KR20100127702A

KR20100127702A - 초점 검출 장치, 촬상 소자 및 전자 카메라

Info

Publication number: KR20100127702A
Application number: KR1020100045378A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 코무로
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2010-12-06
Also published as: EP2257045A2; US8634017B2; JP5278165B2; JP2010276712A; TW201100903A; US20100302432A1; CN101900867A; TWI437308B; CN101900867B; EP2257045A3

Abstract

초점 검출 장치는, 제 1형 화소와 제 2형 화소와 결상 상태 검출부를 구비한다. 각 제 1형 화소는 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 배치되어 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력한다. 제 2형 화소는 상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력한다. 결상 상태 검출부는 상기 복수의 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출한다.

Description

초점 검출 장치, 촬상 소자 및 전자 카메라{FUCUS DETECTION APPARATUS, IMAGE PICKUP DEVICE, AND ELECTRONIC CAMERA}

본 발명은, 초점 검출 장치, 촬상 소자 및 전자 카메라에 관함으로써, 특히, 위상차 검출 방식의 초점 검출계를 촬상 소자에 조립한 구성의 초점 제어 기술에 관한 것이다.

종래로부터, 전자 카메라 등의 초점 검출 기술로서, 콘트라스트 검출 방식과, 위상차 검출 방식이 알려져 있다. 콘트라스트 검출 방식은, 촬상 소자로부터 출력되는 화상 신호를 이용하여, 촬상 광학계에 의해 형성된 물체상(像)의 선예도(先銳度)를 소정의 함수로 평가하여 구하고, 함수치가 극치(極値)를 취하도록 촬상 광학계의 광축상의 위치를 조절하는 것이다. 위상차 검출 방식은, 촬상 광학계의 사출동(射出瞳)의 다른 부분을 통과하는 2광속을 이용하여 물체상을 각각 형성하고, 2개의 물체상 사이의 위치적 위상차를 검출하고, 이것을 촬상 광학계의 디포커스량으로 환산하는 것이다. 위상차 검출 방식에서는 디포커스량을 구할 수 있기 때문에, 촬상 광학계의 렌즈의 광축상의 위치를 약간 이동시키면서 평가 함수치를 구하는 콘트라스트 검출 방식보다도, 초점 맞추기까지의 시간을 단축할 수 있다.

종래의 위상차 검출 방식에서는, 촬상 광학계를 통과하는 광속을 콘덴서 렌즈로 2개로 나누고, 2개로 나눈 광속을 세퍼레이터 렌즈에 의해 (촬상 소자와는 별개의) 검출 소자상(上)에 각각 재결상시키고 있다. 근래, 그와 같은 구성을 줄여서, 촬상 소자 자체에 위상차 검출 방식의 초점 검출계를 조립하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 참조.).

예를 들면, 전(全) 화소의 광전 변환부(포토 다이오드)를 2개로 나누고, 각각이 촬상 광학계의 사출동의 다른 영역을 투과한 광속을 수광하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개2001-83407호 공보 참조.). 이로써, 화소마다의 2개의 광전 변환부로부터의 전하 신호가, 미리 구하여저 있는 초점 맞춤 상태에서의 전하 신호와 대비되여, 위상차 검출 방식의 초점 검출이 행하여진다.

또한, 컬러 필터를 마련한 화소에서 광전 변환부를 분할하지 않고서 촬상용으로 하고, 컬러 필터를 마련하지 않은 화소에서 광전 변환부를 2개로 분할하여 초점 검출용으로 하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개2003-244712호 공보 참조.). 이로써, 촬상용의 화상 신호를 판독할 때에는 컬러 필터를 마련한 화소로부터의 전하 신호만이 이용되고, 초점 검출할 때에는 컬러 필터를 마련하지 않은 화소로부터의 전하 신호만이 이용되어, 위상차 검출 방식의 초점 검출이 행하여진다.

상술한 종래 기술에서는, 각 화소 내에서 2개의 광전 변환부를 떼어서 배치하기 때문에, 쌍방의 광전 변환부 사이의 영역은 수광부로서는 기능하지 않아, 단위 화소의 수광 면적이 저하된다. 이 때문에, 광전 변환부의 최대 축적 전하수가 감소하고, 다이내믹 레인지가 저하된다. 일부의 화소만을 초점 검출용으로 하여도, 초점 검출용의 화소의 광전 변환부 근변(近邊)이 구조적으로 가장 복잡하게 되기 때문에, 화소수 증대를 위해 화소의 미세화를 도모하는 경우, 초점 검출용의 화소의 사이즈의 한계가 촬상 소자 전체에서의 화소 사이즈의 한계가 되어 버린다.

본 발명은 이와 같은 상황을 감안하고 이루어진 것이고, 위상차 검출 방식의 초점 검출계를 촬상 소자에 조립한 구성에 있어서, 단위 화소의 수광 면적을 저하시키지 않는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 제 1의 측면은, 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 배치되어 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와, 상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와, 상기 복수의 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 초점 검출 장치이다. 이로써, 상기 촬상 광학계를 투과한 광중, 상기 제 1 전하 신호에 기여하는 성분과, 상기 제 2 전하 신호에 기여하는 성분이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 복수의 제 1형 화소 및 상기 복수의 제 2형 화소는, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 상기 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 또한 구비하고, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재는, 상기 집광부와 상기 광전 변환부의 사이에 배치되도록 하여도 좋다. 이로써, 상기 촬상 광학계로부터의 광을 효율적으로 집광한다는 작용을 초래한다. 이 경우에 있어서, 또한, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재가, 양자를 합쳐서 상기 광전 변환부 전체에 대향하도록, 또한, 양자가 상기 광전 변환부에 각각 대향하는 면이 서로 다르도록, 또한, 양자가 상기 촬상 광학계의 광축 방향에서 서로 겹쳐지지 않도록 배치되고, 상기 복수의 제 1형 화소 내의 상기 제 1 광학 부재와 상기 제 2 광학 부재의 경계면의 위치와, 상기 복수의 제 2형 화소 내의 상기 제 1 광학 부재와 상기 제 2 광학 부재의 경계면의 위치가, 상기 광축 방향으로 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 축에 대해 반대측이 되도록 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재가 배치되도록 하여도 좋다. 이로써, 상기 제 1형 화소와 상기 제 2형 화소에서, 상기 촬상 광학계의 다른 영역으로부터의 광을 선택적으로 집광한다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 복수의 제 1형 화소 및 상기 복수의 제 2형 화소는, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 또한 구비하고, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재는, 상기 촬상 광학계와 상기 집광부의 사이에 배치되도록 하여도 좋다. 이로써, 상기 촬상 광학계로부터의 광을 상기 광전 변환부까지 효율적으로 집광한다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 복수의 제 1형 화소 및 상기 복수의 제 2형 화소는, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 소정의 파장역의 광을 선택적으로 투과시키는 광학 필터를 각각 구비하도록 하여도 좋다. 이로써, 상기 복수의 제 1형 화소 및 상기 복수의 제 2형 화소에의 입사광을, 소정의 파장역으로 제한시킨다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 복수의 제 1형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서, 소정의 파장역의 광을 선택적으로 투과시키는 제 1 광학 필터, 또는, 상기 제 1 광학 필터와는 다른 파장역의 광을 선택적으로 투과시키는 제 2 광학 필터의 어느 한쪽을 또한 구비하고, 상기 복수의 제 2형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서, 상기 제 1 광학 필터 또는 상기 제 2 광학 필터의 어느 한쪽을 또한 구비하도록 하여도 좋다. 이로써, 일부의 상기 제 1형 화소에의 입사광과, 다른 상기 제 1형 화소에 입사광으로, 그 파장역이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다. 또한, 일부의 상기 제 2형 화소에의 입사광과, 다른 상기 제 2형 화소에 입사광으로, 그 파장역이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 복수의 제 1형 화소의 각각 및 상기 복수의 제 2형 화소의 각각은, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재와 상기 광전 변환부의 사이의 위치에, 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 반사에 의해 상기 광전 변환부에 유도하는 도파 부재를 또한 구비하도록 하여도 좋다. 이로써, 상기 제 1 광학 부재 또는 상기 제 2 광학 부재를 투과하여 상기 광전 변환부에 입사하는 광의 광로가 길어진다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 제 1 광학 부재와 상기 제 2 광학 부재의 적어도 한쪽은, 단결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 폴리실리콘, 게르마늄, 이산화 규소, 질화 규소, 실록산, 텅스텐, 알루미늄, 구리의 어느 하나의 재료에 의해 형성할 수 있다. 이로써, 적절한 제조 공정을 경유함으로써, 제 1 광학 부재 또는 상기 제 2 광학 부재를 단일 재료로 형성시킨다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 1의 측면에 있어서, 상기 제 1 광학 부재 또는 상기 제 2 광학 부재의 적어도 한쪽은, 상기 촬상 광학계측의 표면에서, 내부보다도 반사율이 낮은 광학 재료의 막이 적층된 것이라도 좋다. 이로써, 상기 촬상 광학계로부터의 광을 상기 광전 변환부까지 효율적으로 집광한다는 작용을 초래한다.

또한, 본 발명의 제 2의 측면은, 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 상기 광전 변환부에 집광시키는 집광부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 형성된 광학층을 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와, 상기 광전 변환부와, 상기 집광부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 형성된 상기 광학층을 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와, 상기 복수의 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 초점 검출 장치로서, 상기 복수의 제 1형 화소의 각각 및 상기 복수의 제 2형 화소의 각각은, 상기 광학층과는 굴절률이 다른 광학 부재를 또한 구비하고, 상기 복수의 제 1형 화소 및 상기 복수의 제 2형 화소에서의 상기 광학 부재는, 그 외연(外緣)과, 상기 촬상 광학계의 광축 방향으로 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 직선이 떨어지도록, 또한, 상기 광전 변환부의 일부만에 대향하도록 배치되고, 상기 복수의 제 1형 화소의 상기 광학 부재에서의 상기 직선측의 일단의 위치와, 상기 복수의 제 2형 화소의 상기 광학 부재에서의 상기 직선측의 일단의 위치가, 상기 직선에 대해 반대측이 되도록 상기 광학 부재가 배치되는 초점 검출 장치이다. 이로써, 상기 제 1형 화소와 상기 제 2형 화소로, 상기 촬상 광학계의 다른 영역으로부터의 광을 선택적으로 집광한다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 2의 측면에 있어서, 상기 제 1 광학 부재 또는 상기 제 2 광학 부재의 적어도 한쪽은, 상기 촬상 광학계측의 표면에서, 내부보다도 반사율이 낮은 광학 재료의 막이 적층된 것이라도 좋다. 이로써, 상기 촬상 광학계로부터의 광을 상기 광전 변환부까지 효율적으로 집광한다는 작용을 초래한다.

또한, 본 발명의 제 3의 측면은, 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 굴절률이 다른 복수의 광학 재료의 막을 적층한 것으로서 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 광전 변환부의 일부만에 대향하도록 배치된 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와, 상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와, 상기 복수의 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 초점 검출 장치이다. 이로써, 상기 광학 부재의 크기 및 배치를 적절하게 선택하면, 상기 촬상 광학계를 투과한 광중, 상기 제 1 전하 신호에 기여하는 성분과, 상기 제 2 전하 신호에 기여하는 성분이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 3의 측면에 있어서, 상기 광학 부재는, 적층면의 법선이 상기 촬상 광학계의 광축 방향에 직교하도록 굴절률이 다른 복수의 광학 재료의 막을 교대로 적층한 것이라도 좋다. 이로써, 상기 광학 부재의 적층면에 대해 비스듬히 입사하는 광은, 투과 후에 위상차가 생긴다는 작용을 초래한다.

또한, 본 발명의 제 4의 측면은, 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터의 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 형성된 광학층과, 상기 광학층 내에 배치되어 상기 광학층보다도 굴절률이 높은 제 1 도파로와, 상기 광학층 내에서 상기 제 1 도파로에 인접하여 배치되어 상기 제 1 도파로보다도 굴절률이 높은 제 2 도파로를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와, 상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터의 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 형성된 상기 광학층과, 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 상기 광학층 내에서 서로 인접하여 배치된 상기 제 1 도파로 및 상기 제 2 도파로를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와, 상기 복수의 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 초점 검출 장치이다. 이로써, 상기 촬상 광학계를 투과한 광중, 상기 제 1 전하 신호에 기여하는 성분과, 상기 제 2 전하 신호에 기여하는 성분이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다.

