(57)【要約】  本発明は、イメージセンサ（２）、結像レンズ（３）、シーン（ＳＣ）を照らす赤外光源（５）、及びオートフォーカス機能を提供する赤外線オートフォーカスシステム（６）を有する撮像装置（１）を記述する。イメージセンサ（２）は、センサピクセルのアレイ（２１）を有し、各センサピクセルが、デュアルピクセル（２２）当たり２つの別々の画素センサ（２２ａ、２２ｂ）を有するデュアルピクセル（２２）として構成されて、双方の画素センサ（２２ａ、２２ｂ）からの合計信号として画像データ（Ｄ１）を記録し、且つ、位相差（ＰＣ）オートフォーカシングのために２つの画素センサ（２２ａ、２２ｂ）の各々からの個別の信号として赤外線データ（Ｄ２）を提供し、当該撮像装置（１）のアパーチャ（４）とイメージセンサ（２）との間に配置された赤外線フィルタ（７）が、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域（７１）と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域（７２）とを有することによって、赤外光（ＩＲ）の一部のみを局所的にイメージセンサ（２）に伝達するように適応される。本発明は更に、この装置（１）を自動的に焦点合わせする方法（１００）に関する。
2019517011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
シーンからの画像データを記録するイメージセンサと、
当該撮像装置のアパーチャと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、
前記シーンを照らす赤外光源と、
前記結像レンズの焦点に前記イメージセンサを自動的にセットする赤外線オートフォーカスシステムと
を有し、
前記イメージセンサは、センサピクセルのアレイを有し、
各センサピクセルが、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成されて、前記イメージセンサによって双方の画素センサからの合計信号として前記画像データを記録し、且つ、位相差オートフォーカシングのために、前記２つの画素センサの各々からの個別の信号として、赤外線データを前記オートフォーカスシステムに提供し、
赤外線フィルタが、前記アパーチャと前記イメージセンサとの間の前記光路内に配置され、且つ、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを有することによって、前記光路に沿った赤外光の一部のみを局所的に前記イメージセンサに伝達するように適応されている、
撮像装置。
【請求項２】
前記イメージセンサに平行な、赤外線の横方向サイズと、前記赤外線フィルタの位置とが、前記イメージセンサに向けられた全ての光によって通られるように好ましく適応されている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記赤外線フィルタは、前記第２領域によって取り囲まれた内側第１領域を有し、さらに、前記第２領域は外側第１領域によって取り囲まれている、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記結像レンズは光軸を有し、前記内側第１領域は、前記光軸に対して中心を合わされている、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１領域の中に少なくとも２つの別々の第２領域が配置され、好ましくは前記別々の第２領域は円形及び／又は矩形の形状を有する、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第２領域は、前記赤外線フィルタの中心よりも、前記赤外線フィルタの外縁の近くに配置されている、請求項３乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２領域は、好ましくは８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲である前記赤外光源の発光極大をカバーする波長範囲内の赤外光を透過させるように適応されている、請求項３乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記赤外線フィルタは、可視光に対して完全に透明である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記赤外光源は、８００ｎｍと１０００ｎｍとの間、好ましくは８４０ｎｍと９４０ｎｍとの間、にピーク波長を持つ狭帯域光源である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記赤外光源はＬＥＤ又はＶＣＳＥＬである、請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光路に沿った前記結像レンズの位置が、前記イメージセンサの前記赤外線データに応答して、前記結像レンズの前記焦点に前記イメージセンサを自動的にセットするように適応される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
当該撮像装置は、カメラ、スマートフォン、又はタブレットＰＣである、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
センサピクセルのアレイを有するイメージセンサと、撮像装置のアパーチャと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、赤外光源と、赤外線オートフォーカスシステムと、を有する請求項１に記載の撮像装置を自動的に焦点合わせする方法であって、前記アレイの前記センサピクセルが各々、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成され、当該方法は、
前記赤外光源でシーンを照らすステップと、
