Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается технического решения для регистрирующего изображение элемента, способного принимать переданный через выходной зрачок оптической системы съемки пучок света от объекта.
Уровень техники
В устройстве регистрации изображений, таком как однообъективная цифровая зеркальная камера, в которой есть возможность смены объектива, предложено использовать регистрирующий изображение элемент (здесь может называться «регистрирующим изображение элементом, определяющим разность фаз»). Регистрирующий изображение элемент содержит множество пар фотоэлектрических преобразователей (фотодиодов) и способен определять фокус способом определения разности фаз. Каждая пара фотоэлектрических преобразователей генерирует соответствующие сигналы изображения путем приема пучков света от объекта, переданных через соответствующую пару участков (таких как правый участок зрачка/левый участок зрачка) в выходном зрачке сменного объектива (оптической системы съемки). Известны следующие примеры регистрирующих изображение элементов.
Например, в ПЛ 1 рассмотрен регистрирующий изображение элемент, определяющий разность фаз, в конструкции которого фотоэлектрические преобразователи разделены на два в обычных пикселях (RGB пикселях), используемых для получения сигналов изображения объекта (такие фотоэлектрические преобразователи здесь называются «фотоэлектрическими преобразователями половинного размера»). То есть в ПЛ 1 описан регистрирующий изображение элемент, который определяет разность фаз и в котором пара фотоэлектрических преобразователей половинного размера расположена под одной микролинзой.
Кроме того, например, в ПЛ2 описан регистрирующий изображение элемент, который определяет разность фаз и в котором пучок света от объекта ограничен в малом отверстии в перекрывающей свет маске, использующей металлический слой в паре соседних пикселей, так что пара участков выходного зрачка принимает пучок света на паре фотоэлектрических преобразователей.
Список цитируемой литературы
Патентная литература
ПЛ 1: нерассмотренная заявка на японский патент №2001-250931.
ПЛ 2: нерассмотренная заявка на японский патент №2005-303409.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Однако в регистрирующем изображение элементе из ПЛ 1, транзисторы, предназначенные для преобразования выходных сигналов соответствующих фотоэлектрических преобразователей половинного размера в электрические сигналы, необходимо располагать рядом с соответствующими фотоэлектрическими преобразователями. Следовательно, необходимо уменьшить размеры фотоэлектрических преобразователей в соответствии с местом для их установки, тем самым уменьшая количество принимаемого света (то есть чувствительность) для каждого фотоэлектрического преобразователя. Это затрудняет точное определение фокуса способом определения разности фаз.
В отличие от этого, в регистрирующем изображение элементе из ПЛ 2, так как пучок света от объекта ограничен небольшим отверстием в перекрывающей свет маске для каждого пикселя, когда каждый пиксель становится меньше, например, из-за увеличения количества пикселей регистрирующего изображение элемента, требуется, чтобы отверстие перекрывающей свет маски было еще меньше. Такое отверстие может быть трудно изготовить.
С учетом этих обстоятельств, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить техническое решение для регистрирующего изображение элемента, который определяет разность фаз и который может точно определить фокус с помощью способа определения разности фаз и может быть надлежащим образом изготовлен даже при уменьшении размера пикселя.
Решение задачи
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предложен регистрирующий изображение элемент, содержащий пару первых пикселей, которые осуществляют функцию разделения выходного зрачка путем приема пучка света от объекта, передаваемого через пару участков, наклоненных в противоположных направлениях вдоль заданного направления в выходном зрачке оптической системы съемки; и группу вторых пикселей, содержащих вторые пиксели, которые не связаны с функцией разделения выходного зрачка. Группа вторых пикселей содержит множество фотоэлектрических преобразователей, расположенных с заданным шагом вдоль заданного направления, и множество микролинз, расположенных над соответствующими фотоэлектрическими преобразователями. Пара первых пикселей содержит пару фотоэлектрических преобразователей, размеры которых совпадают с размерами фотоэлектрических преобразователей из указанного выше множества, при этом указанная пара фотоэлектрических преобразователей расположена рядом друг с другом с заданным шагом вдоль указанного заданного направления. Над парой фотоэлектрических преобразователей предусмотрены перекрывающий свет участок и одна микролинза, перекрывающий свет участок содержит две перекрывающие свет области, которые перекрывают пучок света, прошедший через выходной зрачок, а одна микролинза расположена между двумя перекрывающими свет областями.
Полезные результаты изобретения
Согласно настоящему изобретению, регистрирующий изображение элемент содержит пару первых пикселей, которые осуществляют функцию разделения выходного зрачка путем приема пучка света от объекта, переданного через пару участков, наклоненных в противоположных направлениях вдоль заданного направления в выходном зрачке оптической системы съемки; и группу вторых пикселей, содержащих вторые пиксели, которые не связаны с функцией разделения выходного зрачка, и множество фотоэлектрических преобразователей, расположенных с заданным шагом вдоль заданного направления. Кроме того, пара первых пикселей содержит пару фотоэлектрических преобразователей, размеры которых совпадают с размерами фотоэлектрических преобразователей вторых пикселей и которые расположены рядом друг с другом с заданным шагом вдоль указанного заданного направления. Над парой фотоэлектрических преобразователей предусмотрен перекрывающий свет участок, содержащий две перекрывающие свет области, которые перекрывают пучок света, прошедший через выходной зрачок, и одна микролинза, расположенная между двумя перекрывающими свет областями. Такой регистрирующий изображение элемент (регистрирующий изображение элемент с определением разницы фаз) может точно определять фокус с помощью способа определения разницы фаз и может быть надлежащим образом изготовлен даже при уменьшенном размере пикселей.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид, показывающий внешнюю конструкцию устройства 1 регистрации изображений, которое соответствует первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - вид, показывающий внешнюю конструкцию устройства 1 регистрации изображений;
фиг.3 - вертикальный разрез устройства 1 регистрации изображений;
фиг.4 - вид, показывающий функциональную электрическую схему устройства 1 регистрации изображений;
фиг.5 - вид, показывающий конструкцию регистрирующего изображение элемента 101;
фиг.6 - вид, показывающий конструкцию регистрирующего изображение элемента 101;
фиг.7 - вертикальный разрез, показывающий конструкции обычных пикселей 110;
фиг.8 - вертикальный разрез, показывающий конструкции пар 11f пикселей автофокусировки;
фиг.9 - вид сверху, показывающий конструкции пар 11f пикселей автофокусировки;
фиг.10 - график, показывающий результаты моделирования, когда фокальная плоскость расположена ближе на 200 мкм плоскости регистрации изображения регистрирующего изображение элемента 101;
фиг.11 - график, показывающий результаты моделирования, когда фокальная плоскость расположена ближе плоскости регистрации изображения на 100 мкм;
фиг.12 - график, показывающий результаты моделирования в состоянии, когда фокальная плоскость совпадает с плоскостью регистрации изображения;
фиг.13 - график, показывающий результаты моделирования, когда фокальная плоскость расположена дальше плоскости регистрации изображения на 100 мкм;
фиг.14 - график, показывающий результаты моделирования, когда фокальная плоскость расположена дальше плоскости регистрации изображения на 200 мкм;
фиг.15 - график Gc, показывающий взаимосвязь между величиной расфокусировки и разницей между положениями центра тяжести в паре изображений;
фиг.16 - вид, иллюстрирующий конструкцию области Efr автофокусировки, предусмотренной для регистрирующего изображение элемента 101 А, соответствующего второму варианту осуществления изобретения;
фиг.17 - вертикальный разрез, показывающий конструкции пар 11fr пикселей автофокусировки;
фиг.18 - вид, иллюстрирующий взаимосвязь между диаметром/кривизной микролинзы и разделением выходного зрачка.
фиг.19 - вид, иллюстрирующий конструкцию первых металлических слоев 44а, которые соответствуют модификации настоящего изобретения;
фиг.20 - вид, иллюстрирующий конструкцию области Efa автофокусировки, соответствующей модификации настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления настоящего изобретения
Первый вариант осуществления изобретения
Конструкция основной части устройства регистрации изображения
На фиг.1 и 2 показана внешняя конструкция устройства 1 регистрации изображений, которое соответствует первому варианту осуществления настоящего изобретения. Здесь на фиг.1 и 2 показаны соответственно вид спереди и вид сзади.
Устройство 1 регистрации изображений выполнено в виде, например, однообъективной цифровой зеркальной камеры и содержит корпус 10 камеры и сменный объектив 2, который служит в качестве объектива для съемки и который выполнен с возможностью снятия с корпуса 10 камеры.
