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JP7501582B2 - Imaging device - Google Patents

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JP7501582B2 JP2022163693A JP2022163693A JP7501582B2 JP 7501582 B2 JP7501582 B2 JP 7501582B2 JP 2022163693 A JP2022163693 A JP 2022163693A JP 2022163693 A JP2022163693 A JP 2022163693A JP 7501582 B2 JP7501582 B2 JP 7501582B2
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Description

本発明は、撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device.

対象物へ照射した光の反射光を受光することにより、対象物までの距離を測定する、光飛行時間計測法(TOF;Time of Flight)が知られている(例えば特許文献1)。この技術では、距離分解能を高くすると測距可能な範囲が短くなるという問題があった。 The time-of-flight (TOF) method is known, which measures the distance to an object by irradiating the object with light and receiving the reflected light (see, for example, Patent Document 1). With this technology, there is a problem in that the range that can be measured becomes shorter when the distance resolution is increased.

特開2008-89346号公報JP 2008-89346 A

請求項1に記載の撮像装置は、撮像装置であって、対象物に光を放出する光源部と、光を電荷に変換する第1光電変換部を含む第1画素と、行方向において前記第1画素と並んで配置される画素であって光を電荷に変換する第2光電変換部を含む第2画素と、前記第1光電変換部で変換された電荷の転送を制御する第1転送制御回路と、前記第2光電変換部で変換された電荷の転送を制御する第2転送制御回路とを有する撮像素子と、前記第1画素から読み出された信号と、前記第2画素から読み出された信号とに基づいて前記撮像装置から前記対象物までの距離を算出する測距部とを備え、前記光源部は、第1周期の正弦波に変調された第1変調光と、前記第1周期とは異なる第2周期の正弦波に変調された第2変調光とを放出し、前記第1画素は、前記第1光電変換部で変換された電荷を第1蓄積部に転送する第1転送部と、前記第1光電変換部で変換された電荷を第2蓄積部に転送する第2転送部と、前記第1光電変換部で変換された電荷を第3蓄積部に転送する第3転送部と、前記第1光電変換部で変換された電荷を第4蓄積部に転送する第4転送部と、を有し前記第2画素は、前記第2光電変換部で変換された電荷を第5蓄積部に転送する第5転送部と、前記第2光電変換部で変換された電荷を第6蓄積部に転送する第6転送部と、前記第2光電変換部で変換された電荷を第7蓄積部に転送する第7転送部と、前記第2光電変換部で変換された電荷を第8蓄積部に転送する第8転送部とを有し、前記第1転送制御回路は、前記第1光電変換部で変換された電荷が前記第1周期で前記第1蓄積部、前記第2蓄積部、前記第3蓄積部および前記第4蓄積部に順次転送されるように前記第1転送部、前記第2転送部、前記第3転送部および前記第4転送部を制御し、前記第2転送制御回路は、前記第2光電変換部で変換された電荷が前記第2周期で前記第5蓄積部、前記第6蓄積部、前記第7蓄積部および前記第8蓄積部に順次転送されるように前記第5転送部、前記第6転送部、前記第7転送部および前記第8転送部を制御する The imaging device according to claim 1 is an imaging device, the imaging element having a light source unit that emits light to an object, a first pixel including a first photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge, a second pixel arranged alongside the first pixel in the row direction and including a second photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge, a first transfer control circuit that controls transfer of the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit, and a second transfer control circuit that controls transfer of the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit , and a distance measuring unit that calculates a distance from the imaging device to the object based on a signal read out from a light source unit, the light source unit emitting a first modulated light modulated to a sine wave of a first period and a second modulated light modulated to a sine wave of a second period different from the first period, the first pixel including a first transfer unit that transfers the charge converted by the first photoelectric conversion unit to a first storage unit, a second transfer unit that transfers the charge converted by the first photoelectric conversion unit to a second storage unit, and a third storage unit that transfers the charge converted by the first photoelectric conversion unit to a third storage unit. the second pixel has a fifth transfer section which transfers the charge converted by the second photoelectric conversion section to a fifth accumulation section, a sixth transfer section which transfers the charge converted by the second photoelectric conversion section to a sixth accumulation section, a seventh transfer section which transfers the charge converted by the second photoelectric conversion section to a seventh accumulation section, and an eighth transfer section which transfers the charge converted by the second photoelectric conversion section to an eighth accumulation section, and the first transfer control circuit is the first transfer unit, the second transfer unit, the third transfer unit, and the fourth transfer unit so that the charges converted by the second photoelectric conversion unit are sequentially transferred to the first storage unit, the second storage unit, the third storage unit, and the fourth storage unit in the first period, and the second transfer control circuit controls the fifth transfer unit, the sixth transfer unit, the seventh transfer unit, and the eighth transfer unit so that the charges converted by the second photoelectric conversion unit are sequentially transferred to the fifth storage unit, the sixth storage unit, the seventh storage unit, and the eighth storage unit in the second period .

第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an imaging device according to a first embodiment. 撮像素子の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an imaging element. 撮像素子の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an imaging element. 変調光を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating modulated light. 変調光と反射光との関係を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between modulated light and reflected light. 変調光と反射光との関係を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between modulated light and reflected light. 撮影動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a shooting operation. 第1検出部、第2検出部、測距部、および画像作成部の動作を説明する説明図である。4 is an explanatory diagram illustrating operations of a first detection unit, a second detection unit, a distance measurement unit, and an image creation unit. FIG. 制御信号を正弦波で近似できることを示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing that a control signal can be approximated by a sine wave. 演算された位相θと真の位相Θの説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a calculated phase θa and a true phase Θ. 第2の実施の形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an imaging device according to a second embodiment. 画素の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a pixel. 撮像素子の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an imaging element. 撮影動作を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a shooting operation. 変調光を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating modulated light. 画素のレイアウトの変形例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a modified example of a pixel layout. 変形例4に係る撮像素子の構成を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of an image sensor according to Modification 4. 変形例4の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a modified example 4.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。撮像装置1は、被写体2を撮影して、被写体2の画像データと共に、被写体2のデプスマップデータを作成する機能を有する装置である。本実施形態において、デプスマップデータとは、被写体2の部分ごとに、当該部分と撮像装置1との距離(すなわち当該部分の奥行き)を表す距離値を二次元状に配列したマップのデータである。撮像装置1を用いると、1回の撮影で、被写体2の画像データだけでなく、デプスマップデータまで同時に得ることができる。換言すると、画像データとデプスマップデータは、同一の光電変換信号から作成される。
(First embodiment)
1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an imaging device according to a first embodiment. The imaging device 1 is a device having a function of photographing an object 2 and creating image data of the object 2 as well as depth map data of the object 2. In this embodiment, the depth map data is map data in which distance values representing the distance between the object 2 and the imaging device 1 (i.e., the depth of the object) are arranged two-dimensionally for each part of the object 2. By using the imaging device 1, not only the image data of the object 2 but also the depth map data can be obtained at the same time by one photographing. In other words, the image data and the depth map data are created from the same photoelectric conversion signal.

撮像装置1は、光源部10、光学系11、撮像素子12、制御部13、ROM14、表示部15、および記憶媒体16を備える。光源部10は、被写体2に対して後述する変調光3を放出する。変調光3は、送信第1変調光3aと送信第2変調光3bとを有する。変調光3は、被写体2の表面で反射し、反射光4として撮像装置1に返り、光学系11を介して撮像素子12の撮像面に入射する。反射光4は、送信第1変調光3aの反射光である受信第1変調光4aと、送信第2変調光3bの反射光である受信第2変調光4bとを含む。光学系11は、例えば複数のレンズから構成される結像光学系である。なお図1では、光学系11を簡略化して1枚のレンズとして図示している。 The imaging device 1 includes a light source unit 10, an optical system 11, an imaging element 12, a control unit 13, a ROM 14, a display unit 15, and a storage medium 16. The light source unit 10 emits modulated light 3, which will be described later, toward the subject 2. The modulated light 3 includes a first transmitted modulated light 3a and a second transmitted modulated light 3b. The modulated light 3 is reflected by the surface of the subject 2, returns to the imaging device 1 as reflected light 4, and enters the imaging surface of the imaging element 12 via the optical system 11. The reflected light 4 includes a first received modulated light 4a, which is the reflected light of the first transmitted modulated light 3a, and a second received modulated light 4b, which is the reflected light of the second transmitted modulated light 3b. The optical system 11 is an imaging optical system that is composed of, for example, multiple lenses. Note that in FIG. 1, the optical system 11 is simplified and illustrated as a single lens.

制御部13は、不図示のマイクロコンピュータおよび周辺回路から構成される。制御部13は、不揮発性の記憶媒体であるROM14に予め記憶されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、撮像装置1の各部を制御する。表示部15は、例えば液晶モニタ等の表示装置である。記憶媒体16は、例えばメモリカード等の書き換え可能な記憶媒体である。 The control unit 13 is composed of a microcomputer and peripheral circuits (not shown). The control unit 13 controls each part of the imaging device 1 by reading and executing a control program prestored in a ROM 14, which is a non-volatile storage medium. The display unit 15 is, for example, a display device such as a liquid crystal monitor. The storage medium 16 is, for example, a rewritable storage medium such as a memory card.

詳細は後述するが、撮像素子12からは光電変換信号が出力される。制御部13は、この光電変換信号に基づき画像データとデプスマップデータとを作成する。制御部13は、作成した画像データやデプスマップデータを記憶媒体16に記憶したり、これらのデータに基づく画像を表示部15に表示したりする。 As will be described in more detail below, a photoelectric conversion signal is output from the imaging element 12. The control unit 13 creates image data and depth map data based on this photoelectric conversion signal. The control unit 13 stores the created image data and depth map data in the storage medium 16, and displays images based on these data on the display unit 15.

制御部13はソフトウェア形態により、第1検出部13a、第2検出部13b、測距部13c、画像作成部13d、および発光制御部13eを備える。これらの各部は、制御部13がROM14に記憶されている所定の制御プログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現される。これらの各部の動作については後に詳述する。 The control unit 13 is in the form of software and includes a first detection unit 13a, a second detection unit 13b, a distance measurement unit 13c, an image creation unit 13d, and a light emission control unit 13e. Each of these units is realized in software form by the control unit 13 executing a predetermined control program stored in the ROM 14. The operation of each of these units will be described in detail later.

図2(a)は、撮像素子12の構成を模式的に示す平面図であり、図2(b)は、撮像面20の一部の領域20aを拡大した模式図である。図2(b)に示すように、撮像面20には、複数の画素30が二次元状に配列されている。 Fig. 2(a) is a plan view showing the configuration of the image sensor 12, and Fig. 2(b) is a schematic enlarged view of a partial region 20a of the image pickup surface 20. As shown in Fig. 2(b), a plurality of pixels 30 are arranged two-dimensionally on the image pickup surface 20.

画素30には、第1画素30aと、第2画素30bと、の2種類が存在する。本実施形態では、図2(b)に示すように、第1画素30aと第2画素30bは互い違いに配列されている。つまり、第1画素30aの上下左右には第2画素30bが存在し、第2画素30bの上下左右には第1画素30aが存在するように配列されている。従って、撮像面20には、略同数の第1画素30aと第2画素30bとが一様に(均一に)配列されている。 There are two types of pixels 30: first pixels 30a and second pixels 30b. In this embodiment, as shown in FIG. 2(b), the first pixels 30a and the second pixels 30b are arranged in a staggered manner. In other words, the second pixels 30b are arranged above, below, left and right of the first pixels 30a, and the first pixels 30a are arranged above, below, left and right of the second pixels 30b. Therefore, a substantially equal number of first pixels 30a and second pixels 30b are arranged uniformly (evenly) on the imaging surface 20.

図2(a)に示すように、撮像素子12は、水平走査回路21、垂直走査回路22、第1転送制御回路23a、および第2転送制御回路23bを備える。垂直走査回路22は、撮像素子12が有する複数の画素30を、1行ごとに制御する。水平走査回路21は、1行分の画素30から出力信号を順次読み出す。第1転送制御回路23aは、複数の第1画素30aについて同一タイミングで、光電変換信号をフローティングディフュージョンに転送する。第2転送制御回路23bは、複数の第2画素30bについて同一タイミングで、光電変換信号をフローティングディフュージョンに転送する。 As shown in FIG. 2(a), the image sensor 12 includes a horizontal scanning circuit 21, a vertical scanning circuit 22, a first transfer control circuit 23a, and a second transfer control circuit 23b. The vertical scanning circuit 22 controls the pixels 30 of the image sensor 12 on a row-by-row basis. The horizontal scanning circuit 21 sequentially reads out output signals from the pixels 30 in one row. The first transfer control circuit 23a transfers photoelectric conversion signals to the floating diffusion at the same timing for the multiple first pixels 30a. The second transfer control circuit 23b transfers photoelectric conversion signals to the floating diffusion at the same timing for the multiple second pixels 30b.

詳細は後述するが、第1転送制御回路23aから第1画素30aに向かって出力される制御用のパルス信号と第2転送制御回路23bから第2画素30bに向かって出力される制御用のパルス信号は、異なるパルス信号である。 As will be described in detail later, the control pulse signal output from the first transfer control circuit 23a to the first pixel 30a and the control pulse signal output from the second transfer control circuit 23b to the second pixel 30b are different pulse signals.

図3は、撮像素子12の構成を示す回路図である。なお図3では、1つの画素30の回路図のみを図示している。第1画素30aおよび第2画素30bは、共に図3に示す構成を有している。以下、画素30について説明を行うが、この説明は第1画素30aおよび第2画素30bの両方についての説明である。 Figure 3 is a circuit diagram showing the configuration of the image sensor 12. Note that Figure 3 shows the circuit diagram of only one pixel 30. The first pixel 30a and the second pixel 30b both have the configuration shown in Figure 3. Below, we will explain pixel 30, but this explanation will cover both the first pixel 30a and the second pixel 30b.

画素30は、不図示のマイクロレンズと、マイクロレンズにより被覆された光電変換部32と、第1読出部331と、第2読出部332と、第3読出部333と、第4読出部334とを備える。マイクロレンズは、入射光(光学系11からの光束)を光電変換部32に集光する。光電変換部32は、入射光を光電変換して光量に応じた電荷を生成する。すなわち光電変換部32は、入射光を光電変換して光電変換信号を出力する。第1読出部331、第2読出部332、第3読出部333、および第4読出部334は、光電変換部32から光電変換信号を読み出す。 The pixel 30 includes a microlens (not shown), a photoelectric conversion unit 32 covered by the microlens, a first readout unit 331, a second readout unit 332, a third readout unit 333, and a fourth readout unit 334. The microlens focuses incident light (light beam from the optical system 11) on the photoelectric conversion unit 32. The photoelectric conversion unit 32 photoelectrically converts the incident light to generate a charge according to the amount of light. That is, the photoelectric conversion unit 32 photoelectrically converts the incident light to output a photoelectric conversion signal. The first readout unit 331, the second readout unit 332, the third readout unit 333, and the fourth readout unit 334 read out the photoelectric conversion signal from the photoelectric conversion unit 32.

第1読出部331は、転送トランジスタTX1と、リセットトランジスタRST1と、フローティングディフュージョンFD1と、増幅トランジスタAMP1と、行選択トランジスタSEL1とを有する。転送トランジスタTX1は、信号φTX1に基づき、光電変換部32により出力された光電変換信号(光電変換部32により生成された電荷)をフローティングディフュージョンFD1に転送する。リセットトランジスタRST1は、信号φRSTに基づき、フローティングディフュージョンFD1をリセットする。増幅トランジスタAMP1は、フローティングディフュージョンFD1に蓄積されている電荷の量に応じた信号を出力する。行選択トランジスタSEL1は、信号φSELに基づき、増幅トランジスタAMP1から出力された信号を垂直信号線V1に出力する。以下の説明では、垂直信号線V1に出力される信号を、出力信号Nと称する。 The first readout section 331 includes a transfer transistor TX1, a reset transistor RST1, a floating diffusion FD1, an amplification transistor AMP1, and a row selection transistor SEL1. The transfer transistor TX1 transfers the photoelectric conversion signal (charge generated by the photoelectric conversion section 32) output by the photoelectric conversion section 32 to the floating diffusion FD1 based on a signal φTX1. The reset transistor RST1 resets the floating diffusion FD1 based on a signal φRST. The amplification transistor AMP1 outputs a signal according to the amount of charge accumulated in the floating diffusion FD1. The row selection transistor SEL1 outputs the signal output from the amplification transistor AMP1 to a vertical signal line V1 based on a signal φSEL. In the following description, the signal output to the vertical signal line V1 is referred to as an output signal N1 .

第2読出部332は、転送トランジスタTX2と、リセットトランジスタRST2と、フローティングディフュージョンFD2と、増幅トランジスタAMP2と、行選択トランジスタSEL2とを有する。転送トランジスタTX2は、信号φTX2に基づき、光電変換部32により出力された光電変換信号(光電変換部32により生成された電荷)をフローティングディフュージョンFD2に転送する。リセットトランジスタRST2は、信号φRSTに基づき、フローティングディフュージョンFD2をリセットする。増幅トランジスタAMP2は、フローティングディフュージョンFD2に蓄積されている電荷の量に応じた信号を出力する。行選択トランジスタSEL2は、信号φSELに基づき、増幅トランジスタAMP2から出力された信号を垂直信号線V2に出力する。以下の説明では、垂直信号線V2に出力される信号を、出力信号Nと称する。 The second readout section 332 includes a transfer transistor TX2, a reset transistor RST2, a floating diffusion FD2, an amplification transistor AMP2, and a row selection transistor SEL2. The transfer transistor TX2 transfers the photoelectric conversion signal (charge generated by the photoelectric conversion section 32) output by the photoelectric conversion section 32 to the floating diffusion FD2 based on a signal φTX2. The reset transistor RST2 resets the floating diffusion FD2 based on a signal φRST. The amplification transistor AMP2 outputs a signal according to the amount of charge accumulated in the floating diffusion FD2. The row selection transistor SEL2 outputs the signal output from the amplification transistor AMP2 to a vertical signal line V2 based on a signal φSEL. In the following description, the signal output to the vertical signal line V2 is referred to as an output signal N2 .

第3読出部333は、転送トランジスタTX3と、リセットトランジスタRST3と、フローティングディフュージョンFD3と、増幅トランジスタAMP3と、行選択トランジスタSEL3とを有する。転送トランジスタTX3は、信号φTX3に基づき、光電変換部32により出力された光電変換信号(光電変換部32により生成された電荷)をフローティングディフュージョンFD3に転送する。リセットトランジスタRST3は、信号φRSTに基づき、フローティングディフュージョンFD3をリセットする。増幅トランジスタAMP3は、フローティングディフュージョンFD3に蓄積されている電荷の量に応じた信号を出力する。行選択トランジスタSEL3は、信号φSELに基づき、増幅トランジスタAMP3から出力された信号を垂直信号線V3に出力する。以下の説明では、垂直信号線V3に出力される信号を、出力信号Nと称する。 The third readout section 333 includes a transfer transistor TX3, a reset transistor RST3, a floating diffusion FD3, an amplification transistor AMP3, and a row selection transistor SEL3. The transfer transistor TX3 transfers the photoelectric conversion signal (charge generated by the photoelectric conversion section 32) output by the photoelectric conversion section 32 to the floating diffusion FD3 based on a signal φTX3. The reset transistor RST3 resets the floating diffusion FD3 based on a signal φRST. The amplification transistor AMP3 outputs a signal according to the amount of charge accumulated in the floating diffusion FD3. The row selection transistor SEL3 outputs the signal output from the amplification transistor AMP3 to a vertical signal line V3 based on a signal φSEL. In the following description, the signal output to the vertical signal line V3 is referred to as an output signal N3 .

