JP2011234025A - Imaging apparatus and imaging device - Google Patents
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Images
Landscapes
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
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- Focusing (AREA)
Abstract
Description
本発明は、撮像素子を備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus including an imaging element.
従来から、画像データを一定周期で生成して被写体を連続的に撮像する撮像装置が知られている。このような撮像装置では、複数回の撮像に1回の割合で補助光を照射して自動焦点調節を行うとともに、補助光非照射時の画像データを動画データとして記録する(たとえば特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, imaging apparatuses that generate image data at a constant cycle and continuously capture a subject are known. In such an imaging apparatus, automatic focus adjustment is performed by irradiating auxiliary light at a rate of once per a plurality of times of imaging, and image data at the time of no auxiliary light irradiation is recorded as moving image data (for example, Patent Document 1). .
しかしながら、自動焦点調節の期間と撮像の期間とが重複しているので、補助光発光時に撮像された画像データに補助光の影響が発生することを避けるために、補助光照射時の画像データを動画データとして記録していない。このため、動画記録時に補助光が照射された場合のフレームレートが、補助光が非照射の場合のフレームレートに比べて低下し、動画品質が悪化するという問題がある。 However, since the auto focus adjustment period and the imaging period overlap, in order to avoid the influence of the auxiliary light on the image data captured at the time of the auxiliary light emission, the image data at the time of the auxiliary light irradiation is changed. Not recorded as video data. For this reason, there is a problem that the frame rate when the auxiliary light is irradiated during moving image recording is lower than the frame rate when the auxiliary light is not irradiated and the moving image quality is deteriorated.
請求項1に記載の発明による撮像装置は、入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、撮像信号を出力する複数の撮像画素と、入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とを時間的に少なくとも一部重複させる蓄積制御手段と、撮像画素から出力された撮像信号に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段と、1フレームのうち、撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光して被写体を照明する照明手段と、照明手段による照明が行われたフレームにおいて焦点検出手段から出力された焦点検出信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節を行う調節手段とを備え、蓄積制御手段は、照明手段が発光している期間中に、撮像画素の電荷蓄積を中断させることを特徴とする。
請求項9に記載の発明による撮像素子は、水平および垂直方向に行列状に二次元配列され、撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の撮像画素と、撮像画素とともに二次元配列され、撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の焦点検出画素と、行ごとに光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定時間ずつ重複させる蓄積制御手段と、全ての行のそれぞれについて撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが重複する期間のうち、全ての行に共通する期間内で撮像画素の電荷蓄積を一時的に中断させる蓄積中断手段と、撮像画素および焦点検出画素に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
An imaging apparatus according to a first aspect of the present invention includes a photoelectric conversion element that receives incident light flux and accumulates charges, receives a plurality of imaging pixels that output an imaging signal, and receives incident light flux and accumulates charges. A plurality of focus detection pixels each having a photoelectric conversion element that outputs a focus detection signal; and an accumulation control unit that at least partially overlaps the charge accumulation period of the imaging pixel and the charge accumulation period of the focus detection pixel in time. , An image generation means for generating image data of a plurality of continuous frames based on an imaging signal output from the imaging pixel, a charge accumulation period by the imaging pixel and a charge accumulation period by the focus detection pixel in one frame, Based on the focus detection signal output from the focus detection means in the frame illuminated by the illumination means. Te, and an adjustment means for performing focus adjustment of the photographic optical system, storage control means, during the period in which the illuminating means is emitting light, wherein the disrupting electrical charge storage at the image-capturing pixels.
An image pickup device according to a ninth aspect of the present invention is a plurality of image pickup pixels having photoelectric conversion elements that are two-dimensionally arranged in rows and columns in the horizontal and vertical directions, receive a light beam incident via a photographing optical system, and store a charge. And a plurality of focus detection pixels having photoelectric conversion elements that are two-dimensionally arrayed together with the imaging pixels and receive the light flux incident through the imaging optical system and accumulate charges, and the charge accumulation period of the photoelectric conversion elements for each row. Accumulation control means for overlapping each other for a predetermined time, and for each of all rows, imaging is performed within a period that is common to all rows among the periods in which the charge accumulation period by the imaging pixels and the charge accumulation period by the focus detection pixels overlap. Accumulation interruption means for temporarily interrupting the charge accumulation of the pixels, and image generation means for generating image data of a plurality of continuous frames based on the imaging pixels and the focus detection pixels It is characterized in.
本発明によれば、撮像装置は、照明手段が撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光している期間中には、撮像画素の電荷蓄積を中断させて画像データを生成できる。
さらに、本発明によれば、全ての行のそれぞれについて撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが重複する期間のうち、全ての行に共通する期間内で撮像画素の電荷蓄積を一時的に中断させて画像データを生成できる。
According to the present invention, in the imaging device, the charge of the imaging pixel is emitted during a period in which the illumination unit emits light in a period in which the period of charge accumulation by the imaging pixel and the period of charge accumulation by the focus detection pixel partially overlap. Image data can be generated by interrupting the accumulation.
Furthermore, according to the present invention, among the periods in which the charge accumulation period by the imaging pixels and the charge accumulation period by the focus detection pixels overlap for each of all the rows, the imaging pixels are within the period common to all the rows. Image data can be generated by temporarily interrupting charge accumulation.
