JP2022180110A - Imaging apparatus - Google Patents
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Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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- Focusing (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device.
撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出画素を備える撮像素子が知られている(例えば特許文献1)。従来から、焦点検出の精度向上が求められている。 2. Description of the Related Art An imaging device including focus detection pixels that receive a light beam that has passed through a partial area of an exit pupil of an imaging optical system is known (for example, Patent Document 1). Conventionally, there has been a demand for improving the accuracy of focus detection.
第1の態様によると、撮像装置は、第1方向を検出方向とし、前記第1方向と交差する第2方向の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部を含む合焦状態検出部を有する撮像素子と、前記合焦状態検出部に含まれる複数の前記像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部と、を備える。 According to the first aspect, the image pickup apparatus has a first direction as a detection direction, and a plurality of image plane positions each having a different design pupil distance DPD, which are arranged at different positions in a second direction that intersects the first direction. At least two of a plurality of detection signals detected by an image sensor having a focus state detection section including a phase difference detection section and the plurality of image plane phase difference detection sections included in the focus state detection section are added. and an addition unit configured to generate an addition signal.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の撮像装置1と、撮像装置1に取り付けて使用する撮像光学系2との構成を模式的に示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an
図1に矢印で示したX方向、Y方向およびZ方向は、相互に直交する方向である。なお、以降の各図に示したX方向、Y方向およびZ方向は、それぞれ図1に示したX方向、Y方向およびZ方向と同一の方向を示している。矢印の向きの方向が、ぞれぞれ+X方向、+Y方向および+Z方向である。
以下では、X方向における位置をX位置と、Y方向における位置をY位置と、Z方向における位置をZ位置ともいう。
The X, Y and Z directions indicated by arrows in FIG. 1 are directions perpendicular to each other. It should be noted that the X direction, Y direction and Z direction shown in subsequent drawings are the same directions as the X direction, Y direction and Z direction shown in FIG. 1, respectively. The directions of the arrows are +X direction, +Y direction and +Z direction, respectively.
Hereinafter, the position in the X direction is also referred to as the X position, the position in the Y direction as the Y position, and the position in the Z direction as the Z position.
図1は、撮像装置1と撮像光学系2とを+X方向から見た断面図である。
撮像装置1は、撮像素子3、撮像制御部4、レンズ駆動部6、表示部7、操作部8、および第1通信部9を備える。
撮像光学系2は、撮像素子3の撮像面3sに被写体像を結像させる。撮像光学系2は、開口22を有する絞り21と、絞り21よりも被写体側に配置されている前群レンズ20a、絞り21よりも撮像素子3側に配置されている後群レンズ20b、および第2通信部23を含む。前群レンズ20a、および後群レンズ20bは、いずれも複数のレンズから構成されていても良い。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
The
The imaging
また、絞り21は光彩絞りであっても良く、所定の直径の開口部を有する遮光部材であっても良く、所定のレンズの有効径自体によって、撮像光学系2を通過する光線束の有効径を制限するものであっても良い。前群レンズ20aまたは後群レンズ20bのうちの一方は、配置されていなくても良い。
The
前群レンズ20aまたは後群レンズ20b、あるいはそれらを構成する複数のレンズの中の少なくとも1枚のレンズは、撮像光学系2の焦点調節を行うために光軸AX方向(Z方向)に移動可能な焦点調節用レンズであっても良い。
また、前群レンズ20aまたは前群レンズ20a、あるいはそれらを構成する複数のレンズの中の少なくとも1枚のレンズは、撮像光学系2の焦点距離を変更するために光軸AX方向(Z方向)に移動可能な変倍(ズーム)用レンズであっても良い。
The
Further, the
撮像光学系2の焦点距離、絞り値(F値)、光軸AX方向に可動なレンズの現在の位置情報のうちの少なくとも一部は、撮像光学系2の第2通信部23から撮像装置1の第1通信部9に伝達され、さらに撮像制御部4に伝達される。
At least part of the focal length of the imaging
撮像素子3は、被写体像を撮像して信号を出力する。撮像制御部4は、撮像素子3等の各部を制御する。撮像制御部4は、撮像素子3により出力された画像信号に画像処理等を施して画像データを生成する。撮像制御部4は、不図示の記録媒体に画像データを記録し、表示部7に画像データに基づく画像を表示する等の処理を行う。表示部7は、例えば液晶パネル等の表示部材を有する表示装置である。
The
撮像制御部4は、さらに、公知の像面位相差検出方式により撮像光学系2の自動焦点調節(AF)に必要な焦点検出処理を行う。具体的には、撮像制御部4は、後述するように撮像素子3から出力される少なくとも一対の焦点検出信号から、それらの焦点検出信号の間の位相のずれ量である位相差を検出する。
The
撮像制御部4は、検出した位相差に基づいて、撮像光学系2の被写体の結像位置と撮像素子3の撮像面3sとのずれ量(デフォーカス量)を算出する。そして、デフォーカス量に応じて、撮像光学系2の中の上述した焦点調節用レンズの合焦のための光軸AX方向への駆動量を算出する。この駆動量に応じた信号が、レンズ駆動部6から第1通信部9および第2通信部23を経て撮像光学系2内の不図示のアクチュエータに送られ、焦点調節用レンズが光軸AX方向に移動されることにより、焦点調節が自動で行われる。
The
図2は、撮像装置1と撮像光学系2とを-Y方向から見た断面図であり、撮像光学系2を通り、撮像素子3上の1つの合焦状態検出部FAに入射する光線束LRBの一例を示す図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
図2に示した光線束LRBは、前群レンズ20aにより屈折された後、絞り21により、その径を制限される。光線束LRBは、開口22を通過した後、後群レンズ20bにより再度屈折され、撮像素子3の合焦状態検出部FAの近傍の像側焦点FPに入射する。ここで、撮像素子3の入射側面(+Z側面)は、光線束LRBの集光点、すなわち、撮像光学系2の像側焦点FPと概ね一致するように配置されている。図2では、撮像素子3の合焦状態検出部FAは、一例として、撮像光学系2の光軸AXから+X方向に距離X1だけ離れた位置に配置されるものとしている。
The light beam LRB shown in FIG. 2 is refracted by the
射出瞳EPは、像側焦点FPの側から見た、後群レンズ20bによる絞り21の開口22の虚像である。換言すれば射出瞳EPは、光線束LRBのうち、絞り21が配置されているXY面と光軸AXとの交点PCを通る主光線LPRの、後群レンズ20bと撮像素子との間の光路を、直線的に延長した線分PRIと光軸AXとの交点PCIを含むXY平面と一致している。交点PCIは、射出瞳EPの中心(中心PCI)であるということができる。
The exit pupil EP is a virtual image of the
本明細書では、射出瞳EPから像側焦点FPまでのZ方向の距離を、射出瞳距離LPDともいう。
また、上述したとおり、射出瞳EPは、絞り21の開口22の虚像であり、光学的に等価であることから、開口22を通過する光線束LRBのことを、射出瞳EPを通過する光線束LRBであるともいう。
In this specification, the distance in the Z direction from the exit pupil EP to the image-side focal point FP is also referred to as exit pupil distance LPD.
