JP6802633B2 - Image sensor, image sensor, image generation method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子、撮像装置、画像生成方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an image sensor, an image sensor, an image generation method, and a program.
近年、撮像素子で視点の異なる複数の像を得ることで焦点検出を行う装置が提案されている。また、カラー撮像と焦点検出とを両立させるための提案もなされている。特許文献1では、被写体空間の光の2次元強度分布と光線の角度情報、即ち視点の異なる画像を同時に取得する撮像装置が開示されている。ここで、光の2次元強度分布と光線の角度情報を合わせて光線空間情報(又はライトフィールド情報)と呼ぶ。光線空間情報を取得することで、被写体空間の3次元的な情報を得ることができる。前述の撮像装置では、複数の画素に跨るようにマイクロレンズを設けると共に、カラーフィルタを画素ごとに設けている。 In recent years, a device for performing focus detection by obtaining a plurality of images having different viewpoints with an image sensor has been proposed. In addition, proposals have been made to achieve both color imaging and focus detection. Patent Document 1 discloses an imaging device that simultaneously acquires two-dimensional intensity distribution of light in a subject space and angle information of light rays, that is, images having different viewpoints. Here, the two-dimensional intensity distribution of light and the angle information of light rays are collectively referred to as light ray space information (or light field information). By acquiring the ray space information, it is possible to obtain three-dimensional information on the subject space. In the above-mentioned imaging device, a microlens is provided so as to straddle a plurality of pixels, and a color filter is provided for each pixel.
カラー撮像と焦点検出を両立させる別の構成として、特許文献2は、画素ごとに設けたマイクロレンズに対して、瞳分割方向に偏って開口を設けると共に、近接する最小色配列の同色画素間において開口が対称関係となる撮像素子を開示している。 As another configuration for achieving both color imaging and focus detection, Patent Document 2 provides an aperture biased in the pupil division direction with respect to a microlens provided for each pixel, and between pixels of the same color having the smallest adjacent color arrangement. An image sensor in which the apertures have a symmetrical relationship is disclosed.
しかしながら、特許文献1の撮像装置では、1つのマイクロレンズ下に複数の画素が存在し、マイクロレンズが空間的なローパスフィルタとして作用するので、解像度が劣化しやすい。また、1つのマイクロレンズ下で色補間処理を行うため、ピントが合っていないときには、不適切な補間がなされる可能性がある。 However, in the image pickup apparatus of Patent Document 1, a plurality of pixels exist under one microlens, and the microlens acts as a spatial low-pass filter, so that the resolution tends to deteriorate. Further, since the color interpolation processing is performed under one microlens, inappropriate interpolation may be performed when the color is out of focus.
また、特許文献2は、焦点検出のみに注目しているので瞳分割方向と対称という概念のみが開示されている。そのため、特許文献2の技術は、光線空間情報を取得可能な撮像装置への展開が容易ではない。また、特許文献2の撮像装置は、同色かつ対称関係にある画素信号を均等に参照して欠落色情報を補間するため、ピントが合っていないときには不適切な補間がなされる可能性がある。 Further, since Patent Document 2 focuses only on focus detection, only the concept of symmetry with the pupil division direction is disclosed. Therefore, the technique of Patent Document 2 is not easy to develop into an imaging device capable of acquiring ray space information. Further, since the image pickup apparatus of Patent Document 2 evenly refers to pixel signals having the same color and a symmetric relation to interpolate the missing color information, improper interpolation may be performed when the image is out of focus.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ピント状態に応じて画質劣化を抑制する色補間処理を実行可能にする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique for enabling color interpolation processing for suppressing image quality deterioration according to a focus state.
上記課題を解決するために、本発明は、各々が光電変換部を含む複数の画素と、画素単位に配置されたマイクロレンズと、縦ncx横mc(nc及びmcは2以上の整数)の最小色配列の繰り返しで前記画素単位に配置されたカラーフィルタと、前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に前記画素単位に配置された、開口及び遮光部を有するマスク手段と、を備え、前記マスク手段は、開口位置の縦方向及び横方向のパターンの数をそれぞれnd及びmd(nd及びmdは2以上の整数)とした場合に、同じ色のカラーフィルタ及び同じ開口位置の組み合わせが縦(nc*nd*a)x横(mc*md*b)(a及びbは自然数)の最小単位配列の繰り返しで表れ、前記最小単位配列において特定の開口位置に対応する全画素のカラーフィルタが、前記最小色配列と同じ比率で各色を含み、(n d *m d )の開口位置のパターンのいずれについても、当該パターンに対応する画素が前記最小単位配列のどの列にもどの行にも存在するように構成されることを特徴とする撮像素子を提供する。 In order to solve the above problems, in the present invention, a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit, microlenses arranged in pixel units, and vertical n c x horizontal mc (n c and mc are 2 or more). A color filter arranged in pixel units by repeating the minimum color arrangement of), and a mask means having an aperture and a light-shielding portion arranged in pixel units between the photoelectric conversion unit and the microlens. , wherein the mask means is vertical and the number of horizontal pattern when a n d and m d (n d and m d is an integer of 2 or more) each, the color filters of the same color in the open position And the combination of the same opening position appears by repeating the minimum unit array of vertical (n c * nd * a) x horizontal ( mc * m d * b) (a and b are natural numbers), and is specified in the minimum unit array. pixel color filters of all the pixels, looking contains each color at the same rate as the minimum color sequence, for any pattern of open position of the (n d * m d) also corresponding to the pattern corresponding to the opening position of the Provided is an imaging device characterized in that is configured to be present in any column and in any row of the smallest unit array .
なお、その他の本発明の特徴は、添付図面及び以下の発明を実施するための形態における記載によって更に明らかになるものである。 In addition, other features of the present invention will be further clarified by the accompanying drawings and the description in the form for carrying out the following invention.
本発明によれば、ピント状態に応じて画質劣化を抑制する色補間処理を実行することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to execute a color interpolation process that suppresses image quality deterioration according to a focus state.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に必須とは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The technical scope of the present invention is determined by the scope of claims, and is not limited by the following individual embodiments. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the present invention.
[第1の実施形態]
図2(a)は、撮像装置1及びレンズユニット2の中央断面図であり、図2(b)は、撮像装置1及びレンズユニット2の電気的構成を示すブロック図である。図2(a)及び図2(b)において、同一の符号は同一の構成要素を示す。
[First Embodiment]
FIG. 2A is a central sectional view of the image pickup apparatus 1 and the lens unit 2, and FIG. 2B is a block diagram showing an electrical configuration of the image pickup apparatus 1 and the lens unit 2. In FIGS. 2 (a) and 2 (b), the same reference numerals indicate the same components.
最初に、図2(a)を参照する。1は撮像装置を、2は撮像装置1に装着されたレンズユニットを、3は複数のレンズからなる撮影光学系を、4は撮影光学系3の光軸を、6は撮像素子を、9は表示部を、それぞれ示す。また、11は撮像装置1及びレンズユニット2の電気接点を、12はレンズユニット2に設けられたレンズシステム制御部を、14はクイックリターン機構を、16は撮像装置1に設けられたファインダ表示部を、それぞれ示す。 First, refer to FIG. 2 (a). 1 is an imaging device, 2 is a lens unit mounted on the imaging device 1, 3 is a photographing optical system composed of a plurality of lenses, 4 is an optical axis of the photographing optical system 3, 6 is an imaging element, and 9 is. Each display unit is shown. Further, 11 is an electrical contact of the image pickup device 1 and the lens unit 2, 12 is a lens system control unit provided in the lens unit 2, 14 is a quick return mechanism, and 16 is a finder display unit provided in the image pickup device 1. Are shown respectively.
次に、図2(b)を参照する。カメラ1及びレンズユニット2からなるカメラシステムは、撮像系、画像処理系、記録再生系、及び制御系を有する。撮像系は、撮影光学系3及び撮像素子6を含む。画像処理系は、画像処理部7を含む。記録再生系は、メモリ部8及び表示部9を含む。制御系は、カメラシステム制御部5、操作検出部10、レンズシステム制御部12、及びレンズ駆動部13を含む。レンズ駆動部13は、焦点レンズ、ブレ補正レンズ、及び絞りなどを駆動することができる。 Next, refer to FIG. 2 (b). The camera system including the camera 1 and the lens unit 2 includes an imaging system, an image processing system, a recording / reproducing system, and a control system. The image pickup system includes a photographing optical system 3 and an image pickup element 6. The image processing system includes an image processing unit 7. The recording / playback system includes a memory unit 8 and a display unit 9. The control system includes a camera system control unit 5, an operation detection unit 10, a lens system control unit 12, and a lens drive unit 13. The lens driving unit 13 can drive a focus lens, a blur correction lens, an aperture, and the like.
撮像系は、物体からの光を、撮影光学系3を介して撮像素子6の撮像面に結像する光学処理系である。撮像素子6の表面にはマイクロレンズが格子状に配置してあり、いわゆるマイクロレンズアレイ(MLA)を形成している。MLAの機能や配置の詳細については、図3を用いて後述する。後述するように、撮像素子6から位相差の情報が得られるので、この情報に基づいて適切に撮影光学系3を調整することで、撮像素子6近傍で被写体像を結像することができる。 The image pickup system is an optical processing system that forms an image of light from an object on the image pickup surface of the image pickup device 6 via the photographing optical system 3. Microlenses are arranged in a grid pattern on the surface of the image sensor 6 to form a so-called microlens array (MLA). Details of the functions and arrangement of the MLA will be described later with reference to FIG. As will be described later, since the phase difference information can be obtained from the image sensor 6, the subject image can be formed in the vicinity of the image sensor 6 by appropriately adjusting the photographing optical system 3 based on this information.
画像処理部7は、内部にA/D変換器、ホワイトバランス調整回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成することができる。画像処理部7は、ベイヤ配列の信号から色補間処理(デモザイキング処理)を施してカラー画像を生成する。 The image processing unit 7 has an A / D converter, a white balance adjustment circuit, a gamma correction circuit, an interpolation calculation circuit, and the like inside, and can generate an image for recording. The image processing unit 7 performs color interpolation processing (demosizing processing) from the signals of the Bayer array to generate a color image.
メモリ部8は、メモリに加えて、記録に必要な処理回路を備えている。メモリ部8は、メモリへのデータの出力を行うと共に、表示部9に出力する画像を生成及び保存する。また、メモリ部8は、予め定められた方法を用いて画像、動画、及び音声などの圧縮を行う。 The memory unit 8 includes a processing circuit necessary for recording in addition to the memory. The memory unit 8 outputs data to the memory, and also generates and stores an image to be output to the display unit 9. In addition, the memory unit 8 compresses images, moving images, sounds, and the like using a predetermined method.
カメラシステム制御部5は、撮像の際のタイミング信号などを生成して出力する。また、カメラシステム制御部5は、外部操作に応じて、撮像系、画像処理系、及び記録再生系をそれぞれ制御する。例えば、不図示のシャッターレリーズ釦の押下を操作検出部10が検出すると、カメラシステム制御部5は、撮像素子6の駆動、画像処理部7の動作、及びメモリ部8の圧縮処理などを制御する。更に、カメラシステム制御部5は、表示部9(液晶モニタ等)による情報表示を制御する。また、表示部9はタッチパネルになっており、操作検出部10に接続されている。 The camera system control unit 5 generates and outputs a timing signal or the like at the time of imaging. Further, the camera system control unit 5 controls the imaging system, the image processing system, and the recording / reproducing system, respectively, according to an external operation. For example, when the operation detection unit 10 detects the pressing of the shutter release button (not shown), the camera system control unit 5 controls the drive of the image sensor 6, the operation of the image processing unit 7, the compression processing of the memory unit 8, and the like. .. Further, the camera system control unit 5 controls the information display by the display unit 9 (liquid crystal monitor or the like). Further, the display unit 9 is a touch panel and is connected to the operation detection unit 10.
制御系による撮影光学系3の調整動作について説明する。カメラシステム制御部5には画像処理部7が接続されており、撮像素子6からの信号を元に、適切な焦点位置及び絞り位置を求める。カメラシステム制御部5は、電気接点11を介してレンズシステム制御部12に指令を出し、レンズシステム制御部12は、レンズ駆動部13を適切に制御する。更に、レンズシステム制御部12には手ぶれ検出センサ(不図示)が接続されており、手ぶれ補正を行うモードにおいては、手ぶれ検出センサの信号を元にレンズ駆動部13を介してブレ補正レンズを適切に制御する。 The adjustment operation of the photographing optical system 3 by the control system will be described. An image processing unit 7 is connected to the camera system control unit 5, and an appropriate focus position and aperture position are obtained based on the signal from the image sensor 6. The camera system control unit 5 issues a command to the lens system control unit 12 via the electrical contact 11, and the lens system control unit 12 appropriately controls the lens drive unit 13. Further, a camera shake detection sensor (not shown) is connected to the lens system control unit 12, and in the mode of performing camera shake correction, a blur correction lens is appropriately applied via the lens drive unit 13 based on the signal of the camera shake detection sensor. To control.
