ДАТЧИК ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО СЪЕМКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2016 года по МПК G06F3/42 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к датчику изображения и к устройству съемки изображений с его использованием.

Уровень техники

Было предложено устройство съемки изображений, использующее в качестве способа обнаружения состояния фокусировки формирующей изображение линзы фазоразностный способ с разделением зрачка (фазоразностный способ в плоскости изображения) с использованием двумерного датчика изображения, имеющего микролинзы, сформированные на каждом пикселе.

В оптической системе, такой как блок объектива камеры, входной зрачок является оптическим изображением апертурной диафрагмы, если смотреть со стороны передней части объектива. Соответствующее изображение апертуры, если смотреть со стороны задней части объектива, известно как выходной зрачок. Изображение апертурной диафрагмы будет находиться в фокусе на определенном расстоянии позади блока объектива камеры, и это расстояние известно как расстояние до осевой точки зрачка формирующей изображение линзы. Современные датчики изображения часто включают в себя массивы микролинз вокруг пикселей для того, чтобы улучшить эффективность съемки света. Как следствие этого, датчик изображения может принимать свет только из ограниченного диапазона углов и каждый фотодиод, а следовательно, и датчик изображения имеет входной зрачок, который является изображением отверстий, которые видны фотодиодам через микролинзы. Расстояние до осевой точки входного зрачка датчика изображения является расстоянием, на котором эти отверстия находятся в фокусе через микролинзы.

Патент США №4410804 раскрывает устройство съемки изображений, использующее двумерный датчик изображения, имеющий одну микролинзу и множество разделенных фотоэлектрических преобразовательных элементов, сформированных для одного пикселя. Разделенные фотоэлектрические преобразовательные элементы выполнены с возможностью приема света из различных областей выходного зрачка формирующей изображение линзы через одну микролинзу, тем самым выполняя разделение зрачка. Это устройство выполняет обнаружение фокуса путем получения величины смещения изображения из соответствующих сигналов, полученных этими разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами, и получает сигнал изображения путем сложения сигналов, полученных разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами. Этот патент также раскрывает, что устройство может получать стереоскопическое изображение путем раздельного отображения сигналов параллакса, полученных с помощью поперечно разделенных фотоэлектрических преобразовательных элементов на каждом пикселе, для правого и левого глаза. Публикация заявки на патент Японии №2000-156823 раскрывает устройство съемки изображений, имеющее пару пикселей обнаружения фокусировки, частично расположенных в двумерном датчике изображения, образованного множеством пикселей, формирующих изображение. Пара пикселей обнаружения фокусировки выполнена с возможностью приема света из различных областей выходного зрачка формирующей изображение линзы через светозащитный слой, имеющий отверстие, тем самым выполняя разделение зрачка. Это устройство получает сигналы изображения с использованием формирующих изображение пикселей, расположенных на большей части двумерного датчика, и выполняет обнаружение фокусировки путем получения величины смещения изображения из сигналов от пикселей обнаружения фокусировки, частично расположенных на датчике.

Рассмотрим, например, камеру со сменными объективами. В этом случае, если расстояние до осевой точки выходного зрачка формирующей изображение линзы отличается от расстояния до осевой точки входного зрачка датчика изображения, увеличение высоты изображения на датчике изображения вызовет смещение зрачка между выходным зрачком формирующей изображение линзы и входным зрачком датчика изображения. Кроме того, смещение положения между микролинзой и разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами или между микролинзой и светозащитным слоем, имеющим отверстие, за счет массового производства вариаций вызывает смещение зрачка между выходным зрачком формирующей изображение линзы и входным зрачком датчика изображения. В обнаружении фокуса с использованием фазоразностного способа в плоскости изображения, когда происходит смещение зрачка, асимметрия соответствующих частичных областей зрачка, претерпевших разделение зрачка, увеличивается, что приводит к ухудшению точности обнаружения фокуса.

Публикация заявки на патент Японии №2009-15164 описывает способ борьбы со смещением зрачка путем размещения множества пикселей обнаружения фокусировки, смещенных друг от друга на различные величины смещения для позиционирования между микролинзами и разделенными фотоэлектрическими преобразовательными элементами. Этот способ выполняет обнаружение фокуса с использованием фазоразностного способа в плоскости изображения путем выбора пикселей обнаружения фокусировки, которые минимизируют асимметрию соответствующих частичных областей зрачка, претерпевших разделение зрачка в соответствии с формирующей изображение линзой и высотой изображения для обнаружения фокусировки.

