JPWO2013179899A1 - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、本発明の撮像装置に相当するデジタルカメラ2のカメラ本体2aの前面には、撮像光学系などを含んで構成されるレンズ鏡筒3、ストロボ発光部5などが設けられている。カメラ本体2aの上面には、シャッタボタン6、電源スイッチ7などが設けられている。レンズ鏡筒3の外周面には、マニュアルフォーカス(以下、単にMFという)操作に用いられるフォーカスリング(レンズ移動機構)3aが回転自在に取り付けられている。
図4に示すように、カラー撮像素子23の撮像面23a(図3参照)上には、赤(R)色のR画素35と、緑(G)色のG画素36と、青(B)色のB画素37とがマトリックス状に配列されている。各色画素35〜37は、本発明の通常画素に相当するものであり、光電変換素子39(図5参照)と、光電変換素子39の上方に配置された3原色のいずれかのカラーフィルタ40(図5参照)とを含んで構成されている。ここで「〜上」、「上方」とは、図6中の半導体基板45からマイクロレンズ49に向かう方向(図中上方向)を指す。
カラーフィルタ配列は、6×6画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンPを含み、この基本配列パターンPが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する色(この実施形態では、Gの色)に対応するG色のカラーフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め方向(斜め右上及び斜め左下方向、斜め右下及び斜め左上方向)方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
基本配列パターンPは、R画素35、G画素36、B画素37の画素数が、それぞれ8画素、20画素、8画素となる。すなわち、RGB画素35〜37の各画素数の比率は2:5:2であり、G画素36の画素数の比率は他の色のR画素35、B画素37の各々の画素数の比率よりも大きくなる。
カラーフィルタ配列は、G色以外の2色以上の他の色(この実施形態では、R,Bの色)に対応するR色及びB色のカラーフィルタ40が、基本配列パターンP内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
カラーフィルタ配列は、G色のカラーフィルタ40が設けられた2×2のG画素36に対応する正方配列を含んでいる。このような2×2のG画素36を取り出し、水平方向のG画素36の画素値の差分絶対値、垂直方向のG画素36の画素値の差分絶対値、及び斜め方向のG画素36の画素値の差分絶対値を求めることで、水平方向、垂直方向、及び斜め方向のうち、差分絶対値の小さい方向に相関があると判断することができる。
基本配列パターンPは、その中心(4つのG色のカラーフィルタ40の中心)に対して点対称になっている。また、基本配列パターンP内の4つの3×3のサブ配列も、それぞれ中心のG色のカラーフィルタ40に対して点対称になっている。このような対称性により、後段の処理回路の回路規模を小さくしたり、簡略化したりすることが可能になる。
撮像面23aの一部の領域(例えば中央領域)上には、一部のG画素36の代わりに、第1位相差画素36a(図中「丸印中のG1」で表示)、第2位相差画素36b(図中「丸印中のG2」で表示)が設けられている。第1位相差画素36a及び第2位相差画素36bは、カラー撮像素子23の画素配列における複数の垂直列(第2画素列)42と複数の水平行(第1画素列)43とにそれぞれ間隔をあけて交互に設けられている(図中では1つの垂直列42、水平行43に代表して符号を付している)。なお、本明細書では、カラー撮像素子23の各垂直列及び各水平行のうち、位相差画素が設けられる垂直列、水平行にそれぞれ符号「42」、「43」を付している。
図6に示すように、画像処理回路29は、通常処理部(撮影画像生成手段)52と、画素補間処理部(第1補間手段、第2補間手段)53と、スプリットイメージ処理部(スプリットイメージ生成手段)54とを有している。通常処理部52は、撮影モード時にRGB画素35〜37からの出力信号(出力)に基づき、フルカラーの撮影画像データ55を生成する。画素補間処理部53及びスプリットイメージ処理部54は、MFモード時に作動する。
