JP5109641B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出機能を有する撮像素子、およびそれに関連する技術に関する。

位相差検出方式による焦点検出機能を撮像素子（固体撮像素子）自体に装備させる技術が存在する。

例えば、特許文献１では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の撮像用の通常画素がベイヤー配列された撮像素子において、斜め一列に並ぶＧ画素のうち少なくとも一列が位相差検出方式による焦点検出用のＡＦ画素列として構成されている。

特開２００５−３０３４０９号公報

しかしながら、上記のような従来の撮像素子では、ＡＦ画素の受光面側にＧの色フィルターが配置されているため、被写体光にＧ以外の色の光が多く含まれた場合は、Ｇの色フィルターによって被写体光が低減され、焦点検出精度が低下することになる。

そこで、本発明は、位相差検出方式による焦点検出機能を有する撮像素子を用いて、精度のよい焦点検出を行うことが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、赤の原色フィルターによって覆われている画素と、青の原色フィルターによって覆われている画素と、緑の原色フィルターによって覆われている画素とにより構成され、被写体光を受光して被写体像に関する画像信号を生成する第１画素群と、上記緑の原色フィルターが透過させる可視光の波長範囲よりも広い可視光の波長範囲である特定波長範囲の光を透過させるためのフィルターであって、上記特定波長範囲の短波長側の外の可視光の波長領域に対応する紫を示す波長領域における各波長の透過率が、当該フィルターの最も高い透過率よりも上記短波長側の最も低い透過率に近く、かつ、上記特定波長範囲の長波長側の外の可視光の波長領域に対応する６５０ｎｍよりも長い可視光の波長領域における各波長の透過率が、上記最も高い透過率よりも上記長波長側の最も低い透過率に近い光学フィルターを備え、上記被写体光を受光して位相差検出用の測距信号を出力する第２画素群とを具備する撮像素子である。
また、この第１の側面において、上記光学フィルターは、上記特定波長範囲における緑を示す波長領域を透過率のピークとする透過波形特性を備えるようにしてもよい。
また、この第１の側面において、上記光学フィルターは、青を示す波長領域および橙を示す波長領域における各波長の透過率が、上記緑の原色フィルターのそれぞれ対応する波長の透過率よりも高いものの前記最も高い透過率よりも低く、上記青を示す波長領域の長波長側の端部における波長の透過率が上記最も高い透過率に近く、かつ、上記橙を示す波長領域の短波長側の端部における波長の透過率が上記最も高い透過率に近いようにしてもよい。
また、この第１の側面において、上記光学フィルターは、上記特定波長範囲における透過率の総和である透過割合が、上記緑の原色フィルターよりも高いようにしてもよい。

また、本発明の第２の側面は、赤の原色フィルターによって覆われている画素と、青の原色フィルターによって覆われている画素と、緑の原色フィルターによって覆われている画素とにより構成され、被写体光を受光して被写体像に関する画像信号を生成する第１画素群と、上記緑の原色フィルターが透過させる可視光の波長範囲よりも広い可視光の波長範囲である特定波長範囲の光を透過させるためのフィルターであって、上記特定波長範囲の短波長側の外の可視光の波長領域に対応する紫を示す波長領域における各波長の透過率が、当該フィルターの最も高い透過率よりも上記短波長側の最も低い透過率に近く、かつ、上記特定波長範囲の長波長側の外の可視光の波長領域に対応する６５０ｎｍよりも長い可視光の波長領域における各波長の透過率が、上記最も高い透過率よりも上記長波長側の最も低い透過率に近い光学フィルターを備え、上記被写体光を受光して位相差検出用の測距信号を出力する第２画素群とを備える撮像素子と、上記画像信号に基づいて撮影画像を取得する画像取得手段と、上記測距信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段とを具備する撮像装置である。

本発明によれば、被写体光のうち緑の原色フィルターが透過させる可視光の波長範囲よりも広い波長範囲の可視光を透過させる光学フィルターが、位相差検出用の第２画素の受光側に配置されるので、精度のよい焦点検出を行うことが可能になる。

＜１．第１実施形態＞
＜撮像装置１Ａの外観構成＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。

撮像装置１Ａは、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。

具体的には、図１に示されるように、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。

交換レンズ２は、被写体からの光（被写体光）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能する。

より詳細には、交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図５参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図５)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図５)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ方向に駆動されることで、焦点調節または変倍が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向および回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。

マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図５参照)、および機械的接続を行うためのカプラ７５(図５)が設けられている。

レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。

グリップ部３０３は、撮影者（ユーザ）が撮影時に撮像装置１Ａを把持する部分である。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(いずれも不図示)が設けられている。電池収納室には撮像装置１Ａの電源として電池６９Ｂ(図５参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図５)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしてもよい。

モード設定ダイアル３０５および制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、撮像装置１Ａに搭載された各種モード（各種撮影モード（人物撮影モード、風景撮影モードおよびフルオート撮影モード等）、撮影した画像を再生する再生モードおよび外部機器との間でデータ交信を行う通信モード等）の選択を行うためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１Ａに搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。

シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」と、さらに押し込んだ「全押し状態」とを検出可能な押下スイッチである。撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押し（Ｓ１状態）されると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定および焦点検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押し（Ｓ２状態）されると、撮影動作（撮像素子１０１(図３参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。

また、図２に示されるように、カメラボディ１０の背面側には、表示部として機能するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたファインダ窓３１６と、ファインダ窓３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ファインダ窓３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ファインダ窓３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ファインダ窓３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された方向選択キー３１４と、方向選択キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５と、方向選択キー３１４の右下方に配置された表示切替スイッチ８５とが備えられている。

ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３参照)により撮像された画像の表示または記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１Ａに搭載される機能またはモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬ表示装置またはプラズマ表示装置を用いるようにしてもよい。

ファインダ窓（接眼窓）３１６は、光学ファインダ（ＯＶＦ）を構成し、ファインダ窓３１６には、交換レンズ２を通過した被写体像を形成する光（被写体光）が導かれている。ユーザは、このファインダ窓３１６を覗くことによって、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体像を視認することができる。

メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１Ａの電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。

フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。

アイカップ３２１は、ファインダ窓３１６への外光の侵入を抑制する遮光部材として機能する。

露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値およびシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。

設定ボタン群３１２は、撮像装置１Ａに搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばメニュー画面をＬＣＤ３１１に表示させるメニューボタン、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー切替ボタンなどが含まれる。

方向選択キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、方向選択キー３１４の中央に配置されている。方向選択キー３１４およびプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図５参照)のワイド方向またはテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、および撮影条件（絞り値、シャッタースピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。

表示切替スイッチ８５は、２点のスライドスイッチからなり、接点を上段の「光学」位置に設定すると光学ファインダモード（「ＯＶＦモード」とも称する）が選択され、光学ファインダ視野内に被写体像が表示される。これにより、ユーザは、ファインダ窓３１６を介して光学ファインダ視野内に表示される被写体像を視認することによって、構図決め操作（フレーミング）を行うことが可能になる。

一方、表示切替スイッチ８５の接点を下段の「モニタ」位置に設定すると電子ファインダモード（「ＥＶＦモード」または「ライブビューモード」とも称する）が選択され、ＬＣＤ３１１において被写体像に係るライブビュー画像が動画的態様にて表示される。これにより、ユーザは、ＬＣＤ３１１に表示されるライブビュー画像を視認することによって、フレーミングを行うことが可能になる。

このように、ユーザは、表示切替スイッチ８５の操作によって、ファインダモードを切り替えることが可能であり、撮像装置１Ａでは、ライブビュー表示が行われる電子ファインダ、或いは光学ファインダを用いて被写体の構図決めを行うことが可能である。

＜撮像装置１Ａの内部構成＞
次に、撮像装置１Ａの内部構成について説明する。図３および図４は、撮像装置１Ａの縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ファインダ部１０２（ファインダ光学系）、ミラー部１０３、位相差ＡＦモジュール（単に「ＡＦモジュール」とも称する）１０７等が備えられている。

撮像素子１０１は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群２１の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置されたＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。撮像素子１０１は、交換レンズ２を通って結像された被写体像に関するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）を生成し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。

また、撮像素子１０１は、その撮像面において位相差検出用の画素を有している。詳細は、後述する。

上記の光軸ＬＴ上において、被写体光をファインダ部１０２へ向けて反射される位置には、ミラー部１０３が配置されている。交換レンズ２を通過した被写体光は、ミラー部１０３（後述の主ミラー１０３１）によって上方へ反射されるとともに、被写体光の一部はこのミラー部１０３を透過する。