На фиг.1 передняя сторона корпуса 10 камеры содержит участок 301 крепления, кнопку 302 смены объектива, рукоятку 303, диск 305 установки режима, диск 306 установки управляющих значений и кнопку 307 спуска затвора. Сменный объектив 2 прикреплен к участку 301 крепления, расположенному практически в центре передней поверхности корпуса 10 камеры. Кнопка 302 смены объектива расположена справа от участка 301 крепления. Пользователь может держаться за рукоятку 303. Диск 305 установки режима расположен в верхней левой части, если смотреть на корпус 10 камеры спереди. Диск 306 установки управляющих значений расположен в верхней правой части, если смотреть на корпус 10 камеры спереди. Кнопка 307 спуска затвора расположена на верхней поверхности рукоятки 303.
Кроме того, на фиг.2 показано, что на задней стороне корпуса 10 камеры расположен ЖК (жидкокристаллический) дисплей 311, группа 312 кнопок установок, клавиша 314 со стрелками и кнопка 315. Группа 312 кнопок установок расположена слева от ЖК-дисплея 311. Клавиша 314 со стрелками расположена справа от ЖК-дисплея 311. Кнопка 315 расположена в центре клавиши 314 со стрелками. Далее задняя сторона корпуса 10 камеры содержит ЭВИ 316 (электронный видоискатель), наглазник 321, выключатель 317 питания, кнопку 323 коррекции экспозиции и кнопку 324 блокировки экспозиции и вспышку 318 и участок 319 соединения. ЭВИ 316 расположен сверху ЖК-дисплея 311. Наглазник 321 окружает ЭВИ 316. Выключатель 317 питания расположен слева от ЭВИ 316. Кнопка 323 коррекции экспозиции и кнопка 324 блокировки экспозиции расположены справа от ЭВИ 316. Вспышка 318 и участок 319 соединения расположены выше ЭВИ 316.
Участок 301 крепления содержит соединительный элемент Ес (смотри фиг.4), предназначенный для электрического соединения с установленным сменным объективом 2 и с соединительным устройством 75 (смотри фиг.4), предназначенным для механического соединения с установленным сменным объективом 2.
Кнопка 302 смены объектива является кнопкой, на которую нажимают для снятия сменного объектива 2, прикрепленного к участку 301 крепления.
Рукоятка 303 представляет собой часть устройства 1 регистрации изображения, за которую держится пользователь при осуществлении съемки, указанная часть имеет неровную поверхность, соответствующую формам пальцев, что нужно для лучшего удерживания. Кроме того, в рукоятке 303 предусмотрен отсек для аккумулятора и гнездо для карты (не показано). В отсеке для аккумулятора расположен аккумулятор 69 В (смотри фиг.4), являющийся источником электроэнергии камеры. В гнезде для карты с возможностью извлечения расположена карта 67 памяти (смотри фиг.4), предназначенная для записи данных с отснятыми изображениями. Кроме того, рукоятка 303 может быть снабжена датчиком захвата, предназначенным для определения, держится ли пользователь за рукоятку 303.
Диск 305 установки режима и диск 306 установки управляющих значений по существу представляют собой элементы, выполненные в виде дисков, способных вращаться в плоскости, по существу, параллельной верхней поверхности корпуса 10 камеры. Диск 305 установки режима предназначен для выбора альтернативных функций или режимов, предусмотренных в устройстве 1 регистрации изображений, примерами таких функций или режимов являются: режим автоматической экспозиции (АЭ) или режим автоматической фокусировки (АФ, автофокус) или различные режимы съемки (такие как режим получения фотографических изображений, предназначенный для получения одиночных фотографических изображений, или режим непрерывной съемки, предназначенный для осуществления непрерывной съемки) или режим воспроизведения, предназначенный для показа записанного изображения. В отличие от указанного, диск 306 установки управляющих значений предназначен для установки управляющих значений для различных функций устройства 1 регистрации изображений.
Кнопка 307 спуска затвора является кнопкой, которая может быть переведена в частично нажатое состояние или полностью нажатое состояние, которое получается при дальнейшем нажатии на кнопку 307 спуска затвора. Когда кнопка 307 спуска затвора нажата частично в режиме получения фотографических изображений, выполняются операции подготовки к съемке изображения объекта (такие операции, как установка значения экспозиции или определение фокуса). Когда кнопка 307 спуска затвора нажата полностью, выполняют операции съемки (в том числе набор операций, в ходе которых воздействуют на регистрирующий изображение элемент 101 (смотри фиг.3), для сигнала изображения, полученного при таком воздействии, осуществляют заданную операцию обработки и сигнал изображения записывают, например, на карту памяти).
ЖК-дисплей 311 содержит цветную жидкокристаллическую панель, способную показывать изображение. ЖК-дисплей 311, например, воспроизводит и показывает записанное изображение или показывает изображение, полученное регистрирующим изображение элементом 101 (смотри фиг.3), и показывает экран установки функции или режима для устройства 1 регистрации изображений. Вместо ЖК-дисплея 311 также могут быть использовано органическое электролюминесцентное устройство отображения или плазменное устройство отображения.
Группа 312 кнопок установок содержит кнопки, предназначенные для осуществления различных функций устройства 1 регистрации изображений. Группа 312 кнопок установок содержит, например, выключатель подтверждения выбора, предназначенный для подтверждения выбора материала в экране меню, показываемом на ЖК-дисплее 311, выключатель отмены выбора, выключатель показа меню, предназначенный для переключения материала экрана меню, выключатель дисплея и выключатель увеличения дисплея.
Клавиша 314 со стрелками содержит кольцеобразный элемент, снабженный несколькими нажимающимися участками (показаны треугольными участками), которые отстоят друг от друга на равное расстояние по окружности, и клавиша 314 со стрелками выполнена таким образом, что с помощью контактов (переключателей), расположенных в соответствии с размещением нажимающихся участков, отслеживают нажатие на нажимающиеся участки. Кроме того, в центре клавиши 314 со стрелками расположена кнопка 315. Клавиша 314 со стрелками и кнопка 315 предназначены для ввода команд, например, для установки условий съемки (таких как значение диафрагмы, выдержки, наличие/отсутствие вспышки при съемке), для переключения кадров записанных изображений, показываемых, например, ЖК-дисплеем 311, и для изменения увеличения масштаба при съемке (перемещения объектива 212 изменения масштаба (смотри фиг.4) в широкоугольном направлении или направлении фокусного расстояния телеобъектива).
ЭВИ 316 содержит жидкокристаллическую панель 310 (смотри фиг.3) и, например, воспроизводит и показывает записанное изображение или показывает изображение, полученное регистрирующим изображение элементом 101 (смотри фиг.3). С помощью ЭВИ 316 и ЖК-дисплея 311 пользователь может визуально распознать объект, который фактически снимается с использованием регистрирующего изображение элемента 101, что делается путем визирования по экрану (предварительного просмотра), в котором объект отображается динамически на основе сигналов изображения, последовательно генерируемых регистрирующим изображение элементом 101, до фактического осуществления съемки (съемки с целью записи изображения).
Выключатель 317 питания представляет собой ползунковый переключатель с двумя положениями, который перемещается вправо и влево. Когда выключатель 317 питания находится в левом положении, подача электроэнергии к устройству 1 регистрации изображений включена, когда выключатель 317 питания находится в правом положении, подача электроэнергии к устройству 1 регистрации изображений выключена.
Вспышка 318 является встроенной, поднимающейся вспышкой. С другой стороны, когда, например, внешняя вспышка установлена на корпусе 10 камеры, для ее соединения с корпусом 10 камеры используется участок 319 соединения.
Наглазник 321 представляет собой С-образный задерживающий свет элемент, ограничивающий поступление внешнего света в ЭВИ 316.
Кнопка 323 коррекции экспозиции представляет собой кнопку, предназначенную для ручной регулировки значения экспозиции (значения диафрагмы или выдержки). Кнопка 324 блокировки экспозиции представляет собой кнопку, предназначенную для фиксации экспозиции.
Сменный объектив 2 функционирует как окно с линзами, которое пропускает свет (оптическое изображение) от объекта, и, как оптическая система съемки для направления света от объекта на регистрирующий изображение элемент 101, расположенный в корпусе 10 камеры. Путем нажатия на кнопку 302 смены объектива, можно снять сменный объектив 2 с корпуса 10 камеры.
