(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を透過し受光面上に結像された光学像を光電変換すると共に、光電変換された電荷を電荷転送路を介して画素信号として読み出す撮像素子であって、
受光面近傍の焦点位置とし、それぞれ２次元配列された第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイと、
上記第１マイクロレンズアレイの焦点位置近傍に配置され、それぞれ第１画素信号を出力する単一の受光素子を構成単位とする撮影用の第１受光素子群と、
上記第２マイクロレンズアレイの焦点位置近傍に配置され、それぞれ第２画素信号を出力する一対の受光素子を構成単位とする焦点検出用の第２受光素子群と、
上記第１の受光素子群の出力する第１画素信号を読み出すための第１の電荷転送路と、
上記第１の電荷転送路に接続され、転送された電荷を電圧に変換して出力する第１の電荷電圧変換部と、
上記第２の受光素子群の出力する第２画素信号を読み出すための第２の電荷転送路と、
上記第２の電荷転送路に接続され、転送された電荷を電圧に変換して出力する第２の電荷電圧変換部と、
を具備し、
焦点検出を行うときには、上記第２受光素子群の光電変換動作を行い、上記第２の転送路を介して上記第２の電荷電圧変換部より上記第２受光素子群の第２画素信号を出力する
ことを特徴とする撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像素子、詳しくは自動焦点調節装置を有し電子的画像を取得し得る電子的撮像装置に使用される撮像素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、撮影レンズ等の撮影光学系によって結像される光学的な被写体像をＣＣＤ（Ｃharge Ｃoupled Ｄevice；電荷結合素子）等からなる撮像素子を利用して電気信号に光電変換し、これにより得られた電気的な画像信号（映像信号ともいう）をデジタルデータ等の画像データ（映像データ）として所定の記録媒体等に記録し得るように構成されたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等（以下、電子的撮像装置という）が広く普及している。
【０００３】
このような従来の電子的撮像装置においては、所望の被写体像に対する合焦位置の検出を撮像素子を利用して行ない、検出された合焦位置となるように所定の駆動機構等を用いて所定の撮影レンズ等を移動させることにより、焦点調節動作を自動的に行なうようにした自動焦点調節装置（ＡＦ手段）を有するものが一般的に実用化されている。この場合におけるＡＦ手段としては，様々な方式のものが提案され、また実用化されている．
例えば特開平１０−２１３７３７号公報に開示されている電子的撮像装置におけるＡＦ手段の方式としては、いわゆる山登り方式のＡＦ手段が適用されている。この山登り方式のＡＦ手段とは、撮影レンズ等の撮影光学系を透過して撮像素子の受光面上に結像された光学像（被写体像）のコントラストの最大値を検出することで、そのときの所定の撮影レンズ位置を求めるというものである。
【０００４】
一方、従来の電子的撮像装置におけるＡＦ手段としては、ＴＴＬ位相差検出方式のＡＦ手段がある。この方式としては、例えば特開平１０−１９７７８３号公報や特公昭５７−４９８４１号公報、特開平１０−２７４５６２号公報等によって、種々の提案がなされている。
【０００５】
上記特開平１０−１９７７８３号公報に開示されている電子的撮像装置におけるＡＦ手段は、絞り部材を駆動して瞳分割処理を時分割で行なうようにし、このとき絞り部材の各開口（瞳部）を通過した光束を、それぞれ単一の撮像素子によって受光することで位相差検出を行なうようにしたものである。
【０００６】
また、上記特公昭５７−４９８４１号公報に開示されている電子的撮像装置等のＡＦ手段は、いわゆるフライレンズ方式と呼ばれる方式であって、レンズアレイを透過した光束をラインセンサーからなる一対の受光素子によって受光して、このラインセンサーから出力される信号を処理することにより像ずれ量、即ち位相差量を演算して、撮影レンズの一部を構成し焦点調節を司る合焦レンズの繰出量を求めることで、自動焦点調節動作を実現するというものである。
【０００７】
そして、上記特開平１０−２７４５６２号公報に開示されている電子的撮像装置におけるＡＦ手段は、いわゆる再結像方式と呼ばれるＴＴＬ位相差検出方式のＡＦ手段であって、撮影レンズを透過した被写体からの光束をコンデンサレンズによって集光し、さらにセパレータレンズによって二分割して受光素子（光電変換素子）の受光面上に二つの被写体像を再結像させ、この二像のずれ量を検出することによって焦点位置の検出を行なうようにしたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１０−２１３７３７号公報等に開示されている山登り方式のＡＦ手段は、撮影レンズを移動させながら、撮像素子の受光面上に結像される被写体像が最大コントラストとなる位置を検出した後、所定の位置に撮影レンズを移動させるようにしていることから、一般的に焦点検出時間を多く必要とし、自動焦点調節動作を実行する際の動作速度が遅くなってしまうという問題点がある。
【０００９】
また、上記特開平１０−１９７７８３号公報に開示されている手段によれば、機械的な絞り部材を駆動して瞳分割処理を行なうようにしていることから、絞り部材の駆動機構を別に必要とし、そのための構成部材等を設置するための空間的な余裕も必要となる。したがって、近年特に要望が強い装置の小型化のためには、不利な手段であるといえる。
【００１０】
さらに、同公報に開示されている手段では、瞳分割処理を時分割によって処理しているので、取得される像の間に時間差が発生することになる。したがって、高速で移動するような被写体に対しては、その検出精度が大幅に劣化してしまうことがあるという問題点が生じる。
さらに加えて、同公報に開示の手段では、機械的な絞り部材を駆動するための所定の時間を必要とすることから、焦点検出速度が低下するという問題点がある。また、機械的な精度を精密に保持することも困難な問題である。
【００１１】
一方、上記特公昭５７−４９８４１号公報や上記特開平１０−２７４５６２号公報等に開示されている手段によれば、撮影レンズを透過した被写体からの光束の一部を分割し、所定の位置に配置されるレンズアレイやコンデンサレンズ等に導くように構成する必要があるので、光学的な制約や空間的な制約を受けるという問題点がある。
【００１２】
また、上記特開平１０−２７４５６２号公報に開示されている手段では、再結像光学系を新たに設ける必要があることから、電子的撮像装置の内部における空間的な制約が大きくなり、電子的撮像装置の小型化を阻害してしまうという問題点がある。
