JP7600861B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device.
撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出画素を備える撮像素子が知られている(例えば特許文献1)。従来から、焦点検出の精度向上が求められている。 Image sensors equipped with focus detection pixels that receive light beams that have passed through a partial area of the exit pupil of a photographing optical system are known (see, for example, Patent Document 1). There has long been a demand for improved accuracy in focus detection.
第1の態様によると、撮像装置は、第1方向を検出方向とし、前記第1方向と交差する第2方向の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離がそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部を含む合焦状態検出部を有する撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる撮像光学系と、前記合焦状態検出部に含まれる複数の前記像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうち、前記撮像光学系の射出瞳距離に最も近い設計瞳距離を有する2以上の像面位相差検出部が出力する検出信号を加算して加算信号を生成する加算部と、を備える。 According to a first aspect, an imaging device includes an imaging element having a focus state detection unit including a plurality of image plane phase difference detection units with different design pupil distances, the image plane phase difference detection units being arranged at different positions in a second direction intersecting the first direction as a detection direction, an imaging optical system that forms a subject image on an imaging surface of the imaging element, and an adder that generates a sum signal by adding detection signals output by two or more image plane phase difference detection units having a design pupil distance closest to an exit pupil distance of the imaging optical system, among a plurality of detection signals detected by the plurality of image plane phase difference detection units included in the focus state detection unit.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の撮像装置1と、撮像装置1に取り付けて使用する撮像光学系2との構成を模式的に示す断面図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a cross-sectional view that shows a schematic configuration of an
図1に矢印で示したX方向、Y方向およびZ方向は、相互に直交する方向である。なお、以降の各図に示したX方向、Y方向およびZ方向は、それぞれ図1に示したX方向、Y方向およびZ方向と同一の方向を示している。矢印の向きの方向が、ぞれぞれ+X方向、+Y方向および+Z方向である。
以下では、X方向における位置をX位置と、Y方向における位置をY位置と、Z方向における位置をZ位置ともいう。
The X, Y, and Z directions indicated by arrows in Fig. 1 are mutually orthogonal directions. Note that the X, Y, and Z directions indicated in the following figures are the same as the X, Y, and Z directions indicated in Fig. 1, respectively. The directions of the arrows are the +X, +Y, and +Z directions, respectively.
Hereinafter, a position in the X direction will be referred to as an X position, a position in the Y direction will be referred to as a Y position, and a position in the Z direction will be referred to as a Z position.
図1は、撮像装置1と撮像光学系2とを+X方向から見た断面図である。
撮像装置1は、撮像素子3、撮像制御部4、レンズ駆動部6、表示部7、操作部8、および第1通信部9を備える。
撮像光学系2は、撮像素子3の撮像面3sに被写体像を結像させる。撮像光学系2は、開口22を有する絞り21と、絞り21よりも被写体側に配置されている前群レンズ20a、絞り21よりも撮像素子3側に配置されている後群レンズ20b、および第2通信部23を含む。前群レンズ20a、および後群レンズ20bは、いずれも複数のレンズから構成されていても良い。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
The
The imaging
また、絞り21は光彩絞りであっても良く、所定の直径の開口部を有する遮光部材であっても良く、所定のレンズの有効径自体によって、撮像光学系2を通過する光線束の有効径を制限するものであっても良い。前群レンズ20aまたは後群レンズ20bのうちの一方は、配置されていなくても良い。
The
前群レンズ20aまたは後群レンズ20b、あるいはそれらを構成する複数のレンズの中の少なくとも1枚のレンズは、撮像光学系2の焦点調節を行うために光軸AX方向(Z方向)に移動可能な焦点調節用レンズであっても良い。
また、前群レンズ20aまたは前群レンズ20a、あるいはそれらを構成する複数のレンズの中の少なくとも1枚のレンズは、撮像光学系2の焦点距離を変更するために光軸AX方向(Z方向)に移動可能な変倍(ズーム)用レンズであっても良い。
The
In addition, the
撮像光学系2の焦点距離、絞り値(F値)、光軸AX方向に可動なレンズの現在の位置情報のうちの少なくとも一部は、撮像光学系2の第2通信部23から撮像装置1の第1通信部9に伝達され、さらに撮像制御部4に伝達される。
At least a portion of the focal length of the imaging
撮像素子3は、被写体像を撮像して信号を出力する。撮像制御部4は、撮像素子3等の各部を制御する。撮像制御部4は、撮像素子3により出力された画像信号に画像処理等を施して画像データを生成する。撮像制御部4は、不図示の記録媒体に画像データを記録し、表示部7に画像データに基づく画像を表示する等の処理を行う。表示部7は、例えば液晶パネル等の表示部材を有する表示装置である。
The
撮像制御部4は、さらに、公知の像面位相差検出方式により撮像光学系2の自動焦点調節(AF)に必要な焦点検出処理を行う。具体的には、撮像制御部4は、後述するように撮像素子3から出力される少なくとも一対の焦点検出信号から、それらの焦点検出信号の間の位相のずれ量である位相差を検出する。
The
撮像制御部4は、検出した位相差に基づいて、撮像光学系2の被写体の結像位置と撮像素子3の撮像面3sとのずれ量(デフォーカス量)を算出する。そして、デフォーカス量に応じて、撮像光学系2の中の上述した焦点調節用レンズの合焦のための光軸AX方向への駆動量を算出する。この駆動量に応じた信号が、レンズ駆動部6から第1通信部9および第2通信部23を経て撮像光学系2内の不図示のアクチュエータに送られ、焦点調節用レンズが光軸AX方向に移動されることにより、焦点調節が自動で行われる。
The
図2は、撮像装置1と撮像光学系2とを-Y方向から見た断面図であり、撮像光学系2を通り、撮像素子3上の1つの合焦状態検出部FAに入射する光線束LRBの一例を示す図である。
Figure 2 is a cross-sectional view of the
図2に示した光線束LRBは、前群レンズ20aにより屈折された後、絞り21により、その径を制限される。光線束LRBは、開口22を通過した後、後群レンズ20bにより再度屈折され、撮像素子3の合焦状態検出部FAの近傍の像側焦点FPに入射する。ここで、撮像素子3の入射側面(+Z側面)は、光線束LRBの集光点、すなわち、撮像光学系2の像側焦点FPと概ね一致するように配置されている。図2では、撮像素子3の合焦状態検出部FAは、一例として、撮像光学系2の光軸AXから+X方向に距離X1だけ離れた位置に配置されるものとしている。
The light beam LRB shown in FIG. 2 is refracted by the
射出瞳EPは、像側焦点FPの側から見た、後群レンズ20bによる絞り21の開口22の虚像である。換言すれば射出瞳EPは、光線束LRBのうち、絞り21が配置されているXY面と光軸AXとの交点PCを通る主光線LPRの、後群レンズ20bと撮像素子との間の光路を、直線的に延長した線分PRIと光軸AXとの交点PCIを含むXY平面と一致している。交点PCIは、射出瞳EPの中心(中心PCI)であるということができる。
The exit pupil EP is a virtual image of the
本明細書では、射出瞳EPから像側焦点FPまでのZ方向の距離を、射出瞳距離LPDともいう。
また、上述したとおり、射出瞳EPは、絞り21の開口22の虚像であり、光学的に等価であることから、開口22を通過する光線束LRBのことを、射出瞳EPを通過する光線束LRBであるともいう。
In this specification, the distance in the Z direction from the exit pupil EP to the image-side focus FP is also referred to as the exit pupil distance LPD.
