JP4986761B2

JP4986761B2 - 撮像装置

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Inventors: 英則谷口
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Description

本発明は、いわゆるＴＴＬ位相差検出方式のオートフォーカス（ＡＦ）を行う撮像装置に関し、特に光源検出等に用いられる測色機能を有する撮像装置に関する。

ＴＴＬ位相差検出方式では、撮像レンズを通った光により形成される一対の像をイメージセンサ等の焦点検出用受光素子で光電変換し、該一対の像のずれ量（位相差）に基づいて撮像レンズのデフォーカス量を求める。焦点検出用受光素子の多くは、Ｐ−Ｎ接合型フォトダイオードにより構成されている。そして、その感度は可視波長域から近赤外波長域まで広がっている。これは、暗い被写体に対して焦点検出を行う場合に被写体に照射される補助光として近赤外波長域の光が用いられるためである。

一方、一般に、撮像レンズは可視波長域において色収差が少なくなるように設計されるが、近赤外光領域では色収差が良好に補正されていない場合が多い。このため、被写体が太陽光で照明されている場合とタングステンランプ等の色温度の低い光源で照明されている場合と蛍光灯等の色温度の高い光源で照明されている場合とでは、可視光に対する近赤外光の相対的な割合が異なるため、焦点検出結果が異なる。つまり、同じ距離の被写体であっても、光源の種類によって焦点検出結果が異なり、良好なフォーカス制御が行えない。

このような問題を解消するため、光源の種類を検出（判別）し、その検出結果に基づいて焦点検出結果を補正する必要がある。

特許文献１には、ＲＧＢの原色フィルタを用いて構成された３つの測光測色センサによって、被写体が無彩色、青、緑及び赤のいずれに属するかを判別し、その判別結果に応じて焦点検出結果を補正する撮像装置が開示されている。また、この判別結果は、露出補正にも用いられる。
特開２００３−２４１０６４号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された測光測色センサは、光の入射面内方向において互いに位置が異なる３つの受光素子を用いて構成されている。このため、被写体の同一点からの光束を該３つの受光素子上に同じように結像させるための特別な光学系を設けない限り、３つの受光素子の視野が異なることになる。３つの受光素子の視野が異なると、被写体の形状（例えば、細い線）によっては該３つの受光素子のすべてに同じ被写体の像が形成されない場合が生じ得る。この場合は、被写体の色を正確に判別することができず、その結果、焦点検出結果の補正や露出補正の精度が低下する。また、３つの受光素子の視野を一致させるための特別な光学系を設けると、撮像装置の大型化につながる。

本発明は、小型でありながらも、互いに異なる分光感度特性を有する第１及び第２の光電変換部を視野のずれが少なくなるように配置し、ＴＴＬ位相差検出方式による焦点検出結果の補正や露出補正の精度を向上させることができる撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、焦点検出領域からの出力に基づいて生成された焦点検出情報を用いてフォーカス制御を行うフォーカス制御手段と、焦点検出領域を含む撮像画面内の領域に対応する第１の領域で測光する第１の測光手段と、第１の領域の外側であって、焦点検出領域を含まない領域に対応する第２の領域で測光する第２の測光手段と、第１の測光手段又は第２の測光手段からの出力に基づいて生成された測光情報を用いて露出制御を行う露出制御手段とを有する。第１の測光手段及び第２の測光手段は、撮像光学系からの光が入射してくる方向において互いに少なくとも一部が重なるように形成された複数の半導体層により構成され、第１の測光手段は、半導体層のうち最も被写体側にある第１の層及び隣接する第２の層から成り可視光領域に主感度を有する第１の光電変換部と、第２の層及び隣接する第３の層から成り近赤外領域に主感度を有する第２の光電変換部を有し、第２の測光手段は、第１の層を備えず、第１の光電変換部及び第２の光電変換部より広い波長領域で特定レベル以上の感度を有する第３の光電変換部を有する。そして、フォーカス制御手段は、焦点検出情報と、第１及び第２の光電変換部からの出力に基づいて生成されたフォーカス補正情報とを用いてフォーカス制御を行い、露出制御手段は、第１の領域において、第１の光電変換部からの出力に基づいて生成された測光情報と、第１及び第２の光電変換部からの出力に基づいて生成された露出補正情報とを用いて露出制御を行い、第２の領域において、第３の光電変換部からの出力に基づいて生成された測光情報と、露出補正情報の平均値とを用いて露出制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、第１の光電変換部及び第２の光電変換部を、撮像光学系からの光が入射してくる方向において互いに少なくとも一部が重なるように形成したので、特別な光学系を用いることなく、これら光電変換部の視野のずれを少なくすることができる。したがって、被写体の色（例えば、光源の種類）に応じた焦点検出結果の補正や露出補正の精度を向上させることができる小型の撮像装置を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である撮像装置としての一眼レフレックスデジタルカメラと該カメラに装着される交換式の撮像レンズとによって構成されるカメラシステムの構成を示す。