前記結像レンズを通った前記シーンからの光を、前記結像レンズと前記イメージセンサとの間に配置された赤外線フィルタによってフィルタリングし、且つ、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域と赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを前記赤外線フィルタが有することによって、前記光路に沿った赤外光の一部のみを局所的に前記イメージセンサに伝達するステップと、
位相差オートフォーカシングのために、前記イメージセンサの前記デュアルピクセルの前記画素センサの各々からの赤外線データを、個別の信号として前記オートフォーカスシステムに提供するステップと、
前記オートフォーカスシステムに応答して自動的に前記結像レンズの焦点に前記イメージセンサをセットするステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
前記焦点にある前記イメージセンサの前記画素センサによって、各デュアルピクセルの合計信号として、前記シーンからの画像データを記録するステップ、を更に有する請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善されたオートフォーカス性能を有する撮像装置、及び撮像装置を自動的に焦点合わせする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく露出され、焦点が合わされ、且つホワイトバランスのとれた写真に必要とされる３Ａアルゴリズム（自動焦点、自動露出、自動ホワイトバランス）のために、写真を撮るための“リードタイム”が、うっとうしいほどに長くなることがある（特に、動いている子供や動物に関して）。如何なるシステムも機能するために光子を必要とするので、暗闇内又は微光条件下では、オートフォーカスシステムが追加の光を必要とし得る。しかしながら、長い又は連続的なプレフラッシュ光は望ましくないことが多い。そのような場合のために、ＩＲオートフォーカスが開発されている。残念ながら、そのようなＩＲオートフォーカスシステムは、追加のセンサを必要とし、一般に、画像全体にわたってではなく、画像の１つ点又は選択された点でのみ機能する。削減されたコンポーネント数で、画像全体を考慮に入れて微光条件下であっても信頼できるオートフォーカス機能を提供するコンパクトなオートフォーカスシステムを得ることが望まれる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の１つの目的は、削減されたコンポーネント数で、選択された点に限らずに、微光条件下であっても信頼できるオートフォーカス機能を提供するコンパクトなオートフォーカスシステムを提供することである。赤外光に対して感度を有するオートフォーカスシステムは、長い又は連続的なプレフラッシュ光を回避する。如何なるシステムも機能するために光子を必要とするので、暗闇内又は微光条件下で、オートフォーカスシステムは、微光条件下であっても信頼できるオートフォーカス機能を提供する追加の光源を備える。
【０００４】
本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は有利な実施形態を規定する。
【０００５】
第１の態様によれば、撮像装置が提供される。撮像装置は、シーンからの画像データを記録するイメージセンサと、当該撮像装置のアパーチャとイメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、シーンを照らす赤外光源と、結像レンズの焦点にイメージセンサを自動的にセットする赤外線オートフォーカスシステムとを有し、イメージセンサは、センサピクセルのアレイを有し、各センサピクセルが、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成されて、イメージセンサによって双方の画素センサからの合計信号として前記画像データを記録し、且つ、位相差オートフォーカシングのために、上記２つの画素センサの各々からの個別の信号として、赤外線データを前記オートフォーカスシステムに提供し、赤外線フィルタが、アパーチャとイメージセンサとの間の光路内に配置され、光路に沿った赤外光の一部のみを局所的にイメージセンサに伝達するように適応される。
【０００６】
用語“撮像装置”は、写真または動画として画像データを格納する記憶装置に画像又は一連の画像を記録するのに適したあらゆる装置、又は写真または動画として画像データを格納する記憶装置に画像又は一連の画像を記録するのに適したコンポーネントを有するあらゆる装置を表す。
【０００７】
用語“結像レンズ”は、整形されたビームの検出光から得られる対応する画像データを記録するために、撮像装置に入る可視光及び赤外光のビームを整形するレンズ系を形成するあらゆるレンズ又は複数のサブレンズの組み合わせを表す。アパーチャは、シーンからの光ビームが結像レンズによって更に整形されるべく撮像装置に入るところである撮像装置の開口部を表す。光ビームは、シーンから発せられる又は反射される可視光及び赤外光を表す。シーンは、撮像装置によって記録されることになるものを表す。
【０００８】
用語“赤外光源”は、７５０ｎｍよりも長い波長を持つ赤外光を提供する如何なる好適な光源をも表す。赤外光源は、撮像装置によって記録されるべきシーンを照らすのに適した撮像装置の筐体における何らかの位置、又は光学手段が赤外光を外部に導く光学デバイス内の位置に配置され得る。
【０００９】
用語“赤外線オートフォーカスシステム”は、ここではアパーチャを通して撮像装置に入る光のうち赤外スペクトル内の光からの光センサデータに基づいて、イメージセンサを焦点にセットするために、結像レンズの光軸に沿って結像レンズを動かす撮像装置のモータを自動制御するのに適した如何なる種類のシステムをも表す。
【００１０】
