JP2019186910A - 撮像素子、撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)は、本発明の実施形態に係るAD変換器を実装した撮像素子の構成例を示す図である。画素領域100には、光電変換用のフォトダイオードなどで形成されている複数の単位画素101が行列状に配置されている。単位画素101は位相差検出のために、後述する1つのマイクロレンズ111に対して光電変換部A及び光電変換部Bで構成されており、光電変換部A及び光電変換部Bから得られる画像信号の位相差を求めることで焦点を検出することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態における撮像素子は、第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。なお、第3の実施形態における撮像素子も、第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。なお、第4の実施形態における撮像素子も、第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。なお、第5の実施形態における撮像素子は、第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
なお、本発明は、複数の機器(例えばホストコンピュータ、インターフェイス機器、スキャナ、ビデオカメラなど)から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置(例えば、複写機、ファクシミリ装置など)に適用してもよい。
Claims (26)
- 行列状に配置された複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに対して構成された複数の光電変換部とを有する画素領域と、
前記画素領域から出力される信号に、複数の異なるゲインをかける増幅手段と、
前記複数の光電変換部の一部の信号である部分信号と、前記複数の光電変換部の信号を加算した加算信号とを読み出すように、前記画素領域を走査する走査手段と
を有することを特徴とする撮像素子。 - 行列状に配置された複数のマイクロレンズと各マイクロレンズに対して構成された複数の光電変換部とを有する画素領域と、前記画素領域から出力される信号を少なくとも第1のゲインを含む複数の異なるゲインを用いて増幅可能な増幅手段と、前記複数の光電変換部の一部の信号である部分信号と、前記複数の光電変換部の信号を加算した加算信号とを読み出すように、前記画素領域を走査することが可能な走査手段と、を有する撮像素子と、
前記走査手段を制御する制御手段と、
前記複数の異なるゲインを用いて増幅された前記加算信号を用いて、ダイナミックレンジを拡大する処理手段と、
前記第1のゲインを用いて増幅された前記部分信号と前記加算信号とを用いて、位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置が予め決められた第1のモードである場合に、前記制御手段は、
前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すように前記走査手段を制御すると共に、
前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号および前記部分信号を増幅するように前記増幅手段を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置が予め決められた第2のモードである場合に、前記制御手段は、
前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すように前記走査手段を制御すると共に、
前記第1のゲインを用いて前記加算信号および前記部分信号を増幅するように前記増幅手段を制御する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置が予め決められた第3のモードである場合に、前記制御手段は、
前記画素領域から、前記加算信号を読み出すように前記走査手段を制御すると共に、
前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号を増幅するように前記増幅手段を制御する
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置が予め決められた第4のモードである場合に、前記制御手段は、
前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すように前記走査手段を制御すると共に、
前記第1のゲインを用いて前記部分信号を増幅し、前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号を増幅するように前記増幅手段を制御する
ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置が予め決められた第5のモードである場合に、前記制御手段は、
前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出す第1の行と、前記加算信号を読み出す第2の行とが交互になるように前記走査手段を制御すると共に、
前記第1のゲインを用いて前記第1の行から読み出した前記加算信号および前記部分信号を増幅し、前記複数の異なるゲインを用いて前記第2の行から読み出した前記加算信号を増幅するように前記増幅手段を制御する
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1の行それぞれについて、隣接する前記第2の行から読み出され、前記第1のゲインを除くゲインを用いて増幅された前記加算信号を用いて、前記第1の行を補間する補間手段を更に有し、
