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技術 撮像装置

出願人 シャープ株式会社
発明者 中野貴司玉井幸夫山崎信夫本田大輔
出願日 2019年4月15日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-076972
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-178158
状態 未査定
技術分野 自動焦点調節 光信号から電気信号への変換 固体撮像素子 焦点調節 カメラの遮光
主要キーワード 表面反射像 分光部材 最小値探索 近赤外成分 ホワイト画素 撮影対象物体 表面プラズマ ピクセル型
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

位相差AFの精度を従来よりも向上させる。

解決手段

撮像装置(100)において、画素アレイ(10)には、異なる偏光特性を有する偏光フィルタを備えた複数の位相差画素によって、偏光ユニットが構成されている。偏光フィルタの少なくとも一部において、レンズ(91)を通過した光のうち、所定の方向に配向制御された光が入射する。制御装置(90)は、偏光ユニット内の複数の位相差画素の画素値最小値に基づき、レンズ(91)の合焦点を特定する。

概要

背景

近年の一部の撮像装置カメラ)には、ユーザの利便性向上のために、AF(Auto Focus,自動合焦)機能が付与されている。AF方式は、大別すると、「コントラストAF」と「位相差AF」(広義の位相差AF)とに2分できる。本明細書では、特に明示されない限り、「位相差AF」とは、広義の位相差AFを指すものとする。

そして、位相差AFの方式は、(i)「一般的な撮像素子とは別の、専用のAFセンサ(AF専用撮像素子)を用いた方式」(狭義の位相差AF)と、(ii)「像面位相差AF」(撮像素子にAFセンサの機能を併有させた方式)とに2分できる。本明細書では、狭義の位相差AFを、「非像面位相差AF」とも称する。

特許文献1には、像面位相差AFにおいて良好な位相差特性を得ることを目的とした技術が開示されている。特許文献1の撮像素子では、位相差画素に、遮光部(遮光膜)により遮光されない部分(開口部分)を通過する光を偏光する偏光フィルタ偏光構造物)が設けられている。

概要

位相差AFの精度を従来よりも向上させる。撮像装置(100)において、画素アレイ(10)には、異なる偏光特性を有する偏光フィルタを備えた複数の位相差画素によって、偏光ユニットが構成されている。偏光フィルタの少なくとも一部において、レンズ(91)を通過した光のうち、所定の方向に配向制御された光が入射する。制御装置(90)は、偏光ユニット内の複数の位相差画素の画素値最小値に基づき、レンズ(91)の合焦点を特定する。

目的

特許文献1には、像面位相差AFにおいて良好な位相差特性を得ることを目的とした

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

撮像装置であって、上記撮像装置の光軸を規定するレンズと、上記レンズを通過した光を受光する画素アレイと、制御装置と、を備えており、上記画素アレイは、偏光フィルタと、上記偏光フィルタを透過した上記光を受光する光電変換部と、を、有する複数の位相差画素を含んでおり、上記偏光フィルタの少なくとも一部において、上記レンズを通過した上記光のうち、所定の方向に配向制御された光が入射し、上記画素アレイにおいて、異なる偏光特性を有する上記偏光フィルタを備えた上記複数の位相差画素によって、偏光ユニットが構成されており、上記制御装置は、上記偏光ユニット内の上記複数の位相差画素の画素値最小値に基づき、上記レンズの合焦点を特定する、撮像装置。

請求項2

上記制御装置は、上記偏光ユニット内の上記複数の位相差画素の画素値を用いて、当該偏光ユニットの偏光特性を表現する補間関数導出し、上記補間関数の最小値に基づき、上記合焦点を特定する、請求項1に記載の撮像装置。

請求項3

上記画素アレイの光軸の向きは、上記撮像装置の上記光軸の向きに対応付けられて設定されており、上記画素アレイにおいて、上記画素アレイの上記光軸に対して線対象に位置する一対の上記偏光ユニットをそれぞれ、左側偏光ユニットおよび右側偏光ユニットと称し、上記制御装置は、上記左側偏光ユニット内の上記複数の位相差画素の画素値を用いて、当該左側偏光ユニットの偏光特性を表現する左側補間関数を導出し、上記右側偏光ユニット内の上記複数の位相差画素の画素値を用いて、当該右側偏光ユニットの偏光特性を表現する右側補間関数を導出し、(i)上記左側補間関数の最小値である左側最小値と、(ii)上記右側補間関数の最小値である右側最小値と、に基づき、上記合焦点を特定する、請求項1または2に記載の撮像装置。

請求項4

上記制御装置は、全画素の画素値が上記左側最小値である左側位相差画像と、全画素の画素値が上記右側最小値である右側位相差画像と、を生成し、上記左側位相差画像の微分画像である左側微分画像と、上記右側位相差画像の微分画像である右側微分画像と、を生成し、(i)上記左側微分画像の画素値の最大値が存在する位置と、(ii)上記右側微分画像の画素値の最大値が存在する位置と、の間のずれ量を算出し、上記ずれ量に基づき、上記合焦点を特定する、請求項3に記載の撮像装置。

請求項5

上記画素アレイの光軸の向きは、上記撮像装置の上記光軸の向きに対応付けられて設定されており、上記画素アレイの上記光軸の向きと垂直な所定の方向を、上記位相差画素の左右方向として、上記位相差画素は、上記偏光フィルタに対して、当該位相差画素の光入射側に位置している遮光部をさらに備えており、上記遮光部は、上記画素アレイの上記光軸の方向において、上記光電変換部の左半分または右半分と重なり合っている、請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。

請求項6

上記位相差画素は、上記光電変換部としての第1光電変換部とは異なる第2光電変換部をさらに備えており、上記第2光電変換部は、上記偏光フィルタに対して、上記位相差画素の光入射側に位置しており、上記第2光電変換部は、可視光に対する感応性を有しており、上記偏光フィルタには、上記第2光電変換部を通過した上記光が入射され、上記第1光電変換部は、近赤外光に対する感応性を有している、請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。

技術分野

0001

本開示の一態様は、位相差画素を有する撮像装置に関する。

背景技術

0002

近年の一部の撮像装置(カメラ)には、ユーザの利便性向上のために、AF(Auto Focus,自動合焦)機能が付与されている。AF方式は、大別すると、「コントラストAF」と「位相差AF」(広義の位相差AF)とに2分できる。本明細書では、特に明示されない限り、「位相差AF」とは、広義の位相差AFを指すものとする。

0003

そして、位相差AFの方式は、(i)「一般的な撮像素子とは別の、専用のAFセンサ(AF専用撮像素子)を用いた方式」(狭義の位相差AF)と、(ii)「像面位相差AF」(撮像素子にAFセンサの機能を併有させた方式)とに2分できる。本明細書では、狭義の位相差AFを、「非像面位相差AF」とも称する。

0004

特許文献1には、像面位相差AFにおいて良好な位相差特性を得ることを目的とした技術が開示されている。特許文献1の撮像素子では、位相差画素に、遮光部(遮光膜)により遮光されない部分(開口部分)を通過する光を偏光する偏光フィルタ偏光構造物)が設けられている。

