JP2010237400A - Image capturing apparatus and focus detecting method - Google Patents

Image capturing apparatus and focus detecting method Download PDF

Info

Publication number
JP2010237400A
JP2010237400A JP2009084635A JP2009084635A JP2010237400A JP 2010237400 A JP2010237400 A JP 2010237400A JP 2009084635 A JP2009084635 A JP 2009084635A JP 2009084635 A JP2009084635 A JP 2009084635A JP 2010237400 A JP2010237400 A JP 2010237400A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
imaging
image sensor
photoelectric conversion
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009084635A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Fujii
真一 藤井
Kazuto Shimoda
和人 下田
Yasutoshi Katsuta
恭敏 勝田
Hirotaka Ui
博貴 宇井
Yutaka Nishimura
豊 西村
Original Assignee
Sony Corp
ソニー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp, ソニー株式会社 filed Critical Sony Corp
Priority to JP2009084635A priority Critical patent/JP2010237400A/en
Publication of JP2010237400A publication Critical patent/JP2010237400A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for an image capturing apparatus capable of suppressing quality degradation of a captured image while improving performance of focus detection using an image sensor with a phase difference detection function. <P>SOLUTION: The image capturing apparatus includes an image sensor (image sensor with phase difference detection function) 101 having an AF line Lf in which a plurality of pairs of photoelectric converting parts receiving light beams of a subject passing through a right and left side portions in an exit pupil of a shooting optical system are arranged along in a horizontal direction. A plurality of AF lines Lf are formed in a vertical direction, for example, in a cycle of 12 lines in the image sensor 101. The image sensor 101 having the configuration is exposed at a position Va by a shift amount "0" and a position Vb shifted by six lines to the upper side in the vertical direction, so as to perform focus detection of a phase difference detection system based on data of charge signals generated in the AF line Lf at the respective positions Va and Vb. As a result, the quality degradation of the captured image is suppressed while improving the performance of the focus detection. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像装置の技術に関する。   The present invention relates to a technique of an imaging apparatus capable of focus detection by a phase difference detection method.
デジタル一眼レフカメラなどの撮像装置においては、撮影レンズに係る射出瞳の一対の部分領域を通過した被写体光束を受光して電荷信号を生成する一対の光電変換部(フォトダイオード)を複数備えて位相差検出方式の焦点検出(位相差AF)が可能な撮像素子の利用が提案されている。   An imaging apparatus such as a digital single-lens reflex camera is provided with a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes) that receive a subject light flux that has passed through a pair of partial areas of an exit pupil related to a photographing lens and generate a charge signal. The use of an image sensor capable of phase detection (phase difference AF) is proposed.
例えば特許文献1では、上記一対の光電変換部を有したAF画素が撮像素子の一部の領域に多数配置された撮像素子(以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう)が開示されている。このように多数のAF画素を設ければ多くのAFデータが収集できるため、位相差AFの性能向上が図れる。   For example, Patent Document 1 discloses an image sensor (hereinafter, also referred to as “image sensor with phase difference detection function”) in which a large number of AF pixels having the pair of photoelectric conversion units are arranged in a partial region of the image sensor. ing. If a large number of AF pixels are provided in this way, a large amount of AF data can be collected, so that the performance of phase difference AF can be improved.
特開2007−317951号公報JP 2007-317951 A
しかしながら、上記特許文献1の撮像素子では、多数のAF画素によって位相差AFの性能向上が図れるものの、被写体に係る画像情報取得を目的とした専用の画素(通常画素)より画像再現性が劣るAF画素が多数存在することとなり、撮影画像の品質劣化が大きくなってしまう。   However, in the image sensor of Patent Document 1, although the performance of phase difference AF can be improved by a large number of AF pixels, the image reproducibility is inferior to that of a dedicated pixel (normal pixel) for obtaining image information related to the subject. A large number of pixels exist, and the quality degradation of the captured image becomes large.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相差検出機能付き撮像素子を用いた焦点検出の性能向上を図りつつ、撮像画像の品質劣化を抑制できる撮像装置の技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides an imaging device technique capable of suppressing quality degradation of a captured image while improving focus detection performance using an imaging element with a phase difference detection function. With the goal.
本発明の第1の側面は、撮像装置であって、撮影光学系の射出瞳において第1方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記第1方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子と、前記撮像素子を、前記第1方向と直交する第2方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させることが可能な駆動手段と、前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段とを備える。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus, which is a pair of photoelectric conversions that receive a subject light flux that has passed through a pair of partial areas that are biased in opposite directions along the first direction in an exit pupil of a photographing optical system. An image sensor having a photoelectric conversion array in which a plurality of portions are arrayed along the first direction, and the image sensor being moved to different predetermined positions with respect to a second direction orthogonal to the first direction. Possible driving means, and focus detection means for performing focus detection by a phase difference detection method based on charge signal data generated by exposing the photoelectric conversion array at each of the predetermined plurality of positions.
また、本発明の第2の側面は、焦点検出方法であって、撮影光学系の射出瞳において第1方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記第1方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子を、前記第1方向と直交する第2方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させる駆動工程と、前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出工程とを備える。   A second aspect of the present invention is a focus detection method, which receives a subject light beam that has passed through a pair of partial areas that are biased in opposite directions along the first direction in the exit pupil of the photographing optical system. A driving step of moving an imaging element having a plurality of photoelectric conversion units arranged along the first direction to predetermined multiple positions different from each other in a second direction orthogonal to the first direction; A focus detection step of performing focus detection by a phase difference detection method based on charge signal data generated by exposing the photoelectric conversion array at each of the plurality of predetermined positions.
本発明によれば、撮影光学系の射出瞳において第1方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が第1方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子を移動させることにより第1方向と直交する第2方向に関して互いに異なった所定の複数位置それぞれで光電変換配列を露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行う。その結果、焦点検出の性能向上を図りつつ、撮像画像の品質劣化を抑制できる。   According to the present invention, a plurality of a pair of photoelectric conversion units that receive a subject light flux that has passed through a pair of partial regions that are biased in opposite directions along the first direction in the exit pupil of the photographing optical system are provided along the first direction. Based on charge signal data generated by exposing the photoelectric conversion array at each of a plurality of predetermined different positions in the second direction orthogonal to the first direction by moving the image pickup device having the arranged photoelectric conversion array. Performs phase difference detection focus detection. As a result, it is possible to suppress the quality deterioration of the captured image while improving the focus detection performance.
本発明の実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an external configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 撮像装置の外観構成を示す図である。It is a figure which shows the external appearance structure of an imaging device. 撮像装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an imaging device. 振れ補正ユニットの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a shake correction unit. 振れ補正ユニットの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a shake correction unit. 撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of an imaging device. 撮像素子の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of an image pick-up element. 撮像素子の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of an image pick-up element. 通常画素の構成を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the structure of a normal pixel. AF画素対の構成を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the structure of AF pixel pair. AF画素対の構成を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the structure of AF pixel pair. 焦点面が撮像素子の撮像面から200μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case a focal plane defocuses to the 200-micrometer near side from the imaging surface of an image pick-up element. 焦点面が撮像面から100μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case a focal plane defocuses to the 100 micrometer near side from an imaging surface. 焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the in-focus state whose focal plane corresponds to the imaging surface. 焦点面が撮像面から100μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case a focal plane defocuses to the 100-micrometer far side from an imaging surface. 焦点面が撮像面から200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case a focal plane defocuses to the 200 micrometer far side from an imaging surface. 一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the graph which shows the relationship between the difference of the gravity center position in a pair of image row | line | column, and the defocus amount. 振れ補正ユニットを活用した位相差AFを説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating phase difference AF using a shake correction unit. 位相差AFの際にシフトされる撮像素子の各位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating each position of the image pick-up element shifted in the case of phase difference AF. 撮像装置1の基本的な動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a basic operation of the imaging apparatus 1. 本発明の変形例に係るAFエリアの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of AF area which concerns on the modification of this invention. 図21のAFエリアにおけるAF画素対の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of AF pixel pair in AF area of FIG. 本発明の変形例に係る第1メタルの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the 1st metal which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係るAFエリアの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of AF area which concerns on the modification of this invention.
<実施形態>
[撮像装置の要部構成]
図1および図2は、本発明の実施形態に係る撮像装置1の外観構成を示す図である。ここで、図1および図2は、それぞれ正面図および背面図を示している。
<Embodiment>
[Configuration of main part of imaging device]
1 and 2 are diagrams showing an external configuration of an imaging apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. Here, FIGS. 1 and 2 show a front view and a rear view, respectively.
撮像装置1は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ10と、カメラボディ10に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ2とを備えている。   The imaging device 1 is configured as, for example, a single-lens reflex digital still camera, and includes a camera body 10 and an interchangeable lens 2 as a photographic lens that can be attached to and detached from the camera body 10.
図1において、カメラボディ10の正面側には、正面略中央に交換レンズ2が装着されるマウント部301と、マウント部301の右横に配置されたレンズ交換ボタン302と、把持可能とするためのグリップ部303と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル305と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル306と、グリップ部303の上面に配置されたシャッターボタン307とが設けられている。   In FIG. 1, on the front side of the camera body 10, a mount portion 301 to which the interchangeable lens 2 is mounted at the center of the front surface, a lens exchange button 302 disposed on the right side of the mount portion 301, and a gripper. Grip portion 303, a mode setting dial 305 disposed at the upper left portion of the front surface, a control value setting dial 306 disposed at the upper right portion of the front surface, and a shutter button 307 disposed on the upper surface of the grip portion 303. Yes.
また、図2において、カメラボディ10の背面側には、LCD(Liquid Crystal Display)311と、LCD311の左方に配置された設定ボタン群312と、LCD311の右方に配置された十字キー314と、十字キー314の中央に配置されたプッシュボタン315とが備えられている。また、カメラボディ10の背面側には、LCD311の上方に配設されたEVF(Electronic View Finder)316と、EVF316の周囲を囲むアイカップ321と、EVF316の左方に配設されたメインスイッチ317と、EVF316の右方に配設された露出補正ボタン323およびAEロックボタン324と、EVF316の上方に配設されたフラッシュ部318および接続端子部319とが備えられている。   In FIG. 2, on the rear side of the camera body 10, there are an LCD (Liquid Crystal Display) 311, a setting button group 312 arranged on the left side of the LCD 311, and a cross key 314 arranged on the right side of the LCD 311. And a push button 315 disposed in the center of the cross key 314. Further, on the back side of the camera body 10, an EVF (Electronic View Finder) 316 disposed above the LCD 311, an eye cup 321 surrounding the EVF 316, and a main switch 317 disposed on the left side of the EVF 316. An exposure correction button 323 and an AE lock button 324 disposed on the right side of the EVF 316, and a flash unit 318 and a connection terminal unit 319 disposed above the EVF 316.
マウント部301には、装着された交換レンズ2との電気的接続を行うためコネクタEc(図6参照)や、機械的接続を行うためのカプラ75(図6参照)が設けられている。   The mount 301 is provided with a connector Ec (see FIG. 6) for electrical connection with the mounted interchangeable lens 2 and a coupler 75 (see FIG. 6) for mechanical connection.
レンズ交換ボタン302は、マウント部301に装着された交換レンズ2を取り外す際に押下されるボタンである。   The lens exchange button 302 is a button that is pressed when the interchangeable lens 2 attached to the mount unit 301 is removed.
グリップ部303は、ユーザが撮影時に撮像装置1を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部303の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池69B(図6参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード67(図6参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部303には、当該グリップ部303をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。   The grip part 303 is a part where the user grips the imaging device 1 at the time of photographing, and is provided with surface irregularities that match the finger shape in order to improve fitting properties. Note that a battery storage chamber and a card storage chamber (not shown) are provided inside the grip portion 303. A battery 69B (see FIG. 6) is housed in the battery compartment as a power source for the camera, and a memory card 67 (see FIG. 6) for recording image data of the photographed image is detachably housed in the card compartment. It has come to be. The grip unit 303 may be provided with a grip sensor for detecting whether or not the user has gripped the grip unit 303.
モード設定ダイアル305及び制御値設定ダイアル306は、カメラボディ10の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル305は、自動露出(AE)制御モードや自動焦点(AF;オートフォーカス)制御モード、或いは1枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置1に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル306は、撮像装置1に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。   The mode setting dial 305 and the control value setting dial 306 are made of a substantially disk-shaped member that can rotate in a plane substantially parallel to the upper surface of the camera body 10. The mode setting dial 305 is used for various types of shooting such as an automatic exposure (AE) control mode, an autofocus (AF) control mode, a still image shooting mode for shooting a single still image, and a continuous shooting mode for continuous shooting. This mode is used to selectively select a mode and a function installed in the imaging apparatus 1, such as a mode and a reproduction mode for reproducing a recorded image. On the other hand, the control value setting dial 306 is for setting control values for various functions installed in the imaging apparatus 1.
シャッターボタン307は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン307が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作(露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作)が実行される。そして、シャッターボタン307が全押しされると、撮影動作(撮像素子101(図3参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作)が実行される。   The shutter button 307 is a push switch that can be operated in a “half-pressed state” that is pressed halfway and further operated in a “full-pressed state”. When the shutter button 307 is pressed halfway in the still image shooting mode, a preparation operation (preparation operation such as setting of an exposure control value or focus detection) for shooting a still image of the subject is executed. When the shutter button 307 is fully pressed, a shooting operation (the image sensor 101 (see FIG. 3) is exposed, a predetermined image processing is performed on the image signal obtained by the exposure, and the result is recorded on a memory card or the like. Is performed).