−第1の実施の形態−
第1の実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式デジタルカメラを例に挙げて説明する。図1は、第1の実施の形態のカメラの構成を示すカメラの横断面図である。第1の実施の形態のデジタルカメラ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。
-First embodiment-
As an imaging apparatus according to the first embodiment, an interchangeable lens digital camera will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view of a camera showing the configuration of the camera of the first embodiment. The
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る。レンズ駆動制御装置206は、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とを行う。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(行と列)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用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る。ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の駆動制御および撮像素子212からの画素信号の読み出しと、焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ202の焦点調節と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との通信を行い、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から読み出された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録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、撮像画素および焦点検出画素の画素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
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画素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へ出力する。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の撮像画素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から読み出されたスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ出力し、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へ絞り制御情報を出力して、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、レンズ駆動制御装置206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の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値と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と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
照明手段218はボディ駆動制御装置214の指令に基づいて被写体を照明する手段である。低輝度時においても焦点検出が可能になるように、ボディ駆動制御装置214は低輝度時に照明手段218による照明を行うことによって焦点検出画素の画素信号レベルを上げる。なお、照明は短時間にのみ間欠的に行われる。
The
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(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上の中央(光軸上)に配置された焦点検出エリア101に焦点検出画素が水平方向に配列される。
FIG. 2 is a diagram showing a focus detection position on the photographing screen of the
図3は、撮像素子212の詳細な構成を示す図であり、図3は図2における焦点検出エリア101の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。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。撮像画素310は赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図3においては、水平方向の焦点検出用に撮像画素と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素313、314が交互に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。
3 is a diagram showing a detailed configuration of the
マイクロレンズ10は、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ9から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。撮像画素310は矩形のマイクロレンズ10、遮光マスクで受光領域を正方形に制限された光電変換部11および色フィルタ(不図示)から構成される。色フィルタは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなる。撮像素子21には、各色フィルタを備えた撮像画素310がベイヤー配列されている。
The
焦点検出画素313、314には、全ての色に対して焦点検出を行うためにすべての可視光を透過する白色フィルタが設けられている。従って、焦点検出画素313、314は、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を有し、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する。
The
焦点検出画素313は矩形のマイクロレンズ10と、遮光マスクで受光領域を正方形の左半分(正方形を垂直線で2等分した場合の左半分)に制限された光電変換部13と、色フィルタ(不図示)とを含んで構成される。また、焦点検出画素314は、矩形のマイクロレンズ10と、後述の遮光マスクで受光領域を正方形の右半分(正方形を垂直線で2等分した場合の右半分)に制限された光電変換部14と、色フィルタ(不図示)とを含んで構成される。焦点検出画素313と焦点検出画素314とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部13と14とが水平方向に並んでいる。
The
撮像画素310では、撮像用の光電変換部11の上に近接して遮光マスクが形成され、光電変換部11は遮光マスクの開口部を通過した光を受光する。遮光マスクの上には、平坦化層が形成され、その上に色フィルタが形成される。色フィルタの上には平坦化層が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部の形状が前方に投影される。光電変換部11は、半導体回路基板上に形成される。
In the
焦点検出画素313、314では、焦点検出用の光電変換部13、14の上に近接して遮光マスクが形成され、光電変換部13、14は遮光マスクの開口部を通過した光をそれぞれ受光する。遮光マスクの上には平坦化層が形成され、その上に白色フィルタが形成される。白色フィルタの上には平坦化層が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部の形状が前方に投影される。光電変換部13、14は半導体回路基板上に形成される。
In the
図4は、撮像画素310が受光する撮影光束の様子を説明するための図であって、撮像画素配列の断面を示す。撮像素子212上に配列された全ての撮像画素310の光電変換部11は、光電変換部11に近接して配置された遮光マスクの開口部を通過した光束を受光する。開口部の形状は、各撮像画素310のマイクロレンズ10によって、マイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上の全撮像画素に共通な領域95に投影される。
FIG. 4 is a diagram for explaining the state of the imaging light beam received by the
従って、各撮像画素310の光電変換部11は、領域95と各撮像画素310のマイクロレンズ10とを通過する光束71を受光する。そして、各撮像素子310の光電変換部11は、領域95を通過して各撮像画素310のマイクロレンズ10へ向う光束71によって各マイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
Therefore, the
図5は、焦点検出画素313、314が受光する焦点検出光束の様子を図4と比較して説明するための図であって、焦点検出画素配列の断面を示す。撮像素子212上に配列された全ての焦点検出画素310、314の光電変換部13、14は、光電変換部13、14に近接して配置された遮光マスクの開口部を通過した光束を受光する。開口部の形状は、各焦点検出画素313のマイクロレンズ10によって、マイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上の全ての焦点検出画素313に共通した領域93に投影される。同じく開口部の形状は、各焦点検出画素314のマイクロレンズ10によって、マイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上の全ての焦点検出画素314に共通した領域94に投影される。一対の領域93、94を測距瞳と呼ぶ。
