特許 6010922 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6010922

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/34 20060101AFI20161006BHJP

   G02B 7/28 20060101ALI20161006BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20161006BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20161006BHJP

   H04N 5/378 20110101ALI20161006BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20161006BHJP

   H04N 101/00 20060101ALN20161006BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/34

   G02B7/28 N

   G03B13/36

   H04N5/232 H

   H04N5/335 780

   H04N5/335 690

   H04N101:00

【請求項の数】20

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-35300(P2012-35300)

(22)【出願日】2012年2月21日

(65)【公開番号】特開2013-171185(P2013-171185A)

(43)【公開日】2013年9月2日

【審査請求日】2015年2月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(74)【代理人】

【識別番号】100078189

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆男

(72)【発明者】

【氏名】藤嶋 敏之

【審査官】 荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０２８１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２９１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１０４４１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２３８７８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／３４

Ｇ０２Ｂ ７／２８

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

Ｈ０４Ｎ ５／３６９

Ｈ０４Ｎ ５／３７８

Ｈ０４Ｎ １０１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有するカラーフィルタと、
前記カラーフィルタを透過した第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力し、前記カラーフィルタを透過した前記第１の波長域の光を透過するカラーセンサと、
前記カラーセンサを透過した前記第１の波長域の光を光電変換して撮像信号を出力する撮像素子と、
を備える撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像装置であって、
前記カラーフィルタの前記第１の領域は、前記撮影レンズの瞳の第１の瞳部分を透過した光の前記第１の波長域の光を透過し、
前記カラーフィルタの前記第２の領域は、前記撮影レンズの瞳の第２の瞳部分を透過した光の前記第２の波長域の光を透過する撮像装置。

【請求項3】

請求項２に記載の撮像装置であって、
前記カラーフィルタは、前記瞳の第１の瞳部分を透過した光の前記第２の波長域の光を透過する第３の領域と、前記瞳の第２の瞳部分を透過した光の前記第１の波長域の光を透過する第４の領域とを更に有し、
前記カラーセンサは、前記カラーフィルタの前記第３の領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力し、前記カラーフィルタの前記第４の領域を透過した前記第１の波長域の光を透過する撮像装置。

【請求項4】

請求項３に記載の撮像装置であって、
前記カラーフィルタの前記第２の領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光に基づく位相差式の焦点検出に用いる信号と、前記カラーフィルタの前記第３の領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光に基づく位相差式の焦点検出に用いる信号とから、デフォーカス量を求める位相差式焦点検出部を備える撮像装置。

【請求項5】

請求項４に記載の撮像装置であって、
前記撮像素子から出力される撮像信号から画像データを生成する撮像装置。

【請求項6】

撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と、第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、前記第２の波長域の光を透過する第３の領域と、第３の波長域の光を透過する第４の領域とを有する第２フィルタ領域と、第３の波長域の光を透過する第５の領域と、第４の波長域の光を透過する第６の領域とを有する第３フィルタ領域と、前記第４の波長域の光を透過する第７の領域と、第５の波長域の光を透過する第８の領域とを有する第４フィルタ領域とを有するカラーフィルタと、
前記第１フィルタ領域を透過した光のうち第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第１センサと、前記第２フィルタ領域を透過した光のうち第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第２センサと、前記第３フィルタ領域を透過した光のうち第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第３センサと、前記第４フィルタ領域を透過した光のうち第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第４センサとを有するカラーセンサと、
前記カラーセンサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第３センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第４センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素とを有する撮像素子と、
を備える撮像装置。

【請求項7】

撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、第３の波長域の光を透過する領域を有する第２フィルタ領域と、第４の波長域の光を透過する領域と第５の波長域の光を透過する領域とを有する第３フィルタ領域とを有するカラーフィルタと、
前記第１フィルタ領域を透過した光のうち第１の波長域の光を透過し、前記第３の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第１センサと、前記第３フィルタ領域を透過した光のうち第５の波長域の光を透過し、前記第４の波長域の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第２センサとを有するカラーセンサと、
前記第１センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２フィルタ領域を透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素とを有する撮像素子と、
を備える撮像装置。

