RU2575255C2

RU2575255C2 - Image pickup and imaging device

Info

Publication number: RU2575255C2
Application number: RU2013144718/07A
Authority: RU
Inventors: Фукуда КОИТИ
Original assignee: Кэнон Кабусики Кайся
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2016-02-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: image pickup comprises multiple imaging pixels. The latter receive the light beams penetrating through optical imaging system pupil area. Multiple first focus detection pixels receive the light beams penetrating through the pupil first area smaller than the imaging pupil area. Multiple second focus detection pixels receive the light beams penetrating through the pupil second area smaller than the imaging pupil area. Pupil first area geometrical centre differs from that of the second area. Offset of micro lens first pixel for detection of focusing relative to the pixel centre differs from the offset of the first pixel for detection of focusing relative to the pixel centre of micro lens adjacent to the first pixel of focusing detection.

EFFECT: expanded range of image height wherein focus can be detected at the image plane with the help of phase-different process with the pupil splitting.

7 cl, 40 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к датчику изображения и к устройству съемки изображений с его использованием.The present invention relates to an image sensor and an image pickup apparatus using it.

Уровень техникиState of the art

Было предложено устройство съемки изображений, использующее в качестве способа обнаружения состояния фокусировки формирующей изображение линзы фазоразностный способ с разделением зрачка (фазоразностный способ в плоскости изображения) с использованием двумерного датчика изображения, имеющего микролинзы, сформированные на каждом пикселе.An image pickup apparatus has been proposed that uses a phase difference method with pupil separation (phase difference method in the image plane) as a method for detecting the focusing state of an image forming lens using a two-dimensional image sensor having micro lenses formed on each pixel.

В оптической системе, такой как блок объектива камеры, входной зрачок является оптическим изображением апертурной диафрагмы, если смотреть со стороны передней части объектива. Соответствующее изображение апертуры, если смотреть со стороны задней части объектива, известно как выходной зрачок. Изображение апертурной диафрагмы будет находиться в фокусе на определенном расстоянии позади блока объектива камеры, и это расстояние известно как расстояние до осевой точки зрачка формирующей изображение линзы. Современные датчики изображения часто включают в себя массивы микролинз вокруг пикселей для того, чтобы улучшить эффективность съемки света. Как следствие этого, датчик изображения может принимать свет только из ограниченного диапазона углов и каждый фотодиод, а следовательно, и датчик изображения имеет входной зрачок, который является изображением отверстий, которые видны фотодиодам через микролинзы. Расстояние до осевой точки входного зрачка датчика изображения является расстоянием, на котором эти отверстия находятся в фокусе через микролинзы.In an optical system, such as a camera lens unit, the entrance pupil is an optical image of the aperture diaphragm when viewed from the front of the lens. The corresponding image of the aperture, when viewed from the back of the lens, is known as the exit pupil. The image of the aperture diaphragm will be in focus at a certain distance behind the camera lens block, and this distance is known as the distance to the center point of the pupil forming the image of the lens. Modern image sensors often include arrays of microlenses around the pixels in order to improve the efficiency of light capture. As a result of this, the image sensor can receive light only from a limited range of angles and each photodiode, and therefore the image sensor, has an entrance pupil, which is the image of the holes that are visible to the photodiodes through microlenses. The distance to the axial point of the entrance pupil of the image sensor is the distance at which these holes are in focus through the microlenses.

Патент США №4410804 раскрывает устройство съемки изображений, использующее двумерный датчик изображения, имеющий одну микролинзу и множество разделенных фотоэлектрических преобразовательных элементов, сформированных для одного пикселя. Разделенные фотоэлектрические преобразовательные элементы выполнены с возможностью приема света из различных областей выходного зрачка формирующей изображение линзы через одну микролинзу, тем самым выполняя разделение зрачка. Это устройство выполняет обнаружение фокуса путем получения величины смещения изображения из соответствующих сигналов, полученных этими разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами, и получает сигнал изображения путем сложения сигналов, полученных разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами. Этот патент также раскрывает, что устройство может получать стереоскопическое изображение путем раздельного отображения сигналов параллакса, полученных с помощью поперечно разделенных фотоэлектрических преобразовательных элементов на каждом пикселе, для правого и левого глаза. Публикация заявки на патент Японии №2000-156823 раскрывает устройство съемки изображений, имеющее пару пикселей обнаружения фокусировки, частично расположенных в двумерном датчике изображения, образованного множеством пикселей, формирующих изображение. Пара пикселей обнаружения фокусировки выполнена с возможностью приема света из различных областей выходного зрачка формирующей изображение линзы через светозащитный слой, имеющий отверстие, тем самым выполняя разделение зрачка. Это устройство получает сигналы изображения с использованием формирующих изображение пикселей, расположенных на большей части двумерного датчика, и выполняет обнаружение фокусировки путем получения величины смещения изображения из сигналов от пикселей обнаружения фокусировки, частично расположенных на датчике.US Patent No. 4,410,804 discloses an image pickup apparatus using a two-dimensional image sensor having one microlens and a plurality of separated photoelectric conversion elements formed for one pixel. The separated photoelectric conversion elements are adapted to receive light from different areas of the exit pupil forming the image of the lens through one microlens, thereby performing the separation of the pupil. This device performs focus detection by obtaining the magnitude of the image offset from the corresponding signals received by these separated photoelectric converting elements, and receives the image signal by adding the signals received by the separated photoelectric converting elements. This patent also discloses that a device can obtain a stereoscopic image by separately displaying parallax signals obtained using transversely separated photoelectric conversion elements at each pixel for the right and left eye. Japanese Patent Application Publication No. 2000-156823 discloses an image pickup apparatus having a pair of focus detection pixels partially located in a two-dimensional image sensor formed by a plurality of image forming pixels. A pair of focus detection pixels is configured to receive light from different areas of the exit pupil forming an image of the lens through a light-protective layer having an opening, thereby performing pupil separation. This device receives image signals using image-forming pixels located on most of the two-dimensional sensor, and performs focus detection by obtaining the magnitude of the image offset from the signals from the focus detection pixels partially located on the sensor.

Рассмотрим, например, камеру со сменными объективами. В этом случае, если расстояние до осевой точки выходного зрачка формирующей изображение линзы отличается от расстояния до осевой точки входного зрачка датчика изображения, увеличение высоты изображения на датчике изображения вызовет смещение зрачка между выходным зрачком формирующей изображение линзы и входным зрачком датчика изображения. Кроме того, смещение положения между микролинзой и разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами или между микролинзой и светозащитным слоем, имеющим отверстие, за счет массового производства вариаций вызывает смещение зрачка между выходным зрачком формирующей изображение линзы и входным зрачком датчика изображения. В обнаружении фокуса с использованием фазоразностного способа в плоскости изображения, когда происходит смещение зрачка, асимметрия соответствующих частичных областей зрачка, претерпевших разделение зрачка, увеличивается, что приводит к ухудшению точности обнаружения фокуса.Consider, for example, a camera with interchangeable lenses. In this case, if the distance to the axial point of the exit pupil of the image forming lens differs from the distance to the axial point of the entrance pupil of the image sensor, increasing the image height on the image sensor will cause a displacement of the pupil between the exit pupil of the image forming lens and the entrance pupil of the image sensor. In addition, the displacement of the position between the microlens and the separated photoelectric conversion elements or between the microlens and the light-protective layer having an aperture, due to mass production of variations, causes a displacement of the pupil between the exit pupil of the imaging lens and the entrance pupil of the image sensor. In focus detection using the phase-difference method in the image plane, when the pupil is displaced, the asymmetry of the corresponding partial areas of the pupil that have undergone pupil separation increases, which leads to a deterioration in the accuracy of focus detection.

Публикация заявки на патент Японии №2009-15164 описывает способ борьбы со смещением зрачка путем размещения множества пикселей обнаружения фокусировки, смещенных друг от друга на различные величины смещения для позиционирования между микролинзами и разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами. Этот способ выполняет обнаружение фокуса с использованием фазоразностного способа в плоскости изображения путем выбора пикселей обнаружения фокусировки, которые минимизируют асимметрию соответствующих частичных областей зрачка, претерпевших разделение зрачка в соответствии с формирующей изображение линзой и высотой изображения для обнаружения фокусировки.Japanese Patent Application Publication No. 2009-15164 describes a method for controlling pupil displacement by arranging a plurality of focus detection pixels offset from each other by different displacement values for positioning between microlenses and separated photoelectric conversion elements. This method performs focus detection using a phase difference method in the image plane by selecting focus detection pixels that minimize the asymmetry of the respective partial areas of the pupil that have undergone pupil separation in accordance with the imaging lens and image height for focus detection.

