JP6848941B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様による撮像素子と、前記第1出力部および前記第2出力部から出力された信号の少なくとも一方に基づいて、光学系の焦点検出を行う検出部と、を備える。
本実施形態は、撮像素子12に特徴を有するので、以降は撮像素子12を中心に説明する。図2(a)および(b)は、撮像素子12における画素の配置を例示する平面図である。ここでは、代表して10×10画素分を抜き出して図示している。各画素は略正方形にレイアウトされ、2次元状に配列されている。画素としては、赤色成分の光を受光する画素(R画素)、緑色成分の光を受光する画素(G画素)、青色成分の光を受光する画素(B画素)の3種類が設けられている。
位置する4つの画素の組を、その配置の違いによって4通り(P1〜P4)に分類する。
次に、上述した構成の撮像素子12から焦点検出の信号を取得する例を、図3〜図9を用いて説明する。図3は、絞り6が開放された状態の交換レンズ2の射出瞳80を例示する図である。射出瞳80の4つの領域81〜84を通過した光束は、それぞれ図2のマイクロレンズ40の左上、右上、左下、および右下に位置する画素に入射する。各マイクロレンズ40において左上、右上、左下、および右下に位置する画素に入射する光束と、上記第1領域81、第2領域82、第3領域83、および第4領域84との対応関係は、交換レンズ2の光軸Axを対称軸として上下左右を反転したものとして考えればよい。なお、図3は、概念を説明する図である。実際には、マイクロレンズ40を通った光が隣の組に含まれる画素へ入射して混色や解像度の低下などが生じないように構成されている。
次に、上記撮像素子12から画像信号を取得する例を、図10〜図16を用いて説明する。本実施形態では、上記撮像素子12からの出力信号に基づいてカラーの画像信号を生成する画像信号生成処理として、以下の3方法のいずれかを用いて行う。ボディ制御部14は、あらかじめ初期設定によって指示されている方法による画像信号生成処理を行う。
図10は、第1の画像信号生成処理を説明する図である。第1の画像信号生成処理を行うボディ制御部14は、図10(a)に示すように、同じマイクロレンズ40を介して光束を受光する4画素を1つの組200として扱う。各組200にはそれぞれ、G画素が2つ、B画素およびR画素が1つ含まれる。
カラー画像信号(RGB)を得ることができる。ボディ制御部14は、このようにして得られたカラー画像信号を用いて記録用画像のファイルを生成する。
図11は、第2の画像信号生成処理を説明する図である。第2の画像信号生成処理を行うボディ制御部14は、図11(a)に示すように、隣接する同色の2行2列の4画素を1つの組210として扱う。
第3の画像信号生成処理を行うボディ制御部14は、まず、各画素において不足する色成分を補間する色補間処理を行う。
図17は、ボディ制御部14が実行する撮影処理の流れを説明するフローチャートである。ボディ制御部14は、操作部材18を構成する不図示のメインスイッチがオン操作された場合、撮像素子12に所定のフレームレートで光電変換を開始させ、画像信号に基づくスルー画像を液晶表示素子16に逐次再生表示させると共に、図17に例示した処理を実行するプログラムを起動する。なお、スルー画像は、撮影指示前に取得するモニタ用の画像である。
(1)デジタルカメラ1は、交換レンズ2を通過した被写体光束による被写体像を撮像する撮像素子12と、撮像素子12からの出力信号に基づき、画像信号を生成するボディ制御部14と、撮像素子12からの出力信号に基づき、交換レンズ2の焦点調節状態を位相差検出方式により検出するボディ制御部14と、を備え、撮像素子12は、画素群と、画素群に被写体光束を導くように配置されたマイクロレンズ群とを有し、画素群は、互いに異なる第1、第2および第3の分光感度をそれぞれ有するR画素、B画素およびG画素が2次元状に配列され、マイクロレンズ群の各マイクロレンズ40の背後には、一つのR画素と一つのB画素と二つのG画素とが2行2列に配置され、これら4つの画素は、交換レンズ2の射出瞳80の4つの瞳領域81〜84をそれぞれ通過する4つの光束A〜Dをそれぞれ受光し、さらに、R画素、B画素およびG