JP2017188633A5 - - Google Patents

Description

次に、第１の実施形態における撮像素子１の画素群に関して説明する。図１（ａ）に示すように、画素群Ａの光電変換部１０１ａ、１０１ｂと、画素群Ｂの光電変換部１０２ａ、１０２ｂとは、互いに異なった形状となっている。すなわち、画素群Ａを構成する光電変換部１０１ａ、１０１ｂは、その分割境界が画素中心（１点鎖線）よりも−Ｘ側にＤｘだけオフセットしている。一方、画素群Ｂを構成する光電変換部１０２ａ、１０２ｂは、その分割境界が画素中心よりも＋Ｘ側にＤｘだけオフセットしている。これにより、画素群Ａは、射出瞳の中心よりも−Ｘ側を中心に分割し、画素群Ｂは、射出瞳の中心よりも＋Ｘ側を中心に分割し、光電変換がなされる。これは、光電変換部１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂの各々の重心位置が、画素群間で互いに反対方向にオフセットしており、且つ、画素単位で合算された受光面の重心位置は画素群間で同一の構成となっていることを示す。なお、本実施形態において光電変換部１０１ａ及び１０１ｂを分割している分割境界は分離帯に相当する。特に、重複領域近傍の分離帯は第１の分離帯、分割境界がオフセットしている領域近傍の分離帯は第２の分離帯に相当する。

図２は、第１の実施形態における撮像素子１に取り付けられる結像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１の設定瞳距離Ｄｓよりも短い場合に、−Ｘ方向の像高Ｘ１における、絞り枠と画素群Ａの画素１０の瞳分離の様子を示す模式図である。この図からも明らかな通り、−Ｘ側の像高において、画素群Ａの画素１０による瞳分離は、分離される２像の光量バランスの崩れを低減できることから、より精度の高い焦点検出を行うことが可能となる。他方、＋Ｘ方向に関しては、画素群Ｂの画素１０で同じ状況となることから、像高に応じて適切な画素群を選択することで、射出瞳距離Ｄｌの短い結像光学系にも対応することが可能となる。不図示ではあるが、射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１の設定瞳距離Ｄｓよりも長い場合には、上記と逆の関係となり、この場合も適切な画素群の選択により、焦点検出の精度を向上することができる。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態における撮像素子２の画素構造を説明するための模式図である。図３は、撮像素子２を構成する複数の画素２０が配設される２次元平面を、光の入射する側から観察した平面図であり、画素２０の２次元配列のうち、±Ｘ軸方向に関して最も像高の高い位置および中央像高に配置された合計１０画素のみを示している。上の行の画素２０を画素群Ａ、下の行の画素２０を画素群Ｂとする。

次に、第２の実施形態における撮像素子２の画素群に関して説明する。図３に示すように、画素群Ａの光電変換部２０１ａ、２０１ｂと、画素群Ｂの光電変換部２０２ａ、２０２ｂとは、互いに異なった形状となっている。最も左の１列を例にとって説明する。画素群Ａの光電変換部２０１ａ、２０１ｂは、その分割境界が画素２０の中心（１点鎖線）よりも−Ｘ側にＤｘ１だけオフセットしており、画素群Ｂの光電変換部２０２ａ、２０２ｂは、その分割境界が画素中心よりも＋Ｘ側にＤｘ１だけオフセットしている。この関係が次の列においては±Ｄｘ２だけオフセットした関係になり、中央像高（３列目）においてオフセットが無くなり、分割境界は一致する。

そして、中央像高（３列目）と線対称をなす形で、オフセットの関係が入れ替わり、最も右の列において、画素群Ａの光電変換部２０１ａ、２０１ｂは、分割境界が画素２０の中心（１点鎖線）よりも＋Ｘ側にＤｘ１だけオフセットしている。一方、画素群Ｂの光電変換部２０２ａ、２０２ｂは、その分割境界が画素中心よりも−Ｘ側にＤｘ１だけオフセットしている。これはすなわち、画素群Ａと画素群Ｂにおいて、分割された光電変換部２０１ａ、２０１ｂおよび２０２ａ、２０２ｂの受光面の重心位置の平均位置が、像高の増大に応じて互いに離れて行くこととなっている。この構成により、像高に応じてより適切な瞳領域を分割する測距画素が像高ごとに配設されることとなり、交換レンズシステムなどにおいて結像光学系の瞳距離が大幅に変化する場合などに柔軟な対応をすることが可能となる。