В реальном датчике изображения, однако, поскольку каждый пиксель имеет конечный размер, существует верхний предел величины смещения, на которую разделенные фотоэлектрические преобразовательные элементы или светозащитные слои, имеющие отверстия, смещены внутрь пикселей. Это делает невозможной борьбу со смещением зрачка на периферии высоты изображения датчика изображения, что приводит к ухудшению точности обнаружения фокуса. Это и ограничивает диапазон высоты изображения, в котором фазоразностный способ с разделением зрачка может выполнять обнаружение фокуса.In a real image sensor, however, since each pixel has a finite size, there is an upper limit to the amount of bias by which the separated photoelectric conversion elements or light-protective layers having openings are offset inside the pixels. This makes it impossible to combat pupil displacement at the periphery of the image sensor image height, which leads to a deterioration in focus detection accuracy. This limits the range of image height in which the phase difference method with pupil separation can perform focus detection.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Настоящее изобретение было выполнено с учетом указанной выше проблемы и расширяет диапазон высоты изображения, в котором может быть выполнено обнаружение фокуса на плоскости изображения с использованием фазоразностного способа с разделением зрачка.The present invention has been made in view of the above problem and extends the range of image height in which focus detection on the image plane can be performed using a phase difference method with pupil separation.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается датчик изображения, включающий в себя: множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения; множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые получают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения; и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, причем геометрический центр первой области зрачка отличается от геометрического центра второй области зрачка, а эксцентриситет линзы первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя, смежного с первым пикселем обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя, первый пиксель обнаружения фокусировки включает в себя первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между линзой первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом первого пикселя обнаружения фокусировки, второй пиксель обнаружения фокусировки включает в себя второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие между линзой второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом второго пикселя обнаружения фокусировки, а направление эксцентриситета каждой из линз первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру каждого из пикселей противоположно направлению эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра пикселя.In accordance with a first aspect of the present invention, there is provided an image sensor including: a plurality of image forming pixels that receive light rays passing through a pupil region of an image forming optical imaging system; a plurality of first focus detection pixels that receive light rays passing through the first pupil region that is smaller than the pupil region of the image formation; and a plurality of second focus detection pixels that receive light rays passing through the second pupil region that is smaller than the pupil region of the image formation, the geometric center of the first pupil region being different from the geometric center of the second pupil region and the lens eccentricity of the first focus detection pixel with respect to to the center of the pixel differs from the eccentricity of the lens forming the image of the pixel adjacent to the first focus detection pixel with respect to the center of pi when lounging, the first focus detection pixel includes a first light-protective layer having a first hole between the lens of the first focus detection pixel and the photoelectric conversion element of the first focus detection pixel, the second focus detection pixel includes a second light-protective layer having a second hole between the lens of the second detection pixel focusing and photoelectric conversion element of the second focus detection pixel, and the direction of the eccentric theta each of the lenses of the first focus detection pixels and second focus detection pixel with respect to the center of each of the pixels is opposite to the direction of eccentricity of the center position of the first opening of the geometric center and the geometric center of the second opening with respect to the pixel center.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается датчик изображения, включающий в себя множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область изображения зрачка оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, в котором множество формирующих изображение пикселей выстроены в первом направлении, перпендикулярном к оптической оси оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки выстроены в первом направлении таким образом, чтобы они были сдвинуты от множества формирующих изображение пикселей во втором направлении, перпендикулярном первому направлению и направлению оптической оси, множество вторых пикселей обнаружения фокусировки выстроены в первом направлении таким образом, чтобы они были сдвинуты от множества формирующих изображение пикселей во втором направлении, первый пиксель обнаружения фокусировки включает в себя первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между линзой первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом первого пикселя обнаружения фокусировки, второй пиксель обнаружения фокусировки включает в себя второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие, расположенное в положении, отличном от положения первого отверстия в первом направлении между линзой второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом второго пикселя обнаружения фокусировки, среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия эксцентрично по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента первого пикселя обнаружения фокусировки в первом направлении, эксцентриситет линзы первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя по отношению к центру пикселя в первом направлении на той же самой высоте изображения в первом направлении, эксцентриситет линзы второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя по отношению к центру пикселя в первом направлении на той же самой высоте изображения в первом направлении, а направление эксцентриситета каждой из линз первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя в первом направлении противоположно направлению эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра пикселя.In accordance with a second aspect of the present invention, there is provided an image sensor including a plurality of image forming pixels that receive light rays passing through an image region of a pupil of an optical imaging system, a plurality of first focus detection pixels that receive light rays passing through a first region of the pupil which is smaller than the pupil region of the image formation, and a plurality of second focus detection pixels that receive light rays passing through the second pupil region, which is smaller than the pupil region of the image forming apparatus, in which the plurality of image forming pixels are aligned in a first direction perpendicular to the optical axis of the optical imaging system, the plurality of first focus detection pixels are aligned in the first direction so so that they are shifted from the set of image-forming pixels in a second direction perpendicular to the first direction and the direction of the optical axis, the multiplier a plurality of second focus detection pixels are aligned in a first direction so that they are offset from a plurality of imaging pixels in a second direction, the first focus detection pixel includes a first light-protective layer having a first hole between the lens of the first focus detection pixel and the photoelectric conversion element of the first focus detection pixel, the second focus detection pixel includes a second light-protective layer having a second about a hole located in a position different from the position of the first hole in the first direction between the lens of the second focus detection pixel and the photoelectric conversion element of the second focus detection pixel, the average position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole is eccentric with respect to the geometric center of the photoelectric conversion element of the first focus detection pixel in the first direction, eccentricity of the lens first of the focus detection pixel with respect to the center of the pixel differs from the eccentricity of the lens forming the image of the pixel with respect to the center of the pixel in the first direction at the same image height in the first direction, the eccentricity of the lens of the second focus detection pixel with respect to the center of the pixel is different from the eccentricity of the forming lens the image of the pixel with respect to the center of the pixel in the first direction at the same image height in the first direction, and the direction is eccentric Each of the lenses of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel with respect to the center of the pixel in the first direction is opposite to the eccentricity of the middle position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole relative to the center of the pixel.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложено устройство съемки изображений, как указано выше.In accordance with a third aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus as described above.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.Further features of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, схематично показывающую конструкцию устройства съемки изображений в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;FIG. 1 is a block diagram schematically showing a structure of an image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид матрицы пикселей в варианте осуществления настоящего изобретения;FIG. 2 is a schematic view of a pixel array in an embodiment of the present invention;

Фиг. 3A и Фиг. 3B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 в первом варианте осуществления;FIG. 3A and FIG. 3B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a first focus detection pixel in a configuration 1 in the first embodiment;

Фиг. 4A и Фиг. 4B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 в первом варианте осуществления;FIG. 4A and FIG. 4B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a second focus detection pixel in configuration 1 in the first embodiment;

Фиг. 5A и Фиг. 5B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие формирующий изображение пиксель в первом варианте осуществления;FIG. 5A and FIG. 5B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing an image forming pixel in a first embodiment;

Фиг. 6A-6C представляют собой схематические виды для пояснения разделения зрачка в конфигурации 1 в первом варианте осуществления;FIG. 6A-6C are schematic views for explaining pupil division in configuration 1 in the first embodiment;

Фиг. 7A и Фиг. 7B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 в первом варианте осуществления;FIG. 7A and FIG. 7B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a first focus detection pixel in a configuration 2 in the first embodiment;

Фиг. 8A и Фиг. 8B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 в первом варианте осуществления;FIG. 8A and FIG. 8B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a second focus detection pixel in configuration 2 in the first embodiment;

Фиг. 9A-9C представляют собой схематические виды для пояснения разделения зрачка в конфигурации 2 в первом варианте осуществления;FIG. 9A-9C are schematic views for explaining pupil division in configuration 2 in the first embodiment;

Фиг. 10A и Фиг. 10B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 3 в первом варианте осуществления;FIG. 10A and FIG. 10B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a first focus detection pixel in a configuration 3 in the first embodiment;

Фиг. 11A и Фиг. 11B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 3 в первом варианте осуществления;FIG. 11A and FIG. 11B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a second focus detection pixel in configuration 3 in the first embodiment;

Фиг. 12A-12C представляют собой схематические виды для пояснения разделения зрачка в конфигурации 3 в первом варианте осуществления;FIG. 12A-12C are schematic views for explaining pupil division in configuration 3 in the first embodiment;

Фиг. 13A-13C представляют собой схематические виды для пояснения смещения зрачка;FIG. 13A-13C are schematic views for explaining pupil displacement;

Фиг. 14A и Фиг. 14B представляют собой схематические виды для пояснения смещения зрачка;FIG. 14A and FIG. 14B are schematic views for explaining pupil displacement;

Фиг. 15A и Фиг. 15B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 во втором варианте осуществления;FIG. 15A and FIG. 15B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a first focus detection pixel in a configuration 1 in a second embodiment;

Фиг. 16A и Фиг. 16B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 во втором варианте осуществления;FIG. 16A and FIG. 16B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a second focus detection pixel in configuration 1 in the second embodiment;

Фиг. 17A и Фиг. 17B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие формирующий изображение пиксель во втором варианте осуществления;FIG. 17A and FIG. 17B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing an image forming pixel in a second embodiment;

Фиг. 18A и Фиг. 18B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 во втором варианте осуществления; иFIG. 18A and FIG. 18B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a first focus detection pixel in configuration 2 in a second embodiment; and

Фиг. 19A и Фиг. 19B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 во втором варианте осуществления.FIG. 19A and FIG. 19B are respectively a schematic plan view and a schematic sectional view showing a second focus detection pixel in configuration 2 in the second embodiment.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи.Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

(Первый вариант осуществления)(First Embodiment)

[Общая конфигурации][General configuration]

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, показывающую конфигурацию устройства съемки изображений в виде камеры, которая включает в себя датчик изображения в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 1 ссылочная позиция 101 обозначает первую группу линз, которая расположена на дальнем конце оптической системы формирования изображения и удерживается таким образом, чтобы она могла передвигаться вперед и назад в направлении оптической оси; ссылочная позиция 102 обозначает диафрагму/затвор, которая выполняет регулирование количества света во время съемки изображения путем регулирования диаметра отверстия, а также функционирует в качестве затвора, регулирующего выдержку во время съемки неподвижного изображения; а ссылочная позиция 103 обозначает вторую группу линз. Диафрагма/затвор 102 и вторая группа 103 линз передвигаются как единое целое вперед и назад в направлении оптической оси для того, чтобы реализовать эффект переменной силы объектива (функцию увеличения или трансфокатора) взаимосвязанно с перемещением вперед/назад первой группы 101 линз.FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a camera-shaped image pickup apparatus that includes an image sensor in accordance with a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a first group of lenses that is located at the far end of the optical imaging system and is held so that it can move back and forth in the direction of the optical axis; reference numeral 102 denotes an aperture / shutter that adjusts the amount of light during image capturing by adjusting the diameter of the aperture, and also functions as a shutter adjusting shutter speed during the capture of a still image; and reference numeral 103 denotes a second group of lenses. The aperture / shutter 102 and the second group of lenses 103 move forward and backward as a whole in the direction of the optical axis in order to realize the effect of a variable lens power (zoom or zoom function) in conjunction with the forward / backward movement of the first group of lenses 101.

