JP4720508B2

JP4720508B2 - 撮像素子および撮像装置

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Publication number: JP4720508B2
Application number: JP2006000701A
Authority: JP
Inventors: 健歌川; 洋介日下
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Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
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Description

本発明は、同一基板上に撮像用画素と焦点検出用画素とを混在させて配列した撮像素子と、この撮像素子を用いて撮像と撮影レンズの焦点検出を行う装置、および前記撮像素子を備えたカメラに関する。

同一基板上に撮像用画素と焦点検出用画素とを混在させて配置した撮像素子を用い、撮像と撮影レンズの焦点検出を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２００３−２４４７１２号公報

しかしながら、上述した従来の装置では、１画素につき１つの光電変換部を備えた撮像用画素と、１画素につき一対の光電変換部を備えた焦点検出用画素とを二次元的に隙間なく配列しているので、撮像用画素と焦点検出用画素とにそれぞれ異なる構成の読み出し回路を設けなければならず、回路構成が複雑になる。その上、撮像用画素と焦点検出用画素とにそれぞれ異なる読出し制御を実施しなければならず、読出し制御が複雑になる。また、撮像用画素と焦点検出用画素のサイズが等しいので、焦点検出用画素では撮像用画素と同じスペースに多くの光電変換部の読み出し回路を配置しなければならず、デザインルール上画素サイズを縮小することが困難である。

請求項１の発明による撮像装置は、撮影光学系を通過した被写体光束を受光する撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子は、二次元状に配置された複数の撮像用画素と、前記複数の撮像用画素の間に一方向に沿って配置された複数の焦点検出用画素と、前記複数の焦点検出用画素の各々に隣接するように配置された複数のダミー画素とを有し、前記複数の撮像用画素の各々は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して前記被写体光束を受光する一つの光電変換部と、前記光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、前記複数の焦点検出用画素の各々は、前記被写体光束を瞳分割するマイクロレンズと、前記瞳分割された光束をそれぞれ受光する第１及び第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、前記複数のダミー画素の各々は、光電変換部を有することなく前記焦点検出用画素の前記第２の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路を有することを特徴とする。
請求項９の発明による撮像素子は、撮影光学系を通過した被写体光束を受光する撮像素子であって、基板上に二次元状に配置された複数の撮像用画素と、前記基板上に前記複数の撮像用画素の間に一方向に沿って配列された複数の焦点検出用画素と、前記基板上に前記複数の焦点検出用画素の各々に隣接するように配置された複数のダミー画素と、を備え、前記複数の撮像用画素の各々は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して前記被写体光束を受光する一つの光電変換部と、前記光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、前記複数の焦点検出用画素の各々は、前記被写体光束を瞳分割するマイクロレンズと、前記瞳分割された光束をそれぞれ受光する第１及び第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、前記複数のダミー画素の各々は、光電変換部を有することなく前記焦点検出用画素の前記第２の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路を有することを特徴とする。

本発明によれば、画素サイズの縮小化と画素出力読み出し制御の簡略化を図ることができる。

図１は、一実施の形態の撮像素子における撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウト図（正面図）である。また、図２は、撮像用画素(ａ)、ダミー画素(ｂ)および焦点検出用画素(ｃ)の正面図である。なお、図１では、説明を分かりやすくするために、撮像素子の一部の縦６画素、横８画素のみを示す。撮像素子の基板上に、１つの光電変換部を備えた撮像用画素１を２次元的に配置し、その一部に撮像用画素１と同じサイズの焦点検出用画素２を一列に配置する。この焦点検出用画素列においては、２つの光電変換部を備えた焦点検出用画素２を１つ置きに配置し、焦点検出用画素２と焦点検出用画素２との間には光電変換部を備えないダミー画素３を配置する。また、撮像素子の基板上には、各画素の光電変換部の出力を読み出すための読み出し回路（詳細後述）を形成する。図１において、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）は撮像用画素１に設けた色フィルタの種類を示し、この一実施の形態ではベイヤー配列とする。焦点検出用画素２は本来Ｇ（緑）の撮像用画素１のある位置に配置する。また、図中の“円枠”は各画素ごとに設けたマイクロレンズを示す。

