JP6288909B2 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係わる撮像素子は、結像光学系の撮像瞳領域を通過する光束を受光する複数の撮像用画素と、前記撮像瞳領域より小さい第1瞳領域を通過する光束を受光する複数の第1焦点検出用画素と、前記撮像瞳領域より小さい第2瞳領域を通過する光束を受光する複数の第2焦点検出用画素と、を有し、前記第1焦点検出用画素は、該第1焦点検出用画素のマイクロレンズと該第1焦点検出用画素の光電変換部との間に、第1開口部を有する第1遮光層を備えるとともに、前記第2焦点検出用画素は、該第2焦点検出用画素のマイクロレンズと該第2焦点検出用画素の光電変換部との間に、第2開口部を有する第2遮光層を備え、周辺像高において前記第1及び第2焦点検出用画素それぞれの中心に対する前記第1及び第2焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向が、前記第1及び第2焦点検出用画素の中心に対する前記第1開口部の重心と前記第2開口部の重心の平均位置の偏心の方向と反対方向であることを特徴とする。
[全体構成]
図1は本発明の第1の実施形態に係わる撮像素子を有する撮像装置であるカメラの構成図を示している。図1において、101は結像光学系の先端に配置された第1レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。102は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしても機能する。103は第2レンズ群である。そして絞り兼用シャッタ102及び第2レンズ群103は一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍作用(ズーム機能)をなす。
第1の実施形態における撮像素子の画素配列の概略図を図2に示す。図2は、第1の実施形態の2次元CMOSセンサー(撮像素子)の画素配列を、20列×20行画素の範囲で示したものである。図2に示した20列×20行画素を面上に多数配置し、高解像度画像の取得を可能としている。本実施形態においては、画素ピッチが4μm、有効画素数が横5575列×縦3725行=約2000万画素、撮像画面サイズが横22.3mm×縦14.9mmの撮像素子として説明を行なう。
構成1の焦点検出用画素群230について、以下に説明する。図2に示した撮像素子の1つの第1焦点検出用画素230SAを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図3(a)に示し、図3(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を図3(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの第2焦点検出用画素230SBを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図4(a)に示し、図4(a)のb−b断面を−y側から見た断面図を図4(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの撮像用画素230Gを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図5(a)に示し、図5(a)のc−c断面を−y側から見た断面図を図5(b)に示す。
構成2の焦点検出用画素群220について、以下に説明する。図2に示した撮像素子の1つの第1焦点検出用画素220SAを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図7(a)に示し、図7(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を図7(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの第2焦点検出用画素220SBを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図8(a)に示し、図8(a)のb−b断面を−y側から見た断面図を図8(b)に示す。撮像用画素220Gは、構成1の撮像用画素230Gと同様である。
構成3の焦点検出用画素群210について、以下に説明する。図2に示した撮像素子の1つの第1焦点検出用画素210SAを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図10(a)に示し、図10(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を図10(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの第2焦点検出用画素210SBを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図11(a)に示し、図11(a)のb−b断面を−y側から見た断面図を図11(b)に示す。撮像用画素210Gは、構成1の撮像用画素230Gと同様である。
図2に示した第1焦点検出用画素210SA(220SA、230SA、240SA、250SA)をx方向に規則的に配列し、これら複数の第1焦点検出用画素から取得した被写体像をA像とする。同様に、図2に示した第2焦点検出用画素210SB(220SB、230SB、240SB、250SB)をx方向に規則的に配列し、これら複数の第2焦点検出用画素から取得した被写体像をB像とする。A像とB像の像ずれ量(相対位置)からデフォーカス量(合焦ずれ量)を算出し、焦点検出を行うことができる。
以下、本実施形態における撮像素子の周辺像高での瞳ずれへの対応について説明する。図13および図14に、撮像素子の周辺像高における第1焦点検出用画素の第1瞳領域、第2焦点検出用画素の第2瞳領域、および結像光学系の射出瞳の関係を示す。
本発明の第2の実施形態について、以下に説明する。
