EOS 70D のDual Pixcel CMOS AFに関するいくつかの情報

読者の方から、キヤノンEOS 70DのDual Pixel CMOS AF に関する詳細な情報を提供していただきました。

  • Dual Pixel CMOS AFはセンサー上の各フォトダイオードを2分割して位相差検出素子として使用する。
  • 像面位相差AFのみで合焦まで可能。
  • 通常時は2分割した双方の和で1画素となる。 全面同じ構造なのでハード的には全面で位相差検出が可能だが、周辺部はレンズの諸収差の影響が大きく情報の信頼度が落ちるので額縁状に切り捨てる。
  • 演算負荷が大きく、まだコストも高いのでKissシリーズでは当分使われない。
  • 速度面では従来の位相差AFには及ばないものの、スローなライブビューとはお別れできるはず。
  • 古いレンズ向けにコントラストAFと併用されるハイブリッドCMOS AFとほぼ同じモードもある。

 

ソースは、よくキヤノンの情報を投稿して下さっている稔田さんのコメントです。EOS 70D のデュアルピクセルCMOS AF は、撮像素子全体を像面位相差AF用の素子として使用できるということなので、コントラストAFのようなフレキシブルな運用ができそうです。

また、画像は2分割した画素の和で1画素を造るということなので、これまでの像面位相差AFにあった画素の欠損も発生しないようです。この新型センサーで、像面位相差AFが大きく進化するかもしれませんね。

 

[追記] 読者のKNGさんからもコメントで以下の情報をいただきました。基線長が長くできるということなので、AF精度も高いのかもしれません。このセンサーは、いろいろと興味深いですね。

 

  • レンズに入る光の端から端までAFに使用できるため、デュアルピクセルCMOSは、基線長自体は通常の位相差AFよりも長い。
  • やってること自体は大体普通の像面位相差と同じだが、AF用画素が欠陥画素にならないので、全画素をAFに使用可能であり、厳密な意味で画面全体でのAFが可能になるのがメリット。

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稔田さん、KNGさん情報ありがとうございました。

2013年6月29日 | コメント(49)

コメント(49)

非常に興味深い技術ですね。

こーなると、該当特許(権利化有無、権利範囲..etc)が気になります。ソニーは類似の技術を使えるのかな?

理想的な素子に思えますね。
画質には悪影響は出ないのかな??

中々、面白いですね。
早く触って、どんな物か、感じたいですね。

これは、楽しみな技術ですね。三脚固定マクロ撮影等便利そうな機能で使ってみたいですね。

>2分割した双方の和で1画素
画素ピッチが2倍狭くなったってことですか?

精度が高いようですね。AFで星にピントが合ったりするのですか?

謎人 さん
>2分割した双方の和で1画素
画素ピッチが2倍狭くなったってことですか?

ここを参考にして考えたことを書かせてもらいます。
http ://egami.blog.so-net.ne.jp/2012-03-21
個人的な解釈なので、正しいかはわかりませんが、
ベイヤー配列の中のRGGBの画素のうち、
Gの画素だけ1/3と3/2くらいに2分割されているようです。
R・1/3G・2/3G・1/3G・2/3G・Bみたいな感じで、
測距の時だけは、1/3Gが従来の位相差検出画素として動き、
露光時、撮影時は1/3G・2/3Gは1つの画素として
感光する仕組みになっているようなので
露光時のRGGB4つの画素の面積はほぼ同じで、
画素ピッチの減少は最小限(分割用の仕切りの分)では
ないかと思います。

画素配列すべてがこうなると、全画素数の約半数が
AF測距点として働くことになりますよね。
解像度・AF・価格・DRなどなど気になることは山積みですね

謎人さんと同じですが、全画素同じと言うことは、
全ての画素で2分割=全ての画素で受光量半分てことですか?
だとすると画質には影響無いどころでは無いような…
キヤノン機は低感度でも髪の毛などに出るまだら状のカラーノイズが好きになれないのですが、より顕著になからないか心配です

