JP2002320236A

JP2002320236A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2002320236A
Application number: JP2001123897A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Omori; 和之大森; Hideo Tamamura; 秀雄玉村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像条件の調整時と撮像時とで固体撮像素子
を共通に用いた場合に、撮像条件の調整時に光の強度が
減ることや、撮像時に画素の補間を行わなければならな
いことを課題とする。【解決手段】被写体情報を得るための複数の画素を含
む撮像領域と、前記撮像領域の光の入射面側に配置され
た被写体からの光の透過特性を変更可能なフィルター部
と、撮像条件を調整するために前記被写体情報を得る第
１のモードと、前記第１のモードで調整された撮像条件
のもとで前記被写体の画像情報を得るために前記被写体
情報を得る第２のモードとにおいて、前記フィルター部
の透過特性を変更するためのゲート・データドライバー
とを有することを特徴とする撮像装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過光の波長特性
や透過率の変更可能なフィルターを有する撮像装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、被写体を光学的に結像させる光学
系と光学系により作られた光学的被写体像を電気信号に
変換するＣＣＤ等の固体撮像素子と、固体撮像素子によ
り撮像された被写体の画像信号を記録する記録系と撮影
された画像を表示する表示系を具備した、所謂デジタル
カメラが銀塩カメラやビデオカメラと同様、画像記録又
は画像表示手段の一つとして、世間に広く認知されるよ
うになった。

【０００３】特に静止画を撮影するデジタルカメラは近
年、固体撮像素子の画素数が数十万画素から数百万画素
へと、高画素化の傾向があり、一眼レフタイプのデジタ
ルカメラに於いては４００万画素を超える普及タイプも
製品化されている。

【０００４】画素数の増加は同時に画像の解像度のアッ
プにつながるので、メリットになるが、固体撮像素子の
大きさも大きくなる為、コストアップという問題も生じ
る。

【０００５】そこで、画素数を増やさずに解像度を上げ
る方法として特開平４−１３１８３２が提案されてい
る。特開平４−１３１８３２は、固体撮像素子内に波長
変調色フィルターを構成し、時分割でフィルター特性を
切り換えることで、１画素毎に完全な色情報、即ち三原
色全部の色信号を得ることが出来るというものである。

【０００６】次に、固体撮像素子の高画素化以外の、一
眼レフタイプのデジタルカメラの特徴として、固体撮像
素子とＡＦセンサーが別々に構成されている点が挙げら
れる。このような構成でのＡＦ方式では以下に述べるよ
うな問題が発生する。それは撮影光束とＡＦ検出光束が
別々である為、諸々の要因により２光学系の光路に差が
生じる。その要因は各構成部材の部品の精度誤差、さら
に各構成部材をデジタルカメラ本体に取り付ける際の取
り付け誤差、各構成部材の各々の材質が異なることによ
る温度変化時の膨張誤差等であり、それらの誤差要因に
よって生じる光路差がＡＦ精度を下げる原因となってい
る。

【０００７】そこで、上記問題を解決する方法として特
開２０００−１５６８２３に示すような方法が挙げられ
る。ここで特開２０００−１５６８２３を、図１８を用
いて簡単に説明すると、撮像素子センサー上に撮像を行
う為のＲ、Ｇ、Ｂの各カラーフィルターを持った画素
（図１８内のＲ、Ｇ、Ｂと表示している画素）以外に、
カラーフィルターを持たないＡＦ専用の画素（＝図１８
内のＳ１、Ｓ２と表示している画素）を持っている。こ
の２つのＡＦ専用画素Ｓ１、Ｓ２の内、一方のＡＦ専用
画素Ｓ１は図１９（ａ）に示すように画素の中心から一
方に偏った開口部を持つ遮光層が有り、もう一方のＡＦ
専用画素Ｓ２は図１９（ｂ）に示すようにＳ１とは反対
側に画素中心から等距離の所に開口部を持っている。こ
こで、１画素の大きさは数十ミクロンであり、図１８の
構成でＳ１の画素とＳ２の画素は同一ライン上にあると
近似して考えることが出来る。そこで今、固体撮像素子
に像を結ぶカメラレンズが固体撮像素子上でピントが合
っているならば、Ｓ１を含む行のＳ１群からの像信号
と、Ｓ２を含む行のＳ２群の信号群からの像信号は一致
する。しかし、ピントを結ぶ点が撮像素子のイメージ面
よりも前方もしくは後方に有るならば、Ｓ１を含む行の
Ｓ１群からの像信号と、Ｓ２を含む行のＳ２群の信号群
からの像信号の位相差を生じる。