第4読出部334は、転送トランジスタTX4と、リセットトランジスタRST4と、フローティングディフュージョンFD4と、増幅トランジスタAMP4と、行選択トランジスタSEL4とを有する。転送トランジスタTX4は、信号φTX4に基づき、光電変換部32により出力された光電変換信号(光電変換部32により生成された電荷)をフローティングディフュージョンFD4に転送する。リセットトランジスタRST4は、信号φRSTに基づき、フローティングディフュージョンFD4をリセットする。増幅トランジスタAMP4は、フローティングディフュージョンFD4に蓄積されている電荷の量に応じた信号を出力する。行選択トランジスタSEL4は、信号φSELに基づき、増幅トランジスタAMP4から出力された信号を垂直信号線V4に出力する。以下の説明では、垂直信号線V4に出力される信号を、出力信号Nと称する。 The fourth readout section 334 has a transfer transistor TX4, a reset transistor RST4, a floating diffusion FD4, an amplification transistor AMP4, and a row selection transistor SEL4. The transfer transistor TX4 transfers the photoelectric conversion signal (charge generated by the photoelectric conversion section 32) output by the photoelectric conversion section 32 to the floating diffusion FD4 based on a signal φTX4. The reset transistor RST4 resets the floating diffusion FD4 based on a signal φRST. The amplification transistor AMP4 outputs a signal according to the amount of charge accumulated in the floating diffusion FD4. The row selection transistor SEL4 outputs the signal output from the amplification transistor AMP4 to a vertical signal line V4 based on a signal φSEL. In the following description, the signal output to the vertical signal line V4 is referred to as an output signal N4 .

なお、本実施形態において、信号φSELは行ごとに独立して画素30に入力される。以下の説明において、n行目の画素30に入力される信号φSELを、信号φSEL(n)と表記する。例えば、信号φSEL(1)は、1行目の画素30に入力される信号を示す。一方、信号φRSTについては、全ての画素30に同一の信号が入力される。信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、信号φTX4については、第1画素30aと第2画素30bとでそれぞれ異なる信号が入力される。各信号については後に詳述する。 In this embodiment, the signal φSEL is input to the pixels 30 independently for each row. In the following description, the signal φSEL input to the pixel 30 in the nth row is denoted as signal φSEL(n). For example, signal φSEL(1) indicates the signal input to the pixel 30 in the first row. On the other hand, the same signal is input to all pixels 30 for the signal φRST. Different signals are input to the first pixel 30a and the second pixel 30b for the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4. Each signal will be described in detail later.

図4は、光源部10から放出される変調光3を模式的に示す図である。なお、図4の横軸は時間を表し、縦軸は光強度を表している。変調光3は、送信第1変調光3aと送信第2変調光3bとを重畳した可視光である。送信第1変調光3aは、振幅A、周期Tの正弦波として変調された光である。送信第1変調光3aの周波数fは、1/Tである。以下の説明では、送信第1変調光3aの振幅A、周期T、周波数fを、それぞれ第1振幅A、第1周期T、第1周波数fと称する。 Fig. 4 is a diagram showing a schematic diagram of modulated light 3 emitted from the light source unit 10. In Fig. 4, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents light intensity. The modulated light 3 is visible light obtained by superimposing the first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b. The first transmitted modulated light 3a is light modulated as a sine wave having an amplitude Aa and a period T a . The frequency f a of the first transmitted modulated light 3a is 1/T a . In the following description, the amplitude A a , period T a , and frequency f a of the first transmitted modulated light 3a are referred to as the first amplitude A a , first period T a , and first frequency f a , respectively.

送信第2変調光3bは、振幅A、周期Tの正弦波として変調された光である。送信第2変調光3bの周波数fbは、1/Tである。以下の説明では、送信第2変調光3bの振幅A、周期T、周波数fを、それぞれ第2振幅A、第2周期T、第2周波数fと称する。第1周期Tは、第2周期Tよりも短い(例えば、T≒T/7)。換言すると、第1周波数fは、第2周波数fよりも高い。 The second transmitted modulated light 3b is light modulated as a sine wave with an amplitude A b and a period T b . The frequency f b of the second transmitted modulated light 3b is 1/T b . In the following description, the amplitude A b , period T b , and frequency f b of the second transmitted modulated light 3b are referred to as the second amplitude A b , the second period T b , and the second frequency f b , respectively. The first period T a is shorter than the second period T b (for example, T a ≈ T b /7). In other words, the first frequency f a is higher than the second frequency f b .

図5は、光源部10から放出される変調光3と、撮像素子12の撮像面に入射する反射光4との関係を模式的に示す図である。図1に模式的に示したように、反射光4には、受信第1変調光4aと、受信第2変調光4bとが含まれる。受信第1変調光4aおよび受信第2変調光4bは、変調光3を放出した時刻から、被写体2の距離に応じた時間が経過した後に、撮像素子12に入射する。以下の説明では、この被写体2の距離に応じた時間を、遅れ時間と呼ぶ。遅れ時間によって、送信第1変調光3aと受信第1変調光4aとの間には、位相差θaが生じ、送信第2変調光3bと受信第2変調光4bとの間には、位相差θbが生じる。図5に示すように、遅れ時間が第1周期T未満である場合、位相差θaが表す遅れ時間と位相差θbが表す遅れ時間は同一である。 5 is a diagram showing a relationship between the modulated light 3 emitted from the light source unit 10 and the reflected light 4 incident on the imaging surface of the imaging element 12. As shown in FIG. 1, the reflected light 4 includes the first received modulated light 4a and the second received modulated light 4b. The first received modulated light 4a and the second received modulated light 4b are incident on the imaging element 12 after a time corresponding to the distance of the subject 2 has elapsed since the time the modulated light 3 was emitted. In the following description, this time corresponding to the distance of the subject 2 is called a delay time. Due to the delay time, a phase difference θa occurs between the first transmitted modulated light 3a and the first received modulated light 4a, and a phase difference θb occurs between the second transmitted modulated light 3b and the second received modulated light 4b. As shown in FIG. 5, when the delay time is less than the first period T a , the delay time represented by the phase difference θa is the same as the delay time represented by the phase difference θb.

図6は、被写体2がより遠くにある場合の、光源部10から放出される変調光3と、撮像素子12の撮像面に入射する反射光4との関係を模式的に示す図である。図6に示すように、遅れ時間が第1周期T以上である場合、位相差θは、見かけ上、真の位相差Θに比べて小さくなる。換言すると、Θ=2πn×θである(nは0以上の整数)。つまり、遅れ時間が第1周期T以上である場合、位相差θが表す遅れ時間と位相差θが表す遅れ時間は異なる値となる。 6 is a diagram showing a schematic relationship between modulated light 3 emitted from the light source unit 10 and reflected light 4 incident on the imaging surface of the imaging element 12 when the subject 2 is farther away. As shown in FIG. 6, when the delay time is equal to or longer than the first period T a , the phase difference θ a appears to be smaller than the true phase difference Θ. In other words, Θ=2πn×θ a (n is an integer equal to or greater than 0). In other words, when the delay time is equal to or longer than the first period T a , the delay time represented by the phase difference θ a and the delay time represented by the phase difference θ b have different values.

図7は、撮影動作を示すタイミングチャートである。制御部13は、撮影動作に際し、撮像素子12に画素30をリセットさせる。垂直走査回路22は、制御部13からの信号をもとに、時刻t1に制御用のパルス信号である信号φRSTを出力する。前述の通り、信号φRSTは全ての画素30に対して出力される。これにより、全ての画素30がリセットされる。 Figure 7 is a timing chart showing the shooting operation. During the shooting operation, the control unit 13 causes the image sensor 12 to reset the pixels 30. Based on the signal from the control unit 13, the vertical scanning circuit 22 outputs the signal φRST, which is a control pulse signal, at time t1. As described above, the signal φRST is output to all pixels 30. As a result, all pixels 30 are reset.

リセットが完了した時刻t2に、発光制御部13eが、光源部10に、変調光3の放出を開始させる。光源部10による変調光3の放出に同期して、時刻t2に、第1転送制御回路23aおよび第2転送制御回路23bが、制御用のパルス信号である信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4の出力を開始する。発光制御部13eは、送信第1変調光3aが極大となる位置p1と、第1転送制御回路23aから第1画素30aに対して出力される信号φTX1のパルスの中心位置p2とが一致するように、光源部10を制御する。発光制御部13eは、送信第2変調光3bが極大となる位置p3と、第2転送制御回路23bから第2画素30bに対して出力される信号φTX1のパルスの中心位置p4とが一致するように、光源部10を制御する。すなわち発光制御部13eは、変調光3と信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4とを同期させる。 At time t2 when the reset is completed, the light emission control unit 13e causes the light source unit 10 to start emitting the modulated light 3. In synchronization with the emission of the modulated light 3 by the light source unit 10, at time t2, the first transfer control circuit 23a and the second transfer control circuit 23b start outputting the control pulse signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4. The light emission control unit 13e controls the light source unit 10 so that the position p1 where the transmitted first modulated light 3a is at its maximum coincides with the center position p2 of the pulse of the signal φTX1 output from the first transfer control circuit 23a to the first pixel 30a. The light emission control unit 13e controls the light source unit 10 so that the position p3 where the transmitted second modulated light 3b is at its maximum coincides with the center position p4 of the pulse of the signal φTX1 output from the second transfer control circuit 23b to the second pixel 30b. That is, the light emission control unit 13e synchronizes the modulated light 3 with the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4.

第1転送制御回路23aは、第1画素30aに対して、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を出力する。第1転送制御回路23aは、時刻t2から送信第1変調光3aの周期Tだけ後の時刻t3までの期間を4つの期間に分割し、それら4つの期間において、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4をオンする。第1転送制御回路23aは、露光期間Teの間、上述した信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を繰り返し出力する。 The first transfer control circuit 23a outputs signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 to the first pixel 30a. The first transfer control circuit 23a divides the period from time t2 to time t3, which is the period T a after the transmission first modulated light 3a, into four periods, and turns on the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 in these four periods. The first transfer control circuit 23a repeatedly outputs the above-mentioned signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 during the exposure period Te.

第2転送制御回路23bは、第2画素30bに対して、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を出力する。第2転送制御回路23bは、時刻t2から送信第2変調光3bの周期Tだけ後の時刻t4までの期間を4つの期間に分割し、それら4つの期間において、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4をオンする。第2転送制御回路23bは、露光期間Teの間、上述した信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を繰り返し出力する。 The second transfer control circuit 23b outputs signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 to the second pixel 30b. The second transfer control circuit 23b divides the period from time t2 to time t4, which is the period Tb after the second transmitted modulated light 3b, into four periods, and turns on the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 in these four periods. The second transfer control circuit 23b repeatedly outputs the above-mentioned signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 during the exposure period Te.

時刻t2から露光期間Teだけ後の時刻t5に、発光制御部13eは、光源部10に、変調光3の放出を停止させる。変調光3の放出停止に同期して、時刻t5に、第1転送制御回路23aおよび第2転送制御回路23bが、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4の出力を停止する。時刻t5の時点で、画素30のフローティングディフュージョンFD1、フローティングディフュージョンFD2、フローティングディフュージョンFD3、およびフローティングディフュージョンFD4には、それぞれ光電変換部32により生成された電荷が蓄積されている。 At time t5, which is an exposure period Te after time t2, the light emission control unit 13e causes the light source unit 10 to stop emitting modulated light 3. In synchronization with the stop of emission of modulated light 3, the first transfer control circuit 23a and the second transfer control circuit 23b stop outputting the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 at time t5. At time t5, the floating diffusion FD1, floating diffusion FD2, floating diffusion FD3, and floating diffusion FD4 of pixel 30 each store electric charges generated by the photoelectric conversion unit 32.

換言すると、時刻t2から時刻t5までの期間に光電変換部32に入射した反射光4(受信第1変調光4aおよび受信第2変調光4bを含む)から光電変換された電荷は、細かな期間ごとに個別にフローティングディフュージョンFD1~FD4へ転送される。例えばフローティングディフュージョンFD1には、信号φTX1がオンである期間に光電変換部32で光電変換された電荷が転送される。 In other words, the charges photoelectrically converted from the reflected light 4 (including the received first modulated light 4a and the received second modulated light 4b) that is incident on the photoelectric conversion unit 32 during the period from time t2 to time t5 are transferred to the floating diffusions FD1 to FD4 individually for each small period. For example, the charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 32 during the period when the signal φTX1 is on are transferred to the floating diffusion FD1.

時刻t5以降、水平走査回路21および垂直走査回路22は、出力信号N~Nの読み出しを開始する。出力信号N~Nの読み出しは、行ごとに行われる。まず時刻t5に、垂直走査回路22が、1行目の画素30に対して制御用のパルス信号である信号φSEL(1)を出力する。これにより、垂直信号線V1~V4に、1行目の画素30の各々からの出力信号N~Nが出力される。信号φSEL(1)が出力されている間に、水平走査回路21が、1行目の画素30の各々からの出力信号N~Nを1つずつ、制御部13に出力する。1行目の画素30の全てについて出力信号N~Nが制御部13に出力されると、次に垂直走査回路22が、2行目の画素30に対して信号φSEL(2)を出力する。これにより、垂直信号線V1~V4に、2行目の画素30の各々からの出力信号N~Nが出力される。信号φSEL(2)が出力されている間に、水平走査回路21が、2行目の画素30の各々からの出力信号N~Nを1つずつ、制御部13に出力する。水平走査回路21および垂直走査回路22は、全ての行について以上の動作を繰り返すことで、全ての画素30からの出力信号N~Nを制御部13に出力する。 After time t5, the horizontal scanning circuit 21 and the vertical scanning circuit 22 start reading out the output signals N 1 to N 4. The output signals N 1 to N 4 are read out row by row. First, at time t5, the vertical scanning circuit 22 outputs a signal φSEL(1) which is a control pulse signal to the pixels 30 in the first row. As a result, the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 30 in the first row are output to the vertical signal lines V1 to V4. While the signal φSEL(1) is being output, the horizontal scanning circuit 21 outputs the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 30 in the first row one by one to the control unit 13. When the output signals N 1 to N 4 for all the pixels 30 in the first row are output to the control unit 13, the vertical scanning circuit 22 then outputs a signal φSEL(2) to the pixels 30 in the second row. As a result, the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 30 in the second row are output to the vertical signal lines V1 to V4. While the signal φSEL(2) is being output, the horizontal scanning circuit 21 outputs the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 30 in the second row one by one to the control unit 13. The horizontal scanning circuit 21 and the vertical scanning circuit 22 repeat the above operation for all rows, thereby outputting the output signals N 1 to N 4 from all of the pixels 30 to the control unit 13.

次に、第1検出部13a、第2検出部13b、測距部13c、および画像作成部13dの動作について説明する。図8は、第1検出部13a、第2検出部13b、測距部13c、および画像作成部13dの動作を説明する説明図である。被写体2に対して放出された変調光3は、被写体2により反射され、背景光と共に反射光4として第1画素30aおよび第2画素30bに入射する。第1画素30aおよび第2画素30bは、出力信号N~Nを出力する。第1検出部13aは、第1画素30aの出力信号N~Nから後述するz、θ、Aを演算する。第2検出部13bは、第2画素30bの出力信号N~Nから後述するz、θ、Aを演算する。測距部13cは、第1検出部13aおよび第2検出部13bによる演算結果に基づき、被写体2のデプスマップデータを作成する。画像作成部13dは、第1画素30aおよび第2画素30bの出力信号N~Nから、被写体2の画像データを作成する。以下、これらの動作について詳述する。 Next, the operations of the first detection unit 13a, the second detection unit 13b, the distance measurement unit 13c, and the image creation unit 13d will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the operations of the first detection unit 13a, the second detection unit 13b, the distance measurement unit 13c, and the image creation unit 13d. The modulated light 3 emitted toward the subject 2 is reflected by the subject 2 and enters the first pixel 30a and the second pixel 30b as reflected light 4 together with background light. The first pixel 30a and the second pixel 30b output output signals N 1 to N 4. The first detection unit 13a calculates z a , θ a , and A a (to be described later) from the output signals N 1 to N 4 of the first pixel 30a. The second detection unit 13b calculates z b , θ b , and A b (to be described later) from the output signals N 1 to N 4 of the second pixel 30b. Based on the calculation results by the first detection unit 13a and the second detection unit 13b, the distance measurement unit 13c creates depth map data of the subject 2. The image creation unit 13d creates image data of the subject 2 from the output signals N1 to N4 of the first pixel 30a and the second pixel 30b. These operations will be described in detail below.

既述の通り、光源部10は、被写体2に対し、送信第1変調光3aと送信第2変調光3bとを重畳した変調光3を放出する。変調光3は、被写体2の表面で反射して反射光4となり、撮像素子12が有する第1画素30aや第2画素30bに入射する。ただし、被写体2には変調光3とは別に、太陽等の光源からの背景光も照射されているので、反射光4には、受信第1変調光4aおよび受信第2変調光4b以外に、種々の背景光の反射光も含まれる。 As described above, the light source unit 10 emits modulated light 3, which is a superimposition of the first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b, toward the subject 2. The modulated light 3 is reflected by the surface of the subject 2 to become reflected light 4, which is incident on the first pixel 30a and the second pixel 30b of the image sensor 12. However, since the subject 2 is also irradiated with background light from a light source such as the sun in addition to the modulated light 3, the reflected light 4 includes not only the first received modulated light 4a and the second received modulated light 4b, but also various reflected lights of background light.

第1画素30aは、反射光4を光電変換し、上述した出力信号N~Nを出力する。同様に、第2画素30bも、反射光4を光電変換し、上述した出力信号N~Nを出力する。 The first pixel 30a performs photoelectric conversion on the reflected light 4 and outputs the above-mentioned output signals N 1 to N 4. Similarly, the second pixel 30b also performs photoelectric conversion on the reflected light 4 and outputs the above-mentioned output signals N 1 to N 4 .

第1検出部13aは、第1画素30aから出力された出力信号N~Nに基づいて、後述する出力値zを演算する。出力値zは、反射光4に含まれる受信第1変調光4aの光電変換結果を複素数化した値である。出力値zからは、反射光4に含まれる受信第1変調光4aの第1振幅Aと、受信第1変調光4aの送信第1変調光3aに対する位相差θとが算出される。ただし、詳細は後述するが、ここで算出される位相差θは、受信第1変調光4aの送信第1変調光3aに対する真の位相差Θと異なっている可能性があるので、測距部13cは、別途補正を行う。 The first detection unit 13a calculates an output value z a , which will be described later, based on the output signals N 1 to N 4 output from the first pixels 30a. The output value z a is a complex value obtained by converting the photoelectric conversion result of the first received modulated light 4a contained in the reflected light 4. From the output value z a , a first amplitude A a of the first received modulated light 4a contained in the reflected light 4 and a phase difference θ a of the first received modulated light 4a with respect to the first transmitted modulated light 3a are calculated. However, as will be described in detail later, the phase difference θ a calculated here may differ from the true phase difference Θ of the first received modulated light 4a with respect to the first transmitted modulated light 3a, so the distance measurement unit 13c performs a separate correction.

第1検出部13aは、それぞれの第1画素30aから出力された出力信号N~Nに基づいて、第1画素30aごとに出力値zを演算する。第1検出部13aは、各々の第1画素30aにおける複数の出力値zを演算する。 The first detection unit 13a calculates an output value z a for each of the first pixels 30a based on the output signals N 1 to N 4 output from each of the first pixels 30a. The first detection unit 13a calculates a plurality of output values z a for each of the first pixels 30a.

