KR20110059718A

KR20110059718A - 촬상 소자 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20110059718A
Application number: KR1020117006080A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 후지이; 히로끼 우이; 유따까 니시무라
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-06-03
Also published as: EP2330449A1; TW201028754A; WO2010035616A1; RU2508564C2; JP5593602B2; JP2010078707A; BRPI0918032A2; RU2011110066A; CN102197328B; US20110273581A1; EP2330449A4; US8582019B2; CN102197328A

Abstract

위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있음과 함께, 화소의 미세화가 진행되어도 양호한 제조가 가능한 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자의 기술을 제공한다. 촬상 장치에 설치되는 촬상 소자는, 사출동에 있어서의 한 쌍의 부분 영역(Qa, Qb)을 통과한 피사체 광속을 수광함으로써 퓨필 분할 기능을 실현하는 AF 화소쌍(11f)과, 퓨필 분할 기능을 갖지 않는 통상 화소를 구비하고 있다. AF 화소쌍(11f)은, 통상 화소의 광전 변환부와 동등한 크기를 갖고, 수평 방향을 따라 인접하여 배치된 한 쌍의 광전 변환부(PD)를 구비하고 있다. 그리고, 한 쌍의 광전 변환부(PD)의 상방에는, 사출동을 통과한 광속을 차광하는 2개의 차광 영역(Ea, Eb)을 갖는 차광부(LS)와, 이들 2개의 차광 영역(Ea, Eb) 사이에 있던 1개의 마이크로렌즈(ML)가 설치되어 있다. 이에 의해, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있고, 화소의 미세화가 진행되어도 양호한 제조가 가능한 촬상 소자를 실현할 수 있다.

Description

촬상 소자 및 촬상 장치{IMAGING ELEMENT AND IMAGING DEVICE}

본 발명은, 촬영 광학계의 사출동을 통과한 피사체 광속을 수광 가능한 촬상 소자의 기술에 관한 것이다.

렌즈 교환식의 일안 리플렉스 디지털 카메라 등의 촬상 장치에 있어서는, 교환 렌즈(촬영 광학계)의 사출동에 있어서의 한 쌍의 부분 영역(예를 들어 좌측·우측의 퓨필 부분)을 통과한 피사체 광속을 수광하여 각 화소 신호를 생성하는 한 쌍의 광전 변환부(포토다이오드)를 복수 구비하여 위상차 검출 방식의 초점 검출이 가능한 촬상 소자(이하에서는 「위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자」라고도 한다)의 이용이 제안되어 있다. 이 촬상 소자에 대해서는, 다음과 같은 것이 알려져 있다.

예를 들어 특허문헌 1에서는, 피사체의 화상 신호를 취득하는 통상 화소(RGB의 각 화소)에 있어서 광전 변환부를 2분할한 구조의 것(이하에서는 「하프사이즈의 광전 변환부」라고 한다), 즉 1개의 마이크로렌즈의 하방에 한 쌍의 하프사이즈의 광전 변환부가 배치된 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자가 개시되어 있다.

또한, 예를 들어 특허문헌 2에서는, 인접하는 한 쌍의 화소에 있어서, 메탈층을 이용한 차광 마스크의 작은 개구로 피사체 광속을 제한함으로써 상기 사출동에 있어서의 한 쌍의 부분 영역을 한 쌍의 광전 변환부에 의해 수광하는 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2001-250931호 공보 일본 특허 공개 제2005-303409호 공보

그러나 상기 특허문헌 1의 촬상 소자에서는, 하프사이즈의 광전 변환부 각각의 출력을 전기 신호로 변환하기 위한 트랜지스터를 각 광전 변환부의 근방에 설치할 필요가 있기 때문에, 그 설치 스페이스만큼 광전 변환부를 작게 해야 하므로, 광전 변환부에서의 수광량(감도)이 저하한다. 이것으로는, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행하는 것은 곤란하다.

한편, 상기 특허문헌 2의 촬상 소자에서는, 화소마다 차광 마스크의 작은 개구로 피사체 광속을 제한하기 위해, 촬상 소자의 고 화소화 등에 수반하여 각 화소의 미세화가 진행되면 차광 마스크의 개구도 한층 더한 소형화가 요청되게 되지만, 그러한 개구의 형성은 제조상 곤란해질 우려가 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있음과 함께, 화소의 미세화가 진행되어도 양호한 제조가 가능한 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 측면은, 촬상 소자로서, 촬영 광학계의 사출동에 있어서 소정 방향을 따라 서로 역방향으로 기운 한 쌍의 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광함으로써 퓨필 분할 기능을 실현하는 한 쌍의 제1 화소와, 상기 퓨필 분할 기능을 갖지 않는 제2 화소로 이루어지는 제2 화소군을 구비하고 있으며, 상기 제2 화소군은, 상기 소정 방향을 따라 소정의 피치로 배치된 복수의 광전 변환부와, 상기 복수의 광전 변환부 각각의 상방에 설치된 각 마이크로렌즈를 가짐과 함께, 상기 한 쌍의 제1 화소는, 상기 복수의 광전 변환부 각각과 동등한 크기를 갖고, 상기 소정 방향을 따라 상기 소정의 피치로 인접하여 배치된 한 쌍의 광전 변환부를 갖고, 상기 한 쌍의 광전 변환부의 상방에는, 상기 사출동을 통과한 광속을 차광하는 2개의 차광 영역을 갖는 차광부와, 상기 2개의 차광 영역에 협지된 1개의 마이크로렌즈가 설치되어 있다.

본 발명에 따르면, 촬상 소자는, 촬영 광학계의 사출동에 있어서 소정 방향을 따라 서로 역방향으로 기운 한 쌍의 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광함으로써 퓨필 분할 기능을 실현하는 한 쌍의 제1 화소와, 상기 퓨필 분할 기능을 갖지 않는 제2 화소로 이루어지고 소정의 피치로 소정 방향을 따라 배치된 복수의 광전 변환부를 갖는 제2 화소군을 구비하고 있다. 그리고, 한 쌍의 제1 화소는, 제2 화소의 광전 변환부와 동등한 크기를 갖고 소정 방향을 따라 소정의 피치로 인접하여 배치된 한 쌍의 광전 변환부를 갖고 있으며, 이 한 쌍의 광전 변환부의 상방에는, 사출동을 통과한 광속을 차광하는 2개의 차광 영역을 갖는 차광부와, 이들 2개의 차광 영역에 협지된 1개의 마이크로렌즈가 설치되어 있다. 이상과 같은 촬상 소자(위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자)에서는, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있음과 함께, 화소의 미세화가 진행되어도 양호한 제조가 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 촬상 장치(1)의 외관 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는, 촬상 장치(1)의 외관 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은, 촬상 장치(1)의 종단면도이다.
도 4는, 촬상 장치(1)의 전기적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는, 촬상 소자(101)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 촬상 소자(101)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 통상 화소(110)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 8은, AF 화소쌍(11f)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 9는, AF 화소쌍(11f)의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은, 초점면이 촬상 소자(101)의 촬상면으로부터 200㎛ 가까운 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 11은, 초점면이 촬상면으로부터 100㎛ 가까운 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 12는, 초점면이 촬상면에 일치하고 있는 합초 상태의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 13은, 초점면이 촬상면으로부터 100㎛ 먼 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 14는, 초점면이 촬상면으로부터 200㎛ 먼 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 15는, 한 쌍의 상열에 있어서의 무게 중심 위치의 차와 디포커스량의 관계를 나타내는 그래프(Gc)를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 촬상 소자(101A)에 규정되는 AF 에리어(Efr)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은, AF 화소쌍(11fr)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 18은, 마이크로렌즈의 직경·곡률과 퓨필 분리의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는, 본 발명의 변형예에 관한 제1 메탈(44a)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은, 본 발명의 변형예에 관한 AF 에리어(Efa)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

<제1 실시 형태>

[촬상 장치의 주요부 구성]

도 1 및 도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 촬상 장치(1)의 외관 구성을 도시하는 도면이다. 여기서, 도 1 및 도 2는, 각각 정면도 및 배면도를 도시하고 있다.

촬상 장치(1)는, 예를 들어 일안 리플렉스 타입의 디지털 스틸 카메라로서 구성되어 있고, 카메라 보디(10)와, 카메라 보디(10)에 착탈 가능한 촬영 렌즈로서의 교환 렌즈(2)를 구비하고 있다.

도 1에 있어서, 카메라 보디(10)의 정면측에는, 정면 대략 중앙에 교환 렌즈(2)가 장착되는 마운트부(301)와, 마운트부(301)의 우측 옆에 배치된 렌즈 교환 버튼(302)과, 파지 가능하게 하기 위한 그립부(303)와, 정면 좌측 상단부에 배치된 모드 설정 다이얼(305)과, 정면 우측 상단부에 배치된 제어값 설정 다이얼(306)과, 그립부(303)의 상면에 배치된 셔터 버튼(307)이 설치되어 있다.