【請求項8】

撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と、第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、第４の波長域の光を透過する第３の領域と第５の波長域の光を透過する第４の領域とを有する第４フィルタ領域とを有するカラーフィルタと、
前記第１フィルタ領域を透過した光のうち第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第１センサと、前記第４フィルタ領域を通過した光のうち第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第２センサとを有するカラーセンサと、
前記第１センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２センサを透過した光を光電変換して信号を出力する画素とを有する撮像素子と、
を備える撮像装置。

【請求項9】

請求項６から８のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
前記カラーフィルタの前記第１の領域は、前記撮影レンズの瞳の第１の瞳部分を透過した光の前記第１の波長域の光を透過し、
前記カラーフィルタの前記第２の領域は、前記撮影レンズの瞳の第２の瞳部分を透過した光の前記第２の波長域の光を透過する撮像装置。

【請求項10】

請求項９に記載の撮像装置であって、
前記カラーフィルタは、前記瞳の第１の瞳部分を透過した光の前記第２の波長域の光を透過する第３の領域と、前記瞳の第２の瞳部分を透過した光の前記第１の波長域の光を透過する第４の領域とを更に有し、
前記カラーセンサは、前記カラーフィルタの前記第３の領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力し、前記カラーフィルタの前記第４の領域を透過した前記第１の波長域の光を透過する撮像装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の撮像装置であって、
前記カラーフィルタの前記第２の領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光に基づく位相差式の焦点検出に用いる信号と、前記カラーフィルタの前記第３の領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光に基づく位相差式の焦点検出に用いる信号とから、デフォーカス量を求める位相差式焦点検出部を備える撮像装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の撮像装置であって、
前記撮像素子から出力される撮像信号から画像データを生成する撮像装置。

【請求項13】

撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と、第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、前記第２の波長域の光を透過し、前記第２の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第１センサと、第４の波長域の光を透過し、前記第４の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第２センサと、前記第４の波長域の光を透過する第３の領域と、第５の波長域の光を透過する第４の領域とを有する第２フィルタ領域と、を有する第１カラーセンサと、
前記第１フィルタ領域を透過した第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第３センサと、前記第１センサを透過した光のうち第３の波長域の光を透過し、前記第１センサを透過した光のうち前記第３の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第４センサと、前記第２センサを透過した光のうち第３の波長域の光を透過し、前記第２センサを透過した光のうち前記第３の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第５センサと、前記第２フィルタ領域を透過した前記第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第６センサとを有する第２カラーセンサと、
前記第３センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第４センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第５センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第６センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素とを有する撮像素子と、
を備える撮像装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の撮像装置であって、
前記第２カラーセンサの前記第１フィルタ領域は、前記撮影レンズの瞳の第１の瞳部分を透過した光の前記第１の波長域の光を透過し、
前記第２カラーセンサの前記第２フィルタ領域は、前記撮影レンズの瞳の第２の瞳部分を透過した光の前記第２の波長域の光を透過する撮像装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の撮像装置であって、
前記第２カラーセンサは、前記瞳の第１の瞳部分を透過した光の前記第２の波長域の光を透過する第３フィルタ領域と、前記瞳の第２の瞳部分を透過した光の前記第１の波長域の光を透過する第４フィルタ領域とを更に有し、
前記第２カラーセンサは、前記第２カラーセンサの前記第３フィルタ領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力し、前記第２カラーセンサの前記第４フィルタ領域を透過した前記第１の波長域の光を透過する撮像装置。

【請求項16】

請求項１５に記載の撮像装置であって、
前記第２カラーセンサの前記第２フィルタ領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光に基づく位相差式の焦点検出に用いる信号と、前記第２カラーセンサの前記第３フィルタ領域を透過した前記第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光に基づく位相差式の焦点検出に用いる信号とから、デフォーカス量を求める位相差式焦点検出部を備える撮像装置。

