JP5045007B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は撮像素子と撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.
一つのマイクロレンズとその背後に配置された一つの光電変換部とからなる画素構造を備え、第1種類の画素と第2種類の画素が異なる方向から入射する光を受光するように構成するとともに、第1種類の画素と第2種類の画素を交互に配置した撮像素子で撮像を行うことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で像の焦点調節状態を検出する撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
瞳分割型位相差検出方式とは、撮像光学系の瞳の異なる部分を通過した2光束を用いて物体像をそれぞれ形成し、2つの物体像間の位置的位相差を撮像素子の出力に基づいて検出し、これを撮像光学系のデフォーカス量に換算するものである。
A pixel structure including one microlens and one photoelectric conversion unit disposed behind the microlens is configured so that the first type pixel and the second type pixel receive light incident from different directions. An imaging device that detects the focus adjustment state of an image by a so-called pupil division type phase difference detection method by performing imaging with an imaging device in which a first type pixel and a second type pixel are alternately arranged is known. (For example, refer to Patent Document 1).
In the pupil division type phase difference detection method, an object image is formed using two light beams that have passed through different parts of the pupil of the imaging optical system, and the positional phase difference between the two object images is based on the output of the image sensor. This is detected and converted into a defocus amount of the imaging optical system.
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
しかしながら、上述した従来の撮像装置には次のような問題がある。まず、画素を単純に2次元状に配列すると、特定の方向に対し同一種類の画素が集中して配列されることがあり、画素出力をそのまま撮像出力として用いると、同一種類の画素が集中して配列された方向において画像品質が劣化するおそれがある。 However, the conventional imaging apparatus described above has the following problems. First, if the pixels are simply arranged in a two-dimensional form, the same type of pixels may be concentrated in a specific direction. If the pixel output is used as an imaging output as it is, the same type of pixels will be concentrated. There is a risk that the image quality will deteriorate in the direction in which they are arranged.
図28は瞳分割型位相差検出方式における像の形成状態を示しており、(a)に示すように、光学系の射出瞳面90における領域192と193(以下、測距瞳192,193と呼ぶ)を通る光束は合焦面P0で鮮明な像を結ぶ。例えば、光学系の光軸91上にあって図28の紙面に垂直な方向の線パターン(黒地に白線のコントラストパターン)を光学系により結像させた場合、合焦面P0において、(c)に示すように、光軸91上の同じ位置に高コントラストな線像パターンを形成する。一方、合焦面P0より前方の面P1では(b)に示すように、また、合焦面P0より後方の面P2では(d)に示すように、(b)とは反対方向の異なる位置にぼけた線像パターンを形成する。
FIG. 28 shows an image formation state in the pupil division type phase difference detection method. As shown in FIG. 28A,
異なる測距瞳からの光束による2つの像を分離して検出するための撮像素子の画素構成として、図29に示すような撮像素子を用いる場合について述べる。図29に示す撮像素子は、光電変換部712の位置がマイクロレンズ710の中心から右側に偏っている第1種類の画素722によって、図28に示す測距瞳192からの光束を受光する。一方、光電変換部713の位置がマイクロレンズ710の中心から左側に偏っている第2種類の画素723によって、図28に示す測距瞳193からの光束を受光する。このような構成の撮像素子を用いると、画素出力を用いて焦点検出が可能になるとともに、画素出力を用いて画像情報を生成できる。
A case where an image sensor as shown in FIG. 29 is used as the pixel configuration of the image sensor for separating and detecting two images of light beams from different distance measurement pupils will be described. 29 receives the light beam from the
しかしながら、図29に示すような画素配列の撮像素子では、垂直方向に同じ種類の画素が並ぶ列ができる上に、各列が横方向に交互に並んでしまう。したがって、撮像素子が図28に示すP1面、P2面にある状態で白線パターンの像を撮像した場合に、ボケた像が垂直方向に2箇所に発生する(2線ボケのようになる)とともに、このボケ像を拡大すると白部分と黒部分が交互に並んだゼプラパターンとして観察され、見苦しい画像となってしまう。 However, in the image sensor having the pixel arrangement as shown in FIG. 29, the same type of pixels are arranged in the vertical direction, and the columns are arranged alternately in the horizontal direction. Therefore, when an image of the white line pattern is captured in a state where the image sensor is on the P1 plane and the P2 plane shown in FIG. 28, blurred images are generated at two locations in the vertical direction (like two-line blur) and When this blurred image is enlarged, a white portion and a black portion are alternately observed as a zebra pattern, resulting in an unsightly image.
請求項1の発明による撮像装置は、光学系の射出瞳の一対の領域を通る一対の光束のうちの一方の光束をそれぞれ受光する複数の第1画素と前記一対の光束のうちの他方の光束をそれぞれ受光する複数の第2画素とを有し、前記複数の第1画素と前記複数の第2画素とが2次元に配列された撮像素子と、前記撮像素子から前記第1画素の出力と前記第2画素の出力を読み出す読出し手段と、前記読出し手段により読み出された前記第1画素の出力と前記第2画素の出力とに基づき撮像画像信号を生成する画像生成手段と、前記読出し手段により読み出された前記第1画素の出力と前記第2画素の出力とに基づき、前記光学系の焦点調節状態を検出する位相差検出方式の焦点検出手段と、を備え、前記撮像素子上において前記第1画素と前記第2画素は、前記一対の領域が並ぶ第1の方向において交互に配列されると共に、前記第1の方向と垂直な第2の方向における隣接した8画素の範囲内で前記第1画素と前記第2画素が同数存在するように配列されることを特徴とする。
An image pickup apparatus according to a first aspect of the present invention includes a plurality of first pixels that respectively receive one of a pair of beams passing through a pair of regions of an exit pupil of an optical system, and the other of the pair of beams. A plurality of second pixels that respectively receive light, and an image sensor in which the plurality of first pixels and the plurality of second pixels are two-dimensionally arranged, and an output of the first pixel from the image sensor Read means for reading the output of the second pixel, image generation means for generating a captured image signal based on the output of the first pixel and the output of the second pixel read by the read means, and the read means A phase difference detection type focus detection means for detecting a focus adjustment state of the optical system based on the output of the first pixel and the output of the second pixel read out by The first pixel and the first pixel; The pixels are alternately arranged in a first direction in which the pair of regions are arranged, and the first pixel and the second pixel are within a range of eight adjacent pixels in a second direction perpendicular to the first direction. The pixels are arranged so that the same number exists.
本発明によれば、焦点検出機能を達成しつつ品質のよい撮像画像を得ることができる。 According to the present invention, a high-quality captured image can be obtained while achieving a focus detection function.