これで全画素での位相差検出が可能なのですね。
これだと画質の劣化を防ぎつつ、長い基線長を取れますね。なるほど。

しかし、Canonがここ数年、画素数を上げなかった理由がようやく分かりました。

緑色の画素を1/3~1/2分割するということは、分割された画素のサイズが最小で
およそ1.3μmにまで減少する事を意味します。緑色の画素はおよそ450-650nmを
detectするので、ナイキスト周波数を考えると、これ以上の高画素化は無意味な
領域に到達しています。(隣り合う画素との足し合わせや、ローパスフィルターが
どうなっているのかは気になるところです)

思ったよりも画素数を上げてこないな、と思ったのですが、20.2MPの画素数は
おそらく緑色の波長から逆算で得られた値なのでしょう。

さて、Canonはこの後ずっと20.2MPで戦っていくのでしょうか?

グリーンだけを使っているので、被写体によってはピントが合わない?

http://digicame-info.com/2012/07/kiss-x6iaf.html

夢の様な技術ですね!
全画素で距離がわかるのなら、3D写真みたいなのも撮れるのでしょうか?

こういう新技術って売り出すまではメリットばかりが表に出るけど発売後にデメリットが取り立たされることが多いよね。デメリット、無ければいいですね。

nonさん
露光時、撮影時は分割された画素が1つの画素として感光する仕組みになっていれば光の量は半分にはなりませんよね?

この素子の性能が良ければ、Mに使ってファインダーを付ければ一眼レフである必要は少ないのでは。
将来 動態予測ファインダー(動く被写体が実際にシャッターが切れる時にどの辺にいるかを被写体やカメラの動きから計算して表示してくれるような電子ファインダー)ができれば一眼レフの優位性が?かも 

この素子の受光量が気になります。
TLMよりも減光量が少なければ、今後の素子技術としてかなり有望です。
画素欠損が無く、高感度に影響が無ければ、次期αもこれに近いセンサーを搭載してくるかもしれません。

こちらもえがみさんの記事ですが、ひょっとしたら全画素がこういう導波路を使用して2分割したものになっているのかもしれませんね。

http ://egami.blog.so-net.ne.jp/2012-08-12

F1.4の光束でAFができれば像面位相差AFでもかなりの精度が期待できるかも。

なんだなんださん
APS-Cという決められたサイズの中で20.2Mピクセルと明言されているのだから
その心配はないと思いますよ。
そうならないための分割しても束ねても使えるセンサーでしょうから。

全画素を使用可能というのは理論上のことであって、実際にどのくらいの割合で置き換えるかはAFと画質のバランスを見て決めるようです。
AFセンサーを組み込まれた画素は受光面積は減少するものの完全に欠損にはならないので、従来技術と比べると画質に与える影響は小さくなるということではないかと

古いレンズ向けに云々ってことは、
レンズとの組み合わせも重要ってことですよね。
どのあたりが古いレンズに該当するのでしょう?
STM以外全部とかだとあまり意味がなくなってしまうような・・・

ずんさん

> なんだなんださん

はい…

>  APS-Cという決められたサイズの中で20.2Mピクセルと明言されているのだから

本当に申しわけありません。おっしゃられているとここでの私の書き込みの関連がわかりません。恐れ入りますが、かみ砕いたご説明をいただけないでしょうか。

ここでの私の書き込みは

> 精度が高いようですね。AFで星にピントが合ったりするのですか?

> グリーンだけを使っているので、被写体によってはピントが合わない?

ですが後者の話ですか?

貴重な情報で参考になります。
他の方の言っている通り、画質への影響がどうかで評価が決まりそうですね。
あっちを立てたらこっちが立たず的な技術でなければ大歓迎です。
7D譲りの19点位相差AFはどう進化させて搭載するんでしょうかね。一眼レフである以上そちらの進化のほうが個人的には気になります。

なんだなんださん
すいません、ひとつずれてみてました。
私の書き込みは謎人さん宛です、申し訳ない。

ずんさん

了解です。

 位相差だけで合焦できるということは、70DにはSTMよりもむしろUSMの方が向いているということしょうか?
 位相差は位相差でも像面となると事情が違ってSTMが向いているのですか?
 確かに、Nikon1のレンズは、ボイスコイルとか超音波とか、位相差向きとされるモーターを搭載しているようです。

