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公開番号2024002255
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-01-11
出願番号2022101342
出願日2022-06-23
発明の名称撮像装置
出願人日本放送協会
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H04N 25/70 20230101AFI20231228BHJP(電気通信技術)
要約【課題】簡便な方法で、多方向の合焦状態検出と、位相差検出画素による情報欠落が少ない高画質な画像取得を両立することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】多板撮像方式の撮像装置において、画素の受光部が一方向に2分割されて半分の領域が遮光された第1構造の位相差検出画素を有する第1のイメージセンサーと、画素の受光部が前記一方向と直交する方向に2分割されて半分の領域が遮光された第2構造の位相差検出画素を有する第2のイメージセンサーと、前記第1のイメージセンサーの前記位相差検出画素の信号と、前記第2のイメージセンサーの前記位相差検出画素の信号を読み出し、2種類の位相差画像として出力する位相差情報読み出し回路と、前記2種類の位相差画像間の相対位置ベクトルを検出し、前記相対位置ベクトルから合焦状態を求める位相差検出回路とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数のイメージセンサーを備えた多板撮像方式の撮像装置であって、
第１構造の位相差検出画素を有する第１のイメージセンサーと、
第２構造の位相差検出画素を有する第２のイメージセンサーと、
前記第１のイメージセンサーの前記位相差検出画素の信号と、前記第２のイメージセンサーの前記位相差検出画素の信号を読み出し、２種類の位相差画像として出力する位相差情報読み出し回路と、
前記２種類の位相差画像間の相対位置ベクトルを検出し、前記相対位置ベクトルから合焦状態を求める位相差検出回路と
を備え、
前記第１構造の位相差検出画素は、画素の受光部が一方向に２分割されて半分の領域が遮光されており、前記第２構造の位相差検出画素は、画素の受光部が前記一方向と直交する方向に２分割されて半分の領域が遮光されており、
前記第１構造の位相差検出画素と前記第２構造の位相差検出画素は、第１及び第２のイメージセンサーの２次元撮像面上で同位置にあることを特徴とする、撮像装置。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記位相差検出画素は、第１及び第２のイメージセンサーの２次元撮像面上で水平方向と垂直方向のピッチが同じであることを特徴とする、撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記位相差検出回路は、ブロックマッチング手法により前記相対位置ベクトルを検出することを特徴とする、撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記位相差検出回路は、ブロックマッチング手法による探索時に、サブピクセル単位でシフトすることを特徴とする、撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記２種類の位相差画像に対して注目領域を設定し、前記注目領域に含まれる位相差画像を切り出して出力する注目領域切り出し回路をさらに備えることを特徴とする、撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
前記２種類の位相差画像の感度差を補正する感度補正回路をさらに備えることを特徴とする、撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の撮像装置において、
前記位相差情報読み出し回路から、前記複数のイメージセンサーの前記位相差検出画素以外の画素の信号が入力され、前記位相差検出画素の位置の信号を、前記位相差検出画素の周辺画素の信号、前記第１及び第２のイメージセンサー以外のイメージセンサーの前記位相差検出画素と２次元撮像面上で同位置の画素の信号、及びその周辺画素の信号、の少なくとも１つから補間又は推定処理して求める画素補間回路をさらに備えることを特徴とする、撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、特に、映像撮影時のレンズフォーカス距離と被写体距離との差分に応じた合焦状態を検出する撮像装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置に対し、オートフォーカス機能や画像と同時に奥行き情報を取得する機能を付加するニーズが増えている。これら機能の実現には、レンズのフォーカス距離と被写体距離との位置関係で変化する撮影画像の合焦状態を検出するための技術が有効である。従来、画像の取得と合焦状態の検出を同時に行うための手法として、像面位相差検出方式がよく知られている。像面位相差検出方式は、互いが異なる形状の射出瞳に応じた感度を持つ一対の画素（位相差検出画素）を複数設けたイメージセンサーを用いて、検出された結像面上の相対位置ベクトル（位相差情報）から合焦状態を検出する方式である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、フォトダイオード（光電変換部）の開口部の面積、及びＸ方向、Ｙ方向の位置がそれぞれ異なる複数種類の位相差検出画素を配置した撮像装置が示されており、ここから得られる複数種類の位相差検出画素対の出力から、直交する２つの配列方向における合焦状態を検出している。特許文献１は、カラーフィルターアレイを有する単一のイメージセンサーからカラー画像を取得する、いわゆる単板撮像方式における合焦状態検出手法の例である。
【０００４】
また、位相差特性が異なる複数の位相差検出画素が配置された撮像素子から供給される複数の位相差検出画素の出力が加算された加算値に基づいて、測距情報を取得する装置が提案されている（特許文献２）。この装置は、交換レンズ式カメラの像面位相差センサにおいて、センサの異なるライン上に複数種類の瞳分割を行う位相差検出画素を配置することで、レンズに応じた最適な射出瞳距離を有する位相差検出画素を選択して出力、又は複数を加算して出力するものである。特許文献２には、半透過ミラーを介して、専用位相差ＡＦセンサと像面位相差センサに入射光を分光する撮像装置において、専用位相差ＡＦセンサは横線を検出し、像面位相差センサでは縦線を個別に検出することでクロス測距を行う技術も記載されている。
【０００５】
一方、放送用カメラなどの高感度や優れた色再現性などの高い画質が求められるカメラでは、３板撮像方式に代表される、複数のイメージセンサーと入射光分光用のダイクロイックプリズム（分光プリズム）を用いてカラー画像を取得する多板撮像方式が多く用いられている。ここで、３板撮像方式においては、主にＲｃｈ（チャンネル）、Ｇｃｈ、Ｂｃｈの３成分に分光するための分光プリズムが用いられる。
【０００６】
しかし、こうした３板撮像方式における像面位相差検出法は、最適な手法が確立していない。仮に特許文献１と同様の手法を用いて、３板撮像方式のそれぞれのイメージセンサーに複数種類の位相差検出画素を備えた場合、位相差検出画素は画像取得時に画素欠陥として扱われるため、画像内の広い領域で画質が低下してしまい、高画質な画像取得を目的とする３板撮像方式の利点が失われてしまう、という問題が生じる。また、引用文献２のように、半透過ミラーや専用位相差ＡＦセンサといった、特別な光学系を追加することは、光学系を複雑にするものであり、３板撮像方式への適用は現実的ではない。
【０００７】
本発明者らは、３板撮像方式をはじめとする多板撮像方式の撮像装置において、合焦状態を検出するための技術開発に取り組んでおり、これまで様々な撮像装置を提案している（例えば、特許文献３）。
【０００８】
特許文献３の撮像装置は、画素の一方の半分（右半分）の領域が遮光されている位相差検出画素を有する第１のイメージセンサーと、画素の他方の半分（左半分）の領域が遮光されている位相差検出画素を有する第２のイメージセンサーを備え、これら位相差検出画素から得られた２種類の位相差画像間の相対位置ベクトルを検出し、この相対位置ベクトルから合焦状態を求めるものである。この撮像装置によれば、簡便な方法で高精度な合焦状態検出と、高画質な画像取得を両立することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１６－９９４１６号公報
国際公開第２０１９／０３１０００号
特開２０２１－１７５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３の撮像装置は、画素の一方の半分の領域が遮光されている位相差検出画素と画素の他方の半分の領域が遮光されている位相差検出画素を用いるため、合焦状態の検出対象が特定方向に限定され、改善の余地があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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