の「Ｍｇ」画素２１０と第２の撮像部２２の「Ｇ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像部２１の「Ｙｅ」画素２１０と第２の撮像部２２の「Ｂ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像部２１の「Ｃｙ」画素２１０と第２の撮像部２２の「Ｒ」画素２２０とは、対応関係にある。
【００２０】
上述したように、第２の撮像部２２の各画素２２０は、可視光の波長域全体の光を光電変換する有機光電変換膜を有する。しかし、有機光電変換膜で構成される第１の撮像部２１の各画素２１０は、所定の色成分の光を吸収し、吸収しなかった色成分の光を透過させるので、第２の撮像部２２の対応関係の画素２２０に対してカラーフィルターと同様の役割を果たす。これにより、第２の撮像部２２からは、第１の撮像部２１の補色画像（図３の例ではベイヤ配列の画像）が得られる。したがって、第１の撮像部２１からはＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅの３色からなるＣＭＹ画像を取得することができ、第２の撮像部２２からはＲ，Ｇ，Ｂの３色からなるＲＧＢ画像を取得することができる。このように、第１の撮像部２１が従来の撮像素子で必要であったカラーフィルターの代わりとなるため、カラーフィルターで反射されてしまっていた入射光を第１の撮像部２１により有効に利用することができる。なお、第１の撮像部２１から取得されるＣＭＹ画像は、図１に示した画像処理部１４で公知の表色系変換処理によって、ＲＧＢ画像に変換される。
【００２１】
図４は、第１および第２の撮像部２１，２２の一画素２１０，２２０の構成を示す断面図である。図４に示すように、第２の撮像部２２は、半導体基板５０の入射光側の面である上面５０ａに平坦化層５５を介して形成されている。以下の説明では、第１および第２の撮像部２１，２２に関し、入射光側を上とし、半導体基板５０側を下とする。第２の撮像部２２の表面、すなわち、上面には絶縁層５６を介して第１の撮像部２１が積層されている。このように、本実施の形態では、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との間には配線層が設けられていないので、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２とを近づけて配置することができる。
【００２２】
従来の撮像素子では、半導体基板に積層された第１の光電変換部と半導体基板との間に配線層を設ける必要があるため、第１の光電変換部と第２の光電変換部との間の距離が大きくなる。そのため、撮像面の中心から離れた位置、すなわち像高が高い位置では、撮像面に対して被写体光が斜めに入射する。
これに対し、本実施の形態では、上述したように、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との間には配線層が設けられていないので、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２とを近づけられる。
これにより被写体光が第２の撮像部に斜めに入射される恐れが低減される。この低減効果は、特に像高が高い位置の画素で大きい。すなわち、シェーディングが低減される。
さらに、第１の撮像部２１から取得される画像および第２の撮像部２２から取得される画像のボケを抑制できる。
また、第１の撮像部２１の各画素２１０の上方には、それぞれマイクロレンズ２３３が配置され、各マイクロレンズ２３３と第１の撮像部２１の各画素２１０と第２の撮像部２２の各画素２２０とはマイクロレンズ２３３の光軸方向に、整列配置されている。
【００２３】
第１の撮像部２１の各画素２１０は、有機光電膜２３０と、有機光電膜２３０の上面に形成された透明な共通電極２３１と、有機光電膜２３０の下面に形成された透明な部分電極２３２とを有する。なお、共通電極２３１は、全画素２１０について共通の電極である。各画素２１０では、有機光電膜２３０における共通電極２３１と部分電極２３２とによって挟まれた領域で発生した信号が共通電極２３１と部分電極２３２とによって読み出される。本実施の形態では、共通電極２３１と、部分電極２３２と、有機光電膜２３０のうち共通電極２３１および部分電極２３２によって挟まれた領域とによって構成される部位を光電変換部２１０ａと呼ぶ。
【００２４】
第２の撮像部２２の各画素２２０は、有機光電膜２５０と、有機光電膜２５０の下面に形成された透明な共通電極２５１と、有機光電膜２５０の上面に形成された透明な部分電極２５２とを有する。なお、共通電極２５１は、全画素２２０について共通の電極である。各画素２２０では、有機光電膜２５０における共通電極２５１と部分電極２５２とによって挟まれた領域で発生した信号が共通電極２５１と部分電極２５２とによって読み出される。本実施の形態では、共通電極２５１と、部分電極２５２と、有機光電膜２５０のうち共通電極２５１および部分電極２５２によって挟まれた領域とによって構成される部位を光電変換部２２０ａと呼ぶ。
【００２５】
互いに対応関係にある画素２１０と画素２２０とでは、光軸方向とは垂直な方向について、部分電極２３２のピッチと、部分電極２５２のピッチとが等しい。上述したように、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２とを近づけて配置することができるので、被写体側から見たときに、部分電極２３２と部分電極２５２とを行および列方向にずれることなく重なり合わせることが可能となった。
【００２６】
従来の撮像素子では、上述したように、第１の光電変換部と第２の光電変換部との間の距離が大きく、像高が高い位置では、撮像面に対して被写体光が斜めに入射することを考慮して、第１の光電変換部の位置と第２の光電変換部の位置とを適宜ずらす必要があった。
これに対し、本実施の形態では、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との距離が小さく、撮像面の中心から離れた位置であってもシェーディングが生じ難い。したがって、第１および第２の撮像部２１、２２の対応関係の画素２１０、２２０についてその光電変換部２１０ａの位置に対して光電変換部２２０ａの位置を相対的にずらす必要がなくなる。そのため、撮像素子を設計、製造する上で、像高が高い位置において第１の光電変換部の位置と第２の光電変換部の位置とをずらすことを考慮しなくてもよくなるので、撮像素子のコストを低減できる。
互いに対応関係にある画素２１０と画素２２０とでは、被写体側から見たときの光電変換部２１０ａの中心および光電変換部２２０ａの中心が、マイクロレンズ２３３の光軸２３３ａと一致する。
【００２７】
第１の撮像部２２の信号読み出し回路、および、第２の撮像部２２の信号読み出し回路は、半導体基板５０に形成されている。信号読み出し回路については、後で詳述する。
【００２８】
共通電極２３１および共通電極２５１には、不図示の配線を介して、後述するように電圧Ｖｐｃが与えられる。部分電極２３２と半導体基板５０に形成された信号出力端３１１とは、配線２３５によって接続される。これにより、部分電極２３２は、配線２３５および信号出力端３１１を介して第１の撮像部２２の信号読み出し回路に接続される。同様に、部分電極２５２と半導体基板５０に形成された信号出力端３１２とは、配線２５５によって接続される。これにより、部分電極２５２は、配線２５５および信号出力端３１２を介して第２の撮像部２２の信号読み出し回路に接続される。第２の撮像部２２の有機光電膜２５０および共通電極２５１には、配線２３５，２５５が貫通する貫通孔が設けられている。この貫通孔において、有機光電膜２５０および共通電極２５１と配線２３５，２５５とは、絶縁されている。
なお、図４において、第１の撮像部２１の各画素２１０の部分電極２３２と配線２３５とは、画素２１０の左端において接続され、第２の撮像部２２の各画素２２０の部分電極２５２と配線２５５とは、画素２１０の右端において接続されている。
【００２９】
図５は、第１および第２の撮像部２１，２２における１つの画素２１０，２２０の信号読み出し回路構成の一部を例示する図である。各画素２１０の信号読み出し回路は、出力トランジスタ３０１と、リセットトランジスタ３０２と、選択トランジスタ３０３とを有する。共通電極２３１には、電圧Ｖｐｃが与えられている。部分電極２３２は出力トランジスタ３０１のゲートに接続されている。
【００３０】
出力トランジスタ３０１は、部分電極２３２からの電荷に基づく電圧信号を増幅する。出力トランジスタ３０１で増幅された信号は、選択トランジスタ３０３を介して端子Ｖｏｕｔ１から読み出される。リセットトランジスタ３０２は、リセット信号φＲＳＴに応じて不要電荷を排出させる（すなわちリファレンス電圧Ｖｒｅｆにリセットする）。
【００３１】
各画素２２０の信号読み出し回路は、上述した各画素２１０の信号読み出し回路と同様である。すなわち、各画素２２０の信号読み出し回路は、出力トランジスタ３０４と、リセットトランジスタ３０５と、選択トランジスタ３０６とを有する。共通電極２５１には、電圧Ｖｐｃが与えられている。部分電極２５２は出力トランジスタ３０４のゲートに接続されている。