As described above, the exit pupil EP is a virtual image of the
撮像光学系2の射出瞳距離LPDは、上述した撮像光学系2の焦点距離等の情報と同様に、撮像光学系2の第2通信部23から撮像装置1の第1通信部9に伝達され、さらに撮像制御部4に伝達される。
The exit pupil distance LPD of the imaging
(撮像素子)
図3は、撮像素子3を撮像面3s側から、すなわち+Z側から見た図である。撮像素子3は、半導体基板30と、半導体基板30上にX方向およびY方向に配列される複数の画素40とを有している。画素40のX方向の並びを「行」とも呼び、画素40のY方向の並びを「列」とも呼ぶ。図2では一部を省略して描いているが、画素40は、X方向およびY方向にそれぞれ例えば1000個以上に渡って多数配列されていても良い。
(image sensor)
FIG. 3 is a view of the
複数の画素40のそれぞれは、異なる3波長の光の中のいずれか1つに対する分光感度が他の波長に対する分光感度よりも高い。Rと付記された画素40(以降「R画素」とも呼ぶ)は赤色光に対する分光感度が高く、Gと付記された画素40(以降「G画素」とも呼ぶ)は緑色光に対する分光感度が高く、Bと付記された画素40(以降「B画素」とも呼ぶ)は青色光に対する分光感度が高い。これらのRGBの各画素40は、例えばベイヤー配列で撮像領域内に配列されている。
R画素、G画素、およびB画素の上述した分光感度は、一例としてそれぞれの画素40内に設けられている後述するカラーフィルタにより設定される。
Each of the plurality of
The above-described spectral sensitivities of the R pixel, G pixel, and B pixel are set by, for example, a color filter (described later) provided in each
複数の画素40が配列された領域である有効撮像領域IAの、図3中の左端には水平制御部31Hが設けられ、図3中の上端には垂直制御部31Vが設けられている。水平制御部31Hおよび垂直制御部31Vを併せて、または個々に、制御部31とも呼ぶ。
A
水平制御部31Hからは複数の制御線32がX方向に延び、それぞれの制御線32は、複数の画素40のうちX方向に1行に並ぶ複数の画素40に接続されている。撮像素子3の中の複数の画素40のうちY方向に1列に並ぶ複数の画素40のそれぞれには信号線33が接続されている。
A plurality of
画素40のそれぞれは、所定の撮像期間内に入射した光の量に基づく信号を生成する。水平制御部31Hから所定の制御電圧が印加された1つまたは複数の制御線32と接続されている画素40で生成された信号は、その画素40に接続されている信号線33を経由して、所定の読出部34により読み出される。一例として、各画素40から出力される信号はアナログ信号であり、読出部34は、アナログ信号をデジタル信号に変換(A/D変換)するアナログ/デジタル変換器である。
読出部34によりA/D変換等された画素40からの信号は、データレーン35を経て撮像素子3の出力部36から、出力信号Sgとして撮像制御部4に出力される。
Each
A signal from the
複数の画素40の一部は、上述した位相差検出方式において撮像光学系2のAFに必要な焦点検出処理に用いる一対の検出信号のそれぞれを検出するための、第1AF画素Pと第2AF画素Mとなっている。第1AF画素Pは符号Pが付記された画素40であり、第2AF画素Mは符号Mが付記された画素40である。
Some of the plurality of
第1AF画素Pは、Y方向の所定の位置において、X方向に並んで複数配置されている。同一のY位置においてX方向に並んで配置されている複数の第1AF画素Pを、第1検出部F1とも呼ぶ。第1検出部F1から出力される信号が、上述した一対の検出信号のうちの一方の第1検出信号である。 A plurality of first AF pixels P are arranged side by side in the X direction at predetermined positions in the Y direction. A plurality of first AF pixels P arranged side by side in the X direction at the same Y position are also referred to as a first detection unit F1. The signal output from the first detection section F1 is one of the pair of detection signals described above, which is the first detection signal.
第2AF画素Mも、第1検出部F1とは異なるY方向の所定の位置においてX方向に並んで複数配置されている。同一のY位置においてX方向に並んで配置されている複数の第2AF画素Mを、第2検出部F2とも呼ぶ。第2検出部F2から出力される信号が、上述した一対の検出信号のうちの他方の第2検出信号である。 A plurality of second AF pixels M are also arranged side by side in the X direction at a predetermined position in the Y direction different from the first detection unit F1. A plurality of second AF pixels M arranged side by side in the X direction at the same Y position are also referred to as a second detection unit F2. The signal output from the second detection section F2 is the other second detection signal of the pair of detection signals described above.
なお、図2においては、図示の都合上、第1検出部F1および第2検出部F2を示す破線の枠中にG画素Gが含まれているが、第1検出部F1および第2検出部F2はG画素Gを含まなくても良い。
また、図2においては、第1検出部F1および第2検出部F2が、有効撮像領域IAの-X側の略端部から+X側の略端部に渡って配置されているものとしているが、第1検出部F1および第2検出部F2は、有効撮像領域IAのX方向の一部に配置されるものであっても良い。また、第1検出部F1および第2検出部F2は、有効撮像領域IAのX方向に、離散的に、複数配置されていても良い。
In FIG. 2, for convenience of illustration, the G pixel G is included in the dashed frame indicating the first detection unit F1 and the second detection unit F2, but the first detection unit F1 and the second detection unit F2 may not include the G pixel G.
Also, in FIG. 2, the first detection unit F1 and the second detection unit F2 are arranged over the approximate end on the −X side of the effective imaging area IA to the approximate end on the +X side. , the first detection unit F1 and the second detection unit F2 may be arranged in a part of the effective imaging area IA in the X direction. Also, the first detection section F1 and the second detection section F2 may be arranged discretely in the X direction of the effective imaging area IA.
1つの第1検出部F1と1つの第2検出部F2との対を、像面位相差検出部FSとも呼ぶ。像面位相差検出部FSは、第1検出部F1に形成されている撮像光学系2の像のX方向の強度分布の位相と、第2検出部F2に形成されている撮像光学系2の像のX方向の強度分布の位相との間の、位相差を検出するための検出信号の対を生成する。
A pair of one first detection unit F1 and one second detection unit F2 is also called an image plane phase difference detection unit FS. The image plane phase difference detection unit FS detects the phase of the X-direction intensity distribution of the image of the imaging
第1AF画素Pおよび第2AF画素Mが並んで配置されているX方向を、検出方向ということもでき、第1方向ということもできる。また、Y方向を第2方向ということもできる。
第1AF画素Pと第2AF画素Mとを合せて、または個々に、AF画素とも呼ぶ。
一方、上記の複数の画素40のうちの、AF画素以外の画素(R画素、G画素、B画素)を合せて、または個々に、撮像画素とも呼ぶ。
The X direction in which the first AF pixel P and the second AF pixel M are arranged side by side can be called the detection direction, and can also be called the first direction. Also, the Y direction can be called the second direction.
Together or individually, the first AF pixel P and the second AF pixel M are also called AF pixels.