【００１３】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、焦点検出のための機構部材や光学系を構成する光学部材等の構成部材を新たに追加することなく、また適用される電子的撮像装置を大型化することなく焦点検出速度を向上させることができ、よって低コスト化及び省スペース化に寄与すると共に、高精度な焦点調節機能を実現し得る撮像素子を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による撮像素子は、撮影光学系を透過し受光面上に結像された光学像を光電変換すると共に、光電変換された電荷を電荷転送路を介して画素信号として読み出す撮像素子であって、受光面近傍の焦点位置とし、それぞれ２次元配列された第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイと、上記第１マイクロレンズアレイの焦点位置近傍に配置され、それぞれ第１画素信号を出力する単一の受光素子を構成単位とする撮影用の第１受光素子群と、上記第２マイクロレンズアレイの焦点位置近傍に配置され、それぞれ第２画素信号を出力する一対の受光素子を構成単位とする焦点検出用の第２受光素子群と、上記第１の受光素子群の出力する第１画素信号を読み出すための第１の電荷転送路と、上記第１の電荷転送路に接続され、転送された電荷を電圧に変換して出力する第１の電荷電圧変換部と、上記第２の受光素子群の出力する第２画素信号を読み出すための第２の電荷転送路と、上記第２の電荷転送路に接続され、転送された電荷を電圧に変換して出力する第２の電荷電圧変換部と、を具備し、焦点検出を行うときには、上記第２受光素子群の光電変換動作を行い、上記第２の転送路を介して上記第２の電荷電圧変換部より上記第２受光素子群の第２画素信号を出力することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態によって本発明を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の撮像素子を有する電子的撮像装置における主な光学系を構成する構成部材を示すブロック構成図であって、合わせて被写体からの光束（以下、被写体光束という）の本電子的撮像装置内における光路を示している。
【００１８】
図１に示すように本電子的撮像装置における光学系は、被写体光束を集光する撮影光学系１１と、被写体光束に基づく被写体像を光電変換することで撮像を行なう撮像系及び被写体像を視覚的に観察するファインダー光学系２０と、撮影光学系１１により集光された被写体光束を二分割し撮像系とファインダー光学系２０とに導く分割光学系等によって構成されている。
【００１９】
撮影光学系１１は、光軸方向に移動することで焦点調節を行なう合焦レンズ１１ａを含む複数のレンズ等と、所定の絞り開口を保持し得ると共に、シャッター機能を有し、被写体光束を完全に遮光する機能をも有する絞り部１２等によって構成されている。
【００２０】
分割光学系は、被写体光束を分割し得るように複数のプリズム等からなる、撮影光学系１１の後方においてその光軸上の所定の位置に配置されたビームスプリッタ１３等によって構成されている。
【００２１】
このビームスプリッタ１３の近傍には、撮影光学系１１を透過した被写体光により形成される被写体像を電気信号に変換し画像信号を生成する撮像系を構成する各種の部材が配置されている。この撮像系は、ビームスプリッタ１３により分割された被写体光束の一部を透過させて赤外光成分を除去する赤外光カットフイルタ１４と、モアレ等のノイズ成分を低減させるための光学的ローパスフイルタ（以下、単にＬＰＦという）１５と、光学的な被写体像を光電変換するＣＣＤ等の撮像素子（以下、単にＣＣＤという）１６等によって構成されている。
【００２２】
ファインダー光学系２０は、ビームスプリッタ１３の後方の所定の位置であって、かつ撮影光学系の光軸上に設けられ、同光軸に対して角度略４５度傾けて設けられた全反射ミラーからなる第１ミラー１７と、この第１ミラー１７によって反射された被写体光束の光軸上にあって、同光軸に対して角度略４５度傾けて配設された第２ミラー１８と、この第２ミラー１８によって反射された被写体光束を透過させて観察用の被写体像を結像させるファインダ接眼レンズ１９等によって構成される。
【００２３】
このように構成された本電子的撮像装置において、被写体光束は、まず撮影光学系１１に入射し、絞り部１２によって所望の光量となるように規制される。なお、例えばＣＣＤ１６による蓄積電荷の転送中等のような所定の場合には、必要に応じて絞り部１２が被写体光束を遮光するようにもなっている。
【００２４】
そして、撮影光学系１１を透過した被写体光束は、ビームスプリッタ１３によって二分割され、一部の光束が撮像系側に導かれ、赤外光カットフイルタ１４、ＬＰＦ１５を介してＣＣＤ１６に導かれる。そして、このＣＣＤ１６の受光面上に被写体像が結像される。
【００２５】
一方、ビームスプリッタ１３によって二分割された被写体光束の他の一部は、同ビームスプリッタ１３を透過して直進し、ファインダー光学系２０の側に導かれる。
【００２６】
このファインダー光学系２０の側に導かれた被写体光束の一部は、まず第１ミラー１７によって、角度略９０度だけ折り曲げられて本電子的撮像装置の上方へと向かい、第２ミラー１８によってさらに角度略９０度折り曲げられて後方に配置される接眼レンズ１９へと向かう。そして、この接眼レンズ１９を透過することにより観察用の被写体像が形成されることになる。これによって、本電子的撮像装置の使用者は、自己の眼によって被写体像を観察し得る状態になる。なお、このファインダー光学系２０によって形成される被写体像は、ＣＣＤ１６の受光面上に結像される被写体像と略等価のものとなっている。
【００２７】
次に、本電子的撮像装置の電気系の構成について、以下に説明する。
図２は、本電子的撮像装置の電気的な構成部材を示す主要ブロック構成図である。
【００２８】
本電子的撮像装置においては、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）３１ａ等からなる制御手段であるマイコン３１によって全体が制御されるようになっている。即ち、このマイコン３１は、本電子的撮像装置システムの制御装置であって、その内部にＣＰＵ３１ａと、ＲＯＭ３１ｂと、ＲＡＭ３１ｃと、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）３１ｄと、ＥＥＰＲＯＭ３１ｅ等を有して構成されるコントローラである。そして、マイコン３１の内部のＲＯＭ３１ｂに予め格納されているシーケンスプログラムに従って、本電子的撮像装置における一連の動作が制御されるようになっている。また、ＥＥＰＲＯＭ３１ｅには、焦点調節演算や測光及び露出演算、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）演算等に関する固有の補正データが予め記憶されている。
【００２９】
マイコン３１には、絞り部１２（図１参照）を駆動制御する絞り駆動部３３と、合焦レンズ１１ａ（図１参照）等を駆動制御するレンズ駆動部３２と、各種の操作部材（図示せず）に連動し各種の指令信号を発生させるスイッチ群、例えば撮影動作を開始させるに際して測光及びＡＦ動作等の予備的な動作を実行させる旨の指令信号を発生させるファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）４７、絞り部１２等を駆動させて露出動作を実行させる旨の指令信号を発生させるセカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）４８、ＡＦ動作を行なうに際して予め設定された複数種類のＡＦエリア（焦点検出を行なうべき所定の領域）を選択指定する旨の指令信号を発生させるエリア選択スイッチ４９等が電気的に接続されている。
なお、１ＲＳＷ４７と２ＲＳＷ４８とは、単一の操作部材によって操作し得るように構成され、いわゆる二段スイッチの形態となっている。
【００３０】
また、マイコン３１には、タイミングジェネレータ（以下、ＴＧという）８２及びシグナルジェネレータ（以下、ＳＧという）８３等（図３参照）によって構成され、ＣＣＤ１６を駆動制御するＣＣＤ制御部４３が電気的に接続されている。そして、このＣＣＤ制御部４３には、ＣＣＤ１６が電気的に接続されており、同ＣＣＤ１６の駆動を制御するようになっている。