【００３２】
出力トランジスタ３０４は、部分電極２５２からの電荷に基づく電圧信号を増幅する。出力トランジスタ３０４で増幅された信号は、選択トランジスタ３０６を介して端子Ｖｏｕｔ２から読み出される。リセットトランジスタ３０５は、リセット信号φＲＳＴに応じて不要電荷を排出させる（すなわちリファレンス電圧Ｖｒｅｆにリセットする）。選択信号φＳＥＬの信号線は、同一の行に配置された各画素２１０，２２０の選択トランジスタ３０３，３０６のゲートに接続されている。リセット信号φＲＳＴの信号線は、同一の行に配置された各画素２１０，２２０のリセットトランジスタ３０２，３０５のゲートに接続されている。
すなわち、本実施形態では、互いに対応関係にある画素２１０と画素２２０とで、選択トランジスタ３０３と選択トランジスタ３０６とには、同じ信号線からの選択信号φＳＥＬが入力される。また、互いに対応関係にある画素２１０と画素２２０とで、リセットトランジスタ３０２とリセットトランジスタ３０５とには、同じ信号線からのリセット信号φＲＳＴが入力される。なお、互いに対応関係にある画素２１０と画素２２０とで、選択トランジスタ３０３と選択トランジスタ３０６とに、異なる信号線からの選択信号φＳＥＬが入力されるようにしてもよい。また、互いに対応関係にある画素２１０と画素２２０とで、リセットトランジスタ３０２とリセットトランジスタ３０５とに、異なる信号線からのリセット信号φＲＳＴが入力されるようにしてもよい。
【００３３】
図６は、半導体基板５０に形成される各トランジスタを模式的に示した図である。図６では、画素２１０，２２０については模式的な断面図として示し、各トランジスタ３０１〜３０６については模式的な平面図として示している。本実施形態においては、各トランジスタ３０１〜３０６はＮＭＯＳ型のトランジスタである。図６（ｂ）に明示したように、各トランジスタ３０１〜３０６は斜線を付したゲート電極Ｇ１と、ゲート電極Ｇ１の両側のｎ領域Ｎ１、Ｎ２とを有する。
【００３４】
図７は、第１および第２の撮像部２１，２２の各画素２１０，２２０の光電変換部２１０ａ，２２０ａの光電変換信号の読み出し回路を示した図である。第１の撮像部２１に係る読み出し回路は、上述した出力トランジスタ３０１、リセットトランジスタ３０２、及び選択トランジスタ３０３に加えて、行走査回路１５１と、水平出力回路１５２とを有する。
【００３５】
行走査回路１５１は、行方向、すなわち、図７では左右方向に配列された複数の画素２１０の光電変換部２１０ａに対する信号読み出し用のタイミング信号を出力する。詳述すると、行走査回路１５１は、第１行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａに対するリセット信号φＲＳＴ（１）を出力して光電変換部２１０ａの電荷をリセットし、その後、所定の露光時間後に、第１行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａに対する選択信号φＳＥＬ（１）を出力する。
【００３６】
選択信号φＳＥＬ（１）に応じて、第１行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａの光電変換信号がそれぞれ水平出力回路１５２に同時に読み出される。水平出力回路１５２は、読み出した第１行目画素の光電変換部２１０ａの光電変換信号を順次、出力部１５２Ａから出力する。
【００３７】
同様に、行走査回路１５１は、第２行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａに対するリセット信号φＲＳＴ（２）を出力して光電変換部２１０ａの電荷をリセットし、その後、所定の露光時間後に、選択信号φＳＥＬ（２）を出力する。選択信号φＳＥＬ（２）に応じて、第２行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａの光電変換信号がそれぞれ水平出力回路１５２に同時に読み出される。水平出力回路１５２は、それぞれ読み出した第２行目画素の光電変換部２１０ａの光電変換信号を順次、出力部１５２Ａから出力する。
以下同様に、行走査回路１５１は、第（ｍ）行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａに対するリセット信号φＲＳＴ（ｍ）および選択信号φＳＥＬ（ｍ）を出力する。選択信号φＳＥＬ（ｍ）に応じて第（ｍ）行目の複数の画素２１０の光電変換部２１０ａの光電変換信号がそれぞれ水平出力回路１５２に同時に読み出され、水平出力回路１５２の出力部１５２Ａから順次、出力される。
【００３８】
第１の水平出力回路１５２から出力された光電変換信号は、図１に示されたバッファメモリ１６を介して焦点検出部１２ａおよび画像処理部１４に送られ、焦点検出部１２ａは、各画素２１０の光電変換信号に基づき、コントラスト検出方式の焦点検出演算を行う。また、画像処理部１４は、各画素２１０の光電変換信号に基づき、画像データを生成する。
【００３９】
次に第２の撮像部２２に係る読み出し回路を説明する。本実施の形態では、第２の撮像部２２に係る読み出し回路は、第１の撮像部２１に係る読み出し回路と同じ構成であるので、図７において、第１の撮像部２１の部材の部番の後に括弧内に第２の撮像部２２に係る読み出し回路の構成要素の部番を付すことによって、第２の撮像部２２に係る読み出し回路を示している。すなわち、第２の撮像部２２に係る読み出し回路は、上述した出力トランジスタ３０４、リセットトランジスタ３０５、及び選択トランジスタ３０６に加えて、上述した行走査回路１５１と、水平出力回路１６２と有する。行走査回路１５１は、行方向に配列された複数の画素２２０の光電変換部２２０ａに対して信号読み出し用のタイミング信号を出力する。すなわち、行走査回路１５１は、第１行目の複数の画素２２０の光電変換部２２０ａに対するリセット信号φＲＳＴ（１）を出力して光電変換部２２０ａの電荷をリセットし、その後、所定の露光時間後に、選択信号φＳＥＬ（１）を出力する。
同様に、行走査回路１５１は、第２行目の複数の画素２２０の光電変換部２２０ａに対するリセット信号φＲＳＴ（２）を出力して光電変換部２２０ａの電荷をリセットし、その後、所定の露光時間後に、選択信号φＳＥＬ（２）を出力し、以下同様に、第（ｍ）行目の複数の画素２２０の光電変換部２２０ａに対するリセット信号φＲＳＴ（ｍ）および選択信号φＳＥＬ（ｍ）を出力する。
【００４０】
選択信号φＳＥＬ（ｍ）に応じて、水平出力回路１６２は、第（ｍ）行目の複数の画素２２０の光電変換部２２０ａの光電変換信号を同時に読み出す。水平出力回路１６２は、読み出した光電変換部２２０ａの光電変換信号を出力部１６２Ａから出力する。
【００４１】
第２の水平出力回路１６２から出力された光電変換信号は、図１に示されたバッファメモリ１６を介して焦点検出部１２ａおよび画像処理部１４に送られ、焦点検出部１２ａは、各画素２２０の光電変換信号に基づき、コントラスト検出方式の焦点検出演算を行う。また、画像処理部１４は、各画素２２０の光電変換信号に基づき、画像データを生成する。焦点検出部１２ａは、焦点検出エリア設定用の操作部材によって設定された領域における画素２１０、２２０の光電変換信号に基づき焦点検出を行う。
なお、上述のように、第１の撮像部２１に係る読み出し回路および第２の撮像部２２に係る読み出し回路は、共に図４に示した半導体基板５０上に形成されている。
【００４２】
表色系変換処理によるＲＧＢ画像への変換後の第１の撮像部２１による画像の画像データと、第２の撮像部２２によるＲＧＢ画像データとは、図１の画像合成部１２ｂによって画像合成され、合成画像データが生成される。画像合成によって、たとえば高画質な画像を生成することができる。
【００４３】
上述した第１の実施の形態では、次の作用効果を奏する。
（１）撮像素子１１は、有機光電膜２３０を用いて光電変換する光電変換部２１０ａを有する第１の撮像部２１と、光電変換部２１０ａを透過した透過光を受光して有機光電膜２５０を用いて光電変換する光電変換部２２０ａとを有する第２の撮像部２２と、を備える。これにより、第１の撮像部２１からの画像と、第２の撮像部２２からの画像とに基づいて、画像合成することで、たとえば高画質な画像を生成することができる。
また、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との間に、配線層などを設けなくてもよくなるため、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との距離を縮められる。したがって、撮像面の中心から離れた位置、すなわち像高が高い位置であってもシェーディングが生じ難いので、第１および第２の撮像部２１、２２の対応関係の画素２１０、２２０についてその光電変換部２１０ａの位置に対して光電変換部２２０ａの位置を相対的にずらす必要がなくなる。そのため、撮像素子を設計、製造する上で、像高が高い位置において第１の光電変換部の位置と第２の光電変換部の位置とをずらすことを考慮しなくてもよくなるので、撮像素子のコストを低減できる。
