JP2000338393A

JP2000338393A - 撮像装置

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Publication number: JP2000338393A
Application number: JP11146517A
Authority: JP
Inventors: Masataka Ide; 昌孝井出
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: US6816199B1; JP4323002B2

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像素子と別に専用のＡＦセンサを必要とせ
ず、焦点検出精度を向上させ、焦点調節によるタイムラ
グを減少させて安価な撮像装置を提供すること。【解決手段】撮影レンズを通過した光束が撮像素子３０
の撮像領域にて電子的に撮像される。上記撮影レンズを
通過した被写体光束の少なくとも一部の光束は、光学部
材によって焦点検出光学系に導かれて撮像素子上の焦点
検出領域に再結像される。上記撮像素子は、その撮像領
域の前面にのみマイクロレンズ９３が配置される。ま
た、撮像領域の受光部８７の前面には、色フィルタ９１
が配置されている。焦点検出領域の受光部１０２上に
は、マイクロレンズが配置されずに透明平坦化層１０５
が形成される。これにより、焦点検出光学系２１の焦点
検出光束は、受光部１０２上に再結像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電子的撮像素子を
用いて撮影を行う撮像装置に関し、より詳細には該撮像
装置に使用される焦点検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子的撮像素子を使用する撮
像装置が多数開示されている。

【０００３】例えば、特開平８−２６２５６４号公報に
は、被写体観察のための結像系を１つの撮影レンズから
の光束によって行う一眼レフレックスタイプのカメラで
あって、映像記録部に銀塩フィルムの代わりに固体撮像
素子を用いた撮像装置が開示されている。この撮像装置
には、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式が採用されている。

【０００４】また、特開平９−２７４１３６号公報に
は、撮影レンズ内にＴＴＬ位相差検出ユニットを内蔵し
ているビデオカメラが開示されている。

【０００５】更に、特開平７−２８１０８０号公報に
は、電子ビューファインダを有する銀塩カメラが開示さ
れている。これは、電子ビューファインダ用の撮像素子
に測距用の受光素子領域を設け、電子ビューファインダ
用の光束を分割して測距用受光素子に導き、焦点検出を
行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−２６２５６４号に記載の一眼レフレックスカメ
ラタイプの撮像装置や、上記特開平９−２７４１３６号
に記載のビデオカメラでは、ＴＴＬ位相差検出用の専用
ＡＦセンサを撮像素子とは別に有している。そのため、
コストアップするという課題を有している。

【０００７】また、上記特開平７−２８１０８０号に開
示のカメラは、電子ビューファインダを有する銀フィル
ムカメラに限定されている。

【０００８】更に、測距用受光素子領域についての具体
的な記述はないが、撮像領域と同一の構成をすると以下
のような課題がある。

【０００９】通常、撮像素子上にはマイクロレンズが配
置されており、測距用受光素子領域では、ＡＦ光学系の
焦点検出光束がマイクロレンズによりけられて周辺減光
が極めて大きくなり、測距精度が大幅に劣化したり測距
不能となる課題がある。

【００１０】更に、通常、撮像素子上には受光素子前面
に、規則的に色フィルタが配置されており、測距用受光
素子領域に於いては色フィルタの配列が考慮されていな
いので、色情報が混在して測距不能となる課題がある。

【００１１】また、撮像素子の画素ピッチは、撮影画像
の必要画質に基いて設定されているので、測距用受光素
子領域に於いては、必要な測距精度に応じた画素ピッチ
と比較して細かすぎるので、オーバースペックとなって
しまう。

【００１２】加えて、画素面積が小さいため蓄積時間が
長く必要になる。また、測距演算に使用する画素数が多
いので、測距演算時間が増大し、測距に要するタイムラ
グが増大するという課題を有している。

【００１３】したがってこの発明は、上記実状に鑑みて
なされたものであり、電子的撮像素子により撮像を行う
撮像装置に於いて、撮像素子と別に専用のＡＦセンサを
必要とせず、より低コスト化すると共に、焦点検出精度
を向上させ、焦点調節によるタイムラグを減少させるこ
とのできる撮像装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、第１の発明
は、撮影レンズと、この撮影レンズを通過した光束を電
子的に撮像する撮像領域及び焦点検出領域とを有する撮
像素子と、この撮像素子の撮像領域及び焦点検出領域の
うち撮像領域の前面にのみ配置されたマイクロレンズ
と、上記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも
一部の光束を上記撮像素子上の焦点検出領域に再結像さ
せる焦点検出光学系と、上記撮影レンズを通過した被写
体光束の少なくとも一部を上記焦点検出光学系に導く光
学部材と、上記撮像素子の出力に基いて焦点検出を行う
焦点検出手段と、を具備することを特徴とする。