Ссылочная позиция 105 обозначает третью группу линз, которая перемещается вперед и назад в направлении оптической оси для выполнения регулировки фокуса; ссылочная позиция 106 обозначает оптический фильтр нижних частот, который является оптическим элементом для уменьшения ложного цвета или муара на снятом изображении; а ссылочная позиция 107 обозначает датчик изображения, образованный двумерным CMOS-фотодатчиком и периферийными схемами.Reference numeral 105 denotes a third group of lenses that moves back and forth in the direction of the optical axis to perform focus adjustment; reference numeral 106 denotes an optical low-pass filter, which is an optical element for reducing false color or moire in a captured image; and reference numeral 107 denotes an image sensor formed by a two-dimensional CMOS photosensor and peripheral circuits.

Ссылочная позиция 111 обозначает привод трансфокатора, который заставляет штифт кулачкового цилиндра (не показан) приводить в движение первую группу 101 линз, вторую группу линз 103 и третью группу 105 линз вперед и назад в направлении оптической оси так, чтобы выполнять операцию изменения силы объектива. Ссылочная позиция 112 обозначает привод диафрагмы/затвора, который регулирует количество света изображения путем управления диаметром открытия диафрагмы/затвора 102 и управляет временем экспозиции во время съемки неподвижного изображения. Ссылочная позиция 114 обозначает привод фокуса, который выполняет настройку фокуса путем перемещения третьей группы 105 линз вперед и назад в направлении оптической оси.Reference numeral 111 denotes a zoom drive that causes the cam cylinder pin (not shown) to drive the first lens group 101, the second lens group 103, and the third lens group 105 back and forth in the direction of the optical axis so as to perform an operation to change the lens force. Reference numeral 112 denotes an aperture / shutter drive that adjusts the amount of light of the image by controlling the opening diameter of the aperture / shutter 102 and controls the exposure time during shooting a still image. Reference numeral 114 denotes a focus drive that performs focus adjustment by moving the third lens group 105 back and forth in the direction of the optical axis.

Ссылочная позиция 115 обозначает электронную вспышку для освещения объекта в момент съемки. В качестве этой вспышки соответственно используется устройство вспышечного освещения с использованием ксеноновой трубки. Тем не менее может быть использовано и устройство освещения, включающее в себя светодиод, который непрерывно излучает свет. Ссылочная позиция 116 обозначает вспомогательное осветительное устройство для автофокуса, которое проецирует изображение маски, имеющей заданный рисунок отверстия, через проекционную линзу и повышает эффективность обнаружения фокусировки для темного объекта или малоконтрастного объекта.Reference numeral 115 denotes an electronic flash for illuminating the subject at the time of shooting. A flashlight device using a xenon tube is respectively used as this flash. Nevertheless, a lighting device may also be used, including an LED that continuously emits light. Reference numeral 116 denotes an AF assist illumination device that projects an image of a mask having a predetermined hole pattern through a projection lens and improves focus detection efficiency for a dark object or low contrast object.

Ссылочная позиция 121 обозначает центральный процессор (CPU) в камере, который выполняет различные типы управления камерой в зависимости от действий, производимых с органами управления, расположенными на основном корпусе камеры, и включает в себя вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативную память, аналого-цифровой преобразователь и схему коммуникационного интерфейса. CPU 121 приводит в действие различные типы электронных схем камеры на основе заданных программ, сохраненных в ПЗУ для выполнения последовательности операций, включающих в себя автофокусировку, съемку, обработку изображения и запись.Reference numeral 121 denotes a central processing unit (CPU) in the camera, which performs various types of camera control depending on the actions performed with the controls located on the main body of the camera, and includes a computing device, read-only memory (ROM), random access memory , analog-to-digital converter and communication interface circuit. The CPU 121 drives various types of camera electronic circuits based on predefined programs stored in ROM to perform a series of operations including autofocus, shooting, image processing, and recording.

Ссылочная позиция 122 обозначает электронную схему управления вспышкой, которая включает и выключает электронную вспышку 115 синхронно с операцией съемки; ссылочная позиция 123 обозначает электронную схему управления вспомогательным осветительным устройством автофокусировки, которая включает и выключает вспомогательное осветительное устройство 116 автофокусировки синхронно с операцией обнаружения фокуса; ссылочная позиция 124 обозначает электронную схему управления датчиком изображения, которая управляет операцией съемки датчика 107 изображения и передает сигнал полученного изображения к CPU 121 по завершении аналого-цифрового преобразования сигнала; а ссылочная позиция 125 обозначает электронную схему обработки изображения, которая выполняет обработку, такую как γ-преобразование, интерполяция цвета и JPEG-сжатие для изображения, полученного с помощью датчика 107 изображения.Reference numeral 122 denotes an electronic flash control circuit that turns the electronic flash 115 on and off in synchronization with the shooting operation; reference numeral 123 denotes an electronic AF control circuitry that turns on and off the AF assist lighting device 116 in synchronization with the focus detection operation; reference numeral 124 denotes an electronic sensor image sensor control circuit that controls the shooting operation of the image sensor 107 and transmits a received image signal to the CPU 121 upon completion of the analog-to-digital signal conversion; and reference numeral 125 denotes an electronic image processing circuit that performs processing such as γ transform, color interpolation, and JPEG compression for an image obtained by the image sensor 107.

Ссылочная позиция 126 обозначает электронную схему управления фокусом, которая приводит в действие/управляет приводом 114 фокуса на основании результата обнаружения фокусировки для выполнения регулировки фокуса посредством перемещения третьей группы линз 105 вперед и назад в направлении оптической оси; ссылочная позиция 128 обозначает электронную схему управления диафрагмой/затвором, которая приводит в действие/управляет приводом 112 диафрагмы/затвора для управления открытием диафрагмы/затвора 102; а ссылочная позиция 129 обозначает электронную схему управления трансфокатором, которая управляет приводом 111 трансфокатора в соответствии с операцией масштабирования изображения, осуществляемой оператором.Reference numeral 126 denotes an electronic focus control circuit that drives / controls the focus drive 114 based on the result of focus detection to perform focus adjustment by moving the third group of lenses 105 back and forth in the direction of the optical axis; reference numeral 128 denotes an electronic iris / shutter control circuit that drives / controls the iris / shutter driver 112 to control the opening of the iris / shutter 102; and reference numeral 129 denotes an electronic zoom control circuit that controls the zoom actuator 111 in accordance with an image scaling operation performed by an operator.

Ссылочная позиция 131 обозначает устройство отображения, такое как жидкокристаллический дисплей, которое отображает информацию относительно режимов съемки камеры, изображение предварительного просмотра перед съемкой, контрольное изображение после съемки, фокусируемое изображение во время операции обнаружения фокусировки и т.п.; ссылочная позиция 132 обозначает группу переключателей управления, которая включает в себя выключатель питания, спусковую кнопку, переключатель управления увеличением, переключатель выбора режима съемки и тому подобное; и ссылочная позиция 133 обозначает съемную флэш-память, на которую записывается снятое изображение.Reference numeral 131 denotes a display device, such as a liquid crystal display that displays information regarding camera shooting modes, a preview image before shooting, a reference image after shooting, a focused image during a focus detection operation, and the like; reference numeral 132 denotes a group of control switches, which includes a power switch, a release button, an increase control switch, a shooting mode selection switch, and the like; and reference numeral 133 denotes a removable flash memory onto which the captured image is recorded.

[Датчик изображения][Image Sensor]

Фиг. 2 представляет собой схематический вид, показывающий матрицу пикселей датчика изображения в первом варианте осуществления. Фиг. 2 показывает матрицу пикселей двумерного CMOS-датчика (датчика изображения) в первом варианте осуществления, имеющую размер 20 (столбцов)×20 (строк) пикселей. Множество массивов размером 20 (столбцов)×20 (строк) пикселей, показанных на Фиг. 2, расположены на поверхности, позволяя получить изображение с высоким разрешением. Этот вариант осуществления будет примером датчика изображения с шагом пикселей 4 мкм, числом эффективных пикселей 5575 столбцов по горизонтали на 3725 строк по вертикали = приблизительно 20 миллионов пикселей, и размером экрана изображения 22,3 мм (по горизонтали)×14,9 мм (по вертикали).FIG. 2 is a schematic view showing a matrix of pixels of an image sensor in the first embodiment. FIG. 2 shows a pixel matrix of a two-dimensional CMOS sensor (image sensor) in the first embodiment, having a size of 20 (columns) × 20 (rows) of pixels. The plurality of arrays of size 20 (columns) × 20 (rows) of pixels shown in FIG. 2, located on the surface, allowing you to get a high resolution image. This embodiment will be an example of an image sensor with a pixel pitch of 4 μm, the number of effective pixels of 5,575 columns horizontally by 3,725 rows vertically = approximately 20 million pixels, and the image screen size of 22.3 mm (horizontal) × 14.9 mm (across vertical).