図2に示した撮像装置1は、画像の再生も可能である。操作検出部10からの信号によって再生モードになった場合には、撮像装置1は、取得した画像を表示部9に表示する。視点の異なる複数の像を提示する場合、適当なフォーカス位置及び絞り値で画像を再構成(いわゆる現像)して表示する。 The image pickup apparatus 1 shown in FIG. 2 can also reproduce an image. When the reproduction mode is set by the signal from the operation detection unit 10, the image pickup apparatus 1 displays the acquired image on the display unit 9. When presenting a plurality of images having different viewpoints, the images are reconstructed (so-called developed) at appropriate focus positions and aperture values and displayed.
図3は、撮影光学系3の説明図である。本実施形態の撮影光学系3は、複数の視点からの被写体像を取得可能なように構成されている。以下の説明においては、複数の視点からの被写体像を取得するための構成を瞳分割手段と呼ぶ。瞳分割手段は、撮影光学系3の結像面近傍にMLAを配置すると共に、撮像素子6内にマスク層を配置することにより構成される。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the photographing optical system 3. The photographing optical system 3 of the present embodiment is configured so that a subject image can be acquired from a plurality of viewpoints. In the following description, a configuration for acquiring a subject image from a plurality of viewpoints is referred to as a pupil dividing means. The pupil dividing means is configured by arranging the MLA in the vicinity of the image plane of the photographing optical system 3 and arranging the mask layer in the image sensor 6.
図3(a)は、撮像素子6とマイクロレンズ20の関係を模式的に示す図である。図3(b)は、撮像素子6の画素と瞳分割手段の対応を示す模式図である。図3(c)は、瞳分割手段によって画素が特定の瞳領域と対応づけられることを示す図である。 FIG. 3A is a diagram schematically showing the relationship between the image sensor 6 and the microlens 20. FIG. 3B is a schematic diagram showing the correspondence between the pixels of the image sensor 6 and the pupil dividing means. FIG. 3C is a diagram showing that the pixel is associated with a specific pupil region by the pupil dividing means.
図3(a)に示すように、撮像素子6上には画素ごとにマイクロレンズ20が設けられており、マイクロレンズ20の前側主点は、撮影光学系3の結像面近傍になるように配置されている。マイクロレンズ20は、後述するマスク層と対になって、瞳分割手段を構成する。図3(a)は、撮像装置1の横からと、正面からマイクロレンズ20を見た状態を示している。撮像装置1の正面から見ると、MLAが撮像素子6を覆うように配置されている。なお、図3(a)では、マイクロレンズ20を見やすくするために大きく記載したが、実際には各マイクロレンズ20は画素と同じ大きさしかない。 As shown in FIG. 3A, a microlens 20 is provided for each pixel on the image sensor 6, and the front principal point of the microlens 20 is located near the image plane of the photographing optical system 3. Have been placed. The microlens 20 is paired with a mask layer described later to form a pupil dividing means. FIG. 3A shows a state in which the microlens 20 is viewed from the side of the image pickup apparatus 1 and from the front. When viewed from the front of the image pickup device 1, the MLA is arranged so as to cover the image pickup device 6. In FIG. 3A, the microlens 20 is shown large in order to make it easy to see, but in reality, each microlens 20 has only the same size as a pixel.
図3(b)は、図3(a)の撮像装置1の正面からの図を一部拡大した図である。図3(b)に示す格子状の枠は、撮像素子6の画素を示している。また、詳細は図3(c)を用いて後述するが、瞳分割手段を構成するマスク層が予め定められた配列で配置されている。 FIG. 3B is a partially enlarged view of the image pickup apparatus 1 of FIG. 3A from the front. The grid-like frame shown in FIG. 3B shows the pixels of the image sensor 6. Further, as will be described in detail later with reference to FIG. 3C, the mask layers constituting the pupil dividing means are arranged in a predetermined arrangement.
図3(c)は、図3(b)の断面記号に沿って撮像素子6を切断した断面図と、射出瞳面との対応を説明するための図である。実際には、図3(c)下方に示した断面図と方向を合わせると、図3(c)上方の射出瞳面は図3(c)の紙面垂直方向になるが、説明のために投影方向を変化させている。また、図3(c)においては、説明を簡単にするために1次元の投影/信号処理について説明する。実際の撮像装置においては、図3(c)の構成が2次元に拡張される。 FIG. 3C is a diagram for explaining the correspondence between the cross-sectional view of the image sensor 6 cut along the cross-sectional symbol of FIG. 3B and the exit pupil surface. Actually, when the direction is aligned with the cross-sectional view shown in the lower part of FIG. 3C, the exit pupil surface in the upper part of FIG. 3C is in the vertical direction of the paper surface in FIG. 3C, but it is projected for explanation. The direction is changing. Further, in FIG. 3C, one-dimensional projection / signal processing will be described for the sake of simplicity. In an actual imaging device, the configuration of FIG. 3C is expanded two-dimensionally.
図3(c)に示した撮像素子6においては、シリコン基板30の内部に、画素信号を生成する光電変換部31が形成されている。光電変換部31で発生した信号電荷は、フローティングディフュージョン部(不図示)、第1の電極41、及び第2の電極42を介して外部に出力される。光電変換部31と電極41との間には層間絶縁膜32が形成され、電極41と電極42との間には層間絶縁膜33が形成されている。また、電極42の光入射側には層間絶縁膜34が形成され、更にパッシベーション膜35及び平坦化層36が形成されている。平坦化層36の光入射側には、カラーフィルタ層37、平坦化層38、及びマイクロレンズ20が形成されている。ここで、マイクロレンズ20のパワーは、撮影光学系3のレンズの射出瞳と光電変換部31とが略共役になるように設定されている。また、撮像素子6の中央に位置する画素では、マイクロレンズ20は画素の中心に配設され、撮像素子6の周辺に位置する画素では、マイクロレンズ20は撮影光学系3の光軸4側に偏位して配設される。 In the image sensor 6 shown in FIG. 3C, a photoelectric conversion unit 31 that generates a pixel signal is formed inside the silicon substrate 30. The signal charge generated by the photoelectric conversion unit 31 is output to the outside via the floating diffusion unit (not shown), the first electrode 41, and the second electrode 42. An interlayer insulating film 32 is formed between the photoelectric conversion unit 31 and the electrode 41, and an interlayer insulating film 33 is formed between the electrode 41 and the electrode 42. Further, an interlayer insulating film 34 is formed on the light incident side of the electrode 42, and a passivation film 35 and a flattening layer 36 are further formed. A color filter layer 37, a flattening layer 38, and a microlens 20 are formed on the light incident side of the flattening layer 36. Here, the power of the microlens 20 is set so that the exit pupil of the lens of the photographing optical system 3 and the photoelectric conversion unit 31 are substantially conjugated. Further, in the pixel located in the center of the image sensor 6, the microlens 20 is arranged in the center of the pixel, and in the pixel located in the periphery of the image sensor 6, the microlens 20 is located on the optical axis 4 side of the photographing optical system 3. Displaced and arranged.
撮影光学系3を透過した被写体光は、撮像素子6近傍に集光する。また、撮像素子6の各画素に到達した光は、マイクロレンズ20で屈折され光電変換部31に集光する。更には、撮影光学系3の焦点検出を行うために、電極41の一部が光電変換部31を覆うように構成されている。電極41で瞳から届く光束の一部を遮るので、電極41の層をマスク層と呼ぶことにする。マスク層は、開口及び遮光部を有し、予め定められた配列に従って規則的に配置されている。図3(c)下方の断面図では、左に図示された画素は光軸に対して左側が開口しており、右に図示された画素は光軸に対して右側が開口している。即ち、撮像素子6は、画素により位置が異なる複数種の開口を有している。その結果、撮像素子6の各画素は、それぞれ射出瞳の一部の光束のみを捉えて、結果として特定の角度からの入射光のみを捉えるように構成されている。 The subject light transmitted through the photographing optical system 3 is focused in the vicinity of the image sensor 6. Further, the light that reaches each pixel of the image sensor 6 is refracted by the microlens 20 and focused on the photoelectric conversion unit 31. Further, in order to detect the focus of the photographing optical system 3, a part of the electrode 41 is configured to cover the photoelectric conversion unit 31. Since the electrode 41 blocks a part of the light flux reaching from the pupil, the layer of the electrode 41 is called a mask layer. The mask layer has openings and shading portions and is regularly arranged according to a predetermined arrangement. In the lower sectional view of FIG. 3C, the pixel shown on the left has an opening on the left side with respect to the optical axis, and the pixel shown on the right has an opening on the right side with respect to the optical axis. That is, the image sensor 6 has a plurality of types of openings whose positions differ depending on the pixel. As a result, each pixel of the image sensor 6 is configured to capture only a part of the luminous flux of the exit pupil, and as a result, capture only the incident light from a specific angle.
図3(c)において、射出瞳50の一部の領域51−1、51−2、51−3、及び51−4を考える。特に、領域51−3及び51−4からの光束に注目する。領域51−3及び51−4の端部からの光線を、それぞれ符号63及び64で図示する。図3(c)から明らかなように、マスク層(電極41)において光軸に対して左側が開口している、左に図示された画素については、光線63は通過して光電変換部31に到達するが、光線64は遮断されて光電変換部31に到達しない。一方で、マスク層(電極41)において光軸に対して右側が開口している、右に図示された画素については、光線63は遮断されて光電変換部31に到達しないが、光線64は通過して光電変換部31に到達する。即ち、マイクロレンズ20とマスク層(電極41)とによって、射出瞳の特定の領域を通過した光束のみを捉える構造としており、瞳分割手段をなしている。 In FIG. 3 (c), consider some regions 51-1, 51-2, 53-1, and 51-4 of the exit pupil 50. In particular, attention is paid to the luminous flux from the regions 51-3 and 51-4. Rays from the ends of regions 51-3 and 51-4 are illustrated with reference numerals 63 and 64, respectively. As is clear from FIG. 3C, for the pixel shown on the left, which has an opening on the left side with respect to the optical axis in the mask layer (electrode 41), the light ray 63 passes through the photoelectric conversion unit 31. Although it reaches, the light beam 64 is blocked and does not reach the photoelectric conversion unit 31. On the other hand, for the pixel shown on the right, which is open on the right side with respect to the optical axis in the mask layer (electrode 41), the light ray 63 is blocked and does not reach the photoelectric conversion unit 31, but the light ray 64 passes through. Then, it reaches the photoelectric conversion unit 31. That is, the microlens 20 and the mask layer (electrode 41) have a structure that captures only the light flux that has passed through a specific region of the exit pupil, and serves as a pupil dividing means.
図4は、被写体と撮像素子6で取得される像との関係を説明する図である。図4(a)において、54、55、及び56は射出瞳50上の点を、70及び71は像面を、80は被写体を、81、82、及び83は被写体上の点を、それぞれ示している。また、90−a及び91−aはそれぞれ像面70及び71で得られる被写体像を示している。射出瞳50上の点54は、射出瞳50と光軸4とが交差する点を、点55及び56は点54に対して対称に偏心した点を示している。被写体80上において、点82は白と黒の境界を、点81は白の端部を、点83は黒の端部を、それぞれ示している。また、81−1は被写体80上の点81から射出瞳50上の点55を通る光線を、81−2は被写体80上の点81から射出瞳50上の点54を通る光線を、81−3は被写体80上の点81から射出瞳50上の点56を通る光線を、それぞれ示す。81−1という表記法のうち、ハイフンの前は物体上の点と対応しており、ハイフンの後ろの数字は射出瞳50上の点と対応している。ハイフンの後ろの数字は、1が点55に、2が点54に、3が点56に対応している。この表記法を用いて、光線82−1、82−2、82−3、83−1、83−2、及び83−3を定義し図示した。光線82−2は、光軸4と一致する。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the subject and the image acquired by the image sensor 6. In FIG. 4A, 54, 55, and 56 indicate points on the exit pupil 50, 70 and 71 indicate the image plane, 80 indicates the subject, and 81, 82, and 83 indicate points on the subject, respectively. ing. Further, 90-a and 91-a indicate subject images obtained on the image planes 70 and 71, respectively. The point 54 on the exit pupil 50 indicates the point where the exit pupil 50 and the optical axis 4 intersect, and the points 55 and 56 indicate points symmetrically eccentric with respect to the point 54. On the subject 80, the point 82 indicates the boundary between white and black, the point 81 indicates the white end, and the point 83 indicates the black end. 81-1 is a light ray passing from the point 81 on the subject 80 to the point 55 on the exit pupil 50, and 81-2 is a light ray passing from the point 81 on the subject 80 to the point 54 on the exit pupil 50. Reference numeral 3 denotes a light ray passing from the point 81 on the subject 80 to the point 56 on the exit pupil 50, respectively. In the notation 81-1, the front of the hyphen corresponds to the point on the object, and the number after the hyphen corresponds to the point on the exit pupil 50. The numbers behind the hyphen correspond to 1 for point 55, 2 for point 54, and 3 for point 56. Rays 82-1, 82-2, 82-3, 83-1, 83-2, and 83-3 were defined and illustrated using this notation. The ray 82-2 coincides with the optical axis 4.