図２(ａ)は１個の撮像用画素１を示し、“円枠”は各画素に対応して設けられるマイクロレンズであり、“四角枠”は１個の光電変換部である。また、図２(ｂ)は焦点検出用画素２と焦点検出用画素２との間に設ける１個のダミー画素３を示し、１個のマイクロレンズ（円枠で示す）を備えているが、光電変換部を備えていない。なお、ダミー画素３はマイクロレンズを設けなくてもよい。さらに、図２(ｃ)は１個の焦点検出用画素２を示し、１個のマイクロレンズ（円枠で示す）と２個（一対）の光電変換部（四角枠で示す）とを備えている。なお、焦点検出用画素２の一対の光電変換部の並び方向は、焦点検出用画素２の並び方向と同一にする。

図３は撮像用画素１の横断面図である。撮像用画素１では、基板１４上に形成した撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０を配置し、マイクロレンズ１０により集光した光線を光電変換部１１で受光する。

図４は焦点検出用画素２の横断面図である。焦点検出用画素２では、焦点検出用の光電変換部１２、１３の前方にマイクロレンズ１０を配置し、マイクロレンズ１０により集光した光線を光電変換部１２と１３で受光する。換言すれば、マイクロレンズ１０により光電変換部１２と１３がマイクロレンズ１０の前方に投影される。

図５は一実施の形態の撮像素子による焦点検出原理を説明するための図である。図では、隣接する２個の焦点検出用画素、すなわちマイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２、５３からなる画素と、マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２、６３からなる画素とを模式的に例示する。図において、９０は焦点検出を行う光学系の射出瞳、５０，６０はマイクロレンズである。また、５２と５３、６２と６３はそれぞれ焦点検出用画素の一対の光電変換部である。５７はマイクロレンズ５０による投影方向を示し、６７はマイクロレンズ６０による投影方向を示す。７２と７３、８２と８３はそれぞれ一対の焦点検出光束を示す。さらに、９２はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５２，６２の領域（測距瞳）を示し、９３はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５３，６３の領域（測距瞳）を示す。

マイクロレンズ５０、６０は光学系の予定結像面近傍に配置されている。マイクロレンズ５０によりその背後に配置された一対の光電変換部５２、５３の形状がマイクロレンズ５０により射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。一方、マイクロレンズ６０によりその背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状が射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。すなわち、射出瞳９０上で各焦点検出用画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２，９３）が一致するように、各焦点検出用画素のマイクロレンズの投影方向を決定する。

光電変換部５２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７２によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７３によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。一方、光電変換部６２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８２によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部６３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

上記のような焦点検出用画素をアレイ状に多数配置し、その背後に配置した一対の光電変換部の出力をまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３を各々通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。次に、この情報に対して周知の像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割焦点検出方式で一対の像の像ズレ量を検出することができる。さらに、この像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）を算出することができる。

図６は、図１に示す画素レイアウトの撮像素子の読み出し回路をＭＯＳスイッチで構成した例を示す。撮像用画素の光電変換部２６には転送ＭＯＳスイッチ２４を接続し、焦点検出用画素の一対の光電変換部２７、２８にはそれぞれ別個の転送ＭＯＳスイッチ２４を接続する。垂直転送レジスタ２０は、読出し制御回路２２の制御のもとに各光電変換部に対応して設置された転送ＭＯＳスイッチ２４をＯＮ／ＯＦＦし、一行の画素ごとに光電変換部の出力を転送ＭＯＳスイッチ２５へ転送する。水平転送レジスタ２１は、読出し制御回路２２の制御のもとに転送ＭＯＳスイッチ２５を順次ＯＮ／ＯＦＦし、転送ＭＯＳスイッチ２４から転送された出力を順次増幅アンプ２３へ転送する。増幅アンプ２３は、転送ＭＯＳスイッチ２５から転送された出力を増幅して、撮像素子の外部へ出力する。

以上のように読み出し回路をＭＯＳスイッチ素子により構成した場合には、焦点検出用画素を撮像用画素に混在させても、二次元配列上の行および列の光電変換部の数が変化しないため、読出し制御は焦点検出用画素を備えない通常の撮像素子の読出し制御と同様にすることができる。また、焦点検出用画素には２つのＭＯＳ転送スイッチ２４の回路構成が必要となるが、隣接するダミー画素のスペースにＭＯＳ転送スイッチ２４の回路を形成できるため、回路スペースレイアウト上非常に有利である。