В этом варианте осуществления группа 200 пикселей обнаружения фокусировки размером 2 (строки)×2 (столбца), показанная на Фиг. 2, включает в себя пиксель 200R, имеющий спектральную чувствительность R (красный) и расположенный в левом верхнем углу, пиксели 200G, имеющие спектральную чувствительность G (зеленый), расположенные в правом верхнем и левом нижнем углу, и пиксель 200B, имеющий спектральную чувствительность B (синий) и расположенный в правом нижнем углу. Группа 210 пикселей размером 2 (строки)×2 (столбца) (220, 230, 240 или 250), показанная на Фиг. 2, включает в себя два формирующих изображение пикселя 210G (220G, 230G, 240G или 250G), имеющих спектральную чувствительность G и расположенных в верхнем правом и нижнем левом углу. Эта группа пикселей также включает в себя первый пиксель 210SA (220SA, 230SA, 240SA или 250SA) обнаружения фокусировки, имеющий спектральную чувствительность W (белый) и расположенный в левом верхнем углу, и второй пиксель 210SB (220SB, 230SB, 240SB или 250SB) обнаружения фокусировки, имеющий спектральную чувствительность W и расположенный в правом нижнем углу.In this embodiment, a group of 200 pixels of focus detection of size 2 (row) × 2 (column) shown in FIG. 2 includes a pixel 200R having spectral sensitivity R (red) and located in the upper left corner, pixels 200G having spectral sensitivity G (green) located in the upper right and lower left corner, and pixel 200B having spectral sensitivity B (blue) and located in the lower right corner. A group of 210 pixels of size 2 (rows) × 2 (columns) (220, 230, 240 or 250) shown in FIG. 2 includes two imaging pixels 210G (220G, 230G, 240G or 250G) having spectral sensitivity G and located in the upper right and lower left corners. This group of pixels also includes a first focus detection pixel 210SA (220SA, 230SA, 240SA, or 250SA) having a spectral sensitivity W (white) and located in the upper left corner, and a second detection pixel 210SB (220SB, 230SB, 240SB or 250SB) focusing, having a spectral sensitivity W and located in the lower right corner.

[Конфигурация 1][Configuration 1]

Далее будет описана группа 230 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 1. Фиг. 3A представляет собой вид в плане первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг.3B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 3A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 4A представляет собой вид в плане второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг.4B представляет собой вид в разрезе вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 4A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 5A представляет собой вид в плане первого формирующего изображение пикселя 230G как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 5B представляет собой вид в разрезе вдоль линии c-c, изображенной на Фиг. 5A, если смотреть со стороны -y.Next, a focus detection pixel group 230 in the configuration 1 will be described. FIG. 3A is a plan view of a first focus detection pixel 230SA as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 3B is a sectional view taken along line a-a of FIG. 3A when viewed from the -y side. FIG. 4A is a plan view of a second focus detection pixel 230SB as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 4B is a cross-sectional view along line b-b of FIG. 4A when viewed from the -y side. FIG. 5A is a plan view of a first image forming pixel 230G as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 5B is a cross-sectional view along line c-c of FIG. 5A when viewed from the -y side.

Как показано на Фиг. 3A-5B, в каждом из первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки, второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки и формирующего изображение пикселя 230G в этом варианте осуществления формируется фотодиод (фотоэлектрический преобразовательный элемент) PD, имеющий контактную структуру, в котором слой 300 p-типа и слой 301 n-типа проложены слоем 302 с собственной электропроводностью n-типа. Часть области фотоэлектрического преобразования фотодиода PD эквивалентна области обедненного слоя, образованной в слое 302 с собственной электропроводностью n-типа и окружающих его областях, простирающихся на расстояние, на которое диффундирует меньшинство носителей, и почти перекрывает общую область слоя 302 с собственной электропроводностью n-типа и слоя 301 n-типа. Слой 302 с собственной электропроводностью n-типа может быть опущен для формирования фотодиода с p-n переходом, по мере необходимости. Микролинзы 305 для фокусировки падающего света формируются на принимающей свет стороне каждого пикселя.As shown in FIG. 3A-5B, in each of the first focus detection pixel 230SA, the second focus detection pixel 230SB, and the image forming pixel 230G, in this embodiment, a PD photodiode (photoelectric conversion element) is formed having a contact structure in which the p-type layer 300 and the layer 301 n-type laid by a layer 302 with intrinsic conductivity of n-type. Part of the photovoltaic conversion region of the PD photodiode is equivalent to the depleted layer region formed in the n-type intrinsic conductivity layer 302 and its surrounding regions, extending over the distance by which a minority of carriers diffuse, and almost overlap the common region of the n-type intrinsic conductivity layer 302 and layer 301 n-type. An n-type intrinsic conductivity layer 302 may be omitted to form a p-n junction photodiode, as needed. Microlenses 305 for focusing incident light are formed on the light receiving side of each pixel.

В первом пикселе 230SA обнаружения фокусировки, показанном на Фиг. 3A и Фиг. 3B, первый светозащитный слой 330a, имеющий первое отверстие, образован между микролинзой 305 и фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD, с геометрическим центром первого отверстия, расположенным эксцентрически по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -х.In the first focus detection pixel 230SA shown in FIG. 3A and FIG. 3B, a first light barrier layer 330a having a first hole is formed between the microlens 305 and the photoelectric conversion element PD, with the geometric center of the first hole eccentric to the geometric center of the photoelectric conversion element in the x direction.

Во втором пикселе 230SB обнаружения фокусировки, показанном на Фиг. 4A и Фиг. 4B, второй светозащитный слой 330b, имеющий второе отверстие, образован между микролинзой 305 и фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD, с геометрическим центром второго отверстия, расположенным эксцентрически по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.In the second focus detection pixel 230SB shown in FIG. 4A and FIG. 4B, a second light barrier layer 330b having a second hole is formed between the microlens 305 and the photoelectric conversion element PD, with the geometric center of the second hole eccentric with respect to the geometric center of the light receiving surface of the photoelectric conversion element in the + x direction.

В конфигурации 1 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 330a отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 330b. В дополнение к этому, среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 330a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 330b выполнено так, что оно практически совпадает с геометрическим центром принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента.In configuration 1, the geometrical center of the first hole of the first sunshield 330a is different from the geometrical center of the second hole of the second sunshade 330b. In addition, the average position of the geometric center of the first hole of the first light-protective layer 330a and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 330b is made so that it practically coincides with the geometric center of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element.

Этот вариант осуществления образует первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие, и второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие, путем использования проводящих слоев для приведения в действие датчика изображения. Таким образом, сформированные слои служат в качестве как проводящих слоев, так и светозащитных слоев.This embodiment forms a first light barrier layer having a first hole and a second light barrier layer having a second hole by using conductive layers to actuate the image sensor. Thus, the formed layers serve as both conductive layers and light protection layers.

В этом варианте осуществления первый пиксель обнаружения фокусировки имеет первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между микролинзой первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом первого пикселя обнаружения фокусировки. В дополнение к этому, второй элемент обнаружения фокусировки включает в себя второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие между микролинзой второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрической преобразовательной частью второго пикселя обнаружения фокусировки.In this embodiment, the first focus detection pixel has a first light protection layer having a first hole between the microlens of the first focus detection pixel and the photoelectric conversion element of the first focus detection pixel. In addition to this, the second focus detection element includes a second light protection layer having a second hole between the microlens of the second focus detection pixel and the photoelectric conversion part of the second focus detection pixel.

Микролинза 305 фокусирует свет, попадающий на первый пиксель 230SA обнаружения фокусировки (второй пиксель 230SB обнаружения фокусировки), показанный на Фиг. 3A и Фиг. 3B (Фиг. 4A и Фиг. 4B). Часть сфокусированного света проходит через первое отверстие (второе отверстие) первого светозащитного слоя 330a (второго светозащитного слоя 330b) и принимается фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD. Фотоэлектрический преобразовательный элемент PD формирует пары электрон-дырка в соответствии с количеством принятого света и разделяет их через обедненный слой. Фотоэлектрический преобразовательный элемент PD затем накапливает отрицательно заряженные электроны в слое 301 n-типа, одновременно с этим выпуская дырки из датчика изображения через слой 300 p-типа, подключенный к источнику постоянного напряжения (не показан).Microlens 305 focuses the light incident on the first focus detection pixel 230SA (second focus detection pixel 230SB) shown in FIG. 3A and FIG. 3B (Fig. 4A and Fig. 4B). A portion of the focused light passes through the first hole (second hole) of the first light protection layer 330a (second light protection layer 330b) and is received by the photoelectric conversion element PD. The photoelectric conversion element PD forms electron-hole pairs in accordance with the amount of received light and separates them through the depletion layer. The PD photoelectric conversion element then accumulates negatively charged electrons in the n-type layer 301, while simultaneously emitting holes from the image sensor through the p-type layer 300 connected to a constant voltage source (not shown).

В отличие от пикселей обнаружения фокусировки, в формирующем изображение пикселе 230G, показанном на Фиг. 5A и Фиг. 5B, проводящий слой 330c образован только на периферийной части пикселя, а светозащитный слой не образован в средней части пикселя. Цветовой фильтр G (зеленый) (не показан) образован между микролинзой 305 и фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD.Unlike focus detection pixels, in the image forming pixel 230G shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the conductive layer 330c is formed only on the peripheral part of the pixel, and the light protection layer is not formed on the middle part of the pixel. A color filter G (green) (not shown) is formed between the microlens 305 and the photoelectric conversion element PD.

Фиг. 6A-6C представляют собой схематические виды, показывающие отношение соответствия между разделением зрачка и отверстием светозащитного слоя, сформированного на пикселе в конфигурации 1. Фиг.6A представляет собой вид в разрезе первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии a-a на Фиг. 3A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Фиг. 6B представляет собой вид в разрезе второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b на Фиг. 4A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Фиг. 6C представляет собой вид в разрезе формирующего изображение пикселя 230G, выполненном вдоль линии c-c на Фиг. 5A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Для соответствия осям координат плоскости выходного зрачка на каждой из Фиг. 6A-6C оси x и y поперечного сечения инвертированы по сравнению с каждой из Фиг. 3A-5B.FIG. 6A-6C are schematic views showing a correspondence relationship between pupil separation and an aperture of a light protection layer formed on a pixel in a configuration 1. FIG. 6A is a sectional view of a first focus detection pixel 230SA taken along line a-a in FIG. 3A, viewed from the + y side, and shows the plane of the exit pupil of the optical imaging system. FIG. 6B is a cross-sectional view of the second focus detection pixel 230SB taken along line b-b in FIG. 4A, viewed from the + y side, and shows the plane of the exit pupil of the optical imaging system. FIG. 6C is a cross-sectional view of an image forming pixel 230G taken along line c-c in FIG. 5A, viewed from the + y side, and shows the plane of the exit pupil of the optical imaging system. To correspond to the coordinate axes of the plane of the exit pupil on each of FIG. 6A-6C, the x and y axes of the cross section are inverted compared to each of FIG. 3A-5B.