被写体80は像面70で結像しているものとして、以下の説明をする。像面70では、いわゆるピントが合っている状態にあるので、被写体80上のある点から発して、撮影光学系3を通過した光束は一点で交わる。即ち、点81からの光線81−1,81−2、及び81−3は、像面70上で交差する。被写体80上の他の点82及び83からの光線82−1、82−2、及び82−3の組と、光線83−1、83−2、及び83−3の組についても、同様に像面70上で交差する。 The following description will be given assuming that the subject 80 is imaged on the image plane 70. Since the image plane 70 is in a so-called in-focus state, the light flux emitted from a certain point on the subject 80 and passed through the photographing optical system 3 intersects at one point. That is, the rays 81-1, 81-2, and 81-3 from the point 81 intersect on the image plane 70. Similarly, the image of the set of the rays 82-1, 82-2, and 82-3 from the other points 82 and 83 on the subject 80 and the set of the rays 83-1, 83-2, and 83-3. Cross on surface 70.
像面70及び71で取得される被写体80の像90−a及び91−aを考える。像面70ではピントが合っているので、被写体80の反転像が得られる。前述したように、被写体80上の点から発した光線が、像面70上で1点に交わることからも明らかである。一方で、像面71ではピントが合っていないので、像がぼけて観察される。被写体80上の白い部分の光線のみを受けるのは、光線82−1及び81−3で挟まれた領域のみになり、被写体80上の黒い部分の光線のみを受けるのは、光線83−1及び82−3で挟まれた領域のみになる。これら2領域の間にある光線82−3及び82−1に挟まれた領域は、射出瞳50を通過した場所によって異なる色となり、これが空間的に畳み込まれる(積分される)ことでボケが観察される。 Consider the images 90-a and 91-a of the subject 80 acquired on the image planes 70 and 71. Since the image plane 70 is in focus, an inverted image of the subject 80 can be obtained. As described above, it is clear from the fact that the light rays emitted from the points on the subject 80 intersect at one point on the image plane 70. On the other hand, since the image plane 71 is out of focus, the image is blurred and observed. Only the light rays of the white part on the subject 80 are received only in the area sandwiched between the light rays 82-1 and 81-3, and only the light rays of the black part on the subject 80 are received by the light rays 83-1 and 81-3. Only the area sandwiched between 82-3. The region sandwiched between the light rays 82-3 and 82-1 between these two regions has a different color depending on the location where it has passed through the exit pupil 50, and this is spatially convoluted (integrated) to cause blurring. Observed.
図4(b)及び図4(c)は、射出瞳50の一部の光束のみを考えた場合の被写体80の様子を説明する図である。図4(b)は、図4(a)に示した射出瞳50の点54から点55の間を通過する光束を、図4(c)は、図4(a)に示した射出瞳50の点54から点56の間を通過する光束を考えた場合である。図3を用いて前述したように、本実施形態の撮像素子6は瞳分割手段を備えており、射出瞳50の一部の光束のみを受光することができる。図4(b)及び図4(c)は、その時の被写体像の様子を示している。 4 (b) and 4 (c) are diagrams for explaining the state of the subject 80 when only a part of the luminous flux of the exit pupil 50 is considered. 4 (b) shows the luminous flux passing between the points 54 and 55 of the exit pupil 50 shown in FIG. 4 (a), and FIG. 4 (c) shows the exit pupil 50 shown in FIG. 4 (a). This is a case where the luminous flux passing between the points 54 and 56 of the above is considered. As described above with reference to FIG. 3, the image pickup device 6 of the present embodiment includes the pupil dividing means, and can receive only a part of the luminous flux of the exit pupil 50. 4 (b) and 4 (c) show the state of the subject image at that time.
図4(b)及び図4(c)において、図4(a)と同じものには同じ番号を付した。図4(b)において、90−b及び91−bはそれぞれ像面70及び71で得られる被写体像を示している。また、92は被写体像90−bにおいて被写体80上の点82と対応する点を、93は被写体像91−bにおいて被写体80上の点82と対応する点を、それぞれ示している。また、図4(c)において、90−c及び91−cはそれぞれ像面70及び71で得られる被写体像を示している。更に、94は被写体像90−cにおいて被写体80上の点82と対応する点を、95は被写体像91−cにおいて被写体80上の点82と対応する点を、それぞれ示している。 In FIGS. 4 (b) and 4 (c), the same items as those in FIG. 4 (a) are numbered the same. In FIG. 4B, 90-b and 91-b show subject images obtained on the image planes 70 and 71, respectively. Further, 92 indicates a point corresponding to the point 82 on the subject 80 in the subject image 90-b, and 93 indicates a point corresponding to the point 82 on the subject 80 in the subject image 91-b. Further, in FIG. 4 (c), 90-c and 91-c show subject images obtained on the image planes 70 and 71, respectively. Further, 94 indicates a point corresponding to the point 82 on the subject 80 in the subject image 90-c, and 95 indicates a point corresponding to the point 82 on the subject 80 in the subject image 91-c.
図4(a)の説明にあったように、像面70はピントが合った面なので、被写体80上のある点からの光線は、射出瞳50上のどの点を通過しても同じ点で交わる。これは言葉を変えると、射出瞳50での通過領域によらず同じ像が得られることを示している。即ち、図4(b)及び図4(c)において像面70で得られる被写体像90−b及び90−cは、等価なものとなる。そのため、被写体上の点82と対応する点92及び94も一致する。 As described in FIG. 4A, since the image plane 70 is a focused plane, a light ray from a certain point on the subject 80 is at the same point regardless of which point on the exit pupil 50 passes through. Intersect. In other words, this indicates that the same image can be obtained regardless of the passing region at the exit pupil 50. That is, the subject images 90-b and 90-c obtained on the image plane 70 in FIGS. 4 (b) and 4 (c) are equivalent. Therefore, the points 82 on the subject and the corresponding points 92 and 94 also match.
一方で、像面71はピントが合っていないので、射出瞳50での通過領域によって像の位相がずれて観察される。即ち、図4(b)において被写体80上の点82と対応する点93は光軸4に対して右側に存在するのに対して、図4(c)において被写体80上の点82と対応する点95は光軸4に対して左側に存在する。図4(a)から図4(c)では、ピントが合っている像面70に対して被写体80から遠い像面71のみを考えたが、被写体80に近い側の像面を考えると、位相が反対にずれて観察される。この原理を利用して、画面内の各領域においてピント状態を知ることが可能となる。本実施形態では、このような位相検知に適した信号を生成して位相を検知する。 On the other hand, since the image plane 71 is out of focus, the image is observed out of phase depending on the passing region of the exit pupil 50. That is, while the point 93 corresponding to the point 82 on the subject 80 in FIG. 4B exists on the right side with respect to the optical axis 4, it corresponds to the point 82 on the subject 80 in FIG. 4C. The point 95 exists on the left side with respect to the optical axis 4. In FIGS. 4 (a) to 4 (c), only the image plane 71 far from the subject 80 is considered with respect to the in-focus image plane 70, but when considering the image plane on the side closer to the subject 80, the phase is considered. Is observed on the contrary. Using this principle, it is possible to know the focus state in each area on the screen. In the present embodiment, a signal suitable for such phase detection is generated to detect the phase.
また、図4(b)及び図4(c)のボケに注目する。図4(b)及び図4(c)に示すように、射出瞳50の一部の光束のみを受け取る場合でも、ピントが合っていない像面71ではボケが発生する。一方でボケ具合に注目すると、図4(a)よりもボケが少ない状態になっていることが分かる。これは、射出瞳50の一部の光束のみを受け取ることから、いわゆる絞った状態になってボケが抑制されるためである。 Also, pay attention to the blur in FIGS. 4 (b) and 4 (c). As shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c), even when only a part of the luminous flux of the exit pupil 50 is received, blurring occurs on the image plane 71 which is out of focus. On the other hand, paying attention to the degree of blurring, it can be seen that the blurring is less than that in FIG. 4A. This is because it receives only a part of the luminous flux of the exit pupil 50, so that it is in a so-called focused state and blurring is suppressed.
図4(d)及び図4(e)は、それぞれ像面70及び71での信号を模式的に示したグラフである。図4(d)及び図4(e)において、横軸は像面70及び71上の位置を示しており、画素に対応する。縦軸は、各画素の光電変換部で得られる信号のレベルを示している。図4(d)及び図4(e)において、「○」で示した位置は図4(b)で得られる信号に対応しており、「△」で示した位置は図4(c)で得られる信号に対応している。 4 (d) and 4 (e) are graphs schematically showing signals on image planes 70 and 71, respectively. In FIGS. 4 (d) and 4 (e), the horizontal axis indicates the position on the image planes 70 and 71, and corresponds to the pixel. The vertical axis shows the level of the signal obtained by the photoelectric conversion unit of each pixel. In FIGS. 4 (d) and 4 (e), the position indicated by “◯” corresponds to the signal obtained in FIG. 4 (b), and the position indicated by “Δ” is shown in FIG. 4 (c). Corresponds to the obtained signal.
像面70の信号を示した図4(d)においては、像面70上で隣接する画素は被写体80上でも隣接する位置に対応している。このため、図4(d)の「○」で示した信号90−bと、「△」で示した信号90−cとを繋いだ線分96は、滑らかな線を形成すると共に、非常に高周波の成分を含んでいる(エッジがきれいに形成される)。 In FIG. 4D showing the signal of the image plane 70, the pixels adjacent to each other on the image plane 70 correspond to the positions adjacent to each other on the subject 80. Therefore, the line segment 96 connecting the signal 90-b indicated by "○" and the signal 90-c indicated by "Δ" in FIG. 4D forms a smooth line and is very very. Contains high frequency components (edges are neatly formed).
一方、像面71の信号を示した図4(e)においては、像面70上で隣接する画素であっても被写体80上では離間した位置に対応している。このため、図4(e)の「○」で示した信号91−bと、「△」で示した信号91−cとを繋いだ線分96は、滑らかな線を形成することができず、本来存在しないナイキスト周波数付近の信号を発生させてしまう。この時、「○」で示した信号91−bのみを繋いだ線分98、及び、「△」で示した信号91−cのみを繋いだ線分97を考えると、滑らかな曲線になっている。また、図4(d)に比して高周波の成分がカットされている。これは、図4(b)及び図4(c)に示したボケを示している。更に、「○」で示した信号91−bのみを繋いだ線分98、及び、「△」で示した信号91−cのみを繋いだ線分97は、形状が類似して横にずれている(位相差が発生している)ことが分かる。 On the other hand, in FIG. 4E showing the signal of the image plane 71, even the pixels adjacent to each other on the image plane 70 correspond to the positions separated on the subject 80. Therefore, the line segment 96 connecting the signal 91-b indicated by “◯” and the signal 91-c indicated by “Δ” in FIG. 4 (e) cannot form a smooth line. , Generates a signal near the Nyquist frequency that does not originally exist. At this time, considering the line segment 98 connecting only the signals 91-b indicated by "○" and the line segment 97 connecting only the signals 91-c indicated by "△", the curve becomes smooth. There is. Further, the high frequency component is cut as compared with FIG. 4 (d). This shows the blur shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c). Further, the line segment 98 connecting only the signals 91-b indicated by "○" and the line segment 97 connecting only the signals 91-c indicated by "Δ" have similar shapes and are laterally displaced. It can be seen that there is (a phase difference has occurred).