本願発明を撮像装置としてのディジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。図1は一実施の形態のディジタルスチルカメラの構成を示す図である。一実施の形態のディジタルスチルカメラ201は交換レンズ202とカメラボディ203とから構成され、交換レンズ202はカメラボディ203のマウント部204に装着される。
An embodiment in which the present invention is applied to a digital still camera as an imaging apparatus will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a digital still camera according to an embodiment. A
交換レンズ202はレンズ205〜207、絞り208、レンズ駆動制御装置209などを備えている。なお、レンズ206はズーミング用、レンズ207はフォーカシング用である。レンズ駆動制御装置209はCPUとその周辺部品を備え、フォーカシング用レンズ207と絞り208の駆動制御、ズーミング用レンズ206、フォーカシング用レンズ207および絞り208の位置検出、カメラボディ203の制御装置との通信によるレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
The
一方、カメラボディ203は撮像素子211、カメラ駆動制御装置212、メモリカード213、LCDドライバー214、LCD215、接眼レンズ216などを備えている。撮像素子211は交換レンズ202の予定結像面(予定焦点面)に配置され、交換レンズ202により結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子211には画素(詳細後述)が二次元状に配置されている。
On the other hand, the
カメラ駆動制御装置212はCPUとメモリなどの周辺部品を備え、撮像素子211の駆動制御、撮像画像の処理、交換レンズ202の焦点検出および焦点調節、絞り208の制御、LCD215の表示制御、レンズ駆動制御装置209との通信、カメラ全体のシーケンス制御などを行う。なお、カメラ駆動制御装置212は、マウント部204に設けられた電気接点217を介してレンズ駆動制御装置209と通信を行う。
The camera
メモリカード213は撮像画像を記憶する画像ストレージである。LCD215は液晶ビューファインダー(EVF:電子ビューファインダー)の表示器として用いられ、撮影者は接眼レンズ216を介してLCD215に表示された撮像画像を視認することができる。なお、カメラボディ203にはシャッターボタンや焦点検出位置選択スイッチなど、
各種の操作部材(不図示)が設けられており、これらの操作部材の操作信号はカメラ駆動制御装置212へ送られ、操作信号に応じて撮像動作や焦点検出位置の設定動作が行われる。
The
Various operation members (not shown) are provided, and operation signals of these operation members are sent to the camera
交換レンズ202を通過して撮像素子211上に結像された被写体像は撮像素子211により光電変換され、画像出力がカメラ駆動制御装置212へ送られる。カメラ駆動制御装置212は、画素の出力に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置209へ送る。また、カメラ駆動制御装置212は、画素の出力に基づいて生成した画像信号をLCDドライバー214へ送り、LCD215に表示するとともに、メモリカード213に記憶する。
The subject image that has passed through the
レンズ駆動制御装置209は、ズーミングレンズ206、フォーカシングレンズ207および絞り208の位置を検出し、検出位置に基づいてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルから検出位置に応じたレンズ情報を選択し、カメラ駆動制御装置212へ送る。また、レンズ駆動制御装置209は、カメラ駆動制御装置212から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を演算し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ207を駆動制御する。
The lens
図2は撮像素子211の概略構成を示す正面図である。撮像素子211では、後述する第1種類の画素311と第2種類の画素312が二次元状に規則的に配列されている。
FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the
図3は撮像素子211の配列の拡大図(8画素×8画素)である。第1種類の画素311はマイクロレンズ10と光電変換部12とから構成される。光電変換部12は長方形であり、その左側長辺はマイクロレンズ10の配列方向(図の上下方向)に沿った垂直2等分線と平行に近接する。一方、第2種類の画素312はマイクロレンズ10と光電変換部13とから構成される。光電変換部13は長方形であり、その右側長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部12と13は、画素311と312のマイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。
FIG. 3 is an enlarged view (8 pixels × 8 pixels) of the arrangement of the
この撮像素子211では、画素311と画素312が水平方向(光電変換部12と13の並び方向)に交互に配置されて画素行を構成し、この画素行が垂直方向に2行おきに1画素ずつずらして配置されている。
In this
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列では、水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が3画素以上連続して配置されていない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において、同じ割合(つまり1:1)で第1種類の画素311と第2種類の画素312が出現する。つまり、同一種類の画素が集中して配置されず、分散して配置されている。
Thus, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = direction in which pixels adjacent in the horizontal direction are arranged) and the vertical direction (column direction = adjacent in the vertical direction). 3 pixels or more are not consecutively arranged in a 45 ° oblique direction (upward to the left, upward to the right = diagonal direction of adjacent pixels). Further, the
これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。画素配列のレイアウトは図3に示すレイアウト限定されず、後述するように色々なレイアウトが考えられるが、微小領域内(例えば16画素×16画素)で同一方向に9画素以上同一種類の画素が並ばないようにすれば目立たない。 Thereby, zebra pattern imaging when the line pattern is blurred can be prevented. The layout of the pixel array is not limited to the layout shown in FIG. 3, and various layouts are conceivable as will be described later. However, if there are 9 or more pixels of the same type in the same direction within a minute region (for example, 16 pixels × 16 pixels), If you do n’t, it wo n’t stand out.
図4は第1種類の画素311の断面図である。第1種類の画素311において、光電変換部12に対応してマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部12の像が前方に投影される。光電変換部12は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ10が半導体イメージセンサの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。光電変換部12はマイクロレンズ10の光軸に対して片側に配置される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the first type of
図5は第2種類の画素312の断面図である。第2種類の画素312において、光電変換部13に対向してマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部13の像が前方に投影される。光電変換部13は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ10が半導体イメージセンサの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。光電変換部13はマイクロレンズ10の光軸に対して片側でかつ光電変換部12とは反対側に配置される。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
次に、図6を参照してマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出方法を説明する。図6において、90は交換レンズ202の予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方d4の距離に設定された射出瞳である。この距離d4は、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まり、以下では測距瞳距離と呼ぶ。91は交換レンズ202の光軸、10a〜10cはマイクロレンズ、12a、12b、13a、13bは光電変換部、311a、311bは第1種類の画素、312a、312bは第2種類の画素である。
Next, a focus detection method based on a pupil division type phase difference detection method using a microlens will be described with reference to FIG. In FIG. 6,
また、72,73、82,83は光束、92はマイクロレンズ10a、10cにより投影された光電変換部12a、12bの領域(以下、測距瞳と呼ぶ)である。なお、図6ではわかりやすくするために測距瞳を楕円領域で示しているが、実際は光電変換部の形状が拡大投影された形状となる。93はマイクロレンズ10b、10dにより投影された光電変換部13a、13bの領域(以下、測距瞳と呼ぶ)である。なお、図6ではわかりやすくするために測距瞳を楕円領域で示しているが、実際は光電変換部の形状が拡大投影された形状となる。
図6においては、隣接する4画素(画素311a、311b、312a、312b)を模式的に例示しているが、その他の画素においても光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。
In FIG. 6, four adjacent pixels (
マイクロレンズ10a〜10cは交換レンズ202の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ10a〜10cによりその背後に配置された光電変換部12a、12b、13a、13bの形状がマイクロレンズ10a〜10cから測距瞳距離d4だけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳92,93を形成する。すなわち、投影距離d4にある射出瞳90上で各画素の光電変換部の投影形状(測距瞳92,93)が一致するように、各画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
The microlenses 10a to 10c are arranged in the vicinity of the planned imaging surface of the
光電変換部12aは測距瞳92を通過し、マイクロレンズ10aに向う光束72によりマイクロレンズ10a上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部12bは測距瞳92を通過し、マイクロレンズ10cに向う光束82によりマイクロレンズ10c上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部13aは測距瞳93を通過し、マイクロレンズ10bに向う光束73によりマイクロレンズ10b上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部13bは測距瞳92を通過し、マイクロレンズ10dに向う光束83によりマイクロレンズ10d上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
The photoelectric conversion unit 12a passes through the
上記のような第1種類の画素と第2種類の画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳92および測距瞳93に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳92と測距瞳93をそれぞれ通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。これらの情報に対して後述する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、この像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面(予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。
By arranging a large number of first-type pixels and second-type pixels as described above in a straight line and collecting the output of the photoelectric conversion unit of each pixel into an output group corresponding to the
図7は射出瞳面における投影関係を示す正面図である。各画素の光電変換部をマイクロレンズにより射出瞳面90に投影した測距瞳92,93は、光学系の射出瞳89を含むような大きさに設定されている。従って実際に画素の光電変換部が受光する光束は測距瞳92,93を光学系の射出瞳89で絞り込んだ領域を通過する光束となる。このように測距瞳92、93を光学系の射出瞳89より大きな領域に設定すると、光学系の絞りを制御することにより、絞りの制御量に応じた光量の光を光電変換部で受光することが可能になり、画素の出力を画像データとして用いるのに適した構成となる。
FIG. 7 is a front view showing the projection relationship on the exit pupil plane. The
図8は測距瞳の配置関係を説明する正面図である。図において、軸x,yは射出瞳90の中心(光軸との交点)を通る水平2等分線および垂直2等分線を示す。図3に示す第1種類の画素311は測距瞳92から到来する光束を受光し、第2種類の画素312は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と93は軸yに対し線対称に配置される。なお、図8では理解しやすくするために測距瞳92と93の間にギャップを設けた例を示すが、ギャップなしとしても、あるいはわずかにオーバーラップさせてもかまわない。
FIG. 8 is a front view for explaining the arrangement relationship of distance measuring pupils. In the figure, axes x and y indicate a horizontal bisector and a vertical bisector passing through the center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis). The
したがって、図3に示す画素配列では、縦横斜め方向に2種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合に、平均した光束の重心は、測距瞳92を通る光束と測距瞳93を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。