構成1の焦点検出用画素群230について、以下に説明する。図2に示した撮像素子の1つの第1焦点検出用画素230SAを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図15(a)に示し、図15(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を図15(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの第2焦点検出用画素230SBを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図16(a)に示し、図16(a)のb−b断面を−y側から見た断面図を図16(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの撮像用画素230Gを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図17(a)に示し、図17(a)のc−c断面を-y側から見た断面図を図17(b)に示す。
構成2の焦点検出用画素群220の第1焦点検出用画素220SAと第2焦点検出用画素220SBで、構成1と同様に、層内レンズ306が構成される。焦点検出用画素群240の第1焦点検出用画素240SAと第2焦点検出用画素240SBも同様である。その他は、第1の実施形態の構成2と同様である。
構成3の焦点検出用画素群210について、以下に説明する。図2に示した撮像素子の1つの第1焦点検出用画素210SAを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図18(a)に示し、図18(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を図18(b)に示す。また、図2に示した撮像素子の1つの第2焦点検出用画素210SBを、撮像素子の受光面側(+z側)から見た平面図を図19(a)に示し、図19(a)のb−b断面を−y側から見た断面図を図19(b)に示す。
Claims (11)
- 結像光学系の撮像瞳領域を通過する光束を受光する複数の撮像用画素と、
前記撮像瞳領域より小さい第1瞳領域を通過する光束を受光する複数の第1焦点検出用画素と、前記撮像瞳領域より小さい第2瞳領域を通過する光束を受光する複数の第2焦点検出用画素と、を有し、
前記第1及び第2焦点検出用画素は、それぞれ、マイクロレンズと、光電変換部と、前記光電変換部の一部を覆う遮光層とを含み、
前記第1瞳領域の重心と前記第2瞳領域の重心が異なり、
周辺像高において前記第1焦点検出用画素の中心に対する前記第1焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向、および前記第2焦点検出用画素の中心に対する前記第2焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向が、それぞれに隣接する撮像用画素における前記撮像用画素の中心に対する前記撮像用画素のマイクロレンズの偏心の方向と異なり、前記第1瞳領域の重心と前記第2瞳領域の重心の平均位置が前記撮像瞳領域の重心に対して偏心していることを特徴とする撮像素子。 - 前記第1及び第2焦点検出用画素は、それぞれ該第1及び第2焦点検出用画素のマイクロレンズと該第1及び第2焦点検出用画素の光電変換部との間に、開口部を有する遮光層を備え、
前記第1及び第2焦点検出用画素の中心に対する前記第1及び第2焦点検出用画素の各マイクロレンズの偏心の方向が、前記第1及び第2焦点検出用画素の中心に対する前記開口部の重心の偏心の方向と反対方向であることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第1及び第2焦点検出用画素の各マイクロレンズが、複数のマイクロレンズから構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。
- 結像光学系の撮像瞳領域を通過する光束を受光する複数の撮像用画素と、
前記撮像瞳領域より小さい第1瞳領域を通過する光束を受光する複数の第1焦点検出用画素と、前記撮像瞳領域より小さい第2瞳領域を通過する光束を受光する複数の第2焦点検出用画素と、を有し、
前記第1焦点検出用画素は、該第1焦点検出用画素のマイクロレンズと該第1焦点検出用画素の光電変換部との間に、第1開口部を有する第1遮光層を備えるとともに、前記第2焦点検出用画素は、該第2焦点検出用画素のマイクロレンズと該第2焦点検出用画素の光電変換部との間に、第2開口部を有する第2遮光層を備え、
周辺像高において前記第1及び第2焦点検出用画素それぞれの中心に対する前記第1及び第2焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向が、前記第1及び第2焦点検出用画素の中心に対する前記第1開口部の重心と前記第2開口部の重心の平均位置の偏心の方向と反対方向であることを特徴とする撮像素子。 - 前記第1及び第2焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向は前記結像光学系の光軸に近づく方向であり、前記第1開口部の重心と前記第2開口部の重心の平均位置の偏心の方向は前記結像光学系の光軸から遠ざかる方向であることと特徴とする請求項4に記載の撮像素子。
- 前記撮像用画素は赤緑青のいずれかの分光感度を備え、前記第1及び第2焦点検出用画素は白の分光感度を備えることを特徴とする請求項4または5に記載の撮像素子。
- 前記撮像用画素と、前記第1及び第2焦点検出用画素は行列形状に配置され、
前記第1及び第2焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向は行方向であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の撮像素子。 - 前記結像光学系の射出瞳のずれに対して前記第1及び第2焦点検出用画素のマイクロレンズの偏心の方向は前記マイクロレンズに対する第1及び第2開口部の偏心量を大きくする方向であることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記第1及び第2焦点検出用画素それぞれにおける前記マイクロレンズに対する前記第1及び第2開口部の偏心量に対して、より少ない偏心量を有する第3焦点検出用画素を更に備えることを特徴とする請求項4乃至8の何れか1項に記載の撮像素子。
- 前記第1及び第2焦点検出用画素それぞれの中心は対応する光電変換部の受光面の重心であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の撮像素子。
- 請求項1乃至10の何れか1項に記載の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
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