図4(d)及び図4(e)から明らかなように、図4(d)のようにピントの合った像面においては、射出瞳50の異なる領域を通過した像をそのまま補間処理などに用いることが可能である。反面、図4(e)のようにピントの合っていない像面においては、射出瞳50の異なる領域を通過した像をそのまま補間処理などに用いることができない。ピントずれの大きさの限界としては、画素の2倍の大きさ程度が適当と考えられる。2画素よりも大きなずれがあると、図4(e)に示したように、位相ずれによるエッジ部の追い越しが起こり、本来存在しないナイキスト周波数付近の信号を発生させてしまうと考えられるためである。具体的な補間処理の内容などは、図1を用いて後述する。 As is clear from FIGS. 4 (d) and 4 (e), in the image plane in focus as shown in FIG. 4 (d), the images that have passed through different regions of the exit pupil 50 are directly subjected to interpolation processing or the like. It can be used. On the other hand, in the image plane that is out of focus as shown in FIG. 4 (e), the images that have passed through different regions of the exit pupil 50 cannot be used as they are for interpolation processing or the like. As the limit of the size of the out-of-focus, it is considered that about twice the size of the pixel is appropriate. This is because if there is a deviation larger than two pixels, as shown in FIG. 4 (e), the edge portion is overtaken due to the phase shift, and it is considered that a signal near the Nyquist frequency that does not originally exist is generated. .. The specific contents of the interpolation process will be described later with reference to FIG.
図1を参照して、画像生成処理、及び、撮像素子6におけるカラーフィルタ及び瞳分割手段のパターンについて説明する。図1(a)は、画像生成処理の流れを示すフローチャートである。図1(b)は、撮像素子6におけるカラーフィルタ及び瞳分割手段のパターンを説明する図である。図1(c)は、視点情報を破棄する処理の概念図である。図1(d)は、特定の視点からの像に注目した時の画素の配列を示す図である。図1(e)は、図1(d)の視点信号に基づく色補間処理の概念図である。 The image generation process and the pattern of the color filter and the pupil dividing means in the image sensor 6 will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a flowchart showing the flow of image generation processing. FIG. 1B is a diagram illustrating a pattern of a color filter and pupil dividing means in the image sensor 6. FIG. 1C is a conceptual diagram of a process for discarding viewpoint information. FIG. 1D is a diagram showing an array of pixels when focusing on an image from a specific viewpoint. FIG. 1 (e) is a conceptual diagram of color interpolation processing based on the viewpoint signal of FIG. 1 (d).
図1(a)の各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラシステム制御部5が制御プログラムを実行して撮像装置1の各ユニットを制御することにより実現される。撮像素子6が色補間処理前の被写体像を取得して画像処理部7へ供給すると、本フローチャートの処理が開始する。 Unless otherwise specified, the processing of each step of FIG. 1A is realized by the camera system control unit 5 executing a control program to control each unit of the image pickup apparatus 1. When the image sensor 6 acquires the subject image before the color interpolation processing and supplies it to the image processing unit 7, the processing of this flowchart starts.
S110で、カメラシステム制御部5は、位相差の算出を行う。位相検知(位相差検出処理)の基本原理は図4を用いて説明した通りであるが、位相検知のための具体的な信号の生成方法については図5を用いて後述する。 In S110, the camera system control unit 5 calculates the phase difference. The basic principle of phase detection (phase difference detection processing) is as described with reference to FIG. 4, but a specific signal generation method for phase detection will be described later with reference to FIG.
S120で、カメラシステム制御部5は、位相差が閾値未満であるか否かを判定する。位相差が閾値未満の場合、カメラシステム制御部5は処理をS130に進め、位相差が閾値以上の場合、カメラシステム制御部5は処理をS150に進める。 In S120, the camera system control unit 5 determines whether or not the phase difference is less than the threshold value. If the phase difference is less than the threshold value, the camera system control unit 5 advances the process to S130, and if the phase difference is greater than or equal to the threshold value, the camera system control unit 5 advances the process to S150.
S130で、カメラシステム制御部5は、視点情報を破棄する。図4を用いて説明したように、位相差が閾値未満でピントが合っている場合には、射出瞳50の通過領域に関わらず、像面上で隣接する画素は被写体80上でも隣接している。そのため、視点情報を破棄することによって、解像度を上げた信号を得ることができる。具体的な処理は、図1(b)及び(c)を用いて後述する。 In S130, the camera system control unit 5 discards the viewpoint information. As described with reference to FIG. 4, when the phase difference is less than the threshold value and the focus is on, the adjacent pixels on the image plane are adjacent on the subject 80 regardless of the passing region of the exit pupil 50. There is. Therefore, it is possible to obtain a signal with an increased resolution by discarding the viewpoint information. Specific processing will be described later with reference to FIGS. 1 (b) and 1 (c).
S140で、カメラシステム制御部5は、色補間処理を行う。ここでいう色補間処理とは、ベイヤ配列などに配列されたカラーフィルタを利用してカラー画像を得る場合に、モザイク状に欠損した色信号を補間する処理(デモザイク処理、デモザイキングなどとも呼ばれる)である。これにより、欠落のないカラー画像(即ち、カラーフィルタの配列における全種類の色を含むカラー画像)が生成される。 In S140, the camera system control unit 5 performs color interpolation processing. The color interpolation process referred to here is a process of interpolating a color signal lacking in a mosaic pattern when a color image is obtained by using a color filter arranged in a Bayer array or the like (also called demosaicing or demosaiking). Is. This produces a complete color image (ie, a color image containing all types of colors in the array of color filters).
S150で、カメラシステム制御部5は、各視点像を生成する。図3及び図4を用いて前述したように、本実施形態の撮像素子6は瞳分割手段により射出瞳50の特定の領域の光束のみを取得可能となっている。これは、異なる視点からの像を取得していることと等価である。つまり、射出瞳50で同じ領域を通過した光束を捉えた画素のみを並べると、その位置から被写体を観察した像を得ることができる。これを視点像と呼んでいる。視点像は複数生成されるが、その数は瞳分割手段のパターンによって異なる。いくつかのパターンを後程例示する。S150では、カメラシステム制御部5は、同じ開口パターンの画素のみを抜き出して視点像を生成する。具体的な処理は、図1(b)及び図1(d)を用いて後述する。 In S150, the camera system control unit 5 generates each viewpoint image. As described above with reference to FIGS. 3 and 4, the image pickup device 6 of the present embodiment can acquire only the luminous flux in a specific region of the exit pupil 50 by the pupil dividing means. This is equivalent to acquiring images from different perspectives. That is, if only the pixels that capture the luminous flux that has passed through the same region with the exit pupil 50 are arranged, an image of the subject observed from that position can be obtained. This is called a viewpoint image. A plurality of viewpoint images are generated, but the number varies depending on the pattern of the pupil dividing means. Some patterns will be illustrated later. In S150, the camera system control unit 5 extracts only pixels having the same aperture pattern to generate a viewpoint image. Specific processing will be described later with reference to FIGS. 1 (b) and 1 (d).
S160は、カメラシステム制御部5は、視点像を用いて色補間処理を行う。S140の場合は視点情報が破棄された後で視点の異同に関わらずに色補間処理が行われるが、S160の場合、異なる視点の信号は用いずに色補間処理が行われる。具体的な処理は、図1(e)を用いて後述する。 In S160, the camera system control unit 5 performs color interpolation processing using the viewpoint image. In the case of S140, the color interpolation processing is performed regardless of the difference in the viewpoint after the viewpoint information is discarded, but in the case of S160, the color interpolation processing is performed without using the signals of different viewpoints. Specific processing will be described later with reference to FIG. 1 (e).
S170で、カメラシステム制御部5は、視点像を合成する。即ち、S160において複数の視点像それぞれについて色補間処理が施された後に、S170において必要に応じて加算などの合成処理が施される。加算を行うことで、ノイズを低減できる。一方で、不要であればS170は割愛することもできる。 In S170, the camera system control unit 5 synthesizes a viewpoint image. That is, after color interpolation processing is performed on each of the plurality of viewpoint images in S160, composition processing such as addition is performed in S170 as necessary. Noise can be reduced by performing addition. On the other hand, S170 can be omitted if it is unnecessary.
S180で、カメラシステム制御部5は、S140又はS170において生成された画像を表示及び記録する。 In S180, the camera system control unit 5 displays and records the image generated in S140 or S170.
図1(b)を用いてカラーフィルタ及び瞳分割手段のパターンを説明する。図1(b)において、円に外接する正方形は画素を示している。また、円は画素に設けられたマイクロレンズを示している。画素内に設けた小さな正方形は、マスク層の開口を示している。図3を用いて説明したように、マイクロレンズとマスク層によって瞳分割手段が形成されており、図1(b)に示すように、本実施形態の撮像素子6は、全ての画素が、射出瞳の一部の領域の光束を取得するように形成されている。 The pattern of the color filter and the pupil dividing means will be described with reference to FIG. 1 (b). In FIG. 1B, the square circumscribing the circle indicates a pixel. Further, the circle indicates a microlens provided in the pixel. The small squares provided in the pixels indicate the openings of the mask layer. As described with reference to FIG. 3, the pupil dividing means is formed by the microlens and the mask layer, and as shown in FIG. 1B, in the image pickup device 6 of the present embodiment, all the pixels are ejected. It is formed to acquire the luminous flux in a part of the pupil.
図1(b)において、クロスハッチングがなされている画素は、赤(R)のカラーフィルタを持つ。左下がりのハッチングがなされている画素は、緑(G)のカラーフィルタを持つ。右下がりのハッチングがなされている画素は、青(B)のカラーフィルタを持つ。図1(b)から明らかなように、カラーフィルタはいわゆるベイヤ配列(最小色配列は2x2)をなすと共に、画素ごとに設けられている。図1(b)では、この最小色配列のブロックに符号101、102、103、及び104を付した。前述のように、ブロック101、102、103、及び104には4つの画素があり、カラーフィルタがベイヤ配列に従って配置されている。 In FIG. 1B, the cross-hatched pixels have a red (R) color filter. Pixels with downward-sloping hatching have a green (G) color filter. Pixels with downward-sloping hatching have a blue (B) color filter. As is clear from FIG. 1B, the color filters form a so-called Bayer array (minimum color array is 2x2) and are provided for each pixel. In FIG. 1 (b), the blocks of this minimum color arrangement are designated by reference numerals 101, 102, 103, and 104. As described above, the blocks 101, 102, 103, and 104 have four pixels, and the color filters are arranged according to the Bayer array.
図1(b)において、瞳分割手段はカラーフィルタに比べて複雑な配列をしている。これを以下で説明する。図1(b)の瞳分割手段は、2x2の4つのパターンを持っている。即ち、ブロック101に注目すると、R1は左上、Gr2は右上、Gb3は左下、B4は右下が開口となっている。縦方向及び横方向に2つの位相がある(即ち、開口位置の縦方向及び横方向のパターンに数が共に2である)ので、最小分割配列は2x2である。ブロック101、102、103、及び104は、それぞれ異なるパターンを有している。図1(b)において、画素内に書いたR1などの文字は、カラーフィルタと瞳分割のパターンを示している。カラーフィルタは前にある英文字が対応しており、Rは赤、GrはR行にある緑、GbはB行にある緑、Bは青を示している。一方、瞳分割パターン(以下、「開口パターン」ともいう)は後ろにある数字が対応しており、1は左上開口、2は右上開口、3は左下開口、4は右下開口に対応している。 In FIG. 1B, the pupil dividing means has a more complicated arrangement than the color filter. This will be described below. The pupil dividing means of FIG. 1B has four patterns of 2x2. That is, focusing on the block 101, R1 has an opening at the upper left, Gr2 at the upper right, Gb3 at the lower left, and B4 at the lower right. Since there are two phases in the vertical and horizontal directions (ie, the numbers are both in the vertical and horizontal patterns of the opening positions), the minimum split array is 2x2. Blocks 101, 102, 103, and 104 each have a different pattern. In FIG. 1B, characters such as R1 written in the pixel indicate a color filter and a pupil division pattern. The color filter corresponds to the English letter in front, R indicates red, Gr indicates green on the R line, Gb indicates green on the B line, and B indicates blue. On the other hand, the pupil division pattern (hereinafter, also referred to as "opening pattern") corresponds to the number behind, 1 corresponds to the upper left opening, 2 corresponds to the upper right opening, 3 corresponds to the lower left opening, and 4 corresponds to the lower right opening. There is.