В реальном датчике изображения, однако, поскольку каждый пиксель имеет конечный размер, существует верхний предел величины смещения, на которую разделенные фотоэлектрические преобразовательные элементы или светозащитные слои, имеющие отверстия, смещены внутрь пикселей. Это делает невозможной борьбу со смещением зрачка на периферии высоты изображения датчика изображения, что приводит к ухудшению точности обнаружения фокуса. Это и ограничивает диапазон высоты изображения, в котором фазоразностный способ с разделением зрачка может выполнять обнаружение фокуса.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение было выполнено с учетом указанной выше проблемы и расширяет диапазон высоты изображения, в котором может быть выполнено обнаружение фокуса на плоскости изображения с использованием фазоразностного способа с разделением зрачка.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается датчик изображения, включающий в себя: множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения; множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые получают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения; и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, причем геометрический центр первой области зрачка отличается от геометрического центра второй области зрачка, а эксцентриситет линзы первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя, смежного с первым пикселем обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя, первый пиксель обнаружения фокусировки включает в себя первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между линзой первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом первого пикселя обнаружения фокусировки, второй пиксель обнаружения фокусировки включает в себя второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие между линзой второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом второго пикселя обнаружения фокусировки, а направление эксцентриситета каждой из линз первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру каждого из пикселей противоположно направлению эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра пикселя.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается датчик изображения, включающий в себя множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область изображения зрачка оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, в котором множество формирующих изображение пикселей выстроены в первом направлении, перпендикулярном к оптической оси оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки выстроены в первом направлении таким образом, чтобы они были сдвинуты от множества формирующих изображение пикселей во втором направлении, перпендикулярном первому направлению и направлению оптической оси, множество вторых пикселей обнаружения фокусировки выстроены в первом направлении таким образом, чтобы они были сдвинуты от множества формирующих изображение пикселей во втором направлении, первый пиксель обнаружения фокусировки включает в себя первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между линзой первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом первого пикселя обнаружения фокусировки, второй пиксель обнаружения фокусировки включает в себя второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие, расположенное в положении, отличном от положения первого отверстия в первом направлении между линзой второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом второго пикселя обнаружения фокусировки, среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия эксцентрично по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента первого пикселя обнаружения фокусировки в первом направлении, эксцентриситет линзы первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя по отношению к центру пикселя в первом направлении на той же самой высоте изображения в первом направлении, эксцентриситет линзы второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя по отношению к центру пикселя в первом направлении на той же самой высоте изображения в первом направлении, а направление эксцентриситета каждой из линз первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя в первом направлении противоположно направлению эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра пикселя.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложено устройство съемки изображений, как указано выше.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, схематично показывающую конструкцию устройства съемки изображений в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид матрицы пикселей в варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3A и Фиг. 3B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 в первом варианте осуществления;

Фиг. 4A и Фиг. 4B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 в первом варианте осуществления;

Фиг. 5A и Фиг. 5B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие формирующий изображение пиксель в первом варианте осуществления;

Фиг. 6A-6C представляют собой схематические виды для пояснения разделения зрачка в конфигурации 1 в первом варианте осуществления;

Фиг. 7A и Фиг. 7B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 в первом варианте осуществления;

Фиг. 8A и Фиг. 8B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 в первом варианте осуществления;

Фиг. 9A-9C представляют собой схематические виды для пояснения разделения зрачка в конфигурации 2 в первом варианте осуществления;

Фиг. 10A и Фиг. 10B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 3 в первом варианте осуществления;

Фиг. 11A и Фиг. 11B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 3 в первом варианте осуществления;

Фиг. 12A-12C представляют собой схематические виды для пояснения разделения зрачка в конфигурации 3 в первом варианте осуществления;

Фиг. 13A-13C представляют собой схематические виды для пояснения смещения зрачка;

Фиг. 14A и Фиг. 14B представляют собой схематические виды для пояснения смещения зрачка;

Фиг. 15A и Фиг. 15B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 во втором варианте осуществления;

Фиг. 16A и Фиг. 16B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 1 во втором варианте осуществления;

Фиг. 17A и Фиг. 17B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие формирующий изображение пиксель во втором варианте осуществления;

Фиг. 18A и Фиг. 18B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие первый пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 во втором варианте осуществления; и

Фиг. 19A и Фиг. 19B представляют собой соответственно схематический вид в плане и схематический вид в разрезе, показывающие второй пиксель обнаружения фокусировки в конфигурации 2 во втором варианте осуществления.

Осуществление изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи.

(Первый вариант осуществления)

[Общая конфигурации]

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, показывающую конфигурацию устройства съемки изображений в виде камеры, которая включает в себя датчик изображения в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 1 ссылочная позиция 101 обозначает первую группу линз, которая расположена на дальнем конце оптической системы формирования изображения и удерживается таким образом, чтобы она могла передвигаться вперед и назад в направлении оптической оси; ссылочная позиция 102 обозначает диафрагму/затвор, которая выполняет регулирование количества света во время съемки изображения путем регулирования диаметра отверстия, а также функционирует в качестве затвора, регулирующего выдержку во время съемки неподвижного изображения; а ссылочная позиция 103 обозначает вторую группу линз. Диафрагма/затвор 102 и вторая группа 103 линз передвигаются как единое целое вперед и назад в направлении оптической оси для того, чтобы реализовать эффект переменной силы объектива (функцию увеличения или трансфокатора) взаимосвязанно с перемещением вперед/назад первой группы 101 линз.

Ссылочная позиция 105 обозначает третью группу линз, которая перемещается вперед и назад в направлении оптической оси для выполнения регулировки фокуса; ссылочная позиция 106 обозначает оптический фильтр нижних частот, который является оптическим элементом для уменьшения ложного цвета или муара на снятом изображении; а ссылочная позиция 107 обозначает датчик изображения, образованный двумерным CMOS-фотодатчиком и периферийными схемами.

Ссылочная позиция 111 обозначает привод трансфокатора, который заставляет штифт кулачкового цилиндра (не показан) приводить в движение первую группу 101 линз, вторую группу линз 103 и третью группу 105 линз вперед и назад в направлении оптической оси так, чтобы выполнять операцию изменения силы объектива. Ссылочная позиция 112 обозначает привод диафрагмы/затвора, который регулирует количество света изображения путем управления диаметром открытия диафрагмы/затвора 102 и управляет временем экспозиции во время съемки неподвижного изображения. Ссылочная позиция 114 обозначает привод фокуса, который выполняет настройку фокуса путем перемещения третьей группы 105 линз вперед и назад в направлении оптической оси.

