JP5757699B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus.
従来のデジタルスチルカメラや動画カメラでは以下の(1)、(2)のAF方式が実現されている。
(1)撮像素子とは別にAFのための光学系とセンサーを配置するものがある。代表的なものが、一眼レフカメラで用いられる位相差式AFである。この方式のメリットは、撮影レンズを通過した光束を使いパララックスの問題を解決し、一回の測距信号で焦点ズレを検出し、撮影レンズを被写体に合焦させることが可能であり、合焦までの時間を短くすることができる。
In the conventional digital still camera and moving image camera, the following AF methods (1) and (2) are realized.
(1) There is an apparatus in which an optical system and a sensor for AF are arranged separately from an image sensor. A typical one is a phase difference type AF used in a single-lens reflex camera. The advantage of this method is that it can solve the parallax problem by using the light flux that has passed through the taking lens, detect the focus shift with a single distance measurement signal, and focus the taking lens on the subject. The time to focus can be shortened.
一方、この方式では、撮影レンズと撮像素子の間に光路の切り替え又は分割手段を配置する必要があり、さらに光路の切り替え又は分割手段とAF用センサーの間にAF用の光学系が必要となる。このデメリットは、(a)光路切り換え手段のスペースの確保、及び、(b)AF用の光学系と専用センサーのためのスペースの確保の点から大型化を招く。さらに、(c)光路の切り替え手段を配置する場合は、切り替え機構と切り替えによるタイムラグが生じ、(d)光路分割手段を配置する場合には、光路分割による光量ロスが生じる。 On the other hand, in this method, it is necessary to arrange an optical path switching or dividing means between the photographing lens and the image sensor, and further, an AF optical system is required between the optical path switching or dividing means and the AF sensor. . This demerit causes an increase in size in terms of (a) securing a space for the optical path switching means and (b) securing a space for the AF optical system and the dedicated sensor. Furthermore, when (c) the optical path switching means is arranged, a time lag due to the switching mechanism and switching occurs, and (d) when the optical path dividing means is arranged, a light quantity loss due to the optical path division occurs.
(2)撮像素子そのものの出力を利用するAF方式も存在する。代表的なものが、所謂コンパクトデジタルカメラや動画カメラ(ビデオカメラ)に用いられているコントラストAFである。この方式のメリットは、撮像素子とAFセンサーが一体化しているので、スペース的に有利であり、構成部材が少ないという点である。 (2) There is also an AF method that uses the output of the image sensor itself. A typical example is contrast AF used in so-called compact digital cameras and moving picture cameras (video cameras). The merit of this method is that the imaging device and the AF sensor are integrated, which is advantageous in terms of space and that there are few constituent members.
一方、この方式では、複数回の測距信号を比較する必要があることと、ウォブリングにより、合焦までに時間がかかるというデメリットがある。さらに、動画撮影においては、ウォブリングによる像のボケが撮影されてしまい、画質を損なう。この傾向は高画素になるほど顕著になる。 On the other hand, this method has a demerit that it is necessary to compare a plurality of distance measurement signals and that it takes time to focus due to wobbling. Furthermore, in moving image shooting, blurring of an image due to wobbling is shot, and image quality is impaired. This tendency becomes more prominent as the pixel becomes higher.
更に近年、クイックリターンミラーとダハプリズムを使った光学式ファインダーを備えた一眼レフカメラに対して、クイックリターンミラーとダハプリズムを必要としない電子ビューファインダーを前提とした交換レンズ式カメラが発売されており、静止画撮影、動画撮影とも高画質であることが要求されている。特にこのようなカメラでは、上記の(1)と(2)の方式のそれぞれのメリットをもち、デメリットを解決したAFが求められている。 Furthermore, in recent years, interchangeable lens cameras have been released on the premise of electronic viewfinders that do not require a quick return mirror and roof prism, as opposed to single lens reflex cameras equipped with an optical viewfinder using a quick return mirror and roof prism. Both still image shooting and moving image shooting are required to have high image quality. Particularly in such a camera, there is a demand for AF that has the merits of the methods (1) and (2) and solves the disadvantages.
以上のような課題に対して、特許文献1の固体撮像装置は、撮像素子の画素の一部を測距のための信号を出力するように構成され、この測距用画素は光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層と、を有する。この光電変換部は、遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第1画素と、遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第1光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第2画素と、を備え、この2種類の画素の出力信号の位相差情報を用いて合焦を行う。この測距用画素の周囲には、画像信号を形成するための信号を出力する複数の画素が配置されている。測距用画素の位置の画像情報は、その周辺の画像形成用の画素を用いて補間され、これにより画像形成が行われる。 In response to the above problems, the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 is configured to output a signal for ranging from a part of the pixels of the imaging element, and the ranging pixels are arranged on the photoelectric conversion unit. And a light shielding film layer having a specific opening portion disposed between the microlens and the photoelectric conversion portion. The photoelectric conversion unit includes a first pixel in which the opening of the light shielding film layer is biased with respect to the optical center of the microlens, and an opening of the light shielding film layer in a direction opposite to the first photoelectric conversion cell with respect to the optical center of the microlens. And a second pixel having a bias to the image, and focusing is performed using phase difference information of output signals of the two types of pixels. A plurality of pixels that output a signal for forming an image signal are arranged around the distance measurement pixels. The image information of the position of the ranging pixels is interpolated using the peripheral image forming pixels, thereby forming an image.
特許文献1の固体撮像装置では、従来の一眼レフ用カメラに用いられている瞳分割による位相差AFの測距原理を採用し、測距用画素の開口効率が、画像形成画素の半分以下程度であることを前提としており、測距用画素は画像形成用の画素として使えない。このため、測距用画素の位置の画像情報を周辺の画像形成用の画素での画像情報を用いて補間を行う構成としている。しかし、画素の補間を行うことにより画像情報を得るのでは、画質の劣化がおきてしまう。さらに、測距精度の向上や、測距エリアの向上を図ると、測距用画素の密度が増すため、画質の劣化が大きくなる。 In the solid-state imaging device of Patent Document 1, the principle of distance measurement of phase difference AF using pupil division used in a conventional single-lens reflex camera is adopted, and the aperture efficiency of the distance measurement pixels is about half or less than that of the image forming pixels. Therefore, the ranging pixels cannot be used as image forming pixels. For this reason, the image information at the position of the ranging pixel is interpolated using the image information at the surrounding image forming pixels. However, if image information is obtained by performing pixel interpolation, the image quality deteriorates. Furthermore, if the accuracy of distance measurement is improved or the distance measurement area is improved, the density of distance measurement pixels increases, and the image quality deteriorates greatly.
特許文献2や特許文献3の撮像装置では、測距用画素と画像形成用画素の開口効率の差を補正するために測距用画素のゲインアップを行い、測距用画素の出力を画像形成に使うことを提案している。しかしながら、この提案では、信号処理が複雑になることと、測距用画素の強いゲインアップにより、ノイズ等の画質劣化が起こるという問題がある。さらに、測距精度や、測距エリアの向上を図ると、測距用画素の密度が増し、画質の劣化が大きくなる。また、特許文献2及び特許文献3の撮像装置では、被写体の周波数特性等から測距用画素からの情報を画像形成に使うか否かを切り替えることが必要であり、測距用画素からカラー情報を得ることができない。さらにまた、この撮像装置では、画像形成用画素に対して一定の割合以下を測距用画素とすることを前提としている。 In the imaging devices of Patent Document 2 and Patent Document 3, the distance measurement pixel gain is increased in order to correct the difference in aperture efficiency between the distance measurement pixel and the image formation pixel, and the output of the distance measurement pixel is image-formed. It is proposed to be used for However, this proposal has problems that signal processing becomes complicated and image quality deterioration such as noise occurs due to strong gain increase of the ranging pixels. Furthermore, when ranging accuracy and a ranging area are improved, the density of ranging pixels increases and image quality deteriorates greatly. In the imaging devices of Patent Document 2 and Patent Document 3, it is necessary to switch whether or not information from the ranging pixel is used for image formation based on the frequency characteristics of the subject, and the color information from the ranging pixel. Can't get. Furthermore, in this imaging apparatus, it is premised that the distance measurement pixels are equal to or less than a certain ratio with respect to the image formation pixels.