第2検出部13bは、第2画素30bから出力された出力信号N~Nに基づいて、後述する出力値zを演算する。出力値zは、反射光4に含まれる受信第2変調光4bの光電変換結果を複素数化した値である。出力値zからは、反射光4に含まれる受信第2変調光4bの第2振幅Aと、受信第2変調光4bの送信第2変調光3bに対する位相差θとが算出される。 The second detector 13b calculates an output value zb (described later) based on the output signals N 1 to N 4 output from the second pixel 30b. The output value zb is a complex value obtained by converting the photoelectric conversion result of the second received modulated light 4b contained in the reflected light 4. From the output value zb , a second amplitude Ab of the second received modulated light 4b contained in the reflected light 4 and a phase difference θb of the second received modulated light 4b with respect to the second transmitted modulated light 3b are calculated.

第2検出部13bは、それぞれの第2画素30bから出力された出力信号N~Nに基づいて、第2画素30bごとに出力値zを演算する。第2検出部13bは、各々の第2画素30bにおける複数の出力値zを演算する。 The second detection unit 13b calculates an output value z b for each of the second pixels 30b based on the output signals N 1 to N 4 output from each of the second pixels 30b. The second detection unit 13b calculates a plurality of output values z b for each of the second pixels 30b.

測距部13cは、第2検出部13bにより演算された出力値zを用いて後述する演算を行うことで、第1検出部13aにより検出された位相差θを補正し、真の位相差Θを演算する。そして、この真の位相差Θを用いて後述する演算を行うことにより、1つの画素30に対応する被写体部分の撮像装置1からの距離L(奥行きL)を算出する。測距部13cは、全ての画素30について奥行きLを算出することにより、被写体部分ごとの奥行きLを二次元状にマップしたデプスマップデータを作成する。 The distance measuring unit 13c performs a calculation described later using the output value zb calculated by the second detecting unit 13b to correct the phase difference θa detected by the first detecting unit 13a and calculates a true phase difference Θ. Then, by performing a calculation described later using this true phase difference Θ, the distance measuring unit 13c calculates the distance L (depth L) from the imaging device 1 to the subject portion corresponding to one pixel 30. The distance measuring unit 13c calculates the depth L for all pixels 30 to create depth map data in which the depth L for each subject portion is mapped two-dimensionally.

画像作成部13dは、第1画素30aから出力された出力信号N~Nと、第2画素30bから出力された出力信号N~Nとに基づいて、被写体2の画像データを作成する。詳細は後述するが、画像作成部13dは、ある第1画素30aから出力された出力信号N~Nに基づいて、当該第1画素30aに対応する画素値を決定する。また、画像作成部13dは、ある第2画素30bから出力された出力信号N~Nに基づいて、当該第2画素30bに対応する画素値を決定する。このように、画像作成部13dは、画素30ごとに、その画素30から出力された出力信号N~Nに基づき、その画素30の画素値を決定する。 The image creation unit 13d creates image data of the subject 2 based on the output signals N 1 to N 4 output from the first pixels 30a and the output signals N 1 to N 4 output from the second pixels 30b. Although details will be described later, the image creation unit 13d determines a pixel value corresponding to a certain first pixel 30a based on the output signals N 1 to N 4 output from that pixel. Also, the image creation unit 13d determines a pixel value corresponding to a certain second pixel 30b based on the output signals N 1 to N 4 output from that pixel 30. In this way, the image creation unit 13d determines the pixel value of each pixel 30 based on the output signals N 1 to N 4 output from that pixel 30.

次に、第1検出部13aによる出力値zの演算方法について説明する。第1検出部13aは、時刻t2~t5の期間に第1画素30aが光電変換した結果出力された出力信号N~Nに基づき、反射光4光電変換結果から受信第1変調光4aの光電変換結果、すなわち第1周波数fを有する入射光の光電変換結果を検出する。出力信号N(i=1~4)は、次式(1)のように表すことができる。 Next, a method for calculating the output value z a by the first detector 13a will be described. The first detector 13a detects the photoelectric conversion result of the received first modulated light 4a, that is, the photoelectric conversion result of the incident light having the first frequency f a , from the photoelectric conversion result of the reflected light 4, based on the output signals N 1 to N 4 output as a result of photoelectric conversion by the first pixels 30a during the period from time t2 to t5. The output signal N i (i=1 to 4) can be expressed by the following equation (1).

Figure 0007501582000001
Figure 0007501582000001

ここで、ηは撮像素子12の感度、φ(t)は反射光4の強度である。また、g(t)は、図7に図示した信号φTXi(φTX1~φTX4)である。例えばg(t)は、信号φTX1がオンであるときに1、それ以外のときに0となる関数である。上式(1)から、N-Nは、次式(2)のようになる。 Here, η is the sensitivity of the image sensor 12, and φ R (t) is the intensity of the reflected light 4. Furthermore, g i (t) is the signal φTXi (φTX1 to φTX4) shown in Fig. 7. For example, g 1 (t) is a function that is 1 when the signal φTX1 is on and is 0 otherwise. From the above equation (1), N 1 -N 3 is expressed by the following equation (2).

Figure 0007501582000002
Figure 0007501582000002

図9に示すように、g(t)-g(t)は、0を中心として+1~-1の区間で振動する信号となる。これは、時刻t2~t3の期間を周期とする正弦波(すなわち周期Tの正弦波)cos2πftで近似することができる。また、反射光4は、受信第1変調光4a、受信第2変調光4b、およびその他の背景光を足し合わせた光であるので、次式(3)で表すことができる。 9, g 1 (t) - g 3 (t) is a signal that oscillates in the range from +1 to -1, with 0 as the center. This can be approximated by a sine wave (i.e., a sine wave with period T a ) cos 2πf a t, whose period is the period from time t2 to t3. In addition, the reflected light 4 is a sum of the received first modulated light 4a, the received second modulated light 4b, and other background light, and can therefore be expressed by the following equation (3).

Figure 0007501582000003
Figure 0007501582000003

上式(3)は、k種類の光を重ね合わせた光を表現する式であり、それらのうちある1種類は受信第1変調光4a、別の1種類は受信第2変調光4b、残りは背景光である。上式(3)においてf(f、f、f、…)は、反射光4に含まれる各々の光の周波数、A(A、A、A、…)は各々の光の振幅である。また、Δtは、光源部10から変調光3が投射された時刻と反射光4が第1画素30aに入射した時刻との差、すなわち遅れ時間である。 The above formula (3) expresses k types of light superimposed on each other, one of which is the received first modulated light 4a, another is the received second modulated light 4b, and the remaining is background light. In the above formula (3), fk ( f0 , f1 , f2 , ...) is the frequency of each light contained in the reflected light 4, and Ak ( A0 , A1 , A2 , ...) is the amplitude of each light. Also, Δt is the difference between the time when the modulated light 3 is projected from the light source unit 10 and the time when the reflected light 4 is incident on the first pixel 30a, i.e., the delay time.

(t)-g(t)を正弦波で近似し、更に上式(3)を導入すると、N-Nは次式(4)で表すことができる。 By approximating g 1 (t)-g 3 (t) with a sine wave and further introducing the above equation (3), N 1 -N 3 can be expressed by the following equation (4).

Figure 0007501582000004
Figure 0007501582000004

ここで、次式(5)で表すように、異なる周波数の正弦波(周波数fの正弦波と周波数fの正弦波)同士の積を積分した結果は、0と見なすことができる。 Here, as expressed in the following equation (5), the result of integrating the product of sine waves of different frequencies (a sine wave of frequency fk and a sine wave of frequency fp ) can be regarded as zero.

Figure 0007501582000005
Figure 0007501582000005

これを上式(4)に当てはめると、反射光4に含まれる多数の光に関する項のうち、第1周波数fの光(すなわち受信第1変調光4a)に関する項のみが残り(他の光に関する項は0になるため)、最終的にN-Nは次式(6)で表されることになる。 When this is applied to the above equation (4), of the many terms relating to light contained in the reflected light 4, only the term relating to the light of the first frequency f a (i.e., the received first modulated light 4 a) remains (because the terms relating to the other lights are 0), and finally N 1 -N 3 is expressed by the following equation (6).

Figure 0007501582000006
Figure 0007501582000006

つまり、出力信号Nから出力信号Nを減算すると、反射光4の光電変換結果から受信第1変調光4aの光電変換結果のみを抽出することができる。以上で説明した出力信号Nと出力信号Nへの演算を、出力信号Nと出力信号Nを対象にして同様に行うと、N-Nは次式(7)で表される。 In other words, by subtracting output signal N3 from output signal N1 , it is possible to extract only the photoelectric conversion result of the received first modulated light 4a from the photoelectric conversion result of the reflected light 4. When the calculation of output signals N1 and N3 described above is similarly performed on output signals N2 and N4 , N2 - N4 is expressed by the following equation (7).

Figure 0007501582000007
Figure 0007501582000007

ここで、上式(6)、(7)を複素数化したものが、出力値zである。出力値zは、次式(8)で表される。 Here, the above expressions (6) and (7) are converted into complex numbers to form the output value z a . The output value z a is expressed by the following expression (8).

Figure 0007501582000008
Figure 0007501582000008

つまり、出力値zは、第1画素30aの反射光4の受光出力、すなわち出力信号N~Nから、受信第1変調光4aに相当する値のみを抽出した値である。 That is, the output value z a is a value obtained by extracting only the value corresponding to the received first modulated light 4 a from the light reception outputs of the reflected light 4 of the first pixel 30 a , that is, the output signals N 1 to N 4 .

第1検出部13aが検出した出力値zを、次式(9)に当てはめれば、第1画素30aに対応する被写体部分の距離Lを算出することができる。なお、次式(9)において、cは光速である。また、argzは出力値zの偏角、すなわち送信第1変調光3aと受信第1変調光4aとの位相差θである。 By applying the output value z a detected by the first detector 13 a to the following equation (9), the distance L of the subject portion corresponding to the first pixel 30 a can be calculated. In the following equation (9), c is the speed of light. Also, argz a is the deflection angle of the output value z a , that is, the phase difference θ a between the transmitted first modulated light 3 a and the received first modulated light 4 a.

Figure 0007501582000009
Figure 0007501582000009

しかしながら、第1検出部13aによって検出された出力値zだけでは、距離Lを正確に算出することができない。これは、図6を用いて説明したように、遅れ時間Δtが大きくなると、位相差θ(すなわち出力値zの偏角argz)が1つの値に定まらないためである。遅れ時間Δtが十分に小さいことを前提にするのであれば、図5に示したように、位相差θは2π未満であるという前提をおくことができる。これに対し、遅れ時間Δtが大きい可能性を考慮しなければならない場合、すなわち位相差θが2π以上である可能性を考慮しなければならない場合には、演算により求められた位相差θが、何周期ずれたものであるかが判別できない。換言すると、送信第1変調光3aと受信第1変調光4aとの真の位相差Θは、演算により求められた位相差θに、2πの整数倍を加えたものである可能性がある。 However, the distance L cannot be calculated accurately only by the output value z a detected by the first detector 13a. This is because, as described with reference to FIG. 6, when the delay time Δt is large, the phase difference θ a (i.e., the argument argz a of the output value z a ) is not determined to a single value. If it is assumed that the delay time Δt is sufficiently small, it can be assumed that the phase difference θ a is less than 2π, as shown in FIG. 5. On the other hand, when it is necessary to consider the possibility that the delay time Δt is large, that is, when it is necessary to consider the possibility that the phase difference θ a is 2π or more, it is not possible to determine how many periods the phase difference θ a obtained by calculation is shifted by. In other words, the true phase difference Θ between the first transmitted modulated light 3a and the first received modulated light 4a may be the phase difference θ a obtained by calculation plus an integer multiple of 2π.

図10は、演算された位相差θと真の位相Θの説明図であり、横軸を距離L、縦軸を位相とするグラフである。距離Lが0から増えるに従って、すなわち被写体2が撮像装置1から遠ざかるに従って、演算される位相差θは増加していく。距離Lがある値L1のとき、演算される位相差θは2πから0に見かけ上リセットされ、再度0から距離Lの増加に従って増加する。 10 is an explanatory diagram of the calculated phase difference θa and the true phase Θ, and is a graph with the horizontal axis representing the distance L and the vertical axis representing the phase. As the distance L increases from 0, that is, as the subject 2 moves away from the imaging device 1, the calculated phase difference θa increases. When the distance L is a certain value L1, the calculated phase difference θa is apparently reset from 2π to 0, and then increases again from 0 as the distance L increases.

従って、例えば演算された位相差θがπであったとき、真の位相差Θはπ、3π、5π、…のいずれかであって、距離LはL1/2、3×L1/2、5×L1/2、…のいずれかである、ということしか判断できない。 Therefore, for example, when the calculated phase difference θa is π, it can only be determined that the true phase difference Θ is any one of π, 3π, 5π, ... and the distance L is any one of L1/2, 3×L1/2, 5×L1/2, ...

そこで、本実施形態の測距部13cは、第1検出部13aにより反射光4から受信第1変調光4aを検出するだけでなく、第2検出部13bにより受信第2変調光4bも検出することにより、距離Lを算出する。具体的には、測距部13cは、第2検出部13bにより演算された出力値zを用いて位相差θを補正し、真の位相差Θを求める。そして、上式(9)に、補正前の位相差θの代わりに補正後の真の位相差Θを代入して、距離Lを演算する。 Therefore, the distance measuring unit 13c of this embodiment not only detects the first received modulated light 4a from the reflected light 4 by the first detector 13a, but also detects the second received modulated light 4b by the second detector 13b, thereby calculating the distance L. Specifically, the distance measuring unit 13c corrects the phase difference θa using the output value zb calculated by the second detector 13b to obtain the true phase difference Θ. Then, the distance measuring unit 13c calculates the distance L by substituting the corrected true phase difference Θ instead of the phase difference θa before correction into the above equation (9).

まず、第2検出部13bによる出力値zの演算方法について説明する。第2検出部13bが行う演算内容は、g(t)の内容が異なることを除き、上述した第1検出部13aによる出力値zの演算方法と同一である。前述の通り、第2画素30bは、第2周期Tに基づき駆動されるので、出力値zは、第2画素30bの反射光4の受光出力、すなわち出力信号N~Nから、受信第2変調光4bに相当する値を抽出した値となる。 First, the method of calculating the output value z b by the second detector 13b will be described. The calculation content performed by the second detector 13b is the same as the calculation method of the output value z a by the first detector 13a described above, except for the content of g i (t). As described above, since the second pixel 30b is driven based on the second period T b , the output value z b is a value obtained by extracting a value corresponding to the received second modulated light 4 b from the light receiving output of the reflected light 4 of the second pixel 30b, i.e., the output signals N 1 to N 4 .

前述の通り、第2周期Tは、第1周期Tよりも長い。従って、第2検出部13bにより演算される偏角argz(位相差θ)は、図10に示すように、L1よりも長い距離L2まで、2πから0への変化が生じない(連続である)。つまり、第2周期Tを十分に長く設定しておけば、第1検出部13aにより検出された位相差θだけでは真の位相差Θがわからない場合でも、第2検出部13bにより検出された位相差θを合わせて利用することで真の位相差Θを求めることができる。 As described above, the second period Tb is longer than the first period T a . Therefore, the argument argz b (phase difference θ b ) calculated by the second detection unit 13b does not change from 2π to 0 (is continuous) up to a distance L2 longer than L1, as shown in Fig. 10. In other words, if the second period Tb is set to be sufficiently long, even if the true phase difference θ cannot be determined only from the phase difference θ a detected by the first detection unit 13a, the true phase difference θ can be obtained by also using the phase difference θ b detected by the second detection unit 13b.

例えば図10において、位相差θがπであった場合、前述の通り、距離LはL1/2、3×L1/2、5×L1/2、…のいずれかである。つまり、位相差θから導出される距離Lの候補は複数存在する。ここで、位相差θがπ/2前後の値であれば、距離Lはそれら複数の候補(L1/2、3×L1/2、5×L1/2、…)から、3×L1/2という1つの値に特定される。 10, for example, when the phase difference θa is π, as described above, the distance L is any one of L1/2, 3×L1/2, 5×L1/2, .... In other words, there are multiple candidates for the distance L derived from the phase difference θa . Here, when the phase difference θb is a value around π/2, the distance L is specified to one value, 3×L1/2, from the multiple candidates (L1/2, 3×L1/2, 5×L1/2, ...).

次に、測距部13cによる具体的な演算内容について説明する。測距部13cは、まず次式(10)により、位相差θが真の位相差Θに対して何周期分ずれているのかを表す整数nを求める。 Next, a specific calculation performed by the distance measuring unit 13c will be described. The distance measuring unit 13c first obtains an integer n that indicates how many periods the phase difference θa is shifted from the true phase difference Θ, using the following equation (10).

Figure 0007501582000010
Figure 0007501582000010

上式(10)において、round(x)はxに最も近い整数を返す関数(xを四捨五入する関数)である。例えば、距離Lが図10に示す距離L1未満のとき(真の位相差Θが2π未満のとき)、位相差θは真の位相差Θに等しく、nは0となる。位相差θが真の位相差Θから1周期分ずれているとき、nは1となり、真の位相差Θは位相差θに2πを加えたものになる。 In the above formula (10), round(x) is a function that returns the integer closest to x (a function that rounds off x). For example, when the distance L is less than the distance L1 shown in Fig. 10 (when the true phase difference Θ is less than 2π), the phase difference θa is equal to the true phase difference Θ, and n is 0. When the phase difference θa is shifted by one period from the true phase difference Θ, n is 1, and the true phase difference Θ is the phase difference θa plus 2π.

測距部13cは、次式(11)により、真の位相差Θを求める。その後、測距部13cは、次式(12)に真の位相差Θを当てはめることにより、被写体までの距離Lを算出する。 The distance measurement unit 13c obtains the true phase difference Θ using the following formula (11). The distance measurement unit 13c then calculates the distance L to the subject by applying the true phase difference Θ to the following formula (12).

Figure 0007501582000011
Figure 0007501582000011

以上に説明したように、受信第1変調光4aと受信第2変調光4bを検出することで、測距可能な範囲を広く採ることができる。例えば、第1周波数fを300MHz、第2周波数fを3MHzとした場合、受信第1変調光4aのみを検出して距離Lを求めると、測距可能な距離Lは最大1m程度、距離分解能は最大1cm程度になる。また、受信第2変調光4bのみを検出して距離Lを求めると、測距可能な距離Lは最大100m程度になるが、距離分解能は最大1m程度になる。本実施形態では、測距部13cは受信第1変調光4aと受信第2変調光4bを共に検出して距離Lを求めることにより、測距可能な距離Lを最大100mまで広げつつ、距離分解能を最大1cmに保つ。 As described above, by detecting the first and second modulated lights 4a and 4b, the range in which distance can be measured can be made wider. For example, when the first frequency f a is 300 MHz and the second frequency f b is 3 MHz, if the distance L is obtained by detecting only the first modulated light 4a, the measurable distance L is about 1 m at maximum and the distance resolution is about 1 cm at maximum. If the distance L is obtained by detecting only the second modulated light 4b, the measurable distance L is about 100 m at maximum, but the distance resolution is about 1 m at maximum. In this embodiment, the distance measuring unit 13c detects both the first and second modulated lights 4a and 4b to obtain the distance L, thereby expanding the measurable distance L to a maximum of 100 m while maintaining the distance resolution at a maximum of 1 cm.