Ссылочная позиция 115 обозначает электронную вспышку для освещения объекта в момент съемки. В качестве этой вспышки соответственно используется устройство вспышечного освещения с использованием ксеноновой трубки. Тем не менее может быть использовано и устройство освещения, включающее в себя светодиод, который непрерывно излучает свет. Ссылочная позиция 116 обозначает вспомогательное осветительное устройство для автофокуса, которое проецирует изображение маски, имеющей заданный рисунок отверстия, через проекционную линзу и повышает эффективность обнаружения фокусировки для темного объекта или малоконтрастного объекта.

Ссылочная позиция 121 обозначает центральный процессор (CPU) в камере, который выполняет различные типы управления камерой в зависимости от действий, производимых с органами управления, расположенными на основном корпусе камеры, и включает в себя вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативную память, аналого-цифровой преобразователь и схему коммуникационного интерфейса. CPU 121 приводит в действие различные типы электронных схем камеры на основе заданных программ, сохраненных в ПЗУ для выполнения последовательности операций, включающих в себя автофокусировку, съемку, обработку изображения и запись.

Ссылочная позиция 122 обозначает электронную схему управления вспышкой, которая включает и выключает электронную вспышку 115 синхронно с операцией съемки; ссылочная позиция 123 обозначает электронную схему управления вспомогательным осветительным устройством автофокусировки, которая включает и выключает вспомогательное осветительное устройство 116 автофокусировки синхронно с операцией обнаружения фокуса; ссылочная позиция 124 обозначает электронную схему управления датчиком изображения, которая управляет операцией съемки датчика 107 изображения и передает сигнал полученного изображения к CPU 121 по завершении аналого-цифрового преобразования сигнала; а ссылочная позиция 125 обозначает электронную схему обработки изображения, которая выполняет обработку, такую как γ-преобразование, интерполяция цвета и JPEG-сжатие для изображения, полученного с помощью датчика 107 изображения.

Ссылочная позиция 126 обозначает электронную схему управления фокусом, которая приводит в действие/управляет приводом 114 фокуса на основании результата обнаружения фокусировки для выполнения регулировки фокуса посредством перемещения третьей группы линз 105 вперед и назад в направлении оптической оси; ссылочная позиция 128 обозначает электронную схему управления диафрагмой/затвором, которая приводит в действие/управляет приводом 112 диафрагмы/затвора для управления открытием диафрагмы/затвора 102; а ссылочная позиция 129 обозначает электронную схему управления трансфокатором, которая управляет приводом 111 трансфокатора в соответствии с операцией масштабирования изображения, осуществляемой оператором.

Ссылочная позиция 131 обозначает устройство отображения, такое как жидкокристаллический дисплей, которое отображает информацию относительно режимов съемки камеры, изображение предварительного просмотра перед съемкой, контрольное изображение после съемки, фокусируемое изображение во время операции обнаружения фокусировки и т.п.; ссылочная позиция 132 обозначает группу переключателей управления, которая включает в себя выключатель питания, спусковую кнопку, переключатель управления увеличением, переключатель выбора режима съемки и тому подобное; и ссылочная позиция 133 обозначает съемную флэш-память, на которую записывается снятое изображение.

[Датчик изображения]

Фиг. 2 представляет собой схематический вид, показывающий матрицу пикселей датчика изображения в первом варианте осуществления. Фиг. 2 показывает матрицу пикселей двумерного CMOS-датчика (датчика изображения) в первом варианте осуществления, имеющую размер 20 (столбцов)×20 (строк) пикселей. Множество массивов размером 20 (столбцов)×20 (строк) пикселей, показанных на Фиг. 2, расположены на поверхности, позволяя получить изображение с высоким разрешением. Этот вариант осуществления будет примером датчика изображения с шагом пикселей 4 мкм, числом эффективных пикселей 5575 столбцов по горизонтали на 3725 строк по вертикали = приблизительно 20 миллионов пикселей, и размером экрана изображения 22,3 мм (по горизонтали)×14,9 мм (по вертикали).

В этом варианте осуществления группа 200 пикселей обнаружения фокусировки размером 2 (строки)×2 (столбца), показанная на Фиг. 2, включает в себя пиксель 200R, имеющий спектральную чувствительность R (красный) и расположенный в левом верхнем углу, пиксели 200G, имеющие спектральную чувствительность G (зеленый), расположенные в правом верхнем и левом нижнем углу, и пиксель 200B, имеющий спектральную чувствительность B (синий) и расположенный в правом нижнем углу. Группа 210 пикселей размером 2 (строки)×2 (столбца) (220, 230, 240 или 250), показанная на Фиг. 2, включает в себя два формирующих изображение пикселя 210G (220G, 230G, 240G или 250G), имеющих спектральную чувствительность G и расположенных в верхнем правом и нижнем левом углу. Эта группа пикселей также включает в себя первый пиксель 210SA (220SA, 230SA, 240SA или 250SA) обнаружения фокусировки, имеющий спектральную чувствительность W (белый) и расположенный в левом верхнем углу, и второй пиксель 210SB (220SB, 230SB, 240SB или 250SB) обнаружения фокусировки, имеющий спектральную чувствительность W и расположенный в правом нижнем углу.

[Конфигурация 1]

Далее будет описана группа 230 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 1. Фиг. 3A представляет собой вид в плане первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг.3B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 3A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 4A представляет собой вид в плане второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг.4B представляет собой вид в разрезе вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 4A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 5A представляет собой вид в плане первого формирующего изображение пикселя 230G как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 5B представляет собой вид в разрезе вдоль линии c-c, изображенной на Фиг. 5A, если смотреть со стороны -y.

