JP2009162845A - Imaging device, focus detecting device and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は撮像素子、焦点検出装置および撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging element, a focus detection device, and an imaging device.
光学系により結像された像の撮像と光学系の焦点検出とを行うために、撮像画素の二次元配列の一部に焦点検出画素を配列した撮像素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この撮像素子は、一つの焦点検出画素の中に一対の光電変換部を設け、光学系の射出瞳の一対の領域を通過した一対の光束により結像される一対の像のズレ量を検出し、このズレ量に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行うために用いられている。
In order to perform imaging of an image formed by an optical system and focus detection of the optical system, an imaging device in which focus detection pixels are arranged in a part of a two-dimensional array of imaging pixels is known (for example, Patent Documents). 1).
This image sensor is provided with a pair of photoelectric conversion units in one focus detection pixel, and detects a deviation amount of a pair of images formed by a pair of light beams that have passed through a pair of areas of an exit pupil of an optical system. This is used to perform focus detection by a so-called pupil division type phase difference detection system that detects the focus adjustment state of the optical system based on this shift amount.
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
しかしながら、上述した従来の撮像素子では、一つの焦点検出画素の中に二個の光電変換部を設けているので、一つの画素の中に一つの光電変換部を有する撮像画素とは異なる出力信号読み出し回路が必要となり、焦点検出画素周りの信号回路が複雑になる上に、信号読み出し制御も煩雑になるという問題がある。 However, in the conventional imaging device described above, since two photoelectric conversion units are provided in one focus detection pixel, an output signal different from that of an imaging pixel having one photoelectric conversion unit in one pixel. There is a problem that a readout circuit is required, the signal circuit around the focus detection pixel is complicated, and signal readout control is complicated.
(1) 請求項1の発明は、光学系により結像された像を撮像するための撮像画素が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像画素の代わりに光学系の焦点調節状態を検出するための第1焦点検出画素と第2焦点検出画素とを直線状に交互に配列した撮像素子であって、第1焦点検出画素は、マイクロレンズを介して光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第1光電変換部を備え、第2焦点検出画素は、マイクロレンズを介して他方の領域を通過した光を受光する第2光電変換部を備える。
(2) 請求項2の発明は、請求項1に記載の撮像素子において、第1焦点検出画素と第2焦点検出画素とを同数個ずつ配列した。
(3) 請求項3の発明は、請求項1に記載の撮像素子において、第1焦点検出画素と第2焦点検出画素とを異なる個数配列した。
(4) 請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の撮像素子において、第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の配列には撮像画素が含まれる。
(5) 請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の撮像素子と、第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の配列の中から同数個の第1焦点検出画素と第2焦点検出画素を抽出し、抽出した第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、信号読み出し手段により読み出された第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の画素信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える焦点検出装置である。
(6) 請求項6の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の撮像素子と、第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の配列の中から異なる個数の第1焦点検出画素と第2焦点検出画素を抽出し、抽出した第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、信号読み出し手段により読み出された第1焦点検出画素と第2焦点検出画素の画素信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える。
(7) 請求項7の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の撮像素子と、撮像画素、第1焦点検出画素および第2焦点検出画素から画素信号を読み出す信号読み出し手段と、第1焦点検出画素および第2焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号を、第1焦点検出画素および第2焦点検出画素の周囲の撮像画素の画素信号に基づいて補間により算出する補間手段とを備え、撮像画素の画素信号と、補間手段による補間後の第1焦点検出画素および第2焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号とにより画像を生成する撮像装置である。
(1) According to the first aspect of the present invention, the focus adjustment state of the optical system is set in place of the imaging pixel in a part of the imaging element in which imaging pixels for imaging an image formed by the optical system are two-dimensionally arranged. An image sensor in which first focus detection pixels and second focus detection pixels for detection are alternately arranged in a straight line, and the first focus detection pixels are a pair of exit pupils of an optical system via a microlens. A first photoelectric conversion unit that receives light that has passed through one of the regions, and the second focus detection pixel includes a second photoelectric conversion unit that receives light that has passed through the other region via the microlens. Prepare.
(2) According to the invention of claim 2, in the imaging device according to claim 1, the same number of first focus detection pixels and second focus detection pixels are arranged.
(3) According to a third aspect of the present invention, in the imaging device according to the first aspect, different numbers of first focus detection pixels and second focus detection pixels are arranged.
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the imaging device according to any one of the first to third aspects, the array of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels includes an image pickup pixel.
