JP5190537B2 - 撮像素子及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、光を受光して光電変換する撮像素子及びそれを備えた撮像装置に関するものである。

従来より、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal OxideSemiconductor）のように、受光した光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子が知られている。

このような撮像素子においては、一般的に、色再現性を人間の視感度に合わせるために、撮像素子の前に赤外カットフィルタ（いわゆる、ＩＲカットフィルタ：Infrared Cut Filter）を設けて、撮像素子に入射する光から赤外光を除去している。

ところが、監視カメラのように、色再現性よりも感度を重視する場合もあり、かかる場合には、赤外光を含む光を撮像素子で受光することが必要となる。

そこで、特許文献１に係る撮像装置は、それらの両方に対応すべく、ＩＲカットフィルタを光量に応じて撮像素子の前に設置するように構成されている。詳しくは、ＩＲカットフィルタが絞りに取り付けられており、撮像素子に入射する光量が少ないときには、開放する絞りに連動させて、ＩＲカットフィルタを退避させる一方、撮像素子に入射する光量が多いときには、所定の絞り値となるように絞られる絞りに連動させて、ＩＲカットフィルタを移動させて撮像素子の前に設置している。

特開２００１−３６８０７号公報

しかしながら、ＩＲカットフィルタの設置と退避とを選択的に切り換える構成においては、ＩＲカットフィルタを設置したときには、色再現性が良い撮像を行うことができるものの、感度が劣ることになる一方、ＩＲカットフィルタを退避させたときには、感度の良い撮像を行うことができるものの、色再現性が劣ることになる。つまり、色再現性か感度かを択一的に選んで撮像を行うことになる。

さらに、ＩＲカットフィルタの設置及び退避を別の部材に連動させる場合には、赤外光を該部材の動作と無関係に利用することができない。例えば、特許文献１に係る撮像素子では、撮像素子が赤外光を受光するのは、絞りが開放されているときだけである。絞りが開放状態から少しでも絞られると、撮像素子の前にＩＲカットフィルタが設置され、撮像素子は赤外光を受光することができない。

そこで、赤外光を他の部材の動作と無関係に利用するために、ＩＲカットフィルタの設置状態を専用の機構で切り換えることも考えられるが、かかる構成の場合、部品点数が増えると共に構造が複雑になるため、好ましくない。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＩＲカットフィルタの設置状態を切り換える別部材を設ける必要がなく且つ、赤外光を柔軟に利用できる撮像素子を提供することにある。

ここに開示された技術は、光を受けて光電変換を行う撮像素子が対象である。そして、当該撮像素子は、赤外光を含む光を受光すると共に該光を通過させる第１光電変換部と、前記第１光電変換部を通過した光から赤外光を除いた光を受光する第２光電変換部とを備えている。

当該撮像素子によれば、第１光電変換部を光が通過するように構成され、赤外光を含む光を第１光電変換部で受光すると共に、該第１光電変換部を通過した光から赤外光を除いた光を第２光電変換部で受光することによって、赤外光を第１光電変換部で受光することができるため、赤外光を柔軟に利用した撮像を行うことができる。それに加えて、第２光電変換部では赤外光を除いた光を受光できるため、少なくとも第２光電変換部で受光した光を用いて色再現性の高い画像を取得することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る撮像ユニットの概略断面図である。 図２は、撮像素子の概略的な端面図である。 図３は、撮像素子の概略的な平面図である。 図４は、撮像素子の概略的な分解斜視図である。 図５は、撮像ユニットの概略的な斜視図である。 図６は、緑色のカラーフィルタに対応する画素におけるフィルタ及び光電変換部の分光特性を示すグラフであって、（Ａ）は第１フィルタの分光特性を、（Ｂ）は第１光電変換部１０の分光特性を、（Ｃ）は第２フィルタの分光特性を示す。 図７は、青色のカラーフィルタに対応する画素におけるフィルタ及び基板の分光特性を示すグラフであって、（Ａ）は第１フィルタの分光特性を、（Ｂ）は第１光電変換部１０の分光特性を、（Ｃ）は第２フィルタの分光特性を示す。 図８は、無色フィルタに対応する画素におけるフィルタ及び基板の分光特性を示すグラフであって、（Ａ）は第１フィルタの分光特性を、（Ｂ）は第１光電変換部１０の分光特性を、（Ｃ）は第２フィルタの分光特性を示す。 図９は、変形例１に係る撮像素子の概略的な分解斜視図である。 図１０は、赤色のカラーフィルタに対応する画素におけるフィルタ及び基板の分光特性を示すグラフであって、（Ａ）は第１フィルタの分光特性を、（Ｂ）は第１光電変換部１０の分光特性を、（Ｃ）は第２フィルタの分光特性を示す。 図１１は、変形例２に係る撮像素子の概略的な断面図である。 図１２は、実施形態２に係るカメラのブロック図である。 図１３は、レリーズボタンが全押しされるまでの撮影動作を示すフローチャート図である。 図１４は、レリーズボタンが全押しされた後の撮影動作を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る撮像ユニットＵの概略断面図を示す。撮像ユニットＵは、被写体像を電気信号に変換するための撮像素子１と、位相差検出方式の焦点検出を行うための位相差検出ユニット３０とを有している。この撮像ユニットＵが撮像装置を構成する。

図２は、撮像素子の概略的な断面図を示し、図３は、撮像素子の概略的な平面図を示し、図４は、撮像素子の概略的な分解斜視図を示す。撮像素子１は、インターライン型ＣＣＤイメージセンサであって、第１撮像部１Ａと、第２撮像部１Ｂとを有し、これらを積層して構成されている。

第１撮像部１Ａは、半導体材料で構成された第１光電変換部１０と、第１垂直レジスタ１３と、第１転送路１４と、第１マスク１５と、第１フィルタ１６と、マイクロレンズ１７とを含んでいる。第２撮像部１Ｂは、第２光電変換部２０と、第２垂直レジスタ２３と、第２転送路２４と、第２マスク２５と、第２フィルタ２６とを含んでいる。

まず、第１撮像部１Ａについて説明する。

第１光電変換部１０は、基板１１と、基板１１に配列された複数の受光部（画素ともいう）１２，１２，…とを有している。

基板１１は、Ｓｉ（シリコン）ベースで構成されている。詳しくは、基板１１は、Ｓｉ単結晶基板又はＳＯＩ（Silicon On Insulator wafer）で構成されている。特に、ＳＯＩ基板は、Ｓｉ薄膜とＳｉＯ_２薄膜のサンドイッチ構造をなし、エッチングの処理などにおいてＳｉＯ_２層で反応をとめることが可能であり、安定した基板加工を行う上で有利である。

また、受光部１２は、フォトダイオードで構成されていて、光を吸収して電荷を発生する。受光部１２，１２，…は、基板１１上において行列状に配列された微小な方形の画素領域内にそれぞれ設けられている。

第１垂直レジスタ１３は、受光部１２ごとに設けられており、受光部１２に蓄積された電荷を一時蓄積する役割を有する。つまり、受光部１２に蓄積された電荷は、第１垂直レジスタ１３に転送される。第１垂直レジスタ１３に転送された電荷は、第１転送路１４を介して水平レジスタ（図示省略）に転送され、増幅器（図示省略）に送られる。増幅器に送られた電荷は、増幅され電気信号として取り出される。

第１マスク１５は、受光部１２を被写体側に露出させる一方、第１垂直レジスタ１３及び第１転送路１４を覆うように設けられていて、第１垂直レジスタ１３及び第１転送路１４に光が入射することを防止している。

第１フィルタ１６及びマイクロレンズ１７は、各受光部１２に対応して前記微小な方形の画素領域ごとに設けられている。第１フィルタ１６は、特定の波長域の光だけを透過させるカラーフィルタであって、原色フィルタ又は補色フィルタが用いられる。本実施形態では、第１フィルタ１６は、図２，３に示すように、複数のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂ，１６ｗ，…がマトリックス状に配列された原色フィルタが用いられている。すなわち、撮像素子１全体としては、２行２列に隣接する４つのカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂ，１６ｇ，１６ｗ（又は４つの画素領域）を１つの繰り返し単位としたときに、該繰り返し単位中において、一方の対角方向に２つの緑色のカラーフィルタ（即ち、緑色の可視光波長域に対して緑色以外の他の色の可視光波長域よりも高い透過率を持つカラーフィルタ）１６ｇ，１６ｇが配列され、他方の対角方向に青色のカラーフィルタ（即ち、青色の可視光波長域に対して青色以外の他の色の可視光波長域よりも高い透過率を持つカラーフィルタ）１６ｂと無色フィルタ（即ち、少なくとも可視光波長域及び赤外光領域の光をほとんど減衰させることなく透過させるフィルタ）１６ｗとが配列されている。第１フィルタ１６では、全体として緑のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｇ，…が千鳥状に配置されている。