FIG. 5 is a diagram for explaining the state of the focus detection light beam received by the
従って、各焦点検出画素313の光電変換部13は、測距瞳93と各焦点検出画素313のマイクロレンズ10とを通過する光束73を受光する。そして、各焦点検出画素313の光電変換部13は、測距瞳93を通過して各焦点検出画素313のマイクロレンズ10へ向う光束73によってマイクロレンズ10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、各焦点検出画素314の光電変換部14は、測距瞳94と各焦点検出画素314のマイクロレンズ10とを通過する光束74を受光する。そして、各焦点検出画素314の光電変換部14は、測距瞳94を通過して各焦点検出画素314のマイクロレンズ10へ向う光束74によってマイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
Therefore, the
一対の焦点検出画素313、314が受光する光束73、74が通過する射出瞳90上の測距瞳93と94とを統合した領域は、撮像画素310が受光する光束71が通過する射出瞳90上の領域95と一致する。すなわち、射出瞳90上において、光束73、74は光束71に対して相補的な関係になっている。
The area where the
上述した一対の焦点検出画素313、314を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を測距瞳93および測距瞳94に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳93と測距瞳94とをそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上(垂直方向)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、たとえば特開2007−333720号公報に開示されている公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。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置(垂直方向)における予定結像面と結像面との偏差(デフォーカス量)が算出される。
A large number of the pair of
次に、本実施の形態におけるデジタルカメラ201が備える撮像素子212の詳細について説明する。図6は、撮像素子212の回路構成を示す概念図である。撮像素子212は、CMOSイメージセンサとして構成されている。説明の都合上、図6では、撮像素子212の回路構成を、水平方向8画素×垂直方向4画素のレイアウトに簡略化して示す。また、図6は、図2の水平方向の焦点検出エリア101に対応して描かれており、水平方向に焦点検出画素313、314が同一の行に配置されている様子を示す。
Next, details of the
図6では、垂直方向において2行目は焦点検出画素313、314が配置された行であり、中央の4つの焦点検出画素313、314が複数の焦点検出画素を代表して示し、左右の2つずつの撮像画素310が焦点検出画素313、314の左右に配置された複数の画素を代表して示す。また、図6では、垂直方向において1行目、3行目、4行目は撮像画素310のみが配置された行であり、焦点検出画素313、314が配置された行の上下の複数の撮像画素のみからなる行を代表して示す。
In FIG. 6, the second row in the vertical direction is a row in which the
撮像画素310および焦点検出画素313、314は、受光した光量に応じた電荷を発生する光電変換部(フォトダイオード:PD)と、光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部(FD)と、FDに蓄積された電荷量に応じた画素信号を出力するアンプ(AMP)とを基本構成として備える。図6において、ラインメモリ320は1行分の画素の画素信号をサンプルホールドして一時的に保持するバッファであり、垂直信号線501に出力されている同一行の画素信号を垂直走査回路が発する制御信号φH1に基づいてサンプルホールドする。なお、ラインメモリ320に保持される画素信号は制御信号φS1〜φS4の立ち上がりに同期してリセットされる。
The
撮像画素310および焦点検出画素313、314からの画素信号の出力は垂直走査回路が発生する制御信号(φS1〜φS4)により行ごとに独立して制御される。制御信号(φS1〜φS4)により選択された行の画素の画素信号は垂直信号線501に出力される。ラインメモリ320に保持された画素信号は水平走査回路が発生する制御信号(φV1〜φV8)により、順次出力回路330に転送され、出力回路330で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
Output of pixel signals from the
撮像画素310および焦点検出画素313、314は、画素信号がサンプルホールドされた後、垂直走査回路が発生する制御信号(φR1〜φR4)によりリセットされ、制御信号φR1〜φR4の立ち下りで次回の画素信号のための電荷蓄積を開始する。垂直走査回路が発生する制御信号φT1〜φT4は撮像画素310および焦点検出画素313、314のフォトダイオードとフローティングディフュージョン部との間のゲートを制御するための信号である。この制御信号φR1〜φR4によりフォトダイオードで生成された電荷がフローティングディフュージョン部に転送されるか否かが行毎に制御される。リセット回路が発生する制御信号φUは撮像画素310にのみ共通に接続され、フォトダイオードで生成された電荷を破棄するために使用される。
The
制御信号φSyncは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部(ボディ駆動制御装置214)に出力される。入力信号Gxは外部(ボディ駆動制御装置214)からのリセット回路への入力信号であって、後述するように低輝度時に制御信号φUの発生を要求する信号である。リセット回路は入力信号Gxに応じて制御信号φUを発生する。制御信号φUは外部(ボディ駆動制御装置214)にも出力される。 The control signal φSync is a vertical synchronization signal, and is output to the outside (body drive control device 214) for each frame. The input signal Gx is an input signal to the reset circuit from the outside (body drive control device 214), and is a signal requesting the generation of the control signal φU when the luminance is low as will be described later. The reset circuit generates a control signal φU according to the input signal Gx. Control signal φU is also output to the outside (body drive control device 214).
図7は、図6に示す撮像素子212の撮像画素310の詳細回路図である。図7に示すように、光電変換部11はフォトダイオード(PD)で構成される。PDと浮遊拡散層(フローティングディフュージョン:FD)とは制御信号φTn(φT1〜φT4)により制御されるMOSトランジスタ511を介して連結される。そして、PDで生成された電荷は制御信号φTn(φT1〜φT4)によりMOSトランジスタ511がONとされた期間にFDに転送される。FDは増幅MOSトランジスタ(AMP)のゲートに接続されており、AMPはFDに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
FIG. 7 is a detailed circuit diagram of the
FDはリセットMOSトランジスタ510を介し電源電圧Vddに接続されている。FDは制御信号φRn(φR1〜φR4)によってリセットMOSトランジスタ510がONすることにより、FDに溜まった電荷がクリアされてリセット状態となる。AMPの出力は行選択MOSトランジスタ512を介して垂直出力線501に接続されている。制御信号φSn(φS1〜φS4)によって行選択MOSトランジスタ512がONすることにより、AMPの出力が垂直出力線501に出力される。PDはMOSトランジスタ513を介して電源電圧Vddに接続されている。制御信号φUによりMOSトランジスタ513がONすることにより、PDで生成した電荷がクリアされる。
FD is connected to the power supply voltage Vdd via the
図8は、図6に示す撮像素子212の焦点検出用画素313、314の詳細回路図である。図8に示す焦点検出用画素313、314の回路図は、図7に示した撮像画素310の回路図と基本的に同一である。しかし、焦点検出用画素313、314は、制御信号φUにより制御されるMOSトランジスタ513を備えない点で撮像画素310とは異なる。
FIG. 8 is a detailed circuit diagram of the
図9は、図7に示す撮像素子212の撮像画素310の詳細回路図に対応した、撮像画素310の断面構造を簡略化して示す図である。図9に示すように、撮像画素310には、P型半導体基板上にP層、N+層からなる埋め込みフォトダイオード(PD)が形成され、その隣にN+層からなるフローティングディフュージョン(FD)が形成される。PDとFDとに隣接してさらにN+層が形成され、電源電圧Vddに接続される。FDはAMPのゲートに接続される。FDとPDとの間にMOSトランジスタ511のゲート512が配置され、制御信号φTnが接続される。FDとFDに隣接するN+層との間にMOSトランジスタ510のゲート520が配置され、制御信号φRnが接続される。PDとPDに隣接するN+層との間にMOSトランジスタ513のゲート523が配置され、制御信号φUが接続される。なお、図9では説明の都合上相関2重サンプリングを考慮していない構成を示したが、相関2重サンプリングを行う場合には、FDとPDとの間に電荷を一時的に格納する蓄積領域を設ければよい。
FIG. 9 is a diagram showing a simplified cross-sectional structure of the
