JP7387265B2 - 撮像素子、撮像装置、及び制御方法、並びにプログラム - Google Patents
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Description
また、特許文献2では、上部の有機光電変換膜及び下部のシリコン光電変換部の両方が瞳分割構造を有し、夫々からの信号をデフォーカスが大きい状態と小さい状態に対応させて焦点検出に用いる撮像画素が提案されている。
本発明の請求項2に係る撮像素子は、撮像面上に複数の撮像画素を備える撮像素子であって、前記複数の撮像画素は夫々、基板の光入射側の表面に形成された、電気的に分割された複数の副光電変換部からなる第1の光電変換部、前記第1の光電変換部より光入射側に設けられ、一方の面に一つの透明電極、他方の面に互いに電気的に分離された少なくとも二つの透明電極が形成された、可視光帯域において光の一部を吸収してそれ以外を透過させる第2の光電変換部、及び前記第2の光電変換部より光入射側に、前記撮像素子の前記撮像面の中央からの距離に応じて偏心して配置されるマイクロレンズを備え、前記第1及び第2の光電変換部の少なくとも一方からの電気信号は、瞳分割位相差方式の焦点検出を行うために用いられ、前記第1の光電変換部は、前記第1の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第1の焦点検出可能射出瞳距離範囲での瞳分割位相差方式の焦点検出に対応する位置に配置され、前記第2の光電変換部は、前記第2の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲での瞳分割位相差方式の焦点検出に対応する位置に配置され、前記第1及び前記第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲の一部は重なる範囲を有し、当該範囲は、前記第1及び第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲のうち長い方を基準としてその40パーセント以内、10パーセント以上であることを特徴とする。
図1Aは、本発明の実施形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラ9が有する撮像素子106における複数の基本撮像画素群101の配列を示し、図1Bは、基本撮像画素群101を構成する4種の撮像画素102~105を表す模式図である。尚、デジタルカメラ9の全体構成については図9を用いて後述する。
図9は、本実施形態にかかる撮像装置であるデジタルカメラ9のハードウェア構成を示すブロック図である。
ここで、瞳分割位相差AFの原理について、撮像画素102の第2の光電変換部204を用いた場合を例として説明する。ただし、瞳分割された光電変換部を用いて焦点検出を行う限り、基本的原理は第1の光電変換部202を用いても同じである。
図2で上述したように、撮像画素102は、分割された第1及び第2の光電変換部202,204を有する。また、図6に示すように、撮像面406上における撮像画素102の位置に関係なく、焦点検出に用いる光電変換部が第1及び第2の光電変換部202,204のいずれであるかに応じてセンサ瞳距離が定義される。
上述のように、マイクロレンズ207と第1及び第2の光電変換部202,204の夫々との位置関係により、センサ瞳距離が決定される。瞳分割位相差方式の焦点検出性能は、センサ瞳距離と撮像光学系の射出瞳距離の関係に大きく依存し、センサ瞳距離と射出瞳距離が一致する場合に最も性能が高くなる。ここでの性能とは、像ずれ量をデフォーカス量に換算する係数の精度であり、この精度が低いと像ずれ量をデフォーカス量に換算した際の算出デフォーカス量が実際のデフォーカス量から大きくずれてしまう。この結果、算出結果を焦点調節にフィードバックした際に、真の合焦位置を中心とする焦点深度からはずれてしまい、焦点調節をしたにもかかわらず、撮像面406で被写体像がボケた像となる。
撮像画素102は、図6で説明したように、2つのセンサ瞳距離604,605を有する。また、図8に示すように、撮像素子106の撮像面406を基準とする、マイクロレンズ207及び第1の光電変換部202から定まる焦点検出が可能な射出瞳距離のずれ量は、範囲801となる。同様に、撮像素子106の表面406を基準とする、マイクロレンズ207及び第2の光電変換部204から定まる焦点検出が可能な射出瞳距離のずれ量は、範囲802となる。
また、範囲801と範囲802を一部がオーバーラップするように(重なるように)設計する。これにより、範囲801,802の夫々の境界付近の射出瞳距離を有するレンズユニット900がカメラ本体931に装着された場合であっても、焦点検出を精度よく行うことが可能となる。この範囲801,802がオーバーラップする範囲を図8では重なり範囲804として示す。重なり範囲804は、第1及び第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲のうち長い方(ここでは第1の焦点検出可能射出瞳距離範囲)を基準として、その5パーセント以上40パーセント以内、好ましくはその10パーセント以上30パーセント以内に設定される。具体的には、製造ばらつきなどによる範囲801,802の重なりのずれ、範囲801,802の夫々の端では焦点検出の精度がやや落ちること、及び全焦点検出可能射出瞳距離範囲を従来より拡大することの3つ観点から重なり範囲804が設定される。