Обращаясь к Фиг. 6A-6C, ссылочная позиция 400 обозначает выходной зрачок оптической системы формирования изображения; ссылочная позиция 500 обозначает распределение интенсивности зрачка (области зрачка формирования изображения) формирующего изображение пикселя 230G; ссылочная позиция 530a обозначает распределение интенсивности зрачка (первой области зрачка) первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки; а ссылочная позиция 530b обозначает распределение интенсивности зрачка (второй области зрачка) второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки. Следует обратить внимание, что ссылочная позиция PD обозначает фотоэлектрический преобразовательный элемент. Световой луч от объекта проходит через выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения и попадает на каждый пиксель.Turning to FIG. 6A-6C, reference numeral 400 denotes an exit pupil of an optical imaging system; reference numeral 500 denotes a pupil intensity distribution (pupil region of the image forming) of the image forming pixel 230G; reference numeral 530a denotes a pupil intensity distribution (first pupil region) of a first focus detection pixel 230SA; and reference numeral 530b denotes a pupil intensity distribution (second pupil region) of the second focus detection pixel 230SB. It should be noted that reference numeral PD denotes a photoelectric conversion element. The light beam from the object passes through the exit pupil 400 of the optical imaging system and enters each pixel.

Как показано на Фиг. 6C, область 500 зрачка изображения формирующего изображение пикселя почти сопряжена с принимающей свет поверхностью фотоэлектрического преобразовательного элемента PD через микролинзу, и представляет область зрачка, которая может принимать свет через формирующие изображение пиксели. Расстояние до осевой точки зрачка составляет несколько десятков миллиметров, в то время как диаметр микролинзы составляет несколько микрометров. Значение апертуры микролинзы поэтому составляет несколько десятков тысяч, и, следовательно, происходит дифракционное размывание на уровне нескольких десятков миллиметров. По этой причине изображение на принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента PD не является чистой областью, а представляет собой распределение степени приема света.As shown in FIG. 6C, the pupil region 500 of the image of the image forming pixel is almost conjugated with the light receiving surface of the photoelectric conversion element PD through the microlens, and represents a region of the pupil that can receive light through the image forming pixels. The distance to the axial point of the pupil is several tens of millimeters, while the diameter of the microlens is several micrometers. The aperture value of the microlens is therefore several tens of thousands, and therefore diffraction smearing occurs at the level of several tens of millimeters. For this reason, the image on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element PD is not a clean area, but is a distribution of the degree of reception of light.

Область 500 зрачка формирования изображения формирующего изображение пикселя максимизируется, чтобы принять большее количество светового луча, проходящего через выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения. В дополнение к этому, геометрический центр области 500 зрачка изображения почти совпадает с оптической осью оптической системы формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.The image forming pupil region 500 of the image forming pixel is maximized to receive a larger amount of the light beam passing through the exit pupil 400 of the optical image forming system. In addition, the geometric center of the pupil region 500 of the image almost coincides with the optical axis of the optical imaging system at a predetermined distance from the axial point of the pupil.

Как показано на Фиг. 6A, в первой области 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки геометрический центр первого светозащитного слоя 330a почти сопряжен с первым отверстием, эксцентричным в направлении -x через микролинзу. Фиг. 6A также показывает область зрачка, которая может принимать свет через первый пиксель 230SA обнаружения фокусировки. Первая область 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки меньше, чем область 500 зрачка изображения формирующего изображение пикселя и имеет геометрический центр, эксцентричный в сторону +x на плоскости зрачка.As shown in FIG. 6A, in the first pupil region 530a of the first focus detection pixel 230SA, the geometric center of the first light protection layer 330a is almost mated to a first hole eccentric in the -x direction through the microlens. FIG. 6A also shows an area of the pupil that can receive light through a first focus detection pixel 230SA. The first pupil region 530a of the first focus detection pixel 230SA is smaller than the pupil region 500 of the image forming the image of the pixel and has a geometric center eccentric to the + x side on the pupil plane.

Как показано на Фиг. 6B, во второй области 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки геометрический центр второго светозащитного слоя 330b почти сопряжен со вторым отверстием, эксцентричным в направлении +x через микролинзу. Фиг. 6B также показывает область зрачка, которая может принимать свет через второй пиксель 230SB обнаружения фокусировки. Вторая область зрачка 530b второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки меньше, чем область 500 зрачка формирования изображения формирующего изображение пикселя и имеет геометрический центр, эксцентричный в сторону -X на плоскости зрачка.As shown in FIG. 6B, in the second pupil region 530b of the second focus detection pixel 230SB, the geometric center of the second light protection layer 330b is almost conjugated with a second hole eccentric in the + x direction through the microlens. FIG. 6B also shows an area of the pupil that can receive light through a second focus detection pixel 230SB. The second pupil region 530b of the second focus detection pixel 230SB is smaller than the pupil region 500 of the image forming pixel image and has a geometric center eccentric to the -X side on the pupil plane.

Геометрический центр первой области 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки и геометрический центр второй области 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки отличаются друг от друга и являются эксцентричными в противоположных направлениях. Это дает возможность выполнить разделение зрачка для выходного зрачка 400 оптической системы формирования изображения в направлении X. Аналогичным образом, делая геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя эксцентричным в направлении -y, а геометрический центр второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентричным в направлении +y, можно выполнить разделение зрачка для выходного зрачка 400 оптической системы формирования изображения в направлении Y.The geometric center of the first pupil region 530a of the first focus detection pixel 230SA and the geometric center of the second pupil region 530b of the second focus detection pixel 230SB are different from each other and are eccentric in opposite directions. This makes it possible to perform pupil separation for the exit pupil 400 of the optical imaging system in the X direction. Similarly, by making the geometric center of the first opening of the first light-protective layer eccentric in the -y direction and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer eccentric in the + y direction, you can perform pupil separation for the exit pupil 400 of the optical imaging system in the Y direction.

В конфигурации 1 геометрический центр первой области 530a зрачка отличается от геометрического центра второй области 530b зрачка. В дополнение к этому, средний геометрический центр первой области 530a зрачка и геометрический центр второй области 530b зрачка почти совпадает с геометрическим центром области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.In configuration 1, the geometric center of the first pupil region 530a is different from the geometric center of the second pupil region 530b. In addition, the geometric center of the first pupil region 530a and the geometric center of the second pupil region 530b almost coincides with the geometric center of the imaging pupil region 500 at a predetermined distance from the center point of the pupil.

Датчик изображения по этому варианту осуществления включает в себя множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и выполнен таким образом, что геометрический центр первой области зрачка отличается от геометрического центра второй области зрачка.The image sensor of this embodiment includes a plurality of image forming pixels that receive light rays passing through a pupil region of an image forming optical image forming system, a plurality of first focus detection pixels that receive light rays passing through a first pupil region which is smaller, than the pupil region of the image formation, and a plurality of second focus detection pixels that receive light rays passing through in the second pupil region, which is smaller than the pupil region of the image formation, and is configured so that the geometric center of the first pupil region is different from the geometric center of the second pupil region.

[Конфигурация 2][Configuration 2]

Далее будет описана группа 220 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 2. Фиг.7A представляет собой вид в плане первого пикселя 220SA обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 7B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 7A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 8A представляет собой вид в плане второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 8B представляет собой вид в разрезе вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 8A, если смотреть со стороны -y. Формирующий изображение пиксель 220G является таким же, как первый формирующий изображение пиксель 230G в конфигурации 1.Next, a group of focus detection pixels 220 in a configuration 2 will be described. FIG. 7A is a plan view of a first focus detection pixel 220SA as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 7B is a cross-sectional view along line a-a of FIG. 7A when viewed from the -y side. FIG. 8A is a plan view of a second focus detection pixel 220SB as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 8B is a cross-sectional view along line b-b of FIG. 8A when viewed from the -y side. The imaging pixel 220G is the same as the first imaging pixel 230G in configuration 1.

В конфигурации 2 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 320a первого пикселя 220SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 320b второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки. В дополнение к этому, среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 320a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 320b эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x.In configuration 2, the geometric center of the first hole of the first light-protective layer 320a of the first focus detection pixel 220SA is different from the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 320b of the second focus detection pixel 220SB. In addition, the average position of the geometric center of the first opening of the first light-protective layer 320a and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 320b is eccentric with respect to the geometric center of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element in the -x direction.

В отличие от этого, первый пиксель 240SA обнаружения фокусировки и второй пиксель 240SB обнаружения фокусировки группы 240 пикселей обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.In contrast, the first focus detection pixel 240SA and the second focus detection pixel 240SB of the focus detection pixel group 240 shown in FIG. 2 are configured such that the average position of the geometric center of the first hole of the first light-protective layer and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer is eccentric with respect to the geometric center of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element in the + x direction.

Фиг. 9A-9C представляют собой схематические виды для объяснения отношения соответствия между разделением зрачка и отверстием светозащитного слоя, сформированного на пикселе в конфигурации 2. Фиг. 9A представляет собой вид в разрезе первого пикселя обнаружения фокусировки 220SA, выполненном вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 7A, если смотреть со стороны +y. Фиг. 9B представляет собой вид в разрезе второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 8A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Для соответствия осям координат плоскости выходного зрачка на каждой из Фиг. 9A-9C оси x и y поперечного сечения инвертированы по сравнению с каждой из Фиг. 7A-8B.FIG. 9A-9C are schematic views for explaining a correspondence relationship between pupil separation and an aperture of a light protection layer formed on a pixel in a configuration 2. FIG. 9A is a cross-sectional view of a first focus detection pixel 220SA taken along line a-a of FIG. 7A when viewed from the side + y. FIG. 9B is a cross-sectional view of the second focus detection pixel 220SB taken along line b-b of FIG. 8A, viewed from the + y side, and shows the plane of the exit pupil of the optical imaging system. To correspond to the coordinate axes of the plane of the exit pupil on each of FIG. 9A-9C, the x and y axes of the cross section are inverted compared to each of FIG. 7A-8B.