Сменный объектив 2 снабжен группой 21 линз, которая содержит несколько линз, расположенных последовательно вдоль оптической оси LT (смотри фиг.4). Группа 21 линз содержит линзу 211 фокусировки, предназначенную для фокусировки (смотри фиг.4), и линзу 212 изменения масштаба, предназначенную для изменения увеличения (смотри фиг.4). Путем перемещения линзы 211 фокусировки и линзы 212 изменения масштаба в направлении оптической оси LT (смотри фиг.3) осуществляют фокусировку и изменяют увеличение. В подходящем месте внешней периферии цилиндра сменного объектива 2 расположено рабочее кольцо, которое можно вращать вокруг внешней периферийной поверхности цилиндра. Вручную или автоматически линзу 212 изменения масштаба перемещают в соответствии с направлением и величиной вращения рабочего кольца, так что в соответствии с позицией рабочего кольца устанавливается увеличение масштаба (увеличение масштаба для съемки).
Внутренняя конструкция устройства 1 регистрации изображения
Далее будет описана внутренняя конструкция устройства 1 регистрации изображения. На фиг.3 показан вертикальный разрез устройства 1 регистрации изображения. Как показано на фиг.3, в корпусе 10 камеры расположены регистрирующий изображение элемент 101, ЭВИ 316 и так далее.
Регистрирующий изображение элемент 101 расположен перпендикулярно оптической оси LT группы линз сменного объектива 2 в случае, когда сменный объектив 2 установлен на корпусе 10 камеры. В качестве регистрирующего изображение элемента 101 используют цветной матричный КМОП-датчик (регистрирующий изображение КМОП-элемент). В цветном матричном КМОП-датчике множество пикселей, содержащих, например, фотодиоды, расположены в плоскости матрицы. Регистрирующий изображение элемент 101 вырабатывает аналоговые электрические сигналы (сигналы изображения) соответствующих цветных компонент, К (красный), З (зеленый) и С (синий), пучков света от объекта, принятых через сменный объектив 2, и выдает сигналы изображения соответствующих цветов К, З и С. Ниже подробно описана конструкция регистрирующего изображение элемента 101.
Блок 40 затвора расположен впереди регистрирующего изображение элемента 101 вдоль оптической оси. Блок 40 затвора выполнен в виде механического шторно-щелевого затвора, который содержит перемещающийся по вертикали элемент-шторку и который открывает и закрывает оптический путь для света от объекта, направляемого до регистрирующего изображение элемента 101 вдоль оптической оси LT, благодаря открыванию и закрыванию элемента-шторки. Блок 40 затвора может отсутствовать, когда регистрирующий изображение элемент 101 является таким элементом, который дает возможность использования полностью электронного затвора.
ЭВИ 316 содержит жидкокристаллическую панель 310 и окуляр 106. Жидкокристаллическая панель 310 выполнена, например, в виде цветной жидкокристаллической панели, которая может показывать изображение и может показывать изображение, снятое регистрирующим изображение элементом 101. Окуляр 106 направляет изображение объекта, показываемое на жидкокристаллической панели 310 на внешнюю сторону ЭВИ 316. Благодаря такой конструкции ЭВИ 316, пользователь может видеть объект, снятый регистрирующим изображение элементом 101.
Электрическая схема устройства 1 регистрации изображения
На фиг.4 показана функциональная электрическая схема устройства 1 регистрации изображения. Например, элементы, соответствующие элементам, показанным на фиг.1-3, обозначены аналогичными ссылочными позициями. Кроме того, для удобства объяснения, сначала будет описана электрическая схема сменного объектива 2.
Кроме группы 21 линз упомянутой выше оптической системы съемки, сменный объектив 2 снабжен механизмом 24 привода линз, участком 25 определения положения линз, участком 26 управления линзами и механизмом 27 привода ограничителя.
В группе 21 линз вдоль оптической оси LT (фиг.3) в цилиндре расположены линза 211 фокусировки, линза 212 изменения масштаба и диафрагма 23, предназначенная для регулировки количества света, падающего на регистрирующий изображение элемент 101, размещенный в корпусе 10 камеры. Группа 21 линз принимает оптическое изображение объекта и фокусирует его на регистрирующем изображение элементе 101. При автофокусировке фокусировку осуществляют путем перемещения в направлении оптической оси LT линзы 211 фокусировки с помощью приводного механизма 71М автофокусировки, расположенного в сменном объективе 2.
На основе сигнала управления автофокусировкой, переданного от основного участка 62 управления через участок 26 управления линзами, участок 71А управления приводом фокусировки генерирует управляющий сигнал привода для приводного механизма 71М автофокусировки, нужный для перемещения линзы 211 фокусировки в положение ее фокуса. Приводной механизм 71М автофокусировки содержит, например, шаговый двигатель и прикладывает энергию привода линз к механизму 24 привода линз.
Механизм 24 привода линз содержит, например, винтовую поверхность и зубчатое зацепление (не показано), которое вращает винтовую поверхность. Механизм 24 привода линз получает энергию привода от приводного механизма 71М автофокусировки и перемещает, например, линзу 211 фокусировки в направлении, параллельном оптической оси LT. Направление и величина перемещения линзы 211 фокусировки соответствуют направлению вращения и количеству оборотов приводного механизма 71М автофокусировки соответственно.
Участок 25 определения положения линз содержит пластину кодов и щетку кодера и определяет величину перемещения группы 21 линз при фокусировке группы 21 линз. В пластине кодов сформировано множество кодовых шаблонов, расположенных с заранее заданным шагом в направлении оптической оси LT в диапазоне перемещения группы 21 линз. Щетка кодера перемещается вместе с линзой при перемещении вдоль и контактирует с пластиной кодов. Положение линзы, определенное участком 25 определения положения линз, подают на выход, например, в виде нескольких импульсов.
Участок 26 управления линзами включает в себя, например, микрокомпьютер, содержащий память, такую как ПЗУ, в которой хранится, например, программа управления, или флеш-память, в которой хранятся данные, касающиеся информации о состоянии.
Далее участок 26 управления линзами выполняет функцию связи, нужную для взаимодействия с основным участком 62 управления корпуса 10 камеры через соединительный элемент Ес. Это делает возможным пересылку, например, данных о состоянии (таких как фокусное расстояние, положение выходного зрачка, значение диафрагмы и количество света для периферийной области группы 21 линз) и информации о положении линзы 211 фокусировки, которое определяет участок 25 определения положения линз, в основной участок 62 управления. Кроме того, это делает возможным прием, например, данных о величине перемещения линзы 211 фокусировки от основного участка 62 управления.
Механизм 27 привода ограничителя получает энергию привода от приводного механизма 76М ограничителя через соединительное устройство 75 и изменяет ограничительный диаметр диафрагмы 23.
Далее будет описана электрическая схема корпуса 10 камеры. Кроме описанного ранее регистрирующего изображение элемента 101, блока 40 затвора и так далее, корпус 10 камеры содержит АФБ 5 (аналоговый входной блок), участок 61 обработки изображения, память 614 изображений, основной участок 62 управления, схему 63 вспышки, рабочий участок 64, видео ПЗУ 65 (65а, 65b), интерфейс 66 карты, карту 67 памяти, интерфейс связи 68, схему 69 подачи электроэнергии, аккумулятор 69 В, участок 73А управления приводом затвора, приводной механизм 73М затвора, участок 76А управления диафрагмой и приводной механизм 76М диафрагмы.
Регистрирующий изображение элемент 101 выполнен из цветного матричного КМОП-датчика, как упомянуто выше. Схема 51 управления синхронизирующими импульсами (описана ниже) управляет операциями регистрации изображения, такими как считывание сигнала пикселя, выбор выходного сигнала каждого пикселя регистрирующего изображение элемента 101 и запуск (и окончание) операции экспонирования регистрирующего изображение элемента 101.
АФБ 5 подает синхронизирующий импульс, который вызывает выполнение регистрирующим изображение элементом 101 заданной операции, осуществляет заданную операцию обработки сигналов изображения, поданных от регистрирующего изображение элемента 101 (то есть группы аналоговых сигналов, принятых пикселями матричного КМОП-датчика), преобразует сигналы изображения в цифровые сигналы и подает цифровые сигналы в участок 61 обработки изображений. АФБ 5 содержит, например, схему 51 управления синхронизирующими импульсами, участок 52 обработки сигналов и участок 53 аналогово-цифрового преобразования.
На основе выходного сигнала генератора тактовых импульсов из основного участка 62 управления схема 51 управления синхронизирующими импульсами генерирует синхронизирующие импульсы (которые приводят к выработке импульса ϕVn вертикальной развертки, импульса ϕVm строчной развертки и сигнала ϕVr сброса), подает заданные синхронизирующие импульсы на регистрирующий изображение элемент 101 и управляет операциями получения изображения в регистрирующем изображение элементе 101. Кроме того, благодаря выводу заданных синхронизирующих импульсов в участок 52 обработки сигналов и участок 53 аналогово-цифрового преобразования, управляют операциями участка 52 обработки сигналов и участка 53 аналогово-цифрового преобразования.