先行技術

0005

特開2015−144194号公報
特開昭54−159259号公報
特開2015−82033号公報
特表2009−529707号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本開示の一態様は、位相差AFの精度を従来よりも向上させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る撮像装置は、上記撮像装置の光軸を規定するレンズと、上記レンズを通過した光を受光する画素アレイと、制御装置と、を備えており、上記画素アレイは、偏光フィルタと、上記偏光フィルタを透過した上記光を受光する光電変換部と、を、有する複数の位相差画素を含んでおり、上記偏光フィルタの少なくとも一部において、上記レンズを通過した上記光のうち、所定の方向に配向制御された光が入射し、上記画素アレイにおいて、異なる偏光特性を有する上記偏光フィルタを備えた上記複数の位相差画素によって、偏光ユニットが構成されており、上記制御装置は、上記偏光ユニット内の上記複数の位相差画素の画素値最小値に基づき、上記レンズの合焦点を特定する。

発明の効果

0008

本開示の一態様に係る撮像装置によれば、位相差AFの精度を従来よりも向上させることができる。

図面の簡単な説明

0009

実施形態1の撮像装置の要部の構成を示す機能ブロック図である。
実施形態1の各画素の構成を例示する図であって、(a)は位相差画素を、(b)は撮像画素をそれぞれ示す。
実施形態1の画素アレイにおける偏光フィルタの配置を示す図である。
図3の画素アレイにおける各画素の配置を示す図である。
(a)は補間処理について説明するための図であり、(b)は最小輝度値算出処理について説明するための図である。
補間処理によって導出された補間関数の一例を示す図である。
(a)は左側第2画像の一例を示す図であり、(b)は右側第2画像の一例を示す図である。
実施形態1における左側微分画像および右側微分画像の輝度値分布の一例を示す図である。
第1の比較例について説明するための図であって、(a)は第1撮影シチュエーションを例示する図であり、(b)は当該第1の比較例における左側微分画像および右側微分画像の輝度値の分布の一例を示す図である。
第2の比較例について説明するための図であって、(a)は第2撮影シチュエーションを例示する図であり、(b)は当該第2の比較例における左側微分画像および右側微分画像の輝度値の分布の一例を示す図である。
実施形態2の位相差画素の構成を例示する図である。
実施形態2の画素アレイにおける各画素の配置を例示する図である。
図12の画素アレイにおける偏光フィルタの配置を示す図である。
実施形態2の位相差画素の一変形例について説明するための図である。
実施形態2の画素アレイの一変形例について説明するための図である。
図15の画素アレイにおける偏光フィルタの配置を示す図である。
マイクロレンズの一変形例について説明するための図である。
実施形態3の位相差画素の構成を例示する図である。
実施形態3の画素アレイにおける各画素の配置を例示する図である。
図19の画素アレイにおける偏光フィルタの配置を示す図である。

実施例

0010

〔実施形態1〕
実施形態1の撮像装置100について、以下に説明する。便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、以降の各実施形態では、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。公知技術と同様の事項についても、説明を適宜省略する。

0011

各図に示されている装置構成は、説明の便宜上のための単なる一例である。このため、各部材は、必ずしも実際のスケール通りには描画されていない。また、各部材の位置関係も、各図の例に限定されない。各図では、一部の部材の図示を省略する場合もある。さらに、明細書中において以下に述べる各数値も、単なる一例である。

0012

(撮像装置100の概要
図1は、撮像装置100の要部の構成を示す機能ブロック図である。実施形態1では、像面位相差AF型の撮像装置100を例示する。撮像装置100は、撮像素子1、制御装置90(解析装置)、レンズ91、およびレンズ駆動機構92を備える。以下の説明では、入射光Lを、単にLとも略記する。他の部材についても、適宜同様に略記する。

0013

撮像素子1は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはCCD(Charge Coupled Device)型のイメージセンサである。撮像素子1は、画素アレイ10を備える。以下、画素アレイ10に含まれる各画素を、総評的に「PIX」と表記する。PIXには、位相差画素P−PIXと撮像画素I−PIXとの2通りの画素が含まれている(後述の図2を参照)。P−PIXは、焦点検出用画素とも称される。画素アレイ10では、PIXが規則的に配列されている。実施形態1では、PIXは、以下に述べるX方向およびY方向にそれぞれ沿って、配列されている。

0014

レンズ91は、撮像装置100の外部から到来したLを受光し、当該Lを画素アレイ10に導く。レンズ91は、撮像装置100の光学系を構成する主要な部材である。レンズ91は、撮像装置100の光学系の光軸を規定する。

0015

以下の説明では、撮像装置100の光学系の光軸の向き(以下、単に撮像装置100の光軸の向き)は、レンズ91の光軸の向きと一致するものとする。画素アレイ10の光軸の向きは、レンズ91の光軸の向きと対応付けられて設定されている。実施形態1では、画素アレイ10の光軸の向きは、レンズ91の光軸の向きと平行であるものとする。

0016

実施形態1では、以下に述べるXYZ直交座標系を用いて、各部の位置関係を説明する(図2も参照)。Z方向は、レンズ91の前後方向である。レンズ91の光軸の向きは、Z方向と平行である。Z方向の正の向き(前方)は、撮像装置100の外側に向かう。そこで、Z方向の正の向きを、光入射側とも称する。これに対し、Z方向の負の向きを、受光側とも称する。また、Z方向と垂直な2つの方向のうち、所定の1つの方向を、左右方向と称する。実施形態1では、図2のY方向が左右方向であるものとする。X方向は、Z方向およびY方向と垂直である。

0017

撮像装置100の光学系は、Lを瞳分割し、瞳分割後のLを1対のP−PIXに受光させるように構成されている。このため、画素アレイ10の光軸に対し、線対象(左右対称)な位置に存在する2つのP−PIXは、互いに対になるLを受光する。具体的には、レンズ91の右側に入射した光は、上記2つのP−PIXの内、左側のP−PIX(左側位相差画素)に入射する。これに対し、レンズ91の左側に入射した光は、上記2つのP−PIXの内、右側のP−PIX(右側位相差画素)に入射する。これにより、左側位相差画素と右側位相差画素とで、互いに対になる画像を撮像できる。

0018

制御装置90は、撮像装置100の各部を制御する。以下に述べるように、制御装置90は、左側位相差画素および右側位相差画素の輝度値(画素値)の分布を解析することにより、位相差AFを実行する。より具体的には、制御装置90は、上記解析結果に基づき、レンズ91の合焦点を特定する。

0019

そして、制御装置90は、レンズ駆動機構92を駆動することにより、レンズ91を合焦点に移動させる。レンズ駆動機構92は、レンズ91のZ方向の位置(以下、単にレンズ91の位置)を変化させる。レンズ駆動機構92は、公知のアクチュエータであってよい。一例として、レンズ駆動機構92は、撮像装置100のレンズホルダ(不図示)を駆動することにより、レンズ91を移動させる。