【００１５】また、第２の発明は、撮影レンズと、この
撮影レンズを通過した光束を電子的に撮像する撮像領域
及び焦点検出領域とを有する撮像素子と、この撮像素子
の撮像領域及び焦点検出領域のうち撮像領域の前面にの
み配置された色フィルタと、上記撮影レンズを通過した
被写体光束の少なくとも一部の光束を上記撮像素子上の
焦点検出領域に再結像させる焦点検出光学系と、上記撮
影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部を上記
焦点検出光学系に導く光学部材と、上記撮像素子の出力
に基いて焦点検出を行う焦点検出手段と、を具備するこ
とを特徴とする。

【００１６】第１の発明の撮像装置にあっては、撮影レ
ンズを通過した光束を電子的に撮像する撮像領域及び焦
点検出領域とを撮像素子が有している。そして、この撮
像素子の撮像領域及び焦点検出領域のうち、撮像領域の
前面にのみマイクロレンズが配置されている。また、上
記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部の
光束は、焦点検出光学系によって上記撮像素子上の焦点
検出領域に再結像される。更に、上記撮影レンズを通過
した被写体光束の少なくとも一部は、光学部材によって
上記焦点検出光学系に導かれる。そして、上記撮像素子
の出力に基いて、焦点検出手段によって焦点検出が行わ
れる。

【００１７】また、第２の発明の撮像装置にあっては、
撮影レンズを通過した光束を電子的に撮像する撮像領域
及び焦点検出領域とを撮像素子が有している。そして、
この撮像素子の撮像領域及び焦点検出領域のうち、撮像
領域の前面にのみ色フィルタが配置されている。また、
上記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部
の光束は、焦点検出光学系によって上記撮像素子上の焦
点検出領域に再結像される。更に、上記撮影レンズを通
過した被写体光束の少なくとも一部は、光学部材によっ
て上記焦点検出光学系に導かれる。そして、上記撮像素
子の出力に基いて、焦点検出手段によって焦点検出が行
われる。

【００１８】

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

【００１９】図２は、この発明の第１の実施の形態を示
すもので、撮像装置が適用された電子的撮像素子を有す
るカメラの光路図である。

【００２０】図２に於いて、撮像光学系１１は、焦点調
節光学系１１ａ、絞り１１ｂを有して成る。絞り１１ｂ
は、所定の絞り開口を保持することが可能であると共
に、完全に閉じて遮光する機能を有している。

【００２１】撮影光学系１１を通過した被写体光束は、
赤外光成分をカットする赤外光カットフィルタ１２、モ
アレを低減させる光学的ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１
３を通過した後、ハーフミラーであるメインミラー１４
でその一部が反射される。

【００２２】メインミラー１４で反射された一部の被写
体光束は、ピント板１５、コンデンサレンズ１６を通っ
てペンタプリズム１７により正立像となり、接眼レンズ
１８を通して撮影者に被写体像が観察されるようになっ
ている。

【００２３】一方、メインミラー１４を透過した一部の
被写体光束は、全反射ミラーであるサブミラー１９によ
って反射され、焦点検出光学系２１に導かれる。

【００２４】焦点検出光学系２１は、視野マスク２２
と、フィールドレンズ２３と、全反射ミラー２４と、瞳
マスク２５と、再結像レンズ２６とから構成される。こ
の焦点検出光学系２１は、焦点検出光束を撮像素子３０
上の焦点検出領域に再結像させる。

【００２５】また、被写体像を撮影する時には、メイン
ミラー１４及びサブミラー１９は値図示矢印Ａ方向に回
転して同図の破線で示される位置に退避される。これに
より、撮影光束は撮像素子３０の後述する撮像領域３８
に導かれる。

【００２６】次に、焦点検出光学系について説明する。

【００２７】図３は、焦点検出光学系（位相差検出光学
系）２１の構成を示したもので、（ａ）は各レンズと像
との関係を示した図、（ｂ）は該位相差検出光学系の斜
視図である。

【００２８】尚、図３に於いては、上述したメインミラ
ー１４、サブミラー１９、全反射ミラー２４等は、説明
の簡略化のために省略している。

【００２９】図３に於いて、左側より光束が入射される
が、撮影レンズ１１の後方に、視野マスク３１、フィー
ルドレンズ３２、撮影レンズ１１の光軸に対して略対称
に配置された開口部３３ａ、３３ｂを有する瞳マスク３
３、該瞳マスク３３の開口部３３ａ、３３ｂに対応して
その後方に配置された再結像レンズ３４ａ、３４ｂが、
順次配置されている。