또한, 도 2에 있어서, 카메라 보디(10)의 배면측에는, LCD(Liquid Crystal Display)(311)와, LCD(311)의 좌측 방향으로 배치된 설정 버튼군(312)과, LCD(311)의 우측 방향으로 배치된 십자 키(314)와, 십자 키(314)의 중앙에 배치된 푸시 버튼(315)이 구비되어 있다. 또한, 카메라 보디(10)의 배면측에는, LCD(311)의 상방에 배치된 EVF(Electronic View Finder)(316)와, EVF(316)의 주위를 둘러싸는 아이 컵(321)과, EVF(316)의 좌측 방향으로 배치된 메인 스위치(317)와, EVF(316)의 우측 방향으로 배치된 노출 보정 버튼(323) 및 AE 로크 버튼(324)과, EVF(316)의 상방에 배치된 플래시부(318) 및 접속 단자부(319)가 구비되어 있다.

마운트부(301)에는, 장착된 교환 렌즈(2)와의 전기적 접속을 행하기 위하여 커넥터(Ec)(도 4 참조)나, 기계적 접속을 행하기 위한 커플러(75)(도 4 참조)가 설치되어 있다.

렌즈 교환 버튼(302)은, 마운트부(301)에 장착된 교환 렌즈(2)를 제거할 때에 누르는 버튼이다.

그립부(303)는, 유저가 촬영 시에 촬상 장치(1)를 파지하는 부분이며, 피팅성을 높이기 위하여 손가락 형상에 맞춘 표면 요철이 형성되어 있다. 또한, 그립부(303)의 내부에는 전지 수납실 및 카드 수납실(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 전지 수납실에는 카메라의 전원으로서 전지(69B)(도 4 참조)가 수납되어 있고, 카드 수납실에는 촬영 화상의 화상 데이터를 기록하기 위한 메모리 카드(67)(도 4 참조)가 착탈 가능하게 수납되도록 되어 있다. 또한, 그립부(303)에는, 당해 그립부(303)를 유저가 파지했는지의 여부를 검출하기 위한 그립 센서를 설치하도록 해도 좋다.

모드 설정 다이얼(305) 및 제어값 설정 다이얼(306)은, 카메라 보디(10)의 상면과 대략 평행한 면내에서 회전 가능한 대략 원반 형상이 부재로 이루어진다. 모드 설정 다이얼(305)은, 자동 노출(AE) 제어 모드나 자동 초점(AF; 오토 포커스) 제어 모드, 혹은 1매의 정지 화상을 촬영하는 정지 화상 촬영 모드나 연속 촬영을 행하는 연속 촬영 모드 등의 각종 촬영 모드, 기록을 마친 화상을 재생하는 재생 모드 등, 촬상 장치(1)에 탑재된 모드나 기능을 택일적으로 선택하기 위한 것이다. 한편, 제어값 설정 다이얼(306)은, 촬상 장치(1)에 탑재된 각종 기능에 대한 제어값을 설정하기 위한 것이다.

셔터 버튼(307)은, 도중까지 누른 「반 누름 상태」의 조작과, 더욱 누른 「완전 누름 상태」의 조작이 가능하게 된 누름 스위치이다. 정지 화상 촬영 모드에 있어서 셔터 버튼(307)이 반 눌러지면, 피사체의 정지 화상을 촬영하기 위한 준비 동작(노출 제어값의 설정이나 초점 검출 등의 준비 동작)이 실행되고, 셔터 버튼(307)이 완전히 눌러지면, 촬영 동작(촬상 소자(101)(도 3 참조)를 노광하고, 그 노광에 의해 얻어진 화상 신호에 소정의 화상 처리를 실시하여 메모리 카드 등에 기록하는 일련의 동작)이 실행된다.

LCD(311)는, 화상 표시가 가능한 컬러 액정 패널을 구비하고 있으며, 촬상 소자(101)(도 3 참조)에 의해 촬상된 화상의 표시나 기록을 마친 화상의 재생 표시 등을 행함과 함께, 촬상 장치(1)에 탑재되는 기능이나 모드의 설정 화면을 표시하는 것이다. 또한, LCD(311) 대신에, 유기 EL나 플라즈마 표시 장치를 사용하도록 해도 좋다.

설정 버튼군(312)은, 촬상 장치(1)에 탑재된 각종 기능에 대한 조작을 행하는 버튼이다. 이 설정 버튼군(312)에는, 예를 들어 LCD(311)에 표시되는 메뉴 화면에서 선택된 내용을 확정하기 위한 선택 확정 스위치, 선택 취소 스위치, 메뉴 화면의 내용을 전환하는 메뉴 표시 스위치, 표시 온/오프 스위치, 표시 확대 스위치 등이 포함된다.

십자 키(314)는, 원 둘레 방향으로 일정 간격으로 배치된 복수의 가압부(도면 중의 삼각 표시의 부분)를 구비하는 환상의 부재를 갖고, 각 가압부에 대응하여 구비된 도시가 생략된 접점(스위치)에 의해 가압부의 가압 조작이 검출되도록 구성되어 있다. 또한, 푸시 버튼(315)은, 십자 키(314)의 중앙에 배치되어 있다. 십자 키(314) 및 푸시 버튼(315)은, 촬영 배율의 변경(줌렌즈(212)(도 4 참조)의 와이드 방향이나 텔레 방향으로의 이동), LCD(311) 등에 재생하는 기록 화상의 프레임 및 촬영 조건(조리개값, 셔터 속도, 플래시 발광의 유무 등)의 설정 등의 지시를 입력하기 위한 것이다.

EVF(316)는, 액정 패널(310)(도 3 참조)을 구비하고 있으며, 촬상 소자(101)(도 3 참조)에 의해 촬상된 화상의 표시나 기록을 마친 화상의 재생 표시 등을 행한다. 이 EVF(316)나 LCD(311)에 있어서, 본 촬영(화상 기록용의 촬영) 전에 촬상 소자(101)에 의해 순차적으로 생성되는 화상 신호에 기초하여 동화상적 형태로 피사체를 표시하는 라이브 뷰(프리뷰) 표시가 행해짐으로써, 유저는, 실제로 촬상 소자(101)에 의해 촬영되는 피사체를 시인하는 것이 가능하게 된다.

메인 스위치(317)는, 좌우로 슬라이드하는 2접점의 슬라이드 스위치로 이루어지고, 왼쪽으로 세트하면 촬상 장치(1)의 전원이 온되고, 오른쪽으로 세트하면 전원이 오프된다.

플래시부(318)는, 팝업식의 내장 플래시로서 구성되어 있다. 한편, 외부 플래시 등을 카메라 보디(10)에 설치하는 경우에는 접속 단자부(319)를 사용하여 접속한다.

아이 컵(321)은, 차광성을 갖고 EVF(316)에 대한 외광의 침입을 억제하는 「コ」자 형상의 차광 부재이다.

노출 보정 버튼(323)은, 노출값(조리개값이나 셔터 속도)을 수동으로 조정하기 위한 버튼이며, AE 로크 버튼(324)은, 노출을 고정하기 위한 버튼이다.

교환 렌즈(2)는, 피사체로부터의 광(광상)을 도입하는 렌즈 창으로서 기능함과 함께, 당해 피사체 광을 카메라 보디(10)의 내부에 배치되어 있는 촬상 소자(101)에 유도하기 위한 촬영 광학계로서 기능하는 것이다. 이 교환 렌즈(2)는, 상술한 렌즈 교환 버튼(302)을 누름 조작함으로써, 카메라 보디(10)로부터 제거하는 것이 가능하게 되어 있다.

교환 렌즈(2)는, 광축(LT)을 따라 직렬로 배치된 복수의 렌즈로 이루어지는 렌즈군(21)을 구비하고 있다(도 4 참조). 이 렌즈군(21)에는, 초점의 조절을 행하기 위한 포커스 렌즈(211)(도 4 참조)와, 배율 변경을 행하기 위한 줌렌즈(212)(도 4 참조)가 포함되어 있고, 각각 광축(LT)(도 3 참조) 방향으로 구동됨으로써, 배율 변경이나 초점 조절이 행해진다. 또한, 교환 렌즈(2)에는, 그 경동의 외주 적소에 상기 경동의 외주면을 따라 회전 가능한 조작 환이 구비되어 있으며, 상기한 줌렌즈(212)는, 매뉴얼 조작 혹은 오토 조작에 의해, 상기 조작 환의 회전 방향 및 회전량에 따라 광축 방향으로 이동하고, 그 이동처의 위치에 따른 줌 배율(촬영 배율)로 설정되도록 되어 있다.