Как показано на Фиг. 3A-5B, в каждом из первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки, второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки и формирующего изображение пикселя 230G в этом варианте осуществления формируется фотодиод (фотоэлектрический преобразовательный элемент) PD, имеющий контактную структуру, в котором слой 300 p-типа и слой 301 n-типа проложены слоем 302 с собственной электропроводностью n-типа. Часть области фотоэлектрического преобразования фотодиода PD эквивалентна области обедненного слоя, образованной в слое 302 с собственной электропроводностью n-типа и окружающих его областях, простирающихся на расстояние, на которое диффундирует меньшинство носителей, и почти перекрывает общую область слоя 302 с собственной электропроводностью n-типа и слоя 301 n-типа. Слой 302 с собственной электропроводностью n-типа может быть опущен для формирования фотодиода с p-n переходом, по мере необходимости. Микролинзы 305 для фокусировки падающего света формируются на принимающей свет стороне каждого пикселя.

В первом пикселе 230SA обнаружения фокусировки, показанном на Фиг. 3A и Фиг. 3B, первый светозащитный слой 330a, имеющий первое отверстие, образован между микролинзой 305 и фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD, с геометрическим центром первого отверстия, расположенным эксцентрически по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -х.

Во втором пикселе 230SB обнаружения фокусировки, показанном на Фиг. 4A и Фиг. 4B, второй светозащитный слой 330b, имеющий второе отверстие, образован между микролинзой 305 и фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD, с геометрическим центром второго отверстия, расположенным эксцентрически по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.

В конфигурации 1 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 330a отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 330b. В дополнение к этому, среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 330a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 330b выполнено так, что оно практически совпадает с геометрическим центром принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента.

Этот вариант осуществления образует первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие, и второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие, путем использования проводящих слоев для приведения в действие датчика изображения. Таким образом, сформированные слои служат в качестве как проводящих слоев, так и светозащитных слоев.

В этом варианте осуществления первый пиксель обнаружения фокусировки имеет первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между микролинзой первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом первого пикселя обнаружения фокусировки. В дополнение к этому, второй элемент обнаружения фокусировки включает в себя второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие между микролинзой второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрической преобразовательной частью второго пикселя обнаружения фокусировки.

Микролинза 305 фокусирует свет, попадающий на первый пиксель 230SA обнаружения фокусировки (второй пиксель 230SB обнаружения фокусировки), показанный на Фиг. 3A и Фиг. 3B (Фиг. 4A и Фиг. 4B). Часть сфокусированного света проходит через первое отверстие (второе отверстие) первого светозащитного слоя 330a (второго светозащитного слоя 330b) и принимается фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD. Фотоэлектрический преобразовательный элемент PD формирует пары электрон-дырка в соответствии с количеством принятого света и разделяет их через обедненный слой. Фотоэлектрический преобразовательный элемент PD затем накапливает отрицательно заряженные электроны в слое 301 n-типа, одновременно с этим выпуская дырки из датчика изображения через слой 300 p-типа, подключенный к источнику постоянного напряжения (не показан).

В отличие от пикселей обнаружения фокусировки, в формирующем изображение пикселе 230G, показанном на Фиг. 5A и Фиг. 5B, проводящий слой 330c образован только на периферийной части пикселя, а светозащитный слой не образован в средней части пикселя. Цветовой фильтр G (зеленый) (не показан) образован между микролинзой 305 и фотоэлектрическим преобразовательным элементом PD.

Фиг. 6A-6C представляют собой схематические виды, показывающие отношение соответствия между разделением зрачка и отверстием светозащитного слоя, сформированного на пикселе в конфигурации 1. Фиг.6A представляет собой вид в разрезе первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии a-a на Фиг. 3A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Фиг. 6B представляет собой вид в разрезе второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b на Фиг. 4A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Фиг. 6C представляет собой вид в разрезе формирующего изображение пикселя 230G, выполненном вдоль линии c-c на Фиг. 5A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Для соответствия осям координат плоскости выходного зрачка на каждой из Фиг. 6A-6C оси x и y поперечного сечения инвертированы по сравнению с каждой из Фиг. 3A-5B.

Обращаясь к Фиг. 6A-6C, ссылочная позиция 400 обозначает выходной зрачок оптической системы формирования изображения; ссылочная позиция 500 обозначает распределение интенсивности зрачка (области зрачка формирования изображения) формирующего изображение пикселя 230G; ссылочная позиция 530a обозначает распределение интенсивности зрачка (первой области зрачка) первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки; а ссылочная позиция 530b обозначает распределение интенсивности зрачка (второй области зрачка) второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки. Следует обратить внимание, что ссылочная позиция PD обозначает фотоэлектрический преобразовательный элемент. Световой луч от объекта проходит через выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения и попадает на каждый пиксель.

Как показано на Фиг. 6C, область 500 зрачка изображения формирующего изображение пикселя почти сопряжена с принимающей свет поверхностью фотоэлектрического преобразовательного элемента PD через микролинзу, и представляет область зрачка, которая может принимать свет через формирующие изображение пиксели. Расстояние до осевой точки зрачка составляет несколько десятков миллиметров, в то время как диаметр микролинзы составляет несколько микрометров. Значение апертуры микролинзы поэтому составляет несколько десятков тысяч, и, следовательно, происходит дифракционное размывание на уровне нескольких десятков миллиметров. По этой причине изображение на принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента PD не является чистой областью, а представляет собой распределение степени приема света.