On the other hand, pixels other than AF pixels (R pixels, G pixels, and B pixels) among the plurality of
一例として、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mは、いずれも本来のベイヤー配列においてB画素が配置されるべき位置に配置されている。ただし、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mは、いずれも本来のベイヤー配列においてR画素が配置されるべき位置に配置されていても良い。 As an example, both the first AF pixel P and the second AF pixel M are arranged at positions where the B pixels should be arranged in the original Bayer array. However, both the first AF pixel P and the second AF pixel M may be arranged at the position where the R pixel should be arranged in the original Bayer array.
図3においては、第1検出部F1と第2検出部F2とのY方向の間隔は、その間に5個の画素40が配置される間隔であるとしたが、3個または7個等の任意の奇数個の画素40が配置される間隔であっても良い。
In FIG. 3, the interval in the Y direction between the first detection portion F1 and the second detection portion F2 is the interval at which five
図4は、画素40に含まれる電気回路を示す図である。画素40は、光電変換部41および増幅回路42を含んでいる。なお、画素40の構造については後述する。
光電変換部41は、フォトダイオード等から成り、入射した光を光電変換する。光電変換部41での光電変換により生成された電荷は、転送部TXに転送信号が入力されると、転送部TXにより蓄積部FDに転送される。増幅部TAには、電源から所定の電圧VDDが供給され、蓄積部FDに転送された電荷に応じた信号が、増幅されて選択部TSに出力される。
FIG. 4 is a diagram showing an electrical circuit included in the
The
選択部TSには制御線32が接続されており、水平制御部31Hから制御線32に所定の信号が入力されると、選択部TSから出力された信号は、信号線33に出力される。
リセット部TRには、電源から所定の電圧VDDが供給され、所定のタイミングでリセット部にリセット信号が入力されると、リセット部は導通し、蓄積部FDは電圧VDDにリセットされる。
A
A predetermined voltage VDD is supplied from the power supply to the reset unit TR, and when a reset signal is input to the reset unit at a predetermined timing, the reset unit becomes conductive and the storage unit FD is reset to the voltage VDD.
転送部TX、増幅部TA、選択部TS、およびリセット部TRは、MOSトランジスタであっても良い。そして、画素40を構成する電気回路は、一例として、従来のいわゆる4トランジスタ型のCMOS撮像素子の画素に含まれる電気回路と同様であっても良い。
上述した転送信号およびリセット信号は、制御線32と同様のX方向に延びる制御線を介して、水平制御部31Hから供給されても良い。
The transfer section TX, amplifier section TA, selection section TS, and reset section TR may be MOS transistors. An electric circuit that constitutes the
The transfer signal and the reset signal described above may be supplied from the
以下、図5から図6を参照して、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mを含む画素40の構成について説明する。
図5は、図2に示した合焦状態検出部FAに含まれる像面位相差検出部FS(図3参照)の拡大図を示す図である。
図5(a)は、像面位相差検出部FSに含まれる第1検出部F1(図3参照)内の画素40(G画素G、および第1AF画素P)のXZ断面図を示す図である。
図5(b)は、像面位相差検出部FSに含まれる第2検出部F2(図3参照)内の画素40(G画素G、および第2AF画素M)のXZ断面図を示す図である。
The configuration of the
FIG. 5 is an enlarged view of the image plane phase difference detection section FS (see FIG. 3) included in the focus state detection section FA shown in FIG.
FIG. 5A is a diagram showing an XZ cross-sectional view of the pixel 40 (G pixel G and first AF pixel P) in the first detection unit F1 (see FIG. 3) included in the image plane phase difference detection unit FS. be.
FIG. 5B is a diagram showing an XZ cross-sectional view of the pixel 40 (G pixel G and second AF pixel M) in the second detection unit F2 (see FIG. 3) included in the image plane phase difference detection unit FS. be.
図5(a)および図5(b)に示したとおり、半導体基板30は、一例として、フォトダイオード等の光電変換部41および増幅回路42が形成されている上層基板30aと、配線層が形成されている下層基板30bとが積層されたものである。上層基板30aと下層基板30bとは、バンプを介して電気的に接続されていても良い。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
上層基板30aの上(+Z方向)には、透明な保護膜43が形成され、保護膜43の上方には、上述したカラーフィルタ44が形成されている。カラーフィルタ44の上方には、撮像する光を光電変換部41に集光するマイクロレンズ45が形成されている。
上方(+Z方向)から画素40に照射される光は、マイクロレンズ45により屈折され、カラーフィルタ44により透過光の波長域が概ね選択された後、光電変換部41に入射する。
A transparent
Light irradiated to the
第1AF画素Pおよび第2AF画素Mに配置されているカラーフィルタ44は、上述の青色光、緑色光または赤色光のいずれかを優先的に透過するカラーフィルタであっても良く、上述の青色光、緑色光及び赤色光のいずれか2色の光を優先的に透過するカラーフィルタであっても良く、可視光の全域を透過するフィルタまたは赤外線を透過するフィルタであっても良い。 The color filters 44 arranged in the first AF pixels P and the second AF pixels M may be color filters that preferentially transmit any one of the blue light, the green light, and the red light described above. , a color filter that preferentially transmits two colors of green light and red light, a filter that transmits all visible light, or a filter that transmits infrared light.
光電変換部41は、上層基板30a中に形成されたフォトダイオードであっても良く、上層基板30aよりも上方(+z側)に形成された有機膜による光電変換部であっても良い。
なお、光電変換部41の分光感度自体が、複数の画素40のそれぞれで異なる場合には、カラーフィルタ44を省略しても良い。
The
Note that the
図5(a)に示したとおり、第1AF画素Pは、光電変換部41の上端(+Z側端)側に、光電変換部41の+X側に入射する光を遮光する第1遮光部46Pを有している。また、図5(b)に示したとおり、第2AF画素Mは、光電変換部41の上端(+Z側端)側に、光電変換部41の-X側に入射する光を遮光する第2遮光部46Mを有している。
As shown in FIG. 5A, the first AF pixel P has a first
図6は、撮像光学系2の射出瞳EPを通過した光線束LRBが、撮像素子3の合焦状態検出部FA内の像面位相差検出部FSに含まれる第1AF画素Pと第2AF画素Mとに入射する状態を示す図であり、撮像素子3を-Y方向から見たXZ断面を示している。
なお、図6においては、像面位相差検出部FS内で同一のX位置に配置されている、すなわち紙面の奥行方向に重なって配置されている第1AF画素Pと第2AF画素Mとを重ねて表している。
FIG. 6 shows a first AF pixel P and a second AF pixel in which the ray bundle LRB that has passed through the exit pupil EP of the imaging
Note that in FIG. 6, the first AF pixel P and the second AF pixel M, which are arranged at the same X position in the image plane phase difference detection unit FS, that is, are arranged to overlap in the depth direction of the paper surface, are overlapped. is represented.