なお、図示は省略するが、デジタルカメラ2にはオートフォーカス用のAF検出回路などが設けられている。AF検出回路は、第1位相差画素36aの出力信号により構成される画像と、第2位相差画素36bの出力信号により構成される画像とを解析して、両画像のずれ方向及び両画像間のずれ量を検知することで撮影光学系17のフォーカス調整量(デフォーカス量ともいう)を求める。このフォーカス調整量に基づき、CPU11はレンズドライバ25を制御して、フォーカス機構20によりフォーカスレンズ16を駆動することで焦点調節を行う。なお、このような位相差方式のAF処理については公知であるので、ここでは具体的な説明は省略する。
次に、図11を用いて上記構成のデジタルカメラ2の作用について説明を行う。操作部9にてデジタルカメラ2が撮影モード(ステップS1)のAFモードまたはMFモード(ステップS2)に設定されると、CPU11はレンズドライバ25を介してメカシャッタ18の動作を制御するとともに、撮像素子ドライバ27を介してカラー撮像素子23を駆動する(ステップS3)。なお、AFモードが設定された場合のデジタルカメラ2の動作は公知であるのでここでは具体的な説明は省略する。
本実施形態では、カラー撮像素子23の各垂直列42内に各第1及び第2位相差画素36a,36bを設けて、各垂直列42内でそれぞれ第1及び第2補間画素56a,56bを仮想的に補間して得られた第1及び第2画素群57a,57bの出力信号に基づきスプリットイメージデータ61を生成している。すなわち、各同一垂直列42内の各位相差画素36a,36b及び各補間画素56a,56bの出力によりスプリットイメージデータ61を生成している。これにより、互いに対応する第1及び第2位相差画素が各同一垂直列内に設けられていない従来のもの(特許文献3の図2、特許文献4の図2参照)よりも、スプリットイメージ66(第1画像66Lと第2画像66R)による位相差表示を正確に行うことができる。その結果、従来よりも高精度にマニュアルフォーカス調整を行うことができる。
次に、図14を用いて本発明の第2実施形態のデジタルカメラについて説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ2の画素補間処理部53では、第1及び第2補間画素56a,56bの出力の決定方法について特に限定はしてないが、第2実施形態のデジタルカメラでは、線形補間法による内挿によって第1及び第2補間画素56a,56bの出力を求める。
次に、図15を用いて本発明の第3実施形態のデジタルカメラ70について説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ2では、瞳分割により第1及び第2位相差画素36a,36bの感度がRGB画素35〜37の感度よりも低くなる。このため、第3実施形態のデジタルカメラ70では、第1及び第2位相差画素36a,36bの出力のゲイン調整を行う。
ゲインGA1=PGave/PG1・・・(式1)
ゲインGA2=PGave/PG2・・・(式2)
ゲイン調整部75は、第1及び第2位相差画素36a,36bの出力にそれぞれゲインGA1,GA2をかけるゲイン調整を施した後、ゲイン調整後の第1及び第2位相差画素36a,36bの出力をスプリットイメージ処理部54に出力する。
次に、図16を用いて上記構成のデジタルカメラ70の作用について説明を行う。なお、スプリットイメージデータ61の生成処理以外は第1実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する。
次に、図17を用いて本発明の第4実施形態のデジタルカメラについて説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ2の画素補間処理部53は、上下2つの第1位相差画素36a間及び第2位相差画素36b間にそれぞれ第1補間画素56a、第2補間画素56bを仮想的に補間して、第1補間画素56a、第2補間画素56bの出力を求めている。これに対して、第4実施形態のデジタルカメラは、上下2つの第1補間画素56a間と上下2つの第2補間画素56b間とにそれぞれ補間画素を仮想的に補間して、この補間画素の出力を求めている。
次に、図20を用いて本発明の第5実施形態のデジタルカメラについて説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ2では、撮像面23aにG色の第1及び第2位相差画素36a,36bのみを設けて白黒のスプリットイメージデータ61を生成している。これに対して、第5実施形態のデジタルカメラではフルカラーのスプリットイメージデータを生成する。