図７は、図１に示す画素レイアウトの撮像素子の読み出し回路をＣＣＤ（電荷転送デバイス）で構成した例を示す。撮像用画素の光電変換部３６には水平転送ＣＣＤレジスタ３０を接続し、焦点検出用画素の一対の光電変換部３７、３８には水平転送ＣＣＤレジスタ３２を接続する。各水平転送ＣＣＤレジスタ３０は、各水平転送ＣＣＤレジスタ３０に一斉に転送された各光電変換部の出力を、転送クロックに従って水平方向に垂直転送ＣＣＤレジスタ３１まで転送する。垂直転送ＣＣＤレジスタ３１は、各水平転送ＣＣＤレジスタ３０から１つの出力が転送されるたびに、垂直転送ＣＣＤレジスタ３１に転送された出力を転送クロックに従って垂直方向に増幅アンプ３３まで転送する。増幅アンプ２３は、垂直転送ＣＣＤレジスタ３１から転送された出力を増幅して撮像素子の外部へ出力する。

図８に示すように、焦点検出用画素の光電変換部に対応する水平転送ＣＣＤレジスタ３２は、光電変換部３７、３８の位置に合わせて水平転送ＣＣＤレジスタ３２の転送段構成と水平転送ＣＣＤレジスタ３０の転送段構成を同一にするために、水平転送ＣＣＤレジスタ３０に対し水平方向に位置をずらして配置する。このように水平転送ＣＣＤレジスタ３２を水平方向にずらして配置するので、水平転送ＣＣＤレジスタ３２から出力が転送される垂直転送ＣＣＤレジスタ３１の部分３４も水平方向にずらして配置する。

焦点検出用画素の光電変換部３７、３８のサイズは、水平転送ＣＣＤレジスタ３２の転送段構成と水平転送ＣＣＤレジスタ３０の転送段構成を同一にするために、マイクロレンズにより集光される領域のサイズよりも大きくする。しかし、光電変換部３７、３８のサイズが必要以上に大きいと迷光（結像性が悪い光線）が入るので、光電変換部３７、３８とマイクロレンズの間に遮光部材を設けて迷光を防止する。図８（ａ）は、光電変換部３７、３８の受光領域の大きさが撮像用画素の光電変換部（受光部）の大きさと同じになるように、光電変換部３７、３８に開口（図中の破線内部が開口）３９を有する遮光部材を設けた例を示す。

なお、図８（ｂ）に示すように、光電変換部３７、３８の受光領域の大きさが撮像用画素の光電変換部（受光部）の大きさより小さな円形となるように、開口（図中の破線内部が開口）４０を有する遮光部材を設け、各種の撮影レンズおよび絞りによる焦点検出光束のケラレを防止することもできる。

図９は、上述した一実施の形態の撮像素子を備えた撮像兼焦点検出装置の構成を示す。デジタルスチルカメラ２０１はカメラボディ２０３と交換レンズ２０２から構成され、交換レンズ２０２はマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。

交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１およびレンズ駆動制御回路２０６を内蔵している。レンズ駆動制御回路２０６はＣＰＵ（不図示）を備え、フォーカシング用レンズ２１０と絞り２１１の駆動制御、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出、後述するボディ駆動制御回路２１４との通信により口径情報を含む各種情報の送受信などを行う。

カメラボディ２０３は撮像素子２１２、ボディ駆動制御回路２１４、液晶表示素子駆動回路２１５と液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。ボディ駆動制御回路２１４はＣＰＵ（不図示）を備え、交換レンズ２０２の予定結像面に配置した撮像素子２１２から画像信号の読み出し、レンズ駆動制御回路２０６との通信（口径情報の受信／デフォーカス量の送信）、口径情報と画素情報に基づく画像信号の補正、交換レンズ２０２の焦点調節状態の検出、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。