Therefore, in the pixel array shown in FIG. 3, since two types of pixels appear in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous flux received by pixels arranged in the same direction is averaged, the center of gravity of the average luminous flux is It coincides with the center of gravity of the light beam obtained by adding the light beam passing through the
図12は、図1に示すデジタルスチルカメラ(撮像装置)の動作を示すフローチャートである。ステップ100においてカメラの電源が投入されると、カメラ駆動制御装置212は撮像動作を開始する。ステップ110で画素のデータを読み出し、電子ビューファインダーに表示させる。ステップ120では焦点検出位置に対応する画素領域に対応した第1種類の画素のデータおよび第2種類の画素のデータに基づいて、後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量を算出する。なお、焦点検出位置は不図示の操作部材を介して撮影者により指定されている。
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the digital still camera (imaging device) shown in FIG. When the camera is turned on in step 100, the camera
ステップ130において合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でない場合はステップ140へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置209へ送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ207を合焦位置に駆動させ、ステップ110へ戻って上記動作を繰り返す。なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置209へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ207を無限から至近間で連続的に駆動させ、ステップ110へ戻って上記動作を繰り返す。
In step 130, it is checked whether or not the focus is close, that is, whether or not the absolute value of the calculated defocus amount is within a predetermined value. If it is not close to the in-focus state, the process proceeds to step 140, the defocus amount is transmitted to the lens
一方、合焦近傍と判定した場合はステップ150へ進み、不図示の操作部材の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判定し、なされていないと判定された場合はステップ110へ戻って上記動作を繰り返す。シャッターレリーズがなされた場合はステップ160へ進み、レンズ駆動制御装置209へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り208に制御F値(撮影者によって設定された、またはカメラによって自動で設定されたF値)を設定する。絞り制御が終了した時点で撮像素子211に撮像動作を行わせ、撮像素子211の全画素からデータを読み出して、メモリーカード213に格納する。メモリーカード213に保存する前に、画像処理(周囲画素に基づく補間処理、高周波成分カット処理など)を行ってもよい。
On the other hand, if it is determined that the focus is in the vicinity, the process proceeds to step 150 to determine whether or not a shutter release has been performed by operating an operation member (not shown). If it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step 110 to perform the above operation. repeat. If the shutter release has been performed, the process proceeds to step 160, where an aperture adjustment command is transmitted to the lens
次に、図12のステップ120における像ズレ検出演算処理(相関演算処理)の詳細を説明する。図13は、図2に示す撮像素子211の部分拡大図であり、焦点検出に用いる画素データの分類を示す。一行目の画素行において、第1種類の画素のデータ(L1系列データ:L11、L12、L13、・・・)および第2種類の画素のデータ(R1系列データ:R11、R12、R13、・・・)が得られる。また、二行目の画素行において、第1種類の画素のデータ(L2系列データ:L21、L22、L23、・・・)および第2種類の画素のデータ(R2系列データ:R21、R22、R23、・・・)が得られる。同様に、3行目以降も第1種類の画素のデータおよび第2種類の画素のデータが得られる。同一行の一対のデータ系列(L1系列データ、R1系列データ)、(L2系列データ、R2系列データ)、・・・の組み合わせで像ズレ検出を行う。
Next, details of the image shift detection calculation process (correlation calculation process) in
一対のデータ系列を(E1〜EL)、(F1〜FL)と一般化して表現した場合に、データ系列(E1〜EL)に対しデータ系列(F1〜FL)を相対的にずらしながら次式(1)により2つのデータ列間のずらし量kにおける相関量C(k)を演算する。
C(k)=Σ|En−Fn+k| ・・・(1)
(1)式において、Σ演算でnのとる範囲はずらし量kに応じてEn、Fn+kのデータが存在する範囲に限定される。また、ずらし量kは整数であり、一対のデータの検出ピッチを単位とした相対的シフト量である。
When a pair of data series is expressed by being generalized as (E1 to EL) and (F1 to FL), the data series (F1 to FL) is shifted relative to the data series (E1 to EL) while the following formula ( According to 1), the correlation amount C (k) in the shift amount k between the two data strings is calculated.
C (k) = Σ | En−Fn + k | (1)
In equation (1), the range taken by n in the Σ operation is limited to the range where En and Fn + k data exist according to the shift amount k. The shift amount k is an integer, and is a relative shift amount in units of the detection pitch of a pair of data.
(1)式の演算結果は、図14(a)に示すように、一対のデータ系列の相関が高いシフト量(図14(a)ではk=kj=2)において相関量C(k)が最小(小さいほど相関度が高い)になる。次に、次式(2)〜(5)による3点内挿の手法を用い、連続的な相関量に対する最小値C(x)を与えるシフト量xを求める。
x=kj+D/SLOP ・・・(2),
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(3),
D={C(kj-1)−C(kj+1)}/2 ・・・(4),
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj-1)−C(kj)} ・・・(5)
As shown in FIG. 14A, the calculation result of the expression (1) shows that the correlation amount C (k) is the shift amount with high correlation between the pair of data series (k = kj = 2 in FIG. 14A). The minimum (the smaller the value, the higher the degree of correlation). Next, the shift amount x that gives the minimum value C (x) with respect to the continuous correlation amount is obtained by using a three-point interpolation method according to the following equations (2) to (5).
x = kj + D / SLOP (2),
C (x) = C (kj) − | D | (3),
D = {C (kj-1) -C (kj + 1)} / 2 (4),
SLOP = MAX {C (kj + 1) -C (kj), C (kj-1) -C (kj)} (5)
(2)式で求めたシフト量xより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量DEFを次式(6)により求めることができる。
DEF=KX・PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチ(同一種類の画素の配置ピッチ)であり、KXは一対の光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。また、一対のデータ系列がぴったり合致した場合(x=0)は、実際にはデータ列が検出ピッチの半分だけすれた状態となるので、(2)式で求めたシフト量は半ピッチ分だけ補正されて(6)式に適用される。さらに、一対の光束の重心の開き角の大きさは交換レンズの絞り開口の大きさ(開放絞り値)に応じて変化するので、レンズ情報に応じて決定される。
The defocus amount DEF of the subject image plane with respect to the planned image formation plane can be obtained from the following equation (6) from the shift amount x obtained from the equation (2).
DEF = KX · PY · x (6)
In equation (6), PY is a detection pitch (arrangement pitch of the same type of pixels), and KX is a conversion coefficient determined by the size of the opening angle of the center of gravity of a pair of light beams. In addition, when the pair of data series exactly match (x = 0), the data string is actually shifted by half of the detected pitch, so the shift amount obtained by equation (2) is only half the pitch. It is corrected and applied to equation (6). Further, the size of the opening angle of the center of gravity of the pair of light beams changes according to the size of the aperture opening (open aperture value) of the interchangeable lens, and thus is determined according to the lens information.
算出されたデフォーカス量DEFに信頼性があるか否かは、次のようにして判定される。図14(b)に示すように、一対のデータ系列の相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値C(x)の値が大きくなる。したがって、C(x)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、C(x)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(x)を除した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。さらにまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたデフォーカス量DEFの信頼性が低いと判定する。 Whether or not the calculated defocus amount DEF is reliable is determined as follows. As shown in FIG. 14B, when the degree of correlation between the pair of data series is low, the value of the minimum value C (x) of the interpolated correlation amount is large. Therefore, when C (x) is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the reliability is low. Alternatively, in order to normalize C (x) with the contrast of data, if the value obtained by dividing C (x) by SLOP that is proportional to the contrast is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the reliability is low. Furthermore, when SLOP that is a value proportional to the contrast is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the subject has low contrast and the reliability of the calculated defocus amount DEF is low.
図14(c)に示すように、一対のデータ系列の相関度が低く、所定のシフト範囲kmin〜kmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、最小値C(x)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。焦点検出が可能であった場合は、算出された像ズレ量に所定の変換係数を乗じてデフォーカス量を算出する。 As shown in FIG. 14 (c), when the correlation between the pair of data series is low and there is no drop in the correlation amount C (k) between the predetermined shift ranges kmin to kmax, the minimum value C (x) is set. In such a case, it is determined that the focus cannot be detected. When focus detection is possible, the defocus amount is calculated by multiplying the calculated image shift amount by a predetermined conversion coefficient.
なお、上述した説明では一対のデータ系列について求めたデフォーカス量を採用しているが、焦点検出領域内の複数対のデータ系列について求めたデフォーカス量を統計処理(平均、メディアンなど)をして最終的なデフォーカス量を求めてもよい。 In the above description, the defocus amount obtained for a pair of data series is adopted, but the defocus amount obtained for a plurality of pairs of data series in the focus detection area is subjected to statistical processing (average, median, etc.). The final defocus amount may be obtained.
