JP2000292686A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新たな機構や光学系を追加することなく、低コ
スト且つ省スペースで、より広い焦点検出領域を有し、
ＡＦスピードを向上させ、且つ正確な焦点調節を行うこ
とが可能な焦点調節機能を有する撮像装置を提供する。 【解決手段】本発明は、撮像素子６が、撮像用領域部と
焦点検出用領域部とを有し、特に焦点検出ブロック列が
複数の領域に複数配置して形成されている。そして、広
視野な焦点検出領域を有し、高速で高精度な焦点調節を
実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焦点調節機能を有
し、更に電子的な撮像素子を用いて撮影を行う撮像装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子的な撮像素子を使用し
て、被写体像を電子的に撮像する撮像装置に関する種々
の技術が開示されている。

【０００３】例えば、特開平１０−２１３７３７号公報
では、オートフォーカス（以下、ＡＦと称する）方式と
して所謂「山登り方式」を採用した撮像装置に関する技
術が開示されている。この山登り方式は、撮像素子で撮
像した被写体像のコントラストが最大になる撮影レンズ
位置を探索する方式である。

【０００４】また、特開平１０−１９７７８３号公報で
は、ＴＴＬ位相差検出方式を採用した撮像装置に関する
技術が開示されている。かかるＴＴＬ位相差検出方式で
は、絞り部材を駆動して瞳分割を時分割で行い、その瞳
を通過した光束を撮像素子で受光して位相差検出を行っ
ている。

【０００５】一方、特公昭５７−４９８４１号公報で
は、ＴＴＬ位相差検出装置に関する技術が開示されてい
る。これは、フライレンズ方式と呼ばれる方式であり、
レンズアレイを通過した光束を、ラインセンサを成す一
対の受光素子で受光し、ラインセンサの信号を処理して
像ずれ量、即ち位相差量を計算し、フォーカシンクレン
ズの繰り出し量にフィードバックして焦点調節を行うも
のである。

【０００６】また、特開平１０−２７４５６２号公報で
は、再結像方式を採用したＴＴＬ位相差検出装置に関す
る技術が開示されている。これに対して、更に特開平８
−２０１６８３号公報では、複数の焦点検出領域を有す
る再結像方式ＴＴＬ位相差検出装置に関する技術が開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記山登り方
式では、撮影レンズを移動させて撮像素子の被写体像の
コントラストのピークを探すので、ＡＦ速度が遅いとい
った問題がある。

【０００８】また、上記特開平１０−１９７７８３号公
報により示された技術では、機械的機構による絞り部材
を駆動して瞳分割を行うので、駆動機構が必要になり、
実装スペースを要するため小型化が困難である。さら
に、分割する複数個の分割された瞳の形成に時間差が発
生するため、移動する被写体に対して検出精度が大幅に
劣化するという問題もある。さらに、メカニカルな絞り
部材を移動させるために時間を要し、ＡＦ速度が遅くな
るという問題も発生する。

【０００９】一方、上記特公昭５７−４９８４１号公報
により開示された焦点検出装置では、撮影レンズを通過
した被写体からの光束の一部を分割して導かねばなら
ず、光学的な制約やスペース的な制約を受けるといった
問題が生じる。

【００１０】また、上記特開平１０−２７４５６２号公
報により開示された焦点検出装置は、上記光路分割の問
題の他に再結像光学系が必要であり、更にスペース的な
制約が大きくなるといった問題を有している。

【００１１】そして、上記特開平８−２０１６８３号公
報により開示された焦点検出装置は、複数の焦点検出領
域に対して、それぞれ再結像光学系やＡＦセンサを必要
とするので、更なるコストアップ、スペース増大を招い
てしまう。

【００１２】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、新たな機構や光学系を追
加することなく、低コスト且つ省スペースで、より広い
焦点検出領域を有し、ＡＦスピードを向上させ、且つ正
確な焦点調節を行うことが可能な焦点調節機能を有する
撮像装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様では、撮影レンズを通過した被
写体像光を受光する撮像素子を有する撮像装置におい
て、上記撮影レンズを通過する被写体像光を受光する第
１受光素子群と、該第１受光素子群に対して被写体像光
を集光する第１微小レンズ群と、を配列して有し、撮像
を行うために上記第１受光素子群の出力を発生する撮像
用領域部と、上記撮影レンズを通過する被写体像光の光
束を瞳分割する第２微小レンズ群と、上記第２微小レン
ズ群により瞳分割された光束をそれぞれ受光する一対の
第２受光素子群と、を配列して有し、焦点検出を行うた
めに上記一対の受光素子群の出力を発生する焦点検出用
領域部と、を具備し、上記第２微小レンズ群と上記一対
の第２受光素子群とを規則的に配列した焦点検出ブロッ
ク列を、複数の領域に複数配置して形成したことを特徴
とする撮像装置が提供される。

【００１４】そして、第２の態様では、上記第１の態様
において、上記複数の領域に配置された複数の上記焦点
検出ブロック列は、上記第２微小レンズ群の瞳分割方向
及び上記一対の第２受光素子群の配列方向が、互いに異
なるように配置されていることを特徴とする撮像装置が
提供される。

【００１５】さらに、第３の態様では、上記第１の態様
において、上記撮像用領域部の上記第１受光素子群と、
上記焦点検出用領域部の第２受光素子群とは、該撮像素
子上における配列ピッチが異なることを特徴とする撮像
装置が提供される。