図10は、図8に示す撮像素子212の焦点検出画素313、314の詳細回路図に対応した焦点検出画素313、314の断面構造を示す図である。図9に示す焦点検出用画素313、314の断面構造は、図9に示した撮像画素310の断面構造と基本的に同一である。しかし、焦点検出用画素313、314は、PDに隣接するN+層および制御信号φUにより制御されるMOSトランジスタ513のゲート523を備えない点で撮像画素310とは異なる。
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of the
図11は図6に示す撮像素子212の動作タイミングチャートを示し、図12は撮像素子212の動作を示す電位分布図である。CMOSイメージセンサにおいては、行ごとに光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定期間ずつ重複させる、いわゆるローリングシャッタ動作(ライン露光)により画素のリセット、露光、信号の読み出しが以下のように各行毎に順次行われる。
11 is an operation timing chart of the
撮像素子212から全画素の信号出力(1フレーム分の画像信号の出力)の開始に同期して時刻t0に垂直同期信号φSync(ON)が発せられる。垂直同期信号φSyncに同期して時刻t0に垂直走査回路は制御信号φS1(ON)、制御信号φT1(OFF)を発する。1行目の撮像画素310は制御信号φS1(ON)により選択され、選択された1行目の撮像画素310の画素信号は垂直信号線501に出力される。また、制御信号φT1(OFF)により、画素信号出力時にはFDはPDから切り離される。このとき、撮像画素310は図12(a)に示す電位分布状態にあり、FD部に蓄積された電荷520に対応した画素信号が垂直信号線501に出力される。
A vertical synchronization signal φSync (ON) is generated at time t0 in synchronization with the start of signal output of all pixels (output of image signals for one frame) from the
垂直走査回路から時刻t1に発生される制御信号φH1により垂直信号線501に出力された1行目の画素信号はラインメモリ320に一時的に保持される。ラインメモリ320に保持された1行目の撮像画素310の画素信号は水平走査回路から順次発せられる制御信号φV1〜φV8にしたがって出力回路に転送され、出力回路330で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
The pixel signal of the first row output to the
1行目の撮像画素310の画素信号のラインメモリ320への転送が終了した時点(時刻t2)で、リセット回路は制御信号φR1(ON)、垂直走査回路は制御信号φS1(ON)、制御信号φT1(ON)を発する。制御信号φR1(ON)により1行目の撮像画素310がリセットされる。このとき、撮像画素310は図12(b)に示す電位分布状態にあり、PDおよびFDに蓄積された電荷が電源電圧Vddに吸い込まれ、FDは電源電圧にリセットされる。
When transfer of the pixel signals of the
時刻t3にリセット回路は制御信号φR1(OFF)を発し、制御信号φR1の立ち下がりで1行目の撮像画素の次の電荷蓄積が開始される。このとき、撮像画素310は図12(c)に示す電位分布状態にあり、時刻t3以降にPDで生成された電荷がFDに蓄積されていく。1行目の撮像画素310の画素信号の出力回路330からの出力が終了した時点で2行目の撮像画素310および焦点検出画素313、314は垂直走査回路が発する制御信号φS2、φT2により選択され、選択された撮像画素310および焦点検出画素313、314の画素信号は垂直信号線501に出力される。
At time t3, the reset circuit issues a control signal φR1 (OFF), and the next charge accumulation of the imaging pixels in the first row is started at the falling edge of the control signal φR1. At this time, the
以下、同様にして2行目の撮像画素310および焦点検出画素313、314の画素信号の保持および撮像画素310および焦点検出画素313、314のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。続いて、3行目、4行目の撮像画素310の画素信号の保持および撮像画素310のリセット、撮像画素310の画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。全ての画素の画素信号の出力が終了すると、再び1行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
Hereinafter, similarly, holding of the pixel signals of the
n行目の撮像画素310および焦点検出用画素313、314のリセット動作は制御信号φRnの立ち上がりから立ち下がりまでの時間に行われる。n行目の撮像画素310および焦点検出画素313、314の露光動作は、制御信号φRnの立ち下がりから、制御信号φSnの立ち上がりまでの時間(露光時間、電化蓄積期間)に行われる。そして、n行目の撮像画素310および焦点検出画素313、314の画素信号の読み出し動作は、制御信号φSnの立ち上がりから制御信号φSn+1の立ち上がりまでの時間に行われる。
The reset operation of the
以上は通常の動作フローについて説明した。次に低輝度時に焦点検出画素313、314の出力レベルを増加させるためのパルス的な照明を行う場合の動作について説明する。低輝度時に外部(ボディ駆動制御装置214)から制御信号φUの発生を要求する信号Gxが撮像素子212に入力された場合、撮像素子212は図11において焦点検出画素313、314を含む行の電荷蓄積期間中の時刻t4と時刻t5との間、リセット回路は制御信号φU(ON)、垂直走査回路は制御信号φTn(OFF)を発する。このとき、撮像画素310は図12(d)に示す電位分布状態にあり、PDとFDとは切り離されるとともに、時刻t4と時刻t5との間にPDで生成された電荷は電源電圧Vddに吸い込まれて破棄される。
The normal operation flow has been described above. Next, an operation in the case of performing pulsed illumination for increasing the output level of the
ボディ駆動制御装置214は、制御信号φU(ON)に同期して時刻t4と時刻t5との間に照明手段をパルス的に動作させ、被写体を照明する。撮像画素310においては時刻t4と時刻t5との間にPDで発生した電荷は破棄されることになる。一方、焦点検出画素313、314においては、時刻t4と時刻t5との間に発生した電荷はPD内に蓄積されることになる。時刻t5においてリセット回路は制御信号φU(OFF)、垂直走査回路は制御信号φTn(ON)を発し、撮像画素310を時刻t4以前の電荷蓄積状態に戻して、電荷蓄積を続行する。従って、図11のフレーム2における電荷蓄積に応じた画像出力においては、撮像画素310は照明手段による照明の影響がない画素信号を出力し、焦点検出画素313、314は照明手段による照明により出力レベルが増加した画素信号を出力することとなる。
The
図13は、一実施の形態のデジタルカメラ(撮像装置)の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置214は、ステップ100でカメラの電源がオンされると、ステップ110以降の撮像動作を開始する。ステップ100において撮像素子は一定周期で撮像動作を繰り返す動作モード(たとえば1秒間に60フレームを出力する)に設定される。ステップ110において低輝度であった場合は、フレームに同期して要求信号Gxを撮像素子に発するとともに、撮像素子が出力する制御信号φUに応じて照明手段をパルス発光させる。低輝度か否かの判定は不図示の測光手段の出力を用いたり、撮像素子の撮像画素の出力を用いて行うことができる。また、照明手段はLED照明でも良いし、発光時間が短い閃光照明(キセノン管)でもよい。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an imaging operation of the digital camera (imaging device) according to the embodiment. When the power of the camera is turned on in
ステップ120では、1フレーム分の全画素データを読み出す。ステップ130では、焦点検出画素列の各画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する。たとえば、本来緑画素が配置されるべき位置に配置された焦点検出画素については、その焦点検出画素の対角方向の4つの位置に近接した4つの緑色の撮像画素のデータを平均して、焦点検出画素の位置における緑色の撮像画素のデータとする。また、本来青画素が配置されるべき位置に配置された焦点検出画素については、その焦点検出画素の上下方向の2つの位置に近接した4つの青色の撮像画素のデータを平均して、焦点検出画素の位置における青緑色の撮像画素のデータとする。このようにして補間した撮像画素データと本来の撮像画素データとを合成して今回のフレームに対応する画像データを生成する。
In
続くステップ140では、今回のフレームに対応する画像データを電子ビューファインダーに逐次表示(ライブビュー表示)させる。ステップ150では、不図示の操作手段による動画撮像の指示がなされているか否かを判定し、動画撮影の指示がなされていない場合には、そのままステップ170へ進む。動画撮影の指示がなされていた場合には、ステップ160で今回のフレームに対応する画像データを動画データとしてメモリカード219に記憶してステップ170に進む。
In