本実施形態に係るレンズユニット900とカメラ本体931の間では、互いの状況の通信が可能である。よって、撮像時に射出瞳距離がレンズユニット900側からカメラ本体931側に伝えられる。また、レンズユニット900のカメラ本体931への装着時や、レンズユニット900のいずれかのレンズの条件の変更時も、射出瞳距離がカメラ本体931に伝えられる。カメラMPU925は、レンズユニット900側から伝えられた射出瞳距離を検知すると、その検知した射出瞳距離が、図8における範囲801,802のどちらに含まれるかを判断する。カメラMPU925は、この判断結果に基づき、光電変換部202,203のどちらからの電気信号を焦点検出に用いるかを決定し、必要に応じて切換部930が撮像素子駆動回路923を制御し、撮像素子106における信号処理のパスの切り換えを行う。射出瞳距離が図6(a),(b)のいずれのセンサ瞳距離604,605に近いかにより上記判断を行うことができるが、これに限定するものではない。
本発明の目的は、前述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、装置に供給することによっても、達成されることは言うまでもない。このとき、供給された装置の制御部を含むコンピュータ(またはCPUやMPU)は、記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。
102~105 撮像画素
202a,202b 副光電変換部
202 第1の光電変換部
204 第2の光電変換部
205 上部透明電極
208,209 下部透明電極
207 マイクロレンズ
9 デジタルカメラ
904 フォーカスレンズ
917 レンズMPU
925 カメラMPU
929 撮像面位相差焦点検出部
930 切換部
Claims (10)
- 撮像面上に複数の撮像画素を備える撮像素子であって、
前記複数の撮像画素は夫々、
基板の光入射側の表面に形成された、電気的に分割された複数の副光電変換部からなる第1の光電変換部、
前記第1の光電変換部より光入射側に設けられ、一方の面に一つの透明電極、他方の面に互いに電気的に分離された少なくとも二つの透明電極が形成された、可視光帯域において光の一部を吸収してそれ以外を透過させる第2の光電変換部、及び
前記第2の光電変換部より光入射側に、前記撮像素子の前記撮像面の中央からの距離に応じて偏心して配置されるマイクロレンズを備え、
前記第1及び第2の光電変換部の少なくとも一方からの電気信号は、瞳分割位相差方式の焦点検出を行うために用いられ、
前記第1の光電変換部の前記複数の副光電変換部の分割位置と、前記第2の光電変換部の前記他方の面に形成された前記電気的に分離された二つの透明電極の分離位置が、前記撮像面に平行な面内において異なる位置にあることを特徴とする撮像素子。 - 撮像面上に複数の撮像画素を備える撮像素子であって、
前記複数の撮像画素は夫々、
基板の光入射側の表面に形成された、電気的に分割された複数の副光電変換部からなる第1の光電変換部、
前記第1の光電変換部より光入射側に設けられ、一方の面に一つの透明電極、他方の面に互いに電気的に分離された少なくとも二つの透明電極が形成された、可視光帯域において光の一部を吸収してそれ以外を透過させる第2の光電変換部、及び
前記第2の光電変換部より光入射側に、前記撮像素子の前記撮像面の中央からの距離に応じて偏心して配置されるマイクロレンズを備え、
前記第1及び第2の光電変換部の少なくとも一方からの電気信号は、瞳分割位相差方式の焦点検出を行うために用いられ、
前記第1の光電変換部は、前記第1の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第1の焦点検出可能射出瞳距離範囲での瞳分割位相差方式の焦点検出に対応する位置に配置され、前記第2の光電変換部は、前記第2の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲での瞳分割位相差方式の焦点検出に対応する位置に配置され、
前記第1及び前記第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲の一部は重なる範囲を有し、当該範囲は、前記第1及び第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲のうち長い方を基準としてその40パーセント以内、10パーセント以上であることを特徴とする撮像素子。 - 前記第2の光電変換部は、有機光電変換膜からな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。