【００１６】上記第１乃至第３の態様によれば以下の作
用が奏される。

【００１７】即ち、本発明の第１の態様では、撮影レン
ズを通過した被写体像光を受光する撮像素子を有する撮
像装置において、撮像用領域部では、第１受光素子群に
より上記撮影レンズを通過する被写体像光が受光され、
第１微小レンズ群により該第１受光素子群に対して被写
体像光が集光され、撮像を行うために上記第１受光素子
群の出力が発生される。焦点検出用領域部では、第２微
小レンズ群により上記撮影レンズを通過する被写体像光
の光束が瞳分割され、一対の第２の受光素子群により上
記第２微小レンズ群により瞳分割された光束がそれぞれ
受光され、焦点検出を行うために上記一対の受光素子群
の出力が発生される。そして、上記第２微小レンズ群と
上記一対の第２受光素子群とを規則的に配列した焦点検
出ブロック列が、複数の領域に複数配置して形成されて
いる。

【００１８】そして、第２の態様では、上記第１の態様
において、上記複数の領域に配置された複数の上記焦点
検出ブロック列は、上記第２微小レンズ群の瞳分割方向
及び上記一対の第２受光素子群の配列方向が、互いに異
なるように配置されている。さらに、第３の態様では、
上記第１の態様において、上記撮像用領域部の上記第１
受光素子群と、上記焦点検出用領域部の第２受光素子群
とは、該撮像素子上における配列ピッチが異なる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００２０】図１は本発明の第１の実施の形態に係る撮
像装置の光学系の構成図である。

【００２１】同図に示されるように、被写体光の入射を
受けるフォーカシングレンズ１ａが所定位置に配置され
ており、その光軸上に絞り２が配置されている。これら
フォーカシングレンズ１ａと絞り２等により撮影光学系
１が構成される。上記撮影光学系１を介した被写体光の
光路上には、ビームスプリッタ３が配置されており、当
該ビームスプリッタ３で反射された光の光路上には赤外
カットフィルタ４、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと
称する）５、撮像素子６が設けられている。

【００２２】一方、上記ビームスプリッタ３を透過した
光の光路上にはミラー７、ペンタプリズム８、接眼レン
ズ９からなるファインダ光学系１０が設けられている。

【００２３】尚、上記絞り２は、所定の絞り開口を保持
することが可能であると共に、シャッタ機能を有してお
り、完全に遮光する機能も有している。

【００２４】このような構成において、撮影光学系１を
通過した被写体光束の一部は、ビームスプリッタ３によ
り下方に反射され、赤外光カットフィルタ４により赤外
光成分が除去され、ＬＰＦ５によりモアレが低減された
後、撮像素子６で撮像されることになる。上記ビームス
プリッタ３を透過した被写体光束の一部は、ミラー７で
反射された後、ペンダプリズム８、接眼レンズ９等から
構成されるファインダ光学系１０に導かれ、撮影者によ
り観察される。

【００２５】次に図２は第１の実施の形態に係る撮像装
置の電気系の構成図である。

【００２６】同図に示されるように、マイコン３１は、
全体の制御を司る中央演算処理部（以下、ＣＰＵと称す
る）３１ａと、リードオンリメモリ（以下、ＲＯＭと称
する）３１ｂ、ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭ
と称する）３１ｃ、アナログ／デジタル変換器（以下、
ＡＤＣと称する）３１ｄ、不揮発性メモリたるＥＥＰＲ
ＯＭ３１ｅを少なくとも有している。

【００２７】さらに、上記マイコン３１は、レンズ駆動
部３２、絞り駆動部３３、撮像素子制御部４３、表示部
４６、ファーストレリーズスイッチ（以下、１ＲＳＷと
称する）４７、セカンドレリーズスイッチ（以下、２Ｒ
ＳＷと称する）４８、エリア選択ＳＷ４９と電気的に接
続されている。

【００２８】そして、上記撮像素子制御部４３の出力は
撮像素子１６（図１の撮像素子６と同一）の入力に接続
されており、当該撮像素子１６の出力は映像信号処理部
４２の入力に接続されている。そして、この映像信号処
理部４２の出力は、記録部４４、測光・露出演算部４
５、表示部４６、焦点検出演算部５０、オートホワイト
バランス（以下、ＡＷＢと称する）部５１の入力にそれ
ぞれ接続されている。

【００２９】そして、上記測光・露出演算部４５の出力
と、上記焦点検出演算部５０の出力は上記マイコン３１
の入力に接続されている。

【００３０】このような構成において、上記マイコン３
１は、その内部のＲＯＭ３１ｂに格納されたシーケンス
プログラムに従って一連の動作を行う。また、上記マイ
コン３１の内部のＥＥＰＲＯＭ３１ｅには、焦点調節、
測光・露出演算、ＡＷＢ等に関する補正データがカメラ
毎に記憶されている。上記撮像素子６は、撮影光学系１
により形成される被写体像を撮像して電気信号に変換す
る。

【００３１】上記映像信号処理部４２は、撮像素子６か
らの画素信号である電気信号を処理して映像信号を作成
する。その詳細な構成は後述する。

【００３２】上記測光・露出演算部４５は、上記映像信
号処理部４２において処理された映像信号に基づいて測
光値、露出制御値を算出する。また、撮像素子制御部４
３は、上記測光・露出演算部４５の出力であるシャッタ
スピードに基づいて、撮影時の撮像素子６の電子シャッ
タを制御する。この実施の形態では、上記測光部・露出
演算部４５の露出演算により算出された絞り値データに
基づいて、撮影時に撮影光学系１内の絞り２の制御が行
われることになる。

【００３３】上記絞り駆動部３３は、マイコン３１から
の司令に基づいて、絞り２を駆動する。さらに、焦点検
出演算部５０は、上記映像信号処理部４２において処理
された映像信号に基づいて焦点検出演算を行う。この焦
点検出演算の結果、合焦の判定データやフォーカシンク
レンズ駆動量等をマイコン３１に送信する。