0020

(P−PIXおよびI−PIXの構成)
図2は、P−PIXおよびI−PIXのそれぞれの構成例を示す図である。まず、図2の(a)を参照して、P−PIXについて説明する。図2の(a)には、P−PIXの断面図(YZ平面での断面図)が示されている。

0021

P−PIXは、光入射側から受光側に向かって、マイクロレンズ17、カラーフィルタ16、偏光フィルタ15V、反射防止膜14、遮光部13、光電変換部12(位相差受光部)、および基板11をこの順に備えている。基板11は、公知の半導体基板である。

0022

図2の(a)におけるAXは、画素アレイ10内の各PIXの光軸を示す。従って、PIXの向きは、画素アレイ10の光軸の向きと一致する。すなわち、AXは、Z方向に平行である。P−PIXの各部は、AXに対し、左右対称に構成されている。RSは、光電変換部12の受光面を示す。Z方向は、RSの法線方向とも表現できる。

0023

マイクロレンズ17は、レンズ91を通過してP−PIXに入射したL(第1光)を、光電変換部12に導く。カラーフィルタ16は、第1光のうち、所定の波長成分の光を選択的に透過させる。カラーフィルタ16は、分光部材の一例である。一例として、P−PIXにおけるカラーフィルタ16は、緑色カラーフィルタである(図4も参照)。

0024

後述の実施形態2において述べるように、一般的には、偏光フィルタは、入射した光を、等方性伝搬光(偏光フィルタの周期構造と同方向に振動する光)として透過させる特性を有する。偏光フィルタ15Vは、第1光のうち、所定の偏光成分の光を選択的に透過させる。この点については、図2の(b)の偏光フィルタ15も同様である。

0025

但し、偏光フィルタ15Vには、偏光フィルタ15とは異なり、中央部に分離領域(周期構造が形成されていない領域)が設けられている。当該分離領域は、後述の実施形態2において述べる遮光部25の別の例とも言える。当該分離領域を設けることにより、P−PIXの左側と右側とで、偏光フィルタ15Vの周期構造を独立させることができる。その結果、実施形態2の位相差画素と同様に、光電変換部12に届く光を十分に配向制御できる。

0026

図2の例では、偏光フィルタ15・15Vはいずれも、スリット型ワイヤーグリッド型)の偏光部材によって構成されている。なお、偏光フィルタ15の構成例については、例えば、国際公開公報「WO2017/187804号」を参照されたい。以下の図3の各P−PIXには、それぞれ異なる偏光特性を有する偏光フィルタ15Vが設けられてよい。また、図3の一部のP−PIXには、偏光フィルタ15Vに替えて偏光フィルタ15が設けられてもよい。

0027

具体的には、偏光フィルタ15Vの少なくとも一部において、レンズ91を通過した光のうち、所定の方向に配向制御された光(所定の方向に偏った光)が入射する。そして、偏光フィルタ15Vの上記少なくとも一部において、上記所定の方向に配向制御された光の一部が透過される。

0028

反射防止膜14は、光電変換部12の受光量を増加させる(光電変換部12の感度を向上させる)ために設けられている。反射防止膜14によれば、多重干渉効果によってLの損失を低減できる。

0029

遮光部13は、光電変換部12の受光領域(開口部)を規定する。より具体的には、遮光部13は、Z方向において、光電変換部12と重なり合わないように配置されている。この点において、遮光部13は、後述する遮光部25と異なる(後述の図11を参照)。

0030

光電変換部12は、P−PIXの受光部である。光電変換部12は、P−PIXの光軸方向において、カラーフィルタ16および偏光フィルタ15Vの後段に配置されている。光電変換部12は、光に感応し、当該光の強度に応じた電気信号出力信号)を生成する。一例として、光電変換部12は、フォトダイオードである。

0031

光電変換部12は、I−PIXの光電変換部12z(図2の(b)を参照)とは異なり、一対のサブ光電変換部(左側サブ光電変換部12aおよび右側サブ光電変換部12b)を備えている。このように、光電変換部12は、2つの部分に分割された構造(デュアルピクセル)として形成されている。

0032

左側サブ光電変換部12aおよび右側サブ光電変換部12bは、互いに所定の距離だけ離間するように、AXに対して左右対称に配置されている。左側サブ光電変換部12aには、レンズ91の右側に入射した光が導かれる。これに対し、右側サブ光電変換部12bには、レンズ91の左側に入射した光が導かれる。このように、P−PIXでは、光電変換部12は、当該P−PIXに入射する光のうち、特定方向の光を受光する受光部(位相差受光部)として構成されている。この点において、光電変換部12は、以下に述べる光電変換部12zとは異なる。

0033

P−PIXでは、左側サブ光電変換部12aの出力信号値と右側サブ光電変換部12bの出力信号値との和が、光電変換部12の出力信号値として、信号取得部901(後述)に供給される。信号取得部901は、光電変換部12の出力信号値に基づき、P−PIXの輝度値(画素値)を取得する。

0034

図2の(b)は、図2の(a)と対になる図である。図2の(b)には、I−PIXの断面図が示されている。I−PIXは、P−PIXとは異なり、光電変換部12zを有している。光電変換部12zは、光電変換部12とは異なり、一体型の光電変換部として形成されている。信号取得部901は、光電変換部12zの出力信号値を、I−PIXの輝度値として取得する。また、I−PIXは、偏光フィルタ15Vに替えて、偏光フィルタ15を備えている。

0035

I−PIXには、R(Red,赤)画素(I−PIXR)、G(Green,緑)画素(I−PIXG)、およびB(Blue,青)画素(I−PIXB)が含まれる(図4も参照)。R画素とG画素とB画素とを総称して、RGB画素とも称する。I−PIXR、I−PIXG、およびI−PIXBにおけるカラーフィルタ16はそれぞれ、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、および青色カラーフィルタである。

0036

(画素アレイ10におけるP−PIXおよびI−PIXの配置)
図3および図4はそれぞれ、画素アレイ10におけるP−PIXおよび関連する各部材の配置について説明するための図である。図3および図4では、画素アレイ10の4行10列(4×10)の部分が示されている。図3の説明では、偏光フィルタ15・15Vを、「FI」とも称する。図3には、画素アレイ10におけるFIの配置が示されている。

0037

画素アレイ10では、4個のPIX(2×2のマトリクス)によって、1つの画素ユニット(以下、「UN」とも称する)が構成されている。UNは、1つのP−PIXと3つのI−PIXとによって構成されている。画素アレイ10では、4つのUN(UN1〜UN4)によって、1つの偏光ユニットPUが構成されている。

0038

以下、UN1〜UN4に属するI−PIXをそれぞれ、I−PIX1〜I−PIX4と称する。また、I−PIX1〜I−PIX4のFIをそれぞれ、FI1〜FI4と称する。図3の例では、FI1〜FI4はそれぞれ、UN1〜UN4の全体(2×2の領域)をカバーするように配置されている。