特許文献4の撮像装置においては、測距用画素の構成として、瞳を分割した光束をそれぞれ独立して受光できるように光電変換部を複数配置している。この構成によれば、画像形成時は1つの測距用画素内に構成された複数の光電変換部からの出力を加算することで、実質的に画像形成用画素との開口効率の差を小さくでき、特許文献1〜3で課題となった画質劣化の問題は軽減できる。一方、この構成は、実質的に撮像素子の画素数を増やすことと同じとなるため、構成が難しくなるのに加え、測距用画素用に加算用の手段を加えることになることから、構成が複雑化し、画質への影響も課題となる。 In the imaging device of Patent Document 4, as a configuration of the ranging pixels, a plurality of photoelectric conversion units are arranged so that light beams obtained by dividing the pupil can be independently received. According to this configuration, at the time of image formation, by adding outputs from a plurality of photoelectric conversion units configured in one distance measurement pixel, the difference in aperture efficiency from the image formation pixel is substantially reduced. It is possible to alleviate the problem of image quality degradation that has been a problem in Patent Documents 1 to 3. On the other hand, since this configuration is substantially the same as increasing the number of pixels of the image sensor, the configuration becomes difficult, and in addition, an addition means is added for the ranging pixels. Becomes more complex and the impact on image quality is also a challenge.
特許文献5の撮像装置では、撮影レンズの絞り位置と撮像画素に偏光特性を持たせることが提案されている。しかし、偏光度を高くすると撮影レンズに入射した光量の約1/4以下しか受光できず、露光時間を長くするなどの対策が必要となる。
In the imaging apparatus of
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像素子からの出力信号で、位相差AFと同程度の測距性能を有し、撮像素子の構成も比較的簡易で、画質劣化の少ない撮像装置を提案することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and has an output signal from an image sensor, and has a ranging performance comparable to that of phase difference AF, and the configuration of the image sensor is relatively simple, and image quality deterioration is reduced. The purpose is to propose a small number of imaging devices.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置であって、2次元的に配列された複数の画素と複数の画素に対応して光電変換面前方に配置されたオンチップレンズとを有する撮像素子を備え、複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する1つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも2種類以上有し、所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、少なくとも2種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、画素情報から画像形成を行う画像処理部と、を有し、減光手段は、オンチップレンズの近傍に配置され、オンチップレンズの一部を覆うように離散的に配置され、且つ、実質的に色情報を失わない光吸収型のNDフィルタであり、下記の条件式(3)を満たすことを特徴としている。
50%≦T≦85% ・・・(3)
但し、Tは透過率である。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an imaging apparatus according to the present invention is an imaging apparatus in which a photographic lens can be attached or a photographic lens is fixed, and a plurality of two-dimensionally arranged imaging apparatuses. And an on-chip lens disposed in front of the photoelectric conversion surface corresponding to the plurality of pixels, each of the plurality of pixels receiving one or more light beams having a predetermined incident angle range Dimming means disposed at the front of the photoelectric conversion surface of each pixel set so as to dimm a luminous flux having a predetermined incident angle range, and having at least two types of pixel sets formed by the pixels; has a phase difference amount calculation unit for calculating a phase difference amount by comparing the output signals from the two pixel sets each other, an image processing unit that performs image formation from the pixel information, a light-reducing means, on Chip lens Is arranged near, are discretely arranged so as to cover a part of the on-chip lens, and is substantially light absorbing ND filter not to lose color information, to satisfy the following conditional expression (3) It is characterized by.
50% ≦ T ≦ 85% (3)
Where T is the transmittance.
本発明に係る撮像装置においては、画素集合の何れかに画像形成用画素が含まれることが好ましい。 In the imaging device according to the present invention, it is preferable that an image forming pixel is included in any of the pixel sets.
本発明に係る撮像装置においては、画素の光電変換面前方にオンチップレンズを有し、減光手段は、オンチップレンズの近傍において、オンチップレンズの一部を覆うように離散的に配置されることが好ましい。 In the imaging device according to the present invention, an on-chip lens is provided in front of the photoelectric conversion surface of the pixel, and the dimming means is discretely arranged so as to cover a part of the on-chip lens in the vicinity of the on-chip lens. It is preferable.
本発明に係る撮像装置においては、画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分を覆われた画素集合Rと、左半分を覆われた画素集合Lとを有し、2種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Lと画素集合Rの左右方向の出力信号であることが好ましい。 In the imaging device according to the present invention, the pixel set includes a pixel set R in which the right half of the on-chip lens is covered by a dimming unit and a pixel set L in which the left half is covered by two types of pixels. The output signal from the set is preferably an output signal in the horizontal direction of the pixel set L and the pixel set R.
本発明に係る撮像装置においては、画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分が覆われた画素集合Rと、左半分が覆われた画素集合Lと、減光手段によりオンチップレンズの上半分が覆われた画素集合Uと、下半分が覆われた画素集合Sと、を有し、2種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Lと画素集合Rの左右方向の出力信号、又は、画素集合Uと画素集合Sの上下方向の出力信号であることが好ましい。 In the imaging apparatus according to the present invention, as the pixel set, the pixel set R in which the right half of the on-chip lens is covered by the dimming means, the pixel set L in which the left half is covered, and the on-chip lens by the dimming means. The pixel set U in which the upper half is covered and the pixel set S in which the lower half is covered, and output signals from the two types of pixel sets are output in the horizontal direction of the pixel set L and the pixel set R. A signal or an output signal in the vertical direction of the pixel set U and the pixel set S is preferable.
本発明に係る撮像装置においては、画素の光電変換面前方にカラーフィルタが配置されていることが好ましい。 In the imaging device according to the present invention, it is preferable that a color filter is disposed in front of the photoelectric conversion surface of the pixel.
本発明に係る撮像装置においては、カラーフィルタが配置された画素が、画素集合を形成することが好ましい。 In the imaging device according to the present invention, it is preferable that the pixels on which the color filters are arranged form a pixel set.
本発明に係る撮像装置は、位相差AFと同程度の測距性能を有し、撮像素子の構成も比較的簡易で、画質劣化が少ない、という効果を奏する。 The image pickup apparatus according to the present invention has an effect of ranging performance comparable to that of the phase difference AF, the structure of the image pickup device is relatively simple, and there is little deterioration in image quality.
以下に、本発明に係る撮像装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
まず、実施形態の説明に先立って、本発明に係る撮像装置の作用・効果について説明する。
Hereinafter, embodiments of an imaging apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment.
First, prior to the description of the embodiment, the operation and effect of the imaging apparatus according to the present invention will be described.
本発明に係る撮像装置は、撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置であって、2次元的に配列された複数の画素を有する撮像素子を備え、前記複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する1つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも2種類以上有し、前記所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの前記画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、少なくとも2種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、画素情報から画像形成を行う画像処理部と、を有している。 An imaging device according to the present invention is an imaging device in which a photographic lens can be attached or a photographic lens is fixed, and includes an imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and the plurality of pixels are , Each having at least two types of pixel sets formed by one or more pixels that receive a light beam having a predetermined incident angle range, and dimming the light beam having the predetermined incident angle range, Dimming means arranged in front of the photoelectric conversion surface of the pixel set, a phase difference amount calculating unit for calculating a phase difference amount by comparing output signals from at least two types of pixel sets, and pixel information An image processing unit that performs image formation.
この構成によれば、遮光ではなく減光手段とすることで各画素とも画像形成に十分な光量を得た上で、各画素の出力レベルが均一になるので画質の劣化を防ぐことができる。 According to this configuration, by using light reduction means instead of light shielding, each pixel can obtain a sufficient amount of light for image formation, and the output level of each pixel becomes uniform, so that deterioration of image quality can be prevented.
本発明に係る撮像装置においては、画素集合の何れかに画像形成用画素が含まれることが好ましい。
この構成によれば焦点検出用画素として機能する画素集合が、画像形成用画素を兼ねることで、画質を劣化することなく測距精度を上げることができる。
In the imaging device according to the present invention, it is preferable that an image forming pixel is included in any of the pixel sets.
According to this configuration, the pixel set functioning as the focus detection pixel also serves as the image forming pixel, so that the ranging accuracy can be improved without degrading the image quality.
本発明に係る撮像装置においては、撮影レンズ内に減光手段を配置し、減光手段は、透過領域と、第1偏光領域と、第2偏光領域と、を有し、第1偏光領域と第2偏光領域は、偏光方向が互いに90度異なる方向の光束を減光又は遮光する領域であり、画素集合として、第1画素集合と第2画素集合を有し、第1画素集合を形成する画素は、第1偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のA%を受光し、第2偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のB%を受光し、第2画素集合を形成する画素は、第1偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のB%を受光し、第2偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のA%を受光するとしたとき、下記の条件式(1)を満足することが好ましい。
0<A/B<1 ・・・(1)
In the imaging apparatus according to the present invention, the dimming unit is disposed in the photographing lens, and the dimming unit includes a transmission region, a first polarizing region, and a second polarizing region, and the first polarizing region The second polarization region is a region for dimming or shielding light beams whose polarization directions are different from each other by 90 degrees, and has a first pixel set and a second pixel set as a pixel set to form a first pixel set. The pixel receives A% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded in the first polarization region, receives B% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded in the second polarization region, and receives the second pixel set. The pixel to be formed receives B% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded in the first polarization region, and receives A% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded in the second polarization region. It is preferable that the conditional expression (1) is satisfied.