【００３１】
ＣＣＤ１６は、撮影光学系１１を透過した被写体光束により形成される光学的な被写体像を電気信号に変換するものである。本電子的撮像装置におけるＣＣＤ１６としては、縦型オーバーフロードレイン型ＣＣＤが適用されており、その詳細な構成については後述する（図４〜図１２参照）。
【００３２】
ＣＣＤ１６には、映像信号処理部４２が電気的に接続されている。この映像信号処理部４２は、ＣＣＤ１６からの出力信号を受けて所定の処理を施して所定の形態の画像信号を生成するものである。この映像信号処理部４２には、焦点検出演算部５０、測光・露出演算部４５、ＡＷＢ部５１、表示部４６、記録部４４等が電気的に接続されていて、映像信号処理部４２は、それぞれに対して最適な形態の画像信号及びその画像信号に付随する情報等を生成し出力するようになっている。
【００３３】
焦点検出演算部５０は、映像信号処理部４２からの出力信号を受けて焦点位置を検出し演算する回路であり、その演算結果や合焦状態の判定データ及び合焦レンズ１１ａの所定の駆動量データ等は、マイコン３１へと出力されるようになっている。
【００３４】
測光・露出演算部４５は、映像信号処理部４２からの出力信号を受けて被写体の輝度等を検出し最適となる露出データ、即ち絞り部１２の絞り値及びＣＣＤ１６の電子シャッター速度値等を算出する回路であって、その演算結果は、マイコン３１へと出力されるようになっている。そして、これを受けて、マイコン３１は、絞り駆動部３３を介して所定の絞り値となるように絞り部１２を駆動すると共に、ＣＣＤ制御部４３を介して所定の電子シャッター速度値でＣＣＤ１６を駆動制御することになる。
【００３５】
ＡＷＢ部５１は、映像信号処理部４２からの出力信号を受けて被写体のホワイトバランスが最適となるように自動的に調整するための回路であって、このＡＷＢ部５１によって最適に調整された画像信号は、表示部４６へと出力されるようになっている。
【００３６】
表示部４６は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の画像表示装置によって形成され、映像信号処理部４２及びＡＷＢ部５１を介して入力される画像信号を画像として表示し得ると共に、その画像信号に付随する撮影情報等や撮影モード等の電子的撮像装置自体の内部情報等を文字や記号等の形態で視覚的に表示するものである。
【００３７】
記録部４４は、映像信号処理部４２からの出力信号を受けて画像信号及びそれに付随する撮影情報等（以下、画像信号等という）を所定の形態で記録ものである。
【００３８】
ここで、映像信号処理部４２及び記録部４４、ＣＣＤ制御部４３についての詳細を、以下に説明する。図３は、本電子的撮像装置における映像信号処理部４２及び記録部４４とこれらに電気的に接続される主要な電気回路の一部を取り出して示す要部ブロック構成図である。
【００３９】
映像信号処理部４２は、ＣＣＤ１６により取得される画像信号からリセットノイズ等を除去する相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳという）７８と、この相関二重サンプリング回路７８の出力を増幅させるゲインコントロールアンプ（以下、ＡＭＰという）７９と、ＡＭＰ７９の出力（アナログ信号）を受けてこれをデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（以下、Ａ／Ｄという）８０と、Ａ／Ｄ８０によりデジタル信号に変換された画像信号に対して所定の処理を行なうプロセス処理回路８１等によって構成されている。
【００４０】
ＣＣＤ制御部４３は、上述したようにＣＣＤ１６に対して駆動信号を出力することで所定の動作を制御するものであって、次のような構成からなる。
即ち、ＣＣＤ制御部４３を構成するＴＧ８２は、ＣＣＤ１６を駆動するための転送パルス等の駆動信号を発生させると共に、映像信号処理部４２の相関二重サンプリング回路７８のサンプルホールドパルス及びＡ／Ｄコンバータ８０のＡＤ変換タイミングパルス等を発生させるものである。
【００４１】
また、ＣＣＤ制御部４３を構成するＳＧ８３は、ＴＧ８２とマイコン３１との間の同期をとるための信号を発生するものである。
そして、ＣＣＤ制御部４３は、マイコン３１の指令により測光・露出演算部４５の演算結果に基づいて露出時におけるＣＣＤ１６の電子シャッター、即ち露光時間を制御する役目をしている。
【００４２】
記録部４４は、上述したように映像信号処理部４２からの出力信号を受けて画像信号及びそれに付随する撮影情報等（以下、画像信号等という）を所定の形態の画像データファイルとして、記録媒体８６に格納し得るように構成されているものである。
【００４３】
即ち、記録部４４は、映像信号処理部４２のプロセス処理回路８１から出力される画像信号及びそれに付随する撮影情報等を受けて一時的に記憶するＤＲＡＭ８４と、同画像信号等を画像データファイルとして所定の領域に格納し保存する記録媒体８６と、ＤＲＡＭ８４を介して入力された画像信号等を画像データファイルとして記録媒体８６に記録するのに最適な信号となるように処理する圧縮処理等を施すと共に、記録媒体８６に記録された画像データファイルを読み出して再生表示をするのに最適な信号となるように処理する伸長回路等からなる圧縮伸長回路８５等によって構成されている。
【００４４】
次に、本実施形態の撮像素子、即ちＣＣＤ１６の詳細な構成について、以下に説明する。
図４・図５は、本実施形態の撮像素子であるＣＣＤ１６の一部を拡大して示す要部拡大構成図である。
【００４５】
本実施形態のＣＣＤ１６は、電荷転送タイプがインターライン転送型のＣＣＤである。その受光面には、複数の受光素子が並べて配置されており、各受光素子がそれぞれ一つの画素を形成するように構成されている。
【００４６】
このＣＣＤ１６は、図４に示すように取得される画像信号の全体を構成する個々の画素信号を撮像のために用いる撮像部１００と、各画素信号を焦点検出を行なうために用いる焦点検出部２００との、機能的に二つの部分によって構成されている。そして、撮像部１００と焦点検出部２００とは、それぞれが一列毎に交互に配列されている。
【００４７】
ＣＣＤ１６の撮像部１００は、水平方向と垂直方向に二次元的に配置された第1受光素子群であるフォトダイオード１０１と、このフォトダイオード１０１に蓄積された電荷（第１映像信号）を垂直シフトレジスタ１０３に転送するトランスファーゲート１０２と、転送された電荷を順次垂直方向に転送する垂直シフトレジスタ１０３と、垂直シフトレジスタ１０３により垂直方向に転送された電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジスタ１０４と、この水平シフトレジスタ１０４により水平方向に転送された電荷を電圧信号に変換して出力する出力部１０５等によって構成されている。
【００４８】
また、撮像部１００に隣接し、撮像部１００と交互に配列される焦点検出部２００は、同様に水平方向と垂直方向に二次元的に配置され、各受光素子の前面に配置される微小レンズ群であるマイクロレンズ（図４では図示せず。詳細は後述する）によって分割された光束をそれぞれ受光する第２受光素子群である一対のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂと、これらフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂに蓄積された電荷（第２映像信号）を垂直シフトレジスタ２０３に転送するトランスファーゲート２０２と、転送された電荷を順次垂直方向に転送する垂直シフトレジスタ２０３と、垂直シフトレジスタ２０３により垂直方向に転送された電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジスタ２０４と、水平シフトレジスタ２０４により水平方向に転送された電荷を電圧信号に変換して出力する出力部２０５等によって構成されている。