ステップ170では、焦点検出画素313、314のデータに基づき、公知の像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を行いでフォーカス量を算出する。ステップ180では、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210を合焦位置に駆動させる。デフォーカス量の信頼性が低い場合や、焦点検出不能の場合にはその旨をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210の駆動制御を更新しない。その後、ステップ110へ戻って上述した動作を繰り返す。なお、低輝度時は毎フレームに照明手段による照明を行っても良いし、ステップ110のように複数フレームに1回の割合で照明手段による照明を行ってもよい。
In step 170, based on the data of the
図14は、上述した撮像素子212の動作を示す模式図であり、縦軸が行、横軸が時間を示す。各行の電荷蓄積時間は図14の水平方向において、フレームに対応した斜線で区切られた区間となる。すなわち、各行の電荷蓄積区間は行毎に順次時間的にずれていく(ローリングシャッタ露光)。Nフレームにおいて全行(焦点検出画素を除く)の電荷蓄積が時刻t4と時刻t5との間中断される。したがって、1行目の撮像画素310の蓄積時間は区間530と531とを加えた時間となり、n行目の撮像画素310の蓄積時間は区間540と541とを加えた時間となる。たとえば、フレームレートを60フレーム/秒とすると、1フレームは約17msとなるが、時刻t4と時刻t5との間を1ms以下にしておけば、照明を行った場合と行わない場合の蓄積時間の差をほとんどない。そのため、動画再生時の影響もほとんどなくなる。なお、低輝度時に全フレームで常時照明を行うようにすれば、動画再生時の影響を完全に無くすことができる。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating the operation of the
以上で説明した第1の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)複数の撮像画素310は、交換レンズ202(レンズ202、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210)を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子11を有して撮像信号を出力し、複数の焦点検出画素313、314は、交換レンズ202を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子13、14を有して焦点検出信号を出力する。そして、撮像画素310と焦点検出画素313、314とは同一の撮像素子212に含まれるように構成される。ボディ駆動制御装置214は、撮像画素310による電荷蓄積の期間と焦点検出画素313、314による電荷蓄積の期間とを時間的に少なくとも一部重複させ、撮像画素310から出力された撮像信号に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する。さらに、照明手段218は、1フレームのうち、撮像画素310による電荷蓄積の期間と焦点検出画素313、314による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光して被写体を照明する。そして、ボディ駆動制御装置214は、照明手段218による照明が行われたフレームにおいて焦点検出画素313、314から出力された焦点検出信号に基づいて、フォーカシング用レンズ210の焦点調節を行うとともに、照明手段218が発光している期間中に、撮像画素310の電荷蓄積を中断させるようにした。したがって、ある1フレーム内で照明手段218が発光した場合であっても、照明手段218の発光の影響を受けていない画像データを生成することができる。その結果、照明手段218が発光したフレームに対応する画像データを記録しない場合と異なり、フレームレートの低下、すなわち動画像の品質低下を防ぐことができる。
According to the first embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The plurality of
(2)さらに、焦点検出画素313、314は、撮像画素310が受光する光束に対して互いに相補的な光束を受光する一対の光電変換部13、14を含む。そして、ボディ駆動制御装置214は、光電変換部13が出力する焦点検出信号と光電変換部14が出力する焦点検出信号との相対的な位相を検出し、検出した位相に基づいてフォーカシング用レンズ210の焦点調節を行うようにした。すなわち、照明手段218が発光している期間も焦点検出画素313、314は電荷蓄積を継続するので、照明手段218の発光により出力レベルが増加した画像信号を出力することができる。その結果、焦点検出精度の低下を防ぐことができる。
(2) The
(3)ボディ駆動制御装置214は、焦点検出画素313、314の周囲に位置する複数の撮像画素310の撮像信号に基づき、焦点検出画素313、314の位置における撮像信号を補間処理により作成し、撮像画素310の撮像信号と補間処理により作成された撮像信号とを用いて画像データを生成するようにした。したがって、画像データ上で色情報が欠落する領域の発生を防ぎ、画質低下を防止できる。
(3) The body
−第2の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第2の実施の形態によるデジタルカメラを説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、撮像素子がCCDイメージセンサとして構成される点で、第1の実施の形態と異なる。
-Second Embodiment-
A digital camera according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described. Points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the image sensor is configured as a CCD image sensor.
図15に第2の実施の形態における撮像素子212の回路構成の概念図を示す。図15では、撮像素子212の回路構成を、水平方向8画素×垂直方向4画素のレイアウトに簡略化して示す。図15は、図2の水平方向の焦点検出エリア101に対応して描かれており、水平方向に焦点検出画素313、314が同一の行に配置されている。
FIG. 15 shows a conceptual diagram of a circuit configuration of the
図15では、垂直方向において2行目は焦点検出画素313、314が配置された行であり、中央の4つの焦点検出画素313、314は複数の焦点検出画素を代表して示している。また、左右の2つずつの撮像画素310は焦点検出画素の左右に配置された複数の撮像画素を代表して示している。垂直方向において1行目、3行目、4行目は撮像画素310のみが配置された行であり、焦点検出画素313、314が配置された行の上下の複数の撮像画素のみからなる行を代表して示す。
In FIG. 15, the second row in the vertical direction is a row in which the
図15において、各列に配置された撮像画素310および焦点検出画素313、314で生成された電荷は、各列に対応して設けられた垂直転送CCDに移された後、水平転送CCDの方向に順次転送される。水平転送CCDは垂直転送CCDから1行分の電荷が移されると、1行分の電荷を出力回路330の方向に順次転送し、出力回路330は電荷電圧変換を行い、各画素で蓄積された電荷量に対応した画素信号を外部に出力する。
In FIG. 15, the charges generated by the
転送パルス発生回路は、垂直転送CCDおよび水平転送CCDの転送動作に必要な駆動信号を垂直転送CCDおよび水平転送CCDに供給する。制御パルス発生回路は撮像画素310および焦点検出画素313、314の電荷蓄積制御および各画素から垂直転送CCDへの電荷移送に必要な制御信号φT1、φT2、φT3を全画素共通に供給する。また、制御パルス発生回路は撮像画素310の電荷蓄積中断に必要な制御信号φUを全撮像画素310に共通に供給する。
The transfer pulse generation circuit supplies drive signals necessary for the transfer operation of the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD to the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD. The control pulse generation circuit supplies control signals φT1, φT2, and φT3 necessary for charge accumulation control of the
制御パルス発生回路が出力する制御信号φSyncは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部(ボディ駆動制御装置214)に出力される。入力信号Gxは、外部(ボディ駆動制御装置214)からの制御パルス発生回路への入力信号であって、後述するように低輝度時に制御信号φUの発生を要求信号であり、制御パルス発生回路は入力信号Gxに応じて制御信号φUを発生する。制御信号φUは外部(ボディ駆動制御装置214)にも出力される。 The control signal φSync output from the control pulse generation circuit is a vertical synchronization signal, and is output to the outside (body drive control device 214) for each frame. The input signal Gx is an input signal to the control pulse generation circuit from the outside (body drive control device 214), and is a request signal for generation of the control signal φU when the luminance is low, as will be described later. A control signal φU is generated according to the input signal Gx. Control signal φU is also output to the outside (body drive control device 214).