前記処理手段は、前記第1の行から読み出され、前記第1のゲインを用いて増幅された前記加算信号と、前記補間手段により補間された信号とを用いて、前記第1の行のダイナミックレンジを拡大することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 - 前記第1の行から読み出され、前記第1のゲインを用いて増幅された前記部分信号の輝度レベルが予め決められた閾値以下であって、且つ、前記焦点検出手段により検出された焦点状態が予め決められた焦点状態よりも合焦状態に近い場合には、前記処理手段は、前記第1の行から読み出され、前記第1のゲインを用いて増幅された前記加算信号と前記部分信号とを用いて、前記第1の行のダイナミックレンジを拡大することを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
- 被写体の動きを検出する動き検出手段を更に有し、
前記被写体の動きが予め決められた閾値以下である場合に、前記制御手段は、
前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すように前記走査手段を制御すると共に、前記第1のゲインを用いて前記加算信号および前記部分信号を増幅するように前記増幅手段を制御する第1のフレームと、
前記画素領域から、前記加算信号を読み出すように前記走査手段を制御すると共に、前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号を増幅するように前記増幅手段を制御する第2のフレームと、
が交互になるようにし、
前記補間手段は、前記第1のフレームに隣接する前記第2のフレームで、前記第1のゲインを除くゲインで増幅した前記加算信号を用いて前記第1のフレームを補間し、
前記処理手段は、前記第1のゲインを用いて増幅した前記第1のフレームの前記加算信号と、前記補間手段により補間された信号とを用いて、前記第1のフレームのダイナミックレンジを拡大することを特徴とする請求項8または9に記載の撮像装置。 - 行列状に配置された複数のマイクロレンズと各マイクロレンズに対して構成された複数の光電変換部とを有する画素領域と、前記画素領域から出力される信号を少なくとも第1のゲインを含む複数の異なるゲインを用いて増幅可能な増幅手段と、前記画素領域を走査する走査手段と、を有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像装置が予め決められた第1のモードである場合に、
前記走査手段により、前記画素領域から、前記複数の光電変換部の一部の信号である部分信号と、前記複数の光電変換部の信号を加算した加算信号とを読み出すように走査する読み出し工程と、
前記増幅手段により、読み出した前記部分信号と前記加算信号とを前記複数の異なるゲインを用いて増幅する増幅工程と、
処理手段が、前記複数の異なるゲインを用いて増幅された前記加算信号を用いて、ダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大工程と、
焦点検出手段が、前記第1のゲインを用いて増幅された前記部分信号と前記加算信号とを用いて、位相差方式の焦点検出を行う焦点検出工程と
を有することを特徴とする制御方法。 - 前記撮像装置が予め決められた第2のモードである場合に、
前記読み出し工程では、前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すよう走査し、
前記増幅工程では、前記第1のゲインを用いて前記加算信号および前記部分信号を増幅し、
前記焦点検出工程において、前記第1のゲインを用いて増幅された前記部分信号と前記加算信号とを用いて、位相差方式の焦点検出を行う
ことを特徴とする請求項11に記載の制御方法。 - 前記撮像装置が予め決められた第3のモードである場合に、
前記読み出し工程では、前記画素領域から、前記加算信号を読み出すように走査し、
前記増幅工程では、前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号を増幅し、
前記ダイナミックレンジ拡大工程において、前記複数の異なるゲインを用いて増幅された前記加算信号を用いて、ダイナミックレンジを拡大する
ことを特徴とする請求項11または12に記載の制御方法。 - 前記撮像装置が予め決められた第4のモードである場合に、
前記読み出し工程では、前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すように走査し、
前記増幅工程では、前記第1のゲインを用いて前記部分信号を増幅し、前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号を増幅し、
前記ダイナミックレンジ拡大工程において、前記複数の異なるゲインを用いて増幅された前記加算信号を用いて、ダイナミックレンジを拡大し、
前記焦点検出工程において、前記第1のゲインを用いて増幅された前記部分信号と前記加算信号とを用いて、位相差方式の焦点検出を行う
ことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の制御方法。 - 前記撮像装置が予め決められた第5のモードである場合に、
前記読み出し工程では、前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出す第1の行と、前記加算信号を読み出す第2の行とが交互になるように走査し、
前記増幅工程では、前記第1のゲインを用いて前記第1の行から読み出した前記加算信号および前記部分信号を増幅し、前記複数の異なるゲインを用いて前記第2の行から読み出した前記加算信号を増幅する
ことを特徴とする請求項11乃至14のいずれか1項に記載の制御方法。 - 補間手段が、前記第1の行それぞれについて、隣接する前記第2の行から読み出され、前記第1のゲインを除くゲインを用いて増幅された前記加算信号を用いて、前記第1の行を補間する補間工程を更に有し、