【００４９】
なお、撮像部１００と焦点検出部２００との垂直シフトレジスタ１０３・２０３、水平シフトレジスタ１０４・２０４、出力部１０５・２０５を別々に分けているのは、それぞれの電気特性を信号電荷量に対して最適に設定し、転送効率を向上させるためである。
【００５０】
各受光素子（フォトダイオード１０１・２０１ａ・２０２ａ）の前面、即ち受光面となる側の面には、図５の要部拡大図に示すようにそれぞれ第１マイクロレンズアレイ１０６及び第２マイクロレンズアレイ２０６が配置されている。このうち第１マイクロレンズアレイ１０６は、撮像素子（ＣＣＤ１６）の光感度を向上させるために、各受光素子毎に対応させて配置されているものである。
【００５１】
このように各受光素子の前面、即ち光束の入射面側にマイクロレンズアレイ（１０６）を設けるようにすると、これによって入射光を効率よく集光することができるという効果がある。このような構成のものは、一般的に実用化されている手段であって、いわゆるオンチップマイクロレンズと呼ばれている。
なお、撮像部１００においては、第１マイクロレンズアレイ１０６は上述のように光感度が最適なものとなるように設定されている。また、焦点検出部２００に対応する第２マイクロレンズアレイ２０６は、上述の第１マイクロレンズアレイ１０６とは異なる光学特性を有し、かつ入射光を一対のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂに分割する役目をしている(詳細は後述する）。
【００５２】
ここで、図６は、オンチップマイクロレンズが形成された従来の固体撮像素子（ＣＣＤ）の詳細な構成を示す図であって、固体撮像素子の水平方向、即ち垂直シフトレジスタの転送方向と直交する方向の断面図である。この図６を用いて従来の固体撮像素子の構成の概略を、以下に説明する。
【００５３】
従来のＣＣＤ１１６は、次のように構成される。即ち、例えばシリコン材等からなる半導体基板１３１の内部には、拡散層等によって垂直シフトレジスタ１０３を構成する電荷転送部１３２及び受光部を構成するフォトダイオード１０１が形成されている。
【００５４】
これら電荷転送部１３２及びフォトダイオード１０１の上面側には、透明平坦化層１３６が形成されており、この透明平坦化層１３６の内部には、電荷転送部１３２の上部に絶縁膜（特に図示せず）を介して垂直転送電極１３４が形成されている。また、この垂直転送電極１３４を覆うようにして遮光膜１３５が形成されている。
【００５５】
そして、フォトダイオード１０１は、遮光膜１３５の開口に対応して形成されており、このフォトダイオード１０１の上部及び遮光膜１３５の上部、即ち透明平坦化層１３６の上面側には、色フイルター１３７が形成されている。
【００５６】
さらに、色フイルター１３７の上部にも透明平坦化層１３６が設けられ、これと一体的に所定の曲率ｒを有し焦点距離ｆ１からなる球面レンズにより形成されるマイクロレンズ１０６（本実施形態の撮像素子１６における第１マイクロレンズアレイ１０６に相当する）が配置されている。
【００５７】
そして、本実施形態の撮像素子であるＣＣＤ１６における撮像部１００は、図６に示す従来の一般的なオンチップマイクロレンズを有する撮像素子の構成と略同様に構成されているものである。つまり、本実施形態のＣＣＤ１６は、上述の図４等によって示したように、上述の従来の撮像素子に加えて焦点検出部２００及びこれに対応する第２マイクロレンズアレイ２０６が所定の配列で配置されている点が異なるのである。
【００５８】
一方、焦点検出部２００に対応する第２マイクロレンズアレイ２０６は、上述の撮像部１００における第１マイクロレンズアレイ１０６とは、異なる光学特性、即ち異なる曲率、異なる焦点距離となるように形成されている。そして、この第２マイクロレンズアレイ２０６の焦点面には、一対の受光素子であるフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂが配置されるようになっている。
【００５９】
また、第２マイクロレンズアレイ２０６は、図７に示すように撮影光学系１１を透過した光束を受けて、これを瞳分割し、それぞれの光束を一対のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂにそれぞれ入射するように形成されている。
なお、このように構成された本実施形態のＣＣＤ１６によってなされる焦点検出動作の原理については、上述した特公昭５７−４９８４１号公報等によって開示されている位相差検出方式のものと同様である。したがって、焦点検出動作時の作用については、一般的な手段に従うものとして、本明細書中においては、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
図８は、本実施形態のＣＣＤ１６の焦点検出部２００に入射する光束の光路図を示し、合焦状態にある場合、前ピン状態にある場合、後ピン状態にある場合を同一の図面にて示している。
【００６１】
なお、図８においては、説明を行なう便宜上、撮影光学系を固定させた状態で、撮像素子（ＣＣＤ１６）を矢印Ｘ１又は矢印Ｘ２方向に移動させるようにして各状態を示しているが、本実施形態の撮像素子（ＣＣＤ１６）が適用される電子的撮像装置においては、実際には、撮像素子（ＣＣＤ１６）が固定されており、撮影光学系１１の合焦レンズ１１ａが光軸方向に移動することによって焦点状態の調節が行われるようにしている（図１参照）。
【００６２】
また、図８では、ＣＣＤ１６を構成する第２マイクロレンズアレイ２０６をそれぞれＬ１・Ｌ２…Ｌｎと、受光素子であるフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂをそれぞれＡ１・Ａ２…Ａｎ及びＢ１・Ｂ２…Ｂｎとして示している。
【００６３】
そして、マイクロレンズＬｎの焦点距離はｆ２に設定されており、この焦点距離はマイクロレンズＬｎとフォトダイオードＡｎ・Ｂｎとの間の距離に略等しいように設定されている。
【００６４】
このようなＣＣＤ１６のモデルを想定した場合において、合焦状態にあるときには、図８の符号Ｂ（ＣＣＤ１６Ｂ）に示すようになる。
即ち、同一の被写体から出射された光束であって異なる射出瞳を通過する光線Ｒ１・Ｒ２、光線Ｒ３・Ｒ４…は、各マイクロレンズＬｎに入射し、このマイクロレンズＬｎの光軸を中心に隣合うフォトダイオードＡｎ・Ｂｎがそれぞれ受光する受光量が一致することになる。
【００６５】
例えば光線Ｒ３・Ｒ４は、共にマイクロレンズＬ２に入射して、このマイクロレンズＬ２によって瞳分割されてそれぞれがフォトダイオードＡ２・Ｂ２に受光される。このとき、フォトダイオードＡ２・Ｂ２がそれぞれ受光する受光量は一致する。
【００６６】
一方、前ピン状態となる場合には、図８の符号Ａ（ＣＣＤ１６Ａ）に示すようになる。即ち、異なるマイクロレンズＬｎを透過した光束が到達するフォトダイオードＡｎ・Ｂｎの受光量は、互いに隣接しない位置にあるフォトダイオードＡｎ・Ｂｎにおいて一致することになる。
【００６７】