【０００８】この様な固体撮像素子上で瞳分割する位相
差方式であれば、固体撮像素子とＡＦセンサーとが同一
部材であるので、上記説明したように固体撮像素子とＡ
Ｆセンサーを別構成にした場合の誤差要因は無くなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記説明した
特開平４−１３１８３２、特開２０００−１５６８２３
は各々、以下に述べるような課題が新たに発生する。

【００１０】まず、特開平４−１３１８３２に発生する
課題として、以下のような課題がある。

【００１１】ＡＦ兼用の固体撮像素子として使用する
と、カラーフィルターを透過した後の強度が低下した光
を元にＡＦ演算を行う為、例えば、低輝度の被写体の場
合、合焦不可や、補助光を用いないと合焦出来なかった
りする等のいわゆるＡＦ精度低下という問題が発生す
る。

【００１２】次に、特開２０００−１５６８２３に発生
する課題として、以下のような果断がある。

【００１３】図１８のＳ１、Ｓ２はＡＦ専用の画素であ
る為、撮像用の色情報、及び輝度情報は周辺の画素から
補間しなければならず、その分、画像の劣化が生じる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、被写体情報を得るための複数の画素を含む撮像手段
と、前記撮像手段の光の入射面側に配置された被写体か
らの光の透過特性を変更可能なフィルター部と、撮像条
件を調整するために前記被写体情報を得る第１のモード
と、前記第１のモードで調整された撮像条件のもとで前
記被写体の画像情報を得るために前記被写体情報を得る
第２のモードとにおいて、前記フィルター部の透過特性
を変更するための変更手段と、を有することを特徴とす
る撮像装置を提供する。

【００１５】また、被写体情報を得るための複数の画素
を含む撮像手段と、含まれる粒子の濃度の変更によっ
て、前記撮像手段の光の入射面側に配置された被写体か
らの光の透過率を変更可能なフィルター部と、前記フィ
ルター部に含まれる前記粒子の濃度を変更することによ
って、前記フィルター部の透過率を変更する変更手段
と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】最初に、以下の実施の形態１乃至
３に共通の事項について説明する。

【００１７】図１は、固体撮像素子の構成を示した図で
ある。この固体撮像素子は、ＣＭＯＳプロセスで形成さ
れたセンサー（以下ＣＭＯＳセンサー）であり、被写体
情報を得るための複数の画素を含む撮像領域と、周辺回
路とを同一半導体チップ上に形成することが可能という
利点を有している。

【００１８】図１において、１はＣＭＯＳプロセスによ
って同一半導体チップ上に形成された固体撮像素子であ
り、撮像領域２、タイミング発生回路３、垂直走査回路
４、水平走査回路５、アナログ信号処理回路６、アナロ
グ／デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換回路７、デジタル信
号処理回路８、インターフェイス回路９、ゲートドライ
バー１０ａ、及びデータドライバー１０ｂを集積化して
いる。

【００１９】撮像領域２は、フォトダイオード等の光電
変換素子を含む画素を垂直方向及び水平方向に２次元状
に配列した構成であり、被写体情報を得る機能を有して
いる。また、それぞれの画素には、透過する光の波長特
性及び透過率が変更可能なカラーフィルター（カラーフ
ィルターの上下に透明電極が設けられ、この透明電極に
電圧を印加することによって透過特性の変更を行う）が
設けられている。

【００２０】タイミング発生回路３は、外部からの基準
周波数であるマスタークロックを元に、撮像領域２内の
各画素を選択するためのタイミング信号を発生し、垂直
・水平走査回路４、５及びゲートドライバー１０ａ、デ
ータドライバー１０ｂを制御する。なお、タイミング発
生回路２から垂直同期信号と水平同期信号を外部に出力
し、固体撮像素子１外でタイミング信号が必要なシステ
ム用に同期信号を提供する。

【００２１】垂直・水平走査回路４、５は、タイミング
発生回路３からのタイミング信号に基づいて、所要の走
査制御を行い、各画素内で光電変換された電荷を読み出
す。

【００２２】アナログ信号処理回路６は撮像領域２から
読み出された信号をノイズ低減処理、増幅処理、ガンマ
処理、クランプ処理をしてＡ／Ｄ変換回路７に出力する
ためのものである。Ａ／Ｄ変換回路７は、アナログ信号
処理回路６からのアナログ信号をデジタル信号に変換し
て出力するものであり、デジタル信号処理回路８はＡ／
Ｄ変換回路７にてデジタル変換された信号に対して、色
処理等の処理を行い、インターフェイス部９に出力する
ためのものである。