Область 500 зрачка формирования изображения формирующего изображение пикселя максимизируется, чтобы принять большее количество светового луча, проходящего через выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения. В дополнение к этому, геометрический центр области 500 зрачка изображения почти совпадает с оптической осью оптической системы формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

Как показано на Фиг. 6A, в первой области 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки геометрический центр первого светозащитного слоя 330a почти сопряжен с первым отверстием, эксцентричным в направлении -x через микролинзу. Фиг. 6A также показывает область зрачка, которая может принимать свет через первый пиксель 230SA обнаружения фокусировки. Первая область 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки меньше, чем область 500 зрачка изображения формирующего изображение пикселя и имеет геометрический центр, эксцентричный в сторону +x на плоскости зрачка.

Как показано на Фиг. 6B, во второй области 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки геометрический центр второго светозащитного слоя 330b почти сопряжен со вторым отверстием, эксцентричным в направлении +x через микролинзу. Фиг. 6B также показывает область зрачка, которая может принимать свет через второй пиксель 230SB обнаружения фокусировки. Вторая область зрачка 530b второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки меньше, чем область 500 зрачка формирования изображения формирующего изображение пикселя и имеет геометрический центр, эксцентричный в сторону -X на плоскости зрачка.

Геометрический центр первой области 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки и геометрический центр второй области 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки отличаются друг от друга и являются эксцентричными в противоположных направлениях. Это дает возможность выполнить разделение зрачка для выходного зрачка 400 оптической системы формирования изображения в направлении X. Аналогичным образом, делая геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя эксцентричным в направлении -y, а геометрический центр второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентричным в направлении +y, можно выполнить разделение зрачка для выходного зрачка 400 оптической системы формирования изображения в направлении Y.

В конфигурации 1 геометрический центр первой области 530a зрачка отличается от геометрического центра второй области 530b зрачка. В дополнение к этому, средний геометрический центр первой области 530a зрачка и геометрический центр второй области 530b зрачка почти совпадает с геометрическим центром области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

Датчик изображения по этому варианту осуществления включает в себя множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и выполнен таким образом, что геометрический центр первой области зрачка отличается от геометрического центра второй области зрачка.

[Конфигурация 2]

Далее будет описана группа 220 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 2. Фиг.7A представляет собой вид в плане первого пикселя 220SA обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 7B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 7A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 8A представляет собой вид в плане второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 8B представляет собой вид в разрезе вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 8A, если смотреть со стороны -y. Формирующий изображение пиксель 220G является таким же, как первый формирующий изображение пиксель 230G в конфигурации 1.

В конфигурации 2 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 320a первого пикселя 220SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 320b второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки. В дополнение к этому, среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 320a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 320b эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x.

В отличие от этого, первый пиксель 240SA обнаружения фокусировки и второй пиксель 240SB обнаружения фокусировки группы 240 пикселей обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.

Фиг. 9A-9C представляют собой схематические виды для объяснения отношения соответствия между разделением зрачка и отверстием светозащитного слоя, сформированного на пикселе в конфигурации 2. Фиг. 9A представляет собой вид в разрезе первого пикселя обнаружения фокусировки 220SA, выполненном вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 7A, если смотреть со стороны +y. Фиг. 9B представляет собой вид в разрезе второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 8A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Для соответствия осям координат плоскости выходного зрачка на каждой из Фиг. 9A-9C оси x и y поперечного сечения инвертированы по сравнению с каждой из Фиг. 7A-8B.

В конфигурации 2 геометрический центр первой области 520a зрачка первого пикселя 220SA обнаружения фокусировки отличается от второй области 520b зрачка второго пикселя 220SB обнаружения фокусировки. Среднее положение между геометрическим центром первой области 520a зрачка и геометрическим центром второй области 520b зрачка эксцентрично в сторону +x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

В отличие от этого, первый пиксель 240SA обнаружения фокусировки и второй пиксель 240SB обнаружения фокусировки группы 240 пикселей обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение между геометрическим центром первой области зрачка и геометрическим центром второй области зрачка эксцентрично в сторону -x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

[Конфигурация 3]

Далее будет описана группа 210 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 3. Фиг.10A представляет собой вид в плане, показывающий первый элемент 210SA обнаружения фокусировки как один пиксель датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 10B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 10A, если смотреть со стороны -y. Фиг.11A представляет собой вид в плане второго элемента 210SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 11B представляет собой вид в разрезе второго элемента 210SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 11A, если смотреть со стороны -y. Формирующий изображение пиксель 210G является таким же, как первый формирующий изображение пиксель 230G в конфигурации 1.

В конфигурации 3 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 310a первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b второго элемента 210SB обнаружения фокусировки. Среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 310a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b эксцентрично по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x. Микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки и второго элемента 210SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.

В отличие от этого, первый элемент 250SA обнаружения фокусировки и второй элемент 250SB обнаружения фокусировки группы 250 элементов обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x. Микролинзы первого элемента 250SA обнаружения фокусировки и второго элемента 250SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x.

Микролинзы первого элемента обнаружения фокусировки и второго элемента обнаружения фокусировки являются эксцентричными в направлении, противоположном направлению, в котором эксцентрично среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия.