また、ボディ駆動制御回路２１４は、液晶ビューファインダ（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）の液晶表示素子駆動回路２１５を制御し、液晶表示素子２１６に被写体像を表示する。撮影者は接眼レンズ２１７を通して液晶表示素子２１６に表示された被写体像を観察することができる。撮像した画像はメモリカード（画像ストレージ）２１９に記憶する。ボディ駆動制御回路２１４とレンズ駆動制御回路２０６はマウント部２０４に設けられた電気接点部２１３を介して電気的に接続され、レンズ情報、フォーカシングレンズ駆動のためのデフォーカス量などの各種情報の授受を行う。

上述したように、撮像素子２１２の焦点検出位置に対応した部分には焦点検出用画素列が組込まれている。交換レンズ２０２を通過して撮像素子２１２上に形成された被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、その出力はボディ駆動制御回路２１４へ送られる。ボディ駆動制御回路２１４は、焦点検出用画素の出力に基づいて焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御回路２０６へ送る。ボディ駆動制御回路２１４はまた、撮像用画素の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２１９へ記憶するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送って液晶表示素子２１６に表示する。

レンズ駆動制御回路２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態などに応じてレンズ情報を変更する。具体的には、レンズ２０８、２１０の位置と絞り２１１の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御回路２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ２１０を合焦点へ駆動する。

図１０は、図９に示すデジタルスチルカメラ（撮像兼焦点検出装置）の動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御回路２１４のマイクロコンピューターは、カメラの電源が投入されるとこの動作を繰り返し実行する。ステップ１００で電源がＯＮされた後、ステップ１１０で焦点検出用画素から一対の像信号を読み出す。続くステップ１２０で一対の像信号に基づいて周知の像ズレ検出演算処理を行い、像ズレ量を演算する。ステップ１３０では像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップ１４０においてデフォーカス量に基づいて光学系が合焦状態か否かを判定し、合焦状態のときはステップ１６０へ進み、合焦状態でないときはステップ１５０へ進む。

合焦状態にないときはステップ１５０でデフォーカス量をレンズ駆動制御回路２０６へ送信し、光学系のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させた後、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。一方、合焦状態のときはステップ１６０でシャッターレリーズがなされたか否かを判定し、レリーズされていない場合はステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。シャッターレリーズがなされた場合はステップ１７０へ進み、撮像用画素から画像信号を読み出す。続くステップ１８０で画像信号をメモリーカード２１９に記憶した後、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。

《撮像素子における撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの変形例》
図１１〜図１６に撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの変形例を示す。なお、これらの図では説明を分かりやすくするために撮像素子の一部の縦６画素、横８画素のみを示す。図１に示す撮像素子では、焦点検出用画素を本来Ｇ（緑）の撮像用画素のある位置に配置する例を示したが、図１１に示すように、図１に示すレイアウトから焦点検出用画素の位置を水平方向に１画素ずらし、焦点検出用画素を本来Ｂ（青）の撮像用画素のある位置に配置する。

図１２は焦点検出用画素を斜め方向に配置した例を示す。このレイアウトでは、ダミー画素を焦点検出用画素の間に配置する。図１３は焦点検出用画素を斜め方向に配置した例を示す。このレイアウトでは、ダミー画素を焦点検出用画素の水平方向に隣接した位置に配置する。図１４は、図１に示すレイアウトから焦点検出用画素の位置を水平方向に半画素ずらして配置した例を示す。

図１５は焦点検出用画素に色フィルターを設置した例を示す。図１に示す撮像素子では焦点検出用画素に色フィルタを設置していない。図１５に示すレイアウトでは、焦点検出用画素の位置に本来配置されるべき撮像用画素の色フィルタと同じ色フィルタ（Ｇ）を設置する。この撮像素子では、焦点検出用画素の一対の光電変換部の出力を撮像素子の内部または外部で合成し、合成出力の出力レベルが本来配置されるべき撮像用画素の光電変換出力レベルと等しくなるように補正する。この補正は、光電変換部の面積、光学系のレンズ情報（開放絞り値、ズーム位置、フォーカシング距離など）に応じて変更する。補正演算はボディ駆動制御回路２１４で行い、補正した焦点検出画素の出力を本来あるべき撮像用画素の出力の代用として画像信号に組み込む。この場合、焦点検出用画素を本来緑（Ｇ）フィルターの撮像用画素のある位置に配置しておくと、ベイヤー配列において密度の高い緑（Ｇ）フィルター画素の出力が、焦点検出用画素の出力を補正して撮像用画素の代用として補間できるので有利である。