【００３０】撮影レンズ１１の射出瞳Ｈの領域Ｈａ、Ｈ
ｂを通過して入射された被写体光束は、視野マスク３
１、フィールドレンズ３２、瞳マスク３３の開口部３３
ａ、３３ｂ及び再結像レンズ３４ａ、３４ｂを通過して
撮像素子３０の焦点検出領域３６（Ｐ）上に再結像され
る。

【００３１】撮影レンズ１１が合焦、すなわち結像面Ｇ
上に被写体像Ｉが形成される場合、その被写体像Ｉは、
フィールドレンズ３２及び再結像レンズ３４ａ、３４ｂ
によって、光軸Ｏに対して垂直な２次結像面である撮像
素子３０の焦点検出領域３６（Ｐ）上の領域３７ａ、３
７ｂに再結像されて、第１像Ｉ₁、第２像Ｉ₂となる。

【００３２】撮影レンズ１１が前ピン、すなわち結像面
Ｇの前方に被写体像Ｆが形成される場合、その被写体像
Ｆは、互いにより光軸Ｏに近付いた形で光軸Ｏに対して
垂直に再結像され、第１像Ｆ₁、第２像Ｆ₂となる。

【００３３】更に、撮影レンズ１１が後ピン、すなわち
結像面Ｇの後方に被写体像Ｒが形成される場合、その被
写体像Ｒは、互いにより光軸Ｏから離れた形で、光軸Ｏ
に対して垂直に再結像されて、第１像Ｒ₁、第２像Ｒ₂
となる。

【００３４】これら第１像と第２像の間隔を検出するこ
とにより、撮影レンズ１１の合焦状態を前ピン、後ピン
を含めて検出することができる。具体的には、上記第１
像と第２像の光強度分布が撮像素子３０の焦点検出領域
３６の画像データ出力により求められて、両像の間隔が
測定される。

【００３５】尚、図３（ｂ）に於いて、３８は撮像素子
３０の撮像領域である。

【００３６】また、図４は、撮影画面４０内の焦点検出
領域４１を示した図である。

【００３７】次に、図５を参照して、このカメラの電気
的ブロック図について説明する。

【００３８】マイクロコンピュータ４５は、このカメラ
の制御装置であり、内部にＣＰＵ（中央処理装置）４
６、ＲＯＭ４７、ＲＡＭ４８、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤ
Ｃ）４９及びＥＥＰＲＯＭ５０等を有するコントローラ
である。このカメラは、マイクロコンピュータ４５の内
部のＲＯＭ４７に格納されているシーケンスプログラム
に従って、一連の動作を行っている。

【００３９】上記ＥＥＰＲＯＭ５０は、焦点調節、測光
・露出演算、オートホワイトバランス（ＡＷＤ）等に関
する補正データをカメラ毎に記憶しているものである。

【００４０】このマイクロコンピュータ４５には、該マ
イクロコンピュータ４５からの司令に基いて、焦点調節
光学系１１ａを駆動するレンズ駆動部５２と、マイクロ
コンピュータ４５からの司令に基いて絞り１１ｂを駆動
する絞り駆動部５３とが接続されている。

【００４１】上記マイクロコンピュータ４５には、ま
た、撮像素子（ＣＣＤ）３０に対して駆動信号を出力し
てその動作を制御するための撮像素子制御部５５が接続
されている。

【００４２】上記撮像素子３０では、撮影光学系１１に
より形成される被写体像を、撮像領域３８にて撮像して
電気信号に変換する。また、焦点検出領域３６に於い
て、焦点検出光束を受光して電気信号に変換する。

【００４３】映像信号処理部５６は、上記撮像素子３０
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
成するためのものである。この映像信号処理部５６に
は、焦点検出演算部５７と、記録部５８と、測光・露出
演算部５９と、オートホワイトバランス部６０と、表示
部６１とが接続されている。

【００４４】上記焦点検出演算部５７は、上記映像信号
処理部５６に於いて処理された映像信号に基いて、焦点
検出演算を行うためのものである。ここで、焦点検出演
算の結果、合焦の判定データやフォーカシングレンズ駆
動量等が、マイクロコンピュータ４５に送信される。

【００４５】上記記録部５８は、上記映像信号処理部５
６内の後述するプロセス処理回路１１４から出力される
映像信号（画素データ）を記憶するためのものである。
また、測光・露出演算部５９は、上記映像信号処理部５
６に於いて処理された映像信号に基いて、測光値、露出
制御値を算出する。

【００４６】また、撮像素子制御部５５は、上記測光・
露出演算部５９の出力であるシャッタスピードに基い
て、撮影時の撮像素子３０の電子シャッタを制御する。
そして、上記測光部・露出演算部５９の露出演算により
算出された絞り値データに基いて、撮影時に撮影光学系
１１内の絞り１１ｂの制御が行われる。