マイクロレンズ１７は、光を集光して受光部１２に入射させるものである。このマイクロレンズ１７によって受光部１２を効率良く照射できる。

ここで、第１光電変換部１０は、入射した光が該第１光電変換部１０を透過する程度の厚さに形成されている。すなわち、第１光電変換部１０は、受光部１２に入射した光が該受光部１２、さらには基板１１を透過するように構成されている。

次に、第２撮像部１Ｂについて説明する。

第２光電変換部２０は、基板２１と、基板２１に配列された複数の受光部（画素ともいう）２２，２２，…とを有している。

基板２１は、Ｓｉ（シリコン）ベースで構成されている。詳しくは、基板２１は、Ｓｉ単結晶基板又はＳＯＩ（Silicon On Insulator wafer）で構成されている。特に、ＳＯＩ基板は、Ｓｉ薄膜とＳｉＯ_２薄膜のサンドイッチ構造をなし、エッチングの処理などにおいてＳｉＯ_２層で反応をとめることが可能であり、安定した基板加工を行う上で有利である。

また、受光部２２は、フォトダイオードで構成されていて、光を吸収して電荷を発生する。受光部２２，２２，…は、基板２１上において行列状に配列された微小な方形の画素領域内にそれぞれ設けられている。

第２垂直レジスタ２３は、受光部２２ごとに設けられており、受光部２２に蓄積された電荷を一時蓄積する役割を有する。つまり、受光部２２に蓄積された電荷は、第２垂直レジスタ２３に転送される。第２垂直レジスタ２３に転送された電荷は、第２転送路２４を介して水平レジスタ（図示省略）に転送され、増幅器（図示省略）に送られる。増幅器に送られた電荷は、増幅され電気信号として取り出される。

第２マスク２５は、受光部２２を被写体側に露出させる一方、第２垂直レジスタ２３及び第２転送路２４を覆うように設けられていて、第２垂直レジスタ２３及び第２転送路２４に光が入射することを防止している。

第２フィルタ２６は、各受光部２２に対応して前記微小な方形の画素領域ごとにマトリックス状に配列されて設けられている。第２フィルタ２６は、赤外光を除去する赤外カットフィルタ（いわゆる、ＩＲカットフィルタ：Infrared Cut Filter）であると共に、赤色の光だけを透過させるカラーフィルタ（即ち、赤色の可視光波長域に対して赤色以外の他の色の可視光波長域よりも高い透過率を持つカラーフィルタ）としても機能する。つまり、第２フィルタ２６は、赤外線領域よりも短波長側であって赤色の可視光波長域の光を透過させる。

ここで、第２光電変換部２０の画素ピッチ（即ち、受光部２２のピッチ）は、第１光電変換部１０の画素ピッチ（即ち、受光部１２のピッチ）の２倍に設定されている。すなわち、第２光電変換部２０の画素２２の面積は、第１光電変換部１０の画素１２の面積の約４倍となっている。それに合わせて、第２フィルタ２６の面積も、第１フィルタ１６の面積の約４倍となっている。

また、第２光電変換部２０の基板２１には、照射された光を透過させる透過部２７が複数形成されている（図１，２では、１つだけ図示）。この透過部２７は、第２光電変換部２０に照射された光を透過させて、該光を位相差検出ユニット３０に入射させるためのものである。透過部２７は、基板２１における受光部２２が設けられている面とは反対側の面（以下、単に裏面ともいう）２１ａを切削、研磨又はエッチングにより凹状に陥没させることによって形成されており、周辺部よりも薄く形成されている。さらに詳しくは、透過部２７は、最も薄肉になっている陥没面２７ａと、該陥没面２７ａと裏面２１ａとを繋ぐ傾斜面２７ｂ，２７ｂとを有している。

この基板２１における透過部２７を光が透過する程度の厚みに形成することによって、第２光電変換部２０に入射した光のうち該透過部２７に入射した光の一部は電荷に変換されずに該第２光電変換部２０を透過する。

また、傾斜面２７ｂ，２７ｂは、透過部２７を透過する際に該傾斜面２７ｂで反射する光が後述する位相差検出ユニット３０のコンデンサレンズ３１，３１，…へ向かわない角度に設定されている。こうすることで、後述するラインセンサ３３に実像でない像が形成されることを防止している。

この透過部２７が、撮像素子１に入射する光を透過、即ち、通過させる薄肉部を構成する。ここで、少なくとも本明細書においては、「通過」は「透過」を含む概念である。

次に、位相差検出ユニット３０について、図１，５を参照して説明する。図５は、撮像ユニットの概略的な斜視図を示す。

位相差検出ユニット３０は、撮像素子１からの通過光を受光して位相差検出を行う。すなわち、位相差検出ユニット３０は、受光した通過光を測距のための電気信号に変換する。この位相差検出ユニット３０が位相差検出部を構成する。

位相差検出ユニット３０は、撮像素子１の背面側（被写体と反対側）、詳しくは、透過部２７の背面側に配置されている。ここで、本実施形態では、図５に示すように、撮像素子１に９つの透過部２７，２７，…が設けられている。そして、それに対応させて、９つの位相差検出ユニット３０，３０，…が設けられている。

各位相差検出ユニット３０は、コンデンサレンズ３１と、セパレータレンズ３２と、ラインセンサ３３とを有している。コンデンサレンズ３１、セパレータレンズ３２及びラインセンサ３３は、撮像素子１の厚さ方向に沿って該撮像素子１側からこの順で並んでいる。

コンデンサレンズ３１は、入射する光を集光するためのものであり、透過部２７を透過して拡がりつつある光を集光して、セパレータレンズ３２へと導く。

このコンデンサレンズ３１を設けることによって、セパレータレンズ３２への入射角度が立つ（入射角が小さくなる）ため、セパレータレンズ３２の収差を抑えることができると共に、後述するラインセンサ３３上の被写体像間隔を小さくすることができる。その結果、セパレータレンズ３２及びラインセンサ３３を小型化することができる。また、撮像光学系からの被写体像の焦点位置が撮像ユニットＵから大きく外れたとき（詳しくは、撮像ユニットＵの撮像素子１から大きく外れたとき）、その像のコントラストが著しく下がるが、本実施形態によれば、コンデンサレンズ３１とセパレータレンズ３２による縮小効果によりコントラストの低下を抑え、焦点検出範囲を広くすることもできる。尚、焦点位置近傍における高精度な位相差検出等の場合、セパレータレンズ３２やラインセンサ３３等の寸法に余裕がある場合等においては、コンデンサレンズ３１を設けなくてもよい。

セパレータレンズ３２は、入射してきた光束を、同一の２つの被写体像としてラインセンサ３３上に結像させる。

ラインセンサ３３は、撮像面上に結像する像を受光して電気信号に変換する。つまり、ラインセンサ３３出力から、２つの被写体像の間隔を検出することができ、その間隔によって撮像素子１に結像する被写体像の焦点のずれ量（即ち、デフォーカス量（Ｄｆ量））及び焦点がどちらの方向にずれているか（即ち、デフォーカス方向）を求めることができる（以下、これらＤｆ量及びデフォーカス方向等をデフォーカス情報ともいう）。

このように構成された撮像ユニットＵは、制御部（本実施形態では図示を省略するが、例えば、後述する実施形態２のボディ制御部５が相当する）に接続される。尚、本実施形態では、制御部は撮像ユニットＵに含まれていないが、撮像ユニットＵに含まれるように構成してもよい。制御部は、撮像素子１からの出力信号に基づいて、被写体像を電気信号として取得すると共に、位相差検出ユニット３０からの出力信号に基づいて、デフォーカス情報を取得する。

以下に、撮像ユニットＵの動作について説明する。図６は、緑色のカラーフィルタに対応する画素におけるフィルタ及び光電変換部の分光特性を示すグラフで、図７は、青色のカラーフィルタに対応する画素におけるフィルタ及び基板の分光特性を示すグラフで、図８は、無色フィルタに対応する画素におけるフィルタ及び基板の分光特性を示すグラフである。各図において、（Ａ）は、第１フィルタの分光特性を、（Ｂ）は、第１光電変換部１０の分光特性を、（Ｃ）は、第２フィルタの分光特性を示す。

撮像ユニットＵに被写体からの光が入射すると、該光は、撮像素子１に入射する。該光は、第１撮像部１Ａのマイクロレンズ１７により集光された後、第１フィルタ１６を透過することにより特定の波長域の光だけが第１光電変換部１０の受光部１２に到達する。詳しくは、緑色のカラーフィルタ１６ｇにおいては、図６（Ａ）の斜線部で示す波長域の光が該緑色のカラーフィルタ１６ｇを透過して、受光部１２に到達する。また、青色のカラーフィルタ１６ｂにおいては、図７（Ａ）の斜線部で示す波長域の光が該青色のカラーフィルタ１６ｂを透過して、受光部１２に到達する。さらに、無色フィルタ１６ｗにおいては、図８（Ａ）の斜線部で示すように、少なくとも可視光領域及び赤外線領域の光が減衰することなく透過して、受光部１２に到達する。各受光部１２は到達した光を吸収して電荷を発生する。発生した電荷は第１垂直レジスタ１３及び第１転送路１４を介して増幅器に送られ、電気信号として出力される。