[촬상 장치(1)의 내부 구성]

이어서, 촬상 장치(1)의 내부 구성에 대하여 설명한다. 도 3은, 촬상 장치(1)의 종단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 카메라 보디(10)의 내부에는, 촬상 소자(101), EVF(316) 등이 구비되어 있다.

촬상 소자(101)는, 카메라 보디(10)에 교환 렌즈(2)가 장착된 경우의 당해 교환 렌즈(2)가 구비하고 있는 렌즈군의 광축(LT) 상에 있어서, 광축(LT)에 대하여 수직이 되는 방향으로 배치되어 있다. 촬상 소자(101)로서는, 예를 들어 포토다이오드를 갖고 구성되는 복수의 화소가 매트릭스 형상으로 2차원 배치된 CMOS 컬러 에리어 센서(CMOS형의 촬상 소자)가 사용된다. 촬상 소자(101)는, 교환 렌즈(2)를 통과하여 수광된 피사체 광속에 관한 R(적), G(녹), B(청) 각 색 성분의 아날로그의 전기 신호(화상 신호)를 생성하여, R, G, B 각 색의 화상 신호로서 출력한다. 이 촬상 소자(101)의 구성에 대해서는, 상세히 후술한다.

촬상 소자(101)의 광축 방향 전방에는, 셔터 유닛(40)이 배치되어 있다. 이 셔터 유닛(40)은, 상하 방향으로 이동하는 막체를 구비하고, 그 개방 동작 및 폐쇄 동작에 의해 광축(LT)을 따라 촬상 소자(101)에 유도되는 피사체 광의 광로 개구 동작 및 광로 차단 동작을 행하는 메커니컬 포컬 플레인 셔터로서 구성되어 있다. 또한, 셔터 유닛(40)은, 촬상 소자(101)가 완전 전자 셔터 가능한 촬상 소자인 경우에는 생략 가능하다.

EVF(316)는, 액정 패널(310)과, 접안 렌즈(106)를 구비하고 있다. 액정 패널(310)은, 예를 들어 화상 표시가 가능한 컬러 액정 패널로서 구성되어 있고, 촬상 소자(101)에 의해 촬상된 화상의 표시가 가능하다. 접안 렌즈(106)는, 액정 패널(310)에 표시된 피사체상을 EVF(316)의 외측에 유도한다. 이러한 EVF(316)의 구성에 의해, 유저는, 촬상 소자(101)로 촬영되는 피사체를 시인할 수 있게 된다.

[촬상 장치(1)의 전기적 구성]

도 4는, 촬상 장치(1)의 전기적인 구성을 도시하는 블록도이다. 여기서, 도 1 내지 도 3과 동일한 부재 등에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 교환 렌즈(2)의 전기적 구성에 대하여 우선 설명한다.

교환 렌즈(2)는, 상술한 촬영 광학계를 구성하는 렌즈군(21) 외에, 렌즈 구동 기구(24)와, 렌즈 위치 검출부(25)와, 렌즈 제어부(26)와, 조리개 구동 기구(27)를 구비하고 있다.

렌즈군(21)에서는, 포커스 렌즈(211) 및 줌렌즈(212)와, 카메라 보디(10)에 구비된 촬상 소자(101)에 입사되는 광량을 조절하기 위한 조리개(23)가, 경동 내에 있어서 광축(LT)(도 3) 방향으로 보유 지지되고 있으며, 피사체의 광상을 도입하여 촬상 소자(101)에 결상시킨다. AF 제어에서는, 포커스 렌즈(211)가 교환 렌즈(2) 내의 AF 액추에이터(71M)에 의해 광축(LT) 방향으로 구동됨으로써 초점 조절이 행해진다.

포커스 구동 제어부(71A)는, 렌즈 제어부(26)를 통하여 메인 제어부(62)로부터 부여되는 AF 제어 신호에 기초하여, 포커스 렌즈(211)를 합초 위치에 이동시키기 위하여 필요한, AF 액추에이터(71M)에 대한 구동 제어 신호를 생성하는 것이다. AF 액추에이터(71M)는, 스테핑 모터 등으로 이루어지고, 렌즈 구동 기구(24)에 렌즈 구동력을 부여한다.

렌즈 구동 기구(24)는, 예를 들어 헬리코이드 및 상기 헬리코이드를 회전시키는 도시가 생략된 기어 등으로 구성되고, AF 액추에이터(71M)로부터의 구동력을 받아, 포커스 렌즈(211) 등을 광축(LT)과 평행한 방향으로 구동시키는 것이다. 또한, 포커스 렌즈(211)의 이동 방향 및 이동량은, 각각 AF 액추에이터(71M)의 회전 방향 및 회전 수에 수반한다.

렌즈 위치 검출부(25)는, 렌즈군(21)의 이동 범위 내에 있어서 광축(LT) 방향으로 복수개의 코드 패턴이 소정 피치로 형성된 인코드판과, 이 인코드판에 미끄럼 접촉하면서 렌즈와 일체적으로 이동하는 인코더 브러시를 구비하고 있으며, 렌즈군(21)의 초점 조절 시의 이동량을 검출한다. 또한, 렌즈 위치 검출부(25)에 의해 검출된 렌즈 위치는, 예를 들어 펄스 수로서 출력된다.

렌즈 제어부(26)는, 예를 들어 제어 프로그램 등을 기억하는 ROM이나 상태 정보에 관한 데이터를 기억하는 플래시 메모리 등의 메모리가 내장된 마이크로컴퓨터로 이루어져 있다.

또한, 렌즈 제어부(26)는, 커넥터(Ec)를 통하여 카메라 보디(10)의 메인 제어부(62) 사이에서 통신을 행하는 통신 기능을 갖고 있다. 이에 의해, 예를 들어 렌즈군(21)의 초점 거리, 사출동 위치, 조리개값, 합초 거리 및 주변 광량 상태 등의 상태 정보 데이터나, 렌즈 위치 검출부(25)에 의해 검출되는 포커스 렌즈(211)의 위치 정보를 메인 제어부(62)에 송신할 수 있음과 함께, 메인 제어부(62)로부터 예를 들어 포커스 렌즈(211)의 구동량의 데이터를 수신할 수 있다.

조리개 구동 기구(27)는, 커플러(75)를 통하여 조리개 구동 액추에이터(76M)로부터의 구동력을 받아, 조리개(23)의 조리개 직경을 변경하는 것이다.

계속해서, 카메라 보디(10)의 전기적 구성에 대하여 설명한다. 카메라 보디(10)에는, 상술한 촬상 소자(101), 셔터 유닛(40) 등 외에, AFE(아날로그 프론트 엔드)(5), 화상 처리부(61), 화상 메모리(614), 메인 제어부(62), 플래시 회로(63), 조작부(64), VRAM(65(65a, 65b)), 카드 인터페이스(I/F)(66), 메모리 카드(67), 통신용 인터페이스(I/F)(68), 전원 회로(69), 전지(69B), 셔터 구동 제어부(73A) 및 셔터 구동 액추에이터(73M), 조리개 구동 제어부(76A) 및 조리개 구동 액추에이터(76M)를 구비하여 구성되어 있다.

촬상 소자(101)는, 상술한 대로 CMOS 컬러 에리어 센서로 이루어지고, 후술하는 타이밍 제어 회로(51)에 의해, 당해 촬상 소자(101)의 노광 동작의 개시(및 종료)나, 촬상 소자(101)가 구비하는 각 화소의 출력 선택, 화소 신호의 판독 등의 촬상 동작이 제어된다.

AFE(5)는, 촬상 소자(101)에 대하여 소정의 동작을 행하게 하는 타이밍 펄스를 부여함과 함께, 촬상 소자(101)로부터 출력되는 화상 신호(CMOS 에리어 센서의 각 화소에 의해 수광된 아날로그 신호군)에 소정의 신호 처리를 실시하여, 디지털 신호로 변환하여 화상 처리부(61)에 출력하는 것이다. 이 AFE(5)는, 타이밍 제어 회로(51), 신호 처리부(52) 및 A/D 변환부(53) 등을 구비하여 구성되어 있다.

타이밍 제어 회로(51)는, 메인 제어부(62)로부터 출력되는 기준 클록에 기초하여 소정의 타이밍 펄스(수직 주사 펄스 φVn, 수평 주사 펄스 φVm, 리셋 신호 φVr 등을 발생시키는 펄스)를 생성하여 촬상 소자(101)에 출력하여, 촬상 소자(101)의 촬상 동작을 제어한다. 또한, 소정의 타이밍 펄스를 신호 처리부(52)나 A/D 변환부(53)에 각각 출력함으로써, 신호 처리부(52) 및 A/D 변환부(53)의 동작을 제어한다.