次に、第３の実施形態の撮像装置３００における焦点検出動作に関して説明する。上述したように、撮像素子１（または２）の画素群は複数の光電変換部（光電変換部Ａ、光電変換部Ｂ）を備えている。そのために、互いに異なる瞳領域からの一対の光束によってそれぞれの受光面に視差を有する一対の被写体像を得ることができる。一対の被写体像は夫々画像データ１および画像データ２に相当する。また、画像データ１および画像データ２が有する視差は、撮影レンズの焦点位置等によって変化する。具体的には、合焦している場合に視差はなくなり、合焦状態からのずれ量に応じて視差は増加する。つまり、ピント状態によって視差量は異なる。このことにより、各画像データ間に生じる視差量を用いることによって、適切なピント位置を求めたり、画像データ内の被写体までの距離を求めたりすることが可能となる。

ただし、Ａx、Ｂxは画像データにおいて指定した行の複数の光電変換部それぞれの出力信号値である。ｓはシフト量であり、ｑ、ｐは所定の列番号である。つまり、光電変換部Ａの信号と行方向にｓ画素分だけ光電変換部Ｂの信号値をシフトさせたものとの差分をとることで、相関値Ｃを求めることができる。そして、所定の範囲でシフト量ｓを変化させて相関値Ｃを求め、極小となるシフト量ｓが視差量に相当する。そして、極小となるシフト量ｓに対して所定の係数を乗算することによって、フォーカス位置を算出可能である。このフォーカス位置に基づいてフォーカス駆動回路３２６を制御することで、被写体に対して焦点調節を行うことが可能となる。

Claims (11)

1. 複数の画素から成り、第１の画素群と第２の画素群とを含む画素部を有し、
   前記第１の画素群と前記第２の画素群に含まれる各画素が、
   複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部それぞれに対応し、各光電変換部における同じ一部領域を覆う転送ゲート電極を有する複数の転送ゲートと、を含み、
   前記第１の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部それぞれの受光可能領域の重心位置の平均位置と、前記第２の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部の受光可能領域の重心位置の平均位置とが、各画素の互いに異なる位置にあることを特徴とする撮像素子。
2. 前記第１の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部それぞれの受光可能領域の重心位置の平均位置と、前記第２の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部それぞれの受光可能領域の重心位置の平均位置とは、前記各画素における前記複数の光電変換部の分割方向について、互いに反対の方向にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記第１の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部の受光可能領域の重心位置が各画素の同じ位置にあり、前記第２の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部の受光可能領域の重心位置が各画素の同じ位置にあることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
4. 前記第１の画素群における前記平均位置と、前記第２の画素群における前記平均位置は、前記画素部における像高が高くなるにつれて、互いに離れていくことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
5. 前記画素部における中央像高において、前記第１の画素群における前記平均位置と、前記第２の画素群における前記平均位置は一致することを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
6. 前記複数の画素は前記光電変換部で発生した電荷を保持する保持部を更に備え、前記保持部は前記複数の転送ゲートと接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像素子。
7. 前記第１の画素群における前記保持部と前記第２の画素群における前記保持部は同一方向に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像素子。
8. 前記画素は１つのマイクロレンズを更に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像素子。
9. 複数の画素から成り、第１の画素群と第２の画素群とを含む画素部を有し、
   前記第１の画素群と前記第２の画素群に含まれる各画素が、
   複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部を分離する分離帯と、
   前記複数の光電変換部それぞれに対応し、各光電変換部における同じ一部領域を覆う転送ゲート電極を有する複数の転送ゲートと、を含み、
   前記第１の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部の受光可能領域の重心位置に対する前記第１の画素群に含まれる前記分離帯の位置と、前記第２の画素群の各画素に含まれる前記複数の光電変換部の受光可能領域の重心位置に対する前記第２の画素群に含まれる前記分離帯の位置とが、各画素の互いに異なる位置にあることを特徴とする撮像素子。
10. 前記分離帯は前記受光可能領域における第１の分離帯と前記一部領域における第２の分離帯とを含み、
    前記第１の画素群の各画素に含まれる前記第１の分離帯の位置と、前記第２の画素群の各画素に含まれる前記第１の分離帯の位置とが、各画素の互いに異なる位置にあり、
    前記第１の画素群の各画素に含まれる前記第２の分離帯の位置と、前記第２の画素群の各画素に含まれる前記第２の分離帯の位置とが、各画素の同じ位置にあることを特徴とする請求項９に記載の撮像素子。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像素子と、
    前記撮像素子に被写体からの光を集光するためのレンズと
    を備えることを特徴とする撮像装置。

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