JP2007293370A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an imaging apparatus that has a focus adjustment function and that performs imaging using an electronic imaging element.
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。 Conventionally, various techniques relating to an imaging apparatus that electronically captures a subject image using an electronic imaging element have been disclosed.
例えば、特許文献1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。
For example,
また、特許文献2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。
一方、特許文献3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。
On the other hand,
また、特許文献4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、更に特許文献5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。
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。 However, the hill-climbing method has a problem that the AF speed is slow because the photographing lens is moved to search for the contrast peak of the subject image of the image sensor.
また、上記特許文献2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。
Further, in the technique disclosed in
一方、上記特許文献3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。
On the other hand, in the focus detection device disclosed in
また、上記特許文献4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。
Further, the focus detection device disclosed in
そして、上記特許文献5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。
The focus detection device disclosed in
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to provide a low-cost and space-saving, wider focus detection area without adding a new mechanism or optical system, and an AF An object of the present invention is to provide an imaging apparatus having a focus adjustment function capable of improving speed and performing accurate focus adjustment.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様による撮像装置は、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の光束を瞳分割する微小レンズ群と、上記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とともにその前面に所定の規則に従って配列される色フィルタが配置された一対の受光素子群と、を有する撮像素子と、上記一対の受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備し、上記焦点検出部は、上記同色の色フィルタが配置された前記一対の受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to a first aspect of the present invention is an imaging apparatus having an imaging element that receives subject image light that has passed through a photographing lens. A microlens group that divides the luminous flux into pupils, and a pair of light receiving element groups that receive the luminous flux that has been pupil-divided by the microlens group and that have a color filter arranged on the front surface according to a predetermined rule. An image sensor, and a focus detection unit that performs focus detection based on outputs of the pair of light receiving element groups, and the focus detection unit includes the pair of light receiving element groups in which the same color filters are arranged. Focus detection is performed based on the output.
上記の目的を達成するために、本発明の第2の態様による撮像装置は、上記第1の態様において、上記焦点検出部は、複数の異なる色フィルタごとに、同色の色フィルタが配置された前記一対の受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行い、異なる色フィルタに対応する複数の焦点検出結果の平均値を焦点検出結果として採用することを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the imaging device according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the focus detection unit includes a color filter of the same color for each of a plurality of different color filters. Focus detection is performed based on outputs of the pair of light receiving element groups, and an average value of a plurality of focus detection results corresponding to different color filters is employed as the focus detection result.
上記の目的を達成するために、本発明の第3の態様による撮像装置は、上記第1の態様において、上記焦点検出部は、複数の異なる色フィルタごとに、同色の色フィルタが配置された前記一対の受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行い、異なる色フィルタに対応する複数の焦点検出結果のうちでより信頼性が高い焦点検出結果を選択することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the imaging device according to the first aspect, the focus detection unit includes the same color filter arranged for each of a plurality of different color filters. Focus detection is performed based on outputs of the pair of light receiving element groups, and a focus detection result with higher reliability is selected from a plurality of focus detection results corresponding to different color filters.
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。 According to the present invention, it is possible to reduce the cost, save space, have a wider focus detection area, improve the AF speed, and perform accurate focus adjustment without adding a new mechanism or optical system. It is possible to provide an imaging apparatus having a special focus adjustment function.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
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。
As shown in the figure, a focusing lens 1a for receiving incident light is disposed at a predetermined position, and a
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。
On the other hand, a finder
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。
The
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。
In such a configuration, part of the subject luminous flux that has passed through the photographing
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。 Next, FIG. 2 is a configuration diagram of an electric system of the imaging apparatus according to the first embodiment.