【請求項17】

請求項１６に記載の撮像装置であって、
前記第１カラーセンサおよび前記第２カラーセンサおよび前記撮像素子から出力される撮像信号から画像データを生成する撮像装置。

【請求項18】

請求項４、１１、１６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記デフォーカス量から前記撮影レンズの合焦光学系の移動量を算出し、撮影合焦光学系に前記移動量を移動させる制御部を備えた撮像装置。

【請求項19】

請求項６または７に記載の撮像装置において、
前記第１の波長域はＲ、前記第２の波長域はＹ、前記第３の波長域はＧ、前記第４の波長域はＣ、前記第５の波長域はＢである撮像装置。

【請求項20】

請求項８または１３に記載の撮像装置において、
前記第１の波長域はＲ、前記第２の波長域はＹ、前記第４の波長域はＣ、前記第５の波長域はＢである撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

瞳分割位相差検出方式の焦点検出用画素を撮像素子に組み込み、焦点検出用画素の出力を用いて焦点検出を行うとともに、他の通常画素（撮像用画素）で撮像を行って画像出力を得る撮像装置が知られている。

【0003】

ところで、焦点検出用画素を撮像素子中に配置すると、その配置位置では撮像用の画像出力が得られない。そこで、その欠損した部分の画像出力を周囲の撮像用画素の画素出力を用いて補間するものがあるが、この方法では画像品質が悪化する。この点に鑑み、例えば特許文献１に記載のものでは、焦点検出用画素を互いに異なる位置に配置した２つの撮像装置を設け、両撮像装置の出力を用いて画像データを構成することで、画像品質を悪化させずに焦点検出を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

この出願の発明に関連する先行技術特許文献としては、例えば次のものがある。

【特許文献1】特開２００８−１７７９０３号公報

【特許文献2】特開２００３−２３４４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の方法では、必ず２つの撮像装置が必要となり、また双方の撮像装置に撮影光束を導くための光束分割手段等も必要となるため、コストアップおよび撮像機器の大型化を招来する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る撮像装置は、撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有するカラーフィルタと、前記カラーフィルタを透過した第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力し、前記カラーフィルタを透過した前記第１の波長域の光を透過するカラーセンサと、前記カラーセンサを透過した前記第１の波長域の光を光電変換して撮像信号を出力する撮像素子と、を備える。
本発明に係る撮像装置は、撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と、第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、前記第２の波長域の光を透過する第３の領域と、第３の波長域の光を透過する第４の領域とを有する第２フィルタ領域と、第３の波長域の光を透過する第５の領域と、第４の波長域の光を透過する第６の領域とを有する第３フィルタ領域と、前記第４の波長域の光を透過する第７の領域と、第５の波長域の光を透過する第８の領域とを有する第４フィルタ領域とを有するカラーフィルタと、前記第１フィルタ領域を透過した光のうち第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第１センサと、前記第２フィルタ領域を透過した光のうち第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第２センサと、前記第３フィルタ領域を透過した光のうち第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第３センサと、前記第４フィルタ領域を透過した光のうち第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第４センサとを有するカラーセンサと、前記カラーセンサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第３センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第４センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素とを有する撮像素子と、を備える。
本発明に係る撮像装置は、撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、第３の波長域の光を透過する領域を有する第２フィルタ領域と、第４の波長域の光を透過する領域と第５の波長域の光を透過する領域とを有する第３フィルタ領域とを有するカラーフィルタと、前記第１フィルタ領域を透過した光のうち第１の波長域の光を透過し、前記第３の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第１センサと、前記第３フィルタ領域を透過した光のうち第５の波長域の光を透過し、前記第４の波長域の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第２センサとを有するカラーセンサと、前記第１センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２フィルタ領域を透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素とを有する撮像素子と、を備える。
本発明に係る撮像装置は、撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と、第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、第４の波長域の光を透過する第３の領域と第５の波長域の光を透過する第４の領域とを有する第４フィルタ領域とを有するカラーフィルタと、前記第１フィルタ領域を透過した光のうち第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第１センサと、前記第４フィルタ領域を通過した光のうち第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第２センサとを有するカラーセンサと、前記第１センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第２センサを透過した光を光電変換して信号を出力する画素とを有する撮像素子と、を備える。
本発明に係る撮像装置は、撮影レンズを通過した光のうち、第１の波長域の光を透過する第１の領域と、第２の波長域の光を透過する第２の領域とを有する第１フィルタ領域と、前記第２の波長域の光を透過し、前記第２の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第１センサと、第４の波長域の光を透過し、前記第４の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第２センサと、前記第４の波長域の光を透過する第３の領域と、第５の波長域の光を透過する第４の領域とを有する第２フィルタ領域と、を有する第１カラーセンサと、前記第１フィルタ領域を透過した第２の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第３センサと、前記第１センサを透過した光のうち第３の波長域の光を透過し、前記第１センサを透過した光のうち前記第３の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第４センサと、前記第２センサを透過した光のうち第３の波長域の光を透過し、前記第２センサを透過した光のうち前記第３の波長域以外の光を受光して撮像信号を出力する第５センサと、前記第２フィルタ領域を透過した前記第４の波長域の光の少なくとも一部の波長域の光を光電変換して位相差式の焦点検出に用いる信号を出力する第６センサとを有する第２カラーセンサと、前記第３センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第４センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第５センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素と、前記第６センサを透過した光を光電変換して撮像信号を出力する画素とを有する撮像素子と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、単一の撮像装置で画像品質の悪化を招来することなく位相差方式の焦点検出が行える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態におけるデジタルカメラの概略構成図。