【００２３】インターフェイス回路９はデジタル信号処
理回路から出力されるデジタル信号を固体撮像素子１の
外部に出力したり、外部からの制御信号の入力を行った
りする。なお、固体撮像素子１は、外部からのコマンド
対応で固体撮像素子１のモードや出力信号形態、信号出
力タイミングなどをコントロール出来、外部からインタ
ーフェイス回路９に所要のコマンドを与えると、インタ
ーフェイス回路９が受けたコマンド対応の制御を行うよ
うに各構成要素を制御する。

【００２４】ゲートドライバー１０ａ、データドライバ
ー１０ｂは、画素毎に配置されているカラーフィルタの
透過する光の波長特性及び透過率を変更するための変更
手段であり、撮像領域２上の任意の画素を選択して所定
の電圧をカラーフィルタに印加するように制御する。つ
まり、ゲートドライバー１０ａにより垂直方向の画素が
選択され、データドライバー１０ａにより水平方向の画
素が選択される。例えば、ゲートドライバー１０ａより
一行目のゲート線にパルスが印加され、データドライバ
ー１０ｂにより一列目のデータ線にパルスが印加された
場合には、一行一列目に位置する画素のカラーフィルタ
ーの上下に配置されている透明電極に電圧が印加され
る。

【００２５】図２は、図１の撮像領域２の具体的な回路
構成を表す図であり、２×２画素を示しているが、１９
２０×１０８０画素等の実用的な画素を持っている。

【００２６】図２において、１１は光電変換を行うフォ
トダイオード等の光電変換素子、１２は光電変換素子１
１で発生した信号を転送するための転送用ＭＯＳトラン
ジスタ、１３は転送用ＭＯＳトランジスタ１２によって
転送された信号を増幅して出力するための増幅用ＭＯＳ
トランジスタ、１４は増幅用ＭＯＳトランジスタのゲー
トにリセット電位を供給するためのリセット用ＭＯＳト
ランジスタ、１５は信号を読み出す画素を選択するため
の選択用ＭＯＳトランジスタであり、これらによって１
画素を構成する。

【００２７】図３は、図２で説明した画素の断面図を表
す図である。なお、画素内の、光電変換素子１１以外の
他の回路部は省略している。

【００２８】２０はｐ型の半導体領域、２１はｎ型の半
導体領域であり、２０と２１とで光電変換素子であるフ
ォトダイオードを構成している。

【００２９】２２は酸化膜、２３は遮光膜、２４は樹脂
で構成された第１の平坦化層、２５は透過特性変更可能
なカラーフィルター、２６ａ、２６ｂは、カラーフィル
ター２５の上下に配置された透明電極、２８はカラーフ
ィルター上部に形成され、樹脂で構成された第２の平坦
化層、２９はマイクロレンズである。

【００３０】そして、透明電極に印加する電圧を制御す
ることによって、カラーフィルタ２５の透過特性を変更
している。

【００３１】本実施の形態では、変更手段であるゲート
ドライバー、データドライバーによって、焦点調整等の
撮像条件の調整を行う場合に、カラーフィルターの透過
率を高くし（好ましくは、カラーフィルターを略透明も
しくは可視光の波長領域を透過する状態にする）、その
撮像条件の下で、被写体の画像情報を得るために撮像を
行う場合には、カラーフィルターの透過特性を限定する
（所定の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ等）の波長領域の光のみを透過
する）ようにしている。

【００３２】図４を用いて、上記で説明した固体撮像素
子を用いた撮像装置（デジタルカメラ）について説明す
る。

【００３３】１は上記で説明した固体撮像素子、３１、
３２はそれぞれ撮像装置全体を制御するための制御手段
であるメインマイコン、サブマイコン、３３は固体撮像
素子１に入射する光の量を決める絞り、３４は絞り３４
の開閉を行うための絞り駆動部材、３５は固体撮像素子
１へ結像する光の焦点を決めるフォーカスレンズ群、３
６はフォーカスレンズ群を移動させるための自動焦点駆
動部、３７は被写体の撮像状況が表示される液晶パネ
ル、３８はユーザが撮像装置に対して操作を行うための
操作スイッチ、３９は固体撮像素子１から出力された信
号が蓄積されるフレームメモリ、４０は固体撮像素子か
ら出力された信号をフレームメモリ３９へ蓄積させるた
めの制御を行うメモリコントローラ、４１は画像圧縮処
理がなされた信号が蓄積される画像蓄積メモリ、４２は
ＰＣカードスロット内にあるカード型記録媒体であるＰ
Ｃカード、４３は画像蓄積メモリ４１に蓄積されている
信号をＰＣカード４２へ書き込み制御を行いＰＣカード
コントローラである。上記で説明したカラーフィルタに
使用される材料について説明する。