このように、緑色及び青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂは、それぞれ青色及び緑色の波長域の光を主として透過させ、赤外光をあまり透過させない。そのため、緑色及び青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂに対応する受光部１２，１２，…では、赤外光の影響をそれほど受けることなく、緑色及び青色の光の光量を取得することができる。

一方、無色フィルタ１６ｗは、ほぼ全ての波長の光を透過させるため、無色フィルタ１６ｗに対応する受光部１２，１２，…には、可視光波長域の光だけでなく、赤外線領域の光も入射する。その結果、無色フィルタ１６ｗに対応する受光部１２，１２，…では、赤外光を含む光の光量を取得することができる。

ここで、第１光電変換部１０に入射した光は、全てが受光部１２で光電変換されるわけではなく、一部の光は基板１１を透過する。詳しくは、基板１１は、図６〜８において破線で示すような分光特性を有している。つまり、カラーフィルタ１６ｇ，１６ｂ，１６ｗを透過した光はそれぞれ、図６（Ｂ）〜８（Ｂ）の斜線部に示すように、基板１１を透過する際に減衰する。

第１光電変換部１０を透過した光は、第２撮像部１Ｂに入射する。第２撮像部１Ｂの第２フィルタ２６を透過することにより特定の波長域の光だけが第２光電変換部２０の受光部２２に到達する。詳しくは、第２フィルタ２６は、図６〜８の実線で囲まれた領域と二点鎖線で囲まれた領域とが重なる領域で示される分光特性を有している。すなわち、第２フィルタ２６は、図６（Ｃ）〜８（Ｃ）の斜線部で示すように、赤色の波長域のうち赤外線領域よりも短波長側の光を透過させる。その結果、第２光電変換部２０の受光部２２には、第１フィルタ１６及び第１光電変換部１０を透過した光のうち、赤色の波長域であって且つ赤外線領域よりも短波長側の光が到達する。受光部２２は、到達した光を吸収して電荷を発生する。つまり、受光部２２は、赤外光を含まない赤色の光の光量を取得することができる。

こうして、撮像素子１は、その撮像面全体において第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…及び第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…が光を電気信号に変換することによって、撮像面に形成された被写体像を、画像信号を作成するための電気信号に変換する。つまり、撮像素子１は、赤外光を含まない緑色及び青色の色情報を第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…で取得し、赤外光を含まない赤色の色情報を第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…で取得する。こうして得られた赤色、緑色及び青色の色情報に基づいて色再現性の高い撮像を行うことができる。また、撮像素子１は、赤外光を含む白色の色情報を、第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…のうち、無色フィルタ１６ｗに対応する受光部１２，１２，…で取得することができる。こうして得られた赤外光の情報に基づいて感度の高い撮像や感度の高いコントラスト方式のオートフォーカスを行うことができる。また、従来のデジタルカメラのように撮像素子前面に赤外カットフィルタを配置する必要がなくなるため、カメラ本体の光学全長を短くすることが可能となり、カメラの小型化及びコストダウンを実現することができる。

ここで、受光部１２，…，２２，…では同じ光量の光を受光しても光の波長が異なると蓄積電荷量が異なる。また、第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…は、第１光電変換部１０を透過して減衰した光を受光しているため、その点においても、第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…と第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…とでは蓄積電荷量が異なる。そこで、撮像素子１の受光部１２，…，２２，…からの出力はそれぞれに設けられているフィルタの種類に応じて補正される。例えば、赤色の光を透過させる第２フィルタ２６が設けられたＲ画素２２、緑のカラーフィルタ１６ｇが設けられたＧ画素１２及び青のカラーフィルタ１６ｂが設けられたＢ画素１２がそれぞれのカラーフィルタに対応する色の光を同じ光量だけ受光したときに、Ｒ画素２２、Ｇ画素１２、Ｂ画素１２からの単位面積当たりの出力が同じレベルとなるように各画素の補正量が設定される。すなわち、Ｒ画素２２は、Ｇ画素１２及びＢ画素１２に比べて面積が４倍であるため受光光量が４倍となる点を考慮して補正される。

また、第２光電変換部２０の基板２１に透過部２７，２７，…を設けることによって、透過部２７，２７，…における光電変換効率が、それ以外の部分に比べて低くなる。つまり、同じ光量の光を受光しても、蓄積電荷量は、透過部２７，２７，…に対応する位置に設けられた画素２２，２２，…の方がそれ以外の部分に設けられた画素２２，２２，…よりも少なくなってしまう。その結果、透過部２７，２７，…に対応する位置に設けられた画素２２，２２，…から出力された出力信号にそれ以外の部分に設けられた画素２２，２２，…から出力された出力信号と同様の画像処理を施したのでは、透過部２７，２７，…に対応する部分の画像が適切に撮影されない（例えば、暗く撮影されてしまう）可能性がある。そこで、透過部２７，２７，…における各画素２２の出力を、透過部２７，２７，…の影響がなくなるように補正（例えば、透過部２７，２７，…における各画素２２の出力を増幅する等）される。つまり、第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…の出力は、色の違いによる補正以外に透過部２７，２７，…に位置するか否かによる補正も施される。透過部２７，２７，…に位置するか否かによる補正量は、例えば、透過部２７からの出力と透過部２７以外からの出力とにより表示される画像のホワイトバランス及び／又は輝度が等しくなるように決定される。

そして、制御部は、受光部１２，…，２２，…からの出力信号を前述の如く補正した後、該出力信号に基づいて、各受光部、即ち、画素１２，…，２２，…における位置情報、色情報及び輝度情報とを含む画像信号を作成する。こうして、撮像素子１の撮像面上に結像された被写体像の画像信号が得られる。

ここで、各画素１２における色情報についてさらに詳しく説明する。各画素１２には、それぞれ対応するフィルタが設けられており、該フィルタに対応した波長域の光を受光する。そのため、該フィルタに対応した波長域以外の色情報については、周辺の画素１２，１２，…の出力に基づいて補間する。詳しくは、緑色のカラーフィルタ１６ｇに対応するＧ画素１２においては、緑色の色情報はそのＧ画素１２からの出力信号に基づいて求められ、赤色の色情報はそのＧ画素１２の背面に位置する第２光電変換部２０のＲ画素２２の出力信号に基づいて求められ、青色の色情報はそのＧ画素１２を挟んで隣接する２つの青色のカラーフィルタ１６ｂに対応するＢ画素１２，１２の出力信号に基づいて補間される。また、青色のカラーフィルタ１６ｂに対応するＢ画素１２においては、青色の色情報はそのＢ画素１２からの出力信号に基づいて求められ、赤色の色情報はそのＢ画素１２の背面に位置する第２光電変換部２０のＲ画素２２の出力信号に基づいて求められ、緑色の色情報はそのＢ画素１２の４辺に隣接する４つの緑色のカラーフィルタ１６ｇに対応するＧ画素１２，１２，…の出力信号に基づいて補間される。さらに、無色フィルタ１６ｗに対応するＷ画素１２においては、赤色の色情報はそのＷ画素１２の背面に位置する第２光電変換部２０のＲ画素２２の出力信号に基づいて求められ、緑色の色情報はそのＷ画素１２の４辺に隣接する４つの緑色のカラーフィルタ１６ｇに対応するＧ画素１２，１２，…の出力信号に基づいて補間され、青色の色情報はそのＷ画素１２を挟んで隣接する２つの青色のカラーフィルタ１６ｂに対応するＢ画素１２，１２の出力信号に基づいて補間される。こうして、各画素１２において、赤色、青色及び緑色の色情報が取得される。このとき、第１光電変換部１０の、無色フィルタ１６ｗに対応するＷ画素１２からは、白色光と赤外光の色情報が取得される。

ところで、第２光電変換部２０の透過部２７，２７，…では、照射された光の一部が第２光電変換部２０を透過する。第２光電変換部２０を透過した光、即ち、撮像素子１を透過した光は、コンデンサレンズ３１へ入射する。各コンデンサレンズ３１を透過することにより集光された光は、セパレータレンズ３２に入射する。セパレータレンズ３２で瞳分割された光は、ラインセンサ３３上の２つの位置に同一の被写体像として結像する。ラインセンサ３３は、第１及び第２光電変換部１０，２０と同様に、各受光部における受光光量を光電変換により電気信号として出力する。