0039

FI1〜4はそれぞれ、異なる偏光特性を有する。具体的には、FI1〜FI4は、互いに異なる主軸方向透過軸の方向)を有する。以下、FIの透過軸の角度をθとして表す。FIの透過軸の方向が、所定の基準軸の方向と一致する場合に、θ=0°とする。以下の説明では、0°≦θ<180°である。FI1〜FI4のそれぞれのθを、θ1〜θ4と表す。以降、他のFIについても同様に表記する。図3の例では、θ1=0°、θ2=45°、θ3=90°、θ4=135°である。このように、各I−PIXは、異なる偏光特性を有するFIと対応付けられている。

0040

図4は、図3と対になる図である。図4には、画素アレイ10における各画素の配置の一例が示されている。図4に示されるように、UNは、1セットのRGB画素と1つのP−PIXとによって構成されている。図4の例では、P−PIXは、G画素に相当する画素(緑色光を受光する画素)として構成されている。

0041

より具体的には、P−PIXは、ベイヤ(Bayer)配列におけるRGB画素の、一部のG画素に対応する。このため、図3図4の例では、P−PIXは、画素アレイ10の偶数行および偶数列の位置に配置されている。

0042

(制御装置90)
制御装置90は、信号取得部901、補間部902、最小輝度値算出部903、ずれ算出部904、合焦点特定部905、レンズ駆動制御部906を備える。以下、図5図8を参照し、制御装置90の処理について述べる。

0043

(補間処理および最小輝度値算出処理)
図5の(a)および(b)はそれぞれ、補間処理および最小輝度値算出処理について説明するための図である。信号取得部901は、画素アレイ10内の各P−PIXの輝度値を取得する。すなわち、信号取得部901は、各P−PIXによって撮像された画像(以下、第1画像)を取得する。図5の(a)のIMG1は、図3図4の画素アレイ内の各P−PIXによって撮像された第1画像の一例である。

0044

以下の説明では、P−PIXの輝度値を、文字「D」によって表す。図5の(a)のD1〜D4はそれぞれ、P−PIX1〜4の輝度値である。IMG1において、I−PIXに対応する箇所は、欠落画素であるため、輝度値が設定されていない。

0045

上述のように、各P−PIXは、異なる偏光特性を有するFIと1対1に対応付けられている。このため、D1〜D4は、θに応じた異なる値となる。そこで、以下の説明では、Dは、θを変数とする所定の数式(例:近似式)を用いて表現可能であるものとする。

0046

補間部902は、D1〜D4を用いて、関数D=f(θ)を導出(補間)する。すなわち、補間部902は、Dを、補間関数f(θ)によってフィッティングする。f(θ)は、PUの偏光特性を表現する関数とも言える。具体的には、補間部902は、D1〜D4を用いて、f(θ)の各パラメータを算出する。各パラメータの算出には、公知の手法(例:最小二乗法によるフィッティング)が用いられてよい(特許文献5も参照)。

0047

一例として、f(θ)は、交流成分(余弦関数)と直流成分(定数)との重ね合わせとして表現されてよい。この場合、補間部902は、最小二乗法を用いて、交流成分の各パラメータ(振幅および位相を示すパラメータ)および直流成分のパラメ—タを算出する。図6には、補間部902によって導出されたf(θ)の一例が示されている。

0048

別の例として、f(θ)は、θの3次関数として表現されてもよい。この場合、補間部902は、最小二乗法を用いて、上記3次関数の各係数を算出する。

0049

なお、補間部902は、f(θ)を用いて、IMG1の各欠損画素の輝度値が補間された画像(以下、補間後第1画像)を生成してもよい。

0050

そして、最小輝度値算出部903は、f(θ)を解析することにより、当該f(θ)の最小値(以下、Dmin)を算出する。Dminの算出には、公知の最小値探索手法が用いられてよい。例えば、図6の例では、最小輝度値算出部903は、交流成分の振幅および直流成分に基づいて、Dminを算出できる。Dminは、補間後第1画像における輝度値の最小値とも表現できる。

0051

続いて、最小輝度値算出部903は、Dminを用いて、第2画像(IMG2)を生成する。図5の(b)は、IMG2の一例を示す図である。IMG2では、IMG1の全画素の輝度値が、Dminに置き換えられている。つまり、IMG2は、IMG1の最小輝度値を代表する画像である。

0052

一般に、光の強度は、「拡散反射成分(任意のθにおいて強度が一定の成分)」と「鏡面反射成分(光の入射角に応じて強度が変化する成分)」との重ね合わせによって表現できる。鏡面反射成分の強度の変化は、光の入射角に応じてs偏光とp偏光との比率が変化することに起因している。このため、Dminは、「拡散反射成分」と「鏡面反射成分の最小値」との和として表現できる。

0053

但し、拡散反射成分の大きさは、物体(被写体)の密度および表面性状に依存する。また、鏡面反射成分の最小値は、物体の屈折率と入射角とに依存する。このため、一般的に、Dminは、画素の位置によって異なる。それゆえ、図5の(b)のIMG2におけるDminは、偏光ユニット(4×4のブロック)ごとに異なる。この点については、後述するDLminおよびDRminについても同様である(図7を参照)。同様に、図5の(a)のIMG1におけるD1〜D4は、偏光ユニットごとに異なる。

0054

上述の通り、像面位相差AFでは、一対の左側位相差画素および右側位相差画素が用いられる。そこで、実施形態1では、左側位相差画素および右側位相差画素に対応するそれぞれの偏光ユニットを、左側偏光ユニットおよび右側偏光ユニットと称する。また、左側偏光ユニットおよび右側偏光ユニットに対応する画素アレイ10の部分領域を、左側部分領域および右側部分領域と称する。

0055

左側偏光ユニットおよび右側偏光ユニットは、画素アレイ10の光軸(Z軸に平行)に対し、線対象な位置に存在する。左側偏光ユニットおよび右側偏光ユニットは、一対の偏光ユニットである。同様に、左側部分領域および右側部分領域は、画素アレイ10の光軸に対し、線対象な位置に存在する。左側部分領域および右側画素部分領域は、一対の部分領域である。以下の説明では、左側部分領域および右側部分領域は、図3図4の例と同様のレイアウトであるものとする。

0056

合焦点を算出する場合、信号取得部901は、(i)左側部分領域におけるIMG1(左側第1画像)と、(ii)右側部分領域におけるIMG1(右側第1画像)を取得する。続いて、補間部902は、左側第1画像に対して、関数fL(θ)(左側補間関数)を算出する。同様に、補間部902は、右側第1画像に対して、関数fR(θ)(右側補間関数)を算出する。

0057

そして、最小輝度値算出部903は、fL(θ)の最小値(DLmin,左側最小値)を算出し、当該DLminを用いて、左側第1画像に対応する第2画像(左側第2画像)を生成する。図7の(a)のIMG2Lは、左側第2画像の一例である。実施形態1では、IMG2Lが、左側位相差画像として用いられる。