また、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との距離を縮められるので、第１の撮像部２１から取得される画像および第２の撮像部２２から取得される画像のボケを抑制できる。
【００４４】
（２）「Ｇ」画素２２０の光電変換部２２０ａは、「Ｍｇ」画素２１０の光電変換部２１０ａを透過した透過光を受光し、「Ｂ」画素２２０の光電変換部２２０ａは、「Ｙｅ」画素２１０の光電変換部２１０ａを透過した透過光を受光し、「Ｒ」画素２２０の光電変換部２２０ａは、「Ｃｙ」画素２１０の光電変換部２１０ａを透過した透過光を受光し、「Ｍｇ」画素２１０の光電変換部２１０ａは、マゼンタの色成分の入射光を光電変換し、「Ｙｅ」画素２１０の光電変換部２１０ａは、イエローの色成分の入射光を光電変換し、「Ｃｙ」画素２１０の光電変換部２１０ａは、シアンの色成分の入射光を光電変換し、「Ｇ」画素２２０の光電変換部２２０ａは、マゼンタの色成分とは補色の関係にある緑の色成分の透過光を光電変換し、「Ｂ」画素２２０の光電変換部２２０ａは、イエローの色成分とは補色の関係にある青の色成分の透過光を光電変換し、「Ｒ」画素２２０の光電変換部２２０ａは、シアンの色成分とは補色の関係にある赤の色成分の透過光を光電変換するように構成した。これにより、第１及び第２の撮像部２１，２２は、それぞれ入射光を有効に光電変換することができると共に、第１の撮像部２１が、第２の撮像部２２用のカラーフィルターの機能を果たすため、専用のカラーフィルターが不要となる。
【００４５】
（３）各光電変換部２１０ａからの光電変換信号を読み出す読み出し回路と、各光電変換部２２０ａからの光電変換信号を読み出す読み出し回路とが設けられた半導体基板５０をさらに備え、第２の撮像部２２は、半導体基板５０の一方の面に設けられ、第１の撮像部２１は、第２の撮像部２２を介して回路基板５０の一方の面に設けるように構成した。このように、互いに積層された第１及び第２の撮像部２１、２２はそれぞれの読み出し回路が共に、同一の半導体基板５０に形成されるので、撮像素子全体の構成を小型化することができる。
【００４６】
−−−第２の実施の形態−−−
図８を参照して、第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。第２の実施の形態では、主に、第１の撮像部の各画素の共通電極と第２の撮像部の各画素の共通電極とが、共通化される、すなわち同一の電極で構成される点で、第１の実施の形態と異なる。
【００４７】
図８は、第２の実施の形態に係る第１および第２の撮像部２１，２２の一画素２１０Ａ，２２０Ａの構成を示す断面図である。第２の実施の形態では、第１の撮像部２１の各画素２１０Ａの有機光電膜２３０と、第２の撮像部２２の各画素２２０Ａの有機光電膜２５０との間に共有共通電極２３６が設けられている。共有共通電極２３６は、第１の撮像部２１の全画素２１０Ａについて共通の電極であるとともに、第２の撮像部２２の全画素２２０Ａについて共通の電極でもある。換言すると、第１の撮像部２１の全画素２１０Ａと、第２の撮像部２２の全画素２２０Ａとは、共有共通電極２３６を共有している。
【００４８】
更に詳述すると、第１の撮像部２１の各画素２１０Ａは、有機光電膜２３０と、有機光電膜２３０の上面に形成された透明な部分電極２３２と、有機光電膜２３０の下面に形成された透明な共有共通電極２３６とを有する。本実施の形態では、共有共通電極２３６と、部分電極２３２と、有機光電膜２３０のうち共有共通電極２３６および部分電極２３２によって挟まれた領域とによって構成される部位を光電変換部２１０ａと呼ぶ。
第２の撮像部２２の各画素２２０Ａは、有機光電膜２５０と、有機光電膜２５０の下面に形成された透明な部分電極２５２と、有機光電膜２５０の上面に形成された上述の透明な共有共通電極２３６とを有する。本実施の形態では、共有共通電極２３６と、部分電極２５２と、有機光電膜２５０のうち共有共通電極２３６および部分電極２５２によって挟まれた領域とによって構成される部位を光電変換部２２０ａと呼ぶ。
【００４９】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）第１の撮像部２１の各画素２１０Ａの有機光電膜２３０と、第２の撮像部２２の各画素２２０Ａの有機光電膜２５０との間に共有共通電極２３６を設けた。すなわち、各画素２１０Ａの光電変換部２１０ａが有機光電膜２３０の一方の面に共有共通電極２３６を有し、各画素２２０Ａの光電変換部２２０ａが有機光電膜２５０の一方の面に共有共通電極２３６を有し、光電変換部２１０ａの共有共通電極２３６と光電変換部２２０ａの共有共通電極２３６とが共通の電極で構成されるようにした。これにより、第１及び第２の撮像部２１、２２の構成を簡略化することができると共に、光電変換部２１０ａと光電変換部２２０ａとの距離、すなわち、第１の撮像部２１と第２の撮像部２２との間隔をさらに縮められる。したがって、上述した第１の実施の形態における作用効果がさらに顕著となる。
【００５０】
−−−第３の実施の形態−−−
図９〜１８を参照して、第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１または第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１または第２の実施の形態と同じである。第３の実施の形態では、主に、各画素２１０Ｂ，２２０Ｂが、それぞれ第１の光電変換部１２１０ａ，１２２０ａおよび第２の光電変換部１２１０ｂ，１２２０ｂを有する点で、第１および第２の実施の形態と異なる。
【００５１】
図９は、第３の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成を例示する図である。第３の実施の形態によるデジタルカメラ１と図１に示した第１の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成との違いは、制御部１２がさらに信号加算部１２ｄを機能的に有する点と、第１および第２の撮像部２１、２２の構造である。
【００５２】
第１および第２の撮像部２１，２２の各画素は、後に詳述するように、撮影光学系１０の瞳の一対の領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光する第１および第２の光電変換部を有し、各画素の第１および第２の光電変換部は、それぞれ第１および第２の光電変換信号を出力する。これらの第１および第２の光電変換信号は、後述するように位相差式焦点検出用の信号として使用されると共に、画像用信号として使用される。
【００５３】
焦点検出部１２ａは、バッファメモリ１６に格納された第１の撮像部２１の第１および第２の光電変換信号に基づき、およびバッファメモリ１６に格納された第２の撮像部２２の第１および第２の光電変換信号に基づき、それぞれ撮影光学系１０の焦点調節状態を検出する。
信号加算部１２ｄは、バッファメモリ１６に格納された第１および第２の撮像部２１，２２の各々の第１および第２の光電変換信号に基づき画像信号を生成する。すなわち、信号加算部１２ｄは、第１の撮像部２１の各画素の第１および第２の光電変換信号を加算して第１の画像信号を生成すると共に、第２の撮像部２２の各画素の第１および第２の光電変換信号を加算して第２の画像信号を生成する。
【００５４】
図１０は、第１の撮像部２１の一部である１０行×６列の画素２１０Ｂの配置と、第２の撮像部２２の一部である１０行×６列の画素２２０Ｂの配置と、をそれぞれ示す図である。図１０（ａ）において、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂは、第１および第２の光電変換部１２１０ａおよび１２１０ｂを有する。これらの第１および第２の光電変換部１２１０ａと１２１０ｂは、列方向、すなわち図１０（ａ）で上下方向に配列されている。第１および第２の光電変換部１２１０ａと１２１０ｂについては、後で詳述する。
また、図１０（ｂ）において、第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂは、第１および第２の光電変換部１２２０ａおよび１２２０ｂを有する。これらの第１および第２の光電変換部１２２０ａと１２２０ｂは、行方向、すなわち図１０（ｂ）で左右方向に配列されている。第１および第２の光電変換部１２２０ａおよび１２２０ｂについては、後で詳述する。
以上のように、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂと、第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂとは、互いに直交するように配列されている。
【００５５】