同図において、１はカメラであり、その前面には撮像レンズ１１が装着される。カメラ１内には、以下に説明する光学部品、機械部品、電気回路及び撮像素子が収納されている。

カメラ１内において、２は主ミラーであり、ファインダ観察状態では撮像光路内に斜設され、撮像状態では撮像光路外に退避する。また、主ミラー２はハーフミラーとなっており、撮像光路内に斜設されているときは、後述する焦点検出光学系へ被写体（撮像レンズ１１）からの光束の約半分を透過させる。

３はピント板であり、後述する撮像光学系の予定結像面に配置されている。４はファインダ光路変更用のペンタプリズムである。５はアイピースであり、撮像者はアイピース５を通じてピント板３を観察することで、撮像画面を観察することができる。

７は被写体輝度を測定するための測光センサであり、６は測光センサ７上にピント板３からの光束により形成される被写体像を投影する結像レンズである。３２は測光センサ７に向かう光束のうち近赤外波長よりも長い波長域の光をカットするＩＲカットフィルタである。該ＩＲカットフィルタ３２は、後述する焦点検出ユニット内に配置されるＩＲカットフィルタと同じ特性を有する。ここにいう「同じ特性」とは、全く同じ場合だけでなく、測光感度特性から見て同じとみなせる場合も含む意味である。測光センサ７は、撮像画面内に配置された複数の測光領域で測光情報を生成することができる。測光センサ７とＩＲカットフィルタ３２とにより「測光手段」が構成される。

８はフォーカルプレーンシャッタである。９はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される撮像素子である。

２５はサブミラーであり、主ミラー２とともにファインダ観察状態では撮像光路内に斜設され、撮像状態では撮像光路外に退避する。このサブミラー２５は、撮像光路内に斜設された主ミラー２を透過した光束を下方に向けて反射し、後述する焦点検出ユニットに導く。

２６は焦点検出ユニットであり、２次結像ミラー２７、２次結像レンズ２８、焦点検出ラインセンサ２９、焦点検出回路１０５及びＩＲカットフィルタ（図示せず）を含む。２次結像ミラー２７及び２次結像レンズ２８は焦点検出光学系を構成し、撮像レンズ１１の２次結像面を焦点検出ラインセンサ２９上に形成する。また、ＩＲカットフィルタは、可視波長域の光だけでなく、被写体が低輝度又は低コントラストである場合に不図示の補助光源から投光される近赤外光（７００ｎｍ付近の光）を透過可能な特性を有する。

焦点検出ユニット２６は、いわゆるＴＴＬ位相差検出方式によって撮像レンズ１１の焦点状態を検出するために用いられる対の像信号を生成し、後述するカメラマイクロコンピュータに出力する。焦点検出ユニット２６は、撮像画面内に配置された複数の焦点検出領域のそれぞれにおいて一対の像信号を生成することができる。

１０はカメラ１と撮像レンズ１１との通信インターフェイスとなるマウント接点群である。

撮像レンズ１１内において、１２〜１４は撮像光学系を構成するレンズユニットである。被写体側から順に、第１レンズユニット（以下、フォーカスレンズという）１２は光軸上を移動することでフォーカシングを行い、第２レンズユニット１３は光軸上を移動して撮像レンズ１１の焦点距離を変更する変倍を行う。１４は固定の第３レンズユニットである。１５は絞りである。

１６はフォーカスモータであり、フォーカスレンズ１２を光軸方向に移動させる。１７は絞りモータであり、絞り１５を駆動してその開口径を変化させる。

１８は距離エンコーダである。フォーカスレンズ１２に取り付けられたブラシ１９がフォーカスレンズ１２の移動とともに距離エンコーダ１８に対して摺動することで、フォーカスレンズ１２の位置、つまりは被写体距離に対応する信号（被写体距離情報）が出力される。

次に、図２を用いて、上記カメラシステムの電気回路構成について説明する。なお、図２において、図１と共通する構成要素には同じ符号を付している。

まず、カメラ１内の電気回路構成について説明する。ＣＰＵ等により構成されるカメラマイクロコンピュータ１００には、焦点検出回路１０５、測光センサ７、シャッタ制御回路１０７、モータ制御回路１０８及び液晶表示回路１１１が接続されている。カメラマイクロコンピュータ１００は、撮像レンズ１１内に配置されたＣＰＵ等により構成されるレンズマイクロコンピュータ１１２とマウント接点１０を介して信号伝達を行う。