0058

同様に、最小輝度値算出部903は、fR(θ)の最小値(DRmin,右側最小値)を算出し、当該DRminを用いて、右側第1画像に対応する第2画像(右側第2画像)を生成する。図7の(b)のIMG2Rは、右側第2画像の一例である。実施形態1では、IMG2Lが、右側位相差画像として用いられる。

0059

(ずれ量の算出)
ずれ算出部904は、各位相差画像のずれ量Δを算出する。Δは、レンズ91のピントのずれ量(以下、e)を示す指標である。レンズ91が合焦している場合、e=0である。これに対し、レンズ91が合焦していない場合、e≠0である。Δは、eと正の相関を有する。

0060

一般的に、画像中に映っている複数の物体間境界部(画像のエッジ)では、画素値が大きく変化する。エッジは、各物体の輪郭に相当する箇所であると言える。このため、各画像のエッジの位置に基づき、Δを算出できる(特許文献3・4も参照)。

0061

一例として、各画像に公知のエッジ抽出フィルタを適用することにより、位相差画像の微分画像を生成(導出)できる。エッジ抽出フィルタとしては、例えば、Prewittフィルタ、Sobelフィルタ、またはLaplacianフィルタが用いられる。微分画像の輝度ピーク位置は、元の画像のエッジの位置に相当する。

0062

実施形態1では、ずれ算出部904は、IMG2LおよびIMG2Rのそれぞれに対応する微分画像を生成する。具体的には、ずれ算出部904は、IMG2Lに対応する微分画像として、左側微分画像(以下、IMGA)を生成する。同様に、ずれ算出部904は、IMG2Rに対応する微分画像として、右側微分画像(以下、IMGB)を生成する。

0063

図8は、IMGAおよびIMGBの輝度値の分布の一例を示す図である。図8グラフ横軸は、各微分画像の水平方向の位置を示す。横軸の原点は、合焦位置に相当する。また、当該グラフの縦軸は、各微分画像の輝度値を示す。図8の例では、IMGAは、位置PAにおいて1つの輝度ピーク最大値AMAX)を有する。IMGBは、位置PBにおいて1つの輝度ピーク(最大値AMAB)を有する。

0064

IMGAとIMGBとは、図8のグラフの縦軸に対して、線対象(左右対称)な画像である。特に、Δ=0の場合(e=0の場合)、IMGAとIMGBとは同じ画像となる。すなわち、IMGAの輝度値分布は、IMGBの輝度値分布と一致する。これに対し、Δ≠0の場合(e≠0の場合)、IMGBは、IMGAが水平方向にΔだけシフトされた画像となる。

0065

そこで、ずれ算出部904は、IMGBの所定の行において、IMGAを列方向に走査し、PAを特定する。同様に、IMGBの所定の行において、IMGBを列方向に走査し、PBを特定する。そして、ずれ算出部904は、Δ=|PB−PA|として、Δを算出する。

0066

(合焦点の特定およびレンズの移動)
合焦点特定部905は、公知の手法を用いて、Δに基づき、eを算出する(特許文献3・4も参照)。このように、合焦点特定部905は、各位相差画像に基づき、レンズ91の合焦点を特定する。レンズ駆動制御部906は、レンズ駆動機構92を介して、レンズ91を合焦点に移動させる。レンズ91を合焦点に移動させることにより、e=0となる。すなわち、撮像装置100のAFが完了する。

0067

(比較例)
図9および図10はそれぞれ、第1の比較例および第2の比較例を示す。図9および図10はいずれも、図8と対になる図である。第1の比較例および第2の比較例では、従来技術では合焦が困難であった撮影シチュエーションについて述べる。

0068

各比較例では、実施形態1とは異なり、位相差画像は、従来の位相差画像である。すなわち、各比較例では、実施形態1とは異なり、位相差画像は、Dminに基づき生成された第2画像ではない。各比較例の位相差画像は、第1画像に相当する。但し、各比較例では、実施形態1と同様に、位相差画像の微分画像に基づき、合焦が行われるものとする。

0069

(第1の比較例)
図9の(a)および(b)はそれぞれ、第1の比較例について説明するための図である。図9の(a)に示されるように、第1の比較例では、背景900中の物体OBJ1が、ターゲット(主要被写体)として撮影される場合を考える。背景900は、光の散乱性が高い物体によって構成されている。背景900は、青空または霧である。OBJ1は、背景900に対するコントラストが低い物体である。例えば、背景900が青空である場合、OBJ1はである。PT1は、第1の比較例における検出位置である。図9の(a)の例では、PT1は、背景900とOBJ1との境界の位置である。

0070

図9の(b)は、第1の比較例における左側微分画像(IMGAr1)および右側微分画像(IMGBr1)を示す。IMGAr1およびIMGBr1はそれぞれ、PT1において取得された微分画像である。第1の比較例では、背景900における光の散乱性が高いことに起因して、各微分画像に複数の極大値(ピーク)が生じる。このため、第1の比較例では、Δを算出するための各微分画像のピークを、一義的に選択できない。

0071

このように、従来では、背景900における光の散乱性が高い場合(以下、第1撮影シチュエーション)には、Δを適切に算出することが困難であった。すなわち、従来では、第1撮影シチュエーションにおいて、合焦(OBJ1に対するピント合わせ)を適切に行うことが困難であった。

0072

(第2の比較例)
図10の(a)および(b)はそれぞれ、第2の比較例について説明するための図である。図10の(a)に示されるように、第2の比較例では、透明な物体910内に位置する物体OBJ2が、ターゲットとして撮影される場合を考える。物体910は、例えば水である。物体910の表面には、OBJ2とは異なる物体の表面反射像映り込み像)が生じる。OBJ22は、当該映り込み像を示す。PT2は、第2の比較例における検出位置である。図10の(b)の例では、PT2は、OBJ2とOBJ22とが重なり合っている位置である。

0073

図10の(b)は、第2の比較例における左側微分画像(IMGAr2)および右側微分画像(IMGBr2)を示す。IMGAr2およびIMGBr2はそれぞれ、PT2において取得された微分画像である。第2の比較例では、水面におけるOBJ2とOBJ22との重なり合いに起因して、各微分画像に複数の極大値(ピーク)が生じる。一例として、図10の(b)におけるピークPK2Aは、IMGAr2のピークのうち、OBJ2に由来するピークである。これに対し、ピークPK22Aは、IMGAr2のピークのうち、OBJ22に由来するピークである。

0074

それゆえ、第2の比較例においても、第1の比較例と同様に、Δを算出するための各微分画像のピークを、一義的に選択することができない。このように、従来では、透明な物体の表面において、撮影対象物体と映り込み像との重なり合いが生じている場合(以下、第2の撮影シチュエーション)にも、合焦(OBJ2に対するピント合わせ)を適切に行うことが困難であった。