イメージセンサは、画像又は動画として記録されるシーンからの画像データと、オートフォーカスのために使用されるべくやはりシーンから得られるオートフォーカスデータとの双方を検出するように適応され、センサピクセルのアレイを有する。センサピクセルの数が、画像データを撮ることができる解像度を決定する。画素当たりちょうど１つのセンサを有することに代えて、本発明に従ったイメージセンサは、単一のイメージセンサの中に画像撮影機能とオートフォーカス機能とを統合するために、所謂デュアルピクセルを有する。デュアルピクセルの各々が、双方が可視光及び赤外光に対して感度を持つ２つの別々の画素センサを有し、各デュアルピクセルの双方のセンサの合計信号から画像データが得られる。それとは対照的に、提供されるオートフォーカス信号は、各デュアルピクセルの各画素センサから独立に得られる個別の信号である。各デュアルピクセルの双方の信号に関する位相差（位相コントラスト）の分析から、オートフォーカス信号が、結像レンズの焦点にイメージセンサをセットするために結像レンズの位置を調節するためのモータ機能を制御する制御信号を生成する。位相差に基づくオートフォーカス機能は一般に、可視光及び／又は赤外光で動作する。しかしながら、可視光がない又は可視光が少なすぎる場合、照明装置の赤外光源がオートフォーカス目的でシーンを照らし、オートフォーカスデータは赤外線データに対応し、オートフォーカス信号は赤外線信号に対応する。
【００１１】
用語“赤外線フィルタ”は、イメージセンサに向けての赤外光の伝達を局所的に抑制する又は完全に阻止するのに適した位置にてアパーチャとイメージセンサとの間に配置されるフィルタを表し、撮像装置を通る光路に対して異なる位置を持つ赤外線フィルタの他の部分は、デュアルピクセルの少なくとも一部を照らして、撮像装置を焦点合わせするための赤外線データを生成するために、赤外光に対して少なくとも半透明又は完全に透明である。赤外線フィルタは、赤外光の透過を少なくとも局所的に低下させるのに適した如何なる形状を有していてもよく、例えば、赤外線フィルタは、円形又は矩形の形状を有し得る。アパーチャからイメージセンサまでの光路に沿った向きで見て、赤外線フィルタは、結像レンズの前に配置されてもよいし、又は、結像レンズが複数のサブレンズを有する場合にはそれらのサブレンズのうちの２つの間に配置されてもよいし、又は、結像レンズとイメージセンサとの間に配置されてもよい。
【００１２】
赤外線フィルタの使用は、オートフォーカスシステムによって実行されるオートフォーカス機能の品質及び信頼性を有意に向上させる。また、同一コンポーネントにて画像データ及び赤外線データを提供することができる単一のイメージセンサの使用は、撮像装置内に必要なコンポーネントの数を減らし、更にはコンパクトな撮像装置を製造することを可能にするとともに、画像の選択された点に限られずに画像全体を考慮に入れてオートフォーカス機能を実行するオートフォーカスシステムを提供することを可能にする。赤外光源は、夕方又は夜間の微光条件においてもオートフォーカスシステムが信頼性高く動作できることを保証する。
【００１３】
撮像装置は、イメージセンサに平行な、赤外線フィルタの横方向サイズと、赤外線フィルタの位置とが、イメージセンサに向けられた全ての光によって通られるように好ましく適応されるようにして構成され得る。これは、各デュアルピクセルの画素間の位相差を増大させる。また、全てのデュアルピクセルが、焦点合わせのための赤外線データを提供するために使用され得る。赤外線フィルタの赤外線透過率は、良好な色再現を可能にするように適応され、過度に高い全体的な赤外線透過は、撮影された写真の色再現性を低下させる。全体的な透過は、半透過性のフィルタ領域の場合に赤外線透過を減少させることによって、又は赤外線透過フィルタ領域のサイズを小さくすることによって低減されることができる。
【００１４】
撮像装置は、赤外線フィルタが、赤外線遮断（ブロッキング）領域として構成された少なくとも１つの第１領域と、赤外線帯域通過（バンドパス）領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを有するようにして構成され得る。赤外線遮断及び透過領域の好適構成は、各デュアルピクセルの画素間の位相差を向上させることができる。赤外線帯域通過領域の伝送帯域は、撮像装置の赤外光源の発光スペクトルに合致すべきである。第１領域及び第２領域のサイズ、並びに第１領域及び第２領域の面積の比は、撮像装置の用途に合わせて適応され、大きい第２領域は、オートフォーカス精度を向上させ、小さい第２領域は、画像信号の乱れがより少ないことによって色再現を向上させる。第１領域と第２領域との間の比は、具体的な撮像装置及びどのような精度のオートフォーカス機能が要求されるかに応じて適応されることができる。また、この比は、赤外光源の輝度、撮像装置の方に赤外光を反射する物体と撮像装置との間の距離、及びイメージセンサの赤外線感度に依存する。
【００１５】
撮像装置は、赤外線フィルタが第２領域によって取り囲まれた内側第１領域を有するようにして構成され得る。この場合、デュアルピクセルの双方の画素に向けられる赤外線ビームが、より大きい位相差をもたらす大きい入射角度を持ち、オートフォーカス機能の信頼性を向上させる。赤外線フィルタは更に、加えて第２領域が外側第１領域によって取り囲まれるようにして構成され得る。これは、デュアルピクセルの画素センサによって検出される赤外光に関して、より正確な可能な入射角度を定める。
【００１６】
撮像装置は、結像レンズが光軸を有し、該光軸に対して内側第１領域の中心が合わされるようにして構成され得る。この構成は、結像レンズに対する画像フィルタの軸外（オフアクシス）アライメントに起因するアンバランスな信号を回避する。
【００１７】
撮像装置は、第１領域の中に少なくとも２つの別々の第２領域が配置されるようにして構成され得る。この場合、第２領域は第１領域によって取り囲まれる。第２領域の形状は、具体的な撮像装置及びイメージセンサに合わせて適応されることができ、相異なる第２領域の形状は同じであってもよいし異なっていてもよい。この構成は、一方で、色再現を改善するために、赤外光に対して透過性である全面積を減少させ、そして他方で、イメージセンサの特定の形状若しくは設計に合わせて赤外線透過を局所的に適応させることを可能にする。一実施形態において、別々の第２領域は円形及び／又は矩形の形状を有する。他の一実施形態において、第２領域の全面積は、第１領域の２０％よりも小さく、好ましくは１０％よりも小さい。
【００１８】