0 <A / B <1 (1)
この構成によれば、所定の仮想位置近傍に配置された、第1偏光領域と第2偏光領域の組み合わせによって、第1偏光領域及び第2偏光領域を通過する、所定の入射角度範囲を持つ光束は、異なる減光作用を受けてそれぞれの画素集合に入射する。即ち、第1画素集合を形成する画素は、第1偏光領域からの光束をより減光した状態で受光し、第2画素集合を形成する画素は、第2偏光領域からの光束をより減光した状態で受光する。透過領域を配置することで、全体の光量の確保がしやすくなる。条件式(1)において、入射光束があれば、下限値を守ることで偏光方向に関わらず第1画素集合及び第2画素集合での受光が可能となり、上限値を守ることで、偏光方向により、第1画素集合及び第2画素集合の光量比を変化させることができる。 According to this configuration, a light beam having a predetermined incident angle range that passes through the first polarizing region and the second polarizing region by a combination of the first polarizing region and the second polarizing region, which is disposed in the vicinity of the predetermined virtual position. Are incident on the respective pixel sets under different dimming effects. That is, the pixels forming the first pixel set receive light in a state where the light flux from the first polarization region is further dimmed, and the pixels forming the second pixel set are further reduced in light flux from the second polarization region. Receive light in the By arranging the transmission region, it becomes easy to secure the entire light amount. In conditional expression (1), if there is an incident light beam, the first pixel set and the second pixel set can receive light regardless of the polarization direction by keeping the lower limit value, and depending on the polarization direction by keeping the upper limit value. The light quantity ratio between the first pixel group and the second pixel group can be changed.
ここで、望ましくは、第1偏光領域と第2偏光領域は、光軸に対して対称的に配置され、大きさが同じであることが望ましい。これにより、第1画素集合と第2画素集合からの出力信号から位相差情報を取得しやすくなる。 Here, it is desirable that the first polarization region and the second polarization region are arranged symmetrically with respect to the optical axis and have the same size. This makes it easier to obtain phase difference information from the output signals from the first pixel set and the second pixel set.
本発明に係る撮像装置においては、撮影レンズ内に減光手段を配置し、減光手段は、第1偏光領域と第2偏光領域を有し、第1偏光領域と第2偏光領域は、偏光方向が互いに90度異なる方向の光束を通過する領域であり、画素集合として、第1画素集合と第2画素集合を有し、第1画素集合を形成する画素は、第1偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のA%を受光し、第2偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のB%を受光し、第2画素集合を形成する画素は、第1偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のB%を受光し、第2偏光領域で減光又は遮光する偏光方向の光束のA%を受光するとしたとき、下記の条件式(2)を満足することが好ましい。
0.1<(B−A)/(A+B)<0.5 ・・・(2)
In the image pickup apparatus according to the present invention, the dimming means is disposed in the photographic lens, the dimming means has a first polarizing region and a second polarizing region, and the first polarizing region and the second polarizing region are polarized light. This is a region through which light beams of directions different from each other by 90 degrees pass, and has a first pixel set and a second pixel set as a pixel set, and the pixels forming the first pixel set are dimmed in the first polarization region Alternatively, A% of the light beam in the polarization direction to be shielded is received, B% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded is received in the second polarization region, and the pixels forming the second pixel set are in the first polarization region. When B% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded is received and A% of the light beam in the polarization direction to be dimmed or shielded is received in the second polarization region, the following conditional expression (2) is satisfied. Is preferred.
0.1 <(B−A) / (A + B) <0.5 (2)
この構成によれば、所定の仮想位置近傍に配置された、第1偏光領域と第2偏光領域の組み合わせによって、第1偏光領域及び第2偏光領域を通過する、所定の入射角度範囲を持つ光束は、異なる減光作用を受けてそれぞれの画素集合に入射する。即ち、第1画素集合を形成する画素は、第1偏光領域からの光束をより減光した状態で受光し、第2画素集合を形成する画素は、第2偏光領域からの光束をより減光した状態で受光する。条件式(2)を満足することで、全体の光量の確保がしやすくなる。
条件式(3)の下限値を守ることで偏光方向により第1画素集合と第2画素集合の光量比が確保され、条件式(3)の上限値をまもることで全体の光量が確保される。
According to this configuration, a light beam having a predetermined incident angle range that passes through the first polarizing region and the second polarizing region by a combination of the first polarizing region and the second polarizing region, which is disposed in the vicinity of the predetermined virtual position. Are incident on the respective pixel sets under different dimming effects. That is, the pixels forming the first pixel set receive light in a state where the light flux from the first polarization region is further dimmed, and the pixels forming the second pixel set are further reduced in light flux from the second polarization region. Receive light in the Satisfying conditional expression (2) makes it easy to secure the entire light amount.
By keeping the lower limit value of conditional expression (3), the light quantity ratio between the first pixel group and the second pixel group is secured by the polarization direction, and the whole light quantity is secured by keeping the upper limit value of conditional expression (3). .
また、望ましくは、第1偏光領域と第2偏光領域は、光軸に対して対称的に配置され、大きさが同じであることが望ましい。これにより、第1画素集合と第2画素集合からの出力信号から位相差情報を取得しやすくなる。 Desirably, the first polarizing region and the second polarizing region are arranged symmetrically with respect to the optical axis and have the same size. This makes it easier to obtain phase difference information from the output signals from the first pixel set and the second pixel set.
本発明に係る撮像装置において、画素の光電変換面前方にオンチップレンズを有し、減光手段は、オンチップレンズの近傍において、オンチップレンズの一部を覆うように離散的に配置されることが好ましい。 In the imaging device according to the present invention, the pixel has an on-chip lens in front of the photoelectric conversion surface of the pixel, and the dimming unit is discretely arranged to cover a part of the on-chip lens in the vicinity of the on-chip lens. It is preferable.
この構成によれば、オンチップレンズのレンズ作用と、撮像素子オンチップの一部を覆う減光手段により、それぞれの前記画素集合が所定の入射角度範囲の光束を減光できる。減光手段により、広い範囲を覆っても光量を確保することができる。これは、光量を確保しつつ撮影レンズの絞りの変化に対応しやすい効果がある。この方式では、画素集合の数を容易に増やすことができる。 According to this configuration, each of the pixel sets can diminish the luminous flux within a predetermined incident angle range by the lens action of the on-chip lens and the dimming means that covers a part of the image sensor on-chip. The amount of light can be secured even by covering the wide range by the dimming means. This has an effect that it is easy to cope with a change in the aperture of the photographing lens while securing the light amount. In this method, the number of pixel sets can be easily increased.
また、減光手段は、NDフィルタであることが望ましい。 The dimming means is preferably an ND filter.
本発明に係る撮像装置においては、前記画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分を覆われた画素集合Rと、左半分を覆われた画素集合Lとを有し、2種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Lと画素集合Rの左右方向の出力信号であることが好ましい。 In the imaging apparatus according to the present invention, the pixel set includes a pixel set R in which the right half of the on-chip lens is covered by a dimming unit, and a pixel set L in which the left half is covered. The output signal from the pixel set is preferably an output signal in the horizontal direction of the pixel set L and the pixel set R.
この構成によれば、減光手段により、右半分、左半分を覆うことにより、撮影レンズの絞りの変化に容易に対応でき、画像形成上に必要な光量と位相差AFの精度をバランスよく確保できる。 According to this configuration, the dimming means covers the right and left halves so that it can easily cope with changes in the aperture of the photographic lens, ensuring a well-balanced amount of light required for image formation and phase difference AF accuracy. it can.
本発明に係る撮像装置において、前記画素集合として、減光手段によりオンチップレンズの右半分が覆われた画素集合Rと、左半分が覆われた画素集合Lと、減光手段によりオンチップレンズの上半分が覆われた画素集合Uと、下半分が覆われた画素集合Sと、を有し、2種類の画素集合からの出力信号は、画素集合Lと画素集合Rの左右方向の出力信号、又は、画素集合Uと画素集合Sの上下方向の出力信号であることが好ましい。 In the imaging apparatus according to the present invention, as the pixel set, the pixel set R in which the right half of the on-chip lens is covered by the dimming unit, the pixel set L in which the left half is covered, and the on-chip lens by the dimming unit The pixel set U in which the upper half is covered and the pixel set S in which the lower half is covered, and output signals from the two types of pixel sets are output in the horizontal direction of the pixel set L and the pixel set R. A signal or an output signal in the vertical direction of the pixel set U and the pixel set S is preferable.