Also, as described above, the exit pupil EP is a virtual image of the
撮像光学系2の射出瞳距離LPDは、上述した撮像光学系2の焦点距離等の情報と同様に、撮像光学系2の第2通信部23から撮像装置1の第1通信部9に伝達され、さらに撮像制御部4に伝達される。
The exit pupil distance LPD of the imaging
(撮像素子)
図3は、撮像素子3を撮像面3s側から、すなわち+Z側から見た図である。撮像素子3は、半導体基板30と、半導体基板30上にX方向およびY方向に配列される複数の画素40とを有している。画素40のX方向の並びを「行」とも呼び、画素40のY方向の並びを「列」とも呼ぶ。図2では一部を省略して描いているが、画素40は、X方向およびY方向にそれぞれ例えば1000個以上に渡って多数配列されていても良い。
(Image sensor)
3 is a view of the
複数の画素40のそれぞれは、異なる3波長の光の中のいずれか1つに対する分光感度が他の波長に対する分光感度よりも高い。Rと付記された画素40(以降「R画素」とも呼ぶ)は赤色光に対する分光感度が高く、Gと付記された画素40(以降「G画素」とも呼ぶ)は緑色光に対する分光感度が高く、Bと付記された画素40(以降「B画素」とも呼ぶ)は青色光に対する分光感度が高い。これらのRGBの各画素40は、例えばベイヤー配列で撮像領域内に配列されている。
R画素、G画素、およびB画素の上述した分光感度は、一例としてそれぞれの画素40内に設けられている後述するカラーフィルタにより設定される。
Each of the
The above-mentioned spectral sensitivities of the R, G and B pixels are set, for example, by color filters (to be described later) provided in each
複数の画素40が配列された領域である有効撮像領域IAの、図3中の左端には水平制御部31Hが設けられ、図3中の上端には垂直制御部31Vが設けられている。水平制御部31Hおよび垂直制御部31Vを併せて、または個々に、制御部31とも呼ぶ。
A
水平制御部31Hからは複数の制御線32がX方向に延び、それぞれの制御線32は、複数の画素40のうちX方向に1行に並ぶ複数の画素40に接続されている。撮像素子3の中の複数の画素40のうちY方向に1列に並ぶ複数の画素40のそれぞれには信号線33が接続されている。
A number of
画素40のそれぞれは、所定の撮像期間内に入射した光の量に基づく信号を生成する。水平制御部31Hから所定の制御電圧が印加された1つまたは複数の制御線32と接続されている画素40で生成された信号は、その画素40に接続されている信号線33を経由して、所定の読出部34により読み出される。一例として、各画素40から出力される信号はアナログ信号であり、読出部34は、アナログ信号をデジタル信号に変換(A/D変換)するアナログ/デジタル変換器である。
読出部34によりA/D変換等された画素40からの信号は、データレーン35を経て撮像素子3の出力部36から、出力信号Sgとして撮像制御部4に出力される。
Each of the
The signals from the
複数の画素40の一部は、上述した位相差検出方式において撮像光学系2のAFに必要な焦点検出処理に用いる一対の検出信号のそれぞれを検出するための、第1AF画素Pと第2AF画素Mとなっている。第1AF画素Pは符号Pが付記された画素40であり、第2AF画素Mは符号Mが付記された画素40である。
Some of the
第1AF画素Pは、Y方向の所定の位置において、X方向に並んで複数配置されている。同一のY位置においてX方向に並んで配置されている複数の第1AF画素Pを、第1検出部F1とも呼ぶ。第1検出部F1から出力される信号が、上述した一対の検出信号のうちの一方の第1検出信号である。 The first AF pixels P are arranged in a line in the X direction at a predetermined position in the Y direction. The first AF pixels P arranged in a line in the X direction at the same Y position are also called the first detection unit F1. The signal output from the first detection unit F1 is the first detection signal, which is one of the pair of detection signals described above.
第2AF画素Mも、第1検出部F1とは異なるY方向の所定の位置においてX方向に並んで複数配置されている。同一のY位置においてX方向に並んで配置されている複数の第2AF画素Mを、第2検出部F2とも呼ぶ。第2検出部F2から出力される信号が、上述した一対の検出信号のうちの他方の第2検出信号である。 The second AF pixels M are also arranged in a line in the X direction at a predetermined position in the Y direction different from the first detection unit F1. The second AF pixels M arranged in a line in the X direction at the same Y position are also referred to as the second detection unit F2. The signal output from the second detection unit F2 is the other second detection signal of the pair of detection signals described above.
なお、図2においては、図示の都合上、第1検出部F1および第2検出部F2を示す破線の枠中にG画素Gが含まれているが、第1検出部F1および第2検出部F2はG画素Gを含まなくても良い。
また、図2においては、第1検出部F1および第2検出部F2が、有効撮像領域IAの-X側の略端部から+X側の略端部に渡って配置されているものとしているが、第1検出部F1および第2検出部F2は、有効撮像領域IAのX方向の一部に配置されるものであっても良い。また、第1検出部F1および第2検出部F2は、有効撮像領域IAのX方向に、離散的に、複数配置されていても良い。
In Figure 2, for convenience of illustration, a G pixel G is included within the dashed frame indicating the first detection unit F1 and the second detection unit F2, but the first detection unit F1 and the second detection unit F2 do not have to include the G pixel G.
2, the first detection unit F1 and the second detection unit F2 are arranged from approximately the end on the -X side to approximately the end on the +X side of the effective imaging area IA, but the first detection unit F1 and the second detection unit F2 may be arranged in a part of the effective imaging area IA in the X direction. Also, the first detection unit F1 and the second detection unit F2 may be arranged in a plurality of discrete positions in the X direction of the effective imaging area IA.
1つの第1検出部F1と1つの第2検出部F2との対を、像面位相差検出部FSとも呼ぶ。像面位相差検出部FSは、第1検出部F1に形成されている撮像光学系2の像のX方向の強度分布の位相と、第2検出部F2に形成されている撮像光学系2の像のX方向の強度分布の位相との間の、位相差を検出するための検出信号の対を生成する。
A pair of one first detection unit F1 and one second detection unit F2 is also called an image plane phase difference detection unit FS. The image plane phase difference detection unit FS generates a pair of detection signals for detecting the phase difference between the phase of the intensity distribution in the X direction of the image of the imaging
第1AF画素Pおよび第2AF画素Mが並んで配置されているX方向を、検出方向ということもでき、第1方向ということもできる。また、Y方向を第2方向ということもできる。
第1AF画素Pと第2AF画素Mとを合せて、または個々に、AF画素とも呼ぶ。
一方、上記の複数の画素40のうちの、AF画素以外の画素(R画素、G画素、B画素)を合せて、または個々に、撮像画素とも呼ぶ。
The X direction in which the first AF pixel P and the second AF pixel M are arranged side by side can be referred to as the detection direction or the first direction, and the Y direction can be referred to as the second direction.
The first AF pixel P and the second AF pixel M together or individually are also referred to as AF pixels.
On the other hand, among the plurality of
一例として、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mは、いずれも本来のベイヤー配列においてB画素が配置されるべき位置に配置されている。ただし、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mは、いずれも本来のベイヤー配列においてR画素が配置されるべき位置に配置されていても良い。 As an example, the first AF pixel P and the second AF pixel M are both arranged in a position where a B pixel would be arranged in the original Bayer array. However, the first AF pixel P and the second AF pixel M may both be arranged in a position where an R pixel would be arranged in the original Bayer array.