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EEPROM31eを少なくとも有している。
As shown in the figure, a
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、2RSWと称する)48、エリア選択SW49と電気的に接続されている。
Further, the
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45、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。
The output of the image
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。
The output of the photometry /
このような構成において、上記マイコン31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。
In such a configuration, the
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。
The video
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43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。
The photometric /
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。
The
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31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。
The AWB
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。
1RSW47 and 2RSW48 are switches linked to the release button. When the release button is depressed in the first stage, 1RSW47 is turned on. Subsequently, when the second stage is depressed, 2RSW48 is turned on. The
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。
In addition to the above, the
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。 Here, FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the image sensor 6.
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。
As shown in the figure, in the imaging element 6 as a MOS type sensor, a plurality of pixel units 110 each including a photodiode as a light receiving element are two-dimensionally arranged, and the
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200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。
Further, in FIG. 4C, the image pickup device 6 is functionally divided into two parts for explanation. As shown in the figure, the image pickup device 6 includes an image pickup unit 100 for using a pixel signal for photographing and a focus detection unit 200 for using the pixel signal for focus detection. The imaging unit 100 is formed on substantially the entire surface, and the focus detection unit 200 is formed on a part thereof. Further, on the photographing
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。 On the other hand, a microlens is formed on the front surface of the photodiode as the light receiving element. As a technique for improving the photosensitivity of the image sensor, a so-called on-chip microlens technique has been established in which a microlens is provided at a position corresponding to each photodiode to efficiently collect incident light on the light receiving portion. ing. In the imaging unit 100, the microlens is set to optimize the light sensitivity as described above.
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201a,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。
FIG. 4A is a diagram showing an arrangement of photodiodes as light receiving elements on the
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。 FIG. 4B is a diagram showing the arrangement of photodiodes and microlenses.
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。
In the focus detection units 200 </ b> A to 200 </ b> C, the
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。 Next, FIG. 5 is a diagram showing a general cross-sectional configuration of an image pickup element in which an on-chip microlens is formed. Note that the imaging unit 100 of the imaging device 6 in the imaging apparatus according to the present embodiment has a configuration substantially similar to that shown in FIG.
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133を構成するフォトダイオードが形成されている。 As shown in FIG. 5, in a semiconductor substrate 131 made of silicon, a photodiode constituting the light receiving portion 133 is formed by a diffusion layer or the like.
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。 Further, the circuit portion 132, the gate electrode 134, and the like that constitute a circuit for amplifying the output of the photodiode are covered with a light shielding film 135. Further, the light receiving portion 133 is formed corresponding to the opening of the light shielding film 135, and a color filter 137 is formed on the light receiving portion 133 and the light shielding film 135. Further, a microlens 139 having a predetermined curvature r and a spherical surface having a focal length f1 is formed on the color filter 137.
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106(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。
On the other hand, the
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。 The focus detection principle is the same as the phase difference detection method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 57-49841, and a detailed description thereof is omitted here.
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。
Next, FIG. 7 shows and describes examples of focusing, front pins, and rear pins in the focus detection unit 200. Actually, the microlens Ln group and the light receiving elements An and Bn group are fixed and the position of the photographing
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An,Bn間の距離に略等しい。 The focal length of the microlens Ln is f2, which is substantially equal to the distance between the microlens Ln and the light receiving element photodiodes An and Bn.
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R3,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A2,B2が対応する。 First, at the time of focusing, light rays R1, R2, R3, R4,..., Which are light east from the same subject and have passed through different exit pupils, are received by adjacent An and Bn around the optical axis of each microlens Ln. The amount of received light matches. For example, the microlens L2 and the light receiving elements A2 and B2 correspond to the light beams R3 and R4.
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。 In the case of the front pin, the amounts of light received by the light receiving elements A and B through different microlenses, that is, the amounts of light received by the light receiving elements A and B that are not adjacent to each other match. For example, since the microlens L3 and the light receiving element B3 and the microlens L1 and the light receiving element A1 respectively correspond to the light rays R3 and R4 from the same subject, the image is shifted by two pitches.