LCD311は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子101(図3参照)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置1に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、LCD311に代えて、有機ELやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。   The LCD 311 includes a color liquid crystal panel capable of displaying an image. The LCD 311 displays an image picked up by the image pickup device 101 (see FIG. 3), reproduces and displays a recorded image, and is mounted on the image pickup apparatus 1. Function and mode setting screen. Note that an organic EL or a plasma display device may be used instead of the LCD 311.
設定ボタン群312は、撮像装置1に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群312には、例えばLCD311に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン/オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。   The setting button group 312 is a button for performing operations on various functions installed in the imaging apparatus 1. The setting button group 312 includes, for example, a selection confirmation switch for confirming the content selected on the menu screen displayed on the LCD 311, a selection cancel switch, a menu display switch for switching the content of the menu screen, a display on / off switch, A display enlargement switch is included.
手振れ補正スイッチ85は、後述の振れ補正ユニット15よる振れ補正動作を実行させるための操作信号を与えるためのボタンである。この手振れ補正スイッチ85は、手持ち撮影、望遠撮影、暗部での撮影、或いは長時間露光が必要な撮影時等、手振れ等の「振れ」の影響が撮影画像に表出する恐れがある場合にユーザにより押下され、撮像装置1の振れ補正動作が行える状態(振れ補正モード)に設定するものである。   The camera shake correction switch 85 is a button for giving an operation signal for executing a shake correction operation by a shake correction unit 15 described later. This camera shake correction switch 85 is used when there is a possibility that the influence of “shake” such as camera shake may appear in a photographed image, such as hand-held photography, telephoto photography, dark photography, or photography requiring long exposure. Is set to a state in which the shake correction operation of the imaging apparatus 1 can be performed (a shake correction mode).
十字キー314は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部(図中の三角印の部分)を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点(スイッチ)により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン315は、十字キー314の中央に配置されている。十字キー314及びプッシュボタン315は、撮影倍率の変更(ズームレンズ212(図6参照)のワイド方向やテレ方向への移動)、LCD311等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件(絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等)の設定等の指示を入力するためのものである。   The cross key 314 has an annular member having a plurality of pressing portions (triangle marks in the figure) arranged at regular intervals in the circumferential direction, and is not shown and provided corresponding to each pressing portion. The pressing operation of the pressing portion is detected by the contact (switch). The push button 315 is arranged at the center of the cross key 314. The cross key 314 and the push button 315 are used to change the shooting magnification (movement of the zoom lens 212 (see FIG. 6) in the wide direction or the tele direction), frame-by-frame feeding of a recorded image to be reproduced on the LCD 311 or the like, and shooting conditions (aperture value). , Shutter speed, presence / absence of flash emission, etc.) for inputting instructions.
EVF316は、液晶パネル310(図3参照)を備えており、撮像素子101(図3参照)によって撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行う。このEVF316やLCD311において、本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子101で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子101にて撮影される被写体を視認することが可能となる。   The EVF 316 includes a liquid crystal panel 310 (see FIG. 3), and displays an image captured by the image sensor 101 (see FIG. 3), reproduces and displays a recorded image, and the like. In the EVF 316 and the LCD 311, live view (preview) display that displays a subject in a moving image mode based on image signals sequentially generated by the image sensor 101 before actual shooting (shooting for image recording) is performed. The user can visually recognize a subject actually captured by the image sensor 101.
メインスイッチ317は、左右にスライドする2接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置1の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。   The main switch 317 is a two-contact slide switch that slides to the left and right. When the switch is set to the left, the power of the imaging apparatus 1 is turned on, and when the switch is set to the right, the power is turned off.
フラッシュ部318は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ10に取り付ける場合には、接続端子部319を使用して接続する。   The flash unit 318 is configured as a pop-up built-in flash. On the other hand, when attaching an external flash or the like to the camera body 10, the connection is made using the connection terminal portion 319.
アイカップ321は、遮光性を有してEVF316への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。   The eye cup 321 is a “U” -shaped light shielding member that has light shielding properties and suppresses intrusion of external light into the EVF 316.
露出補正ボタン323は、露出値(絞り値やシャッタースピード)を手動で調整するためのボタンであり、AEロックボタン324は、露出を固定するためのボタンである。   The exposure correction button 323 is a button for manually adjusting an exposure value (aperture value or shutter speed), and the AE lock button 324 is a button for fixing exposure.
交換レンズ2は、被写体からの光(光像)を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ10の内部に配置されている撮像素子101に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ2は、上述のレンズ交換ボタン302を押下操作することで、カメラボディ10から取り外すことが可能となっている。   The interchangeable lens 2 functions as a lens window that captures light (light image) from a subject, and also functions as a photographing optical system that guides the subject light to the image sensor 101 disposed inside the camera body 10. It is. The interchangeable lens 2 can be detached from the camera body 10 by depressing the lens interchange button 302 described above.
交換レンズ2は、光軸LTに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群21を備えている(図6参照)。このレンズ群21には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ211(図6参照)と、変倍を行うためのズームレンズ212(図6参照)とが含まれており、それぞれ光軸LT(図3参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ2には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ212は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。   The interchangeable lens 2 includes a lens group 21 including a plurality of lenses arranged in series along the optical axis LT (see FIG. 6). The lens group 21 includes a focus lens 211 (see FIG. 6) for adjusting the focal point and a zoom lens 212 (see FIG. 6) for performing zooming. By driving in the direction (see FIG. 3), zooming and focus adjustment are performed. Further, the interchangeable lens 2 is provided with an operation ring that can rotate along the outer peripheral surface of the lens barrel at a suitable position on the outer periphery of the lens barrel. The zoom lens 212 can be operated by manual operation or automatic operation. It moves in the optical axis direction according to the rotation direction and rotation amount of the operation ring, and is set to a zoom magnification (imaging magnification) according to the position of the movement destination.
[撮像装置1の内部構成]
次に、撮像装置1の内部構成について説明する。図3は、撮像装置1の縦断面図である。図3に示すように、カメラボディ10の内部には、撮像素子101、EVF316などが備えられている。
[Internal Configuration of Imaging Device 1]
Next, the internal configuration of the imaging apparatus 1 will be described. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the imaging apparatus 1. As shown in FIG. 3, the camera body 10 includes an image sensor 101, an EVF 316, and the like.
撮像素子101は、カメラボディ10に交換レンズ2が装着された場合の当該交換レンズ2が備えているレンズ群の光軸LT上において、光軸LTに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子101としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に2次元配置されたCMOSカラーエリアセンサ(CMOS型の撮像素子)が用いられる。撮像素子101は、交換レンズ2を通って受光された被写体光束に関するR(赤)、G(緑)、B(青)各色成分のアナログの電気信号(画像信号)を生成し、R、G、B各色の画像信号として出力する。この撮像素子101の構成については、後で詳述する。   The imaging element 101 is arranged in a direction perpendicular to the optical axis LT on the optical axis LT of the lens group included in the interchangeable lens 2 when the interchangeable lens 2 is attached to the camera body 10. . As the image sensor 101, for example, a CMOS color area sensor (CMOS type image sensor) in which a plurality of pixels configured with photodiodes are two-dimensionally arranged in a matrix is used. The imaging device 101 generates analog electrical signals (image signals) of R (red), G (green), and B (blue) color components related to the subject luminous flux received through the interchangeable lens 2, and R, G, Output as B color image signals. The configuration of the image sensor 101 will be described in detail later.
撮像素子101は、振れ補正ユニット15により光軸LTと直交する平面において二次元的に移動可能に保持されている。また、撮像素子101の光軸方向前方には、シャッタユニット40が配置されている。このシャッタユニット40は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸LTに沿って撮像素子101に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット40は、撮像素子101が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。   The image sensor 101 is held by the shake correction unit 15 so as to be movable two-dimensionally on a plane orthogonal to the optical axis LT. A shutter unit 40 is disposed in front of the image sensor 101 in the optical axis direction. The shutter unit 40 includes a curtain body that moves in the vertical direction, and a mechanical focal plane that performs an optical path opening operation and an optical path blocking operation of subject light guided to the image sensor 101 along the optical axis LT by the opening operation and the closing operation. It is configured as a shutter. The shutter unit 40 can be omitted when the image sensor 101 is an image sensor capable of complete electronic shutter.
EVF316は、液晶パネル310と、接眼レンズ106とを備えている。液晶パネル310は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルとして構成されており、撮像素子101により撮像された画像の表示が可能である。接眼レンズ106は、液晶パネル310に表示された被写体像をEVF316の外側に導く。このようなEVF316の構成により、ユーザは、撮像素子101で撮影される被写体を視認できることとなる。   The EVF 316 includes a liquid crystal panel 310 and an eyepiece lens 106. The liquid crystal panel 310 is configured as a color liquid crystal panel capable of displaying an image, for example, and can display an image captured by the image sensor 101. The eyepiece 106 guides the subject image displayed on the liquid crystal panel 310 to the outside of the EVF 316. With such a configuration of the EVF 316, the user can visually recognize a subject photographed by the image sensor 101.
[振れ補正ユニット15の構成]
撮像素子101は、振れ補正ユニット(駆動手段)15によって駆動され、交換レンズ2の光軸LT(図3)に垂直な平面(XY平面)内において移動することによって、手振れ等に起因して撮像装置1に生じるブレを抑制することが可能である。具体的には、撮像装置1に内蔵された振れ検出センサ(例えばジャイロセンサ)によって検出される振れを打ち消すように撮像素子101が駆動されることで、撮像装置1の振れを光学的に補正する振れ補正動作が実現される。
[Configuration of shake correction unit 15]
The imaging element 101 is driven by a shake correction unit (driving unit) 15 and moves in a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis LT (FIG. 3) of the interchangeable lens 2 to thereby capture an image due to camera shake or the like. It is possible to suppress blurring that occurs in the device 1. Specifically, the shake of the image pickup apparatus 1 is optically corrected by driving the image pickup element 101 so as to cancel out the shake detected by a shake detection sensor (for example, a gyro sensor) built in the image pickup apparatus 1. A shake correction operation is realized.
図4および図5は、振れ補正ユニット15の構成を示す概略図である。図4は、振れ補正ユニット15を背面側(−Z側)から見た図であり、図5は、図4のV−V位置から見た断面図である。   4 and 5 are schematic diagrams showing the configuration of the shake correction unit 15. 4 is a view of the shake correction unit 15 as seen from the back side (−Z side), and FIG. 5 is a cross-sectional view as seen from the position VV in FIG.
振れ補正ユニット15は、ベース板150、第1移動部151、第2移動部152および2つのアクチュエータ15X、15Y等を備えている。ベース板150、第1移動部151および第2移動部152は、それぞれ、略矩形状の板状部材として形成され、ベース板150および第1移動部151は、その略中央部に中空部を有している。   The shake correction unit 15 includes a base plate 150, a first moving unit 151, a second moving unit 152, two actuators 15X and 15Y, and the like. The base plate 150, the first moving portion 151, and the second moving portion 152 are each formed as a substantially rectangular plate-like member, and the base plate 150 and the first moving portion 151 have a hollow portion at a substantially central portion thereof. is doing.
ベース板150はカメラボディ10に固定されている。また、ベース板150と第1移動部151とはアクチュエータ15Xを介して連結されており、第1移動部151と第2移動部152とはアクチュエータ15Yを介して連結されている。また、第2移動部152の表側(+Z側)には撮像素子101が固定されている。アクチュエータ15Xの駆動によって、第1移動部151はベース板150に対してX軸方向に移動することが可能であり、アクチュエータ15Yの駆動によって、第2移動部152は第1移動部151に対してY軸方向に移動することが可能である。その結果、撮像素子101は、ベース板150(ひいてはカメラボディ10)に対してX軸方向およびY軸方向にそれぞれ移動可能である。なお、第1移動部151のX軸方向の移動および第2移動部152のY軸方向の移動は、それぞれ、不図示のレール部材によってガイドされている。   The base plate 150 is fixed to the camera body 10. The base plate 150 and the first moving part 151 are connected via an actuator 15X, and the first moving part 151 and the second moving part 152 are connected via an actuator 15Y. Further, the image sensor 101 is fixed to the front side (+ Z side) of the second moving unit 152. By driving the actuator 15X, the first moving unit 151 can move in the X-axis direction with respect to the base plate 150, and by driving the actuator 15Y, the second moving unit 152 moves with respect to the first moving unit 151. It is possible to move in the Y-axis direction. As a result, the image sensor 101 can move in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the base plate 150 (and thus the camera body 10). The movement of the first moving unit 151 in the X-axis direction and the movement of the second moving unit 152 in the Y-axis direction are each guided by a rail member (not shown).
詳細には、ベース板150の背面側(−Z側)の上部中央位置には、アクチュエータ15Xが取り付けられている。また、第1移動部151は、その上縁部に突出部153を有しており、当該突出部153にはスライダ154が一体的に形成されている。アクチュエータ15Xの駆動軸155は、このスライダ154の中空部を貫通しており、スライダ154とアクチュエータ15Xの駆動軸155とは摩擦結合されている。換言すれば、ベース板150と第1移動部151とは、X軸方向の相対移動が可能となるように、アクチュエータ15Xを介して連結されている。このような構成において、アクチュエータ15Xに所定の駆動電圧を印加することによって、第1移動部151は、ベース板150に対してX軸方向に摺動することが可能である。   Specifically, the actuator 15X is attached to the upper center position on the back side (−Z side) of the base plate 150. The first moving portion 151 has a protruding portion 153 at the upper edge thereof, and a slider 154 is integrally formed with the protruding portion 153. The drive shaft 155 of the actuator 15X passes through the hollow portion of the slider 154, and the slider 154 and the drive shaft 155 of the actuator 15X are frictionally coupled. In other words, the base plate 150 and the first moving part 151 are connected via the actuator 15X so that relative movement in the X-axis direction is possible. In such a configuration, the first moving part 151 can slide in the X-axis direction with respect to the base plate 150 by applying a predetermined drive voltage to the actuator 15X.