例えば同一被写体からの光線Ｒ３・Ｒ４は、それぞれマイクロレンズＬ３・Ｌ１に入射し、フォトダイオードＢ３・Ａ１に受光される。したがって、この場合において、結像に二ピッチ分のずれが生じることになる。
【００６８】
他方、後ピン状態となる場合には、図８の符号Ｃ（ＣＣＤ１６Ｃ）に示すようになる。即ち、受光量が一致するフォトダイオードＡｎ・Ｂｎは隣接しているが、この隣接したフォトダイオードＡｎ・Ｂｎに入射する光線は、異なるマイクロレンズＬｎを透過した光束である。
【００６９】
例えば同一被写体からの光線Ｒ３・Ｒ４は、それぞれマイクロレンズＬ１・Ｌ３に入射し、フォトダイオードＢ１・Ａ３に受光される。したがって、このときの結像は、上述の前ピン状態の場合とは逆方向に二ピッチ分の像ずれが生じることになる。
【００７０】
実際には、一ピッチ単位の像ずれ量（位相差量）では、高精度な焦点検出精度を確保することができない。したがって、所定の補間演算等の処理を行なうことによって一ピッチ分以下の焦点検出を行なうようにしている。なお、所定の補間演算等については、従来より一般的に実用化されている手段を用いるので、その詳細な説明は省略する。
このようにして、像ずれ量を検出することで、撮影光学系の合焦位置を求めることができることになる。
【００７１】
また、上述したように撮像部１００を構成するフォトダイオード１０１の前面には、色フイルター１３７が配置されている（図６参照）。この色フイルター１３７の配列は、いわゆるベイヤー配列となっている（図９参照）。
【００７２】
ここで、図９は、本実施形態の撮像素子（ＣＣＤ１６）における色フイルター１３７の色要素の配列を示す図である。なお、本実施形態のＣＣＤ１６は、実際には、上述したように撮像部１００と焦点検出部２００とが交互に配列されるようになっているものであるが、図９では、説明の便宜上、撮像部１００のみが二次元的に配列された撮像素子に対応する色フイルターの受光面の色要素の配列を示し、焦点検出部２００に対応する部分は除外して図示している。
【００７３】
図９において、符号Ｒ・Ｇ・Ｂは、それぞれ赤・緑・青を選択的に透過させ得る各色フイルタ要素を示している。そして、その配列は、図９に示すように一般的なベイヤー配列となっている。
なお、本実施形態のＣＣＤ１６においては、焦点検出部２００の一対のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂの前面には、色フイルターは配置されない。
【００７４】
本実施形態のＣＣＤ１６は、以上のように構成されている。
上述したように、本実施形態のＣＣＤ１６の受光面は、撮像部１００と焦点検出部２００とを交互に配列するように構成されている。したがって、焦点検出部２００が、ＣＣＤ１６の受光面の略全面に形成されることになる。このことから、本実施形態のＣＣＤ１６を適用した電子的撮像装置においては、図１０に示すように撮影画面３００の略全体が焦点検出領域３０１とすることができるように構成される。
【００７５】
そして、撮影者は、エリア選択スイッチ４９（図２参照）を操作することで焦点調節を行なうべき所望の領域を選択し、任意に自動焦点調節動作（以下、ＡＦ動作という）を実行させることができるようになる。このエリア選択スイッチ４９による焦点調節領域の選択を行なう手段については、本発明に直接関係しないので、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
なお、本実施形態におけるＣＣＤ１６では、撮像部１００と焦点検出部２００の配置を撮影画面３００の縦方向に配置するようにしている。したがって、これによれば撮影画面３００の縦方向にコントラストがある被写体、例えば水平線の焦点検出を行なうことが容易な構成になっている。
【００７７】
また、これとは別に、例えばＣＣＤ１６の撮像部１００と焦点検出部２００とを撮影画面３００の横方向に配置するようにしても良い。このような配置にした場合には、撮影画面の横方向にコントラストがある被写体、例えば垂直線の焦点検出が容易な構成となる。
【００７８】
以上のように構成された本実施形態のＣＣＤ１６を適用した電子的撮像装置における作用を、以下に説明する。
図１１は、本電子的撮像装置における制御手段であるマイコン３１のメインルーチンを示すフローチャートである。また、図１２は、本電子的撮像装置において撮像動作が実行される際のタイムチャートを示している。
【００７９】
本電子的撮像装置は、例えば主電源スイッチのオン操作により、又は電池の挿入操作によってマイコン３１を含む電気回路への給電が開始されることにより起動し、これによってマイコン３１の内部のＲＯＭ３１ｂに予め格納されているシーケンスプログラムが実行される。
【００８０】
まずステップＳ１０１において、本電子的撮像装置の各電気回路ブロックの初期化が行なわれる。
【００８１】
次に、ステップＳ１０２において、マイコン３１は、１ＲＳＷ４７の状態を検出しオン状態にされたか否かの確認を行なう。ここで、所定の操作部材が操作されることによって生じる１ＲＳＷ４７のオン信号が確認された場合には、ステップＳ１０３の処理に進む。
【００８２】
また、同１ＲＳＷ４７のオン信号が確認されなかった場合には、ステップＳ１０５の処理に進む。このステップＳ１０５においては、ＣＣＤ１６の撮像部１００における蓄積（露光）動作及び読出動作等の一連の測光のための撮像動作（以下、単に測光動作という）が行なわれて、次のステップＳ１０６の処理に進む。
【００８３】
次いでステップＳ１０６においては、映像信号処理部４２から出力されるＣＣＤ１６（撮像部１００）により取得された画像信号を受けて測光・露出演算部４５は、所定の測光及び露出演算処理を実行する。これにより、本露光動作時（画像記録を行なう際）必要となる情報、即ち被写体に応じた適正となる露出情報、例えば絞り部１２の絞り値やＣＣＤ１６の電子シャッタ速度値等を算出する。
【００８４】
つまり、本電子的撮像装置が起動されると、常に測光動作が開始され、この測光動作は継続的に実行されることになる（図１２の符号［２］参照）。また、このとき図１２の符号［３］に示すように絞り部１２は、開放状態にある。
【００８５】
一方、上述のステップＳ１０２において、１ＲＳＷ４７がオン状態にされたことを確認した場合には（図１２の符号［１］参照）、次のステップＳ１０３において、ＣＣＤ１６の焦点検出部２００の蓄積動作を（ＡＦ用露光。図１２の符号［４］参照）行なって、焦点検出部２００を用いて所定の画像信号を読み出し、次のステップＳ１０４において、読み出した画像信号に基づいて所定の焦点検出演算を行なう（図１２の符号［５］参照）。なお、ここで実行される所定の焦点検出演算については、従来の電子的撮像装置等のＡＦ手段等によって実行される一般的な手順によるものとし、詳細な説明は省略する。
【００８６】
次いで、ステップＳ１０７においては、上述のステップＳ１０４において実行した焦点検出演算の結果が合焦状態にあるか非合焦状態にあるかの判別を行なう。ここで、合焦状態であると判別された場合には、ステップＳ１０９の処理に移行し、また非合焦状態であると判別された場合には、ステップＳ１０８の処理に移行する。
【００８７】
ステップＳ１０８において、上述のステップＳ１０４における焦点検出演算結果に基づいて合焦状態とするための合焦レンズ１１ａの移動量を算出すると共に、同レンズ１１ａを駆動させる（図１２の符号［７］参照）。その後、ステップＳ１０２の処理に戻り、以降同様のＡＦ動作を繰り返す。
【００８８】
一方、ステップＳ１０９においては、２ＲＳＷ４８の状態を検出しオン状態となっているか否かの確認を行なう。ここで、２ＲＳＷ４８がオン状態であることが確認された場合（図１２の符号［６］参照）には、次のステップＳ１１０の処理に進み、同２ＲＳＷ４８がオフ状態であることが確認された場合には、ステップＳ１０２の処理に戻り、２ＲＳＷ４８がオン状態になるのを待機しながら、以降のシーケンスを継続して実行する。