【図2】デジタルカメラに搭載された撮像装置の概略構成図。

【図3】撮像装置の画素配列および感光分布を示す図。

【図4】撮像装置による位相差式焦点検出の原理を説明する図。

【図5】他の実施形態を示す図３に相当する図。

【図6】更に他の実施形態を示す図３に相当する図。

【図7】更に他の実施形態を示す図３に相当する図。

【図8】更に他の実施形態を示す図３に相当する図。

【図9】更に他の実施形態を示す図３に相当する図。

【図10】更に他の実施形態を示す図９（ａ），（ｂ）に相当する図。

【図11】図１０の実施形態における図９（ｅ），（ｄ）に相当する図。

【図12】図１０の実施形態における図９（ｃ）に相当する図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１〜図４により本発明の一実施形態を説明する。
図１は一眼レフデジタルカメラの概略構成図である。撮影レンズ２０を透過した被写体光束は、カメラボディ１０内のミラー１１で一部が反射され、ファインダ光学系を構成するペンタプリズム１２および接眼レンズ１３を介して接眼窓１４から観察される。レリーズ操作がなされると、ミラー１１がアップして撮影光路から退避し、この状態でシャッタ１７が開放されると、撮影レンズ２０の透過光束はシャッタ１５を通過して撮像装置３０に導かれ、撮像が行われる。図示はしていないが、シャッタ１５と撮像装置３０との間には、光学ローパスフィルタ等のフィルタ部材が介装される。

【0010】

５１は撮像装置３０からの撮像信号を処理する画像処理回路、５２はフォーカスモータ、５３は、焦点検出演算などの種々の演算処理を行うとともに、画像処理回路５１やフォーカスモータ５２、その他の不図示の各種回路等を制御するＣＰＵである。

【0011】

なお、一眼レフカメラの構成を示したが、撮像装置３０は、ミラーのないレンズ交換式カメラや、撮影レンズ２０を固定的に備えたカメラ、カメラ機能付き携帯電話機等のあらゆる撮像機器に搭載して使用可能である。