(5) The invention of claim 5 provides the same number of first focus detections from the image sensor according to any one of claims 1 to 4 and an array of first focus detection pixels and second focus detection pixels. The pixel and the second focus detection pixel are extracted, the signal readout means for reading out the pixel signals of the extracted first focus detection pixel and the second focus detection pixel, the first focus detection pixel and the second read out by the signal readout means The focus detection apparatus includes a focus detection unit that detects a focus adjustment state of the optical system based on a pixel signal of the focus detection pixel.
(6) A sixth aspect of the present invention is the imaging element according to any one of the first to fourth aspects, and a different number of first focus detections from an array of first focus detection pixels and second focus detection pixels. The pixel and the second focus detection pixel are extracted, the signal readout means for reading out the pixel signals of the extracted first focus detection pixel and the second focus detection pixel, the first focus detection pixel and the second read out by the signal readout means Focus detection means for detecting the focus adjustment state of the optical system based on the pixel signal of the focus detection pixel.
(7) The invention of claim 7 is an image pickup device according to any one of claims 1 to 4, and a signal reading unit that reads out a pixel signal from the image pickup pixel, the first focus detection pixel, and the second focus detection pixel. Interpolating means for calculating pixel signals for imaging at the positions of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel by interpolation based on pixel signals of imaging pixels around the first focus detection pixel and the second focus detection pixel And an imaging device that generates an image using pixel signals of the imaging pixels and pixel signals for imaging at the positions of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels after interpolation by the interpolation unit.
本発明によれば、焦点検出画素周りの信号読み出し回路を撮像画素周りの信号読み出し回路と同様に構成することができる上に、焦点検出画素からの信号読み出し制御も撮像画素からの信号読み出し制御と同様に扱うことができ、回路および制御を簡略に構成することができる。 According to the present invention, the signal readout circuit around the focus detection pixel can be configured in the same manner as the signal readout circuit around the imaging pixel, and the signal readout control from the focus detection pixel is also the signal readout control from the imaging pixel. It can be handled in the same way, and the circuit and control can be configured simply.
撮像画素の二次元配列中の一部に二種類の焦点検出画素を配列した一実施の形態の撮像素子と、その撮像素子を用いた焦点検出装置および撮像装置を説明する。一実施の形態の撮像素子を備えた焦点検出装置および撮像装置として、レンズ交換式一眼レフデジタルスチルカメラを例に上げて説明する。なお、本発明の撮像素子は、一眼レフカメラスチルカメラに限定されず、例えばコンパクトカメラやビデオカメラなどの焦点検出装置および撮像装置にも適用することができる。 An imaging device according to an embodiment in which two types of focus detection pixels are arranged in a part of a two-dimensional array of imaging pixels, and a focus detection device and an imaging device using the imaging device will be described. As a focus detection apparatus and an imaging apparatus provided with an imaging device according to an embodiment, a lens interchangeable single-lens reflex digital still camera will be described as an example. The imaging device of the present invention is not limited to a single-lens reflex camera still camera, and can be applied to a focus detection device and an imaging device such as a compact camera and a video camera, for example.
図1は一実施の形態のカメラ(撮像装置)の構成を示すカメラの横断面図である。一実施の形態のデジタルスチルカメラ201は交換レンズ202とカメラボディ203から構成され、交換レンズ202がマウント部204を介してカメラボディ203に装着される。カメラボディ203にはマウント部204を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ202が装着可能である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a camera showing a configuration of a camera (imaging device) according to an embodiment. A