このラインセンサ３３から出力される出力信号は、制御部に入力される。この制御部は、撮像素子１の制御部と同じであってもよいし、別であってもよい。そして、制御部は、該出力信号に基づいて、ラインセンサ３３上に結像する２つの被写体像の間隔を求め、求めた間隔から、撮像素子１に結像する被写体像の焦点状態を検出することができる。例えば、ラインセンサ３３上に結像する２つの被写体像は、撮像レンズを透過して撮像素子１に結像する被写体像が正確に結像しているとき（合焦）には、所定の基準間隔を開けて所定の基準位置に位置する。それに対し、被写体像が撮像素子１よりも光軸方向手前側に結像しているとき（前ピン）には、２つの被写体像の間隔が合焦時の基準間隔よりも狭くなる。一方、被写体像が撮像素子１よりも光軸方向奥側に結像しているとき（後ピン）には、２つの被写体像の間隔が合焦時の基準間隔よりも広くなる。つまり、ラインセンサ３３からの出カを増幅した後、演算回路にて演算することによって、合焦か非合焦か、前ピンか後ピンか、Ｄｆ量はどの位かを知ることができる。こうして、制御部は、ラインセンサ３３からの出力信号に基づいて、ラインセンサ３３上の２つの被写体像の間隔を検出して、その間隔からデフォーカス情報を取得する。

したがって、本実施形態によれば、第１光電変換部１０を光が透過するように構成し、該第１光電変換部１０の背面側に少なくとも赤外線を除去する第２フィルタ２６を配置し、該第２フィルタ２６の背面側に第２光電変換部２０を配置することによって、赤外光を含む光を第１光電変換部１０で光電変換することができ、赤外光を含まない光を第２光電変換部２０で光電変換することができる。つまり、暗闇等の光量が少ない環境下であっても、第１光電変換部１０によって赤外光を含む光を受光して撮像することができ、その結果、光量が少ない環境下であっても、画像認識や、コントラストに基づいて合焦状態を判断するコントラスト方式のオートフォーカスを行うことができる。それに加えて、第２光電変換部２０では赤外光を含まない光を受光して撮像しているため、色再現性の高い撮像を行うことができる。

このように、色再現性の高い撮像と、光量の少ない環境下での感度の高い撮像とを両立させることができる。そして、第１光電変換部１０における赤外光を含む光の受光は、ＩＲカットフィルタの設置及び退避を別の機構により切り換えるように構成するわけでもなく、ＩＲカットフィルタの設置及び退避を別の部材に連動させて切り換えるように構成するわけでもないため、赤外光を常に受光し、必要に応じて赤外光を柔軟に利用することができる。

また、前記実施形態では、第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…は、第１光電変換部１０を透過した光を受光するため、第１光電変換部１０に比べて入射してくる光の光量が少ないが、各受光部２２の面積を第１光電変換部１０の各受光部１２よりも大きくすることによって、各受光部２２に十分な光量の光を入射させて光電変換を行うことができる。

さらに、第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…で受光する光を赤色とすることによって、第１光電変換部１０を透過した光を受光して光電変換する構成であっても、第２光電変換部２０で十分な光量の光を受光して光電変換を行うことができる。つまり、図６〜図８の破線で示すように、赤色の光は緑色や青色の光に比べて基板１１を透過する際の減衰が小さい。そのため、第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…で受光する光を赤色とすることによって、より多くの光量を受光することができる。

さらにまた、第１光電変換部１０の、無色フィルタ１６ｗに対応する受光部１２，１２，…以外の受光部１２，１２，…で受光する光を緑色及び青色にすることによって、事前に赤外光を除去しなくても、赤外光をほとんど含まない光を受光することができる。つまり、仮に、第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…に赤色のカラーフィルタを設けたとすると、赤色のカラーフィルタの分光特性は、図６〜８の二点鎖線で示すように、赤外光を含んでおり、受光部１２，１２，…は赤外光を含んだ赤色の光を受光することになる。その結果、人間の視感度に近い、色再現性の良い撮像を行うことができない。それに対して、緑色及び青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂは、図６〜８の点線及び一点鎖線で示すように、赤外光をほとんど含まない分光特性を有している。つまり、緑色及び青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂは、緑色及び青色の波長域の光を透過させることで、赤外光を実質的に除去している。その結果、画像データを生成するための色情報を、第１光電変換部１０を通過する前の、即ち、減衰していない光から取得することができるため、感度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２光電変換部２０を光が透過するように構成することによって、第２光電変換部２０の背面側に位相差検出ユニット３０を設けて位相差検出を行うことができる。その結果、撮像を行いながら、位相差検出を行うことができる。

尚、本実施形態では、透過部２７は基板２１において周辺部よりも薄肉状に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、基板２１に照射される光が基板２１を透過して基板２１背面側の位相差検出ユニット３０に十分到達するように、基板２１全体の厚さを設定してもよい。この場合、基板２１全体が透過部となる。

また、本実施形態では、９つの透過部２７，２７，…が形成されると共に、それに対応させて、９つの位相差検出ユニット３０，３０，…が設けられているが、これに限られるものではない。これらの個数は９つに限定されるものではなく、任意の個数に設定し得る。

−変形例１−
次に、本実施形態１の変形例１について、図９を参照しながら説明する。図９は、変形例１に係る撮像素子の概略的な分解斜視図である。

変形例１に係る撮像素子２０１は、第１撮像部２０１Ａのフィルタの構成が実施形態１と異なる。そこで、実施形態１と同様の構成については同様の符号を付して、説明を省略し、構成が異なる部分を中心に説明する。

撮像素子２０１は、第１撮像部２０１Ａと、第２撮像部１Ｂとを有し、これらを積層して構成されている。

第１撮像部２０１Ａは、第１フィルタ２１６の構成以外は、実施形態１の第１撮像部１Ａと同様の構成をしている。

第１フィルタ２１６は、特定の色だけを透過させるカラーフィルタであって、複数のカラーフィルタ２１６ｒ，２１６ｇ，２１６ｂ…がマトリックス状に配列されたベイヤ配列の原色フィルタが用いられている。撮像素子１全体としては、２行２列に隣接する４つのカラーフィルタ２１６，２１６，…（又は４つの画素領域）を１つの繰り返し単位としたときに、該繰り返し単位中において、一方の対角方向に２つの緑色のカラーフィルタ２１６ｇが配列され、他方の対角方向に赤のカラーフィルタ２１６ｒと青色のカラーフィルタ２１６ｂとが配列されている。全体として緑色のカラーフィルタ２１６ｇ，２１６ｇ，…が縦横に１つおきに配置されている。

このように構成された撮像素子２０１に入射すると、該光は、第１撮像部２０１Ａのマイクロレンズ（図９では省略）により集光された後、第１フィルタ２１６を透過することにより特定の波長域の光だけが第１光電変換部１０の受光部１２に到達する。詳しくは、緑色及び青色のカラーフィルタ２１６ｇ，２１６ｂにおける光の透過については、前記実施形態で述べた通りである。赤色のカラーフィルタ２１６ｒにおいては、図１０（Ａ）の斜線部で示す波長域の光が該赤色のカラーフィルタ２１６ｒを透過して、受光部１２に到達する。各受光部１２は到達した光を吸収して電荷を発生する。発生した電荷は第１垂直レジスタ及び第１転送路を介して増幅器に送られ、電気信号として出力される。赤色のカラーフィルタ２１６ｒは、赤色の波長域と赤外線領域の光を透過させるため、赤色のカラーフィルタ２１６ｒに対応する受光部１２，１２，…には、赤色の波長域の光だけでなく、赤外線領域の光も入射する。その結果、赤色のカラーフィルタ２１６ｒに対応する受光部１２，１２，…では、赤外光を含む光の光量を取得することができる。

そして、第１光電変換部１０に入射した光の一部は、基板１１を透過する。基板１１を透過する光は、図６，７，１０の（Ｂ）に示すように、該基板１１によって減衰させられる。

こうして第１光電変換部１０を透過した光は、第２撮像部１Ｂに入射する。第２撮像部１Ｂの第２フィルタ２６を透過することにより特定の波長域の光だけが第２光電変換部２０の受光部２２に到達する。詳しくは、第２フィルタ２６は、図６，７，１０の実線で囲まれた領域と二点鎖線で囲まれた領域とが重なる領域で示される分光特性を有している。すなわち、第２フィルタ２６は、図６（Ｃ），７（Ｃ），１０（Ｃ）の斜線部で示すように、赤色の波長域のうち赤外線領域よりも短波長側の光を透過させる。その結果、第２光電変換部２０の受光部２２には、第１フィルタ１６及び第１光電変換部１０を透過した光のうち、赤色の波長域であって且つ赤外線領域よりも短波長側の光が到達する。受光部２２は、到達した光を吸収して電荷を発生する。つまり、受光部２２は、赤外光を含まない赤色の光の受光光量を取得することができる。

こうして、撮像素子２０１は、赤外光を含まない緑色及び青色の色情報を第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…で取得し、赤外光を含まない赤色の色情報を第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…で取得する。こうして得られた赤色、緑色及び青色の色情報に基づいて色再現性の高い撮像を行うことができる。また、撮像素子２０１は、赤外光を含む赤色の色情報を、第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…のうち、赤色のカラーフィルタ２１６ｒに対応する受光部１２，１２，…で取得することができる。こうして得られた赤外光の情報に基づいて感度の高い撮像や感度の高いコントラスト方式のオートフォーカスを行うことができる。