신호 처리부(52)는, 촬상 소자(101)로부터 출력되는 아날로그의 화상 신호에 소정의 아날로그 신호 처리를 실시하는 것이다. 이 신호 처리부(52)에는, CDS(상관 이중 샘플링) 회로, AGC(오토 게인 컨트롤) 회로 및 클램프 회로 등이 구비되어 있다. A/D 변환부(53)는, 신호 처리부(52)로부터 출력된 아날로그의 R, G, B의 화상 신호를, 타이밍 제어 회로(51)로부터 출력되는 타이밍 펄스에 기초하여, 복수의 비트(예를 들어 12비트)로 이루어지는 디지털의 화상 신호로 변환하는 것이다.

화상 처리부(61)는, AFE(5)로부터 출력되는 화상 데이터에 소정의 신호 처리를 행하여 화상 파일을 작성하는 것으로, 흑색 레벨 보정 회로(611), 화이트 밸런스 제어 회로(612) 및 감마 보정 회로(613) 등을 구비하여 구성되어 있다. 또한, 화상 처리부(61)에 도입된 화상 데이터는, 촬상 소자(101)의 판독에 동기하여 화상 메모리(614)에 일단 기입되고, 이후 이 화상 메모리(614)에 기입된 화상 데이터에 액세스하여, 화상 처리부(61)의 각 블록에 있어서 처리가 행해진다.

흑색 레벨 보정 회로(611)는, A/D 변환부(53)에 의해 A/D 변환된 R, G, B의 각 디지털 화상 신호의 흑색 레벨을, 기준의 흑색 레벨로 보정하는 것이다.

화이트 밸런스 보정 회로(612)는, 광원에 따른 백색의 기준에 기초하여, R(적), G(녹), B(청)의 각 색 성분의 디지털 신호의 레벨 변환(화이트 밸런스(WB) 조정)을 행하는 것이다. 즉 화이트 밸런스 제어 회로(612)는, 메인 제어부(62)로부터 부여되는 WB 조정 데이터에 기초하여, 촬영 피사체에 있어서 휘도나 채도 데이터 등으로부터 원래 백색이라고 추정되는 부분을 특정하고, 그 부분의 R, G, B 각각을 색 성분의 평균과, G/R비 및 G/B비를 구하고, 이것을 R, B의 보정 게인으로서 레벨 보정한다.

감마 보정 회로(613)는, WB 조정된 화상 데이터의 계조 특성을 보정하는 것이다. 구체적으로는 감마 보정 회로(613)는, 화상 데이터의 레벨을 색 성분마다 미리 설정된 감마 보정용 테이블을 사용하여 비선형 변환함과 함께 오프셋 조정을 행한다.

화상 메모리(614)는, 촬영 모드 시에 있어서, 화상 처리부(61)로부터 출력되는 화상 데이터를 일시적으로 기억함과 함께, 이 화상 데이터에 대하여 메인 제어부(62)에 의해 소정의 처리를 행하기 위한 작업 영역으로서 사용되는 메모리이다. 또한, 재생 모드 시에는, 메모리 카드(67)로부터 판독한 화상 데이터를 일시적으로 기억한다.

메인 제어부(62)는, 예를 들어 제어 프로그램을 기억하는 ROM이나 일시적으로 데이터를 기억하는 RAM 등의 기억부가 내장된 마이크로컴퓨터로 이루어지고, 촬상 장치(1) 각 부의 동작을 제어하는 것이다.

플래시 회로(63)는, 플래시 촬영 모드에 있어서, 플래시부(318) 또는 접속 단자부(319)에 접속되는 외부 플래시의 발광량을 메인 제어부(62)에 의해 설정된 발광량으로 제어하는 것이다.

조작부(64)는, 상술한 모드 설정 다이얼(305), 제어값 설정 다이얼(306), 셔터 버튼(307), 설정 버튼군(312), 십자 키(314), 푸시 버튼(315), 메인 스위치(317) 등을 포함하고, 조작 정보를 메인 제어부(62)에 입력하기 위한 것이다.

VRAM(65a, 65b)은, LCD(311) 및 EVF(316)의 화소 수에 대응한 화상 신호의 기억 용량을 갖고, 메인 제어부(62)와 LCD(311) 및 EVF(316) 사이의 버퍼 메모리이다. 카드 I/F(66)는, 메모리 카드(67)와 메인 제어부(62) 사이에서 신호의 송수신을 가능하게 하기 위한 인터페이스이다. 메모리 카드(67)는, 메인 제어부(62)로 생성된 화상 데이터를 보존하는 기록 매체이다. 통신용 I/F(68)는, 퍼스널 컴퓨터나 그 밖의 외부 기기에 대한 화상 데이터 등의 전송을 가능하게 하기 위한 인터페이스이다.

전원 회로(69)는, 예를 들어 정전압 회로 등으로 이루어지고, 메인 제어부(62) 등의 제어부, 촬상 소자(101), 그 밖의 각종 구동부 등, 촬상 장치(1) 전체를 구동시키기 위한 전압을 생성한다. 또한, 촬상 소자(101)에 대한 통전 제어는, 메인 제어부(62)로부터 전원 회로(69)에 부여되는 제어 신호에 의해 행해진다. 전지(69B)는, 알칼리 건전지 등의 1차 전지나, 니켈 수소 충전지 등의 2차 전지로 이루어지고, 촬상 장치(1) 전체에 전력을 공급하는 전원이다.

셔터 구동 제어부(73A)는, 메인 제어부(62)로부터 부여되는 제어 신호에 기초하여, 셔터 구동 액추에이터(73M)에 대한 구동 제어 신호를 생성하는 것이다. 셔터 구동 액추에이터(73M)는, 셔터 유닛(40)의 개폐 구동을 행하는 액추에이터이다.

조리개 구동 제어부(76A)는, 메인 제어부(62)로부터 부여되는 제어 신호에 기초하여, 조리개 구동 액추에이터(76M)에 대한 구동 제어 신호를 생성하는 것이다. 조리개 구동 액추에이터(76M)는, 커플러(75)를 통하여 조리개 구동 기구(27)에 구동력을 부여한다.

또한, 카메라 보디(10)는, 흑색 레벨 보정 회로(611)로부터 출력되는 흑색 레벨 보정을 마친 화상 데이터에 기초하여, 촬상 소자(101)를 사용한 오토 포커스(AF) 제어 시에 필요한 연산을 행하는 위상차 AF 연산 회로(77)를 구비하고 있다.

이어서, 이 위상차 AF 연산 회로(77)를 이용한 촬상 장치(1)의 위상차 AF 동작에 대하여 설명한다.

[촬상 장치(1)의 위상차 AF 동작에 대해서]

촬상 장치(1)에서는, 촬상 소자(101)에 있어서 사출동이 상이한 부분을 투과(통과)한 투과광을 수광함으로써 위상차 검출 방식의 초점 검출(위상차 AF)이 가능한 구성으로 되어 있다. 이 촬상 소자(101)의 구성과, 촬상 소자(101)를 이용한 위상차 AF의 원리를, 이하에서 설명한다.

도 5 및 도 6은, 촬상 소자(101)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

촬상 소자(101)에서는, 그 촬상면(101f)에 있어서 매트릭스 형상으로 규정된 복수의 AF 에리어(Ef) 각각에서 위상차 검출 방식의 초점 검출이 가능한 구성으로 되어 있다(도 5).

각 AF 에리어(Ef)에는, 집광 렌즈로서 기능하는 마이크로렌즈(ML)(파선 원으로 도시)와 포토다이오드 사이에 R(적), G(녹) 및 B(청)의 각 컬러 필터가 배치된 R 화소(111), G 화소(112) 및 B 화소(113)로 이루어지는 통상의 화소(이하에서는 「통상 화소」라고도 한다)(110)가 설치되어 있다. 한편, 각 AF 에리어(Ef)에는, 위상차 AF를 행하기 위하여 퓨필 분할 기능을 실현하는 화소의 페어(이하에서는 「 AF 화소쌍」이라고도 한다)(11f)가 설치되어 있다(도 6). 이러한 AF 에리어(Ef)에서는, AF 화소쌍(11f)의 화소보다 화소 수가 많은 통상 화소(110)에 의해, 원칙적으로는 피사체의 화상 정보가 취득되게 된다.

그리고 AF 에리어(Ef)에는, 상기한 퓨필 분할 기능을 갖지 않는 통상 화소(제2 화소)(110)의 수평 라인(이하에서는 「통상 화소 라인」이라고도 한다)으로서 G 화소(112)와 R 화소(111)가 수평 방향으로 교대로 배치된 Gr 라인(L1)과, B 화소(113)와 G 화소(112)가 수평 방향으로 교대로 배치된 Gb 라인(L2)이 형성되어 있다. 이 Gr 라인(L1)과 Gb 라인(L2)이 수직 방향으로 교대로 배치됨으로써 통상 화소(110)의 군(제2 화소군)에 의한 베이어 배열이 구성된다.