図16は、図15に示す撮像素子212の撮像画素310の断面構造を示す図である。P型半導体基板上にP層、N+層からなる埋め込みフォトダイオード(PD)から形成され、その隣にN層からなる電荷蓄積部が形成される。電荷蓄積部に隣接してさらに垂直転送CCDを構成するN層が形成される。また、PDに隣接してN+層が形成され、電源電圧Vddに接続される。電荷蓄積部とPDとの間のチャネル上にゲート602が配置され、制御信号φT1が接続される。電荷蓄積部の上にはゲート603が配置され、制御信号φT2が接続される。電荷蓄積部と垂直転送CCDとの間のチャネル上にはゲート604が配置され、制御信号φT3が接続される。垂直転送CCD上にはゲート605が配置され、駆動信号φVxが接続される。PDと隣接するN+層との間のチャネル上にはゲート601が配置され、制御信号φUが接続される。ゲート601〜604に制御信号φU、φT1、φT2、φT3をそれぞれ印加することにより、各ゲート下の電位レベルを変化させ、PDで生成される電荷の蓄積、転送、破棄の動作を制御する。
16 is a diagram showing a cross-sectional structure of the
焦点検出画素313、314の断面構造も、基本的には図16に示した撮像画素310の断面構造と同一である。しかし、焦点検出画素313、314は、PDに隣接するN+層および制御信号φUにより制御されるゲート601を備えない点で撮像画素310とは異なる。
The cross-sectional structures of the
図17は図15に示す撮像素子212の動作タイミングチャートであり、図18は撮像画素310の動作を示す電位分布図である。CCDイメージセンサにおいては、全ての撮像画素310の電荷蓄積の期間と焦点検出画素313、314の電荷蓄積の期間とを一致させる、いわゆるグローバルシャッタ動作により画素のリセット、露光、信号の読み出しが全画素同時に行われる。撮像素子212からの全画素の信号の出力(1フレーム分の画像信号の出力)の開始に同期して、時刻t0に垂直同期信号φSyncが発せられる。垂直同期信号φSyncに同期して、時刻t0で垂直走査回路は制御信号φT1(OFF)を発する。これに応じて、画素信号出力時には、電荷蓄積部はPDから切り離される。このとき撮像画素310は図18(a)に示す電位分布状態にあり、ゲート603の下に形成された電荷蓄積部に電荷が保持される。
17 is an operation timing chart of the
時刻t1に発せられる制御信号φT2(OFF)、制御信号φT3(ON)により、電化蓄積部に保持された電荷が垂直転送CCD部に移送される。このとき、撮像画素310は図18(b)に示す電位分布状態になり、ゲート604直下の電位がゲート603直下の電位よりも低くなり、ゲート603直下の電荷がゲート604を経てゲート605の下の垂直転送CCD部に流れ込む。垂直転送CCDに移送された電荷は、その後駆動信号によりフレーム期間中に水平転送CCDを経て外部に出力される。
Due to the control signal φT2 (OFF) and control signal φT3 (ON) issued at time t1, the charge held in the charge storage unit is transferred to the vertical transfer CCD unit. At this time, the
時刻t2で発せられる制御信号φT1(ON)、制御信号φT2(ON)、制御信号φT3(OFF)により、電化蓄積部は垂直転送CCDへの電荷移送を終了し、PDで生成される電荷の蓄積を開始する。このとき撮像画素310は図18(c)に示す電位分布状態にあり、ゲート604直下の電位が上がって電荷蓄積部と垂直転送CCDが切り離されるとともに、ゲート602直下の電位がPDの電位より低くなり、PDで生成された電荷はゲート602直下を通り、ゲート602の電位より電位が低くなったゲート603直下の電荷蓄積部に蓄積される。
By the control signal φT1 (ON), the control signal φT2 (ON), and the control signal φT3 (OFF) issued at time t2, the charge accumulation unit ends the charge transfer to the vertical transfer CCD and accumulates the charge generated by the PD. To start. At this time, the
以上の動作をフレーム毎に繰り返すことにより、連続した画像データが周期的に出力される。以上の動作において、撮像画素310および焦点検出画素313、314の電荷蓄積は、制御信号φRnの立ち下がりから、制御信号φT1の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間(露光時間、電荷蓄積期間)に行われる。
By repeating the above operation for each frame, continuous image data is periodically output. In the above operation, the charge accumulation in the
以上では、通常の動作フローについて説明した。次に、低輝度時に焦点検出画素313、314の出力レベルを増加させるためのパルス的な照明を行う場合の動作について説明する。低輝度時に外部(ボディ駆動制御装置214)から制御信号φUの発生を要求する信号Gxが撮像素子212に入力された場合、撮像素子212は図17において時刻t4と時刻t5との間、制御信号φU(ON)、制御信号φT1(OFF)が発せられ、撮像画素310のPDで発生した電荷は電荷蓄積部に蓄積されずに破棄される。このとき、撮像画素310は図18(d)の電位分布状態にあり、ゲート602直下の電位がPDの電位より高くなりPDと電荷蓄積部とは切り離されるとともに、ゲート601直下の電位がPDの電位より低くなる。その結果、時刻t4と時刻t5との間にPDで生成された電荷は電源電圧Vddに吸い込まれて破棄される。
The normal operation flow has been described above. Next, the operation in the case of performing pulsed illumination for increasing the output level of the
ボディ駆動制御装置214は制御信号φU(ON)に同期して時刻t4と時刻t5との間に照明手段をパルス的に動作させ、被写体を照明する。撮像画素310においては、電荷蓄積が時刻t4と時刻t5との間は中断され、PDは時刻t4と時刻t5との間にPDで発生した電荷は破棄されることになる。一方、焦点検出画素313、314においては時刻t4と時刻t5との間に発生した電荷はPD内に保持されることになる。
The body
時刻t5において、制御信号φU(OFF)、制御信号φTn(ON)が発せられ、撮像画素310は時刻t4以前の電荷蓄積状態に戻って電荷蓄積を続行する。従って、図17のフレーム2における電荷蓄積に応じた画像出力においては、撮像画素310は照明手段による照明の影響がない画素信号を出力し、焦点検出手段313、314は照明手段による照明により出力レベルが増加した画素信号を出力することになる。
At time t5, a control signal φU (OFF) and a control signal φTn (ON) are issued, and the
図19は、上述した撮像素子212の動作を示す模式図であり、縦軸が行、横軸が時間を示す。各行の電荷蓄積時間は、図19の水平方向においてフレームに対応し垂直線で区切られた区間とする。すなわち、各行の電荷蓄積区間は全行同一である(グローバルシャッタ露光)。Nフレームにおいて全行(焦点検出画素を除く)の電荷蓄積が時刻t4と時刻t5との間中断される。したがって、1行目の撮像画素310の蓄積時間は区間630と631とを加えた時間となり、n行目の撮像画素310の蓄積時間は区間640と641とを加えた時間となる。以上で説明した第2の実施の形態のデジタルカメラによれば、撮像素子212としてCCDイメージセンサを用いた場合であっても、第1の実施の形態により得られる作用効果と同様の作用効果が得られる。
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating the operation of the
以上で説明した第1および第2の実施の形態のデジタルカメラを、以下のように変形できる。