ブロック101とブロック102とは、横方向に隣接している。図1(b)の例では、横方向に隣接する最小色配列の2つのブロックについては、一方のブロックの特定の画素位置における開口パターンが、他方のブロックにおいてはブロック内で左右対称の画素位置に現れるように構成されている。即ち、ブロック101では、ブロック内で左上の画素位置は数字1を付した左上開口のパターンを持つが、ブロック102では、ブロック内で左右対称な右上の画素位置が同じ左上開口のパターンを持つ。その結果、ブロック102においては、左上開口のパターン1は、Grに対応している。他の画素についても同様に、ブロック内で左右対称になるように開口のパターンを選択することで、ブロック102は、R2、Gr1、Gb4、及びB3で構成されている。 The block 101 and the block 102 are adjacent to each other in the horizontal direction. In the example of FIG. 1 (b), for two blocks having the smallest color arrangement adjacent to each other in the horizontal direction, the aperture pattern at a specific pixel position of one block is symmetrical in the block and the pixel positions are symmetrical within the block. It is configured to appear in. That is, in the block 101, the upper left pixel position in the block has a pattern of the upper left opening with the number 1, but in the block 102, the upper left pixel position symmetrical in the block has the same upper left opening pattern. As a result, in the block 102, the pattern 1 of the upper left opening corresponds to Gr. Similarly for the other pixels, the block 102 is composed of R2, Gr1, Gb4, and B3 by selecting the opening pattern so as to be symmetrical in the block.
ブロック101とブロック103とは、縦方向に隣接している。図1(b)の例では、縦方向に隣接する最小色配列の2つのブロックについては、一方のブロックの特定の画素位置における開口パターンが、他方のブロックにおいてはブロック内で上下対称の画素位置に現れるように構成されている。即ち、ブロック101では、ブロック内で左上の画素位置は数字1を付した左上開口のパターンを持つが、ブロック103では、ブロック内で上下対称な左下に画素位置が同じ左上開口のパターンを持つ。その結果、ブロック103においては、左上開口のパターン1は、Gbに対応している。他の画素についても同様に、ブロック内で上下対称になるように開口のパターンを変えることで、ブロック103は、R3、Gr4、Gb1、及びB2で構成されている。 The block 101 and the block 103 are adjacent to each other in the vertical direction. In the example of FIG. 1B, for two blocks having the smallest color arrangement vertically adjacent to each other, the aperture pattern at a specific pixel position of one block is vertically symmetrical within the block, and the pixel position of the other block is vertically symmetrical. It is configured to appear in. That is, in the block 101, the upper left pixel position in the block has a pattern of the upper left opening with the number 1, but in the block 103, the block 103 has a pattern of the upper left opening having the same pixel position in the lower left symmetrically in the block. As a result, in the block 103, the pattern 1 of the upper left opening corresponds to Gb. Similarly for the other pixels, the block 103 is composed of R3, Gr4, Gb1 and B2 by changing the opening pattern so as to be vertically symmetrical within the block.
以下同様に、ブロック104は、ブロック102と上下対称の関係を持つように構成される。この時、ブロック104は、自動的にブロック103と左右対称の関係を持つ。結果として、ブロック104は、R4、Gr3、Gb2、及びB1で構成される。これを繰り返すことで、撮像素子6全体の瞳分割パターンが決定される。ここで、隣接する最小色配列であるブロック101とブロック102や、ブロック101とブロック103などを考えると、瞳分割手段の配列開始パターンが異なっていることが分かる。ブロック101では、ブロック内の左上画素は左上が開口しているパターン1であり、ブロック102では、ブロック内の左上画素は右上が開口しているパターン2になっている。他の隣接するブロックについても、瞳分割手段の配列開始パターンが異なっていることが分かる。 Similarly, the block 104 is configured to have a vertically symmetrical relationship with the block 102. At this time, the block 104 automatically has a symmetrical relationship with the block 103. As a result, block 104 is composed of R4, Gr3, Gb2, and B1. By repeating this, the pupil division pattern of the entire image sensor 6 is determined. Here, considering the adjacent minimum color arrangements such as block 101 and block 102, block 101 and block 103, and the like, it can be seen that the arrangement start patterns of the pupil dividing means are different. In the block 101, the upper left pixel in the block is the pattern 1 in which the upper left is open, and in the block 102, the upper left pixel in the block is the pattern 2 in which the upper right is open. It can be seen that the arrangement start patterns of the pupil dividing means are also different for the other adjacent blocks.
上記の操作を繰り返すと、ブロック101、102、103、及び104で構成される4x4の16画素を単位として同じ配列が繰り返されることが分かる。この大きさを、最小単位配列として定義する。即ち、特定の最小単位配列と他の最小単位配列とを比較した場合、最小単位配列間で対応する2画素は、色及び開口位置の組み合わせが一致する。最小単位配列は、最小色配列、最小分割配列、及び最小分割配列の位相変化の規則によって定まる。最小分割配列の位相変化の規則とは、例えば、図1(b)の例において、隣接する最小色配列の左右方向は左右対称、上下方向は上下対称としたような規則のことを意味する。図1(b)の場合、最小色配列=2x2、最小分割配列=2x2、最小単位配列=4x4である。 By repeating the above operation, it can be seen that the same array is repeated in units of 16 pixels of 4x4 composed of blocks 101, 102, 103, and 104. This size is defined as the smallest unit array. That is, when a specific minimum unit array is compared with another minimum unit array, the two pixels corresponding to each other in the minimum unit array have the same combination of color and aperture position. The minimum unit array is determined by the rules of phase change of the minimum color array, the minimum divided array, and the minimum divided array. The rule of the phase change of the minimum divided array means, for example, in the example of FIG. 1B, the rule that the horizontal direction of the adjacent minimum color array is symmetrical and the vertical direction is vertically symmetrical. In the case of FIG. 1B, the minimum color array = 2x2, the minimum divided array = 2x2, and the minimum unit array = 4x4.
図1(c)は、位相差が閾値未満の場合の処理(図1(a)のS130及びS140)に対応した図である。図4を用いて説明したように、位相差が閾値未満の場合には、射出瞳面で異なる領域を通過した像をそのまま色補間処理などに用いることが可能である。このため、カメラシステム制御部5は、瞳分割に関する情報(視点情報)を破棄する。図1(c)では、図1(b)に対して画素内に設けた小さな正方形と画素内に書かれた文字の数字部分が削除されている。これは、瞳分割に関する情報(視点情報)を破棄したことと対応している。図1(c)を見ると明らかなように、これは通常のベイヤ配列の撮像素子であり、よく知られた画像処理を施すことで色補間がなされる。即ち、位相差が閾値未満の場合、全パターンの開口位置に対応する画素により得られた信号に対して色補間処理を行うことにより、最小色配列の全種類の色(ここでは、RGB)を含むカラー画像が生成される。 FIG. 1 (c) is a diagram corresponding to processing (S130 and S140 in FIG. 1 (a)) when the phase difference is less than the threshold value. As described with reference to FIG. 4, when the phase difference is less than the threshold value, the images that have passed through different regions on the exit pupil surface can be used as they are for color interpolation processing and the like. Therefore, the camera system control unit 5 discards information (viewpoint information) related to pupil division. In FIG. 1 (c), the small square provided in the pixel and the numerical portion of the character written in the pixel are deleted with respect to FIG. 1 (b). This corresponds to discarding the information (viewpoint information) related to pupil division. As is clear from FIG. 1 (c), this is an image sensor having a normal Bayer array, and color interpolation is performed by performing well-known image processing. That is, when the phase difference is less than the threshold value, all kinds of colors (here, RGB) of the minimum color array are obtained by performing color interpolation processing on the signals obtained by the pixels corresponding to the opening positions of all patterns. A color image containing is generated.
一方、図1(d)及び図1(e)は、位相差が閾値以上の場合の処理(図1(a)のS150及びS160)に対応した図である。図4を用いて説明したように、位相差が閾値以上の場合には、射出瞳面で異なる領域を通過した像をそのまま補間処理などに用いることができない。しかしながら、射出瞳面で同じ領域を通過した像については、補間処理を行うことが可能である。そこで、図1(d)に示すように、カメラシステム制御部5は、射出瞳面で同じ領域を通過した像の信号を抜き出す。図1(d)では、図1(b)において添え字1を付けた左上が開口した画素のみが示されている。図1(c)と図1(d)とを見比べれば明らかなように、図1(d)ではサンプリングが疎になっている。このため高周波成分を得ることができない。しかしながら、位相差が閾値以上の場合は像がピンボケしている場合なので、高周波成分は光学的にカットオフされている。そのため、図1(d)の処理を行うことに伴う不利益は少ない。図1(d)のブロック101、102、103、及び104に注目すると、それぞれR、Gr、Gb、及びBが存在している。これらR、Gr、Gb、及びBの値を、それぞれブロック101、102、103、及び104を代表する値とする。図1(e)は、この代表値の概念図である。実際には、ブロック101内の画素R1は、ブロック101内の一部の光束しか取り込んでいない。しかしながら、ピンボケの場合では像が広がって見えるので、一部の光束に対応する値をブロック101を代表する値にしても差し支えない。図1(e)を見ると、これは通常のベイヤ配列の撮像素子であり、よく知られた画像処理を施すことで色補間がなされる。即ち、位相差が閾値以上の場合、特定の開口位置(ここでは、左上)に対応する画素により得られた信号に対して色補間処理を行うことにより、最小色配列の全種類の色(ここでは、RGB)を含むカラー画像が生成される。 On the other hand, FIGS. 1 (d) and 1 (e) are diagrams corresponding to the processing (S150 and S160 in FIG. 1A) when the phase difference is equal to or larger than the threshold value. As described with reference to FIG. 4, when the phase difference is equal to or larger than the threshold value, the images that have passed through different regions on the exit pupil surface cannot be used as they are for interpolation processing or the like. However, it is possible to perform interpolation processing on an image that has passed through the same region on the exit pupil surface. Therefore, as shown in FIG. 1D, the camera system control unit 5 extracts the signal of the image that has passed through the same region on the exit pupil surface. In FIG. 1 (d), only the pixel with the subscript 1 attached and the upper left opening is shown in FIG. 1 (b). As is clear from comparing FIGS. 1 (c) and 1 (d), sampling is sparse in FIG. 1 (d). Therefore, a high frequency component cannot be obtained. However, when the phase difference is equal to or larger than the threshold value, the image is out of focus, and the high frequency component is optically cut off. Therefore, there is little disadvantage associated with performing the process of FIG. 1 (d). Focusing on the blocks 101, 102, 103, and 104 of FIG. 1 (d), R, Gr, Gb, and B are present, respectively. The values of R, Gr, Gb, and B are taken as representative values of blocks 101, 102, 103, and 104, respectively. FIG. 1 (e) is a conceptual diagram of this representative value. Actually, the pixel R1 in the block 101 captures only a part of the luminous flux in the block 101. However, in the case of out-of-focus, the image appears to be spread out, so that the value corresponding to a part of the luminous flux may be a value representing the block 101. Looking at FIG. 1 (e), this is an image sensor having a normal Bayer array, and color interpolation is performed by performing well-known image processing. That is, when the phase difference is equal to or greater than the threshold value, all kinds of colors in the minimum color array (here, by performing color interpolation processing on the signal obtained by the pixel corresponding to the specific opening position (here, upper left). Then, a color image including RGB) is generated.
図1(d)及び図1(e)では添え字1を付けた左上が開口した画素に注目したが、その他の瞳分割パターンに注目しても同様の処理がなされる。図1(b)の例では、瞳分割手段は2x2の4つのパターンを持っているので、図1(d)及び図1(e)に示した処理が4つのパターンそれぞれに対して行われる。その後、各パターンの処理結果が図1(a)のS170で合成される。S170の合成においては、それぞれの瞳分割パターンの位相差が分かっているので、これを利用して位相合わせをした後に加算処理などが施される。なお、4つのパターン全てについて合成を行わなくても、少なくとも2つのパターンについて合成を行えば、前述したノイズ低減などの効果をある程度は得ることができる。一般化すると、カメラシステム制御部5は、図1(a)のS170において、第1のパターンについて色補間処理を行うことにより生成された第1のカラー画像と、第2のパターンについて色補間処理を行うことにより生成した第2のカラー画像とを合成する。 In FIGS. 1 (d) and 1 (e), the pixel with the subscript 1 attached and the upper left opening is focused on, but the same processing is performed by paying attention to other pupil division patterns. In the example of FIG. 1 (b), since the pupil dividing means has four patterns of 2x2, the processes shown in FIGS. 1 (d) and 1 (e) are performed for each of the four patterns. After that, the processing results of each pattern are synthesized in S170 of FIG. 1 (a). In the synthesis of S170, since the phase difference of each pupil division pattern is known, addition processing or the like is performed after the phase matching is performed using this. Even if all four patterns are not combined, if at least two patterns are combined, the above-mentioned effects such as noise reduction can be obtained to some extent. Generally speaking, in S170 of FIG. 1A, the camera system control unit 5 performs color interpolation processing on the first color image generated by performing color interpolation processing on the first pattern and color interpolation processing on the second pattern. Is combined with the second color image generated by performing.