【0012】

図２は本実施形態における撮像装置３０の構造を模式的に示す図である。
撮像装置３０は、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子３１と、その前面側に順に配置されるカラーセンサ群３２、カラーフィルタ群３３、マイクロレンズ群３４とを一体的に有して成る。撮像素子３１は、複数の光電変換部をマトリクス状に配列して構成され、マイクロレンズ群３４、カラーフィルタ群３３およびカラーセンサ群３２は、それぞれ各光電変換部に対応する複数のマイクロレンズ、カラーフィルタ、カラーセンサを有して成る。撮影レンズ２０の透過光束は、各マイクロレンズで集光され、一層目の各カラーフィルタ、二層目の各カラーセンサで順にフィルタリングされて、三層目の各光電変換部に導かれる。
以下、撮像素子３１の１つの光電変換部と、これに対応する各１つのマイクロレンズ、カラーフィルタ、カラーセンサとで１つの「画素」が構成されるものとして説明する。

【0013】

各カラーフィルタは、入射光のうち特定の波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光の透過を阻止するもので、いわゆる光の三原色、すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のうちいずれか１または２の光を透過する。

【0014】

各カラーセンサは、例えば特許文献２に記載されているような光導電膜が用いられる。これは、ＲＧＢのうち一色の波長域の光を吸収し、その吸収特性に応じた光電流を生成するとともに、他の２色の波長域の光を透過するというフィルタリング特性をも有する。本実施形態では、このカラーセンサの出力を位相差方式の焦点検出に用いる。

【0015】

図３はカラーフィルタ群３３、カラーセンサ群３２および撮像素子３１の各画素配列（図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ））と、撮像素子３１およびカラーセンサ群３２の感光分布（図３（ｄ）、（ｅ））とを示したものである。一部分の配列パターンのみを示したが、少なくとも有効画素領域の全画素に渡って縦横方向ともこのパターンの連続となる。

【0016】

カラーフィルタ３３（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２ ｊ＝１〜４）と、カラーセンサ３２（ｉ，ｊ）と、光電変換部３１（ｉ，ｊ）とで画素Ｐ（ｉ，ｊ）を構成するものとする（マイクロレンズは不図示）。各カラーフィルタ３３（ｉ，ｊ）は、図示左部分と右部分とで特性が異なる。

【0017】

上段左端の画素Ｐ（１，１）について説明すると、カラーフィルタ３３（１，１）は、左部分がＲ光のみを透過するＲ透過部、右部分がＲ光とＧ光を透過するＹ（イエロー）透過部とされる。これに対応するカラーセンサ３２（１，１）は、Ｍ（マゼンタ）透過型であり、Ｇ光を吸収し、Ｒ光およびＢ光を透過する。したがって、撮像素子３１の光電変換部３１（１，１）は、Ｒ光を受光して光電変換する（図３（ｄ））。またカラーセンサ３２（１，１）は、その右部分が吸収したＧ光の吸収特性に応じた光電流を出力する（図３（ｅ））。なお、カラーセンサ３２（１，１）の左部分は、カラーフィルタ３３（１，１）のＲ透過部によってＧ光の入力が阻止される。

【0018】

上段左から２番目の画素Ｐ（１，２）について説明すると、カラーフィルタ３３（１，２）は、左部分がＲ光とＧ光を透過するＹ透過部、右部分がＧ光を透過するＧ透過部とされる。これに対応するカラーセンサ３２（１，２）は、Ｃ（シアン）透過型であり、Ｒ光を吸収し、Ｇ光およびＢ光を透過する。したがって、撮像素子３１の光電変換部３１（１，２）は、Ｇ光を受光して光電変換する。また、カラーセンサ３２（１，２）は、左部分が吸収したＲ光の吸収特性に応じた光電流を出力する。

【0019】

上段左から３番目の画素Ｐ（１，３）は、カラーフィルタ３３（１，３）が画素Ｐ（１，１）と左右逆のパターンであり、上段右端の画素Ｐ（１，４）は、カラーフィルタＰ（１，４）が画素Ｐ（１，２）と左右逆のパターンである。