또한, 이 제 4의 측면에 있어서, 상기 복수의 제 1형 화소 및 상기 복수의 제 2형 화소는, 상기 광로 사이에서 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 상기 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 구비하고, 상기 복수의 제 1형 화소 내의 상기 제 1 도파로 및 상기 제 2 도파로의 위치 관계와, 상기 복수의 제 2형 화소 내의 상기 제 1 도파로 및 상기 제 2 도파로의 위치 관계가, 상기 촬상 광학계의 광축 방향으로 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 축에 대해 대칭이 되도록, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재가 배치되도록 하여도 좋다. 이로써, 상기 제 1형 화소와 상기 제 2형 화소에서, 상기 촬상 광학계의 다른 영역으로부터의 광을 선택적으로 집광한다는 작용을 초래한다.

또한, 본 발명의 제 5의 측면은, 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 배치되어 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와, 상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와, 상기 광전 변환부를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 3 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 촬상 화소를 구비하는 촬상 소자이다. 이로써, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재의 배치를 적절하게 선택하면, 상기 촬상 광학계를 투과한 광중, 상기 제 1 전하 신호에 기여하는 성분과, 상기 제 2 전하 신호에 기여하는 성분이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다.

또한, 본 발명의 제 6의 측면은, 촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 배치되어 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와, 상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와, 상기 광전 변환부를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응한 제 3 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 촬상 화소와, 상기 복수의 제 3 전하 신호에 의거하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와, 상기 복수의 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부와, 결상 상태 검출부가 구한 상기 결상 상태에 의거하여 초점 맞춤 위치에 근접하도록 상기 촬상 광학계의 렌즈 위치를 조정하는 초점 제어부를 구비하는 전자 카메라이다. 이로써, 상기 촬상 광학계를 투과한 광중, 상기 제 1 전하 신호에 기여하는 성분과, 상기 제 2 전하 신호에 기여하는 성분이 다른 것이 된다는 작용을 초래한다.

본 발명에 의하면, 위상차 검출 방식의 초점 검출계를 촬상 소자에 조립한 구성에 있어서, 초점 검출용의 화소의 광전 변환부를 분할할 필요가 없기 때문에, 단위 화소의 수광 면적을 저하시키지 않고서 끝난다는 우수한 효과를 이룰 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에서의 카메라 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에서의 촬상 소자의 화소 배열을 도시하는 평면 모식도.
도 3은 도 2에서, 초점 검출 화소가 배치된 중앙의 화소열 근변의 확대도.
도 4의 A 및 B는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에서의 촬상 소자의 촬상 화소의 설명도.
도 5의 A 및 B는 본 발명의 제 1의 실시의 형태의 촬상 소자에서의, 촬상 광학계의 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소의 설명도.
도 6은 저굴절 필터를 투과 후와, 고굴절 필터를 투과 후의 투과광의 위상의 차이를 도시하는 설명도.
도 7의 A 및 B는 본 발명의 제 1의 실시의 형태의 촬상 소자에서의, 촬상 광학계의 상측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소의 설명도.
도 8의 A 내지 C는 앞핀인 경우, 초점 맞춤인 경우, 뒷핀인 경우에서의 각 초점 검출 화소에의 입사광 강도를 도시하는 설명도.
도 9는 본 발명의 제 2의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 10의 A 및 B는 본 발명의 제 3의 실시의 형태의 카메라 시스템의 촬상 소자에서의, 촬상 광학계의 상측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 11의 A 및 B는 본 발명의 제 3의 실시의 형태의 카메라 시스템의 촬상 소자에서의, 촬상 광학계의 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 12의 A 및 B는 본 발명의 제 3의 실시의 형태의 초점 검출 화소에서, 고굴절 필터의 표면에 반사 방지막을 적층한 구조를 도시하는 단면 모식도.
도 13의 A 및 B는 본 발명의 실시의 형태의 초점 검출 화소에서, 저굴절 필터 및 고굴절 필터의 표면에 반사 방지막을 적층한 구조를 도시하는 단면 모식도.
도 14는 본 발명의 제 4의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 15는 본 발명의 제 5의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 16은 본 발명의 제 6의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 17은 본 발명의 제 7의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도.
도 18은 본 발명의 실시의 형태에 있어서, 촬상 광학계의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4개의 초점 검출 화소의 굴절 필터의 배치의 제 1의 예를 도시하는 단면 모식도.
도 19는 본 발명의 실시의 형태에 있어서, 촬상 광학계의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4개의 초점 검출 화소의 굴절 필터의 배치의 제 2의 예를 도시하는 단면 모식도.
도 20은 본 발명의 실시의 형태에 있어서, 촬상 광학계의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4개의 초점 검출 화소의 굴절 필터의 배치의 제 3의 예를 도시하는 단면 모식도.
도 21은 본 발명의 실시의 형태에 있어서, 촬상 광학계의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4개의 초점 검출 화소의 굴절 필터의 배치의 제 4의 예를 도시하는 단면 모식도.
도 22는 녹색광을 선택적으로 투과시키는 화소 및 적색광을 선택적으로 투과시키는 화소의 쌍방을 초점 검출 화소로 한 제 1의 실시의 형태의 변형례에서의, 촬상 광학계의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4화소의 단면 모식도.
도 23은 본 발명의 실시의 형태의 촬상 소자 전체에서의, 초점 검출 화소의 배치의 변형례를 도시하는 평면 모식도.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해 설명한다. 설명은 이하의 순서에 의해 행한다.

1. 제 1의 실시의 형태(본 발명에 관한 굴절률이 다른 2개의 필터를 마련한 초점 검출 장치를 탑재한 카메라 시스템의 예)

2. 제 2의 실시의 형태(컬러 필터를 생략한 구성의 예)

3. 제 3의 실시의 형태(저굴절 필터를 생략한 구성의 예)

4. 제 4의 실시의 형태(적층 필터를 마련한 구성의 예)

5. 제 5의 실시의 형태(필터를 마이크로 렌즈보다도 촬상 광학계측에 배치한 구성의 예)

6. 제 6의 실시의 형태(도파 부재를 또한 마련한 구성의 예)

7. 제 7의 실시의 형태(저굴절성 도파로 및 고굴절성 도파로를 마련한 구성의 예)

8. 본 발명의 실시의 형태의 초점 검출 화소의 굴절 필터의 배치에 관한 변형례

9. 본 발명의 실시의 형태의 컬러 필터의 배치에 관한 변형례

10. 본 발명의 실시의 형태의 초점 검출 화소의 촬상 소자내에서의 배치에 관한 변형례

<1. 제 1의 실시의 형태>

[카메라 시스템의 전체의 구성례]

도 1은, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에서의 카메라 시스템(100)의 블록도이다. 카메라 시스템(100)는, 교환 가능한 촬상 렌즈 유닛(200)과 기록 매체(300)를 전자 카메라(400)에 장착 또는 삽입함으로써 구성되어 있다.

촬상 렌즈 유닛(200)은, 피사체로부터의 광량을 조절하고, 피사체의 광상(侊像)을 전자 카메라(400) 내의 촬상 소자(500)의 화소 배열면상에 결상시키는 것이다. 이 촬상 렌즈 유닛(200)은, 촬상 광학계(210)와, 조리개 구동 기구(220)와, 렌즈 구동 기구(230)와, 렌즈 제어부(240)를 구비한다.

촬상 광학계(210)는, 피사체의 광상을 결상시키는 것이다. 이 촬상 광학계(210)는, 피사체로부터의 광을 집광하는 볼록 렌즈(212)와, 투과광량을 조정하는 조리개(214)와, 오목 렌즈(216)를 구비한다. 또한, 도면에서는 번잡하게 되기 때문에 2장의 렌즈(212, 216)만을 도시하였지만, 실제로는 다수의 렌즈로 구성되는 것이 많다.

렌즈 제어부(240)는, 다음의 2개의 기능을 구비하는 것이다. 첫번째로, 후술하는 촬상 제어부(422)의 지령에 따라 조리개 구동 기구(220)를 제어함으로써, 적정한 노출 조건이 되도록 조리개(214)를 조절하는 기능이다. 두번째로, 후술하는 초점 제어부(418)의 지령에 따라 렌즈 구동 기구(230)를 제어함으로써, 볼록 렌즈(212) 및 오목 렌즈(216)의 위치를 촬상 광학계(210)의 광축상에서 조절하고, 핀트를 맞추는 기능이다.

전자 카메라(400)는, 피사체의 광상을 촬상 렌즈 유닛(200)에 의해 촬상 소자(500)의 화소 배열면상에 결상시키고, 피사체 화상의 화상 데이터를 생성하고, 생성한 화상 데이터를 기록 매체(300)에 기록하는 것이다. 이 전자 카메라(400)는, 셔터(406)와, 촬상 소자(500)와, A/D 변환부(410)와, 아날로그 신호 처리부(412)와, 타이밍 제너레이터(414)와, 셔터 구동 기구(416)와, 초점 제어부(418)와, 결상 위치 검출부(420)와, 촬상 제어부(422)를 구비한다. 또한, 전자 카메라(400)는, 액정 표시 소자(402)와, 액정 표시 소자 구동 회로(404)와, 조작부(424)와, 시스템 버스(426)와, 기록부(428)와, 메모리(430)와, 화상 처리부(432)를 또한 구비한다.

촬상 제어부(422)는, 시스템 버스(426)를 통하여 전자 카메라(400)의 시스템 제어를 행하는 것이다.

셔터(406)는, 촬상 소자(500)의 화소 배열면의 노광 시간을 제어하는 것이고, 선막(先幕) 및 후막(後幕)을 구비한다.

셔터 구동 기구(416)는, 촬상 제어부(422)의 지령에 따라 셔터(406)의 선막 및 후막의 주행을 제어하는 것이다.

타이밍 제너레이터(414)는, 촬상 제어부(422)의 지령에 따라 촬상 소자(500)를 구동하는 것이다.

촬상 소자(500)는, 촬상 광학계(210)로부터의 광을 받아 광전 변환을 행하는 것이다. 이 촬상 소자(500)는, 위상차 검출 방식의 초점 검출에 이용되는 전하 신호를 출력하는 복수의 초점 검출 화소와, 다수의 촬상 화소를 구비한다. 또한, 본 명세서에서의 「촬상 화소」란, 이른바 유효 화소를 지칭하고, 옵티컬 블랙이 아니라, 그 전하 신호가 촬상 화상의 화상 데이터의 생성에 이용되는 화소이다. 초점 검출 화소 및 촬상 화소는 각각, 수광량에 응한 전하를 축적하고, (아날로그의) 전하 신호를 출력한다.

아날로그 신호 처리부(412)는, 촬상 소자(500)로부터 출력되는 각 화소의 전하 신호에 클램프 처리, 감도 보정 처리 등을 시행하는 것이다.

A/D 변환부(410)는, 아날로그 신호 처리부(412)에 의해 소정의 처리가 된 각 화소의 (아날로그의) 전하 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다.

화상 처리부(432)는, A/D 변환부(410)로부터 출력되는 전 화소의 디지털 신호로부터 촬상 화소의 디지털 신호를 추출하여 색 보간 처리 등을 시행하고, 화상 데이터를 생성하는 것이다.

기록부(428)는, 화상 처리부(432)에 의해 생성된 화상 데이터를 기록 매체(300)에 기록하는 것이다.

액정 표시 소자 구동 회로(404)는, 촬상 제어부(422)의 지령에 따라, 화상 처리부(432)가 생성한 화상 데이터를 화상으로서 액정 표시 소자(402)에 표시시키는 것이다.

액정 표시 소자(402)는, 셔터 찬스를 노리고 있는 동안의 피사체를 동화상으로서 표시하고, 또한, 촬상 후에는 생성된 정지 화상상을 표시하는 것이다.

시스템 버스(426)는, A/D 변환부(410)로부터 출력된 디지털 신호 및 화상 데이터의 전송과, 촬상 제어부(422)에 의한 제어 신호의 전달에 이용되는 것이다.

결상 위치 검출부(420)는, 초점 검출 화소의 전하 신호에 대응하는 디지털 신호에 의거하여, 촬상 광학계(210)의 광축상에서의 초점면의 위치를 검출하는 것이다.

초점 제어부(418)는, 결상 위치 검출부(420)가 검출하는 초점면의 위치에 의거하여, 렌즈 제어부(240)를 통하여 렌즈 구동 기구(230)를 제어함으로써, 초점면을 촬상 소자(500)의 화소 배열면상에 맞추는 것이다.

메모리(430)는, 소정의 포맷에의 데이터 변환이나 가공이 행하여지기 전의 화상 데이터 등을 일시적으로 기억하는 것이다.

조작부(424)는, 유저로부터의 조작 입력을 받아들이는 것이고, 노출 조건의 설정 버튼, 릴리스 버튼 등(도시 생략)을 구비한다.