なお、位相差が閾値以上の場合の処理は、図1(d)及び図1(e)に示すものに限定されない。他の方法としては、例えば、画像を再配置してから色補間する方法(特開2009−21683号公報に記載の方法)や、画像をピント面に再配置してから色補間する方法などが挙げられる。 The processing when the phase difference is equal to or larger than the threshold value is not limited to that shown in FIGS. 1 (d) and 1 (e). Other methods include, for example, a method of rearranging an image and then color interpolation (the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-21683), a method of rearranging an image on a focus plane, and then color interpolation. Can be mentioned.
次に、図5を参照して、図1(b)に示す撮像素子を利用して位相検知を行う方法について説明する。図5(a)及び図5(c)は、特定の瞳分割パターンの信号を抜き出した状態を示す。図5(b)及び図5(d)は、それぞれ図5(a)及び図5(c)の信号を位相検知のために輝度信号に変換した状態を示す。 Next, with reference to FIG. 5, a method of performing phase detection using the image pickup device shown in FIG. 1B will be described. 5 (a) and 5 (c) show a state in which a signal of a specific pupil division pattern is extracted. 5 (b) and 5 (d) show a state in which the signals of FIGS. 5 (a) and 5 (c) are converted into luminance signals for phase detection, respectively.
図5(a)は、瞳分割パターンのうち左上が開口したパターン1のみを抜き出した図である。ブロック101、102、103、及び104に注目すると、それぞれR1、Gr1、Gb1、及びB1が存在している。位相検知のためには、特定の波長(色)の信号を用いるのではなく、様々な波長(色)の信号を用いることが望ましい。そのため、カメラシステム制御部5は、これらの信号を重み付け加算して輝度信号Y1に変換する。単純なS/Nを考えると全ての信号を同じ重みにしてもよいが、色収差や現像される像の特性に合わせて特定の波長に注目したい場合は、重みを変化させればよい。 FIG. 5A is a diagram in which only the pattern 1 having the upper left opening is extracted from the pupil division patterns. Focusing on blocks 101, 102, 103, and 104, R1, Gr1, Gb1, and B1 are present, respectively. For phase detection, it is desirable to use signals of various wavelengths (colors) instead of using signals of a specific wavelength (color). Therefore, the camera system control unit 5 weights and adds these signals and converts them into the luminance signal Y1. Considering a simple S / N, all signals may have the same weight, but if it is desired to pay attention to a specific wavelength according to chromatic aberration and the characteristics of the developed image, the weight may be changed.
図5(b)に示すように、ブロック101、102、103、及び104の信号を加算して作ったY1は、ブロック101、102、103、及び104を含む領域111に対応する輝度信号として扱うことができる。カメラシステム制御部5は、この輝度信号を利用して位相検知を行う。つまり、図5(b)の例では、位相検知のための信号のピッチは元の画素のピッチの4倍になっている。 As shown in FIG. 5B, Y1 created by adding the signals of blocks 101, 102, 103, and 104 is treated as a luminance signal corresponding to the region 111 including the blocks 101, 102, 103, and 104. be able to. The camera system control unit 5 uses this luminance signal to perform phase detection. That is, in the example of FIG. 5B, the pitch of the signal for phase detection is four times the pitch of the original pixel.
次に、別の瞳分割パターンを抜き出すことを考える。図5(c)は、瞳分割パターンのうち右上が開口したパターン2のみを抜き出した図である。ブロック101、102、103、及び104に注目すると、それぞれGr2,R2,B2,Gb2が存在している。パターン1の場合と同様に、カメラシステム制御部5は、これらの信号を重み付け加算して輝度信号Y2に変換する。 Next, consider extracting another pupil division pattern. FIG. 5C is a diagram in which only the pattern 2 in which the upper right is open is extracted from the pupil division patterns. Focusing on blocks 101, 102, 103, and 104, Gr2, R2, B2, and Gb2 are present, respectively. As in the case of the pattern 1, the camera system control unit 5 weights and adds these signals and converts them into the luminance signal Y2.
図5(d)に示すように、ブロック101、102、103、及び104の信号を加算して作ったY2は、ブロック101、102、103、及び104を含む領域112に対応する輝度信号として扱うことができる。 As shown in FIG. 5D, Y2 created by adding the signals of blocks 101, 102, 103, and 104 is treated as a luminance signal corresponding to the region 112 including the blocks 101, 102, 103, and 104. be able to.
カメラシステム制御部5は、図5(b)及び図5(d)のように複数種類の開口により瞳分割された異なる角度からの像信号を適当な長さ(視野長)で生成し、相関演算として知られる演算を施すことで、位相差を検知することができる。 The camera system control unit 5 generates image signals from different angles whose pupils are divided by a plurality of types of openings as shown in FIGS. 5 (b) and 5 (d), and correlates them with an appropriate length (field of view length). The phase difference can be detected by performing an operation known as an operation.
なお、本実施形態に係る撮像素子6の構成は、図1(b)に示すものに限定されず、次の2つの条件(併せて「配列条件」と呼ぶ)を共に満たす限り、任意の構成を採用可能である。 The configuration of the image sensor 6 according to the present embodiment is not limited to that shown in FIG. 1 (b), and is arbitrary as long as the following two conditions (collectively referred to as "arrangement conditions") are satisfied. Can be adopted.
条件1:最小色配列を縦ncx横mc(nc及びmcは2以上の整数)、最小分割配列を縦ndx横md(nd及びmdは2以上の整数)とした場合に、最小単位配列が縦(nc*nd*a)x横(mc*md*b)(a及びbは自然数)である。 Condition 1: Vertical minimal color sequence n c x lateral m c (n c and m c is an integer of 2 or more), vertically minimum division sequence n d x lateral m d (n d and m d is an integer of 2 or more) In the case of, the minimum unit array is vertical (n c * n d * a) x horizontal ( mc * m d * b) (a and b are natural numbers).
条件2:最小単位配列において特定の開口位置(開口パターン)に対応する全画素のカラーフィルタが最小色配列の全種類の色を含む。 Condition 2: The color filter of all pixels corresponding to a specific aperture position (aperture pattern) in the minimum unit array includes all kinds of colors in the minimum color array.
以下、図6乃至図9を参照して、配列条件を満たす撮像素子の例と配列条件を満たさない撮像素子の例について説明する。 Hereinafter, an example of an image sensor that satisfies the arrangement condition and an example of an image sensor that does not satisfy the arrangement condition will be described with reference to FIGS. 6 to 9.
図6は、配列条件を満たさない撮像素子の例を示す図である。図6(a)及び図6(c)の撮像素子は、いずれも最小色配列=2x2、最小分割配列=2x2である。 FIG. 6 is a diagram showing an example of an image sensor that does not satisfy the arrangement condition. The image pickup devices of FIGS. 6 (a) and 6 (c) both have a minimum color array = 2x2 and a minimum divided array = 2x2.
図6(a)の場合、図1(b)と異なり、最小分割配列間で瞳分割パターンの配列が変化していない。最小色配列については、図1(b)と同様、2x2である。従って、図6(a)の場合、最小単位配列は2x2である。この場合、位相差が閾値以上の場合における処理(図1(a)のS150及びS160)を適切に行うことができない。図6(b)に示すように、パターン1の信号のみを抜き出すと、R(赤)の信号しか得られない。これは、最小色配列と最小分割配列の長さが同じなので、同じ瞳分割パターンには同じカラーフィルタのみが対応してしまうためである。その結果、色補間処理を行っても単色画像しか得ることができず、RGBカラー画像を得ることができない。 In the case of FIG. 6A, unlike FIG. 1B, the arrangement of the pupil division patterns does not change between the minimum division arrangements. The minimum color arrangement is 2x2 as in FIG. 1 (b). Therefore, in the case of FIG. 6A, the minimum unit array is 2x2. In this case, the processing (S150 and S160 in FIG. 1A) when the phase difference is equal to or larger than the threshold value cannot be appropriately performed. As shown in FIG. 6B, if only the pattern 1 signal is extracted, only the R (red) signal can be obtained. This is because the lengths of the minimum color array and the minimum division array are the same, so that only the same color filter corresponds to the same pupil division pattern. As a result, even if the color interpolation processing is performed, only a single color image can be obtained, and an RGB color image cannot be obtained.
次に、図6(c)の配列を考える。これは、特許文献2の考え方を2次元的な配列に対して自然に拡張した例である。瞳分割パターンについて、横方向に隣接するブロック141とブロック142とは左右対称に構成され、縦方向に隣接するブロック141とブロック143とも左右対称に構成されている。特許文献2では位相差に基づく焦点検出を考えているので、基線長方向は1方向に限定されている。そのため、隣接するブロックで左右対称という条件が付されている。図6(c)の場合、最小単位配列は4x4である。しかしながら、特定の開口パターンに注目して信号を抜き出した場合、最小単位配列において全種類の色を得ることができない。即ち、図6(d)に示すように、パターン1に注目して信号を抜き出した場合、ブロック141、142、143、及び144からはそれぞれR1、Gr1、Gr1、及びR1が抽出される。このパターンの画像は、ベイヤ配列にはなっておらず、B(青)が存在しない。そのため適切なRGBカラー画像を得ることができない。 Next, consider the arrangement of FIG. 6 (c). This is an example of naturally extending the idea of Patent Document 2 to a two-dimensional array. Regarding the pupil division pattern, the blocks 141 and 142 adjacent in the horizontal direction are symmetrically configured, and the blocks 141 and 143 adjacent in the vertical direction are also symmetrically configured. Since the focus detection based on the phase difference is considered in Patent Document 2, the baseline length direction is limited to one direction. Therefore, the condition that the adjacent blocks are symmetrical is added. In the case of FIG. 6C, the minimum unit array is 4x4. However, when the signal is extracted by paying attention to a specific aperture pattern, it is not possible to obtain all kinds of colors in the minimum unit arrangement. That is, as shown in FIG. 6D, when the signal is extracted by paying attention to the pattern 1, R1, Gr1, Gr1, and R1 are extracted from the blocks 141, 142, 143, and 144, respectively. The image of this pattern is not in a Bayer array and there is no B (blue). Therefore, an appropriate RGB color image cannot be obtained.
図7は、配列条件を満たす撮像素子の例を示す図である。図7(a)の場合、最小色配列=2x2、最小分割配列=2x2、最小単位配列=8x8である。即ち、図7(a)の撮像素子は、図1(b)の撮像素子よりも大きな最小単位配列を持つ。図7(b)は、図7(a)において特定の瞳分割パターンの画素を抽出した図である。図7(a)の例では、カラーフィルタは画素単位に配列され、隣接する最小色配列間で瞳分割手段の配列開始パターンが異なっていると共に、最小単位配列内に最小色配列と同じ比率で画素が配列されていることが分かる。これを具体的に説明する。カラーフィルタは図1(b)と同じ表記法を用いて示してある。明らかに画素ごとにベイヤ配列となっていることが分かる。カラーフィルタは画素単位に設けられていることから、ピントが合っている場合は視差情報を破棄することで高精細な画像が得られる。このように、図7(a)の撮像素子は、前述の条件2を満たすと同時に、条件2を更に具体化した下記の条件2’を満たし、より高画質の画像を生成可能である。 FIG. 7 is a diagram showing an example of an image sensor that satisfies the arrangement condition. In the case of FIG. 7A, the minimum color array = 2x2, the minimum divided array = 2x2, and the minimum unit array = 8x8. That is, the image sensor of FIG. 7 (a) has a larger minimum unit array than the image sensor of FIG. 1 (b). FIG. 7B is a diagram in which pixels of a specific pupil division pattern are extracted in FIG. 7A. In the example of FIG. 7A, the color filters are arranged in pixel units, the arrangement start patterns of the pupil dividing means are different between the adjacent minimum color arrays, and the ratio is the same as the minimum color array in the minimum unit array. It can be seen that the pixels are arranged. This will be described in detail. The color filter is shown using the same notation as in FIG. 1 (b). It can be clearly seen that each pixel has a Bayer array. Since the color filter is provided for each pixel, a high-definition image can be obtained by discarding the parallax information when the color filter is in focus. As described above, the image sensor of FIG. 7A can generate a higher image quality image by satisfying the above-mentioned condition 2 and at the same time satisfying the following condition 2'which further embodies the condition 2.
条件2’:最小単位配列において特定の開口位置(開口パターン)に対応する全画素のカラーフィルタが、最小色配列と同じ比率で各色を含む。 Condition 2': The color filter of all pixels corresponding to a specific aperture position (aperture pattern) in the minimum unit array includes each color in the same ratio as the minimum color array.