画素は、それぞれ略同一の分光感度を有する画素(すなわち同色の画素)同士で2行2列に隣接して配置され、該2行2列に隣接する4画素は、異なる4つのマイクロレンズ40の背後にそれぞれ配置され、且つマイクロレンズ40に対する位置がそれぞれ異なるように配置され、ボディ制御部14は、R画素、B画素およびG画素からの出力信号に基づいて画像信号を生成し、ボディ制御部14は、G画素からの出力信号に基づいて焦点調節状態を検出するように構成したので、撮像素子12に焦点検出専用の画素を設けることなく、撮像素子12の出力信号に基づいて画像信号の生成および位相差方式による焦点検出を行うことができる。
上述した実施の形態では、G画素からの出力信号を用いて焦点検出処理を行うようにしたが、R画素やB画素からの出力信号を用いて焦点検出処理を行うようにしてもよい。
上述した実施形態では、第1〜第3の画像信号生成処理のうち、あらかじめ初期設定によって指示されている処理を用いて記録用の画像信号を生成するようにしたが、これに限らなくてよい。
上述した実施の形態では、第1の組P1に含まれるG画素(G−b)と第2の組P2に含まれるG画素(G−a)とから構成される画素列90からの出力信号列に基づいて、水平方向におけるデフォーカス量を求めるようにしたが、これに限らなくてよい。第3の組P3に含まれるG画素(G−d)と第4の組P4に含まれるG画素(G−c)とから構成される画素列に基づいて水平方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよいし、該画素列と画素列90の双方に基づいて水平方向におけるデフォーカス量を求めるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、撮像素子12に、原色系(RGB)のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系(CMY)のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、カメラボディ3に交換レンズ2が装着される構成のデジタルカメラ1に本発明を適用するようにしたが、これに限らなくてもよい。たとえば、レンズ一体型のデジタルカメラにも本発明を適用することができる。
上述した実施の形態の第3の画像信号生成処理では、各R画素およびB画素の位置において、その画素の最も近傍に位置する4つのG画素(G1〜G4)からの出力信号を用いるようにした(図12)が、これに限らなくてもよい。たとえば、図18(a)に示すように、補間対象画素に対して水平方向または垂直方向に位置し、且つ近傍の4つのG画素(G5〜G8)からの出力信号を用いるようにしてもよい。この場合のボディ制御部14は、(aG5+bG6+cG7+dG8)/4を、補間対象画素のG画像信号とする。なお、a〜dは、補間対象画素からの距離に応じた係数であり、補間対象画素からの距離が近いほど係数を大きくする。図18(a)の場合は、a=b>c=dとする。
上述した実施の形態の撮像素子12は、裏面照射型(BSI: Backside Illumination)で構成されていてもよい。この場合の撮像素子12の構成について、以下説明する。
上述した実施の形態の撮像素子12は、表面照射型の撮像素子で構成されてもよい。
上述した実施の形態の撮像素子(イメージセンサチップ)12は、信号処理チップ70と1チップで形成されていてもよい。
日本国特許出願2012年第081167号(2012年3月30日出願)
Claims (12)
- 第1波長の光を透過させる第1フィルタを透過した光を光電変換して電荷をそれぞれ生成し、第1方向に隣り合う第1光電変換部と第2光電変換部と、
第2波長の光を透過させる第2フィルタを透過した光を光電変換して電荷をそれぞれ生成し、前記第1方向に隣り合う第3光電変換部と第4光電変換部と、
前記第1光電変換部で生成された電荷を転送する第1転送部と、
前記第2光電変換部で生成された電荷を転送する第2転送部と、
前記第3光電変換部で生成された電荷を転送する第3転送部と、
前記第4光電変換部で生成された電荷を転送する第4転送部と、
前記第1転送部を制御するための第1制御線と、
前記第2転送部を制御するための第2制御線と、