マイクロレンズ45の頂点45cと、第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mとの間のZ方向の距離を、距離DMLとする。
第1遮光部46Pおよび第2遮光部46Mは、上述した撮像光学系2の射出瞳EPに対してマイクロレンズ45を介して概ね共役(結像関係)であるZ位置Z1に配置されている。換言すれば、第1遮光部46Pおよび第2遮光部46Mは、マイクロレンズ45および後群レンズ20b(図4参照)を介して上述した撮像光学系2の絞り21と概ね共役となるZ位置Z1に配置されている。
The distance in the Z direction between the
The first
このため、第1AF画素Pの光電変換部41には、射出瞳EPの中の光軸AXよりも+X側を通過した光が多く入射する。また、第2AF画素Mの光電変換部41には、射出瞳EPの中の光軸AXよりも-X側を通過した光が多く入射する。
第1AF画素Pの光電変換部41は、撮像光学系2の射出瞳EPのX方向の+側(一方の側)を通った光を、射出瞳のX方向の-側(他方の側)を通った光よりも多く検出する第1受光部であるということもできる。
第2AF画素Mの光電変換部41は、撮像光学系2の射出瞳EPのX方向の-側(上述した他方の側)を通った光を、射出瞳のX方向の+側(上述した一方の側)を通った光よりも多く検出する第2受光部であるということもできる。
Therefore, a large amount of light that has passed through the +X side of the optical axis AX in the exit pupil EP enters the
The
The
図2および図6に示した合焦状態検出部FAは、一例として、撮像素子3のX方向の中心、および撮像光学系2の光軸AXから+X方向に距離X1だけ離れた位置に配置されている。このため、合焦状態検出部FAには、光線束LRBが、+Z方向よりもやや-X方向に傾いた方向を中心とする方向から入射する。
As an example, the focus state detection unit FA shown in FIGS. 2 and 6 is arranged at a position separated by a distance X1 in the +X direction from the center of the
これに対応して、光電変換部41の受光効率を高めるために、合焦状態検出部FAの各画素40においては、マイクロレンズ45のX方向の中心位置は、光電変換部41のX方向の中心位置に対して、-X方向にずれて配置されている。逆に言えば、光電変換部41のX方向の中心位置は、マイクロレンズ45のX方向の中心位置に対して、+X方向にずれて配置されている。
Correspondingly, in order to increase the light receiving efficiency of the
このため、図5(a)に示したとおり、第1AF画素Pの中の第1遮光部46Pの-X側エッジ46PEの位置は、マイクロレンズ45の頂点45c(最も+Z側にある点)から距離XPだけ+X側にずれた位置に配置されている。また、図5(b)に示したとおり、第2AF画素Mの中の第2遮光部46Mの+X側エッジ46MEの位置も、マイクロレンズ45の頂点45cから距離XMだけ+X側にずれた位置に配置されている。
Therefore, as shown in FIG. 5(a), the position of the −X side edge 46PE of the first
マイクロレンズ45の頂点45cは、光軸AXから+X方向に距離X1だけ離れて配置されている。また、射出瞳EPとマイクロレンズ45の頂点45cとの間のZ方向の距離は、射出瞳距離LPDである。従って、射出瞳EPの中心PCIを通過して、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mのマイクロレンズ45の頂点45cに入射する光線束LRBの主光線LPRは、-Z方向から以下の式(1)で決まる角θだけ+X方向に傾いた方向に進む。
tan(θ) = X1/LPD ・・・(1)
A
tan(θ) = X1/LPD (1)
すなわち、主光線LPRは、Z方向に平行な光軸AXと、撮像素子3の撮像面3sに対する法線NLとに対して、ともに角θだけ傾いた方向に進む。
主光線LPRは、マイクロレンズ45の頂点45c近傍で屈折され、マイクロレンズ45、カラーフィルタ44、および保護膜43を透過して、第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mに遮光されるか、または光電変換部41に入射する。
That is, the principal ray LPR travels in a direction inclined by an angle θ with respect to both the optical axis AX parallel to the Z direction and the normal NL to the
The principal ray LPR is refracted near the
第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mが配置されているZ位置Z1における、マイクロレンズ45の頂点45cから主光線LPRまでのX方向の距離を、距離XCとする。幾何光学的な考察により、距離XCは近似的に以下の式(2)により求まる。
XC = tan(θ)×DML/n ・・・(2)
Let XC be the distance in the X direction from the
XC=tan(θ)×DML/n (2)
ここで、距離DMLは、上述したとおりマイクロレンズ45の頂点45cと第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mとの間のZ方向の距離であり、nはマイクロレンズ45を構成するレンズ材料の屈折率である。
また、式(1)と式(2)より、以下の式(3)が導ける。
XC = X1×DML/(n×LPD) ・・・(3)
Here, the distance DML is the distance in the Z direction between the
Moreover, the following formula (3) can be derived from the formulas (1) and (2).
XC=X1×DML/(n×LPD) (3)
このとき、距離XCが、上述した距離XPと距離XMの平均値に等しければ、第1AF画素Pの光電変換部41に入射する光量と、第2AF画素Mの光電変換部41に入射する光量とを、概ね等しくすることができる。すなわち、射出瞳EPの+X側を通過し、第1AF画素Pの第1遮光部46Pに遮光されずに光電変換部41に入射する光量と、射出瞳EPの-X側を通過し、第2AF画素Mの第2遮光部46Mに遮光されずに光電変換部41に入射する光量とを、概ね等しくできる。従って、このときに像面位相差検出部FSの焦点位置検出の精度を高めることができる。
At this time, if the distance XC is equal to the average value of the distance XP and the distance XM described above, the amount of light incident on the
逆に、像面位相差検出部FSの構成に関する量である距離X1、距離DML、距離XP、距離XM、および屈折率nが決まれば、その合焦状態検出部FAに適した射出瞳距離LPDの値を求めることができる。このように所定の像面位相差検出部FSに適した射出瞳距離LPDのことを、以下では、像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDともいう。 Conversely, if the distance X1, the distance DML, the distance XP, the distance XM, and the refractive index n, which are the quantities related to the configuration of the image plane phase difference detection unit FS, are determined, the exit pupil distance LPD suitable for the in-focus state detection unit FA can be calculated. The exit pupil distance LPD suitable for a predetermined image plane phase difference detection unit FS is hereinafter also referred to as the design pupil distance DPD of the image plane phase difference detection unit FS.
設計瞳距離DPDは、一例として式(3)に、上述したXC=(XP+XM)/2の条件を代入して変形し、射出瞳距離LPDを設計瞳距離DPDに置き換えた、以下の式(4)により求めることができる。
DPD = X1×DML/{n×(XP+XM)/2}・・・(4)
The design pupil distance DPD is, for example, the following formula (4 ).