【0020】

次に、下段左端の画素Ｐ（２，１）について説明すると、カラーフィルタ３３（２，１）は左部分がＧ光を透過するＧ透過部、右部分がＧ光とＢ光を透過するＣ透過部とされる。これに対応するカラーセンサ３２（２，１）は、Ｙ透過型であり、Ｂ光を吸収し、Ｒ光およびＧ光を透過する。したがって、撮像素子３１の光電変換部３１（２，１）は、Ｇ光を受光して光電変換する。また、カラーセンサ３２（２，１）は、右部分が吸収したＢ光の吸収特性に応じた光電流を出力する。

【0021】

下段左から２番目の画素Ｐ（２，２）について説明すると、カラーフィルタ３３（２，２）は左部分がＧ光とＢ光を透過するＣ透過部、右部分がＢ光を透過するＢ透過部とされる。これに対応するカラーセンサ３２（２，２）は、Ｍ透過型であり、Ｇ光を吸収し、Ｒ光およびＢ光を透過する。したがって、撮像素子３１の光電変換部３１（２，２）は、Ｂ光を受光して光電変換する。また、カラーセンサ３２（２，２）は、左部分が吸収したＧ光の吸収特性に応じた光電流を出力する。

【0022】

下段左から３番目の画素Ｐ（２，３）は、カラーフィルタ３３（２，３）が画素Ｐ（２，１）と左右逆のパターンであり、上段右端の画素Ｐ（２，４）は、カラーフィルタ３３（２，４）が画素Ｐ（２，２）と左右逆のパターンである。

【0023】

上記図３（ａ），（ｂ）の配列パターンによれば、撮像素子３１の感光分布は、図３（ｄ）に示すように全体的にベイヤ（Ｂａｙｅｒ）型となる。すなわち撮像装置３０は、ベイヤ配列のカラーフィルタ（単層）を用いた一般的な撮像装置と同等の解像度の撮像信号を出力する。撮像信号は、画像処理回路５１において種々の処理が施され、画像データが生成される。画像データは、コンピュータで扱うことが可能な画像ファイルとして不図示の記録媒体に記録される。

【0024】

次に、カラーセンサの出力を用いた焦点検出について説明する。
図４は、本実施形態における瞳分割位相差式焦点検出の原理を説明する図である。この例では、Ｇ光により焦点検出を行うものとし、画素Ｐ１（図３の画素Ｐ（１，１）と同等）と、画素Ｐ２（図３の画素Ｐ（１，３）と同等）とを互いに隣接して示してある。

【0025】

マイクロレンズ群３４は、撮影レンズ２０の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ３４＿１により、画素Ｐ１のＲ透過部およびＹ透過部に相当する部分が射出瞳９０上にそれぞれ投影されて測距瞳９２，９３を形成する。同様にマイクロレンズ３４＿２により、画素Ｐ２のＹ透過部およびＲ透過部に相当する部分が射出瞳９０上にそれぞれ投影されて測距瞳９２，９３を形成する。

【0026】

したがって、画素Ｐ１を構成するカラーセンサ３２＿１は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ３４＿１上に形成される像の強度に対応した信号（カラーフィルタ３３＿１のＹ透過部に対応する部分が吸収したＧ光の吸収特性に応じた光電流）を出力する。この出力をＧａとする。一方、画素Ｐ２を構成するカラーセンサ３２＿２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ３４＿２上に形成される像の強度に対応した信号（カラーフィルタ３３＿２のＹ透過部に対応する部分が吸収したＧ光の吸収特性に応じた光電流）を出力する。この出力をＧｂとする。

【0027】

図４では、撮影光軸上にある画素Ｐ２と、これに隣接する画素Ｐ１のみ示しているが、他の画素のカラーセンサも同様に、Ｇａ、Ｇｂ、Ｒ光／Ｂ光吸収によるＲａ、Ｒｂ：Ｂａ、Ｂｂのいずれかを出力する。