0075

(効果)
実施形態1では、第1の比較例および第2の比較例とは異なり、Dmin(f(θ)の最小値)に基づき第2画像が生成される。そして、当該第2画像を微分した微分画像に基づいて、Δが算出される。全ての画素値が均一化された画像(第2画像)に基づいて微分画像を導出することにより、微分画像におけるピーク(極大値)の個数を1つにすることが可能となる。

0076

それゆえ、撮像装置100によれば、第1撮影シチュエーションおよび第2撮影シチュエーションのいずれにおいても、IMGAおよびIMGBが、それぞれ1つのピークを有する画像として生成される。その結果、上記各撮影シチュエーションにおいても、Δを適切に算出できる。このように、撮像装置100によれば、従来では合焦が困難であった撮影シチュエーションにおいても、合焦を適切に行うことが可能となる。以上のように、撮像装置100によれば、Dminに基づきレンズ91の合焦点を特定することにより、位相差AFの精度を従来よりも向上させることができる。

0077

但し、撮像装置100では、f(θ)を導出する処理を割愛することもできる。この場合、撮像装置100では、偏光ユニット内の複数の位相差画素の画素値の最小値に基づき、合焦点を特定すればよい(より具体的には、Δを算出すればよい)。当該構成によれば、より高速に合焦点を特定できる。

0078

一例として、図6の例では、1つの偏光ユニットにおけるD1〜D4のうち、D2が最小の画素値である。この場合、撮像装置100は、1つの偏光ユニット内の全画素の輝度値をD2に置き換えることにより、IMG2を生成する。

0079

補足
撮像装置100は、生体認証装置の撮像装置として用いられてもよい。撮像装置100によれば、認証対象部位(例:顔または眼球)へのピント合わせをより確実に行うことができる。このため、撮像装置100は、生体認証装置(例:顔認証装置または虹彩認証装置)の精度向上に好適である。一例として、「特開2017−201303号公報」の技術に基づき、撮像装置100を備えた虹彩認証装置が実現されてよい。

0080

〔変形例〕
(1)図3の例とは異なり、1つのUNにおけるFIは、P−PIXにのみ設けられていればよい。すなわち、FIは、I−PIXには設けられなくともよい(実施形態2も参照)。従って、FI1〜FI4はそれぞれ、P−PIX1〜P−PIX4の位置にのみ、配置されてもよい。当該構成によれば、FIのコストを低減できる。

0081

(2)1つのPUには、必ずしも4種類のFI(FI1〜FI4)が設けられなくともよい。1つのPUには、θが互いに異なる少なくとも2つのFIが設けられていればよい。FIの種類(θの種類)と同数のUNによって、1つのPUが構成されていればよい。1つのPUにおけるFIの数は、f(θ)の形式(どのような補間関数によってDを補間するか)に応じて選択されればよい。

0082

(3)図4の例とは異なり、P−PIXは、ベイヤ配列におけるRGB画素の、R画素またはB画素に対応するように、構成されてもよい。つまり、P−PIX1のカラーフィルタ16は、赤色カラーフィルタであってもよいし、青色カラーフィルタであってもよい。また、RGB画素の配置は、ベイヤ配列に限定されない(実施形態2の変形例も参照)。さらに、P−PIXは、ホワイト画素全波長帯の光に感応可能な画素)であってもよい。一例として、P−PIXのカラーフィルタ16を割愛することにより、P−PIXをホワイト画素として構成できる。

0083

〔実施形態2〕
以下、実施形態2の撮像装置200について説明する。実施形態2の撮像素子および画素アレイをそれぞれ、撮像素子2および画素アレイ20と称する。また、実施形態2の位相差画素を、総称的に位相差画素2000と称する。

0084

図11は、位相差画素2000の断面図を示す。図11は、図2の(a)と対になる図である。位相差画素2000では、実施形態1のP−PIXにおける光電変換部12が、光電変換部22(位相差受光部)に置き換えられている。また、位相差画素2000は、P−PIXとは異なり、偏光フィルタ15Vに替えて、偏光フィルタ15を備えている。さらに、位相差画素2000は、P−PIXとは異なり、遮光部25を備える。

0085

光電変換部22は、光電変換部12zと同様に、一体型の光電変換部である。以下に述べる遮光部25を設けることにより、位相差受光部をデュアルピクセル型として構成することが不要となる。すなわち、位相差受光部の製造コストを、実施形態1に比べて低減できる。

0086

遮光部25は、遮光部13とは異なり、偏光フィルタ15の前段(偏光フィルタ15から見て光入射側)に設けられている。遮光部25は、位相差画素2000の光軸方向において、カラーフィルタ16と偏光フィルタ15との間に配置されている。

0087

さらに、図11の例では、遮光部25は、位相差画素2000の左半分の領域を占めるように形成されている。すなわち、遮光部25は、Z方向において、光電変換部22の左半分と重なり合う。このため、遮光部25は、光電変換部22の左半分に入射しようとする光を遮断する。その結果、光電変換部22は、理想的には、当該光電変換部22の右半分の領域においてのみ、光を受光する。

0088

図11の通り、Z方向において光電変換部22の右半分と重なり合う遮光部25(図12の遮光部25A)を設けることにより、位相差画素2000を、右側位相差画素として構成できる。これに対し、Z方向において光電変換部22の右半分と重なり合う遮光部25(図12の遮光部25B)を設けた場合には、当該位相差画素2000を左側位相差画素として構成できる。

0089

図12には、画素アレイ20における各画素の配置の一例が示されている。図12では、(i)遮光部25Aが設けられた位相差画素2000である位相差画素2000A1〜2000A4(右位相差画像)が、(ii)遮光部25Bが設けられた位相差画素2000である位相差画素2000B1〜2000B4(左位相差画像)が、それぞれ示されている。

0090

図13には、画素アレイ20におけるFIの配置の一例が示されている。図13では、(i)位相差画素2000A1〜2000A4に対応するFIをFIA1〜FIA4、(ii)位相差画素2000B1〜2000B4に対応するFIをFIB1〜FIB4と、それぞれ称する。以降、他のFIについても同様に表記する。

0091

SEC1Aは、位相差画素2000A1・2000A2と、1つのI−PIXとを含む。SEC2Aは、位相差画素2000A3・2000A4と、1つのI−PIXとを含む。SEC1AとSEC2Aとによって、1つの偏光ユニット(右側偏光ユニット)が構成される。図13に示されるように、θA1=90°、θA2=0°、θA3=45°、θA4=135°である。

0092

同様に、SEC1Bは、位相差画素2000B1・2000B2と、1つのI−PIXとを含む。SEC2Bは、位相差画素2000B3・2000ABと、1つのI−PIXとを含む。SEC1BとSEC2Bとによって、1つの偏光ユニット(左側偏光ユニット)が構成される。図13に示されるように、θB1=135°、θB2=45°、θB3=0°、θA4=90°である。