《変形例》
図15は撮像素子211の画素配列の変形例を示す。第1種類の画素314はマイクロレンズ10と光電変換部14とから構成される。光電変換部14は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。第2種類の画素315はマイクロレンズ10と光電変換部15とから構成される。光電変換部15は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部14と15は、それぞれのマイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度左上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に関して対称な形状をしている。
<Modification>
FIG. 15 shows a modification of the pixel array of the
光電変換部14と15に対応する測距瞳96,97を図10に示す。第1種類の画素314は測距瞳96から到来する光束を受光し、第2種類の画素315は測距瞳97から到来する光束を受光する。測距瞳94と95は、x,y軸の原点を通る右上がり45度の直線に対し線対称に配置される。画素314と315が左上がり斜め45度方向(光電変換部14と15の並び方向)に交互に配置された配列を、右上がり斜め45度方向に2つおきに半画素ずらして配置される。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、左上がり斜め45度方向の像ズレ検出が可能になる。
The
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が4画素以上連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において、同じ割合(つまり1:1)で第1種類の画素314と第2種類の画素315が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。
As described above, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical direction). In the direction in which adjacent pixels are lined up) and in the oblique 45 ° direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels), four or more pixels of the same type are not continuous. In addition, the
図15に示す画素配列においては、縦横斜めの各方向に2種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合に、平均した光束の重心は複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel array shown in FIG. 15, two types of pixels appear in the same direction in vertical and horizontal diagonal directions. Therefore, when the luminous fluxes received by pixels arranged in the same direction are averaged, the center of gravity of the average luminous flux is It coincides with the center of gravity of the light beam obtained by adding the light beams passing through the plurality of distance measurement pupils, and becomes the center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis). As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
図16は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。第1種類の画素311はマイクロレンズ10と光電変換部12とから構成される。光電変換部12は長方形であり、その左側長辺はマイクロレンズ10の配列方向(図の上下方向)に沿った垂直2等分線に平行に近接する。第2種類の画素312はマイクロレンズ10と光電変換部13とから構成される。光電変換部13は長方形であり、その右側長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部12と13は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。
FIG. 16 shows another modification of the pixel array of the
第3種類の画素316はマイクロレンズ10と光電変換部16とから構成される。光電変換部16は長方形をしており、その上側長辺はマイクロレンズ10の配列方向(図の左右方向)に沿った水平2等分線に平行に近接する。第4種類の画素317はマイクロレンズ10と光電変換部17とから構成される。光電変換部17は長方形であり、その下側長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部16と17は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部16と17に対応する測距瞳94と95を図9に示す。第3種類の画素316は測距瞳94から到来する光束を受光し、第4種類の画素317は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と95は軸xに対し線対称に配置される。
The
画素311と312が水平方向に交互に配置された第1の画素行の次の行に、画素316と317が水平方向に交互に配置された第2の画素行が配置され、その次の行には第1の画素行を1画素水平方向にずらした第3の画素行が配置され、さらにその次の行には第2の画素行を1画素水平方向にずらした第4の画素行が配置される。以上の4行からなる配列を垂直方向に順次配列する。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向、垂直方向において像ズレ検出が可能になる。
A second pixel row in which
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において、同じ割合(つまり1:1)で第1種類の画素311と第2種類の画素312、または第3種類の画素316と第4種類の画素317が出現する。さらに、垂直方向、斜め45度方向において同じ割合(つまり1:1:1:1)で第1種類の画素311と第2種類の画素312と第3種類の画素316と第4種類の画素317が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。
As described above, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical direction). The pixels of the same type are not continuous in the direction in which the adjacent pixels are arranged) and in the oblique 45 ° direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). Further, the
図16に示す画素配列においては、縦横斜め方向に2種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合に、平均した光束の重心は、複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel array shown in FIG. 16, since two types of pixels appear in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous flux received by the pixels arranged in the same direction is averaged, the average centroid of the luminous flux is plural. The center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis) coincides with the center of gravity of the luminous flux obtained by adding the luminous flux passing through the distance measuring pupil. As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
図17は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。第1種類の画素314はマイクロレンズ10と光電変換部14とから構成される。光電変換部14は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の図の斜め45度右上がり方向に沿った2等分線に平行に近接する。第2種類の画素315はマイクロレンズ10と光電変換部15とから構成される。光電変換部15は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部14と15は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度左上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部14と15に対応する測距瞳96と97を図10に示す。第1種類の画素314は測距瞳96から到来する光束を受光し、第2種類の画素315は測距瞳97から到来する光束を受光する。測距瞳96と97は原点を通る右上がり45度の直線に対し線対称に配置される。
FIG. 17 shows another modification of the pixel array of the
第3種類の画素318はマイクロレンズ10と光電変換部18とから構成される。光電変換部18は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の図の斜め45度左上がり方向に沿った2等分線に平行に近接する。第4種類の画素319はマイクロレンズ10と光電変換部19とから構成される。光電変換部19は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部18と19は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度右上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部18と19に対応する測距瞳98,99を図11に示す。第3種類の画素318は測距瞳98から到来する光束を受光し、第4種類の画素319は測距瞳99から到来する光束を受光する。測距瞳98と99は原点を通る左上がり45度の直線に対し線対称に配置される。
The
図17に示すように、に第1種類の画素、第2種類の画素、第3種類の画素、第4種類の画素を8画素×8画素に配列するとともに、この8画素×8画素のレイアウトパターンを2次元状に敷き詰める。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、左上がり斜め45度方向および右上がり斜め45度方向の像ズレ検出が可能になる。 As shown in FIG. 17, the first type pixel, the second type pixel, the third type pixel, and the fourth type pixel are arranged in 8 pixels × 8 pixels, and the layout of the 8 pixels × 8 pixels is arranged. Spread the pattern in two dimensions. As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to detect the image shift in the 45 ° upward and 45 ° diagonal directions.
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において、同じ割合(つまり1:1:1:1)で第1種類の画素314と第2種類の画素315と第3種類の画素318と第4種類の画素319が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。
As described above, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical direction). The pixels of the same type are not continuous in the direction in which the adjacent pixels are arranged) and in the oblique 45 ° direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). Further, the
図17に示す画素配列においては、縦横斜め方向に2種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合に、平均した光束の重心は、複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel array shown in FIG. 17, since two types of pixels appear in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous fluxes received by the pixels arranged in the same direction are averaged, the average centroid of the luminous flux is plural. The center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis) coincides with the center of gravity of the luminous flux obtained by adding the luminous flux passing through the distance measuring pupil. As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
図18は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。上述した撮像素子では各画素の光電変換部がすべて同一の分光感度特性を持つ例を示したが、各画素が異なる分光感度特性の光電変換部を有する場合でも本発明を適用可能である。図18に示す画素配列において、Gを記した光電変換部21、22、23、24は図19に示す緑(G)の分光感度特性を有し、Rを記した光電変換部31、32は図19に示す赤(R)の分光感度特性を有し、Bを記した光電変換部41、42は図19に示す緑(B)の分光感度特性を有する。
FIG. 18 shows another modification of the pixel array of the
第1種類の画素321はマイクロレンズ10と光電変換部21とから構成される。光電変換部21は長方形であり、その一方の長辺がマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。第2種類の画素322はマイクロレンズ10と光電変換部22とから構成される。光電変換部22は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部21と22は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部21と22に対応する測距瞳92と93を図8に示す。第1種類の画素321は測距瞳92から到来する光束を受光し、第2種類の画素322は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と93は軸yに対し線対称に配置される。
The
第3種類の画素323はマイクロレンズ10と光電変換部23とから構成される。光電変換部23は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。第4種類の画素324はマイクロレンズ10と光電変換部24とから構成される。光電変換部24は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部23と24は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部23と24に対応する測距瞳94と95を図9に示す。第3種類の画素323は測距瞳94から到来する光束を受光し、第4種類の画素324は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と測距瞳95は軸xに対し線対称に配置される。
The
第5種類の画素331はマイクロレンズ10と光電変換部31とから構成される。光電変換部31は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に上辺を平行に近接する。第6種類の画素332はマイクロレンズ10と光電変換部32とから構成される。光電変換部32は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部31と32は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部31と32に対応する測距瞳94と95を図9に示す。第5種類の画素331は測距瞳94から到来する光束を受光し、第6種類の画素332は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と測距瞳95は軸xに対し線対称に配置される。
The
第7種類の画素341はマイクロレンズ10と光電変換部41とから構成される。光電変換部41は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。第8種類の画素342はマイクロレンズ10と光電変換部42とから構成される。光電変換部42は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部41と42は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部41と42に対応する測距瞳92と93を図8に示す。第7種類の画素341は測距瞳92から到来する光束を受光し、第8の種類の画素342は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と測距瞳93は軸yに対し線対称に配置される。
The seventh type of
図18に示すように、第1種類の画素から第8種類の画素を8画素×8画素に配列するとともに、この8画素×8画素のレイアウトパターンを2次元状に敷き詰める。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向において緑色と青色の像ズレ検出が可能になるとともに、垂直方向においては緑色と赤色の像ズレ検出が可能になる。 As shown in FIG. 18, the first type of pixels to the eighth type of pixels are arranged in 8 pixels × 8 pixels, and the layout pattern of 8 pixels × 8 pixels is spread two-dimensionally. As described above, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to detect the image misalignment between green and blue in the horizontal direction and the image misalignment between green and red in the vertical direction. Detection is possible.