본 실시의 형태의 주된 특징은, 위상차 검출 방식의 초점 검출계를 조립한 촬상 소자(500)의 초점 검출 화소의 구조에 있고, 그 밖의 구성은 종래의 카메라 시스템과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

또한, 결상 위치 검출부(420)는, 특허 청구의 범위에 기재된 결상 상태 검출부의 한 예이다. 또한, 촬상 소자(500), 아날로그 신호 처리부(412), A/D 변환부(410) 및 결상 위치 검출부(420)는, 특허 청구의 범위에 기재된 초점 검출 장치의 한 예이다. 또한, 아날로그 신호 처리부(412), A/D 변환부(410) 및 화상 처리부(432)는, 특허 청구의 범위에 기재된 신호 처리부의 한 예이다.

[촬상 소자의 화소 배열]

도 2는, 촬상 소자(500)의 화소 배열을 도시하는 평면 모식도이다. 도면의 왼쪽 위에 R, G, B로 나타내는 바와 같이, 촬상 소자(500)는, 초점 검출 화소를 제외하고, 적(: Red), 녹(: Green), 청(: Blue)의 3원색에 대응하는 화소를 베이어 정사각(正方) 배열로 한 것이다. 즉, 도면서 사선의 패턴으로 나타낸 화소가 청색광을 선택적으로 수광하는 화소이다. 또한, 미세한 점에 의한 회색의 패턴으로 나타낸 화소가 적색광을 선택적으로 수광하는 화소이다. 또한, 특별히 패턴을 시행하지 않은 화소가 녹색광을 선택적으로 수광하는 화소이다.

도면의 중앙의 화소열에서 「UP」, 「LW」로 기재한 화소 및 중앙의 화소행에서 「LT」, 「RT」로 기재한 화소는, 초점 검출 화소이다. 「UP」은 촬상 광학계(210)의 상측의 영역을 투과한 광을 선택적으로 집광하는 화소이다. 마찬가지로, 「LW」는 촬상 광학계(210)의 하측, 「LT」는 촬상 광학계(210)의 좌측, 「RT」는 촬상 광학계(210)의 우측의 각 영역을 투과한 광을 선택적으로 집광하는 화소이다. 또한, 도면에서는 번잡하게 되기 때문에 29행×45열의 화소수로 나타냈지만, 실제로는 예를 들면 약 1000만개의 화소가 배열된다.

도 3은, 도 2에서, 초점 검출 화소가 배치된 중앙의 화소열과, 그 좌측 2열의 화소열의 확대도이다. 도 3은, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광을 집광하는 5개의 초점 검출 화소에 대해, 후술하는 설명에 이용하기 위해, 상영역 검출 화소(501, 502, 503, 504, 505)의 부호를 붙인 것이다. 마찬가지로, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 5개의 초점 검출 화소에 대해, 하영역 검출 화소(506, 507, 508, 509, 510)의 부호를 붙인 것이다.

[촬상 소자의 촬상 화소의 구조]

도 4는, 녹색 성분에 대응하는 촬상 화소의 설명도이고, (a)는 그 단면 모식도이고, (b)는 그 포토 다이오드(528)의 영역마다의 입사광 강도를 도시한다. 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 촬상 화소는, 마이크로 렌즈(522)와, 컬러 필터(524)와, 소자간 분리 영역(526)과, 포토 다이오드(528)와, 실리콘 산화막(530)을 실리콘 기판(도시 생략)상에 형성한 구조이다.

마이크로 렌즈(522)는, 촬상 광학계(210)로부터의 광을 포토 다이오드(528)상에 집광시키는 것이다.

컬러 필터(524)는, 녹색광을 선택적으로 투과시키는 것이다.

소자간 분리 영역(526)은, 포토 다이오드(528)를 다른 영역으로부터 전기적으로 분리하는 것이다.

실리콘 산화막(530)은, 마이크로 렌즈(522) 및 컬러 필터(524)를 투과한 광을 포토 다이오드(528)까지 투과시키는 것이다. 또한, 실리콘 산화막(530)은, 포토 다이오드(528)와, 컬러 필터(524) 사이의 영역 전체이고, 화소 사이에서 연결되어 있다. 소자간 분리 영역(526)은, 예를 들면 SIT(Shallow Trench Isolation)나, LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 등에 의해 형성된다.

도 4의 (a)에서의 포토 다이오드(528)는, 도 2의 화소 배열의 열방향(이른바 수직 방향)에 있어서 하측의 A영역(528a), 한가운데의 B영역(528b), 상측의 C영역(528c)의 3개로 균 등하게 나누어 있다. 이것은, 입사광 강도의 설명상 나눈 것이고, 실제로는 그와 같이 나누어져 있지 않고, 일체 형성되어 있다(후술하는 도 5, 도 7, 도 9 내지 도 20에 관해서도 마찬가지). 도면중의 동그라미로 둘러싼 「-」의 표시는, 신호 전하가 자유 전자를 나타내지만, 포토 다이오드(528) 및 그 주변 영역의 N형, P형의 도전형을 반대로 하여 정공을 신호 전하로 하여도 좋다.

도 4의 (a)에서 파선은, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역을 투과하여 마이크로 렌즈(522)에 입사하는 광(Lα)(이하, 적절히 광(Lα)이라고 약기한다)의 광로를 나타낸다. 또한, 1점 쇄선은, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역을 투과하여 마이크로 렌즈(522)에 입사하는 광(Lβ)(이하, 적절히 광(Lβ)이라고 약기한다)의 광로를 나타낸다. 또한, 실선의 화살표는, 마이크로 렌즈(522)의 광축에 평행하게 입사하는 광의 광로를 나타낸다. 이상의 표기는 다른 도면에서도 마찬가지이다. 또한, 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향은, 촬상 광학계(210)의 광축 방향에 일치한다.

촬상 광학계(210)를 투과하여 온 광은, 각 화소에 배치된 마이크로 렌즈(522)에 의해 굴절되고, 컬러 필터(524)를 투과하여, 녹색광 근변의 파장역으로 제한된다. 그리고, 컬러 필터(524)를 투과한 광은, 실리콘 산화막(530)을 투과하여, 광전 변환을 행하는 포토 다이오드(528)에 입사한다.

이 때, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은, 마이크로 렌즈(522)에 의해 포토 다이오드(528)의 하측의 A영역(528a)에 집광된다. 또한, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)은, 마이크로 렌즈(522)에 의해 포토 다이오드(528)의 상측의 C영역(528c)에 집광된다. 또한, 마이크로 렌즈(522)의 광축에 평행하게 입사하는 광은, B영역(528b)에 집광된다. 따라서 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 촬상 화소에서는, 포토 다이오드(528)의 각 영역에 입사광의 강도는, 거의 균일하게 된다.

또한, 광(Lα), 광(Lβ), 마이크로 렌즈(522)의 광축에 평행하게 입사하는 광의 3방향으로부터의 입사광은, 그 위상이 완전하게 정돈되어 있다고는 한할 수 없다. 그러나, 있는 한 방향으로부터 발하여저서 촬상 광학계(210)를 투과하는 광으로서, 마이크로 렌즈(522)의 구경(口徑)인 예를 들면 수㎛의 작은 에어리어에 입사하는 광이라면, 광의 위상은 거의 정돈되어 있다고 생각된다. 따라서 어느 한 방향으로부터 발하여저서 마이크로 렌즈(522)를 투과하는 광은, 포토 다이오드(528)에 입사하기 까지의 광로에서, 간섭에 의해 약해지는 일은 거의 없다.

[촬상 소자의 초점 검출 화소의 구조]

도 5는, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역을 투과한 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소의 설명도이고, (a)는 그 단면 모식도이고, (b)는 포토 다이오드(528)의 영역마다의 입사광 강도를 도시한다.

촬상 화소와, 초점 검출 화소의 상위점은, 이하의 점이다. 즉, 초점 검출 화소의 실리콘 산화막(530)중에는, 본 실시의 형태의 특징인 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)가, 양쪽에서 포토 다이오드(528) 전체에 대향하는 위치 및 형상으로 배치되어 있다. 또한, 본 명세서에서의 「대향한다」란, 서로 떨어져 있지만, 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향(각 화소가 형성되어 있는 도시하지 않은 실리콘 기판의 두께 방향으로서, 촬상 광학계(210)의 광축 방향이기도 하다)으로 보아, 겹쳐지는 것을 의미한다. 또한, 마이크로 렌즈(522)는, 그 광축이 포토 다이오드(528)의 중심(B영역(528b)의 중심)를 통과하도록 배치된다.

또한, 포토 다이오드(528)는, 특허 청구의 범위에 기재된 광전 변환부의 한 예이다. 또한, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)중, 한쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 1 광학 부재의 한 예이고, 다른쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 2 광학 부재의 한 예이다. 또한, 마이크로 렌즈(522)는, 특허 청구의 범위에 기재된 집광부의 한 예이다. 또한, 컬러 필터(524)는, 특허 청구의 범위에 기재된 광학 필터의 한 예이다. 또한, 마이크로 렌즈(522)의 광축은, 특허 청구의 범위에 기재된 「광축 방향으로 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 축」의 한 예이다.

저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)는, 그 두께가 동등하고, 그 두께 방향이 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향에 일치하도록 배치되어 있다. 도 5의 (a)에 도시하는 초점 검출 화소에서는, 저굴절 필터(550)의 쪽이, 고굴절 필터(560)보다도 포토 다이오드(528)와의 대향 면적이 크다.

구체적으로는, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면은, 이하의 조건을 충족시키는 위치에 배치된다. 즉, 광(Lβ)의 전부가 고굴절 필터(560)를 투과하지 않고서 저굴절 필터(550)를 투과하고, 또한, 광(Lα)이 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 양쪽을 투과한다는 조건이다. 따라서 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면은, 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 하측(포토 다이오드(528)의 A영역(528a)측)에 위치한다. 또한, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)에 이용하는 광학 재료에 관해서는 후술한다.

도 6은, 저굴절 필터(550)를 투과 후 또는 고굴절 필터(560)를 투과 후의 투과광의 위상의 차이를 도시하는 설명도이다. 또한, 도 6의 (a), (b), (c)에 도시하는 3개의 광의 진행파(進行波)는, 도면의 좌측의 1점 쇄선의 테두리 내를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 원래는 위상이 정돈되어 있다. 도 6의 (b)는, 비교로서, 같은 매체중을 광이 진행한 경우를 나타낸다.

도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 어느 매체중으로부터, 상대적으로 굴절률이 낮은 매체(저굴절 필터(550)가 대응) 내로 광이 진행하여 가는 경우, 굴절률이 낮은 매체중에서는, 광의 파장이 상대적으로 길어진다. 한편, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 어느 매체중에서, 상대적으로 굴절률이 높은 매체(고굴절 필터(560)가 대응) 내로 광이 진행하여 가는 경우, 굴절률이 높은 매체중에서는, 광의 파장이 상대적으로 짧아진다.

이 성질을 이용하여, 본 실시의 형태에서는, 저굴절 필터(550)의 굴절률을 n1, 고굴절 필터(560)의 굴절률을 n2, 양자의 두께를 d(나노미터), 광의 파장을 λ(나노미터)로 한 경우에, 다음 식을 충족시키도록 굴절률(n1, n2), 두께(d)를 선택하고 있다.

(n2-n1)×d=λ÷2 … (1)

이로써, 마이크로 렌즈(522)를 투과한 광이 같은 위상으로 저굴절 필터(550), 고굴절 필터(560)에 각각 입사한 경우, 투과광의 위상은, 도 6의 우측의 파선의 테두리 내에서 (a)와 (c)의 진행 파도와 같이, 서로 180° 어긋난다. 파장과 진폭이 같고, 위상이 180° 어긋난 광끼리가 간섭한 경우, 광의 강도는 제로가 된다.

상술한 원리에 의거하여, 도 5에 관해 재차 설명한다. 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은, 도면에서는 2개의 파선만을 도시하였지만, 실제로는 이 2개의 파선에 끼여진 내측의 광이 집광한다. 광(Lα)은, 약 반분이 저굴절 필터(550)를 투과하고, 나머지가 고굴절 필터(560)를 투과하기 때문에, 쌍방의 투과광의 위상이 180° 어긋난다. 이 때문에, 광(Lα)은, 포토 다이오드(528)의 A영역(528a)에 입사하는 시점에서는, 간섭에 의해 광강도는 약해진다.

광(Lα)중, 저굴절 필터(550)를 투과하는 광과, 고굴절 필터(560)를 투과하는 광의 비율이 같으면, 원리적으로는 포토 다이오드(528)의 A영역(528a)에의 입사광 강도는 제로가 된다. 그러나, 도 5의 (a)에 도시하는 초점 검출 화소의 경우, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면은, 광(Lα)의 반분보다 많게 고굴절 필터(560)를 투과하는 위치에 있기 때문에, A영역(528a)에의 입사광 강도는 제로로는 되지 않는다.

촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)은, 마이크로 렌즈(522)에 의해 굴절하여, 고굴절 필터(560)를 투과하지 않고서 저굴절 필터(550)만을 투과하기 때문에, 위상이 다른 광끼리의 간섭은 생기지 않는다. 이 때문에, 포토 다이오드(528)의 C영역(528c)에의 입사광 강도는, 약해지지 않는다. 따라서 도 5의 (a)의 초점 검출 화소에서는, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은 거의 집광되지 않고, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)이 선택적으로 집광되고, 포토 다이오드(528)의 각 영역에의 입사광 강도는 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이 된다.

또한, 광(Lα)의 간섭은 실리콘 산화막(530) 내에서 생기는데, 광은 포토 다이오드(528)의 구성 물질인 실리콘중도 투과하기 때문에, 포토 다이오드(528)중에서도 간섭이 생긴다. 적색광은, 광의 반분이 흡수되기 위해서는, 실리콘 산화막(530)과 포토 다이오드(528)의 계면으로부터 깊이 3㎛의 위치까지 전달할 필요가 있다. 따라서 적색광에 대해서는, 포토 다이오드(528) 내에서도, 위상차가 180° 어긋난 광(Lα)의 간섭이 충분히 생긴다. 한편, 적색광보다도 파장이 짧은 청색광은, 실리콘 산화막(530)과 포토 다이오드(528)의 계면으로부터 깊이 0.3㎛의 위치에서 광의 반분이 흡수되기 때문에, 포토 다이오드(528) 내에서의 광의 간섭은, 적색을 만큼은 생기지 않는다.

도 7은, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소의 설명도이고, (a)는 그 단면 모식도이고, (b)는 포토 다이오드(528)의 영역마다의 입사광 강도를 도시한다. 도 5의 (a)에 도시한 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소와의 상위점은, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 크기 및 배치뿐이다. 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)가 양자를 합쳐서 포토 다이오드(528) 전체에 대향하도록 배치되는 점과, 양자의 두께 방향이 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향에 일치하도록 배치되는 점은, 같다.

도 7의 (a)에 도시하는 초점 검출 화소에서는, 고굴절 필터(560)의 쪽이, 저굴절 필터(550)보다도 포토 다이오드(528)와의 대향 면적이 크다. 구체적으로는, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면은, 다음의 조건을 충족시키는 위치에 있다.

즉, 광(Lα)의 전부가 저굴절 필터(550)를 투과하지 않고서 고굴절 필터(560)를 투과하고, 또한, 광(Lβ)이 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 양쪽을 투과한다는 조건이다. 이 때문에, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면은, 도 5의 (a)에 도시한 초점 검출 화소와는 대칭적으로, 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 도면의 상측에 위치한다.

따라서 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은, 고굴절 필터(560)만을 투과하기 때문에, 위상이 다른 광끼리의 간섭은 생기지 않는다. 이 때문에, 포토 다이오드(528)의 A영역(528a)에의 입사광 강도는, 약해지지 않는다. 한편, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)은, 약 반분이 저굴절 필터(550)를 투과하고, 나머지가 고굴절 필터(560)를 투과하기 때문에, 쌍방의 투과광의 위상이 180° 어긋난다. 이 때문에, 광(Lβ)은, 포토 다이오드(528)의 C영역(528c)에 입사하는 시점에서는 간섭에 의해 광강도는 약해진다. 이 결과, 도 7의 (a)의 초점 검출 화소에서는, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)이 선택적으로 집광되고, 포토 다이오드(528)의 각 영역에의 입사광 강도는 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 된다.

또한, 도 7의 (a)에 도시한 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소 및 도 5의 (a)에 도시한 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소중, 한쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 1형 화소의 한 예이고, 다른쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 2형 화소의 한 예이다.

[초점 검출의 원리]

도 8은, 초점 검출 화소에의 입사광 강도를 도시하는 설명도이다. 도 8의 (a)는, 초점면이 촬상 소자(500)의 화소 배열면보다도 촬상 광학계(210)측에 위치하는 경우(앞(前)핀인 경우)를 나타낸다. 도 8의 (b)는 초점 맞춤인 경우를 나타내고, 도 8의 (c)는, 초점면이 촬상 소자(500)의 내부측에 위치한 경우(뒷(後)핀인 경우)를 나타낸다. 또한, 설명의 간단화를 위해, 도면에서는 촬상 광학계(210)는 1장의 렌즈로서 표기하고 있다.

도 3에서 부호를 나타낸 바와 같이, 도 8에서의 상영역 검출 화소(501 내지 505)는, 도 7의 (a)에 도시한 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소이다. 또한, 도 8에서의 하영역 검출 화소(506 내지 510)는, 도 5의 (a)에 도시한 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소이다. 도 8의 (a), (b), (c)에서는, 하영역 검출 화소(506 내지 510)의 입사광 강도를 좌측에 나타내고, 그 우측에, 상영역 검출 화소(501 내지 505)의 입사광 강도를 나타내였다.

이하의 설명에서는, 촬상 광학계(210)의 광축상의 일직선의 휘점(도시 생략)로부터 방사된 광이 촬상 광학계(210)에 입사하는 것으로 한다. 도 8에서는 설명의 간단화를 위해, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광에 상당하는 Lα, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광에 상당하는 Lβ, 촬상 광학계(210)의 광축 방향의 광(Lγ)의 3방향에서의 반사광만을 나타내였다. 이들 3방향의 광(Lα, Lβ, Lγ)은, 촬상 광학계(210)에 의해 굴절하고, 촬상 소자(500)에 입사한다.

촬상 광학계(210) 내의 볼록 렌즈(212), 오목 렌즈(216)의 위치를 조정하고, 촬상 소자(500)의 화소 배열면상에 초점을 맞춘 경우, 상영역 검출 화소(501 내지 505)와, 하영역 검출 화소(506 내지 510)에의 입사광 강도는, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 된다.

보다 상세하게는, 상영역 검출 화소(503)와 하영역 검출 화소(508) 사이의 화소가, 촬상 소자(500)의 화소 배열에서 중심에 위치하는 화소, 즉, 촬상 광학계(210)의 광축상의 화소이다. 따라서 광(Lα, Lβ, Lγ)은, 촬상 광학계(210)에 의해 굴절하고, 이 광축상의 화소를 중심으로 집광한다. 이 때문에, 상영역 검출 화소(503)와 하영역 검출 화소(508)에서 입사광 강도는 높아지고, 광축상의 화소로부터 떨어질수록 입사광 강도는 작아진다. 이것은, 광(Lα, Lβ, Lγ)은, 이상적으로는 광축상에 집광하는 것이 당연하지만, 실제로는 촬상 광학계(210)의 수차 등에 의해 약간의 확산을 갖기 때문이다.

광축 방향의 광(Lγ)은, 앞핀, 뒷핀에 구애받지 않고, 광축상의 화소를 중심으로 집광한다.

앞핀인 경우, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은, 광축상의 화소보다도 아래의 상영역 검출 화소(504)를 중심으로 집광한다. 이 때문에, 상영역 검출 화소(504)에서 입사광 강도는 커진다. 한편, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)은, 광축상의 화소보다도 위의 하영역 검출 화소(507)를 중심으로 집광한다. 이 때문에, 하영역 검출 화소(507)에서 입사광 강도는 커진다. 따라서 앞핀인 경우, 상영역 검출 화소(501 내지 505)와, 하영역 검출 화소(506 내지 510)에의 입사광 강도는, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이 된다.

뒷핀인 경우, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은, 하영역 검출 화소(507)를 중심으로 집광하지만, 하영역 검출 화소(507)는 광(Lα)을 집광하지 않는다. 이 때문에, 하영역 검출 화소(507)에 가까운 상영역 검출 화소(502, 503)에서 입사광 강도는 커진다. 한편, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)은, 상영역 검출 화소(504)를 중심으로 집광하지만, 상영역 검출 화소(504)는 광(Lβ)을 집광하지 않는다. 이 때문에, 상영역 검출 화소(504)에 가까운 하영역 검출 화소(508, 509)에서 입사광 강도는 커진다. 따라서 상영역 검출 화소(501 내지 505)와, 하영역 검출 화소(506 내지 510)에의 입사광 강도는, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이 된다. 따라서, 상영역 검출 화소(501 내지 505)와, 하영역 검출 화소(506 내지 510)에서, 입사광 강도가 최대인 화소의 위치를 각각 검출하면, 어느 정도, 앞핀 또는 뒷핀인지를 판정할 수 있다.

[초점 검출의 동작례]

도 1에 도시한 본 실시의 형태의 카메라 시스템(100)의 블록도를 참조하면서, 초점 검출의 동작을 설명한다. 촬상 전에 있어서, 촬상 제어부(422) 및 초점 제어부(418)는, 도시하지 않은 전기 접점부를 통하여 렌즈 제어부(240)와 교신하고, 촬상 렌즈 유닛(200)의 고유한 정보나, 현재의 렌즈 위치 및 조리개 위치의 정보를 취득한다.

액정 표시 소자(402)에 동화가 표시되어 있는 동안(예를 들면 유저가 셔터 찬스를 노리고 있는 동안)에 있어서, 촬상 소자(500)는 노광되어 있고, 이하의 처리가 행하여지고 있다.

촬상 제어부(422)는, 타이밍 제너레이터(414)를 제어하여, 전자 셔터 동작에 의해 소정의 시간 간격으로 촬상 소자(500)의 각 화소(초점 검출 화소 및 촬상 화소)의 포토 다이오드(528)에 축적된 전하를 전하 신호로서 출력시킨다. 판독된 각 화소의 전하 신호는, 아날로그 신호 처리부(412)에 의해 클램프 처리, 감도 보정 처리 등이 행하여진 후, A/D 변환부(410)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 시스템 버스(426)에 출력된다.

결상 위치 검출부(420)는, 각 화소에 대응하는 디지털 신호로부터, 초점 검출 화소의 디지털 신호를 추출한다.

다음에 결상 위치 검출부(420)는, 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소군(도 2에서 「UP」이라고 한 화소)과, 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소군(도 2에서 「LW」라고 한 화소)에서, 신호치가 가장 큰 화소의 위치를 각각 검출한다. 신호치가 가장 큰 화소의 위치의 차에 의거하여, 결상 위치 검출부(420)는, 촬상 광학계(210)의 광축상에서의 초점면의 위치를 검출한다.

또한, 촬상 광학계(210)의 우측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소군과, 촬상 광학계(210)의 좌측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소군에서, 신호치가 가장 큰 화소의 위치를 각각 검출하고, 초점면의 위치를 검출하여도 좋다. 여기서, 촬상 광학계(210)의 우측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소군은, 도 2에서 「RT」라고 한 화소이고, 촬상 광학계(210)의 좌측의 영역으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소군은, 도 2에서 「LT」라고 한 화소이다.

초점 제어부(418)는, 결상 위치 검출부(420)가 구한 초점면의 위치에 의거하여, 렌즈 제어부(240)를 통하여 렌즈 구동 기구(230)를 제어하여 볼록 렌즈(212)나 오목 렌즈(216)의 렌즈 위치를 조정하고, 초점 맞춤 위치에 맞춘다.

한편, 화상 처리부(432)는, 각 화소의 디지털 신호로부터, 촬상 화소의 디지털 신호를 추출하여, 색 보간 처리 등을 시행하고, 화상 데이터를 생성한다. 촬상 제어부(422)는, 액정 표시 소자 구동 회로(404)를 제어함에 의해, 이 화상 데이터를 화상으로서 액정 표시 소자(402)에 표시시킨다.

또한, 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소로부터 출력되는 전하 신호 및 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소로부터 출력되는 전하 신호중, 한쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 1 전하 신호의 한 예이고, 다른 쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 2 전하 신호의 한 예이다. 또한, 촬상 소자(500)의 촬상 화소로부터 출력되는 전하 신호는, 특허 청구의 범위에 기재된 제 3 전하 신호의 한 예이다.

[본 실시의 형태의 효과]

이와 같이, 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 의하면, 하나의 초점 검출 화소에서의 포토 다이오드(528) 전체에 대향하는 위치에, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)를 서로 인접하여 배치한다. 이로써, 촬상 광학계(210)의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광이 투과한 후에, 저굴절 필터(550)를 투과한 광과, 고굴절 필터(560)를 투과한 광의 위상이 180°어긋나기 때문에, 양자가 간섭에 의해 서로 지운다.

따라서 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면의 위치를 변경할 뿐으로, 광(Lα)을 검출하는 초점 검출 화소와, 광(Lβ)을 검출하는 초점 검출 화소를 용이하게 나누어 만들 수 있다.