0093

(効果)
「偏光フィルタを有する位相差画素に、遮光部をさらに設けることにより、左側位相差画素または右側位相差画素を構成する」こと自体は、特許文献1に開示されている。しかしながら、特許文献1の位相差画素における遮光部は、偏光フィルタの後段に設けられている。

0094

ここで、偏光フィルタの動作原理について、概略的に述べる。一般に、偏光フィルタでは、スリットに対して垂直な方向に並ぶ周期構造に起因して、偏光フィルタの入射側表面(受光面)において、表面プラズマ振動の共鳴励起が生じる。このため、電磁場が、偏光フィルタの開口部付近局在する。なお、開口部のサイズは、サブ波長程度である。次に、開口部付近に局在していた電磁場がスリットへと導波される。そして、偏光フィルタの入射側裏面(光取り出し面)において、再び表面プラズマ振動の共鳴の励起が生じる。

0095

偏光フィルタの入射側表面および入射側裏面での表面プラズマ振動が、開口部を介して協調的に連動することにより、当該入射側裏面へと電磁エネルギー誘導される。すなわち、偏光フィルタは、入射した光を、等方性伝搬光として透過させる。より具体的には、偏光フィルタは、上記周期構造の配列方向と同方向に振動する光を、等方性伝搬光として透過させる。

0096

それゆえ、特許文献1の位相差画素では、遮光部の前段に存在する偏光フィルタの光取り出し側において、入射光は、入射方向についての情報が含まれていない光(等方性伝搬光)へと変換されている。そして、偏光フィルタを通過した光は、遮光部によって配向制御された後(遮光部によって斜め方向の光の多くが遮断された後)に、光電変換部に向かう。

0097

しかし、特許文献1の位相差画素では、入射光は偏光フィルタによって等方性伝搬光へとすでに変換されているため、遮光部によって当該等方性伝搬光(光電変換部に向かう光)を、十分に配向制御することができない。このように、特許文献1の位相差画素では、光電変換部に届く光を十分に配向制御できない。その結果、位相差AFの精度を十分に向上させるには至らない。

0098

これに対し、位相差画素2000では、特許文献1の位相差画素とは異なり、遮光部25は、偏光フィルタ15の前段に設けられている。それゆえ、位相差画素2000では、まず遮光部25によって、Lが配向制御される。そして、遮光部25を通過したLが、偏光フィルタ15に入射する。このため、位相差画素2000では、偏光フィルタ15の光取り出し側において、斜め方向に進むLを、光電変換部22に受光させることができる。

0099

それゆえ、位相差画素2000では、特許文献1の位相差画素とは異なり、光電変換部22に届く光を十分に配向制御できる。その結果、位相差AFの精度向上をより一層向上させることができる。位相差画素2000における遮光部25の配置は、位相差AFのさらなる精度向上に好適である。

0100

〔変形例〕
図14は、位相差画素2000の一変形例としての位相差画素2000Uについて説明するための図である。位相差画素2000Uでは、位相差画素2000の偏光フィルタ15と遮光部25とに替えて、偏光・遮光構造体15Uが設けられている。図14の構成によっても、一体型の光電変換部(光電変換部22)を使用できる。

0101

偏光・遮光構造体15Uは、偏光フィルタ15UAと遮光部15UBとを含んでいる。遮光部15UBは、図11の遮光部25と同様に、位相差画素2000の左半分の領域を占める。偏光フィルタ15UAは、遮光部15UBと同一のレイヤ上において、当該遮光部15UBを除いた部分に設けられている。このように、偏光フィルタと遮光部とは、位相差画素の同一レイヤ上に設けられてもよい。

0102

〔変形例〕
図15は、画素アレイ20の一変形例としての画素アレイ20Vについて説明するための図である。図15の画素アレイ20Vにおいて、位相差画素2000VA1〜2000VA4は右位相差画素であり、位相差画素2000VB1〜2000VB4は左位相差画素である。これらの位相差画素の構成は、位相差画素2000と同様である。図15に示されるように、各位相差画素は、隣接して配置されてもよい。

0103

位相差画素2000VA1・2000VA2・2000VB1・2000VB2は、互いに隣接している。このため、これら4つの位相差画素は、2×2の領域(SEC3)に属している。同様に、位相差画素2000VA3・2000VA4・2000VB3・2000VB4は、互いに隣接している。このため、これら4つの位相差画素は、SEC3とは異なる2×2の領域(SEC4)に属している。

0104

図16は、画素アレイ20VにおけるFIの配置の一例を示す図である。図13に示されるように、SEC3において、θVA1=θVB1=0°、θVA2=θVB2=90°である。SEC4において、θVA3=θVB3=135°、θVA2=θVB2=45°である。このように、SEC3とSEC4とでは、異なる偏光特性が付与されている。SEC3とSEC4とによって、1つの偏光ユニットが構成される。

0105

図17は、マイクロレンズ17の一変形例について説明するための図である。図17のマイクロレンズを、マイクロレンズ17Wと称する。マイクロレンズ17Wは、マイクロレンズ17と異なり、複数の画素(例:4つの位相差画素)をカバーする。従って、SEC3・SEC4には、それぞれ1つのマイクロレンズ17Wが設けられている。

0106

このように、複数の位相差画素を隣接されることにより、隣接する各位相差画素に、1つのマイクロレンズ17Wを共有させることができる。マイクロレンズ17Wによれば、位相差画素により多くのLを導くことができるので、位相差AFの精度をさらに向上させることができる。加えて、画素アレイ20V内のマイクロレンズの総数を低減できるので、当該画素アレイ20Vの製造コストを低減することもできる。

0107

〔実施形態3〕
以下、実施形態3の撮像装置300について説明する。実施形態3の撮像素子および画素アレイをそれぞれ、撮像素子3および画素アレイ30と称する。また、実施形態3の位相差画素を、総称的に位相差画素3000と称する。

0108

図18は、位相差画素3000の断面図を示す。位相差画素3000では、実施形態1のP−PIXと同様に、遮光部25が設けられていない。この点を踏まえ、位相差画素3000では、P−PIXと同様に、偏光フィルタ15Vが設けられている。位相差画素3000は、P−PIXと同様に、位相差受光部として、デュアルピクセル型の光電変換部(以下、第1光電変換部32)を備える。第1光電変換部32は、左側サブ光電変換部32aおよび右側サブ光電変換部32bを有する。

0109

一例として、実施形態3のカラーフィルタ(以下、カラーフィルタ36)は、所定の波長範囲可視光(例:緑色光)と近赤外光とを透過するように構成されている(後述の図19を参照)。但し、上記可視光は、青色光または赤色光であってもよい。近赤外光は、IR(Infra-Red)光とも称される。第1光電変換部32は、以下に述べる第2光電変換部35とは異なり、近赤外光を受光するための光電変換部である。このため、第1光電変換部32は、近赤外光に対する高い感応性を有することが好ましい。