DPD=X1×DML/{n×(XP+XM)/2} (4)
像面位相差検出部FSの焦点位置検出の精度を高めるためには、その設計瞳距離DPDを、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと一致させることが望ましい。しかしながら、射出瞳距離LPDは、撮像光学系2によって異なり、また撮像光学系2がズームレンズである場合には射出瞳距離LPDはズーミングによっても変動する。このため、1つの像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDを、常に撮像光学系2の射出瞳距離LPDと一致させることは困難である。
In order to improve the accuracy of focal position detection by the image plane phase difference detector FS, it is desirable to match the design pupil distance DPD with the exit pupil distance LPD of the imaging
そこで、第1実施形態の撮像素子3においては、図7に示すように、1つの合焦状態検出部FA内に、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部FS(FSA~FSE)を設けている。像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれは、第1検出部F1(F1A~F1E)および第2検出部F2(F2A~F2E)を含んでいる。
Therefore, in the
そして、これらの第1検出部F1A~F1Eにそれぞれ含まれる第1AF画素Pにおいては、一例として上述した距離XPが相互に異なっている。また、これらの第2検出部F2A~F2Eにそれぞれ含まれる第2AF画素Mにおいては、一例として上述した距離XMが相互に異なっている。これにより、像面位相差検出部FSA~FSEの設計瞳距離DPDは、それぞれ異なった値となる。 In the first AF pixels P respectively included in these first detection units F1A to F1E, the distances XP described above as an example are different from each other. Further, the distances XM described above as an example are different from each other in the second AF pixels M respectively included in these second detection units F2A to F2E. As a result, the design pupil distances DPD of the image plane phase difference detection units FSA to FSE have different values.
第1実施形態の撮像装置1においては、撮像制御部4は、撮像光学系2の射出瞳距離LPDに近い設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSを像面位相差検出部FSA~FSEから選択し、選択した像面位相差検出部FSからの検出信号を用いて焦点位置を検出する。これにより、装着する撮像光学系2を交換した場合であっても、あるいは撮像光学系2をズーミングした場合であっても、高精度に焦点位置の検出を行うことができる。
In the
1つの合焦状態検出部FA内に設けられる像面位相差検出部FSA~FSEの数は、上述した5個に限られるわけではなく、任意のm個(mは2以上の自然数)であっても良い。像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの射出瞳距離LPDは、一例として、10mm程度から150mm程度までの間の任意の任意の長さとして良い。さらなる一例として、撮像素子3の有効撮像領域IAの対角線長の0.6倍程度の長さから、5倍程度の長さまでの間の任意の長さとして良い。
The number of image plane phase difference detection units FSA to FSE provided in one focus state detection unit FA is not limited to five as described above, and may be arbitrary m (m is a natural number of 2 or more). can be For example, the exit pupil distance LPD of each of the image plane phase difference detection units FSA to FSE may be an arbitrary length between approximately 10 mm and approximately 150 mm. As a further example, the length may be any length between about 0.6 times and about 5 times the diagonal length of the effective imaging area IA of the
複数の像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの射出瞳距離LPDは、それらの中の最小値から最大値までの間で略等間隔に増加するようにそれぞれ設定しても良い。あるいは、それぞれの射出瞳距離LPDにある射出瞳EPから第1AF画素Pおよび第2AF画素Mに入射する主光線LPRの図6に示した法線NLに対する傾き角θが、それらの中の最小値から最大値までの間で略等間隔に増加するようにそれぞれ設定しても良い。 The exit pupil distance LPD of each of the plurality of image plane phase difference detection units FSA to FSE may be set so as to increase at approximately equal intervals between the minimum value and the maximum value among them. Alternatively, the inclination angle θ of the principal ray LPR incident on the first AF pixel P and the second AF pixel M from the exit pupil EP at each exit pupil distance LPD with respect to the normal line NL shown in FIG. may be set so as to increase at approximately equal intervals from to the maximum value.
第1検出部F1A~F1Eにそれぞれ含まれる第1AF画素Pにおいて、上述した距離XPに代えて、あるいは距離XPに加えてさらに、上述した距離DMLの値が相互に異なっていても良い。また、第2検出部F2A~F2Eにそれぞれ含まれる第2AF画素Mにおいて、上述した距離XMに代えて、あるいは距離XMに加えてさらに、上述した距離DMLの値が相互に異なっていても良い。 In the first AF pixels P respectively included in the first detection units F1A to F1E, instead of or in addition to the distance XP described above, the values of the distance DML described above may differ from each other. Further, in the second AF pixels M included in the second detection units F2A to F2E, instead of or in addition to the distance XM, the distance DML may have different values.
なお、複数の像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの射出瞳距離LPDは、それぞれのY位置の応じて単調に増加、あるいは単調に減少しても良く、あるいは、それぞれのY位置とは無関係にランダムに変化しても良い。 The exit pupil distance LPD of each of the plurality of image plane phase difference detection units FSA to FSE may monotonously increase or decrease in accordance with the respective Y position. It may change randomly regardless.
なお、図7においては、図面の煩雑化を避けるために、第1検出部F1A~F1Eおよび第2検出部F2A~F2EのそれぞれのY方向の間に配置されている撮像画素(G画素G、B画素B、R画素R)の図示を省略している。しかし、1つの合焦状態検出部FA内には、第1検出部F1A~F1Eおよび第2検出部F2A~F2EのそれぞれのY方向の間に、例えば3個以上の撮像画素が配置されていても良い。 In FIG. 7, in order to avoid complication of the drawing, imaging pixels (G pixels G, B pixels B and R pixels R) are omitted from the drawing. However, in one focus state detection unit FA, for example, three or more imaging pixels are arranged between the first detection units F1A to F1E and the second detection units F2A to F2E in the Y direction. Also good.
1つの像面位相差検出部FSA~FSEにおける第1検出部F1A~F1Eと第2検出部F2A~F2Eとの間のY方向の距離を第1距離P1と呼ぶことができる。また、複数の像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの間のY方向の距離を第2距離P2と呼ぶことができる。第2距離P2は、第1距離P1よりも長くても良い。
逆に、第2距離P2は、第1距離P1より短くても良い。
A distance in the Y direction between the first detection units F1A to F1E and the second detection units F2A to F2E in one image plane phase difference detection unit FSA to FSE can be called a first distance P1. Also, the distance in the Y direction between each of the plurality of image plane phase difference detection units FSA to FSE can be called a second distance P2. The second distance P2 may be longer than the first distance P1.
Conversely, the second distance P2 may be shorter than the first distance P1.
ところで、撮像装置1を用いて、例えば低照度下で撮影を行う場合には、被写体からの光線束LRBの光量が低下し、これにより像面位相差検出部FSA~FSEのいずれか1つから得られる検出信号のS/Nが低下する。この場合には、像面位相差検出部FSA~FSEによる焦点位置の検出の精度が低下する恐れがある。
By the way, when the
実施形態の撮像装置1および撮像素子3においては、Y方向の異なる位置に配置されている複数の合焦状態検出部FAが検出した複数の検出信号のいくつかを加算して加算信号を生成し、この加算信号を検出信号として用いることで焦点位置の検出の精度を向上させる。
In the
具体的には、1つの合焦状態検出部FA内にある複数の像面位相差検出部FSA~FSE内の、同一のX位置であって異なるY位置にある複数の第1AF画素Pで生成された信号を加算する。同様に、1つの合焦状態検出部FA内にある複数の像面位相差検出部FSA~FSE内の、同一のX位置であって異なるY位置にある複数の第2AF画素Mで生成された信号を加算する。 Specifically, generated by a plurality of first AF pixels P at the same X position and different Y positions in a plurality of image plane phase difference detection units FSA to FSE in one focus state detection unit FA. add the signals Similarly, in a plurality of image plane phase difference detection units FSA to FSE in one in-focus state detection unit FA, generated by a plurality of second AF pixels M at the same X position and different Y positions Add the signals.