なお、図2(b)に模式的に示したように、第1画素30aと第2画素30bは異なる位置にあるので、同一の被写体位置について、出力値zと出力値zとを同時に得ることはできない。そこで、測距部13cは、第1画素30aに基づき演算された出力値zと、その第1画素30aの上下左右に存在する第2画素30bに基づき演算された4つの出力値zの平均値を用いて、その第1画素30aに対応する距離Lを算出する。また測距部13cは、第2画素30bに基づき演算された出力値zと、その第2画素30bの上下左右に存在する第1画素30aに基づき演算された4つの出力値zの平均値を用いて、その第2画素30bに対応する距離Lを算出する。このようにすることで、画素30の数に等しい要素数(解像度)のデプスマップデータを作成することができる。 As shown in FIG. 2B, the first pixel 30a and the second pixel 30b are located at different positions, so that the output value z a and the output value z b cannot be obtained simultaneously for the same subject position. Therefore, the distance measuring unit 13c calculates the distance L corresponding to the first pixel 30a by using the output value z a calculated based on the first pixel 30a and the average value of four output values z b calculated based on the second pixels 30b present above, below, left and right of the first pixel 30a. The distance measuring unit 13c also calculates the distance L corresponding to the second pixel 30b by using the output value z b calculated based on the second pixel 30b and the average value of four output values z a calculated based on the first pixels 30a present above, below, left and right of the second pixel 30b. In this way, depth map data with a number of elements (resolution) equal to the number of pixels 30 can be created.

次に、画像作成部13dについて説明する。図7に示すとおり、露光期間Teの間に光電変換部32により生成された電荷は、フローティングディフュージョンFD1~FD4に分散して蓄積される。従って、出力信号N~Nを足し合わせれば、露光期間Teに基づく光電変換信号が得られる。画像作成部13dは、各画素30について出力信号N~Nを足し合わせることで、その画素30の画素値(輝度値)を求める。画像作成部13dは、これを全ての画素30について行うことで、画像データを作成する。 Next, the image creation unit 13d will be described. As shown in FIG. 7, the charges generated by the photoelectric conversion unit 32 during the exposure period Te are dispersed and accumulated in the floating diffusions FD1 to FD4. Therefore, by adding up the output signals N 1 to N 4 , a photoelectric conversion signal based on the exposure period Te is obtained. The image creation unit 13d adds up the output signals N 1 to N 4 for each pixel 30 to obtain the pixel value (brightness value) of that pixel 30. The image creation unit 13d creates image data by performing this for all pixels 30.

なお、説明の便宜上、本実施形態において、画素30はカラーフィルターを有していないものとしている。つまり、各々の画素30から出力される光電変換信号は、色情報を有していない。従って、画像作成部13dが作成する画像データは、輝度情報のみを有するモノクロ画像である。しかしながら、各々の画素30にカラーフィルターを設け、画像作成部13dがカラー画像の画像データを生成するようにすることも可能である。例えば、赤色成分の光のみを通過するカラーフィルターを設けた画素30と、青色成分の光のみを通過するカラーフィルターを設けた画素30と、緑色成分の光のみを通過するカラーフィルターを設けた画素30とを、いわゆるベイヤー配列に従って撮像面20に配列する。画像作成部13dは、各々の画素30について求められた画素値に基づき、周知のデモザイク処理を実行することにより、カラー画像の画像データを生成する。 For convenience of explanation, in this embodiment, the pixels 30 are assumed to have no color filters. In other words, the photoelectric conversion signal output from each pixel 30 does not have color information. Therefore, the image data created by the image creation unit 13d is a monochrome image having only brightness information. However, it is also possible to provide color filters to each pixel 30 and have the image creation unit 13d generate image data of a color image. For example, pixels 30 provided with color filters that pass only red component light, pixels 30 provided with color filters that pass only blue component light, and pixels 30 provided with color filters that pass only green component light are arranged on the imaging surface 20 according to a so-called Bayer array. The image creation unit 13d generates image data of a color image by performing a well-known demosaic process based on the pixel values obtained for each pixel 30.

なお、以上では静止画撮影における画像データおよびデプスマップデータの作成方法について説明したが、動画撮影を行う、すなわちフレーム毎に画像データおよびデプスマップデータを作成することも可能である。動画撮影を行う場合には、画素30のリセットと露光と読み出しとを1行ごとに行えばよい。 The above describes how to create image data and depth map data when capturing still images. However, it is also possible to capture moving images, i.e., to create image data and depth map data for each frame. When capturing moving images, it is sufficient to reset, expose, and read out the pixels 30 for each row.

上述した第1の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)互いに周期の異なる送信第1変調光3aおよび送信第2変調光3bが、被写体2(対象物)で反射し、受信第1変調光4aおよび受信第2変調光4bとして第1画素30aおよび第2画素30bに入射する。第1検出部13a(第1の位相差測定部)は、第1画素30aの出力信号に基づき、送信第1変調光3aの位相と受信第1変調光4aの位相との位相差θを検出(測定)する。第2検出部13b(第2の位相差測定部)は、第2画素30bの出力信号に基づき、送信第2変調光3bの位相と受信第2変調光4bの位相との位相差θを検出(測定)する。測距部13cは、それらの検出(測定)された位相差に基づき、被写体2に関する距離L(距離値)を算出する。このようにしたので、1回の変調光放出と撮影とで、背景光の影響を取り除いた、高精度かつ測定範囲の広い測距を行うことができる。
According to the imaging device according to the first embodiment described above, the following advantageous effects can be obtained.
(1) The first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b, which have different periods, are reflected by the subject 2 (object) and enter the first pixel 30a and the second pixel 30b as the first received modulated light 4a and the second received modulated light 4b. The first detector 13a (first phase difference measuring unit) detects (measures) a phase difference θ a between the phase of the first transmitted modulated light 3a and the phase of the first received modulated light 4a based on the output signal of the first pixel 30a. The second detector 13b (second phase difference measuring unit) detects (measures) a phase difference θ b between the phase of the second transmitted modulated light 3b and the phase of the second received modulated light 4b based on the output signal of the second pixel 30b. The distance measuring unit 13c calculates a distance L (distance value) related to the subject 2 based on the detected (measured) phase difference. In this way, a single modulated light emission and image capture can be used to perform high-precision distance measurement with a wide measurement range while removing the influence of background light.

(2)撮像素子12は、第1画素30aの出力信号を、送信第1変調光3aの一周期の間に、所定の位相遅れで、出力信号N~N(第1~第4の信号)として順次読み出す。第1検出部13aは、出力信号Nと出力信号Nとの差分と、出力信号Nと出力信号Nとの差分とに基づき、位相差θを測定する。撮像素子12は、第2画素30bの出力信号を、送信第2変調光3bの一周期の間に、所定の位相遅れで、出力信号N~N(第5~第8の信号)として順次読み出す。第2検出部13bは、出力信号Nと出力信号Nとの差分と、出力信号Nと出力信号Nとの差分とに基づき、位相差θを測定する。このようにしたので、光電変換信号から背景光の影響を取り除くことができる。 (2) The imaging element 12 sequentially reads out the output signals of the first pixels 30a as output signals N 1 to N 4 (first to fourth signals) with a predetermined phase delay during one period of the first transmitted modulated light 3a. The first detection unit 13a measures the phase difference θ a based on the difference between the output signals N 1 and N 3 and the difference between the output signals N 2 and N 4. The imaging element 12 sequentially reads out the output signals of the second pixels 30b as output signals N 1 to N 4 (fifth to eighth signals) with a predetermined phase delay during one period of the second transmitted modulated light 3b. The second detection unit 13b measures the phase difference θ b based on the difference between the output signals N 1 and N 3 and the difference between the output signals N 2 and N 4. This makes it possible to remove the influence of background light from the photoelectric conversion signal.

(3)第1画素30aおよび第2画素30bの各々は、マイクロレンズと光電変換部32とを有する。撮像素子12は、第1画素30aの光電変換部32から出力信号N~Nを順次読み出す。撮像素子12は、第2画素30bの光電変換部32から出力信号N~Nを順次読み出す。このようにしたので、1つの画素30に入射した光を有効利用することができる。 (3) Each of the first pixel 30a and the second pixel 30b has a microlens and a photoelectric conversion unit 32. The imaging element 12 sequentially reads out the output signals N 1 to N 4 from the photoelectric conversion unit 32 of the first pixel 30a. The imaging element 12 sequentially reads out the output signals N 1 to N 4 from the photoelectric conversion unit 32 of the second pixel 30b. In this manner, the light incident on one pixel 30 can be effectively utilized.

(4)撮像素子12は、第1画素30aの光電変換部32から出力信号N~Nをそれぞれ読み出す第1読出部331、第2読出部332、第3読出部333、および第4読出部334を有する。撮像素子12は、第2画素30bの光電変換部32から出力信号N~Nをそれぞれ読み出す第1読出部331、第2読出部332、第3読出部333、および第4読出部334を有する。このようにしたので、出力信号N~Nを容易に得ることができる。 (4) The image sensor 12 has a first readout unit 331, a second readout unit 332, a third readout unit 333, and a fourth readout unit 334 that respectively read out the output signals N 1 to N 4 from the photoelectric conversion unit 32 of the first pixel 30 a. The image sensor 12 has a first readout unit 331, a second readout unit 332, a third readout unit 333, and a fourth readout unit 334 that respectively read out the output signals N 1 to N 4 from the photoelectric conversion unit 32 of the second pixel 30 b. In this manner, the output signals N 1 to N 4 can be easily obtained.

(5)画像作成部13d(画像データ生成部)は、第1画素30aの出力信号N~Nを加算した加算信号と、第2画素30bの出力信号N~Nを加算した加算信号とに基づき、光学系11(結像光学系)による被写体2の像に関する画像データを生成する。このようにしたので、通常の可視光に基づく画像データを、デプスマップデータと同時に得ることができる。 (5) The image creation unit 13d (image data generation unit) generates image data relating to the image of the subject 2 formed by the optical system 11 (imaging optical system) based on an addition signal obtained by adding the output signals N1 to N4 of the first pixels 30a and an addition signal obtained by adding the output signals N1 to N4 of the second pixels 30b. In this manner, image data based on normal visible light can be obtained simultaneously with the depth map data.

(6)第1画素30aと第2画素30bは、それぞれ撮像素子12の撮像面20の全体に略均一に分布配置されており、測距部13cは、互いに近傍に位置する第1画素30aおよび第2画素30bについて、第1検出部13aおよび第2検出部13bがそれぞれ測定した位相差θ、θに基づき、距離Lを算出する。このようにしたので、画素数に等しい要素数のデプスマップデータを作成することができる。 (6) The first pixels 30a and the second pixels 30b are each substantially uniformly distributed over the entire imaging surface 20 of the image sensor 12, and the distance measuring unit 13c calculates the distance L for the first pixels 30a and the second pixels 30b located near each other based on the phase differences θ a and θ b measured by the first detection unit 13a and the second detection unit 13b, respectively. In this manner, it is possible to create depth map data with the same number of elements as the number of pixels.

(7)測距部13cは、第1画素30a毎の距離Lと第2画素30b毎の距離Lとに基づき、第1画素30aおよび第2画素30bの位置における距離Lに関するマップを表すデプスマップデータを作成する。このようにしたので、被写体2の主要部分のみならず、被写体2の各部分の距離を得ることができる。 (7) Based on the distance L for each first pixel 30a and the distance L for each second pixel 30b, the distance measuring unit 13c creates depth map data that represents a map of the distance L at the positions of the first pixel 30a and the second pixel 30b. In this way, it is possible to obtain the distance to each part of the subject 2, not just the main part of the subject 2.

(8)光源部10は、可視光である変調光3を被写体2に放出する。このようにしたので、通常の可視光に基づく画像データを、デプスマップデータと同時に得ることができる。 (8) The light source unit 10 emits modulated light 3, which is visible light, to the subject 2. In this way, image data based on normal visible light can be obtained simultaneously with the depth map data.

(第2の実施の形態)
図11は、第2の実施の形態に係る撮像装置100の構成を模式的に示す断面図である。なお以下の説明では、第1の実施の形態に係る撮像装置1と異なる点を中心に説明し、それ以外の部分については説明を省略する。
Second Embodiment
11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an image pickup device 100 according to the second embodiment. In the following description, differences from the image pickup device 1 according to the first embodiment will be mainly described, and descriptions of other parts will be omitted.

撮像装置100は、第1の実施の形態に係る撮像装置1の撮像素子12を撮像素子112に、制御部13を制御部113に、それぞれ置き換えた構成を有している。撮像素子112は、上述した画素30の代わりに、後述する画素130を有している。制御部113は、第1の実施の形態に係る制御部13と同様に、第1検出部13a、第2検出部13b、測距部13c、画像作成部13d、および発光制御部13eを有しており、更に、焦点検出部13fおよび焦点調節部13gを有している。焦点検出部13fおよび焦点調節部13gについては後に詳述する。 The imaging device 100 has a configuration in which the imaging element 12 of the imaging device 1 according to the first embodiment is replaced with an imaging element 112, and the control unit 13 is replaced with a control unit 113. The imaging element 112 has a pixel 130 described below instead of the pixel 30 described above. The control unit 113 has a first detection unit 13a, a second detection unit 13b, a distance measurement unit 13c, an image creation unit 13d, and a light emission control unit 13e, similar to the control unit 13 according to the first embodiment, and further has a focus detection unit 13f and a focus adjustment unit 13g. The focus detection unit 13f and the focus adjustment unit 13g will be described in detail later.

図12は、画素130の構造を模式的に示す平面図である。なお、本実施形態の画素130にも、第1の実施の形態と同様に、第1画素130aと第2画素130bとの2種類が存在し、第1の実施の形態同様に(すなわち図2(b)に示すように)、第1画素130aと第2画素130bは互い違いに配列されている。つまり、第1画素130aの上下左右には第2画素130bが存在し、第2画素130bの上下左右には第1画素130aが存在するように配列されている。従って、撮像面20には、略同数の第1画素130aと第2画素130bとが一様に(均一に)配列されている。 Figure 12 is a plan view showing the structure of pixel 130. As in the first embodiment, pixel 130 in this embodiment also has two types of pixels, first pixel 130a and second pixel 130b, and as in the first embodiment (i.e., as shown in Figure 2 (b)), first pixel 130a and second pixel 130b are arranged alternately. In other words, second pixel 130b are present above, below, left and right of first pixel 130a, and first pixel 130a are present above, below, left and right of second pixel 130b. Therefore, approximately the same number of first pixel 130a and second pixel 130b are uniformly (uniformly) arranged on imaging surface 20.

画素130は、光電変換部32の代わりに、第1光電変換部132aと第2光電変換部132bとを有している。第1光電変換部132aと第2光電変換部132bの形状は、x-y平面において光電変換部32をy方向に沿った直線で2等分したものと略等しい。従って、光学系11の射出瞳の一対の領域をそれぞれ通過した一対の光束が、それぞれ第1光電変換部132aと第2光電変換部132bに入射する。 The pixel 130 has a first photoelectric conversion unit 132a and a second photoelectric conversion unit 132b instead of the photoelectric conversion unit 32. The shapes of the first photoelectric conversion unit 132a and the second photoelectric conversion unit 132b are approximately equal to a shape obtained by dividing the photoelectric conversion unit 32 in the x-y plane into two equal parts by a straight line along the y direction. Therefore, a pair of light beams that pass through a pair of regions of the exit pupil of the optical system 11 respectively enter the first photoelectric conversion unit 132a and the second photoelectric conversion unit 132b, respectively.

図13は、撮像素子12の構成を示す回路図である。なお図13では、1つの画素130の回路図のみを図示している。画素130は、第1読出部331と、第2読出部332と、第3読出部333と、第4読出部334とを備える。第1読出部331および第2読出部332は、第1光電変換部132aから光電変換信号を読み出す。第3読出部333および第4読出部334は、第2光電変換部132bから光電変換信号を読み出す。第1読出部331、第2読出部332、第3読出部333、および第4読出部334の構成は、第1の実施の形態と同一であるので説明を省略する。 Figure 13 is a circuit diagram showing the configuration of the image sensor 12. Note that Figure 13 shows only the circuit diagram of one pixel 130. The pixel 130 includes a first readout section 331, a second readout section 332, a third readout section 333, and a fourth readout section 334. The first readout section 331 and the second readout section 332 read out a photoelectric conversion signal from the first photoelectric conversion section 132a. The third readout section 333 and the fourth readout section 334 read out a photoelectric conversion signal from the second photoelectric conversion section 132b. The configurations of the first readout section 331, the second readout section 332, the third readout section 333, and the fourth readout section 334 are the same as those in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

図14は、撮影動作を示すタイミングチャートである。制御部13は、撮影動作に際し、撮像素子12に画素30をリセットさせる。垂直走査回路22は、制御部13からの信号をもとに、時刻t11に信号φRSTを出力する。信号φRSTは全ての画素130の第1光電変換部132aおよび第2光電変換部132bに対して出力される。これにより、全ての画素30の第1光電変換部132aおよび第2光電変換部132bがリセットされる。 Figure 14 is a timing chart showing the shooting operation. During the shooting operation, the control unit 13 causes the image sensor 12 to reset the pixels 30. The vertical scanning circuit 22 outputs a signal φRST at time t11 based on a signal from the control unit 13. The signal φRST is output to the first photoelectric conversion unit 132a and the second photoelectric conversion unit 132b of all pixels 130. This resets the first photoelectric conversion unit 132a and the second photoelectric conversion unit 132b of all pixels 30.

リセットが完了した時刻t12に、発光制御部13eが、光源部10に、変調光3の放出を開始させる。光源部10による変調光3の放出に同期して、時刻t12に、第1転送制御回路23aおよび第2転送制御回路23bが、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4の出力を開始する。発光制御部13eは、送信第1変調光3aが極大となる位置p5と、第1転送制御回路23aから第1画素30aに対して出力される信号φTX1のパルスの中心位置p6とが一致するように、光源部10を制御する。発光制御部13eは、送信第2変調光3bが極大となる位置p7と、第2転送制御回路23bから第2画素30bに対して出力される信号φTX1のパルスの中心位置p8とが一致するように、光源部10を制御する。すなわち発光制御部13eは、変調光3と信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4とを同期させる。 At time t12 when the reset is completed, the light emission control unit 13e causes the light source unit 10 to start emitting the modulated light 3. In synchronization with the emission of the modulated light 3 by the light source unit 10, at time t12, the first transfer control circuit 23a and the second transfer control circuit 23b start outputting the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4. The light emission control unit 13e controls the light source unit 10 so that the position p5 where the transmitted first modulated light 3a is at its maximum coincides with the center position p6 of the pulse of the signal φTX1 output from the first transfer control circuit 23a to the first pixel 30a. The light emission control unit 13e controls the light source unit 10 so that the position p7 where the transmitted second modulated light 3b is at its maximum coincides with the center position p8 of the pulse of the signal φTX1 output from the second transfer control circuit 23b to the second pixel 30b. That is, the light emission control unit 13e synchronizes the modulated light 3 with the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4.

第1転送制御回路23aは、第1画素130aに対して、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を出力する。第1転送制御回路23aは、時刻t12から送信第1変調光3aの周期Tだけ後の時刻t13までの期間を、前半分と後半分の2つの期間に分割する。第1転送制御回路23aは、それら2つの期間の一方において信号φTX1をオンし、他方において信号φTX2をオンする。つまり信号φTX1は、信号φTX2と1/2周期(180度)異なる位相を有する信号である。第1転送制御回路23aは、信号φTX1を1/4周期(90度)だけ遅らせた信号を、信号φTX3として出力する。第1転送制御回路23aは、信号φTX2を1/4周期(90度)だけ遅らせた信号を、信号φTX4として出力する。第1転送制御回路23aは、露光期間Teの間、上述した信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を繰り返し出力する。 The first transfer control circuit 23a outputs signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 to the first pixel 130a. The first transfer control circuit 23a divides the period from time t12 to time t13, which is the period T a after the first modulated light 3a transmitted, into two periods, the first half and the second half. The first transfer control circuit 23a turns on the signal φTX1 in one of the two periods and turns on the signal φTX2 in the other. That is, the signal φTX1 is a signal having a phase that differs from that of the signal φTX2 by 1/2 period (180 degrees). The first transfer control circuit 23a outputs a signal obtained by delaying the signal φTX1 by 1/4 period (90 degrees) as the signal φTX3. The first transfer control circuit 23a outputs a signal obtained by delaying the signal φTX2 by 1/4 period (90 degrees) as the signal φTX4. The first transfer control circuit 23a repeatedly outputs the above-mentioned signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 during the exposure period Te.