撮像装置は、上記少なくとも１つの第２領域が、赤外線フィルタの中心よりも、赤外線フィルタの外縁の近くに配置されるようにして構成され得る。この場合、赤外線透過性の第２領域が、撮像装置の光軸に対していっそう大きめの距離にシフトされて、センサに伝達される赤外光のいっそう大きい入射角度をもたらし、オートフォーカス精度を向上させる。
【００１９】
撮像装置は、得られる赤外線データの信号対雑音比を高めるために、第２領域が赤外光源の発光極大をカバーする波長範囲内の赤外光を透過させるように適応されるようにして構成され得る。好ましくは、波長範囲は８００ｎｍと１０００ｎｍとの間である。
請求項３乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
【００２０】
撮像装置は、画像データを記録するために可視光が画素センサによって検出されることを妨げないように、赤外線フィルタが可視光に対して完全に透明であるようにして構成され得る。可視光は、７５０ｎｍ未満、好ましくは７００ｎｍ未満の波長を持つ光を表す。完全に透明なる用語はまた、赤外線フィルタにわたる一様な透明さを表す。
【００２１】
撮像装置は、赤外光源が８００ｎｍと１０００ｎｍとの間、好ましくは８４０ｎｍと９４０ｎｍとの間、にピーク波長を持つ狭帯域光源であるようにして構成され得る。鋭くて限られた発光スペクトルを持つ狭帯域光源は、デュアルピクセルの画素センサからの赤外線データ（赤外線信号）の信号対雑音比を更に改善するために、赤外光源によってシーンに正式に放たれてシーンからイメージセンサに反射される赤外光の大部分を伝達するのに適した伝送帯域を提供することを可能にする。光源は、例えば２ｎｍと５０ｎｍとの間といった５０ｎｍ以下の半値全幅を持つ発光スペクトルを提供する場合に、狭帯域光源として表記される。
【００２２】
撮像装置は、赤外光源がＬＥＤ又はＶＣＳＥＬであるようにして構成され得る。これらの光源は小さく、それ故にコンパクトであり、長い寿命を持ち、且つ例えば５０ｎｍ幅未満の狭帯域発光スペクトルを提供する。
【００２３】
撮像装置は、光路に沿った結像レンズの位置が、イメージセンサの赤外線データに応答して、結像レンズの焦点にイメージセンサを自動的にセットするように適応されるようにして構成され得る。ここでは、赤外線オートフォーカスシステムが、ここではアパーチャを通して撮像装置に入る光のうち赤外スペクトル内の光からの光センサデータに基づいて、イメージセンサを焦点にセットするために、結像レンズの光軸に沿って結像レンズを動かす撮像装置のモータを自動的に制御する。
【００２４】
撮像装置は、当該撮像装置がカメラ、スマートフォン、又はタブレットＰＣであるようにして構成され得る。
【００２５】
第２の態様によれば、センサピクセルのアレイを有するイメージセンサと、撮像装置のアパーチャとイメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、赤外光源と、赤外線オートフォーカスシステムと、を有する本発明に従った撮像装置を自動的に焦点合わせする方法であり、アレイのセンサピクセルが各々、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成される、方法が提供される。当該方法は、
赤外光源でシーンを照らすステップと、
結像レンズを通ったシーンからの光を、結像レンズとイメージセンサとの間に配置された赤外線フィルタによってフィルタリングし、且つ光路に沿った赤外光の一部のみを局所的にイメージセンサに伝達するステップと、
位相差オートフォーカシングのために、イメージセンサのデュアルピクセルの画素センサの各々からの赤外線データを、個別の信号としてオートフォーカスシステムに提供するステップと、
オートフォーカスシステムに応答して自動的に結像レンズの焦点にイメージセンサをセットするステップと
を有する。
【００２６】
方法は、当該方法が更に、焦点にあるイメージセンサの画素センサによって、各デュアルピクセルの合計信号として、シーンからの画像データを記録するステップを有するようにして構成され得る。
【００２７】
理解されるべきことには、それぞれの独立請求項との従属請求項の如何なる組み合わせも本発明の一好適実施形態とすることができる。
【００２８】
更なる有利な実施形態が以下に規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
【００３０】
ここに、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて、例として、本発明を説明する。図面は以下を示す。
【図１】本発明の一実施形態に従った撮像装置の主要略図を示している。
【図２】イメージセンサの主要略図を、（ａ）概観として、（ｂ）センサピクセルのアレイの一部を示す拡大図にて、及び（ｃ）アレイの１つのセンサピクセルの構成をデュアルピクセルとして示す更なる拡大図にて示している。
【図３】赤外線データを検出するときの、本発明に従った撮像装置内の光路の主要略図を示している。
【図４】画像データを検出するときの、本発明に従った撮像装置内の光路の主要略図を示している。
【図５】本発明の撮像装置内の赤外線フィルタの位置の異なる実施形態を示している。
【図６】本発明に従った赤外線フィルタの一実施形態を示している。
【図７】本発明に従った赤外線フィルタの複数の異なる実施形態を示している。