また、第2移動部152の側部中央位置には、アクチュエータ15Yが取り付けられている。一方、第1移動部151は、右側部に一体的に形成されたスライダ157を有している。アクチュエータ15Yの駆動軸158は、このスライダ157の中空部を貫通しており、このスライダ157とアクチュエータ15Yの駆動軸158とは摩擦結合されている。換言すれば、第1移動部151と第2移動部152とは、Y軸方向の相対移動が可能となるように、アクチュエータ15Yを介して連結されている。このような構成において、アクチュエータ15Yに所定の駆動電圧を印加すると、第2移動部152は、第1移動部151に対してY軸方向に摺動することが可能である。   In addition, an actuator 15Y is attached to the center of the side portion of the second moving unit 152. On the other hand, the 1st moving part 151 has the slider 157 integrally formed in the right side part. The drive shaft 158 of the actuator 15Y passes through the hollow portion of the slider 157, and the slider 157 and the drive shaft 158 of the actuator 15Y are frictionally coupled. In other words, the first moving unit 151 and the second moving unit 152 are connected via the actuator 15Y so that relative movement in the Y-axis direction is possible. In such a configuration, when a predetermined drive voltage is applied to the actuator 15Y, the second moving unit 152 can slide in the Y-axis direction with respect to the first moving unit 151.
以上のような構成の振れ補正ユニット15では、例えば各駆動軸155、158の中間位置にスライダ154、157が配置された状態の基準位置Poを中心として撮像素子101がXY平面でシフトされることで振れ補正動作が行われる。   In the shake correction unit 15 having the above-described configuration, for example, the image sensor 101 is shifted in the XY plane around the reference position Po in a state where the sliders 154 and 157 are arranged at intermediate positions of the drive shafts 155 and 158. A shake correction operation is performed.
[撮像装置1の電気的構成]
図6は、撮像装置1の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図1〜図5と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ2の電気的構成について先ず説明する。
[Electrical Configuration of Imaging Device 1]
FIG. 6 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the imaging apparatus 1. Here, members identical to those shown in FIGS. 1 to 5 are given the same reference numerals. For convenience of explanation, the electrical configuration of the interchangeable lens 2 will be described first.
交換レンズ2は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群21に加え、レンズ駆動機構24と、レンズ位置検出部25と、レンズ制御部26と、絞り駆動機構27とを備えている。   The interchangeable lens 2 includes a lens drive mechanism 24, a lens position detection unit 25, a lens control unit 26, and a diaphragm drive mechanism 27 in addition to the lens group 21 constituting the above-described photographing optical system.
レンズ群21では、フォーカスレンズ211及びズームレンズ212と、カメラボディ10に備えられた撮像素子101へ入射される光量を調節するための絞り23とが、鏡胴22内において光軸LT(図3)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子101に結像させる。AF制御では、フォーカスレンズ211が交換レンズ2内のAFアクチュエータ71Mにより光軸LT方向に駆動されることで焦点調節が行われる。   In the lens group 21, a focus lens 211 and a zoom lens 212, and a diaphragm 23 for adjusting the amount of light incident on the image sensor 101 provided in the camera body 10 are arranged in the lens barrel 22 with an optical axis LT (FIG. 3). ), And captures an optical image of the subject and forms it on the image sensor 101. In the AF control, focus adjustment is performed by driving the focus lens 211 in the optical axis LT direction by the AF actuator 71M in the interchangeable lens 2.
フォーカス駆動制御部71Aは、レンズ制御部26を介してメイン制御部62から与えられるAF制御信号に基づき、フォーカスレンズ211を合焦位置に移動させるために必要な、AFアクチュエータ71Mに対する駆動制御信号を生成するものである。AFアクチュエータ71Mは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構24にレンズ駆動力を与える。   The focus drive control unit 71A generates a drive control signal for the AF actuator 71M necessary for moving the focus lens 211 to the in-focus position based on the AF control signal given from the main control unit 62 via the lens control unit 26. Is to be generated. The AF actuator 71M is composed of a stepping motor or the like, and applies a lens driving force to the lens driving mechanism 24.
レンズ駆動機構24は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、AFアクチュエータ71Mからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ211等を光軸LTと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ211の移動方向及び移動量は、それぞれAFアクチュエータ71Mの回転方向及び回転数に従う。   The lens driving mechanism 24 includes, for example, a helicoid and a gear (not shown) that rotates the helicoid, and receives the driving force from the AF actuator 71M to drive the focus lens 211 and the like in a direction parallel to the optical axis LT. It is. Note that the movement direction and the movement amount of the focus lens 211 are in accordance with the rotation direction and the rotation speed of the AF actuator 71M, respectively.
レンズ位置検出部25は、レンズ群21の移動範囲内において光軸LT方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群21の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部24で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。   The lens position detection unit 25 moves integrally with the lens while being in sliding contact with the encode plate in which a plurality of code patterns are formed at a predetermined pitch in the optical axis LT direction within the movement range of the lens group 21. An encoder brush, and detects the amount of movement of the lens group 21 during focus adjustment. The lens position detected by the lens position detection unit 24 is output as the number of pulses, for example.
レンズ制御部26は、例えば制御プログラム等を記憶するROMや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。   The lens control unit 26 is composed of, for example, a microcomputer having a built-in memory such as a ROM for storing a control program and the like and a flash memory for storing data relating to status information.
また、レンズ制御部26は、コネクタEcを介してカメラボディ10のメイン制御部62との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群21の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部25で検出されるフォーカスレンズ211の位置情報をメイン制御部62に送信できるとともに、メイン制御部62から例えばフォーカスレンズ211の駆動量のデータを受信できる。   The lens control unit 26 has a communication function for performing communication with the main control unit 62 of the camera body 10 via the connector Ec. Thereby, for example, the state information data such as the focal length, the exit pupil position, the aperture value, the focusing distance, and the peripheral light amount state of the lens group 21 and the position information of the focus lens 211 detected by the lens position detection unit 25 are main-controlled. For example, the driving amount data of the focus lens 211 can be received from the main control unit 62.
絞り駆動機構27は、カプラ75を介して絞り駆動アクチュエータ76Mからの駆動力を受けて、絞り23の絞り径を変更するものである。   The aperture drive mechanism 27 receives the driving force from the aperture drive actuator 76M via the coupler 75 and changes the aperture diameter of the aperture 23.
続いて、カメラボディ10の電気的構成について説明する。カメラボディ10には、先に説明した撮像素子101、シャッタユニット40等の他に、AFE(アナログフロントエンド)5、画像処理部61、画像メモリ614、メイン制御部62、フラッシュ回路63、操作部64、VRAM65(65a、65b)、カード・インターフェース(I/F)66、メモリカード67、通信用インターフェース(I/F)68、電源回路69、電池69B、シャッタ駆動制御部73A及びシャッタ駆動アクチュエータ73M、絞り駆動制御部76A及び絞り駆動アクチュエータ76Mを備えて構成されている。   Next, the electrical configuration of the camera body 10 will be described. The camera body 10 includes an AFE (analog front end) 5, an image processing unit 61, an image memory 614, a main control unit 62, a flash circuit 63, an operation unit, in addition to the imaging element 101 and the shutter unit 40 described above. 64, VRAM 65 (65a, 65b), card interface (I / F) 66, memory card 67, communication interface (I / F) 68, power supply circuit 69, battery 69B, shutter drive control unit 73A, and shutter drive actuator 73M The aperture drive controller 76A and the aperture drive actuator 76M are provided.
撮像素子101は、先に説明した通りCMOSカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路51により、当該撮像素子101の露光動作の開始(及び終了)や、撮像素子101が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。   The image sensor 101 is composed of a CMOS color area sensor as described above, and the timing control circuit 51 described below starts (and ends) the exposure operation of the image sensor 101 and selects the output of each pixel included in the image sensor 101. The imaging operation such as readout of the pixel signal is controlled.
AFE5は、撮像素子101に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子101から出力される画像信号(CMOSエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群)に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部61に出力するものである。このAFE5は、タイミング制御回路51、信号処理部52及びA/D変換部53などを備えて構成されている。   The AFE 5 gives a timing pulse for causing the image sensor 101 to perform a predetermined operation, and performs predetermined signal processing on an image signal (analog signal group received by each pixel of the CMOS area sensor) output from the image sensor 101. Is converted into a digital signal and output to the image processing unit 61. The AFE 5 includes a timing control circuit 51, a signal processing unit 52, an A / D conversion unit 53, and the like.
タイミング制御回路51は、メイン制御部62から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス(垂直走査パルスφVn、水平走査パルスφVm、リセット信号φVr等を発生させるパルス)を生成して撮像素子101に出力し、撮像素子101の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部52やA/D変換部53にそれぞれ出力することにより、信号処理部52及びA/D変換部53の動作を制御する。   The timing control circuit 51 generates a predetermined timing pulse (a pulse for generating a vertical scanning pulse φVn, a horizontal scanning pulse φVm, a reset signal φVr, etc.) based on the reference clock output from the main control unit 62, and the imaging device 101. And the imaging operation of the image sensor 101 is controlled. In addition, the operation of the signal processing unit 52 and the A / D conversion unit 53 is controlled by outputting predetermined timing pulses to the signal processing unit 52 and the A / D conversion unit 53, respectively.
信号処理部52は、撮像素子101から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部52には、CDS(相関二重サンプリング)回路、AGC(オートゲインコントロール)回路及びクランプ回路等が備えられている。A/D変換部53は、信号処理部52から出力されたアナログのR、G、Bの画像信号を、タイミング制御回路51から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット(例えば12ビット)からなるデジタルの画像信号に変換するものである。   The signal processing unit 52 performs predetermined analog signal processing on the analog image signal output from the image sensor 101. The signal processing unit 52 includes a CDS (correlated double sampling) circuit, an AGC (auto gain control) circuit, a clamp circuit, and the like. The A / D conversion unit 53 converts the analog R, G, B image signals output from the signal processing unit 52 into a plurality of bits (for example, 12 bits) based on the timing pulse output from the timing control circuit 51. Is converted into a digital image signal.
画像処理部61は、AFE5から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路611、ホワイトバランス制御回路612及びガンマ補正回路613等を備えて構成されている。なお、画像処理部61へ取り込まれた画像データは、撮像素子101の読み出しに同期して画像メモリ614に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ614に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部61の各ブロックにおいて処理が行われる。   The image processing unit 61 performs predetermined signal processing on the image data output from the AFE 5 to create an image file, and includes a black level correction circuit 611, a white balance control circuit 612, a gamma correction circuit 613, and the like. Has been. The image data captured by the image processing unit 61 is temporarily written in the image memory 614 in synchronization with the reading of the image sensor 101. Thereafter, the image data written in the image memory 614 is accessed to access the image processing unit. Processing is performed in each of the 61 blocks.
黒レベル補正回路611は、A/D変換部53によりA/D変換されたR、G、Bの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。   The black level correction circuit 611 corrects the black level of each of the R, G, and B digital image signals A / D converted by the A / D conversion unit 53 to a reference black level.
ホワイトバランス補正回路612は、光源に応じた白の基準に基づいて、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換(ホワイトバランス(WB)調整)を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路612は、メイン制御部62から与えられるWB調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のR、G、Bそれぞれを色成分の平均と、G/R比及びG/B比とを求め、これをR、Bの補正ゲインとしてレベル補正する。   The white balance correction circuit 612 performs level conversion (white balance (WB) adjustment) of digital signals of each color component of R (red), G (green), and B (blue) based on a white reference corresponding to the light source. Is what you do. That is, the white balance control circuit 612 identifies a portion that is originally estimated to be white based on luminance, saturation data, and the like in the photographic subject based on the WB adjustment data provided from the main control unit 62, and R, G of that portion. , B, the average of the color components, the G / R ratio and the G / B ratio are obtained, and the levels are corrected as R and B correction gains.
ガンマ補正回路613は、WB調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路613は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。   The gamma correction circuit 613 corrects the gradation characteristics of the image data subjected to WB adjustment. Specifically, the gamma correction circuit 613 performs non-linear conversion and offset adjustment using a gamma correction table set in advance for each color component.
画像メモリ614は、撮影モード時において、画像処理部61から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部62により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード67から読み出した画像データを一時的に記憶する。   The image memory 614 temporarily stores the image data output from the image processing unit 61 in the shooting mode, and is used as a work area for performing predetermined processing on the image data by the main control unit 62. It is memory. In the playback mode, the image data read from the memory card 67 is temporarily stored.
メイン制御部62は、例えば制御プログラムを記憶するROMや一時的にデータを記憶するRAM等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置1各部の動作を総括的に制御するものである。   The main control unit 62 is composed of a microcomputer incorporating a storage unit such as a ROM that stores a control program or a RAM that temporarily stores data, and controls the operation of each unit of the imaging apparatus 1 in a comprehensive manner. .