또한, AF 에리어(Ef)에는, 통상 화소(110)와 동일한 구성(직경 및 곡률)의 마이크로렌즈(ML)를 1개 구비한 AF 화소쌍(11f)이 수평 방향을 따라 반복 배열됨으로써, AF 화소쌍(11f)이 복수 인접하여 배치된 AF 라인(제1 화소쌍의 배열)(Lf)이 수직 방향으로 주기적으로 형성되어 있다. 또한, 수직 방향으로 인접하는 각 AF 라인(Lf) 사이에는, AF 라인(Lf)에서 결락하는 피사체의 화상 정보를 보완하는데 필요한 개수(예를 들어 4개 이상)의 통상 화소 라인을 설치하는 것이 바람직하다. 여기서, AF 라인(Lf)의 상하에 인접하는 2개의 통상 화소 라인의 조합으로서는, 동일 계통의 수평 라인(Gr 라인(L1)끼리나 Gb 라인(L2)끼리)이어도 좋고, 상이 계통의 수평 라인(한쪽이 Gr 라인(L1)이고 다른 쪽이 Gb 라인(L2))이어도 좋다.

이어서, 통상 화소(110)와 AF 화소쌍(11f)의 구성의 차이를 설명하지만, 우선 통상 화소(110)의 구성에 대하여 설명한다.

도 7은, 통상 화소(110)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다. 또한, 도 7에 도시한 통상 화소(110)의 배열은, 예를 들어 Gr 라인(L1)(도 6)에 설치되어 있는 것이다.

통상 화소(110)의 배열에서는, 수평 방향을 따라 피치 α로 배치된 복수의 광전 변환부(포토다이오드)(PD) 각각의 상방에, 마이크로렌즈(ML)가 설치되어 있다. 그리고, 마이크로렌즈(ML)와 광전 변환부(PD) 사이에, 3층의 메탈층, 구체적으로는 위에서부터 순차적으로 제1 메탈(41), 제2 메탈(42) 및 제3 메탈(43)이 배치되어 있다. 여기서, 제2 메탈(42) 및 제3 메탈(43)은, 전기 신호를 통과하는 배선(도 7에서는 배선이 지면의 수직 방향을 따라 배치)으로서 구성되어 있고, 제1 메탈(41)은, 그 접지면(접지면)으로서 구성되어 있다. 이 제1 메탈(41) 상에는, 컬러 필터(FL)가 배치됨과 함께, 컬러 필터(FL) 상에는 마이크로렌즈(ML)가 설치되어 있다. 컬러 필터(FL)에 관해서는, 예를 들어 Gr 라인(L1)에 배치된 통상 화소(110)의 배열에 있어서는 도 7과 같이 녹색의 필터(Fg)와 적색의 필터(Fr)가 교대로 배치되게 된다.

또한, 통상 화소(110)의 배열에서는, 각 마이크로렌즈(ML)의 사이를 통과한 불필요한 광이 광전 변환부(PD)에 의해 수광되는 것을 방지하기 위해, 각 마이크로렌즈(ML) 사이는 제1 메탈(41)로 차광되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 메탈(41)은, 마이크로렌즈(ML)의 바로 아래에 개구(OP)가 형성된 차광 마스크의 층으로서 기능하고 있다.

이어서, AF 화소쌍(11f)의 구성에 대하여 설명한다.

도 8 및 도 9는, AF 화소쌍(11f)의 구성을 설명하기 위한 종단면도 및 평면도이다. 또한, 도 8 및 도 9에 도시하는 AF 화소쌍(11f)의 배열은, AF 라인(Lf)(도 6)에 설치되어 있는 것이다.

AF 화소쌍(11f)은, 도 8에 도시한 바와 같이 교환 렌즈(2)에 관한 사출동의 좌측 부분(Qa)으로부터의 광속(Ta)과 우측 부분(Qb)으로부터의 광속(Tb)을 분리(퓨필 분할)시키기 위하여 마이크로렌즈(ML)의 광축(AX)을 걸쳐 한 쌍의 광전 변환부(PD)가 배치된 한 쌍의 화소(한 쌍의 제1 화소)(11a, 11b)로 구성되어 있다. 한 쌍의 광전 변환부(PD)는, 각각 통상 화소(110)의 광전 변환부(PD)(도 7)와 동등한 크기를 갖고 있으며, 수평 방향을 따라 통상 화소(110)와 동등한 피치 α로 인접하여 배치되어 있다.

이러한 AF 화소쌍(11f)에 있어서, 퓨필 분할을 고정밀도로 행하기 위해서는, 화소(이하에서는 「제1 AF 화소」라고도 한다)(11a)의 광전 변환부(PD)와, 화소(이하에서는 「제2 AF 화소」라고도 한다)(11b)의 광전 변환부(PD) 사이에 존재하는 빈 스페이스를 작게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 9와 같이 수평 방향으로 가늘고 긴 형상으로 되는 광전 변환부(PD)를 갖는 본 실시 형태의 촬상 소자(101)에서는, 광전 변환부(PD)의 길이 방향, 즉 수평 방향을 따라 AF 화소쌍(11f)을 배치하는 것이 적절하게 된다. 이로 인해, AF 화소쌍(11f)이 수평 방향을 따라 2개 이상 배열됨으로써 본 실시 형태의 AF 라인(Lf)이 형성되어 있다.

그리고, AF 화소쌍(11f)의 배열의 개략 구성은, 도 7에 도시한 통상 화소(110)의 배열에 대하여, 광전 변환부(PD)로부터 상방에 배치되는 부재, 즉 제1 내지 제3 메탈, 컬러 필터 및 마이크로렌즈를 수평 방향으로 반 피치 어긋나게 한 구성으로 되어 있다. 즉, AF 화소쌍(11f)에 있어서의 한 쌍의 광전 변환부(PD)와 마이크로렌즈(ML)의 배치 관계는, 통상 화소 라인에서 각 마이크로렌즈(ML) 중 AF 화소쌍(11f)의 마이크로렌즈(ML)에 대응한 특정한 마이크로렌즈(ML)를 각 광전 변환부(PD)에 대하여 수평 방향으로, 피치 α의 반(소정량)만 상대적으로 어긋나게 한 경우의 배치 구성에 상당하고 있다. 그리고, 이 배치 구성에 있어서 인접하는 상기 특정의 마이크로렌즈(ML) 사이에 차광부(LS)가 설치됨으로써 AF 화소쌍(11f)의 배열(AF 라인(Lf))이 형성되게 된다. 이렇게 AF 라인(Lf)은 통상 화소 라인에 대한 다소의 설계 변경으로 생성할 수 있기 때문에, AF 라인(Lf)의 설계나 제조를 간소화·용이화할 수 있다. 이하에서는, AF 라인(Lf)에 있어서 인접하는 마이크로렌즈(ML) 사이에 설치되는 차광부(LS)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

AF 라인(Lf)에 있어서는, 통상 화소(110)의 배열에 형성된 제1 메탈(41)의 개구(OP)(도 7)에 대하여 도 8이나 도 9에 도시한 바와 같이 1개 간격으로 제1 메탈(44)에 의한 차광이 행해지고 있다. 바꾸어 말하면, 인접하는 AF 화소쌍(11f)을 가장 근접하여 위상차 AF의 정밀도 향상을 도모하기 위해, AF 라인(Lf)에 있어서 인접하는 각 마이크로렌즈(ML) 사이에 설치되는 차광부(LS)의 배치 간격은, 통상 화소 라인에서 수평 방향으로 배치된 통상 화소(110)의 배열에 있어서의 1화소 간격의 간격과 동등하게 되어 있다. 구체적으로는, 도 7에 도시하는 통상 화소(110)의 배열에 있어서 개구(OP)가 형성되어 있던 개소(OQ)(도 8)가 제1 메탈(44)로 막히고, 그 위에 흑색의 컬러 필터(블랙 필터)(Fb)가 1화소 간격으로 적재되어 있다. 이렇게 블랙 필터(Fb)를 제1 메탈(44) 상에 배치하는 것은, 제1 메탈(44)의 상면이 노출되면 교환 렌즈(2)로부터 입사한 광이 반사하여 고스트 플레어를 발생시키므로, 이 반사광을 블랙 필터(Fb)에 의해 흡수시켜 고스트 플레어를 억제하기 위해서이다. 따라서, 본 실시 형태의 각 AF 화소쌍(11f)에서는, 한 쌍의 광전 변환부(PD)의 상방에, 개소(OQ)에 형성된 제1 메탈(44)과 블랙 필터(Fb)로 이루어지고 사출동을 통과한 피사체의 광속을 차광하는 2개의 차광 영역(Ea, Eb)이 형성된 차광부(LS)가 배치되어 있다. 이렇게 차광부(LS)에 있어서 블랙 필터(Fb)나 제1 메탈(메탈층)(44)에 의해 차광함으로써, 적절한 차광을 간이하게 행할 수 있게 된다. 그리고, 각 AF 화소쌍(11f)에서는, 한 쌍의 광전 변환부(PD)의 양단부 상방 각각으로부터 중앙으로 갈수록 넓어지는 2개의 차광 영역(Ea, Eb) 사이에 있던 1개의 마이크로렌즈(ML)가 설치되어 있다.