焦点検出回路１０５は、カメラマイクロコンピュータ１００からの信号に従って焦点検出ラインセンサ２９を構成する各画素の電荷蓄積制御と該電荷の読み出し制御を行う。そして、焦点検出ラインセンサ２９上に形成された一対の被写体像に対応する一対の像信号を生成してこれを出力する。カメラマイクロコンピュータ１００は、この一対の像信号をＡ／Ｄ変換し、該一対の像信号のずれ量である位相差に基づいて撮像レンズ１１のデフォーカス量（焦点検出情報）を演算（生成）する。カメラマイクロコンピュータ１００と焦点検出ユニット２６により、「焦点検出手段」が構成される。

さらに、カメラマイクロコンピュータ１００は、後述するように、演算したデフォーカス量を光源検出結果に応じて補正し、該補正後のデフォーカス量に基づいて、合焦を得るためのフォーカスレンズ１２の駆動量（方向を含む）を算出する。算出されたフォーカスレンズ１２の駆動量は、マウント接点１０を介してレンズマイクロコンピュータ１１２に送信される。レンズマイクロコンピュータ１１２は、受信したフォーカスレンズ駆動量に応じてフォーカスモータ１６を駆動し、フォーカスレンズ１２を合焦位置に移動させる。カメラマイクロコンピュータ１００は、「フォーカス制御手段」を構成する。

また、カメラマイクロコンピュータ１００は、測光センサ７からの出力（測光情報）に基づいて、絞り１５の駆動量やシャッタ速度等の露出情報を演算する。絞り１５の駆動量は、マウント接点１０を介してレンズマイクロコンピュータ１１２に送信される。カメラマイクロコンピュータ１００は、「露出制御手段」を構成する。

シャッタ制御回路１０７は、カメラマイクロコンピュータ１００からの信号に従ってフォーカルプレーンシャッタ８を構成するシャッタ先幕駆動マグネットＭＧ−１及びシャッタ後幕駆動マグネットＭＧ−２の通電制御を行う。これにより、シャッタ先幕及び後幕を走行させ、露出動作を行う。

モータ制御回路１０８は、カメラマイクロコンピュータ１００からの信号に従ってモータＭを制御する。これにより、主ミラー２のアップダウン及びシャッタチャージ等が行われる。

ＳＷ１は、不図示のレリーズボタンの第１ストローク（半押し）操作でｏｎし、測光及びＡＦ（オートフォーカス）を開始させるスイッチである。ＳＷ２は、レリーズボタンの第２ストローク（全押し）操作でｏｎし、シャッタ走行、すなわち露光動作を開始させるスイッチである。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の状態は、カメラマイクロコンピュータ１００によって読み取られる。

液晶表示回路１１１は、ファインダ内表示器２４と外部表示器４２とをカメラマイクロコンピュータ１００からの信号に従って制御する。ファインダ内表示器２４及び外部表示器４２には、各種撮像情報が表示される。

次に、撮像レンズ１１内の電気回路構成について説明する。マウント接点１０は、撮像レンズ１１内のフォーカスモータ１６及び絞りモータ１７の電源用接点である接点Ｌ０と、レンズマイクロコンピュータ１１２の電源用接点Ｌ１と、シリアルデータ通信を行うためのクロック用接点Ｌ２とを含む。また、カメラ１から撮像レンズ１１へのデータ送信用接点Ｌ３と、撮像レンズ１１からカメラ１へのデータ送信用接点Ｌ４と、モータ用グランド接点Ｌ５と、レンズマイクロコンピュータ用グランド接点Ｌ６とを含む。

レンズマイクロコンピュータ１１２は、カメラマイクロコンピュータ１００からのフォーカスレンズ駆動量や絞り駆動量の情報に応じてフォーカスモータ１６及び絞りモータ１７を駆動する。

５０と５１は光検出器とパルス板であり、レンズマイクロコンピュータ１１２がパルス数をカウントすることによりフォーカスレンズ１２の駆動時の位置情報を得る。これにより、フォーカスレンズ１２をカメラマイクロコンピュータ１００からのフォーカスレンズ駆動量に応じた位置に移動させることができる。また、レンズマイクロコンピュータ１１２は、距離エンコーダ１８からのフォーカスレンズ１２の位置情報を被写体距離情報に変換して、カメラマイクロコンピュータ１００に送信する。

図３Ａから図３Ｃには、本実施例における撮像画面内での焦点検出領域及び測光領域の例を示している。

図３Ａは、撮像画面内での焦点検出領域の配置を示している。３０１は撮像画面を示す。３０２は複数（本実施例では２１個）の焦点検出領域を示している。図３Ａでは、２１個の焦点検出領域に対して、Ａ１からＡ２１までの番号を付している。なお、本発明の実施例における焦点検出領域の数や配置は図３Ａに示したものに限定されない。