Участок 52 обработки сигналов осуществляет заданную операцию обработки аналоговых сигналов изображений, полученных от регистрирующего изображение элемента 101. Участок 52 обработки сигналов содержит, например, схему ДКВ (двойная коррелированная выборка), схему АУУ (автоматического управления усилением) и схему фиксации уровня. На основе синхронизирующих импульсов, поданных от схемы 51 управления синхронизирующими импульсами, участок 53 аналогово-цифрового преобразования преобразует аналоговые К, З и С сигналы изображений, поданные от участка 52 обработки сигналов, в цифровые сигналы изображений, состоящие из множества бит (например, 12 бит).
Участок 61 обработки изображений осуществляет заданную операцию обработки сигналов для данных изображений, полученных от АФБ 5, и формирует файл изображения. Участок 61 обработки изображений содержит, например, схему 611 коррекции уровня черного, схему 612 управления балансом белого и схему 613 гамма-коррекции. Данные изображения, полученные участком 61 обработки изображений, записывают в память 614 изображений синхронно со считыванием регистрирующего изображение элемента 101. Далее осуществляют доступ к данным изображения, записанным в память 614 изображений, так что для каждого блока участка 61 обработки изображений осуществляют некоторую операцию.
Схема 611 корректировки уровня черного корректирует уровень черного для каждого К, З и С цифрового сигнала изображения, прошедшего аналогово-цифровое преобразование в участке 53 аналогово-цифрового преобразования, до опорного уровня черного.
На основе эталона абсолютно белого тела, соответствующего источнику света, схема 612 корректировки баланса белого осуществляет преобразования уровня (регулировку баланса белого (ББ)) для цифровых сигналов соответствующих К (красный), З (зеленый) и С (синий) цветных компонентов. То есть на основе данных регулировки ББ, полученных от основного участка 62 управления, схема 612 корректировки баланса белого определяет участок, который считается фактически белым, например, по данным насыщенности цвета и яркости снимаемого объекта, определяет среднее К, З и С цветных компонентов этой части, определяет отношение З/К и З/С и корректирует эти уровни на коэффициенты коррекции для К и С.
Схема 613 гамма-коррекции корректирует характеристики градации данных изображения, прошедших регулировку ББ. Более конкретно, схема 613 гамма-коррекции осуществляет нелинейное преобразование с использованием таблицы гамма-коррекции, в которой для каждого цветового компонента заранее установлен уровень данных изображения, и осуществляет ввод коррекции.
В режиме съемки память 614 изображений представляет собой память, используемую в качестве рабочей области, которая временно сохраняет данные изображения, полученные от участка 61 обработки изображения, и которая используется для осуществления заданной операции с данными изображения с помощью основного участка 62 управления. Кроме того, в режиме воспроизведения память 614 изображений временно сохраняет данные изображения, считанные из карты 67 памяти.
Основной участок 62 управления содержит, например, микрокомпьютер, в который встроен участок хранения, такой как ПЗУ, в котором хранится программа управления, или ОЗУ, в котором временно хранятся данные, и управляет работой каждого участка устройства 1 регистрации изображений.
В режиме съемки с вспышкой схема 63 вспышки так управляет количеством света, излучаемого вспышкой 318 или внешней вспышкой, присоединенной к участку 319 соединения, чтобы указанное количество соответствовало количеству излучаемого света, установленному основным участком 62 управления.
Рабочий участок 64 содержит, например, диск 305 установки режима и диск 306 установки управляющих значений, кнопку 307 спуска затвора, группу 312 кнопок установок, клавишу 314 со стрелками, кнопку 315 и выключатель 317 питания. Рабочий участок 64 служит для ввода информации об операции в основной участок 62 управления.
Видео ОЗУ 65а и 65b представляют собой буферные памяти, которые расположены соответственно между основным участком 62 управления и ЖК-дисплеем 311 и между основным участком 62 управления и ЭВИ 316 и которые обладают способностью сохранять сигналы изображений, в соответствии с количеством пикселей ЖК-дисплея 311 и ЭВИ 316. Карта 66 интерфейса представляет собой интерфейс, которые обеспечивает возможность передачи и приема сигнала между картой 67 памяти и основным участком 62 управления. Карта 67 памяти представляет собой носитель информации, на котором сохраняют данные изображения, сгенерированные основным участком 62 управления. Интерфейс 68 связи является интерфейсом, предназначенным для обеспечения возможности передачи, например, данных изображения на персональный компьютер или другие внешние устройства.
Схема 69 подачи электроэнергии представляет собой, например, схему постоянного напряжения и генерирует напряжение для приведения в действие всего устройства 1 регистрации изображения, например участков управления (основной участок 62 управления и так далее), регистрирующего изображение элемента 101 и различных других участков. Более того, управление приложением тока к регистрирующему изображение элементу 101 осуществляют на основе сигнала управления, полученного схемой 69 подачи электроэнергии от основного участка 62 управления. Аккумулятор 69В представляет собой гальванический элемент, такой как щелочная сухая аккумуляторная батарея, или представляет собой вторичную батарею, такую как никель-металлогидридная аккумуляторная батарея, и является источником электроэнергии, который подает электрическую энергию ко всему устройству 1 регистрации изображения.
На основе сигнала управления, полученного из основного участка 62 управления, участок 73 А управления приводом затвора вырабатывает сигнал управления приводом для приводного механизма 73М затвора. Приводной механизм 73М затвора является приводным механизмом, который осуществляет операцию открывания и закрывания блока 40 затвора.
На основе сигнала управления, полученного из основного участка 62 управления, участок 76А управления диафрагмой вырабатывает сигнал управления для приводного механизма 76М диафрагмы. Приводной механизм 76М диафрагмы прикладывает электроэнергию к механизму 27 привода диафрагмы через соединительное устройство 75.
Кроме того, корпус 10 камеры содержит схему 77 вычисления разности фаз при автофокусировке, которая осуществляет необходимые вычисления при управлении автофокусировкой (АФ) с использованием регистрирующего изображение элемента 101, на основе данных изображения, поданных от схемы 611 коррекции уровня черного и прошедших коррекцию уровня черного.
Далее будет описана операция автофокусировки, основанной на разности фаз, для устройства 1 регистрации изображения с использованием схемы 77 вычисления разности фаз при автофокусировке.
Операция автофокусировки, основанной на разности фаз, в устройстве 1 регистрации изображения
Устройство 1 регистрации изображения выполнено таким образом, чтобы оно могло осуществлять определение фокуса (автофокусировку на основе разности фаз) с использованием способа определения разности фаз путем приема света, переданного через различные участки выходного зрачка регистрирующим изображение элементом 101. Ниже будут описаны конструкция регистрирующего изображение элемента 101 и принципы автофокусировки, которая основана на разности фаз и которая используется в регистрирующем изображение элементе 101.
На фиг.5 и 6 показана конструкция регистрирующего изображение элемента 101.
Регистрирующий изображение элемент 101 выполнен таким образом, что он может осуществлять определение фокуса с использованием способа определения разности фаз в каждой из множества областей Ef автофокусировки, расположенных в соответствии с некоторой матрицей на поверхности 101f регистрации изображения (фиг.5).
Каждая область Ef автофокусировки снабжена пикселями 110, являющимися обычными (здесь также называются «обычными пикселями») и содержащими К пиксели 111, З пиксели 112 и С пиксели 113, в которых соответственно К (красный) цветные фильтры, З (зеленый) цветные фильтры и С (синий) цветные фильтры расположены между фотодиодами и микролинзами ML (показаны кружками из пунктирных линий), функционирующими как собирающие линзы. В то же самое время каждая область Ef автофокусировки снабжена парами 11f пикселей (здесь также называются «парами пикселей автофокусировки»), предназначенных для выполнения функции разделения выходного зрачка с целью осуществления автофокусировки, основанной на разности фаз (фиг.6). В таких областях Ef автофокусировки информацию об изображении объекта получают на основе обычных пикселей 110, количество которых превосходит количество пикселей из пар 11f пикселей автофокусировки.
Кроме того, каждая область Ef автофокусировки снабжена Зк линиями L1 и Зс линиями L2. Зк линии L1 и Зс линии L2 представляют собой горизонтальные линии (здесь называются «линиями обычных пикселей») из обычных пикселей 110, которые не выполняют описанную выше функцию разделения зрачка. Зк линии L1 содержат З пиксели 112 и К пиксели 111, расположенные горизонтально с чередованием. Зс линии L2 содержат З пиксели 112 и С пиксели 113, расположенные горизонтально с чередованием. Благодаря чередованию по вертикали Зк линий L1 и Зс линий L2 получают шаблон Байера групп обычных пикселей 110 (группы вторых пикселей).