ファインダ部１０２は、ペンタプリズム１０５、接眼レンズ１０６およびファインダ窓３１６を備えている。ペンタプリズム１０５は、断面５角形を呈し、その下面から入射された被写体像を内部での反射によって当該光像の天地左右を入れ替えて正立像にするためのプリズムである。接眼レンズ１０６は、ペンタプリズム１０５により正立像にされた被写体像をファインダ窓３１６の外側に導く。このような構成により、ファインダ部１０２は、本撮影前の撮影待機時において被写界を確認するための光学ファインダとして機能する。

ミラー部１０３は、主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２から構成されており、主ミラー１０３１の背面側において、サブミラー１０３２が主ミラー１０３１の背面に向けて倒れるように回動可能に設けられている。主ミラー１０３１を透過した被写体光の一部はサブミラー１０３２によって反射され、この反射された被写体光はＡＦモジュール１０７に入射される。

上記のミラー部１０３は、所謂クイックリターンミラーとして構成されており、例えば露光時(本撮影時)には（図４参照）、回転軸１０３３を支点として上方に向けて跳ね上がり、被写体光の光路から退避した状態（ミラーアップ状態）となる。この際、サブミラー１０３２は、上記のミラー部１０３がペンタプリズム１０５の下方位置で停止したときには、主ミラー１０３１と略平行となるように折り畳まれた状態となる。これにより、交換レンズ２からの被写体光がミラー部１０３によって遮られることなく撮像素子１０１上に届き、該撮影素子１０１が露光される。撮像素子１０１での撮像動作が終了すると、ミラー部１０３は元の位置（図３に示す位置）に復帰し、ミラーダウン状態となる。

また、ミラー部１０３を本撮影(画像記録用の撮影)の前にミラーアップ状態にすることにより、撮像装置１Ａは、撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき、動画的態様にて被写体をＬＣＤ３１１に表示させるライブビュー(プレビュー)表示が可能となる。

ＡＦモジュール１０７は、被写体のピント情報を検出する測距素子（「測距センサ」とも称する）等からなる所謂ＡＦセンサとして構成されている。このＡＦモジュール１０７は、ミラー部１０３の底部に配設されており、被写体像の合焦度合いに応じた位相差検出信号を発生させる位相差検出機能を有している。すなわち、撮影待機時においてユーザがファインダ窓３１６で被写体を確認する場合には、図３に示すように主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２がダウンされた状態でＡＦモジュール１０７に被写体光が導かれるとともに、ＡＦモジュール１０７から位相差検出信号が出力される。

撮像素子１０１の光軸方向前方には、シャッターユニット４０が配置されている。このシャッターユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッターとして構成されている。なお、シャッターユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。

＜撮像装置１Ａの電気的構成＞
図５は、撮像装置１Ａの電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図４と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。

交換レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。

レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１およびズームレンズ２１２と、撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴内において光軸ＬＴ(図３)方向に保持されており、レンズ群２１によって取り込まれた被写体光が撮像素子１０１に結像される。自動合焦（ＡＦ）制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。

フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介して全体制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させる駆動制御信号を生成し、当該駆動制御信号を用いてＡＦアクチュエータ７１Ｍを制御する。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。

レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイドおよび該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向および移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向および回転数に従う。

レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２４で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。

レンズ制御部２６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭまたは状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータを有している。

また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０の全体制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、絞り値、合焦距離または周辺光量状態等の状態情報データ、およびレンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報を全体制御部６２に送信できるとともに、全体制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。

絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。

続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０は、上述の撮像素子１０１、シャッターユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、全体制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、ミラー駆動制御部７２Ａ、シャッター駆動制御部７３Ａ、および絞り駆動制御部７６Ａを備えている。

撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（および終了）、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、および画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。

ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えるとともに、撮像素子１０１から出力される画像信号に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力する機能を有している。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。

タイミング制御回路５１は、全体制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２およびＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。

信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部５２には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路およびクランプ回路等が備えられている。Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。

画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を施して画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス（ＷＢ）制御回路６１２およびガンマ（γ）補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおける処理が行われる。

黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。

ホワイトバランス制御回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行う。具体的には、ホワイトバランス制御回路６１２は、全体制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、輝度または彩度データ等から撮影被写体において本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比およびＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。

ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的には、ガンマ補正回路６１３は、予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて、画像データのレベルを色成分毎に非線形変換するとともにオフセット調整を行う。

画像メモリ６１４は、撮影モード時には、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し全体制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。

全体制御部６２は、マイクロコンピュータとして構成され、主にＣＰＵ、メモリ、およびＲＯＭ等を備える。全体制御部６２は、ＲＯＭ内に格納されるプログラムを読み出し、当該プログラムをＣＰＵで実行することによって、撮像装置１Ａの各種機能を実現する。

全体制御部６２は、上述のプログラムの実行によって、表示制御部６２Ａ、位相差ＡＦ制御部６２ＢおよびコントラストＡＦ制御部６２Ｃを機能的に実現する。

表示制御部６２Ａは、ＬＣＤ３１１における表示内容を制御する。例えば、表示制御部６２Ａは、撮像素子１０１によって連続的に取得される複数の画像のそれぞれをライブビュー画像としてＬＣＤ３１１に順次に表示させる。

位相差ＡＦ制御部６２Ｂは、位相差検出方式により合焦位置検出を行い自動合焦動作を実行する。具体的には、位相差ＡＦ制御部６２Ｂは、ＡＦモジュール１０７によって取得される位相差検出信号または位相差ＡＦ演算回路７７（後述）からの出力信号に基づいて、合焦時の撮影レンズ（より詳細にはフォーカスレンズ２１１）の位置（合焦レンズ位置）を特定する合焦レンズ位置特定動作を行う。

コントラストＡＦ制御部６２Ｃは、コントラスト検出方式により合焦位置検出を行い自動合焦動作（「コントラストＡＦ動作」とも称する）を実行する。具体的には、コントラストＡＦ制御部６２Ｃは、異なるレンズ位置それぞれで取得される複数の撮影画像について被写体像のコントラストに応じた評価値をそれぞれ求める評価値算出動作と、当該評価値を最適化（例えば最小化）するレンズ位置を合焦レンズ位置として特定する合焦レンズ位置特定動作とを実行する。

フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、全体制御部６２により設定された発光量に制御するものである。

操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、方向選択キー３１４、プッシュボタン３１５、およびメインスイッチ３１７等を含み、操作情報を全体制御部６２に入力するためのものである。

ＶＲＡＭ６５は、ＬＣＤ３１１の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、全体制御部６２とＬＣＤ３１１との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７と全体制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、全体制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータまたはその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。

電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、全体制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１Ａ全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、全体制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、アルカリ乾電池等の一次電池、またはニッケル水素充電池等の二次電池からなり、撮像装置１Ａ全体に電力を供給する電源である。

ミラー駆動制御部７２Ａは、ファインダモードの切り替え或いは撮影動作のタイミングに合わせて、ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動させる駆動信号を生成するものである。ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍは、ミラー部１０３（クイックリターンミラー）を、水平姿勢若しくは傾斜姿勢に回動させるアクチュエータである。

シャッター駆動制御部７３Ａは、全体制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッター駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッター駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッターユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。

絞り駆動制御部７６Ａは、全体制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。

また、カメラボディ１０は、黒レベル補正回路６１１から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、オートフォーカス(ＡＦ)制御時に必要な演算を行う位相差ＡＦ演算回路７７を備えている。

以下では、この位相差ＡＦ演算回路７７からの出力信号を利用した位相差ＡＦ動作について詳述するとともに、撮像装置１Ａが実行可能なＡＦ動作について説明する。

＜撮像素子１０１について＞
撮像装置１Ａでは、撮影レンズの射出瞳のうちの異なった部分を通過（透過）した光を撮像素子１０１において受光することにより位相差ＡＦが可能な構成となっている。以下では、まず、この撮像素子１０１の構成と、この撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理とを説明する。図６および図７は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。

図６に示されるように、撮像素子１０１は、その撮像面１０１ｆにおいてマトリックス状に規定されたＡＦエリアＥｆを有し、各ＡＦエリアＥｆにおいて位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている。

各ＡＦエリアＥｆには、フォトダイオード上にＲ(赤)、Ｇ(緑)およびＢ(青)の各カラーフィルター（原色フィルター）が配置されたＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなる画像取得用（撮像用）の画素（「通常画素」とも称する）１１０の群が設けられるとともに、位相差ＡＦを行うための画素(以下では「ＡＦ画素」または「光電変換セル」とも称する)１１ｆの群が設けられている(図７参照)。