【００３４】上記ＡＷＢ部５１は、上記映像信号処理部
４２において処理された映像信号に基づいてホワイトバ
ランスを自動的に制御する。表示部４６は、マイコン３
１の制御の下、撮像素子６により撮像された映像やカメ
ラ内部の情報を液晶表示素子（LCD；liquid Crystal
Display）等により表示する。

【００３５】１ＲＳＷ４７，２ＲＳＷ４８はレリーズボ
タンに連動したスイッチで、レリーズボタンの第１段階
の押し下げにより１ＲＳＷ４７がオンし、引き続いて第
２段階の押し下げで２ＲＳＷ４８がオンする。エリア選
択ＳＷ４９はＡＦエリアを選択するためのスイッチであ
り、オンする毎に予め決まられたＡＦエリアを移動選択
する。マイコン３１は１ＲＳＷ４７オンで測光、ＡＦ動
作を行い、２ＲＳＷ４８オンで露出動作と画像記録動作
を行う。

【００３６】以上の他、レンズ駆動部３２は、マイコン
３１からの司令に基づいて、フォーカシンクレンズ１ａ
を駆動する。

【００３７】ここで、図３は上記撮像素子６の詳細な構
成を示す図である。

【００３８】同図に示されるように、ＭＯＳ型センサた
る撮像素子６は、受光素子であるフォトダイオードをそ
れぞれ含む複数の画素ユニット１１０が二次元状に配列
され、制御部１１１により各画素ユニット１１０の蓄積
動作が制御されるような構成となっている。上記制御部
１１１は、Ｘシフトレジスタ１１２，Ｙシフトレジスタ
１１３を制御して、画素ユニットの出力Ｓｎをスイッチ
ＳＷｘｎ，ＳＷｙｎ選択して、出力部１１４により外部
に出力する。

【００３９】さらに、図４（ｃ）には、上記撮像素子６
を機能的に２つの部分に分けて示し説明する。同図に示
されるように、撮像素子６は、画素信号を撮影用に用い
るための撮像部１００と、画素信号を焦点検出用に用い
る為の焦点検出部２００とで構成されている。この撮像
部１００は、略全面に形成されており、焦点検出部２０
０は、その一部分に形成されている。さらに、撮影画面
１２０において、焦点検出領域２００Ａは光軸上に配置
されており、焦点検出領域２００Ｂは光軸外で且つ焦点
検出領域２００Ａに対して垂直な方向に配置されてい
る。

【００４０】これに対して、受光素子たるフォトダイオ
ードの前面には、それぞれマイクロレンズが構成されて
いる。撮像素子の光感度を向上させる技術としては、各
フォトダイオードに対応した位置にマイクロレンズを設
けることにより、入射光を効率よく受光部に集光する、
所謂オンチップマイクロレンズと呼ばれる技術が確立さ
れている。撮像部１００においては、マイクロレンズ
は、上記のように光感度を最適にするように設定されて
いる。

【００４１】図４（ａ）は撮像素子１６上の受光素子た
るフォトダイオードの配列を示す図である。焦点検出部
２００Ａ〜２００Ｃには、一対のフォトダイオード２０
１ａ，２０１ｂのユニットを複数個配列されている。ま
た、撮像部１００にはフォトダイオード１０１が配列さ
れている。

【００４２】図４（ｂ）はフォトダイオードとマイクロ
レンズの配置を示す図である。

【００４３】焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃでは、一対
のフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂに対してマイク
ロレンズ２０６が、撮像部１００では、フォトダイオー
ド１０１に対してマイクロレンズ１０６が、それぞれ配
置されている。

【００４４】次に、図５はオンチップマイクロレンズを
形成した撮像素子の一般的な断面構成を示す図である。
尚、本実施の形態に係る撮像装置における上記撮像素子
６の撮像部１００は、この図５と略同様の構成となって
いる。

【００４５】この図５に示されるように、シリコンから
なる半導体基板内１３１には、拡散層等により受光部１
３３を構成するフォトダイオードが形成されている。

【００４６】また、このフォトダイオードの出力を増幅
する回路を構成する回路部１３２やゲート電極１３４等
は、遮光膜１３５により被覆されている。さらに、上記
受光部１３３は、遮光膜１３５の開口に対応して形成さ
れており、受光部１３３上及び遮光膜１３５の上には色
フィルタ１３７が形成されている。さらに、この色フィ
ルタ１３７の上には、所定の曲率ｒを有し焦点距離ｆ１
の球面であるマイクロレンズ１３９が形成されている。

【００４７】一方、焦点検出部２００に対応するマイク
ロレンズ２０６は、撮像部１００のマイクロレンズ１０
６（１３９）とは曲率、焦点距離等の特性が異なってお
り、マイクロレンズ２０６のほぼ焦点面に一対の受光素
子であるフォトダイオードＡ，Ｂが配置されている。そ
して、マイクロレンズ２０６は、図６に示すように撮影
光学系１１を通過する光束を瞳分割して、各分割光束を
一対の受光素子Ａ，Ｂにそれぞれ入射するように作用す
る。

【００４８】尚、焦点検出原理については、前述の特公
昭５７−４９８４１号公報に開示の位相差検出方式と同
様である為、ここでは詳細な説明は省略する。

【００４９】次に、図７には上記焦点検出部２００にお
ける合焦、前ピン、後ピンの各例を示し説明する。尚、
実際には、マイクロレンズＬｎ群、受光素子Ａｎ，Ｂｎ
群は固定されており、撮影光学系１の位置が移動するの
であるが、ここでは、説明の便宜上、撮影光学系１の位
置を固定として相対位置関係を説明する。