−変形例２−
続いて、変形例２に係る撮像素子３０１について図１１を参照して説明する。変形例２に係る撮像素子３０１は、ＣＣＤイメージセンサではなく、ＣＭＯＳイメージセンサである点で実施形態１と異なる。

撮像素子３０１は、ＣＭＯＳイメージセンサであって、第１撮像部３０１Ａは、半導体材料で構成された第１光電変換部３１０と、トランジスタ３１３と、信号線３１４と、マスク３１５と、第１フィルタ１６と、マイクロレンズ１７とを有している。第１フィルタ１６とマイクロレンズ１７の構成は実施形態１と同様である。第２撮像部３０１Ｂは、半導体材料で構成された第２光電変換部３２０と、トランジスタ３２３と、信号線３２４と、マスク３２５と、第２フィルタ２６とを有している。第２フィルタ２６の構成は実施形態１と同様である。

第１光電変換部３１０は、基板３１１と、フォトダイオードで構成された受光部３１２，３１２，…とを有している。各受光部３１２ごとに、トランジスタ３１３が設けられている。受光部３１２で蓄積された電荷は、トランジスタ３１３で増幅され、信号線３１４を介して外部へ出力される。トランジスタ３１３と信号線３１４に光が入射しないようにマスク３１５が設けられている。

ここで、第１光電変換部３１０は、入射した光が該第１光電変換部３１０を透過する程度の厚さに形成されている。すなわち、第１光電変換部３１０は、受光部３１２に入射した光が該受光部３１２、さらには基板３１１を透過するように構成されている。

第２光電変換部３２０も、同様に、基板３２１と、フォトダイオードで構成された受光部３２２，３２２，…とを有している。各受光部３２２ごとに、トランジスタ３２３が設けられている。受光部３２２で蓄積された電荷は、トランジスタ３２３で増幅され、信号線３２４を介して外部へ出力される。トランジスタ３２３と信号線３２４に光が入射しないようにマスク３２５が設けられている。受光部３２２の面積は、受光部３１２の面積の約４倍となっている。

そして、基板３２１には、ＣＣＤイメージセンサと同様に、照射された光を透過させる透過部３２７が形成されている。透過部３２７は、周辺部よりも薄肉に形成されている。

このように構成された撮像素子３０１においては、赤外光を含まない緑色及び青色の色情報を第１光電変換部３１０の受光部３１２，３１２，…で取得し、赤外光を含まない赤色の色情報を第２光電変換部３２０の受光部３２２，３２２，…で取得する。こうして得られた赤色、緑色及び青色の色情報に基づいて色再現性の高い撮像を行うことができる。また、撮像素子３０１は、赤外光を含む白色の色情報を、第１光電変換部３１０の受光部３１２，３１２，…のうち、無色フィルタ１６ｗに対応する受光部３１２，３１２，…で取得することができる。こうして得られた赤外光の情報に基づいて感度の高い撮像や感度の高いコントラスト方式のオートフォーカスを行うことができる。

また、ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、トランジスタ３１３，３２３の増幅率を受光部３１２，３２２ごとに設定することができるため、トランジスタ３１３，３２３の増幅率を受光部３１２，３２２それぞれに対応するカラーフィルタの種類に基づいて設定することによって、さらには、第２光電変換部３２０については、トランジスタ３２３の増幅率を受光部３２２が透過部３２７に対応する位置に位置するか否かに基づいて設定することによって、部分の画像を適切に撮像することができる。

《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２に係る撮像装置としてのカメラについて説明する。

実施形態２に係るカメラ１００は、図１２に示すように、交換レンズ式の一眼レフデジタルカメラであり、主に、カメラシステムの主要な機能を有するカメラ本体４と、カメラ本体４に取り外し可能に装着された交換レンズ７とから構成されている。交換レンズ７は、カメラ本体４の前面に設けられたボディマウント４１に装着されている。ボディマウント４１には電気切片４１ａが設けられている。

−カメラ本体の構成−
カメラ本体４は、被写体像を撮影画像として取得する前記実施形態１に係る撮像ユニットＵと、撮像ユニットＵの露光状態を調節するシャッタユニット４２と、液晶モニタで構成され、撮影画像やライブビュー画像や各種情報を表示する画像表示部４４と、ボディ制御部５とを有している。

カメラ本体４には、カメラシステムの電源の入切を操作する電源スイッチ４０ａと、撮影者がフォーカシング時およびレリーズ時に操作するレリーズボタン４０ｂとが設けられている。

電源スイッチ４０ａにより電源がＯＮ状態になると、カメラ本体４および交換レンズ７の各部に電源が供給される。

レリーズボタン４０ｂは、２段式であって、半押しすることで後述するオートフォーカスやＡＥ等を行う一方、全押しすることでレリーズが行われる。

撮像ユニットＵは、ブレ補正ユニット４５によって光軸Ｘに直行する平面内で移動可能に構成されている。

ボディ制御部５は、ボディマイコン５０と、不揮発性メモリ５０ａと、シャッタユニット４２の駆動を制御するシャッタ制御部５１と、撮像ユニットＵの動作を制御すると共に撮像ユニットＵからの電気信号をＡ／Ｄ変換してボディマイコン５０へ出力する撮像ユニット制御部５２と、例えばカード型記録媒体や内部メモリである画像格納部５８からの画像データの読み出し及び該画像格納部５８への画像データの記録を行う画像読み出し/記録部５３と、画像読み出し/記録部５３を制御する画像記録制御部５４と、画像表示部４４の表示を制御する画像表示制御部５５と、カメラ本体４のブレにより生じる像ブレ量を検出するブレ検出部５６と、ブレ補正ユニット４５を制御する補正ユニット制御部５７とを含む。

ボディマイコン５０は、カメラ本体４の中枢を司る制御装置であり、各種シーケンスの制御を行う。ボディマイコン５０には、例えば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭが搭載されている。そして、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることで、ボディマイコン５０は様々な機能を実現することができる。

このボディマイコン５０は、電源スイッチ４０ａ及びレリーズボタン４０ｂからの入力信号が入力されると共に、シャッタ制御部５１、撮像ユニット制御部５２、画像読み出し/記録部５３、画像記録制御部５４及び補正ユニット制御部５７等に対し制御信号を出力するように構成されており、シャッタ制御部５１、撮像ユニット制御部５２、画像読み出し/記録部５３、画像記録制御部５４及び補正ユニット制御部５７等にそれぞれの制御を実行させる。また、ボディマイコン５０は、後述するレンズマイコン８０とマイコン間通信を行う。

例えば、ボディマイコン５０の指示により、撮像ユニット制御部５２が撮像ユニットＵからの電気信号をＡ／Ｄ変換してボディマイコン５０へ出力する。ボディマイコン５０は、取り込んだ電気信号に所定の画像処理を施して画像データを作成する。そして、ボディマイコン５０は、画像読み出し/記録部５３に画像データを送信すると共に、画像記録制御部５４に画像の記録及び表示の指示を行って、画像格納部５８への画像データの保存と画像表示制御部５５への画像データの送信を行わせる。画像表示制御部５５は、送信されてきた画像データに基づいて画像表示部４４を制御して、該画像表示部４４に画像を表示させる。

また、ボディマイコン５０は、所定の画像処理として、前述の如く、受光部２２が透過部２７に対応する位置に設けられたものか否かによって受光部２２からの出力を補正する、透過部２７の影響をなくす補正等を行っている。

不揮発性メモリ５０ａには、カメラ本体４に関する各種情報（本体情報）が格納されている。この本体情報には、例えば、カメラ本体４のメーカー名、製造年月日、型番、ボディマイコン５０にインストールされているソフトのバージョン、およびファームアップに関する情報などのカメラ本体４を特定するための型式に関する情報（本体特定情報）、カメラ本体４がブレ補正ユニット４５及びブレ検出部５６等の像ブレを補正するための手段を搭載しているか否かに関する情報、ブレ検出部５６の型番および感度などの検出性能に関する情報、エラー履歴なども含まれている。尚、これらの情報は、不揮発性メモリ５０ａの代わりにボディマイコン５０内のメモリ部に格納されていてもよい。

ブレ検出部５６は、手ブレなどに起因するカメラ本体４の動きを検出する角速度センサを備える。角速度センサは、カメラ本体４が静止している状態での出力を基準としてカメラ本体４が動く方向に応じて正負の角速度信号を出力する。尚、本実施の形態では、ヨーイング方向及びピッチング方向の２方向を検出するために角速度センサを２個設けている。出力された角速度信号は、フィルタ処理、アンプ処理等を経て、Ａ／Ｄ変換部によりデジタル信号に変換されてボディマイコン５０に与えられる。

−交換レンズの構成−
交換レンズ７は、カメラ本体４内の撮像ユニットＵに被写体像を結ぶための撮像光学系を構成しており、主に、フォーカシングを行うフォーカス調節部７Ａと、絞りを調節する絞り調節部７Ｂと、光路を調節することで像ブレを補正するレンズ用像ブレ補正部７Ｃと、交換レンズ７の動作を制御するレンズ制御部８とを有している。