第1の実施の形態において、信号φTX1および信号φTX2は、送信第1変調光3aの一周期(周期T)の第1の四半周期にオンする信号と、第2の四半周期にオンする信号であった。これに対して、本実施の形態における信号φTX1および信号φTX2は、送信第1変調光3aの一周期(周期T)の第1の半周期にオンする信号と、第2の半周期にオンする信号である。つまり本実施の形態において、第1読出部331および第2読出部332は、送信第1変調光3aの一周期(周期T)の間に、第1光電変換部132aから光電変換信号を逆位相で交互に読み出す。 In the first embodiment, the signals φTX1 and φTX2 are signals that are on during the first and second quarter periods of one period (period T a ) of the transmitted first modulated light 3a. In contrast, the signals φTX1 and φTX2 in this embodiment are signals that are on during the first and second half periods of one period (period T a ) of the transmitted first modulated light 3a. That is, in this embodiment, the first readout unit 331 and the second readout unit 332 alternately read out photoelectric conversion signals in opposite phases from the first photoelectric conversion unit 132a during one period (period T a ) of the transmitted first modulated light 3a.

第1の実施の形態において、信号φTX3および信号φTX4は、送信第1変調光3aの一周期(周期T)の第3の四半周期にオンする信号と、第4の四半周期にオンする信号であった。これに対して、本実施の形態における信号φTX3および信号φTX4は、送信第1変調光3aの一周期(周期T)の第2および第3の四半周期にオンする信号と、第1および第4の四半周期にオンする信号である。つまり本実施の形態において、第3読出部333および第4読出部334は、送信第1変調光3aの一周期(周期T)の間に、第2光電変換部132bから光電変換信号を逆位相で交互に読み出す。 In the first embodiment, the signals φTX3 and φTX4 are signals that are on in the third and fourth quarter periods of one period (period T a ) of the transmitted first modulated light 3a. In contrast, the signals φTX3 and φTX4 in this embodiment are signals that are on in the second and third quarter periods of one period (period T a ) of the transmitted first modulated light 3a and signals that are on in the first and fourth quarter periods. That is, in this embodiment, the third readout unit 333 and the fourth readout unit 334 alternately read out photoelectric conversion signals in opposite phases from the second photoelectric conversion unit 132b during one period (period T a ) of the transmitted first modulated light 3a.

第2転送制御回路23bは、時刻t12から送信第2変調光3bの周期Tだけ後の時刻t14までの期間を、前半分と後半分の2つの期間に分割する。第2転送制御回路23bは、それら2つの期間の一方において信号φTX1をオンし、他方において信号φTX2をオンする。つまり信号φTX1は、信号φTX2と1/2周期(180度)異なる位相を有する信号である。第2転送制御回路23bは、信号φTX1を1/4周期(90度)だけ遅らせた信号を、信号φTX3として出力する。第2転送制御回路23bは、信号φTX2を1/4周期(90度)だけ遅らせた信号を、信号φTX4として出力する。第2転送制御回路23bは、露光期間Teの間、上述した信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4を繰り返し出力する。 The second transfer control circuit 23b divides the period from time t12 to time t14, which is the period Tb after the second transmission modulated light 3b, into two periods, the first half and the second half. The second transfer control circuit 23b turns on the signal φTX1 in one of the two periods and turns on the signal φTX2 in the other. That is, the signal φTX1 is a signal having a phase that differs from that of the signal φTX2 by 1/2 period (180 degrees). The second transfer control circuit 23b outputs a signal obtained by delaying the signal φTX1 by 1/4 period (90 degrees) as the signal φTX3. The second transfer control circuit 23b outputs a signal obtained by delaying the signal φTX2 by 1/4 period (90 degrees) as the signal φTX4. The second transfer control circuit 23b repeatedly outputs the above-mentioned signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4 during the exposure period Te.

時刻t12から露光期間Teだけ後の時刻t15に、発光制御部13eは、光源部10に、変調光3の放出を停止させる。変調光3の放出停止に同期して、時刻t15に、第1転送制御回路23aおよび第2転送制御回路23bが、信号φTX1、信号φTX2、信号φTX3、および信号φTX4の出力を停止する。時刻t15の時点で、画素130のフローティングディフュージョンFD1、フローティングディフュージョンFD2、フローティングディフュージョンFD3、およびフローティングディフュージョンFD4には、それぞれ光電変換部32により生成された電荷が蓄積されている。 At time t15, which is an exposure period Te after time t12, the light emission control unit 13e causes the light source unit 10 to stop emitting modulated light 3. In synchronization with the stop of emission of modulated light 3, at time t15, the first transfer control circuit 23a and the second transfer control circuit 23b stop outputting the signals φTX1, φTX2, φTX3, and φTX4. At time t15, the floating diffusion FD1, floating diffusion FD2, floating diffusion FD3, and floating diffusion FD4 of the pixel 130 each store electric charges generated by the photoelectric conversion unit 32.

時刻t15以降、水平走査回路21および垂直走査回路22は、出力信号N~Nの読み出しを開始する。出力信号N~Nの読み出しは、行ごとに行われる。まず時刻t5に、垂直走査回路22が、1行目の画素130に対して信号φSEL(1)を出力する。これにより、垂直信号線V1~V4に、1行目の画素130の各々からの出力信号N~Nが出力される。出力信号N、Nは、第1光電変換部132aで光電変換された電荷に基づく信号である。出力信号N、Nは、第2光電変換部132bで光電変換された電荷に基づく信号である。信号φSEL(1)が出力されている間に、水平走査回路21が、1行目の画素130の各々からの出力信号N~Nを1つずつ、制御部13に出力する。1行目の画素130の全てについて出力信号N~Nが制御部13に出力されると、次に垂直走査回路22が、2行目の画素130に対して信号φSEL(2)を出力する。これにより、垂直信号線V1~V4に、2行目の画素30の各々からの出力信号N~Nが出力される。信号φSEL(2)が出力されている間に、水平走査回路21が、2行目の画素130の各々からの出力信号N~Nを1つずつ、制御部13に出力する。水平走査回路21および垂直走査回路22は、全ての行について以上の動作を繰り返すことで、全ての画素130からの出力信号N~Nを制御部13に出力する。 After time t15, the horizontal scanning circuit 21 and the vertical scanning circuit 22 start reading out the output signals N 1 to N 4. The output signals N 1 to N 4 are read out row by row. First, at time t5, the vertical scanning circuit 22 outputs a signal φSEL(1) to the pixels 130 in the first row. As a result, the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 130 in the first row are output to the vertical signal lines V1 to V4. The output signals N 1 and N 2 are signals based on the charges photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 132a. The output signals N 3 and N 4 are signals based on the charges photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 132b. While the signal φSEL(1) is being output, the horizontal scanning circuit 21 outputs the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 130 in the first row to the control unit 13 one by one. When the output signals N 1 to N 4 for all the pixels 130 in the first row are output to the control unit 13, the vertical scanning circuit 22 then outputs a signal φSEL(2) to the pixels 130 in the second row. As a result, the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 30 in the second row are output to the vertical signal lines V1 to V4. While the signal φSEL(2) is being output, the horizontal scanning circuit 21 outputs the output signals N 1 to N 4 from each of the pixels 130 in the second row one by one to the control unit 13. The horizontal scanning circuit 21 and the vertical scanning circuit 22 repeat the above operation for all rows, thereby outputting the output signals N 1 to N 4 from all the pixels 130 to the control unit 13.

次に、第1検出部13aによる出力値zの演算方法について説明する。第1検出部13aは、第1画素130aから出力された出力信号N、Nと、第1画素130aから出力された出力信号N、Nとに基づき、反射光4の光電変換結果から受信第1変調光4aの光電変換結果、すなわち第1周波数fを有する入射光の光電変換結果を検出する。 Next, a method for calculating the output value z a by the first detector 13 a will be described. The first detector 13 a detects the photoelectric conversion result of the received first modulated light 4 a from the photoelectric conversion result of the reflected light 4 , i.e., the photoelectric conversion result of the incident light having the first frequency f a , based on the output signals N 1 and N 2 output from the first pixel 130 a and the output signals N 3 and N 4 output from the first pixel 130 a.

第1の実施の形態では、式(2)においてN-Nを考えたが、本実施形態では代わりにN-Nを考える。図15に示すように、g(t)-g(t)は正弦波で近似できるので、第1の実施の形態で説明したものと同様の手順で、次式(13)が導かれる。 In the first embodiment, N 1 -N 3 is considered in equation (2), but in this embodiment, N 1 -N 2 is considered instead. As shown in Fig. 15, g 1 (t) -g 2 (t) can be approximated by a sine wave, so the following equation (13) can be derived by the same procedure as described in the first embodiment.

Figure 0007501582000012
Figure 0007501582000012

同様に、N-Nは次式(14)により表される。 Similarly, N 3 -N 4 is expressed by the following equation (14).

Figure 0007501582000013
Figure 0007501582000013

出力値zは、次式(15)により表される。 The output value z a is expressed by the following equation (15).

Figure 0007501582000014
Figure 0007501582000014

従って、測距部13cは、第1の実施の形態と同様に、デプスマップデータを作成することができる。 Therefore, the distance measurement unit 13c can create depth map data, similar to the first embodiment.

次に、画像作成部13dについて説明する。図12に示すように、本実施の形態に係る画素130は、第1光電変換部132aおよび第2光電変換部132bを有している。第1光電変換部132aおよび第2光電変換部132bの形状は、第1の実施の形態における光電変換部32を2等分したものに略等しい。従って、第1光電変換部132aの出力信号と、第2光電変換部132bの出力信号とを加算すれば、第1の実施の形態に係る光電変換部32の出力信号に相当する信号が得られる。画像作成部13dは、各画素130について出力信号N~Nを足し合わせることで、その画素130の画素値(輝度値)を求める。画像作成部13dは、これを全ての画素130について行うことで、画像データを作成する。 Next, the image creation unit 13d will be described. As shown in FIG. 12, the pixel 130 according to this embodiment has a first photoelectric conversion unit 132a and a second photoelectric conversion unit 132b. The shapes of the first photoelectric conversion unit 132a and the second photoelectric conversion unit 132b are approximately equal to the shape of the photoelectric conversion unit 32 according to the first embodiment divided into two. Therefore, if the output signal of the first photoelectric conversion unit 132a and the output signal of the second photoelectric conversion unit 132b are added, a signal equivalent to the output signal of the photoelectric conversion unit 32 according to the first embodiment is obtained. The image creation unit 13d adds the output signals N 1 to N 4 for each pixel 130 to obtain the pixel value (luminance value) of the pixel 130. The image creation unit 13d performs this for all pixels 130 to create image data.

次に、焦点検出部13fについて説明する。焦点検出部13fは、撮像面20に設けられた所定の焦点検出エリア内において、x方向に一列に並んだ複数の画素130(交互に配列された第1画素130aと第2画素130bが含まれる)について、出力信号Nと出力信号Nとを足し合わせた信号と、出力信号Nと出力信号Nとを足し合わせた信号とを作成する。出力信号Nと出力信号Nとを足し合わせた信号は、第1光電変換部132aが露光期間Te(図14)の間に光電変換した電荷に基づく信号である。出力信号Nと出力信号Nとを足し合わせた信号は、第2光電変換部132bが露光期間Teの間に光電変換した電荷に基づく信号である。この一対の信号は、光学系11の射出瞳の一対の領域を通過した一対の光束に対応する信号である。つまり、この一対の信号は、いわゆる位相差方式の焦点検出を行うための信号である。位相差方式の焦点検出とは、周知のように、一対の信号についてシフト量を少しずつ変えながら相関演算を行い、相関値が最も大きいシフト量、すなわち位相差を求めることで、光学系11の焦点調節状態を検出する焦点検出方式である。焦点検出部13fは、作成した一対の信号に対して、周知の位相差方式の焦点検出を行い、光学系11の焦点調節状態(デフォーカス量)を検出する。 Next, the focus detection unit 13f will be described. The focus detection unit 13f creates a signal obtained by adding the output signal N 1 and the output signal N 2 and a signal obtained by adding the output signal N 3 and the output signal N 4 for a plurality of pixels 130 (including the first pixel 130a and the second pixel 130b arranged alternately) arranged in a row in the x direction within a predetermined focus detection area provided on the imaging surface 20. The signal obtained by adding the output signal N 1 and the output signal N 2 is a signal based on the charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 132a during the exposure period Te (FIG. 14). The signal obtained by adding the output signal N 3 and the output signal N 4 is a signal based on the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 132b during the exposure period Te. This pair of signals is a signal corresponding to a pair of light beams that have passed through a pair of regions of the exit pupil of the optical system 11. In other words, this pair of signals is a signal for performing focus detection using a so-called phase difference method. As is well known, phase difference focus detection is a focus detection method in which correlation calculation is performed while gradually changing the shift amount for a pair of signals, and the shift amount that has the largest correlation value, i.e., the phase difference, is obtained to detect the focus adjustment state of the optical system 11. The focus detection unit 13f performs well-known phase difference focus detection on the created pair of signals to detect the focus adjustment state (defocus amount) of the optical system 11.

なお、焦点検出エリアは撮像面20の任意の位置に設けることができる。また、予め複数の候補エリアを撮像面20に設け、いずれか1つの候補エリアを焦点検出エリアとして選択するようにしてもよい。上記の説明ではx方向に関する焦点検出を行う例について説明したが、これとは異なる方向(例えばy方向)について焦点検出を行うようにすることもできる。 The focus detection area can be located at any position on the imaging surface 20. Alternatively, multiple candidate areas may be provided on the imaging surface 20 in advance, and one of the candidate areas may be selected as the focus detection area. In the above explanation, an example of focus detection in the x direction was described, but focus detection can also be performed in a different direction (e.g., the y direction).

次に、焦点調節部13gについて説明する。焦点調節部13gは、測距部13cにより作成されたデプスマップデータと、焦点検出部13fにより検出された光学系11の焦点調節状態と、のいずれか一方に基づき、光学系11のピント位置を調節する。光学系11は、不図示のフォーカスレンズを有しており、焦点調節部13gは不図示のアクチュエータを用いてこのフォーカスレンズを光軸方向に駆動することで、光学系11の焦点調節を行う。 Next, the focus adjustment unit 13g will be described. The focus adjustment unit 13g adjusts the focus position of the optical system 11 based on either the depth map data created by the distance measurement unit 13c or the focus adjustment state of the optical system 11 detected by the focus detection unit 13f. The optical system 11 has a focus lens (not shown), and the focus adjustment unit 13g adjusts the focus of the optical system 11 by driving the focus lens in the optical axis direction using an actuator (not shown).

焦点調節部13gは、焦点調節に際し、まず光学系11の現在の絞り値(F値)を調べる。絞り値が所定のしきい値以下であった場合、すなわち光学系11の不図示の絞りの開口径が大きく、瞳分割で分割した2つの瞳の視差が大きい場合、焦点調節部13gは、焦点検出部13fに焦点調節状態を検出させ、検出された焦点調節状態に基づき焦点調節を行う。 When performing focus adjustment, the focus adjustment unit 13g first checks the current aperture value (F-number) of the optical system 11. If the aperture value is equal to or less than a predetermined threshold value, that is, if the aperture diameter of the aperture (not shown) of the optical system 11 is large and the parallax between the two pupils divided by pupil division is large, the focus adjustment unit 13g causes the focus detection unit 13f to detect the focus adjustment state, and performs focus adjustment based on the detected focus adjustment state.

他方、光学系11の現在の絞り値が所定のしきい値より大きい場合、すなわち光学系11の不図示の絞りの開口径が小さく、瞳分割で分割した2つの瞳の視差が小さい場合、焦点調節部13gは、少なくとも焦点検出エリアの範囲をカバーするデプスマップデータを測距部13cに作成させ、作成されたデプスマップデータに基づき焦点調節を行う。例えば、焦点検出エリアに対応する被写体の距離(奥行き)が1mである、ということがデプスマップデータから判明すれば、焦点調節部13gは、1mの位置にピントが合うように不図示のフォーカスレンズを駆動させる。 On the other hand, if the current aperture value of the optical system 11 is greater than a predetermined threshold value, i.e., the aperture diameter of the aperture (not shown) of the optical system 11 is small and the parallax between the two pupils divided by pupil division is small, the focus adjustment unit 13g causes the distance measurement unit 13c to create depth map data that covers at least the range of the focus detection area, and performs focus adjustment based on the created depth map data. For example, if it is determined from the depth map data that the distance (depth) of the subject corresponding to the focus detection area is 1 m, the focus adjustment unit 13g drives the focus lens (not shown) to focus at a position of 1 m.

上述した第2の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)互いに周期の異なる送信第1変調光3aおよび送信第2変調光3bが、被写体2(対象物)で反射し、受信第1変調光4aおよび受信第2変調光4bとして第1画素130aおよび第2画素130bに入射する。第1検出部13a(第1の位相差測定部)は、第1画素130aの出力信号に基づき、送信第1変調光3aの位相と受信第1変調光4aの位相との位相差θを検出(測定)する。第2検出部13b(第2の位相差測定部)は、第2画素130bの出力信号に基づき、送信第2変調光3bの位相と受信第2変調光4bの位相との位相差θを検出(測定)する。測距部13cは、それらの検出(測定)された位相差に基づき、被写体2に関する距離L(距離値)を算出する。このようにしたので、1回の変調光放出と撮影とで、高精度かつ測定範囲の広い測距を行うことができる。
According to the imaging device according to the second embodiment described above, the following advantageous effects can be obtained.
(1) The first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b, which have different periods, are reflected by the subject 2 (object) and enter the first pixel 130a and the second pixel 130b as the first received modulated light 4a and the second received modulated light 4b. The first detector 13a (first phase difference measuring unit) detects (measures) a phase difference θ a between the phase of the first transmitted modulated light 3a and the phase of the first received modulated light 4a based on the output signal of the first pixel 130a. The second detector 13b (second phase difference measuring unit) detects (measures) a phase difference θ b between the phase of the second transmitted modulated light 3b and the phase of the second received modulated light 4b based on the output signal of the second pixel 130b. The distance measuring unit 13c calculates a distance L (distance value) related to the subject 2 based on the detected (measured) phase difference. In this way, a high-precision distance measurement with a wide measurement range can be performed by emitting modulated light and taking a picture once.

(2)撮像素子12は、第1画素130aの出力信号を、送信第1変調光3aの一周期の間に、所定の位相遅れで、出力信号N~N(第1~第4の信号)として順次読み出す。第1検出部13aは、出力信号Nと出力信号Nとの差分と、出力信号Nと出力信号Nとの差分とに基づき、位相差θを測定する。撮像素子12は、第2画素130bの出力信号を、送信第2変調光3bの一周期の間に、所定の位相遅れで、出力信号N~N(第5~第8の信号)として順次読み出す。第2検出部13bは、出力信号Nと出力信号Nとの差分と、出力信号Nと出力信号Nとの差分とに基づき、位相差θを測定する。このようにしたので、光電変換信号から背景光の影響を取り除くことができる。 (2) The image sensor 12 sequentially reads out the output signals of the first pixels 130a as output signals N 1 to N 4 (first to fourth signals) with a predetermined phase delay during one period of the first transmitted modulated light 3a. The first detector 13a measures the phase difference θ a based on the difference between the output signals N 1 and N 2 and the difference between the output signals N 3 and N 4. The image sensor 12 sequentially reads out the output signals of the second pixels 130b as output signals N 1 to N 4 (fifth to eighth signals) with a predetermined phase delay during one period of the second transmitted modulated light 3b. The second detector 13b measures the phase difference θ b based on the difference between the output signals N 1 and N 2 and the difference between the output signals N 3 and N 4. This makes it possible to remove the influence of background light from the photoelectric conversion signal.