前記ダイナミックレンジ拡大工程では、前記第1の行から読み出され、前記第1のゲインを用いて増幅された前記加算信号と、前記補間工程で補間された信号とを用いて、前記第1の行のダイナミックレンジを拡大することを特徴とする請求項15に記載の制御方法。 - 前記第1の行から読み出され、前記第1のゲインを用いて増幅された前記部分信号の輝度レベルが予め決められた閾値以下であって、且つ、前記焦点検出工程で検出された焦点状態が予め決められた焦点状態よりも合焦状態に近い場合には、前記ダイナミックレンジ拡大工程では、前記第1の行から読み出され、前記第1のゲインを用いて増幅された前記加算信号と前記部分信号とを用いて、前記第1の行のダイナミックレンジを拡大することを特徴とする請求項16に記載の制御方法。
- 動き検出手段が、被写体の動きを検出する動き検出工程を更に有し、
前記被写体の動きが予め決められた閾値以下である場合に、
前記読み出し工程で、前記画素領域から、前記加算信号および前記部分信号を読み出すように走査すると共に、前記増幅工程で前記第1のゲインを用いて前記加算信号および前記部分信号を増幅する第1のフレームと、
前記読み出し工程で、前記画素領域から、前記加算信号を読み出すように走査すると共に、前記増幅工程で、前記複数の異なるゲインを用いて前記加算信号を増幅する第2のフレームと、
が交互になるようにし、
前記補間工程では、前記第1のフレームに隣接する前記第2のフレームで、前記第1のゲインを除くゲインで増幅した前記加算信号を用いて前記第1のフレームを補間し、
前記ダイナミックレンジ拡大工程では、前記第1のゲインを用いて増幅した前記第1のフレームの前記加算信号と、前記補間手段により補間された信号とを用いて、前記第1のフレームのダイナミックレンジを拡大することを特徴とする請求項16または17に記載の制御方法。 - 行列状に配置された複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに対して構成された複数の光電変換部とを有する画素領域と、
前記画素領域から出力される信号に、複数の異なるゲインをかける増幅手段と、
前記複数の光電変換部それぞれから、並行して信号を読み出すように、前記画素領域を走査する走査手段と
を有することを特徴とする撮像素子。 - 行列状に配置された複数のマイクロレンズと各マイクロレンズに対して構成された複数の光電変換部とを有する画素領域と、前記画素領域から出力される信号を少なくとも第1のゲインを含む複数の異なるゲインを用いて増幅可能な増幅手段と、前記複数の光電変換部それぞれから、並行して信号を読み出すように、前記画素領域を走査する走査手段と、を有する撮像素子と、
前記走査手段を制御する制御手段と、
前記複数の異なるゲインを用いて増幅された信号を加算した加算信号を用いて、ダイナミックレンジを拡大する処理手段と、
前記第1のゲインを用いて増幅された前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を用いて、位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置が予め決められた第1のモードである場合に、前記制御手段は、前記複数の異なるゲインを用いて前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を増幅するように前記増幅手段を制御することを特徴とする請求項20に記載の撮像装置。
- 前記撮像装置が予め決められた第2のモードである場合に、前記制御手段は、前記第1のゲインを用いて前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を増幅するように前記増幅手段を制御することを特徴とする請求項20または21に記載の撮像装置。
- 行列状に配置された複数のマイクロレンズと各マイクロレンズに対して構成された複数の光電変換部とを有する画素領域と、前記画素領域から出力される信号を少なくとも第1のゲインを含む複数の異なるゲインを用いて増幅可能な増幅手段と、前記複数の光電変換部それぞれから、並行して信号を読み出すように、前記画素領域を走査する走査手段と、を有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像装置が予め決められた第1のモードである場合に、
前記増幅手段により、前記複数の異なるゲインを用いて前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を増幅する増幅工程と、
処理手段が、前記複数の異なるゲインを用いて増幅された信号を加算した加算信号を用いて、ダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大工程と、
焦点検出手段が、前記第1のゲインを用いて増幅された前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を用いて、位相差方式の焦点検出を行う焦点検出工程と
を有することを特徴とする制御方法。 - 前記撮像装置が予め決められた第2のモードである場合に、
前記増幅工程では、前記第1のゲインを用いて前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を増幅し、
前記焦点検出工程において、前記第1のゲインを用いて増幅された前記複数の光電変換部それぞれから出力された信号を用いて、位相差方式の焦点検出を行う
ことを特徴とする請求項23に記載の制御方法。 - コンピュータに、請求項11乃至18、23、24のいずれか1項に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
- 請求項25に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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