この構成によれば、減光手段により、それぞれの画素集合の右半分、左半分、上半分、下半分を覆うことにより撮影レンズの絞りの変化に容易に対応でき、画像形成上に必要な光量と位相差AFの精度をバランスよく確保し、AFできる被写体の状況も増やすことができる。 According to this configuration, the dimming means covers the right half, left half, upper half, and lower half of each pixel set so that it can easily respond to changes in the aperture of the taking lens, and the amount of light necessary for image formation. In addition, the accuracy of the phase difference AF can be secured in a balanced manner, and the number of subjects that can be AF can be increased.
本発明に係る撮像装置においては、前記画素の光電変換面前方にカラーフィルタが配置されていることが好ましい。
この構成においては、減光作用により色情報は失われないのでカラー画像が得られる。
In the imaging device according to the present invention, it is preferable that a color filter is disposed in front of the photoelectric conversion surface of the pixel.
In this configuration, since color information is not lost due to the dimming action, a color image can be obtained.
本発明に係る撮像装置において、カラーフィルタが配置された前記画素が、前記画素集合を形成することが好ましい。
これにより、被写体の色に関わらず良好なAFが可能になる。
In the imaging device according to the present invention, it is preferable that the pixels on which color filters are arranged form the pixel set.
Thereby, good AF is possible regardless of the color of the subject.
本発明に係る撮像装置において、減光手段は、下記の条件式(3)を満たすことが好ましい。
50%≦T≦85% ・・・(3)
但し、Tは透過率である。
In the imaging apparatus according to the present invention, it is preferable that the dimming unit satisfies the following conditional expression (3).
50% ≦ T ≦ 85% (3)
Where T is the transmittance.
この構成によれば、透過率Tが50%時で、入射光束の半分に対して減光の作用をさせると全体で75%の光量を確保でき、画像形成上の影響が少なくなる。
条件式(3)の下限値を下回ると照度の低い被写体の撮影に影響が出てくる。条件式(3)の上限値を上回ると、位相差情報の取得が難しくなりAF精度が劣化する。
According to this configuration, when the transmissivity T is 50%, if a dimming action is applied to half of the incident light flux, a total amount of light of 75% can be secured, and the influence on image formation is reduced.
If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, shooting of a subject with low illuminance will be affected. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, acquisition of phase difference information becomes difficult and AF accuracy deteriorates.
(第1実施形態)
第1実施形態は、参考例である。図1は、第1実施形態に係る撮像装置の基本構成を示す図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る撮像装置は、撮影レンズ102と、撮影レンズ102の光軸101上に配置された、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子103と、を備える。また、撮影レンズ102には、光軸101上に、開口絞り104と、減光手段105と、が配置されている。図1に示すように、減光手段105は、撮影レンズ102内の開口絞り104の近傍に配置されているのが望ましいが、これに限るものでなく、撮像素子103から所定の位置(システムで想定した射出瞳位置に相当する位置)に配置してもよい。
(First embodiment)
The first embodiment is a reference example. FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the imaging apparatus according to the first embodiment includes a photographing
図2は、第1実施形態に係る減光手段105の構成を示す平面図であり、減光手段105を光軸101の方向から見た図である。
図2に示すように、減光手段105には、光軸101を中心に、左側に第1偏光領域106L、右側に第2偏光領域106Rが配されている。これらの偏光領域は、次に説明する画素集合に入射する、所定の入射角度範囲を持つ光束が通過する位置に配置されており、第1偏光領域106Lと第2偏光領域106Rは、互いに90度異なる偏光方向の光束を減光又は遮光する。また、撮影レンズ102の光束通過範囲の中で第1偏光領域106Lと第2偏光領域106Rを除く範囲には、透過領域106Tが配置されている。
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
図3は、第1実施形態に係る撮像素子103の画素の配置例を示す平面図であり、撮像素子103を光軸101の方向から見た図である。
撮像素子103は、2次元的に配列された複数の画素120を有している。また、光軸101に直交する面内において、複数の画素120のうち、所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する画素の一群が、それぞれ第1画素集合103aと第2画素集合103bを形成している。これらの画素集合は互いに直交する第1方向A1と第2方向B1に沿って配置される。図3に示す撮像素子103の配置例では、第1画素集合103aと第2画素集合103bが市松模様状に配置されている。第1画素集合103aには、第1偏光領域106Lで減光した偏光方向の光束を、より多く減光する偏光子が配置されている。また、第2画素集合103bには、第2偏光領域106Rで減光した偏光方向の光束を、より多く減光する偏光子が配置されている。デフォーカス情報の取得は、第1画素集合103aからの信号と第2画素集合103bからの出力信号を、第1方向A1と第2方向B1の少なくとも一方で比較することによって取得する。
FIG. 3 is a plan view illustrating an arrangement example of pixels of the
The
図4は、第1実施形態における画素120の構造を示す断面図である。
図4に示すように、画素120の光電変換面123Lに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ108L、及び、偏光子109Lが配置されている。また、画素120の光電変換面123Rに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ108R、及び、偏光子109Rが配置されている。光電変換面123L、123Rとオンチップレンズ108L、108Rと、の間には、各光電変換面123L、123Rの光電変換領域を規定する遮光部材124がそれぞれ設けられている。また、光軸107L、107Rは、各画素及び光電変換面123L、123Rの中心を通る。
なお、偏光子109L、109Rの近傍にカラーフィルタを配置してもよい。このように構成することで、全ての画素から焦点検出信号と画像形成信号を取得することができる。また、偏光子109L、109Rとして、偏光度の小さい偏光フィルタを用いると十分な光量を受光でき望ましい。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the
As shown in FIG. 4, an on-chip lens 108 </ b> L and a polarizer 109 </ b> L are arranged in order from the object side so as to correspond to the photoelectric conversion surface 123 </ b> L of the
A color filter may be arranged in the vicinity of the
図5は、第1実施形態の第1変形例に係る減光手段155の構成を示す平面図であり、減光手段155を光軸101の方向から見た図である。
減光手段は、図2に示す構成の減光手段105に限定されず、例えば、図5に示す減光手段155のように構成してもよい。この減光手段155では、透過領域を設けず、第1偏光領域161Lと第2偏光領域161Rとを光軸101の周りに左右対称に配置している。第1偏光領域161Lと第2偏光領域161Rを形成する偏光フィルタの偏光度は小さくしてもよい。好ましくは、第1偏光領域161L及び第2光領域161Rの光束の透過率は、50%以上であることが望ましい。
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of the dimming means 155 according to the first modification of the first embodiment, and is a view of the dimming means 155 as seen from the direction of the
The dimming means is not limited to the dimming means 105 having the configuration shown in FIG. 2, and may be configured like the dimming means 155 shown in FIG. In this dimming means 155, no transmission region is provided, and the
第1画素集合103aに配置された偏光子は、第1偏光領域161Lで減光された偏光方向の光束をより多く減光し、第2画素集合103bに配置された偏光子は、第2偏光領域161Rで減光された偏光方向の光束をより多く減光する。
The polarizer disposed in the first pixel set 103a reduces more of the light beam in the polarization direction dimmed in the
図2に示す減光手段105又は図5のような減光手段155を用いた場合、図3において、例えば画素集合103bのL04F02、L03F03、L04F04、L03F05、L04F06、L03F07、L04F08、L03F09の順に得られる信号波形を右側画像とし、画素集合103aのL03F02、L04F03、L03F04、L04F05、L03F06、L04F07、L03F08、L04F09の順に得られる信号波形を左側画像とし、これらから左右像の位相差を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求める。図3は、縦16画素横16画素で示しているが、総画素数が1,000,000を超えると、L0402、L03F03、L04F04、L03F05、L04F06、L03F07、L04F08、L03F09のような配列は実質横線と同様に扱える。
ここで、特定の画素を示すときに、行番号L01〜16と列番号F01〜16を並べて表している。例えば、L01の行のうち、F01の列に対応する画素を「L01F01」で表す。
When the dimming means 105 shown in FIG. 2 or the dimming means 155 as shown in FIG. 5 is used, in FIG. 3, for example, L04F02, L03F03, L04F04, L03F05, L04F06, L03F07, L04F08, L03F09 of the
Here, when a specific pixel is shown, row numbers L01-16 and column numbers F01-16 are shown side by side. For example, the pixel corresponding to the column F01 in the L01 row is represented by “L01F01”.