【００８９】
ステップＳ１１０以降の処理において、いわゆる本露光動作（図１２の符号［８］参照）が実行される。
まずステップＳ１１０において、マイコン３１は、絞り駆動部３３を介して絞り部１２を制御して、上述のステップＳ１０６において算出した露出用絞り値となるように駆動する（絞り制御処理；図１２の符号［９］参照）。
【００９０】
次いでステップＳ１１１において、ＣＣＤ制御部４３は、ＣＣＤ１６を制御して、電荷掃き出し信号ＳＵＢをオフ状態に切り換えてＣＣＤ１６による蓄積動作を開始させ、上述のステップＳ１０６における露出演算処理によって算出した電子シャッタ速度値により露出（本露光）動作を実行する（図１２の符号［８］参照）。ここで、電子シャッターとは、ＣＣＤ制御部４３により電子シャッタ速度値に応じた所定のタイミングで電荷転送パルスＴＧＰを発生させて、フォトダイオード１０１の蓄積電荷を垂直シフトレジスタ１０３へと転送する動作である。
【００９１】
そして、次のステップＳ１１２においては、取得されるべき画像信号に対していわゆるスミア等のノイズ成分が混入するのを防止するために、絞り駆動部３３を介して絞り部１２が閉状態となる方向に駆動され、同絞り部１２は完全に遮閉状態となる（図１２の符号［１０］参照）。これによってＣＣＤ１６の受光面が遮光状態となる。
【００９２】
続いてステップＳ１１３においては、ＣＣＤ１６の遮光状態を保持したまま、ＣＣＤ制御部４３が画像読み出し信号ＤＣＬＫをＣＣＤ１６へと出力する。そして、映像信号処理部４２は、同信号ＤＣＬＫに同期して出力される撮像部１００の画像信号（ＣＣＤ信号）をＡ／Ｄ変換した後、これを読み出す（図１２の符号［１１］参照）。
【００９３】
次いで、ステップＳ１１４において、マイコン３１は、絞り駆動部３３を介して絞り部１２を開放状態にするべく、所定の絞り開放コマンドを送信し、同絞り部１２を駆動し、これを開放状態に戻す（図１２の符号［１２］参照）。
【００９４】
さらに、ステップＳ１１５において、映像信号処理部４２は、ＣＣＤ１６によって取得された画像信号を記録するのに最適な形態とする所定の処理、例えば圧縮処理等を行なった後、これを記録媒体８６の所定の領域に格納する（図１２の符号［１２］参照）。その後、一連の動作を終了して、上述のステップＳ１０２の処理に戻り、以降の処理を同様に繰り返す。
【００９５】
以上説明したように上記第１の実施形態によれば、撮像素子（ＣＣＤ１６）と同一チップ上に瞳分割微小レンズ群（第２マイクロレンズアレイ２０６）と瞳分割光束を受光する一対の受光素子群（フォトダイオード２０１ａ・２０１ｂ）とを形成し、この受光素子群の出力信号に基づいて焦点検出動作を行なうようにしたので、新たな構成部材を追加することなく、低コスト化及び省スペース化に寄与すると共に、より高速でかつ高精度な焦点調節装置を実現することができる。
【００９６】
なお、上述の第１の実施形態においては、撮像部１００の前面にのみ色フイルター１３７を配置する一方、焦点検出部２００の前面には色フイルターを配置しないように構成している。したがって、このような構成とした場合には、撮像素子を製造する過程において、製造コストの負担が増加することも考えられる。
【００９７】
そこで、次に示す本発明の第２の実施形態では、焦点検出部２００の前面にも色フイルターを配置するようにしている。
図１３は、本発明の第２の実施形態の撮像素子を示す図であって、同撮像素子の前面に配置される色フイルターの構成を示す図である。
【００９８】
上述の第１の実施形態の撮像素子における色フイルター１３７の色要素の配列は、上述したようのベイヤー配列としている（図９参照）。
【００９９】
本実施形態においては、図９に示すように同様のベイヤー配列としており、隣接する撮像部１００のフォトダイオード１０１と焦点検出部２００のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂとを一単位として同一色要素の色フイルターを配置するようにしている。
【０１００】
このように、本実施形態においては、撮像素子の前面に配置される色フイルターの構成を若干異ならせたのみであり、その他の構成については、上述の第１の実施形態と全く同じである。
【０１０１】
このように構成した撮像素子において、焦点検出演算を実行する場合には、焦点検出部２００の同一色の色フイルターに対応するフォトダイオードの画素信号のみを焦点検出演算に使用するように制御する。
【０１０２】
このようにした場合、検出ピッチが大きくなってしまうことになるが、その反面、各色毎（Ｒ・Ｇ・Ｂ）に３回の演算を行なうことで、三種類の演算結果を得ることができることになる。したがって、このようにして得られた三種類の演算結果に対し、平均処理や重み付け処理等の所定の演算処理を施すことによって、焦点検出精度の劣化を防ぐことができる。
【０１０３】
また、上述の第１実施形態の撮像素子においては、撮影動作時には、ＣＣＤ１６における撮像部１００からの出力信号のみを画像信号として扱うようにしている。しかし、この第２の実施形態の撮像素子においては、撮影動作時に焦点検出部２００の出力信号をも映像信号として利用するようにしている。
【０１０４】
具体的には、本実施形態の撮像素子を用いた電子的撮像装置によって撮影動作を行なう際には、撮像部１００のフォトダイオード１０１による蓄積動作に加えて、焦点検出部２００のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂの蓄積動作をも合わせて行なうようにしている。このとき、一対のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂにより取得した画像信号は、加算処理を施した後、一対の画素信号として処理される。
【０１０５】
図１４は、本実施形態の撮像素子を用いた電子的撮像装置における映像信号処理部及びＣＣＤ制御部の本露光処理動作を示すフローチャートである。この図１４によって、本撮影素子の撮影動作（露光動作）時の作用を説明する。なお、この本露光のシーケンスは、図１１のステップＳ１１１に相当するものである。
【０１０６】
まず、ステップＳ２０１において、撮像部１００及び焦点検出部２００を用いて所定の蓄積動作を行なう。
【０１０７】
次に、ステップＳ２０２において、撮像部１００及び焦点検出部２００の出力画像信号をＡ／Ｄ変換し読み出した後、次のステップＳ２０３の処理に進み、このステップＳ２０３において、焦点検出部２００のフォトダイオード２０１ａ・２１０ｂに対応する一対の画素信号について所定の加算処理を実行する。
【０１０８】
続けてステップＳ２０４において、撮像部１００の画像信号と焦点検出部２００の加算処理後の画像信号との両者を用いて所定の映像信号を生成する。そして、一連の処理を終了する（リターン）。
【０１０９】
なお、ここで、撮像部１００のフォトダイオード１０１の画像信号を用いてフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂの加算画像信号の補正処理を行なって、所定の映像信号を生成するようにしても良い。
【０１１０】
映像信号の生成処理については、例えば任意のフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂについて、その周辺の四個のフォトダイオード１０１の画素信号を補間して求めた補間映像信号と、上述の加算映像信号とを比較して信頼性の高い方を採用するようにしたり、両者の平均処理を行なって、その処理結果を映像信号とするようにしても良い。