Кроме того, в области Ef автофокусировки пары 11f пикселей автофокусировки, каждая из которых содержит одну микролинзу ML, конструктивные особенности (диаметр и кривизна) которой совпадают с конструктивными особенностями микролинз обычных пикселей 110, периодически расположены по горизонтали, так что линии Lf автофокусировки (расположение пар первых пикселей), в которых пары 11f пикселей автофокусировки расположены рядом друг с другом, размещены по вертикали периодически. Кроме того, желательно предусмотреть между соседними по вертикали линиями Lf автофокусировки некоторое количество линий обычных пикселей (например, четыре или более линий обычных пикселей), необходимых для интерполяции информации об изображении объекта, которая отсутствует в линии Lf автофокусировки. Здесь комбинация двух линий обычных пикселей, соседних по вертикали с линиями Lf автофокусировки, может являться комбинацией горизонтальных линий (таких как Зк линии L1 и Зс линии L2) одного типа или являться комбинацией горизонтальных линий (таких как Зк линии L1 и Зс линии L2) различных типов.
Далее будут описаны различия конструкций обычных пикселей 110 и пар 11f пикселей автофокусировки. Сначала опишем конструкцию обычных пикселей 110.
На фиг.7 показан вертикальный разрез, иллюстрирующий конструкции обычных пикселей 110. Обычные пиксели 110, показанные на фиг.7, расположены, например, на Зк линии L1 (фиг.6).
В расположении обычных пикселей 110 предусмотрены микролинзы ML, размещенные выше соответствующих фотоэлектрических преобразователей (фотодиодов) PD, размещенных с шагом а в горизонтальном направлении. Три металлических слоя (более конкретно, первый металлический слой 41, второй металлический слой 42 и третий металлический слой 43, размещены в этом порядке, если считать сверху вниз) расположены между микролинзами ML и фотоэлектрическими преобразователями PD. Здесь вторые металлические слои 42 и третьи металлические слои 43 выполнены в виде проводов, передающих электрические сигналы (на фиг.7 провода расположены перпендикулярно плоскости листа). Первые металлические слои 41 представляют собой заземляющие поверхности. Цветные фильтры FL расположены на первых металлических слоях 41, а микролинзы ML расположены выше цветных фильтров FL. Что касается цветных фильтров FL, то, например, в расположении обычных пикселей 110, размещенных в Зк линию L1, зеленый фильтр Fg и красный фильтр Fr расположены чередуясь, как показано на фиг.7.
Кроме того, в расположении обычных пикселей 110 для предотвращения приема фотоэлектрическими преобразователями PD лишнего света, переданного между микролинзами ML, первые металлические слои 41 перехватывают свет, проходящий между микролинзами ML. То есть первые металлические слои 41 функционируют как слои маски, которые перехватывают свет и в которых сформированы отверстия ОР непосредственно под микролинзами ML.
Далее будут описаны конструкции пар 11f пикселей автофокусировки.
На фиг.8 и 9 показаны соответственно вертикальный разрез и вид сверху конструкций пар 11f пикселей автофокусировки. Кроме того, пары 11f пикселей автофокусировки, показанные на фиг.8 и 9, расположены на линии Lf автофокусировки (фиг.6).
Как показано на фиг.8, каждая пара 11f пикселей автофокусировки содержит пару пикселей (пару первых пикселей) 11а и l1b, в которых с противоположных сторон от оптической оси АХ соответствующих микролинз ML расположены два фотоэлектрических преобразователя PD, что сделано для деления пучка Та света с левой части Qa выходного зрачка, связанного со сменным объективом 2, и пучка Тb света с правой части Qb выходного зрачка, связанного со сменным объективом 2 (то есть для осуществления деления выходного зрачка). Размеры пар фотоэлектрических преобразователей PD совпадают с аналогичными размерами фотоэлектрических преобразователей PD (фиг.7) обычных пикселей 110. Пары фотоэлектрических преобразователей PD расположены горизонтально рядом друг с другом с шагом а, который совпадает с шагом а обычных пикселей 110.
В каждой паре 11f пикселей автофокусировки для осуществления точного деления выходного зрачка желательно, чтобы пространство между фотоэлектрическим преобразователем PD пикселя 11а (здесь может называться «первый пиксель автофокусировки») и фотоэлектрическим преобразователем PD пикселя 11b (здесь может называться «второй пиксель автофокусировки») было мало. Следовательно, в регистрирующем изображение элементе 101, который соответствует варианту осуществления изобретения и который содержит фотоэлектрические преобразователи PD, удлиненные в горизонтальном направлении, как показано на фиг.9, пары 11f пикселей автофокусировки целесообразно расположить в продольном направлении, то есть в горизонтальном направлении фотоэлектрических преобразователей PD. Следовательно, линии Lf автофокусировки, соответствующие варианту осуществления изобретения, сформированы из двух или более пар 11f пикселей автофокусировки, расположенных в горизонтальном направлении.
Кроме того, в схематической конструкции расположения пар 11f пикселей автофокусировки элементы, которые расположены над фотоэлектрическими преобразователями PD, то есть первые, вторые и третьи металлические слои, цветные фильтры и микролинзы смещены на половину шага в горизонтальном направлении, по сравнению с аналогичными элементами в расположении обычных пикселей 110, показанном на фиг.7. То есть взаимосвязь в расположении между микролинзами ML и одной парой фотоэлектрических преобразователей PD в каждой паре пикселей автофокусировки соответствует расположению, в котором отдельные микролинзы ML, соответствующие микролинзам ML пары 11 f пикселей автофокусировки, среди микролинз ML в линии обычных пикселей сдвинуты на половину шага, а (заданная величина) в горизонтальном направлении относительно фотоэлектрических преобразователей PD. Далее, предусматривая перекрывающие свет участки LS между отдельными микролинзами ML, которые расположены рядом друг с другом, получаем расположение пар 11f пикселей автофокусировки (линию Lf автофокусировки). Соответственно, так как линия Lf автофокусировки может быть получена с помощью небольшого изменения расположения линии обычных пикселей, возможно упростить расположение и изготовление линии Lf автофокусировки. Ниже более подробно описана конструкция перекрывающих свет участков LS между соседними микролинзами ML в линии Lf автофокусировки.
В линии Lf автофокусировки, как показано на фиг.8 и 9, свет перехватывается каждым вторым первым металлическим слоем 44 относительно отверстий ОР (фиг.7) первых металлических слоев 41, расположенных в конфигурации обычных пикселей 110. То есть для увеличения точности автофокусировки, основанной на разности фаз, путем расположения соседних пар 11 пикселей автофокусировки как можно ближе друг к другу, интервал перекрывающих свет участков LS, предусмотренных между соответствующими соседними микролинзами ML в линии Lf автофокусировки, равен интервалу между каждым вторым пикселем в конфигурации обычных пикселей 110, расположенных горизонтально в линии обычных пикселей. Более конкретно участок OQ (фиг.8), в котором в расположении обычных пикселей 110, показанном на фиг.7, выполнено отверстие ОР, загорожен первым металлическим слоем 44. Черный цветной фильтр (черный фильтр) Fb расположен на первом металлическом слое 44 для каждого второго пикселя. Так как, когда верхние поверхности первых металлических слоев 44 не содержат покрытия, в результате отражения света, падающего из сменного объектива 2, генерируются паразитные блики, то на соответствующем первом металлическом слое 44 расположен черный фильтр Fb, нужный для ограничения паразитных бликов путем поглощения отраженного света. Следовательно, в каждой паре 11f пикселей автофокусировки, соответствующих варианту осуществления изобретения, перекрывающие свет участки LS расположены выше соответствующей пары фотоэлектрических преобразователей PD. Перекрывающие свет участки LS содержат черные фильтры Fb и первые металлические слои 44, сформированные во множестве участков OQ, и две перекрывающие свет области Еa и Еb, которые перекрывают передаваемые через выходной зрачок пучки света от объекта. В таких перекрывающих свет участках LS черные фильтры Fb и первые металлические слои 44 перекрывают свет, так что доступ света может быть перекрыт надлежащим образом и просто. Кроме того, в каждой паре 11f пикселей автофокусировки предусмотрена одна микролинза ML, расположенная между двумя перекрывающими свет областями Еa и Еb и тянущаяся по направлению к центру поверх соответствующих концов пары фотоэлектрических преобразователей PD.
В каждой линии Lf автофокусировки в качестве цветных фильтров, предусмотренных над отверстиями ОР первых металлических слоев 44, используют прозрачные фильтры Ft. Это увеличивает количество света, получаемого парой 11f пикселей автофокусировки, и увеличивает чувствительность.