また、メイン制御部62は、手振れ補正スイッチ85により振れ補正モードが設定される場合において、例えばジャイロセンサからの振れ検出信号に基づいて振れ方向及び振れ量を演算し、この演算結果に基づき振れ補正制御信号を生成して振れ補正ユニット15に出力する。これにより、撮像装置1の振れを打ち消す方向に撮像素子101がシフト駆動されて適切な振れ補正動作が実行できる。   Further, when the shake correction mode is set by the camera shake correction switch 85, the main control unit 62 calculates, for example, a shake direction and a shake amount based on a shake detection signal from a gyro sensor, and shake correction is performed based on the calculation result. A control signal is generated and output to the shake correction unit 15. As a result, the image sensor 101 is driven to shift in a direction to cancel out the shake of the image pickup apparatus 1, and an appropriate shake correction operation can be executed.
フラッシュ回路63は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部318または接続端子部319に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部62により設定された発光量に制御するものである。   The flash circuit 63 controls the light emission amount of the external flash connected to the flash unit 318 or the connection terminal unit 319 to the light emission amount set by the main control unit 62 in the flash photographing mode.
操作部64は、上述のモード設定ダイアル305、制御値設定ダイアル306、シャッターボタン307、設定ボタン群312、十字キー314、プッシュボタン315、メインスイッチ317等を含み、操作情報をメイン制御部62に入力するためのものである。   The operation unit 64 includes the mode setting dial 305, the control value setting dial 306, the shutter button 307, the setting button group 312, the cross key 314, the push button 315, the main switch 317, etc., and the operation information is sent to the main control unit 62. It is for input.
VRAM65a、65bは、LCD311およびEVF316の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部62とLCD311およびEVF316との間のバッファメモリである。カードI/F66は、メモリカード67とメイン制御部62との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード67は、メイン制御部62で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用I/F68は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。   The VRAMs 65a and 65b have a storage capacity of image signals corresponding to the number of pixels of the LCD 311 and the EVF 316, and are buffer memories between the main control unit 62 and the LCD 311 and the EVF 316. The card I / F 66 is an interface for enabling transmission / reception of signals between the memory card 67 and the main control unit 62. The memory card 67 is a recording medium that stores image data generated by the main control unit 62. The communication I / F 68 is an interface for enabling transmission of image data and the like to a personal computer and other external devices.
電源回路69は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部62等の制御部、撮像素子101、その他の各種駆動部等、撮像装置1全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子101への通電制御は、メイン制御部62から電源回路69に与えられる制御信号により行われる。電池69Bは、ニッケル水素充電池等の二次電池や、アルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置1全体に電力を供給する電源である。   The power supply circuit 69 includes, for example, a constant voltage circuit, and generates a voltage for driving the entire imaging apparatus 1 such as a control unit such as the main control unit 62, the imaging element 101, and other various driving units. Note that energization control to the image sensor 101 is performed by a control signal supplied from the main control unit 62 to the power supply circuit 69. The battery 69B includes a secondary battery such as a nickel metal hydride rechargeable battery or a primary battery such as an alkaline battery, and is a power source that supplies power to the entire imaging apparatus 1.
シャッタ駆動制御部73Aは、メイン制御部62から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ73Mに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ73Mは、シャッタユニット40の開閉駆動を行うアクチュエータである。   The shutter drive control unit 73A generates a drive control signal for the shutter drive actuator 73M based on a control signal given from the main control unit 62. The shutter drive actuator 73M is an actuator that performs opening / closing drive of the shutter unit 40.
絞り駆動制御部76Aは、メイン制御部62から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ76Mに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ76Mは、カプラ75を介して絞り駆動機構27に駆動力を与える。   The diaphragm drive control unit 76A generates a drive control signal for the diaphragm drive actuator 76M based on the control signal given from the main control unit 62. The aperture driving actuator 76M applies a driving force to the aperture driving mechanism 27 via the coupler 75.
また、カメラボディ10は、黒レベル補正回路611から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、撮像素子101を用いたオートフォーカス(AF)制御時に必要な演算(位相差AF演算)を行う位相差AF演算回路77を備えている。   Further, the camera body 10 performs a calculation (phase difference AF calculation) necessary for autofocus (AF) control using the image sensor 101 based on the black level corrected image data output from the black level correction circuit 611. A phase difference AF calculation circuit 77 is provided.
次に、この位相差AF演算回路77を利用した撮像装置1の位相差AF動作について説明する。   Next, the phase difference AF operation of the image pickup apparatus 1 using the phase difference AF calculation circuit 77 will be described.
[撮像装置1の位相差AF動作について]
撮像装置1では、撮像素子101において射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を受光することにより位相差検出方式の焦点検出(位相差AF)が可能な構成となっている。この撮像素子101の構成と、撮像素子101を利用した位相差AFの原理とを、以下で説明する。
[Phase Difference AF Operation of Imaging Device 1]
The imaging apparatus 1 is configured to be able to perform focus detection (phase difference AF) using a phase difference detection method by receiving transmitted light that has been transmitted (passed) through different portions of the exit pupil in the image sensor 101. The configuration of the image sensor 101 and the principle of phase difference AF using the image sensor 101 will be described below.
図7および図8は、撮像素子101の構成を説明するための図である。   7 and 8 are diagrams for explaining the configuration of the image sensor 101. FIG.
撮像素子101では、その撮像面101fにおいてマトリックス状に規定された複数のAFエリアEfそれぞれで位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている(図7)。   The imaging element 101 has a configuration capable of performing focus detection by a phase difference detection method in each of a plurality of AF areas Ef defined in a matrix on the imaging surface 101f (FIG. 7).
各AFエリアEfには、集光レンズとして機能するマイクロレンズML(波線円で図示)とフォトダイオードとの間にR(赤)、G(緑)およびB(青)の各カラーフィルタが配設されたR画素111、G画素112およびB画素113からなる通常の画素(以下では「通常画素」ともいう)110が設けられている。一方、各AFエリアEfには、位相差AFを行うために瞳分割機能を実現する画素のペア(以下では「AF画素対」ともいう)11fが設けられている(図8)。このようなAFエリアEfでは、AF画素対11fの画素より画素数が多い通常画素110によって、原則的には被写体の画像情報が取得されることとなる。   In each AF area Ef, R (red), G (green) and B (blue) color filters are arranged between a microlens ML (illustrated by a wavy circle) functioning as a condensing lens and a photodiode. A normal pixel (hereinafter, also referred to as “normal pixel”) 110 composed of the R pixel 111, the G pixel 112, and the B pixel 113 is provided. On the other hand, each AF area Ef is provided with a pixel pair (hereinafter, also referred to as “AF pixel pair”) 11f that realizes a pupil division function in order to perform phase difference AF (FIG. 8). In such an AF area Ef, in principle, the image information of the subject is acquired by the normal pixels 110 having a larger number of pixels than the pixels of the AF pixel pair 11f.
そして、AFエリアEfには、上記の瞳分割機能を持たない通常画素(第2画素)110の水平ライン(以下では「通常画素ライン」ともいう)LnとしてG画素112とR画素111とが水平方向に交互に配置されたGrラインL1と、B画素113とG画素112とが水平方向に交互に配置されたGbラインL2とが形成されている。このGrラインL1とGbラインL2とが垂直方向に交互に配置されることで通常画素110の群によるベイヤー配列が構成される。   In the AF area Ef, the G pixel 112 and the R pixel 111 are horizontal as a horizontal line (hereinafter also referred to as “normal pixel line”) Ln of the normal pixel (second pixel) 110 having no pupil division function. Gr lines L1 alternately arranged in the direction, and Gb lines L2 in which B pixels 113 and G pixels 112 are alternately arranged in the horizontal direction are formed. The Gr line L1 and the Gb line L2 are alternately arranged in the vertical direction, so that a Bayer arrangement by a group of normal pixels 110 is configured.
また、AFエリアEfには、通常画素110と同じ構成(径および曲率)のマイクロレンズMLを1つ備えたAF画素対11fが水平方向に沿って繰り返し隣接して配列されることで形成されるAFラインLfが本実施形態では垂直方向に12ライン周期で配置されている。すなわち、撮像素子101には、AF画素対11fを水平方向に複数配列したAFラインLfが垂直方向に12ラインの配置間隔をもって複数設けられている(図19参照)。なお、垂直方向に隣り合う各AFラインLfの間には、AFラインLfで欠落する被写体の画像情報を補完するのに必要な本数(例えば4本以上)の通常画素ラインLnを設けるのが好ましい。ここで、AFラインLfの上下に隣接する2つの通常画素ラインLnの組合せとしては、同系統の水平ライン(GrラインL1同士やGbラインL2同士)でも良く、異系統の水平ライン(一方がGrラインL1で他方がGbラインL2)でも良い。   In the AF area Ef, an AF pixel pair 11f having one microlens ML having the same configuration (diameter and curvature) as that of the normal pixel 110 is formed by repeatedly adjoining in the horizontal direction. In the present embodiment, the AF lines Lf are arranged at a cycle of 12 lines in the vertical direction. That is, the image pickup device 101 is provided with a plurality of AF lines Lf in which a plurality of AF pixel pairs 11f are arranged in the horizontal direction with an arrangement interval of 12 lines in the vertical direction (see FIG. 19). It should be noted that between the adjacent AF lines Lf in the vertical direction, it is preferable to provide the number of normal pixel lines Ln (for example, four or more) necessary for complementing the image information of the subject that is missing in the AF line Lf. . Here, the combination of two normal pixel lines Ln adjacent to the upper and lower sides of the AF line Lf may be the same horizontal line (Gr lines L1 and Gb lines L2), or a different horizontal line (one is Gr). Line L1 and the other may be Gb line L2).
次に、通常画素110とAF画素対11fとの構成の違いを説明するが、まず通常画素110の構成について説明する。   Next, the difference in configuration between the normal pixel 110 and the AF pixel pair 11f will be described. First, the configuration of the normal pixel 110 will be described.
図9は、通常画素110の構成を説明するための縦断面図である。なお、図9に示す通常画素110の配列は、例えば通常画素ラインLnのGrラインL1(図8)に設けられているものである。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of the normal pixel 110. Note that the arrangement of the normal pixels 110 shown in FIG. 9 is provided, for example, on the Gr line L1 (FIG. 8) of the normal pixel line Ln.
通常画素ラインLnでは、複数の光電変換部(フォトダイオード)PDが水平方向にピッチαで配列されている。なお、後述のようにAFラインLfでも同様に複数の光電変換部PDが水平方向にピッチαで配列される。このことから、撮像素子101の受光部として働く撮像面101fには、ピッチαで水平方向に隣接配置した光電変換部PDの配列(水平ライン)が垂直方向に複数設けられて光電変換部PDのマトリクス配置が形成される。   In the normal pixel line Ln, a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes) PD are arranged at a pitch α in the horizontal direction. As will be described later, a plurality of photoelectric conversion units PD are similarly arranged in the horizontal direction at a pitch α in the AF line Lf. Therefore, a plurality of arrays (horizontal lines) of photoelectric conversion units PD arranged adjacent to each other in the horizontal direction with a pitch α are provided on the imaging surface 101f serving as the light receiving unit of the image sensor 101 in the vertical direction. A matrix arrangement is formed.
通常画素ラインLnでは、水平方向に沿ってピッチαで配置された複数の光電変換部(フォトダイオード)PDそれぞれの上方に、マイクロレンズMLが設けられている。そして、マイクロレンズMLと光電変換部PDとの間に、3層のメタル層、具体的には上から順に第1メタル41、第2メタル42および第3メタル43が配設されている。ここで、第2メタル42および第3メタル43は、電気信号を通す配線(図9では配線が紙面の垂直方向に沿って配置)として構成されており、第1メタル41は、その接地面(グランド面)として構成されている。この第1メタル41上には、カラーフィルタFLが配設されるとともに、カラーフィルタFL上にはマイクロレンズMLが設けられている。カラーフィルタFLに関しては、例えばGrラインL1に配置された通常画素110の配列においては図9のように緑色のフィルタFgと赤色のフィルタFrとが交互に配置されることとなる。   In the normal pixel line Ln, a microlens ML is provided above each of a plurality of photoelectric conversion units (photodiodes) PD arranged at a pitch α along the horizontal direction. Between the microlens ML and the photoelectric conversion unit PD, three metal layers, specifically, a first metal 41, a second metal 42, and a third metal 43 are disposed in order from the top. Here, the second metal 42 and the third metal 43 are configured as wirings for passing electrical signals (in FIG. 9, the wirings are arranged along the vertical direction of the paper surface), and the first metal 41 is connected to the ground plane ( Ground plane). A color filter FL is disposed on the first metal 41, and a microlens ML is disposed on the color filter FL. Regarding the color filter FL, for example, in the arrangement of the normal pixels 110 arranged in the Gr line L1, the green filter Fg and the red filter Fr are alternately arranged as shown in FIG.
また、通常画素ラインLnでは、各マイクロレンズMLの間を通った不要な光が光電変換部PDで受光されるのを防ぐため、各マイクロレンズMLの間は第1メタル41で遮光されている。換言すれば、第1メタル41は、マイクロレンズMLの直下に開口OPが形成された遮光マスクとして機能している。   In the normal pixel line Ln, the first metal 41 is shielded between the microlenses ML in order to prevent unnecessary light passing between the microlenses ML from being received by the photoelectric conversion unit PD. . In other words, the first metal 41 functions as a light shielding mask in which the opening OP is formed immediately below the microlens ML.
次に、AF画素対11fの構成について説明する。   Next, the configuration of the AF pixel pair 11f will be described.
図10および図11は、AF画素対11fの構成を説明するための縦断面図および平面図である。なお、図10および図11に示すAF画素対11fの配列は、AFラインLf(図8)に設けられているものである。   10 and 11 are a longitudinal sectional view and a plan view for explaining the configuration of the AF pixel pair 11f. The array of AF pixel pairs 11f shown in FIGS. 10 and 11 is provided in the AF line Lf (FIG. 8).