【０１１１】
また、フォトダイオード２０１ａ・２０１ｂの加算処理については、取得した画素信号に対してＡ／Ｄ変換を実行した後におけるデジタル画像データを加算する処理手段のほかに、例えば垂直シフトレジスタ２０３の内部において電荷信号として加算する処理手段等がある。
【０１１２】
このように構成された本実施形態によれば、撮像素子を構成する各受光素子の前面側全体に色フイルターを配置するように構成したことから、上述の第１の実施形態の撮像素子に比べて焦点検出精度を劣化させることなく製造工程を簡略化することができるので、製造コストの低減化に寄与することが容易にできることになる。
【０１１３】
また、焦点検出部２００の前面にも色フイルターを配置したことにより、これに対応するフォトダイオード２０１ａ・２０１ｂを撮影動作に用いることができる。したがって、これによれば、水平方向の解像力を約２倍に向上させることが容易にできることになる。
【０１１４】
ところで、上述の第１の実施形態の撮像素子では、上述したように撮像部１００と焦点検出部２００の配置を撮影画面３００（図１０参照）の縦方向又は横方向に配置するようにしている。このことから、撮影画面３００の縦方向又は横方向のいずれか一方向にコントラストがある被写体、例えば水平線又は垂直線のいずれか一方のみの焦点検出を行なうことができるように構成される。
そこで、縦横二方向のコントラスト変化を検出し得るように構成すれば、さらに至便なものとなる。このことを考慮したものが、次に示す第３の実施形態である。
【０１１５】
図１５は、本発明の第３の実施形態の撮像素子の要部を拡大して示す要部拡大図である。
本実施形態の撮像素子（ＣＣＤ）は、上述の第１の実施形態と同様に、撮像を行なう撮像部と焦点検出を実行する焦点検出部とからなり、撮像部は、撮像用の受光素子であるフォトダイオード４０１と、このフォトダイオード４０１に蓄積された電荷を受けて順次垂直方向に転送する垂直シフトレジスタ４０３ａ等によって構成されている。
【０１１６】
また、焦点検出部は、水平線の焦点検出に用いられる受光素子である一対のフォトダイオード４０１ａ・４０１ｂと、この一対のフォトダイオード４０１ａ・４０１ｂに蓄積された電荷を受けて順次垂直方向に転送する垂直シフトレジスタ４０３ｂと、垂直線の焦点検出に用いられる受光素子である一対のフォトダイオード５０１ａ・５０１ｂと、この一対のフォトダイオード５０１ａ・５０１ｂに蓄積された電荷を受けて順次垂直方向に転送する垂直シフトレジスタ４０３ｃ等によって構成されている。
【０１１７】
そして、上述の各フォトダイオード４０１・４０１ａ・４０１ｂ・５０１ａ・５０１ｂの受光面の前面には、被写体像をこれら五つのフォトダイオードの受光面上に結像させるマイクロレンズアレイ４０６が配置されていて、本撮像素子は、撮像部及び焦点検出部とマイクロレンズアレイ４０６等からなるユニットが一単位（一画素）として構成されている。
【０１１８】
水平線の焦点検出用の一対のフォトダイオード４０１ａ・４０１ｂは、撮影画面３００（図１０参照）の縦方向に複数配列される同様の一対のフォトダイオード群によって取得される画像信号に基づいて撮影画面の垂直方向の像ずれを検出するのに使用される。
【０１１９】
同様に、垂直線の焦点検出用の一対のフォトダイオード５０１ａ・５０１ｂは、撮影画面３００（図１０参照）の横方向に複数配列される一対のフォトダイオード群によって取得される画像信号に基づいて撮影画面の水平方向の像ずれを検出するのに使用される。
【０１２０】
マイクロレンズアレイ４０６は、図１６の要部拡大図に示すように五つのフォトダイオード４０１・４０１ａ・４０１ｂ・５０１ａ・５０１ｂにそれぞれ対応する五つの部分が一体的に形成された形状を有しており、その断面形状は、図１７の断面図に示すとおりである。
【０１２１】
つまり、マイクロレンズアレイ４０６は、例えば上述の第１の実施形態における第1マイクロレンズアレイ１０６と第２マイクロレンズアレイ２０６とを一体的に単一の部材により形成したものと等価であって、対応する上記五つの受光素子（フォトダイオード４０１・４０１ａ・４０１ｂ・５０１ａ・５０１ｂ）に応じて、その曲率や焦点距離等の光学的な特性が異なるように形成されている。その他の構成については、上述の第１の実施形態と略同様である。
【０１２２】
このように構成された本実施形態の撮像素子（ＣＣＤ）を用いた電子的撮像装置によって実行される焦点検出動作は、上述の第１の実施形態と略同様であるが、本実施形態では、まず垂直線の焦点検出用の一対のフォトダイオード５０１ａ・５０１ｂを用いて撮影画面の水平方向の像ずれを検出し、場合によっては、さらに水平線の焦点検出用の一対のフォトダイオード４０１ａ・４０１ｂを用いて撮影画面の垂直方向の像ずれを検出するようにしている点が異なる。
【０１２３】
図１８は、本実施形態の撮像素子を用いた電子的撮像装置によって焦点検出動作が行なわれる際の作用を示すフローチャートである。なお、この焦点検出演算処理のシーケンスは、図１１のステップＳ１０４に相当するものである。
【０１２４】
まず、ステップＳ３０１において、撮影画面の横方向に配列されるフォトダイオード５０１ａ・５０１ｂにより取得される画像信号を用いて、撮影画面の水平方向の像ずれ量を検出する。この場合においては、図１９に示すような被写体、即ち撮影画面の横方向（水平方向）にコントラストを有する垂直線等の被写体３１０ａに対する水平方向の像ずれ量の検出動作を行なうことになる。
【０１２５】
続いて、ステップＳ３０２においては、上述のステップＳ３０１で実行した焦点検出動作による検出結果についての判断がなされる。ここで、焦点検出結果により焦点位置の検出が充分に可能であると判断された場合には、その検出結果を採用することとして、一連の焦点検出動作のシーケンスを終了し、メインルーチンに復帰する（リターン）。
【０１２６】
一方、上述のステップＳ３０２において、ステップＳ３０１で実行した焦点検出動作によっては、所望の検出結果が得られなかった場合には、ステップＳ３０３の処理に移行する。
【０１２７】
例えば、図２０に示すような被写体、即ち撮影画面の縦方向（垂直方向）にコントラストを有する水平線等の被写体３１０ｂに対しては、撮影画面の横方向に配列されるフォトダイオード５０１ａ・５０１ｂによっては、充分な焦点検出結果を得ることができない。
【０１２８】
したがって、このような場合には、ステップＳ３０３において撮影画面の縦方向に配列されるフォトダイオード４０１ａ・４０１ｂにより取得される画像信号に基づいて撮影画面の垂直方向の像ずれ量の検出動作を行なう。そして、その検出結果を採用することとして、一連の焦点検出動作のシーケンスを終了し、メインルーチンに復帰する（リターン）。
【０１２９】
通常の写真撮影を行なう際に対象となる被写体は、たいていの場合において撮影画面の横方向（水平方向）にコントラストを有する被写体３１０ａ（図１９参照）と、撮影画面の縦方向（垂直方向）にコントラストを有する被写体３１０ｂ（図２０参照）とに大別することができるが、一般的には、前者のような被写体の方が多い傾向に有る。
【０１３０】
そこで、この点を考慮して、本実施形態における焦点検出動作のシーケンスでは、上述したように水平方向の像ずれ量の検出処理を優先して実行し、この検出処理によって焦点位置を検出するのに充分な検出結果が得られた場合には、その検出結果を採用して自動焦点調節動作を実行するようにしている。
【０１３１】