【００４７】オートホワイトバランス部６０は、上記映
像信号処理部５６に於いて処理された映像信号に基い
て、ホワイトバランスを自動的に制御するためのもので
ある。更に、表示部６１は、撮像素子３０により撮像さ
れた映像やカメラ内部の情報をＬＣＤ等の表示素子によ
り表示するためのもので、マイクロコンピュータ４５に
より制御される。

【００４８】更に、上記マイクロコンピュータ４５に
は、ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）６３と、
セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）６４とが接続さ
れている。ファーストレリーズスイッチ６３及びセカン
ドレリーズスイッチ６４は、図示されないレリーズ釦に
連動したスイッチであり、レリーズ釦の第１段階の押し
下げによりファーストレリーズスイッチ６３がオンし、
引続いて第２段階の押し下げでセカンドレリーズスイッ
チ６４がオンするようになっている。

【００４９】マイクロコンピュータ４５は、ファースト
レリーズスイッチ６３のオンで測光、ＡＦ動作を行い、
セカンドレリーズスイッチ６４のオンで露出動作と画像
記録動作を行う。

【００５０】次に、上述した撮像素子３０の構成につい
て説明する。

【００５１】図６に於いて、撮像素子３０の撮像領域３
８は、水平方向と垂直方向に二次元状に配置されたフォ
トダイオード７１と、該フォトダイオード７１に蓄積さ
れた電荷を垂直シフトレジスタ７３に転送するトランス
ファーゲート７２と、転送された電荷を順次垂直方向に
転送する垂直シフトレジスタ７３と、この垂直シフトレ
ジスタ７３により垂直方向に転送された電荷を水平方向
に順次転送する水平シフトレジスタ７４と、この水平シ
フトレジスタ７４により水平方向に転送された電荷を電
圧信号に変換して出力する出力部７５とから構成されて
いる。

【００５２】撮像素子３０の焦点検出領域３６は、上述
した撮像領域３８と同様に、水平方向と垂直方向に二次
元状に配置されたフォトダイオード７６と、該フォトダ
イオード７６に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ７
８に転送するトランスファーゲート７７と、転送された
電荷を順次垂直方向に転送する垂直シフトレジスタ７８
と、この垂直シフトレジスタ７８により垂直方向に転送
された電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジス
タ７９と、この水平シフトレジスタ７９により水平方向
に転送された電荷を電圧信号に変換して出力する出力部
８０とから構成されている。

【００５３】撮像領域３８の受光素子フォトダイオード
７１の前面には、それぞれマイクロレンズが構成されて
いる。

【００５４】撮像素子の光感度を向上させる技術とし
て、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、いわゆる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。

【００５５】図１（ａ）は、オンチップマイクロレンズ
を形成した撮像素子３０の撮像領域３８の水平方向、す
なわち垂直シフトレジスタの転送方向と直交する方向に
於ける断面図である。

【００５６】シリコンから成る半導体基板８５内に、拡
散層等により、垂直シフトレジスタ９５を構成する電荷
転送部８６と、受光部８７を構成するフォトダイオード
が形成される。上記電荷転送部８６上には、図示されな
い絶縁膜を介して垂直転送電極８８が形成されている。
更に、この垂直転送電極８８を覆うようにして、遮光膜
８９が形成されている。尚、上記受光部８７は、遮光膜
８９の開口に対応して形成されている。

【００５７】受光部８７上及び遮光膜８９上には、両者
を覆うようにして透明平坦化層９０が形成される。そし
て、この透明平坦化層９０上には、色フィルタ９１及び
透明平坦化層９２が、順次形成される。

【００５８】更に、透明平坦化層９２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
９３が形成されている。

【００５９】また、図１（ｂ）は、焦点検出領域３６の
水平方向、すなわち垂直シフトレジスタの転送方向と直
交する方向に於ける断面図である。

【００６０】図１（ｂ）に示されるように、焦点検出領
域３６には、上述した撮像領域３８のようなマイクロレ
ンズが配置されていない。

【００６１】撮像素子上のマイクロレンズは、上述した
ように、撮像面に対して垂直に入射する光束に対して有
効となるように設定されており、いわゆるテレセントリ
ックな撮影光学系（射出瞳が無限遠の光学系）に対応し
ている。

【００６２】したがって、焦点検出領域３６のフォトダ
イオード上に上記マイクロレンズを配置した場合は、マ
イクロレンズの作用により焦点検出光学系２１の焦点検
出光束がけられてしまい、焦点検出領域の周辺部が減光
してしまう。このため、焦点検出精度が低下したり焦点
検出不能となる。