【００５０】マイクロレンズＬｎの焦点距離はｆ２であ
り、マイクロレンズＬｎと受光素子フォトダイオードＡ
ｎ，Ｂｎ間の距離に略等しい。

【００５１】先ず、合焦時は、同一の被写体からの光東
であり異なる射出瞳を通過した光線Ｒ１，Ｒ２及びＲ
３，Ｒ４…は、各マイクロレンズＬｎの光軸を中心に隣
合うＡｎとＢｎが受ける受光量が一致する。例えば、光
線Ｒ３，Ｒ４に対してマイクロレンズＬ２と受光素子Ａ
２，Ｂ２が対応する。

【００５２】前ピンの場合は、異なるマイクロレンズを
通った光の受光素子Ａ，Ｂの受光量、即ち隣り合わない
受光素子Ａ，Ｂの受光量が一致する。例えば、同一被写
体からの光線Ｒ３，Ｒ４に対してはマイクロレンズＬ３
と受光素子Ｂ３、マイクロレンズＬ１と受光素子Ａ１が
それぞれ対応するので、像が２ピッチ分ずれる。

【００５３】一方、後ピンの場合は、受光量が一致して
いる検出素子は隣り合っているが、それら隣り合ってい
る受光素子に入射する光は異なるマイクロレンズを通っ
た光となる。例えば、同一被写体からの光線Ｒ３，Ｒ４
に対してマイクロレンズＬ１と受光素子Ｂ１、マイクロ
レンズＬ３と受光素子Ａ３がそれぞれ対応するので、前
ピン時とは逆方向に２ピッチ分だけ像がずれる。

【００５４】このようにピントずれ量に応じて像ずれが
発生する。実際には、上記１ピッチ単位の像ずれ量（位
相産量）では焦点検出精度が低下するので、公知の補間
演算等の処理を行って１ピッチ分以下の焦点検出を行
う。このように像ずれ量を検出することで、撮影レンズ
のピントずれ量を求めることができる。

【００５５】ここで、図８（ａ）には、先に図３に示し
た、水平方向と垂直方向に二次元状に配置されている画
素ユニットのうち、撮像部１００部分に位置する画素ユ
ニット１１０の構成を示し説明する。

【００５６】同図に於いて、画素ユニット１１０におい
ては、そのフォトダイオード１０１の出力は、フォトダ
イオード１０１の発生する電荷を増幅する画素増幅回路
１０２に入力される。この画素増幅回路１０２は、初段
アンプ１０４とサンプルホールド部１０５とで構成され
ている。

【００５７】上記初段アンプ１０４はアンプＡ１、蓄積
コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１からなり、積分器を構
成している。そして、この初段アンプ１０４の出力は、
サンプルホールド部１０５に入力される。上記サンプル
ホールド部１０５は、スイッチＳＷ２、ホールドコンデ
ンサＣ２、バッファＡ２で構成されている。

【００５８】そして、上記スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオ
ンにより、画素ユニット１１０は初期化され、続いてス
イッチＳＷ１のオフにより、蓄積動作が開始される。更
に、スイッチＳＷ２のオフにより、蓄積レベルがホール
ドコンデンサＣ２にホールドされ、蓄積動作を終了す
る。尚、上記スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン、オフのタ
イミングは、上記制御部１１１により制御される。

【００５９】さらに、上記ホールドコンデンサＣ２にホ
ールドされた蓄積レベルは、バッファＡ２を介してＶｓ
ｎに出力され、上記Ｘシフトレジスタ１１２，Ｙシフト
レジスタ１１３により選択されて出力部１１４に出力さ
れる。

【００６０】そして、上記焦点検出部２００は、マイク
ロレンズ群による撮影レンズ１１の射出瞳において分割
された光束をそれぞれ受光する一対のフォトダイオード
２０１ａ，２０１ｂと、上記フォトダイオード２０１
ａ，２０１ｂの発生電荷を増幅する画素増幅回路２０２
ａ，２０２ｂとからなる画素ユニット２１０を配列して
構成されている。

【００６１】一方、図８（ｂ）は上記画素ユニット２１
０の詳細な構成を示す図である。

【００６２】同図に示されるように、画素増幅回路２０
２ａ，２０２ｂは、それぞれ上記画素増幅回路１０２と
同様の回路構成となっている。画素増幅回路２０２ａ，
２０２ｂの出力は、上記制御部１１１により制御される
スイッチＳＷａ，ＳＷｂを介して選択的に出力Ｖｓｎに
接続される。出力Ｖｓｎは、上記画素ユニット１０３と
同様に、画素ユニット２１０の外部で前記Ｘシフトレジ
スタ１１２，Ｙシフトレジスタ１１３により選択されて
出力部１１４に出力される。

【００６３】上記撮像部１００のフォトダイオード１０
１の前面には色フィルタが配置されている。この色フィ
ルタの配列は、図９に示されるような所謂ベイヤー配列
となっている。即ち、図９において、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれ
ぞれ赤、緑、青を選択的に透過する色フィルタを示して
いる。

【００６４】一方、焦点検出部のフォトダイオード２０
１ａ，２０１ｂの前面には色フィルタを配置しておら
ず、撮像部１００のみを配列している。

【００６５】このように、複数の焦点検出領域２００
Ａ，２００Ｂ，２００Ｃについて焦点検出を行い、その
うちの例えば最も近い被写体を自動的に選択する等の公
知のアルゴリズムによる処理が可能となる。また、撮影
者は後述するエリア選択スイッチ４９によりＡＦエリア
を選択して、そのエリアについて合焦させる事が可能で
ある。焦点検出エリア２００Ａでは、撮影画面１２０に
対して、横方向にコントラストがある被写体、例えば縦
線について焦点検出が可能である。

【００６６】これに対して、焦点検出エリア２００Ｂ，
２００Ｃでは、図９に示す撮影画面１２０に対して縦方
向にコントラストがある被写体、例えば横線について焦
点検出が可能である。従って、一方向のコントラストし
か有していない被写体に対しても焦点検出することが可
能である。