(1)図3に示す撮像素子212の部分拡大図では、各画素に1つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素313、314を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図20は、図3に対応した撮像素子212の部分拡大図であり、焦点検出画素311は一対の光電変換部を備える。
The digital cameras of the first and second embodiments described above can be modified as follows.
(1) In the partial enlarged view of the
焦点検出画素311は、焦点検出画素313と焦点検出画素314とのペアに相当する機能を果たす。焦点検出画素311は、マイクロレンズ10と一対の光電変換部13、14とから構成される。焦点検出画素311には白色フィルタが配置されており、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(不図示)の分光特性とを総合した分光特性となる。つまり、焦点検出画素311は緑画素、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を有し、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する。
The
焦点検出画素311は、光電変換部13、14の上に近接して遮光マスクが形成され、遮光マスクの開口部を通過した光を光電変換部13、14は受光する。遮光マスクの上には平坦化層が形成され、その上に白色フィルタが形成される。白色フィルタの上には平坦化層が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部に制限された光電変換部13、14の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部13、14は半導体回路基板上に形成される。
In the
(2)コントラスト検出
上述した実施の形態では、焦点検出画素は瞳分割型の位相差検出に用いるための画素信号を出力したが、これに代えて、たとえばコントラスト検出方式の画素信号を出力するものであってもよい。この場合は、焦点検出画素と撮像画素の構造とは同一であり、相違点は制御信号φUによる電荷蓄積中断を行うか行わないかのみとなる。このように、焦点検出画素の構造と撮像画素の構造とを同一にしてコントラスト検出方式で焦点検出を行う場合には、焦点検出画素の画素補間が不要となるので、画像品質が向上する。
(2) Contrast detection In the above-described embodiment, the focus detection pixel outputs a pixel signal for use in pupil division type phase difference detection. Instead, for example, a contrast detection type pixel signal is output. It may be. In this case, the structures of the focus detection pixel and the imaging pixel are the same, and the only difference is whether or not to stop the charge accumulation by the control signal φU. In this way, when focus detection is performed by the contrast detection method with the focus detection pixel structure and the imaging pixel structure being the same, pixel interpolation of the focus detection pixel is not necessary, and image quality is improved.
(3)撮像素子212上に撮像画素310と焦点検出画素313、314とが混在して配置されるものに代えて、光路分割された被写体光の光束を受光する焦点検出センサを撮像素子とは別に備えるカメラ、すなわち従来から知られている位相差検出用センサを備えるカメラであってもよい。この場合、撮像素子は撮像画素のみから構成され、位相差検出用センサには焦点検出画素のみから構成される。そして、光学系を介して入射された被写体光をハーフミラーにより分割して、撮像素子と位相差検出用センサとに導くことにより、撮像画素の電荷蓄積の期間と焦点検出画素の電荷蓄積の期間とを重複させて撮影することができる。
(3) Instead of the
(4)連続撮影
上述した実施の形態においては、動画撮影に本発明を適用しているが、これに限定されるものではない。たとえば連続撮影(複数回の画像フレームのうち所定回毎に画像フレームを記録する)や単独撮影(複数回の画像フレームのうち、所定のトリガに応じて1つの画像フレームを記録する)にも本発明を適用することができる。
(4) Continuous Shooting In the above-described embodiment, the present invention is applied to moving image shooting. However, the present invention is not limited to this. For example, continuous shooting (recording an image frame every predetermined time out of a plurality of image frames) or single shooting (recording one image frame in response to a predetermined trigger out of a plurality of image frames) The invention can be applied.
(5)上述した実施の形態における撮像素子では撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示したが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはない。補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンダ:Mg、シアン:Cy)の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用できる。また、色フィルタを備えないモノクロの撮像素子にも適用できる。 (5) In the image pickup device according to the above-described embodiment, an example in which the image pickup pixel includes a Bayer color filter is shown. However, the configuration and arrangement of the color filter are not limited thereto. The present invention can also be applied to an arrangement other than the arrangement of complementary color filters (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) or a Bayer arrangement. Further, the present invention can also be applied to a monochrome imaging device that does not include a color filter.
(6)上述した実施の形態においては、撮像素子と光学系との間に光学要素を配置していないが、適宜必要な光学要素を挿入することが可能である。たとえば赤外カットフィルタや光学的ローパスフィルタやハーフミラーなどを設けてもよい。 (6) In the above-described embodiment, no optical element is arranged between the image sensor and the optical system, but a necessary optical element can be appropriately inserted. For example, an infrared cut filter, an optical low-pass filter, a half mirror, or the like may be provided.