AF画素対11fは、図10に示すように交換レンズ2に関する射出瞳の左側部分Qaからの光束Taと右側部分Qbからの光束Tbとを分離(瞳分割)させるためにマイクロレンズMLの光軸AXを跨いで一対の光電変換部PDが配置された一対の画素11a、11bで構成されている。すなわち、AF画素対11fにおいて、マイクロレンズMLは、その光軸AXが一対の光電変換部PDに挟まれた領域を通るように配置されている。また、一対の光電変換部PDは、それぞれ通常画素110の光電変換部PD(図9)と同等のサイズを有しており、水平方向に沿って通常画素110と等しいピッチαで隣接して複数配置されることで、AFラインLfでの光電変換部PDの配列(光電変換配列)が形成される。   As shown in FIG. 10, the AF pixel pair 11f has an optical axis of the microlens ML for separating (pupil dividing) the light beam Ta from the left portion Qa of the exit pupil and the light beam Tb from the right portion Qb of the interchangeable lens 2. It is composed of a pair of pixels 11a and 11b in which a pair of photoelectric conversion parts PD are arranged across AX. That is, in the AF pixel pair 11f, the microlens ML is arranged so that the optical axis AX passes through a region sandwiched between the pair of photoelectric conversion units PD. Further, each of the pair of photoelectric conversion units PD has the same size as the photoelectric conversion unit PD (FIG. 9) of the normal pixel 110, and a plurality of adjacent photoelectric conversion units PD are adjacent to each other at the same pitch α as the normal pixel 110 along the horizontal direction. As a result of the arrangement, an array (photoelectric conversion array) of photoelectric conversion units PD in the AF line Lf is formed.
このようなAF画素対11fにおいて、瞳分割を精度良く行うためには、画素(以下では「第1AF画素」ともいう)11aの光電変換部PDと、画素(以下では「第2AF画素」ともいう)11bの光電変換部PDとの間に存在する空スペースを小さくするのが好ましい。よって、図11のように水平方向に長細い形状となる光電変換部PDを有した本実施形態の撮像素子101では、光電変換部PDの長手方向、つまり水平方向に沿ってAF画素対11fを配置するのが適切となる。このため、AF画素対11fが水平方向に沿って2以上配列されることで本実施形態のAFラインLfが形成されている。   In such an AF pixel pair 11f, in order to perform pupil division with high accuracy, the photoelectric conversion unit PD of the pixel (hereinafter also referred to as “first AF pixel”) 11a and the pixel (hereinafter also referred to as “second AF pixel”). It is preferable to reduce the empty space existing between the photoelectric conversion unit PD of 11b. Therefore, in the imaging device 101 of the present embodiment having the photoelectric conversion unit PD that has a long and narrow shape in the horizontal direction as shown in FIG. It is appropriate to arrange. For this reason, the AF line Lf of the present embodiment is formed by arranging two or more AF pixel pairs 11f along the horizontal direction.
そして、AF画素対11fの配列の概略構成は、図9に示す通常画素110の配列に対して、光電変換部PDから上方に配置される部材、つまり第1〜第3メタル、カラーフィルタおよびマイクロレンズを水平方向に半ピッチずらせた構成となっている。すなわち、AF画素対11fにおける一対の光電変換部PDとマイクロレンズMLとの配置関係は、通常画素ラインLnにおいてAF画素対11fのマイクロレンズMLに対応した特定のマイクロレンズMLを各光電変換部PDに対して水平方向に、ピッチαの半分に相当する移動量だけ相対的にずらした場合の配置構成に相当している。そして、この配置構成において隣り合う上記特定のマイクロレンズMLの間に遮光部LSが設けられることでAF画素対11fの配列(AFラインLf)が形成されることとなる。このようにAFラインLfは通常画素ラインLnに対する多少の設計変更で生成できるため、AFラインLfの設計や製造を簡素化・容易化できる。以下では、AFラインLfにおいて隣り合うマイクロレンズMLの間に設けられる遮光部LSの構成について詳しく説明する。   The schematic arrangement of the AF pixel pair 11f is such that members arranged above the photoelectric conversion unit PD, that is, the first to third metals, the color filters, and the micros, with respect to the arrangement of the normal pixels 110 shown in FIG. The lens is shifted by a half pitch in the horizontal direction. That is, the arrangement relationship between the pair of photoelectric conversion units PD and the microlens ML in the AF pixel pair 11f is such that a specific microlens ML corresponding to the microlens ML of the AF pixel pair 11f in each normal pixel line Ln is connected to each photoelectric conversion unit PD. This corresponds to an arrangement configuration in which the amount of movement corresponding to half the pitch α is relatively shifted in the horizontal direction. In this arrangement configuration, the light shielding portion LS is provided between the specific microlenses ML adjacent to each other, thereby forming an array of AF pixel pairs 11f (AF line Lf). As described above, since the AF line Lf can be generated by a slight design change with respect to the normal pixel line Ln, the design and manufacture of the AF line Lf can be simplified and facilitated. Hereinafter, the configuration of the light shielding part LS provided between the adjacent micro lenses ML in the AF line Lf will be described in detail.
AFラインLfにおいては、通常画素ラインLnに形成された第1メタル41の開口OP(図9)に対して図10や図11に示すように1つおきに第1メタル44による遮光が行われている。換言すれば、隣り合うAF画素対11fを最も近づけて位相差AFの精度向上を図るため、AFラインLfにおいて隣り合う各マイクロレンズMLの間に設けられる遮光部LSの配置間隔は、通常画素ラインLnで水平方向に配置された通常画素110の配列における1画素おきの間隔に等しくなっている。具体的には、図9に示す通常画素110の配列において開口OPが形成されていた箇所OQ(図10)が第1メタル44で塞がれ、その上に黒色のカラーフィルタ(ブラックフィルタ)Fbが1画素おきに載置されている。このようにブラックフィルタFbを第1メタル44上に配置するのは、第1メタル44の上面が剥き出しとなれば交換レンズ2から入射した光が反射してゴースト・フレアを生じさせるので、この反射光をブラックフィルタFbで吸収させてゴースト・フレアを抑制するためである。よって、本実施形態の各AF画素対11fでは、一対の光電変換部PDの上方に、箇所OQに形成された第1メタル44とブラックフィルタFbとからなり射出瞳を通過した被写体の光束を遮光する2つの遮光領域Ea、Ebが形成された遮光部LSが配置されている。このように遮光部LSにおいてブラックフィルタFbや第1メタル(メタル層)44によって遮光することにより、適切な遮光を簡易に行えることとなる。そして、各AF画素対11fでは、一対の光電変換部PDの両端上方それぞれから中央に向かって拡がる2つの遮光領域Ea、Ebに挟まれた1つのマイクロレンズMLが設けられている。   In the AF line Lf, light shielding is performed by the first metal 44 every other opening OP (FIG. 9) of the first metal 41 formed in the normal pixel line Ln as shown in FIGS. ing. In other words, in order to improve the accuracy of the phase difference AF by bringing the adjacent AF pixel pair 11f closest to each other, the arrangement interval of the light shielding portions LS provided between the adjacent microlenses ML in the AF line Lf is the normal pixel line. Ln is equal to the interval of every other pixel in the array of normal pixels 110 arranged in the horizontal direction. Specifically, a portion OQ (FIG. 10) where the opening OP is formed in the arrangement of the normal pixels 110 shown in FIG. 9 is closed by the first metal 44, and a black color filter (black filter) Fb is formed thereon. Are placed every other pixel. The black filter Fb is arranged on the first metal 44 in this way because the light incident from the interchangeable lens 2 is reflected when the upper surface of the first metal 44 is exposed to cause ghost / flare. This is because light is absorbed by the black filter Fb to suppress ghost and flare. Therefore, in each AF pixel pair 11f of the present embodiment, the light flux of the subject that has passed through the exit pupil, which is composed of the first metal 44 and the black filter Fb formed at the location OQ, is shielded above the pair of photoelectric conversion units PD. A light shielding part LS in which two light shielding areas Ea and Eb are formed is arranged. In this way, by shielding light by the black filter Fb and the first metal (metal layer) 44 in the light shielding portion LS, appropriate light shielding can be easily performed. Each AF pixel pair 11f is provided with one microlens ML sandwiched between two light-shielding regions Ea and Eb extending from the upper ends of both ends of the pair of photoelectric conversion portions PD toward the center.
また、AFラインLfにおいては、第1メタル44の開口OP上に設けられるカラーフィルタとして透明なフィルタFtが採用されている。これにより、AF画素対11fで受光する光量を増加させて、感度の向上が図れる。   In the AF line Lf, a transparent filter Ft is employed as a color filter provided on the opening OP of the first metal 44. As a result, the amount of light received by the AF pixel pair 11f can be increased to improve the sensitivity.
さらに、AFラインLfでは、第1メタル44の開口OP直下の光路を大きく確保するため、第2メタル45よび第3メタル46を開口OP直下の空間から離すようにしている。すなわち、図9に示す通常画素110の構成に比べて第2メタル45および第3メタル46が、スペースSPの分、奥の方に配置されている。これは、スペースSP内に第2・第3メタルが存在すれば実際の射出瞳が(設計上)想定したものより大きくなっている場合などに、その想定外の部分からの光束が第2・第3メタルに当たって反射し瞳分割に悪影響を及ぼす可能性があるので、これを防止するためである。   Further, in the AF line Lf, the second metal 45 and the third metal 46 are separated from the space immediately below the opening OP in order to ensure a large optical path immediately below the opening OP of the first metal 44. That is, the second metal 45 and the third metal 46 are arranged in the back by the space SP as compared with the configuration of the normal pixel 110 shown in FIG. This is because if the second and third metals are present in the space SP and the actual exit pupil is larger than expected (by design), the luminous flux from the part other than that expected will be the second and third. This is to prevent the third metal from being reflected and adversely affecting pupil division.
以上のような構成のAF画素対11fにより、射出瞳における瞳分割、つまり射出瞳の左側部分Qaからの光束TaがマイクロレンズMLおよび透明なカラーフィルタFtを通って第2AF画素11bの光電変換部PDで受光されるとともに、射出瞳の右側部分Qbからの光束TbがマイクロレンズMLおよびフィルタFtを通って第1AF画素11aの光電変換部PDで受光されることとなる。換言すれば、AF画素対11fにおける一対の光電変換部PDでは、交換レンズ2の射出瞳において水平方向(第1方向)に沿って互いに逆向きに偏った一対(左側部分および右側部分)の部分領域Qa、Qbを通過した被写体の光束Ta、Tbが受光される。   With the AF pixel pair 11f configured as described above, pupil division in the exit pupil, that is, the light beam Ta from the left portion Qa of the exit pupil passes through the microlens ML and the transparent color filter Ft, and the photoelectric conversion unit of the second AF pixel 11b. While being received by the PD, the light beam Tb from the right portion Qb of the exit pupil is received by the photoelectric conversion unit PD of the first AF pixel 11a through the microlens ML and the filter Ft. In other words, in the pair of photoelectric conversion parts PD in the AF pixel pair 11f, a pair (left side part and right side part) of the exit pupil of the interchangeable lens 2 that is biased in the opposite directions along the horizontal direction (first direction). The luminous fluxes Ta and Tb of the subject that have passed through the areas Qa and Qb are received.
以下では、位相差AF演算で用いるデータ(以下では「AFデータ」ともいう)として、第1AF画素11aにおいて得られる受光データ(電荷信号のデータ)を「A系列のデータ」と呼び、第2AF画素11bにおいて得られる受光データを「B系列のデータ」と呼ぶこととする。そして、例えば、ある1つのAFラインLf(図8)に配置されたAF画素対11fの群から得られるA系列のデータとB系列のデータとを表した図12〜図16を参照して位相差AFの原理を説明する。   Hereinafter, as data used in the phase difference AF calculation (hereinafter also referred to as “AF data”), the received light data (charge signal data) obtained in the first AF pixel 11a is referred to as “A-series data”, and the second AF pixel. The light reception data obtained in 11b is referred to as “B-series data”. Then, for example, referring to FIGS. 12 to 16 showing A-series data and B-series data obtained from a group of AF pixel pairs 11f arranged on one AF line Lf (FIG. 8). The principle of phase difference AF will be described.
図12は、焦点面が撮像素子101の撮像面101fから200μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図13は、焦点面が撮像面101fから100μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図14は、焦点面が撮像面101fに一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図15は、焦点面が撮像面101fから100μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図16は、焦点面が撮像面101fから200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図12〜図16においては、横軸がAFラインLf方向に関する第1AF画素11a、第2AF画素11bの画素位置を示し、縦軸が第1AF画素11aおよび第2AF画素11bそれぞれの光電変換部PDからの出力を示している。また、図12〜図16では、グラフGa1〜Ga5(実線で図示)がA系列のデータを表し、グラフGb1〜Gb5(破線で図示)がB系列のデータを表している。   FIG. 12 is a diagram showing a simulation result when the focal plane is defocused closer to 200 μm from the imaging surface 101f of the imaging element 101, and FIG. It is a figure which shows the simulation result in the case of being focused. FIG. 14 is a diagram illustrating a simulation result in a focused state in which the focal plane coincides with the imaging surface 101f. Further, FIG. 15 is a diagram illustrating a simulation result when the focal plane is defocused 100 μm away from the imaging surface 101 f, and FIG. 16 is a diagram illustrating the focal plane defocused 200 μm away from the imaging surface 101 f. It is a figure which shows the simulation result in the case of being. 12 to 16, the horizontal axis indicates the pixel positions of the first AF pixel 11a and the second AF pixel 11b in the AF line Lf direction, and the vertical axis indicates the photoelectric conversion of each of the first AF pixel 11a and the second AF pixel 11b. The output from the part PD is shown. 12 to 16, graphs Ga1 to Ga5 (shown by solid lines) represent A series data, and graphs Gb1 to Gb5 (shown by broken lines) represent B series data.