図3においては、第1検出部F1と第2検出部F2とのY方向の間隔は、その間に5個の画素40が配置される間隔であるとしたが、3個または7個等の任意の奇数個の画素40が配置される間隔であっても良い。
In FIG. 3, the distance in the Y direction between the first detection unit F1 and the second detection unit F2 is such that five
図4は、画素40に含まれる電気回路を示す図である。画素40は、光電変換部41および増幅回路42を含んでいる。なお、画素40の構造については後述する。
光電変換部41は、フォトダイオード等から成り、入射した光を光電変換する。光電変換部41での光電変換により生成された電荷は、転送部TXに転送信号が入力されると、転送部TXにより蓄積部FDに転送される。増幅部TAには、電源から所定の電圧VDDが供給され、蓄積部FDに転送された電荷に応じた信号が、増幅されて選択部TSに出力される。
4 is a diagram showing an electric circuit included in a
The
選択部TSには制御線32が接続されており、水平制御部31Hから制御線32に所定の信号が入力されると、選択部TSから出力された信号は、信号線33に出力される。
リセット部TRには、電源から所定の電圧VDDが供給され、所定のタイミングでリセット部にリセット信号が入力されると、リセット部は導通し、蓄積部FDは電圧VDDにリセットされる。
A
A predetermined voltage VDD is supplied to the reset unit TR from a power supply, and when a reset signal is input to the reset unit at a predetermined timing, the reset unit becomes conductive and the storage unit FD is reset to the voltage VDD.
転送部TX、増幅部TA、選択部TS、およびリセット部TRは、MOSトランジスタであっても良い。そして、画素40を構成する電気回路は、一例として、従来のいわゆる4トランジスタ型のCMOS撮像素子の画素に含まれる電気回路と同様であっても良い。
上述した転送信号およびリセット信号は、制御線32と同様のX方向に延びる制御線を介して、水平制御部31Hから供給されても良い。
The transfer unit TX, the amplification unit TA, the selection unit TS, and the reset unit TR may be MOS transistors, and the electrical circuit that constitutes the
The transfer signal and reset signal described above may be supplied from the
以下、図5から図6を参照して、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mを含む画素40の構成について説明する。
図5は、図2に示した合焦状態検出部FAに含まれる像面位相差検出部FS(図3参照)の拡大図を示す図である。
図5(a)は、像面位相差検出部FSに含まれる第1検出部F1(図3参照)内の画素40(G画素G、および第1AF画素P)のXZ断面図を示す図である。
図5(b)は、像面位相差検出部FSに含まれる第2検出部F2(図3参照)内の画素40(G画素G、および第2AF画素M)のXZ断面図を示す図である。
Hereinafter, the configuration of the
FIG. 5 is an enlarged view of the image plane phase difference detection unit FS (see FIG. 3) included in the focus state detection unit FA shown in FIG.
FIG. 5A is a diagram showing an XZ cross-sectional view of a pixel 40 (the G pixel G and the first AF pixel P) in the first detection unit F1 (see FIG. 3) included in the image surface phase difference detection unit FS.
FIG. 5B is a diagram showing an XZ cross-sectional view of the pixels 40 (the G pixel G and the second AF pixel M) in the second detection unit F2 (see FIG. 3) included in the image surface phase difference detection unit FS.
図5(a)および図5(b)に示したとおり、半導体基板30は、一例として、フォトダイオード等の光電変換部41および増幅回路42が形成されている上層基板30aと、配線層が形成されている下層基板30bとが積層されたものである。上層基板30aと下層基板30bとは、バンプを介して電気的に接続されていても良い。
As shown in FIG. 5(a) and FIG. 5(b), the
上層基板30aの上(+Z方向)には、透明な保護膜43が形成され、保護膜43の上方には、上述したカラーフィルタ44が形成されている。カラーフィルタ44の上方には、撮像する光を光電変換部41に集光するマイクロレンズ45が形成されている。
上方(+Z方向)から画素40に照射される光は、マイクロレンズ45により屈折され、カラーフィルタ44により透過光の波長域が概ね選択された後、光電変換部41に入射する。
A transparent
Light irradiated onto the
第1AF画素Pおよび第2AF画素Mに配置されているカラーフィルタ44は、上述の青色光、緑色光または赤色光のいずれかを優先的に透過するカラーフィルタであっても良く、上述の青色光、緑色光及び赤色光のいずれか2色の光を優先的に透過するカラーフィルタであっても良く、可視光の全域を透過するフィルタまたは赤外線を透過するフィルタであっても良い。
The
光電変換部41は、上層基板30a中に形成されたフォトダイオードであっても良く、上層基板30aよりも上方(+z側)に形成された有機膜による光電変換部であっても良い。
なお、光電変換部41の分光感度自体が、複数の画素40のそれぞれで異なる場合には、カラーフィルタ44を省略しても良い。
The
In addition, when the spectral sensitivity of the
図5(a)に示したとおり、第1AF画素Pは、光電変換部41の上端(+Z側端)側に、光電変換部41の+X側に入射する光を遮光する第1遮光部46Pを有している。また、図5(b)に示したとおり、第2AF画素Mは、光電変換部41の上端(+Z側端)側に、光電変換部41の-X側に入射する光を遮光する第2遮光部46Mを有している。
As shown in FIG. 5(a), the first AF pixel P has a first light-shielding
図6は、撮像光学系2の射出瞳EPを通過した光線束LRBが、撮像素子3の合焦状態検出部FA内の像面位相差検出部FSに含まれる第1AF画素Pと第2AF画素Mとに入射する状態を示す図であり、撮像素子3を-Y方向から見たXZ断面を示している。
なお、図6においては、像面位相差検出部FS内で同一のX位置に配置されている、すなわち紙面の奥行方向に重なって配置されている第1AF画素Pと第2AF画素Mとを重ねて表している。
Figure 6 is a diagram showing the state in which a light beam LRB that has passed through the exit pupil EP of the imaging
In addition, in FIG. 6, the first AF pixel P and the second AF pixel M, which are arranged at the same X position in the image surface phase difference detection unit FS, i.e., arranged so as to overlap in the depth direction of the paper surface, are shown overlapping each other.