Далее в каждой линии Lf автофокусировки с целью обеспечения большого оптического пути непосредственно под отверстиями ОР первых металлических слоев 44, вторые металлические слои 45 и третьи металлические слои 46 расположены на расстоянии от промежутков непосредственно под отверстиями ОР. То есть по сравнению с конструкцией обычных пикселей 110, показанной на фиг.7, вторые металлические слои 45 и третьи металлические слои 46 расположены по направлению к внутренней стороне на расстоянии, которое соответствует промежуткам SP. Таким образом, вторые и третьи металлические слои 45 и 46 нужны для преодоления, например, следующей проблемы: когда вторые и третьи металлические слои расположены в промежутках SP и размер фактического выходного зрачка больше ожидаемого размера (то есть, расчетного размера), то возможно, что пучки света от непредвиденных частей будут падать на вторые и третьи металлические слои и отражаться от них, тем самым отрицательно воздействовать на разделение выходного зрачка.
Благодаря тому, что каждая пара 11f пикселей авто фокусировки имеет описанную выше конструкцию, разделение выходного зрачка осуществляется в выходном зрачке, то есть пучок Та света из левой части Qa выходного зрачка передают через микролинзу ML и прозрачный цветной фильтр Ft и принимают фотоэлектрическим преобразователем PD второго пикселя 11b автофокусировки, а пучок Тb света из правой части Qb выходного зрачка передают через микролинзу ML и фильтр Ft и получают фотоэлектрическим преобразователем PD первого пикселя 11а автофокусировки. Другими словами в каждой паре 11f пикселей автофокусировки принимают пучки Та и Тb света объекта, переданные через пару частей Qa и Qb (то есть левую и правую части), наклоненных по горизонтали в противоположных направлениях в выходном зрачке сменного объектива 2.
Здесь данные, полученные в каждом первом пикселе 11а автофокусировки, называют «данными А-набора», а данные, полученные в каждом втором пикселе 11b автофокусировки, называют «данными В-набора». Ниже со ссылками, например, на фиг.10-14, будут описаны принципы автофокусировки, основанной на разности фаз, при этом будут описаны данные А-набора и данные В-набора, полученные из группы пар 11f пикселей автофокусировки, расположенных на одной линии Lf автофокусировки.
На фиг.10 показан график результатов моделирования, когда фокальная плоскость расположена ближе на 200 мкм плоскости 101f регистрации изображения регистрирующего изображение элемента 101. На фиг.11 показан график результатов моделирования, когда фокальная плоскость расположена ближе на 100 мкм плоскости 101f регистрации изображения. Далее на фиг.12 показан график результатов моделирования в сфокусированном состоянии, когда фокальная плоскость соответствует поверхности 101f регистрации изображения. Далее, на фиг.13 показан график результатов моделирования, когда фокальная плоскость расположена дальше плоскости 101f регистрации изображения на 100 мкм. На фиг.14 показан график результатов моделирования, когда фокальная плоскость расположена дальше плоскости 101f регистрации изображения на 200 мкм. Здесь на фиг.10-14 по горизонтальной оси откладывают позиции первых пикселей 11а автофокусировки и вторых пикселей 11b автофокусировки в направлении линии Lf автофокусировки, а по вертикальной оси откладывают выходы фотоэлектрических преобразователей PD соответствующих первых пикселей 11а автофокусировки и вторых пикселей 11b автофокусировки. Далее на фиг.10-14 графики от Ga1 до Ga5 (показанные сплошной линией) отображают данные А-набора, а графики от Gb1 до Gb5 (показанные пунктирной линией) отображают данные В-набора.
На фиг.10-14, когда сравнивают друг с другом изображения для соответствующих частей данных А-набора, показанных на графиках от Ga1 до Ga5 А-набора, и изображения для соответствующих частей данных В-набора, показанных на графиках от Gb1 до Gb5 В-набора, ясно, что чем больше величина расфокусировки, тем больше величина сдвига (величина смещения) в направлении линии Lf автофокусировки (горизонтальное направление) между изображениями для частей данных А-набора и изображениями для частей данных В-набора.
Взаимосвязь между величиной расфокусировки и величиной сдвига в каждой паре изображений (то есть, изображений для данных А-набора и изображений для данных В-набора) показана на графике Gc, который содержится на фиг.15. На фиг.15 по горизонтальной оси откладывают разницу позиции центра тяжести изображения для данных В-набора и позиции центра тяжести изображения для данных А-набора (то есть шаг пикселей), а по вертикальной оси откладывают величину расфокусировки (мкм). Позицию Xg центра тяжести каждого изображения получают, например, с использованием следующей формулы (1).
В формуле (1) величины от X1 до Хn являются, например, позициями пикселей от левого конца линии Lf автофокусировки, а величины от Y1 до Yn являются значениями выхода для первых пикселей 11а автофокусировки и для вторых пикселей 11b автофокусировки для каждой из позиций от X1 до Хn.
Как ясно из графика Gc, показанного на фиг.15, величина расфокусировки и разница между позициями центра тяжести пары изображений пропорциональны друг другу. Эта взаимосвязь выражена следующей формулой (2), где величина расфокусировки обозначена через DF (мкм), а разница между позициями центра тяжести пары обозначена через С (мкм).
Здесь коэффициент k в формуле (2) показывает наклон Gk (нарисованный пунктирной линией) графика Gc, показанного на фиг.15, и может быть получен заранее, например, при тестировании на предприятии-изготовителе.
Соответственно, после того, как схема 77 вычисления разности фаз при автофокусировке получает разницу между позициями центра тяжести (разность фаз) данных А-набора и данных В-набора, полученную по парам 11f пикселей автофокусировки, возможно осуществить управление автофокусировкой (АФ), в ходе которой величину расфокусировки вычисляют с использованием формулы (2) и линзу 211 фокусировки перемещают на величину, соответствующую вычисленной величине расфокусировки, с целью размещения линзы 211 фокусировки в определенной позиции фокусировки. Кроме того, взаимосвязь между величиной расфокусировки и величиной перемещения линзы 211 фокусировки однозначно определяют на основе расчетного значения для сменного объектива 2, установленного в корпусе 10 камеры.
В описанном выше устройстве 1 регистрации изображения регистрирующий изображение элемент 101 (регистрирующий изображение элемент с функцией определения разницы фаз) выполнен таким образом, чтобы содержать линии Lf автофокусировки, в которой элементы, расположенные выше фотоэлектрических преобразователей PD, сдвинуты в горизонтальном направлении на половину шага, по сравнению с элементами в конструкции обычных пикселей 110, показанных на фиг.7, и перекрывающий свет участок LS (фиг.8) предусмотрен для каждого второго пикселя. В результате регистрирующий изображение элемент 101 может осуществлять точное определение фокуса с использованием способа определения разницы фаз и может быть надлежащим образом изготовлен даже при уменьшении размера пикселей. Кроме того, по сравнению с типом, в котором разделение выходного зрачка осуществляют путем ограничения пучков света от объекта в малых отверстиях металлических слоев (перекрывающие свет маски), так как они расположены в регистрирующем изображение элементе, который снабжен функцией определения разницы фаз и который рассмотрен в упомянутом выше патентном документе 2, может быть ограничено обрезание необходимые пучков света, тем самым становится возможным ограничить уменьшение чувствительности в фотоэлектрических преобразователях. Далее в регистрирующем изображение элементе, который снабжен функцией определения разницы фаз и который рассмотрен в упомянутом выше патентном документе 2, могут возникать паразитные блики, так как металлические слои с небольшими отверстиями отражают и не содержат покрытий над фотоэлектрическими преобразователями. Однако в регистрирующем изображение элементе 101, который соответствует варианту осуществления изобретения, возможно предотвратить паразитные блики, так как черные фильтры Fb расположены сверху первых металлических слоев 44.
Второй вариант осуществления изобретения
Особенности конструкции устройства 1А регистрации изображения, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения, аналогичны особенностям конструкции устройства 1 регистрации изображения, показанного на фиг.1-4. Устройство 1А регистрации изображения отличается от устройства 1 регистрации изображения конструкцией регистрирующего изображение элемента.
То есть в регистрирующем изображение элементе 101А устройства 1А регистрации изображения отличается конструкция каждой области Efr автофокусировки (фиг.5), размещенной в соответствии с матрицей в регистрирующей изображение поверхности 101f. Ниже будет описана конструкция каждой области Efr автофокусировки.
На фиг.16 показана конструкция области Efr автофокусировки, предусмотренная для регистрирующего изображение элемента 101 А.