(3)第1画素130aおよび第2画素130bの各々は、マイクロレンズ31と第1光電変換部132aと第2光電変換部132bとを有する。撮像素子12は、第1画素130aの第1光電変換部132aから出力信号N~Nのうちの出力信号N,Nを読み出し、第2光電変換部132bから出力信号N~Nのうちの出力信号N,Nを読み出す。撮像素子12は、第2画素130bの第1光電変換部132aから出力信号N~Nのうちの出力信号N,Nを読み出し、第2光電変換部132bから出力信号N~Nのうちの出力信号N,Nを読み出す。このようにしたので、1つの画素30に入射した光を瞳分割して光電変換することができる。 (3) Each of the first pixel 130a and the second pixel 130b has a microlens 31, a first photoelectric conversion unit 132a, and a second photoelectric conversion unit 132b. The image sensor 12 reads out the output signals N 1 and N 2 of the output signals N 1 to N 4 from the first photoelectric conversion unit 132a of the first pixel 130a, and reads out the output signals N 3 and N 4 of the output signals N 1 to N 4 from the second photoelectric conversion unit 132b. The image sensor 12 reads out the output signals N 1 and N 2 of the output signals N 1 to N 4 from the first photoelectric conversion unit 132a of the second pixel 130b, and reads out the output signals N 3 and N 4 of the output signals N 1 to N 4 from the second photoelectric conversion unit 132b. In this manner, light incident on one pixel 30 can be pupil-divided and photoelectrically converted.

(4)撮像素子12は、第1画素130aの第1光電変換部132aから出力信号N,Nをそれぞれ読み出す第1読出部331および第2読出部332と、第1画素130aの第2光電変換部132bから出力信号N,Nをそれぞれ読み出す第3読出部333および第4読出部334とを有する。撮像素子12は、第2画素130bの第1光電変換部132aから出力信号N,Nをそれぞれ読み出す第1読出部331および第2読出部332と、第2画素130bの第2光電変換部132bから出力信号N,Nをそれぞれ読み出す第3読出部333および第4読出部334とを有する。このようにしたので、このようにしたので、出力信号N~Nを容易に得ることができる。 (4) The image sensor 12 has a first readout section 331 and a second readout section 332 that respectively read out the output signals N 1 and N 2 from the first photoelectric conversion section 132a of the first pixel 130a, and a third readout section 333 and a fourth readout section 334 that respectively read out the output signals N 3 and N 4 from the second photoelectric conversion section 132b of the first pixel 130a. The image sensor 12 has a first readout section 331 and a second readout section 332 that respectively read out the output signals N 1 and N 2 from the first photoelectric conversion section 132a of the second pixel 130b, and a third readout section 333 and a fourth readout section 334 that respectively read out the output signals N 3 and N 4 from the second photoelectric conversion section 132b of the second pixel 130b. By doing so, the output signals N 1 to N 4 can be easily obtained.

(5)第1画素130aの第1読出部331は、第1画素130aの第1光電変換部132aから出力信号Nを送信第1変調光3aの一周期のうちの半周期の間に読み出す。第1画素130aの第2読出部332は、第1画素130aの第1光電変換部132aから出力信号Nを送信第1変調光3aの一周期のうちの残り半周期の間に読み出す。第1画素130aの第3読出部333は、第1読出部331による読み出しよりも所定の時間遅れをもって第1画素130aの第2光電変換部132bから出力信号Nを送信第1変調光3aの一周期のうちの半周期の間に読み出す。第1画素130aの第4読出部334は、第2読出部332による読み出しよりも所定の時間遅れをもって第1画素130aの第2光電変換部132bから出力信号Nを送信第1変調光3aの一周期のうちの残り半周期の間に読み出す。第2画素130bの第1読出部331は、第2画素130bの第1光電変換部132aから出力信号Nを送信第2変調光3bの一周期のうちの半周期の間に読み出す。第2画素130bの第2読出部332は、第2画素130bの第1光電変換部132aから出力信号Nを送信第2変調光3bの一周期のうちの残り半周期の間に読み出す。第2画素130bの第3読出部333は、第1読出部331による読み出しよりも所定の時間遅れをもって第2画素130bの第2光電変換部132bから出力信号Nを送信第2変調光3bの一周期のうちの半周期の間に読み出す。第2画素130bの第4読出部334は、第2読出部332による読み出しよりも所定の時間遅れをもって第2画素130bの第2光電変換部132bから出力信号Nを送信第2変調光3bの一周期のうちの残り半周期の間に読み出す。このようにしたので、光飛行時間計測法に基づく測距に利用でき、かつ、いわゆる位相差検出方式の測距にも利用できる信号を読み出すことができる。 (5) The first readout unit 331 of the first pixel 130a reads out the output signal N1 from the first photoelectric conversion unit 132a of the first pixel 130a during one half period of the cycle of the transmitted first modulated light 3a. The second readout unit 332 of the first pixel 130a reads out the output signal N2 from the first photoelectric conversion unit 132a of the first pixel 130a during the remaining half period of the cycle of the transmitted first modulated light 3a. The third readout unit 333 of the first pixel 130a reads out the output signal N3 from the second photoelectric conversion unit 132b of the first pixel 130a with a predetermined time delay from the reading by the first readout unit 331 during one half period of the cycle of the transmitted first modulated light 3a. The fourth readout unit 334 of the first pixel 130a reads out an output signal N4 from the second photoelectric conversion unit 132b of the first pixel 130a during the remaining half of one period of the first transmitted modulated light 3a with a predetermined time delay from the readout by the second readout unit 332. The first readout unit 331 of the second pixel 130b reads out an output signal N1 from the first photoelectric conversion unit 132a of the second pixel 130b during the remaining half of one period of the second transmitted modulated light 3b. The second readout unit 332 of the second pixel 130b reads out an output signal N2 from the first photoelectric conversion unit 132a of the second pixel 130b during the remaining half of one period of the second transmitted modulated light 3b. The third readout unit 333 of the second pixel 130b reads out the output signal N3 from the second photoelectric conversion unit 132b of the second pixel 130b during a half period of one period of the transmitted second modulated light 3b with a predetermined time delay from the readout by the first readout unit 331. The fourth readout unit 334 of the second pixel 130b reads out the output signal N4 from the second photoelectric conversion unit 132b of the second pixel 130b during the remaining half period of one period of the transmitted second modulated light 3b with a predetermined time delay from the readout by the second readout unit 332. In this manner, it is possible to read out a signal that can be used for distance measurement based on the optical time-of-flight measurement method and can also be used for distance measurement by a so-called phase difference detection method.

(6)画像作成部13d(画像データ生成部)は、第1画素130aの出力信号N~Nを加算した加算信号と、第2画素130bの出力信号N~Nを加算した加算信号とに基づき、光学系11(結像光学系)による被写体2の像に関する画像データを生成する。このようにしたので、いわゆる位相差検出方式の焦点検出を行いつつ、デプスマップデータを作成し、更に、被写体2の画像データも作成することができる。 (6) The image creation unit 13d (image data generation unit) generates image data relating to the image of the subject 2 formed by the optical system 11 (imaging optical system) based on an addition signal obtained by adding the output signals N 1 to N 4 of the first pixels 130a and an addition signal obtained by adding the output signals N 1 to N 4 of the second pixels 130b. In this manner, it is possible to create depth map data while performing focus detection using a so-called phase difference detection method, and further create image data of the subject 2.

(7)焦点検出部13f(位相差式焦点検出部)は、第1画素130aおよび第2画素130bの第1光電変換部132aおよび第2光電変換部132bから読み出された信号の対に基づき、デフォーカス量を算出する。このようにしたので、いわゆる位相差検出方式の焦点検出を、デプスマップデータの作成と並行して行うことができる。 (7) The focus detection unit 13f (phase difference focus detection unit) calculates the defocus amount based on the pair of signals read out from the first photoelectric conversion unit 132a and the second photoelectric conversion unit 132b of the first pixel 130a and the second pixel 130b. In this way, focus detection using the so-called phase difference detection method can be performed in parallel with the creation of depth map data.

(8)焦点検出部13fは、第1画素130aおよび第2画素130bの第1光電変換部132aから読み出された出力信号N,Nを加算した加算信号と第2光電変換部132bから読み出された出力信号N,Nを加算した加算信号との対に基づきデフォーカス量を算出する。このようにしたので、いわゆる位相差検出方式の焦点検出を、デプスマップデータの作成と並行して行うことができる。 (8) The focus detection unit 13f calculates the defocus amount based on a pair of an addition signal obtained by adding together the output signals N1 and N2 read out from the first photoelectric conversion unit 132a of the first pixel 130a and the output signals N3 and N4 read out from the second photoelectric conversion unit 132b. Since this is done, focus detection using a so-called phase difference detection method can be performed in parallel with the creation of depth map data.

(9)第1画素130aと第2画素130bは、それぞれ撮像素子12の撮像面20の全体に略均一に分布配置されており、測距部13cは、互いに近傍に位置する第1画素130aおよび第2画素130bについて、第1検出部13aおよび第2検出部13bがそれぞれ測定した位相差θ、θに基づき、距離Lを算出する。このようにしたので、画素数に等しい要素数のデプスマップデータを作成することができる。 (9) The first pixels 130a and the second pixels 130b are each substantially uniformly distributed across the entire imaging surface 20 of the image sensor 12, and the distance measurement unit 13c calculates the distance L for the first pixels 130a and the second pixels 130b located near each other based on the phase differences θ a and θ b measured by the first detection unit 13a and the second detection unit 13b, respectively. In this manner, it is possible to create depth map data with the same number of elements as the number of pixels.

(10)測距部13cは、第1画素130a毎の距離Lと第2画素130b毎の距離Lとに基づき、第1画素130aおよび第2画素130bの位置における距離Lに関するマップを表すデプスマップデータを作成する。このようにしたので、被写体2の主要部分のみならず、被写体2の各部分の距離を得ることができる。 (10) Based on the distance L for each first pixel 130a and the distance L for each second pixel 130b, the distance measuring unit 13c creates depth map data that represents a map regarding the distance L at the positions of the first pixel 130a and the second pixel 130b. In this way, it is possible to obtain the distance to each part of the subject 2, not just the main part of the subject 2.

(11)焦点調節部13gは、光学系11の絞り値が所定の値より大きい(暗い)ときに、測距部13cにより算出された距離Lに基づき焦点調節を行い、光学系11の絞り値が所定の値以下である(明るい)ときに、焦点検出部13fにより検出された焦点調節状態に基づき焦点調節を行う。このようにしたので、絞り値が大きく(暗く)位相差方式の焦点検出が行えない場合であっても焦点調節を行うことができる。 (11) When the aperture value of the optical system 11 is greater than a predetermined value (dark), the focus adjustment unit 13g performs focus adjustment based on the distance L calculated by the distance measurement unit 13c, and when the aperture value of the optical system 11 is equal to or less than a predetermined value (bright), the focus adjustment unit 13g performs focus adjustment based on the focus adjustment state detected by the focus detection unit 13f. As a result, focus adjustment can be performed even when the aperture value is large (dark) and focus detection using the phase difference method cannot be performed.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications may be combined with the above-described embodiment.

(変形例1)
第1画素30aと第2画素30b(第1画素130aと第2画素130b)の個数およびレイアウトは、上述した実施形態と異なっていてもよい。例えば第1の実施の形態では、図2(b)に示すように、略同数の第1画素30aと第2画素30bとを互い違いに配列していた。これに対し、図16(a)に示す配列では、撮像面20全体を2×2の4画素のブロックに区切り、1つのブロックが3つの第1画素30aと1つの第2画素30bとから構成されるようにしている。このように、第1画素30aが第2画素30bよりも多数存在するようにしてもよい。
(Variation 1)
The number and layout of the first pixels 30a and the second pixels 30b (the first pixels 130a and the second pixels 130b) may be different from those in the above-described embodiment. For example, in the first embodiment, as shown in FIG. 2B, the first pixels 30a and the second pixels 30b are arranged in a staggered manner in a substantially equal number. In contrast, in the arrangement shown in FIG. 16A, the entire imaging surface 20 is divided into 2×2 blocks of four pixels, and one block is composed of three first pixels 30a and one second pixel 30b. In this way, the first pixels 30a may be more numerous than the second pixels 30b.

図10で説明したように、第2画素30bにより検出される位相差θは、位相差θから真の位相差Θを特定するために用いられる。つまり、位相差θに比べて、位相差θに求められる検出精度は高くない。従って、第2画素30bは、位相差θから真の位相差Θを特定できる程度の数だけ存在すればよい。 10, the phase difference θ b detected by the second pixel 30 b is used to determine the true phase difference Θ from the phase difference θ a . In other words, the detection accuracy required for the phase difference θ b is not as high as that for the phase difference θ a . Therefore, it is sufficient that the second pixel 30 b exists in a number sufficient to determine the true phase difference Θ from the phase difference θ a .

つまり、図16(b)に示すように、撮像面20をM×Nの複数のブロック200に区切ったとき、1つのブロック200内に最低限1つの第2画素30bが存在すれば、デプスマップデータを作成することができる。この場合において、第2画素30bの位置は図16(b)に示すように不規則的であってもよい。この場合、第1画素30aが存在する位置については、その第1画素30aの出力から決定された出力値zと、その第1画素30aが属するブロック200内の1つの第2画素30bから決定された出力値zとを用いて、当該位置に対応する距離Lを算出する。また、第2画素30bが存在する位置については、その第2画素30bの出力から決定された出力値zと、その第2画素30bの近傍に存在する第1画素30aの出力から決定された出力値zとを用いて、当該位置に対応する距離Lを算出する。ここで、出力値z、zは単一の画素30の出力から決定された値を用いてもよいし、第1の実施の形態のように、複数の画素30の出力から決定された複数の値から決定された値(例えば平均値、中央値、最頻値等)を用いてもよい。つまり、ある位置に対応する距離Lを算出するための出力値z、zは、その近傍の画素30から得られた出力値z、zの平均的な値(算出平均値、幾何平均値、中央値等)でよい。 That is, as shown in FIG. 16B, when the imaging surface 20 is divided into a plurality of blocks 200 of M×N, if at least one second pixel 30b exists in one block 200, the depth map data can be created. In this case, the position of the second pixel 30b may be irregular as shown in FIG. 16B. In this case, for a position where the first pixel 30a exists, the distance L corresponding to the position is calculated using the output value z a determined from the output of the first pixel 30a and the output value z b determined from one second pixel 30b in the block 200 to which the first pixel 30a belongs. Also, for a position where the second pixel 30b exists, the distance L corresponding to the position is calculated using the output value z b determined from the output of the second pixel 30b and the output value z a determined from the output of the first pixel 30a existing in the vicinity of the second pixel 30b. Here, the output values z a and z b may be values determined from the output of a single pixel 30, or as in the first embodiment, may be values (e.g., average, median, mode, etc.) determined from a plurality of values determined from the outputs of a plurality of pixels 30. In other words, the output values z a and z b for calculating the distance L corresponding to a certain position may be the average value (calculated average, geometric mean, median, etc.) of the output values z a and z b obtained from the neighboring pixels 30.

このように、第1画素30aを増やし、第2画素30bを減らすことで、測距部13cにより作成されるデプスマップデータの精度が高くなる。なお、図2(b)や図16(b)のように、第1画素30aと第2画素30bをそれぞれ撮像素子12の撮像面20の全体に略均一に分布配置することで、測距部13cが距離Lを算出するために使用する位相差θおよび位相差θに関する第1画素30aおよび第2画素30bの対が互いに近傍に位置すること保証することができる。 In this way, by increasing the number of first pixels 30a and decreasing the number of second pixels 30b, the accuracy of the depth map data created by the distance measuring unit 13c is improved. Note that, by distributing the first pixels 30a and the second pixels 30b approximately uniformly over the entire imaging surface 20 of the imaging element 12 as shown in Fig. 2B and Fig. 16B, it is possible to ensure that the pairs of the first pixels 30a and the second pixels 30b regarding the phase differences θa and θb used by the distance measuring unit 13c to calculate the distance L are located close to each other.

なお、第1の実施の形態において説明した通り、第1画素30aと第2画素30bは、同一の構造を有している。そこで、ある画素30が、あるときには第1画素30aとして機能し、また別のときには第2画素30bとして機能するようにすることもできる。例えば、図16(a)のようなレイアウトで第1画素30aと第2画素30bとを配列したときに、被写体の特性に応じて第1画素30aと第2画素30bとを入れ替えるようにしてもよい。 As described in the first embodiment, the first pixel 30a and the second pixel 30b have the same structure. Therefore, a pixel 30 can function as the first pixel 30a at one time and as the second pixel 30b at another time. For example, when the first pixel 30a and the second pixel 30b are arranged in a layout as shown in FIG. 16(a), the first pixel 30a and the second pixel 30b can be switched depending on the characteristics of the subject.

(変形例2)
図7を用いて説明したように、第1の実施の形態では、第1周期Tを4つの期間に分け、各々の期間における光電変換信号を出力信号N~Nとして出力するように、第1画素30aを構成していた。従って、例えば出力信号N~Nを積算すれば、それは第1周期Tの期間全てにおける光電変換信号となる。しかしながら、これとは異なる制御により得られた光電変換信号を出力信号N~Nとしても、上述した実施形態と同様にデプスマップデータを作成することができる。
(Variation 2)
As described with reference to Fig. 7, in the first embodiment, the first pixel 30a is configured to divide the first cycle T a into four periods and output photoelectric conversion signals in each period as output signals N 1 to N 4. Therefore, for example, integrating the output signals N 1 to N 4 will result in photoelectric conversion signals for the entire period of the first cycle T a . However, even if photoelectric conversion signals obtained by a different control are used as the output signals N 1 to N 4 , depth map data can be created in the same manner as in the above-described embodiment.

図7を参照して説明すると、例えば、時刻t2から1/4Tの期間の最後の期間において、信号φTX1をオンすれば、対応する光電変換信号を出力信号Nとしてよい。必ずしも、時刻t2から1/4Tの期間の全てにおいて、信号φTX1をオンしなくてもよい。信号φTX2~φTX4についても同様である。 7, for example, if the signal φTX1 is turned on during the last period of the period from time t2 to ¼Ta , the corresponding photoelectric conversion signal may be the output signal N1 . The signal φTX1 does not necessarily have to be turned on during the entire period from time t2 to ¼Ta . The same applies to the signals φTX2 to φTX4.

図14を参照して別の例を説明する。例えば、信号φTX1を送信第1変調光3aの一周期(周期T)の第2の四半周期にオンする信号とし、信号φTX2を第4の四半周期にオンする信号とし、信号φTX3を第3の四半周期にオンする信号とし、信号φTX4を第1の四半周期にオンする信号とすることができる。この場合、出力信号N、N、N、Nは、それぞれ第1の実施の形態における出力信号N、N、N、Nと同様の信号になるので、第1の実施の形態と同様の演算を行えばよい。 Another example will be described with reference to Fig. 14. For example, the signal φTX1 can be a signal that is turned on in the second quarter period of one period (period T a ) of the first transmitted modulated light 3a, the signal φTX2 can be a signal that is turned on in the fourth quarter period, the signal φTX3 can be a signal that is turned on in the third quarter period, and the signal φTX4 can be a signal that is turned on in the first quarter period. In this case, the output signals N1 , N2 , N3 , and N4 are the same signals as the output signals N1 , N3 , N2 , and N4 in the first embodiment, respectively, so that the same calculation as in the first embodiment can be performed.