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。 On the other hand, in the case of the rear pin, detection elements having the same amount of received light are adjacent to each other, but light incident on the adjacent light receiving elements is light that passes through different microlenses. For example, since the microlens L1 and the light receiving element B1, and the microlens L3 and the light receiving element A3 respectively correspond to the light rays R3 and R4 from the same subject, the image is shifted by two pitches in the opposite direction to that at the front pin.
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。 In this way, image shift occurs according to the amount of focus shift. Actually, since the focus detection accuracy decreases with the image shift amount (phase production amount) in units of one pitch, a known interpolation calculation or the like is performed to detect the focus for one pitch or less. By detecting the image shift amount in this way, the focus shift amount of the photographing lens can be obtained.
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。 Here, FIG. 8A shows the configuration of the pixel unit 110 located in the imaging unit 100 portion among the pixel units arranged in a two-dimensional manner in the horizontal direction and the vertical direction shown in FIG. Will be described.
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。
In the figure, in the pixel unit 110, the output of the
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。 The first stage amplifier 104 includes an amplifier A1, a storage capacitor C1, and a switch SW1, and constitutes an integrator. The output of the first stage amplifier 104 is input to the sample hold unit 105. The sample hold unit 105 includes a switch SW2, a hold capacitor C2, and a buffer A2.
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。
Then, the pixel unit 110 is initialized when the switches SW1 and SW2 are turned on, and then the accumulation operation is started when the switch SW1 is turned off. Further, when the switch SW2 is turned off, the accumulation level is held in the hold capacitor C2, and the accumulation operation is terminated. The on / off timing of the switches SW1 and SW2 is controlled by the
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Vsn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。
Further, the accumulation level held by the hold capacitor C2 is output to Vsn through the buffer A2, selected by the
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201a,201bの発生電荷を増幅する画素増幅回路202a,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。
The focus detection unit 200 includes a pair of
一方、図8(b)は上記画素ユニット210の詳細な構成を示す図である。 On the other hand, FIG. 8B is a diagram showing a detailed configuration of the pixel unit 210.
同図に示されるように、画素増幅回路202a,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。
As shown in the figure, the
上記撮像部100のフォトダイオード101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。
A color filter is disposed in front of the
一方、焦点検出部のフォトダイオード201a,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。
On the other hand, no color filter is arranged in front of the
このように、複数の焦点検出領域200A,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。
As described above, it is possible to perform processing based on a known algorithm such as performing focus detection on the plurality of
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。
On the other hand, in the
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。
By the way, at the time of image creation, there is no image data for the
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。
The method for supplementing this image data will be described below. In FIG. 4A, for example, the
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。
At this time, it is needless to say that only pixel data of the same color filter may be used. As the interpolation calculation method, various methods such as simple averaging or weighted averaging of the pixel signals of the
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。
Next, FIG. 10 shows a detailed configuration of the video
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AMP79は、上記FPN除去回路78の出力を所定のゲインで増幅する。
In FIG. 10, a fixed pattern noise (FPN)
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。
The A /
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。
The image
即ち、タイミングジェネレータ(TG)82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AD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。
That is, the timing generator (TG) 82 generates a drive signal such as a drive pulse for driving the
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。
The
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。
Hereinafter, the operation of the
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ROM31bに格納されたシーケンスプログラムを実行する。
When a power switch (not shown) is turned on or a battery is inserted, the
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S2)。 That is, when entering this sequence, first, each block in the imaging apparatus is initialized (step S1). Subsequently, the state of 1RSW 47 is detected (step S2).
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。
When the
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)。
On the other hand, when
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。
This focus detection calculation is executed at timing F1 in FIG. 12 (f), and the calculation results in the
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S9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。 Subsequently, it is determined whether the focus detection calculation result is in-focus or in-focus (step S7). If in-focus, the process proceeds to step S9. In the case of out-of-focus, the process proceeds to step S8, and the amount of movement of the focusing lens 1a that achieves in-focus is calculated and driven based on the focus detection calculation result. Then, the process returns to step S2, and the AF operation as described above is repeated. The driving of the focusing lens 1a is executed at the timing F2 in FIG.