また、第１の撮像部２１は、後述するように、画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂからの第１および第２の光電変換信号が列単位で読み出される。すなわち、第１の撮像部２１は例えば、図１０（ａ）における左端の列に位置する１０個の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換信号が同時に読み出され、次いで、左端の右隣の列に位置する１０個の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換信号が同時に読み出され、以下同様に、順次右隣に位置する列の１０個の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換信号が読み出される。
【００５６】
他方、第２の撮像部２２は、画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂからの第１および第２の光電変換信号が行単位で読み出される。すなわち、第２の撮像部２２は例えば、図１０（ｂ）における上端の行に位置する６個の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換信号が同時に読み出され、次いで、その下の行に位置する６個の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換信号が同時に読み出され、以下同様に、順次各行の６個の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換信号が読み出される。
【００５７】
図１１は、第１および第２の撮像部２１，２２の一画素２１０Ｂ，２２０Ｂの構成を示す断面図である。また、図１２は、各画素２１０Ｂ，２２０Ｂを被写体側から見たときの第１および第２の部分電極２３２ａ，２３２ｂ，２５２ａ，２５２ｂの配置を示す図である。
図１１に示すように、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂは、有機光電膜２３０と、有機光電膜２３０の上面に形成された透明な共通電極２３１と、有機光電膜２３０の下面に形成された透明な第１および第２の部分電極２３２ａ，２３２ｂとを有する。第１および第２の部分電極２３２ａ，２３２ｂは、図１２（ａ）に示すように、図示上下方向、すなわち、列方向に配列されている。本実施の形態では、共通電極２３１と、第１の部分電極２３２ａと、有機光電膜２３０のうち共通電極２３１および第１の部分電極２３２ａによって挟まれた領域とによって構成される部位を第１の光電変換部１２１０ａと呼ぶ。本実施の形態では、共通電極２３１と、第２の部分電極２３２ｂと、有機光電膜２３０のうち共通電極２３１および第２の部分電極２３２ｂによって挟まれた領域とによって構成される部位を第２の光電変換部１２１０ｂと呼ぶ。
【００５８】
図１１に示すように、第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂは、有機光電膜２５０と、有機光電膜２５０の下面に形成された透明な共通電極２５１と、有機光電膜２３０の上面に形成された透明な第１および第２の部分電極２５２ａ，２５２ｂとを有する。第１および第２の部分電極２５２ａ，２５２ｂは、図１２（ｂ）に示すように、図示左右方向、すなわち、行方向に配列されている。本実施の形態では、共通電極２５１と、第１の部分電極２５２ａと、有機光電膜２５０のうち共通電極２５１および第１の部分電極２５２ａによって挟まれた領域とによって構成される部位を第１の光電変換部１２２０ａと呼ぶ。本実施の形態では、共通電極２５１と、第２の部分電極２５２ｂと、有機光電膜２５０のうち共通電極２５１および第２の部分電極２５２ｂによって挟まれた領域とによって構成される部位を第２の光電変換部１２２０ｂと呼ぶ。
【００５９】
第１の部分電極２３２ａと半導体基板５０の信号出力端３１１ａとは、配線２３５ａによって接続され、第２の部分電極２３２ｂと半導体基板５０の信号出力端３１１ｂとは、配線２３５ｂによって接続される。これにより、第１および第２の部分電極２３２ａ，２３２ｂは、それぞれ第１の撮像部２１の信号読み出し回路に接続される。同様に、第１の部分電極２５２ａと半導体基板５０の信号出力端３１２ａとは、配線２５５ａによって接続され、第２の部分電極２５２ｂと半導体基板５０の信号出力端３１２ｂとは、配線２５５ｂによって接続される。これにより、第１および第２の部分電極２５２ａ，２５２ｂは、それぞれ第２の撮像部２２の信号読み出し回路に接続される。
【００６０】
また、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂの上方には、それぞれマイクロレンズ２３３が配置され、各マイクロレンズ２３３と第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂと第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂとはマイクロレンズ２３３の光軸方向に、整列配置されている。
【００６１】
以上のようにマイクロレンズ２３３と第１および第２の撮像部２１，２２とが配置されているので、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂは、撮影光学系１０の射出瞳の第１および第２の瞳領域をそれぞれ通過した一対の光束をそれぞれ受光し、第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂは、撮影光学系１０の射出瞳の第３および第４の瞳領域をそれぞれ通過した一対の光束をそれぞれ受光する。なお、第１および第２の瞳領域の並び方向と第３および第４の瞳領域の並び方向とは、互いに直交している。
【００６２】
図１３は、第１の撮像部２１における１つの画素２１０Ｂの信号読み出し回路構成を例示する図である。各画素２１０Ｂの信号読み出し回路は、出力トランジスタ３０１ａ，３０１ｂと、リセットトランジスタ３０２ａ，３０２ｂと、選択トランジスタ３０３ａ，３０３ｂとを有する。共通電極２３１には、電圧Ｖｐｃが与えられている。第１の部分電極２３２ａは出力トランジスタ３０１ａのゲートに接続され、第２の部分電極２３２ｂは出力トランジスタ３０１ｂのゲートに接続されている。
【００６３】
出力トランジスタ３０１ａは、第１の部分電極２３２ａからの電荷に基づく電圧信号を増幅し、出力トランジスタ３０１ｂは、第２の部分電極２３２ｂからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。出力トランジスタ３０１ａで増幅された信号は、選択トランジスタ３０３ａを介して端子Ｖｏｕｔ１ａから読み出され、出力トランジスタ３０１ｂで増幅された信号は、選択トランジスタ３０３ｂを介して端子Ｖｏｕｔ１ｂから読み出される。リセットトランジスタ３０２ａは、リセット信号φＲＳＴに応じて第１の光電変換部１２１０ａの不要電荷を排出させ、リセットトランジスタ３０２ｂは、リセット信号φＲＳＴに応じて第２の光電変換部１２１０ｂの不要電荷を排出させる。
選択信号φＳＥＬの信号線は、同一の列に配置された各画素２１０，の選択トランジスタ３０３ａ，３０３ｂのゲートに接続されている。リセット信号φＲＳＴの信号線は、同一の列に配置された各画素２１０Ｂのリセットトランジスタ３０２ａ，３０２ｂのゲートに接続されている。
すなわち、本実施形態では、画素２１０Ｂの選択トランジスタ３０３ａと選択トランジスタ３０３ｂとには、同じ信号線からの選択信号φＳＥＬが入力される。また、画素２１０Ｂのリセットトランジスタ３０２ａとリセットトランジスタ３０２ｂとには、同じ信号線からのリセット信号φＲＳＴが入力される。なお、画素２１０Ｂの選択トランジスタ３０３ａと選択トランジスタ３０３ｂとで、異なる信号線からの選択信号φＳＥＬが入力されるようにしてもよい。また、画素２１０Ｂのリセットトランジスタ３０２ａとリセットトランジスタ３０２ｂとで、異なる信号線からのリセット信号φＲＳＴが入力されるようにしてもよい。
【００６４】
各画素２２０Ｂの信号読み出し回路は、上述した各画素２１０Ｂの信号読み出し回路と同様であるので、説明を省略する。
【００６５】
図９に示した本実施の形態の焦点検出部１２ａは、後述のように第１の撮像部２１の列方向に配列された複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換信号に基づき、第１および第２の瞳領域を通過した一対の光束によって形成される一対の像のズレ量、すなわち位相差を検出して、この像ズレ量に基づきデフォーカス量を算出する。また、焦点検出部１２ａは、第２の撮像部２２の行方向に配列された複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換信号に基づき、第３および第４の瞳領域を通過した一対の光束によって形成される一対の像のズレ量、すなわち位相差を検出して、この像ズレ量に基づきデフォーカス量を算出する。
【００６６】
（撮像部２１の回路構成）