図１６は、焦点検出用画素をギャップなしに配列し、ダミー画素を焦点検出用画素の配列方向と直交する方向の隣接位置に配置した例を示す。このレイアウトでは、焦点検出用画素を隙間なく配列できるので焦点検出精度を向上させることができる。

《撮像兼焦点検出装置》
なお、撮像兼焦点検出装置は上述した一実施の形態の交換レンズとカメラボディから構成されるデジタルスチルカメラに限定されるものではなく、例えば、レンズ一体型のデジタルスチルカメラやビデオカメラにも適用することができる。あるいは、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールにも適用することができる。

《撮像素子》
上述した一実施の形態の撮像素子では、焦点検出用画素を配置した場合、焦点検出用画素の出力を補正して画像信号の生成に用いるとしても、焦点検出用画素がその配列方向に対して１画素おきに配置されているので解像度が低下してしまう。そこで、画像品質を改善するための光学的ローパスフィルタを撮像素子の光入射面に設ける。光学的ローパスフィルターは、焦点検出用画素の配列方向に１画素ずれた像を本来の像に重畳して形成する効果を有し、焦点検出用画素の解像度の低下を抑制できる。

このように、一実施の形態によれば、同一基板上に撮像用画素と焦点検出用画素とを混在させて配置した撮像素子において、焦点検出用画素に隣接して光電変換部を持たない画素（上述したダミー画素または隣接画素）を配置したので、ダミー画素（隣接画素）のスペースに焦点検出用画素の光電変換部や光電変換出力の読み出し回路などを設けることができ、画素サイズの縮小化が容易になる。

一実施の形態によれば、撮像用画素と焦点検出用画素のサイズを等しくしたので、撮像用画素と焦点検出用画素を含む画素レイアウトが容易になる。

一実施の形態によれば、各撮像用画素には１個の光電変換部を、各焦点検出用画素には一対の光電変換部をそれぞれ設け、入射光を光電変換部に集光するマイクロレンズを各撮像用画素と各焦点検出用画素に設けたので、ダミー画素（隣接画素）のスペースに焦点検出用画素の光電変換部や光電変換出力の読み出し回路などを設けることができ、画素サイズの縮小化が容易になる上に、すべて１個の光電変換部を備えた撮像用画素のみで構成した撮像素子に比べ、光電変換部および出力読み出し回路の数の増加がなく、撮像用画素と焦点検出用画素において同様な出力読み出し制御を行うことができ、制御の簡略化を図ることができる。

一実施の形態によれば、撮像用画素を二次元状に配列するとともに、焦点検出用画素を一列に配列するようにしたので、焦点検出用画素の出力読み出し回路を撮像用画素の出力読み出し回路と同様に配置でき、画素レイアウトが容易になる。

一実施の形態によれば、焦点検出用画素とダミー画素（隣接画素）とを一列に配列するようにしたので、ダミー画素（隣接画素）のスペースに焦点検出用画素の光電変換部や出力読み出し回路などを設けて合理的な画素レイアウトを実現することができ、画素サイズの縮小化を図ることができる。

一実施の形態によれば、像光束を焦点検出画素と隣接画素の配列方向に二重に投影する光学的ローパスフィルターを設けたので、焦点検出用画素の隣にダミー画素（隣接画素）を設けても焦点検出の解像度の低下を抑制することができる。

一実施の形態によれば、画素に所定の色配列の色フィルターを設けるとともに、所定の色配列の中の最も高密度な色フィルターの位置に焦点検出用画素を配置するようにしたので、色配列の中で高密度の色フィルター画素の出力を、焦点検出用画素の出力を補正して撮像用画素の代用として補間でき、撮像画像の解像度の低下を抑制することができる。

一実施の形態によれば、焦点検出用画素にその光電変換部が受光する領域を規制するための規制部材（遮光部材）を設け、その規制部材の開口形状を撮像用画素の光電変換部の受光領域の形状と同一にしたので、焦点検出用画素における光電変換部と出力読み出し回路のレイアウトの自由度を上げながら、焦点検出用画素の出力を撮像用画素の出力と同等に保つことができ、撮像画像の解像度の低下を抑制することができる。