図6は、第1実施形態の第2変形例に係る減光手段205の構成を示す平面図であり、減光手段205を光軸101の方向から見た図である。
減光手段は、図2の減光手段105、図5の減光手段155に限定されず、図6に示す減光手段205のように構成してもよい。この減光手段205は、光軸101に関して等角度間隔に設けた4つの領域を備える。これらの領域のうち、光軸101に関して対称な2つの領域に第1偏光領域212L、第2偏光領域212Rがそれぞれ配置され、残りの2領域には透過領域212Tがそれぞれ配置されている。
FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the dimming means 205 according to the second modification of the first embodiment, and is a view of the dimming means 205 as seen from the direction of the
The dimming means is not limited to the dimming means 105 in FIG. 2 and the dimming means 155 in FIG. 5, but may be configured as the dimming means 205 shown in FIG. 6. The
第1画素集合103aに配置された偏光子は、第1偏光領域212Lで減光された偏光方向の光束をより多く減光し、第2画素集合103bに配置された偏光子は、第2偏光領域212Rで減光された偏光方向の光束をより多く減光する。
The polarizer arranged in the first pixel set 103a reduces more of the light beam in the polarization direction dimmed in the
図7は、第1実施形態の第2変形例に係る減光手段205において、第1画素集合103aに入射する光束の光量の面積重心213LCの位置を示す平面図である。図8は、第1実施形態の第2変形例に係る減光手段205において、面積重心213LC、213RC、及び、面積重心相当位置を示す平面図である。図7、図8は、減光手段205を光軸101の方向から見た図である。
FIG. 7 is a plan view showing the position of the area centroid 213LC of the light amount of the light beam incident on the
第1画素集合103aに入射した光束は、開口絞り104及び減光手段205を通り、その光量の面積重心213LCは、光軸101に関して第1偏光領域212Lに対称な領域内に存在する(図7)。同様に第2画素集合103bに入射する光束の光量の面積重心213RCは、光軸101に関して第2偏光領域212Rに対称な領域内に存在する(図8)。
このように構成することにより、第1画素集合と第2画素集合からの信号を上下方向へ比較した場合は、瞳を上下に分割した位相差情報が得られ、左右方向に比較した場合は、瞳を左右に分割した位相差情報を得ることができる。
The light beam incident on the
By configuring in this way, when the signals from the first pixel set and the second pixel set are compared in the vertical direction, phase difference information obtained by dividing the pupil in the vertical direction is obtained, and when compared in the horizontal direction, Phase difference information obtained by dividing the pupil into left and right can be obtained.
例えば、第2画素集合103bのL04F02、L03F03、L04F04、L03F05、L04F06、L03F07、L04F08、L03F09の順に得られる信号波形を右側画像とし、第1画素集合103aのL03F02、L04F03、L03F04、L04F05、L03F06、L04F07、L03F08、L04F09の順に得られる信号波形を左側画像とし、これらから左右像の位相差を算出する。このとき、撮影レンズ102のデフォーカス量を求めるには、面積重心相当位置214RHと面積重心相当位置214LHから左右像の位相差を検出し、その値からデフォーカス量を算出する。ここで、図8に示すように、面積重心相当位置214RHは、光軸101を通る水平線205Hへ面積重心213RCから投影した位置であり、面積重心相当位置214LHは、面積重心213LCから水平線205Hへ投影した位置である。
For example, the signal waveforms obtained in the order of L04F02, L03F03, L04F04, L03F05, L04F06, L03F07, L04F08, and L03F09 in the
また、上下像の位相差については、第2画素集合103bのL04F02、L05F03、L06F02、L07F03、L08F02、L09F03、L10F02、L11F03の順に得られる信号波形を上側画像とし、第1画素集合103aのL04F03、L05F02、L06F03、L07F02、L08F03、L09F02、L10F03、L11F02の順に得られる信号波形を下側画像とし、これらから上下像の位相差を算出する。このとき、撮影レンズ102のデフォーカス量を求めるには、面積重心相当位置214RVと面積重心相当位置214LVから上下像の位相差を検出し、その値からデフォーカス量を算出する。ここで、図8に示すように、面積重心相当位置214RVは、光軸101を通る垂直線205Vへ面積重心213RCから投影した位置であり、面積重心相当位置214LVは、面積重心213LCから垂直線205Vへ投影した位置である。
Regarding the phase difference between the upper and lower images, the signal waveforms obtained in the order of L04F02, L05F03, L06F02, L07F03, L08F02, L09F03, L10F02, and L11F03 in the
また、図3の撮像素子103に代えて、図9に示す撮像素子253と図10に示すカラーフィルタ260を重ねる構成としてもよい。
図9は、第1実施形態の第3変形例に係る撮像素子253における画素配置を概念的に示す平面図である。図10は、図9に対応させたカラーフィルタ260の配置を概念的に示す平面図である。
撮像素子253は、光軸101に直交する面内において、互いに直交する第1方向A1と第2方向B1に対して2次元的に配列された複数の画素250を有する。図9に示す画素配置例は、第1画素集合253a、第2画素集合253bを組み合わせたものであり、隣り合う2行2列の画素ごとに同一の種類の画素が配置されている。例えば、L01F01、L01F02、L02F01、及びL02F02の隣り合う2行2列の画素はいずれも第1画素集合253aを構成し、L01F03、L01F04、L02F03、及びL02F04の隣り合う2行2列の画素はいずれも第2画素集合253bを構成している。
Further, instead of the
FIG. 9 is a plan view conceptually showing the pixel arrangement in the
The
図10のカラーフィルタの配置は、L01F01画素を緑色のフィルタG、L01F02画素を赤色のフィルタR、L02F01を青色フィルタB、L02F02を緑色フィルタGとし、以下横方向及び縦方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。この組合せパターンは、図9において同一種類の画素が配置された、隣り合う2行2列の画素に対応して配置されている。
図9の画素配置と図10のカラーフィルタの配置を対応させることにより、カラー画像が取得できるとともに、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。
The arrangement of the color filters in FIG. 10 is such that the L01F01 pixel is a green filter G, the L01F02 pixel is a red filter R, L02F01 is a blue filter B, and L02F02 is a green filter G. Is repeated. This combination pattern is arranged corresponding to adjacent two rows and two columns of pixels in which pixels of the same type are arranged in FIG.
By associating the pixel arrangement of FIG. 9 with the arrangement of the color filters of FIG. 10, a color image can be acquired and high-precision focus detection can be performed regardless of the color of the subject.
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態に係る撮像装置の基本構成を示す図である。
図11に示すように、第2実施形態に係る撮像装置は、撮影レンズ302と、撮影レンズ302の光軸301上に配置された、デフォーカス検出用画素を有する撮像素子320と、を備える。また、撮像素子320の撮影レンズ302側には、光軸301上に、減光手段310が配置されている。なお、減光手段310を配置する位置は、撮像素子320から所定の位置(システムで想定した射出瞳位置に相当する位置)が好ましい。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating a basic configuration of an imaging apparatus according to the second embodiment.
As illustrated in FIG. 11, the imaging apparatus according to the second embodiment includes a
図12は、第2実施形態に係る撮像素子320と減光手段310を、光軸301の方向から重ねて見た平面図である。
撮像素子320は、光軸301に直交する面内において、互いに直交する第1方向A1と第2方向B1に対して2次元的に配列された複数の画素を有する。減光手段310は、透過領域320Tと減光領域320Dからなり、撮像素子320の各画素を第1方向A1において2等分するように配置されている。
FIG. 12 is a plan view of the
The
減光領域320Dは、所謂NDフィルタと同様の構成が好ましく、とくに光吸収型であると反射によるフレアーが発生せず好ましい。また、減光領域320Dの透過率は透過領域320Tに対して50%以上85%以下が好ましい。
The
図12に示す例では、減光領域320Dにより、撮像素子320の画素は、右半分が覆われている画素集合R(F01、F03、F05、F07、F09、F11、F13、F15)と、左半分が覆われている画素集合L(F02、F04、F06、F08、F10、F12、F14、F16)と、に分けられる。撮像素子320の画素のうち、画素集合Rの左半分、及び、画素集合Lの右半分は、透過領域320Tに対応している。
In the example illustrated in FIG. 12, the pixels of the
また、各減光領域320Dは、隣り合う2つの画素の一方については右半分を覆い、他方については左半分を覆っている。例えば、F03の列の右側とF04の列の左側を、1つの減光領域320Dで覆っている。
Each
これにより、図12のF01、F03、F05、F07、F09、F11、F13、F15の行は画素の右側からくる光束をより減光し、F02、F04、F06、F08、F10、F12、F14、F16の行は画素の左側からくる光束をより減光する。さらに、一つの減光領域320Dで隣り合う2つの画素の半分ずつを覆っているため、クロストークによる効率の劣化を防ぐことができる。例えば、画面の右上の領域にピントを合わせる場合、L03F02、L03F04、L03F06、L03F08の順に得られる信号波形を左側画像とし、L03F03、L03F05、L03F07、L03F09の順に得られる信号波形を右側画像とし、これらの左右像の位相差情報を算出し、この値をもとに撮影レンズのデフォーカス量を求めてもよい。
なお、図12は縦16画素、横16画素で示しているが1,000,000画素を超えるような撮像素子であれば、位相差情報を検出する画素を増やし精度を上げることができる。
Thereby, the rows F01, F03, F05, F07, F09, F11, F13, and F15 in FIG. 12 further reduce the light flux coming from the right side of the pixel, and F02, F04, F06, F08, F10, F12, F14, The row F16 further diminishes the light beam coming from the left side of the pixel. In addition, since one
FIG. 12 shows 16 pixels in the vertical direction and 16 pixels in the horizontal direction. However, if the imaging element exceeds 1,000,000 pixels, the number of pixels for detecting the phase difference information can be increased to increase the accuracy.