最小色配列のブロック201とブロック202に注目する。ブロック201とブロック202は横方向に隣接している。この隣接する最小色配列のブロックは瞳分割パターンがブロック内で上下対称になっている。即ち、ブロック201ではブロック内で左上の位置にありRに対応していた数字1を付した左上開口のパターンが、ブロック202では上下対称なブロック内の左下に位置している。その結果、左上開口のパターン1はGbに対応している。他のパターンも同様にブロック内で上下対称になるように開口パターンを変えることで、ブロック202はR3、Gr4、Gb1、及びB2で構成されている。 Pay attention to blocks 201 and 202 of the minimum color array. Block 201 and block 202 are adjacent to each other in the horizontal direction. The pupil division pattern of the adjacent minimum color array blocks is vertically symmetrical within the block. That is, in the block 201, the pattern of the upper left opening with the number 1 corresponding to R, which is located in the upper left position in the block, is located in the lower left position in the vertically symmetrical block in the block 202. As a result, pattern 1 of the upper left opening corresponds to Gb. Similarly, the block 202 is composed of R3, Gr4, Gb1 and B2 by changing the opening pattern so that the other patterns are vertically symmetrical in the block.
次に、最小色配列のブロック201とブロック203に注目する。ブロック201とブロック203は縦方向に隣接している。この隣接する最小色配列のブロックは瞳分割パターンがブロック内で左右対称になっている。即ち、ブロック201ではブロック内で左上の位置にありRに対応していた数字1を付した左上開口のパターンが、左右対称なブロック内の右上に位置している。その結果、左上開口のパターン1はGrに対応している。他のパターンも同様にブロック内で左右対称になるように開口パターンを変えることで、ブロック203はR2、Gr1、Gb4、及びB3で構成されている。 Next, pay attention to the blocks 201 and 203 of the minimum color array. Block 201 and block 203 are vertically adjacent to each other. The pupil division pattern of the adjacent minimum color array blocks is symmetrical within the block. That is, in the block 201, the pattern of the upper left opening with the number 1 which is located at the upper left position in the block and corresponds to R is located at the upper right side in the symmetrical block. As a result, pattern 1 of the upper left opening corresponds to Gr. Similarly, the block 203 is composed of R2, Gr1, Gb4, and B3 by changing the opening pattern so that the other patterns are symmetrical in the block.
同様に、ブロック204はブロック202と左右対称になるようにすればよい。この時、ブロック204は自動的にブロック203と上下対称になる。更に、図7(a)の配列では、最小単位配列の大きさを大きくするための工夫をしている。図7(b)にあるようなブロック201、202、203、及び204を包含する中間ブロック211を考える。更に、同じ大きさで隣接するように中間ブロック212、213、及び214を考える。図1(b)の例では中間ブロック211と中間ブロック212は同じ配列を持つようにしていたが、図7(a)の例では、最小色配列のブロック201、202、203、及び204を1つの塊と考えて隣接する中間ブロック間で対称な配置転換を行っている。 Similarly, the block 204 may be symmetrical with the block 202. At this time, the block 204 is automatically vertically symmetrical with the block 203. Further, in the arrangement of FIG. 7A, a device is devised to increase the size of the minimum unit arrangement. Consider an intermediate block 211 that includes blocks 201, 202, 203, and 204 as shown in FIG. 7B. Further, consider the intermediate blocks 212, 213, and 214 so that they are of the same size and adjacent to each other. In the example of FIG. 1B, the intermediate block 211 and the intermediate block 212 have the same arrangement, but in the example of FIG. 7A, the minimum color arrangement blocks 201, 202, 203, and 204 are set to 1. It is considered as one mass and symmetrically rearranged between adjacent intermediate blocks.
中間ブロック211と中間ブロック212に注目する。中間ブロック211と中間ブロック212は横方向に隣接している。この隣接する中間ブロックは、最小色配列のブロック配置が中間ブロック内で上下対称になっている。 Pay attention to the intermediate block 211 and the intermediate block 212. The intermediate block 211 and the intermediate block 212 are adjacent to each other in the horizontal direction. In this adjacent intermediate block, the block arrangement of the minimum color array is vertically symmetrical within the intermediate block.
中間ブロック211と中間ブロック213に注目する。中間ブロック211と中間ブロック213は縦方向に隣接している。この隣接する中間ブロックは、最小色配列のブロック配置が中間ブロック内で左右対称になっている。 Pay attention to the intermediate block 211 and the intermediate block 213. The intermediate block 211 and the intermediate block 213 are adjacent to each other in the vertical direction. In this adjacent intermediate block, the block arrangement of the minimum color array is symmetrical within the intermediate block.
以下同様にして、横方向に隣接する中間ブロック間では最小色配列のブロック配置を上下対称に、縦方向に隣接する中間ブロック間では最小色配列のブロック配置を左右対称に配列した。その結果、図7(a)及び(b)に示すような配列となっている。その結果、最小単位配列は中間ブロック211、212、213、及び214を包含する8x8の大きさになっている。 In the same manner thereafter, the block arrangement of the minimum color array is arranged vertically symmetrically between the intermediate blocks adjacent in the horizontal direction, and the block arrangement of the minimum color array is arranged symmetrically between the intermediate blocks adjacent in the vertical direction. As a result, the arrangement is as shown in FIGS. 7A and 7B. As a result, the smallest unit array is 8x8 in size, including intermediate blocks 211, 212, 213, and 214.
図7(b)は、特定の瞳分割パターン(パターン1)の画素のみを抜き出した図であるが、これもベイヤ配列になっていることが分かる。即ち、特定の視点からの像をRGBカラーで出力することが可能である。図7(a)及び図7(b)に示した画素の配列のもう1つのメリットとして、特定の視点に対応する画素がどの列/どの行にも存在することがある。これにより、細線を捉え損なう可能性が減る。 FIG. 7B is a diagram in which only the pixels of the specific pupil division pattern (pattern 1) are extracted, and it can be seen that this also has a Bayer arrangement. That is, it is possible to output an image from a specific viewpoint in RGB color. Another advantage of the pixel arrangement shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) is that the pixels corresponding to a specific viewpoint are present in every column / row. This reduces the possibility of failing to catch the thin line.
図7(c)は、図1(b)に示した配列と等価であって、瞳分割のためのマスクの開口比率を変えた例を示す。図7(d)は、図7(c)において特定の瞳分割パターンの画素を抽出した図である。図7(e)は、図7(c)に示した開口から図1(b)に示したものと等価な信号を得るための演算を図示したものである。図7(c)の場合、最小色配列=2x2、最小分割配列=2x2、最小単位配列=4x4である。 FIG. 7 (c) shows an example in which the aperture ratio of the mask for pupil division is changed, which is equivalent to the arrangement shown in FIG. 1 (b). FIG. 7 (d) is a diagram in which pixels of a specific pupil division pattern are extracted in FIG. 7 (c). FIG. 7 (e) illustrates an operation for obtaining a signal equivalent to that shown in FIG. 1 (b) from the opening shown in FIG. 7 (c). In the case of FIG. 7C, the minimum color array = 2x2, the minimum divided array = 2x2, and the minimum unit array = 4x4.
図7(c)において、カラーフィルタは画素単位に設けられており、ピントが合っている場合は視差情報を破棄することで高精細な画像が得られる。また、特定の瞳分割パターンの信号を抜き出した図7(d)からも明らかなように、特定の視点からの像をRGBカラーで出力することも可能である。 In FIG. 7C, the color filter is provided for each pixel, and when the color filter is in focus, a high-definition image can be obtained by discarding the parallax information. Further, as is clear from FIG. 7D in which the signal of the specific pupil division pattern is extracted, it is also possible to output the image from the specific viewpoint in RGB color.
図1(b)の例では、説明を分かりやすくするために、画素のうち1/4が開口している例を示した。一方で、1/4だけ開口させると3/4の信号はマスク層で遮光されて無駄になってしまう。そのため、図7(c)の例では、3/4を開口させて、1/4を遮光している。即ち、図7(c)は、図1(b)に対して補色の関係のような関係にある。図1(b)の例と違い白の領域が大きいのはこれを図示している。3/4を開口させることで、S/Nという面では有利になる。一方で、瞳を分割した信号を明示的に得ることはできない。そこで、図7(e)に示すような演算を施すことで、図1(b)の場合と同等の信号を得ることができる。即ち、図7(e)に示すように全ての開口パターンを加算して適当なゲイン(図7(e)では1/3)を乗じることで、全開口信号を得る。ここから抜き出したい瞳領域を遮光しているパターン(図7(e)ではパターン4)を減じることで、特定の領域の信号のみを得ることができる。この演算は、特定の視点の像を出力する必要がある場合など、アプリケーションに応じて行えばよい。 In the example of FIG. 1B, for the sake of clarity, an example in which 1/4 of the pixels are open is shown. On the other hand, if only 1/4 is opened, the 3/4 signal is shielded by the mask layer and is wasted. Therefore, in the example of FIG. 7C, 3/4 is opened to shield 1/4 from light. That is, FIG. 7 (c) has a complementary color relationship with that of FIG. 1 (b). This is illustrated by the large white area, which is different from the example of FIG. 1 (b). Opening the 3/4 is advantageous in terms of S / N. On the other hand, it is not possible to explicitly obtain a signal with a split pupil. Therefore, by performing the calculation as shown in FIG. 7 (e), a signal equivalent to that in the case of FIG. 1 (b) can be obtained. That is, as shown in FIG. 7 (e), all aperture patterns are added and multiplied by an appropriate gain (1/3 in FIG. 7 (e)) to obtain a full aperture signal. By reducing the pattern (pattern 4 in FIG. 7E) that blocks the pupil region to be extracted from this region, only the signal in a specific region can be obtained. This calculation may be performed according to the application, such as when it is necessary to output an image of a specific viewpoint.
図8(a)及び図8(b)は、配列条件を満たす撮像素子の例を示す図である。図8(a)の場合、最小色配列=2x2、最小分割配列=4x4、最小単位配列=8x8である。瞳分割パターンは合計16パターンあるので、それを数字で画素内に記入した。色に関しては図1(b)と同じ表記法(ハッチングパターン)を用いたが、画素内への英文字は図示を省略した。図8(b)は、図8(a)において特定の瞳分割パターンの画素を抽出した図である。 8 (a) and 8 (b) are diagrams showing an example of an image sensor satisfying the arrangement condition. In the case of FIG. 8A, the minimum color array = 2x2, the minimum divided array = 4x4, and the minimum unit array = 8x8. Since there are a total of 16 pupil division patterns, they are entered numerically in the pixels. Regarding the color, the same notation (hatching pattern) as in FIG. 1 (b) was used, but the English characters in the pixels were not shown. FIG. 8B is a diagram in which pixels of a specific pupil division pattern are extracted in FIG. 8A.
図8(a)において、カラーフィルタは画素単位に配列され、隣接する最小色配列間で瞳分割手段の配列開始パターンが異なっていると共に、最小単位配列内に最小色配列と同じ比率で画素が配列されていることが分かる。カラーフィルタは図1(b)と同じ表記法を用いて示してあるが、明らかに画素ごとにベイヤ配列となっていることが分かる。カラーフィルタは画素単位に設けられていることから、ピントが合っている場合は視差情報を破棄することで高精細な画像が得られる。 In FIG. 8A, the color filters are arranged in pixel units, the arrangement start patterns of the pupil dividing means are different between the adjacent minimum color arrays, and the pixels are arranged in the minimum unit array at the same ratio as the minimum color array. You can see that they are arranged. The color filter is shown using the same notation as in FIG. 1 (b), but it can be clearly seen that the Bayer array is arranged for each pixel. Since the color filter is provided for each pixel, a high-definition image can be obtained by discarding the parallax information when the color filter is in focus.
図8(a)において、最小分割配列のブロック161、162、163、及び164を考える。最小分割配列のブロック161とブロック162に注目する。ブロック161とブロック162は横方向に隣接している。この隣接する最小分割配列のブロックは瞳分割パターンがブロック内で上下対称になっている。即ち、ブロック161ではブロック内で左上の位置にありRに対応していた数字1を付した最も左上寄りの開口のパターン1が、ブロック162では上下対称なブロック内の左下に位置している。その結果、最も左上寄りの開口のパターン1はGbに対応している。他のパターンも同様にブロック内で上下対称になるように開口のパターンを変えた。 In FIG. 8A, consider blocks 161, 162, 163, and 164 of the smallest split array. Focus on blocks 161 and blocks 162 of the smallest split array. Blocks 161 and 162 are laterally adjacent to each other. The pupil division pattern of the adjacent minimum division array blocks is vertically symmetrical within the block. That is, in the block 161, the pattern 1 of the opening closest to the upper left, which is located at the upper left position in the block and has the number 1 corresponding to R, is located in the lower left position in the vertically symmetrical block in the block 162. As a result, the pattern 1 of the opening closest to the upper left corresponds to Gb. Similarly, the other patterns were changed so that they were vertically symmetrical within the block.