図１４は、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａおよび１２１０ｂの光電変換信号の読み出し回路を単純化して示した図である。図１４において、第１の撮像部２１は、列走査回路１５３と第１および第２の水平出力回路１５４，１５５とを有する。列走査回路１５３は、列方向、すなわち、図１４では上下方向に配列された複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂに対する信号読み出し用のタイミング信号Ｒ（ｎ）を出力する。詳述すると、列走査回路１５３は、第１列目の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂに対するタイミング信号Ｒ（１）、すなわち、リセット信号φＲＳＴ（１）と、選択信号φＳＥＬ（１）とを出力する。
【００６７】
選択信号φＳＥＬ（１）に応じて、第１列目の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号がそれぞれ第１および第２の水平出力回路１５４，１５５に同時に読み出される。本第３の実施の形態では、第１の光電変換部１２１０ａの第１の光電変換信号が第１の水平出力回路１５４に読み出され、第２の光電変換部１２１０ｂの第２の光電変換信号が第２の水平出力回路１５５に読み出される。第１の水平出力回路１５４は、読み出した第１列目画素の第１の光電変換部１２１０ａの第１の光電変換信号を順次、出力部１５４Ａから出力し、同様に、第２の水平出力回路１５５は、読み出した第１列目画素の第２の光電変換部１２１０ｂの第２の光電変換信号を順次、出力部１５５Ａから出力する。
【００６８】
同様に、列走査回路１５３は、第２列目の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂに対するタイミング信号Ｒ（２）、すなわち、リセット信号φＲＳＴ（２）と、選択信号φＳＥＬ（２）とを出力する。選択信号φＳＥＬ（２）に応じて、第２列目の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号がそれぞれ第１および第２の水平出力回路１５４，１５５に同時に読み出される。第１および第２の水平出力回路１５４，１５５は、それぞれ読み出した第２列目画素の第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号を順次、出力部１５４Ａ，１５５Ａから出力する。
以下同様に、列走査回路１５３は、第（ｎ）列目の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂに対するタイミング信号Ｒ（ｎ）、すなわち、リセット信号φＲＳＴ（ｎ）と、選択信号φＳＥＬ（ｎ）とを出力する。選択信号φＳＥＬ（ｎ）に応じて第（ｎ）列目の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号がそれぞれ第１および第２の水平出力回路１５４，１５５に同時に読み出され、第１および第２の水平出力回路１５４，１５５の出力部１５４Ａ，１５５Ａから順次、出力される。
【００６９】
第１の水平出力回路１５４から出力された第１の光電変換信号と第２の水平出力回路１５５から出力された第２の光電変換信号は、図９に示されたバッファメモリ１６を介して焦点検出部１２ａおよび信号加算部１２ｄに送られ、焦点検出部１２ａは、同時に読み出された第ｎ列目の第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号に基づき、位相差焦点検出演算を行う。また、信号加算部１２ｄは、各画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの光電変換信号を加算して、画像信号を生成する。
【００７０】
図１５は、第２の撮像部２２の各画素の第１および第２の光電変換部１２２０ａおよび１２２０ｂの光電変換信号の読み出し回路を単純化して示した図である。図１５において、第２の撮像部２２は、行走査回路１６３と第１および第２の水平出力回路１６４，１６５とを有する。第２の撮像部２２の第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの光電変換信号に関する信号読み出し回路１６３，１６４，１６５は、図１４に示した第１の撮像部２２の信号読み出し回路１５３，１５４，１５５に類似しているので、以下の説明では、相違している点を説明する。
【００７１】
行走査回路１６３は、行方向、図１５では、左右方向に配列された複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂに対して信号読み出し用のタイミング信号Ｒ（ｍ）を出力する。すなわち、行走査回路１６３は、第１行目の複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂに対して信号読み出し用のタイミング信号Ｒ（１）、すなわち、リセット信号φＲＳＴ（１）と、選択信号φＳＥＬ（１）とを出力し、同様に、第２行目の複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂに対して信号読み出し用のタイミング信号Ｒ（２）、すなわち、リセット信号φＲＳＴ（２）と、選択信号φＳＥＬ（２）とを出力し、同様に、順次、第（ｍ）行目の複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂに対して信号読み出し用のタイミング信号Ｒ（ｍ）、すなわち、リセット信号φＲＳＴ（ｍ）と、選択信号φＳＥＬ（ｍ）とを出力する。
【００７２】
タイミング信号Ｒ（ｍ）に応じて、第１の水平出力回路１６４は、第（ｍ）行目の複数の画素２２０Ｂの第１の光電変換部１２２０ａの第１の光電変換信号を同時に読み出し、同様に、第２の水平出力回路１６５は、第（ｍ）行目の複数の画素２２０Ｂの第２の光電変換部１２２０ｂの第２の光電変換信号を同時に読み出す。
第１の水平出力回路１６４は、読み出した第１の光電変換部１２２０ａの第１の光電変換信号を出力部１６４Ａから出力し、第２の水平出力回路１６５は、読み出した第２の光電変換部１２２０ｂの第２の光電変換信号を出力部１６５Ａから出力する。
【００７３】
第１の水平出力回路１６４から出力された第１の光電変換信号と第２の水平出力回路１６５から出力された第２の光電変換信号は、図９に示されたバッファメモリ１６を介して焦点検出部１２ａおよび信号加算部１２ｄに送られ、焦点検出部１２ａは、同時に読み出された第（ｍ）行目の第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの第１および第２の光電変換信号に基づき、位相差焦点検出演算を行う。また、信号加算部１２ｄは、各画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの第１および第２の光電変換信号を加算して、画像信号を生成する。
【００７４】
なお、図１４に示した第１の撮像部２１の信号読み出し回路例と、図１５に示した第２の撮像部２２の信号読み出し回路例とは共に、図１１に示した半導体基板５０上に形成されている。
【００７５】
図１６は、図９に示した焦点検出部１２ａの果たす機能を詳細に示したブロック図である。焦点検出部１２ａは、第１および第２の焦点検出信号取得部１２０，１２１と、第１および第２のコントラスト検出部１２２，１２３と、判定部１２４と、選択部１２５と、相関演算部１２６と、デフォーカス量算出部１２７とを有する。
焦点検出エリア設定部１２ｃは、焦点検出対象領域として設定した設定焦点検出エリアに関する位置情報を出力する。第１の焦点検出信号取得部１２０は、第１の撮像部２１について、図１４の第１および第２の水平出力回路１５４，１５５から出力される第１および第２の光電変換信号のうち、焦点検出エリア設定部１２ｃによって設定された設定焦点検出エリアに対応する位置に列方向に配列された複数の画素２１０Ｂからの第１および第２の光電変換信号を取得する。
【００７６】
同様に、第２の焦点検出信号取得部１２１は、第２の撮像部２２について、図１５に示された第１および第２の水平出力回路１６４，１６５から出力される第１および第２の光電変換信号のうち、焦点検出エリア設定部１２ｃによって設定された設定焦点検出エリアに対応する位置に行方向に配列された複数の画素２２０Ｂからの第１および第２の光電変換信号を取得する。
【００７７】
このようにして、第１の焦点検出信号取得部１２０は、第１の撮像部２１について、設定焦点検出エリアに対応した列方向配列の複数の画素２１０Ｂから同時に読み出された第１および第２の光電変換信号を取得する。第１の焦点検出信号取得部１２０が取得した第１の撮像部２１に関する第１および第２の光電変換信号を第１の焦点検出信号を称する。また、第２の焦点検出信号取得部１２１は、第２の撮像部２２について、設定焦点検出エリアに対応した行方向配列の複数の画素２２０Ｂから同時に読み出された第１および第２の光電変換信号を取得する。第２の焦点検出信号取得部１２１が取得した第２の撮像部２２に関する第１および第２の光電変換信号を第２の焦点検出信号を称する。
【００７８】