- 前記第2の光電変換部は、量子ドットフィルムであ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。
- 結像光学系からの光束が入射される撮像面上に複数の撮像画素を備える撮像部を有する撮像装置であって、
前記複数の撮像画素は夫々、
基板の光入射側の表面に形成された、電気的に分割された複数の副光電変換部からなる第1の光電変換部、
前記第1の光電変換部より光入射側に設けられ、一方の面に一つの透明電極、他方の面に互いに電気的に分離された少なくとも二つの透明電極が形成された、可視光帯域において光の一部を吸収してそれ以外を透過させる第2の光電変換部、及び
前記第2の光電変換部より光入射側に、前記撮像部の前記撮像面の中央からの距離に応じて偏心して配置されるマイクロレンズを備え、
前記撮像装置は、
前記第1及び第2の光電変換部の少なくとも一方からの信号を用いて瞳分割位相差方式の焦点検出を行うための焦点検出手段と、
前記結像光学系のレンズ位置を取得する取得手段と、
前記取得したレンズ位置に基づき、前記結像光学系の射出瞳距離を算出する算出手段と、
瞳分割位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記第1の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第1の焦点検出可能射出瞳距離範囲、前記第2の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲、及び前記算出された前記結像光学系の射出瞳距離の関係から、前記焦点検出を行うために用いられる電気信号を、前記第1及び第2の光電変換部から出力される電気信号の少なくとも一方に設定する設定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記第1及び前記第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲の一部は重なる範囲を有し、
前記設定手段は、前記算出された前記結像光学系の射出瞳距離が、前記範囲内に含まれる場合、瞳分割位相差方式の焦点検出を行うために用いられる電気信号を、前記第1及び第2の光電変換部の両方から出力される電気信号に設定し、
前記焦点検出手段は、当該設定がされた場合、前記第1の光電変換部からの電気信号を用いた前記焦点検出、及び前記第2の光電変換部からの電気信号を用いた前記焦点検出を行い、
前記焦点検出手段による前記焦点検出結果の信頼性の高い方の結果を用いて撮像時の前記結像光学系の焦点調節を行うことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。 - 前記取得手段は、前記結像光学系から前記レンズ位置を取得することを特徴とする請求項5又は6記載の撮像装置。
- 前記第1及び第2の光電変換部の少なくとも一方の信号を用いて撮像を行う撮像手段をさらに備えることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 結像光学系からの光束が入射される撮像面上に複数の撮像画素を備える撮像部を有する撮像装置の制御方法であって、
前記複数の撮像画素は夫々、
基板の光入射側の表面に形成された、電気的に分割された複数の副光電変換部からなる第1の光電変換部、
前記第1の光電変換部より光入射側に設けられ、一方の面に一つの透明電極、他方の面に互いに電気的に分離された少なくとも二つの透明電極が形成された、可視光帯域において光の一部を吸収してそれ以外を透過させる第2の光電変換部、及び
前記第2の光電変換部より光入射側に、前記撮像部の前記撮像面の中央からの距離に応じて偏心して配置されるマイクロレンズを備え、
前記制御方法は、
前記第1及び第2の光電変換部の少なくとも一方からの信号を用いて瞳分割位相差方式の焦点検出を行うための焦点検出ステップと、
前記結像光学系のレンズ位置を取得する取得ステップと、
前記取得したレンズ位置に基づき、前記結像光学系の射出瞳距離を算出する算出ステップと、
瞳分割位相差方式の焦点検出を行う焦点検出ステップと、
前記第1の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第1の焦点検出可能射出瞳距離範囲、前記第2の光電変換部と前記マイクロレンズとの位置関係で決定される第2の焦点検出可能射出瞳距離範囲、及び前記算出された前記結像光学系の射出瞳距離の関係から、前記焦点検出を行うために用いられる電気信号を、前記第1及び第2の光電変換部から出力される電気信号の少なくとも一方に設定する設定ステップとを有することを特徴とする制御方法。 - 請求項9記載の制御方法を実行することを特徴とするプログラム。
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