次に、最小分割配列のブロック161とブロック163に注目する。ブロック161とブロック163は縦方向に隣接している。この隣接する最小分割配列のブロックは瞳分割パターンがブロック内で左右対称になっている。即ち、ブロック161ではブロック内で左上の位置にありRに対応していた数字1を付した左上開口のパターン1が、ブロック163では左右対称なブロック内の右上に位置している。その結果、左上開口のパターン1はGrに対応している。他のパターンも同様にブロック内で左右対称になるように開口のパターンを変えた。 Next, pay attention to blocks 161 and blocks 163 of the minimum split array. Blocks 161 and 163 are vertically adjacent to each other. The pupil division pattern of the adjacent minimum division array blocks is symmetrical within the block. That is, in the block 161, the pattern 1 of the upper left opening with the number 1 corresponding to R, which is located in the upper left position in the block, is located in the upper right position in the symmetrical block in the block 163. As a result, pattern 1 of the upper left opening corresponds to Gr. Similarly, the other patterns were changed so that they were symmetrical in the block.
同様に、ブロック164はブロック162と左右対称になるようにすればよい。この時、ブロック164は自動的にブロック163と上下対称になる。これを繰り返すことで、図1(b)や図7で説明したものと同じ効果のある配列が得られる。図8(b)から明らかなように、図8(a)の配列において特定の瞳分割パターン(パターン1)に注目すると、ブロック161、162、163、及び164からはそれぞれR,Gb,Gr,Bの信号が得られる。これらの信号は、最小色配列と同じ比率であると共に、配列もベイヤ配列であり、最小色配列の並びを維持している。その結果、特定の視点の像をRGBカラーで得ることができる。 Similarly, the block 164 may be symmetrical with the block 162. At this time, the block 164 automatically becomes vertically symmetrical with the block 163. By repeating this, an array having the same effect as that described in FIGS. 1 (b) and 7 can be obtained. As is clear from FIG. 8 (b), focusing on the specific pupil division pattern (pattern 1) in the array of FIG. 8 (a), R, Gb, Gr, from blocks 161, 162, 163, and 164, respectively, The signal of B is obtained. These signals have the same ratio as the minimum color arrangement, and the arrangement is also a Bayer arrangement, maintaining the arrangement of the minimum color arrangement. As a result, an image of a specific viewpoint can be obtained in RGB color.
次に、図8(c)について説明する。図8(c)の場合、最小色配列=2x2、最小分割配列=4x4、最小単位配列=4x4である。図8(c)の例は、図6(a)の例を最小分割配列4x4に適用したものと考えればよい。即ち、この配列では、位相差が閾値未満の場合は視差情報を破棄することで図1(b)などと同じ効果を得ることができる。一方で、パターン1に注目して信号を抜き出した場合にはRGBカラー画像を得ることができない。図8(d)は、パターン1の信号のみを抜き出した例であり、R(赤)の信号しか得られない。 Next, FIG. 8C will be described. In the case of FIG. 8C, the minimum color array = 2x2, the minimum divided array = 4x4, and the minimum unit array = 4x4. The example of FIG. 8C can be considered to apply the example of FIG. 6A to the minimum divided array 4x4. That is, in this sequence, when the phase difference is less than the threshold value, the same effect as in FIG. 1B can be obtained by discarding the parallax information. On the other hand, when the signal is extracted by paying attention to the pattern 1, an RGB color image cannot be obtained. FIG. 8D is an example in which only the signal of pattern 1 is extracted, and only the signal of R (red) can be obtained.
図9は、配列条件を満たす撮像素子の例を示す図である。図9(a)において、最小色配列=2x2、最小分割配列=3x3、最小単位配列=6x6である。図9(b)は、特定の視点からの像に注目した時の画素の配列を説明する図である。図9(c)は、図3(c)に対応する図であり、画素の断面図と射出瞳面との対応を説明するための図である。
図9(a)の例では、ピントが合っている場合は視差情報を破棄することで高精細な画像が得られる。また、特定の分割パターン抜き出した場合でも、図9(b)に示すようにベイヤ配列の信号が得られ、RGBカラー画像を得ることができる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of an image sensor that satisfies the arrangement condition. In FIG. 9A, the minimum color array = 2x2, the minimum divided array = 3x3, and the minimum unit array = 6x6. FIG. 9B is a diagram illustrating an arrangement of pixels when focusing on an image from a specific viewpoint. FIG. 9C is a diagram corresponding to FIG. 3C, and is a diagram for explaining the correspondence between the cross-sectional view of the pixel and the exit pupil surface.
In the example of FIG. 9A, a high-definition image can be obtained by discarding the parallax information when the image is in focus. Further, even when a specific division pattern is extracted, a Bayer array signal can be obtained as shown in FIG. 9B, and an RGB color image can be obtained.
但し、図9(a)に示す撮像素子が出力する信号を利用して位相差に基づく焦点検出を行う場合には不都合が生じる。図9(c)は、図3(c)に対応する図であり、同じ機能の構造には同じ番号を付してある。ここで注目することは、射出瞳50を絞った場合である。絞った瞳を図9(c)には符号302で、図3(c)には符号301で図示した。偶数で瞳分割された図3の例では、射出瞳を絞った場合でも複数の画素に光線が入射する。一方で、奇数で瞳分割された図9の例では、絞りを符号302まで絞った場合には、中央の画素にしか光線が入射しない。これは、位相差情報が得られなくなることを意味する。つまり、屋外で動画撮影などを行う場合に絞りを絞った状況では、撮像素子からの信号で焦点検出を行うことができないことを示している。これを回避するには、瞳は偶数に分割するのがよい。もっとも、絞り量を制限する場合や、他の知られている方法で位相差検出処理を行う場合などには、図9(a)の撮像素子を問題なく利用することができる。 However, inconvenience occurs when focus detection based on the phase difference is performed using the signal output by the image sensor shown in FIG. 9A. 9 (c) is a diagram corresponding to FIG. 3 (c), and structures having the same function are numbered the same. What is noted here is the case where the exit pupil 50 is narrowed down. The narrowed pupil is shown by reference numeral 302 in FIG. 9 (c) and by reference numeral 301 in FIG. 3 (c). In the example of FIG. 3 in which the pupils are divided by even numbers, light rays are incident on a plurality of pixels even when the exit pupils are narrowed down. On the other hand, in the example of FIG. 9 in which the pupils are divided by an odd number, when the diaphragm is stopped down to reference numeral 302, the light beam is incident only on the central pixel. This means that the phase difference information cannot be obtained. That is, it is shown that the focus cannot be detected by the signal from the image sensor in the situation where the aperture is stopped down when shooting a moving image outdoors. To avoid this, the pupil should be divided into even numbers. However, the image sensor of FIG. 9A can be used without any problem when the aperture amount is limited or when the phase difference detection process is performed by another known method.
以上説明したように、本実施形態によれば、配列条件を満たす撮像素子が提供される。これにより、ピント状態に応じて画質劣化を抑制する色補間処理を実行することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, an image pickup device that satisfies the arrangement condition is provided. This makes it possible to execute color interpolation processing that suppresses image quality deterioration according to the focus state.
[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
1…カメラ、2…レンズ、3…撮影光学系、4…光軸、5…カメラシステム制御部、6…撮像素子、7…画像処理部、8…メモリ部、9…表示部、10…操作検出部、11…電気接点、12…レンズシステム制御部、13…レンズ駆動部 1 ... Camera, 2 ... Lens, 3 ... Shooting optical system, 4 ... Optical axis, 5 ... Camera system control unit, 6 ... Imaging element, 7 ... Image processing unit, 8 ... Memory unit, 9 ... Display unit, 10 ... Operation Detection unit, 11 ... electrical contact, 12 ... lens system control unit, 13 ... lens drive unit
Claims (9)
画素単位に配置されたマイクロレンズと、
縦ncx横mc(nc及びmcは2以上の整数)の最小色配列の繰り返しで前記画素単位に配置されたカラーフィルタと、
前記光電変換部と前記マイクロレンズとの間に前記画素単位に配置された、開口及び遮光部を有するマスク手段と、
を備え、
前記マスク手段は、
開口位置の縦方向及び横方向のパターンの数をそれぞれnd及びmd(nd及びmdは2以上の整数)とした場合に、同じ色のカラーフィルタ及び同じ開口位置の組み合わせが縦(nc*nd*a)x横(mc*md*b)(a及びbは自然数)の最小単位配列の繰り返しで表れ、
前記最小単位配列において特定の開口位置に対応する全画素のカラーフィルタが、前記最小色配列と同じ比率で各色を含み、
(n d *m d )の開口位置のパターンのいずれについても、当該パターンに対応する画素が前記最小単位配列のどの列にもどの行にも存在するように構成される
ことを特徴とする撮像素子。 Multiple pixels, each containing a photoelectric conversion unit,
Microlenses arranged in pixel units and
A color filter arranged in pixel units by repeating a minimum color array of vertical n c x horizontal mc (n c and mc are integers of 2 or more), and
A mask means having an aperture and a light-shielding portion arranged in pixel units between the photoelectric conversion unit and the microlens.
With
The masking means
When the vertical and horizontal n d and m d are the number of patterns of the open position (n d and m d is an integer of 2 or more) as a combination of color filters and the same open position of the same color vertically ( It appears by repeating the smallest unit array of n c * n d * a) x horizontal ( mc * m d * b) (a and b are natural numbers).
Color filters of all the pixels corresponding to the particular open position in the minimum unit sequence, see contains each color at the same rate as the minimum color sequence,
For any of the patterns of the opening positions of ( nd * m d ), the imaging is characterized in that the pixels corresponding to the pattern are configured to be present in any column and every row of the minimum unit array. element.
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 Said mask means, for any pattern of open position also (n d * m d), which column of two or more pixels the minimum unit sequences, each corresponding to the color filters of different colors as well as corresponding to the pattern The image pickup device according to claim 1, wherein the image pickup device is configured to be present in any row .
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 1 or 2, wherein the minimum color arrangement is a Bayer arrangement.
前記複数の画素の少なくとも一部により得られた信号に対して色補間処理を行うことにより前記最小色配列の全種類の色を含むカラー画像を生成する色補間手段と、
を更に備え、
前記色補間手段は、前記位相差が閾値以上の場合、前記特定の開口位置に対応する画素により得られた信号に対して前記色補間処理を行うことにより前記カラー画像を生成する
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 Phase difference detecting means for detecting the phase difference of the subject image corresponding to the incident light from a plurality of different pupil regions of the photographing optical system, and
A color interpolation means for generating a color image including all kinds of colors of the minimum color array by performing color interpolation processing on a signal obtained by at least a part of the plurality of pixels.
With more
The color interpolation means is characterized in that when the phase difference is equal to or larger than a threshold value, the color image is generated by performing the color interpolation processing on the signal obtained by the pixels corresponding to the specific aperture position. The imaging device according to claim 4.
前記特定の開口位置とは異なる第2の開口位置に対応する画素により得られた信号に対して前記色補間処理を行うことにより第2のカラー画像を生成し、
前記カラー画像と前記第2のカラー画像とを合成する
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 The color interpolation means is used when the phase difference is equal to or greater than a threshold value.
A second color image is generated by performing the color interpolation processing on the signal obtained by the pixels corresponding to the second aperture position different from the specific aperture position.
The imaging apparatus according to claim 5, wherein the color image and the second color image are combined.
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像装置。 The color interpolation means is characterized in that when the phase difference is less than the threshold value, the color image is generated by performing the color interpolation processing on the signal obtained by the pixels corresponding to the aperture positions of all patterns. The imaging device according to claim 5 or 6.
撮影光学系の複数の異なる瞳領域からの入射光に対応する被写体像の位相差を検出する位相差検出工程と、
前記複数の画素の少なくとも一部により得られた信号に対して色補間処理を行うことにより前記最小色配列の全種類の色を含むカラー画像を生成する色補間工程と、
を備え、
前記色補間工程では、前記位相差が閾値以上の場合、前記特定の開口位置に対応する画素により得られた信号に対して前記色補間処理を行うことにより前記カラー画像を生成する
ことを特徴とする画像生成方法。 An image generation method executed by an image pickup apparatus including the image pickup device according to any one of claims 1 to 3.
A phase difference detection step that detects the phase difference of the subject image corresponding to the incident light from a plurality of different pupil regions of the photographing optical system, and
A color interpolation step of generating a color image including all kinds of colors of the minimum color array by performing color interpolation processing on a signal obtained by at least a part of the plurality of pixels.
With
The color interpolation step is characterized in that when the phase difference is equal to or larger than a threshold value, the color image is generated by performing the color interpolation processing on the signal obtained by the pixels corresponding to the specific aperture position. Image generation method to be performed.
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