【0028】

上述の原理を図３の撮像装置に適用した場合は、一方の測距瞳９３に対応する出力Ｇａ、Ｒａ、Ｂａと、他方の測距瞳９２に対応する出力Ｇｂ、Ｒｂ、Ｂｂとが図３（ｅ）に示すように分布することになる。図３（ｅ）において、例えば出力Ｇａ、Ｇｂに着目すると、Ｇａを得るカラーセンサを複数画素分まとめてグループ化するとともに、Ｇｂを得るカラーセンサを複数画素分まとめてグループ化すれば、それら一対のカラーセンサグループ（Ｇａ、Ｇｂグループ）で、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で焦点検出を行うための一対の焦点検出素子アレイを構成することができる。これは、Ｒａ、Ｒｂグループ、Ｂａ、Ｂｂグループを用いた場合も同様である。

【0029】

特に図３の例では、全画素に渡って図の配列パターンが繰り返されるので、撮像装置の任意の位置で一対のカラーセンサグループを設定できる。これは、撮影画面の任意の位置で位相差検出方式による焦点検出が可能なことを意味する。

【0030】

ＣＰＵ５３は、例えばＧａ、Ｇｂグループの出力（複数のＧａ、Ｇｂ）に対し、特許文献２に記載されたような像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことで、一対の像の像ズレ量を求める。そして、その像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を行うことにより、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズ群の位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差、すなわちデフォーカス量を算出する。さらに、得られたデフォーカス量に基づいて、フォーカスモータ５２により撮影レンズ２０の合焦光学系を駆動し、被写体に合焦させる。

【0031】

以上のように本実施形態では、撮像装置３０を、一層目のカラーフィルタ群３３と、二層目のカラーセンサ群３２（１色吸収２色透過型）と、三層目の撮像素子３１の三層構造とし、撮像素子３１の有効画素領域の全光電変換部に欠損なく光を導くと同時に、カラーセンサ３２の出力に基づいて焦点検出を行うようにしたので、単一の撮像装置のみの使用でも、画像出力の欠損を招くことなく位相差方式の焦点検出が可能となる。特に撮像素子３１においては、単板式としては理想的なベイヤ配列相当の感光分布を得ることができるので、画像品質には全く問題がない。

【0032】

次に、他の実施形態を説明する。
図３では、Ｇａ、Ｇｂグループ、Ｒａ、Ｒｂグループ、Ｂａ、Ｂｂグループのいずれでも焦点検出が可能な例を示したが、図５〜図９は、Ｇａ、Ｇｂグループでのみ焦点検出が可能な実施形態をそれぞれ示している。

【0033】

図５〜図９においては、いずれも（ａ）、（ｂ）が図３（ａ）、（ｂ）に相当する配列パターンを、（ｃ）、（ｄ）が図３（ｄ）、（ｅ）に相当する感光分布を示し、図示のパターンが全画素に渡って連続する点、また撮像素子の感光分布がベイヤ配列相当となる点は先の実施形態と同様である。図中３３Ａ〜３３Ｄは一層目のカラーフィルタ群を、３２Ａ〜３２Ｅは二層目のカラーセンサ群を、３２Ｆは一層目のカラーセンサ群をそれぞれ示している。

【0034】

図５のカラーセンサ群３２Ａは、図３のカラーセンサ群３２からＹ透過センサおよびＣ透過センサを取り去ったもので、カラーフィルタ群３３Ａは、撮像素子３１におけるベイヤ配列相当の感光分布を実現するために、要所にＧ透過フィルタを配置して成る。カラーフィルタ群３３ＡのＧ透過フィルタを透過したＧ光は、直接撮像素子３１に導かれる。
図６は、図５のＧ透過フィルタをＧ透過センサとしてカラーセンサ群３２Ｂに持たせたもので、各感光分布は図５と同等になる。