交換レンズ202はレンズ209、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210、絞り211、レンズ駆動制御装置206などを備えている。レンズ駆動制御装置206は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ210の焦点調節と絞り211の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210および絞り211の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置214との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り211は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
The
カメラボディ203は撮像素子212、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。撮像素子212には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子212については詳細を後述する。
The
ボディ駆動制御装置214はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子212の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ202の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置214は電気接点213を介してレンズ駆動制御装置206と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など)の送信を行う。
The body
液晶表示素子216は電気的なビューファインダー(EVF:Electronic View Finder)として機能する。液晶表示素子駆動回路215は撮像素子212によるスルー画像を液晶表示素子216に表示し、撮影者は接眼レンズ217を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード219は、撮像素子212により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。
The liquid
交換レンズ202を通過した光束により、撮像素子212の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子212により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置214へ送られる。
A subject image is formed on the light receiving surface of the
ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の焦点検出画素からの焦点検出信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送る。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212からの画像信号を処理して画像を生成し、メモリカード219に格納するとともに、撮像素子212からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ送り、スルー画像を液晶表示素子216に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置214は、レンズ駆動制御装置206へ絞り制御情報を送って絞り211の開口制御を行う。
The body
レンズ駆動制御装置206は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放F値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ208とフォーカシング用レンズ210の位置と絞り211の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。
The
レンズ駆動制御装置206は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ210を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置206は受信した絞り値に応じて絞り211を駆動する。
The lens
図2は、交換レンズ202の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子212上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域、すなわち焦点検出エリア、焦点検出位置の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面100内の中央および上下左右の5箇所に焦点検出エリア101〜105が配置される。焦点検出エリア101〜103では画面100の左右方向(横方向)に焦点検出画素が直線的に配列され、焦点検出エリア104、105では画面100の上下方向(縦方向)に焦点検出画素が直線的に配列されている。
FIG. 2 is a diagram showing a focus detection position on the photographing screen of the
なお、焦点検出エリアの位置、個数、方向(焦点検出画素配列の方向)は図2に示すそれらに限定されるものではなく、例えば斜め方向でもよく、あるいは2方向の焦点検出エリアが交わる十字型としてもよい。 Note that the position, number, and direction of the focus detection areas (the direction of the focus detection pixel array) are not limited to those shown in FIG. 2, and may be, for example, an oblique direction or a cross shape in which two focus detection areas intersect. It is good.
図3は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子212上の焦点検出エリア104の近傍を拡大して示す。なお、焦点検出エリア105の近傍の画素配列は図3に示す焦点検出エリア104近傍の画素配列と同様である。図3において、撮像素子212には撮像画素310が二次元正方格子状に稠密に配列されるとともに、焦点検出エリア104に対応する位置には撮像画素310の代わりに焦点検出用の焦点検出画素312、313が上下方向の直線上に隣接して交互に配列される。また、図2に示す画面100の左右方向に配列された焦点検出エリア101〜103においては、焦点検出画素312、313が左右方向の直線上に配列され、その周囲に撮像画素310が配列されている。
FIG. 3 is a front view showing a detailed configuration of the
図4は撮像画素310の正面図である。撮像画素310は、マイクロレンズ10、光電変換部11、色フィルター(不図示)および出力回路(不図示)などから構成される。色フィルターは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなり、それぞれの分光感度は図5に示す特性になっている。撮像素子212には、各色フィルターを備えた撮像画素310がベイヤー配列されている。撮像画素310の光電変換部11は、マイクロレンズ10によって最も明るい交換レンズの射出瞳径(例えばF1.0)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。
FIG. 4 is a front view of the