【００６３】このような課題を解消するため、焦点検出
領域３６は、以下のように構成される。

【００６４】すなわち、シリコンから成る半導体基板１
００内に、電荷転送部１０１と、受光部１０２を構成す
るフォトダイオードが形成される。そして、上記電荷転
送部１０１上には、図示されない絶縁膜を介して垂直転
送電極１０３が形成されている。更に、この垂直転送電
極１０３を覆うようにして、遮光膜１０４が形成されて
いる。尚、上記受光部１０２は、遮光膜１０４の開口に
対応して形成されている。

【００６５】そして、焦点検出領域３６のフォトダイオ
ード上には、マイクロレンズが配置されずに透明平坦化
層１０５が形成される。これにより、焦点検出光学系２
１の焦点検出光束は、受光部１０２上に再結像される。

【００６６】また、撮像領域３８のフォトダイオード７
１の前面には、色フィルタ９１が配置されている。この
色フィルタ９１の配列は、図７に示されるように、いわ
ゆるベイヤー配列で構成されている。

【００６７】図７に示される色フィルタの配列に於い
て、図中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である。

【００６８】一方、焦点検出領域３６は、フォトダイオ
ードの前面に色フィルタは配置されていない。これは焦
点検出に色情報は必要ないからである。

【００６９】ここで、焦点検出領域３６のフォトダイオ
ード７６のピッチ及び面積は、撮像領域３８のフォトダ
イオード７１のピッチ及び面積より、それぞれ大きい。

【００７０】撮像領域３８の画素ピッチをＰ１とする
と、このピッチＰ１は必要な撮影解像度より決定される
ものであるが、焦点検出領域３６に於いては画素ピッチ
はより大きく設定されている。焦点検出領域３６の画素
ピッチは、必要な焦点検出精度に基いて決定される。

【００７１】焦点検出精度に関しては、公知の補間演算
等により、検出ピッチの１／１００〜１／２００の精度
で検出可能であることが知られている。

【００７２】一方、撮像素子として必要な焦点調節精度
は、撮像領域３８の画素ピッチをＰ１とすると、２・Ｐ
１以下の検出精度が必要であることが知られている。し
たがって、焦点検出領域３６のフォトダイオード７６の
検出ピッチＰ２（瞳分割方向のピッチ）を、例えば１０
倍としても、２０倍程度の余裕があり（１０・Ｐ１・
（１／１００）＜＜２・Ｐ１）、焦点検出精度上の問題
はない。

【００７３】また、焦点検出領域３６のフォトダイオー
ド７６の面積は、撮像領域３８のフォトダイオード７１
の面積より大きく設定されている。

【００７４】これにより、同一照度の被写体光に対する
蓄積時間をより短縮することができ、焦点検出動作のタ
イムラグを縮小している。

【００７５】図８は、映像信号処理部５６及びその周辺
部の構成を示したブロック図である。

【００７６】図８に於いて、相関２重サンプリング回路
（ＣＤＳ）１１１は、撮像素子（ＣＣＤ）３０の画像信
号からリセットノイズ等を除去するための回路である。
この相関２重サンプリング回路１１１からの出力は、ゲ
インコントロールアンプ（ＡＭＰ）１１２に供給されて
所定のゲインで増幅される。

【００７７】上記ゲインコントロールアンプ１１２の出
力は、Ａ／Ｄコンバータ１１３にてＡ／Ｄ変換されてデ
ジタル信号に変換される。そして、プロセス処理回路１
１４にて、上記デジタル信号に変換された映像信号に対
して、各種の処理が行われる。

【００７８】撮像素子制御部（ＣＣＤ制御部）５５は、
撮像素子（ＣＣＤ）３０に対して駆動信号を出力してそ
の動作を制御するもので、タイミングジェネレータ（Ｔ
Ｇ）１１６及びシグナルジェネレータ（ＳＧ）１１７よ
り構成されている。

【００７９】上記タイミングジェネレータ１１６は、撮
像素子３０を駆動するための転送パルス等の駆動信号を
発生すると共に、上記相関２重サンプリング回路１１１
のサンプルホールドパルス、上記Ａ／Ｄコンバータ１１
３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１１７は、上記タイミングジェネレータ１
１６とマイクロコンピュータ４５との同期をとるための
信号を発生するものである。