【００６７】ところで、画像作成時には、焦点検出領域
２００Ａ〜２００Ｃ部分については画像データが無いの
で補う必要がある。

【００６８】この画像データを補う方法に説明すると、
先に示した図４（ａ）において、例えば焦点検出領域２
００Ａのフォトダイオード２０１ａ，２０１ｂ部分につ
いては、その周辺画素であり且つ撮像部１００に属する
フォトダイオード１０１Ａ〜１０１Ｅの画素信号を用い
て補間することにより求める。

【００６９】このとき、同一色フィルタの画素データの
みを使用してもよいことは勿論である。補間演算の方法
については、フォトダイオード１０１Ａ〜１０１Ｅの画
素信号を単純平均したり重み付け平均する等の様々な方
法を採用することができる。かかる方法は既に公知であ
る為、詳細な説明は省略する。

【００７０】次に、図１０には上記映像信号処理部４２
の詳細な構成を示し説明する。

【００７１】この図１０に於いて、固定パターンノイズ
（ＦＰＮ）除去回路７８は、撮像素子１６の画像信号か
らＦＰＮ等を除去する。ゲインコントロールアンプＡＭ
Ｐ７９は、上記ＦＰＮ除去回路７８の出力を所定のゲイ
ンで増幅する。

【００７２】Ａ／Ｄコンバータ８０は、上記ゲインコン
トロールアンプ７９の出力をＡＤ変換してデジタル信号
に変換する。プロセス処理回路８１は、デジタル信号に
変換された映像信号に各種の処理を行うものである。

【００７３】撮像素子制御部４３は、撮像素子１６に対
して駆動信号を出力して、その動作を制御する。かかる
撮像素子制御部４３は、タイミングジェネレータ８２と
シグナルジェネレータ８３により構成されている。

【００７４】即ち、タイミングジェネレータ（ＴＧ）８
２は、撮像素子１６を駆動するための駆動パルス等の駆
動信号を発生すると共に、上記ＦＰＮ除去回路７８のサ
ンプルホールドパルス、上記Ａ／Ｄコンバータ８０のＡ
Ｄ変換タイミングパルスを発生する。シグナルジェネレ
ータ（ＳＧ）８３は、上記タイミングジェネレータ８２
とマイコン３１との同期をとるための信号を発生する。

【００７５】記録部４４は、ＤＲＡＭ８４と圧縮伸張回
路８５、記録媒体８６で構成されている。上記映像信号
処理部４２内のプロセス処理回路８１から出力される映
像信号（画素データ）は、ＤＲＡＭ８４に記憶される。
圧縮伸張回路８５では、このＤＲＡＭ８４に蓄積された
画素データのデータ量を減らして記録するための圧縮処
理と、記録媒体８６から読み出した圧縮データを復元す
るための伸長処理とを行う。記録媒体８６は、上記圧縮
された静止画データを記録する。

【００７６】以下、図１１のフローチャートを参照し
て、マイコン３１の動作を詳細に説明する。尚、以下の
説明では、図１２のタイムチャートを適宜参照する。

【００７７】不図示の電源ＳＷがオンされるか電池が挿
入されると、マイコン３１は動作を開始し、内部のＲＯ
Ｍ３１ｂに格納されたシーケンスプログラムを実行す
る。

【００７８】即ち、本シーケンスに入ると、先ず撮像装
置内の各ブロックの初期化を行う（ステップＳ１）。続
いて、１ＲＳＷ４７の状態を検出する（ステップＳ
２）。

【００７９】１ＲＳＷ４７がオフの場合は、撮像素子６
の撮像部における蓄積（露光）、読み出し動作である撮
像動作を行い（ステップＳ５）、映像信号処理部４２か
らの撮像部１００の映像信号に基づいて、測光・露出演
算部４５が測光、露出演算を行い、本露光撮影（画像記
録）時の絞り１２の絞り制御値、撮像素子６の電子シャ
ッタスピード等を計算し（ステップＳ６）、上記ステッ
プＳ２に戻る。

【００８０】一方、１ＲＳＷ４７がオンの場合は、撮像
素子６の焦点検出部２００の蓄積動作（ＡＦ用露光）を
行い、焦点検出部２００の画像信号を読み出して（ステ
ップＳ３）、それに基づく焦点検出演算を行う（ステッ
プＳ４）。

【００８１】尚、この焦点検出演算は、図１２（ｆ）の
タイミングＦ１で実行されるものであり、焦点検出エリ
ア２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃにおける演算結果を比
較し、最も近距離のエリアを選択する等といった公知の
方法を採用できる。

【００８２】続いて、焦点検出演算の結果が合焦か非合
焦かを判別し（ステップＳ７）、合焦ならばステップＳ
９に移行する。また、非合焦の場合はステップＳ８に移
行し、焦点検出演算結果に基づいて合焦になるようなフ
ォーカシングレンズ１ａの移動量を算出し駆動する。そ
して、上記ステップＳ２に戻り、上述したようなＡＦ動
作が繰り返されることになる。このフォーカシングレン
ズ１ａの駆動は図１２（ｆ）のタイミングＦ２で実行さ
れるものである。

【００８３】ステップＳ９では、２ＲＳＷ４８がオンさ
れているか検出し、オンされている場合はステップＳ１
０に進む。一方、２ＲＳＷ４８がオフの場合は上記ステ
ップＳ２に移行し、２ＲＳＷ４８のオンを待ちつつＡＦ
動作を継続する。