前記第3転送部を制御するための第3制御線と、
前記第4転送部を制御するための第4制御線と、
を備える撮像素子。 - 請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1フィルタを透過した光を光電変換して電荷をそれぞれ生成し、前記第1方向に隣り合う第5光電変換部と第6光電変換部と、
前記第2フィルタを透過した光を光電変換して電荷をそれぞれ生成し、前記第1方向に隣り合う第7光電変換部と第8光電変換部と、
前記第5光電変換部で生成された電荷を転送する第5転送部と、
前記第6光電変換部で生成された電荷を転送する第6転送部と、
前記第7光電変換部で生成された電荷を転送する第7転送部と、
前記第8光電変換部で生成された電荷を転送する第8転送部と、
前記第5転送部を制御するための第5制御線と、
前記第6転送部を制御するための第6制御線と、
前記第7転送部を制御するための第7制御線と、
前記第8転送部を制御するための第8制御線と、を備える撮像素子。 - 請求項2に記載の撮像素子において、
前記第1光電変換部と前記第5光電変換部とは前記第1方向と交差する第2方向に隣り合って設けられ、
前記第2光電変換部と前記第6光電変換部とは前記第2方向に隣り合って設けられ、
前記第3光電変換部と前記第7光電変換部とは前記第2方向に隣り合って設けられ、
前記第4光電変換部と前記第8光電変換部とは前記第2方向に隣り合って設けられる撮像素子。 - 請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1光電変換部および前記第2光電変換部で生成された電荷の少なくとも一方を蓄積する第1蓄積部と、
前記第3光電変換部および前記第4光電変換部で生成された電荷の少なくとも一方を蓄積する第2蓄積部と、を備える撮像素子。 - 請求項2または3に記載の撮像素子において、
前記第1光電変換部および前記第2光電変換部および前記第5光電変換部および前記第6光電変換部で生成された電荷の少なくとも一つを蓄積する第1蓄積部と、
前記第3光電変換部および前記第4光電変換部および前記第7光電変換部および前記第8光電変換部で生成された電荷の少なくとも一つを蓄積する第2蓄積部と、を備える撮像素子。 - 請求項4または5に記載の撮像素子において、
前記第1蓄積部に蓄積された電荷に基づく信号を出力する第1出力部と、
前記第2蓄積部に蓄積された電荷に基づく信号を出力する第2出力部と、を備える撮像素子。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像素子において、
第1マイクロレンズと第2マイクロレンズとを備え、
前記第1光電変換部および前記第3光電変換部は、前記第1マイクロレンズを透過した光を光電変換し、
前記第2光電変換部および前記第4光電変換部は、前記第2マイクロレンズを透過した光を光電変換する撮像素子。 - 請求項6に記載の撮像素子において、
前記第1出力部および前記第2出力部から出力された信号の少なくとも一方を処理する信号処理部を備える撮像素子。 - 請求項8に記載の撮像素子において、
前記第1出力部および前記第2出力部から出力される信号はアナログ信号であり、
前記信号処理部は前記アナログ信号をデジタル信号に変換する回路である撮像素子。 - 請求項8または9に記載の撮像素子において、
前記信号処理部は、前記第1出力部および前記第2出力部から出力される信号を記憶するメモリまたは相関二重サンプリングを行う回路である撮像素子。 - 請求項8から10のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部と前記第3光電変換部と前記第4光電変換部とを有する撮像チップと、
前記撮像チップに積層され、前記信号処理部を有する信号処理チップと、
を備える撮像素子。 - 請求項8から11のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第1出力部および前記第2出力部から出力された信号の少なくとも一方に基づいて、光学系の焦点検出を行う検出部と、を備える撮像装置。
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