マイクロレンズ45の頂点45cと、第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mとの間のZ方向の距離を、距離DMLとする。
第1遮光部46Pおよび第2遮光部46Mは、上述した撮像光学系2の射出瞳EPに対してマイクロレンズ45を介して概ね共役(結像関係)であるZ位置Z1に配置されている。換言すれば、第1遮光部46Pおよび第2遮光部46Mは、マイクロレンズ45および後群レンズ20b(図4参照)を介して上述した撮像光学系2の絞り21と概ね共役となるZ位置Z1に配置されている。
The distance in the Z direction between the
The first light-shielding
このため、第1AF画素Pの光電変換部41には、射出瞳EPの中の光軸AXよりも+X側を通過した光が多く入射する。また、第2AF画素Mの光電変換部41には、射出瞳EPの中の光軸AXよりも-X側を通過した光が多く入射する。
第1AF画素Pの光電変換部41は、撮像光学系2の射出瞳EPのX方向の+側(一方の側)を通った光を、射出瞳のX方向の-側(他方の側)を通った光よりも多く検出する第1受光部であるということもできる。
第2AF画素Mの光電変換部41は、撮像光学系2の射出瞳EPのX方向の-側(上述した他方の側)を通った光を、射出瞳のX方向の+側(上述した一方の側)を通った光よりも多く検出する第2受光部であるということもできる。
For this reason, a large amount of light that has passed through the exit pupil EP on the +X side of the optical axis AX is incident on the
The
The
図2および図6に示した合焦状態検出部FAは、一例として、撮像素子3のX方向の中心、および撮像光学系2の光軸AXから+X方向に距離X1だけ離れた位置に配置されている。このため、合焦状態検出部FAには、光線束LRBが、+Z方向よりもやや-X方向に傾いた方向を中心とする方向から入射する。
The focus state detection unit FA shown in Figures 2 and 6 is, as an example, located at the center of the
これに対応して、光電変換部41の受光効率を高めるために、合焦状態検出部FAの各画素40においては、マイクロレンズ45のX方向の中心位置は、光電変換部41のX方向の中心位置に対して、-X方向にずれて配置されている。逆に言えば、光電変換部41のX方向の中心位置は、マイクロレンズ45のX方向の中心位置に対して、+X方向にずれて配置されている。
In response to this, in order to increase the light receiving efficiency of the
このため、図5(a)に示したとおり、第1AF画素Pの中の第1遮光部46Pの-X側エッジ46PEの位置は、マイクロレンズ45の頂点45c(最も+Z側にある点)から距離XPだけ+X側にずれた位置に配置されている。また、図5(b)に示したとおり、第2AF画素Mの中の第2遮光部46Mの+X側エッジ46MEの位置も、マイクロレンズ45の頂点45cから距離XMだけ+X側にずれた位置に配置されている。
For this reason, as shown in FIG. 5(a), the position of the -X side edge 46PE of the first light-shielding
マイクロレンズ45の頂点45cは、光軸AXから+X方向に距離X1だけ離れて配置されている。また、射出瞳EPとマイクロレンズ45の頂点45cとの間のZ方向の距離は、射出瞳距離LPDである。従って、射出瞳EPの中心PCIを通過して、第1AF画素Pおよび第2AF画素Mのマイクロレンズ45の頂点45cに入射する光線束LRBの主光線LPRは、-Z方向から以下の式(1)で決まる角θだけ+X方向に傾いた方向に進む。
tan(θ) = X1/LPD ・・・(1)
The
tan(θ) = X1/LPD...(1)
すなわち、主光線LPRは、Z方向に平行な光軸AXと、撮像素子3の撮像面3sに対する法線NLとに対して、ともに角θだけ傾いた方向に進む。
主光線LPRは、マイクロレンズ45の頂点45c近傍で屈折され、マイクロレンズ45、カラーフィルタ44、および保護膜43を透過して、第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mに遮光されるか、または光電変換部41に入射する。
That is, the principal ray LPR travels in a direction inclined by an angle θ with respect to both the optical axis AX parallel to the Z direction and the normal NL to the
The principal ray LPR is refracted near the
第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mが配置されているZ位置Z1における、マイクロレンズ45の頂点45cから主光線LPRまでのX方向の距離を、距離XCとする。幾何光学的な考察により、距離XCは近似的に以下の式(2)により求まる。
XC = tan(θ)×DML/n ・・・(2)
The distance in the X direction from the
XC = tan(θ)×DML/n...(2)
ここで、距離DMLは、上述したとおりマイクロレンズ45の頂点45cと第1遮光部46Pまたは第2遮光部46Mとの間のZ方向の距離であり、nはマイクロレンズ45を構成するレンズ材料の屈折率である。
また、式(1)と式(2)より、以下の式(3)が導ける。
XC = X1×DML/(n×LPD) ・・・(3)
Here, the distance DML is the distance in the Z direction between the
Moreover, the following formula (3) can be derived from formulas (1) and (2).
XC = X1 x DML/(n x LPD)...(3)
このとき、距離XCが、上述した距離XPと距離XMの平均値に等しければ、第1AF画素Pの光電変換部41に入射する光量と、第2AF画素Mの光電変換部41に入射する光量とを、概ね等しくすることができる。すなわち、射出瞳EPの+X側を通過し、第1AF画素Pの第1遮光部46Pに遮光されずに光電変換部41に入射する光量と、射出瞳EPの-X側を通過し、第2AF画素Mの第2遮光部46Mに遮光されずに光電変換部41に入射する光量とを、概ね等しくできる。従って、このときに像面位相差検出部FSの焦点位置検出の精度を高めることができる。
At this time, if the distance XC is equal to the average value of the above-mentioned distances XP and XM, the amount of light incident on the
逆に、像面位相差検出部FSの構成に関する量である距離X1、距離DML、距離XP、距離XM、および屈折率nが決まれば、その合焦状態検出部FAに適した射出瞳距離LPDの値を求めることができる。このように所定の像面位相差検出部FSに適した射出瞳距離LPDのことを、以下では、像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDともいう。 Conversely, once the distances X1, DML, XP, and XM, which are quantities related to the configuration of the image plane phase difference detection unit FS, and the refractive index n, are determined, the value of the exit pupil distance LPD suitable for that focus state detection unit FA can be found. Hereinafter, the exit pupil distance LPD suitable for a given image plane phase difference detection unit FS is also referred to as the design pupil distance DPD of the image plane phase difference detection unit FS.
設計瞳距離DPDは、一例として式(3)に、上述したXC=(XP+XM)/2の条件を代入して変形し、射出瞳距離LPDを設計瞳距離DPDに置き換えた、以下の式(4)により求めることができる。
DPD = X1×DML/{n×(XP+XM)/2}・・・(4)
As an example, the designed pupil distance DPD can be obtained by transforming equation (3) by substituting the above-mentioned condition XC = (XP + XM) / 2 and replacing the exit pupil distance LPD with the designed pupil distance DPD, as given by the following equation (4).
DPD = X1 x DML/{n x (XP+XM)/2}...(4)
像面位相差検出部FSの焦点位置検出の精度を高めるためには、その設計瞳距離DPDを、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと一致させることが望ましい。しかしながら、射出瞳距離LPDは、撮像光学系2によって異なり、また撮像光学系2がズームレンズである場合には射出瞳距離LPDはズーミングによっても変動する。このため、1つの像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDを、常に撮像光学系2の射出瞳距離LPDと一致させることは困難である。
To improve the accuracy of focus position detection by the image plane phase difference detection unit FS, it is desirable to match its design pupil distance DPD with the exit pupil distance LPD of the imaging
そこで、第1実施形態の撮像素子3においては、図7に示すように、1つの合焦状態検出部FA内に、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部FS(FSA~FSE)を設けている。像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれは、第1検出部F1(F1A~F1E)および第2検出部F2(F2A~F2E)を含んでいる。
Therefore, in the
そして、これらの第1検出部F1A~F1Eにそれぞれ含まれる第1AF画素Pにおいては、一例として上述した距離XPが相互に異なっている。また、これらの第2検出部F2A~F2Eにそれぞれ含まれる第2AF画素Mにおいては、一例として上述した距離XMが相互に異なっている。これにより、像面位相差検出部FSA~FSEの設計瞳距離DPDは、それぞれ異なった値となる。 The first AF pixels P included in each of these first detection units F1A to F1E have mutually different distances XP, as an example, which are described above. The second AF pixels M included in each of these second detection units F2A to F2E have mutually different distances XM, as an example, which are described above. As a result, the designed pupil distances DPD of the image plane phase difference detection units FSA to FSE have different values.