(変形例3)
図14を用いて説明したように、第2の実施の形態では、信号φTX3、φTX4(制御信号g(t)、g(t))を、信号φTX1、φTX2(制御信号g(t)、g(t))に対して第1周期Tの1/4だけ遅れた位相を有する信号としていた。しかしながら、信号φTX3、φTX4を、これとは異なる位相を有する信号とすることもできる。少なくとも、信号φTX1、φTX2に対して位相が異なっていればよい。
(Variation 3)
As described with reference to FIG. 14, in the second embodiment, the signals φTX3 and φTX4 (control signals g3 (t), g4 (t)) are signals having a phase delayed by ¼ of the first period Ta with respect to the signals φTX1 and φTX2 (control signals g1 (t), g2 (t)). However, the signals φTX3 and φTX4 may also be signals having a different phase. It is sufficient that the phase is at least different from that of the signals φTX1 and φTX2.

(変形例4)
上述した各実施形態において、送信第1変調光3aおよび送信第2変調光3bは、互いに異なる周期の正弦波であった。これとは異なる形に変調された光を、送信第1変調光3aおよび送信第2変調光3bとしてもよい。以下、そのような変調光3を用いる変形例について説明する。
(Variation 4)
In each of the above-described embodiments, the first modulated light 3a and the second modulated light 3b are sine waves having different periods. The first modulated light 3a and the second modulated light 3b may be light modulated in a different form. A modified example using such modulated light 3 will be described below.

図17は、変形例4に係る撮像素子12の構成を示す回路図である。なお図17では、第1画素32aと第2画素32bの回路図のみを図示している。第1画素32aは、光電変換部32と、第1読出部331と、第2読出部332とを備える。第2画素32bは、光電変換部32と、第3読出部333と、第4読出部334とを備える。 Figure 17 is a circuit diagram showing the configuration of the image sensor 12 according to the fourth modification. Note that Figure 17 only shows the circuit diagrams of the first pixel 32a and the second pixel 32b. The first pixel 32a includes a photoelectric conversion unit 32, a first readout unit 331, and a second readout unit 332. The second pixel 32b includes a photoelectric conversion unit 32, a third readout unit 333, and a fourth readout unit 334.

図18は、撮影動作を示すタイミングチャートである。変形例4において、送信第1変調光3aおよび送信第2変調光3bの周期は、共に第2周期T(図4)である。送信第1変調光3aは、その周期において、時刻t21から第1周期T(図4)の1/2の期間だけ振幅Aを有し、それ以外の期間は振幅がゼロである。送信第2変調光3bは、その周期において、時刻t21から第2周期Tの1/2の期間だけ振幅Aを有し、それ以外の期間は振幅がゼロである。すなわち送信第1変調光3aと送信第2変調光3bは、同一の周期を有しデューティ比が異なるパルス変調光である。 18 is a timing chart showing the imaging operation. In the fourth modification, the periods of the first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b are both the second period Tb (FIG. 4). The first transmitted modulated light 3a has an amplitude A1 only during a period from time t21 to half the first period Tb (FIG. 4) in the period, and the amplitude is zero during the other periods. The second transmitted modulated light 3b has an amplitude A2 only during a period from time t21 to half the second period Tb in the period, and the amplitude is zero during the other periods. That is, the first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b are pulse modulated lights having the same period but different duty ratios.

第1変調光3aと第2変調光3bとを重畳した変調光3は、図18に示すように、時刻t21から時刻t22までの期間には振幅A(=A+A)を有し、時刻t22から時刻t24までの期間には振幅Aを有する光となる。ここで、時刻t22は、時刻t21から第1周期Tの1/2だけ後の時刻であり、時刻t24は、時刻t21から第2周期Tの1/2だけ後の時刻である。また、振幅Aは振幅Aよりも十分に大きいものとする。 18, the modulated light 3 obtained by superposing the first modulated light 3a and the second modulated light 3b has an amplitude A3 (= A1 + A2 ) in the period from time t21 to time t22, and has an amplitude A2 in the period from time t22 to time t24. Here, time t22 is 1/2 the first period T a after time t21, and time t24 is 1/2 the second period T b after time t21. It is also assumed that the amplitude A1 is sufficiently larger than the amplitude A2 .

変形例4においては、時刻t21から第1周期Tの1/2だけ後の時刻t22までの間、信号φTX1がオンであり、信号φTX2がオフである。また、時刻t22から第1周期Tの1/2だけ後の時刻t23までの間、信号φTX1がオフであり、信号φTX2がオンである。 In the fourth modification, the signal φTX1 is on and the signal φTX2 is off during the period from time t21 to time t22, which is ½ of the first period T a later. Also, the signal φTX1 is off and the signal φTX2 is on during the period from time t22 to time t23, which is ½ of the first period T a later.

他方、第2画素30bに注目すると、時刻t21に、時刻t21から第2周期Tの1/2だけ後の時刻t24までの間、信号φTX3がオンであり、信号φTX4がオフである。また、時刻t24から第2周期Tの1/2だけ後の時刻t25までの間、信号φTX3がオフであり、信号φTX4がオンである。 On the other hand, for the second pixel 30b, at time t21, the signal φTX3 is on and the signal φTX4 is off during the period from time t21 to time t24, which is ½ of the second period Tb later. Also, during the period from time t24 to time t25, which is ½ of the second period Tb later, the signal φTX3 is off and the signal φTX4 is on.

第1画素32aのフローティングディフュージョンFD1には、反射光4のうち、図18に網掛けで示す光210を光電変換した電荷が蓄積される。換言すると、第1画素32aから出力される出力信号Nは、図18に網掛けで示す光210の量に基づく。同様に、第1画素32aから出力される出力信号Nは、図18に網掛けで示す光211の量に基づく。送信第1変調光3aと受信第1変調光4aとの位相差θがゼロである場合、反射光4のうち振幅がAである部分を光電変換した電荷は、すべてフローティングディフュージョンFD1に転送され、出力信号Nは出力信号Nよりも極めて大きくなる。位相差θが大きくなるに従い、反射光4のうち振幅がAである部分を光電変換した電荷がフローティングディフュージョンFD2に転送される割合は大きくなっていく。つまり、出力信号Nと出力信号Nとの比率を演算すれば、位相差θを求めることができる。なお、第1画素32aは、反射光4のうち振幅がAである部分だけでなく、振幅がAである部分も光電変換する。しかしながら、振幅Aを振幅Aよりも十分に大きくすれば、出力信号Nおよび出力信号Nの量は、振幅がAである部分の影響が支配的になり、振幅がAである部分の影響は無視できる。 The floating diffusion FD1 of the first pixel 32a accumulates electric charges obtained by photoelectrically converting the light 210 of the reflected light 4, which is shown by hatching in FIG. 18. In other words, the output signal N1 output from the first pixel 32a is based on the amount of the light 210 shown by hatching in FIG. 18. Similarly, the output signal N2 output from the first pixel 32a is based on the amount of the light 211 shown by hatching in FIG. 18. When the phase difference θa between the transmitted first modulated light 3a and the received first modulated light 4a is zero, all electric charges obtained by photoelectrically converting the portion of the reflected light 4 having the amplitude A1 are transferred to the floating diffusion FD1, and the output signal N1 becomes much larger than the output signal N2 . As the phase difference θa increases, the proportion of electric charges obtained by photoelectrically converting the portion of the reflected light 4 having the amplitude A1 that are transferred to the floating diffusion FD2 increases. That is, the phase difference θa can be obtained by calculating the ratio between the output signal N1 and the output signal N2 . The first pixel 32a photoelectrically converts not only the portion of the reflected light 4 having the amplitude A1 , but also the portion having the amplitude A2 . However, if the amplitude A1 is made sufficiently larger than the amplitude A2 , the amount of the output signal N1 and the output signal N2 is dominated by the influence of the portion having the amplitude A1 , and the influence of the portion having the amplitude A2 can be ignored.

第2画素32bのフローティングディフュージョンFD3には、反射光4のうち、図18に網掛けで示す光212を光電変換した電荷が蓄積される。換言すると、第2画素32bから出力される出力信号Nは、図18に網掛けで示す光212の量に基づく。同様に、第2画素32bから出力される出力信号Nは、図18に網掛けで示す光213の量に基づく。送信第2変調光3bと受信第2変調光4bとの位相差θがゼロである場合、反射光4を光電変換した電荷は、すべてフローティングディフュージョンFD3に転送され、出力信号Nは出力信号Nよりも極めて大きくなる。位相差θが大きくなるに従い、反射光4を光電変換した電荷がフローティングディフュージョンFD4に転送される割合は大きくなっていく。つまり、出力信号Nと出力信号Nとの比率を演算すれば、位相差θを求めることができる。なお、出力信号N3には、反射光4のうち振幅がAである部分を光電変換した結果が反映される。しかしながら、振幅がAである期間(送信第1変調光3aのデューティ比)を十分小さくすれば、出力信号Nに対する振幅がAである部分の影響は無視できるほど小さくなる。 The floating diffusion FD3 of the second pixel 32b accumulates electric charges obtained by photoelectrically converting the light 212 shown by hatching in FIG. 18 out of the reflected light 4. In other words, the output signal N3 output from the second pixel 32b is based on the amount of the light 212 shown by hatching in FIG. 18. Similarly, the output signal N4 output from the second pixel 32b is based on the amount of the light 213 shown by hatching in FIG. 18. When the phase difference θb between the transmitted second modulated light 3b and the received second modulated light 4b is zero, all of the electric charges obtained by photoelectrically converting the reflected light 4 are transferred to the floating diffusion FD3, and the output signal N3 becomes much larger than the output signal N4 . As the phase difference θb increases, the proportion of the electric charges obtained by photoelectrically converting the reflected light 4 transferred to the floating diffusion FD4 increases. In other words, the phase difference θb can be obtained by calculating the ratio between the output signal N3 and the output signal N4 . The output signal N3 reflects the result of photoelectric conversion of the portion of the reflected light 4 having the amplitude A1 . However, if the period during which the amplitude is A1 (the duty ratio of the transmitted first modulated light 3a) is made sufficiently small, the influence of the portion having the amplitude A1 on the output signal N3 becomes negligibly small.

以上のように、変調光を第1の実施の形態や第2の実施の形態のように高周波変調光とするのではなく、変調光をパルス光とすることも可能である。 As described above, instead of using high-frequency modulated light as in the first and second embodiments, it is also possible to use pulsed light as the modulated light.

(変形例5)
光源部10が被写体2に放出する変調光3は、可視光でなく赤外光(例えば近赤外光)であってもよい。このようにすると、特に被写体2が人物である場合に、変調光3が目に見えず、被写体2が変調光3を煩わしく感じることがなく、円滑に撮影を行うことができる。
(Variation 5)
The modulated light 3 emitted by the light source unit 10 to the subject 2 may be infrared light (for example, near-infrared light) instead of visible light. In this way, particularly when the subject 2 is a person, the modulated light 3 is invisible to the eye, the subject 2 does not feel bothered by the modulated light 3, and shooting can be performed smoothly.

(変形例6)
上述した実施の形態では、光源部10を撮像装置1の筐体外部に設けていた(例えば図1)。光源部10を撮像装置1の筐体内部に設けることもできる。例えば、光学系11と撮像素子12との間に斜めにハーフミラーを挿入し、ハーフミラーに対してy方向に変調光3を放出する光源部10を設ける。このようにすると、光源部10により放出された変調光3は、ハーフミラーで反射して光学系11の方向、すなわち被写体2の方向に向かって進行する。反射光4は、光学系11とハーフミラーを通過して撮像素子12に入射する。このようにすることで、撮像装置1の筐体デザインの自由度が高くなる。
(Variation 6)
In the above-described embodiment, the light source unit 10 is provided outside the housing of the imaging device 1 (for example, FIG. 1). The light source unit 10 can also be provided inside the housing of the imaging device 1. For example, a half mirror is inserted obliquely between the optical system 11 and the imaging element 12, and the light source unit 10 is provided to emit modulated light 3 in the y direction relative to the half mirror. In this way, the modulated light 3 emitted by the light source unit 10 is reflected by the half mirror and travels toward the optical system 11, i.e., toward the subject 2. The reflected light 4 passes through the optical system 11 and the half mirror and enters the imaging element 12. This increases the degree of freedom in the design of the housing of the imaging device 1.

(変形例7)
上述した実施の形態では、光源部10は送信第1変調光3aと送信第2変調光3bとから成る変調光3を被写体2に放出していたが、送信第1変調光3aと送信第2変調光3bをそれぞれ別個に被写体2に放出てもよい。例えば、送信第1変調光3aを放出する第1光源部と、送信第2変調光3bを放出する第2光源部とを、撮像装置1の異なる位置に設けてもよい。
(Variation 7)
In the above-described embodiment, the light source unit 10 emits modulated light 3 consisting of the first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b to the subject 2, but the first transmitted modulated light 3a and the second transmitted modulated light 3b may be emitted separately to the subject 2. For example, the first light source unit emitting the first transmitted modulated light 3a and the second light source unit emitting the second transmitted modulated light 3b may be provided at different positions in the imaging device 1.

(変形例8)
上述した実施の形態では、デプスマップデータと共に画像データを作成可能な撮像装置について説明したが、画像データの作成は行わなくてもよい。例えば、デプスマップデータのみを作成する測距装置としてもよい。
(Variation 8)
In the above embodiment, the imaging device is capable of generating image data together with depth map data, but the imaging device does not necessarily have to generate image data. For example, the imaging device may generate only depth map data.

(変形例9)
第2の実施の形態において、第1光電変換部132aから出力信号Nおよび出力信号Nを読み出し、第2光電変換部132bから出力信号Nおよび出力信号Nを読み出すのではなく、第1光電変換部132aから出力信号Nおよび出力信号Nを読み出し、第2光電変換部132bから出力信号Nおよび出力信号Nを読み出すようにしてもよい。また、第1光電変換部132aから出力信号Nおよび出力信号Nを読み出し、第2光電変換部132bから出力信号Nおよび出力信号Nを読み出すようにしてもよい。
(Variation 9)
In the second embodiment, instead of reading out the output signals N1 and N2 from the first photoelectric conversion unit 132a and reading out the output signals N3 and N4 from the second photoelectric conversion unit 132b, the output signals N1 and N3 may be read out from the first photoelectric conversion unit 132a and the output signals N2 and N4 may be read out from the second photoelectric conversion unit 132b. Also, the output signals N1 and N4 may be read out from the first photoelectric conversion unit 132a and the output signals N2 and N3 may be read out from the second photoelectric conversion unit 132b.

(変形例10)
第1の実施の形態では、図3に示したように、1列の画素30に対して、出力信号N~Nを出力するための4本の垂直信号線V1~V4を設けていたが、これを2本の垂直信号線V1,V3のみ設けるようにしてもよい。この場合、出力信号N,Nは時分割的に垂直信号線V1に出力され、出力信号N,Nは時分割的に垂直信号線V3に出力されることになる。同様に、垂直信号線V1のみを設け、出力信号N~Nを時分割的に垂直信号線V1に出力するようにしてもよい。
(Variation 10)
In the first embodiment, as shown in Fig. 3, four vertical signal lines V1 to V4 are provided for outputting output signals N1 to N4 to one column of pixels 30, but only two vertical signal lines V1 and V3 may be provided. In this case, the output signals N1 and N2 are output to the vertical signal line V1 in a time-division manner, and the output signals N3 and N4 are output to the vertical signal line V3 in a time-division manner. Similarly, only the vertical signal line V1 may be provided, and the output signals N1 to N4 may be output to the vertical signal line V1 in a time-division manner.

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other forms that are conceivable within the scope of the technical concept of the present invention are also included within the scope of the present invention.

1、100…撮像装置、10…光源部、11…光学系、12、112…撮像素子、13、113…制御部、13a…第1検出部、13b…第2検出部、13c…測距部、13d…画像作成部、13e…発光制御部、13f…焦点検出部、13g…焦点調節部
Reference Signs List 1, 100...imaging device, 10...light source unit, 11...optical system, 12, 112...imaging element, 13, 113...control unit, 13a...first detection unit, 13b...second detection unit, 13c...distance measurement unit, 13d...image creation unit, 13e...light emission control unit, 13f...focus detection unit, 13g...focus adjustment unit

Claims (20)