【００３４】材料の一例として、エレクトロクロミック
（ＥＣ）が挙げられる。

【００３５】これは素子の酸化還元反応を用いた可逆的
色変化を利用したもので酸化により着色し、還元により
消色するアノーディックＥＣ材料と、還元により着色
し、酸化により消色するカソーディックＥＣ材料の２種
類に分類される。この両者と液体もしくは固体電界質を
適当に組み合わせることによりＥＣ表示が可能となる。
例えば、アノーディックＥＣ材料であるプルシアンブル
ー（ＰＢ）を活用してカラーフィルターを作製すると、
＋０．２Ｖ付近で無色（透明色）→青色（Ｂ）の色変化
が、＋１Ｖ付近で青色→緑色の色変化が起こる。

【００３６】また、他の一例として、特開平１１ー２３
６５５９に記載されたスマート調光材料がある。

【００３７】これは顔料や光錯乱粒子等の粒子を内部に
固定したスマートゲルからなり、電気による酸化、還元
反応により、可逆的な体積変化が起こり、調光特性が変
化する。この原理は、スマートゲルの体積変化による光
吸収面積の変化と粒子の光吸収効率の変化との相乗効果
によるものである。材料としては、カチオン性高分子ゲ
ルと電子受容性化合物とのＣＴ錯体（電荷移動錯体）が
好ましく、具体的にはポリジメチルアミノプロピルアク
リルアミド等のポリ［Ｎーアルキル置換アミノアルキル
（メタ）アクリルアミド］の架橋体、ポリジメチルアミ
ノエチルアクリレート、ポリジエチルアミノエチルアク
リレート等のポリ（メタ）アクリル酸Ｎーアルキル置換
アルキルエステルの架橋体、ポリスチレンの架橋体、ポ
リビニルピリジンの架橋体、ポリビニルカルバゾールの
架橋体、ポリジメチルアミノスチレンの架橋体等が挙げ
られる。これらの高分子ゲルとベンゾキゾン、７、７、
８、８ーテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テト
ラシアノエチレン、クロラニル、トリニトロベンゼン、
無水マレイン酸やヨウ素等の電子受容体性化合物とを組
み合わせることで構成される。

【００３８】この材料は無色⇔有色（＝顔料、光錯乱粒
子の色）の変色しか出来ないので、赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）各色用のカラーフィルターを配置す
る必要がある。

【００３９】また、この材料は、印加する電圧を上げる
に従い透過率が高くなると同時に透過波長の範囲が広く
（いわゆる透明状態に）なり、印加する電圧を下げるに
従い透過波長が限定（特定の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ等）の波長
領域の光のみを透過するように）される。

【００４０】以下の実施形態１乃至実施形態３の透過特
性変更可能なカラーフィルターは、カラーフィルターに
用いられる材料の一例であるスマート調光材料を用いた
場合について説明する。

【００４１】（実施の形態１）以下に、本発明の実施の
形態１について説明する。

【００４２】まず、本実施形態の固体撮像素子の構造に
ついて説明する。図５は、固体撮像素子１内の、任意の
１画素の断面図である。図３と同じ部材については、同
じ番号を付して、説明を省略する。

【００４３】本実施の形態は、上記で説明したスマート
調光材料を用いたカラーフィルターであり、そのカラー
フィルターを光の入射方向に２層構造とした構成であ
る。また、上側のカラーフィルター２５ａ〜ｄ（図６参
照）は、４つに分離されており、下側のカラーフィルタ
ー２５ｅは一つで構成されている。

【００４４】上側のカラーフィルター２５ａ〜ｄは、電
圧を印加していない状態では透過率が非常に低い遮光の
状態となり、電圧を印加した状態では透過率が高い略透
明状態となる。なお、左側のカラーフィルター２５ａに
は、透明電極２６ａ、２７ａによって電圧が印加され、
右側のカラーフィルター２５ｂには、透明電極２６ｂ、
２７ｂによって電圧が印加される。

【００４５】下側のカラーフィルター２５ｅは、電圧を
印加していない状態では特定の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ等）の波
長領域の光のみを透過し、電圧を印加した状態では透明
もしくは可視光の波長領域が透過状態となる。なお、透
明電極２６ｅ、２７ｅによって電圧が印加される。

【００４６】図６は、図５の上側のカラーフィルター２
５ａ〜ｄを上から見た図であり、図７は、図５の下側の
カラーフィルター２５ｅを上から見た図である。図から
わかるように、上側のカラーフィルターは４つに分離さ
れ、それぞれ独立に電圧を印加出来るような構成となっ
ている。