第1実施形態の撮像装置1においては、撮像制御部4は、撮像光学系2の射出瞳距離LPDに近い設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSを像面位相差検出部FSA~FSEから選択し、選択した像面位相差検出部FSからの検出信号を用いて焦点位置を検出する。これにより、装着する撮像光学系2を交換した場合であっても、あるいは撮像光学系2をズーミングした場合であっても、高精度に焦点位置の検出を行うことができる。
In the
1つの合焦状態検出部FA内に設けられる像面位相差検出部FSA~FSEの数は、上述した5個に限られるわけではなく、任意のm個(mは2以上の自然数)であっても良い。像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの射出瞳距離LPDは、一例として、10mm程度から150mm程度までの間の任意の任意の長さとして良い。さらなる一例として、撮像素子3の有効撮像領域IAの対角線長の0.6倍程度の長さから、5倍程度の長さまでの間の任意の長さとして良い。
The number of image plane phase difference detection units FSA to FSE provided in one focus state detection unit FA is not limited to the above-mentioned five, and may be any number m (m is a natural number equal to or greater than 2). The exit pupil distance LPD of each of the image plane phase difference detection units FSA to FSE may be any length between about 10 mm and about 150 mm, for example. As a further example, it may be any length between about 0.6 times the diagonal length of the effective imaging area IA of the
複数の像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの射出瞳距離LPDは、それらの中の最小値から最大値までの間で略等間隔に増加するようにそれぞれ設定しても良い。あるいは、それぞれの射出瞳距離LPDにある射出瞳EPから第1AF画素Pおよび第2AF画素Mに入射する主光線LPRの図6に示した法線NLに対する傾き角θが、それらの中の最小値から最大値までの間で略等間隔に増加するようにそれぞれ設定しても良い。 The exit pupil distances LPD of the multiple image plane phase difference detection units FSA to FSE may be set so that they increase at approximately equal intervals between the minimum and maximum values. Alternatively, the inclination angle θ of the principal ray LPR incident on the first AF pixel P and the second AF pixel M from the exit pupil EP at each exit pupil distance LPD with respect to the normal line NL shown in FIG. 6 may be set so that it increases at approximately equal intervals between the minimum and maximum values.
第1検出部F1A~F1Eにそれぞれ含まれる第1AF画素Pにおいて、上述した距離XPに代えて、あるいは距離XPに加えてさらに、上述した距離DMLの値が相互に異なっていても良い。また、第2検出部F2A~F2Eにそれぞれ含まれる第2AF画素Mにおいて、上述した距離XMに代えて、あるいは距離XMに加えてさらに、上述した距離DMLの値が相互に異なっていても良い。 In the first AF pixels P included in each of the first detection units F1A to F1E, instead of or in addition to the distance XP described above, the values of the distance DML described above may be different from each other. Also, in the second AF pixels M included in each of the second detection units F2A to F2E, instead of or in addition to the distance XM described above, the values of the distance DML described above may be different from each other.
なお、複数の像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの射出瞳距離LPDは、それぞれのY位置の応じて単調に増加、あるいは単調に減少しても良く、あるいは、それぞれのY位置とは無関係にランダムに変化しても良い。 In addition, the exit pupil distance LPD of each of the multiple image plane phase difference detection units FSA to FSE may monotonically increase or decrease according to the respective Y positions, or may change randomly regardless of the respective Y positions.
なお、図7においては、図面の煩雑化を避けるために、第1検出部F1A~F1Eおよび第2検出部F2A~F2EのそれぞれのY方向の間に配置されている撮像画素(G画素G、B画素B、R画素R)の図示を省略している。しかし、1つの合焦状態検出部FA内には、第1検出部F1A~F1Eおよび第2検出部F2A~F2EのそれぞれのY方向の間に、例えば3個以上の撮像画素が配置されていても良い。 In FIG. 7, to avoid complicating the drawing, the imaging pixels (G pixels G, B pixels B, and R pixels R) arranged between the first detection units F1A-F1E and the second detection units F2A-F2E in the Y direction are omitted. However, within one focus state detection unit FA, for example, three or more imaging pixels may be arranged between the first detection units F1A-F1E and the second detection units F2A-F2E in the Y direction.
1つの像面位相差検出部FSA~FSEにおける第1検出部F1A~F1Eと第2検出部F2A~F2Eとの間のY方向の距離を第1距離P1と呼ぶことができる。また、複数の像面位相差検出部FSA~FSEのそれぞれの間のY方向の距離を第2距離P2と呼ぶことができる。第2距離P2は、第1距離P1よりも長くても良い。
逆に、第2距離P2は、第1距離P1より短くても良い。
The distance in the Y direction between the first detection units F1A-F1E and the second detection units F2A-F2E in one image surface phase difference detection unit FSA-FSE can be referred to as a first distance P1. Also, the distance in the Y direction between each of the multiple image surface phase difference detection units FSA-FSE can be referred to as a second distance P2. The second distance P2 may be longer than the first distance P1.
Conversely, the second distance P2 may be shorter than the first distance P1.
ところで、撮像装置1を用いて、例えば低照度下で撮影を行う場合には、被写体からの光線束LRBの光量が低下し、これにより像面位相差検出部FSA~FSEのいずれか1つから得られる検出信号のS/Nが低下する。この場合には、像面位相差検出部FSA~FSEによる焦点位置の検出の精度が低下する恐れがある。
However, when using the
実施形態の撮像装置1および撮像素子3においては、Y方向の異なる位置に配置されている複数の合焦状態検出部FAが検出した複数の検出信号のいくつかを加算して加算信号を生成し、この加算信号を検出信号として用いることで焦点位置の検出の精度を向上させる。
In the
具体的には、1つの合焦状態検出部FA内にある複数の像面位相差検出部FSA~FSE内の、同一のX位置であって異なるY位置にある複数の第1AF画素Pで生成された信号を加算する。同様に、1つの合焦状態検出部FA内にある複数の像面位相差検出部FSA~FSE内の、同一のX位置であって異なるY位置にある複数の第2AF画素Mで生成された信号を加算する。 Specifically, signals generated by multiple first AF pixels P at the same X position but different Y positions within multiple image plane phase difference detection units FSA-FSE within one focus state detection unit FA are added together. Similarly, signals generated by multiple second AF pixels M at the same X position but different Y positions within multiple image plane phase difference detection units FSA-FSE within one focus state detection unit FA are added together.