図6は撮像画素310の断面図である。撮像画素310では撮像用の光電変換部11の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部11の形状が前方に投影される。光電変換部11は半導体回路基板29上に形成される。なお、不図示の色フィルターはマイクロレンズ10と光電変換部11の中間に配置される。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
図7は焦点検出画素312,313を配列方向に並べたときの正面図である。焦点検出画素312は、図7(a)に示すようにマイクロレンズ10と光電変換部12から構成され、光電変換部12の形状は矩形である。同様に、焦点検出画素313は、図7(b)に示すようにマイクロレンズ10と光電変換部13から構成され、光電変換部13の形状は矩形である。
FIG. 7 is a front view when the
図2に示す画面100の上下方向の焦点検出エリア104、105において、焦点検出画素312と焦点検出画素313とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、光電変換部12と13が画面100の上下方向に並んでいる。焦点検出画素312と焦点検出画素313は、焦点検出エリア104、105において画面上下方向、すなわち光電変換部12と13の並び方向に交互に配置されている。一方、撮影画面100の左右方向の焦点検出エリア101〜103においては、焦点検出画素312と焦点検出画素313とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、光電変換部12と13が左右方向に並んでいる。焦点検出画素312と焦点検出画素313は、焦点検出エリア101〜103において画面左右方向、すなわち光電変換部12と13の並び方向に交互に配置されている。
In the
焦点検出画素312、313の光電変換部12、13は、マイクロレンズ10によって交換レンズの射出瞳の所定の領域(例えばF2.8)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。焦点検出画素312、313には光量をかせぐために色フィルターが設けられておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター(不図示)の分光特性とを総合した分光特性(図5参照)となる。つまり、図8に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
The
焦点検出用の焦点検出画素312、313は、撮像画素310の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されている。焦点検出用の焦点検出画素312、313が撮像画素310の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されているのは、画素補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。
図9(a)は焦点検出画素312の断面図である。画面中央の焦点検出エリア101に配置された焦点検出画素312において、光電変換部12の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部12の形状が前方に投影される。光電変換部12は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ10が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。なお、他の焦点検出エリア102〜105に配置された焦点検出画素312も同様な断面構造を有する。
FIG. 9A is a cross-sectional view of the
図9(b)は焦点検出画素313の断面図である。画面中央の焦点検出エリア101に配置された焦点検出画素313において、光電変換部13の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部13の形状が前方に投影される。光電変換部13は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ10が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。なお、他の焦点検出エリア102〜105に配置された焦点検出画素313も同様な断面構造を有する。
FIG. 9B is a cross-sectional view of the
図10は、撮影画面中央におけるマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。90は交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方dの距離に設定された瞳面(以下では測距瞳面と呼ぶ)であり、距離dはマイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離(以下では測距瞳距離と呼ぶ)である。91は交換レンズの光軸、10a〜10dはマイクロレンズ、12a、12b、13a、13bは光電変換部、312a、312b、313a、313bは焦点検出画素、72、73、82、83は焦点検出用光束である。92はマイクロレンズ10a、10cにより投影された光電変換部12a、12bの領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。93はマイクロレンズ10b、10dにより投影された光電変換部13a、13bの領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a focus detection optical system of a pupil division type phase difference detection method using a microlens at the center of the photographing screen.
図10においては、撮影光軸91に隣接する4つの焦点検出画素(画素312a、313a、312b、313b)を模式的に例示しているが、その他の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳92、93から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致している。
In FIG. 10, four focus detection pixels (
マイクロレンズ10a〜10dは交換レンズの予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ10a〜10dによりその背後に配置された光電変換部12a、13a、12b、13bの形状がマイクロレンズ10a〜10dから測距瞳距離dだけ離間した測距瞳面90上に投影され、その投影形状は測距瞳92、93を形成する。すなわち、投影距離dにある測距瞳面90上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳92、93)が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
The
光電変換部12aは、測距瞳92を通過してマイクロレンズ10aに向かう光束72によりマイクロレンズ10a上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部12bは、測距瞳92を通過してマイクロレンズ10cに向かう光束82によりマイクロレンズ10c上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部13aは、測距瞳93を通過してマイクロレンズ10bに向かう光束73によりマイクロレンズ10b上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部13bは、測距瞳93を通過してマイクロレンズ10dに向かう光束83によりマイクロレンズ10d上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
The