Поскольку первый светозащитный слой 310a первого элемента 210SA обнаружения фокусировки в этом варианте осуществления выполнен из проводящего слоя, предназначенного для приведения в действие датчика изображения, первое отверстие первого светозащитного слоя 310a не может быть сделано дополнительно эксцентричным в направлении -x. Вместо этого микролинза первого элемента 210SA обнаружения фокусировки выполнена эксцентричной в направлении +x, т.е. в противоположном направлении. Возможно дополнительно увеличить величину эксцентриситета первого отверстия первого светозащитного слоя 310a по отношению к микролинзе первого элемента 210SA обнаружения фокусировки по сравнению с таковой в конфигурации 2. Микролинза формирующего изображение пикселя 210G является такой же, как и в конфигурации 1.

Первый элемент обнаружения фокусировки 210SA и формирующий изображение пиксель 210G, составляющие группу 210 пикселей, примыкают друг к другу, как показано на Фиг. 2. Эксцентриситет микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки, показанного на Фиг. 10A и Фиг. 10B, отличается от эксцентриситета микролинзы формирующего изображение пикселя 210G, показанного на Фиг. 5. Аналогично, второй элемент 210SB обнаружения фокусировки и формирующий изображение пиксель 210G, составляющие группу 210 пикселей, примыкают друг к другу, как показано на Фиг. 2. Эксцентриситет микролинзы второго элемента 210SB обнаружения фокусировки, показанного на Фиг. 11A и Фиг. 11B, отличается от эксцентриситета микролинзы формирующего изображение пикселя 210G, показанного на Фиг. 5A и Фиг. 5B.

В этом варианте осуществления, следовательно, эксцентриситет микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от эксцентриситета микролинзы смежного формирующего изображение пикселя 210G в этом варианте осуществления. Кроме того, эксцентриситет микролинзы второго элемента 210SB обнаружения фокусировки отличается от эксцентриситета микролинзы смежного формирующего изображение пикселя 210G.

Фиг. 12A-12C представляют собой схематические виды, показывающие отношение соответствия между разделением зрачка и отверстием светозащитного слоя, сформированного на пикселе в конфигурации 3. Фиг. 12A представляет собой вид в разрезе первого элемента 210SA обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии a-a, изображенной на Фиг.10A, если смотреть со стороны +y, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Фиг.12B представляет собой вид в разрезе второго элемента 210SB обнаружения фокусировки, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 11A, если смотреть со стороны +у, и показывает плоскость выходного зрачка оптической системы формирования изображения. Для соответствия осям координат плоскости выходного зрачка на каждой из Фиг. 12A-12C оси x и y поперечного сечения инвертированы по сравнению с каждой из Фиг. 10A-11B.

В конфигурации 3 геометрический центр первой области 510a зрачка первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второй области 510b зрачка второго элемента 210SB обнаружения фокусировки. Среднее положение между геометрическим центром первой области 510a зрачка и геометрическим центром второй области 510b зрачка эксцентрично в сторону +x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

В отличие от этого, первый элемент 250SA обнаружения фокусировки и второй элемент 250SB обнаружения фокусировки группы 250 элементов обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение между геометрическим центром первой области зрачка и геометрическим центром второй области зрачка эксцентрично в сторону -x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

[Обнаружение фокусировки]

Первые элементы 210SA (220SA, 230SA, 240SA или 250SA) обнаружения фокусировки, показанные на Фиг. 2, регулярно выстроены в направлении x, и изображение объекта, полученное из множества первых пикселей обнаружения фокусировки, будет упоминаться как изображение A. Аналогично, вторые элементы 210SB (220SB, 230SB, 240SB или 250SB) обнаружения фокусировки, показанные на Фиг. 2, регулярно выстроены в направлении x, и изображение объекта, полученное из множества вторых пикселей обнаружения фокусировки, будет упоминаться как изображение B. Обнаружение фокусировки можно выполнить путем вычисления величины расфокусировки (величины размытия) из величины смещения изображения (относительного положения) между изображениями A и B.

[Обработка смещения зрачка]

Далее будет описана обработка смещения зрачка на периферии высоты изображения датчика изображения в этом варианте осуществления. Фиг. 13A-13C, Фиг. 14A и Фиг. 14B показывают взаимосвязь между первой областью зрачка первого пикселя обнаружения фокусировки, второй областью зрачка второго пикселя обнаружения фокусировки и выходным зрачком оптической системы формирования изображения на периферии высоты изображения датчика изображения.

Фиг. 13A показывает случай, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения почти совпадает с установленным расстоянием до осевой точки зрачка Ds датчика изображения. В этом случае выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения почти поровну поделен между первой областью 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки и второй областью 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки.

В отличие от этого, выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения неравномерно разделен на периферии высоты датчика изображения в случае, показанном на Фиг. 13B, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения короче, чем установленное расстояние до осевой точки зрачка Ds датчика изображения, или в случае, показанном на Фиг. 13C, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения больше, чем установленное расстояние до осевой точки зрачка Ds датчика изображения.

Так как разделение зрачка становится неоднородным, интенсивности изображений A и B (см. Фиг.13) становятся неоднородными. Как следствие, интенсивность одного из изображений A и B становится больше, а интенсивность другого изображения становится меньше. Поскольку интенсивность изображения A и B становится очень неоднородной за счет периферии высоты изображения и т.п., один из полученных сигналов изображений A и B может не обладать достаточной интенсивностью, что приводит к ухудшению эффективности обнаружения фокусировки.