В конфигурации 2 геометрический центр первой области 520a зрачка первого пикселя 220SA обнаружения фокусировки отличается от второй области 520b зрачка второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки. Среднее положение между геометрическим центром первой области 520a зрачка и геометрическим центром второй области 520b зрачка эксцентрично в сторону +x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.In configuration 2, the geometric center of the first pupil region 520a of the first focus detection pixel 220SA is different from the second pupil region 520b of the second focus detection pixel 220SB. The middle position between the geometric center of the first pupil region 520a and the geometric center of the second pupil region 520b is eccentric in the + x direction with respect to the geometric center of the image pupil region 500 at a predetermined distance from the center point of the pupil.

В отличие от этого, первый пиксель 240SA обнаружения фокусировки и второй пиксель 240SB обнаружения фокусировки группы 240 пикселей обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение между геометрическим центром первой области зрачка и геометрическим центром второй области зрачка эксцентрично в сторону -x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.In contrast, the first focus detection pixel 240SA and the second focus detection pixel 240SB of the focus detection pixel group 240 shown in FIG. 2 are configured such that the middle position between the geometrical center of the first pupil region and the geometrical center of the second pupil region is eccentric toward -x with respect to the geometrical center of the pupil region 500 of the image formation at a predetermined distance from the axial point of the pupil.

[Конфигурация 3][Configuration 3]

Далее будет описана группа 210 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 3. Фиг.10A представляет собой вид в плане, показывающий первый элемент 210SA обнаружения фокусировки как один пиксель датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 10B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 10A, если смотреть со стороны -y. Фиг.11A представляет собой вид в плане второго элемента 210SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 11B представляет собой вид в разрезе второго элемента 210SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 11A, если смотреть со стороны -y. Формирующий изображение пиксель 210G является таким же, как первый формирующий изображение пиксель 230G в конфигурации 1.Next, a group of focus detection pixels 210 in the configuration 3 will be described. FIG. 10A is a plan view showing the first focus detection element 210SA as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 10B is a cross-sectional view along line a-a of FIG. 10A when viewed from the -y side. 11A is a plan view of a second focus detection element 210SB as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 11B is a sectional view of a second focus detection element 210SB taken along line b-b of FIG. 11A when viewed from the -y side. The image-forming pixel 210G is the same as the first image-forming pixel 230G in configuration 1.

В конфигурации 3 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 310a первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b второго элемента 210SB обнаружения фокусировки. Среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 310a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b эксцентрично по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x. Микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки и второго элемента 210SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.In configuration 3, the geometric center of the first hole of the first light-protective layer 310a of the first focus detection element 210SA is different from the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 310b of the second focus detection element 210SB. The average position of the geometric center of the first hole of the first light-protective layer 310a and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 310b is eccentric with respect to the geometric center of the photoelectric conversion element in the -x direction. The microlenses of the first focus detection element 210SA and the second focus detection element 210SB are eccentric with respect to the geometric center of the light receiving surface of the photoelectric converter element in the + x direction.

В отличие от этого, первый элемент 250SA обнаружения фокусировки и второй элемент 250SB обнаружения фокусировки группы 250 элементов обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x. Микролинзы первого элемента 250SA обнаружения фокусировки и второго элемента 250SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x.In contrast, the first focus detection element 250SA and the second focus detection element 250SB of the group of focus detection elements 250 shown in FIG. 2 are configured such that the average position of the geometric center of the first hole of the first light-protective layer and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer is eccentric with respect to the geometric center of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element in the + x direction. The microlenses of the first focus detection element 250SA and the second focus detection element 250SB are eccentric with respect to the geometric center of the light receiving surface of the photoelectric converter element in the -x direction.

Микролинзы первого элемента обнаружения фокусировки и второго элемента обнаружения фокусировки являются эксцентричными в направлении, противоположном направлению, в котором эксцентрично среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия.The microlenses of the first focus detection element and the second focus detection element are eccentric in a direction opposite to the direction in which the eccentric average position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole.

Поскольку первый светозащитный слой 310a первого элемента 210SA обнаружения фокусировки в этом варианте осуществления выполнен из проводящего слоя, предназначенного для приведения в действие датчика изображения, первое отверстие первого светозащитного слоя 310a не может быть сделано дополнительно эксцентричным в направлении -x. Вместо этого микролинза первого элемента 210SA обнаружения фокусировки выполнена эксцентричной в направлении +x, т.е. в противоположном направлении. Возможно дополнительно увеличить величину эксцентриситета первого отверстия первого светозащитного слоя 310a по отношению к микролинзе первого элемента 210SA обнаружения фокусировки по сравнению с таковой в конфигурации 2. Микролинза формирующего изображение пикселя 210G является такой же, как и в конфигурации 1.Since the first lightproof layer 310a of the first focus detection element 210SA in this embodiment is made of a conductive layer for driving the image sensor, the first hole of the first lightproof layer 310a cannot be further eccentric in the -x direction. Instead, the microlens of the first focus detection element 210SA is eccentric in the + x direction, i.e. in the opposite direction. It is possible to further increase the eccentricity of the first opening of the first light-protective layer 310a with respect to the microlens of the first focus detection element 210SA compared to that in configuration 2. The microlens of the image forming pixel 210G is the same as in configuration 1.

Первый элемент обнаружения фокусировки 210SA и формирующий изображение пиксель 210G, составляющие группу 210 пикселей, примыкают друг к другу, как показано на Фиг. 2. Эксцентриситет микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки, показанного на Фиг. 10A и Фиг. 10B, отличается от эксцентриситета микролинзы формирующего изображение пикселя 210G, показанного на Фиг. 5. Аналогично, второй элемент 210SB обнаружения фокусировки и формирующий изображение пиксель 210G, составляющие группу 210 пикселей, примыкают друг к другу, как показано на Фиг. 2. Эксцентриситет микролинзы второго элемента 210SB обнаружения фокусировки, показанного на Фиг. 11A и Фиг. 11B, отличается от эксцентриситета микролинзы формирующего изображение пикселя 210G, показанного на Фиг. 5A и Фиг. 5B.The first focus detecting element 210SA and the image forming pixel 210G constituting the pixel group 210 are adjacent to each other, as shown in FIG. 2. The eccentricity of the microlens of the first focus detection element 210SA shown in FIG. 10A and FIG. 10B differs from the eccentricity of the microlens of the image forming pixel 210G shown in FIG. 5. Similarly, the second focus detection element 210SB and the image forming pixel 210G constituting the pixel group 210 are adjacent to each other, as shown in FIG. 2. The eccentricity of the microlens of the second focus detection element 210SB shown in FIG. 11A and FIG. 11B differs from the eccentricity of the microlens of the image forming pixel 210G shown in FIG. 5A and FIG. 5B.

В этом варианте осуществления, следовательно, эксцентриситет микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от эксцентриситета микролинзы смежного формирующего изображение пикселя 210G в этом варианте осуществления. Кроме того, эксцентриситет микролинзы второго элемента 210SB обнаружения фокусировки отличается от эксцентриситета микролинзы смежного формирующего изображение пикселя 210G.In this embodiment, therefore, the eccentricity of the microlens of the first focus detection element 210SA is different from the eccentricity of the microlens of the adjacent image forming pixel 210G in this embodiment. In addition, the eccentricity of the microlens of the second focus detection element 210SB is different from the eccentricity of the microlens of the adjacent image forming pixel 210G.

Фиг. 12A-12C представляют собой схематические виды, показывающие отношение соответствия между разделением зрачка и отверстием светозащитного слоя, сформированного на пикселе в конфигурации 3. Фиг. 12A представляет собой вид в разрезе первого элемента 210SA обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии a-a, изображенной на Фиг.10A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Фиг.12B представляет собой вид в разрезе второго элемента 210SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 11A, если смотреть со стороны +у, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Для соответствия осям координат плоскости выходного зрачка на каждой из Фиг. 12A-12C оси x и y поперечного сечения инвертированы по сравнению с каждой из Фиг. 10A-11B.FIG. 12A-12C are schematic views showing a correspondence relationship between pupil division and an aperture of a light protection layer formed on a pixel in a configuration 3. FIG. 12A is a cross-sectional view of the first focus detection element 210SA taken along the line a-a of FIG. 10A when viewed from the + y side and shows the plane of the exit pupil of the optical imaging system. 12B is a cross-sectional view of the second focus detection element 210SB taken along line b-b of FIG. 11A, viewed from the + y side, and shows the plane of the exit pupil of the optical imaging system. To correspond to the coordinate axes of the plane of the exit pupil on each of FIG. 12A-12C, the x and y axes of the cross section are inverted compared to each of FIG. 10A-11B.

В конфигурации 3 геометрический центр первой области 510a зрачка первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второй области 510b зрачка второго элемента 210SB обнаружения фокусировки. Среднее положение между геометрическим центром первой области 510a зрачка и геометрическим центром второй области 510b зрачка эксцентрично в сторону +x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.In configuration 3, the geometric center of the first pupil region 510a of the first focus detection element 210SA is different from the geometric center of the second pupil region 510b of the second focus detection element 210SB. The middle position between the geometric center of the first pupil region 510a and the geometric center of the second pupil region 510b is eccentric in the + x direction with respect to the geometric center of the image pupil region 500 at a predetermined distance from the pupil center point.

