JP2011223264A - 撮像デバイスおよび撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮影レンズを通過した被写体光の光路を2つに分割し、一方の光束を第1の撮像素子1に入射させ、他方の光束を第2の撮像素子2に入射させる。撮像素子1及び2は、カラーフィルターが異なるだけで同様の画素構成を有する。撮像素子1の赤色の撮像用画素100R、100Bによる赤色、青色の画像信号R、Bと焦点検出用画素101、102による焦点検出信号M、Nとを分離し、撮像素子2の撮像用画素200G1、200G2による緑色の画像信号Gr、Gbと焦点検出用画素201、202による焦点検出信号M、Nとを分離する。画像処理部5は、画像信号R、B、Gr、Gbに基づいて画像データを生成し、焦点調節部7は、焦点検出信号M、Nに基づいて撮影レンズの焦点を調節する。
【選択図】図4
Description
(2)請求項5の発明に係る撮像装置は、撮影光学系と、前記撮影光学系を通過した被写体光を2つの光束に分割する光束分割部材と、前記分割された一方の光束を受光して、第1のカラー信号を生成する複数の第1の撮像用画素と第2のカラー信号を生成する複数の第2の撮像用画素と前記撮影光学系の焦点検出状態を示す焦点検出信号を出力する複数の第1の焦点検出用画素とを有する第1の撮像素子と、前記分割された他方の光束を受光して、第3のカラー信号を生成する複数の第3の撮像用画素と前記撮影光学系の焦点検出状態を示す検出信号を出力する複数の第2の焦点検出用画素とを有する第2の撮像素子と、前記第1の撮像用画素による前記第1のカラー信号と前記第2の撮像用画素による前記第2のカラー信号と前記第3の撮像用画素による前記第3のカラー信号とから画像データを生成する画像データ生成手段と、前記第1の焦点検出用画素による焦点検出信号及び前記第2の焦点検出用画素による焦点検出信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備え、前記第1の撮像用画素の数をnとすると、前記第2の撮像用画素の数はn、前記第3の撮像用画素の数は2n、前記第1の焦点検出用画素の数は2n、前記第2の焦点検出用画素の数は2nであり、前記第1の撮像素子における前記2色の撮像用画素に対する前記第1の焦点検出用画素の配置関係は、前記第2の撮像素子における前記第3の撮像用画素に対する前記第2の焦点検出用画素の配置関係と同一であることを特徴とする。
本発明の撮像デバイスによれば、第1の撮像素子と第2の撮像素子とは、素子の構造も製造工程も同様であるので、品質管理や工程管理を共通化できる。
本発明の実施の形態による撮像デバイス及び撮像装置(例えば、デジタルカメラ)について、図1〜5を参照しながら説明する。
図1に示されるように、デジタルカメラは、第1の撮像素子1、第2の撮像素子2、撮影レンズ3、ハーフミラー4、画像処理部5、ディスプレイ6、焦点調節部7及びレンズ駆動モータ8を備える。撮像デバイス10は、第1の撮像素子1及び第2の撮像素子2などから構成される。
図2(a)の部分平面図に示されるように、第1の撮像素子1は、赤のカラー信号を生成する赤色の撮像用画素100Rと、青のカラー信号を生成する青色の撮像用画素100Bと、図中、画素の右半分に開口、即ち受光部W11を有する第1の焦点検出用画素101と、左半分に開口、即ち受光部W12を有する第2の焦点検出用画素102とが規則的に2次元配列されている。赤色の撮像用画素100Rと青色の撮像用画素100Bと第1及び第2の焦点検出用画素101、102は互いにその大きさが等しく定められている。
更に、赤色の撮像用画素100Rと青色の撮像用画素100Bとは、行方向、即ち横方向に、互いに一画素分ずれている。
第1の撮像素子1は、赤色の撮像用画素100Rの画素数をn個とすると、青色の撮像用画素100B、第1の焦点検出用画素101、第2の焦点検出用画素102の画素数はいずれもn個である、即ち、4種類の画素は、それぞれの画素数が互いに等しく定められている。
なお、第1の焦点検出用画素101の列と第2の焦点検出用画素102の列は、瞳分割方式、即ち位相差検出方式の一対の焦点検出用画素列を構成するものである。
図2(b)において、赤色の撮像用画素100Rは、被写体光の進路に沿って、マイクロレンズ11と赤色フィルター12rと配線層14、15と開口W10が形成された遮光層16とフォトダイオード(PD)17とが積層配置されている。フォトダイオード17は、分離層18によって電気的に絶縁されている。赤色フィルター12rは、被写体光中の赤のカラー成分の光のみを透過するため、フォトダイオード17は、赤色の光を光電変換して画像信号を出力する。