そして、ＡＦエリアＥｆには、通常画素の水平ラインとしてＧ画素１１２とＲ画素１１１とが水平方向に交互に配置されたＧｒラインＬ１と、Ｂ画素１１３とＧ画素１１２とが水平方向に交互に配置されたＧｂラインＬ２とが形成されている。このＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが垂直方向に交互に配置されることによりベイヤー配列が構成されている。

また、ＡＦエリアＥｆには、水平方向に配列されたＡＦ画素１１ｆによるＡＦラインＬｆが形成されている。なお、当該ＡＦラインＬｆは、通常画素の水平ライン所定本数（例えば、６本）ごとに配置され、ＡＦエリアＥｆ内には、例えば２０本程度のＡＦラインＬｆが設けられている。

次に、ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を、詳述する。図８は、ＡＦ画素１１ｆの縦断面図である。

ＡＦラインＬｆには、交換レンズ２に関する射出瞳の右側部分Ｑａからの光束Ｔａと左側部分Ｑｂからの光束Ｔｂとをそれぞれ受光する一対の画素１１ａ，１１ｂ（図８参照）が水平方向に交互に配列されている。

具体的には、ＡＦ画素(以下では「第１ＡＦ画素」とも称する)１１ａは、被写体光を集光するマイクロレンズＭＬと、特定の波長領域の光を透過させる光学フィルター（「バンドパスフィルター」とも称する）ＦＴ１と、スリット（矩形）状の開口部ＯＰを有する遮光板（「遮光膜」とも称する）１２ａと、被写体光を受光して当該被写体光の強度に応じた電気信号を生成する光電変換部(「受光素子」または「フォトダイオード」とも称する)ＰＤとを有している。そして、第１ＡＦ画素１１ａの遮光板１２ａは、直下のフォトダイオードＰＤの中心ＣＰを基準にして特定方向側（ここでは、右方向（−Ｘ方向））に偏った開口部ＯＰを有している。

一方、ＡＦ画素(以下では「第２ＡＦ画素」とも称する)１１ｂは、マイクロレンズＭＬと、光学フィルターＦＴ１と、スリット状の開口部ＯＰを有する遮光板１２ｂと、フォトダイオードＰＤとを有している。そして、第２ＡＦ画素１１ｂの遮光板１２ｂは、直下のフォトダイオードＰＤの中心ＣＰに対して上記の特定方向とは逆方向（ここでは、左方向（＋Ｘ方向））に偏った開口部ＯＰを有している。

ＡＦラインＬｆ上では、このような一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂがライン方向に交互に配置されている。なお、光学フィルターＦＴ１の役割については後述する。

上述のような構成を有する一対のＡＦ画素１１ａ，１１ｂでは、射出瞳の右側部分Ｑａからの光束ＴａがマイクロレンズＭＬ、光学フィルターＦＴ１および遮光板１２ａの開口部ＯＰを通過して第１ＡＦ画素１１ａのフォトダイオードＰＤで受光される。また、射出瞳の左側部分Ｑｂからの光束ＴｂがマイクロレンズＭＬ、光学フィルターＦＴ１および遮光板１２ｂの開口部ＯＰを通過して第２ＡＦ画素１１ｂのフォトダイオードＰＤで受光される。換言すれば、一対の画素１１ａ、１１ｂでは、交換レンズ２の射出瞳における右側部分および左側部分(一対の部分領域)Ｑａ、Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂそれぞれが受光される。

以下では、第１ＡＦ画素１１ａの画素出力を「ａ系列の画素出力」と呼び、第２ＡＦ画素１１ｂの画素出力を「ｂ系列の画素出力」と呼ぶこととし、例えば、ある１本のＡＦラインＬｆ１（図７参照）に配置されたＡＦ画素１１ｆの画素配列から得られるａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力との関係について説明する。図９は、ＡＦラインＬｆ１の画素出力を示す図である。図１０は、画素出力のシフト量Ｓｆとデフォーカス量Ｄｆとの関係を示す図である。