【００４７】次に本実施形態の動作について説明する。

【００４８】本実施形態は、最初の焦点調整時（ＳＷ
１）に上側のカラーフィルターの半分を遮光色に、下側
のカラーフィルターを略透明のカラーフィルターにし、
撮像時（ＳＷ２）に上側のカラーフィルターを略透明
に、下側のカラーフィルターをＧ色（主としてＧ色の波
長領域の光を透過する）にするものである。

【００４９】以下に本実施形態について実際に撮影を行
う際にどのようなタイミングで、カラーフィルターの色
を変更させるかについて図８のフローチャートを用いて
説明する。

【００５０】最初にメインＳＷを操作して電源をオン
（ステップ１）すると、メインマイコン３１は電池の状
態をチェックし、サブマイコン３２を介して上面表示パ
ネルに電源状態を表示すると共に、メインマイコン３１
内のＣＰＵ（中央演算処理装置）を起動して初期化（ス
テップ２）し、撮影可能なスタンバイ状態にする。

【００５１】固体撮像素子１は、初期状態は図９（ａ）
に示すカラーフィルターの配列であり、Ｒ、Ｇ、Ｂは
赤、緑、青色からなる色が固定された従来と同等のカラ
ーフィルターであり、ＮＡ、ＮＢの部分が上記図６、７
で説明した透過率が変更可能なカラーフィルターであ
る。

【００５２】撮影者が撮影準備動作ＳＷであるレリーズ
釦をＳＷ１まで押し下げる（ステップ３）と、この時Ｎ
Ａは図に示すように、画素中心から下半分を遮光、即ち
２５ａ、２５ｄの２領域を遮光状態（＝非透過）に、２
５ｂ、２５ｃを略透明色に色変更する。一方、ＮＢは画
素中心から上半分を遮光、即ち２５ｂ、２５ｃの２領域
を遮光に、２５ａ、２５ｄを略透明に色変更する。ま
た、下に配置されたカラーフィルター２５ｅは略透明に
変更する（ステップ４）。

【００５３】このような遮光方法を用いて、特開２００
０−１５６８２３と同様、ＮＡの像とＮＢの像の、２像
の位相差によるＡＦ方式を用いることが出来る。さて、
ＮＡ、及びＮＢ各画素に蓄積した電荷から、ＮＡに出来
た像とＮＢに出来た像の相関演算を行い、これらの像の
ずれ量から、合焦レンズの移動量を算出する（ステップ
５）。なお、この相関演算は、図４で説明したメインマ
イコン３１で行われる。

【００５４】そして図４に示す自動焦点駆動部を制御し
てフォーカスレンズ群３５を合焦位置まで移動させる
（ステップ６）。

【００５５】又同時に、この時の全画素に蓄積された電
荷から測光値も算出する。

【００５６】レリーズ釦をＳＷ１からさらに押し下げて
撮影開始動作ＳＷであるＳＷ２まで押し下げると（ステ
ップ７）、図１０に示すようにＡＦ用画素であるＮＡ、
ＮＢのカラーフィルター２５ａ〜ｄは、略透明色に変更
され、下に配置された２５ｅのカラーフィルターは、Ｇ
色に変更される。（ステップ８）。

【００５７】この後、測光値及び撮影者の入力による値
まで絞り駆動部材３４により固体撮像素子１面上に最適
な光量となるように絞り３３が絞り込まれる。さらに、
シャッター先幕が走行した後、一定の間隔をおいて、シ
ャッター後幕が走行する（ステップ９）。

【００５８】固体撮像素子１はシャッター先幕とシャッ
ター後幕の間の、所定の露光時間に露光された光を各画
素にて蓄積、読み出した後（ステップ１０）、Ａ／Ｄ変
換を行い、信号処理回路にて輝度・色差信号の生成等の
色処理及び圧縮を行い（ステップ１１）、画像蓄積メモ
リに画像ファイルとして保存される（ステップ１２）。

【００５９】このようにして、従来のＡＦ用画素はＧの
カラーフィルターを兼用して使用したが、本実施形態で
は、焦点調整時には略透明色となるので、カラーフィル
ター透過時の光の損失を従来例より、少なくすることが
出来る。その結果、低輝度被写体時でも十分な電荷を固
体撮像素子上に蓄積することが出来るので、補助光が不
要になる撮影シーンが増え、合焦率がアップする等の効
果が有る。

【００６０】ここで、本実施の形態では、位相差による
ＡＦ方式を提案したが、本実施例では像のコントラスト
によるＡＦ方式を用いてもよい。

【００６１】この場合では、図５で説明した画素の構成
において、上側のカラーフィルター２５ａ〜ｄを除いた
構成にすることが可能となる。そして、このような構成
の画素を撮像領域内の所定の領域に用いる。