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、各色に関して水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において同じ割合で各種類の画素が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。 As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = the direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical) for each color. The pixels of the same type are not continuous in the direction in which adjacent pixels are aligned in the direction) and in the oblique 45 degree direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). In addition, each type of pixel appears at the same rate in the horizontal direction, the vertical direction, and the 45 ° oblique direction. Thereby, zebra pattern imaging when the line pattern is blurred can be prevented.
図18に示す画素配列においては、縦横斜め方向に各種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合、平均した光束の重心は複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel array shown in FIG. 18, since each type of pixel appears in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the light beams received by the pixels arranged in the same direction are averaged, the center of gravity of the average light flux is measured by a plurality of measurement points. It coincides with the center of gravity of the luminous flux obtained by adding the luminous fluxes passing through the distance pupil, and becomes the center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis). As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
図18に示す画素配列は、ベイヤー配列となっているので画素データに対して通常の画像処理をそのまま適用できる。なお、光電変換部の分光感度特性を異ならせるためには、マイクロレンズから光電変換部に至る光路中に色分解フィルタを配置する。 Since the pixel array shown in FIG. 18 is a Bayer array, normal image processing can be directly applied to the pixel data. In order to vary the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion unit, a color separation filter is disposed in the optical path from the microlens to the photoelectric conversion unit.
また、図18に示す画素配列においては、1つの焦点検出位置において複数の色に対するデフォーカス量が求められる。最終的に1つのデフォーカス量を決定する手法としては、次のような方法がある。(1)2つのデフォーカス量の平均にする。(2)一方の色のデフォーカス量を優先する。例えば比視感度の高い緑のデフォーカス量を優先する。(3)データの平均値が高い色のデフォーカス量を選択することにより、SN比が高く高精度な焦点検出ができる。(4)上述した信頼性判定に基づき、より信頼性が高いデフォーカス量を選択する。(5)焦点検出方向に応じた優先度を設ける。 Further, in the pixel array shown in FIG. 18, defocus amounts for a plurality of colors are obtained at one focus detection position. As a method for finally determining one defocus amount, there are the following methods. (1) An average of two defocus amounts. (2) Prioritize the defocus amount of one color. For example, priority is given to a green defocus amount having high specific visibility. (3) By selecting a defocus amount of a color having a high average value of data, it is possible to perform focus detection with a high SN ratio and high accuracy. (4) A defocus amount with higher reliability is selected based on the reliability determination described above. (5) A priority according to the focus detection direction is provided.
図20は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。図20に示す画素配列において、Gを記した光電変換部25、26、27、28は図19に示す緑(G)の分光感度特性を有し、Rを記した光電変換部31、32は図19に示す赤(R)の分光感度特性を有し、Bを記した光電変換部41、42は図19に示す緑(B)の分光感度特性を有する。
FIG. 20 shows another modification of the pixel array of the
第1種類の画素325はマイクロレンズ10と光電変換部25とから構成される。光電変換部25は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。第2種類の画素326はマイクロレンズ10と光電変換部26とから構成される。光電変換部26は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部25と26は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度左上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部25と26に対応する測距瞳96と97を図10に示す。第1種類の画素325は測距瞳96から到来する光束を受光し、第2種類の画素326は測距瞳97から到来する光束を受光する。測距瞳96と測距瞳97はx,y軸の原点を通る右上がり45度の直線に対し線対称に配置される。
The
第3種類の画素327はマイクロレンズ10と光電変換部27とから構成される。光電変換部27は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。第4種類の画素328はマイクロレンズ10と光電変換部28とから構成される。光電変換部28は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部27と28は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度右上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部27と28に対応する測距瞳98と99を図11に示す。第3種類の画素327は測距瞳98から到来する光束を受光し、第4の種類の画素328は測距瞳99から到来する光束を受光する。測距瞳98と測距瞳99は原点を通る左上がり45度の直線に対し線対称に配置される。
The
第5種類の画素331はマイクロレンズ10と光電変換部31とから構成される。光電変換部31は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。第6種類の画素332はマイクロレンズ10と光電変換部32とから構成される。光電変換部32は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に下辺を略接する長方形状である。光電変換部31と32は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部31と32に対応する測距瞳94と95を図9に示す。第5種類の画素331は測距瞳94から到来する光束を受光し、第6種類の画素332は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と測距瞳95は軸xに対し線対称に配置される。
The
第7種類の画素341はマイクロレンズ10と光電変換部41とから構成される。光電変換部41は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。第8種類の画素342はマイクロレンズ10と光電変換部42とから構成される。光電変換部42は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部41と42は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部41と42に対応する測距瞳92と93を図8に示す。第7種類の画素341は測距瞳92から到来する光束を受光し、第8の種類の画素342は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と測距瞳93は軸yに対し線対称に配置される。
The seventh type of
図20に示すように、第1種類の画素から第8種類の画素を8画素×8画素に配列するとともに、この8画素×8画素のレイアウトパターンを二次元状に敷き詰める。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、斜め方向(右上がり、左上がり)において緑色の像ズレ検出が可能であり、水平方向において青色の像ズレ検出が可能であり、垂直方向においては赤色の像ズレ検出が可能である。 As shown in FIG. 20, the 8th type pixels from the 1st type pixels are arranged in 8 pixels × 8 pixels, and the layout pattern of 8 pixels × 8 pixels is spread two-dimensionally. As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to detect a green image shift in an oblique direction (upward to the right and upward to the left), and a blue image in the horizontal direction. Deviation detection is possible, and red image deviation detection is possible in the vertical direction.
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、各色に関して水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において同じ割合で各種類の画素が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。 As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = the direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical) for each color. The pixels of the same type are not continuous in the direction in which adjacent pixels are aligned in the direction) and in the oblique 45 degree direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). In addition, each type of pixel appears at the same rate in the horizontal direction, the vertical direction, and the 45 ° oblique direction. Thereby, zebra pattern imaging when the line pattern is blurred can be prevented.
図20に示す画素配列においては、縦横斜め方向に各種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合に、平均した光束の重心は、複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel arrangement shown in FIG. 20, since each type of pixel appears in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous flux received by the pixels arranged in the same direction is averaged, the average centroid of the luminous flux is plural. The center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis) coincides with the center of gravity of the luminous flux obtained by adding the luminous flux passing through the distance measuring pupil. As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
また、図20に示す画素配列は、ベイヤー配列となっているので画素データに対して通常の画像処理をそのまま適用できる。 Further, since the pixel array shown in FIG. 20 is a Bayer array, normal image processing can be applied to the pixel data as it is.
図21は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。この撮像素子は、図20に示す6種類の画素にさらに4種類の画素を加えたものである。第9種類の画素333はマイクロレンズ10と光電変換部33とから構成される。光電変換部33は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。第10種類の画素334はマイクロレンズ10と光電変換部34とから構成される。光電変換部34は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部33と34は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部33と34に対応する測距瞳92と93を図8に示す。第9種類の画素333は測距瞳92から到来する光束を受光し、第10の種類の画素334は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と測距瞳93は軸yに対し線対称に配置される。
FIG. 21 shows another modification of the pixel array of the
第11種類の画素343はマイクロレンズ10と光電変換部43とから構成される。光電変換部43は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。第12種類の画素344はマイクロレンズ10と光電変換部44とから構成される。光電変換部44は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部43と44は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部43と44に対応する測距瞳94と95を図9に示す。第11種類の画素343は測距瞳94から到来する光束を受光し、第12の種類の画素344は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と測距瞳95は軸xに対し線対称に配置される。
The eleventh type of
図21に示すように、第1種類の画素から第12種類の画素を8画素×8画素に配列するとともに、この8画素×8画素のレイアウトパターンを二次元状に敷き詰める。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、斜め方向(右上がり、左上がり)において緑色の像ズレ検出が可能であり、水平方向および垂直方向においては青色と赤色の像ズレ検出が可能である。 As shown in FIG. 21, the 12th type pixels from the 1st type pixels are arranged in 8 pixels × 8 pixels, and the layout pattern of 8 pixels × 8 pixels is spread in two dimensions. In this way, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to detect a green image shift in an oblique direction (upward to the right, upward to the left), and in the horizontal and vertical directions. Can detect image misalignment between blue and red.