(7)撮像装置としては、実施の形態で説明したカメラボディに交換レンズが装着されるデジタルカメラに限定されない。たとえば、レンズ一体型のデジタルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用できる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。 (7) The imaging device is not limited to the digital camera in which the interchangeable lens is attached to the camera body described in the embodiment. For example, the present invention can be applied to a lens-integrated digital camera or a video camera. Furthermore, the present invention can be applied to a small camera module built in a mobile phone, a surveillance camera, a visual recognition device for a robot, an in-vehicle camera, and the like.
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組合わせて構成しても構わない。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also within the scope of the present invention. included. The embodiments and modifications used in the description may be configured by appropriately combining them.
206・・・レンズ駆動制御装置、 212・・・撮像素子、
214・・・ボディ駆動制御装置、 218・・・照明手段、
310・・・撮像画素、 313、314・・・焦点検出画素
206 ... Lens drive control device, 212 ... Image sensor,
214 ... Body drive control device, 218 ... Illuminating means,
310 ... Imaging pixels, 313, 314 ... Focus detection pixels
Claims (9)
入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、
前記撮像画素による電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素による電荷蓄積の期間とを時間的に少なくとも一部重複させる蓄積制御手段と、
前記撮像画素から出力された前記撮像信号に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段と、
1フレームのうち、前記撮像画素による電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光して被写体を照明する照明手段と、
前記照明手段による照明が行われたフレームにおいて前記焦点検出手段から出力された前記焦点検出信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節を行う調節手段とを備え、
前記蓄積制御手段は、前記照明手段が発光している期間中に、前記撮像画素の電荷蓄積を中断させることを特徴とする撮像装置。 A plurality of imaging pixels that have a photoelectric conversion element that receives an incident light beam and accumulates charges and outputs an imaging signal;
A plurality of focus detection pixels that have a photoelectric conversion element that receives an incident light beam and accumulates charges, and outputs a focus detection signal;
An accumulation control unit that at least partially overlaps a period of charge accumulation by the imaging pixel and a period of charge accumulation by the focus detection pixel;
Image generating means for generating image data of a plurality of continuous frames based on the imaging signal output from the imaging pixels;
Illumination means for illuminating a subject by emitting light in a period in which a period of charge accumulation by the imaging pixel and a period of charge accumulation by the focus detection pixel partially overlap in one frame;
Adjusting means for adjusting the focus of the imaging optical system based on the focus detection signal output from the focus detection means in the frame illuminated by the illumination means,
The image pickup apparatus characterized in that the accumulation control means interrupts charge accumulation of the image pickup pixels during a period in which the illumination means emits light.
前記撮像画素と前記焦点検出画素とは同一の撮像素子に含まれ、
前記画像生成手段は、前記撮像画素から出力された前記撮像信号に基づき前記連続する複数フレームの画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
The imaging pixel and the focus detection pixel are included in the same imaging device,
The image generation unit generates the image data of a plurality of continuous frames based on the imaging signal output from the imaging pixel.
前記画像生成手段により生成された前記画像データを動画情報として記憶媒体に記録する記録制御手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1 or 2,
An imaging apparatus, further comprising: a recording control unit that records the image data generated by the image generation unit as moving image information on a storage medium.
前記画像生成手段により生成された前記画像データを逐次表示する表示制御手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 and 3,
An imaging apparatus, further comprising display control means for sequentially displaying the image data generated by the image generation means.
前記蓄積制御手段は、全ての前記撮像画素の電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素の電荷蓄積の期間とを一致させることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 2,
The image pickup apparatus characterized in that the accumulation control means matches the charge accumulation period of all the image pickup pixels with the charge accumulation period of the focus detection pixels.
前記撮像画素および前記焦点検出画素は水平および垂直方向に行列状に二次元配列され、
前記蓄積制御手段は、行ごとに前記光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定期間ずつ重複させることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 2,
The imaging pixels and the focus detection pixels are two-dimensionally arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions,
The image pickup apparatus, wherein the accumulation control unit overlaps the charge accumulation period of the photoelectric conversion element by a predetermined period for each row.
前記焦点検出画素の周囲に位置する複数の前記撮像画素の撮像信号に基づき、前記焦点検出画素の位置における撮像信号を補間処理により作成する補間手段をさらに備え、
前記画像生成手段は、前記撮像画素の撮像信号と前記補間手段により作成された撮像信号とを用いて前記画像データ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 2 to 6,
Interpolation means for creating an imaging signal at the position of the focus detection pixel by interpolation processing based on imaging signals of the plurality of imaging pixels located around the focus detection pixel,
The image generation unit generates the image data using an image pickup signal of the image pickup pixel and an image pickup signal created by the interpolation unit.
前記複数の焦点検出画素は、前記撮像画素が受光する光束に対して互いに相補的な光束を受光する一対の第1焦点検出画素と第2焦点検出画素とを含み、
前記焦点調節手段は、前記第1焦点検出画素が出力する焦点検出信号と前記第2焦点検出画素が出力する第2焦点検出信号との相対的な位相を検出し、前記位相に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 7,
The plurality of focus detection pixels include a pair of first focus detection pixels and second focus detection pixels that receive a light beam complementary to the light beam received by the imaging pixel,
The focus adjusting unit detects a relative phase between a focus detection signal output from the first focus detection pixel and a second focus detection signal output from the second focus detection pixel, and performs the imaging based on the phase. An image pickup apparatus that performs focus adjustment of an optical system.
前記撮像画素とともに二次元配列され、前記撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の焦点検出画素と、
行ごとに前記光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定時間ずつ重複させる蓄積制御手段と、
全ての行のそれぞれについて前記撮像画素による電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが重複する期間のうち、全ての行に共通する期間内で前記撮像画素の電荷蓄積を一時的に中断させる蓄積中断手段と、
前記撮像画素および前記焦点検出画素に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする撮像素子。
A plurality of imaging pixels having a photoelectric conversion element that is two-dimensionally arranged in a matrix in the horizontal and vertical directions, receives a light beam incident via a photographing optical system, and accumulates charges;
A plurality of focus detection pixels having a photoelectric conversion element that is two-dimensionally arrayed together with the imaging pixels, receives a light beam incident via the imaging optical system, and accumulates charges;
Accumulation control means for overlapping a period of charge accumulation of the photoelectric conversion element for each row by a predetermined time;
The charge accumulation of the imaging pixels is temporarily performed within a period common to all the rows of the periods in which the charge accumulation period by the imaging pixels and the charge accumulation period by the focus detection pixels overlap for each of all rows. Storage interruption means for interrupting,
An image sensor comprising: an image generation unit configured to generate image data of a plurality of continuous frames based on the image pickup pixel and the focus detection pixel.
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