【００６２】そして、焦点調整時では、カラーフィルタ
ー２５ｅを透過率の高い略透明色に変更し、撮像状態で
は、それぞれフィルタの配列（例えばベイヤー配列）に
より、Ｒ色（主としてＲ色の波長領域の光を透過す
る）、Ｇ色（主としてＧ色の波長領域の光を透過す
る）、Ｂ色（主としてＢ色の波長領域の光を透過する）
等の色に変更する。つまり、撮像領域内の、画素の第１
の領域では透明色とＲ色で変更するカラーフィルター、
第２の領域では透明色とＧ色で変更するカラーフィルタ
ー、第３の領域では透明色とＢ色で変更するカラーフィ
ルターが配置される。

【００６３】（実施の形態２）以下に、本発明の実施の
形態２について説明する。

【００６４】まず、本実施形態の固体撮像素子の構造に
ついて説明する。図１１は、固体撮像素子１内の１画素
の断面図である。図３と同じ部材については、同じ番号
を付して、説明を省略する。

【００６５】本実施形態では、図１１に示すように光の
入射方向に４層カラーフィルタを配置した画素（図１２
のＮＡ、ＮＢの画素）と、図１１の１層目がない画素
（図１２のＮＡ、ＮＢ以外の画素）とを有することを特
徴とする。

【００６６】１層目の構造は、上記の実施形態１で説明
した図５の上側のカラーフィルター２５ａ〜ｄと同じ構
成である。

【００６７】２層目のカラーフィルター２５ｆは、略透
明色とＲ色（主としてＲ色の波長領域の光を透過する）
とで色変更が可能であり、３層目のカラーフィルター２
５ｇは、略透明色とＧ色（主としてＲ色の波長領域の光
を透過する）とで色変更が可能であり、４層目のカラー
フィルター２５ｈは、略透明色とＢ色（主としてＢ色の
波長領域の光を透過する）とで色変更が可能である。

【００６８】本実施の形態では、ＡＦ専用画素ＮＡ、Ｎ
Ｂに於いて、上記で説明した実施形態１と同じ方法で焦
点調整を行い、その後に、ＡＦ専用画素ＮＡ、ＮＢを含
む全ての画素に於いて、２層目のカラーフィルター２５
ｆのみＲ色のカラーフィルターに変更し、それ以外のカ
ラーフィルターを略透明色に変更し、固体撮像素子から
Ｒ成分の１画面の画像を得る。

【００６９】次に、全ての画素に於いて、３層目のカラ
ーフィルター２５ｇのみＧ色のカラーフィルターに変更
し、それ以外のカラーフィルターを略透明色に変更し、
固体撮像素子からＧ成分の１画面の画像を得、その後、
全ての画素で、４層目のカラーフィルター２５ｈのみＢ
色のカラーフィルターに変更し、それ以外のカラーフィ
ルターを略透明色に変更し、固体撮像素子からＢ成分の
１画面の画像を得る。

【００７０】そして、１画面のＲ成分の画像、１画面の
Ｇ成分の画像、及び１画面のＢ成分の画像を合成するこ
とによって、カラー画像を得る。

【００７１】以下に実施形態２について実際に撮影を行
う際にどのようなタイミングで、カラーフィルターの色
を変更させるかについて図１３のフローチャートを用い
て説明する。

【００７２】電源オンから焦点調整までは、実施形態１
と同様なのでここでは省略する。

【００７３】レリーズ釦をＳＷ１からさらに押し下げて
撮影開始動作ＳＷであるＳＷ２まで押し下げると（ステ
ップ１７）、メインマイコン３０内のカウンターＮにＮ
＝１を代入し（ステップ１８）、図１４に示すようにＡ
Ｆ用画素であるＮＡ、ＮＢの一番上のカラーフィルター
２５ａ〜ｄは全て略透明色に変更されるとともに、ＡＦ
専用画素ＮＡ、ＮＢを含む全画素に於いて第２層目のみ
Ｒ色のカラーフィルターに変更される。（ステップ１
９）。

【００７４】この後、判定条件によりカウンターＮ＝１
ならば、即ち撮像の一回目ならステップ２１へ進み、Ｎ
が２以上、即ち撮像の２回目以降はステップ２１を飛ば
して次のステップへ進む（ステップ２０）。つまり、Ｎ
＝１の時は測光値及び撮影者の入力による値まで絞り駆
動部材により固体撮像素子１面上に最適な光量となるよ
うに絞りが絞り込まれる。