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S10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。
In step S9, it is detected whether
続くステップS1O以降では、本露光動作を行う。 In subsequent steps S1O and subsequent, the main exposure operation is performed.
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S10)、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)。
That is, the
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。 This main exposure operation is executed at the timing of F3 in FIG.
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)。
This electronic shutter operation is performed by generating a charge storage signal HOLD at a predetermined timing according to the shutter speed by the image
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。
Next, the image
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12(f)のF5のタイミングで行われる。
Further, the
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。 Thus, the series of photographing operations is completed, the process returns to step S2, and the above-described operation is repeated.
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
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。 In the second embodiment, the arrangement of the focus detection areas is changed with respect to the first embodiment described above.
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。 First, FIG. 13 is a diagram illustrating an arrangement state of focus detection areas of the image sensor in the imaging apparatus according to the second embodiment.
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120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300Aと垂直な方向に配置される300Bとを有している。
As shown in the figure, in the
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。 FIG. 14 shows the arrangement of photodiodes in the image sensor of the image pickup apparatus according to the second embodiment.
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。
Similar to the first embodiment described above, the image pickup unit 100 is formed over the entire surface of the image pickup device 6, and as shown in FIG. 14, the
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。
A plurality of pairs of
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。 In the second embodiment, by providing the cross-shaped focus detection area in this way, it is possible to detect the focus on the subject existing in the area near the center of the shooting screen regardless of the direction of contrast. .
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
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。 FIG. 15 is a diagram illustrating an arrangement of image pickup elements of the image pickup apparatus according to the third embodiment.
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。 The third embodiment further includes a plurality of combinations of cross-shaped focus detection areas shown in the second embodiment.
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。
The cross-shaped
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。 In the third embodiment, the number of cruciform focus detection areas is further increased, so that focus detection can be performed over the entire shooting screen without being affected by the direction of subject contrast.
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
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。 FIG. 16 is a diagram illustrating an arrangement of image pickup elements of the image pickup apparatus according to the fourth embodiment.
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510A,510Bを十字型に配置して十字型焦点検出領域501A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。
In the fourth embodiment, the focus detection area is extended obliquely with respect to the side of the
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
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。 The fifth embodiment is a modification of the first embodiment, and is different from the first embodiment in the configuration of the pixel unit.
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200Aの画素ユニット210の構成を示す図である。
図18(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201c有している。
FIG. 18A is a diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 18A, in the fifth embodiment, the
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。 Further, in FIG. 18B, the accumulation operation is performed with the switch Swg turned off during focus detection. In this case, the same operation as in the first embodiment described above is performed.
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。
On the other hand, when the recorded image is captured, the
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202a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。
At that time, the switch SWg is turned on and the output of the
そして、得られたフォトダイオード201a,201cの加算画素信号とフォトダイオード201b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。
Then, by adding the added pixel signals of the obtained
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。
In this manner, a higher quality image can be obtained by similarly creating an image signal for each of the
図19は前述した第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。
FIG. 19 is a diagram showing the arrangement of the photodiodes of the
同図に示されるように、フォトダイオード501a,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501a,501b,501cの受光量を加算した画像信号を作成する。 As shown in the drawing, an image photodiode 501c is provided in addition to the photodiodes 501a and 501b. At the time of recording and imaging, an image signal is created by adding the received light amounts of the photodiodes 501a, 501b, and 501c.
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。
As described above, since the optical characteristics of the
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
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。 The sixth embodiment is a modification of the first embodiment described above, and particularly the arrangement of the photodiodes is different.
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。 FIG. 21 is a diagram illustrating an arrangement of focus detection units of the image sensor in the image pickup apparatus according to the sixth embodiment.