図12〜図16においてA系列のグラフGa1〜Ga5で示される各A系列の像列とB系列のグラフGb1〜Gb5で示される各B系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、A系列の像列とB系列の像列との間に生じるAFラインLf(水平方向)方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。   In FIGS. 12 to 16, comparing each A-sequence image sequence indicated by the A-sequence graphs Ga1 to Ga5 with each B-sequence image sequence indicated by the B-sequence graphs Gb1 to Gb5, the larger the defocus amount, the greater the defocus amount. It can be seen that the shift amount (shift amount) in the AF line Lf (horizontal direction) direction generated between the A-sequence image sequence and the B-sequence image sequence is increased.
このような一対の像列(A系列およびB系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図17に示すグラフGcのように表される。この図17においては、横軸がA系列の像列の重心位置に対するB系列の像列の重心位置の差(画素ピッチ)を示し、縦軸がデフォーカス量(μm)を示している。なお、各像列の重心位置Xgは、例えば次のような演算式(1)により求められる。 When the relationship between the shift amount and the defocus amount in such a pair of image sequences (A-sequence and B-sequence image sequences) is graphed, it is expressed as a graph Gc shown in FIG. In FIG. 17, the horizontal axis indicates the difference (pixel pitch) of the centroid position of the B-sequence image sequence to the centroid position of the A-sequence image sequence, and the ordinate indicates the defocus amount (μm). Incidentally, the center-of-gravity position X g for each image column, for example, be determined by the following calculation formula (1).
ただし、上式(1)において、X1〜Xnは、例えばAFラインLfにおける左端からの画素位置を表し、Y1〜Ynは、各位置X1〜Xnの第1AF画素11a、第2AF画素11bからの出力値を表している。 However, in the above formula (1), X 1 to X n represent pixel positions from the left end in the AF line Lf, for example, and Y 1 to Y n represent the first AF pixel 11a and the first AF pixels at the respective positions X 1 to X n . The output value from the 2AF pixel 11b is shown.
図17に示すグラフGcのように一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をDF(μm)とし重心位置の差をC(μm)として数式で表現すると、次の式(2)のようになる。   As in the graph Gc shown in FIG. 17, the relationship between the difference between the center of gravity position and the defocus amount in the pair of image rows is a proportional relationship. When this relationship is expressed by a mathematical expression where the defocus amount is DF (μm) and the difference between the center of gravity is C (μm), the following expression (2) is obtained.
ここで、上式(2)の係数kは、図17のグラフGcに関する傾きGk(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。   Here, the coefficient k in the above equation (2) represents a gradient Gk (shown by a broken line) with respect to the graph Gc in FIG. 17 and can be obtained in advance by a factory test or the like.
以上より、AFラインLfのAF画素対11fから得られるA系列のデータとB系列のデータとに関する重心位置の差(位相差)を位相差AF演算回路77で求めた後に、上式(2)を利用してデフォーカス量が算出できる。そして、この算出されたデフォーカス量に相当する駆動量をフォーカスレンズ211に与えることで、検出された焦点位置にフォーカスレンズ211を移動させるオートフォーカス(AF)制御が可能となる。なお、上記のデフォーカス量とフォーカスレンズ211の駆動量との関係は、カメラボディ10に装着されている交換レンズ2の設計値より一意に定まるものである。   As described above, the phase difference AF calculation circuit 77 obtains the difference (phase difference) between the centroid positions of the A-sequence data and the B-sequence data obtained from the AF pixel pair 11f of the AF line Lf, and then the above equation (2) Can be used to calculate the defocus amount. Then, by providing the focus lens 211 with a drive amount corresponding to the calculated defocus amount, autofocus (AF) control for moving the focus lens 211 to the detected focus position can be performed. The relationship between the defocus amount and the drive amount of the focus lens 211 is uniquely determined from the design value of the interchangeable lens 2 attached to the camera body 10.
以上のようにAFラインLfで生成される電荷信号のデータに基づき位相差AF演算回路77で位相差AF演算を行う撮像装置1においては、振れ補正ユニット15を利用して位相差AFの性能向上が図れるように構成されている。この振れ補正ユニット15を活用した位相差AFについて、以下で詳しく説明する。   As described above, in the imaging apparatus 1 that performs the phase difference AF calculation by the phase difference AF calculation circuit 77 based on the charge signal data generated by the AF line Lf, the shake correction unit 15 is used to improve the performance of the phase difference AF. Is configured so that The phase difference AF using the shake correction unit 15 will be described in detail below.
[振れ補正ユニット15を活用した位相差AFについて]
図18は、振れ補正ユニット15を活用した位相差AFを説明するためのタイムチャートである。図18のように位相差AF動作が行われるライブビュー表示時には、そのフレーム期間(以下では単に「フレーム」ともいう)を規定する垂直同期信号(VD)が一定周期(例えば1/60秒)で生成される。
[Phase difference AF using the shake correction unit 15]
FIG. 18 is a time chart for explaining the phase difference AF using the shake correction unit 15. At the time of live view display in which the phase difference AF operation is performed as shown in FIG. 18, the vertical synchronization signal (VD) that defines the frame period (hereinafter also simply referred to as “frame”) is a constant period (for example, 1/60 seconds). Generated.
撮像装置1では、ユーザによってシャッターボタン307が半押しされると撮像素子101のAFラインLfを用いた位相差AFが行われる。   In the imaging apparatus 1, when the user presses the shutter button 307 halfway, phase difference AF using the AF line Lf of the imaging element 101 is performed.
具体的には、まずシャッターボタン307が半押しされた直後(AF開始直後)の最初のフレーム(1番目のフレーム)において撮像素子101に対しての1回目の露光E1が実施される。この1回目の露光E1では、図4に示す振れ補正ユニット15においての撮像素子101の基準位置Po、換言すれば振れ補正ユニット15で基準位置Poからのシフト量が「0」、つまりシフトがない撮像素子101の位置(以下では「無シフト位置」ともいう)にて露光が行われる。そして、1回目の露光E1により撮像素子101のAFラインLfで生成された電荷信号のデータ列に基づき、次のフレーム(2番目のフレーム)にて位相差AF演算回路77による1回目の位相差AF演算M1が行われる。なお、1回目の位相差AF演算M1で得られたデフォーカス量、つまり合焦目標位置情報は、次のフレーム(3番目のフレーム)から開始される合焦目標位置の設定(更新)動作Rpおよび、この合焦目標位置へのフォーカスレンズ211の駆動動作Ldに反映される。   Specifically, first exposure E1 is performed on the image sensor 101 in the first frame (first frame) immediately after the shutter button 307 is half-pressed (immediately after the start of AF). In the first exposure E1, the reference position Po of the image sensor 101 in the shake correction unit 15 shown in FIG. 4, in other words, the shift amount from the reference position Po in the shake correction unit 15 is “0”, that is, there is no shift. Exposure is performed at the position of the image sensor 101 (hereinafter also referred to as “no shift position”). Then, based on the data sequence of the charge signal generated by the AF line Lf of the image sensor 101 by the first exposure E1, the first phase difference by the phase difference AF calculation circuit 77 in the next frame (second frame). AF calculation M1 is performed. The defocus amount obtained by the first phase difference AF calculation M1, that is, the in-focus target position information, is the in-focus target position setting (update) operation Rp starting from the next frame (third frame). This is reflected in the driving operation Ld of the focus lens 211 to the in-focus target position.
次に、AF開始後の2番目のフレームにおいて撮像素子101に対しての2回目の露光E2が実施される。そして、2回目の露光E2により撮像素子101のAFラインLfで生成された電荷信号のデータ列に基づき、次のフレーム(3番目のフレーム)にて2回目の位相差AF演算M2が行われる。   Next, the second exposure E2 for the image sensor 101 is performed in the second frame after the start of AF. Then, based on the data sequence of the charge signal generated by the AF line Lf of the image sensor 101 by the second exposure E2, the second phase difference AF calculation M2 is performed in the next frame (third frame).
この2回目の露光E2では、1回目の露光E1での撮像素子101の基準位置Poから、振れ補正ユニット15を用いてAFラインLfのライン方向と直交する垂直方向の上側(+Y方向)に6ライン分シフトした位置(以下では「6ライン上方シフト位置」ともいう)にて撮像素子101の露光が行われる。すなわち、図19(a)に示す撮像素子101の無シフト位置Vaで1回目の露光E1が行われた後には、図19(b)のように垂直方向に関するAFラインLfの配置周期(12ライン)の半分に相当するシフト量(6ライン)上方に撮像素子101をシフトさせ、この6ライン上方シフト位置Vbで2回目の露光E2が行われる。   In the second exposure E2, 6 is used from the reference position Po of the image sensor 101 in the first exposure E1 to the upper side (+ Y direction) in the vertical direction orthogonal to the line direction of the AF line Lf using the shake correction unit 15. The image sensor 101 is exposed at a position shifted by a line (hereinafter also referred to as “6-line upward shift position”). That is, after the first exposure E1 is performed at the non-shift position Va of the image sensor 101 shown in FIG. 19A, the arrangement cycle of the AF lines Lf in the vertical direction as shown in FIG. ), The image sensor 101 is shifted upward by a shift amount (6 lines) corresponding to half of the above), and the second exposure E2 is performed at this 6-line upward shift position Vb.
その後における3回目以降の露光については、奇数番目のフレームにて実施される奇数回目の露光E3、E5、E7・・で上述した1回目の露光E1と同じように撮像素子101の無シフト位置Vaでの露光が行われる。一方、偶数番目のフレームにて実施される偶数回目の露光E4、E6、E8・・では、上述した2回目の露光E2と同じように撮像素子101の6ライン上方シフト位置Vbでの露光が行われる。このように露光毎に無シフト位置Vaと6ライン上方シフト位置Vbとの間で撮像素子101の位置変更を繰り返すことによれば、2フレーム単位(1/30秒周期)で捉えると垂直方向に関するAFラインLfの配置周期が擬似的に6ラインとなり、AFラインLfの密度が増加することとなるため、位相差AFの性能向上が図れる。ここで、被写体の振れや手振れなどの振れを考慮するとAFラインLfからのAFデータの取得サイクルは短い方が好ましいが、上記の2フレーム単位(1/30秒周期)のように、例えば40ms以下のサイクルであれば上記振れの影響が低減されて特にその影響を受けないこととなる。   For the third and subsequent exposures thereafter, the non-shifted position Va of the image sensor 101 is the same as the first exposure E1 described above in the odd-numbered exposures E3, E5, E7,. The exposure at is performed. On the other hand, in the even-numbered exposures E4, E6, E8... Performed in the even-numbered frame, the exposure at the 6-line upward shift position Vb of the image sensor 101 is performed in the same manner as the second exposure E2 described above. Is called. As described above, by repeating the position change of the image sensor 101 between the no-shift position Va and the 6-line upward shift position Vb for each exposure, the vertical direction can be obtained when captured in units of 2 frames (1/30 second period). Since the arrangement period of the AF line Lf is pseudo 6 lines and the density of the AF line Lf is increased, the performance of the phase difference AF can be improved. Here, in consideration of shakes of the subject and camera shake, it is preferable that the acquisition cycle of the AF data from the AF line Lf is short. However, for example, 40 ms or less as in the above-described 2-frame unit (1/30 second cycle). In this cycle, the influence of the shake is reduced and is not particularly affected.
なお、無シフト位置Vaと6ライン上方シフト位置Vbとの間で交互に撮像素子101の露光を行えば、各露光によって得られるライブビュー画像が上下に揺れてしまう恐れがある。しかし、ライブビュー画像の取得時には撮像素子101で垂直方向に予め定められた画素間引き(例えば1/3〜1/7程度の画素間引き)が行われるため、本実施形態のように撮像素子101が上下に6ラインシフトする場合には1ライン程度のライブビュー画像の上下動となってライブビュー表示において目立たないこととなる。ただし、垂直方向におけるAFラインLfの配置周期が例えば本実施形態より大きく、その配置周期の半分に相当するシフト量で撮像素子101を駆動する場合には、画素間引き後でもシフトの影響が残るため、電子手振れ補正などで用いる補正処理(例えば画素間引き後の画像からライブビュー画像の切出し位置を変更することによる補正)を施すのが好ましい。   Note that if the image sensor 101 is exposed alternately between the no-shift position Va and the 6-line upward shift position Vb, the live view image obtained by each exposure may be shaken up and down. However, when the live view image is acquired, the image sensor 101 performs predetermined pixel thinning in the vertical direction (for example, pixel thinning of about 1/3 to 1/7). When shifting up and down by 6 lines, the live view image is moved up and down by about 1 line and is not conspicuous in the live view display. However, when the arrangement period of the AF lines Lf in the vertical direction is larger than that of the present embodiment, for example, and the image sensor 101 is driven with a shift amount corresponding to half of the arrangement period, the influence of the shift remains even after pixel thinning. It is preferable to perform a correction process used in electronic camera shake correction (for example, correction by changing the cut-out position of the live view image from the image after pixel thinning).