또한, AF 라인(Lf)에 있어서는, 제1 메탈(44)의 개구(OP) 상에 설치되는 컬러 필터로서 투명한 필터(Ft)가 채용되어 있다. 이에 의해, AF 화소쌍(11f)에 의해 수광하는 광량을 증가시켜, 감도의 향상이 도모된다.

또한, AF 라인(Lf)에서는, 제1 메탈(44)의 개구(OP) 바로 아래의 광로를 크게 확보하기 위해, 제2 메탈(45) 및 제3 메탈(46)을 개구(OP) 바로 아래의 공간으로부터 이격하도록 하고 있다. 즉, 도 7에 도시한 통상 화소(110)의 구성에 비하여 제2 메탈(45) 및 제3 메탈(46)이, 스페이스(SP)만큼 내측에 배치되어 있다. 이것은, 스페이스(SP) 내에 제2·제3 메탈이 존재하면 실제의 사출동이 (설계상) 상정한 것보다 크게 되어 있는 경우 등에, 그 상정 밖의 부분으로부터의 광속이 제2·제3 메탈 시에 반사하여 퓨필 분할에 악영향을 미칠 가능성이 있으므로, 이를 방지하기 위해서이다.

이상과 같은 구성의 AF 화소쌍(11f)에 의해, 사출동에 있어서의 퓨필 분할, 즉 사출동의 좌측 부분(Qa)으로부터의 광속(Ta)이 마이크로렌즈(ML) 및 투명한 컬러 필터(Ft)를 통과하여 제2 AF 화소(11b)의 광전 변환부(PD)에 의해 수광됨과 함께, 사출동의 우측 부분(Qb)으로부터의 광속(Tb)이 마이크로렌즈(ML) 및 필터(Ft)를 통과하여 제1 AF 화소(11a)의 광전 변환부(PD)에 의해 수광되게 된다. 바꾸어 말하면, AF 화소쌍(11f)에서는, 교환 렌즈(2)의 사출동에 있어서 수평 방향을 따라 서로 역방향으로 기운 한 쌍(좌측 부분 및 우측 부분)의 부분 영역(Qa, Qb)을 통과한 피사체의 광속(Ta, Tb)이 수광된다.

이하에서는, 제1 AF 화소(11a)에 있어서 얻어지는 수광 데이터를 「A 계열의 데이터」라고 칭하고, 제2 AF 화소(11b)에 있어서 얻어지는 수광 데이터를 「B 계열의 데이터」라고 칭하기로 하고 예를 들어, 어느 한 AF 라인(Lf)(도 6)에 배치된 AF 화소쌍(11f)의 군으로부터 얻어지는 A 계열의 데이터와 B 계열의 데이터를 나타낸 도 10 내지 도 14를 참조하여 위상차 AF의 원리를 설명한다.

도 10은, 초점면이 촬상 소자(101)의 촬상면(101f)으로부터 200㎛ 가까운 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이며, 도 11은, 초점면이 촬상면(101f)으로부터 100㎛ 가까운 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 도 12는, 초점면이 촬상면(101f)에 일치하고 있는 합초 상태의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 도 13은, 초점면이 촬상면(101f)으로부터 100㎛ 먼 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이며, 도 14는, 초점면이 촬상면(101f)으로부터 200㎛ 먼 측에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 여기서, 도 10 내지 도 14에 있어서는, 횡축이 AF 라인(Lf) 방향에 관한 제1 AF 화소(11a), 제2 AF 화소(11b)의 화소 위치를 나타내고, 종축이 제1 AF 화소(11a) 및 제2 AF 화소(11b) 각각의 광전 변환부(PD)로부터의 출력을 나타내고 있다. 또한, 도 10 내지 도 14에서는, 그래프(Ga1 내지 Ga5)(실선으로 도시)가 A 계열의 데이터를 나타내고, 그래프(Gb1 내지 Gb5)(파선으로 도시)가 B 계열의 데이터를 나타내고 있다.

도 10 내지 도 14에 있어서 A 계열의 그래프(Ga1 내지 Ga5)로 나타내는 각 A 계열의 상열과 B 계열의 그래프(Gb1 내지 Gb5)로 나타내는 각 B 계열의 상열을 비교하면, 디포커스량이 클수록, A 계열의 상열과 B 계열의 상열 사이에 발생하는 AF 라인(Lf)(수평 방향) 방향의 시프트량(어긋남량)이 증대하고 있는 것을 알았다.

이러한 한 쌍의 상열(A 계열 및 B 계열의 상열)에 있어서의 시프트량과, 디포커스량의 관계를 그래프화하면, 도 15에 도시하는 그래프(Gc)와 같이 표현된다. 이 도 15에 있어서는, 횡축이 A 계열의 상열의 무게 중심 위치에 대한 B 계열의 상열의 무게 중심 위치의 차(화소 피치)를 나타내고, 종축이 디포커스량(㎛)을 나타내고 있다. 또한, 각 상열의 무게 중심 위치(X_g)는, 예를 들어 다음과 같은 연산식 1에 의해 구해진다.

단, 상기 수학식 1에 있어서, X₁ 내지 X_n은, 예를 들어 AF 라인(Lf)에 있어서의 좌측 단부로부터의 화소 위치를 나타내고, Y₁ 내지 Y_n은, 각 위치(X₁ 내지 X_n)의 제1 AF 화소(11a), 제2 AF 화소(11b)로부터의 출력값을 나타내고 있다.

도 15에 도시하는 그래프(Gc)와 같이 한 쌍의 상열에 있어서의 무게 중심 위치의 차와 디포커스량의 관계는, 비례 관계로 되어 있다. 이 관계에 대해서, 디포커스량을 DF(㎛)로 하고 무게 중심 위치의 차를 C(㎛)로 하여 수학식으로 표현하면, 다음 수학식 2와 같다.

여기서, 상기 수학식 2의 계수 k는, 도 15의 그래프(Gc)에 관한 기울기(Gk)(파선으로 도시)를 나타내고 있으며, 공장 시험 등에 의해 사전에 취득할 수 있는 것이다.

이상에서, AF 화소쌍(11f)으로부터 얻어지는 A 계열의 데이터와 B 계열의 데이터에 관한 무게 중심 위치의 차(위상차)를 위상차 AF 연산 회로(77)에 의해 구한 후에, 상기 수학식 2를 이용하여 디포커스량을 산출하고, 산출된 디포커스량에 상당하는 구동량을 포커스 렌즈(211)에 부여함으로써, 검출된 초점 위치에 포커스 렌즈(211)를 이동시키는 오토 포커스(AF) 제어가 가능하게 된다. 또한, 상기한 디포커스량과 포커스 렌즈(211)의 구동량의 관계는, 카메라 보디(10)에 장착되어 있는 교환 렌즈(2)의 설계값으로부터 일의적으로 정해지는 것이다.

이상과 같은 촬상 장치(1)에 있어서는, 촬상 소자(위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자)(101)가, 도 7에 도시한 통상 화소(110)의 배열에 대하여 광전 변환부(PD)로부터 상방의 부재를 수평 방향으로 반 피치 어긋나게 하고, 1화소 간격으로 차광부(LS)(도 8)를 설치한 AF 라인(Lf)의 구성을 구비하고 있다. 그 결과, 촬상 소자(101)에서는, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있음과 함께, 화소의 미세화가 진행되어도 양호한 제조가 가능하게 된다. 또한, 상술한 특허문헌 2의 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자와 같이 메탈층(차광 마스크)의 작은 개구로 피사체 광속을 제한하여 퓨필 분할을 행하는 타입에 비하여, 필요한 광속이 커트되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 광전 변환부에서의 감도 저하를 억제할 수 있다. 또한, 특허문헌 2의 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자에서는, 작은 개구를 형성하는 메탈층이 광전 변환부 상에 돌출되어 노출되기 때문에 고스트 플레어의 원인이 될 가능성이 있지만, 본 실시 형태의 촬상 소자(101)에서는, 제1 메탈(메탈층)(44) 상에 블랙 필터(Fb)를 배치하고 있기 때문에, 고스트 플레어를 방지할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태에 관한 촬상 장치(1A)는, 도 1 내지 도 4에 도시한 촬상 장치(1)와 유사한 구성을 갖고 있지만, 촬상 소자의 구성이 상이하다.