図３Ｂは、撮像画面３０１内での測光領域の配置を示している。３０３は複数（本実施例では６３個）の測光領域を示している。図３Ｂでは、６３個の測光領域に対して、Ｂｍｎ（ｍ＝０，１，２…６、ｎ＝０，１，２…８）の番号を付している。ｍは行番号を、ｎは列番号を示す。なお、本発明の実施例における測光領域の数や配置は図３Ｂに示したものに限定されない。

図３Ｃは、焦点検出領域と測光領域とを重ね合わせて示している。撮像画面３０１の中央を含むほぼ円形の領域（第１の領域）に２１個の焦点検出領域３０２と２１個の測光領域３０３が互いに重なり合う（一致する）ように配置され、該中央領域とその周辺の領域（第２の領域）に４２個の測光領域３０３が配置されている。なお、焦点検出領域３０２と測光領域３０３との間には、図３Ｃの中央領域に示すような完全な一致関係がなくてもよく、少なくとも一部が重なっていればよい。

図４には、測光センサ７の構造の一例として、Ｂ００画素の縦断面構造を示している。Ｂ００画素以外の画素も同一の構造を有する。

図４において、４０１はｐ型の半導体基板（以下、ｐ基板という）である。４０２，４０３は、ｐ基板４０１との電気的な接続及び隣接する画素を分離するために形成されたｐ型領域（以下、ｃｎ領域という）である。ｃｎ領域４０２，４０３からは電極が引き出され、ｐ基板４０１をＧＮＤに接続することで電気的に画素分離が行われる。

４０４は、ｐ基板４０１上に形成されたｎ型のエピタキシャル層（以下、ｎＥｐｉという）である。４０５はｎＥｐｉ４０４の内側に形成されたｐ型のｗｅｌｌ（以下、ｐ−ｗｅｌｌという）である。４０６はｐ−ｗｅｌｌ４０５の内側に形成されたｎ型領域（以下、ｎ領域という）である。

４０７はｎＥｐｉ４０４及びｐ−ｗｅｌｌ４０５により構成される第２の光電変換部（フォトダイオード）のＰＮ接合部に流れる光電流Ｉｒ_００を示す。Ｉｒ_００は、Ｂ００画素からの光電流Ｉｗを意味する。第２の光電変換部は、赤領域から赤外領域にかけて分光感度ピークを有する。

４０８はｐ−ｗｅｌｌ４０５及びｎ領域４０６により構成される第１の光電変換部（フォトダイオード）のＰＮ接合部に流れる光電流Ｉｗ_００を示す。Ｉｗ_００は、Ｂ００画素からの光電流Ｉｗを意味する。第１の光電変換部は、可視光領域に分光感度ピークを有する。

このように、第１及び第２の光電変換部は、互いに異なる分光感度特性を有し、撮像レンズ１１からの光Ｌが入射してくる方向（測光センサ７の厚み（深さ）方向）において互いに重なる縦構造を有する。また、別の言い方をすれば、第１及び第２の光電変換部は、同一の半導体基板上に、該基板の厚さ方向にて互いに重なるように形成されている。

なお、図４に示すセンサ構造は例に過ぎず、本発明の実施例としては、互いに異なる分光感度特性を有する第１及び第２の光電変換部が、撮像レンズ１１からの光が入射してくる方向において互いに少なくとも一部が重なる縦構造を有すればよい。つまり、第１及び第２の光電変換部が光の入射面内方向において多少ずれていてもよい。また、互いに異なる分光感度特性を有する光電変換部の数は、２つに限られない。

光電流Ｉｗ_００及びＩｒ＿００は、測光センサ７内の電気回路にて対数圧縮されて電圧Ｖｗ_００（第１の出力又は第１の信号）及びＶｒ_００（第２の出力又は第２の信号）に変換され、カメラマイクロコンピュータ１００に出力される。Ｖｗ_００及びＶｒ_００は、Ｂ００画素からの光電流Ｉｗ，Ｉｒに対応する出力電圧Ｖｗ及びＶｒを意味する。

図５Ａから図５Ｂには、図４に示した構造を有する測光センサ７単独での分光感度特性と該測光センサ７に光を導く光学系も含めた測光系全体での分光感度特性を示す。

図５Ａは測光センサ７の単独での分光感度特性を、図５Ｂは焦点検出及び測光に使用される光学フィルタの分光透過率特性を示している。また、図５Ｃは、図５Ａに示す測光センサ７の分光感度特性と図５Ｂに示す光学フィルタの分光透過率とを合わせた測定系全系の分光感度特性を示している。

図５Ａ中の５０１は、本実施例に対する比較例として、従来の測光センサの分光感度特性を示す。従来の測光センサは、分光感度のピーク波長（主感度波長）が６５０ｎｍである特性を有する。なお、図には８００ｎｍ以上の波長に対する分光感度特性を示していないが、シリコンを用いた測光センサでは、通常、１１００ｎｍ程度まで感度を有する。