【図８】本発明に従った方法の一実施形態の主要略図を示している。  図面においては、全体を通して、似通った参照符号が同様のオブジェクトを表す。図中のオブジェクトは必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の様々な実施形態を図面により説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態に従った撮像装置１の主要略図を示しており、撮像装置１は、シーンＳＣ（前景内の人物として示されている）からの画像データＤ１を記録するイメージセンサ２と、撮像装置１のアパーチャ４とイメージセンサ２との間の光路ＬＰ内に配置された結像レンズ３（ここでは、結像レンズ３が複数のサブレンズを有するレンズ系であり得ることを示すために大きいボックスとして表示されている）と、シーンＳＣを照らす赤外光源５と、結像レンズ３の焦点にイメージセンサ２を自動的にセットＳＦする赤外線オートフォーカスシステム６とを有し、イメージセンサ２は、センサピクセルのアレイ２１を有し、各センサピクセルが、画像データＤ１を画像データストレージ８内に記録するとともに、位相差ＰＣオートフォーカシングのためにオートフォーカスシステム６に赤外線データＤ２を提供するためのデュアルピクセル２２として構成され、赤外線フィルタ７が、アパーチャ４とイメージセンサ２との間（この実施形態では例えば結像レンズ３とイメージセンサ２との間）の光路ＬＰ内に配置されている。赤外線フィルタは、光路ＬＰに沿った赤外光ＩＲの一部のみを局所的にイメージセンサ２に伝達するように適応される。赤外光源５は、８００ｎｍと１０００ｎｍとの間、好ましくは８４０ｎｍと９４０ｎｍとの間、にピーク波長を持つ光を放射する狭帯域光源とし得る。光放射角度は、好ましくはシーン全体のオートフォーカス目的のため、シーンの可能な限り多くの物体からイメージセンサ２へと赤外光が反射され返すことを実現するために、シーンの大部分を照らすように可能な限り大きくされることが好ましい。赤外光源５は、ＬＥＤ又はＶＣＳＥＬとし得る。オートフォーカスしている間、結像レンズ３の焦点にイメージセンサ２を自動的にセットするために、イメージセンサ２の赤外線データＤ２に応答して、結像レンズ３の位置が光路ＬＰ（又は結像レンズの光軸）に沿って動かされる。図１に示される撮像装置１は、カメラ、スマートフォン、又はタブレットＰＣとし得る。
【００３３】
図２は、イメージセンサ２の主要略図を、（ａ）概観として、（ｂ）センサピクセルのアレイ２１の一部を示す拡大図にて、及び（ｃ）アレイ２１の１つのセンサピクセル２２の構成をデュアルピクセル２２として詳細に示す更なる拡大図にて示している。イメージセンサ２は、センサピクセルのアレイ２１を有し、各センサピクセルが、デュアルピクセル２２当たり２つの別々の画素センサ２２ａ、２２ｂを有するデュアルピクセル２２として構成されて、イメージセンサ２によって双方の画素センサ２２ａ、２２ｂからの合計信号として画像データＤ１を記録するとともに、位相差ＰＣオートフォーカシングのために、２つの画素センサ２２ａ、２２ｂの各々からの個別の信号として、赤外線データＤ２をオートフォーカスシステム６に提供する。赤外線フィルタが、アパーチャとイメージセンサとの間の光路内に配置され、光路に沿った赤外光の一部のみを局所的にイメージセンサに伝達するように適応される。
【００３４】
図３は、赤外線データＤ２を検出するときの、本発明に従った撮像装置１内の光路ＬＰの主要略図を示している。１つのデュアルピクセル２２の２つの画素センサ２２ａ、２２ｂによって示されたイメージセンサ２と結像レンズ３との間に、位置Ｐ７にて、赤外線フィルタ７が配置されている。この実施形態において、赤外線フィルタ７は、赤外線遮断する内側領域７１１として構成された１つの第１領域７１と、内側領域７１１の外側の、内側第１領域７１１を取り囲む赤外線帯域通過領域として構成された第２領域７２とを有している。また、第２領域７２は更に、外側第１領域７１２によって取り囲まれている。加えて、結像レンズ３が光軸ＯＰを有し、内側第１領域７１１の中心が光軸ＯＰに対して合わせられている。第２領域７２は、赤外光源５の発光極大をカバーする波長範囲内、好ましくは、８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内の赤外光ＩＲ（通り抜ける破線によって示す）を透過させるように適応される。デュアルピクセル２２は、位相差ＰＣオートフォーカシングのために、２つの画素センサ２２ａ、２２ｂの各々からの個別の信号Ｄ２として、赤外線データＤ２をオートフォーカスシステム６に提供する。結像レンズ３の焦点にイメージセンサ２を自動的にセットするために、提供された赤外線データＤ２に基づいて、光路ＬＰに沿った結像レンズ３の位置が適応ＳＦされ、オートフォーカスシステム６への個別信号Ｄ２が、画素センサ２２ａ、２２ｂの異なる位置に由来するそれらの位相差ＰＣに従って分析される。得られた、決定された位相差ＰＣは、結像レンズを動かすモータ（ここでは図示せず）をオートフォーカスシステム６が制御することを可能にする。
【００３５】
図４は、画像データＤ１を検出するときの、本発明に従った撮像装置１内の光路ＬＰの主要略図を示している。１つのデュアルピクセル２２の２つの画素センサ２２ａ、２２ｂによって示されたイメージセンサ２と結像レンズ３との間に置かれた赤外線フィルタ７は、可視光（通り抜ける破線によって示す）に対して透明である。デュアルピクセル２２は、図３に示した手順に従って結像レンズ３の焦点にイメージセンサ２をセットした後に、所望の画像を記録するために、２つの画素センサ２２ａ、２２ｂの双方からの合計信号Ｄ１として、画像データＤ１を画像データストレージ８に提供する。
【００３６】
図５は、本発明の撮像装置１内の赤外線フィルタ７の位置の異なる実施形態を示している。この例において、赤外線フィルタ７の構造は、図３及び４に示したのと同じである。他の実施形態において、その構造は異なり得る。赤外線フィルタ７は、２つのサブレンズを有する結像レンズ３と、デュアルピクセル２２ａ、ｂによって示されるイメージセンサ２との間に配置され得る（図５の左側部分）。他の一実施形態において、赤外線フィルタ７は、アパーチャからイメージセンサへの向きで見て、結像レンズ３の前に配置されてもよい（図５の中央部分）。他の一実施形態において、赤外線フィルタ７は、結像レンズの中で双方のサブレンズ間に配置されてもよい（図５の右側部分）。これら異なる位置の全てで、赤外線フィルタは、本発明に従った上述と同じ効果を提供する。
【００３７】
図６は、本発明に従った赤外線フィルタ７の一実施形態を、イメージセンサ２（ここでは図示せず）の方を向いた上面図にて示している。赤外線フィルタ７は、赤外線遮断領域として構成された、内側第１領域７１１及び外側第１領域７１２である２つの第１領域７１と、赤外線帯域通過領域として構成された１つの第２領域７２とを有しており、内側第１領域７１１が第２領域７２によって取り囲まれ、更に第２領域７２が外側第１領域７１２によって取り囲まれている。横方向サイズＤ７ｘ、Ｄ７ｙは、イメージセンサ２に向けられた全ての光Ｌ、ＩＲによって通られるように好ましく適応される、イメージセンサ２に平行な、赤外線フィルタ７のサイズを表している。この実施形態において、第２領域７２は、円形状である内側第１領域７１１を取り囲むリング形状を有しており、内側第１領域７１１は、結像レンズ３によって提供される光路ＬＰの少なくとも７０％をカバーするように適応された第１の直径Ｄ７１１を有している。