즉, 촬상 장치(1A)에 설치되는 촬상 소자(101A)에 있어서는, 촬상면(101f)에 매트릭스 형상으로 규정된 각 AF 에리어(Efr)(도 5)의 구성이 상이하다. 이 AF 에리어(Efr)의 구성을, 이하에서 상세하게 설명한다.

도 16은, 촬상 소자(101A)에 규정되는 AF 에리어(Efr)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 형태의 AF 에리어(Efr)에는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는 통상 화소(110)의 수평 라인인 Gr 라인(L1) 및 Gb 라인(L2)이 형성되어 있다. 한편, AF 에리어(Efr)에 형성되는 AF 라인(Lfr)에는, 제1 실시 형태의 AF 라인(Lf)에 설치된 마이크로렌즈(ML)나 상기한 통상 화소(110)에 설치된 마이크로렌즈(ML)보다 직경이 큰 마이크로렌즈(MLr)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성의 마이크로렌즈(MLr)를 구비한 AF 화소쌍(11fr)에 대하여 이하에서 설명한다.

도 17은, 도 8에 대응하고 있으며, AF 화소쌍(11fr)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.

AF 화소쌍(11fr)은, 한 쌍의 화소(11c, 11d)로 이루어지고, 제1 실시 형태의 AF 화소쌍(11f)과 마찬가지의 구성을 갖는 광전 변환부(PD), 제2·제3 메탈(45, 46) 및 투명·흑색의 컬러 필터(Ft, Fb)를 구비하고 있다. 한편, AF 화소쌍(11fr)은, 제1 실시 형태와 달리, 상술한 대형의 마이크로렌즈(MLr)와, 이 마이크로렌즈(MLr)에 대응한 대형의 개구(OPr)가 제1 메탈(44r)에 형성되어 있다. 이 제1 메탈(44r)의 개구(OPr)는, 투명한 필터(Ft)보다 약간 작은 크기로 되어 있고, 도 8에 도시하는 제1 실시 형태의 개구(OP)나 통상 화소(110)의 개구(OP)에 대하여 대형화되어 있다. 즉, AF 라인(Lfr)에 설치되는 각 마이크로렌즈(MLr)의 하방에는, 통상 화소(110)에 설치되는 각 마이크로렌즈(ML)의 하방에 형성된 개구(OP)보다 큰 제1 메탈(차광 마스크)(44r)의 개구(OPr)가 형성되어 있다.

여기서, AF 화소쌍(11fr)의 마이크로렌즈(MLr)에 대해서는, 단순히 통상 화소(110)의 마이크로렌즈(ML)의 직경을 단순히 크게 할 뿐만 아니라, 곡률을 크게(곡률 반경을 작게) 하여 퓨필 분리의 정밀도를 향상하는 것이 바람직하다. 이에 관하여, 도 18을 참조하여 설명한다.

도 18은, 마이크로렌즈의 직경·곡률과 퓨필 분리의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 18의 (a)는, 예를 들어 제1 실시 형태와 같이 통상 화소(110)의 마이크로렌즈(ML)를 AF 화소쌍(11f)에 의해 채용하는 경우에 있어서의 퓨필 분할의 상태를 나타내고 있다. 여기서, 광전 변환부(PD)의 상면(수광면)에서는, 예를 들어 사출동의 좌측·우측 부분으로부터의 광속(Ta, Tb)이 폭(W1a, W1b)으로 넓어지고 있다.

여기서, 집광 효율을 향상시키기 위하여 도 18의 (a)에 도시하는 마이크로렌즈(ML)를 단순히 대형화시킨 마이크로렌즈(MLs)(도 18의 (b))에서는, 마이크로렌즈의 직경이 커진 만큼, 광전 변환부(PD)의 수광면에 있어서 사출동의 좌측·우측 부분으로부터의 광속(Ta, Tb)이, 도 18의 (a)의 경우보다 큰 폭(W2a, W2b)으로 넓어지게 된다.

따라서, 도 18의 (b)에 도시한 바와 같은 수광면에서의 광속(Ta, Tb)의 확대를 억제하기 위하여, 통상 화소(110)에 설치되는 마이크로렌즈(ML)의 곡률을 크게 한 마이크로렌즈(MLr)(도 18의 (c))를 생각한다. 이 마이크로렌즈(MLr)에서는, 마이크로렌즈(ML)보다 곡률이 커진 만큼, 광전 변환부(PD)의 수광면에 있어서 사출동의 좌측·우측 부분으로부터의 광속(Ta, Tb)이, 도 18의 (b)의 경우보다 작은 폭(W3a, W3b)만큼 넓어지게 된다. 그 결과, 예를 들어 도 18의 (c)에 도시한 바와 같이 사출동의 좌측 부분으로부터의 광속(Ta)을 우측의 광전 변환부(PD)만으로 수광하고, 사출동의 우측 부분으로부터의 광속(Tb)을 좌측의 광전 변환부(PD)만으로 수광하는 것이 가능하게 되기 때문에, 양호한 퓨필 분할에 의한 위상차 AF의 정밀도 향상이 도모된다.

이상과 같은 구성을 갖는 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자(101A)를 구비한 촬상 장치(1A)에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 촬상 소자(101A)에서는, AF 화소쌍(11fr)에 있어서의 마이크로렌즈(MLr)의 직경 및 제1 메탈(44r)의 개구(OPr)가 통상 화소(110)에 설치되는 각 마이크로렌즈(ML) 및 제1 메탈(41)의 개구(OP)보다 크기 때문에, AF 화소쌍(11f)에 있어서의 각 화소의 감도 향상이 도모된다.

<변형예>

·상기한 제1 실시 형태에 있어서의 촬상 소자에 대해서는, 도 8과 같이 블랙 필터(Fb) 바로 아래의 개소(OQ)가 막힌 제1 메탈(44)을 채용하는 것은 필수가 아니며, 도 19와 같이 블랙 필터(Fb) 바로 아래에 개구(OP)가 형성된 제1 메탈(44a)을 채용하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 블랙 필터(Fb)를 투과하는 광이, 그 바로 아래의 광전 변환부(PD)에 의해 수광되는 것을 억제하기 위해, 블랙 필터(Fb)는 투과율이 낮은 것(예를 들어 3% 이하)을 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 블랙 필터(Fb) 바로 아래에 개구(OP)를 형성하는 것으로 하면, AF 라인(Lf)에 있어서도, 통상 화소(110)의 배열과 마찬가지의 피치로 제1 메탈에 개구(OP)를 형성할 수 있어, 통상 화소(110)에 있어서의 제1 메탈의 설계를 유용할 수 있다. 또한, 도 19와 같이 블랙 필터(Fb) 바로 아래에 개구(OP)가 형성된 제1 메탈(44a)을 채용하는 것은, 제2 실시 형태의 촬상 소자로도 가능하다.

한편, 상기한 각 실시 형태에서는, 도 8이나 도 17과 같은 구성에 있어서 블랙 필터(Fb)를 생략하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 상술한 바와 같이 제1 메탈이 노출되어 고스트 플레어가 걱정되지만, 이것은 예를 들어 제1 메탈의 상면을 흑색으로 착색하거나, 흑색의 도전성 재료로 형성된 도전층을 제1 메탈로서 채용하거나 하여 억제하는 것이 가능하다.

·상기한 제1 실시 형태에 있어서의 촬상 소자에 대해서는, 도 6과 같이 AF 화소쌍(11f)만으로 구성되는 AF 라인(Lf)을 갖는 AF 에리어(Ef)를 채용하는 것은 필수가 아니며, 도 20과 같이 AF 화소쌍(11fa) 사이에 통상 화소(110)가 개재 삽입된 AF 라인(Lfa)을 갖는 AF 에리어(Efa)를 채용해도 좋다. 이 경우에는, AF 화소쌍(11f)에서 결락하는 피사체의 화상 정보를, AF 라인(Lfa)에 개재 삽입된 통상 화소(110)의 화상 정보를 이용하여 보완할 수 있기 때문에, 화상 품질의 향상이 도모된다. 또한, 도 20과 같이 AF 라인(Lfa)에 있어서 AF 화소쌍(11fa)의 사이에 통상 화소(110)를 개재 삽입하는 것은, 제2 실시 형태의 촬상 소자로도 가능하다.