複数の検出信号の加算は、1つの例として、いわゆるソースフォロワ加算により行う。すなわち、異なる合焦状態検出部FAに含まれ同一のX位置にある複数の第1AF画素Pで生成された信号を、それらの第1AF画素Pに接続されている信号線33に略同時に出力させる。同様に、異なる合焦状態検出部FAに含まれ同一のX位置にある複数の第2AF画素Mで生成された信号を、それらの第2AF画素Mに接続されている信号線33に略同時に出力させる。そして、信号線33上のこれらの加算された信号を、読出部34により読み出す。
Addition of a plurality of detection signals is performed by so-called source follower addition as one example. That is, signals generated by a plurality of first AF pixels P included in different focus state detection units FA and located at the same X position are output to the
水平制御部31Hは、制御線32を介して信号を相互に加算される第1AF画素Pまたは第2AF画素Mに制御信号を送り、それらの画素からの信号を略同時に信号線33に出力させる。
この場合、信号線33、および読出部34は、複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部を構成する。
The
In this case, the
複数の検出信号の加算は、他の構成により行っても良い。例えば、撮像素子3の出力部36に、所定のAF画素(P、M)からデータレーン35を介して出力されたデジタル信号を一時的に記憶するメモリーと、所定の複数のAF画素からの信号を加算する加算回路を設け、この加算回路により複数の検出信号を加算しても良い。
この場合には、撮像素子3の出力部36に設けた加算回路が、複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部を構成する。
The addition of a plurality of detection signals may be performed by another configuration. For example, a memory for temporarily storing digital signals output from predetermined AF pixels (P, M) via the
In this case, the adder circuit provided in the
なお、これらのメモリーおよび加算回路は、撮像素子3にではなく、撮像制御部4に、加算回路部5として設けられていても良い。この場合には、複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部は、撮像制御部4に含まれる。
Note that these memory and addition circuit may be provided as the
加算信号は、一例として、設計瞳距離DPDが、撮像光学系2の射出瞳距離LPDに1番目からk番目(kはm以下の自然数)に近い像面位相差検出部FSからの検出信号を加算することにより生成される。一例として、撮像光学系2の射出瞳距離LPDが100mmであり、複数の像面位相差検出部FSA~FSEの設計瞳距離DPDが、それぞれ50mm、70mm、90mm、110mm、130mmであるとする。このとき、加算部は、一例として、設計瞳距離DPDが90mmと110mmである2つ(k=2)の像面位相差検出部FSからの検出信号を加算する。
The addition signal is, for example, the detection signal from the image plane phase difference detection unit FS whose design pupil distance DPD is closest to the exit pupil distance LPD of the imaging
なお、上述したように、像面位相差検出部FSの焦点位置検出の精度を高めるためには、その設計瞳距離DPDを、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと一致させることが望ましい。このため、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと大きく異なる設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSからの検出信号を加算して加算信号を生成すると、焦点位置検出の精度が低下してしまう恐れもある。
As described above, it is desirable to match the design pupil distance DPD with the exit pupil distance LPD of the imaging
従って、加算信号の生成に際しては、光線束LRBの光量、すなわち像面位相差検出部FSからの検出信号の大きさに基づいて、加算する検出信号の数を変更しても良い。すなわち、加算部は、撮像素子3に入射する光の量が少なく撮像素子3が出力する撮像信号の強度が小さいときには、撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。ここで、撮像素子3が出力する撮像信号とは、AF画素が出力する検出信号であっても良く、撮像画素(G画素G、B画素B、R画素R)が出力する画像形成用の信号であっても良い。
Therefore, when generating the addition signal, the number of detection signals to be added may be changed based on the light amount of the light beam LRB, that is, the magnitude of the detection signal from the image plane phase difference detection section FS. That is, when the amount of light incident on the
なお、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響は、撮像光学系2の絞り値(F値)の値が大きい程、大きい。従って、加算信号の生成に際しては、加算部は、撮像光学系2の絞り値が小さいときには、撮像光学系2の絞り値が大きいときに比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。
Note that the effect on the accuracy of focus position detection due to the mismatch between the exit pupil distance LPD of the imaging
ところで、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響は、撮像素子3における合焦状態検出部FAの位置にも依存する。すなわち、合焦状態検出部FAが有効撮像領域IAの検出方向(X方向)の中央付近、すなわち撮像光学系2の光軸AXから検出方向の近傍にある場合にはその影響は少なく、合焦状態検出部FAが光軸AXから検出方向に離れている場合にはその影響が大きい。
By the way, the influence on the accuracy of focus position detection due to the mismatch between the exit pupil distance LPD of the imaging
従って、加算信号の生成に際しては、加算部は、合焦状態検出部FAの検出方向(X方向)の位置が撮像素子3の中心に近いときには、合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心から遠いとき比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。
Therefore, when the addition signal is generated, when the position of the focus state detection unit FA in the detection direction (X direction) is close to the center of the
図8は、撮像素子3上の合焦状態検出部FA(FA1~FA6)の位置のいくつかの例を示す図である。例えば、撮像素子3の撮像面3s上の有効撮像領域IAのX方向の中心CLからのX方向の距離が距離D1未満である合焦状態検出部FA1、FA2においては、m個の像面位相差検出部FSからの検出信号の全てを加算しても良い。
FIG. 8 is a diagram showing some examples of the positions of the focus state detection units FA (FA1 to FA6) on the
一方、加算部は、中心CLからのX方向の距離が距離D2以上である合焦状態検出部FA5、FA6においてはk1個の検出信号を加算し、中心CLからのX方向の距離が距離D1以上、かつ距離D2未満である合焦状態検出部FA3、FA4においてはk2個の検出信号を加算しても良い。ここで、k1、K2はいずれも自然数であり、1≦k1<k2<mである。 On the other hand, the addition unit adds k1 detection signals in the focus state detection units FA5 and FA6 whose distance in the X direction from the center CL is the distance D2 or more, and the distance in the X direction from the center CL is the distance D1. As described above, k2 detection signals may be added in the focus state detection units FA3 and FA4 where the distance is less than D2. Here, both k1 and K2 are natural numbers, and 1≦k1<k2<m.
なお、有効撮像領域IA内の複数の合焦状態検出部FA(FA1~FA6)がある場合、加算部は、選択された合焦状態検出部FAの検出方向(X方向)の位置に応じて、全ての合焦状態検出部FAからの検出信号の加算方法を決定しても良い。すなわち、加算部は、選択された合焦状態検出部FAのX方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、撮像素子3の中心から遠いとき比べて、複数の合焦状態検出部FAにおいて像面位相差検出部FSからの検出信号を多く加算しても良い。
Note that when there are a plurality of focus state detection units FA (FA1 to FA6) in the effective imaging area IA, the addition unit determines the position of the selected focus state detection unit FA in the detection direction (X direction). , a method of adding the detection signals from all the focus state detection units FA may be determined. That is, when the position of the selected focus state detection unit FA in the X direction is close to the center of the
複数の合焦状態検出部FAのうちのどの合焦状態検出部FAを選択するかは、ユーザーが操作部8から入力しても良く、撮像素子3から出力される画像に基づいて撮像制御部4が決定しても良い。
Which focus state detection unit FA to select from among the plurality of focus state detection units FA may be input by the user through the
なお、以上においては、1つの合焦状態検出部FAは、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部FSを含んでいるものとしたが、1つの合焦状態検出部FAは、さらに同一の設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSを含んでいても良い。この場合、加算部は、同一の設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSからの検出信号を加算しても良い。 In the above description, one in-focus state detection unit FA includes a plurality of image plane phase difference detection units FS with different design pupil distances DPD. Furthermore, it may include an image plane phase difference detector FS having the same design pupil distance DPD. In this case, the adder may add the detection signals from the image plane phase difference detectors FS having the same design pupil distance DPD.