５０２は図４に示した本実施例の測光センサ７のうち、ｐ−ｗｅｌｌ４０５及びｎ領域４０６のＰＮ接合により構成されて光電流Ｉｗ_００を出力する第１の光電変換部の分光感度特性を示している。該第１の光電変換部は、５００ｎｍ付近の波長に対してピーク感度（主感度）を有する。なお、第１の光電変換部のピーク感度波長は５００ｎｍ付近に限られず、もう少し短波長側又は長波長側の波長であってもよい。ただし、人間の目の分光感度特性、いわゆる比視感度は、明視野では５５５ｎｍにピークがあるとされているため、５５５ｎｍ付近がピーク感度波長であることが望ましい。

５０３は図４の測光センサ７のうち、ｎＥｐｉ４０４及びｐ−ｗｅｌｌ４０５のＰＮ接合により構成されて光電流Ｉｒ_００を出力する第２の光電変換部の分光感度特性を示している。該第２の光電変換部は、７５０ｎｍ付近の波長に対してピーク感度（主感度）を有する。なお、第２の光電変換部のピーク感度波長は７５０ｎｍ付近に限られず、もう少し短波長側又は長波長側の波長であってもよい。ただし、焦点検出時に用いられる補助光の波長付近に充分な感度を有することが望ましい。

図５Ｂにおいて、５０４は、図５Ａに示す分光感度特性５０１を有する従来の測光センサの前面に配置され、該測光センサの分光感度特性を人間の目の比視感度特性に近づけるために使用される視感度補正フィルタの分光透過率特性を示す。

５０５は、焦点検出ラインセンサ２９の前面に配置され、余分な赤外光をカットするためのＩＲカットフィルタの分光透過率特性を示す。該ＩＲカットフィルタには、補助光を充分に透過させるように赤外のカット周波数が設定されている。また、測光センサ７の前面に配置される図１に示したＩＲカットフィルタ３２も、この分光透過率特性と同じ分光透過率特性を有する。

図５Ｃにおいて、５０６は従来の測光センサに視感度補正フィルタを組み合わせた場合の分光感度特性（以下、従来特性という）を示している。図５Ａに示した測光センサの分光感度特性５０１は、視感度補正フィルタの分光透過率特性５０４によって、比視感度と同様に５５５ｎｍ付近にピーク感度を持つように補正されている。

５０７は図５Ａに示した第１の光電変換部（４０５，４０６）の分光感度特性５０２に、ＩＲカットフィルタ３２の分光透過率特性を組み合わせた場合の分光感度特性を示している。この分光感度特性では、従来特性５０６に対して、青及び赤成分の感度が相対的に増加している。

５０８は図５Ａに示した第２の光電変換部（４０４，４０５）の分光感度特性５０３にＩＲカットフィルタ３２の分光透過率特性を組み合わせた場合の分光感度特性を示している。この分光感度特性では、補助光の波長である７００ｎｍ付近にピーク感度を有する。

図６は、図４に示した画素構造及びＩＲカットフィルタ３２を用いた測光動作とＡＦ動作を説明するためのフローチャートである。測光動作及びＡＦ動作は、カメラマイクロコンピュータ１００が、内部に格納したコンピュータプログラムに従って行う。

ステップ（以下、ｓと略記する）ｓ６０１では、カメラマイクロコンピュータ１００は、レリーズスイッチの状態を判別する。レリーズスイッチが半押し操作された場合(ｓｗ１ｏｎ)はｓ６０２に進み、半押し操作されていなければｓ６０１を繰り返す。

ｓ６０２では、カメラマイクロコンピュータ１００は、レンズマイクロコンピュータ１１２との通信を行い、ＡＦ及び測光に必要な、焦点距離、開放絞り値、最小絞り値、色収差データ等の撮像レンズ１１に関する情報を取得し、ｓ６０３に進む。

ｓ６０３では、カメラマイクロコンピュータ１００は、タイマーをスタートさせて、ｓ６０４に進む。

ｓ６０４では、カメラマイクロコンピュータ１００は、前述した２１個の焦点検出領域のうちカメラマイクロコンピュータ１００が選択した又は撮影者により選択された焦点検出領域での焦点検出動作を行って撮像レンズ１１のデフォーカス量を算出する。そして、該デフォーカス量からフォーカスレンズ１２の駆動量ＢＰを算出する。

次に、ｓ６０５では、カメラマイクロコンピュータ１００は、測光センサ７から可視光領域の測光出力（第１の光電変換部からの出力）を取得する。具体的には、図３に示したＢ００画素からＢ６８画素までの出力電圧Ｖｗ_００〜Ｖｗ_６８を順次測光センサ７から出力させ、カメラマイクロコンピュータ１００内の不図示のＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換する。そして、該デジタルデータを、カメラマイクロコンピュータ１００内の不図示のメモリに記憶する。