交換レンズ７は、レンズマウント７１を介して、カメラ本体４のボディマウント４１に取り付けられている。また、レンズマウント７１には、交換レンズ７がカメラ本体４に取り付けられてときにボディマウント４１の電気切片４１ａと電気的に接続される電気切片７１ａが設けられている。

フォーカス調節部７Ａは、フォーカスを調節するフォーカスレンズ群７２で構成されている。フォーカスレンズ群７２は、交換レンズ７の規格として定められた最至近合焦位置から無限合焦位置までの区間で光軸Ｘ方向に移動可能である。また、フォーカスレンズ群７２は、後述するコントラスト検出方式による合焦位置検出の場合、合焦位置を挟んで光軸Ｘ方向前後に移動可能である必要があるため、上述の最至近合焦位置から無限合焦位置までの区間よりもさらに光軸Ｘ方向前後に移動可能なレンズシフト余裕区間を有している。なお、フォーカスレンズ群７２は、必ずしも複数のレンズで構成される必要はなく、１枚のレンズで構成されていてもよい。

絞り調節部７Ｂは、絞りまたは開放を調節する絞り部７３で構成されている。

レンズ用像ブレ補正部７Ｃは、ブレ補正レンズ７４と、ブレ補正レンズ７４を光軸Ｘに直行する平面内で移動させるブレ補正レンズ駆動部７４ａとを有している。

レンズ制御部８は、レンズマイコン８０と、不揮発性メモリ８０ａと、フォーカスレンズ群７２の動作を制御するフォーカスレンズ群制御部８１と、フォーカスレンズ群制御部８１の制御信号を受けてフォーカスレンズ群７２を駆動するフォーカス駆動部８２と、絞り部７３の動作を制御する絞り制御部８３と、交換レンズ７のブレを検出するブレ検出部８４と、ブレ補正レンズ駆動部７４ａを制御するブレ補正レンズユニット制御部８５とを有する。

レンズマイコン８０は、交換レンズ７の中枢を司る制御装置であり、交換レンズ７に搭載された各部に接続されている。具体的には、レンズマイコン８０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭが搭載されており、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることで、様々な機能を実現することができる。例えば、レンズマイコン８０は、ボディマイコン５０からの信号に基づいてレンズ用像ブレ補正装置（ブレ補正レンズ駆動部７４ａ等）を補正可能状態または補正不能状態に設定する機能を有している。また、レンズマウント７１に設けられた電気切片７１ａとボディマウント４１に設けられた電気切片４１ａとの接触により，ボディマイコン５０およびレンズマイコン８０は電気的に接続されており、互いに情報の送受信が可能となっている。

また、不揮発性メモリ８０ａには、交換レンズ７に関する各種情報（レンズ情報）が格納されている。このレンズ情報には、例えば、交換レンズ７のメーカー名、製造年月日、型番、レンズマイコン８０にインストールされているソフトのバージョンおよびファームアップに関する情報などの交換レンズ７を特定するための型式に関する情報（レンズ特定情報）、交換レンズ７がブレ補正レンズ駆動部７４ａ及びブレ検出部８４等の像ブレを補正するための手段を搭載しているか否かに関する情報、像ブレを補正するための手段を搭載している場合は、ブレ検出部８４の型番および感度などの検出性能に関する情報、ブレ補正レンズ駆動部７４ａの型番および最大補正可能角度などの補正性能に関する情報（レンズ側補正性能情報）、像ブレ補正を行うためのソフトのバージョンなどが含まれている。さらに、レンズ情報には、ブレ補正レンズ駆動部７４ａの駆動に必要な消費電力に関する情報（レンズ側消費電力情報）およびブレ補正レンズ駆動部７４ａの駆動方式に関する情報（レンズ側駆動方式情報）も含まれている。尚、不揮発性メモリ８０ａは、ボディマイコン５０から送信された情報を格納可能である。尚、これらの情報は、不揮発性メモリ８０ａの代わりに、レンズマイコン８０内のメモリ部に格納されていてもよい。

フォーカスレンズ群制御部８１は、フォーカスレンズ群７２の光軸方向の絶対位置を検出する絶対位置検出部８１ａと、フォーカスレンズ群７２の光軸方向の相対位置を検出する相対位置検出部８１ｂとを有している。絶対位置検出部８１ａは、交換レンズ７の筐体におけるフォーカスレンズ群７２の絶対位置を検出するものである。絶対位置検出部８１ａは、例えば、数ｂｉｔの接触型エンコーダ基板とブラシとによって構成され、絶対位置を検出可能に構成されている。相対位置検出部８１ｂは、それのみではフォーカスレンズ群７２の絶対位置を検出することができないが、フォーカスレンズ群７２の移動方向は検出可能であり、例えば二相エンコーダを用いている。二相エンコーダは回転パルスエンコーダや、ＭＲ素子、ホール素子など、フォーカスレンズ群７２の光軸方向の位置に応じて等しいピッチで２値の信号を交互に出力するものが２つ設けられており、これらのピッチの位相をずらすように設置されている。レンズマイコン８０は、相対位置検出部８１ｂの出力からフォーカスレンズ群７２の光軸方向の相対位置を算出する。

ブレ検出部８４は，手ブレなどに起因する交換レンズ７の動きを検出する角速度センサを備える。角速度センサは、交換レンズ７が静止している状態での出力を基準として交換レンズ７が動く方向に応じて正負の角速度信号を出力する。尚、本実施の形態では、ヨーイング方向及びピッチング方向の２方向を検出するために角速度センサを２個設けている。出力された角速度信号は、フィルタ処理、アンプ処理等を経て、Ａ／Ｄ変換部によりデジタル信号に変換されてレンズマイコン８０に与えられる。

ブレ補正レンズユニット制御部８５は、移動量検出部（図示せず）を備える。移動量検出部は、ブレ補正レンズ７４の実際の移動量を検出する検出部である。ブレ補正レンズユニット制御部８５は、移動量検出部からの出力に基づいて、ブレ補正レンズ７４を帰還制御している。

尚、カメラ本体４及び交換レンズ７の両方にブレ検出部５６，８４とブレ補正装置４５，７４ａを搭載した例を示したが、カメラ本体４及び交換レンズ７の何れかにブレ検出部及びブレ補正装置が搭載されていてもよく、何れにもブレ検出部及びブレ補正装置が搭載されていない場合であってもよい（その場合は、上述のブレ補正に関するシーケンスを排除すればよい）。

−カメラの動作説明−
このように構成されたカメラ１００の動作について、図１３，１４を参照しながら説明する。図１３は、レリーズボタンが全押しされるまでのカメラ１００の動作を示すフローチャート図であり、図１４は、レリーズボタンが全押しされた後のカメラ１００の動作を示すフローチャート図である。

以下の各動作は、主に、ボディマイコン５０によって制御されている。

まず、電源スイッチ４０ａがＯＮされると（ステップＳｔ１）、カメラ本体４と交換レンズ７との交信が行われる（ステップＳｔ２）。詳しくは、カメラ本体４内のボディマイコン５０及び各種ユニットに電力が供給され、ボディマイコン５０が起動する。同時に、電気切片４１ａ，７１ａを介して、交換レンズ７内のレンズマイコン８０及び各種ユニットに電極が供給され、レンズマイコン８０が起動する。ボディマイコン５０及びレンズマイコン８０は、起動時に互いに情報を送受信するようプログラミングされており、例えばレンズマイコン８０のメモリ部からボディマイコン５０へ交換レンズ７に関するレンズ情報が送信され、このレンズ情報はボディマイコン５０のメモリ部に格納される。

続いて、ボディマイコン５０は、レンズマイコン８０を介してフォーカスレンズ群７２を予め設定された所定の基準位置に位置させる（ステップＳｔ３）と共に、それと並行して、シャッタユニット４２を開状態にする（ステップＳｔ４）。その後、ステップＳｔ５へ進み、撮影者によりレリーズボタン４０ｂが半押しされるまで待機する。

こうすることで、交換レンズ７を透過して、カメラ本体４内に入射した光は、シャッタユニット４２を通過して、撮像ユニットＵへ入射する。そして、撮像ユニットＵにて結像した被写体像は画像表示部４４に表示され、撮影者は画像表示部４４を介して被写体の正立像を観察できる。詳しくは、ボディマイコン５０は、撮像ユニット制御部５２を介して撮像素子１からの電気信号を一定の周期で読み込み、読み込んだ電気信号に対して所定の画像処理を施した後、画像信号を作成し、画像表示制御部５５を制御して画像表示部４４にライブビュー画像を表示させる。

また、撮像ユニットＵへ入射した光の一部は、撮像素子１を透過して位相差検出ユニット３０へ入射する。

ここで、撮影者によりレリーズボタン４０ｂが半押しされる（即ち、Ｓ１スイッチ（図示省略）がＯＮされる）と（ステップＳｔ５）、ボディマイコン５０は、位相差検出ユニット３０のラインセンサ３３からの出カを増幅した後、演算回路にて演算して、合焦か非合焦かを検出する（ステップＳｔ６）。さらに、ボディマイコン５０は、前ピンか後ピンか、デフォーカス量はどの位かを求め、デフォーカス情報を取得する（ステップＳｔ７）。その後、ステップＳｔ１０へ進む。