·상기한 각 실시 형태에 있어서는, 통상 화소(110)의 수평 라인에 형성되는 제1 메탈(41)의 각 개구(OP)에 대하여 1개 간격으로 개구(OP)를 형성한 AF 라인을 채용하는 것은 필수가 아니며, 2개 간격이나, 3개 간격 이상으로 개구(OP)를 형성한 AF 라인을 채용해도 좋다.

·상기한 각 실시 형태에 있어서의 AF 라인에 대해서는, 광전 변환부(PD)보다 상방의 부재(마이크로렌즈나 컬러 필터)를 통상 화소(110)의 수평 라인에 대하여 반 피치 어긋나게 하는 것은 필수가 아니며, 광전 변환부(PD)보다 상방의 부재는 그대로 하고 광전 변환부(PD)쪽을 통상 화소(110)의 수평 라인에 대하여 반 피치 어긋나게 하도록 해도 좋다. 이렇게 광전 변환부(PD)보다 상방의 부재를 광전 변환부(PD)에 대하여 상대적으로 반 피치 어긋나게 함으로써, 상술한 각 실시 형태의 효과가 발휘된다.

·상기한 각 실시 형태에 있어서는, AF 라인(Lf)을 구비한 촬상 소자(101)를, 일안 리플렉스 타입의 디지털 카메라에 설치하는 것은 필수가 아니며, 컴팩트 타입의 디지털 카메라에 설치해도 좋다.

·상기한 각 실시 형태에 있어서의 AF 화소쌍에 대해서는, 제1 메탈(44)의 개구(OP) 상에 투명한 컬러 필터를 설치하는 것은 필수가 아니며, 핀트 맞춤의 정밀도를 중시하는 관점에서 시감도 특성이 우수한 녹색의 컬러 필터를 설치해도 좋고, 또한 적색이나 청색의 컬러 필터를 설치해도 좋다.

·상기한 각 실시 형태에 있어서는, 블랙 필터(Fb) 상에 마이크로렌즈를 설치하도록 해도 좋다. 이렇게 마이크로렌즈를 설치하는 것으로 하면, 통상 화소(110)의 배열과 마찬가지의 피치로 마이크로렌즈를 배치할 수 있어, 통상 화소(110)에 있어서의 마이크로렌즈의 배치 설계를 유용할 수 있다.

·상기한 각 실시 형태에 있어서는, AF 화소쌍(11f)의 각 화소로부터의 출력 밸런스를 양호하게 하는데 적합한 반 피치(5할의 피치)의 어긋남을 발생시키는 것은 필수가 아니며, 예를 들어 임의(예를 들어 4할 정도)의 피치의 어긋남을 발생시켜도 좋다. 이 경우에는, 사출동이 이등분되지 않게 되기 때문에 제1 AF 화소와 제2 AF 화소 사이에서 출력의 언밸런스가 발생하지만, 예를 들어 수광량이 작은 쪽의 화소 출력에, 각각의 화소에 의해 수광되는 사출동의 각 부분 영역에 관한 면적비 등에 기초하는 게인 β를 승산하여 언밸런스를 개선하는 처치를 실시하는 것이 가능하다.

·본 발명에 있어서의 「소정의 피치의 반」이란, 소정의 피치에 대한 50%의 피치를 포함하는 것은 물론, 이 50%에 제조 오차 등의 변동분(γ)을 가미한 (50±γ)%의 범위 내의 피치까지 포함하는 것이다.

1, 1A: 촬상 장치
2: 교환 렌즈
10: 카메라 보디
11a, 11c: 제1 AF 화소
11b, 11d: 제2 AF 화소
11f, 11fr: AF 화소쌍
41, 44, 44a, 44r: 제1 메탈
42, 45: 제2 메탈
43, 46: 제3 메탈
62: 메인 제어부
77: 위상차 AF 연산 회로
101, 101A: 촬상 소자
101f: 촬상면
110: 통상 화소
Ef, Efa, Efr: AF 에리어
Fb: 흑색의 컬러 필터(블랙 필터)
Lf, Lfa, Lfr: AF 라인
ML, MLr: 마이크로렌즈
Qa: 사출동의 좌측 부분
Qb: 사출동의 우측 부분
PD: 광전 변환부

Claims

촬상 소자로서,
촬영 광학계의 사출동에 있어서 소정 방향을 따라 서로 역방향으로 기운 한 쌍의 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광함으로써 퓨필 분할 기능을 실현하는 한 쌍의 제1 화소와,
상기 퓨필 분할 기능을 갖지 않는 제2 화소로 이루어지는 제2 화소군을 구비하고 있으며,
상기 제2 화소군은,
상기 소정 방향을 따라 소정의 피치로 배치된 복수의 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환부 각각의 상방에 설치된 각 마이크로렌즈를 가짐과 함께,
상기 한 쌍의 제1 화소는,
상기 복수의 광전 변환부 각각과 동등한 크기를 갖고, 상기 소정 방향을 따라 상기 소정의 피치로 인접하여 배치된 한 쌍의 광전 변환부를 갖고,
상기 한 쌍의 광전 변환부의 상방에는, 상기 사출동을 통과한 광속을 차광하는 2개의 차광 영역을 갖는 차광부와, 상기 2개의 차광 영역에 협지된 1개의 마이크로렌즈가 설치되어 있는, 촬상 소자.
제1항에 있어서, 상기 소정 방향을 따라 상기 한 쌍의 제1 화소가 복수 인접하여 배치된 제1 화소쌍의 배열을 구비하고 있으며,
상기 제1 화소쌍의 배열에 있어서의 상기 한 쌍의 광전 변환부와 상기 1개의 마이크로렌즈의 배치 관계는, 상기 제2 화소군에서 상기 복수의 광전 변환부에 대하여 상기 각 마이크로렌즈 중 소정의 마이크로렌즈를 상기 소정 방향으로 소정량만큼 상대적으로 어긋나게 한 경우의 배치 구성에 상당하고,
상기 제1 화소쌍의 배열은, 상기 배치 구성에 있어서 인접하는 상기 소정의 마이크로렌즈 사이에 상기 차광부가 설치됨으로써 형성되는, 촬상 소자.
제2항에 있어서, 상기 소정량은, 상기 소정의 피치의 반인, 촬상 소자.
제2항에 있어서, 상기 제1 화소쌍의 배열에 있어서 인접하는 상기 1개의 마이크로렌즈의 사이에 설치되는 상기 차광부의 배치 간격은, 상기 제2 화소군에서 상기 소정 방향으로 배치된 상기 제2 화소의 배열에 있어서의 1화소 간격의 간격과 동등한, 촬상 소자.
제1항에 있어서, 상기 차광부에서는, 흑색의 컬러 필터에 의해 차광하는, 촬상 소자.
제1항에 있어서, 상기 차광부에서는, 소정의 메탈층에 의해 차광하는, 촬상 소자.
제1항에 있어서, 상기 1개의 마이크로렌즈의 직경은, 상기 각 마이크로렌즈의 직경보다 큰, 촬상 소자.
제7항에 있어서, 상기 각 마이크로렌즈의 하방에는 차광 마스크의 제1 개구가 형성됨과 함께,
상기 1개의 마이크로렌즈의 하방에는, 상기 제1 개구보다 큰 차광 마스크의 제2 개구가 형성되는, 촬상 소자.
제1항에 있어서, 상기 1개의 마이크로렌즈의 곡률은, 상기 각 마이크로렌즈의 곡률보다 큰, 촬상 소자.
촬상 장치로서,
촬영 광학계와,
상기 촬영 광학계의 사출동을 통과한 피사체 광속을 수광하는 촬상 소자를 구비하고 있으며,
상기 촬상 소자는,
상기 사출동에 있어서 소정 방향을 따라 서로 역방향으로 기운 한 쌍의 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광함으로써 퓨필 분할 기능을 실현하는 한 쌍의 제1 화소와,
상기 퓨필 분할 기능을 갖지 않는 제2 화소로 이루어지는 제2 화소군을 갖고,
상기 제2 화소군은,
상기 소정 방향을 따라 소정의 피치로 배치된 복수의 광전 변환부와,
상기 복수의 광전 변환부 각각의 상방에 설치된 각 마이크로렌즈를 가짐과 함께,
상기 한 쌍의 제1 화소는,
상기 복수의 광전 변환부 각각과 동등한 크기를 갖고, 상기 소정 방향을 따라 상기 소정의 피치로 인접하여 배치된 한 쌍의 광전 변환부를 갖고,
상기 한 쌍의 광전 변환부의 상방에는, 상기 사출동을 통과한 광속을 차광하는 2개의 차광 영역을 갖는 차광부와, 상기 2개의 차광 영역에 협지된 1개의 마이크로렌즈가 설치되어 있는, 촬상 장치.