【００８０】上記記録部５８は、ＤＲＡＭ１１８と、圧
縮伸長回路１１９と、記録媒体１２０とから構成され
る。

【００８１】ＤＲＡＭ１１８は、映像信号処理部５６内
のプロセス処理回路１１４から出力される映像信号（画
素データ）を記憶するメモリである。また、圧縮伸長回
路１１９は、上記ＤＲＡＭ１１８に蓄積された画素デー
タを、データ量を減らして記録するために圧縮し、また
記録媒体１２０から読出した圧縮データの伸長を行うた
めのものである。更に、記録媒体１２０は、上記圧縮さ
れた静止画データを記録するためのものである。

【００８２】次に、図９のフローチャート及び図１０の
タイミングチャートを参照して、この発明の実施の形態
に於けるカメラのメインルーチンの動作について説明す
る。

【００８３】図示されない電源スイッチがオンされるか
電池がカメラ本体に挿入されると、マイクロコンピュー
タ４５の動作が開始されて、マイクロコンピュータ４５
内部のＲＯＭ４７に格納されたシーケンスプログラムが
実行される。

【００８４】そして、先ず、ステップＳ１にて、カメラ
内の各ブロックの初期化が行われる。次いで、ステップ
Ｓ２に於いて、ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳ
Ｗ）６３の状態が検出される。

【００８５】ここで、ファーストレリーズスイッチ６３
がオフの場合は、ステップＳ３に移行して、撮像素子３
０の撮像領域３８に於ける蓄積（露光）、読出し動作で
ある撮像動作が行われる。

【００８６】続いて、ステップＳ４にて、映像信号処理
部５６からの撮像領域３８の映像信号に基いて、測光・
露出演算部５９により測光、露出演算が行われる。そし
て、本露光（画像記録）時の絞り１２の絞り制御値、撮
像素子３０の電子シャッタスピード等が計算される。そ
の後、上記ステップＳ２に移行する。

【００８７】上記ステップＳ２にて、ファーストレリー
ズスイッチ６３がオンされると、ステップＳ５に移行し
て、撮像素子３０の焦点検出領域３６内の領域３７ａ、
３７ｂの蓄積動作（ＡＦ用露光）が行われる。次いで、
ステップＳ６にて、焦点検出用受光領域３７ａ、３７ｂ
の画像信号が読出されて、それに基く焦点検出演算が行
われる。

【００８８】ステップＳ７に於いては、焦点検出演算の
結果が合焦か非合焦かが判定される。ここで、合焦なら
ばステップＳ９に移行する。一方、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いて合焦にな
るようなフォーカシングレンズ１１ａの移動量が算出さ
れて駆動される。そして、この後、ステップＳ２に移行
し、ＡＦ動作が繰返される。

【００８９】ステップＳ９では、セカンドレリーズスイ
ッチ（２ＲＳＷ）６４がオンされているか否かが検出さ
れる。ここで、セカンドレリーズスイッチ６４がオンさ
れている場合はステップＳ１０に移行する。一方、セカ
ンドレリーズスイッチ６４がオフの場合は、上記ステッ
プＳ２に移行し、セカンドレリーズスイッチ６４のオン
を待ちながらＡＦ動作が継続される。

【００９０】ステップＳ１０以降では、本露光動作が行
われる。

【００９１】ステップＳ１０では、マイクロコンピュー
タ４５により絞り駆動部５３が制御されて、絞り１１ｂ
が露出用絞り値に絞り込まれる。

【００９２】次いで、ステップＳ１１にて、撮像素子制
御部５５により電荷掃出し信号ＳＵＢがオフされて、撮
像素子３０の蓄積がスタートされ、露出演算に基く電子
シャッタスピードで制御されて露出（本露光）が行われ
る。電子シャッタ動作では、撮像素子制御部５５により
シャッタスピードに応じた所定のタイミングで電荷転送
パルスＴＧＰが発生されて、フォトダイオード７１の蓄
積電荷が垂直シフトレジスタ７３に転送される。

【００９３】そして、ステップＳ１２では、スミアを防
止するために、絞り駆動部５３が制御されて絞り１１ｂ
が完全に閉じられ、撮像素子３０が遮光状態とされる。

【００９４】次に、ステップＳ１３にて、撮像素子３０
が遮光された状態で、撮像素子制御部５５により、画像
読出し信号ＤＣＬＫが撮像素子３０に対して出力され
る。そして、映像信号処理部５６により、上記画像読出
し信号ＤＣＬＫに同期して出力される撮像領域３８の画
像信号（ＣＣＤ信号）が、Ａ／Ｄ変換されて読出され
る。

【００９５】ステップＳ１４では、マイクロコンピュー
タ４５によって、絞り駆動部５３が制御されて、絞り開
放のコマンドが送信されて絞り１１ｂが開放状態にされ
る。更に、ステップＳ１５では、読出された画像信号の
圧縮等の処理が行われ、その後、記録部５８内の記録媒
体１２０に格納される。