【００８４】続くステップＳ１Ｏ以降では、本露光動作
を行う。

【００８５】即ち、マイコン３１は絞り制御部３３を制
御して、絞り２を露出用絞り値に絞り込み（ステップＳ
１０）、撮像素子制御部４３は電荷リセット信号ＲＥＳ
をオフして（図１２（ｂ）参照）撮像素子６の蓄積をス
タートさせ、露出演算に基づく電子シャツタスピードで
制御して本露光を行う（ステップＳ１１）。

【００８６】この本露光動作は、図１２（ｆ）のＦ３の
タイミングで実行される。

【００８７】この電子シャッタ動作は、撮像素子制御部
４３によりシャツタスピードに応じた所定のタイミング
で電荷記憶信号ＨＯＬＤを発生して、フォトダイオード
１０１の蓄積電荷をホールドすることによる（図１２
（ｃ）参照）。

【００８８】次いで、撮像素子制御部４３は画像読み出
し信号ＤＣＬＫを撮像素子１６に出力し、映像信号処理
部４２は信号ＤＣＬＫ（図１２（ｄ）参照）に同期して
出力される撮像部１００の画像信号（撮像素子信号）を
Ａ／Ｄ変換して読み出す（ステップＳ１２）。尚、上記
画像データの読み出しは、図１２（ｆ）のＦ４のタイミ
ングで実行されるものである。

【００８９】さらに、マイコン３１は絞り制御部３３を
制御して、絞り開放のコマンドを送信して絞り１２を開
放状態にし（ステップＳ１３）、読み出した画像信号の
圧縮等の処理を行い、その後記録媒体８６に格納する
（ステップＳ１４）。この画像処理及び記録動作は図１
２（ｆ）のＦ５のタイミングで行われる。

【００９０】以上で一連の撮影動作を終了して上記ステ
ップＳ２に戻り、前述した動作を繰り返すことになる。

【００９１】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。

【００９２】第２の実施の形態は、前述した第１の実施
の形態に対して、焦点検出領域の配置を変化させたもの
である。

【００９３】先ず、図１３は第２の実施の形態に係る撮
像装置における撮像素子の焦点検出領域の配置の様子を
示す図である。

【００９４】同図に示されるように、撮影画面１２０に
おいて、撮影レンズの光軸上を中心として撮影画面１２
０の長辺方向に平行に配置される焦点検出領域３００Ａ
と、撮影レンズの光軸を中心とし、焦点検出領域３００
Ａと垂直な方向に配置される３００Ｂとを有している。

【００９５】図１４は第２の実施の形態に係る撮像装置
の撮像素子におけるフォトダイオードの配置を示してい
る。

【００９６】前述した第１の実施の形態と同様に、撮像
素子６の全面にわたって撮像部１００が形成されてお
り、図１４に示されるように、焦点検出領域に対応する
部分に焦点検出部３００Ａ，３００Ｂが形成されてい
る。

【００９７】この焦点検出部３００Ａのフォトダイオー
ド３０１ａ，３０１ｂの対は、撮影画面１００の長辺に
平行に複数個配列され、これらにより焦点検出領域を形
成している。これに対して、焦点検出領域３００Ｂのフ
ォトダイオード３０１ｃ，３０１ｄの対は、撮影画面の
長辺と垂直、即ち短辺方向に平行に複数個配列され、こ
れらにより焦点検出領域を形成している。

【００９８】第２の実施の形態では、このように十字型
焦点検出領域を設けることで、撮影画面の中央付近の領
域に存在する被写体に対して、コントラストの方向に関
わらず焦点検出することを可能としている。

【００９９】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。

【０１００】図１５は第３の実施の形態に係る撮像装置
の撮像素子の配置を示す図である。この第３の実施の形
態は、上記第２の実施の形態において示した十字型焦点
検出領域の組み合わせを、更に複数個有するものであ
る。

【０１０１】十字型焦点検出領域４１０Ａは、水平焦点
検出領域４００Ａと垂直焦点検出領域４００Ｂとからな
る。同様な十字型焦点検出領域４１０Ａ〜４１０Ｅ付近
における撮像素子６上のフォトダイオードの配置は、全
て上記図１４と同様に配置されている為、ここでは重複
した説明を省略する。

【０１０２】第３の実施の形態では、十字型焦点検出領
域の数を更に増加させているので、撮影画面全域におい
て、被写体コントラストの方向の影響を受けずに焦点検
出することが可能となる。

【０１０３】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。

【０１０４】図１６は第４の実施の形態に係る撮像装置
の撮像素子の配置を示す図である。この第４の実施の形
態は、撮影画面１２０の辺に対して斜めに焦点検出領域
を伸ばした構成とし、更に２列の焦点検出領域５１０
Ａ，５１０Ｂを十字型に配置して十字型焦点検出領域５
０１Ａを形成している。更に、上記十字型焦点検出領域
５０１Ａを複数個配置している。尚、十字型焦点検出領
域５０１Ａとその周辺の画素構成は図１７に示される通
りである。

【０１０５】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。

【０１０６】この第５の実施の形態は、上記第１の実施
の形態の変形例であり、当該第１の実施の形態とは画素
ユニットの構成が異なっている。

【０１０７】図１８（ａ）は第５の実施の形態に係る撮
像装置の撮像素子における焦点検出領域２００Ａの構成
を示す図であり、図１８（ｂ）は当該焦点検出領域２０
０Ａの画素ユニット２１０の構成を示す図である。図１
８（ａ）に示されるように、第５の実施の形態では、焦
点検出領域２００Ａにおいて、一対のフォトダイオード
２０１ａ，２０１ｂの他に撮像用のフォトダイオード２
０１ｃ有している。

【０１０８】さらに、図１８（ｂ）において、焦点検出
時にはスイッチＳｗｇをオフした状態で蓄積動作を行
う。この場合は、前述した第１の実施の形態と全く同じ
動作を行うこととなる。