また、第１回目の水平方向の像ずれ量の焦点検出動作（図１８のステップＳ３０１）によって、所望の検出結果が得られなかった場合には、第２回目の焦点検出動作として、垂直方向の像ずれ量の検出処理を実行するようにしている。
【０１３２】
以上説明したように上記第３の実施形態によれば、上述の第１の実施形態と略同様の効果を得ることが出来る。
また、撮影画面に対して水平方向及び垂直方向の両方向に対して焦点検出動作を行ない得るようにしたので、これを適用した電子的撮像装置等によって撮影を行なう際には、撮影画面内の被写体のコントラストの状態等に関わらず、容易に高精度な焦点検出動作を行なうことができる。
【０１３３】
また、焦点検出動作のシーケンスでは、水平方向の像ずれ量を優先して検出するようにしているので、焦点検出動作によって生じるタイムラグ等は、上述の第１の実施形態の場合に比べて減少させることができる。
【０１３４】
さらに、焦点検出動作のシーケンスにおいて、水平方向及び垂直方向の両方向に対して焦点検出動作を行なった場合には、信頼性の高いと思われる検出結果を採用して、焦点調節動作を行うようにしているので、より高精度な焦点検出動作とすることができる。
【０１３５】
なお、上述の各実施形態においては、撮像素子の一例としてＣＣＤを例に挙げて説明しているが、本発明の構成は、例えばＭＯＳ型センサーやその他のタイプの固体撮像素子等にも容易に適用することができるものである。
【０１３６】
［付記］
上記発明の実施形態により、以下のような構成の発明を得ることができる。
【０１３７】
（１）  撮像装置に使用可能な撮像素子であって、
被写体像を受光する第１受光素子群と、
これら第１受光素子群に対して被写体光を集光する第１微小レンズ群と、
撮影レンズを通過した光束を瞳分割する第２微小レンズ群と、
これら第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し、対をなす第２受光素子群と、
を具備し、
第２微小レンズ群と一対の受光素子群とを当該撮像素子チップ上に形成してなる撮像素子。
【０１３８】
（２）  付記１に記載の撮像素子において、
上記第１微小レンズ群と上記第２微小レンズ群とは、光学特性が互いに相違するよう構成されている。
【０１３９】
（３）  付記１に記載の撮像素子において、
上記第１微小レンズ群の前面には、色フイルタが配置される一方、上記第２微小レンズ群の前面には、色フイルタが配置されていない。
【０１４０】
（４）  付記１に記載の撮像素子において、
上記第１受光素子群から出力される信号電荷は、上記第１電荷転送路を用いて電荷転送が行なわれ、上記第２受光素子群から出力される信号電荷は、第２電荷転送路を用いて電荷転送を行なう。
【０１４１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、新たに機構部材や光学系部材等の構成部材を追加することなく、また電子的撮像装置を大型化することなく焦点検出速度を向上させることができ、よって低コスト化及び省スペース化に寄与すると共に、高精度な焦点調節機能を実現し得る撮像素子を提供することである。
【０１４２】
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の撮像素子を有する電子的撮像装置における主な光学系を構成する構成部材を示すブロック構成図。
【図２】図１の電子的撮像装置の電気的な構成部材を示す主要ブロック構成図。
【図３】図１の電子的撮像装置における映像信号処理部及び記録部とこれらに電気的に接続される主要な電気回路の一部を取り出して示す要部ブロック構成図。
【図４】本発明の第１の実施形態の撮像素子（ＣＣＤ）の一部を拡大して示す要部拡大構成図。
【図５】図４の撮像素子（ＣＣＤ）におけるフォトダイオード及びマイクロレンズの一部を拡大して示す要部拡大図。
【図６】オンチップマイクロレンズが形成された従来の固体撮像素子（ＣＣＤ）の詳細な構成を示す図であって、固体撮像素子の水平方向（垂直シフトレジスタの転送方向と直交する方向）の断面図。
【図７】図１の電子的撮像装置において、撮影光学系を透過した光束がマイクロレンズにより瞳分割され一対のフォトダイオードに入射する際の様子を示す図。
【図８】図４の撮像素子（ＣＣＤ）の焦点検出部２００に入射する光束の光路図。
【図９】図４の撮像素子（ＣＣＤ）における色フイルターの色要素の配列を示す図。
【図１０】図１の電子的撮像装置において撮影画面に対する焦点検出領域を示す図。
【図１１】図１の電子的撮像装置における制御手段の主要動作を示すフローチャート。
【図１２】図１の電子的撮像装置において撮像動作が実行される際のタイムチャート。
【図１３】本発明の第２の実施形態の撮像素子を示し、撮像素子の前面に配置される色フイルターの構成を示す図。
【図１４】図１３の撮像素子における映像信号処理部及びＣＣＤ制御部の本露光処理動作を示すフローチャート。
【図１５】本発明の第３の実施形態の撮像素子の要部を拡大して示す要部拡大図。
【図１６】図１５の撮像素子における一単位のみを取り出して示す要部拡大図。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。
【図１８】図１５の撮像素子を用いた電子的撮像装置によって焦点検出動作が行なわれる際の作用を示すフローチャート。
【図１９】撮影画面の横方向（水平方向）にコントラストを有する被写体の一例を示す図。
【図２０】撮影画面の縦方向（垂直方向）にコントラストを有する被写体の一例を示す図。
【符号の説明】
１１……撮影光学系
１３……ビームスプリッタ（分割光学系）
１４……赤外光カットフイルタ（撮像系）
１５……光学的ローパスフイルタ（ＬＰＦ；ファインダー光学系）
１６……撮像素子（ＣＣＤ）
２０……ファインダー光学系
３１  マイコン（制御手段）
１００……撮像部
１０１・４０１……フォトダイオード（撮像用）
１０２・２０２……トランスファーゲート
１０３・２０３・４０３ａ・４０３ｂ・４０３ｃ……垂直シフトレジスタ
１０４・２０４……水平シフトレジスタ
１０５・２０５……出力部
１０６……第１マイクロレンズアレイ
２０６……第２マイクロレンズアレイ
４０６……マイクロレンズアレイ
１３７……色フイルター
２００……焦点検出部
２０１ａ・２０１ｂ・４０１ａ・４０１ｂ・５０１ａ・５０１ｂ……フォトダイオード（焦点検出用）
【図１】
0004077577.tif 000002
【図２】
0004077577.tif 000003
【図３】
0004077577.tif 000004
【図４】
0004077577.tif 000005
【図５】
0004077577.tif 000006
【図６】
0004077577.tif 000007
【図７】
0004077577.tif 000008
【図８】
0004077577.tif 000009
【図９】
0004077577.tif 000010
【図１０】
0004077577.tif 000011
【図１１】
0004077577.tif 000012
【図１２】
0004077577.tif 000013
【図１３】
0004077577.tif 000014
【図１４】
0004077577.tif 000015
【図１５】
0004077577.tif 000016
【図１６】
0004077577.tif 000017
【図１７】
0004077577.tif 000018
【図１８】
0004077577.tif 000019
【図１９】
0004077577.tif 000020
【図２０】
0004077577.tif 000021