複数の検出信号の加算は、1つの例として、いわゆるソースフォロワ加算により行う。すなわち、異なる合焦状態検出部FAに含まれ同一のX位置にある複数の第1AF画素Pで生成された信号を、それらの第1AF画素Pに接続されている信号線33に略同時に出力させる。同様に、異なる合焦状態検出部FAに含まれ同一のX位置にある複数の第2AF画素Mで生成された信号を、それらの第2AF画素Mに接続されている信号線33に略同時に出力させる。そして、信号線33上のこれらの加算された信号を、読出部34により読み出す。
As one example, the addition of multiple detection signals is performed by so-called source follower addition. That is, signals generated by multiple first AF pixels P included in different focus state detection units FA and located at the same X position are outputted approximately simultaneously to a
水平制御部31Hは、制御線32を介して信号を相互に加算される第1AF画素Pまたは第2AF画素Mに制御信号を送り、それらの画素からの信号を略同時に信号線33に出力させる。
この場合、信号線33、および読出部34は、複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部を構成する。
The
In this case, the
複数の検出信号の加算は、他の構成により行っても良い。例えば、撮像素子3の出力部36に、所定のAF画素(P、M)からデータレーン35を介して出力されたデジタル信号を一時的に記憶するメモリーと、所定の複数のAF画素からの信号を加算する加算回路を設け、この加算回路により複数の検出信号を加算しても良い。
この場合には、撮像素子3の出力部36に設けた加算回路が、複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部を構成する。
The addition of the multiple detection signals may be performed by other configurations. For example, the
In this case, the adder circuit provided in the
なお、これらのメモリーおよび加算回路は、撮像素子3にではなく、撮像制御部4に、加算回路部5として設けられていても良い。この場合には、複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部は、撮像制御部4に含まれる。
These memories and summing circuits may be provided as summing
加算信号は、一例として、設計瞳距離DPDが、撮像光学系2の射出瞳距離LPDに1番目からk番目(kはm以下の自然数)に近い像面位相差検出部FSからの検出信号を加算することにより生成される。一例として、撮像光学系2の射出瞳距離LPDが100mmであり、複数の像面位相差検出部FSA~FSEの設計瞳距離DPDが、それぞれ50mm、70mm、90mm、110mm、130mmであるとする。このとき、加算部は、一例として、設計瞳距離DPDが90mmと110mmである2つ(k=2)の像面位相差検出部FSからの検出信号を加算する。
As an example, the sum signal is generated by adding detection signals from image plane phase difference detection units FS whose designed pupil distance DPD is closest to the exit pupil distance LPD of the imaging
なお、上述したように、像面位相差検出部FSの焦点位置検出の精度を高めるためには、その設計瞳距離DPDを、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと一致させることが望ましい。このため、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと大きく異なる設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSからの検出信号を加算して加算信号を生成すると、焦点位置検出の精度が低下してしまう恐れもある。
As described above, in order to improve the accuracy of the focus position detection by the image plane phase difference detection unit FS, it is desirable to match its design pupil distance DPD with the exit pupil distance LPD of the imaging
従って、加算信号の生成に際しては、光線束LRBの光量、すなわち像面位相差検出部FSからの検出信号の大きさに基づいて、加算する検出信号の数を変更しても良い。すなわち、加算部は、撮像素子3に入射する光の量が少なく撮像素子3が出力する撮像信号の強度が小さいときには、撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。ここで、撮像素子3が出力する撮像信号とは、AF画素が出力する検出信号であっても良く、撮像画素(G画素G、B画素B、R画素R)が出力する画像形成用の信号であっても良い。
Therefore, when generating the sum signal, the number of detection signals to be added may be changed based on the amount of light in the light beam LRB, i.e., the magnitude of the detection signal from the image plane phase difference detection unit FS. In other words, when the amount of light incident on the
なお、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響は、撮像光学系2の絞り値(F値)の値が大きい程、大きい。従って、加算信号の生成に際しては、加算部は、撮像光学系2の絞り値が小さいときには、撮像光学系2の絞り値が大きいときに比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。
The impact on the accuracy of focus position detection due to the mismatch between the exit pupil distance LPD of the imaging
ところで、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響は、撮像素子3における合焦状態検出部FAの位置にも依存する。すなわち、合焦状態検出部FAが有効撮像領域IAの検出方向(X方向)の中央付近、すなわち撮像光学系2の光軸AXから検出方向の近傍にある場合にはその影響は少なく、合焦状態検出部FAが光軸AXから検出方向に離れている場合にはその影響が大きい。
Incidentally, the impact on the accuracy of focus position detection due to the mismatch between the exit pupil distance LPD of the imaging
従って、加算信号の生成に際しては、加算部は、合焦状態検出部FAの検出方向(X方向)の位置が撮像素子3の中心に近いときには、合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心から遠いとき比べて多くの検出信号を加算するようにしても良い。
Therefore, when generating the sum signal, the adder may add more detection signals when the position of the focus state detection unit FA in the detection direction (X direction) is close to the center of the
図8は、撮像素子3上の合焦状態検出部FA(FA1~FA6)の位置のいくつかの例を示す図である。例えば、撮像素子3の撮像面3s上の有効撮像領域IAのX方向の中心CLからのX方向の距離が距離D1未満である合焦状態検出部FA1、FA2においては、m個の像面位相差検出部FSからの検出信号の全てを加算しても良い。
Figure 8 shows some examples of the positions of the focus state detection units FA (FA1 to FA6) on the
一方、加算部は、中心CLからのX方向の距離が距離D2以上である合焦状態検出部FA5、FA6においてはk1個の検出信号を加算し、中心CLからのX方向の距離が距離D1以上、かつ距離D2未満である合焦状態検出部FA3、FA4においてはk2個の検出信号を加算しても良い。ここで、k1、K2はいずれも自然数であり、1≦k1<k2<mである。 On the other hand, the adder may add k1 detection signals for focus state detection units FA5 and FA6 whose X-direction distance from the center CL is equal to or greater than distance D2, and may add k2 detection signals for focus state detection units FA3 and FA4 whose X-direction distance from the center CL is equal to or greater than distance D1 and less than distance D2. Here, k1 and K2 are both natural numbers, and 1≦k1<k2<m.
なお、有効撮像領域IA内の複数の合焦状態検出部FA(FA1~FA6)がある場合、加算部は、選択された合焦状態検出部FAの検出方向(X方向)の位置に応じて、全ての合焦状態検出部FAからの検出信号の加算方法を決定しても良い。すなわち、加算部は、選択された合焦状態検出部FAのX方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、撮像素子3の中心から遠いとき比べて、複数の合焦状態検出部FAにおいて像面位相差検出部FSからの検出信号を多く加算しても良い。
Note that if there are multiple focus state detection units FA (FA1 to FA6) within the effective imaging area IA, the adder may determine a method for adding detection signals from all focus state detection units FA according to the position of the selected focus state detection unit FA in the detection direction (X direction). In other words, when the position of the selected focus state detection unit FA in the X direction is close to the center of the
複数の合焦状態検出部FAのうちのどの合焦状態検出部FAを選択するかは、ユーザーが操作部8から入力しても良く、撮像素子3から出力される画像に基づいて撮像制御部4が決定しても良い。
Which of the multiple focus state detection units FA to select may be input by the user through the
なお、以上においては、1つの合焦状態検出部FAは、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部FSを含んでいるものとしたが、1つの合焦状態検出部FAは、さらに同一の設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSを含んでいても良い。この場合、加算部は、同一の設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSからの検出信号を加算しても良い。 In the above, one focus state detection unit FA is described as including multiple image plane phase difference detection units FS each having a different design pupil distance DPD, but one focus state detection unit FA may also include image plane phase difference detection units FS having the same design pupil distance DPD. In this case, the adder may add detection signals from image plane phase difference detection units FS having the same design pupil distance DPD.
このような合焦状態検出部FAの一例として、図7に示した合焦状態検出部FAの複数が、同一のX位置においてY方向に近接して配置されたものであっても良い。
あるいは、同一の設計瞳距離DPDを有する像面位相差検出部FSの複数を一群としてY方向に近接して複数配置し、これらとは設計瞳距離DPDが異なる像面位相差検出部FSの一群は、これらとはY方向に比較的離れた位置に配置しても良い。
As an example of such a focus state detection section FA, a plurality of focus state detection sections FA shown in FIG. 7 may be arranged closely to each other in the Y direction at the same X position.