撮像装置であって、
対象物に光を放出する光源部と、
光を電荷に変換する第1光電変換部を含む第1画素と、行方向において前記第1画素と並んで配置される画素であって光を電荷に変換する第2光電変換部を含む第2画素と、前記第1光電変換部で変換された電荷の転送を制御する第1転送制御回路と、前記第2光電変換部で変換された電荷の転送を制御する第2転送制御回路とを有する撮像素子と、
前記第1画素から読み出された信号と、前記第2画素から読み出された信号とに基づいて前記撮像装置から前記対象物までの距離を算出する測距部と
を備え、
前記光源部は、第1周期の正弦波に変調された第1変調光と、前記第1周期とは異なる第2周期の正弦波に変調された第2変調光とを放出し、
前記第1画素は、
前記第1光電変換部で変換された電荷を第1蓄積部に転送する第1転送部と、
前記第1光電変換部で変換された電荷を第2蓄積部に転送する第2転送部と、
前記第1光電変換部で変換された電荷を第3蓄積部に転送する第3転送部と、
前記第1光電変換部で変換された電荷を第4蓄積部に転送する第4転送部と、
有し
前記第2画素は、
前記第2光電変換部で変換された電荷を第5蓄積部に転送する第5転送部と、
前記第2光電変換部で変換された電荷を第6蓄積部に転送する第6転送部と、
前記第2光電変換部で変換された電荷を第7蓄積部に転送する第7転送部と、
前記第2光電変換部で変換された電荷を第8蓄積部に転送する第8転送部と
を有し、
前記第1転送制御回路は、前記第1光電変換部で変換された電荷が前記第1周期で前記第1蓄積部、前記第2蓄積部、前記第3蓄積部および前記第4蓄積部に順次転送されるように前記第1転送部、前記第2転送部、前記第3転送部および前記第4転送部を制御し、
前記第2転送制御回路は、前記第2光電変換部で変換された電荷が前記第2周期で前記第5蓄積部、前記第6蓄積部、前記第7蓄積部および前記第8蓄積部に順次転送されるように前記第5転送部、前記第6転送部、前記第7転送部および前記第8転送部を制御する、
撮像装置
1. An imaging device, comprising:
A light source unit that emits light to an object;
an imaging element including: a first pixel including a first photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge; a second pixel arranged alongside the first pixel in the row direction and including a second photoelectric conversion unit that converts light into an electric charge; a first transfer control circuit that controls transfer of the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit; and a second transfer control circuit that controls transfer of the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit;
a distance measuring unit that calculates a distance from the imaging device to the object based on a signal read from the first pixel and a signal read from the second pixel;
Equipped with
the light source unit emits a first modulated light modulated to a sine wave of a first period and a second modulated light modulated to a sine wave of a second period different from the first period;
The first pixel is
a first transfer unit that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to a first accumulation unit;
a second transfer unit that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to a second accumulation unit;
a third transfer unit that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to a third accumulation unit;
a fourth transfer unit that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to a fourth accumulation unit;
having
The second pixel is
a fifth transfer unit that transfers the charges converted by the second photoelectric conversion unit to a fifth accumulation unit;
a sixth transfer unit that transfers the electric charges converted by the second photoelectric conversion unit to a sixth accumulation unit;
a seventh transfer unit that transfers the charges converted by the second photoelectric conversion unit to a seventh accumulation unit;
an eighth transfer unit that transfers the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit to an eighth accumulation unit;
having
the first transfer control circuit controls the first transfer unit, the second transfer unit, the third transfer unit, and the fourth transfer unit so that the charges converted by the first photoelectric conversion unit are sequentially transferred to the first storage unit, the second storage unit, the third storage unit, and the fourth storage unit in the first period;
the second transfer control circuit controls the fifth transfer unit, the sixth transfer unit, the seventh transfer unit, and the eighth transfer unit so that the charges converted by the second photoelectric conversion unit are sequentially transferred to the fifth accumulation unit, the sixth accumulation unit, the seventh accumulation unit, and the eighth accumulation unit in the second period.
Imaging device .
請求項1に記載の撮像装置において、2. The imaging device according to claim 1,
前記第1転送制御回路は、第1パルス幅を有する第1パルス信号を前記第1転送部、前記第2転送部、前記第3転送部および前記第4転送部に出力し、the first transfer control circuit outputs a first pulse signal having a first pulse width to the first transfer unit, the second transfer unit, the third transfer unit, and the fourth transfer unit;
前記第2転送制御回路は、前記第1パルス幅とは異なる第2パルス幅を有する第2パルス信号を前記第5転送部、前記第6転送部、前記第7転送部および前記第8転送部に出力する、the second transfer control circuit outputs a second pulse signal having a second pulse width different from the first pulse width to the fifth transfer unit, the sixth transfer unit, the seventh transfer unit, and the eighth transfer unit;
撮像装置。Imaging device.
請求項2に記載の撮像装置において、3. The imaging device according to claim 2,
前記第1転送制御回路は、前記第1光電変換部で変換された電荷が前記第1周期で前記第1蓄積部、前記第2蓄積部、前記第3蓄積部および前記第4蓄積部に順次転送されるように前記第1転送部、前記第2転送部、前記第3転送部および前記第4転送部に前記第1パルス信号を出力し、the first transfer control circuit outputs the first pulse signal to the first transfer unit, the second transfer unit, the third transfer unit, and the fourth transfer unit so that the charges converted by the first photoelectric conversion unit are sequentially transferred to the first storage unit, the second storage unit, the third storage unit, and the fourth storage unit in the first period;
前記第2転送制御回路は、前記第2光電変換部で変換された電荷が前記第2周期で前記第5蓄積部、前記第6蓄積部、前記第7蓄積部および前記第8蓄積部に順次転送されるように前記第5転送部、前記第6転送部、前記第7転送部および前記第8転送部に前記第2パルス信号を出力する、the second transfer control circuit outputs the second pulse signal to the fifth transfer unit, the sixth transfer unit, the seventh transfer unit, and the eighth transfer unit so that the charges converted by the second photoelectric conversion unit are sequentially transferred to the fifth storage unit, the sixth storage unit, the seventh storage unit, and the eighth storage unit in the second period.
撮像装置。Imaging device.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1画素から読み出された信号を用いて演算を行う第1検出部と、
前記第2画素から読み出された信号を用いて演算を行う第2検出部と
を備え、
前記測距部は、前記第1検出部の演算結果と、前記第2検出部の演算結果とに基づいて前記撮像装置から前記対象物までの距離を算出する、
撮像装置。
4. The imaging device according to claim 1,
a first detection unit that performs a calculation using a signal read from the first pixel;
a second detection unit that performs a calculation using a signal read from the second pixel;
Equipped with
The distance measuring unit calculates a distance from the imaging device to the object based on a calculation result of the first detection unit and a calculation result of the second detection unit.
Imaging device.
請求項4に記載の撮像装置において、5. The imaging device according to claim 4,
前記第1検出部は、前記光源部から放出された前記第1変調光と、前記光源部から放出された前記第1変調光のうち前記対象物で反射した前記第1変調光との間の位相差を算出し、The first detection unit calculates a phase difference between the first modulated light emitted from the light source unit and the first modulated light reflected by the object among the first modulated light emitted from the light source unit,
前記第2検出部は、前記光源部から放出された前記第2変調光と、前記光源部から放出された前記第2変調光のうち前記対象物で反射した前記第2変調光との間の位相差を算出する、The second detection unit calculates a phase difference between the second modulated light emitted from the light source unit and the second modulated light reflected by the object among the second modulated light emitted from the light source unit.
撮像装置。Imaging device.
請求項5に記載の撮像装置において、6. The imaging device according to claim 5,
前記測距部は、前記第2検出部の演算結果に基づいて、前記第1検出部で算出した位相差を補正する、The distance measuring unit corrects the phase difference calculated by the first detection unit based on the calculation result of the second detection unit.
撮像装置。Imaging device.
請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の撮像装置において、7. The imaging device according to claim 4,
前記第1検出部は、The first detection unit is
前記第1転送部により前記第1蓄積部に転送された電荷に基づく第1信号と、a first signal based on the charges transferred to the first storage unit by the first transfer unit;
前記第2転送部により前記第2蓄積部に転送された電荷に基づく第2信号と、a second signal based on the charges transferred to the second storage unit by the second transfer unit;
前記第3転送部により前記第3蓄積部に転送された電荷に基づく第3信号と、a third signal based on the charges transferred to the third storage unit by the third transfer unit; and
前記第4転送部により前記第4蓄積部に転送された電荷に基づく第4信号とa fourth signal based on the charges transferred to the fourth storage unit by the fourth transfer unit;
を用いて演算を行い、The calculation is performed using
前記第2検出部は、The second detection unit is
前記第5転送部により前記第5蓄積部に転送された電荷に基づく第5信号と、a fifth signal based on the charges transferred to the fifth accumulation unit by the fifth transfer unit;
前記第6転送部により前記第6蓄積部に転送された電荷に基づく第6信号と、a sixth signal based on the charges transferred to the sixth accumulation unit by the sixth transfer unit;
前記第7転送部により前記第7蓄積部に転送された電荷に基づく第7信号と、a seventh signal based on the charges transferred to the seventh accumulation unit by the seventh transfer unit;
前記第8転送部により前記第8蓄積部に転送された電荷に基づく第8信号とan eighth signal based on the charges transferred to the eighth storage unit by the eighth transfer unit;
を用いて演算を行う、The calculation is performed using
撮像装置。Imaging device.
請求項7に記載の撮像装置において、8. The imaging device according to claim 7,
前記第1信号、前記第2信号、前記第3信号、前記第4信号、前記第5信号、前記第6信号、前記第7信号および前記第8信号を用いて画像データを生成する画像作成部を備える撮像装置。An imaging device comprising an image creation unit that generates image data using the first signal, the second signal, the third signal, the fourth signal, the fifth signal, the sixth signal, the seventh signal, and the eighth signal.
請求項8に記載の撮像装置において、9. The imaging device according to claim 8,
前記画像作成部は、The image creation unit includes:
前記第1信号、前記第2信号、前記第3信号および前記第4信号を加算した信号と、a signal obtained by adding together the first signal, the second signal, the third signal, and the fourth signal;
前記第5信号、前記第6信号、前記第7信号および前記第8信号を加算した信号とa signal obtained by adding the fifth signal, the sixth signal, the seventh signal, and the eighth signal;
を用いて画像データを生成する、Generate image data using
撮像装置。Imaging device.
請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置において、10. The imaging device according to claim 7,
前記撮像素子は、The imaging element includes:
前記第1信号が出力される第1信号線と、a first signal line through which the first signal is output;
前記第2信号が出力される第2信号線と、a second signal line through which the second signal is output;
前記第3信号が出力される第3信号線と、a third signal line through which the third signal is output;
前記第4信号が出力される第4信号線と、a fourth signal line through which the fourth signal is output;
前記第5信号が出力される第5信号線と、a fifth signal line through which the fifth signal is output;
前記第6信号が出力される第6信号線と、a sixth signal line through which the sixth signal is output;
前記第7信号が出力される第7信号線と、a seventh signal line through which the seventh signal is output;
前記第8信号が出力される第8信号線とan eighth signal line through which the eighth signal is output;
を有する撮像装置。An imaging device having the above configuration.
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の撮像装置において、11. The imaging device according to claim 1,
前記第1画素は、The first pixel is
前記第1蓄積部の電位をリセットする第1リセット部と、a first reset unit that resets the potential of the first storage unit;
前記第2蓄積部の電位をリセットする第2リセット部と、a second reset unit that resets the potential of the second storage unit;
前記第3蓄積部の電位をリセットする第3リセット部と、a third reset unit that resets the potential of the third storage unit;
前記第4蓄積部の電位をリセットする第4リセット部とa fourth reset unit that resets the potential of the fourth storage unit;
を有し、having
前記第2画素は、The second pixel is
前記第5蓄積部の電位をリセットする第5リセット部と、a fifth reset unit that resets the potential of the fifth storage unit;
前記第6蓄積部の電位をリセットする第6リセット部と、a sixth reset unit that resets the potential of the sixth storage unit;
前記第7蓄積部の電位をリセットする第7リセット部と、a seventh reset unit that resets the potential of the seventh storage unit;
前記第8蓄積部の電位をリセットする第8リセット部とan eighth reset unit that resets the potential of the eighth storage unit;
を有する、having
撮像装置。Imaging device.
請求項11に記載の撮像装置において、12. The imaging device according to claim 11,
前記第1リセット部、前記第2リセット部、前記第3リセット部、前記第4リセット部、前記第5リセット部、前記第6リセット部、前記第7リセット部および前記第8リセット部は、前記第1リセット部、前記第2リセット部、前記第3リセット部、前記第4リセット部、前記第5リセット部、前記第6リセット部、前記第7リセット部および前記第8リセット部を制御するための制御信号が出力される共通の制御線に電気的に接続される、the first reset unit, the second reset unit, the third reset unit, the fourth reset unit, the fifth reset unit, the sixth reset unit, the seventh reset unit, and the eighth reset unit are electrically connected to a common control line through which a control signal for controlling the first reset unit, the second reset unit, the third reset unit, the fourth reset unit, the fifth reset unit, the sixth reset unit, the seventh reset unit, and the eighth reset unit is output;
撮像装置。Imaging device.
請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の撮像装置において、13. The imaging device according to claim 1,
前記第2画素は、前記行方向において前記第1画素の隣に配置される、The second pixel is disposed adjacent to the first pixel in the row direction.
撮像装置。Imaging device.
請求項13に記載の撮像装置において、14. The imaging device according to claim 13,
前記第1画素と前記第2画素とは、前記行方向において交互に配置される、The first pixels and the second pixels are arranged alternately in the row direction.
撮像装置。Imaging device.
請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の撮像装置において、15. The imaging device according to claim 1,
前記第2変調光の振幅は、前記第1変調光の振幅とは異なる、the amplitude of the second modulated light is different from the amplitude of the first modulated light;
撮像装置。Imaging device.
撮像装置であって、1. An imaging device, comprising:
対象物に光を放出する光源部と、A light source unit that emits light to an object;
第1マイクロレンズからの光を電荷に変換する第1光電変換部と、前記第1マイクロレンズからの光を電荷に変換する第2光電変換部とを含む第1画素と、行方向において前記第1画素と並んで配置される画素であって、第2マイクロレンズからの光を電荷に変換する第3光電変換部と、前記第2マイクロレンズからの光を電荷に変換する第4光電変換部とを含む第2画素と、前記第1光電変換部で変換された電荷の転送を制御する第1転送制御回路と、前記第2光電変換部で変換された電荷の転送を制御する第2転送制御回路とを有する撮像素子と、an imaging element having: a first pixel including a first photoelectric conversion unit that converts light from a first microlens into an electric charge and a second photoelectric conversion unit that converts the light from the first microlens into an electric charge; a second pixel that is arranged alongside the first pixel in the row direction and includes a third photoelectric conversion unit that converts light from a second microlens into an electric charge and a fourth photoelectric conversion unit that converts light from the second microlens into an electric charge; a first transfer control circuit that controls transfer of the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit; and a second transfer control circuit that controls transfer of the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit;
前記第1画素から読み出された信号と、前記第2画素から読み出された信号とに基づいて前記撮像装置から前記対象物までの距離を算出する測距部とa distance measuring unit that calculates a distance from the imaging device to the object based on a signal read from the first pixel and a signal read from the second pixel;
を備え、Equipped with
前記光源部は、第1周期の正弦波に変調された第1変調光と、前記第1周期とは異なる第2周期の正弦波に変調された第2変調光とを放出し、the light source unit emits a first modulated light modulated to a sine wave of a first period and a second modulated light modulated to a sine wave of a second period different from the first period;
前記第1画素は、The first pixel is
前記第1光電変換部で変換された電荷を第1蓄積部に転送する第1転送部と、a first transfer unit that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to a first accumulation unit;
前記第1光電変換部で変換された電荷を第2蓄積部に転送する第2転送部と、a second transfer unit that transfers the charges converted by the first photoelectric conversion unit to a second accumulation unit;
前記第2光電変換部で変換された電荷を第3蓄積部に転送する第3転送部と、a third transfer unit that transfers the charges converted by the second photoelectric conversion unit to a third accumulation unit;
前記第2光電変換部で変換された電荷を第4蓄積部に転送する第4転送部とa fourth transfer unit that transfers the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit to a fourth accumulation unit;
を有し、having
前記第2画素は、The second pixel is
前記第3光電変換部で変換された電荷を第5蓄積部に転送する第5転送部と、a fifth transfer unit that transfers the charges converted by the third photoelectric conversion unit to a fifth accumulation unit;
前記第3光電変換部で変換された電荷を第6蓄積部に転送する第6転送部と、a sixth transfer unit that transfers the electric charges converted by the third photoelectric conversion unit to a sixth accumulation unit;
前記第4光電変換部で変換された電荷を第7蓄積部に転送する第7転送部と、a seventh transfer unit that transfers the electric charges converted by the fourth photoelectric conversion unit to a seventh accumulation unit;
前記第4光電変換部で変換された電荷を第8蓄積部に転送する第8転送部とan eighth transfer unit that transfers the electric charge converted by the fourth photoelectric conversion unit to an eighth accumulation unit;
を有し、having
前記第1転送制御回路は、前記第1光電変換部で変換された電荷と、前記第2光電変換部で変換された電荷とが前記第1周期で前記第1蓄積部、前記第2蓄積部、前記第3蓄積部および前記第4蓄積部に転送されるように前記第1転送部、前記第2転送部、前記第3転送部および前記第4転送部を制御し、the first transfer control circuit controls the first transfer unit, the second transfer unit, the third transfer unit, and the fourth transfer unit so that the charges converted in the first photoelectric conversion unit and the charges converted in the second photoelectric conversion unit are transferred to the first accumulation unit, the second accumulation unit, the third accumulation unit, and the fourth accumulation unit in the first period;
前記第2転送制御回路は、前記第3光電変換部で変換された電荷と、前記第4光電変換部で変換された電荷とが前記第2周期で前記第5蓄積部、前記第6蓄積部、前記第7蓄積部および前記第8蓄積部に転送されるように前記第5転送部、前記第6転送部、前記第7転送部および前記第8転送部を制御する、the second transfer control circuit controls the fifth transfer unit, the sixth transfer unit, the seventh transfer unit, and the eighth transfer unit so that the charges converted in the third photoelectric conversion unit and the charges converted in the fourth photoelectric conversion unit are transferred to the fifth accumulation unit, the sixth accumulation unit, the seventh accumulation unit, and the eighth accumulation unit in the second period;
撮像装置。Imaging device.
請求項16に記載の撮像装置において、17. The imaging device according to claim 16,
前記第1画素から読み出された信号を用いて演算を行う第1検出部と、a first detection unit that performs a calculation using a signal read from the first pixel;
前記第2画素から読み出された信号を用いて演算を行う第2検出部とa second detection unit that performs a calculation using a signal read from the second pixel;
を備え、Equipped with
前記測距部は、前記第1検出部の演算結果と、前記第2検出部の演算結果とに基づいて前記撮像装置から前記対象物までの距離を算出する、The distance measuring unit calculates a distance from the imaging device to the object based on a calculation result of the first detection unit and a calculation result of the second detection unit.
撮像装置。Imaging device.
請求項17に記載の撮像装置において、18. The imaging device according to claim 17,
前記第1検出部は、The first detection unit is
前記第1転送部により前記第1蓄積部に転送された電荷に基づく第1信号と、a first signal based on the charges transferred to the first storage unit by the first transfer unit;
前記第2転送部により前記第2蓄積部に転送された電荷に基づく第2信号と、a second signal based on the charges transferred to the second storage unit by the second transfer unit;
前記第3転送部により前記第3蓄積部に転送された電荷に基づく第3信号と、a third signal based on the charges transferred to the third storage unit by the third transfer unit; and
前記第4転送部により前記第4蓄積部に転送された電荷に基づく第4信号とa fourth signal based on the charges transferred to the fourth storage unit by the fourth transfer unit;
を用いて演算を行い、The calculation is performed using
前記第2検出部は、The second detection unit is
前記第5転送部により前記第5蓄積部に転送された電荷に基づく第5信号と、a fifth signal based on the charges transferred to the fifth accumulation unit by the fifth transfer unit;
前記第6転送部により前記第6蓄積部に転送された電荷に基づく第6信号と、a sixth signal based on the charges transferred to the sixth accumulation unit by the sixth transfer unit;
前記第7転送部により前記第7蓄積部に転送された電荷に基づく第7信号と、a seventh signal based on the charges transferred to the seventh accumulation unit by the seventh transfer unit;
前記第8転送部により前記第8蓄積部に転送された電荷に基づく第8信号とan eighth signal based on the charges transferred to the eighth storage unit by the eighth transfer unit;
を用いて演算を行う、The calculation is performed using
撮像装置。Imaging device.
請求項18に記載の撮像装置において、20. The imaging device according to claim 18,
前記第1信号、前記第2信号、前記第3信号、前記第4信号、前記第5信号、前記第6信号、前記第7信号および前記第8信号を用いて、前記撮像素子に光を射出する光学系のピント位置を調整する焦点調節部を備える撮像装置。An imaging device comprising a focus adjustment unit that adjusts a focus position of an optical system that emits light to the imaging element using the first signal, the second signal, the third signal, the fourth signal, the fifth signal, the sixth signal, the seventh signal, and the eighth signal.
請求項19に記載の撮像装置において、20. The imaging device according to claim 19,
前記第1転送部により前記第1蓄積部に転送された電荷に基づく信号と、前記第2転送部により前記第2蓄積部に転送された電荷に基づく信号とを加算した信号と、a signal obtained by adding together a signal based on the charges transferred to the first storage section by the first transfer section and a signal based on the charges transferred to the second storage section by the second transfer section;
前記第3転送部により前記第3蓄積部に転送された電荷に基づく信号と、前記第4転送部により前記第4蓄積部に転送された電荷に基づく信号とを加算した信号と、a signal obtained by adding a signal based on the charges transferred to the third storage section by the third transfer section and a signal based on the charges transferred to the fourth storage section by the fourth transfer section;
前記第5転送部により前記第5蓄積部に転送された電荷に基づく信号と、前記第6転送部により前記第6蓄積部に転送された電荷に基づく信号とを加算した信号と、a signal obtained by adding together a signal based on the charges transferred to the fifth accumulation unit by the fifth transfer unit and a signal based on the charges transferred to the sixth accumulation unit by the sixth transfer unit;
前記第7転送部により前記第7蓄積部に転送された電荷に基づく信号と、前記第8転送部により前記第8蓄積部に転送された電荷に基づく信号とを加算した信号とa signal obtained by adding a signal based on the charges transferred to the seventh storage section by the seventh transfer section and a signal based on the charges transferred to the eighth storage section by the eighth transfer section;
を用いて前記光学系のデフォーカス量を算出する焦点検出部を備え、a focus detection unit that calculates a defocus amount of the optical system using
前記焦点調節部は、前記焦点検出部で算出されたデフォーカス量に基づいて前記光学系のピント位置を調節する、the focus adjustment unit adjusts a focus position of the optical system based on the defocus amount calculated by the focus detection unit.
撮像装置。Imaging device.
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