【0035】

図７および図８は、画素の左上部と右下部とで斜め方向に特性をを変えたカラーフィルタを用いたもので、その他のパターンは図５、図６とそれぞれ同様である。この場合は、図７（ｄ）、図８（ｄ）に示すように、Ｇａ、Ｇｂの間隔を狭めることができる。

【0036】

図９は一層目、二層目ともカラーセンサ群を用いた実施形態を示している。一層目のカラーセンサ群３２Ｆでは、図９（ｅ）に示すようなＲとＢの感光分布となり、また二層目のカラーセンサ群３２Ｅでは、図９（ｄ）に示すように、Ｇａ、Ｇｂが焦点検出用として得られ、他の部分は一層目と逆のＢとＲの分布となる。これら一層目、二層目の各Ｒ出力、Ｂ出力は、画像データ作成に用いることができる。図から分かるように、撮像素子３１のＧ出力に対応する画素は、一層目〜三層目においてＲＧＢの全出力が得られることになるため、撮像素子３１のＧ出力のみで画像データを構成する場合と比べて色再現性に優れた画像データを得ることができる。

【0037】

図１０〜図１２は更に他の実施形態を示し、図１０（ａ）が一層目のカラーセンサ群３２Ｈの配列を、図１０（ｂ）が二層目のカラーセンサ群３２Ｇの配列を、図１１（ａ）が一層目のカラーセンサ群３２Ｈの感光分布を、図１１（ｂ）が二層目のカラーセンサ群３２Ｇの感光分布を、図１２が撮像素子３１の感光分布をそれぞれ示している。図示のパターンは、全画素に渡って連続する。

【0038】

この例では、二層目のカラーセンサ群３２Ｇにおいて、図示中央部分の十字型の領域でＧａ、Ｇｂグループによる位相差方式の焦点検出が可能となる（図１１ｂ）。また、撮像素子３１の感光分布は、図１２に示すようにベイヤ配列相当となり、一層目のカラーセンサ３２Ｈの感光分布（十字領域を除く）は、図１１（ａ）に示すようにベイヤ配列の色違い（Ｒ＞Ｇ、Ｂ）となり、二層目のカラーセンサ群３２Ｇの感光分布（十字領域を除く）は、図１１（ｂ）に示すようにベイヤ配列の色違い（Ｂ＞Ｇ、Ｒ）となる。これら一層目〜三層目の出力を用いて画像データを構成することで、色再現性に優れた画像データが得られる。

【0039】

なお、上述の各実施形態では、図示のパターンが全画素に渡って連続するものとして説明したが、焦点検出エリアが予め決まっている場合は、その焦点検出を行う領域のみカラーフィルタとカラーセンサとを用いて図示のパターンを構成し、他の領域は従来どおりベイヤ配列のカラーフィルタのみで撮像素子のベイヤ型感光分布を実現してもよい。

【0040】

また以上では、１つの画素が一対の測距瞳の双方に対応している例を示したが、１つの画素が一方の測距瞳に対応し、他の画素が他方の測距瞳に対応するよう構成しても位相差式の焦点検出は可能である。さらに、撮像素子においては、完全なベイヤ配列相当でなくてもそれに近い構造であれば、それなりの画像品質を確保できる。

【符号の説明】

【0041】

１０ カメラボディ
２０ 撮影レンズ
３０ 撮像装置
３１ 撮像素子
３２，３２Ａ〜３２Ｈ カラーセンサ群
３２（ｉ，ｊ），３２＿１，３２＿２ カラーセンサ
３３，３３Ａ〜３３Ｄ カラーフィルタ群
３３（ｉ，ｊ），３３＿１，３３＿２ カラーフィルタ
３４ マイクロレンズ群
３４＿１，３４＿２ マイクロレンズ
５１ 画像処理回路
５２ フォーカスモータ
５３ ＣＰＵ
Ｐ１，Ｐ２ 画素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】