次に、図23を用いて本発明の第6実施形態のデジタルカメラ90について説明を行う。上記第1実施形態のデジタルカメラ2は、光軸O1回りに90°回転させた状態で撮影を行う、いわゆる縦撮りを行った場合に、スプリットイメージ66も90°回転した状態で表示される。これに対して、デジタルカメラ90では縦撮りを行った場合でも上下に分割されたスプリットイメージデータの表示を行う。
上記各実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、水平及び垂直方向に繰り返し配置された6×6画素に対応する基本配列パターンPにより構成されているが、N×N画素(Nは3以上)に対応する配列パターンの基本配列パターンにより構成されていてもよい。
図28は、スマートフォン500の外観を示すものである。図28に示すスマートフォン500は、平板状の筐体502を有し、筐体502の一方の面に表示部としての表示パネル521と、入力部としての操作パネル522とが一体となった表示入力部520を備えている。また、筐体502は、スピーカ531と、マイクロホン532、操作部540と、カメラ部541とを備えている。なお、筐体502の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成を採用したり、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用することもできる。
上記各実施形態では、スプリットイメージ66として水平方向に平行な分割線63で2分割されているものを例に挙げて説明を行ったが、本発明のスプリットイメージはこれに限定されるものではない。本発明のスプリットイメージには、2つの位相差画像(第1画像、第2画像)を重畳して合成表示したときに、ピントがずれている場合には2重像として表示され、ピントが合った状態ではクリアに表示されるものが含まれる。例えば、スプリットイメージ66として垂直方向に平行な分割線で2分割されているものを用いてもよい。
Claims (12)
- フォーカスレンズを含む撮影光学系と、
フォーカス操作を受けて、前記フォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸方向に移動させるレンズ移動機構と、
光電変換素子を含む複数の画素が第1の方向に配列されてなる複数の第1画素列と、前記複数の画素が前記第1の方向とは垂直な第2の方向に配列されてなる複数の第2画素列と含むマトリクス状の画素配列が形成された撮像面を有する撮像素子であって、前記複数の画素は、前記撮影光学系の互いに異なる領域をそれぞれ通過した各被写体光を瞳分割により選択的に受光する第1位相差画素及び第2位相差画素と、前記各被写体光をそれぞれ受光する通常画素とを含んでおり、前記第1の方向は、前記撮影光学系により前記撮像面上にそれぞれ結像された前記各被写体光の像のずれ方向に対応する位相差方向に平行であり、前記第2画素列には、前記第1及び第2位相差画素がそれぞれ複数設けられている撮像素子と、
各前記第1位相差画素の出力に基づき、前記第2画素列内の前記第1位相差画素間に位置する第1補間画素の出力を補間処理により求める第1補間手段と、
各前記第2位相差画素の出力に基づき、前記第2画素列内の前記第2位相差画素間に位置する第2補間画素の出力を補間処理により求める第2補間手段と、
前記通常画素の出力から撮影画像を生成する撮影画像生成手段と、
前記第1位相差画素及び前記第1補間画素の出力により構成される第1画像と、前記第2位相差画素及び前記第2補間画素の出力により構成される第2画像とを用いてスプリットイメージを生成するスプリットイメージ生成手段と、
前記撮影画像生成手段により生成された前記撮影画像を表示する表示手段であって、前記撮影画像の表示領域内に前記スプリットイメージ生成手段により生成された前記スプリットイメージを表示する表示手段と、
を備える撮像装置。 - 前記第1補間手段は、前記第1位相差画素及び前記第1補間画素が前記第2の方向に沿って等間隔で配列されるように前記第1位相差画素間に前記第1補間画素を設定して、当該第1補間画素の出力を求め、
前記第2補間手段は、前記第2位相差画素及び前記第2補間画素が前記第2の方向に沿って等間隔で配列されるように前記第2位相差画素間に前記第2補間画素を設定して、当該第2補間画素の出力を求める請求項1記載の撮像装置。 - 前記第1補間手段は、前記第2画素列内の2つの前記第1位相差画素の出力及び位置座標と、前記第1補間画素の位置座標とに基づき、線形補間法による内挿によって前記第1補間画素の出力を求め、