以上のように撮像装置1では、垂直方向(第2方向)に関して互いに異なった2つの位置、つまり無シフト位置Vaおよび6ライン上方シフト位置Vbに撮像素子101を移動させることが可能な振れ補正ユニット15を活用して位相差AFの性能向上が図れる。以下では、この撮像装置1の具体的な動作についてフローチャートを参照しつつ説明する。   As described above, in the imaging apparatus 1, the shake correction unit capable of moving the imaging device 101 to two different positions in the vertical direction (second direction), that is, the no-shift position Va and the 6-line upward shift position Vb. 15 can be used to improve the performance of phase difference AF. Hereinafter, a specific operation of the imaging apparatus 1 will be described with reference to a flowchart.
[撮像装置1の動作]
図20は、撮像装置1の基本的な動作を示すフローチャートである。この動作は、特にAFラインLfを用いる位相差AF動作が開始してから完了するまでの処理(焦点検出処理)を示しており、メイン制御部62で実行される。
[Operation of Imaging Device 1]
FIG. 20 is a flowchart showing the basic operation of the imaging apparatus 1. This operation particularly shows processing (focus detection processing) from the start to completion of the phase difference AF operation using the AF line Lf, and is executed by the main control unit 62.
まず、ユーザによりシャッターボタン307が半押しされAF動作が開始されると、垂直同期信号がロー(Low)状態になったかを判定する。具体的には、図18に示すようにシャッターボタン307の半押し直後に垂直同期信号(VD)の立ち下がりDNが検出されたか否かを判断する。ここで、垂直同期信号がロー状態になった場合には、ステップST2に進み、ロー状態になっていない場合には、ステップST1を繰り返す。   First, when the shutter button 307 is half-pressed by the user and the AF operation is started, it is determined whether or not the vertical synchronization signal is in a low state. Specifically, as shown in FIG. 18, it is determined whether or not the falling DN of the vertical synchronization signal (VD) is detected immediately after the shutter button 307 is half-pressed. Here, if the vertical synchronization signal is in the low state, the process proceeds to step ST2, and if not, the step ST1 is repeated.
ステップST2では、AF動作開始後においての1番目のフレーム、つまり最初のフレームであるかを判定する。ここで、1番目のフレームである場合には、ステップST6に進み、2番目以降のフレームである場合には、ステップST3に進む。   In step ST2, it is determined whether or not it is the first frame after the AF operation starts, that is, the first frame. Here, if it is the first frame, the process proceeds to step ST6, and if it is the second and subsequent frames, the process proceeds to step ST3.
ステップST3では、偶数番目のフレームであるかを判定する。ここで、偶数番目のフレームである場合には、ステップST4に進み、偶数番目でなく奇数番目のフレームである場合には、ステップST5に進む。   In step ST3, it is determined whether the frame is an even-numbered frame. Here, if it is an even-numbered frame, the process proceeds to step ST4, and if it is an odd-numbered frame instead of an even-numbered frame, the process proceeds to step ST5.
ステップST4では、振れ補正ユニット15を用いて撮像素子101を6ライン上方にシフトする。これにより、図19(b)に示す6ライン上方シフト位置Vbに撮像素子101が移動することとなる。   In step ST4, the image sensor 101 is shifted upward by 6 lines using the shake correction unit 15. As a result, the image sensor 101 moves to the 6-line upward shift position Vb shown in FIG.
ステップST5では、振れ補正ユニット15を用いて撮像素子101を6ライン下方にシフトする。これにより、図19(b)に示す6ライン上方シフト位置Vbにあった撮像素子101が、図19(a)に示す無シフト位置Vaに移動することとなる。   In step ST5, the image sensor 101 is shifted downward by 6 lines using the shake correction unit 15. As a result, the image sensor 101 that has been at the 6-line upward shift position Vb shown in FIG. 19B is moved to the non-shift position Va shown in FIG. 19A.
ステップST6では、撮像素子1を露光する。ここでは、ステップST4およびステップST5の動作により、撮像素子101に関する無シフト位置Vaでの露光と6ライン上方シフト位置Vbでの露光とが交互に繰り返される。なお、ステップST2で1番目のフレームと判定された場合には、ステップST4〜5を経由せずにステップST6の露光動作が実施されるため、この1番目のフレームでは無シフト位置Vaでの露光が行われることとなる。   In step ST6, the image sensor 1 is exposed. Here, the exposure at the non-shift position Va and the exposure at the 6-line upward shift position Vb with respect to the image sensor 101 are alternately repeated by the operations of step ST4 and step ST5. If it is determined in step ST2 that the frame is the first frame, the exposure operation in step ST6 is performed without going through steps ST4 to ST5. Therefore, in the first frame, exposure at the non-shift position Va is performed. Will be performed.
ステップST7では、ステップST6の露光によって撮像素子101のAFラインLfで生成された電荷信号のデータに基づき、位相差AF演算が位相差AF演算回路77で行われる。   In step ST7, the phase difference AF calculation circuit 77 performs the phase difference AF calculation based on the charge signal data generated in the AF line Lf of the image sensor 101 by the exposure in step ST6.
ステップST8では、ステップST7の位相差AF演算によって特定された合焦目標位置に、AFアクチュエータ71Mを用いてフォーカスレンズ211を駆動する。   In step ST8, the focus lens 211 is driven using the AF actuator 71M to the in-focus target position specified by the phase difference AF calculation in step ST7.
ステップST9では、合焦状態となったかを判定する。具体的には、フォーカスレンズ211が合焦位置に到達したか否かを判断する。ここで、合焦状態となった場合には、位相差AF動作が完了しているので本フローを終了する。一方、合焦状態に移行していない場合には、ステップST1に戻る。   In step ST9, it is determined whether the in-focus state has been reached. Specifically, it is determined whether or not the focus lens 211 has reached the in-focus position. Here, when the in-focus state is reached, the phase difference AF operation has been completed, and thus this flow ends. On the other hand, when it has not shifted to the in-focus state, the process returns to step ST1.
上記のステップST1〜ST9の動作により、振れ補正ユニット15は位相差AF動作が完了するまで使用状態とされるが、その本来の目的である振れ補正動作はAF動作完了後の本撮影動作(シャッターボタン307が全押しされた後の動作)時に行われるため、補正ユニット15を支障なく使用して振れ補正動作を適切に実行できることとなる。そして、本撮影動作により撮像素子101で得られた撮影画像においては、垂直方向に関してAFラインLfが12ライン周期で配置されるため、擬似的に6ライン周期とされる位相差AF時に比べてAFラインLfで欠落する被写体の画像情報が少なくなり、これによる撮影画像の劣化を抑えることが可能となる。   The shake correction unit 15 is in use until the phase difference AF operation is completed by the operations in steps ST1 to ST9 described above. The shake correction operation, which is the original purpose, is the main photographing operation (shutter operation after the AF operation is completed). Therefore, the shake correction operation can be appropriately executed by using the correction unit 15 without hindrance. In the captured image obtained by the image sensor 101 by the actual imaging operation, since the AF lines Lf are arranged with a 12-line cycle in the vertical direction, the AF is compared with the phase difference AF in which the cycle is pseudo 6-line. The image information of the subject that is missing in the line Lf is reduced, and it is possible to suppress degradation of the captured image due to this.
以上で説明した撮像装置1の動作により、撮像素子101に関する無シフト位置Va(図19(a))および6ライン上方シフト位置Vb(図19(b))それぞれでAFラインLfを露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差AFが行われる。その結果、垂直方向の配置周期が擬似的に6ラインに増加するAFラインLfでAFデータを取得できるため、位相差AFの性能向上が図れる一方、本撮影時には垂直方向に12ライン周期で配置されたAFラインLfを備える撮像素子101で撮影画像が取得されるため、撮影画像の劣化を抑制できる。そして、撮像素子101が往復駆動される際の両端位置である無シフト位置Vaと6ライン上方シフト位置Vbとは、垂直方向に関してのAFラインLfの配置間隔である12ラインの半分に相当する距離(6ライン分の距離)離れているため、擬似的に増加するAFラインLfに関して垂直方向の分散を最大にでき、より位相差AFの性能向上が図れることとなる。   By the operation of the image pickup apparatus 1 described above, the AF line Lf is generated by exposing the AF line Lf at the non-shift position Va (FIG. 19A) and the 6-line upward shift position Vb (FIG. 19B) with respect to the image pickup device 101. The phase difference AF is performed based on the data of the charge signal to be performed. As a result, since AF data can be acquired with the AF line Lf in which the vertical arrangement period increases to 6 lines in a pseudo manner, the performance of the phase difference AF can be improved. Since the captured image is acquired by the image sensor 101 including the AF line Lf, deterioration of the captured image can be suppressed. The no-shift position Va and the 6-line upward shift position Vb, which are both end positions when the image sensor 101 is driven to reciprocate, are distances corresponding to half of 12 lines that are the arrangement intervals of the AF lines Lf in the vertical direction. Since they are separated (distance of 6 lines), the dispersion in the vertical direction can be maximized with respect to the AF line Lf that increases in a pseudo manner, and the performance of the phase difference AF can be further improved.
また、撮像装置1においては、撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)101が、図9に示す通常画素110の配列に対して光電変換部PDより上方の部材を水平方向に半ピッチずらせて、1画素おきに遮光部LS(図10)を設けたAFラインLfの構成を備えている。その結果、撮像素子101では、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能となる。   In the imaging apparatus 1, the imaging element (imaging element with phase difference detection function) 101 shifts the members above the photoelectric conversion unit PD by a half pitch in the horizontal direction with respect to the arrangement of the normal pixels 110 shown in FIG. A configuration of an AF line Lf in which a light shielding portion LS (FIG. 10) is provided every other pixel is provided. As a result, the imaging device 101 can perform focus detection by the phase difference detection method with high accuracy and can be manufactured satisfactorily even if the pixels are miniaturized.
<変形例>
上記の実施形態においては、撮像素子を垂直方向に所定のシフト量往復させるのは必須でなく、垂直方向(Y方向)に沿って配置されるAFラインが設けられた撮像素子の場合には撮像素子を水平方向に往復させるようにする。また、水平方向および垂直方向に沿ってクロスするようにAFラインが設けられた撮像素子の場合には、それらの垂直方向となる斜め方向(例えば斜め45度の方向)に撮像素子を往復させるのが好ましい。
<Modification>
In the above embodiment, it is not essential to reciprocate the image sensor in the vertical direction by a predetermined shift amount. In the case of an image sensor provided with an AF line arranged along the vertical direction (Y direction), imaging is performed. The element is reciprocated in the horizontal direction. Further, in the case of an image sensor provided with AF lines so as to cross along the horizontal direction and the vertical direction, the image sensor is reciprocated in an oblique direction (for example, a direction of 45 degrees oblique) that is the vertical direction thereof. Is preferred.
上記の実施形態においては、2フレーム周期(1/30秒周期)で撮像素子をシフトするのは必須でなく、3フレーム以上の周期で撮像素子をシフトしても良い。例えば3フレーム周期で撮像素子をシフトする場合には、上述した無シフト位置Vaおよび6ライン上方シフト位置Vbに、これらの中間位置となる3ライン上方シフト位置を加えた3ポジションに撮像素子を移動させるようにする。これにより、擬似的にAFラインの密度が増大することによる位相差AFの性能向上が一層図れることとなる。   In the above embodiment, it is not essential to shift the image sensor at a cycle of 2 frames (1/30 second cycle), and the image sensor may be shifted at a cycle of 3 frames or more. For example, when the image sensor is shifted in a cycle of 3 frames, the image sensor is moved to 3 positions obtained by adding the above-described non-shift position Va and 6-line upward shift position Vb to the 3-line upward shift position as an intermediate position thereof. I will let you. As a result, the performance of phase difference AF can be further improved by artificially increasing the density of the AF line.
上記の実施形態においては、図8のように通常画素110と同じ構成のマイクロレンズMLを備えたAFラインLfを有するAFエリアEfを採用するのは必須でなく、図21および図22に示すように通常画素110より直径が大きいマイクロレンズMLrを備えたAFラインLfrを有するAFエリアEfrを採用しても良い。この場合には、マイクロレンズMLrの径に応じた第1メタル44rの開口、具体的には図10に示す開口OPより多少大きな開口OPrを形成するようにする。このようなマイクロレンズMLr(および第1メタル44rの開口OPr)とにより、AF画素対11frの感度向上が図れることとなる。   In the above embodiment, it is not essential to employ the AF area Ef having the AF line Lf including the microlens ML having the same configuration as the normal pixel 110 as shown in FIG. 8, as shown in FIGS. 21 and 22. Alternatively, an AF area Efr having an AF line Lfr provided with a microlens MLr having a diameter larger than that of the normal pixel 110 may be employed. In this case, the opening OPr of the first metal 44r corresponding to the diameter of the microlens MLr, specifically, the opening OPr slightly larger than the opening OP shown in FIG. 10 is formed. Such a micro lens MLr (and the opening OPr of the first metal 44r) can improve the sensitivity of the AF pixel pair 11fr.
上記の実施形態におけるAF画素対については、図10のようにブラックフィルタFb直下の箇所OQが塞がれた第1メタル44を採用するのは必須でなく、図23のようにブラックフィルタFb直下に開口OPが形成された第1メタル44aを採用するようにしても良い。この場合には、ブラックフィルタFbを透過する光が、その直下の光電変換部PDで受光されるのを抑制するため、ブラックフィルタFbは透過率が低いもの(例えば3%以下)を使用するのが好ましい。このようにブラックフィルタFb直下に開口OPを形成することとすれば、AFラインLfにおいても、通常画素110の配列と同様のピッチで第1メタルに開口OPを設けることができ、通常画素110における第1メタルの設計を流用できる。   For the AF pixel pair in the above-described embodiment, it is not essential to employ the first metal 44 in which the portion OQ immediately below the black filter Fb is closed as shown in FIG. 10, and just below the black filter Fb as shown in FIG. Alternatively, the first metal 44a in which the opening OP is formed may be employed. In this case, in order to suppress the light transmitted through the black filter Fb from being received by the photoelectric conversion unit PD immediately below the black filter Fb, a filter having a low transmittance (for example, 3% or less) is used. Is preferred. As described above, if the opening OP is formed immediately below the black filter Fb, the opening OP can be provided in the first metal at the same pitch as the arrangement of the normal pixels 110 in the AF line Lf. The design of the first metal can be diverted.