В отличие от этого, первый элемент 250SA обнаружения фокусировки и второй элемент 250SB обнаружения фокусировки группы 250 элементов обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение между геометрическим центром первой области зрачка и геометрическим центром второй области зрачка эксцентрично в сторону -x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.In contrast, the first focus detection element 250SA and the second focus detection element 250SB of the group of focus detection elements 250 shown in FIG. 2 are configured such that the middle position between the geometrical center of the first pupil region and the geometrical center of the second pupil region is eccentric toward -x with respect to the geometrical center of the pupil region 500 of the image formation at a predetermined distance from the axial point of the pupil.

[Обнаружение фокусировки][Focus detection]

Первые элементы 210SA (220SA, 230SA, 240SA или 250SA) обнаружения фокусировки, показанные на Фиг. 2, регулярно выстроены в направлении x, и изображение объекта, полученное из множества первых пикселей обнаружения фокусировки, будет упоминаться как изображение A. Аналогично, вторые элементы 210SB (220SB, 230SB, 240SB или 250SB) обнаружения фокусировки, показанные на Фиг. 2, регулярно выстроены в направлении x, и изображение объекта, полученное из множества вторых пикселей обнаружения фокусировки, будет упоминаться как изображение B. Обнаружение фокусировки можно выполнить путем вычисления величины расфокусировки (величины размытия) из величины смещения изображения (относительного положения) между изображениями A и B.The first 210SA elements (220SA, 230SA, 240SA or 250SA) of the focus detection shown in FIG. 2 are regularly aligned in the x direction, and an object image obtained from the plurality of first focus detection pixels will be referred to as image A. Similarly, the second focus detection elements 210SB (220SB, 230SB, 240SB or 250SB) shown in FIG. 2 are regularly aligned in the x direction, and the image of the object obtained from the plurality of second focus detection pixels will be referred to as image B. Focus detection can be performed by calculating the amount of defocus (blur amount) from the amount of image displacement (relative position) between images A and B.

[Обработка смещения зрачка][Pupil displacement processing]

Далее будет описана обработка смещения зрачка на периферии высоты изображения датчика изображения в этом варианте осуществления. Фиг. 13A-13C, Фиг. 14A и Фиг. 14B показывают взаимосвязь между первой областью зрачка первого пикселя обнаружения фокусировки, второй областью зрачка второго пикселя обнаружения фокусировки и выходным зрачком оптической системы формирования изображения на периферии высоты изображения датчика изображения.Next, pupil displacement processing at the periphery of the image height of the image sensor in this embodiment will be described. FIG. 13A-13C, FIG. 14A and FIG. 14B show the relationship between the first pupil region of the first focus detection pixel, the second pupil region of the second focus detection pixel and the exit pupil of the optical imaging system at the periphery of the image sensor image height.

Фиг. 13A показывает случай, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения почти совпадает с установленным расстоянием до осевой точки зрачка Ds датчика изображения. В этом случае выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения почти поровну поделен между первой областью 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки и второй областью 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки.FIG. 13A shows a case in which the distance to the axial point of the exit pupil Dl of the optical imaging system almost coincides with the set distance to the axial point of the pupil Ds of the image sensor. In this case, the exit pupil 400 of the optical imaging system is almost equally divided between the first pupil region 530a of the first focus detection pixel 230SA and the second pupil region 530b of the second focus detection pixel 230SB.

В отличие от этого, выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения неравномерно разделен на периферии высоты датчика изображения в случае, показанном на Фиг. 13B, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения короче, чем установленное расстояние до осевой точки зрачка Ds датчика изображения, или в случае, показанном на Фиг. 13C, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения больше, чем установленное расстояние до осевой точки зрачка Ds датчика изображения.In contrast, the exit pupil 400 of the optical imaging system is unevenly divided at the periphery of the height of the image sensor in the case shown in FIG. 13B, in which the distance to the axial point of the exit pupil Dl of the optical imaging system is shorter than the set distance to the axial point of the pupil Ds of the image sensor, or in the case shown in FIG. 13C, in which the distance to the axial point of the exit pupil Dl of the optical imaging system is greater than the set distance to the axial point of the pupil Ds of the image sensor.

Так как разделение зрачка становится неоднородным, интенсивности изображений A и B (см. Фиг.13) становятся неоднородными. Как следствие, интенсивность одного из изображений A и B становится больше, а интенсивность другого изображения становится меньше. Поскольку интенсивность изображения A и B становится очень неоднородной за счет периферии высоты изображения и т.п., один из полученных сигналов изображений A и B может не обладать достаточной интенсивностью, что приводит к ухудшению эффективности обнаружения фокусировки.As the pupil division becomes inhomogeneous, the intensities of images A and B (see FIG. 13) become inhomogeneous. As a result, the intensity of one of images A and B becomes larger, and the intensity of the other image becomes lower. Since the intensity of the images A and B becomes very heterogeneous due to the periphery of the image height and the like, one of the received image signals A and B may not have sufficient intensity, which leads to a deterioration in the focus detection efficiency.

В этом варианте осуществления первый элемент 210SA обнаружения фокусировки и второй элемент 210SB обнаружения фокусировки в конфигурации 3 заранее расположены так, что среднее положение между геометрическим центром первой области 510a зрачка и геометрическим центром второй области 510b зрачка является значительно эксцентричным в сторону +x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.In this embodiment, the first focus detection element 210SA and the second focus detection element 210SB in configuration 3 are pre-arranged so that the middle position between the geometric center of the first pupil region 510a and the geometric center of the second pupil region 510b is significantly eccentric in the + x direction with respect to the geometric the center of the pupil region 500 of the imaging at a predetermined distance from the axial point of the pupil.

Фиг. 14A и Фиг. 14B показывают случай, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения отличается от установленного расстояния до осевой точки зрачка Ds датчика изображения, и выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения становится значительно эксцентричным в сторону +x плоскости зрачка в положении, соответствующем установленному расстоянию до осевой точки зрачка Ds датчика изображения на периферии высоты изображения. Фиг. 14A показывает случай, в котором выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения, который является значительно эксцентричным в сторону +x, является разделенным между первой областью 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки и второй областью 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки в конфигурации 1. В этом случае смещение зрачка является большим и происходит неоднородное разделение зрачка. В отличие от этого, Фиг. 14B иллюстрирует случай, в котором выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения, который является эксцентричным в сторону +x, является разделенным между первой областью 510a зрачка первого элемента 210SA обнаружения фокусировки и второй областью 510b зрачка второго элемента 210SB обнаружения фокусировки в конфигурации 3. В этом случае даже на периферии высоты изображения смещение зрачка может быть уменьшено, и может быть выполнено равномерное разделение зрачка. Это может улучшить эффективность обнаружения фокусировки.FIG. 14A and FIG. 14B show a case in which the distance to the axial point of the exit pupil Dl of the optical imaging system is different from the set distance to the axial point of the pupil Ds of the image sensor, and the exit pupil 400 of the optical imaging system becomes significantly eccentric to the + x side of the pupil plane in a position corresponding to the set distance to the axial point of the pupil Ds of the image sensor at the periphery of the image height. FIG. 14A shows a case in which the exit pupil 400 of the optical imaging system, which is significantly eccentric in the + x direction, is divided between the first pupil region 530a of the first focus detection pixel 230SA and the second pupil region 530b of the second focus detection pixel 230SB in configuration 1. B in this case, the displacement of the pupil is large and there is an inhomogeneous separation of the pupil. In contrast, FIG. 14B illustrates a case in which the exit pupil 400 of the optical imaging system, which is eccentric in the + x direction, is divided between the first pupil region 510a of the first focus detection element 210SA and the second pupil region 510b of the second focus detection element 210SB in configuration 3. In this in the case, even at the periphery of the image height, pupil displacement can be reduced, and even pupil separation can be performed. This can improve focus detection performance.

Вышеописанная конфигурация может увеличить диапазон высоты изображения, в котором обнаружение фокусировки может быть выполнено фазоразностным способом с разделением зрачка в соответствии со смещением зрачка на периферии высоты датчика изображения.The above configuration may increase the range of image height in which focus detection can be performed in a phase-difference manner with pupil separation in accordance with the displacement of the pupil at the periphery of the height of the image sensor.

(Второй вариант осуществления)(Second Embodiment)

Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения.Next, a second embodiment of the present invention will be described.

[Конфигурация 1][Configuration 1]

Далее будет описана группа 230 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 1. Фиг. 15A представляет собой вид в плане первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 15B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 15A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 16A представляет собой вид в плане второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 16B представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 16A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 17A представляет собой вид в плане первого формирующего изображение пикселя 230G как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 17B представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии c-c, изображенной на Фиг. 17A, если смотреть со стороны -y.Next, a focus detection pixel group 230 in the configuration 1 will be described. FIG. 15A is a plan view of a first focus detection pixel 230SA as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 15B is a cross-sectional view along line a-a of FIG. 15A when viewed from the -y side. FIG. 16A is a plan view of a second focus detection pixel 230SB as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 16B is a sectional view taken along line b-b of FIG. 16A when viewed from the -y side. FIG. 17A is a plan view of a first imaging pixel 230G as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 17B is a sectional view taken along line c-c of FIG. 17A when viewed from the -y side.

Как показано на Фиг. 15B, первый пиксель 230SA обнаружения фокусировки имеет внутрислойную линзу 306 между микролинзой 305 и первым светозащитным слоем 330a, имеющим первое отверстие. Как показано на Фиг. 16B, второй пиксель 230SB обнаружения фокусировки имеет внутрислойную линзу 306 между микролинзой 305 и вторым светозащитным слоем 330b, имеющим второе отверстие. Как показано на Фиг. 17B, на формирующем изображение пикселе 230G не формируется никаких внутрислойных линз 306. Другие компоненты являются такими же, что и в конфигурации 1 в первом варианте осуществления.As shown in FIG. 15B, the first focus detection pixel 230SA has an interlayer lens 306 between the microlens 305 and the first light protection layer 330a having a first opening. As shown in FIG. 16B, the second focus detection pixel 230SB has an interlayer lens 306 between the microlens 305 and the second light protection layer 330b having a second hole. As shown in FIG. 17B, no intralayer lenses 306 are formed on the image forming pixel 230G. The other components are the same as those in configuration 1 in the first embodiment.