なお、第１および第２の焦点検出信号は、それぞれ、同じ色成分の光を吸収して光電変換する画素の第１および第２の光電変換信号から構成される。具体的には、第１の撮像部２１に関する第１の焦点検出信号は、図１０（ａ）において、列方向に一つ置き配列されたＭｇ画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換信号が選択される。同様に、第２の撮像部２２に関する第２の焦点検出信号は、図１０（ｂ）において、行方向に一つ置き配列されたＧ画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換信号が選択される。勿論、第１の焦点検出信号は、Ｍｇ画素の第１および第２の光電変換信号に限らず、Ｃｙ画素またはＹｅ画素の第１および第２の光電変換信号を使用することもできるし、第２の焦点検出信号は、Ｇ画素の第１および第２の光電変換信号に限らず、Ｒ画素またはＢ画素の第１および第２の光電変換信号を使用することもできる。
【００７９】
第１のコントラスト検出部１２２は、第１の焦点検出信号取得部１２０が取得した第１の焦点検出信号に基づいて、設定焦点検出エリアにおける被写体像の第１のコントラスト量を算出する。なお、このコントラスト量は、第１の焦点検出信号取得部１２０が取得した隣接画素に関する第１の光電変換信号または第２の光電変換信号（または第１および第２の光電変換信号の加算信号）の差分を積算して算出する。なお、この第１のコントラスト量は、設定焦点検出エリア内において第１の撮像部２１の列方向配列の複数の画素２１０Ｂ上に形成される被写体像のコントラスト量である。
【００８０】
第２のコントラスト検出部１２３は、第１のコントラスト検出部１２２と同様に、第２の焦点検出信号取得部１２１が取得した第２の焦点検出信号に基づいて、第１のコントラスト検出部１２２と同様に、設定焦点検出エリアにおける被写体像の第２のコントラスト量を算出する。この第２のコントラスト量は、設定エリア内において第２の撮像部２２の行方向配列の複数の画素２２０Ｂ上に形成される被写体像のコントラスト量である。
【００８１】
判定部１２４は、第１および第２のコントラスト量の少なくとも一方が第１の閾値以上であるか否かを判定する。この第１の閾値は、第１の閾値以上のコントラスト量の焦点検出信号が位相差焦点検出に有効に使用することができるように、定められる。従って、判定部１２４は、第１および第２のコントラスト量の両方が第１の閾値未満である場合には、設定焦点検出エリアにおける被写体像が非常にボケている、すなわち非常に大デフォーカス状態であると、判断して、撮影レンズ１０のフォーカスレンズをスキャン駆動させる。
【００８２】
判定部１２４は、第１および第２のコントラスト量の少なくとも一方が第１の閾値以上である場合に第１のコントラスト量と第２のコントラスト量との差が第２の閾値以上であるか否かを判定する。判定部１２４は、第１および第２のコントラスト量の差が第２の閾値以上である場合は、第１および第２のコントラスト量のうち、コントラスト量の大きい方の焦点検出信号は位相差焦点検出に適するが、コントラスト量の小さい方の焦点検出信号は位相差焦点検出に適さないと、判断する。判定部１２４は、第１および第２のコントラスト量の差が第２の閾値未満である場合は、この第１および第２の焦点検出信号が共に位相差焦点検出に適すると判断する。
【００８３】
選択部１２５は、判定部１２４の出力信号に基づき、第１および第２の焦点検出信号取得部１２０，１２１の第１および第２の焦点検出信号の一方、またはその両方を選択して、相関演算部１２６に送出する。詳述すると、選択部１２５は、第１および第２のコントラスト量の差が第２の閾値以上である場合には、第１のコントラスト量が第２のコントラスト量よりも大きいときに、第１の焦点検出信号取得部１２０の第１の焦点検出信号を選択して相関演算部１２６に出力し、第２のコントラスト量が第１のコントラスト量よりも大きいときに、第２の焦点検出信号取得部１２１の第２の焦点検出信号を選択して相関演算部１２６に出力する。また、選択部１２５は、第１および第２のコントラスト量の差が第２の閾値未満である場合は第１および第２の焦点検出信号取得部１２０，１２１の第１および第２の焦点検出信号の両方を選択して相関演算部１２６に出力する。
【００８４】
相関演算部１２６は、選択部１２５から第１の焦点検出信号が入力された場合には、第１の焦点検出信号に基づき相関演算を行って第１の像ズレ量を算出し、選択部１２５から第２の焦点検出信号が入力された場合には、第２の焦点検出信号に基づき相関演算を行って第２の像ズレ量を算出し、選択部１２５から第１および第２の焦点検出信号が入力された場合には、第１の焦点検出信号に基づき相関演算を行って第１の像ズレ量を算出すると共に第２の焦点検出信号に基づき相関演算を行って第２の像ズレ量を算出する。
【００８５】
デフォーカス量算出部１２７は、相関演算部１２６の相関演算結果、すなわち像ズレ量に基づき、デフォーカス量を算出する。このデフォーカス量に基づき、撮影光学系の焦点調節が行われる。なお、上述のように、選択部１２５が第１および第２の焦点検出信号の両方を選択した場合には、デフォーカス量算出部１２７は、第１の焦点検出信号に基づく第１のデフォーカス量と第２の焦点検出信号に基づく第２のデフォーカス量との平均値を算出してそれを最終デフォーカス量とする。この最終デフォーカス量に基づき撮影光学系の焦点調節が行われる。
【００８６】
このように、第１の撮像部２１の列方向に配列された複数の画素２１０Ｂから第１および第２の光電変換信号が同時に読み出されるように読み出し回路を構成し、同時に読み出された第１および第２の光電変換信号、すなわち第１の焦点検出信号に基づいて位相差焦点検出演算を行うように構成した。同様に、第２の撮像部２２の行方向に配列された複数の画素２２０Ｂから第１および第２の光電変換信号が同時に読み出されるように読み出し回路を構成し、同時に読み出された第１および第２の光電変換信号、すなわち第２の焦点検出信号に基づいて位相差焦点検出演算を行うように構成した。これにより、同時に読み出された第１の焦点検出信号により、または、同時に読み出された第２の焦点検出信号により位相差焦点検出演算を行えば、デフォーカス量の算出精度が高くなるので、撮影光学系１０の焦点調節精度が向上し、撮像して得られる画像の画質を向上できる。
【００８７】
図１７は、本第３の実施の形態における焦点検出動作を表すフローチャートである。図１７に示す焦点検出処理は、制御部１２が実行する制御プログラムに含まれる。撮影者により所定の焦点検出操作、例えばレリーズ操作部材の半押し操作などが行われると、制御部１２は、図１７に示す焦点検出処理を開始する。
図１６および図１７において、ステップＳ１で第１の撮像部２１および第２の撮像部２２は、撮影光学系１０によって結像された被写体像をそれぞれ撮像する。第１の撮像部２１は、列方向に配列された複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号が同時に読み出される。第２の撮像部２２は、行方向に配列された複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの第１および第２の光電変換信号が同時に読み出される。第１または第２の撮像部２１，２２からの第１および第２の光電変換信号は、図９の信号加算部１２ｄで加算されて第１または第２の画像信号となり、図９の画像処理部１４で画像処理されて、図９のモニタ１５にスルー画像として表示される。なお、スルー画像は、第１の撮像部２１からの第１の画像信号に基づいて表示されても、第２の撮像部２２の第２の画像信号に基づいて表示されてもよい。
【００８８】
ステップＳ２において、図９の焦点検出エリア設定部１２ｃによって撮影画面内に設定焦点検出エリアが設定される。ステップＳ３において、第１の焦点検出信号取得部１２０は、第１の撮像部２１から出力された第１および第２の光電変換信号のうち、設定焦点検出エリアに対応する列方向配列の複数の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの第１および第２の光電変換信号を、第１の焦点検出信号として、取得する。同様に、第２の焦点検出信号取得部１２１は、第２の撮像部２２から出力された第１および第２の光電変換信号のうち、設定焦点検出エリアに対応する行方向配列の複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの第１および第２の光電変換信号を、第２の焦点検出信号として、取得する。
【００８９】
ステップＳ４において、第１のコントラスト検出部１２２は、第１の焦点検出信号取得部１２０によって取得された第１の焦点検出信号に基づき、設定焦点検出エリアにおける被写体像の第１のコントラスト量を算出する。この第１のコントラスト量は、上述のように、第１の撮像部２１の画素２１０Ｂの列方向のコントラスト量である。同様に第２のコントラスト検出部１２３は、第２の焦点検出信号取得部１２１によって取得された第２の焦点検出信号に基づき、設定焦点検出エリアにおける被写体像の第２のコントラスト量を算出する。この第２のコントラスト量は、上述のように、第２の撮像部２２の画素２２０Ｂの列方向のコントラスト量である。
【００９０】