ここで、本実施形態に係る位相差検出ユニット３０は、９つ設けられており、即ち、位相差検出を行う測距ポイントが９つ設けられている。そして、位相差検出では、撮影者が任意に選択した測距ポイントに対応したセットのラインセンサ３３の出力に基づいてフォーカスレンズ群７２を駆動させる。

あるいは、複数の測距ポイントのうち、最もカメラと被写体とが近接した測距ポイントを選択してフォーカスレンズ群７２の駆動を行うように、ボディマイコン５０に自動最適化アルゴリズムを設定しておいてもよい。この場合、中抜け写真などが発生する確率を低減することができる。

一方、ステップＳｔ６，Ｓｔ７と並行して、測光を行う（ステップＳｔ８）と共に、像ブレ検出を開始する（ステップＳｔ９）。

すなわち、ステップＳｔ８においては、撮像素子１によって該撮像素子１に入射してくる光の光量が測定される。つまり、本実施形態においては、撮像素子１に入射して該撮像素子１を透過した光を用いて上述の位相差検出を行っているため、該位相差検出と並行して、撮像素子１を用いて測光を行うことができる。

詳しくは、ボディマイコン５０が、撮像ユニット制御部５２を介して撮像素子１からの電気信号を取り込み、該電気信号に基づいて被写体光の強度を測定することによって測光を行う。そして、ボディマイコン５０は、測光の結果から、撮影モードに応じた露光時におけるシャッタスピードと絞り値を所定のアルゴリズムに従って決定する。

そして、ステップＳｔ８において測光が終了すると、ステップＳｔ９において像ブレ検出を開始する。尚、ステップＳｔ８とステップＳｔ９とは並行して行ってもよい。

その後、ステップＳｔ１０へ進む。尚、ステップＳｔ９の後は、ステップＳｔ１０ではなく、ステップＳｔ１２へ進んでもよい。

このように、本実施形態においては、撮像素子１に入射して該撮像素子１を透過した光を用いて上述の位相差に基づく焦点検出を行っているため、該焦点検出と並行して、撮像素子１を用いて測光を行うことができる。

ステップＳｔ１０では、ボディマイコン５０は、ステップＳｔ７で取得したデフォーカス情報に基づいて、フォーカスレンズ群７２を駆動する。

そして、ボディマイコン５０は、コントラストピークが検出されたか否かを判定する（ステップＳｔ１１）。コントラストピークが検出されていない（ＮＯ）ときにはフォーカスレンズ群７２の駆動（ステップＳｔ１０）を繰り返す一方、コントラストピークが検出された（ＹＥＳ）ときにはフォーカスレンズ群７２の駆動を停止して、フォーカスレンズ群７２をコントラスト値がピークとなった位置まで移動させた後、ステップＳｔ１１へ進む。

具体的には、ステップＳｔ７で算出したデフォーカス量に基づいて合焦位置と予測される位置よりも前後に離れた位置までフォーカスレンズ群７２を高速で駆動する。その後、合焦位置と予測される位置に向かってフォーカスレンズ群７２を低速で駆動しながらコントラストピークを検出する。

ここで、コントラストピークの検出には、第１光電変換部１０の、無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…の出力信号が用いられる。この無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…においては、赤外光を含んだ光の受光光量が取得されるため、赤外光を用いてコントラストピークを検出することができる。したがって、暗闇等の環境下においても、コントラストピークを検出することができる。尚、コントラストピークの検出には、無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…の出力信号に加えて、緑色又は青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂに対応する画素１２，１２，…の出力信号や、第１撮像部１Ｂの画素２２，２２，…の出力信号を用いてもよい。あるいは、ステップＳｔ８の測光の結果に基づいて、光量が所定の閾値よりも少ないときは、無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…の出力信号を用いてコントラストピークを検出する一方、光量が所定の閾値以上のときには、緑色又は青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂに対応する画素１２，１２，…の出力信号及び第１撮像部１Ｂの画素２２，２２，…の出力信号を用いてコントラストピークを検出するように構成してもよい。

また、撮影者によりレリーズボタン４０ｂが半押しされると、画像表示部４４には、撮影画像と共に撮影に係る各種情報表示が表示され、撮影者は画像表示部４４を介して各種情報を確認することができる。

ステップＳｔ１２では、撮影者にレリーズボタン４０ｂが全押しされる（即ち、Ｓ２スイッチ（図示省略）がＯＮされる）まで待機する。撮影者によりレリーズボタン４０ｂが全押しされると、ボディマイコン５０は、シャッタユニット４２を一旦、閉状態にする（ステップＳｔ１３）。こうして、シャッタユニット４２を閉状態にしている間に、後述する露光に備えて、撮像素子１の受光部１２，…，２２，…に蓄積されている電荷を転送してしまう。

その後、ボディマイコン５０は、カメラ本体４と交換レンズ７との交信情報、又は撮影者の任意の指定情報を基に像ブレの補正を開始する（ステップＳｔ１４）。具体的には、カメラ本体４内のブレ検出部５６の情報を基に交換レンズ７内のブレ補正レンズ駆動部７４ａを駆動する。また、撮影者の意図に応じて、（ｉ）交換レンズ７内のブレ検出部８４とブレ補正レンズ駆動部７４ａを用いる、（ii）カメラ本体４内のブレ検出部５６とブレ補正ユニット４５を用いる、（iii）交換レンズ７内のブレ検出部８４とカメラ本体４内のブレ補正ユニット４５を用いる、の何れかが選択可能である。

尚、像ブレ補正手段の駆動開始は、レリーズボタン４０ｂ半押し時点から開始することで、合焦させたい被写体の動きが軽減され、ＡＦをより正確に行うことが可能となる。

また、ボディマイコン５０は、像ブレの補正開始と並行して、ステップＳｔ８における測光の結果から求められた絞り値となるようにレンズマイコン８０を介して絞り部７３を絞り込む（ステップＳｔ１５）。

こうして、像ブレの補正が開始されると共に、絞り込みが完了すると、ボディマイコン５０は、ステップＳｔ８における測光の結果から求められたシャッタスピードに基づいてシャッタユニット４２を開状態にする（ステップＳｔ１６）。こうして、シャッタユニット４２を開状態にすることで、被写体からの光が撮像素子１に入射するようになり、撮像素子１では所定時間だけ電荷の蓄積を行う（ステップＳｔ１７）。

そして、ボディマイコン５０は、該シャッタスピードに基づいて、シャッタユニット４２を閉状態にして、露光を終了する（ステップＳｔ１８）。露光完了後、ボディマイコン５０では、撮像ユニット制御部５２を介して撮像ユニットＵから出力信号を読み出して画像データを生成し、所定の画像処理後、画像読み出し/記録部５３を介して画像表示制御部５５へ画像データを出力する。これにより、画像表示部４４へ撮影画像が表示される。また、ボディマイコン５０は、必要に応じて、画像記録制御部５４を介して画像格納部５８に画像データを格納する。

ここで、ボディマイコン５０は、第１光電変換部１０の、緑色及び青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂに対応する画素１２，１２，…の出力信号と、第２光電変換部２０の画素２２，２２，…の出力信号とに基づいて画像データを生成する。つまり、ボディマイコン５０は、赤外光を含まない光の色情報に基づいて色再現性の高い画像データを生成している。尚、ボディマイコン５０は、ステップＳｔ８の測光の結果、光量が少ないときには、さらに第１光電変換部１０の、無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…の出力信号を用いて画像データを生成するようにしてもよい。こうすることで、感度の高い撮像を行うことができる。

その後、ボディマイコン５０は、像ブレ補正を終了する（ステップＳｔ１９）共に、絞り部７３を開放する（ステップＳｔ２０）。そして、ボディマイコン５０は、シャッタユニット４２を開状態とする（ステップＳｔ２１）。

レンズマイコン８０は、リセットが完了すると、ボディマイコン５０にリセット完了を伝える。ボディマイコン５０は、レンズマイコン８０からのリセット完了情報と露光後の一連処理の完了を待ち、その後、レリーズボタン４０ｂの状態が、押し込みされていないことを確認し、撮影シーケンスを終了する。その後、ステップＳｔ５へ戻り、レリーズボタン４０ｂが半押しされるまで待機する。

尚、電源スイッチ４０ａがＯＦＦされる（ステップＳｔ２２）と、ボディマイコン５０は、フォーカスレンズ群７２を予め設定された所定の基準位置に移動させる（ステップＳｔ２３）と共に、シャッタユニット４２を閉状態にする（ステップＳｔ２４）。そして、カメラ本体４内のボディマイコン５０及び各種ユニット、並びに交換レンズ７内のレンズマイコン８０及び各種ユニットの作動を停止する。