【０１０９】これに対して、記録画像撮像時には、前述
した第１の実施の形態では、焦点検出部２００Ａは蓄積
動作を行わなかったが、第５の実施の形態では、撮像部
１００と同時に蓄積動作を行う。

【０１１０】そのとき、スイッチＳＷｇをオンとして、
フォトダイオード２０１ｃの出力も画素増幅回路２０２
ａに入力させることで、瞳分割光束だけではなく、瞳分
割光束を含むより広い光束を受光し、電圧信号に変換す
る。

【０１１１】そして、得られたフォトダイオード２０１
ａ，２０１ｃの加算画素信号とフォトダイオード２０１
ｂの画素信号を加算することによって、全体光束を受光
する場合に対応する画像信号を得ることができる。

【０１１２】このようにして、焦点検出領域２００Ａ〜
２００Ｃのそれぞれについて同様に画像信号を作成する
ことで、より高画質な画像を得ることができる。

【０１１３】図１９は前述した第４の実施の形態（図１
７）に対して、第５の実施の形態を適用した場合の焦点
検出部５１０Ａのフォトダイオードの配置を示す図であ
る。同図に示されるように、フォトダイオード５０１
ａ，５０１ｂの他に画像用フォトダイオード５０１ｃを
有している。記録撮像時にはフォトダイオード５０１
ａ，５０１ｂ，５０１ｃの受光量を加算した画像信号を
作成する。

【０１１４】尚、前述したように、撮像部１００のマイ
クロレンズ１０６と、焦点検出部２００のマイクロレン
ズ２０６とは光学的特性が異なるので、受光光量が異な
るが、この光量差は予めＥＥＰＲＯＭ３１ｅに記憶され
ており、焦点検出部２００の画素ユニット毎に補正して
撮像部１００に合わせることとしている。

【０１１５】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。

【０１１６】第６の実施の形態は、前述した第１の実施
の形態を変形したものであり、特にフォトダイオードの
配置が異なっている。

【０１１７】図２１は第６の実施の形態に係る撮像装置
における撮像素子の焦点検出部の配置を示す図である。

【０１１８】同図に示されるように、焦点検出部２００
Ａ〜２００Ｃにおいて、焦点検出用の一対のフォトダイ
オード２０１ａ，２０１ｂからなるユニットと撮像用フ
ォトダイオード１０１とが交互に配置されている。この
ような構成では、焦点検出用フォトダイオードの検出ピ
ッチは、第１の実施の形態に対して２倍となる。その
為、焦点検出精度は約１／２に低下するが、焦点検出領
域２００Ａ〜２００Ｃ周辺の画像の質としては向上させ
ることができる。

【０１１９】焦点検出領域２００Ａのフォトダイオード
２０１ａ，２０１ｂ部分については、その周辺画素であ
り、画素データとして有効なフォトダイオード１０１Ａ
〜１０１Ｈの画素信号を用いて補間することにより求め
る。

【０１２０】第６の実施の形態では、前述した第１の実
施の形態に比較して、補間演算用の有効画素データ数が
増加するので、画像の質をより向上させることができ
る。

【０１２１】尚、焦点検出用の一対のフォトダイオード
２０１ａ，２０１ｂからなるユニットと撮像用フォトダ
イオード１０１を交互に配置しているが、必要精度に応
じて２〜５個おき等に変形可能であることは勿論であ
る。

【０１２２】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。

【０１２３】第７の実施の形態は、前述した第１の実施
の形態の変形であり、特にフォトダイオード上の色フィ
ルタの配置が異なっている。

【０１２４】図２０は第７の実施の形態に係る撮像装置
における撮像素子の焦点検出部の配置を示す図である。

【０１２５】前述した第１の実施の形態においては、焦
点検出部２００Ａ〜２００Ｃには色フィルタを配置して
いないが、第７の実施の形態では、焦点検出部２００Ａ
〜２００Ｃを含めて撮像部１００と同様に、ベイヤー配
列に従って規則的に色フィルタを配列している。実際の
焦点検出時には、焦点検出部２００Ａ〜２００Ｃにおい
て同一色フイルタの画素データを選択して焦点検出演算
を行う。

【０１２６】尚、色Ｇの画素信号又は色Ｂの画素信号に
ついて、それぞれ単独で焦点検出演算を行い、両者を平
均処理したり、信頼性の高い一方のみを選択してもよい
ことは勿論である。この場合、焦点検出の検出ピッチが
粗くなるが、記録画像作成時には焦点検出部２００Ａ〜
２００Ｃ内の画素信号情報も採用することが可能にな
り、画像の質を向上させることができる。

【０１２７】また、記録画像作成時に、例えば焦点検出
領域２００Ａについては、画素信号２０１ａと２０１ｂ
（色Ｇ）とを加算してその部分の画素データとして採用
する。さらに周辺の色Ｇの画素信号１０１Ａ〜１０１Ｄ
も考慮して補間処理等を行うことが考えられる。色Ｂの
画素についても同様に処理すればよい。

【０１２８】以上説明したように、本発明では、撮像素
子と同一チップ上に瞳分割微小レンズ群と瞳分割光東を
受光する一対の受光素子群とを複数領域において形成
し、上記受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行うの
で、低コスト、省スペースであり、広視野な焦点検出領
域を有すると共に、高速で高精度な焦点調節機能を有し
た撮像装置を提供することが可能となる。

【０１２９】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を
逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは
勿論である。例えば、上記実施の形態では、 撮像素子
をＭＯＳ型センサとして説明したが、ＣＣＤやその他の
タイプの固体撮像素子であってもよい。