×「フォトダイオードを位相差検出機能をもったAと感光用のBに2分割して、測距時はAだけを使用して撮影時はAとBの両方を感光に使用する」
○「フォトダイオードを単純に2分割して、片方を殺すと各画素の差異から位相差が検出できる、撮影時は両方を生かす」
っていう理解でいいんでしょうか。
これなら分割線くらいしか受光量を減らす要素がないので、ほぼ無劣化になりそうに思えます。素人考えですがw

むずかしいことはよくわかりませんが、
APS-Cで4000万画素のセンサー作って、
その半分を測距に使った2000万画素センサーってことなんでしょうかね?

最初は70dは好印象じゃなかったけど、いまはすごく欲しい!
発売開始時の値段が高くならないかなあ…( ゚д゚)

キヤノンだけでなく、カメラ全体で、久々の新技術で注目大です。

カメラがフィルムからデジタルになった時点で、AE、AF 共にイメージセンサで行うのが理想でありながら、今までの技術ではそれが不可能であったために専用部品があったり、撮影素子を犠牲にしてAFセンサを埋め込んでいたりしていたわけですから、、、

70dだけでなく、次期Mなど今後の展開、そしてさらなる性能向上に注目です。

一気に優位にたつキヤノンに対し、他社の動向も気になります。

何かとにかく凄そうですね!期待大です。
発表になったら、速予約かな。

1ピクセル分の画素を位相差検出用と撮影用とに分割するが、撮影時にはどちらも撮影用の画素として利用するため、原理的には撮影時の画質劣化は無くなる、という技術ですね。

たしかに夢のような技術にも思えますが、実際には1ピクセルの面積のうち数十パーセントにすぎない受光部(ウェル)を、さらにニ分割して「仕切り」を作らないといけないわけです。つまり従来なら大きなウェルが1つで済むところを、プロセスルール幅1本分に相当する仕切りを作るわけで、その分は「使用できない領域」になります。
このため、仮に他の方式と同じプロセスルールであっても配線幅1本分に相当する幅と、個別の画素のオンオフに必要となるトランジスタを形成する分だけは画素が小さくなるということであって、画質に影響しないというわけではありません。

もちろん、「像面位相差AFに対応する他の方式」に比べればその画素がまるまる無駄になることは無いわけですから画質的には有利です。しかし「像面位相差AFを使わない」センサーと比較すれば、同じピクセルサイズであっても、受光部ウェルを分割する必要がある、ウェルのオン/オフおこなうためのトランジスタを増やす必要があるわけで、画素サイズが同じであっても受光部ウェルは小さくなります。このためダイナミックレンジや高感度画質という点では不利でしょう。

なので、この技術を搭載するセンサーは、画質とライブビューAF (あるいは動画AF)のどちらを重視するのかでボディを選ぶことになるでしょうね。

「速度面では従来の位相差AFに及ばない」って、演算速度やスキャン速度の問題?
理屈じゃ同じパフォーマンスでかつ素子レベルの任意の場所で計測でき、仕掛け的には非常に有利に思えるんだけど??
それより、計測に使う素子って瞬間に画像処理用の素子に切り替えるのかな。ここに時間差が有るようにも思えるので、動画やコンティニュアスへの対応ってどうするんだろ、コントラストになっちゃうのかな?
疑問はいろいろ湧いてきますが、製品の完成度としてどのぐらいに仕上がってくるのか興味が湧くなー。

 同じLVと言っても、動画と静止画ではかなり違うと思います。この技術自体はどちらにも適用できるものだと思うのですが、カメラとか特にレンズは、動画と静止画でそれぞれに振ってほしいように思います。

 EOS 70Dは、ボディは静止画向き、(キット)レンズは動画向き(ただし、非電動)、でバランスを取るのでしょうか。

 私自身は、APS-CではLVの静止画は基本的に撮らないので、早くフルサイズへの展開をして欲しいと思います。フルサイズ版ができるとして、このセンサーをそのままサイズアップしたような、超高画素機になるのでしょうか?