ＡＦラインＬｆ１では、射出瞳の両側からの各光束Ｔａ、Ｔｂが第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂで受光される。ここで、図７のように配置されたａ系列の画素ａ１〜ａ３を含むＡＦラインＬｆ１でのａ系列の画素出力は、図９のグラフＧａ(実線で図示)のように表される。一方、図７のように配置されたｂ系列の画素ｂ１〜ｂ３を含むＡＦラインＬｆ１でのｂ系列の画素出力は、図９のグラフＧｂ(破線で図示)のように表される。

図９に表されたグラフＧａとグラフＧｂとを比較すると、ａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力とは、ＡＦラインＬｆ１のライン方向（換言すれば、ＡＦ画素１１ｆの交互配列方向）にずれ量(シフト量)Ｓｆだけ位相差が生じていることが分かる。

一方、上記のシフト量Ｓｆと、撮像素子１０１の撮像面に対して焦点面がデフォーカスしている量(デフォーカス量)Ｄｆとの関係は、図１０に示す１次関数のグラフＧｃで表される。このグラフＧｃの傾きについては、工場での試験等によって予め取得できるものである。

よって、撮像素子１０１のＡＦラインＬｆの出力に基づき位相差ＡＦ演算回路７７で上記のシフト量Ｓｆを求めた後に、位相差ＡＦ制御部６２Ｂにおいて図１０のグラフＧｃに基づきデフォーカス量Ｄｆを算出し、算出されたデフォーカス量Ｄｆに相当する駆動量をフォーカスレンズ２１１に与えることで、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させる位相差ＡＦが可能となる。

このように、撮像装置１Ａでは、撮像素子１０１の受光面に組み込まれたＡＦ画素１１ｆからの出力信号を用いた位相差検出方式の自動合焦動作（「撮像素子１０１による位相差ＡＦ動作」とも称する）を実行することが可能である。

また、撮像装置１Ａは、撮像素子１０１による位相差ＡＦ動作の他に、ＡＦモジュール１０７による位相差ＡＦ動作およびコントラストＡＦ動作を行う機能を有しているが、これらの各ＡＦ動作が実行可能であるか否かは、選択されているファインダモードに応じて異なる。

具体的には、ＯＶＦモードにおいては、ミラーダウン状態（図３）となり、被写体光の一部がＡＦモジュール１０７に導かれるため、ＡＦ動作としては、ＡＦモジュール１０７内の受光素子からの出力信号を用いた位相差検出方式のＡＦ動作（「ＡＦモジュール１０７による位相差ＡＦ動作」とも称する）が実行可能となる。

一方、ＥＶＦモードにおいては、ミラーアップ状態（図４）となり、被写体光が撮像素子１０１に導かれるため、ＡＦ動作としては、撮像素子１０１による位相差ＡＦ動作および／またはコントラストＡＦ動作が実行可能となる。なお、ＥＶＦモードにおけるＡＦ動作として、撮像素子１０１を用いた２つのＡＦ動作（撮像素子１０１による位相差ＡＦ動作およびコントラストＡＦ動作）のうち、いずれのＡＦ動作を実行するかについては、メニュー画面上のメニュー操作によって決定することができる。

＜光学フィルターＦＴ１について＞
次に、ＡＦ画素１１ｆが備える光学フィルターＦＴ１について説明する。図１１は、緑の原色透過フィルター（原色フィルター）および光学フィルターＦＴ１の透過率を示す図である。図１２は、ＲＧＢの各原色透過フィルターの白色光の透過割合を示す図である。なお、図１１において、緑の原色透過フィルターの透過率は実線で表されるとともに、光学フィルターＦＴ１の透過率は一点鎖線で表されている。また、図１２では、照射された白色光が透過する割合が示されている。

光学フィルターＦＴ１は、ＡＦ画素１１ｆの受光側に配置され、撮影光学系から導かれる被写体光のうち特定波長領域の可視光を選択的に透過させる機能を有している。

具体的には、図１１に示されるように、撮像装置１Ａでは、光学フィルターとして緑の原色透過フィルター（詳細には、撮像用のＧ画素１１２に配置される緑の原色透過フィルター）が透過させる可視光の波長範囲よりも比較的広い波長範囲（図１１中、両矢印ＹＨ１で示される波長範囲）の可視光を透過させる光学フィルターＦＴ１が採用される。