【００７５】さらに、シャッター先幕が走行した後、一
定の間隔をおいて、シャッター後幕が走行する（ステッ
プ２１）。

【００７６】固体撮像素子１はシャッター先幕とシャッ
ター後幕の間の、所定の露光時間に露光された光を各画
素にて蓄積、読み出した後（ステップ２２）、カウンタ
ーＮの数を１つ繰り上げ（ステップ２３）、カウンター
Ｎが３以下であれば（ステップ２４）、ステップ１９に
戻り、今度（Ｎ＝２）は第３層のカラーフィルター２５
ｇのみＧ色に色変更し（それ以外の層は、略透明色）、
ステップ２０、２２、２３、２４までの動作を繰り返
す。

【００７７】さらに再度ステップ１９に戻った後（Ｎ＝
３）、４層目のカラーフィルター２５ｈの色のみをＢ色
に変更して（それ以外を略透明色）、Ｇと同様、ステッ
プ２０、２２、２３までの動作を繰り返す。

【００７８】しかし、今度はステップ２４に於いて、カ
ウンターＮ＝４になるので、これら３回分の画像データ
のＡ／Ｄ変換を行い、信号処理回路にて輝度・色差信号
の生成等の色補正、３画面分の画像データの合成及び圧
縮を行い（ステップ２５）、記録メディアに画像ファイ
ルとして保存される（ステップ２６）。

【００７９】このようにして、ＡＦ用の画素に於いて
も、周りの画素から補間する事無く、１画素毎にＲ、
Ｇ、Ｂの輝度情報をもつ事が出来る。従って、従来は不
可能であったＡＦ用画素がＡＦ機能と撮像機能の両方を
持つことが出来るので、画質の劣化ということは無くな
る。

【００８０】本実施の形態では、位相差によるＡＦ方式
を提案したが、本実施例では像のコントラストによるＡ
Ｆ方式を用いてもよい。

【００８１】この場合では、図１１で説明した画素の構
成において、１層目のカラーフィルター２５ａ〜ｄがな
い構成が可能である。つまり、焦点調整時は、２〜４層
のカラーフィルター２５ｆ〜ｈを略透明状態にすること
によってＡＦ動作が行われる。

【００８２】（実施の形態３）以下に、本発明の実施の
形態３について説明する。

【００８３】実施形態３は、撮影条件によりＡＦ用のカ
ラーフィルターを持った画素の配置、数が変更するとい
うものである。

【００８４】以下に第三の実施形態について実際に撮影
を行う際にどのようなタイミングで、カラーフィルター
の色を変更させるかについて図１５のフローチャートを
用いて説明する。なお、電源オンからＳＷ１オンまで
は、実施形態１、２と同様なのでここでは省略する。

【００８５】固体撮像素子は、ＳＷ１を押す前に、撮影
条件を変更する不図示の撮影条件変更ダイヤルを初期状
態であるオートから風景モードに変更すると、固体撮像
素子は図９から図１６へ、ＮＡ、ＮＢの配列が変化す
る。さらに撮影条件をスポーツモードに変更すると図１
７のように変更される（ステップ３１）。

【００８６】以下の動作は実施形態１、２と同様なので
ここでは省略する。このようにして撮影条件変更ダイヤ
ルの撮影モードに応じたＮＡ及びＮＢの配置レイアウト
を持つことが可能である。

【００８７】このようにして、ファインダー内での被写
体の大きさ、位置、動きの有無等の撮影条件により撮像
センサー上のＡＦ専用画素の数や配置を変更する事が可
能になり撮影条件の変化に応じて、常に最適な合焦状態
を保つことが出来る。

【００８８】以上のような動作は、全ての画素に、図５
に示す上層のカラーフィルター２５ａ〜ｄの構成を設け
ることにより実現が可能である。

【００８９】上記の実施形態１乃至３では、焦点調整時
とその調整された条件下で撮像する場合とでカラーフィ
ルターの透過特性を変更するものを説明したが、露光条
件調整時とその調整された条件下で撮像する場合とでカ
ラーフィルターの透過特性を変更してもよい。また、焦
点調整時及び露光条件調整時と、その調整された条件の
下で撮像する場合とでカラーフィルターの透過特性を変
更してもよい。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、撮像条件の調整時と撮
像時とで固体撮像素子を共通に用いることが可能とな
り、撮像条件の調整時に光の強度が減ることもなくなる
とともに、撮像時に画素の補間を行わずに画像の形成が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に於ける固体撮像素子を表す図であ
る。