Alternatively, a plurality of image plane phase difference detection units FS having the same design pupil distance DPD may be arranged in close proximity to each other in the Y direction as a group, and a group of image plane phase difference detection units FS having a different design pupil distance DPD may be arranged at a position relatively distant from the group in the Y direction.
なお、撮像装置1によっては、撮像素子3上の有効撮像領域IAの大きさが変更可能となっている場合がある。例えば、有効撮像領域IAの大きさを、いわゆる35mmフルフレームサイズと、それより小さいサイズに切り替えて使用可能な場合がある。そして、有効撮像領域IAの変更により、最適な像面位相差検出部FSの検出条件が変化する場合がある。従って、加算部は、撮像素子3の有効撮像領域IAの大きさに応じて、加算する検出信号の数を変更しても良い。
Depending on the
(像面位相差検出部の配置の変形例)
図9は、合焦状態検出部FAにおける像面位相差検出部FSの配置の変形例を示す図である。
上述の第1実施形態においては、合焦状態検出部FAにおいて、AF画素である第1AF画素Pおよび第2AF画素Mは、いずれも本来のベイヤー配列においてB画素B(またはR画素R)が配置されるべき位置に配置されているものとしている。このため、AF画素のX位置は、画素40の2個分の間隔をおいて配置されている。
(Modification of Arrangement of Image Plane Phase Difference Detection Unit)
FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the arrangement of the image plane phase difference detection section FS in the focus state detection section FA.
In the first embodiment described above, in the focus state detection unit FA, the first AF pixel P and the second AF pixel M, which are AF pixels, are both arranged at positions where the B pixel B (or the R pixel R) should be arranged in the original Bayer array. For this reason, the X positions of the AF pixels are arranged at intervals of two
図9に示す変形例の配置では、AF画素は、Y方向に奇数番目の像面位相差検出部FSA、FSC、FSEでは本来のベイヤー配列のB画素Bの位置に配置され、Y方向に偶数番目の像面位相差検出部FSBs、FSDsではR画素Rの位置に配置されている。このため、合焦状態検出部FAの内部において、AF画素のX位置は、画素40の1個分の間隔で配置される。
In the modified arrangement shown in FIG. 9, the AF pixels are arranged at the B pixel B position of the original Bayer array in the image plane phase difference detection units FSA, FSC, and FSE that are odd-numbered in the Y direction, and are arranged at the R pixel R position in the image plane phase difference detection units FSBs and FSDs that are even-numbered in the Y direction. Therefore, inside the focus state detection unit FA, the X positions of the AF pixels are arranged at intervals of one
このため、この変形例の配置においては、撮像光学系2が形成する像に対するAF画素である第1AF画素Pおよび第2AF画素Mによるサンプリングの密度が向上するため、より高精度な像面位相差検出を行うことができる。
Therefore, in the arrangement of this modified example, the sampling density by the first AF pixel P and the second AF pixel M, which are AF pixels for the image formed by the imaging
なお、図9の例は一例であり、AF画素は、Y方向に奇数番目の像面位相差検出部FSA、FSC、FSEでは本来のベイヤー配列のR画素Rの位置に配置され、Y方向に偶数番目の像面位相差検出部FSBs、FSDsではB画素Bの位置に配置されていても良い。 Note that the example in Figure 9 is just one example, and the AF pixel may be arranged at the position of the R pixel R in the original Bayer array in the image plane phase difference detection units FSA, FSC, and FSE that are odd-numbered in the Y direction, and may be arranged at the position of the B pixel B in the image plane phase difference detection units FSBs and FSDs that are even-numbered in the Y direction.
以上の実施形態および変形例において、例えば、上述したように、加算部が信号線33、および読出部34により構成される場合、または、撮像素子3の出力部36に設けられた加算回路により構成される場合には、撮像素子3を撮像装置であるということもできる。加算回路は、撮像素子3の撮像部に積層されて設けられていてもよい。
In the above embodiments and modifications, for example, as described above, when the adder section is configured by the
(実施形態および変形例の効果)
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)以上の各実施形態の撮像装置1は、第1方向(X方向)を検出方向とし、第1方向と交差する第2方向(Y方向)の異なる位置にそれぞれ配置された、設計瞳距離DPDがそれぞれ異なる複数の像面位相差検出部FSを含む合焦状態検出部FAを有する撮像素子3と、合焦状態検出部FAに含まれる複数の像面位相差検出部FSが検出した複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算して加算信号を生成する加算部(読出部34等、または撮像制御部4)と、を有している。
この構成により、低照度下の被写体に対しても、焦点位置の検出の精度を向上させることができる。
(Effects of the embodiment and modified examples)
According to the above-described embodiment, the following advantageous effects can be obtained.
(1) The
With this configuration, it is possible to improve the accuracy of detecting the focal position of an object even in low-illumination conditions.
(2)像面位相差検出部FSは、撮像光学系2の射出瞳EPの第1方向(X方向)の一方の側を通った光を、射出瞳EPの一方の側とは反対側の他方の側を通った光よりも多く検出する第1受光部(第1AF画素Pの光電変換部41)が第1方向に複数配置された第1検出部F1と、射出瞳EPの第1方向の他方の側を通った光を、射出瞳EPの一方の側を通った光よりも多く検出する第2受光部(第2AF画素Mの光電変換部41)が第1方向に複数配置された第2検出部F2と、を含んでも良い。そして、加算部は、複数の像面位相差検出部FSに含まれる第1検出部F1からの複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算し、複数の像面位相差検出部FSに含まれる第2検出部F2からの複数の検出信号のうちの少なくとも2つを加算しても良い。
この構成により、低照度下の被写体に対しても、焦点位置の検出の精度を一層向上させることができる。
(2) The image surface phase difference detection unit FS may include a first detection unit F1 in which a plurality of first light receiving units (
With this configuration, it is possible to further improve the accuracy of detecting the focal position of an object even under low illuminance conditions.