同図に示されるように、焦点検出部200A〜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。
As shown in the figure, in the
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。
The
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。 In the sixth embodiment, since the number of effective pixel data for interpolation calculation is increased as compared with the first embodiment described above, the image quality can be further improved.
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。
Incidentally, although the unit composed of a pair of
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
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。 The seventh embodiment is a modification of the above-described first embodiment, and in particular, the arrangement of the color filters on the photodiode is different.
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。 FIG. 20 is a diagram illustrating the arrangement of the focus detection units of the image sensor in the imaging apparatus according to the seventh embodiment.
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。
In the first embodiment described above, the color filters are not arranged in the
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。
Of course, the color G pixel signal or the color B pixel signal may be individually subjected to focus detection calculation and averaged, or only one with high reliability may be selected. In this case, the detection pitch of focus detection becomes rough, but pixel signal information in the
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。
Further, at the time of creating a recorded image, for example, for the
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。 As described above, in the present invention, the pupil-divided microlens group and the pair of light-receiving element groups that receive the pupil-divided light east are formed in a plurality of regions on the same chip as the image sensor, and the output of the light-receiving element group Since focus detection is performed based on this, it is possible to provide an imaging apparatus that has a focus detection area that is low-cost and space-saving, has a wide-field focus detection region, and has a high-speed and high-precision focus adjustment function.
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。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and it is needless to say that various improvements and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the image sensor is described as a MOS sensor, but a CCD or other type of solid-state image sensor may be used.
尚、本発明の上記実施の形態には、以下の発明が含まれる。 In addition, the following invention is contained in the said embodiment of this invention.
(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。
(1) In an imaging apparatus having an imaging element that performs photoelectric conversion of an optical image that has passed through a photographing lens and formed on a light receiving surface,
First and second microlens arrays that are two-dimensionally arranged with the light receiving surface as a focal position,
A first light-receiving element group having a single light-receiving element as a constituent unit, which is arranged near the focal position of the first microlens array and outputs a first video signal,
A second light-receiving element group having a pair of light-receiving elements as structural units, which are arranged near the focal position of the second microlens array and each output a second video signal;
Comprising
An imaging apparatus, comprising: a plurality of focus detection block arrays in which the second microlens array and the second light receiving element group are regularly arranged.
(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。 (2) In the above (1), the plurality of focus detection block rows are arranged so that the arrangement directions of the second light receiving element groups are different from each other.
(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。 (3) In the above (1), the first light receiving element group and the second light receiving element group have different arrangement pitches on the imaging element.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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微小レンズ群と、上記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とともにその前面に所定の規則に従って配列される色フィルタが配置された一対の受光素子群と、
を有する撮像素子と、
上記一対の受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備し、
上記焦点検出部は、上記同色の色フィルタが配置された前記一対の受光素子群の出力に基づいて焦点検出を行う
ことを特徴とする撮像装置。 In an imaging apparatus having an imaging element that receives subject image light that has passed through a photographing lens,
A minute lens group that divides the luminous flux of the subject image light that passes through the photographing lens, and a color filter that receives the luminous flux divided by the minute lens group and that is arranged in accordance with a predetermined rule are arranged on the front surface thereof. A pair of light receiving element groups,
An imaging device having:
A focus detection unit that performs focus detection based on the outputs of the pair of light receiving element groups;
Comprising
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the focus detection unit performs focus detection based on outputs of the pair of light receiving element groups in which the color filters of the same color are arranged.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The focus detection unit performs focus detection based on outputs of the pair of light receiving element groups in which the same color filters are arranged for a plurality of different color filters, and outputs a plurality of focus detection results corresponding to the different color filters. The imaging apparatus according to claim 1, wherein an average value is adopted as a focus detection result.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The focus detection unit performs focus detection based on outputs of the pair of light receiving element groups in which the same color filters are arranged for a plurality of different color filters, and outputs a plurality of focus detection results corresponding to the different color filters. The imaging apparatus according to claim 1, wherein a focus detection result with higher reliability is selected.
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