このように、光学フィルターとして図１１の特性を有する光学フィルターＦＴ１が採用されることによれば、緑の原色透過フィルターを採用する場合に比べて、比較的広い波長範囲の可視光すなわち緑以外の色についての被写体光をもフォトダイオードＰＤによって受光することが可能になる。したがって、撮像装置１Ａでは、被写体の反射光（発生光）に緑以外の色が多く含まれる場合でも精度よく焦点検出を行うことができる。

また、図１２に示されるように、ＲＧＢの各原色透過フィルターの透過割合は低いことから、原色透過フィルターを光学フィルターとして採用すると、光量の低い被写体に対しては光量不足となり焦点検出ができなくなる。

しかし、緑の原色透過フィルターよりも比較的広い波長範囲の可視光を透過させる光学フィルターＦＴ１を採用することによれば、フォトダイオードＰＤにおいて被写体光をより多く受光できるので、低輝度の被写体に対しても焦点検出を行うことが可能になる。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１３は、緑の原色透過フィルターおよび第２実施形態の光学フィルターＦＴ２の透過率を示す図である。なお、図１３において、緑の原色透過フィルターの透過率は実線で表されるとともに、光学フィルターＦＴ２の透過率は一点鎖線で表されている。

第２実施形態に係る撮像装置１Ｂは、ＡＦ画素１１ｆが備える光学フィルターＦＴとして、被写体光のうち赤外域の光（赤外線）を非透過にする光学フィルターＦＴ２が採用される。

具体的には、図１３に示されるように、赤外域（図１３中、両矢印ＹＨ２で示される波長範囲）の光の透過率が低い光学フィルターＦＴ２が採用される。これにより、赤外域の光に関するフォトダイオードＰＤの受光量を低下させることができる。

図１３に示されるように、一般的な緑の原色透過フィルターでは、赤外域の光が十分遮光されていない。このため、ＡＦ画素１１ｆの受光側に緑の原色透過フィルターが配置された場合は、被写体光に含まれる赤外域の光の多くが原色透過フィルターを通過し、フォトダイオードＰＤに多く到達することになる。

また、ＡＦ画素１１ｆの受光側に光学フィルターを配置しない場合にも、赤外域の光がフォトダイオードＰＤに到達することになる。

上記のように、フォトダイオードＰＤによって赤外域の光が多く受光されると、焦点検出精度が低下する。

より詳細には、撮影レンズの屈折率は、光の波長に応じて異なることから、フォトダイオードＰＤにおいて赤外域の光を受光した場合と、赤外域の光を受光しなかった場合とを比較すると、第１ＡＦ画素１１ａの画素出力と第２ＡＦ画素１１ｂの画素出力とのライン方向の位相差（シフト量Ｓｆ）は変化する。ここで、図１０に示されるシフト量Ｓｆとデフォーカス量Ｄｆとの関係を示すグラフＧｃは、製品製造時において可視光を照射して予め取得されている。このため、フォトダイオードＰＤにおいて赤外域の光を受光し、位相差が変化した場合は、焦点の検出精度が低下する。

しかし、上記のように、赤外域の光の透過率が低い光学フィルターＦＴ２をＡＦ画素１１ｆに設けることによれば、光学フィルターを設けない場合または緑の原色透過フィルターを設ける場合に比べて、フォトダイオードＰＤにおける赤外域の光の受光量を低減できるので、焦点検出精度の低下を防止することが可能になる。

＜３．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

例えば、ＡＦ画素１１ｆが備える光学フィルターとして、第１実施形態の光学フィルターＦＴ１および第２実施形態の光学フィルターＦＴ２それぞれの機能を兼ね備えた光学フィルターＦＴ３を採用してもよい。図１４は、緑の原色透過フィルターおよび光学フィルターＦＴ３の透過率を示す図である。なお、図１４において、緑の原色透過フィルターの透過率は実線で表されるとともに、光学フィルターＦＴ３の透過率は、一点鎖線で表されている。

具体的には、図１４に示されるように、緑の原色透過フィルターが透過させる可視光の波長範囲よりも比較的広い波長範囲（図１４中、両矢印ＹＨ３で示される波長範囲）の可視光を透過させるとともに、赤外域（図１４中、両矢印ＹＨ４で示される波長範囲）の光を非透過にする（換言すれば、赤外域の光についての透過率が低い）光学フィルターＦＴ３を用いてもよい。