図13は、第2実施形態の第1変形例に係る撮像素子370と減光手段360を、光軸301の方向から重ねて見た平面図である。
撮像素子370は、上述の撮像素子320と同様に、光軸301に直交する面内において、互いに直交する第1方向A1と第2方向B1に対して2次元的に配列された複数の画素を有する。減光手段360は、透過領域370Tと減光領域370Dからなり、撮像素子370の各画素を、第1方向A1又は第2方向B1において2等分するように配置されている。減光領域370Dは、所謂NDフィルタと同様の構成が好ましく、とくに光吸収型であると反射によるフレアーが発生せず好ましい。また、減光領域370Dの透過率は透過領域320Tに対して50%以上85%以下が好ましい。
FIG. 13 is a plan view of the
Similar to the above-described
図13に示す例では、減光領域370Dにより、撮像素子370の画素は、右半分が覆われている画素集合R(例えばL01F01、L02F01)と、左半分が覆われている画素集合L(例えばL01F02、L02F02)と、上半分が覆われている画素集合U(例えばL02F03、L02F04)と、下半分が覆われている画素集合S(例えばL01F03、L01F04)と、に分けられる。撮像素子370の画素のうち、減光領域370Dで覆われていない領域は透過領域370Tに対応している。
In the example illustrated in FIG. 13, the pixels of the
減光領域370Dは、隣り合う2つの画素に対して、(1)一方の画素では右半分を覆い、他方の画素では左半分を覆う場合と、(2)一方の画素では上半分を覆い、他方の画素では下半分を覆う場合がある。例えば、(1)の場合としては、L01F01の画素の右側とL01F02の画素の左側を1つの減光領域370Dで覆っている。また、(2)の場合としては、L01F03の画素の下側とL02F03の画素の上側を1つの減光領域370Dで覆っている。この構成により、クロストークの影響を小さくすることができる。
画素集合Rと画素集合Lの左右方向の信号情報を互いに比較することにより、左右方向(第1方向A1、水平方向)に位相差情報を取得でき、画素集合U、画素集合Sの上下方向の信号情報を互いに比較することにより、上下方向(第2方向B1、垂直方向)の位相差情報を取得できる。
The
By comparing the signal information in the horizontal direction of the pixel set R and the pixel set L with each other, phase difference information can be acquired in the horizontal direction (first direction A1, horizontal direction). By comparing the signal information with each other, phase difference information in the vertical direction (second direction B1, vertical direction) can be acquired.
ここで、第2実施形態の撮像装置における画素の構造例について説明する。図14は、第2実施形態における画素420の構造を示す断面図である。
図14に示すように、画素420の光電変換面423Lに対応するように、物体側から順に、減光手段405及びオンチップレンズ408Lが配置されている。また、画素420の光電変換面423Rに対応するように、物体側から順に、減光手段405及びオンチップレンズ408Rが配置されている。光電変換面423L、423Rとオンチップレンズ408L、408Rと、の間には、各光電変換面423L、423Rの光電変換領域を規定する遮光部材424がそれぞれ設けられている。また、光軸407L、407Rは、各画素及び光電変換面423L、423Rの中心を通る。
Here, an example of a pixel structure in the imaging apparatus according to the second embodiment will be described. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of the
As shown in FIG. 14, a dimming means 405 and an on-
減光手段405は、透過領域405Tと減光領域405Dを有する。図14に示すように、減光領域405Dは、オンチップレンズ408Lの光軸407Lからオンチップレンズ408Rの光軸407Rまでの領域に対応するように配置され、透過領域405Tは減光領域405Dの外側に配置されている。
The dimming means 405 has a
図15は、第2実施形態の第2変形例に係る画素470の構造を示す断面図である。
図14に示す画素420では、減光手段405をオンチップレンズ408L、408Rの近傍の物体側に配置していたが、図15に示すように、減光手段455をオンチップレンズ458L、458Rの近傍の光電変換面473L、473R側に配置することもできる。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a structure of a
In the
光電変換面473L、473Rとオンチップレンズ458L、458Rと、の間には、各光電変換面473L、473Rの光電変換領域を規定する遮光部材474がそれぞれ設けられている。また、光軸457L、457Rは、各画素及び光電変換面473L、473Rの中心を通る。
Between the photoelectric conversion surfaces 473L and 473R and the on-
減光手段455は、透過領域455Tと減光領域455Dを有する。図15に示すように、減光領域455Dは、オンチップレンズ458Lの光軸457Lからオンチップレンズ458Rの光軸457Rまでの領域に対応するように配置され、透過領域455Tは、減光領域455Dの外側に配置されている。
The light reduction means 455 has a
なお、撮像素子の受光する光量は、減光領域の減光量によって設定できる。 Note that the amount of light received by the image sensor can be set by the amount of light reduction in the light reduction region.
図16は、第1比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。図17は、第2比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。図18は、第3比較例に係る撮像素子の画素と減光手段を、光軸の方向から重ねて見た平面図である。 FIG. 16 is a plan view of the pixels of the image sensor according to the first comparative example and the dimming unit viewed from the direction of the optical axis. FIG. 17 is a plan view of the pixels of the image sensor according to the second comparative example and the dimming unit viewed from the direction of the optical axis. FIG. 18 is a plan view of the pixels of the image sensor according to the third comparative example and the dimming unit viewed from the direction of the optical axis.
上述のとおり、第2実施形態及びその変形例に係る撮像装置においては、画素を減光領域と透過領域で半分ずつ覆う構成をとっていた。これに対して、図16〜図19に示すように、減光領域を画素の半分としない構成も考えられる。この構成でも位相差情報は取得できるが、図16に示すように、減光領域501を透過領域502より広くすると画素の受光量が少なくなり画質の低下につながる。また、図17のように、遮光領域511を透過領域512よりも狭くし、画素の中心部を残すように構成すると、デフォーカス検出精度が劣化する。さらに、図18に示すように、遮光領域521を透過領域522より狭くし、画素の周辺部を残すように構成すると、撮影レンズのF値を大きくしたときにデフォーカス検出が困難になる。したがって、画素は、減光領域と透過領域で半分ずつ覆うことが好ましい。
As described above, in the imaging device according to the second embodiment and the modification thereof, the configuration is such that the pixels are covered by the dimming region and the transmission region in half. On the other hand, as shown in FIGS. 16 to 19, a configuration in which the dimming region is not half of the pixel is also conceivable. Although phase difference information can be acquired with this configuration as well, as shown in FIG. 16, if the
第2実施形態及びその変形例に係る撮像装置は、カラー画像を取得できるように構成することができる。図19は、第2実施形態における撮像素子の画素と減光手段550の配置を示す図であって、光軸の方向から見た平面図である。
減光手段550は、透過領域550Tと減光領域550Dからなり、撮像素子の各画素を、第1方向A1又は第2方向B1において2等分するように配置されている。減光領域550Dは、所謂NDフィルタと同様の構成が好ましく、とくに光吸収型であると反射によるフレアーが発生せず好ましい。また、減光領域550Dの透過率は透過領域320Tに対して50%以上85%以下が好ましい。
The imaging device according to the second embodiment and its modification can be configured to acquire a color image. FIG. 19 is a diagram showing the arrangement of the pixels of the image sensor and the light reducing means 550 in the second embodiment, and is a plan view seen from the direction of the optical axis.