一実施の形態によれば、焦点検出用画素にその光電変換部が受光する領域を規制するための規制部材（遮光部材）を設け、その規制部材の開口形状を撮像用画素の光電変換部の受光領域より相対的に面積の小さい円形としたので、各種の撮影レンズおよび絞りによる焦点検出光束のケラレを防止することができ、焦点検出精度を向上させることができる。

一実施の形態によれば、撮像兼焦点検出装置に、上述した撮像素子と、撮像素子上に像を形成する光学系と、撮像素子の中の撮像用画素の出力に基づいて画像を生成する撮像手段と、撮像素子の中の焦点検出用画素の出力に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えたので、焦点検出精度の向上を図りながら解像度の高い画像を撮像することができる。

一実施の形態によれば、撮像素子の焦点検出用画素に特定の色フィルターを設け、撮像手段によって、焦点検出用画素の複数の光電変換部の出力を合成し、その合成出力を撮像用画素の出力として用いるようにしたので、焦点検出用画素に最も高密度な色フィルター、例えばベイヤー配列の緑（Ｇ）の色フィルターを設けることによって、撮像画像の解像度の低下を抑制することができる。

一実施の形態によれば、撮像兼焦点検出装置に、色フィルターと光電変換部を備えた撮像用画素を二次元状に配列した撮像素子であって、配列の一部に特定の色フィルターと一対の光電変換部とを有する焦点検出用画素を備えた撮像素子と、撮像素子上に像を形成する光学系と、焦点検出用画素の一対の光電変換部の出力を合成する合成手段と、合成手段の出力が、同じ位置に特定の色フィルターを備えた撮像用画素を配置したと仮定した場合にその撮像用画素の出力レベルと等しくなるように、合成手段を出力を補正する補正手段と、撮像用画素の出力と補正手段による補正後の焦点検出用画素の出力とに基づいて画像を生成する撮像手段と、焦点検出用画素の出力に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えたので、焦点検出用画素に最も高密度な色フィルター、例えばベイヤー配列の緑（Ｇ）の色フィルターを設けることによって、焦点検出精度の向上を図りながら解像度の高い画像を撮像することができる。

一実施の形態の撮像素子における撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウト図（正面図）である。撮像用画素、ダミー画素および焦点検出用画素の正面図である。撮像用画素の断面図である。焦点検出用画素の断面図である。一実施の形態の撮像素子による焦点検出原理を説明するための図である。図１に示す画素レイアウトの撮像素子の読み出し回路をＭＯＳスイッチで構成した例を示す図である。図１に示す画素レイアウトの撮像素子の読み出し回路をＣＣＤ（電荷転送デバイス）で構成した例を示す図である。焦点検出用画素に設置する遮光部材を示す図である。一実施の形態の撮像素子を備えた撮像兼焦点検出装置の構成を示す図である。図９に示すデジタルスチルカメラ（撮像兼焦点検出装置）の動作を示すフローチャートである。撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの変形例を示す図である。撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの他の変形例を示す図である。撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの他の変形例を示す図である。撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの他の変形例を示す図である。撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの他の変形例を示す図である。撮像用画素と焦点検出用画素のレイアウトの他の変形例を示す図である。

符号の説明

１撮像用画素
２焦点検出用画素
３ダミー画素（隣接画素）
１０マイクロレンズ
１１、１２、１３、２６、２７、２８光電変換部
１４基板
２４転送ＭＯＳスイッチ
２０２交換レンズ
２１２撮像素子
２１４ボディ駆動制御回路