なお、赤色の撮像用画素100Rの開口W10は、できるだけ多くの光量を受光するために1つの画素の寸法に略等しく定められている。
なお、矢印線110は開口W10の幅を示し、矢印線111は開口W11の幅を示すもので、第1の焦点検出用画素101の開口W11の幅または面積は、赤色の撮像用画素100Rの開口W10の幅または面積のほぼ半分程度に定められている。
なお、青色の撮像用画素100Bの開口W10は、赤色の撮像用画素100Rの開口W10と同一の寸法に定められる。矢印線112は開口W12の幅を示すもので、この開口W12の幅または面積は、青色の撮像用画素100Bの開口W10の幅または面積のほぼ半分程度である。
青色の撮像用画素100Bは、青色フィルター12bを透過した被写体光の青色光を遮光層16の開口W10を介してフォトダイオード17により受光し、青色成分光の画像信号を出力する。
なお、撮像用画素100R、100Bは、できるだけ多くの光をフォトダイオード17に導くように、マイクロレンズ11の曲率、屈折率、マイクロレンズ11とフォトダイオード17との間の距離などが定められる。
図2に示すように、画素の右半分に開口W11を有する焦点検出用画素101と、左半分に開口W12を有する焦点検出用画素102との出力信号に基づいて像ズレ量を検出する場合は、被写界の水平方向の焦点調節状態が検出できる。
図3(a)の部分平面図に示されるように、第2の撮像素子2は、緑のカラー信号を生成する緑色の撮像用画素200Gと、図中、画素の右半分に開口W21を有する第3の焦点検出用画素201と、左半分に開口W22を有する第4の焦点検出用画素202とが規則的に2次元配列している。第2の撮像素子2の緑色の撮像用画素200Gと第3及び第4の焦点検出用画素201、202は、その大きさが第1の撮像素子1の画素100R、101、102の大きさと等しく定められている。
また、緑色の撮像用画素200Gの画素数を2n個とすると、第3の焦点検出用画素201及び第4の焦点検出用画素202の画素数はいずれもn個である。撮像用画素200G1も撮像用画素200G2も画素数はn個で、同数である。
図3(b)において、撮像用画素200G1は、被写体光の進路に沿って、マイクロレンズ21と緑色フィルター22gと配線層24、25と開口W20を有する遮光層26とフォトダイオード27とが積層配置されている。フォトダイオード27は、分離層28によって電気的に絶縁されている。
第3の焦点検出用画素201は、被写体光の進路に沿って、マイクロレンズ21と無色の透明フィルター23と配線層24、25と開口W21を有する遮光層26とフォトダイオード27とが積層配置されている。フォトダイオード27は、分離層28によって電気的に絶縁されている。
矢印線210は撮像用画素200G1の遮光層26の開口W20の幅を示し、矢印線211は第3の焦点検出用画素201の遮光層26の開口W21の幅を示す。開口W21の幅は、撮像用画素200G1の遮光層26の開口W20の幅のほぼ半分である。
第4の焦点検出用画素202は、被写体光の進路に沿って、マイクロレンズ21と無色の透明フィルター23と配線層24、25と開口W22を有する遮光層26とフォトダイオード27とが積層配置されている。フォトダイオード27は、分離層28によって電気的に絶縁されている。
矢印線212は第4の焦点検出用画素202の遮光層26の開口W22の幅を示し、この開口W22の幅は緑色の撮像用画素200G2の遮光層26の開口W20の幅のほぼ半分である。
また、第3及び第4の焦点検出用画素201、202は、それぞれ焦点検出信号を出力する。これらの焦点検出信号に基づき、第1の撮像素子1の第1及び第2の焦点検出用画素101,102と同様に、デフォーカス量が焦点調節部7によって算出される。
このような第1及び第2の撮像素子1、2の相対的な位置関係によって、互いの撮像素子の撮像用画素に注目してみると、緑色撮像用画素200Gと赤色撮像用画素100Rと青色撮像用画素100Bとが被写体像に対して、ベイヤー配列状に配置されていることになる。
つまり、このように2つの撮像素子1、2を相対的に位置決めすることによって、2つの撮像素子の互いの撮像用画素の出力を組み合せると、ベイヤー配列の撮像素子から画像信号を得るのと同等の出力を得ることができる。即ち、撮像素子1の赤色撮像用画素100R及び青色撮像用画素100Bと、撮像素子2の緑色撮像用画素200G1及び200G2との合計4画素から、仮想的なベイヤー配列の画像信号が得られる。