ステップＳ５において、判定部１２４が第１および第２のコントラスト量の少なくとも一方が第１の閾値以上であるか否かを判定し、否定判定の場合には、ステップＳ６に進み、肯定判定の場合にステップＳ７に進む。ステップＳ６では、設定焦点検出エリアにおける被写体像が非常にボケている、すなわち非常に大デフォーカス状態であると判断して、撮影レンズ１０のフォーカスレンズをスキャン駆動させる。ステップＳ７では、判定部１２４が第１のコントラスト量と第２のコントラスト量との差が第２の閾値以上であるか否かを判定し、肯定判定の場合にステップＳ８に進み、否定判定の場合に、ステップＳ９に進む。ステップＳ８では、第１のコントラスト量が第２のコントラスト量よりも大きいか否かを判定し、肯定判定の場合に、ステップＳ１０に進み、否定判定の場合にステップＳ１１に進む。
【００９１】
ステップＳ１０では、第１のコントラスト量が第２のコントラスト量よりも大きい、すなわち、設定焦点検出エリアにおいて、第１の撮像部２１の列方向のコントラスト量が第２の撮像部２２の行方向のコントラスト量よりも大きいので、選択部１２４が第１の焦点検出信号取得部１２０の第１の焦点検出信号を選択して相関演算部１２６が第１の焦点検出信号に基づき相関演算を行い、デフォーカス量算出部１２７がこの相関演算結果に基づきデフォーカス量を算出する。ステップＳ１１では、第２のコントラスト量が第１のコントラスト量よりも大きい、すなわち、設定焦点検出エリアにおいて、第２の撮像部２２の行方向のコントラスト量が第１の撮像部２１の列方向のコントラスト量よりも大きいので、選択部１２４が第２の焦点検出信号取得部１２１の第２の焦点検出信号を選択して相関演算部１２６が第２の焦点検出信号に基づき相関演算を行い、デフォーカス量算出部１２７がこの相関演算結果に基づきデフォーカス量を算出する。
【００９２】
また、ステップＳ９では、第１および第２のコントラスト量の差が第２の閾値未満である、すなわち、第１および第２のコントラスト量がほぼ同等であるので、選択部１２５が第１および第２の焦点検出信号取得部１２０，１２１の第１および第２の焦点検出信号の両方を選択し、相関演算部１２６が第１の焦点検出信号に基づき相関演算を行うと共に第２の焦点検出信号に基づき相関演算を行い、デフォーカス量算出部１２７が、第１の焦点検出信号による相関演算結果に基づき第１のデフォーカス量を算出すると共に、第２の焦点検出信号による相関演算結果に基づき第２のデフォーカス量を算出し、第１および第２のデフォーカス量から最終デフォーカス量を算出する。
【００９３】
ステップＳ１２では、ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ９で算出されたデフォーカス量に基づき、撮影光学系１０のフォーカスレンズを駆動して焦点調節を行う。ステップＳ１３は、レリーズ操作部材の半押し操作が終了したか否かを判定し、肯定判定の場合には焦点検出動作を終了し、否定判定の場合にはステップＳ１に戻る。
【００９４】
以上のように、本第３の実施の形態では、第１の撮像部２１の画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの配列方向と第２の撮像部２２の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの配列方向とが異なっている。したがって、設定焦点検出エリアにおける第１の撮像部２１の列方向に配列された複数の画素２１０Ｂに形成された被写体像のコントラストと設定焦点検出エリアにおける第２の撮像部２２の行方向に配列された複数の画素２２０Ｂに形成された被写体像のコントラストとを比べて、コントラストが高い方の撮像素子の焦点検出信号に基づき高精度な焦点検出を行うことができる。
【００９５】
本第３の実施の形態では、第１および第２のコントラスト量に応じて、第１および第２の焦点検出信号のいずれか、またはその両方を選択して選択された焦点検出信号に基づき相関演算部１２６が相関演算を行うものであった。これの代わりに、選択部１２５は、常に第１および第２の焦点検出信号を選択し、相関演算部１２６は、第１および第２の焦点検出信号について相関演算を行い、第１および第２のコントラスト量の大きさに基づき第１の焦点検出信号による相関演算結果と第２の焦点検出信号による相関演算結果との一方または両方を選択し、選択された相関演算結果に基づきデフォーカス量を算出するようにしてもよい。
更には、デフォーカス量算出部１２７は、相関演算部１２６が相関演算した全ての相関演算結果に基づき、それぞれデフォーカス量を算出し、こうして算出された複数のデフォーカス量から第１および第２のコントラスト量の大きさに基づき所望のデフォーカス量を選択してもよい。
【００９６】
撮像面に第１および第２の光電変換部の分割方向が異なる画素が設けられている撮像素子では、第１および第２の光電変換部の分割方向が異なる２つの画素に、同じ光量の光がそれぞれ入射したとしても、第１および第２の光電変換部の分割方向の相違によって、各画素の第１および第２の光電変換部からの出力が異なってしまうおそれがある。そのため、撮像して得られた画像の画質が低下するおそれがある。
これに対して、本第３の実施の形態では、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂの、列方向に分割された第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの光電変換信号を加算して画像信号を生成するように構成した。そして、第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂの、行方向に分割された第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの光電変換信号を加算して画像信号を生成するように構成した。これにより、第１および第２の撮像部２１，２２によって、高画質の画像を得ることができる。
【００９７】
＜信号読み出し回路の変形例＞
図１８は、本第３の実施の形態に関する信号読み出し回路の変形例を示すブロック図である。上述した第３の実施の形態では、撮像素子１１の外部に設けたＡＤ変換回路２４が第１および第２の光電変換信号をＡＤ変換し、撮像素子１１の外部に設けた制御部１２の信号加算部１２ｄが第１および第２の光電変換信号を加算する。
これに対して本変形例では、撮像素子１１の外部に設けたＡＤ変換回路２４および制御部１２の信号加算部１２ｄに代えて、撮像素子１１の内部に設けたＡＤ変換部で第１および第２の光電変換信号をＡＤ変換し、撮像素子１１の内部に設けた加算部で第１および第２の光電変換信号を加算する。
なお、以下の説明では、第２の撮像部の読み出し回路について説明するが、第１の撮像部の読み出し回路も同様であるので、第１の撮像部の読み出し回路についての説明は省略する。
【００９８】
図１８において、撮像素子１１は、行走査回路１６３と、ＡＤ変換部１６６と、第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７と、加算部１６８と、加算信号用の水平出力回路１６９とを有する。以下の説明では、図１５に示した、第２の撮像部２２の光電変換信号の読み出し回路との相違点を主に説明する。
ＡＤ変換部１６６は、第２の撮像部２２Ａの行方向にｎ列配置された各画素２２０Ｂの第１の光電変換部１２２０ａのそれぞれに対応する、ｎ個のＡＤＣ（アナログ−デジタル変換回路）１６６ａと、各画素２２０Ｂの第２の光電変換部１２２０ｂのそれぞれに対応する、ｎ個のＡＤＣ１６６ｂとを備えている。
第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７は、ＡＤ変換部１６６のｎ個のＡＤＣ１６６ａにそれぞれ対応するｎ個のメモリ１６７ａと、ＡＤ変換部１６６のｎ個のＡＤＣ１６６ｂにそれぞれ対応するｎ個のメモリ１６７ｂとを備えている。
加算部１６８は、行方向にｎ列配置された各画素２２０Ｂのそれぞれに対応する、ｎ個のデジタル加算回路１６８ａを備えている。
加算信号用の水平出力回路１６９は、加算部１６８のｎ個のデジタル加算回路１６８ａにそれぞれ対応するｎ個のメモリ１６９ａを備えている。
【００９９】
タイミング信号Ｒ（１）に応じて、第１行目のｎ個の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの光電変換信号が、それぞれ対応するＡＤ変換部１６６のＡＤＣ１６６ａ，１６６ｂに同時に出力される。ＡＤＣ１６６ａ，１６６ｂは、入力された第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの光電変換信号をそれぞれデジタル信号に変換して、それぞれ対応する第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７のメモリ１６７ａ，１６７ｂに出力する。第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７の各メモリ１６７ａ，１６７ｂは、ＡＤＣ１６６ａ，１６６ｂから出力されたデジタル信号をそれぞれ記憶する。第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７は各メモリ１６７ａ，１６７ｂに記憶した第１および第２の光電変換信号を順次、出力部１６７Ａから出力する。