【００９６】このようにして、一連の撮影動作が終了す
るとステップＳ２に戻り、同様に動作が繰返される。

【００９７】次に、焦点検出のための蓄積動作及び焦点
検出演算の方法について説明する。

【００９８】図１１は、図９のフローチャートのステッ
プＳ３に於ける焦点検出領域３６の蓄積・読出し動作を
説明するフローチャートである。

【００９９】先ず、ステップＳ２１では、焦点検出領域
３６内の有効画素範囲の領域３７ａ、３７ｂに関するデ
ータが、ＥＥＰＲＯＭ５０より読出される。尚、上記有
効範囲は、カメラ毎に異なるので、製造時に工場にてチ
ェックされ、カメラ毎にＥＥＰＲＯＭ５０に書込まれ
る。

【０１００】続くステップＳ２２では、前回の蓄積動作
による焦点検出領域３７ａ、３７ｂ内の画素データが参
照されて、適正な画素信号が得られる蓄積時間が求めら
れる。そして、ステップＳ２３では、上記求められた蓄
積時間に基いて、撮像素子３０の焦点検出領域３８の蓄
積動作が制御される。

【０１０１】ステップＳ２４では、画素信号の読出し動
作が行われる。ここで、焦点検出有効領域３７ａ、３７
ｂ以外の焦点検出領域３８の画素信号は、焦点検出に使
用されないので、読出し時間を縮小するため高速掃き出
し動作が行われる。

【０１０２】その後、ステップＳ２５にて、上記ＥＥＰ
ＲＯＭ５０に記憶された有効画素範囲である焦点検出領
域３７ａ、３７ｂの部分だけ、画素信号が読出される。

【０１０３】次に、この発明の第２の実施の形態につい
て説明する。

【０１０４】図１２は、この発明の第２の実施の形態に
よるカメラの構成を示す光路図である。この第２の実施
の形態は、上述した第１の実施の形態と同様の撮像素子
を電子ビューファインダを有する撮像装置に適用したも
のである。

【０１０５】図１２に於いて、撮像レンズ１１を通過し
た光束は、全反射ミラーであるメインミラー１４で反射
されてファインダ系に導かれる。上記メインミラー１４
で反射された光束は、縮小光学系１６を通過し、更にハ
ーフミラー１２５を透過した光束は、撮像素子３０の撮
像領域３８に入射される。

【０１０６】一方、上記ハーフミラー１２５で反射され
た光束は、全反射ミラー２４で光路が折曲げられた後、
瞳マスク２６、再結像レンズ２６により撮像素子３０の
焦点検出領域３６に再結像される。尚、上記全反射ミラ
ー２４、瞳マスク２５、再結像レンズ２６は、焦点検出
光学系２１を構成している。

【０１０７】上記撮像素子３０の焦点検出領域３６の画
像データは、焦点検出部１２６によって処理され、焦点
検出が行われる。

【０１０８】一方、撮像素子３０の撮像領域３８の画像
データは、映像信号処理回路１２７により読出されて処
理されて、液晶表示部１２８に画像が表示される。

【０１０９】銀塩フィルム撮影時は、メインミラー１４
が退避されて、フォーカルプレーンシャッタ１２９によ
り銀塩フィルム１３０に露光される。

【０１１０】上述した実施の形態に於いては、撮像素子
をＣＣＤとして説明したが、ＭＯＳ型センサやその他の
タイプの固体撮像素子であってもよい。

【０１１１】また、銀塩フィルム撮影系と電子的撮像素
子により撮影系を両方有するカメラシステムに適用する
ことも可能である。

【０１１２】尚、この発明の上記実施の形態によれば、
以下の如き構成を得ることができる。

【０１１３】（１）メインミラーで分割された光束を
サブミラーでミラーボックス底部に導き、位相差方式焦
点検出光学系を介して撮像用の撮像素子上に再結像させ
て位相差検出を行う撮像装置に於いて、上記撮像素子は
上記光束を電子的に撮像する撮像領域と、該撮像素子の
出力に基いて焦点検出を行う焦点検出領域とを有し、上
記撮像領域の前面に配置された色フィルタを具備するこ
とを特徴とする撮像装置。

【０１１４】（２）上記焦点検出領域の画素ピッチ
は、上記撮像領域の画素ピッチより大きいことを特徴と
する上記（１）に記載の撮像装置。

【０１１５】（３）上記焦点検出領域の画素面積は、
上記撮像領域の画素面積より大きいことを特徴とする撮
像装置。

【０１１６】（４）上記焦点検出領域の画素面積と上
記撮像領域の画素面積が等しく、且つ上記焦点検出領域
は画素データを加算して演算に使用することを特徴とす
る上記（１）に記載の撮像装置。