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、各色に関して水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において同じ割合で各種類の画素が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。 As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = the direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical) for each color. The pixels of the same type are not continuous in the direction in which adjacent pixels are aligned in the direction) and in the oblique 45 degree direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). In addition, each type of pixel appears at the same rate in the horizontal direction, the vertical direction, and the 45 ° oblique direction. Thereby, zebra pattern imaging when the line pattern is blurred can be prevented.
図21に示す画素配列においては、縦横斜め方向に各種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を平均した場合に、平均した光束の重心は、複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel array shown in FIG. 21, since each type of pixel appears in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous flux received by the pixels arranged in the same direction is averaged, the average centroid of the luminous flux is plural. The center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis) coincides with the center of gravity of the luminous flux obtained by adding the luminous flux passing through the distance measuring pupil. As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
また、図21に示す画素配列は、ベイヤー配列となっているので画素データに対して通常の画像処理をそのまま適用できる。 Further, since the pixel arrangement shown in FIG. 21 is a Bayer arrangement, normal image processing can be applied to the pixel data as it is.
図22は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。上述した撮像素子では各画素が一つの光電変換部と一つのマイクロレンズから構成されている例を示したが、各画素が一つのマイクロレンズと異なる分光感度特性を持つ場合でも本発明を適用可能である。図22に示す画素配列において、Gを記した光電変換部51、52、53,54は図19に示す緑(G)の分光感度特性を有し、Rを記した光電変換部63、64は図19に示す赤(R)の分光感度特性を有し、Bを記した光電変換部71、72は図19に示す緑(B)の分光感度特性を有する。第1種類の画素421はマイクロレンズ10と光電変換部51、71とから構成される。光電変換部51は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。また、光電変換部71は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。
FIG. 22 shows another modification of the pixel array of the
図23は画素421の断面図である。画素421において、光電変換部51、71の前方に共通のマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部51、71が前方に投影される。マイクロレンズと光電変換部の間には緑の色フィルタ401と赤の色フィルタ402が配置される。光電変換部51、71は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上に色フィルタ401、401およびマイクロレンズ10が半導体イメージセンサの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。後述する画素422、画素413、画素414の構造も図23に示す構造と同様である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the
第2種類の画素422はマイクロレンズ10と光電変換部52、72とから構成される。光電変換部52は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部72は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部51と52は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部71と72は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。
The
光電変換部51、52、71、72に対応する測距瞳92、93を図8に示す。光電変換部51、72は測距瞳92から到来する光束を受光し、光電変換部52、71は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と測距瞳93は軸yに対し線対称に配置される。
FIG. 8 shows
第3種類の画素413はマイクロレンズ10と光電変換部53、63とから構成される。光電変換部53は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部63は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。第4種類の画素414はマイクロレンズ10と光電変換部54、64とから構成される。光電変換部54は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部64は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。
The
光電変換部53と54は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部63と64は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部53、54、63、64に対応する測距瞳94、95を図9に示す。光電変換部53、64は測距瞳94から到来する光束を受光し、光電変換部54、63は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と測距瞳95は軸xに対し線対称に配置される。
The
図22に示すように、第1種類の画素から第4種類の画素を8画素×8画素に配列するとともに、この8画素×8画素のレイアウトパターンを二次元状に敷き詰める。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向において緑色と青色の像ズレ検出が可能になるとともに、垂直方向においては緑色と赤色の像ズレ検出が可能になる。 As shown in FIG. 22, the first type of pixels to the fourth type of pixels are arranged in 8 pixels × 8 pixels, and the layout pattern of 8 pixels × 8 pixels is spread in a two-dimensional manner. As described above, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to detect the image misalignment between green and blue in the horizontal direction and the image misalignment between green and red in the vertical direction. Detection is possible.
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、各色に関して水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において同じ割合で各種類の画素が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。 As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = the direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical) for each color. The pixels of the same type are not continuous in the direction in which adjacent pixels are aligned in the direction) and in the oblique 45 degree direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). In addition, each type of pixel appears at the same rate in the horizontal direction, the vertical direction, and the 45 ° oblique direction. Thereby, zebra pattern imaging when the line pattern is blurred can be prevented.
図22に示す画素配列においては、縦横斜め方向に各種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を色毎に平均した場合に、平均した光束の重心は複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel array shown in FIG. 22, since each type of pixel appears in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous flux received by the pixels arranged in the same direction is averaged for each color, the center of gravity of the average luminous flux Coincides with the center of gravity of the light beam obtained by adding the light beams passing through the plurality of distance measurement pupils, and becomes the center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis). As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
図22に示す画素配列はベイヤー配列よりも色検出密度が高い構成(緑は全画素で検出、青と赤は2画素に一画素の割り合いで検出)となっているので、色の再現性が向上し、画像品質が向上する。 The pixel array shown in FIG. 22 has a configuration with higher color detection density than the Bayer array (green is detected in all pixels, blue and red are detected in a ratio of one pixel to two pixels), and color reproducibility And the image quality is improved.
図24は撮像素子211の画素配列の他の変形例を示す。上述した一実施の形態では、撮像素子の各画素が一つの光電変換部と一つのマイクロレンズから構成されている例を示したが、各画素が一つのマイクロレンズと異なる分光感度特性を持つ場合でも本発明を適用可能である。
FIG. 24 shows another modification of the pixel array of the
第1種類の画素421はマイクロレンズ10と光電変換部55、65とから構成される。光電変換部55は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部65は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。第2種類の画素416はマイクロレンズ10と光電変換部56、66とから構成される。光電変換部56は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。光電変換部66は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の垂直2等分線に平行に近接する。
The
光電変換部55と56は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部65と66は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ10の垂直2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部55、56、65、66に対応する測距瞳92、93を図8に示す。光電変換部55、66は測距瞳92から到来する光束を受光し、光電変換部56、65は測距瞳93から到来する光束を受光する。測距瞳92と測距瞳93は軸yに対し線対称に配置される。
The
第3種類の画素413はマイクロレンズ10と光電変換部53、63とから構成される。光電変換部53は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部63は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。第4種類の画素414はマイクロレンズ10と光電変換部54、64とから構成される。光電変換部54は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。光電変換部64は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の水平2等分線に平行に近接する。
The
光電変換部53と54は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部63と64は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に上下垂直方向に並んでおり、マイクロレンズ10の水平2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部53、54、63、64に対応する測距瞳94、95を図9に示す。光電変換部53、64は測距瞳94から到来する光束を受光し、光電変換部54、63は測距瞳95から到来する光束を受光する。測距瞳94と測距瞳95は軸xに対し線対称に配置される。
The
第5種類の画素425はマイクロレンズ10と光電変換部85、75とから構成される。光電変換部85は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部75は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。第6種類の画素426はマイクロレンズ10と光電変換部86、76とから構成される。光電変換部86は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部76は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に平行に近接する。
The
光電変換部85と86は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度左上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部75と76は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度左上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度右上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部85、86、75、76に対応する測距瞳96、97を図10に示す。光電変換部85、76は測距瞳96から到来する光束を受光し、光電変換部86、75は測距瞳97から到来する光束を受光する。測距瞳96と97は原点を通る右上がり45度の直線に対し線対称に配置される。
The
第7種類の画素423はマイクロレンズ10と光電変換部83、73とから構成される。光電変換部83は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部73は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。第8種類の画素424はマイクロレンズ10と光電変換部84,74とから構成される。光電変換部84は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。光電変換部74は長方形であり、その一方の長辺はマイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に平行に近接する。
The
光電変換部83、84は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度右上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部73、74は、マイクロレンズ10を重ね合わせて表示した場合に斜め45度右上がり方向に並んでおり、マイクロレンズ10の斜め45度左上がり2等分線に関して対称な形状をしている。光電変換部83、84、73、74に対応する測距瞳98、99を図11に示す。光電変換部83、74は測距瞳98から到来する光束を受光し、光電変換部84、73は測距瞳99から到来する光束を受光する。測距瞳98と99は、x、y軸の原点を通る左上がり45度の直線に対し線対称に配置される。
The
図24に示すように、第1種類の画素から第8種類の画素を8画素×8画素に配列するとともに、この8画素×8画素のレイアウトパターンを二次元状に敷き詰める。このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、水平方向および垂直方向において緑色と赤色の像ズレ検出が可能になるとともに、斜め方向(右上がり/左上がり)においては緑色と青色の像ズレ検出が可能になる。 As shown in FIG. 24, the first type of pixels to the eighth type of pixels are arranged in 8 pixels × 8 pixels, and the layout pattern of 8 pixels × 8 pixels is spread two-dimensionally. In this manner, in a square pixel array in which pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to detect image misalignment between green and red in the horizontal direction and the vertical direction, and in an oblique direction (upward / leftward) In the (up)), it is possible to detect the image misalignment between green and blue.