【００３８】
図７は、本発明に従った赤外線フィルタ７の複数の異なる実施形態を示しており、赤外線フィルタ７は、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域７１と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域７２とを有している。上側４つの実施形態は、矩形の形状を持つ赤外線フィルタ７を示しており、下側４つの実施形態は、円形の形状を持つ赤外線フィルタ７を示している。左上の実施形態は、図６に従った赤外線フィルタ７に相当し、左下の実施形態は、赤外線フィルタ７が円形フィルタであるとした同様の構造を示している。これら双方の実施形態において、赤外線フィルタ７は、第２領域７２によって取り囲まれた内側第１領域７１１を有し、更に第２領域７２が外側第１領域７１２によって取り囲まれている。他の実施形態は全て、２つ又は４つの別々の第２領域７２が第１領域７１の中に配置され、それら別々の第２領域７２を第１領域７１が取り囲む赤外線フィルタ７に関係している。右上及び右下の実施形態は、円形の形状に代えて矩形の形状を持つ別々の第２領域７２を有している。また、第２領域は、赤外線フィルタ７の中心よりも、赤外線フィルタ７の外縁７３（図６参照）の近くに配置されている。
【００３９】
図８は、センサピクセルのアレイ２１を有するイメージセンサ２と、撮像装置１のアパーチャ４とイメージセンサ２との間の光路ＬＰ内に配置された結像レンズ３と、赤外光源５と、赤外線オートフォーカスシステム６とを有し、アレイ２１のセンサピクセルが各々、デュアルピクセル２２当たり２つの別々の画素センサ２２ａ、２２ｂを有するデュアルピクセル２２として構成された、本発明に従った撮像装置１を自動的に焦点合わせするための、本発明に従った方法の一実施形態の主要略図を示しており、当該方法は、赤外光源５でシーンＳＣを照らすステップ１１０と、結像レンズ３を通ったシーンＳＣからの光を、結像レンズ３とイメージセンサ２との間に配置された赤外線フィルタ７によってフィルタリングし、且つ光路ＬＰに沿った赤外光ＩＲの一部のみを局所的にイメージセンサ２に伝達するステップ１２０と、
位相差ＰＣオートフォーカシングのために、イメージセンサ２のデュアルピクセル２２の画素センサ２２ａ、２２ｂの各々からの赤外線データＤ２を、個別の信号としてオートフォーカスシステム６に提供するステップ１３０と、
オートフォーカスシステム６に応答して自動的に結像レンズ３の焦点にイメージセンサ２をセットするステップ１４０とを有している。セットされたオートフォーカスの場合に、当該方法１００は更に、焦点にあるイメージセンサ２の画素センサ２２ａ、２２ｂによって、各デュアルピクセル２２の合計信号として、シーンＳＣからの画像データＤ１を記録するステップ１５０を有し得る。
【００４０】
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきである。
【００４１】
本開示を読むことにより、その他の変更が当業者に明らかになる。それらの変更は、技術的に既知であり且つここで既に述べた特徴に代えて又は加えて使用され得るような、その他の特徴を含んでいてもよい。
【００４２】
開示の実施形態への変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数の要素又はステップを排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
【００４３】
請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解されるべきでない。
【符号の説明】
【００４４】
１  本発明に従った撮像装置
２  撮像装置のイメージセンサ
２１  センサピクセルのアレイ
２２  デュアルピクセル
２２ａ、２２ｂ  各デュアルピクセルの別々の画素センサ
３  撮像装置の結像レンズ
４  撮像装置のアパーチャ
５  撮像装置の赤外光源（例えば、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ）
６  撮像装置のオートフォーカスシステム
７  撮像装置の赤外線フィルタ
７１  第１領域
７１１  内側第１領域
７１２  外側第１領域
７２  第２領域
７３  赤外線フィルタの外縁
８  画像データストレージ
１００  方法
１１０  赤外光源でシーンを照らす
１２０  結像レンズを通ったシーンからの光をフィルタリング
１３０  赤外線データオートフォーカスシステムに提供
１４０  結像レンズの焦点にイメージセンサを自動的にセット
１５０  シーンからの画像データを記録
Ｄ１  画像データ
Ｄ２  赤外線データ
Ｄ７ｘ、Ｄ７ｙ  イメージセンサに平行な、フィルタの横方向サイズ
Ｄ７１１  内側第１領域の第１の直径
ＩＲ  赤外光
Ｌ  光
ＬＰ  光路
ＯＰ  結像レンズの光軸
Ｐ７  赤外線フィルタの位置
ＰＣ  位相差オートフォーカシング
ＳＣ  シーン
ＳＦ  結像レンズを動かして焦点にイメージセンサを自動的にセット
【図１】
2019517011.tif 000003
【図２】
2019517011.tif 000004
【図３】
2019517011.tif 000005
【図４】
2019517011.tif 000006
【図５】
2019517011.tif 000007
【図６】
2019517011.tif 000008
【図７】
2019517011.tif 000009
【図８】
2019517011.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
シーンからの画像データを記録するイメージセンサと、