【図２】本実施例に於ける撮像領域を表す図である。

【図３】本実施例に於ける画素の断面を表す図である。

【図４】本実施例に於ける撮像装置（デジタルカメラ）
の構成を示したブロック図である。

【図５】本実施例に於ける画素の断面を表す図である。

【図６】本実施例に於ける画素を上から見た図（その
１）である。

【図７】本実施例に於ける画素を上から見た図（その
２）である。

【図８】本実施例に於ける実施形態１の撮影動作を表す
図である。

【図９】本実施例に於けるカラーフィルター配列（ＡＦ
時）を表す図である。

【図１０】本実施例に於けるカラーフィルター配列（撮
像時）を表す図である。

【図１１】本実施例の実施形態２に於ける画素の断面図
を表す図である。

【図１２】本実施例の実施形態２に於けるカラーフィル
ター配列を表す図である。

【図１３】本実施例に於ける実施形態２の撮影動作を表
す図である。

【図１４】本実施例の実施形態３に於けるカラーフィル
ター配列を表す図である。

【図１５】本実施例に於ける実施形態３の撮影動作を表
す図である。

【図１６】本実施例の実施形態３に於けるカラーフィル
ター配列を表す図（その１）である。

【図１７】本実施例の実施形態３に於けるカラーフィル
ター配列を表す図（その２）である。

【図１８】従来例に於ける画素の断面を表す図である。

【図１９】従来例に於けるカラーフィルター配列を表す
図である。

【符号の説明】

１固体撮像素子２撮像領域３タイミング発生回路４垂直走査回路５水平走査回路６アナログ信号処理回路７Ａ／Ｄ変換回路８デジタル信号処理回路９ＩＦ回路２５カラーフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 7/18 Ｇ０３Ｂ 11/00 ５Ｃ０６５ 11/00 15/00 Ｕ 15/00 19/02 19/02 Ｈ０４Ｎ 5/232 ＡＨ０４Ｎ 5/232 5/238 Ｚ 5/238 Ｇ０２Ｂ 7/11 ＮＦターム(参考） 2H002 DB01 DB02 DB06 DB19 DB20 DB25 EB17 HA01 JA07 ZA01 ZA03 2H051 AA00 CB13 CB22 CD01 CD23 2H054 AA01 CD00 CD01 2H083 AA01 AA02 AA03 AA05 AA10 AA11 AA14 AA26 AA28 AA31 AA51 AA52 AA53 5C022 AA13 AB03 AB22 AC55 5C065 AA03 BB08 BB11 CC01 CC08 DD01 DD17 EE06 EE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体情報を得るための複数の画素を含
む撮像手段と、前記撮像手段の光の入射面側に配置された被写体からの
光の透過特性を変更可能なフィルタ部と、撮像条件を調整するために前記被写体情報を得る第１の
モードと、前記第１のモードで調整された撮像条件のも
とで前記被写体の画像情報を得るために前記被写体情報
を得る第２のモードとにおいて、前記フィルタ部の透過
特性を変更するための変更手段と、を有することを特徴
とする撮像装置。
【請求項２】請求項１において、前記撮像条件は焦点
条件又は／及び露光条件であること特徴とする撮像装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記フ
ィルタ部は、それぞれ異なる前記画素に配置した主とし
て第１の色の波長領域の光を透過するカラーフィルタ
と、主として前記第１の色と異なる第２の色の波長領域
の光を透過するカラーフィルタとを含むことを特徴とす
る撮像装置。
【請求項４】請求項１又は請求項２において、前記フ
ィルタ部は、光の入射方向に配置した主として第１の色
の波長領域の光を透過するカラーフィルタと、主として
前記第１の色と異なる第２の色の波長領域の光を透過す
るカラーフィルタとを含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】請求項１又は請求項２において、前記変
更手段は、前記第２のモードにおいて、前記フィルタ部
の第１の領域の部分では、主として第１の色の波長領域
の光を透過するように制御し、前記フィルタ部の前記第
１の領域と異なる第２の領域の部分では、主として前記
第１の色と異なる第２の色の波長領域の光を透過するよ
うに制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】請求項１又は請求項２において、前記変
更手段は、前記第２のモードにおいて、前記フィルタ部
に対して、主として第１の色の波長領域の光を透過する
場合と主として前記第１の色と異なる第２の色の波長領
域の光を透過する場合とを時系列的に制御することを特
徴とする撮像装置。
【請求項７】被写体情報を得るための複数の画素を含
む撮像手段と、含まれる粒子の濃度を変更によって、前記撮像手段の光
の入射面側に配置された被写体からの光の透過特性を変
更可能なフィルタ部と、前記フィルタ部に含まれる前記粒子の濃度を変更するこ
とによって、前記フィルタ部の透過特性を変更する変更
手段と、を有することを特徴とする撮像装置。