このような合焦状態検出部FAの一例として、図7に示した合焦状態検出部FAの複数が、同一のX位置においてY方向に近接して配置されたものであっても良い。
あるいは、同一の設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSの複数を一群としてY方向に近接して複数配置し、これらとは設計瞳距離DPDが異なる像面位相差検出部FSの一群は、これらとはY方向に比較的離れた位置に配置しても良い。
As an example of such a focus state detection section FA, a plurality of focus state detection sections FA shown in FIG. 7 may be arranged close to each other in the Y direction at the same X position.
Alternatively, a plurality of image plane phase difference detection units FS having the same design pupil distance DPD are grouped and arranged close to each other in the Y direction, and a group of image plane phase difference detection units FS having different design pupil distances DPD. may be arranged at positions relatively separated from them in the Y direction.
なお、撮像装置1によっては、撮像素子3上の有効撮像領域IAの大きさが変更可能となっている場合がある。例えば、有効撮像領域IAの大きさを、いわゆる35mmフルフレームサイズと、それより小さいサイズに切り替えて使用可能な場合がある。そして、有効撮像領域IAの変更により、最適な像面位相差検出部FSの検出条件が変化する場合がある。従って、加算部は、撮像素子3の有効撮像領域IAの大きさに応じて、加算する検出信号の数を変更しても良い。
Depending on the
(像面位相差検出部の配置の変形例)
図9は、合焦状態検出部FAにおける像面位相差検出部FSの配置の変形例を示す図である。
上述の第1実施形態においては、合焦状態検出部FAにおいて、AF画素である第1AF画素Pおよび第2AF画素Mは、いずれも本来のベイヤー配列においてB画素B(またはR画素R)が配置されるべき位置に配置されているものとしている。このため、AF画素のX位置は、画素40の2個分の間隔をおいて配置されている。
(Modified Example of Arrangement of Image Plane Phase Difference Detector)
FIG. 9 is a diagram showing a modification of the arrangement of the image plane phase difference detection section FS in the focus state detection section FA.
In the first embodiment described above, in the focus state detection unit FA, the first AF pixel P and the second AF pixel M, which are AF pixels, are both B pixels B (or R pixels R) arranged in the original Bayer array. It is assumed that it is placed at the position where it should be. Therefore, the X positions of the AF pixels are arranged at intervals of two
図9に示す変形例の配置では、AF画素は、Y方向に奇数番目の像面位相差検出部FSA、FSC、FSEでは本来のベイヤー配列のB画素Bの位置に配置され、Y方向に偶数番目の像面位相差検出部FSBs、FSDsではR画素Rの位置に配置されている。このため、合焦状態検出部FAの内部において、AF画素のX位置は、画素40の1個分の間隔で配置される。
In the arrangement of the modification shown in FIG. 9, the AF pixels are arranged at the positions of the B pixels B in the original Bayer arrangement in the odd-numbered image plane phase difference detection units FSA, FSC, and FSE in the Y direction, and the even-numbered AF pixels in the Y direction. th image plane phase difference detection units FSBs and FSDs are arranged at the position of the R pixel R. Therefore, the X positions of the AF pixels are arranged at intervals of one
このため、この変形例の配置においては、撮像光学系2が形成する像に対するAF画素である第1AF画素Pおよび第2AF画素Mによるサンプリングの密度が向上するため、より高精度な像面位相差検出を行うことができる。
Therefore, in the arrangement of this modified example, since the density of sampling by the first AF pixel P and the second AF pixel M, which are AF pixels for the image formed by the imaging
なお、図9の例は一例であり、AF画素は、Y方向に奇数番目の像面位相差検出部FSA、FSC、FSEでは本来のベイヤー配列のR画素Rの位置に配置され、Y方向に偶数番目の像面位相差検出部FSBs、FSDsではB画素Bの位置に配置されていても良い。 The example of FIG. 9 is just an example, and the AF pixels are arranged at the positions of the R pixels R in the original Bayer arrangement in the odd-numbered image plane phase difference detection units FSA, FSC, and FSE in the Y direction. The even-numbered image plane phase difference detection units FSBs and FSDs may be arranged at the positions of the B pixels.
以上の実施形態および変形例において、例えば、上述したように、加算部が信号線33、および読出部34により構成される場合、または、撮像素子3の出力部36に設けられた加算回路により構成される場合には、撮像素子3を撮像装置であるということもできる。加算回路は、撮像素子3の撮像部に積層されて設けられていてもよい。
In the above embodiments and modified examples, for example, as described above, when the addition section is configured by the
(実施形態および変形例の効果)
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)以上の各実施形態の撮像装置1は、第1方向(X方向)を検出方向とし、第1方向と交差する第2方向(Y方向)の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部FSを含む合焦状態検出部FAを有する撮像素子3と、合焦状態検出部FAに含まれる複数の像面位相差検出部FSが検出した複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部(読出部34等、または撮像制御部4)と、を有している。
この構成により、低照度下の被写体に対しても、焦点位置の検出の精度を向上させることができる。
(Effects of Embodiments and Modifications)
According to the embodiment described above, the following effects are obtained.
(1) The
With this configuration, it is possible to improve the accuracy of focus position detection even for a subject under low illuminance.
(2)像面位相差検出部FSは、撮像光学系2の射出瞳EPの第1方向(X方向)の一方の側を通った光を、射出瞳EPの一方の側とは反対側の他方の側を通った光よりも多く検出する第1受光部(第1AF画素Pの光電変換部41)が第1方向に複数配置された第1検出部F1と、射出瞳EPの第1方向の他方の側を通った光を、射出瞳EPの一方の側を通った光よりも多く検出する第2受光部(第2AF画素Mの光電変換部41)が第1方向に複数配置された第2検出部F2と、を含んでも良い。そして、加算部は、複数の像面位相差検出部FSに含まれる第1検出部F1からの複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算し、複数の像面位相差検出部FSに含まれる第2検出部F2からの複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算しても良い。
この構成により、低照度下の被写体に対しても、焦点位置の検出の精度を一層向上させることができる。
(2) The image plane phase difference detection unit FS detects the light that has passed through one side of the exit pupil EP of the imaging
With this configuration, it is possible to further improve the accuracy of focus position detection even for a subject under low illumination.