次に、ｓ６０６では、カメラマイクロコンピュータ１００は、測光センサ７から近赤外領域の測光出力（第２の光電変換部からの出力）を取得する。具体的には、Ｂ００画素からＢ６８画素までの出力電圧Ｖｒ_００〜Ｖｒ_６８を順次測光センサ７から出力させ、カメラマイクロコンピュータ１００内のＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、カメラマイクロコンピュータ１００内のメモリに記憶する。

ｓ６０７では、カメラマイクロコンピュータ１００は、ｓ６０５で取得した各画素のＶｗデータ（測光情報）から各画素の測光演算を行い、各画素のＥｖ値（露出情報）を算出（生成）する。

ｓ６０８では、カメラマイクロコンピュータ１００は、各画素のＶｗデータ及びＶｒデータの比（測色情報）に応じた露出補正値（露出補正情報）ΔＥｖを求める。露出補正値ΔＥｖは、被写体の色や被写体を照らす光源の色温度によって誤差を生じるＶｗデータの値を補正するための値である。露出補正値ΔＥｖは、演算式を用いて算出してもよいし、データテーブルから読み出してもよい。そして、この露出補正値ΔＥｖをｓ６０７で算出したＥｖ値に加算することで、各画素の光源補正後Ｅｖ値を生成する。さらに、全画素の光源補正後Ｅｖ値に対して所定の重み付け演算を行い、その結果に応じて露出動作を行うための最終的な露出制御値であるシャッタ速度及び絞り値を算出する。

ｓ６０９では、カメラマイクロコンピュータ１００は、Ｖｗデータ及びＶｒデータの比に応じて、ｓ６０４で算出されたデフォーカス量を補正するためのフォーカス補正値（フォーカス補正情報）ΔＢＰを求める。本実施例では、撮像画面の中央領域では、焦点検出領域に対して測光領域（測光センサ７の画素）が１対１で対応しているので、焦点検出領域に対応した測光センサ７の画素のＶｗデータ及びＶｒデータの比を用いてフォーカス補正値ΔＢＰが求められる。具体的には、Ｖｗデータ及びＶｒデータの比と撮像レンズ１１の色収差情報とを用いてフォーカス補正値ΔＢＰを求める。フォーカス補正値ΔＢＰは、演算式を用いて算出してもよいし、データテーブルから読み出してもよい。

そして、カメラマイクロコンピュータ１００は、ｓ６０４で算出されたデフォーカス量にフォーカス補正値ΔＢＰを加算して、フォーカスレンズ１２の最終的な駆動量を算出する。

ｓ６１０で、カメラマイクロコンピュータ１００は、フォーカスレンズ１２の駆動量の情報をレンズマイクロコンピュータ１１２に送信し、フォーカスレンズ１２の駆動を行わせる。

ｓ６１１では、カメラマイクロコンピュータ１００は、レリーズスイッチが全押し操作されたか否かを判別する。全押し操作されている場合（ｓｗ２ｏｎ）は、ｓ６１２で露出動作（撮像動作）を行う。全押し操作されていなければ、ｓ６１４で所定時間が経過したか否か（タイムアウトしたか否か）を判別し、タイムアウトしていれば、ＡＦ及び測光動作を完了する（ｓ６１５）。また、タイムアウトしていなければ、ｓ６０１に戻って、ＡＦ及び測光動作を継続する。

本実施例では、測光センサ７の画素構造を、互いに分光感度特性が異なる第１及び第２の光電変換部が測光センサ７の厚み方向にて互いに重なる縦構造とし、ＩＲカットフィルタ３２に焦点検出ユニット２６内のＩＲカットフィルタと同じ特性を持たせている。これにより、デフォーカス量を補正するための測色情報（色温度又は光源の情報）を得ることができるとともに、色温度又は光源により生じる測光出力の誤差も補正することができる。しかも、測光センサ７の画素構造を縦構造とすることにより、特別な光学系を用いることなく、第１及び第２の光電変換部の視野のずれをほとんどなくすることができる。したがって、被写体の色に応じたデフォーカス量の補正や露出補正の精度を向上させることができる。

図７には、本発明の実施例２であるカメラにおける撮像画面内での焦点検出領域と測光領域の配置を示している。なお、本実施例において、実施例１と共通する又は同機能を有する構成要素には実施例１と同符号を付している。

３０１は撮像画面を、３０２は焦点検出ユニット２６により焦点検出が可能な複数（実施例１と同様に２１個）の焦点検出領域を示している。７０１は、測光センサ７により測光が可能な複数（実施例１と同様に６３個）の測光領域を示している。