このように、画素を水平方向および垂直方向に稠密に配置した正方配列の画素配列においては、各色に関して水平方向(行方向=水平方向に隣接する画素が並ぶ方向)、垂直方向(列方向=垂直方向に隣接する画素が並ぶ方向)、斜め45度方向(左上がり、右上がり=隣接する画素の対角線方向)において、同一種類の画素が連続していない。また、水平方向、垂直方向、斜め45度方向において同じ割合で各種類の画素が出現する。これにより、線パターンがぼけた場合のゼブラパターン画像化を防止することができる。 As described above, in the square pixel array in which the pixels are densely arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction (row direction = the direction in which adjacent pixels are arranged in the horizontal direction) and the vertical direction (column direction = vertical) for each color. The pixels of the same type are not continuous in the direction in which adjacent pixels are aligned in the direction) and in the oblique 45 degree direction (upward to the left, upward to the right = the diagonal direction of the adjacent pixels). In addition, each type of pixel appears at the same rate in the horizontal direction, the vertical direction, and the 45 ° oblique direction. Thereby, zebra pattern imaging when the line pattern is blurred can be prevented.
図24に示す画素配列においては、縦横斜め方向に各種類の画素が同じ割合で出現するので、同一方向に配置された画素が受光する光束を色毎に平均した場合に、平均した光束の重心は複数の測距瞳を通る光束を足し合わせた光束の重心と一致し、射出瞳90の中心(光軸との交点)となる。これにより、画素のデータを画像データとして用いた場合にも、特定の方向における画像が射出瞳において偏った領域を通る光束によって形成されたものでなくなるので、画像品質が劣化することがない。 In the pixel arrangement shown in FIG. 24, since each type of pixel appears in the same direction in the vertical and horizontal diagonal directions, when the luminous flux received by the pixels arranged in the same direction is averaged for each color, the center of gravity of the average luminous flux Coincides with the center of gravity of the light beam obtained by adding the light beams passing through the plurality of distance measurement pupils, and becomes the center of the exit pupil 90 (intersection with the optical axis). As a result, even when pixel data is used as image data, the image in a specific direction is not formed by a light beam that passes through a biased region in the exit pupil, so image quality does not deteriorate.
また、図24に示す画素配列は、ベイヤー配列よりも色検出密度が高い構成(緑は全画素で検出、青と赤は2画素に一画素の割り合いで検出)となっているので、色の再現性が向上し、画像品質が向上する。 In addition, the pixel array shown in FIG. 24 has a configuration in which the color detection density is higher than that of the Bayer array (green is detected in all pixels, blue and red are detected in the ratio of one pixel to two pixels). Reproducibility is improved and image quality is improved.
以上説明した画素配列の他にも多くの変形例を構成することができる。要は1つの画素配列の特定の方向において、特定の測距瞳から到来する光束を受光する画素を集中させないような画素配列であればよい。 In addition to the pixel arrangement described above, many variations can be configured. In short, any pixel array that does not concentrate pixels that receive a light beam coming from a specific distance measuring pupil in a specific direction of one pixel array may be used.
図1に示す撮像装置の撮像素子では、図3に示すように長方形の光電変換部を有する画素311、312を二次元状に配置しているが、図25(a)、(b)に示すように光電変換部の形状を半円形した画素に置き換えることもできる。画素602はマイクロレンズ10と半円形の光電変換部513とからなり、光電変換部513はマイクロレンズ10の中心を通る直線に対して左側に配置される。画素601はマイクロレンズ10と半円形の光電変換部512とからなり、光電変換部512はマイクロレンズ10の中心を通る直線に対して右側に配置される。
In the image pickup device of the image pickup apparatus shown in FIG. 1,
図22、図24に示す撮像素子では、1つの画素に分光感度特性が異なる光電変換部を2つ備える例を示したが、1つの画素に3つ以上の異なる分光感度特性の光電変換部を備えてもよい。 22 and 24, an example in which two photoelectric conversion units having different spectral sensitivity characteristics are provided in one pixel has been described. However, three or more photoelectric conversion units having different spectral sensitivity characteristics are provided in one pixel. You may prepare.
上述した一実施の形態とその変形例の撮像素子は、赤、青,緑の3原色のフィルタを使用した例を示したが、2つの色のみの撮像素子や、4色以上の色を検出するフィルタを備えた撮像素子にも適用可能である。また、上述した一実施の形態とその変形例の撮像素子は、色分解フィルタを原色フィルタ(RGB)とした例を示したが、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)を採用してもよい。さらに、色分解は色フィルタ以外にも光電変換部を構成するフォトダイオードの分光感度特性を光電変換部ごとに変更することによっても達成できる。 In the above-described image sensor of the embodiment and its modification, an example using filters of three primary colors of red, blue, and green has been shown. However, an image sensor of only two colors or four or more colors is detected. The present invention can also be applied to an image sensor provided with a filter that performs this. In the image pickup device according to the embodiment and the modification described above, an example in which the color separation filter is a primary color filter (RGB) has been described. However, complementary color filters (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan) : Cy) may be employed. Further, color separation can be achieved by changing the spectral sensitivity characteristics of the photodiodes constituting the photoelectric conversion unit for each photoelectric conversion unit in addition to the color filter.
図26により、偏光フィルタを用いた瞳分割方式を説明する。瞳分割の方式としてはマイクロレンズによる方式に限定されない。図において、690は偏光フィルタ保持枠であり、偏光フィルタ以外の部分は遮光されている。692は偏光フィルタ(フィルタの位置および形状により測距瞳を構成する)である。また、693は偏光フィルタであり、偏光フィルタ692と偏光方向が直交(フィルタの位置および形状により測距瞳を構成する)する。91は交換レンズの光軸である。621は偏光フィルタであり、偏光方向が偏光フィルタ692と一致する。さらに、622は偏光フィルタであり、偏光方向が偏光フィルタ693と一致する。611、612は光電変換部、631は第1種類の画素、632は第2種類の画素、672,673、682,683は光束である。
A pupil division method using a polarization filter will be described with reference to FIG. The pupil division method is not limited to the microlens method. In the figure,
図26において、隣接する4画素を模式的に例示している。画素631において、光電変換部611は、偏光フィルタ621の作用により、偏光フィルタ692によって形成された測距瞳を通過する光束を受光し、光束672または682によりに形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、画素632において、光電変換部612は、偏光フィルタ622の作用により、偏光フィルタ693によって形成された測距瞳を通過する光束を受光し、光束673または683によりに形成される像の強度に対応した信号を出力する。
FIG. 26 schematically illustrates four adjacent pixels. In the
このような偏光フィルタを用いた第1種類の画素と第2種類の画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳に対応した出力グループにまとめることによって、各測距瞳を各々通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報を得ることができる。この情報に対して後述する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。 By arranging a large number of first-type pixels and second-type pixels using such a polarizing filter in a straight line, and collecting the output of the photoelectric conversion unit of each pixel into an output group corresponding to the distance measuring pupil, Information regarding the intensity distribution of a pair of images formed on the pixel array by the focus detection light beams that pass through the distance measuring pupils can be obtained. By applying an image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process), which will be described later, to this information, an image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division type phase difference detection method.