(3)加算部は、撮像素子3に入射する光の量が少なく撮像素子3が出力する撮像信号の強度が小さいときには、撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの検出信号を加算しても良い。この場合、撮像素子3に入射する光の量が少なく撮像素子3が出力する撮像信号の強度が小さいときには、多くの検出信号を加算することで検出信号のS/Nを向上させることができ、これにより高精度な焦点位置検出を行うことができる。一方、撮像素子3に入射する光の量が多く撮像素子3が出力する撮像信号の強度が大きいときには、最も検出精度の高い検出信号、すなわち設計瞳距離DPDが撮像光学系2の射出瞳距離LPDに最も近い像面位相差検出部FSからの検出信号を優先的に用いて、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
(3) When the amount of light incident on the
(4)加算部は、撮像光学系2の絞り値(F値)が小さいときには、撮像光学系2の絞り値が大きいときに比べて多くの検出信号を加算しても良い。撮像光学系2の絞り値(F値)が小さいときには、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響が少ない。このため、撮像光学系2の絞り値が小さいときには、多くの検出信号を加算することによる検出信号S/Nの向上に伴う焦点位置検出精度の向上分が、射出瞳距離LPDと設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度の低下分よりも、大きくなる。これにより、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
(4) The adder may add more detection signals when the aperture value (F value) of the imaging
(5)撮像素子3は、合焦状態検出部FA複数有するとともに、加算部は、合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心から遠いとき比べて多くの検出信号を加算しても良い。合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響が少ない。合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、多くの検出信号を加算することによる検出信号S/Nの向上に伴う焦点位置検出精度の向上分が、射出瞳距離LPDと設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度の低下分よりも、大きくなる。これにより、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
(5) The
上述では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Moreover, each embodiment and modification may be applied independently, respectively, and may be used in combination. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
1:撮像装置、2:撮像光学系、3:撮像素子、4:撮像制御部、6:レンズ駆動部、7:表示部、8:操作部、30:半導体基板、31:制御部、40:画素、P:第1AF画素、M:第2AF画素、F1:第1検出部、F2:第2検出部、FS:像面位相差検出部、32:制御線、33:信号線、34:読出部、36:出力部、41:光電変換部、42:増幅回路、44:カラーフィルタ、45:マイクロレンズ、46P:第1遮光部、46M:第2遮光部
1: imaging device, 2: imaging optical system, 3: imaging device, 4: imaging control unit, 6: lens driving unit, 7: display unit, 8: operation unit, 30: semiconductor substrate, 31: control unit, 40: Pixel, P: first AF pixel, M: second AF pixel, F1: first detection unit, F2: second detection unit, FS: image plane phase difference detection unit, 32: control line, 33: signal line, 34: readout Section 36: Output Section 41: Photoelectric Conversion Section 42: Amplifier Circuit 44: Color Filter 45:
Claims (10)
前記合焦状態検出部に含まれる複数の前記像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部と、
を備える撮像装置。 A focus state detection unit including a plurality of image plane phase difference detection units each having a different design pupil distance and arranged at different positions in a second direction intersecting the first direction with a first direction as a detection direction. an imaging device;
an addition unit that adds at least two of a plurality of detection signals detected by the plurality of image plane phase difference detection units included in the in-focus state detection unit to generate an addition signal;
An imaging device comprising:
前記像面位相差検出部は、
撮像光学系の射出瞳の前記第1方向の一方の側を通った光を、前記射出瞳の前記一方の側とは反対側の他方の側を通った光よりも多く検出する第1受光部が前記第1方向に複数配置された第1検出部と、
前記射出瞳の前記第1方向の前記他方の側を通った光を、前記射出瞳の前記一方の側を通った光よりも多く検出する第2受光部が前記第1方向に複数配置された第2検出部と、
を含む、撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
The image plane phase difference detection unit is
A first light receiving unit that detects more light that has passed through one side of the exit pupil of the imaging optical system in the first direction than light that has passed through the other side of the exit pupil that is opposite to the one side of the exit pupil. a first detection unit in which a plurality of are arranged in the first direction;
A plurality of second light receiving units are arranged in the first direction for detecting more light that has passed through the other side of the exit pupil in the first direction than light that has passed through the one side of the exit pupil. a second detection unit;
An imaging device, comprising:
前記加算部は、
複数の前記像面位相差検出部に含まれる前記第1検出部からの複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算し、
複数の前記像面位相差検出部に含まれる前記第2検出部からの複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算する、
撮像装置。 In the imaging device according to claim 2,
The addition unit
adding at least two of the plurality of detection signals from the first detection unit included in the plurality of image plane phase difference detection units;
adding at least two of the plurality of detection signals from the second detection unit included in the plurality of image plane phase difference detection units;
Imaging device.
前記第2検出部は、前記第1検出部に対し前記第2方向に第1距離だけ離れて配置され、
複数の前記像面位相差検出部のそれぞれは、前記第2方向に、前記第1距離よりも長い第2距離だけ離れて複数配置されている、
撮像装置。 In the imaging device according to claim 2 or 3,
The second detection unit is arranged apart from the first detection unit by a first distance in the second direction,
Each of the plurality of image plane phase difference detection units is arranged in the second direction at a distance of a second distance longer than the first distance,
Imaging device.
前記加算部は、前記撮像素子に入射する光の量が少なく前記撮像素子が出力する撮像信号の強度が小さいときには、前記撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 4,
When the amount of light incident on the imaging element is small and the intensity of the imaging signal output by the imaging element is low, the addition unit adds more detection signals than when the intensity of the imaging signal is high. Imaging device.
前記加算部は、撮像光学系の絞り値が小さいときには、前記撮像光学系の絞り値が大きいときに比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 5,
The imaging device, wherein the adder adds more detection signals when the aperture value of the imaging optical system is small than when the aperture value of the imaging optical system is large.
前記撮像素子は、前記合焦状態検出部を複数有するとともに、
前記加算部は、前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心に近いときには、前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心から遠いとき比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 6,
The imaging device has a plurality of the focus state detection units,
When the position of the focus state detection unit in the first direction is close to the center of the image pickup device, the adder unit adjusts the position of the focus state detection unit in the first direction far from the center of the image pickup device. An imaging device that adds a larger number of the detection signals.
前記撮像素子は、前記合焦状態検出部を複数有するとともに、
前記加算部は、複数の前記合焦状態検出部のうちの選択された前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心に近いときには、選択された前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心から遠いとき比べて、複数の前記合焦状態検出部において前記像面位相差検出部からの前記検出信号を多く加算する、撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 7,
The imaging device has a plurality of the focus state detection units,
The adding section detects the selected focus state when the position of the focus state detection section selected from among the plurality of focus state detection sections in the first direction is close to the center of the imaging device. an image pickup apparatus, wherein more of the detection signals from the image plane phase difference detection section are added in the plurality of focus state detection sections than when the position of the section in the first direction is far from the center of the image pickup device.
前記加算部は、撮像光学系の射出瞳距離に応じて、加算する前記複数の検出信号を選択する、撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 8,
The imaging device, wherein the adding section selects the plurality of detection signals to be added according to an exit pupil distance of an imaging optical system.
前記加算部は、前記撮像素子の有効撮像領域の大きさに応じて、加算する前記検出信号の数を変更する、撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 9,
The imaging device, wherein the adding section changes the number of the detection signals to be added according to the size of the effective imaging area of the imaging element.
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