このような光学フィルターＦＴ３を用いることによれば、被写体の反射光（発生光）に緑以外の色が多く含まれる場合でも精度よく焦点検出を行うことができるとともに、低輝度の被写体に対しても焦点検出を行うことが可能になる。また、赤外域の光の受光量を低減できるので、焦点検出精度の低下を防止することが可能になる。

なお、ここでは、第１実施形態の光学フィルターＦＴ１および第２実施形態の光学フィルターＦＴ２それぞれの機能を兼ね備えた光学フィルターＦＴ３を採用する場合について例示したが、光学フィルターＦＴ１と光学フィルターＦＴ２とを重ねて用いる構成としてもよい。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。 撮像装置の縦断面図である。 撮像装置の縦断面図である。 撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。 撮像素子の構成を説明するための図である。 撮像素子の構成を説明するための図である。 ＡＦ画素の縦断面図である。 ＡＦラインの画素出力を示す図である。 画素出力のシフト量とデフォーカス量とを示す図である。 第１実施形態に係る光学フィルターの透過率を示す図である。 ＲＧＢの各原色透過フィルターの白色光の透過割合を示す図である。 第２実施形態に係る光学フィルターの透過率を示す図である。 変形例に係る光学フィルターの透過率を示す図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 撮像装置
１０１ 撮像素子
Ｅｆ ＡＦエリア
１１ｆ ＡＦ画素
１１ａ 第１ＡＦ画素
１１ｂ 第２ＡＦ画素
ＰＤ 受光素子
ＦＴ１，ＦＴ２，ＦＴ３ 光学フィルター

Claims (5)

1. 赤の原色フィルターによって覆われている画素と、青の原色フィルターによって覆われている画素と、緑の原色フィルターによって覆われている画素とにより構成され、被写体光を受光して被写体像に関する画像信号を生成する第１画素群と、
   前記緑の原色フィルターが透過させる可視光の波長範囲よりも広い可視光の波長範囲である特定波長範囲の光を透過させるためのフィルターであって、前記特定波長範囲の短波長側の外の可視光の波長領域に対応する紫を示す波長領域における各波長の透過率が、当該フィルターの最も高い透過率よりも前記短波長側の最も低い透過率に近く、かつ、前記特定波長範囲の長波長側の外の可視光の波長領域に対応する６５０ｎｍよりも長い可視光の波長領域における各波長の透過率が、前記最も高い透過率よりも前記長波長側の最も低い透過率に近い光学フィルターを備え、前記被写体光を受光して位相差検出用の測距信号を出力する第２画素群と
   を具備する撮像素子。
2. 前記光学フィルターは、前記特定波長範囲における緑を示す波長領域を透過率のピークとする透過波形特性を備える請求項１記載の撮像素子。
3. 前記光学フィルターは、青を示す波長領域および橙を示す波長領域における各波長の透過率が、前記緑の原色フィルターのそれぞれ対応する波長の透過率よりも高いものの前記最も高い透過率よりも低く、前記青を示す波長領域の長波長側の端部における波長の透過率が前記最も高い透過率に近く、かつ、前記橙を示す波長領域の短波長側の端部における波長の透過率が前記最も高い透過率に近い請求項２記載の撮像素子。
4. 前記光学フィルターは、前記特定波長範囲における透過率の総和である透過割合が、前記緑の原色フィルターよりも高い請求項１記載の撮像素子。
5. 赤の原色フィルターによって覆われている画素と、青の原色フィルターによって覆われている画素と、緑の原色フィルターによって覆われている画素とにより構成され、被写体光を受光して被写体像に関する画像信号を生成する第１画素群と、前記緑の原色フィルターが透過させる可視光の波長範囲よりも広い可視光の波長範囲である特定波長範囲の光を透過させるためのフィルターであって、前記特定波長範囲の短波長側の外の可視光の波長領域に対応する紫を示す波長領域における各波長の透過率が、当該フィルターの最も高い透過率よりも前記短波長側の最も低い透過率に近く、かつ、前記特定波長範囲の長波長側の外の可視光の波長領域に対応する６５０ｎｍよりも長い可視光の波長領域における各波長の透過率が、前記最も高い透過率よりも前記長波長側の最も低い透過率に近い光学フィルターを備え、前記被写体光を受光して位相差検出用の測距信号を出力する第２画素群とを具備する撮像素子と、
   前記画像信号に基づいて撮影画像を取得する画像取得手段と、
   前記測距信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と
   を具備する撮像装置。

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