上述したような2種類の焦点検出画素を直線上に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳92と測距瞳93に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳92と測距瞳93をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して周知の像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。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って、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アレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。
A large number of the two types of focus detection pixels as described above are arranged on a straight line, and the output of the photoelectric conversion unit of each pixel is grouped into an output group corresponding to the
撮像画素310の二次元配列中の一部に二種類の焦点検出画素312と313を配列した撮像素子212において、これら二種類の焦点検出画素312と313は、一つの焦点検出画素312、313の中に1個の光電変換部12または13が設けられ、交換レンズ202の瞳の一対の領域を通過した一対の光束により結像される一対の像を一対の光電変換部12と13で受光し、一対の像に応じた一対の信号を出力する。したがって、二種類の焦点検出画素312と313は一対の焦点検出画素ということができる。この一対の焦点検出画素312,313の出力信号に基づいて一対の像のズレ量を検出し、このズレ量に基づいて交換レンズ202の焦点調節状態を検出する、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出が行われる。
In the
焦点検出画素312、313の配列方法には、次の二通りが考えられる。第1の配列方法は、図11(a)に示すように同数の焦点検出画素312と313を交互に配列する方法であり、第2の配列方法は、図11(b)に示すように焦点検出画素312と313の内の一方を1個だけ余分に用い、それぞれ交互に配列する方法である。図11(b)に示す例では、焦点検出画素312の配列個数が焦点検出313の配列個数より1個だけ多い。なお、図11では、説明を解りやすくするために横8画素、縦5画素の撮像素子として示す。
There are two possible methods for arranging the
一対の焦点検出画素312,313をそれぞれ同数個用い、互いに交互に配列した前者の配列方法によれば、画素の余りがでないので読み出し時、特に撮像画素310がベイヤー配列されている場合には撮像画素310と焦点検出画素312,313の出力信号の処理が容易になり、焦点検出時間を短縮できる上に、撮像画像をビューファインダー表示する際の間引き読み出しにも対応しやすいという利点がある。
According to the former arrangement method in which the same number of pairs of
一方、一対の焦点検出画素312と313の内の一方を1個だけ余分に用い、それぞれ交互に配列する後者の配列方法によれば、一方の焦点検出画素312の配列の中心位置と、他方の焦点検出画素313の配列の中心位置とが一致し、焦点検出精度が向上するという利点がある。
On the other hand, according to the latter arrangement method in which only one of the pair of
なお、一対の焦点検出画素312,313をそれぞれ同数個用い、互いに交互に配列した長い焦点検出画素配列の中から、あるいは、一対の焦点検出画素312,313のいずれか一方を1個だけ多く用い、互いに交互に配列した長い焦点検出画素配列の中から、撮影条件等に応じて同数個の焦点検出画素312と313の信号を読み出すか、あるいは互いに異なる個数の焦点検出画素312と313の信号を読み出すかを切り換えるようにしてもよい。
Note that the same number of pairs of
例えば、移動被写体を捕捉して焦点検出を行うときのように焦点検出の高速応答が必要な場合には、焦点検出画素312と313をそれぞれ同数個ずつ信号読み出しして焦点検出を行い、比較的コントラストが低い被写体を捕捉して焦点検出を行うときのように高精度の焦点検出が必要な場合には、焦点検出画素312と313のいずれか一方を1個だけ多く信号読み出しして焦点検出を行う。
For example, when high-speed response for focus detection is required, such as when a moving subject is captured and focus detection is performed, the same number of
上述した焦点検出画素配列では、一対の焦点検出画素312と313を交互に隙間なく配列する例を示したが、焦点検出画素312,313の間に撮像画素310を挟むように配列してもよい。
In the above-described focus detection pixel array, an example in which a pair of
図12は変形例の焦点検出画素配列を示す。なお、図12では焦点検出画素配列部のみを拡大して示す。図12(a)は、隣接する焦点検出画素312と313を一対として、ある対と隣の対の間に撮像画素310を挟んで配列した焦点検出画素列の例を示す。焦点検出画素312、313は対を組むので、それぞれ同数個用いることになる。また、図12(b)は、一対の焦点検出画素列312,313をそれぞれ同数個用い、これらを交互に、かつ撮像画素310をは挟んで配列した例を示す。さらに、図12(c)は、一対の焦点検出画素312,313の内、一方の焦点検出画素312を1個だけ多く用い、これらを交互に、かつ撮像画素310を挟んで配列した例を示す。
FIG. 12 shows a modified focus detection pixel array. In FIG. 12, only the focus detection pixel array portion is shown enlarged. FIG. 12A shows an example of a focus detection pixel array in which adjacent
このように、焦点検出画素312,313の間に撮像画素310を挟んで配列することによって、焦点検出画素312,313の位置の撮像信号を周りの撮像画素310の出力に基づいて補間演算する際に、焦点検出画素列の間に挟んだ撮像画素310を補間演算に用いることができ、焦点検出画素位置の撮像信号を正確に推定することができる。したがって、実際の被写体により近い画像を生成することができる。
As described above, by arranging the
なお、図12に示す配列以外にも、焦点検出画素312,313の配列に撮像画素310が含まれるような配列であればどのような配列であってもよいが、焦点検出画素312,313の配列に含まれる撮像画素310の個数が多いほど焦点検出画素ピッチが大きくなって、焦点検出における分解能が低下することから、補間により生成する画像と焦点検出分解能とのバランスをとる必要がある。
In addition to the arrangement shown in FIG. 12, any arrangement may be used as long as the
上述した焦点検出画素312,313では、図7(a)、(b)に示すような矩形の光電変換部12,13を用いた例を示したが、図13(a)、(b)に示すような半円形の光電変換部16,17を有する焦点検出画素314,315を用いてもよい。図14は、このような焦点検出画素314,315を用いて構成した変形例の撮像素子212Aの部分拡大図を示す。焦点検出画素の光電変換部を半円形状にすると、矩形形状の光電変換部に比べ光学系の射出瞳を通過したより多くの光束を受光できるので、被写体が暗い場合の焦点検出性能を向上させることができる。
In the
なお、焦点検出画素の光電変換部の形状は、上述した矩形や半円形の他に種々の形状とすることができる。 The shape of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel can be various shapes in addition to the above-described rectangle or semicircle.