The light reduction means 550 includes a
図19に示す例では、減光領域550Dにより、撮像素子の画素は、右半分が覆われている画素集合R(例えばL01F01、L02F01)と、左半分が覆われている画素集合L(例えばL03F03、L04F03)と、上半分が覆われている画素集合U(例えばL01F03、L02F03)と、下半分が覆われている画素集合S(例えばL03F01、L04F01)と、に分けられる。撮像素子の画素のうち、減光領域550Dで覆われていない領域は透過領域550Tに対応している。減光領域550Dは、撮像素子の画素がL01F01から2行2列ごとに同じ画素集合に属するように、配置されている。
In the example illustrated in FIG. 19, the pixels of the imaging element are pixel sets R (for example, L01F01 and L02F01) whose right half is covered and pixel sets L (for example, L03F03) whose left half is covered by the
以上の構成の撮像素子に、図10に示すカラーフィルタを重ねて構成するとカラー画像の取得が可能となる。
図20は、第2実施形態の第3変形例に係る画素620の構造例を示す断面図である。
図20に示すように、画素620の光電変換面623Lに対応するように、物体側から順に、減光手段610、オンチップレンズ608L、及び、カラーフィルタ630が配置されている。また、画素620の光電変換面623Rに対応するように、物体側から順に、減光手段610、オンチップレンズ608R、及び、カラーフィルタ630が配置されている。光電変換面623L、623Rとオンチップレンズ608L、608Rと、の間には、各光電変換面623L、623Rの光電変換領域を規定する遮光部材624がそれぞれ設けられている。また、光軸607L、607Rは、各画素及び光電変換面623L、623Rの中心を通る。
When the color filter shown in FIG. 10 is configured to overlap the image sensor having the above configuration, a color image can be acquired.
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a structure example of a
As shown in FIG. 20, a
減光手段610は、透過領域610Tと減光領域610Dを有する。図20に示す例では、透過領域610Tと減光領域610Dは、光電変換面623Lに対応する領域においては、オンチップレンズ608Lの光軸607Lを境界として両側にそれぞれ配置され、光電変換面623Rに対応する領域においては、オンチップレンズ608Rの光軸607Rを境界として両側にそれぞれ配置されている。
The light reduction means 610 has a
図21は、第2実施形態の第4変形例に係る画素620の構造例を示す断面図である。
図21に示すように、画素670の光電変換面673Lに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ658L、減光手段660、及び、カラーフィルタ680が配置されている。また、画素670の光電変換面673Rに対応するように、物体側から順に、オンチップレンズ658R、減光手段660、及び、カラーフィルタ680が配置されている。光電変換面673L、673Rとオンチップレンズ658L、658Rと、の間には、各光電変換面673L、673Rの光電変換領域を規定する遮光部材674がそれぞれ設けられている。また、光軸657L、657Rは、各画素及び光電変換面673L、673Rの中心を通る。
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a
As illustrated in FIG. 21, an on-chip lens 658 </ b> L, a
減光手段660は、透過領域660Tと減光領域660Dを有する。図21に示す例では、透過領域660Tと減光領域660Dは、光電変換面673Lに対応する領域においては、オンチップレンズ658Lの光軸657Lを境界として両側にそれぞれ配置され、光電変換面673Rに対応する領域においては、オンチップレンズ658Rの光軸657Rを境界として両側にそれぞれ配置されている。
The light reduction means 660 has a
上述のように、第4変形例では、減光手段660とカラーフィルタ680を画素のオンチップレンズ658L、658Rの近傍の光電変換面673L、673R側に配置している。このように構成することでクロストークの影響を小さくできる。なお、減光手段660とカラーフィルタ680の順序はこの逆でもよい。このように構成することで、カラー画像が取得できる。
なお、第2実施形態のその他の構成、作用、効果、変形例については、第1実施形態と同様である。
As described above, in the fourth modification, the
In addition, about another structure, an effect | action, an effect, and a modification of 2nd Embodiment, it is the same as that of 1st Embodiment.
ここで、第1実施形態、第2実施形態、又はこれらの変形例に係る撮像装置を適用したカメラシステムの構成及び処理の概要について説明する。図22は、レンズ交換式のカメラシステム(撮像システム)の構成をより詳細に示すブロック図である。 Here, an outline of the configuration and processing of the camera system to which the imaging device according to the first embodiment, the second embodiment, or the modifications thereof is applied will be described. FIG. 22 is a block diagram showing in more detail the configuration of an interchangeable lens camera system (imaging system).
まず、図22に示す、レンズ交換式のカメラシステムで、カメラボディ(カメラ本体)700のボディマウント/レンズマウント結合部701に交換レンズ800が装着されると、カメラボディ700側でレンズの装着が検知される。
次に、交換レンズ800内のレンズ情報記録部806に記憶された、ディストーション情報、繰り出し量情報等がカメラボディ700内のレンズ情報格納部703へ転送、記録される。このとき、レンズ情報記録部806にディストーションデータがない場合、ディストーション量を0としてレンズ情報格納部703に記録しても良い。
First, in the interchangeable lens camera system shown in FIG. 22, when the
Next, distortion information, feed amount information, and the like stored in the lens information recording unit 806 in the
使用者がレリーズボタン(シャッターボタン)702を半押しにする等の操作をすることにより測距開始の指示信号がカメラコントローラ710へ出力される。このとき、測距部位を設定する処理をいれてもよい。この測距部位の設定は使用者がマニュアルで設定してもよいし、カメラであらかじめ設定された規則に従い設定しても良い。
When the user performs an operation such as half-pressing a release button (shutter button) 702, a ranging start instruction signal is output to the
測距が開始されると、撮像素子721の各画素は、光電変換を実施する。このとき、必要に応じて選択的に光電変換する画素を設定しても良い。
光電変換された信号は、ADC(アナログデジタル変換回路)722によりデジタル信号に変換され、前処理部717へ出力される。この信号は、前処理部717において、画像処理部715、711での処理に適した形式に変換処理される。また、撮像素子721は、カメラコントローラ710によって制御されたTG(タイミングジェネレータ)からの出力にしたがって動作する。
When ranging is started, each pixel of the
The photoelectrically converted signal is converted into a digital signal by an ADC (analog / digital conversion circuit) 722 and output to the
測距が開始されると、交換レンズ800のズーム状態算出部812に記憶されたフォーカスレンズ位置情報は、カメラボディ700内のレンズ状態記録部704へ転送、記録される。ここで、交換レンズ800がズームレンズの場合、フォーカスレンズ位置情報に加えて焦点距離の状態の情報を転送しても良い。フォーカスレンズ位置情報は、ズームレンズ群位置検出部804が検出した、フォーカスレンズ801を含む撮影レンズ系802の位置情報に基づいて、ズーム状態算出部812が所定の方法により算出した情報である。
When the distance measurement is started, the focus lens position information stored in the zoom
上述の光電変換により、画像処理部711は、測距部位の第1画素集合Aの光電変換情報を取得し、A像を形成する。
Through the above-described photoelectric conversion, the
さらに、画像処理部711(補正部)は、形成したA像を、ボディ内のレンズ情報格納部703に転送されたディストーション情報を用いて補正することにより、A1像に変換する。
Further, the image processing unit 711 (correction unit) converts the formed A image into an A1 image by correcting the distortion using the distortion information transferred to the lens
また、上述の光電変換により、画像処理部711は、測距部位の第2画素集合Bの光電変換情報を取得し、B像を形成する。
ここで、第1画素集合Aは1つの光電変換セル群を構成し、第2画素集合Bは、別の光電変換セル群を構成する。
In addition, through the photoelectric conversion described above, the
Here, the first pixel set A constitutes one photoelectric conversion cell group, and the second pixel set B constitutes another photoelectric conversion cell group.
さらに、画像処理部711は、形成したB像を、レンズ情報格納部703に転送されたディストーション情報を用いて補正することにより、B1像に変換する。
位相差量算出部713は、A1像とB1像を比較し、デフォーカス量を算出するための位相差量S1を算出する。
Further, the
The phase
レンズ駆動量算出部714は、すでに算出した位相差量S1が所定量内である場合、合焦状態と判断し、所定量を超えていると非合焦状態と判断する。ここで、所定量は、最小錯乱円径から算出される像面深度から設定してもよいし、撮影レンズからの情報を参照しても良い。
The lens drive
位相差量S1が所定量を超えていると判断した場合、位相差量S1と、レンズ情報格納部703に記録した繰り出し量情報と、レンズ状態記録部704に記録したフォーカスレンズ位置等の情報と、から、レンズ駆動量算出部714は、レンズ繰り出し量D1を算出する。繰り出し量D1の算出方法は、従来の位相差AFと同じ方法を使用できる。なお、繰り出し量D1は、繰り出し方向の量であってもよいし、フォーカスレンズ801を駆動するフォーカスレンズ駆動部803(モータ)の駆動パルス等の制御値であっても良い。
When it is determined that the phase difference amount S1 exceeds the predetermined amount, the phase difference amount S1, the feed amount information recorded in the lens
カメラコントローラ710は、算出された繰り出し量D1の情報を交換レンズ800のレンズコントローラ810へ転送する。転送された繰り出し量D1に基づいて、フォーカスレンズ制御部811は、フォーカスレンズ駆動部803によりフォーカスレンズ801を繰り出し量D1だけ駆動させる。このとき、フォーカスレンズ制御部811は、フォーカスレンズ位置検出部805が検出したフォーカスレンズ801の位置情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部803を制御する。なお、カメラコントローラ710とレンズコントローラ810との間の通信は、カメラコントローラ710内の通信制御部718によって制御される。
The
フォーカスレンズ801を駆動した後は、測距開始後のステップに戻り、カメラコントローラ710は、合焦状態になったどうかを確認する。
After driving the
一方、レンズ駆動量算出部714が、位相差量S1は所定量以内であると判断した場合、撮像素子721の各画素で光電変換が行われる。画像処理部715は、光電変換した信号に基づいて、画像形成を行う。すなわち、画像処理部715は撮影画像を生成する。形成された画像は、圧縮部716で所定の形式で圧縮され、画像記録部731(画像記録手段)に記録される。また、圧縮された画像は、画像表示部732に表示される。
On the other hand, when the lens drive
画像処理部715における画像形成においては、画像形成のほか、レンズ情報格納部703に記録された情報で画像全体に適した画像処理を行っても良い。
画像記録部731は、カメラボディ700内に設けたメモリでも良いし、カメラボディ700に装着された外部メモリでもよい。
In image formation in the
The
以上のように、本発明に係る撮像装置は、高い測距性能を有し、画質劣化の少ない撮像装置を簡易な構成で実現することが求められる場合に有用である。 As described above, the image pickup apparatus according to the present invention is useful when it is required to realize an image pickup apparatus having high ranging performance and little image quality deterioration with a simple configuration.