이 때문에, 1개의 초점 검출 화소 내에서, 2개의 포토 다이오드를 마련할 필요가 없기 때문에, 포토 다이오드 사이의 분리 영역을 형성할 필요는 없다. 따라서, 화소 면적을 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 종래 기술보다도 초점 검출 화소의 포토 다이오드의 개구 면적을 크게 할 수 있다. 이 결과, 초점 검출 화소의 포토 다이오드(528)의 최대 축적 전하량을 많게 할 수 있기 때문에, 초점 검출 화소의 광에 대한 감도를 높게할 수 있다. 따라서, 초점 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 각 초점 검출 화소에는, 촬상 광학계(210)의 상측, 하측, 좌측, 우측의 어느 하나의 영역으로부터의 광만을 검출시키고, 촬상 광학계(210)의 각 영역에 대응하는 4종류의 초점 검출 화소를 제각기 마련한다. 이 때문에, 종래 기술과 같이 하나의 초점 검출 화소 내의 2개의 포토 다이오드의 전하 신호를 시간차로 제각기 판독할 필요가 없다. 따라서 초점 검출의 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 굴절률이 다른 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)를 배치할 뿐의 단순한 구조이기 때문에, 화소 사이즈의 미세화에 즈음하여, 큰 제약으로는 되지 않는다.

[저굴절 필터 및 고굴절 필터에 사용하는 광학 재료]

표 1은, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 제작에 사용할 수 있는 광학 재료에 관해, 녹색광에 대한 굴절률이 높은 순으로 몇 예를 든 것이다. 참고로서, 실리콘 산화막(530)을 형성한 이산화 규소(SiO2)의 굴절률도, 최하행에 표시하였다.

	굴절율(n)			소쇠계수(k)
	청색광 450nm	녹색광 550nm	적색광 650nm	청색광 450nm	녹색광 550nm	적색광 650nm
게르마늄	4.5	6.0	5.5	2.3	2.1	1
실리콘	4.69	4.08	3.85	0.151	0.03	0.017
텅스텐	3.31	3.48	3.76	2.47	2.72	2.95
플라즈마 질화실리콘	2.07	2.04	2.01	0.004	0	0.002
알루미늄	0.618	0.958	1.47	5.47	6.69	7.79
구리	1.17	0.9	0.21	2.39	2.6	3.67
참고: 이산화규소	1.45	1.45	1.45	0.00	0.00	0.00

표 1에는 들지는 않았지만, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 제작에 사용할 수 있는 광학 재료로서, 실록산도 들 수 있다. 표 1에 든 실리콘으로서는, 단결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 폴리실리콘의 어느것을 사용하여도 좋다. 따라서 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)를 작성하는 광학 재료로서는, 예를 들면, 표 1에 표시하는 굴절률이 다른 2개의 광학 재료로부터, 전술한 (1)식을 충족시키는 막두께(d)가 적정 범위가 되는 것을 선택하면 좋다.

여기서의 「적정 범위」란, 촬상 소자(500)의 제조 공정에서 충분히 제조 가능한 얇기이고, 초점 검출 화소의 광에 대한 감도를 충분히 높게 유지할 수 있는 정도로, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 광에 대한 투과율을 높게 할 수 있는 범위이다. 광학 재료에 의해서는, 막두께가 두꺼워질수록 광에 대한 투과율이 내려가기 때문이다. 각 파장의 광에 대한 투과율은, 표 1의 소쇠(消衰)계수(k)에 의해 구할 수 있는데, 이에 관해서는 후술하는 제 3의 실시의 형태에서 설명한다.

또한, 표 1에 든 플라즈마 질화 실리콘(P-SiN)은, 질화 규소(Si₃N₄)의 한 예에 지나지 않는다. 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 소재에 통할 수 있는 질화 규소는, 이것으로 한정되는 것이 아니다.

[본 실시의 형태의 보충 사항]

또한, 제 1의 실시의 형태에서는, 3원색의 베이어 정사각 배열의 촬상 소자(500)의 화소의 일부를 초점 검출 화소로 하는 예를 기술하였다. 본 발명은, 이러한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니다. 3원색을 이른바 허니컴 배열로 한 경우나, 보색계의 배열인 경우에도, 본 발명은 적용 가능하다.

베이어 정사각 배열에서는, 녹색 성분에 대응하는 화소가 4화소에 2개의 비율로 존재하기 때문에, 이들 2개의 한쪽의 컬러 필터를 적색광 또는 청색광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터로 변경하여, 초점 검출 화소를 구성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 피사체로부터 녹색광이 발하여지지 않는 경우에도, 초점 검출의 정밀도를 높일 수 있다.

도 5의 (a)에 나타내는 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소를 예에, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 면적비에 관해 보충한다. 이 경우, 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향으로 보아, 저굴절 필터(550)가 포토 다이오드(528)에 대향하는 면적과, 고굴절 필터(560)가 포토 다이오드(528)에 대향하는 면적과의 면적비를, 예를 들면 3:1로 하여도 좋다.

이와 같이 하면, 포토 다이오드(528)의 하반분의 영역(도 5의 (a)에서의 B영역(528b)의 하반분과, A영역(528a) 전체)에서는, 저굴절 필터(550)에 대향하는 면적과, 고굴절 필터(560)에 대향하는 면적의 비가 1:1이 된다. 그러면, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역을 투과하여, 이 초점 검출 화소에 입사하는 광은, 반분이 저굴절 필터(550)를 투과하고, 나머지 반분이 고굴절 필터(560)를 투과하기 때문에, 양자가 상쇠하여, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광만을 집광할 수 있다. 이와 같이, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면의 위치 또는 면적 비율을 바꿀뿐으로, 초점 검출 화소에의 입사광 강도를 용이하게 조정할 수 있다.

<2. 제 2의 실시의 형태>

이하의 제 2의 실시의 형태 내지 제 7의 실시의 형태에 관한 카메라 시스템은, 제 1의 실시의 형태와 촬상 소자의 초점 검출 화소의 구조만이 다르기 때문에, 상위점만을 설명한다.

도 9는, 제 2의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도이고, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 것을 나타내였다. 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소에 관해서는, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 배치를, 마이크로 렌즈(522)의 광축에 대해 대칭 위치가 되도록 하면 좋다(도시 생략).

도 9와 도 5의 (a)를 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 제 1의 실시의 형태와의 상위점은, 컬러 필터(524)를 제거한 점이다. 이 경우, 다양한 파장의 광이 초점 검출 화소에 입사하지만, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)를 구성하는 2종류의 광학 재료는, 파장에 의해 굴절률이 변화한다. 즉, 입사광의 파장역이 넓을 만큼, 저굴절 필터(550)를 투과하는 광과, 고굴절 필터(560)를 투과하는 광의 위상차를 정확하게 180°로 하는 것이 어려워진다. 따라서 바람직하게는 제 1의 실시의 형태와 같이 컬러 필터를 삽입하는 쪽이 좋지만, 본 실시의 형태의 구성에서도, 제 1의 실시의 형태에서 기술한 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<3. 제 3의 실시의 형태>

[초점 검출 화소의 구조]

제 1 및 제 2의 실시의 형태에서는 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 양쪽을 이용하였지만, 반드시 그 필요는 없다. 고굴절 필터(560)와, 그 주위의 실리콘 산화막(530)과의 굴절률의 차에 의해, 고굴절 필터(560)를 투과하는 광과 투과하지 않는 광의 사이에서 180°의 위상차를 발생시킬 수 있으면, 저굴절 필터(550)를 생략하여도 좋다. 같은 원리로, 고굴절 필터(560)를 생략하고, 저굴절 필터(550)에 의해 180°의 위상차를 생기게 하는 구조로 하여도 좋다.

단, 표 1에 표시한 바와 같이, 일반적으로 반도체에 사용되고 있는 광학 재료로서 굴절률이 낮은 것은, 층간 절연막을 형성하는 이산화 규소와 대비하여, 굴절률의 차가 그다지 없다. 이산화 규소와의 굴절률의 차가 큰 광학 재료는, 소쇠계수가 높은 것이 많고, 해당 광학 재료에 입사하는 광이 충분히 포토 다이오드(528)까지 전달하지 않는다. 따라서 초점 검출 화소의 광에 대한 감도를 높히기 위해서는, 소쇠계수가 낮은 광학 재료를 선택하는 것이 바람직하다.

도 10은, 제 3의 실시의 형태의 카메라 시스템의 촬상 소자에 있어서의, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도이고, 도 10의 (a), 도 10의 (b)의 어느 구조로 하여도 좋다.

고굴절 필터(560)와 포토 다이오드(528)의 대향 면적을 포토 다이오드(528)의 개구 면적의 반분보다 크게 하고, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)의 전부가 고굴절 필터(560)를 투과하는 구조가 도 10의 (a)이다. 반대로, 고굴절 필터(560)와 포토 다이오드(528)의 대향 면적을 포토 다이오드(528)의 개구 면적의 반분 미만으로 하고, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)이 고굴절 필터(560)를 전혀 투과하지 않는 구조가 도 10의 (b)이다.

어느 구조에서도, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)의 일부만이, 고굴절 필터(560)를 투과한다. 또한, 어느 구조에서도, 고굴절 필터(560)에서의 포토 다이오드(528)의 B영역(528b)측의 일단은, 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 도면중 상측에 위치한다.

또한, 본 실시의 형태에서의 마이크로 렌즈(522)의 광축은, 특허 청구의 범위에 기재된촬상 광학계의 광축 방향으로 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 직선의 한 예이다.

도 11은, 제 3의 실시의 형태의 카메라 시스템의 촬상 소자에 있어서의, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도이고, 도 11의 (a), 도 11의 (b)의 어느 구조로 하여도 좋다.

고굴절 필터(560)와 포토 다이오드(528)의 대향 면적을 포토 다이오드(528)의 개구 면적의 반분 미만으로 하여, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)이 고굴절 필터(560)를 전혀 투과하지 않는 구조가 도 10의 (a)이다. 반대로, 고굴절 필터(560)와 포토 다이오드(528)의 대향 면적을 포토 다이오드(528)의 개구 면적의 반분보다 크게 하여, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)의 전부가 고굴절 필터(560)를 투과하는 구조가 도 11의 (b)이다.

어느 구조에서도, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)의 일부만이, 고굴절 필터(560)를 투과한다. 또한, 어느 구조에서도, 고굴절 필터(560)에서의 포토 다이오드(528)의 B영역(528b)측의 일단은, 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 도면중, 하측에 위치한다.

[고굴절 필터에 사용하는 광학 재료와 투과율]

도 10 및 도 11에 도시한 초점 검출 화소의 고굴절 필터(560)를 예를 들면 플라즈마 질화 실리콘에서 형성한 경우, 고굴절 필터(560)를 투과하는 광과, 투과하지 않는 광의 위상을 180° 어긋내는 막두께(d)는, 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 즉, 표 1에 표시한 플라즈마 질화 실리콘의 굴절률과, 고굴절 필터(560)의 주위의 실리콘 산화막을 형성하는 이산화 규소의 굴절률과, 녹색광의 파장 550㎚를 (1)식에 대입하면 좋다.

d=λ/{(n2-n1)×2}

=550/{(2.04-1.45)×2}=466㎚

표 1에 표시하는 바와 같이, 플라즈마 질화 실리콘의 녹색광에 대한 소쇠계수(k)는 거의 제로이기 때문에, 고굴절 필터(560)에의 입사광의 거의 전부가 투과하여 포토 다이오드(528)에 입사한다. 따라서 고굴절 필터(560)의 개재에 의해 초점 검출 화소의 광에 대한 감도를 내리는 일은 없고, 실용상은 문제 없다.

다른 예로서, 고굴절 필터(560)를 실리콘으로 형성한 경우의 투과율에 관해 설명한다. 이 경우, 녹색광의 위상을 180° 어긋내기 위해 필요한 막두께(d)는, 상기한 바와 마찬가지로 이하와 같이 하여 산출된다.

d=λ/{(n2-n1)×2}

=550/{(4.08-1.45)×2}=104.5㎚

여기서, 녹색광에 대한 실리콘의 소쇠계수(k)는 표 1에 표시한 바와 같이 0.03이다. 따라서 고굴절 필터(560)의 막두께(d)를 상기한 104.5㎚로 한 경우, 그 녹색광에 대한 투과율(반사 성분을 고려하지 않는다)은, Io를 입사광 강도, I를 투과광 강도로 하면, 다음 식으로 주어진다.