【０１１７】（５）上記撮像領域は、その前面にマイ
クロレンズが配置されることを特徴とする上記（１）に
記載の撮像装置。

【０１１８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、撮影レ
ンズを通過した被写体光束を、分岐して撮像素子上に再
結像させて位相差検出することにより、専用のＡＦセン
サを必要とせず低コスト化することが可能であると共
に、焦点検出精度を向上させ、焦点検出によるタイムラ
グを減少させた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】この発明の第１の実施の形態による撮像装置の
構成を示すもので、（ａ）はオンチップマイクロレンズ
を形成した撮像素子３０の撮像領域３８の水平方向に於
ける断面図、（ｂ）は焦点検出領域３６の水平方向と直
交する方向に於ける断面図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態を示すもので、撮
像装置が適用された電子的撮像素子を有するカメラの光
路図である。

【図３】焦点検出光学系２１の構成を示したもので、
（ａ）は各レンズと像との関係を示した図、（ｂ）は該
位相差検出光学系の斜視図である。

【図４】撮影画面４０内の焦点検出領域４１を示した図
である。

【図５】第１の実施の形態によるカメラの電気的構成を
示すブロック図である。

【図６】撮像素子３０の構成について説明する図であ
る。

【図７】色フィルタ９１の配列の例を示した図である。

【図８】映像信号処理部５６及びその周辺部の構成を示
したブロック図である。

【図９】第１の実施の形態に於けるマイクロコンピュー
タ４５のメインルーチンを説明するフローチャートであ
る。

【図１０】第１の実施の形態の撮像動作を説明するタイ
ミングチャートである。

【図１１】図９のフローチャートのステップＳ３に於け
る焦点検出領域３６の蓄積・読出し動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１２】この発明の第２の実施の形態によるカメラの
構成を示す光路図である。

【符号の説明】

１１撮像光学系、１１ａ焦点調節光学系、１１ｂ絞り、１２赤外光カットフィルタ、１３光学的ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１４メインミラー、１５ピント板、１６コンデンサレンズ、１７ペンタプリズム、１８接眼レンズ、１９サブミラー、２１焦点検出光学系、２２、３１視野マスク、２３、３２フィールドレンズ、２４全反射ミラー、２５、３３瞳マスク、２６、３４ａ、３４ｂ再結像レンズ、３０撮像素子、３３ａ、３３ｂ開口部、３６焦点検出領域、３８撮像領域、４５マイクロコンピュータ、４６ＣＰＵ（中央処理装置）、４７ＲＯＭ、４８ＲＡＭ、４９Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、５０ＥＥＰＲＯＭ、５２レンズ駆動部、５３絞り駆動部、５５撮像素子制御部、５６映像信号処理部、５７焦点検出演算部、５８記録部、５９測光・露出演算部、６０オートホワイトバランス（ＡＷＢ）部、６１表示部、６３ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）、６４セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）、７１、７６フォトダイオード、７２、７７トランスファーゲート、７３、７８垂直シフトレジスタ、７４、７９水平シフトレジスタ、７５、８０出力部、８５、１００半導体基板、８６、１０１電荷転送部、８７、１０２受光部、８８、１０３垂直転送電極、８９、１０４遮光膜、９０、９２、１０５透明平坦化層、９１色フィルタ、９３マイクロレンズ。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影レンズと、この撮影レンズを通過した光束を電子的に撮像する撮像
領域及び焦点検出領域とを有する撮像素子と、この撮像素子の撮像領域及び焦点検出領域のうち撮像領
域の前面にのみ配置されたマイクロレンズと、上記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部
の光束を上記撮像素子上の焦点検出領域に再結像させる
焦点検出光学系と、上記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部
を上記焦点検出光学系に導く光学部材と、上記撮像素子の出力に基いて焦点検出を行う焦点検出手
段と、を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】撮影レンズと、この撮影レンズを通過し
た光束を電子的に撮像する撮像領域及び焦点検出領域と
を有する撮像素子と、この撮像素子の撮像領域及び焦点検出領域のうち撮像領
域の前面にのみ配置された色フィルタと、上記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部
の光束を上記撮像素子上の焦点検出領域に再結像させる
焦点検出光学系と、上記撮影レンズを通過した被写体光束の少なくとも一部
を上記焦点検出光学系に導く光学部材と、上記撮像素子の出力に基いて焦点検出を行う焦点検出手
段と、を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】上記撮像素子の焦点検出領域の画素ピッ
チは、上記撮像領域の画素ピッチよりも大きいことを特
徴とする請求項１若しくは２に記載の撮像装置。