0110

位相差画素3000では、P−PIXに対し、付加的な光電変換部(以下、第2光電変換部35)が設けられている。第2光電変換部35は、第1光電変換部32とは異なり、可視光(RGB光)を受光するための光電変換部である。すなわち、第2光電変換部35は、カラー画像撮像用の受光部であり、位相差受光部ではない。このため、第2光電変換部35は、可視光に対する高い感応性を有することが好ましい。

0111

具体的には、第2光電変換部35は、位相差画素3000の光軸方向において、偏光フィルタ15Vとカラーフィルタ36との間に配置されている。従って、第2光電変換部35は、偏光フィルタ15Vに対し、光入射側に位置する。図18の例では、第2光電変換部35は、緑色光(可視光の一例)に感応する。このように、位相差画素3000は、緑色光と近赤外光との両方に感応するように構成されている。

0112

上述の通り、偏光フィルタ15V(中央部に分離領域が設けられた偏光フィルタ)を用いることにより、位相差画素3000の左側と右側とで、当該偏光フィルタ15Vの周期構造を独立させることができる。その結果、上述の位相差画素2000と同様に、第1光電変換部32に届く光を十分に配向制御できる。

0113

図18に示されるように、位相差画素3000に入射したLは、マイクロレンズ17を通過し、カラーフィルタ36に入射する。カラーフィルタ36は、Lの各成分のうち、緑色成分および近赤外成分を除いた成分を遮断する。このため、カラーフィルタ36の光取り出し側から第2光電変換部35に向かう光L1は、緑色光および近赤外光が混合された光である。そして、第2光電変換部35において、L1に含まれる緑色光が受光(吸収)される。第2光電変換部35は、感応した緑色光の強度に応じた出力信号値を出力する。

0114

第2光電変換部35を通過した光L2は、偏光フィルタ15Vに向かう。実施形態3における偏光フィルタ15Vは、近赤外領域を除いた波長帯の光に対し、高い反射率を有するように構成されている。このため、L2の近赤外成分(光L3)のみを、偏光フィルタ15Vを通過させることができる。第1光電変換部32は、近赤外光であるL3を受光する。第1光電変換部32は、感応したL3の強度に応じた出力信号値(近赤外光の輝度値)を出力する。実施形態3では、信号取得部901は、近赤外光の輝度値分布を示す画像を、第1画像として取得する。

0115

ところで、第2光電変換部35は、L1に含まれる緑色光の全てを必ずしも吸収できるわけではない。従って、L2には、第2光電変換部35において吸収されなかった緑色光が含まれる。しかしながら、偏光フィルタ15Vの上記反射特性によれば、上記緑色光を、第2光電変換部35に戻すことができる。それゆえ、第2光電変換部35により多くの緑色光を受光させることができるので、当該第2光電変換部35の光電変換効率を向上させることが可能となる。

0116

なお、一部の位相差画素3000では、偏光フィルタ15Vに替えて、偏光フィルタ15を用いることもできる。

0117

図19には、画素アレイ30における各画素の配置の一例が示されている。図19の例では、図3のP−PIX1〜PIX−4と同様の配置で、位相差画素3000C1〜3000C4が配置されている。図19のPUは、実施形態3の偏光ユニットを表す。

0118

図20には、画素アレイ30におけるFIの配置の一例が示されている。図20の例では、FI(FIC1〜FIC4)は、各位相差画素(3000C1〜3000C4)の位置にのみ設けられている。但し、図4の例と同様に、FIC1〜FIC4はそれぞれ、2×2の領域(1つの位相差画素と3つの撮像画素)をカバーするように設けられてもよい。

0119

〔実施形態4〕
本開示の一態様に係る撮像装置は、非像面位相差AF型の撮像装置であってもよい。この場合、本開示の一態様に係る位相差画素を用いて、1対のAF専用撮像素子(左側AF専用撮像素子および右側AF専用撮像素子)を作成すればよい。非像面位相差AF型の撮像装置においても、実施形態1〜3と同様の効果を奏する。

0120

非像面位相差AF型の撮像装置では、レンズ91の光軸(撮像装置の光軸)は、AF専用撮像素子の画素アレイの光軸と平行でなくともよい。例えば、当該画素アレイの光軸は、レンズ91の光軸と直交していてもよい。当該画素アレイの光軸の向きは、レンズ91の光軸の向きに対応付けられて設定されていればよい。

0121

ソフトウェアによる実現例〕
撮像装置100〜300の制御ブロック(特に制御装置90)は、集積回路ICチップ)等に形成された論理回路ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

0122

後者の場合、撮像装置100〜300は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラム命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも1つのプロセッサ(制御装置)を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも1つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本開示の一態様の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープディスクカード半導体メモリプログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体通信ネットワーク放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本開示の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

0123

付記事項
本開示の一態様は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の一態様の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成できる。

0124

1、2、3撮像素子
10、20、20V、30画素アレイ
12光電変換部(位相差受光部)
12a 左側サブ光電変換部
12b 右側サブ光電変換部
13遮光部
14反射防止膜
15、15V偏光フィルタ
15U偏光・遮光構造体
15UA偏光フィルタ
15UB 遮光部
16カラーフィルタ
17、17Wマイクロレンズ
22 光電変換部(位相差受光部)
25、25A、25B 遮光部
32 第1光電変換部(位相差受光部)
32a 左側サブ光電変換部
32b 右側サブ光電変換部
35 第2光電変換部
90制御装置(解析装置)
91レンズ
92レンズ駆動機構
100、200、300撮像装置
900背景
901信号取得部
902 補間部
903最小輝度値算出部
904 算出部
905合焦点特定部
906レンズ駆動制御部
910物体
2000、2000U、3000位相差画素
2000A1〜2000A4、2000B1〜2000B4 位相差画素
2000VA1〜2000VA4、2000VB1〜2000VB4 位相差画素
3000C1〜3000C4 位相差画素
L 光
AX画素の光軸
PIX 画素
P−PIX、P−PIX1〜P−PIX4 位相差画素
I−PIX撮像画素
I−PIXR 撮像画素(R画素)
I−PIXG 撮像画素(G画素)
I−PIXB 撮像画素(B画素)
FI1〜FI4 偏光フィルタ
FIA1〜FIA4、FIB1〜FIB4 偏光フィルタ
FIVA1〜FIVA4、FIVB1〜FIVB4 偏光フィルタ
FIC1〜FIC4 偏光フィルタ
UN1〜UN4画素ユニット
PU、PU3偏光ユニット
OBJ1、OBJ2 物体
IMG1 第1画像
IMG2 第2画像
IMG2L 左側第2画像(左側位相差画像)
IMG2R 右側第2画像(右側位相差画像)
IMGA 左側微分画像
IMGB 右側微分画像
D1〜D4各位相差画素の輝度値
Dmin補間関数の最小値
DLmin 左側補間関数の最小値(左側最小値)
DRmin 右側補間関数の最小値(右側最小値)
f(θ) 補間関数
Δ ずれ量
AMAX 左側微分画像の画素値の最大値
BMAX 右側微分画像の画素値の最大値
PA AMAXが存在する位置
PB AMAXが存在する位置

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