６３個の測光領域７０１のうち図中に白抜きで示した測光領域（焦点検出領域３０２と重なる中央領域の測光領域と該中央領域に隣接した４つのコーナーに配置された測光領域）に対応する測光センサ７上の画素は、図４にて説明した縦構造を有する。これら測光領域は、撮像画面のうち中央を含む矩形の第１の画面領域に対応する。また、これら測光領域以外のドットを付した周辺測光領域（撮像画面のうち第１の画面領域よりも外側の第２の画面領域）に対応する測光センサ７上の画素は、図４にて説明した構造とは異なる構造を有する。

図８には、周辺領域の測光領域に対応する測光センサ７上の画素の縦断面構造を示している。図には、Ｂ００画素の縦断面構造を示すが、他の画素も同一構造を有する。

同図において、図４と同じ部分には図４と同じ符号を付している。図４に示した画素構造とは、ｐ−ｗｅｌｌ４０５の内側にｎ領域４０６が形成されていない点で異なる。

この画素構造によって得られる光電流８０１は、ｎＥｐｉ４０４及びｐ−ｗｅｌｌ４０５により構成される第３の光電変換部におけるＰＮ接合部を流れる光電流Ｉｗｒ_００である。光電流Ｉｗｒ_００は、ｎ領域４０６が形成されていないため、図４に示した光電流Ｉｗ_００とＩｒ_００を加算したものとなる。また、光電流Ｉｗｒ_００は、測光センサ７内の電気回路にて対数圧縮されて電圧Ｖｗｒ_００として出力される。

図９には、図５Ｃに示した第１及び第２の光電変換部とＩＲカットフィルタ３２との組み合わせにより得られる分光感度特性に、図８に示した第３の光電変換部とのＩＲカットフィルタ３２との組み合わせにより得られる分光感度特性９０１を追記している。図９において、図５Ｃと同じ特性を示すグラフには、図５Ｃと同符号を付している。ＩＲカットフィルタ３２との組み合わせにより、第３の光電変換部は、第１及び第２の光電変換部広よりも広い波長領域で特定レベル以上の感度を持つ。特定レベルは、例えば、図９に示す相対感度０．３や０．４等である。

測光センサ７の周辺領域に図９に示す分光感度特性９０１を持たせるのは以下の理由による。測光センサ７は、アイピース５を通過する光束をけらないように、アイピース５に向かうファインダ光軸に対してずれた位置に配置する必要がある。このため、測光センサ７に入射する光量は、周辺領域の方が中央領域に比べて少ない。したがって、焦点検出結果を補正する必要のない、すなわち焦点検出領域が存在しない周辺領域では、低輝度時の特性を改善するため、図８に示すような画素構造によって感度を上げる必要がある。

また、本実施例では、図９の分光感度特性から分かるように、従来の視感度補正された測光センサ（５０６）よりも近赤外光を多く取り込むために、光源による測光誤差が増加する。しかし、中央領域に配置された図４の構造を有する画素から得られる出力Ｖｗ及びＶｒを使って、ある程度、測光誤差を補正することが可能である。

図１０は、本実施例における測光動作のフローチャートである。図１０に示すフローチャート（ｓ１００１〜ｓ１００８）は、図６に示した実施例１のフローチャートのｓ６０５〜ｓ６０８に代えて用いられる。つまり、ＡＦについては、実施例１と同様の動作が行われる。

ｓ１０００で処理をスタートとすると、ｓ１００１では、カメラマイクロコンピュータ１００は、測光センサ７から可視光領域の測光出力（第１の光電変換部及び第３の光電変換部からの出力）である電圧Ｖｗ，Ｖｗｒを取得する。カメラマイクロコンピュータ１００は、該電圧Ｖｗ，ＶｗｒをＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、カメラマイクロコンピュータ１００内の不図示のメモリに記憶する。

ｓ１００２では、カメラマイクロコンピュータ１００は、測光センサ７から近赤外領域の測光出力（第２の光電変換部からの出力）である電圧Ｖｒを取得する。カメラマイクロコンピュータ１００は、該電圧ＶｒをＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、カメラマイクロコンピュータ１００内の不図示のメモリに記憶する。

ｓ１００３では、カメラマイクロコンピュータ１００は、ｓ１００１で取得した各画素の測光情報であるＶｗデータ及びＶｗｒデータから各画素の測光演算を行い、各画素のＥｖ値（露出情報）を算出（生成）する。

ｓ１００４では、カメラマイクロコンピュータ１００は、第１及び第２の光電変換部を有する中央領域の画素についてのみ、各画素のＶｗデータ及びＶｒデータの比（測色情報補）に応じた露出補正値（露出補正情報）ΔＥｖを求める。

ｓ１００５では、カメラマイクロコンピュータ１００は、ｓ１００４で求めた露出補正値ΔＥｖを、中央領域の画素についてのみｓ１００３にて算出したＥｖ値に加算して、中央領域の各画素の光源補正後Ｅｖ値を生成する。