一方、上記の実施形態では、図10のような構成においてブラックフィルタFbを省略するようにしても良い。この場合には、上述したように第1メタルが剥き出しとなってゴースト・フレアが懸念されるが、これは例えば第1メタルの上面を黒色に着色したり、黒色の導電性材料で形成された導電層を第1メタルとして採用するなどして抑制することが可能である。   On the other hand, in the above embodiment, the black filter Fb may be omitted in the configuration shown in FIG. In this case, as described above, the first metal is exposed and there is a concern about ghosts and flares. For example, the upper surface of the first metal is colored black or formed of a black conductive material. It is possible to suppress the conductive layer by adopting it as the first metal.
上記の実施形態における撮像素子については、図8のようにAF画素対11fのみで構成されるAFラインLfを有したAFエリアEfを採用するのは必須でなく、図24のようにAF画素対11fの間に通常画素110が介挿されたAFラインLfaを有したAFエリアEfaを採用しても良い。この場合には、AF画素対11fで欠落する被写体の画像情報を、AFラインLfaに介挿された通常画素110の画像情報を利用して補完できるため、画像品質の向上が図れる。   For the image sensor in the above-described embodiment, it is not essential to employ the AF area Ef having the AF line Lf constituted by only the AF pixel pair 11f as shown in FIG. 8, and the AF pixel pair as shown in FIG. An AF area Efa having an AF line Lfa in which the normal pixel 110 is inserted between 11f may be employed. In this case, the image information of the subject missing in the AF pixel pair 11f can be complemented using the image information of the normal pixel 110 inserted in the AF line Lfa, so that the image quality can be improved.
上記の実施形態においては、通常画素ラインLnに形成される第1メタル41の各開口OPに対して1つおきに開口OPを設けたAFラインを採用するのは必須でなく、2つおきや、3つおき以上に開口OPを設けたAFラインを採用しても良い。   In the above embodiment, it is not essential to use an AF line in which every other opening OP is provided for each opening OP of the first metal 41 formed in the normal pixel line Ln. You may employ | adopt the AF line which provided the opening OP every 3 or more.
上記の実施形態におけるAFラインLfのAF画素対11fについては、光電変換部PDより上方の部材(マイクロレンズやカラーフィルタ)を通常画素ラインLnに対して半ピッチずらずのは必須でなく、光電変換部PDより上方の部材はそのままにして光電変換部PDの方を通常画素110の水平ラインに対して半ピッチずらずようにしても良い。   For the AF pixel pair 11f of the AF line Lf in the above embodiment, it is not essential that the members (microlenses and color filters) above the photoelectric conversion unit PD are not shifted by a half pitch with respect to the normal pixel line Ln. The photoelectric conversion unit PD may not be shifted by half a pitch with respect to the horizontal line of the normal pixel 110 while keeping the members above the conversion unit PD as they are.
上記の実施形態においては、AFラインLfを備えた撮像素子101を、一眼レフレックスタイプのデジタルカメラに設けるのは必須でなく、コンパクトタイプのデジタルカメラに設けるようにしても良い。   In the above-described embodiment, it is not essential to provide the image sensor 101 including the AF line Lf in a single-lens reflex digital camera, and it may be provided in a compact digital camera.
上記の実施形態におけるAF画素対については、第1メタル44の開口OP上に透明なカラーフィルタを設けるのは必須でなく、ピント合わせの精度を重視する観点から視感度特性に優れた緑色のカラーフィルタを設けても良く、また赤色や青色のカラーフィルタを設けても良い。   For the AF pixel pair in the above embodiment, it is not essential to provide a transparent color filter on the opening OP of the first metal 44, and a green color having excellent visibility characteristics from the viewpoint of focusing on the accuracy of focusing. A filter may be provided, or a red or blue color filter may be provided.
上記の実施形態においては、ブラックフィルタFb上にマイクロレンズを設置するようにしても良い。このようにマイクロレンズを設置することとすれば、通常画素110の配列と同様のピッチでマイクロレンズを配置することができ、通常画素110におけるマイクロレンズの配置設計を流用できる。   In the above embodiment, a micro lens may be installed on the black filter Fb. If the microlenses are installed in this way, the microlenses can be arranged at the same pitch as the arrangement of the normal pixels 110, and the arrangement design of the microlenses in the normal pixels 110 can be diverted.
上記の実施形態におけるAFラインについては、AF画素対11fの各画素からの出力バランスを良好にするのに適した半ピッチ(5割のピッチ)のズレを生じさせるのは必須でなく、例えば任意(例えば4割程度)のピッチのズレを生じさせても良い。この場合には、射出瞳が2等分されなくなるため第1AF画素と第2AF画素との間で出力のアンバランスが生じるが、例えば受光量が小さい方の画素出力に、それぞれの画素で受光される射出瞳の各部分領域に関する面積比などに基づくゲインβを乗算してアンバランスを改善する処置を施すことが可能である。   For the AF line in the above-described embodiment, it is not essential to cause a half-pitch (50% pitch) deviation suitable for improving the output balance from each pixel of the AF pixel pair 11f. A pitch deviation of (for example, about 40%) may be generated. In this case, since the exit pupil is not divided into two equal parts, an output imbalance occurs between the first AF pixel and the second AF pixel. For example, the pixel output having the smaller light reception amount is received by each pixel. It is possible to perform a treatment for improving the unbalance by multiplying the gain β based on the area ratio of each partial region of the exit pupil.
上記の実施形態における撮像素子では、図10に示すような構成のAFラインLfを設けるのは必須でなく、例えば特開2001−250931号公報や特開2005−303409号公報に開示される一対の光電変換部が水平方向に配列された公知のAF水平ラインを設けるようにしても良い。   In the imaging device according to the above-described embodiment, it is not essential to provide the AF line Lf configured as shown in FIG. 10. For example, a pair of devices disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-250931 and 2005-303409 are provided. A known AF horizontal line in which the photoelectric conversion units are arranged in the horizontal direction may be provided.
本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。   Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations that are not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the present invention.
1 撮像装置
2 交換レンズ
10 カメラボディ
11a、11c 第1AF画素
11b、11d 第2AF画素
11f、11fr AF画素対
15 振れ補正ユニット
41、44、44a、44r 第1メタル
42、45 第2メタル
43、46 第3メタル
62 メイン制御部
77 位相差AF演算回路
101 撮像素子
101f 撮像面
110 通常画素
Ef、Efa、Efr AFエリア
Lf、Lfa、Lfr AFライン
ML、MLr マイクロレンズ
Qa 射出瞳の左側部分
Qb 射出瞳の右側部分
PD 光電変換部
Va 撮像素子の無シフト位置
Vb 撮像素子の6ライン上方シフト位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Interchangeable lens 10 Camera body 11a, 11c 1st AF pixel 11b, 11d 2nd AF pixel 11f, 11fr AF pixel pair 15 Shake correction unit 41, 44, 44a, 44r 1st metal 42, 45 2nd metal 43, 46 Third metal 62 Main control unit 77 Phase difference AF calculation circuit 101 Imaging element 101f Imaging surface 110 Normal pixel Ef, Efa, Efr AF area Lf, Lfa, Lfr AF line ML, MLr Micro lens Qa Left part Qb of exit pupil Exit pupil Right-side portion PD Photoelectric conversion portion Va No-shift position Vb of image sensor 6-line upward shift position of image sensor

Claims (5)

  1. 撮影光学系の射出瞳において第1方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記第1方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子と、
    前記撮像素子を、前記第1方向と直交する第2方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させることが可能な駆動手段と、
    前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、
    を備える撮像装置。
    A photoelectric conversion in which a plurality of photoelectric conversion units that receive a subject light beam that has passed through a pair of partial regions that are biased in opposite directions along the first direction in the exit pupil of the imaging optical system are arranged along the first direction. An imaging device having an array;
    Driving means capable of moving the image sensor to a plurality of predetermined positions different from each other in a second direction orthogonal to the first direction;
    Focus detection means for performing focus detection of a phase difference detection method based on charge signal data generated by exposing the photoelectric conversion array at each of the predetermined plurality of positions;
    An imaging apparatus comprising:
  2. 前記撮像素子には、前記光電変換配列が前記第2方向に所定の配置間隔をもって複数設けられており、
    前記所定の複数位置には、前記第2方向に関して前記所定の配置間隔の半分に相当する距離離れた2の位置が含まれる請求項1に記載の撮像装置。
    In the imaging device, a plurality of the photoelectric conversion arrays are provided in the second direction with a predetermined arrangement interval,
    The imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of predetermined positions include two positions separated by a distance corresponding to half of the predetermined arrangement interval with respect to the second direction.
  3. 前記一対の光電変換部の上方には、前記射出瞳を通過した光束を遮光する2の遮光領域を有した遮光部と、前記2の遮光領域に挟まれた1のマイクロレンズとが設けられる請求項1記載の撮像装置。   Above the pair of photoelectric conversion units, a light-shielding unit having two light-shielding regions that shield the light beam that has passed through the exit pupil, and one microlens sandwiched between the two light-shielding regions are provided. Item 2. The imaging device according to Item 1.
  4. 前記1のマイクロレンズは、その光軸が前記一対の光電変換部に挟まれた領域を通るように配置される請求項3記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 3, wherein the first microlens is disposed so that an optical axis thereof passes through a region sandwiched between the pair of photoelectric conversion units.
  5. 撮影光学系の射出瞳において第1方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記第1方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子を、前記第1方向と直交する第2方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させる駆動工程と、
    前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出工程と、
    を備える焦点検出方法。
    A photoelectric conversion in which a plurality of photoelectric conversion units that receive a subject light beam that has passed through a pair of partial regions that are biased in opposite directions along the first direction in the exit pupil of the imaging optical system are arranged along the first direction. A driving step of moving the image pickup device having the arrangement to different predetermined positions with respect to a second direction orthogonal to the first direction;
    A focus detection step of performing focus detection by a phase difference detection method based on charge signal data generated by exposing the photoelectric conversion array at each of the predetermined plurality of positions;
    A focus detection method comprising:
JP2009084635A 2009-03-31 2009-03-31 Image capturing apparatus and focus detecting method Pending JP2010237400A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009084635A JP2010237400A (en) 2009-03-31 2009-03-31 Image capturing apparatus and focus detecting method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009084635A JP2010237400A (en) 2009-03-31 2009-03-31 Image capturing apparatus and focus detecting method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010237400A true JP2010237400A (en) 2010-10-21

Family

ID=43091791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009084635A Pending JP2010237400A (en) 2009-03-31 2009-03-31 Image capturing apparatus and focus detecting method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010237400A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014182237A (en) * 2013-03-19 2014-09-29 Canon Inc Imaging apparatus and method of controlling the same
US9383626B2 (en) 2012-04-06 2016-07-05 Sony Corporation Imaging apparatus, focus control method, and program
US9521341B2 (en) 2014-01-09 2016-12-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and image capturing apparatus including the same
US9742986B2 (en) 2015-10-20 2017-08-22 Olympus Corporation Image acquisition apparatus, image obtaining method, image obtaining program, and storage medium

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9383626B2 (en) 2012-04-06 2016-07-05 Sony Corporation Imaging apparatus, focus control method, and program
JP2014182237A (en) * 2013-03-19 2014-09-29 Canon Inc Imaging apparatus and method of controlling the same
US9307136B2 (en) 2013-03-19 2016-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Imaging apparatus and method where an output of data indicating a result of a correlation calculation is intermittently performed
US9521341B2 (en) 2014-01-09 2016-12-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and image capturing apparatus including the same
US10070085B2 (en) 2014-01-09 2018-09-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and image capturing apparatus including the same
US9742986B2 (en) 2015-10-20 2017-08-22 Olympus Corporation Image acquisition apparatus, image obtaining method, image obtaining program, and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5593602B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP5229060B2 (en) Imaging apparatus and focus detection method
JP5050928B2 (en) Imaging device and imaging device
JP5476716B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP4321579B2 (en) Imaging device
JP5003132B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP5169144B2 (en) Imaging device
JP4978449B2 (en) Imaging device
JP2009069255A (en) Imaging device and focusing control method
JP2010160313A (en) Imaging element and imaging apparatus
JP2010139942A (en) Image pickup apparatus and focus control method
JP2010169709A (en) Imaging element and imaging apparatus
JP5071044B2 (en) Imaging device
JP5109641B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP2008175886A (en) Image pickup system, image pickup apparatus and interchangeable lens
JP2008134390A (en) Imaging apparatus
JP2012222742A (en) Imaging element and imaging apparatus
JP2008134413A (en) Imaging apparatus
JP5625856B2 (en) IMAGING DEVICE AND IMAGING DEVICE CONTROL METHOD
JP2010237400A (en) Image capturing apparatus and focus detecting method
JP2009111587A (en) Imaging apparatus
JP2009109623A (en) Imaging apparatus
JP2009267593A (en) Imaging device, defective pixel detecting method, and defective pixel detection program
JP5157525B2 (en) Imaging device
JP2009150978A (en) Imaging sensor and imaging device