前記第2補間手段は、前記第2画素列内の2つの前記第2位相差画素の出力及び位置座標と、前記第2補間画素の位置座標とに基づき、線形補間法による内挿によって前記第2補間画素の出力を求める請求項1または2記載の撮像装置。 - 前記撮像素子は、前記複数の画素上に所定のカラーフィルタ配列で配列されてなる複数色のカラーフィルタであって、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと、前記第1の色以外の2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとを含む複数色のカラーフィルタを有し、
前記第1及び第2位相差画素上には前記第1のフィルタが設けられており、
前記スプリットイメージ生成手段は、前記第1位相差画素及び前記第1補間画素の出力の輝度成分を基に生成される白黒の前記第1画像と、前記第2位相差画素及び前記第2補間画素の出力の輝度成分を基に生成される白黒の前記第2画像とを用いて前記スプリットイメージを生成する請求項1から3のいずれか1項記載の撮像装置。 - 各前記通常画素上には、前記第1及び第2のフィルタが配列されており、
前記撮影画像生成手段は、前記通常画素の出力に基づきフルカラーの前記撮影画像を生成する請求項4記載の撮像装置。 - 前記通常画素の出力と、前記第1及び第2位相差画素のそれぞれの出力とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づき、前記第1及び第2位相差画素の出力にそれぞれゲインをかけて、前記第1及び第2位相差画素の出力と前記通常画素の出力とを同じにするゲイン調整手段と、を備える請求項1から5のいずれか1項記載の撮像装置。 - 前記第1及び第2位相差画素は、複数の前記第2画素列内においてそれぞれ間隔をあけて交互に設けられている請求項1から6のいずれか1項記載の撮像装置。
- 前記第1及び第2位相差画素は、複数の前記第1画素列内においてそれぞれ間隔をあけて交互に設けられている請求項1から7のいずれか1項記載の撮像装置。
- 前記スプリットイメージは、前記第1画像と前記第2画像とを前記第2の方向に並べて配置してなる画像である請求項1から8のいずれか1項の記載の撮像装置。
- 前記撮影光学系の互いに異なる領域は、前記第2の方向に平行な第1直線に対して対称な第1領域及び第2領域であり、
前記第1位相差画素は、前記第1領域及び第2領域の一方を透過した被写体光を選択的に受光し、前記第2位相差画素は、前記第1領域及び第2領域の他方を透過した被写体光を選択的に受光する請求項1から9のいずれか1項記載の撮像装置。 - 複数の前記第1画素列にそれぞれ複数設けられた第3位相差画素であって、前記撮影光学系の前記第1の方向に平行な第2直線に対して対称な第3領域及び第4領域の一方を透過した被写体光を選択的に受光する第3位相差画素と、
複数の前記第1画素列にそれぞれ複数設けられた第4位相差画素であって、前記第3領域及び第4領域の他方を透過した被写体光を選択的に受光する第4位相差画素と、
前記撮影光学系の光軸を中心とする前記撮像素子の回転を検出する回転検出手段と、を備え、
前記第1補間手段は、前記回転検出手段の検出結果に基づき、前記第1画素列が前記第2の方向に平行になったときに、各前記第3位相差画素の出力に基づき、前記第1画素列内の前記第3位相差画素間に位置する第3補間画素の出力を補間処理により求め、
前記第2補間手段は、前記回転検出手段の検出結果に基づき、前記第1画素列が前記第2の方向に平行になったときに、各前記第4位相差画素の出力に基づき、前記第1画素列内の前記第4位相差画素間に位置する第4補間画素の出力を補間処理により求め、
前記スプリットイメージ生成手段は、前記回転検出手段の検出結果に基づき、前記第1画素列が前記第2の方向に平行になったときに、前記第3位相差画素及び前記第3補間画素の出力により構成される第3画像と、前記第4位相差画素及び前記第4補間画素の出力により構成される第4画像とを用いてスプリットイメージを生成する請求項10記載の撮像装置。 - 前記第1の色は緑色(G)であり、前記第2の色の各色は赤色(R)及び青色(B)である請求項4から11のいずれか1項記載の撮像装置。
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