当該撮像装置のアパーチャと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、
前記シーンを照らす赤外光源と、
前記結像レンズを自動的に動かして焦点に前記イメージセンサをセットする赤外線オートフォーカスシステムと
を有し、
前記イメージセンサは、センサピクセルのアレイを有し、
各センサピクセルが、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成されて、前記イメージセンサによって双方の画素センサからの合計信号として前記画像データを記録し、且つ、位相差オートフォーカシングのために、前記２つの画素センサの各々からの個別の信号として、赤外線データを前記オートフォーカスシステムに提供し、
赤外線フィルタが、前記アパーチャと前記イメージセンサとの間の前記光路内に配置され、前記赤外線フィルタは、前記イメージセンサに向けられた全ての光をフィルタリングするように適応され、前記赤外線フィルタは、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを有し、前記少なくとも１つの第２領域を通り抜けた赤外光の部分のみが、前記光路に沿って前記イメージセンサに伝達される、
撮像装置。
【請求項２】
前記イメージセンサに平行な、前記赤外線フィルタの横方向サイズと、前記赤外線フィルタの位置とが、前記イメージセンサに向けられた全ての光によって通られるように好ましく適応されている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記赤外線フィルタは、前記第２領域によって取り囲まれた内側第１領域を有し、さらに、前記第２領域は外側第１領域によって取り囲まれている、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記結像レンズは光軸を有し、前記内側第１領域は、前記光軸に対して中心を合わされている、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１領域の中に少なくとも２つの別々の第２領域が配置され、好ましくは前記別々の第２領域は円形及び／又は矩形の形状を有する、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第２領域は、前記赤外線フィルタの中心よりも、前記赤外線フィルタの外縁の近くに配置されている、請求項３乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２領域は、好ましくは８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲である前記赤外光源の発光極大をカバーする波長範囲内の赤外光を透過させるように適応されている、請求項３乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記赤外線フィルタは、可視光に対して完全に透明である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記赤外光源は、８００ｎｍと１０００ｎｍとの間、好ましくは８４０ｎｍと９４０ｎｍとの間、にピーク波長を持つ狭帯域光源である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記赤外光源はＬＥＤ又はＶＣＳＥＬである、請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光路に沿った前記結像レンズの位置が、前記イメージセンサの前記赤外線データに応答して、前記結像レンズの前記焦点に前記イメージセンサを自動的にセットするように適応される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
当該撮像装置は、カメラ、スマートフォン、又はタブレットＰＣである、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
センサピクセルのアレイを有するイメージセンサと、撮像装置のアパーチャと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、赤外光源と、赤外線オートフォーカスシステムと、を有する請求項１に記載の撮像装置を自動的に焦点合わせする方法であって、前記アレイの前記センサピクセルが各々、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成され、当該方法は、
前記赤外光源でシーンを照らすステップと、
前記結像レンズを通った前記シーンからの光を、前記結像レンズと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された赤外線フィルタによってフィルタリングするステップであり、前記赤外線フィルタは、前記イメージセンサに向けられた全ての光をフィルタリングするように適応され、前記赤外線フィルタは、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを有し、前記少なくとも１つの第２領域を通り抜けた赤外光の部分のみが、前記光路に沿って前記イメージセンサに伝達される、ステップと、
位相差オートフォーカシングのために、前記イメージセンサの前記デュアルピクセルの前記画素センサの各々からの赤外線データを、個別の信号として前記オートフォーカスシステムに提供するステップと、
前記オートフォーカスシステムに応答して、自動的に前記結像レンズを動かして前記結像レンズの焦点に前記イメージセンサをセットするステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
前記焦点にある前記イメージセンサの前記画素センサによって、各デュアルピクセルの合計信号として、前記シーンからの画像データを記録するステップ、を更に有する請求項１３に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月13日(2019.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