上記のように構成されたデジタルカメラの撮影動作の一例を説明する。
図4において、カメラの電源が投入されると、第1および第2の撮像素子1、2が起動される。第1の撮像素子1は、赤色の撮像用画素100R及び青色の撮像用画素100Bがそれぞれ赤色及び青色の画像信号を生成すると同時に、第1及び第2の焦点検出用画素101、102がそれぞれ焦点検出信号を生成する。
同様に、第2の撮像素子2は、緑色の撮像用画素200Gが緑色の画像信号を生成すると同時に、第3及び第4の焦点検出用画素201、202がそれぞれ焦点検出信号を生成する。
同様に、第2の撮像素子2が生成した画像信号Gr、Gbと焦点検出信号M、Nは、スイッチSW3、SW4によって分離され、画像信号Gr、Gbがバッファメモリ330に記憶され、焦点検出信号M、Nがバッファメモリ340に記憶される。
図5は、画像信号生成部5Aによってベイヤー配列状に合成された画像信号R、B、Gr、Gbを示す。
また、カメラの撮影動作に応じて、画像処理部5によって画像処理された画像信号R、B、Gr、Gbが不図示の記録媒体に記録される。
なお、画像処理部5は、画像信号R、B、Gr、Gbに基づく画像データを画像処理する際に、被写体像の輝度信号を使用するが、この輝度信号として焦点検出信号を使用することもできる。特に、この焦点検出信号は、無色の透明フィルターを透過した光束の光強度に対応するものであるので、輝度信号として好都合である。
焦点調節部7は、第1の撮像素子1からの焦点検出信号に基づき焦点調節を行う第1のモードと、第2の撮像素子2からの焦点検出信号に基づき焦点調節を行う第2のモードと、第1及び第2の撮像素子1、2からの焦点検出信号に基づき焦点調節を行う第3のモードとを有する。
第2のモードが選択された場合には、焦点検出信号生成部7Aは、バッファメモリ340からの焦点検出信号M、Nを焦点調節部7に送出し、焦点調節部7は、この焦点検出信号に基づきデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量に基づき撮影レンズの焦点調節を行う。
(1)撮像素子1の第1及び第2の焦点検出用画素101,102の位置における被写体像の画像信号は、第2の撮像素子2の撮像用画素200Gによって得ることができ、また、撮像素子2の第3及び第4の焦点検出用画素201,202の位置における被写体像の画像信号は、第1の撮像素子1の撮像用画素100R、100Bによって得ることができる。
即ち、既述したように、2つの撮像素子1、2の出力を組み合せることによって、撮像面全面がベイヤー配列となる仮想的な撮像素子をもつことに等しくなるので、これらの2つの撮像素子1、2の出力を組み合せて使用することによって、焦点検出用画素の配置部分における画像信号を得るための補間演算処理などをしなくとも、通常の画像信号と同等の画像信号を得ることができる。従って、撮像素子に焦点検出用画素を配置したことによる撮像画像の劣化を防止することができる。
(2)撮像素子1と撮像素子2は、同様の積層構造を有するので、製造工程、品質管理を共通化でき、製造コストの大幅な低減が可能となる。
(3)2つの撮像素子1及び2は、性能が類似しているため、出力バランス調整が容易であり、組立コストの点からも非常に有効である。
(4)撮像素子2は、撮像用画素200Gと焦点検出用画素201、202の画素を有するだけあり、撮像用画素200G1と200G2との出力差は非常に小さいため、撮像用画素200G1と200G2との出力段差の調整を省略することができる。
上述の実施の形態では、デジタルカメラ内での撮像素子1と撮像素子2との位置精度については、もちろん撮像素子1と撮像素子2とが1画素の寸法未満で配置されているのが望ましい。しかし、組立コストとの兼ね合いで1画素の寸法以上のズレがある比較的低い精度で位置合わせをしてもよい。この場合は、信号処理により補正をすることができる。
また、上述のように、赤色の撮像用画素の画素数と青色の撮像用画素の画素数と第1、第2、第3及び第4の焦点検出用画素の画素数は、互いに同数にし、緑色の撮像用画素の画素数がその他の画素の画素数の2倍になるように定めることが望ましいが、これらの画素数の関係は、必ずしも厳密に同数、又は2倍に定める必要はなく、ほぼ同数または2倍であればよい。
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。
3:撮影レンズ 4:ハーフミラー