I/Io=exp{-4×π×k×(d/λ)}

=exp{-4×π×0.03×(104.5/550)}=0.93

마찬가지로, 청색광(파장 450㎚, 이하, 파장은 생략)의 위상을 180° 어긋내기 위해 필요한 막두께(d)와, 그 막두께(d)로 한 경우의 청색광에 대한 투과율(반사 성분을 고려하지 않는다)은, 이하의 값이 된다.

d=450/{(4.69-1.45)×2}=69.4㎚

I/Io=exp{-4×π×0.151×(69.4/450)}=0.746

마찬가지로, 적색광(파장 650㎚, 이하, 파장은 생략)의 위상을 180° 어긋내기 위해 필요한 막두께(d)와, 그 막두께(d)로 한 경우의 적색광에 대한 투과율(반사 성분을 고려하지 않는다)는, 이하의 값이 된다.

d=650/{(3.85-1.45)×2}=135.4㎚

I/Io=exp{-4×π×0.017×(135.4/650)}=0.956

따라서 상기한 각 막두께(d)라면, 고굴절 필터(560)에의 입사광중, 녹색광은 93%, 청색광은 74.6%, 적색광은 95.6%가 투과하여 포토 다이오드(528)에 입사한다. 투과율이 이들의 값이라면, 고굴절 필터(560)의 개재에 의해 초점 검출 화소의 광에 대한 감도를 크게 내리는 일은 없고, 실용상은 문제 없다고 말할 수 있다.

[제 3의 실시의 형태의 변형례]

고굴절 필터(560)의 재료로서 실리콘을 사용하는 경우, 실리콘 표면에서의 반사율이 높아져, 포토 다이오드(528)에 도달하는 광량이 감소한 것이 생각된다. 그 경우, 실리콘 표면에 반사 방지막을 성막하는 등의 수법에 의해, 복수의 광학 재료의 막을 적층하여 고굴절 필터(561)를 작성하고, 반사율을 억제하여도 좋다. 이러한 수법에 의한 본 실시의 형태의 변형례에 관해, 도 12를 참조하면서 설명한다.

도 12의 (a)는, 상기한 반사 방지막(563)의 층을 적층한 구조의 고굴절 필터(561)를 구비하는 초점 검출 화소의 단면 모식도이고, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 것이다. 이 초점 검출 화소는, 고굴절 필터(561)의 표면에 반사 방지막(563)이 형성되어 있는 것을 제외하고, 도 10의 (a)와 같은 구조이다.

도 12의 (a)에서, 고굴절 필터(561)는, 고굴절성 필터층(562)에서의 마이크로 렌즈(522)측의 표면에 반사 방지막(563)을 적층한 것이다. 고굴절성 필터층(562)은 오른쪽 위로 올라가는 사선으로 나타낸 부분이고, 반사 방지막(563)은 미세한 점에 의해 회색의 패턴으로 한 부분이다.

고굴절성 필터층(562)은, 그것을 투과하는 광의 위상과, 그것을 투과하지 않고 주위의 실리콘 산화막(530)을 투과하는 광의 위상을 180° 어긋내는 것이다. 즉, 고굴절성 필터층(562)을 형성하는 광학 재료의 굴절률과, 고굴절성 필터층(562)의 막두께(d)는, (1)식을 충족시킨다. 반사 방지막(563)은, 예를 들면 질화 실리콘(Si₃N₄)으로 형성하면 좋다. 질화 실리콘(Si₃N₄)의 막은, 그 두께와, 입사광의 파장에 의해 반사율이 다르기 때문에, 입사광의 파장에 응하여, 반사율이 낮아지는 막두께(d)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 반사 방지막(563)은, 특허 청구의 범위에 기재된 광학 재료의 막의 한 예이다. 또한, 실리콘 산화막(530)은, 특허 청구의 범위에 기재된 광학층의 한 예이다.

도 12의 (b)는, 상기한 반사 방지막(563)을 이용한 구성에 있어서, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도이다. 도 12의 (a)의 초점 검출 화소와의 상위점은, 고굴절 필터(561)와 포토 다이오드(528)의 대향 면적을 포토 다이오드(528)의 개구 면적의 반분보다 작게 한 점이다. 즉, 도 12의 (b)의 초점 검출 화소에서는, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)이 고굴절 필터(561)를 전혀 투과하지 않고, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)의 일부만이 고굴절 필터(561)를 투과한다.

이상, 제 3의 실시의 형태에서도, 제 1의 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 본 실시의 형태에서는 컬러 필터를 마련하지 않았지만, 제 1의 실시의 형태와 같이 컬러 필터를 마련하여 입사광의 파장역을 제한하여도 좋다.

또한, 상기 반사 방지막(563)은, 제 1의 실시의 형태와 같이저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 양쪽을 이용하는 경우에도 적용 가능하고, 그 적용례를 도 13에 도시한다. 도 13의 (a)는, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도이고, 도 13의 (b)는 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소의 단면 모식도이다. 도 5의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시한 제 1의 실시의 형태와의 차이는, 저굴절 필터(551)와 고굴절 필터(564)의 구조뿐이다.

도 13의 (a)에서, 저굴절 필터(551)는, 저굴절성 필터층(552)에서의 마이크로 렌즈(522)측의 표면에 반사 방지막(553)을 적층한 것이다. 도면중, 저굴절성 필터층(552)은 오른쪽 내려가는 사선으로 나타낸 부분이고, 반사 방지막(553)은 아무것도 패턴을 시행하지 않은 부분이다. 또한, 고굴절 필터(564)는, 고굴절성 필터층(565)에서의 마이크로 렌즈(522)측의 표면에 반사 방지막(567)을 적층한 것이다. 도면중, 고굴절성 필터층(562)은 오른쪽 올라가는 사선으로 나타낸 부분이고, 반사 방지막(563)은 미세한 점에 의해 회색의 패턴으로 한 부분이다.

저굴절 필터(551) 및 고굴절 필터(564)는, 반사 방지막(553, 566)에서의 마이크로 렌즈(522)측의 면에서 단차가 생기지 않도록, 인접하여 배치된다. 여기서, 저굴절성 필터층(552)의 두께와 고굴절성 필터층(565)의 두께는 동등하고, 반사 방지막(553)의 두께와 반사 방지막(567)의 두께도 동등하다. 따라서 저굴절성 필터층(552) 및 고굴절성 필터층(565)에서의 포토 다이오드(528)측의 면에서도 단차가 생기지 않는 배치로 하고 있다. 이것은, 단차가 있으면, 단차의 부분에서 광로가 변하고, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)만을 집광하는 작용이 저하될 우려가 있기 때문이다.

저굴절성 필터층(552)을 투과하는 광의 위상과, 고굴절성 필터층(565)을 투과하는 위상이 (1)식에 의거하여 180°어긋나도록, 양자의 광학 재료 및 두께를 선택하고 있다. 반사 방지막(553, 566)은, 상기한 바와 마찬가지로 예를 들면 질화 실리콘(Si₃N₄)으로 형성하면 좋다. 도 13의 (a)의 초점 검출 화소의 컬러 필터(524)는 녹색광을 선택적으로 투과시키는 것이기 때문에, 반사 방지막(553, 566)의 막두께는, 녹색광 근변의 파장역에 대해 반사율이 낮아지는 값으로 하는 것이 바람직하다.

마이크로 렌즈(522)의 광축 및 포토 다이오드(528)에 대한, 저굴절 필터(551) 및 고굴절 필터(564)의 위치 관계는, 제 1의 실시의 형태에서 기술한 것과 마찬가지이다. 즉, 저굴절 필터(551) 및 고굴절 필터(564)의 경계면을 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 도면중의 상측으로 할 필요가 있다.

반대로, 저굴절 필터(551) 및 고굴절 필터(564)의 경계면을 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 도면중의 하측으로 하면, 도 13의 (b)에 도시하는 바와 같이, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소가 구성된다.

<4. 제 4의 실시의 형태>

도 14는, 제 4의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의, 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도이다. 도 14는, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소이고, 제 3의 실시의 형태와의 상위점은, 고굴절 필터(560) 대신에 적층 필터(570)를 배치한 점뿐이다.

적층 필터(570)는, 각 층의 경계면이 마이크로 렌즈(522)의 광축에 평행하게 되도록, 즉, 적층면의 법선이 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향에 직교하도록, 굴절률이 다른 2종류의 광학 재료의 막을 교대로 적층한 것이다.

적층 필터(570)는, 마이크로 렌즈(522)의 광축 방향으로 본 경우, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 전부 투과시키는 위치에서, 포토 다이오드(528)의 B영역(528b)에 대향하는 면적이 최소가 되도록 배치되어 있다. 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)은, 그 대부분이 마이크로 렌즈(522)의 광축에 대해 비스듬히 적층 필터(570)에 입사하는데, 이 입사광은, 적층 필터(570)를 형성한 광학 재료의 막중, 굴절률이 높은 쪽 및 낮은 쪽의 양쪽을 투과한다.

즉, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)은, 적층 필터(570)에서의 굴절률이 다른 막을 투과함으로써 위상차가 생기고, 포토 다이오드(528)에 달할 때까지에 간섭에 의해 약해진다. 따라서 적층 필터(570) 전체의 두께(마이크로 렌즈(522)의 광축 방향의 두께)를 d라고 한 경우에, (1)식을 충족시키도록 2종류의 광학 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 본 실시의 형태에서는 그와 같이 구성되어 있기 때문에, 투과광의 위상차가 180°에 가까워지고, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 약하게 하는 작용이 강해진다.

한편, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)은, 마이크로 렌즈(522)의 광축 근변를 제외하고 적층 필터(570)를 투과하지 않기 때문에, 포토 다이오드(528)의 C영역(528c)를 중심으로 집광된다. 따라서 도 14에 도시하는 초점 검출 화소는, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 것이 된다.

촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소는, 도 14에 도시한 화소 구조에서, 적층 필터(570)의 배치를 마이크로 렌즈(522)의 광축에 대해 대칭으로 한 것이 된다(도시 생략). 즉, 적층 필터(570)가 포토 다이오드의 B영역(528b)의 하반분 및 A영역(528a)에 대향하도록 배치하면 좋다. 이상, 본 실시의 형태에서도, 제 1의 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는 컬러 필터를 마련하지 않았지만, 제 1의 실시의 형태와 같이 컬러 필터를 마련하여 입사광의 파장역을 제한하여도 좋다.

또한, 굴절률이 다른 2종류의 광학 재료의 막에 의해 적층 필터(570)를 구성한 예를 기술하였지만, 바람직하게는 180°정도의 위상차를 투과광에 생기게 하는 것이면, 굴절률이 다른 3종류 이상의 광학 재료의 막에 의해 적층 필터(570)를 구성하여도 좋다.

또한, 적층 필터(570)는, 특허 청구의 범위에 기재된 광학 부재의 한 예이다.

<5. 제 5의 실시의 형태>

도 15는, 제 5의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의, 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도이다. 제 2의 실시의 형태와의 상위점은, 저굴절 필터(556) 및 고굴절 필터(566)를 마이크로 렌즈(522)로부터 보아 실리콘 산화막(530)이란 반대측에 배치한 점이다. 집광 작용이 있는 마이크로 렌즈(522)보다도 촬상 광학계(210)측에 저굴절 필터(556) 및 고굴절 필터(566)를 배치하기 때문에, 양자의 사이즈는, 본 실시의 형태와 같이, 제 2의 실시의 형태보다도 크게 하는 것이 바람직하다.

도 15에 도시한 초점 검출 화소는, 촬상 광학계(210)의 하측의 영역을 투과한 광(Lβ)을 집광하는 것이다. 저굴절 필터(556)와 고굴절 필터(566)의 경계면은, 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 도면의 상측에 위치한다. 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소는, 도 15에 도시한 화소 구조에 있어서, 저굴절 필터(556) 및 고굴절 필터(566)의 배치를 마이크로 렌즈(522)의 광축에 대해 대칭으로 한 것이 된다(도시 생략).

이상, 본 실시의 형태에서도, 제 1의 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는 컬러 필터를 마련하지 않았지만, 제 1의 실시의 형태와 같이 컬러 필터를 마련하여 입사광의 파장역을 제한하여도 좋다.

<6. 제 6의 실시의 형태>

도 16은, 제 6의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의, 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도이다. 도 7의 (a)에 도시한 제 1의 실시의 형태와의 상위점은, 컬러 필터(524)를 제외한 점과, 도파 부재(580)를 마련한 점이다.

도파 부재(580)는, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)와, 포토 다이오드(528)의 사이에 배치된다. 도파 부재(580)는, 도면에서는 단면만을 도시하였지만, 마이크로 렌즈(522)측에서 개구경이 크고, 포토 다이오드(528)측에서 개구경이 작은 중공의 형상이다. 도파 부재(580)에서의, 마이크로 렌즈(522)측의 개구 면적은, 본 실시의 형태와 같이, 마이크로 렌즈(522)로부터의 투과광이 전부 입사할 정도인 것이 바람직하다. 그 편이, 초점 검출 화소의 광에 대한 감도가 높아지기 때문이다. 도파 부재(580)는, 그 중면이 반사율이 높은 광학 재료로 형성되어 있고, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)를 투과한 광을 반사에 의해 포토 다이오드(528)의 주로 B영역(528b)에 유도한 것이다.