101 光軸
102 撮影レンズ
103 撮像素子
103a 第1画素集合
103b 第2画素集合
104 開口絞り
105 減光手段
106L 第1偏光領域
106R 第2偏光領域
106T 透過領域
107L、107R 光軸
108L、108R オンチップレンズ
109L、109R 偏光子
120 画素
123L、123R 光電変換面
124 遮光部材
155 減光手段
161L 第1偏光領域
161R 第2偏光領域
205 減光手段
205H 水平線
205V 垂直線
212L 第1偏光領域
212R 第2偏光領域
212T 透過領域
213LC、213RC 面積重心
214LH、214LV、214RH、214RV 面積重心相当位置
250 画素
253 撮像素子
253a 第1画素集合
253b 第2画素集合
260 カラーフィルタ
301 光軸
302 撮影レンズ
310 減光手段
320 撮像素子
320D 減光領域
320T 透過領域
360 減光手段
370 撮像素子
370D 減光領域
370T 透過領域
405 減光手段
405D 減光領域
405T 透過領域
407L、407R 光軸
408L、408R オンチップレンズ
420 画素
423L、423R 光電変換面
424 遮光部材
455 減光手段
455D 減光領域
455T 透過領域
457L、457R 光軸
458L、458R オンチップレンズ
470 画素
473L、473R 光電変換面
474 遮光部材
501、511、521 減光領域
502、512、522 透過領域
550 減光手段
550D 減光領域
550T 透過領域
607L、607R 光軸
608L、608R オンチップレンズ
610 減光手段
610D 減光領域
610T 透過領域
620 画素
623L、623R 光電変換面
624 遮光部材
630 カラーフィルタ
657L、657R 光軸
658L、658R オンチップレンズ
660 減光手段
660D 減光領域
660T 透過領域
670 画素
673L、673R 光電変換面
674 遮光部材
680 カラーフィルタ
700 カメラボディ
703 レンズ情報格納部
704 レンズ状態記録部
710 カメラコントローラ
711、715 画像処理部
713 位相差量算出部
714 レンズ駆動量算出部
721 撮像素子
731 画像記録部
732 画像表示部
800 交換レンズ
801 フォーカスレンズ
802 撮影レンズ系
803 フォーカスレンズ駆動部
804 ズームレンズ群位置検出部
805 フォーカスレンズ位置検出部
806 レンズ情報記録部
810 レンズコントローラ
811 フォーカスレンズ制御部
812 ズーム状態算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Optical axis 102 Shooting lens 103 Image pick-up element 103a 1st pixel set 103b 2nd pixel set 104 Aperture stop 105 Dimming means 106L 1st polarization area 106R 2nd polarization area 106T Transmission area 107L, 107R Optical axis 108L, 108R On-chip lens 109L, 109R Polarizer 120 Pixels 123L, 123R Photoelectric conversion surface 124 Light blocking member 155 Light attenuation means 161L First polarization area 161R Second polarization area 205 Light attenuation means 205H Horizontal line 205V Vertical line 212L First polarization area 212R Second polarization area 212T Transmission region 213LC, 213RC Area center of gravity 214LH, 214LV, 214RH, 214RV Area center of gravity equivalent position 250 pixels 253 Image sensor 253a First pixel group 253b Second pixel group 260 Color filter 301 Optical axis 302 Imaging lens 310 Dimming means 320 Imaging element 320D Dimming area 320T Transmission area 360 Dimming means 370 Imaging element 370D Dimming area 370T Transmission area 405 Dimming means 405D Dimming area 405T Transmission area 407L, 407R Optical axis 408L, 408R On-chip lens 420 Pixel 423L, 423R Photoelectric conversion surface 424 Light blocking member 455 Light reduction means 455D Light reduction region 455T Transmission region 457L, 457R Optical axis 458L, 458R On-chip lens 470 Pixel 473L, 473R Photoelectric conversion surface 474 501, 511, 521 Dimming area 502, 512, 522 Transmission area 550 Dimming means 550 D Dimming area 550 T Transmission area 607 L, 607 R Optical axis 608 L, 608 R On-chip lens 610 Dimming means 610D Dimming area 610T Transmission area 620 Pixel 623L, 623R Photoelectric conversion surface 624 Light blocking member 630 Color filter 657L, 657R Optical axis 658L, 658R On-chip lens 660 Dimming means 660D Dimming area 660T Transmission area 670 Pixel 67 673R photoelectric conversion surface 674 light shielding member 680 color filter 700 camera body 703 lens information storage unit 704 lens state recording unit 710 camera controller 711, 715 image processing unit 713 phase difference amount calculating unit 714 lens driving amount calculating unit 721 imaging element 731 image recording 732 Image display unit 800 Interchangeable lens 801 Focus lens 802 Shooting lens system 803 Focus lens drive unit 804 Zoom lens group position detection unit 805 Focus lens position Detector 806 lens information recording section 810 the lens controller 811 a focus lens control unit 812 zoom state calculating section
Claims (4)
2次元的に配列された複数の画素と前記複数の画素に対応して光電変換面前方に配置されたオンチップレンズとを有する撮像素子を備え、
前記複数の画素は、それぞれが所定の入射角度範囲を持つ光束を受光する1つ以上の画素によって形成される画素集合を少なくとも2種類以上有し、
前記所定の入射角度範囲を持つ光束を減光するように、それぞれの前記画素集合の光電変換面前方に配置される減光手段と、
少なくとも2種類の画素集合からの出力信号を互いに比較することで位相差量を算出する位相差量算出部と、
画素情報から画像形成を行う画像処理部と、
を有し、
前記減光手段は、前記オンチップレンズの近傍に配置され、前記オンチップレンズの一部を覆うように離散的に配置され、且つ、実質的に色情報を失わない光吸収型のNDフィルタであり、下記の条件式(3)を満たすことを特徴とする撮像装置。
50%≦T≦85% ・・・(3)
但し、Tは透過率である。 An imaging device in which a photographic lens can be attached or a photographic lens is fixed,
An imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally and an on-chip lens arranged in front of the photoelectric conversion surface corresponding to the plurality of pixels ;
The plurality of pixels each include at least two types of pixel sets formed by one or more pixels that receive a light flux having a predetermined incident angle range,
A dimming means disposed in front of the photoelectric conversion surface of each of the pixel sets so as to dimm the luminous flux having the predetermined incident angle range;
A phase difference amount calculation unit that calculates a phase difference amount by comparing output signals from at least two types of pixel sets;
An image processing unit for forming an image from pixel information;
Have
The dimming means is a light absorption type ND filter that is disposed in the vicinity of the on-chip lens, is discretely disposed so as to cover a part of the on-chip lens, and does not substantially lose color information. There, an imaging apparatus characterized by satisfying the following conditional expression (3).
50% ≦ T ≦ 85% (3)
Where T is the transmittance.
前記2種類の画素集合からの出力信号は、前記画素集合Lと前記画素集合Rの左右方向の出力信号であることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 3. The imaging apparatus according to claim 1, wherein output signals from the two types of pixel sets are output signals in the horizontal direction of the pixel set L and the pixel set R. 4.
前記2種類の画素集合からの出力信号は、前記画素集合Lと前記画素集合Rの左右方向の出力信号、又は、前記画素集合Uと前記画素集合Sの上下方向の出力信号であることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 The output signals from the two types of pixel sets are output signals in the horizontal direction of the pixel set L and the pixel set R, or output signals in the vertical direction of the pixel set U and the pixel set S. The imaging apparatus according to claim 1 or 2.
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