これは、ローパスレスだから成立する技術でしょうね。
ただ、ボケが大きい状態では、ボケた画像のシフトを計測しなくてはいけないので、技術的には難しいかもしれません。通常の位相差AFでは、右や左から来る光を絞ってからAF素子に入れますので、AF素子ではボケが少なくなっています。ですので、通常の位相差AFより遅くなるのだと思います。

難しい技術についてはド素人が分かるわけもないですが、
ソニーの通過ミラーと似ている気がします。

ライブビュー中はAFとセンサーの二分割、撮影中はセンサーのみ光を集めるということでしょうか。


しかし、いろいろと謎の技術ですね…
普通に一ドットをAFor撮影とできないのでしょうか?

従来の像面位相差CMOSは高感度に弱い傾向があるようなので、それが解消されているとしたら新世代のセンサーとして一歩リードかな。個人的には有機センサーを待ち望んでいるけど今年中の登場は無理か。

99%買う気満々だったのですが、念のため、新しい方式の画質と感度を確認してからにしようかな・・

潜在能力的にはコントラストAFより速度的に優位になれる可能性が有りますが出始めは色々と厳しそうですね。

期待する部分としては動体追尾AFの時にコントラストAFのように被写体の形状を認識してのトラッキングが効きつつの高速AFですが処理負荷が大きそうですしセンサーからの読み出し速度も速くないと高速で動く被写体では難しいかも。

キャノンは位相差AFに最適化されたレンズが多いのでコントラストAFの能力向上より位相差AFに拘ったんでしょうね。
さてさて今後どれくらいの性能向上スピードで進化させてくれるのかも気になる所です。

コントラストAFで先行してるオリパナ連合のAF速度を超えられるのか注目ですね。

Dual Pixelいらないので画質向上した2000万画素センサにしてください。

もしこの技術がコントラストAFを超えるようになれば将来の8Kなんかでは、
マニュアルを必要としない場合の放送用カメラなんかもこの技術に移り変わっていくのでしょうか。
それともレンズの対応を考えるとスチル業界だけなのかな?

>露光時、撮影時は分割された画素が1つの画素として感光する仕>組みになっていれば光の量は半分にはなりませんよね?

これは仰るとおりですが、どちらにしても読み出しノイズが加わるのでS/Nは悪くなる方向ですね。
位相差AFに使う画素の情報は活かされないのだとしたら、光量半減ですし、、
どなたかが述べている様に、本来4000万画素あって、そのうちのいくつかを位相差AF用に回して、なるべく画質に影響は与えない様にしているのだと思いますが、最高ISO感度が低くなっていることから考えると、通常のCMOSセンサに比べて画質面(S/N)がやや厳しくはなっているのでしょうね。
・・・それこそ、EOS M上位機種に使うべきな気がするのですが・・・

最高ISO感度が低くなってるって、どういうこと?

下側? それとも上側のISO12800? ISO12800なら今までと同じかも...

>・・・それこそ、EOS M上位機種に使うべきな気がするのですが・・・

同感です。本来はレフ機ではなくミラーレスに使うべき技術ですね。EOSのLVが遅いとはいえ、画質を落としてまでレフ機に導入することには疑問がありますね。

まあ、EOS Mの次世代機には搭載されるのではないでしょうか。本来はこの位相差AFも搭載してEOS Mを発売する予定で、開発が間に合わなかったために、現行機のような中途半端な機種になってしまったのかも。

なんにせよ、将来的にはレフ機を時代遅れにする可能性のある、なかなかコワい技術ではないかと思います。

>ゆーとさん
常用ISOが100-12800で拡張25600なので、同じAPS-CのX7iと比べたら画素数は増えていますが最高感度は変わっていないと思います。

従来の像面位相差AFと比べて画素の欠損が無い分画質の劣化は少ないですが、像面位相差の無いセンサよりも画質が劣るのは明白でしょう。
だけど、劣化の割合が少ないため、実用上問題が無いということなのだと思います。