次に、ｓ１００６では、カメラマイクロコンピュータ１００は、中央領域の画素についてｓ１００４で算出したΔＥｖ値の平均値（平均露出補正値）ΔＥＶaveを算出し、メモリに記憶する。

さらに、ｓ１００７では、カメラマイクロコンピュータ１００は、周辺領域の各画素のＥｖ値に対して平均露出補正値ΔＥＶaveを加算することで、周辺領域の各画素の光源補正後Ｅｖ値を求める。そして、カメラマイクロコンピュータ１００は、全画素の光源補正後Ｅｖ値に対して所定の重み付け演算を行い、その結果に応じて露出動作を行うための最終的な露出制御値であるシャッタ速度及び絞り値を算出し、測光動作を終了する（ｓ１００８）。

本実施例では、撮像画面の中央領域では実施例１と同じ縦構造の画素を用い、周辺領域では該縦構造を構成する第１及び第２の光電変換部よりも広い波長領域で感度を持った第３の光電変換部のみ有する画素を用い、周辺領域の光量減少を補っている。これにより、測光センサの低輝度性能を高くしつつ、デフォーカス量を補正するための測色情報（色温度又は光源の情報）を得ることができるとともに、色温度又は光源により生じる測光出力の誤差も補正することができる。また、周辺領域の色による測光出力の誤差は、中央領域での測色情報を用いた補正によって小さく抑えることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１であるカメラ及び撮像レンズを含むカメラシステムの構成を示す概略図。図１のカメラシステムの電気回路構成を示すブロック図。実施例１のカメラにおける焦点検出領域の配置例を示す図。実施例１のカメラにおける測光領域の配置例を示す図。図３Ａに示した焦点検出領域と図３Ｂに示した測光領域とを重ね合わせて示す図。実施例１における測光センサの縦構造の例を示す断面図。実施例１における測光センサの分光感度特性を示す図。実施例１における光学フィルタの分光透過率特性を示す図。図５Ａに示す測光センサと図５Ｂに示す光学フィルタとを組み合わせた場合の分光感度特性を示す図。実施例１におけるＡＦ及び測光動作を示すフローチャート。本発明の実施例２であるカメラにおける焦点検出領域と測光領域の配置例を示す図。実施例２における測光センサと光学フィルタとを組み合わせた場合の分光感度特性を示す図。実施例２における測光の分光感度を示す図実施例２における測光動作を示すフローチャート。

符号の説明

１カメラ
７測光センサ
２６焦点検出ユニット
３２ＩＲカットフィルタ
１００カメラマイクロコンピュータ

Claims

焦点検出領域からの出力に基づいて生成された焦点検出情報を用いてフォーカス制御を行うフォーカス制御手段と、
前記焦点検出領域を含む撮像画面内の領域に対応する第１の領域で測光する第１の測光手段と、
前記第１の領域の外側であって、前記焦点検出領域を含まない領域に対応する第２の領域で測光する第２の測光手段と、
前記第１の測光手段又は前記第２の測光手段からの出力に基づいて生成された測光情報を用いて露出制御を行う露出制御手段とを有し、
前記第１の測光手段及び前記第２の測光手段は、前記撮像光学系からの光が入射してくる方向において互いに少なくとも一部が重なるように形成された複数の半導体層により構成され、
前記第１の測光手段は、前記半導体層のうち最も被写体側にある第１の層及び隣接する第２の層から成り可視光領域に主感度を有する第１の光電変換部と、前記第２の層及び隣接する第３の層から成り近赤外領域に主感度を有する第２の光電変換部を有し、
前記第２の測光手段は、前記第１の層を備えず、前記第１の光電変換部及び前記第２の光電変換部より広い波長領域で特定レベル以上の感度を有する第３の光電変換部を有し、
前記フォーカス制御手段は、前記焦点検出情報と、前記第１及び第２の光電変換部からの出力に基づいて生成されたフォーカス補正情報とを用いてフォーカス制御を行い、
前記露出制御手段は、前記第１の領域において、前記第１の光電変換部からの出力に基づいて生成された前記測光情報と、前記第１及び第２の光電変換部からの出力に基づいて生成された露出補正情報とを用いて前記露出制御を行い、
前記第２の領域において、前記第３の光電変換部からの出力に基づいて生成された前記測光情報と、前記露出補正情報の平均値とを用いて前記露出制御を行うことを特徴とする撮像装置。
前記フォーカス補正情報及び前記露出補正情報は、前記第１及び第２の光電変換部からの出力の比に基づいて生成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１及び第２の光電変換部は、同一の半導体基板上に、該基板の厚さ方向にて互いに少なくとも一部が重なるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。