シーンからの画像データを記録するイメージセンサと、
当該撮像装置のアパーチャと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、
前記シーンを照らす赤外光源と、
前記結像レンズを自動的に動かして焦点に前記イメージセンサをセットする赤外線オートフォーカスシステムと
を有し、
前記イメージセンサは、センサピクセルのアレイを有し、
各センサピクセルが、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成されて、前記イメージセンサによって双方の画素センサからの合計信号として前記画像データを記録し、且つ、位相差オートフォーカシングのために、前記２つの画素センサの各々からの個別の信号として、赤外線データを前記オートフォーカスシステムに提供し、
赤外線フィルタが、前記アパーチャと前記イメージセンサとの間の前記光路内に配置され、前記赤外線フィルタは、前記イメージセンサに向けられた全ての光をフィルタリングするように適応され、前記赤外線フィルタは、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを有し、前記少なくとも１つの第２領域を通り抜けた赤外光の部分のみが、前記光路に沿って前記イメージセンサに伝達される、
撮像装置。
【請求項２】
前記イメージセンサに平行な、前記赤外線フィルタの横方向サイズと、前記赤外線フィルタの位置とが、前記イメージセンサに向けられた全ての光によって通られるように好ましく適応されている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記赤外線フィルタは、前記第２領域によって取り囲まれた内側第１領域を有し、さらに、前記第２領域は外側第１領域によって取り囲まれている、請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記結像レンズは光軸を有し、前記内側第１領域は、前記光軸に対して中心を合わされている、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１領域の中に少なくとも２つの別々の第２領域が配置され、好ましくは前記別々の第２領域は円形及び／又は矩形の形状を有する、請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第２領域は、前記赤外線フィルタの中心よりも、前記赤外線フィルタの外縁の近くに配置されている、請求項３乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２領域は、好ましくは８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲である前記赤外光源の発光極大をカバーする波長範囲内の赤外光を透過させるように適応されている、請求項３乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記赤外線フィルタは、可視光に対して完全に透明である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記赤外光源は、８００ｎｍと１０００ｎｍとの間、好ましくは８４０ｎｍと９４０ｎｍとの間、にピーク波長を持つ狭帯域光源である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記赤外光源はＬＥＤ又はＶＣＳＥＬである、請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光路に沿った前記結像レンズの位置が、前記イメージセンサの前記赤外線データに応答して、前記結像レンズの前記焦点に前記イメージセンサを自動的にセットするように適応される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
当該撮像装置は、カメラ、スマートフォン、又はタブレットＰＣである、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
センサピクセルのアレイを有するイメージセンサと、撮像装置のアパーチャと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された結像レンズと、赤外光源と、赤外線オートフォーカスシステムと、を有する請求項１に記載の撮像装置を自動的に焦点合わせする方法であって、前記アレイの前記センサピクセルが各々、デュアルピクセル当たり２つの別々の画素センサを有するデュアルピクセルとして構成され、当該方法は、
前記赤外光源でシーンを照らすステップと、
前記結像レンズを通った前記シーンからの光を、前記結像レンズと前記イメージセンサとの間の光路内に配置された赤外線フィルタによってフィルタリングするステップであり、前記赤外線フィルタは、前記イメージセンサに向けられた全ての光をフィルタリングするように適応され、前記赤外線フィルタは、赤外線遮断領域として構成された少なくとも１つの第１領域と、赤外線帯域通過領域として構成された少なくとも１つの第２領域とを有し、前記少なくとも１つの第２領域を通り抜けた赤外光の部分のみが、前記光路に沿って前記イメージセンサに伝達される、ステップと、
位相差オートフォーカシングのために、前記イメージセンサの前記デュアルピクセルの前記画素センサの各々からの赤外線データを、個別の信号として前記オートフォーカスシステムに提供するステップと、
前記オートフォーカスシステムに応答して、自動的に前記結像レンズを動かして前記結像レンズの焦点に前記イメージセンサをセットするステップと
を有する、方法。
【請求項１４】
前記焦点にある前記イメージセンサの前記画素センサによって、各デュアルピクセルの合計信号として、前記シーンからの画像データを記録するステップ、を更に有する請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2019517011.tif 000011
2019517011.tif 000012
2019517011.tif 000013