В области Efr автофокусировки, которая соответствует варианту осуществления изобретения, сформированы Зк линии L1 и Зс линии L2, которые являются горизонтальными линиями обычных пикселей 110, имеющих конструкцию аналогичную конструкции обычных пикселей из первого варианта осуществления изобретения. В каждой линии Lfr автофокусировки, сформированной в области Efr автофокусировки, предусмотрены микролинзы MLr, диаметры которых больше диаметров микролинз ML, расположенных у обычных пикселей 110, и микролинз ML, расположенных у линий Lf автофокусировки первого варианта осуществления изобретения. Ниже будут описаны пары 11fr пикселей автофокусировки, снабженных микролинзами MLr и имеющих такую конструкцию.
Фиг.17 соответствует фиг.8 и представляет собой вертикальный разрез, иллюстрирующий конструкцию пары 11fr пикселей автофокусировки.
Каждая пара 11fr пикселей автофокусировки содержит пиксели 11с и 11d. Пары 11fr пикселей автофокусировки снабжены фотоэлектрическими преобразователями PD, вторыми металлическими слоями 45, третьими металлическими слоями 46, прозрачными цветными фильтрами Ft и черными цветными фильтрами Fb, конструкции которых аналогичны конструкциями этих элементов в парах 11f пикселей автофокусировки, соответствующих первому варианту осуществления изобретения. В отличие от первого варианта осуществления изобретения каждый первый металлический слой 44r снабжен упомянутой выше большой микролинзой MLr и большим отверстием ОРr, которое соответствует микролинзе MLr. Размер отверстия ОРr в соответствующем первом металлическом слое 44r немного меньше соответствующего прозрачного фильтра Ft и больше размера каждого отверстия ОР соответствующего обычного пикселя 110 и размера каждого отверстия ОР, соответствующего первому варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.8. То есть отверстия ОРr в первом металлическом слое 44r (перекрывающая свет маска), которые больше отверстий ОР, сформированных ниже соответствующих микролинз ML у соответствующих обычных пикселей 110, сформированы ниже соответствующих микролинз MLr в линии Lfr автофокусировки.
Здесь для микролинз MLr пар 11fr пикселей автофокусировки желательно, чтобы не только их диаметры были больше диаметров микролинз ML обычных пикселей 110, но также желательно, чтобы их кривизна была больше (то есть, желательно сделать меньше их радиус кривизны) с целью увеличения точности разделения выходного зрачка. Это будет описано со ссылками на фиг.18.
На фиг.18 показана взаимосвязь между диаметром/кривизной микролинзы и разделением выходного зрачка.
На фиг.18(a) показано состояние разделения выходного зрачка, когда, например, микролинза ML обычного пикселя 110, такая как в первом варианте осуществления изобретения, используется в паре 11f пикселей автофокусировки. Здесь на верхних поверхностях (принимающие свет поверхности) фотоэлектрических преобразователей PD, например, пучок Та света с левой части выходного зрачка и пучок Тb света с правой части выходного зрачка распределяются по ширине Wla и Wlb соответственно.
В микролинзе MLs (фиг.18(b)), которая только сделана больше микролинзы ML, показанной на фиг.18(a) с целью увеличения эффективности сжатия света, пучок Та света с левой части выходного зрачка и пучок Тb света с правой части распределяются по ширине W2a и W2b, которые больше значений ширины с фиг.18(a), у принимающих свет поверхностей фотоэлектрических преобразователей PD в соответствии с увеличением диаметра микролинзы ML.
Соответственно для ограничения распределения пучков Та и Тb света на принимающих свет поверхностях, показанных на фиг.18(b), могут быть предусмотрены микролинзы MLr (смотри фиг.18(c)), кривизна которых больше кривизны микролинз ML обычных пикселей 110. В микролинзах MLr, в соответствии с их кривизной, которая больше кривизны микролинз ML, пучок Та света из левой части выходного зрачка и пучок Тb света из правой части выходного зрачка распределяются только по ширине W3a и W3b соответственно на принимающих свет поверхностях фотоэлектрических преобразователях PD. В результате, например, как показано на фиг.18(c), пучок Та света из левой части выходного зрачка может быть принят только правым фотоэлектрическим преобразователем PD, а пучок Тb света из правой части выходного зрачка может быть принят только левым фотоэлектрическим преобразователем PD. Следовательно, увеличивается точность операции автофокусировки, основанной на разнице фаз и осуществляемой с помощью надлежащего разделения выходного зрачка.
Устройство 1А регистрации изображения, содержащее регистрирующий изображение элемент 101А с описанной выше конструкцией и снабженный функцией определения разницы фаз, обладает достоинствами, аналогичными достоинствам первого варианта осуществления изобретения. Кроме того, в регистрирующем изображение элементе 101 А, так как отверстия ОРr первых металлических слоев 44r и диаметры микролинз MLr пар 11fr пикселей автофокусировки больше отверстий ОР первых металлических слоев 41 и диаметров микролинз ML обычных пикселей 110, то увеличивается чувствительность пикселей в парах 11f пикселей автофокусировки.
Модификации
В устройстве регистрации изображения, соответствующем первому варианту осуществления изобретения, не обязательно использовать первый металлический слой 44, в котором загорожен участок OQ, расположенный непосредственно под черным фильтром Fb, как показано на фиг.8. Как показано на фиг.19, может быть использован первый металлический слой 44а, в котором непосредственно под черным фильтром Fb выполнено отверстие ОР. В этом случае, для уменьшения количества света (переданного через черный фильтр Fb), который принимается фотоэлектрическим преобразователем PD, расположенным непосредственно под черным фильтром Fb, желательно, чтобы черный фильтр Fb имел низкий коэффициент пропускания (например, 3% или меньше). Если отверстие ОР выполнено непосредственно под черным фильтром Fb указанным образом, то даже в линии Lf автофокусировки возможно сформировать отверстия ОР в первых металлических слоях с шагами, которые совпадают с шагами в конструкции обычных пикселей 110, так что может быть использовано расположение первых металлических слоев в обычных пикселях 110. Более того, первые металлические слои 44а, в которых отверстия ОР выполнены непосредственно под черными фильтрами Fb, как показано на фиг.19, также могут быть использованы в регистрирующем изображение элементе, который соответствует второму варианту осуществления изобретения.
В отличие от этого в каждом из описанных ваше вариантов осуществления изобретения, черные фильтры Fb в конструкциях, показанных на фиг.8 и 17, могут отсутствовать. В этом случае, как описано выше, из-за не содержащих покрытия первых металлических слоев могут появиться паразитные блики. Тем не менее, возможно смягчить эту проблему, например, окрашивая верхние поверхности первых металлических слоев в черный цвет или используя в качестве первых металлических слоев проводящие электричество слои, выполненные из черных проводящих электричество материалов.
В регистрирующем изображение элементе, который соответствует первому варианту осуществления изобретения, не обязательно использовать область Ef автофокусировки с линиями Lf автофокусировки, содержащими только пары 11f пикселей автофокусировки, показанные на фиг.6. Как показано на фиг.20, может быть использована область Efa автофокусировки с линиями Lfa автофокусировки, в которых обычные пиксели 110 расположены между парами 11fa пикселей автофокусировки. В этом случае может быть осуществлена интерполяция для информации об изображении объекта, которая пропущена в любой паре 11f пикселей автофокусировки, что делается с использованием информации об изображении от обычных пикселей 110, вставленных в линии Lfa автофокусировки. Следовательно, увеличивается качество изображения. Обычные пиксели ПО также могут быть вставлены между парами Ufa пикселей автофокусировки в линии Lfa автофокусировки, как показано на фиг.20, в регистрирующем изображение элементе, который соответствует второму варианту осуществления изобретения,
В каждом из описанных выше вариантов осуществления изобретения не обязательно использовать линию автофокусировки, в которой предусмотрено отверстие ОР для каждого другого отверстия ОР в первых металлических слоях 41, выполненных в горизонтальной линии обычных пикселей 110. Возможно использовать линию автофокусировки, в которой предусмотрено отверстие ОР для каждых двух или, по меньшей мере, для каждых трех отверстий ОР.
В линиях автофокусировки в описанных выше вариантах осуществления изобретения не обязательно сдвигать элементы (микролинзы и цветные фильтры), расположенные над фотоэлектрическими преобразователями PD, на половину шага относительно элементов в горизонтальных линиях обычных пикселей 110. Возможно оставлять элементы, расположенные над фотоэлектрическими преобразователями PD, там, где они есть и сдвигать фотоэлектрические преобразователи PD на половину шага относительно горизонтальных линий обычных пикселей 110. Путем сдвига элементов, расположенных над фотоэлектрическими преобразователями PD, на половину шага относительно фотоэлектрических преобразователей PD, возможно обеспечить преимущества, соответствующие каждому из описанных выше вариантов осуществления изобретения.