В этом варианте осуществления первый элемент 210SA обнаружения фокусировки и второй элемент 210SB обнаружения фокусировки в конфигурации 3 заранее расположены так, что среднее положение между геометрическим центром первой области 510a зрачка и геометрическим центром второй области 510b зрачка является значительно эксцентричным в сторону +x по отношению к геометрическому центру области 500 зрачка формирования изображения на заданном расстоянии до осевой точки зрачка.

Фиг. 14A и Фиг. 14B показывают случай, в котором расстояние до осевой точки выходного зрачка Dl оптической системы формирования изображения отличается от установленного расстояния до осевой точки зрачка Ds датчика изображения, и выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения становится значительно эксцентричным в сторону +x плоскости зрачка в положении, соответствующем установленному расстоянию до осевой точки зрачка Ds датчика изображения на периферии высоты изображения. Фиг. 14A показывает случай, в котором выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения, который является значительно эксцентричным в сторону +x, является разделенным между первой областью 530a зрачка первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки и второй областью 530b зрачка второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки в конфигурации 1. В этом случае смещение зрачка является большим и происходит неоднородное разделение зрачка. В отличие от этого, Фиг. 14B иллюстрирует случай, в котором выходной зрачок 400 оптической системы формирования изображения, который является эксцентричным в сторону +x, является разделенным между первой областью 510a зрачка первого элемента 210SA обнаружения фокусировки и второй областью 510b зрачка второго элемента 210SB обнаружения фокусировки в конфигурации 3. В этом случае даже на периферии высоты изображения смещение зрачка может быть уменьшено, и может быть выполнено равномерное разделение зрачка. Это может улучшить эффективность обнаружения фокусировки.

Вышеописанная конфигурация может увеличить диапазон высоты изображения, в котором обнаружение фокусировки может быть выполнено фазоразностным способом с разделением зрачка в соответствии со смещением зрачка на периферии высоты датчика изображения.

(Второй вариант осуществления)

Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения.

[Конфигурация 1]

Далее будет описана группа 230 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 1. Фиг. 15A представляет собой вид в плане первого пикселя 230SA обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 15B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 15A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 16A представляет собой вид в плане второго пикселя 230SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 16B представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 16A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 17A представляет собой вид в плане первого формирующего изображение пикселя 230G как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 17B представляет собой вид в разрезе, выполненном вдоль линии c-c, изображенной на Фиг. 17A, если смотреть со стороны -y.

Как показано на Фиг. 15B, первый пиксель 230SA обнаружения фокусировки имеет внутрислойную линзу 306 между микролинзой 305 и первым светозащитным слоем 330a, имеющим первое отверстие. Как показано на Фиг. 16B, второй пиксель 230SB обнаружения фокусировки имеет внутрислойную линзу 306 между микролинзой 305 и вторым светозащитным слоем 330b, имеющим второе отверстие. Как показано на Фиг. 17B, на формирующем изображение пикселе 230G не формируется никаких внутрислойных линз 306. Другие компоненты являются такими же, что и в конфигурации 1 в первом варианте осуществления.

[Конфигурация 2]

Как и в конфигурации 1, в конфигурации 2 внутрислойные линзы 306 формируются на каждом из первого пикселя обнаружения фокусировки 220SA и второго пикселя обнаружения фокусировки 220SB группы пикселей обнаружения фокусировки 220. То же самое относится и к первому пикселю обнаружения фокусировки 240SA, и второму пикселю обнаружения фокусировки 240SB группы пикселей обнаружения фокусировки 240. Другие компоненты являются такими же, что и в конфигурации 2 в первом варианте осуществления.

[Конфигурация 3]

Далее будет описана группа 210 пикселей обнаружения фокусировки в конфигурации 3. Фиг. 18A представляет собой вид в плане, показывающий первый элемент 210SA обнаружения фокусировки как один пиксель датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 18B представляет собой вид в разрезе вдоль линии a-a, изображенной на Фиг. 18A, если смотреть со стороны -y. Фиг. 19A представляет собой вид в плане второго элемента 210SB обнаружения фокусировки как одного пикселя датчика изображения, показанного на Фиг. 2, если смотреть со стороны поверхности, принимающей свет, (+z стороны) датчика изображения. Фиг. 19B представляет собой вид в разрезе, вдоль линии b-b, изображенной на Фиг. 19A, если смотреть со стороны -y.

Как показано на Фиг. 18B, в первом элементе 210SA обнаружения фокусировки между микролинзой 305 и первым светозащитным слоем 310a, имеющим первое отверстие, образована внутрислойная линза 306 таким образом, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Сложная микролинза, составленная из микролинзы и внутрислойной линзы, выполнена так, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Сходным образом, во втором элементе 210SB обнаружения фокусировки между микролинзой 305 и вторым светозащитным слоем 310b, имеющим второе отверстие, образована внутрислойная линза 306 таким образом, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Сложная микролинза, составленная из микролинзы и внутрислойной линзы, выполнена так, чтобы она была эксцентричной в направлении +x. Другие компоненты являются такими же, что и в конфигурации 3 в первом варианте осуществления.

В конфигурации 3 геометрический центр первого отверстия первого светозащитного слоя 310a первого элемента 210SA обнаружения фокусировки отличается от геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b второго элемента 210SB обнаружения фокусировки. Среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя 310a и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя 310b эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x. Сложные микролинзы первого элемента 210SA обнаружения фокусировки и второго элемента 210SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x.