5:画像処理部 6:ディスプレイ
7:焦点調節部 8:レンズ駆動モータ
10:撮像デバイス
100R、100B、200G、200G1、200G2:撮像用画素
101、102、201、202:焦点検出用画素
310、320、330、340:バッファメモリ
R、B、Gr、Gb:画像信号 M、N:焦点検出信号
Claims (7)
- 光学系を通過した被写体光の分割された一方の光束を受光して、第1のカラー信号を生成する複数の第1の撮像用画素と第2のカラー信号を生成する複数の第2の撮像用画素と前記光学系の焦点検出状態を示す焦点検出信号を出力する複数の第1の焦点検出用画素とを有する第1の撮像素子と、
前記被写体光の分割された他方の光束を受光して、第3のカラー信号を生成する複数の第3の撮像用画素と前記光学系の焦点検出状態を示す検出信号を出力する複数の第2の焦点検出用画素とを有する第2の撮像素子と、を備え、
前記第1の撮像用画素の数をnとすると、前記第2の撮像用画素の数はn、前記第3の撮像用画素の数は2n、前記第1の焦点検出用画素の数は2n、前記第2の焦点検出用画素の数は2nであり、
前記第1の撮像素子における前記2色の撮像用画素に対する前記第1の焦点検出用画素の配置関係は、前記第2の撮像素子における前記第3の撮像用画素に対する前記第2の焦点検出用画素の配置関係と同一であることを特徴とする撮像デバイス。 - 請求項1に記載の撮像デバイスにおいて、
前記第1及び第2の撮像用画素と前記第1の焦点検出用画素とは、2次元的に同じ画素が隣接することなく均一に配列され、
前記第3の撮像用画素と前記第2の焦点検出用画素とは、2次元的に同じ画素が隣接することなく均一に配列されることを特徴とする撮像デバイス。 - 請求項1または2に記載の撮像デバイスにおいて、
前記第1のカラーが赤色、前記第2のカラーが青色、前記第3のカラーが緑色であることを特徴とする撮像デバイス。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像デバイスにおいて、
前記第1の焦点検出用画素の出力する焦点検出信号と、前記第2の焦点検出用画素の出力する焦点検出信号の両方を用いて、前記光学系の焦点検出状態を検出する焦点検出手段を有することを特徴とする撮像デバイス。 - 撮影光学系と、
前記撮影光学系を通過した被写体光を2つの光束に分割する光束分割部材と、
前記分割された一方の光束を受光して、第1のカラー信号を生成する複数の第1の撮像用画素と第2のカラー信号を生成する複数の第2の撮像用画素と前記撮影光学系の焦点検出状態を示す焦点検出信号を出力する複数の第1の焦点検出用画素とを有する第1の撮像素子と、
前記分割された他方の光束を受光して、第3のカラー信号を生成する複数の第3の撮像用画素と前記撮影光学系の焦点検出状態を示す検出信号を出力する複数の第2の焦点検出用画素とを有する第2の撮像素子と、
前記第1の撮像用画素による前記第1のカラー信号と前記第2の撮像用画素による前記第2のカラー信号と前記第3の撮像用画素による前記第3のカラー信号とから画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記第1の焦点検出用画素による焦点検出信号及び前記第2の焦点検出用画素による焦点検出信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備え、
前記第1の撮像用画素の数をnとすると、前記第2の撮像用画素の数はn、前記第3の撮像用画素の数は2n、前記第1の焦点検出用画素の数は2n、前記第2の焦点検出用画素の数は2nであり、
前記第1の撮像素子における前記2色の撮像用画素に対する前記第1の焦点検出用画素の配置関係は、前記第2の撮像素子における前記第3の撮像用画素に対する前記第2の焦点検出用画素の配置関係と同一であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項5に記載の撮像装置において、
前記第1及び第2の撮像用画素と前記第1の焦点検出用画素とは、2次元的に同じ画素が隣接することなく均一に配列され、
前記第3の撮像用画素と前記第2の焦点検出用画素とは、2次元的に同じ画素が隣接することなく均一に配列されることを特徴とする撮像装置。 - 請求項5または6に記載の撮像装置において、
前記第1のカラーが赤色、前記第2のカラーが青色、前記第3のカラーが緑色であることを特徴とする撮像装置。
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