(3)加算部は、撮像素子3に入射する光の量が少なく撮像素子3が出力する撮像信号の強度が小さいときには、撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの検出信号を加算しても良い。この場合、撮像素子3に入射する光の量が少なく撮像素子3が出力する撮像信号の強度が小さいときには、多くの検出信号を加算することで検出信号のS/Nを向上させることができ、これにより高精度な焦点位置検出を行うことができる。一方、撮像素子3に入射する光の量が多く撮像素子3が出力する撮像信号の強度が大きいときには、最も検出精度の高い検出信号、すなわち設計瞳距離DPDが撮像光学系2の射出瞳距離LPDに最も近い像面位相差検出部FSからの検出信号を優先的に用いて、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
(3) When the amount of light incident on the
(4)加算部は、撮像光学系2の絞り値(F値)が小さいときには、撮像光学系2の絞り値が大きいときに比べて多くの検出信号を加算しても良い。撮像光学系2の絞り値(F値)が小さいときには、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響が少ない。このため、撮像光学系2の絞り値が小さいときには、多くの検出信号を加算することによる検出信号S/Nの向上に伴う焦点位置検出精度の向上分が、射出瞳距離LPDと設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度の低下分よりも、大きくなる。これにより、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
(4) When the aperture value (F-number) of the imaging
(5)撮像素子3は、合焦状態検出部FA複数有するとともに、加算部は、合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心から遠いとき比べて多くの検出信号を加算しても良い。合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、撮像光学系2の射出瞳距離LPDと像面位相差検出部FSの設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度への影響が少ない。合焦状態検出部FAの第1方向の位置が撮像素子3の中心に近いときには、多くの検出信号を加算することによる検出信号S/Nの向上に伴う焦点位置検出精度の向上分が、射出瞳距離LPDと設計瞳距離DPDとの不一致に伴う焦点位置検出の精度の低下分よりも、大きくなる。これにより、高精度な焦点位置検出を行うことができる。
(5) The
上述では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these. Furthermore, each embodiment and modification may be applied alone or in combination. Other aspects that are conceivable within the technical scope of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1:撮像装置、2:撮像光学系、3:撮像素子、4:撮像制御部、6:レンズ駆動部、7:表示部、8:操作部、30:半導体基板、31:制御部、40:画素、P:第1AF画素、M:第2AF画素、F1:第1検出部、F2:第2検出部、FS:像面位相差検出部、32:制御線、33:信号線、34:読出部、36:出力部、41:光電変換部、42:増幅回路、44:カラーフィルタ、45:マイクロレンズ、46P:第1遮光部、46M:第2遮光部 1: Imaging device, 2: Imaging optical system, 3: Imaging element, 4: Imaging control unit, 6: Lens driving unit, 7: Display unit, 8: Operation unit, 30: Semiconductor substrate, 31: Control unit, 40: Pixel, P: First AF pixel, M: Second AF pixel, F1: First detection unit, F2: Second detection unit, FS: Image surface phase difference detection unit, 32: Control line, 33: Signal line, 34: Readout unit, 36: Output unit, 41: Photoelectric conversion unit, 42: Amplification circuit, 44: Color filter, 45: Microlens, 46P: First light shielding unit, 46M: Second light shielding unit
Claims (10)
前記撮像素子の撮像面に被写体像を結像させる撮像光学系と、
前記合焦状態検出部に含まれる複数の前記像面位相差検出部が検出した複数の検出信号のうち、前記撮像光学系の射出瞳距離に最も近い設計瞳距離を有する2以上の像面位相差検出部が出力する検出信号を加算して加算信号を生成する加算部と、
を備える撮像装置。 an image sensor having a focus state detection unit including a plurality of image plane phase difference detection units each having a different design pupil distance, the image sensor having a first direction as a detection direction and arranged at different positions in a second direction intersecting the first direction;
an imaging optical system that forms a subject image on an imaging surface of the imaging element;
an adder that generates a sum signal by adding together detection signals output from two or more image surface phase difference detection units having a design pupil distance closest to an exit pupil distance of the imaging optical system, among a plurality of detection signals detected by a plurality of the image surface phase difference detection units included in the focus state detection unit;
An imaging device comprising:
前記像面位相差検出部は、
撮像光学系の射出瞳の前記第1方向の一方の側を通った光を、前記射出瞳の前記一方の側とは反対側の他方の側を通った光よりも多く検出する第1受光部が前記第1方向に複数配置された第1検出部と、
前記射出瞳の前記第1方向の前記他方の側を通った光を、前記射出瞳の前記一方の側を通った光よりも多く検出する第2受光部が前記第1方向に複数配置された第2検出部と、
を含む、撮像装置。 2. The imaging device according to claim 1,
The image surface phase difference detection unit
a first detection unit in which a plurality of first light receiving units are arranged in the first direction, the first light receiving units detecting a larger amount of light that has passed through one side of an exit pupil of an imaging optical system in the first direction than a larger amount of light that has passed through another side of the exit pupil opposite to the one side;
a second detection unit including a plurality of second light receiving units arranged in the first direction, the second light receiving units detecting a greater amount of light that has passed through the other side of the exit pupil in the first direction than light that has passed through the one side of the exit pupil;
13. An imaging device comprising:
前記加算部は、
複数の前記像面位相差検出部に含まれる前記第1検出部からの複数の検出信号のうち、前記撮像光学系の射出瞳距離に最も近い設計瞳距離を有する2以上の像面位相差検出部が出力する検出信号を加算し、
複数の前記像面位相差検出部に含まれる前記第2検出部からの複数の検出信号のうち、前記撮像光学系の射出瞳距離に最も近い設計瞳距離を有する2以上の像面位相差検出部が出力する検出信号を加算する、
撮像装置。 3. The imaging device according to claim 2,
The adding unit is
adding up detection signals output from two or more image surface phase difference detection units having a design pupil distance closest to an exit pupil distance of the imaging optical system, among a plurality of detection signals from the first detection units included in the plurality of image surface phase difference detection units ;
adding together detection signals output from two or more image surface phase difference detection units having a design pupil distance closest to an exit pupil distance of the imaging optical system, among a plurality of detection signals from the second detection units included in the plurality of image surface phase difference detection units ;
Imaging device.
前記第2検出部は、前記第1検出部に対し前記第2方向に第1距離だけ離れて配置され、
複数の前記像面位相差検出部のそれぞれは、前記第2方向に、前記第1距離よりも長い第2距離だけ離れて複数配置されている、
撮像装置。 4. The imaging device according to claim 2,
the second detection unit is disposed at a first distance in the second direction from the first detection unit,
The plurality of image surface phase difference detection units are arranged in the second direction at a second distance that is longer than the first distance.
Imaging device.
前記加算部は、前記撮像素子に入射する光の量が少なく前記撮像素子が出力する撮像信号の強度が小さいときには、前記撮像信号の強度が大きいときに比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。 5. The imaging device according to claim 1,
An imaging device, wherein when an amount of light incident on the imaging element is small and the intensity of the imaging signal output by the imaging element is small, the adder adds up more of the detection signals than when the intensity of the imaging signal is high.
前記加算部は、撮像光学系の絞り値が小さいときには、前記撮像光学系の絞り値が大きいときに比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。 6. The imaging device according to claim 1,
The adder adds up a larger number of the detection signals when the aperture value of the imaging optical system is small, compared to when the aperture value of the imaging optical system is large.
前記撮像素子は、前記合焦状態検出部を複数有するとともに、
前記加算部は、前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心に近いときには、前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心から遠いとき比べて多くの前記検出信号を加算する、撮像装置。 7. The imaging device according to claim 1,
The imaging element includes a plurality of focus state detection units,
An imaging device, wherein the adder adds more of the detection signals when the position of the focus state detection unit in the first direction is close to the center of the imaging element compared to when the position of the focus state detection unit in the first direction is far from the center of the imaging element.
前記撮像素子は、前記合焦状態検出部を複数有するとともに、
前記加算部は、複数の前記合焦状態検出部のうちの選択された前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心に近いときには、選択された前記合焦状態検出部の前記第1方向の位置が前記撮像素子の中心から遠いとき比べて、複数の前記合焦状態検出部において前記像面位相差検出部からの前記検出信号を多く加算する、撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 7,
The imaging element includes a plurality of focus state detection units,
an image pickup device, wherein the adder adds more of the detection signals from the image plane phase difference detection unit in the plurality of focus state detection units when the position in the first direction of the selected focus state detection unit from the plurality of focus state detection units is close to the center of the image sensor, compared to when the position in the first direction of the selected focus state detection unit is far from the center of the image sensor.
前記加算部は、撮像光学系の射出瞳距離に応じて、加算する前記複数の検出信号を選択する、撮像装置。 9. The imaging device according to claim 1,
The adder selects the plurality of detection signals to be added in accordance with an exit pupil distance of an imaging optical system.
前記加算部は、前記撮像素子の有効撮像領域の大きさに応じて、加算する前記検出信号の数を変更する、撮像装置。 10. The imaging device according to claim 1,
The adder changes the number of the detection signals to be added in accordance with a size of an effective imaging area of the imaging element.
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