【０１３０】尚、本発明の上記実施の形態には、以下の
発明が含まれる。

【０１３１】（１）撮影レンズを通過し、受光面上に結
像した光学像の光電変換を行う撮像素子を有する撮像装
置において、上記受光面を焦点位置とし、それぞれ２次
元配列された第１及び第２微小レンズアレイと、上記第
１微小レンズアレイの焦点位置付近に配され、それぞれ
第１映像信号を出力するための、単一の受光素子を構成
単位とする第１受光素子群と、上記第２微小レンズアレ
イの焦点位置付近に配され、それぞれ第２映像信号を出
力するための、一対の受光素子を構成単位とする第２受
光素子群と、を具備し、上記第２微小レンズアレイと上
記第２受光素子群とを規則的に配列した焦点検出ブロッ
ク列を、複数個配置して形成したことを特徴とする撮像
装置。

【０１３２】（２）上記（１）において、複数の上記焦
点検出ブロック列は、互いに、上記第２受光素子群の配
列方向が異なるように配置されている。

【０１３３】（３）上記（１）において、上記第１受光
素子群と、上記第２受光素子群とは、該撮像素子上にお
ける配列ピッチが異なる。

【０１３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
新たな機構や光学系を追加することなく、低コスト且つ
省スペースで、より広い焦点検出領域を有し、ＡＦスピ
ードを向上させ、且つ正確な焦点調節を行うことが可能
な焦点調節機能を有する撮像装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の光
学系の構成図である。

【図２】第１の実施の形態に係る撮像装置の電気系の構
成図である。

【図３】撮像素子６の詳細な構成を示す図である。

【図４】撮像素子６の詳細な構成を示す図である。

【図５】オンチップマイクロレンズを形成した撮像素子
の一般的な断面構成を示す図である。

【図６】撮影光学系１１を通過する光束を瞳分割して、
各分割光束を一対の受光素子Ａ，Ｂにそれぞれ入射する
様子を示す図である。

【図７】焦点検出部２００における合焦、前ピン、後ピ
ンの各例を示す図である。

【図８】（ａ）は、先に図３に示した、水平方向と垂直
方向に二次元状に配置されている画素ユニットのうち、
撮像部１００部分に位置する画素ユニット１１０の構成
を示す図であり、（ｂ）は上記画素ユニット２１０の詳
細な構成を示す図である。

【図９】ベイヤー配列を示す図である。

【図１０】映像信号処理部４２の詳細な構成を示す図で
ある。

【図１１】第１の実施の形態に係る撮像装置のマイコン
３１の動作を詳細に説明するためのフローチャートであ
る。

【図１２】第１の実施の形態に係る撮像装置のマイコン
３１の動作を詳細に説明するためのタイムチャートであ
る。

【図１３】第２の実施の形態に係る撮像装置における撮
像素子の焦点検出領域の配置の様子を示す図である。

【図１４】第２の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子
におけるフォトダイオードの配置を示す図である。

【図１５】第３の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子
の配置を示す図である。

【図１６】第４の実施の形態に係る撮像装置の撮像素子
の配置を示す図である。

【図１７】十字型焦点検出領域５０１Ａとその周辺の画
素構成を示す図である。

【図１８】（ａ）は第５の実施の形態に係る撮像装置の
撮像素子における焦点検出領域２００Ａの構成を示す図
であり、（ｂ）は当該焦点検出領域２００Ａの画素ユニ
ット２１０の構成を示す図である。

【図１９】第４の実施の形態（図１７）に対して、第５
の実施の形態を適用した場合の焦点検出部５１０Ａのフ
ォトダイオードの配置を示す図である。

【図２０】第６の実施の形態に係る撮像装置における撮
像素子の焦点検出部の配置を示す図である。

【図２１】第７の実施の形態に係る撮像装置における撮
像素子の焦点検出部の配置を示す図である。

【符号の説明】

１ 撮影光学系 １ａフォーカシングレンズ ２ 絞り ３ ビームスプリッタ ４ 赤外カットフィルタ ５ ＬＰＦ ６ 撮像素子 ７ ミラー ８ ペンタプリズム ９ 接眼レンズ １０ ファインダ光学系

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H051 BA06 BA18 CB09 CB17 CB24 CB29 DA07 DA10 5C022 AA13 AB03 AB12 AB17 AB18 AB27 AC02 AC03 AC13 AC31 AC32 AC42 AC54 AC56 AC69 AC74 5C065 AA03 BB02 BB08 BB11 CC01 CC08 CC09 DD02 DD17 EE05 EE06 EE10 EE12 GG15 GG18 GG30 GG32 GG44

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズを通過した被写体像光を受光
   する撮像素子を有する撮像装置において、 上記撮影レンズを通過する被写体像光を受光する第１受
   光素子群と、該第１受光素子群に対して被写体像光を集
   光する第１微小レンズ群と、を配列して有し、撮像を行
   うために上記第１受光素子群の出力を発生する撮像用領
   域部と、 上記撮影レンズを通過する被写体像光の光束を瞳分割す
   る第２微小レンズ群と、上記第２微小レンズ群により瞳
   分割された光束をそれぞれ受光する一対の第２受光素子
   群と、を配列して有し、焦点検出を行うために上記一対
   の受光素子群の出力を発生する焦点検出用領域部と、を
   具備し、上記第２微小レンズ群と上記一対の第２受光素
   子群とを規則的に配列した焦点検出ブロック列を、複数
   の領域に複数配置して形成したことを特徴とする撮像装
   置。
2. 【請求項２】 上記複数の領域に配置された複数の上記
   焦点検出ブロック列は、上記第２微小レンズ群の瞳分割
   方向、及び上記一対の第２受光素子群の配列方向が、互
   いに異なるように配置されていることを特徴とする請求
   項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 上記撮像用領域部の上記第１受光素子群
   と、上記焦点検出用領域部の第２受光素子群とは、該撮
   像素子上における配列ピッチが異なることを特徴とする
   請求項１に記載の撮像装置。