В отличие от этого, первый элемент 250SA обнаружения фокусировки и второй элемент 250SB обнаружения фокусировки группы 250 элементов обнаружения фокусировки, показанной на Фиг. 2, выполнены таким образом, что среднее положение геометрического центра первого отверстия первого светозащитного слоя и геометрического центра второго отверстия второго светозащитного слоя эксцентрично по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении +x. Сложные микролинзы первого элемента 250SA обнаружения фокусировки и второго элемента 250SB обнаружения фокусировки являются эксцентричными по отношению к геометрическому центру принимающей свет поверхности фотоэлектрического преобразовательного элемента в направлении -x.

В этом варианте осуществления соответствующие сложные микролинзы первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки являются эксцентричными в направлении, противоположном направлению, в котором эксцентрично среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия. Каждая из сложных микролинз первого пикселя обнаружения фокусировки и второго пикселя обнаружения фокусировки состоит из множества микролинз.

Другие компоненты являются такими же, что и в первом варианте осуществления. С помощью вышеописанных конфигураций можно расширить диапазон высоты изображения, в котором обнаружение фокусировки может быть выполнено фазоразностным способом с разделением зрачка в соответствии со смещением зрачка на периферии высоты датчика изображения.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации, таким образом, чтобы охватывать все такие изменения и эквивалентные структуры и функции.

Изобретение относится к устройствам захвата изображений. Техническим результатом является расширение диапазона высоты изображения, в котором может быть выполнено обнаружение фокуса на плоскости изображения с использованием фазоразностного способа с разделением зрачка. Результат достигается тем, что датчик изображения включает в себя множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения. Геометрический центр первой области зрачка отличается от геометрического центра второй области зрачка. Эксцентриситет микролинзы первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя отличается от эксцентриситета первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру пикселя микролинзы формирующего изображение пикселя, смежного с первым пикселем обнаружения фокусировки. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 40 ил.

1. Датчик изображения, содержащий:
множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения;
множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения; и
множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения,
причем геометрический центр первой области зрачка отличается от геометрического центра второй области зрачка, а эксцентриситет линзы упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру упомянутого пикселя отличается от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя, смежного с упомянутым первым пикселем обнаружения фокусировки по отношению к центру упомянутого пикселя,
упомянутый первый пиксель обнаружения фокусировки содержит первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие между линзой упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки,
упомянутый второй пиксель обнаружения фокусировки содержит второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие между линзой упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки, и
направление эксцентриситета каждой из линз упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки и упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру каждого из упомянутых пикселей противоположно направлению эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра упомянутого пикселя.

2. Датчик по п.1, в котором эксцентриситет линзы упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки относительно центра упомянутого пикселя отличен от эксцентриситета линзы формирующего изображение пикселя, смежного с упомянутым вторым пикселем обнаружения фокусировки относительно центра упомянутого пикселя.

3. Датчик по п.1, в котором каждая из линз упомянутого пикселя обнаружения фокусировки и упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки содержит множество линз.

4. Датчик изображения, содержащий множество формирующих изображение пикселей, которые принимают световые лучи, проходящие через область зрачка формирования изображения оптической системы формирования изображения, множество первых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через первую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения, и множество вторых пикселей обнаружения фокусировки, которые принимают световые лучи, проходящие через вторую область зрачка, которая меньше, чем область зрачка формирования изображения,
причем упомянутое множество формирующих изображение пикселей выстроено в первом направлении, перпендикулярном оптической оси оптической системы формирования изображения,
упомянутое множество первых пикселей обнаружения фокусировки выстроено в первом направлении таким образом, чтобы они были смещены от упомянутого множества формирующих изображение пикселей во втором направлении, перпендикулярном первому направлению и направлению оптической оси,
упомянутое множество вторых пикселей обнаружения фокусировки выстроено в первом направлении таким образом, чтобы они были смещены от упомянутого множества формирующих изображение пикселей во втором направлении,
упомянутый первый пиксель обнаружения фокусировки содержит первый светозащитный слой, имеющий первое отверстие, между линзой упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки,
упомянутый второй пиксель обнаружения фокусировки содержит второй светозащитный слой, имеющий второе отверстие, расположенное в положении, отличном от положения первого отверстия в первом направлении между линзой упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки и фотоэлектрическим преобразовательным элементом упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки,
среднее положение геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия эксцентрично по отношению к геометрическому центру фотоэлектрического преобразовательного элемента упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки в первом направлении,
эксцентриситет линзы упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру упомянутого пикселя отличается от эксцентриситета линзы упомянутого формирующего изображение пикселя по отношению к центру упомянутого пикселя в первом направлении на той же самой высоте изображения в первом направлении,
эксцентриситет линзы упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру упомянутого пикселя отличается от эксцентриситета линзы упомянутого формирующего изображение пикселя по отношению к центру упомянутого пикселя в первом направлении на той же самой высоте изображения в первом направлении, и
направление эксцентриситета каждой из линз упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки и упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки по отношению к центру упомянутого пикселя в первом направлении противоположно направлению эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра упомянутого пикселя.

5. Датчик по п.4, в котором направление эксцентриситета каждой из линз упомянутого первого пикселя обнаружения фокусировки и упомянутого второго пикселя обнаружения фокусировки относительно центра упомянутого пикселя является направлением приближения к оптической оси упомянутой оптической системы формирования изображения, а направление эксцентриситета среднего положения геометрического центра первого отверстия и геометрического центра второго отверстия относительно центра упомянутого пикселя является направлением удаления от оптической оси упомянутой оптической системы формирования изображения.

6. Устройство съемки изображений, содержащее датчик изображения по п.1.

7. Устройство съемки изображений, содержащее датчик изображения по п.4.