Claims

撮影光学系を通過した被写体光束を受光する撮像素子を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は、二次元状に配置された複数の撮像用画素と、前記複数の撮像用画素の間に一方向に沿って配置された複数の焦点検出用画素と、前記複数の焦点検出用画素の各々に隣接するように配置された複数のダミー画素とを有し、
前記複数の撮像用画素の各々は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して前記被写体光束を受光する一つの光電変換部と、前記光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、
前記複数の焦点検出用画素の各々は、前記被写体光束を瞳分割するマイクロレンズと、前記瞳分割された光束をそれぞれ受光する第１及び第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、
前記複数のダミー画素の各々は、光電変換部を有することなく前記焦点検出用画素の前記第２の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路を有することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記ダミー画素の各々は、マイクロレンズを有することを特徴とする撮像装置。
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出用画素と前記複数のダミー画素は、前記一方向に沿って交互に配置されることを特徴とする撮像装置。
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出用画素は、前記一方向に沿って互いに隣接配置され、
前記複数のダミー画素は、前記一方向に平行な一方向に沿って互いに隣接配置されることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出用画素の各々は、前記マイクロレンズと前記第１及び第２の光電変換部との間に遮光部材を有し、
前記遮光部材は、前記第１及び第２の光電変換部の受光領域の大きさを前記撮像用画素の前記光電変換部の受光領域の大きさ以下とすることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の撮像用画素は、ベイヤー配列の色フィルターをそれぞれ有し、
前記複数の焦点検出用画素は、前記ベイヤー配列の色フィルターのうちの緑フィルターを有する撮像用画素が本来配置される位置に、配置され、
前記複数のダミー画素は、互いに隣接する焦点検出用画素の間に配置されることを特徴とする撮像装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子の中の前記撮像用画素の出力に基づいて画像を生成する撮像手段と、
前記撮像素子の中の前記焦点検出用画素の出力に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を更に備えることを特徴とする撮像装置。
請求項７に記載の撮像装置において、
前記撮像素子の前記焦点検出用画素に特定の色フィルターを設け、
前記撮像手段は、前記焦点検出用画素の前記第１及び第２の光電変換部の出力を合成し、その合成出力を前記撮像用画素の出力として用いることを特徴とする撮像装置。
撮影光学系を通過した被写体光束を受光する撮像素子であって、
基板上に二次元状に配置された複数の撮像用画素と、
前記基板上に前記複数の撮像用画素の間に一方向に沿って配列された複数の焦点検出用画素と、
前記基板上に前記複数の焦点検出用画素の各々に隣接するように配置された複数のダミー画素と、を備え、
前記複数の撮像用画素の各々は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して前記被写体光束を受光する一つの光電変換部と、前記光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、
前記複数の焦点検出用画素の各々は、前記被写体光束を瞳分割するマイクロレンズと、前記瞳分割された光束をそれぞれ受光する第１及び第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路とを有し、
前記複数のダミー画素の各々は、光電変換部を有することなく前記焦点検出用画素の前記第２の光電変換部の出力を読み出す読み出し回路を有することを特徴とする撮像素子。
請求項９に記載の撮像素子において、
前記撮像用画素と前記焦点検出用画素はそれぞれのサイズが等しいことを特徴とする撮像素子。
請求項９または１０に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出用画素と前記複数のダミー画素は、前記一方向に沿って交互に配置されることを特徴とする撮像素子。
請求項９または１０に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出用画素は、前記一方向に沿って互いに隣接配置され、
前記複数のダミー画素は、前記一方向に平行な一方向に沿って互いに隣接配置されることを特徴とする撮像素子。
請求項１１に記載の撮像素子において、
前記被写体光束を前記焦点検出画素と前記ダミー画素の配列方向に一画素分ずれるように分岐させて二重に投影する光学的ローパスフィルターを設けることを特徴とする撮像素子。
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記撮像用画素と前記焦点検出用画素とに所定の色配列の色フィルターを設けるとともに、前記所定の色配列の中の最も高密度な色フィルターの位置に前記焦点検出用画素を配置することを特徴とする撮像素子。
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記ダミー画素の各々は、マイクロレンズを有することを特徴とする撮像素子。
請求項９〜１５のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記複数の焦点検出用画素の各々は、前記マイクロレンズと前記第１及び第２の光電変換部との間に遮光部材を有し、
前記遮光部材は、前記第１及び第２の光電変換部の受光領域の大きさを前記撮像用画素の前記光電変換部の受光領域の大きさ以下とすることを特徴とする撮像素子。
請求項１１に記載の撮像素子において、
前記複数の撮像用画素は、ベイヤー配列の色フィルターをそれぞれ有し、
前記複数の焦点検出用画素は、前記ベイヤー配列の色フィルターのうちの緑フィルターを有する撮像用画素が本来配置される位置に、配置され、
前記複数のダミー画素は、互いに隣接する焦点検出用画素の間に配置されることを特徴とする撮像素子。