В каждом из описанных выше вариантов осуществления изобретения не обязательно, чтобы регистрирующий изображение элемент 101, содержащий линии Lf автофокусировки, содержался в однообъективной зеркальной цифровой камере. Он может содержаться в компактной цифровой камере.
Для пары пикселей автофокусировки в каждом из описанных выше вариантов осуществления изобретения не обязательно, чтобы над отверстиями ОР первых металлических слоев 44 были расположены прозрачные цветные фильтры. С точки зрения важности точности фокусировки, может быть использован зеленый цветной фильтр, имеющий превосходный коэффициент освещенности. В качестве альтернативы также может быть использован красный цветной фильтр или синий цветной фильтр.
В каждом из описанных выше вариантов осуществления изобретения микролинзы могут быть расположены над черными фильтрами Fb. Если микролинзы расположены таким образом, то возможно размещать микролинзы с таким же шагом, как и в конструкции обычных пикселей 110, так что может быть использовано расположение микролинз в обычных пикселях 110.
В каждом из описанных выше вариантов осуществления изобретения не обязательно предусматривать сдвиг в половину шага (50% шага), подходящий для надлежащего баланса выходов каждого пикселя из пары 11f пикселей автофокусировки. Например, возможно предусмотреть сдвиг на любой шаг (например, приблизительно 40% шага). В этом случае баланс между выходами первых пикселей автофокусировки и вторых пикселей автофокусировки будет потерян, так как выходной зрачок не будет поделен на две равные части. Тем не менее возможно сбалансировать выходы, например, путем умножения выхода пикселя с меньшей величиной полученного света на коэффициент β. Коэффициент β основан, например, на отношении областей каждой части выходного зрачка, которые получают свет в соответствующих пикселях.
Термин «половина заданного шага» в настоящем изобретении, конечно, относится к шагу в 50% по отношению к заданному шагу и к шагам, находящимся в диапазоне (50±γ)% по отношению к шагу в 50%, при этом учтена величина у изменения, имеющая место, например, из-за дефектов изготовления.
Список ссылочных позиций
1, 1А устройство регистрации изображения
2 сменный объектив
10 корпус камеры
11a, 11с первый пиксель автофокусировки
11b, 11d второй пиксель автофокусировки
11f, 11fr пара пикселей автофокусировки
41, 44, 44а, 44r первый металлический слой
42, 45 второй металлический слой
43, 46 третий металлический слой
62 основной участок управления
77 схема вычисления разности фаз при автофокусировке
101, 101А регистрирующий изображение элемент
101f регистрирующая изображение поверхность
110 обычный пиксель
Ef, Efa, Efr область автофокусировки
Fb черный цветной фильтр (черный фильтр)
Lf, Lfa, Lfr линия автофокусировки
ML, MLr микролинзы
Qa левая часть выходного зрачка
Qb правая часть выходного зрачка
PD фотоэлектрический преобразователь.
Изобретение относится к элементу, регистрирующему изображение, который может определять фокус с помощью способа определения разницы фаз. Регистрирующий изображение элемент устройства регистрации изображения содержит пару пикселей автофокусировки, осуществляющих функцию разделения выходного зрачка и обычные пиксели, которые не осуществляют указанную функцию. Пара пикселей автофокусировки содержит пару фотоэлектрических преобразователей, размер которых совпадает с размерами фотоэлектрических преобразователей обычных пикселей. Над парой фотоэлектрических преобразователей расположен перекрывающий свет участок и одна микролинза. Перекрывающий свет участок содержит две перекрывающие свет области, которые перекрывают пучок света, проходящий через выходной зрачок. Микролинза расположена между двумя перекрывающими свет областями. Технический результат - уменьшение размеров пикселей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 22 ил.
1. Регистрирующий изображение элемент, содержащий
пару первых пикселей для выполнения функции разделения выходного зрачка путем приема пучка света от объекта, передаваемого через пару участков в выходном зрачке оптической системы съемки, отклоненных в противоположных направлениях вдоль заданного направления; и
группу вторых пикселей, содержащих вторые пиксели, не наделенные функцией разделения выходного зрачка,
при этом группа вторых пикселей содержит
множество фотоэлектрических преобразователей, расположенных с заданным шагом вдоль указанного заданного направления, и
множество микролинз, расположенных над соответствующими фотоэлектрическими преобразователями,
а пара первых пикселей содержит
пару фотоэлектрических преобразователей, размеры которых совпадают с размерами фотоэлектрических преобразователей из указанного множества фотоэлектрических преобразователей, причем фотоэлектрические преобразователи указанной пары расположены рядом друг с другом с указанным заданным шагом вдоль указанного заданного направления,
при этом выше указанной пары фотоэлектрических преобразователей выполнен перекрывающий свет участок и одна микролинза, причем указанный перекрывающий свет участок содержит две перекрывающие свет области, перекрывающие пучок света, проходящий через выходной зрачок, а указанная одна микролинза расположена между двумя перекрывающими свет областями.
2. Регистрирующий изображение элемент по п.1, в котором обеспечено взаимное расположение пар первых пикселей, в котором множество пар первых пикселей расположены рядом друг с другом вдоль указанного заданного направления,
при этом относительное взаимное расположение между одной микролинзой и каждой парой фотоэлектрических преобразователей во взаимном расположении пар первых пикселей соответствует относительному взаимному расположению, при котором заданные микролинзы из множества микролинз смещены на заданную величину в указанном заданном направлении относительно множества фотоэлектрических преобразователей в группе вторых пикселей, причем
указанное взаимное расположение пар первых пикселей содержит множество перекрывающих свет участков, расположенных между указанными заданными микролинзами, которые находятся рядом друг с другом в указанном взаимном расположении.
3. Регистрирующий изображение элемент по п.2, в котором указанная заданная величина равна половине указанного заданного шага.
4. Регистрирующий изображение элемент по п.2, в котором интервал между множеством перекрывающих свет участков, расположенных между микролинзами, которые находятся рядом друг с другом во взаимном расположении пар первых пикселей, равен расстоянию между каждым вторым пикселем во взаимном расположении вторых пикселей, расположенных в указанном заданном направлении в группе вторых пикселей.
5. Регистрирующий изображение элемент по п.1, в котором на перекрывающем свет участке пучок света перекрывается черным фильтром.
6. Регистрирующий изображение элемент по п.1, в котором на перекрывающем свет участке пучок света перекрывается заданным металлическим слоем.
7. Регистрирующий изображение элемент по п.1, в котором диаметр указанной одной микролинзы больше диаметров микролинз из указанного множества микролинз.
8. Регистрирующий изображение элемент по п.7, в котором ниже указанного множества микролинз выполнены первые отверстия в перекрывающих свет масках,
при этом ниже указанной одной микролинзы выполнено второе отверстие в перекрывающей свет маске, которое больше первых отверстий.
9. Регистрирующий изображение элемент по п.1, в котором кривизна указанной одной микролинзы больше значений кривизны микролинз из указанного множества микролинз.
10. Устройство регистрации изображения, содержащее: оптическую систему съемки; и
регистрирующий изображение элемент, принимающей пучок света от объекта, передаваемый через выходной зрачок оптической системы съемки, при этом регистрирующий изображение элемент содержит
пару первых пикселей для выполнения функции разделения выходного зрачка путем приема пучка света от объекта, передаваемого через пару участков в выходном зрачке, отклоненных в противоположных направлениях вдоль заданного направления; и
группу вторых пикселей, содержащих вторые пиксели, не наделенные функцией разделения выходного зрачка,
при этом группа вторых пикселей содержит
множество фотоэлектрических преобразователей, расположенных с заданным шагом вдоль указанного заданного направления, и
множество микролинз, расположенных над соответствующими фотоэлектрическими преобразователями,
а пара первых пикселей содержит
пару фотоэлектрических преобразователей, размеры которых совпадают с размерами фотоэлектрических преобразователей из указанного множества фотоэлектрических преобразователей, и фотоэлектрические преобразователи указанной пары расположены рядом друг с другом с указанным заданным шагом вдоль указанного заданного направления,
при этом выше указанной пары фотоэлектрических преобразователей выполнен перекрывающий свет участок и одна микролинза, причем указанный перекрывающий свет участок содержит две перекрывающие свет области, перекрывающие пучок света, проходящий через выходной зрачок, а указанная одна микролинза расположена между двумя перекрывающими свет областями.
| US 6781632 B1, 24.08.2004 | |||
| US 6816199 B1, 09.11.2004 | |||
| EP 1653257 A1, 03.05.2006 | |||
| US 6819360 B1, 16.11.2004. |