上述した撮像素子では、撮像画素310のカラーフィルターがベイヤー配列されている例を示したが、補色配列としてもよい。
In the image pickup device described above, an example in which the color filters of the
このように、一実施の形態によれば、交換レンズ202により結像された像を撮像するための撮像画素310が二次元配列された撮像素子の一部に、撮像画素310の代わりに交換レンズ202の焦点調節状態を検出するための第1の焦点検出画素312,314と第2の焦点検出画素313,315とを直線状に交互に配列した撮像素子であって、第1の焦点検出画素312,314は、マイクロレンズを介して光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第1の光電変換部12,16を備え、第2の焦点検出画素313,315は、マイクロレンズを介して他方の領域を通過した光を受光する第2の光電変換部13,17を備えるようにしたので、焦点検出画素周りの信号読み出し回路を撮像画素周りの信号読み出し回路と同様に構成することができる上に、焦点検出画素からの信号読み出し制御も撮像画素からの信号読み出し制御と同様に扱うことができ、回路および制御を簡略に構成することができる。
As described above, according to the embodiment, the interchangeable lens is used instead of the
10;マイクロレンズ、11,12,13,16,17;光電変換部、201;撮像装置(カメラ)、202;交換レンズ、212,212A;撮像素子、214;ボディ駆動制御装置、310;撮像画素、312,313,314,315;焦点検出画素
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1焦点検出画素は、マイクロレンズを介して前記光学系の射出瞳の一対の領域の内の一方の領域を通過した光を受光する第1光電変換部を備え、
前記第2焦点検出画素は、マイクロレンズを介して他方の前記領域を通過した光を受光する第2光電変換部を備えることを特徴とする撮像素子。 First focus detection for detecting a focus adjustment state of the optical system instead of the imaging pixel in a part of an imaging element in which imaging pixels for imaging an image formed by the optical system are two-dimensionally arranged An imaging device in which pixels and second focus detection pixels are alternately arranged in a straight line,
The first focus detection pixel includes a first photoelectric conversion unit that receives light that has passed through one region of a pair of regions of the exit pupil of the optical system via a microlens,
The second focus detection pixel includes a second photoelectric conversion unit that receives light that has passed through the other region via a microlens.
前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素とを同数個ずつ配列したことを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
An imaging device, wherein the same number of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels are arranged.
前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素とを異なる個数配列したことを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1,
An imaging device, wherein a different number of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels are arranged.
前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の配列には前記撮像画素が含まれることを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to any one of claims 1 to 3,
The imaging device, wherein the imaging pixels are included in an array of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels.
前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の配列の中から同数個の前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素を抽出し、抽出した前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記信号読み出し手段により読み出された前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の画素信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The same number of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels are extracted from the array of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels, and the extracted first focus detection pixels and the second focus detection pixels are extracted. Signal readout means for reading out the pixel signal of the focus detection pixel;
Focusing means comprising focus detection means for detecting a focus adjustment state of the optical system based on pixel signals of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels read by the signal reading means. Detection device.
前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の配列の中から異なる個数の前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素を抽出し、抽出した前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記信号読み出し手段により読み出された前記第1焦点検出画素と前記第2焦点検出画素の画素信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 4,
Different numbers of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels are extracted from the array of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels, and the extracted first focus detection pixels and the second focus detection pixels are extracted. Signal readout means for reading out the pixel signal of the focus detection pixel;
Focusing means comprising focus detection means for detecting a focus adjustment state of the optical system based on pixel signals of the first focus detection pixels and the second focus detection pixels read by the signal reading means. Detection device.
前記撮像画素、前記第1焦点検出画素および前記第2焦点検出画素から画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
前記第1焦点検出画素および前記第2焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号を、前記第1焦点検出画素および前記第2焦点検出画素の周囲の前記撮像画素の画素信号に基づいて補間により算出する補間手段とを備え、
前記撮像画素の画素信号と、前記補間手段による補間後の前記第1焦点検出画素および前記第2焦点検出画素の位置の撮像用の画素信号とにより画像を生成することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 4,
Signal readout means for reading out pixel signals from the imaging pixel, the first focus detection pixel, and the second focus detection pixel;
The pixel signals for imaging at the positions of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel are interpolated based on pixel signals of the imaging pixels around the first focus detection pixel and the second focus detection pixel. Interpolating means for calculating,
An image pickup apparatus, wherein an image is generated by the pixel signal of the image pickup pixel and the pixel signal for image pickup at the position of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel after interpolation by the interpolation means.
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JP2012191401A (en) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Nikon Corp | Imaging apparatus |
JP2013003387A (en) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Nikon Corp | Imaging device |
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