なお、上述した一実施の形態とその変形例の撮像素子は、CCDイメージセンサー、CMOSイメージセンサーとして形成することができる。 Note that the imaging device according to the embodiment and the modification described above can be formed as a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
図12に示すフローチャートでは、画像データをメモリーカード213に保存する例を示したが、画像データを電子ビューファインダーやボディの背面に設けられた不図示の背面モニター画面に表示するようにしてもよい。
In the flowchart shown in FIG. 12, the example in which the image data is stored in the
図1に示す撮像装置では、一実施の形態の撮像素子211を画像データ生成用に用た例を示したが、図27に示すように撮像専用の撮像素子221を設け、上述した一実施の形態の撮像素子211を焦点検出と電子ビューファインダー表示用として用いるようにしてもよい。
In the image pickup apparatus shown in FIG. 1, the example in which the
図27において、図1と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。カメラボディ203Aには撮影光束を分離するハーフミラー222が配置され、透過側に撮像専用の撮像素子221が配置され、反射側に焦点検出兼電子ビューファインダー表示用の撮像素子211が配置される。撮影前は、撮像素子211の出力に応じて焦点検出と電子ビューファインダー表示が行われる。レリーズ時は、撮像専用の撮像素子221の出力に応じた画像データが生成される。ハーフミラー222を全反射ミラーとし、撮影時は撮影光路から退避するようにしてもよい。このようにすれば、焦点検出兼電子ビューファインダー表示用の撮像素子211の画素サイズを大きくしても、その出力は焦点検出と解像度の要求が低い電子ビューファインダー表示に用いるだけとなり、画像データの解像度が低下することはない。
In FIG. 27, the same components as those in FIG. The camera body 203A is provided with a
このように、一実施の形態とその変形例によれば、光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束を受光する複数種類の画素を二次元状に配列した撮像素子において、画素の配列における任意の方向において同一種類の画素が集中しないように各種類の画素を分散して配列するようにしたので、焦点検出機能を達成しつつ品質のよい撮像画像を得ることができる。 Thus, according to one embodiment and its modification, in an imaging device in which a plurality of types of pixels that receive light beams that have passed through different regions of the exit pupil of the optical system are arranged two-dimensionally, Since each type of pixel is distributed and arranged so that the same type of pixel is not concentrated in an arbitrary direction, a high-quality captured image can be obtained while achieving the focus detection function.
《一実施の形態の適用範囲》
一実施の形態の撮像装置は、脱着可能な交換レンズとカメラボディから構成されるディジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されず、例えばレンズ一体型のディジタルスチルカメラやビデオカメラやフィルムカメラにも適用することができる。また、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラなどにも適用することができる。あるいは、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用することができる。
<< Applicable scope of one embodiment >>
The imaging apparatus according to the embodiment is not limited to a digital still camera or a film still camera including a detachable interchangeable lens and a camera body. For example, the imaging apparatus can also be applied to a lens-integrated digital still camera, a video camera, or a film camera. can do. Further, the present invention can be applied to a small camera module or a surveillance camera built in a mobile phone or the like. Alternatively, the present invention can be applied to a focus detection device other than a camera, a distance measuring device, or a stereo distance measuring device.
10 マイクロレンズ
12〜19、21〜28、31〜34、41〜44、51〜56、63〜66、71〜76、83〜86、512、513 光電変換部
90 射出瞳
92〜99 測距瞳
202 交換レンズ
211 撮像素子
311、312、314〜319、321〜324、325〜328、331〜334、341〜344、413〜416、421〜426、601、602 画素
10 Microlenses 12-19, 21-28, 31-34, 41-44, 51-56, 63-66, 71-76, 83-86, 512, 513
Claims (5)
前記撮像素子から前記第1画素の出力と前記第2画素の出力を読み出す読出し手段と、
前記読出し手段により読み出された前記第1画素の出力と前記第2画素の出力とに基づき撮像画像信号を生成する画像生成手段と、
前記読出し手段により読み出された前記第1画素の出力と前記第2画素の出力とに基づき、前記光学系の焦点調節状態を検出する位相差検出方式の焦点検出手段と、を備え、
前記撮像素子上において前記第1画素と前記第2画素は、前記一対の領域が並ぶ第1の方向において交互に配列されると共に、前記第1の方向と垂直な第2の方向における隣接した8画素の範囲内で前記第1画素と前記第2画素が同数存在するように配列されることを特徴とする撮像装置。 A plurality of first pixels that respectively receive one of the pair of light beams passing through a pair of regions of the exit pupil of the optical system; and a plurality of second pixels that respectively receive the other light beam of the pair of light beams; An imaging device in which the plurality of first pixels and the plurality of second pixels are two-dimensionally arranged,
Reading means for reading out the output of the first pixel and the output of the second pixel from the imaging device;
Image generation means for generating a captured image signal based on the output of the first pixel and the output of the second pixel read by the reading means;
A phase difference detection type focus detection unit that detects a focus adjustment state of the optical system based on the output of the first pixel and the output of the second pixel read by the reading unit;
On the image sensor, the first pixels and the second pixels are alternately arranged in a first direction in which the pair of regions are arranged, and adjacent to each other in a second direction perpendicular to the first direction. An imaging apparatus, wherein the same number of the first pixels and the second pixels exist within a pixel range.
前記第1画素は、前記第1の方向、前記第2の方向、及び前記第1の方向の斜め45度の方向のいずれの方向においても、3画素以上、連続配置されないように配列され、
前記第2画素は、前記第1の方向、前記第2の方向、及び前記第1の方向の斜め45度の方向のいずれの方向においても、3画素以上、連続配置されないように配列されることを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
The first pixels are arranged so that three or more pixels are not continuously arranged in any of the first direction, the second direction, and the 45-degree oblique direction of the first direction,
The second pixels are arranged so that three or more pixels are not continuously arranged in any of the first direction, the second direction, and the 45 ° oblique direction of the first direction. An imaging apparatus characterized by the above.
前記撮像素子は、
前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において第1の配列パターンで交互に配列された第1配列と、
前記第2の方向に前記第1配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第1の配列パターンで交互に配列された第2配列と、
前記第2の方向に前記第2配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第1の配列パターンに対して1画素ずれた第2の配列パターンで交互に配列された第3配列と、
前記第2の方向に前記第3配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第2の配列パターンで交互に配列された第4配列と、
前記第2の方向に前記第4配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第1の配列パターンで交互に配列された第5配列と、
前記第2の方向に前記第5配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第1の配列パターンで交互に配列された第6配列と、
前記第2の方向に前記第6配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第2の配列パターンで交互に配列された第7配列と、
前記第2の方向に前記第7配列と隣接並置され、前記第1画素と前記第2画素が、前記第1の方向において前記第2の配列パターンで交互に配列された第8配列と、
を有することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1 or 2,
The image sensor is
A first array in which the first pixels and the second pixels are alternately arranged in a first arrangement pattern in the first direction;
A second array that is adjacent to and juxtaposed with the first array in the second direction, wherein the first pixels and the second pixels are alternately arrayed in the first array pattern in the first direction;
A second array pattern that is adjacent to the second array in the second direction and in which the first pixel and the second pixel are shifted by one pixel with respect to the first array pattern in the first direction; A third array arranged alternately with
A fourth array arranged adjacent to the third array in the second direction, wherein the first pixels and the second pixels are alternately arrayed in the second array pattern in the first direction;
A fifth array that is adjacent to and juxtaposed with the fourth array in the second direction, wherein the first pixels and the second pixels are alternately arrayed in the first array pattern in the first direction;
A sixth array arranged adjacent to the fifth array in the second direction, wherein the first pixels and the second pixels are alternately arranged in the first array pattern in the first direction;
A seventh array, which is adjacent to the sixth array in the second direction and in which the first pixels and the second pixels are alternately arrayed in the second array pattern in the first direction;
An eighth array that is adjacent to the seventh array in the second direction and in which the first pixels and the second pixels are alternately arrayed in the second array pattern in the first direction;
An imaging device comprising:
前記画像生成手段の前記撮像画像信号に基づき撮像画像を表示する表示手段を更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 to 3,
An imaging apparatus, further comprising display means for displaying a captured image based on the captured image signal of the image generation means.
前記第1画素は、第1のマイクロレンズと前記第1のマイクロレンズを透過した前記一方の光束を受光する第1の光電変換部とを有し、
前記第1の光電変換部は、前記第1のマイクロレンズの中心に対して前記第1の方向に片寄って配置され、
前記第2画素は、第2のマイクロレンズと前記第2のマイクロレンズを透過した前記他方の光束を受光する第2の光電変換部とを有し、
前記第2の光電変換部は、前記第2のマイクロレンズの中心に対して前記第1の方向の逆方向に片寄って配置されることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The first pixel includes a first microlens and a first photoelectric conversion unit that receives the one light flux that has passed through the first microlens,
The first photoelectric conversion unit is arranged to be offset in the first direction with respect to the center of the first microlens,
The second pixel includes a second microlens and a second photoelectric conversion unit that receives the other light flux that has passed through the second microlens,
The imaging apparatus, wherein the second photoelectric conversion unit is arranged to be offset in a direction opposite to the first direction with respect to a center of the second microlens.
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