[Конфигурация 2][Configuration 2]

Как и в конфигурации 1, в конфигурации 2 внутрислойные линзы 306 формируются на каждом из первого пикселя обнаружения фокусировки 220SA и второго пикселя обнаружения фокусировки 220SB группы пикселей обнаружения фокусировки 220. То же самое относится и к первому пикселю обнаружения фокусировки 240SA, и второму пикселю обнаружения фокусировки 240SB группы пикселей обнаружения фокусировки 240. Другие компоненты являются такими же, что и в конфигурации 2 в первом варианте осуществления.As in configuration 1, in configuration 2, interlayer lenses 306 are formed on each of the first focus detection pixel 220SA and the second focus detection pixel 220SB of the focus detection pixel group 220. The same applies to the first focus detection pixel 240SA and the second focus detection pixel 240SB of a focus detection pixel group 240. Other components are the same as those in configuration 2 in the first embodiment.

[Конфигурация 3][Configuration 3]

Далее будет описана группа 210 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 3. Фиг. 18A представляет собой вид в плане, показывающий первый элемент 210SA обнаружения фокусировки как один пиксель датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 18B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 18A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 19A представляет собой вид в плане второго элемента 210SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 19B представляет собой вид в разрезе, вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 19A, если смотреть со стороны -y.Next, a focus detection pixel group 210 in the configuration 3 will be described. FIG. 18A is a plan view showing the first focus detection element 210SA as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 18B is a cross-sectional view along line a-a of FIG. 18A when viewed from the -y side. FIG. 19A is a plan view of a second focus detection element 210SB as one pixel of the image sensor shown in FIG. 2, when viewed from the side of the light receiving surface, (+ z sides) of the image sensor. FIG. 19B is a sectional view along the line b-b shown in FIG. 19A when viewed from the -y side.

Как показано на Фиг. 18B, в первом элементе 210SA обнаружения фокусировки между микролинзой 305 и первым светозащитным слоем 310a, имеющим первое отверстие, образована внутрислойная линза 306 таким образом, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Сложная микролинза, составленная из микролинзы и внутрислойной линзы, выполнена так, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Сходным образом, во втором элементе 210SB обнаружения фокусировки между микролинзой 305 и вторым светозащитным слоем 310b, имеющим второе отверстие, образована внутрислойная линза 306 таким образом, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Сложная микролинза, составленная из микролинзы и внутрислойной линзы, выполнена так, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Другие компоненты являются такими же, что и в конфигурации 3 в первом варианте осуществления.As shown in FIG. 18B, in the first focus detection element 210SA between the microlens 305 and the first light protection layer 310a having the first hole, an interlayer lens 306 is formed so that it is eccentric in the + x direction. A complex microlens composed of a microlens and an interlayer lens is designed to be eccentric in the + x direction. Similarly, in the second focus detection element 210SB between the microlens 305 and the second light protection layer 310b having the second hole, an interlayer lens 306 is formed so that it is eccentric in the + x direction. A complex microlens composed of a microlens and an interlayer lens is designed to be eccentric in the + x direction. Other components are the same as in configuration 3 in the first embodiment.

В конфигурации 3 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 310a первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b второго элемента 210SB обнаружения фокусировки. Среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 310a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x. Сложные микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки и второго элемента 210SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.In configuration 3, the geometric center of the first hole of the first light-protective layer 310a of the first focus detection element 210SA is different from the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 310b of the second focus detection element 210SB. The middle position of the geometric center of the first hole of the first light-protective layer 310a and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer 310b is eccentric with respect to the geometric center of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element in the -x direction. The complex microlenses of the first focus detection element 210SA and the second focus detection element 210SB are eccentric with respect to the geometric center of the photoelectric conversion element in the + x direction.

В отличие от этого, первый элемент 250SA обнаружения фокусировки и второй элемент 250SB обнаружения фокусировки группы 250 элементов обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x. Сложные микролинзы первого элемента 250SA обнаружения фокусировки и второго элемента 250SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x.In contrast, the first focus detection element 250SA and the second focus detection element 250SB of the group of focus detection elements 250 shown in FIG. 2 are configured such that the average position of the geometric center of the first hole of the first light-protective layer and the geometric center of the second hole of the second light-protective layer is eccentric with respect to the geometric center of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element in the + x direction. The complex microlenses of the first focus detection element 250SA and the second focus detection element 250SB are eccentric with respect to the geometric center of the light receiving surface of the photoelectric converter element in the -x direction.

В этом варианте осуществления соответствующие сложные микролинзы первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки являются эксцентричными в направлении, противоположном направлению, в котором эксцентрично среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия. Каждая из сложных микролинз первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки состоит из множества микролинз.In this embodiment, the corresponding complex microlenses of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel are eccentric in a direction opposite to the direction in which the middle position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole are eccentric. Each of the complex microlenses of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel consists of a plurality of microlenses.

Другие компоненты являются такими же, что и в первом варианте осуществления. С помощью вышеописанных конфигураций можно расширить диапазон высоты изображения, в котором обнаружение фокусировки может быть выполнено фазоразностным способом с разделением зрачка в соответствии со смещением зрачка на периферии высоты датчика изображения.Other components are the same as in the first embodiment. Using the above configurations, it is possible to expand the range of image height in which focus detection can be performed in a phase-difference manner with pupil separation in accordance with the displacement of the pupil at the periphery of the height of the image sensor.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации, таким образом, чтобы охватывать все такие изменения и эквивалентные структуры и функции.Although the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The scope of the following claims is to be accorded the broadest interpretation so as to encompass all such changes and equivalent structures and functions.

Claims

1. An image sensor containing:
a plurality of image-forming pixels that receive light rays passing through a pupil region of an image forming optical image forming system;
a plurality of first focus detection pixels that receive light rays passing through the first pupil region that is smaller than the pupil region of the image forming; and
a plurality of second focus detection pixels that receive light rays passing through the second region of the pupil that is smaller than the pupil region of the image forming
moreover, the geometric center of the first pupil region is different from the geometric center of the second pupil region, and the eccentricity of the lens of the first focus detection pixel relative to the center of the said pixel is different from the eccentricity of the lens forming the image of the pixel adjacent to the first focus detection pixel relative to the center of the said pixel,
said first focus detection pixel comprising a first light-protective layer having a first hole between a lens of said first focus detection pixel and a photoelectric conversion element of said first focus detection pixel,
said second focus detection pixel comprising a second light-protective layer having a second hole between a lens of said second focus detection pixel and a photoelectric conversion element of said second focus detection pixel, and
the direction of the eccentricity of each of the lenses of said first focus detection pixel and said second focus detection pixel with respect to the center of each of said pixels is opposite to the direction of the eccentricity of the middle position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole relative to the center of the said pixel.

2. The sensor according to claim 1, wherein the eccentricity of the lens of said second focus detection pixel relative to the center of said pixel is different from the eccentricity of the lens forming an image of a pixel adjacent to said second focus detection pixel relative to the center of said pixel.

3. The sensor of claim 1, wherein each of the lenses of said focus detection pixel and said second focus detection pixel comprises a plurality of lenses.

4. An image sensor comprising a plurality of image forming pixels that receive light rays passing through a pupil region of an image forming optical image forming system, a plurality of first focus detection pixels that receive light rays passing through a first pupil region which is smaller than a pupil region imaging, and a plurality of second focus detection pixels that receive light rays passing through a second region of the pupil that is smaller e than the area of the pupil imaging,
wherein said plurality of image forming pixels is aligned in a first direction perpendicular to the optical axis of the optical image forming system,
said plurality of first focus detection pixels are aligned in a first direction so that they are offset from said plurality of imaging pixels in a second direction perpendicular to the first direction and the direction of the optical axis,
said plurality of second focus detection pixels arranged in a first direction so that they are offset from said plurality of image forming pixels in a second direction,
said first focus detection pixel having a first light-protective layer having a first hole between a lens of said first focus detection pixel and a photoelectric conversion element of said first focus detection pixel,
said second focus detection pixel having a second light protection layer having a second hole located in a position different from the position of the first hole in the first direction between the lens of said second focus detection pixel and a photoelectric conversion element of said second focus detection pixel,
the average position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole is eccentric with respect to the geometric center of the photoelectric conversion element of said first focus detection pixel in the first direction,
the lens eccentricity of said first focus detection pixel with respect to the center of said pixel is different from the lens eccentricity of said image forming pixel with respect to the center of said pixel in a first direction at the same image height in a first direction,
the lens eccentricity of said second focus detection pixel with respect to the center of said pixel is different from the lens eccentricity of said image forming pixel with respect to the center of said pixel in a first direction at the same image height in a first direction, and
the direction of the eccentricity of each of the lenses of said first focus detection pixel and said second focus detection pixel with respect to the center of said pixel in the first direction is opposite to the direction of the eccentricity of the middle position of the geometric center of the first hole and the geometric center of the second hole relative to the center of the said pixel.

5. The sensor according to claim 4, in which the direction of the eccentricity of each of the lenses of said first focus detection pixel and said second focus detection pixel relative to the center of said pixel is an approximation direction to the optical axis of said optical imaging system, and the eccentricity direction is the middle position of the geometric center of the first the hole and the geometric center of the second hole relative to the center of the said pixel is the direction of removal from about optical axis of said optical imaging system.

6. An image pickup device comprising an image sensor according to claim 1.

7. An image pickup apparatus comprising an image sensor according to claim 4.