このように、本実施形態のＡＦ動作では、まず、位相差検出ユニット３０によってデフォーカス情報を取得し、これらのデフォーカス情報に基づいてフォーカスレンズ群７２を駆動する。そして、撮像素子１からの出力に基づいて算出されるコントラスト値がピークとなるフォーカスレンズ群７２の位置を検出し、フォーカスレンズ群７２を該位置に位置させる。こうすることで、フォーカスレンズ群７２の駆動前にデフォーカス情報を検出することができるため、従来のコントラスト検出方式ＡＦのようにフォーカスレンズ群７２をとりあえず駆動してみるというステップが必要ないため、オートフォーカスの処理時間を短縮することができる。また、最終的にはコントラスト検出方式ＡＦによって焦点を合わすため、ダイレクトにコントラストピークを捕らえることが可能となり、位相差検出方式ＡＦと異なり、開放バック補正（絞りの開口度合いによるピントズレ）などの様々な補正演算が必要ないため高精度なピント性能を得ることができる。特に繰り返しパターンのある被写体やコントラストが極端に低い被写体などに対して、従来の位相差検出方式ＡＦよりも精度良く焦点を合わせることができる。

そして、本実施形態のＡＦ動作では位相差検出を含んでいるにもかかわらず、撮像素子１を透過した光を用いて位相差検出ユニット３０によりデフォーカス情報を取得しているため、撮像素子１による測光と位相差検出ユニット３０によるデフォーカス情報の取得とを並行して行うことができる。すなわち、位相差検出ユニット３０は撮像素子１を透過した光を受けてデフォーカス情報を取得するため、デフォーカス情報を取得する際には必ず、被写体からの光が撮像素子１に照射されている。そこで、オートフォーカス時に撮像素子１を透過する光を用いて測光を行う。こうすることで、測光用のセンサを別途設ける必要がなくなると共に、レリーズボタン４０ｂが全押しされる前に測光を行っておくことができるため、レリーズボタン４０ｂが全押しされてから露光が完了するまでの時間（以下、レリーズタイムラグともいう）を短縮することができる。

また、レリーズボタン４０ｂの全押し前に測光を行う構成であっても、測光をオートフォーカスと並行して行うことによって、レリーズボタン４０ｂ半押し後の処理時間を長くしてしまうことも防止できる。その際、被写体からの光を測光用センサや位相差検出ユニットへ導くためのミラーを設ける必要がない。

また、従来は、被写体から撮像装置に導かれる光の一部をミラー等で、撮像装置外に設けられた位相差検出ユニットへ導いていたのに対し、撮像ユニットＵに導かれた光をそのまま用いて位相差検出ユニット３０によって焦点状態を検出することができるため、デフォーカス情報を高い精度で取得することができる。

尚、上記実施形態では、位相差検出をした後、コントラスト方式ＡＦを行う、いわゆるハイブリッド方式ＡＦを採用しているが、これに限られるものではない。例えば、位相差検出によって取得したデフォーカス情報に基づいてＡＦを行う位相差検出方式ＡＦであってもよい。また、上記ハイブリッド方式ＡＦと、位相差検出方式ＡＦと、位相差検出を行わず、コントラスト値だけに基づいて合焦させるコントラスト検出方式ＡＦとを、切り替えて行うようにしてもよい。

したがって、本実施形態によれば、少なくとも第１光電変換部１０の、無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…の出力信号を用いてコントラストピークを検出することによって、暗闇等の光量が少ない環境下においても、高い感度でコントラストピークを検出することができる。

一方、画像データの生成については、第１光電変換部１０の、緑色及び青色のカラーフィルタ１６ｇ，１６ｂに対応する画素１２，１２，…の出力信号と、第２フィルタ２６により赤外光がカットされた光を受光する、第２光電変換部２０の画素２２，２２，…の出力信号とを用いて行うことによって、色再現性の高い撮像を行うことができる。

さらには、前記の出力信号に加えて、第１光電変換部１０の、無色フィルタ１６ｗに対応する画素１２，１２，…の出力信号を用いて画像データを生成することによって、暗闇等の光量が少ない環境下における画像認識を行うことができる。

このように、赤外光の光量と可視光の光量とを並行して取得することができるため、可視光の光量に基づいた色再現性の高い撮像を行うと共に、暗闇等における感度の高いコントラストＡＦや画像認識等の、赤外光を柔軟に用いた処理を行うことができる。

そして、第１光電変換部１０を光が透過するように構成して、第１光電変換部１０の背面にＩＲカットフィルタとして機能する第２フィルタ２６と第２光電変換部２０とを順に並べることによって、簡易な構成で赤外光の光量と可視光の光量とを並行して取得することができる。すなわち、ＩＲカットフィルタの撮像素子１の前方位置への設置及び退避を絞り部７３と連動させて切り換えるように構成したり、ＩＲカットフィルタの設置及び退避を別の機構により切り換えるように構成したりする必要がない。

また、第１光電変換部１０だけでなく、第２光電変換部２０も光が透過するように構成し、該第２光電変換部２０の背面側に位相差検出ユニット３０を設けることによって、撮像素子１による撮像を行いつつ、位相差検出ユニット３０による位相差検出を行うことができる。

《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、前記実施形態では、第２光電変換部２０の受光部２２，２２，…は、第１光電変換部１０の受光部１２，１２，…に比べて、４倍の面積を有するように構成されているが、これに限られるものではない。受光部２２の大きさは、受光部１２と同様の大きさであってもよいし、受光部１２よりも小さくても、大きくてもよい。

また、第１フィルタ１６（２１６）及び第２フィルタ２６の構成は、前記実施形態の構成に限られるものではない。例えば、第１フィルタ１６を全て無色フィルタで構成して、第１光電変換部１０では、赤外光を含む白色光を受光するようにして、第２フィルタ２６をＩＲカットフィルタとしても機能するベイヤ配列の原色フィルタで構成して、第２光電変換部２０で赤外光をカットした可視光を受光するようにしてもよい。すなわち、第１光電変換部１０の少なくとも一部の画素で赤外光を含む光を受光し、第２光電変換部２０の少なくとも一部の画素で赤外光をカットした可視光を受光する構成であれば、任意の構成を採用することができる。

さらに、第１撮像部１Ａと第２撮像部１Ｂとは積層されているが、両者が物理的に離れて並設される構成であってもよい。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、ここに開示された技術は、光を受光して光電変換する撮像素子及びそれを備えた撮像装置について有用である。

１，２０１，３０１ 撮像素子
１０，３１０ 第１光電変換部
１１，３１１ 基板
１２，３１２ 受光部
１６，２１６ 第１フィルタ（色フィルタ）
１６ｇ 緑色のカラーフィルタ
１６ｂ 青色のカラーフィルタ
１６ｗ 無色フィルタ
２０，３２０ 第２光電変換部
２６ 第２フィルタ（赤外カットフィルタ）
２１６ｒ 赤色のカラーフィルタ
１００ カメラ（撮像装置）

Claims (8)

1. 光を受けて光電変換を行う撮像素子であって、
   赤外光を含む光を受光すると共に該光を通過させる第１光電変換部と、
   前記第１光電変換部を通過した光から赤外光を除いた光を受光する第２光電変換部とを備えている撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第１光電変換部の前面側に設けられ、異なる波長域の光を透過させる複数のカラーフィルタと、
   前記第１光電変換部の背面側であって且つ前記第２光電変換部の前面側に設けられ、少なくとも赤外光を除去する赤外カットフィルタとをさらに備えている撮像素子。
3. 請求項２に記載の撮像素子において、
   前記複数のカラーフィルタは、少なくとも、緑色の波長域の光を透過させる緑色のカラーフィルタと、青色の波長域の光を透過させる青色のカラーフィルタと、白色光を透過させる無色フィルタとを含み、
   前記赤外カットフィルタは、赤外光を除去すると共に赤色の波長域の光を透過させるように構成されている撮像素子。
4. 請求項２に記載の撮像素子において、
   前記複数のカラーフィルタは、少なくとも、赤色の波長域の光を透過させる赤色のカラーフィルタと、緑色の波長域の光を透過させる緑色のカラーフィルタと、青色の波長域の光を透過させる青色のカラーフィルタとを含む撮像素子。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の撮像素子において、
   前記第２光電変換部の画素は、前記第１光電変換部の画素よりも大きい撮像素子。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の撮像素子において、
   前記第１光電変換部は、基板と該基板に設けられた受光部とを有し、
   前記基板は、光を透過する厚さに形成されている撮像素子。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載の撮像素子と該撮像素子からの出力信号が入力される制御部とを備えた撮像装置であって、
   前記制御部は、少なくとも前記第１光電変換部からの出力信号に基づいて合焦状態を判断する一方、少なくとも前記第２光電変換部からの出力信号に基づいて画像データを生成する撮像装置。
8. 請求項７に記載の撮像装置において、
   位相差検出を行う位相差検出部をさらに備え、
   前記第２光電変換部は、光を通過させるように構成されており、
   前記位相差検出部は、前記第２光電変換部を通過した光を受光して位相差検出を行う撮像装置。

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