여기서, 광(Lα)의 전부가 저굴절 필터(550)를 투과하지 않고서 고굴절 필터(560)를 투과하도록, 또한, 광(Lβ)이 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)를 투과하도록, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면은 위치하고 있다.

따라서 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)은, 고굴절 필터(560)만을 투과하기 때문에 투과광에 위상차는 생기지 않고, 도파 부재(580)의 표면에서 반사하고 포토 다이오드(528)의 B영역(528b)에 달할 때에, 간섭에 의해 서로 약하게 되는 일은 그다지 없다.

한편, 광(Lβ)은, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)를 투과함으로써 180°의 위상차가 생긴다. 이 광(Lβ)은, 도파 부재(580)의 내면에서 몇회나 반사하고 포토 다이오드(528)에 달하기 때문에, 포토 다이오드(528)에 달할 때까지의 광로는, 제 1의 실시의 형태보다도 길어진다. 광로가 긴 만큼, 간섭에 의한 서로 약하게 되는 정도는, 제 1의 실시의 형태보다도 커진다. 따라서 촬상 광학계(210)의 하측의 영역을 투과한 광(Lβ)은, 거의 포토 다이오드(528)에는 달하지 않는다. 이 결과, 도 16에 도시하는 초점 검출 화소는, 촬상 광학계(210)의 상측의 영역으로부터의 광(Lα)을 집광한다.

촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소는, 도 16에 도시한 화소 구조에서, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 배치를 마이크로 렌즈(522)의 광축에 대해 대칭으로 한 것이 된다(도시 생략).

이상, 본 실시의 형태에서도, 제 1의 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 위상차가 있는 광의 간섭을 크게 생기게 하기 위해, 마이크로 렌즈(522)를 투과한 광의 광로를 도파 부재(580)의 내면에서의 반사에 의해 길게 하는 것이 본 실시의 형태의 기술 사상이다. 따라서 도파 부재(580)는, 마이크로 렌즈(522)측에서 개구경이 크고, 포토 다이오드(528)측에서 개구경이 작은 것이 바람직하다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(522)를 투과한 광은, 포토 다이오드(528)의 일부의 영역에 집광시키게 되는데, 집광시키는 영역은, 본 실시의 형태와 같이 B영역(528b)으로 한정되는 것이 아니라, A영역(528a)나 C영역(528c)이라도 좋다.

<7. 제 7의 실시의 형태>

도 17은, 제 7의 실시의 형태의 카메라 시스템에서의, 촬상 소자의 초점 검출 화소의 단면 모식도이다. 제 1의 실시의 형태와의 상위점은, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560) 대신에 중굴절성 도파로(590) 및 고굴절성 도파로(592)를 마련하고, 컬러 필터(524)를 제거한 점이다.

중굴절성 도파로(590) 및 고굴절성 도파로(592)는, 그 횡단면이 사다리꼴이 되는 개략 동일한 형상이고 서로 밀착하여 배치되어 있고, 양자의 경계면은 마이크로 렌즈(522)의 광축상에 위치한다. 중굴절성 도파로(590)와 포토 다이오드(528)의 사이에는 실리콘 산화막(530)이 개재하지만, 고굴절성 도파로(592)와 포토 다이오드(528)의 사이에는 실리콘 산화막(530)이 개재하지 않는다.

중굴절성 도파로(590) 및 고굴절성 도파로(592)는, 마이크로 렌즈(522)측에서 횡단면이 크고, 포토 다이오드(528)측에서 횡단면이 작다. 양자의 마이크로 렌즈(522)측의 횡단면은, 본 실시의 형태와 같이, 마이크로 렌즈(522)로부터의 투과광의 전부가, 중굴절성 도파로(590) 또는 고굴절성 도파로(592)에 입사할 정도로 큰 것이 바람직하다. 그 편이, 초점 검출 화소의 광에 대한 감도가 높아지기 때문이다.

고굴절성 도파로(592)는, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 내부에서의 반사에 의해 포토 다이오드(528)의 주로 B영역(528b)에 유도하는 것이다. 보다 상세하게는, 일반적으로, 굴절률이 낮은 매체로부터 굴절률이 높은 매체를 향하여 진행하는 광은, 양자의 경계면에서 반사하는 비율보다도, 굴절률이 높은 매체중에 입사하는 비율의 쪽이 크다. 반대로, 굴절률이 높은 매체로부터 낮은 매체를 향하여 진행하는 광은, 굴절률이 낮은 매체중에 입사하는 비율보다도, 양자의 경계면에서 반사한 비율의 쪽이 크다. 그래서 본 실시의 형태에서는, 포토 다이오드(528)를 형성하는 실리콘, 고굴절성 도파로(592), 중굴절성 도파로(590), 실리콘 산화막(530)의 순서로 굴절률을 크게 하고 있다.

이 때문에, 도 17에서 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)은, 실리콘 산화막(530)으로부터 고굴절성 도파로(592)에 입사 후, 포토 다이오드(528)에 달할 때까지는, 대부분이 고굴절성 도파로(592)의 외부로 누설되지 않는다.

고굴절성 도파로(592)의 쪽이 실리콘 산화막(530) 내지 중굴절성 도파로(590)보다도 굴절률이 높기 때문에, 광(Lα)은, 고굴절성 도파로(592)와, 실리콘 산화막(530) 또는 중굴절성 도파로(590)의 경계면에서 반사를 반복하기 때문이다.

한편, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)은, 굴절률이 상대적으로 낮은 실리콘 산화막(530)으로부터 중굴절성 도파로(590)에 입사 후, 실리콘 산화막(530)과 중굴절성 도파로(590)의 경계면에서 반사하고, 고굴절성 도파로(592)에 입사한다. 그리고, 실리콘 산화막(530)으로부터 고굴절성 도파로(592)에 직접 입사하는 광(Lα)과, 실리콘 산화막(530)으로부터 중굴절성 도파로(590)를 경유하여 고굴절성 도파로(592)에 입사하는 광(Lβ)은, 위상차의 차이에 의해, 간섭하여 서로 약해진다.

여기서 첫번째로, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)의 일부는, 실리콘 산화막(530)으로부터 중굴절성 도파로(590)에 입사 후, 고굴절성 도파로(592)의 경계면에서 반사하고, 고굴절성 도파로(592)에는 입사하지 않는다. 두번째로, 실리콘 산화막(530)으로부터 중굴절성 도파로(590)를 경유하여 고굴절성 도파로(592)에 입사하는 광(Lβ)은, 실리콘 산화막(530)으로부터 고굴절성 도파로(592)에 직접 입사하는 광(Lα)의 쪽보다도, 광로가 길어지는 만큼, 광강도도 약해진다.

이상의 2점을 고려하면, 실리콘 산화막(530)으로부터 고굴절성 도파로(592)에 직접 입사하는 광(Lα)의 쪽이, 중굴절성 도파로(590)를 경유하여 고굴절성 도파로(592)에 입사하는 광(Lβ)보다도, 광량이 많고, 강도도 강하다. 그 때문에, 광(Lβ)은 간섭에 의해 약해져서 포토 다이오드(528)에는 달하지 않고, 광(Lα)만이 포토 다이오드(528)에 달한다. 이 결과, 도 17에 도시하는 초점 검출 화소는, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 선택적으로 집광하게 된다.

촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소는, 도 17에 도시한 화소 구조에 있어서, 중굴절성 도파로(590) 및 고굴절성 도파로(592)의 배치를 마이크로 렌즈(522)의 광축에 대해 대칭으로 한 것이 된다(도시 생략).

또한, 중굴절성 도파로(590)는, 특허 청구의 범위에 기재된 제 1 도파로의 한 예이다. 또한, 고굴절성 도파로(592)는, 특허 청구의 범위에 기재된 제 2 도파로의 한 예이다. 또한, 실리콘 산화막(530)은, 특허 청구의 범위에 기재된 광학층의 한 예이다.

중굴절성 도파로(590) 및 고굴절성 도파로(592)의 광학 재료는, 예를 들면, 표 1에서 굴절률이 실리콘과 이산화 규소의 사이인 2종류의 것을 선택하면 좋다.

본 실시의 형태에서는, 고굴절성 도파로(592)와 포토 다이오드(528)를 밀착시키는 예를 기술하였지만, 본 발명은, 이러한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니다. 실리콘 산화막(530)은, 고굴절성 도파로(592)로부터 포토 다이오드(528)에의 광의 투과율의 저하가 실용상 문제가 되지 않는 정도의 두께라면, 고굴절성 도파로와 포토 다이오드(528)의 사이에 개재시켜도 좋다.

<8. 본 발명의 실시의 형태의 초점 검출 화소의 굴절 필터의 배치에 관한 변형례>

도 18 내지 도 21은, 본 발명의 실시의 형태에 있어서, 촬상 광학계(210)의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4개의 초점 검출 화소의 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 배치의 4개의 예를 도시하는 단면 모식도이다. 도 18 내지 도 21의 각각에서, 도면중의 위로부터 1번째, 3번째의 화소는 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소이다. 또한, 도면중의 위로부터 2번째, 4번째의 화소는 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소이다.

본 발명의 실시의 형태에 있어서, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소의 구조로서는, 2개 들 수 있다. 광축의 하측을 고굴절 필터(560)로 한 경우(도 18, 도 19가 대응)와, 광축의 하측을 저굴절 필터(550)로 한 경우(도 20, 도 21이 대응)의 2개이다 . 이것은, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면을 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 상측으로 하면 좋기 때문이다.

마찬가지로, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소의 구조도 2개 들 수 있다. 광축의 상측을 저굴절 필터(550)로 한 경우(도 18, 도 20이 대응)와, 광축의 상측을 고굴절 필터(560)로 한 경우(도 19, 도 21이 대응)의 2개이다 . 이것은, 저굴절 필터(550)와 고굴절 필터(560)의 경계면을 마이크로 렌즈(522)의 광축보다도 하측으로 하면 좋기 때문이다.

그러면, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소와, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소의 조합은, 2×2로 4가지가 된다. 도 18 내지 도 21은, 그들 4가지의 배치를 도시한 것이다.

저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)의 배치는, 소쇠계수 등의 광학 특성을 고려하여 정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 초점 검출 화소의 광에 대한 감도를 높이기 위해, 저굴절 필터(550) 및 고굴절 필터(560)중, 소쇠계수가 낮은 광학 재료로 형성되어 있는 쪽을, 포토 다이오드(528)와의 대향 면적이 큰 쪽으로 하는 구성이 바람직하다.

또한, 복수의 초점 검출 화소의 사이에서, 광에 대한 감도가 변하지 않는 것이 바람직하다. 그를 위해서는, 촬상 광학계(210)의 상측 및 하측으로부터의 광을 집광하는 모든 초점 검출 화소의 사이에서, 포토 다이오드(528)와의 대향 면적이 큰 쪽을 저굴절 필터(550) 또는 고굴절 필터(560)의 어느 하나로 통일하는 것이 바람직하다. 그 점에서는, 도 18의 배치보다도, 도 19의 배치와 같이, 포토 다이오드(528)와의 대향 면적이 큰 쪽을 고굴절필터(560)로 통일하는 것 쪽이 바람직하다. 마찬가지로, 도 21의 배치보다도, 도 20의 배치와 같이, 포토 다이오드(528)와의 대향 면적이 큰 쪽을 저굴절 필터(550)로 통일하는 것 쪽이 바람직하다.

<9. 본 발명의 실시의 형태의 컬러 필터의 배치에 관한 변형례>

도 22는, 촬상 광학계(210)의 상측 또는 하측의 영역으로부터의 광을 집광하는 4화소의 단면 모식도이고, 본 발명의 실시의 형태의 변형례이다. 도면중의 컬러 필터(205)는, 적색광을 선택적으로 투과시키는 것이다. 이 변형례는, 녹색광을 선택적으로 투과시키는 화소와, 적색광을 선택적으로 투과시키는 화소를 초점 검출 화소로 한 것이다. 도면중의 위로부터 1번째, 2번째의 화소는, 촬상 광학계(210)의 상측으로부터의 광(Lα)을 집광하는 초점 검출 화소이고, 도면중의 위로부터 3번째, 4번째의 화소는, 촬상 광학계(210)의 하측으로부터의 광(Lβ)을 집광하는 초점 검출 화소이다.