また、加算部１６８のデジタル加算回路１６８ａは、各画素２２０Ｂ毎にＡＤＣ１６６ａ，１６６ｂによってＡＤ変換された第１および第２の光電変換信号を加算する。加算信号用の水平出力回路１６９の各メモリ１６９ａは、デジタル加算回路１６８ａから出力されたデジタル加算信号をそれぞれ記憶する。加算信号用の水平出力回路１６９は各メモリ１６９ａに記憶されたデジタル加算信号を順次、出力部１６９Ａから出力する。
【０１００】
次いで、タイミング信号Ｒ（２）に応じて、第２行目の複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの第１および第２の光電変換信号がそれぞれＡＤ変換部１６６でデジタル信号に変換されて、第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７の出力部１６７Ａから順次出力される。また、ＡＤ変換部１６６でＡＤ変換された第１および第２の光電変換信号はデジタル加算回路１６８ａで加算され、加算信号が、加算信号用の水平出力回路１６９の出力部１６９Ａから順次出力される。
その後、順次、タイミング信号Ｒ（ｍ）に応じて、第（ｍ）行目の複数の画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの第１および第２の光電変換信号がＡＤ変換部１６６でデジタル信号に変換されて、第１および第２の光電変換信号用の水平出力回路１６７の出力部１６７Ａから順次出力され、加算信号が加算信号用の水平出力回路１６９の出力部１６９Ａから順次出力される。
このようにして、ＡＤ変換された第１および第２の光電変換信号が焦点検出信号として出力部１６７Ａから出力されるとともに、これと並行して、ＡＤ変換された第１および第２の光電変換信号の加算信号が出力部１６９Ａから画像信号として出力される。したがって、本変形例では、１フレーム期間中に焦点検出信号と画像信号とが得られる。
【０１０１】
上述した第３の実施の形態では、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、次に作用効果を奏する。
（１）第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂは、列方向に配列された第１および第２の光電変換部１２１０ａおよび１２１０ｂを有し、第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂは、行方向に配列された第１および第２の光電変換部１２２０ａおよび１２２０ｂを有する。このように、第１の撮像部２１の各画素２１０Ｂの第１および第２の光電変換部１２１０ａ，１２１０ｂの配列方向と第２の撮像部２２の各画素２２０Ｂの第１および第２の光電変換部１２２０ａ，１２２０ｂの配列方向とが異なっている。したがって、設定焦点検出エリアにおける第１の撮像部２１の列方向に配列された複数の画素２１０Ｂに形成された被写体像のコントラストと設定焦点検出エリアにおける第２の撮像部２２の行方向に配列された複数の画素２２０Ｂに形成された被写体像のコントラストとを比べて、コントラストが高い方の撮像素子の焦点検出信号に基づき高精度な焦点検出を行うことができる。
【０１０２】
（２）第１の撮像部２１の列方向に配列された複数の画素２１０Ｂから第１および第２の光電変換信号が同時に読み出されるように読み出し回路を構成し、同時に読み出された第１および第２の光電変換信号、すなわち第１の焦点検出信号に基づいて位相差焦点検出演算を行うように構成した。同様に、第２の撮像部２２の行方向に配列された複数の画素２２０Ｂから第１および第２の光電変換信号が同時に読み出されるように読み出し回路を構成し、同時に読み出された第１および第２の光電変換信号、すなわち第２の焦点検出信号に基づいて位相差焦点検出演算を行うように構成した。これにより、同時に読み出された第１の焦点検出信号により、または、同時に読み出された第２の焦点検出信号により位相差焦点検出演算を行えば、デフォーカス量の算出精度が高くなるので、撮影光学系１０の焦点調節精度が向上し、撮像して得られる画像の画質を向上できる。
【０１０３】
＜その他の変形例＞
（１）上述の説明では、第１及び第２の撮像部２１、２２の撮像面の中央部の各画素２１０、２２０については、光電変換部２１０ａの中心と光電変換部２２０ａの中心とマイクロレンズ２３３の光軸２３３ａとが一致するように光電変換部２１０ａと光電変換部２２０ａとマイクロレンズ２３３とが配置される。しかしながら、撮像面の周辺部に位置する画素２１０、２２０については、撮影光学系１０を通過した被写体光が撮像面に対して斜めに入射するので、マイクロレンズ２３３の中心を光電変換部２１０ａの中心及び光電変換部２２０ａの中心に対してずらしてよい。この場合であっても、光電変換部２１０ａ及び光電変換部２２０ａの間隔が小さいので、光電変換部２１０ａの中心を光電変換部２２０ａの中心に対してずらす必要はない。
（２）上述した第２の撮像部２２では、有機光電変換膜に用いられている材料は、すべての画素２２０で同じであった。しかし、「Ｇ」画素２２０に、緑の色成分の光を吸収して光電変換する材料が用いてもよい。同様に、「Ｂ」画素２２０に、青の色成分の光を吸収して光電変換する材料が用いてもよく、「Ｒ」画素２２０に、赤の色成分の光を吸収して光電変換する材料が用いてもよい。
【０１０４】
（３）上述の説明では、共有共通電極２３６は、全画素２１０Ａ，２２０Ａで共有していた。しかし、共有共通電極２３６は、必ずしも全画素２１０Ａ，２２０Ａで共有する必要はない。たとえば、任意の１つの画素２１０Ａと、当該１つの画素２１０Ａと上述した対応関係にある１つの画素２２０Ａとが共有共通電極を共有するが、この共有共通電極が、他の画素２１０Ａと他の画素２２０Ａとが共有する共有共通電極とは、異なる電極であってもよい。第１の撮像部２１の一部の領域の複数の画素２１０Ａと、当該複数の画素２１０Ａと対応関係にある複数の画素２２０Ａとが１つの共有共通電極を共有するようにしてもよい。
【０１０５】
（４）上述した第１および第２の実施の形態では、マイクロレンズ２３３を設けることは必須ではない。
なお、上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。一例を挙げると、たとえば、上述した第３の実施の形態で説明した第１および第２の撮像部２１，２２が、第２の実施の形態で説明した共有共通電極２３６を有するように第１および第２の撮像部２１，２２を構成してもよい。
（５）上述の説明では、光電変換部２１０ａ，２２０ａに光を吸収して光電変換する有機材料を用いた有機光電膜２３０，２５０を用いたが、光を吸収して光電変換する無機材料を用いた光電膜を用いてもよい。
【０１０６】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１０７】
１；デジタルカメラ、１０；撮影光学系、１１；撮像素子、１２；制御部、１２ｄ；信号加算部、１４；画像処理部、２１；第１の撮像部、２２；第２の撮像部、５０；半導体基板、２１０，２２０，２１０Ａ，２２０Ａ，２１０Ｂ，２２０Ｂ；画素、２１０ａ，１２１０ａ；第１の光電変換部、２１０ｂ，１２１０ｂ；第２の光電変換部、２２０ａ，１２２０ａ；第１の光電変換部、２２０ｂ，１２２０ｂ；第２の光電変換部、１５１，１５３；列走査回路、１５２；水平出力回路、１５４；第１の水平出力回路、１５５；第２の水平出力回路、１６３；行走査回路、１６４；第１の水平出力回路、１６５；第２の水平出力回路、２３３；マイクロレンズ、２３０，２５０；有機光電膜、２３１，２５１；共通電極、２３２，２５２；部分電極、２３２ａ，２５２ａ；第１の部分電極、２３２ｂ，２５２ｂ；第２の部分電極、２３６；共有共通電極、３０１，３０１ａ，３０１ｂ，３０４；出力トランジスタ、３０２，３０２ａ，３０２ｂ，３０５；リセットトランジスタ、３０３，３０３ａ，３０３ｂ，３０６；選択トランジスタ
【図１】
2017098513.tif 000003
【図２】
2017098513.tif 000004
【図３】
2017098513.tif 000005
【図４】
2017098513.tif 000006
【図５】
2017098513.tif 000007
【図６】
2017098513.tif 000008
【図７】
2017098513.tif 000009
【図８】
2017098513.tif 000010
【図９】
2017098513.tif 000011
【図１０】
2017098513.tif 000012
【図１１】
2017098513.tif 000013
【図１２】
2017098513.tif 000014
【図１３】
2017098513.tif 000015
【図１４】
2017098513.tif 000016
【図１５】
2017098513.tif 000017
【図１６】
2017098513.tif 000018
【図１７】
2017098513.tif 000019
【図１８】
2017098513.tif 000020