何も画素を半分に分けなくても、測距時は一部の画素を像面位相用に、映像記録時は全画素を撮像用に切り替えれば良いと思うのですが、そうもいかないのでしょうか。

この素子を使用したEOS M上位機種が登場するのを期待しています。

キャノンのイメージセンサーは、1DXあたりから、世代が変わっています。一番大きな違いはマイクロレンズのF値が大きくなっている事。それ以前のものより曲率半径が大きいです。

遡る事何年も前、フォトセル間の障壁を全反射面にすることによってディープウェルでも底まで光が到達するようになった特許がキャノンから出ていました。それを見た当時は、「本気か?」と思ったものですが、今回のデュアルピクセルの特許を見ても、「やっぱり本気だったんだ」と感心した次第です。
基本的に反射させて光を取り込むという手法は、力ずくという感じであまりエレガントには感じなかったからです。ニコンやオリンパスのように二枚構成のマイクロレンズのほうがなんとなく頭の良さそうなイメージがあります。

そもそも反射の手法は、入射角の低い方向からの光を取り込むための手法としてスタートしたようですが、進化して全反射が成立すれば、フォトダイオードがどんなに深い位置でも全然ロスがないことになりますから、さりげなく画期的です。

キャノンのデュアルピクセルの特許図を見ると異様に深い井戸で、「ここまで深くできるのか」とびっくりするような断面です。僕は、デュアルピクセルということより、デュープウェルであることの方が驚きは大きいですね。この技術が確立してしまうと、ピクセルがもっと微細化しても光のロスはゼロというセンサーとなりますから、裏面照射センサーは全く必要はなくなります。(もともと天体観測用に使われている裏面照射センサーは、ハレーションやゴーストが多いので、世評ほど高性能ではないですが)

ただ、ディープウェルで光のロスはゼロでも、読み取りアンプのノイズフロアーが低くなるわけではないですから、数値的にはそう何倍もの差にはならないとは思います。すでにかなりのところまで、性能が上がっています。

個人的には、IRフィルターのダイクロイックミラーの入射角の違いによる誤差のほうが切実です。これが解決しない限り、フルサイズのミラーレスは出すことが出来ないからです。

キャノンの新しい世代のセンサーは性能が上がっていることは確かだとは思いますが、ダイナミックレンジが1段上がるかどうかは難しいのではないかと個人的には思います。画素数的には1800万画素で不満はないです。もう何年も前からソニーの2400万画素には、画質面でほとんどアドバンテージを感じてはいないですし、どちらかといえば、ノイズ面やそれに対応したNRなどの弊害のほうが目につきましたよね。

解説の通りDual Pixel CMOS AFはエンジン負荷がが大きそうですね。価格上昇の点で喫水線を行き来するレベルでしょうが、ライビュ撮影のフラストレーションが解消されるなら食指が動きます。他社製バリアブルアングルファインダー機を重宝中なので興味は大きい。乗り換えを視野に入れた実機体験が待ち遠しい。

一眼レフでの評価は未知数としても、このセンサーの技術は確かにEOS-Mでこそ進化を発揮するでしょうね。
タッチパネルなどもそうですが、キヤノンは想像以上にミラーレスを意識して開発してると感じます。

ニコワンの例に漏れず、EOS-Mも今後評価を一変させ、先行ミラーレス猛追体制の予感、ソニーがモタモタしている間に(笑)。
ミラーレスでシステム組みたいとは思っていても、当分メーカーを決められない悩ましい状況だなぁ。

> PON吉さん

 ニコワンの例に漏れず、とありますが、ニコワンの評価って本当に上がったのですか?!
 いわゆる市場の評価は、相変わらず、芳しくないと思うのですが…。

新技術がどういう仕組みかを特許とかを肴に色々いうのはいいですが、週明け発表の物を「画質が悪い」と憶測で言い合うのはどんなもんだろうと思います。

> グリーンだけを使っているので、被写体によってはピントが合わない?

1/3W と 2/3G にすると、全色でAF出来るし、カラーフィルターで
減光してる分が無くなるので、感度にも良いかも。


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このページは、2013年6月29日 に公開されたブログ記事です。

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