여기서, 수광하는 파장역이 다른 초점 검출 화소끼리에서 전하 신호를 비교해도, 초점면의 위치를 정확하게 검출할 수가 없다. 이 때문에, 컬러 필터(204 또는 205)가 같은 화소끼리에서, 촬상 광학계(210)의 상측 및 하측의 광을 집광하는 초점 검출 화소로부터의 전하 신호를 각각 판독하고, 제 1의 실시의 형태에서 기술한 바와 같이 초점면의 위치를 검출한다. 따라서 도 22에서는, 도면중의 위로부터 1번째, 3번째의 녹색광을 선택적으로 수광하는 초점 검출 화소로부터 전하 신호를 판독하고, 초점면의 위치를 검출하면 좋다. 또는, 도면중 위로부터 2번째, 4번째의 적색광을 선택적으로 수광하는 초점 검출 화소로부터 전하 신호를 판독하여, 초점면의 위치를 검출하여도 좋다.

초점 검출 및 핀트 조정의 동작이 행하여지고 있는 동안, 촬상 소자(500)는 노광되어 있고, 액정 표시 소자(402)에 표시시키는 화상의 화상 데이터가 생성되고 있다. 따라서 이 화상 데이터로부터 피사체의 색의 분포 범위를 검출하고, 녹색 성분의 쪽이 강하면 녹색광을 선택적으로 수광하는 초점 검출 화소를 이용하여 초점 검출을 행하고, 적색 성분이 강하면 적색광을 선택적으로 수광하는 초점 검출 화소를 이용하여 초점 검출을 행하는 것으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 피사체의 색의 분포 범위에 구애받지 않고, 정확하게 초점 검출을 행할 수가 있다.

또한, 컬러 필터(524, 525)중, 한쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 1 광학 필터의 한 예이고, 다른쪽이 특허 청구의 범위에 기재된 제 2 광학 필터의 한 예이다.

또한, 도 22에서는, 녹색광 및 적색광을 선택적으로 수광하는 화소를 초점 검출 화소로 하는 예를 기술하였지만, 녹색광 및 청색광을 선택적으로 투과시키는 화소를 초점 검출 화소로 하고, 상기한 바와 같이 피사체의 색의 분포 범위에 응하여 초점 검출을 행하여도 좋다. 또는, 적, 녹, 청의 3개의 색성분에 대응하는 화소에 대해, 초점 검출 화소를 배치하고, 상술한 바와 마찬가지로 하여도 좋다.

단, 색 보간 처리를 고려하여 색 재현성의 저하를 막는 점을 가장 중시하면, 베이어 정사각 배열에서는, 제 1의 실시의 형태와 같이 다른 색에 비하여 화소수가 2배인 녹색에 대응하는 화소만을 초점 검출 화소로 하는 것이 바람직하다.

<10. 본 발명의 실시의 형태의 초점 검출 화소의 배치에 관한 변형례>

도 23은, 촬상 소자 전체에 있어서의, 초점 검출 화소의 배치의 변형례를 도시하는 평면 모식도이다. 제 1의 실시의 형태에서 기술한 도 2에서는, 청색 성분에 대응하는 화소를 끼우고 초점 검출 화소를 연속적으로 배치하였다. 이것은, 초점 검출 화소의 배치의 한 예에 지나지 않는다. 도 23에 도시하는 바와 같이, 촬상 광학계(210)의 상측 또는 하측으로부터의 광을 집광한 한 쌍의 초점 검출 화소의 간격 및 촬상 광학계(210)의 우측 또는 좌측으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소의 간격을 크게 하여도 좋다.

여기서, 동화 표시를 행하면서 초점 검출의 동작을 행하는 경우, 전 화소의 전하 신호로부터, 초점 검출 화소에 대응하는 전하 신호를 추출한다. 따라서 이 추출 처리의 용이성을 고려하면, 촬상 광학계(210)의 상측 또는 하측으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소는, 화소의 열방향(이른바 수직 방향)으로 일직선상에 나열 배치하는 쪽이 바람직하다. 마찬가지로, 촬상 광학계(210)의 우측 또는 좌측으로부터의 광을 집광하는 초점 검출 화소는, 화소의 행방향(이른바 수평 방향)으로 나열 배치하는 것이 바람직하다.

초점 검출 화소의 배치로서는, 도 23 및 도 2와 같이, 촬상 광학계(210)의 상(像)공간의 중앙의 피사체에 핀트를 맞추기 쉽도록, 중앙의 화소열 및 중앙의 화소행에 십자형상으로 배치시키는 방법을 들 수 있다. 단, 이것은 어디까지나 한 예이고, 초점 검출 화소는, 중앙의 화소열 및 중앙의 화상행 이외에 배치하여도 좋고, 촬상 광학계(210)의 광축상의 화소의 근변에 많이 배치하여도 좋다. 촬상 광학계(210)의 상공간의 소망하는 위치의 피사체에 핀트가 맞추어지도록, 촬상 소자(500)의 복수의 영역에 초점 검출 화소의 화소열 또는 화소행을 배치하고, 그 중에서 선택한 화소열 내지 화소행을 이용하여 초점 검출을 행하여도 좋다.

또한, 베이어 정사각 배열에 있어서의 녹색 성분에 대응하는 화소의 위치가 아니라, 적색 성분 또는 청색 성분에 대응하는 화소의 위치에 초점 검출 화소를 배치하여도 좋다. 초점 검출 화소의 배치는, 인접한 복수의 화소라도, 일정 간격의 위치 관계에 있는 서로 떨어진 복수의 화소라도 좋고, 또는 지그재그 모양의 위치 관계에 있는 화소로 하여도 좋다. 즉, 초점 검출 화소의 배치는, 초점 검출 정밀도나 촬상 소자의 촬상 성능을 감안하여 정하면 좋다.

또한, 본 발명의 실시의 형태는 본 발명을 구현화하기 위한 한 예를 나타낸 것이고, 본 발명의 실시의 형태에서 명시한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태에서의 사항과, 특허 청구의 범위에서의 발명 특정 사항과는 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 특허 청구의 범위에서의 발명 특정 사항과, 이것과 동일 명칭을 붙인 본 발명의 실시의 형태에서의 사항과는 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 발명은 실시의 형태로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시의 형태에 여러가지의 변형을 시행함에 의해 구현화할 수 있다.

Claims

촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 배치되고 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와,
상기 광전 변환부와, 상기 제 1 및 제 2의 광학 부재와 상기 광전 변환부 사이의 위치 관계가 상기 제 1형 화소에서의 위치 관계와 상이하도록 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 배치되고, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와,
상기 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1형 화소의 각각 및 상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에서 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 상기 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 또한 구비하고,
상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재는, 상기 집광부와 상기 광전 변환부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재는, 상기 제 1 및 제 2의 광학 부재를 포함하는 유닛이 광전 변환부의 전체에 대향하고, 상기 제 1 및 제 2의 광학 부재가 상기 광전 변환부에 대향하는 영역이 서로 상이하고, 상기 제 1 및 제 2의 광학 부재가 상기 촬상 광학계의 광축 방향에서 서로 겹쳐지지 않도록 배치되고,
상기 제 1 및 제 2의 광학 부재는, 상기 제 1형 화소 내의 상기 제 1 및 제 2의 광학 부재 사이의 경계의 위치와 상기 제 2형 화소 내의 상기 제 1 및 제 2의 광학 부재 사이의 경계의 위치가, 상기 광축 방향에서 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 축의 반대측이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1형 화소의 각각 및 상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부로의 광로에서 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 또한 구비하고,
상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재는 상기 촬상 광학계와 상기 집광부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1형 화소의 각각 및 상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에서 소정의 파장역의 광을 선택적으로 투과시키는 광학 필터를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에서, 소정의 파장역의 광을 선택적으로 투과시키는 제 1 광학 필터, 또는 상기 제 1 광학 필터와는 다른 파장역의 광을 선택적으로 투과시키는 제 2 광학 필터를 또한 구비하고,
상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에서, 상기 제 1 광학 필터 또는 상기 제 2 광학 필터를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1형 화소의 각각 및 상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 포함하는 유닛과 상기 광전 변환부의 사이의 위치에, 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 반사에 의해 상기 광전 변환부에 유도하는 도파 부재를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 광학 부재와 상기 제 2 광학 부재의 적어도 한쪽은, 단결정 실리콘, 비결정 실리콘, 폴리실리콘, 게르마늄, 이산화 규소, 질화 규소, 실록산, 텅스텐, 알루미늄, 구리의 어느 하나의 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 광학 부재 또는 상기 제 2 광학 부재의 적어도 한쪽은, 상기 촬상 광학계측의 표면에서, 상기 제 1 광학 부재와 상기 제 2 광학 부재중 적어도 한쪽의 내부의 반사율보다 낮은 반사율을 갖는 광학 재료로 이루어진 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 상기 광전 변환부에 집광시키는 집광부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 형성된 광학층을 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와,
상기 광전 변환부와, 상기 집광부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 형성된 상기 광학층을 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와,
상기 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 초점 검출 장치로서,
상기 제 1형 화소의 각각 및 상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 광학층의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 다른 광학 부재를 또한 구비하고,
상기 제 1형 화소 및 상기 제 2형 화소 각각에 포함된 상기 광학 부재는, 그 외연이 상기 촬상 광학계의 광축 방향을 따라 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 직선으로부터 떨어지도록, 또한, 상기 광전 변환부의 일부만에 대향하도록 배치되고,
상기 제 1형 화소 각각에서 상기 직선에 근접한 상기 광학 부재의 일단의 위치와 상기 제 2형 화소 각각에서 상기 직선에 근접한 상기 광학 부재의 일단의 위치가 상기 직선의 대향측이 되도록 상기 광학 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 10항에 있어서,
상기 광학 부재는, 상기 촬상 광학계측의 표면에서 상기 광학 부재의 내부의 반사율보다 낮은 반사율을 갖는 광학 재료로 이루어진 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 굴절률이 다른 광학 재료로 이루어진 막을 적층한 적층 구조를 갖고 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에서 상기 광전 변환부의 일부만에 대향하도록 배치된 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와,
상기 광전 변환부와, 상기 광학 부재와 상기 광전 변환부 사이의 위치 관계가 상기 제 1형 화소에서의 위치 관계와 상이하도록 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에 배치되고, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와,
상기 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 12항에 있어서,
상기 광학 부재는, 적층면의 법선이 상기 촬상 광학계의 광축 방향에 직교하도록 굴절률이 다른 광학 재료의 막을 교대로 적층한 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 형성된 광학층과, 상기 광학층 내에 배치되고 상기 광학층의 굴절율보다도 높은 굴절률을 갖는 제 1 도파로와, 상기 광학층 내에서 상기 제 1 도파로에 인접하여 배치되어 상기 제 1 도파로보다도 굴절률이 높은 제 2 도파로를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와,
상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 형성된 상기 광학층과, 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 상기 광학층 내에서 서로 인접하여 배치된 상기 제 1 도파로 및 상기 제 2 도파로를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와,
상기 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
제 14항에 있어서,
상기 제 1형 화소의 각각 및 상기 제 2형 화소의 각각은, 상기 광로 사이에서 상기 촬상 광학계로부터의 입사광을 상기 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 구비하고,
상기 제 1형 화소 내의 상기 제 1 도파로 및 상기 제 2 도파로의 위치 관계와, 상기 제 2형 화소 내의 상기 제 1 도파로 및 상기 제 2 도파로의 위치 관계가, 상기 촬상 광학계의 광축 방향으로 상기 광전 변환부의 중앙을 통과하는 축에 대해 대칭이 되도록, 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 초점 검출 장치.
촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 배치되어 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와,
상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와,
상기 광전 변환부를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 3 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 촬상 화소를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
촬상 광학계로부터의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로에 배치되어 서로 굴절률이 다른 제 1 광학 부재 및 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 1 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 1형 화소와,
상기 광전 변환부와, 상기 촬상 광학계로부터 상기 광전 변환부에의 광로 사이에서 상기 제 1형 화소와는 상기 광전 변환부와의 위치 관계가 다르도록 배치된 상기 제 1 광학 부재 및 상기 제 2 광학 부재를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 2 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 제 2형 화소와,
상기 광전 변환부를 각각 구비함과 함께, 상기 광전 변환부의 수광량에 응하여 제 3 전하 신호를 각각 출력하는 복수의 촬상 화소와,
상기 제 3 전하 신호에 의거하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
상기 제 1 및 제 2 전하 신호에 의거하여 상기 촬상 광학계의 결상 상태를 검출하는 결상 상태 검출부와,
결상 상태 검출부가 구한 상기 결상 상태에 의거하여 초점 맞춤 위치에 근접하도록 상기 촬상 광학계의 렌즈 위치를 조정하는 초점 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 카메라.