JP2011232371A - Imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a focus detection which does not depend on a luminance distribution on an image plane.SOLUTION: When a focus detection is performed with an exposure suitable for recording, a focus detection accuracy may degrade because of an output saturation (A) of focus detection pixel data. An image deviation amount detection operation is performed based on the focus detection pixel data read out by performing an exposure control of an image sensor with the exposure suitable for a selected focal point detection area, and a defocus amount is calculated. The output saturation of the focus detection pixel data is avoided by means of the exposure suitable for the focal point detection area (B), and the focus detection accuracy does not degrade.

Description

本発明は、撮像素子の出力に基づいて焦点検出を行うことが可能な撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus capable of performing focus detection based on an output of an imaging element.

特許文献1には撮像画素と瞳分割型位相差検出方式の焦点検出画素を備えた撮像素子を有する撮像装置が開示されている。この撮像装置においては、画面上の複数の位置に焦点検出エリアが配置されるとともに、ユーザーがそのうちの1つを選択して焦点検出が行われる。また従来の撮像装置においては、撮像素子の露光制御は画面全体を対象として画像の輝度レベルのバランスが適切になるようになされていた。例えば全画素の輝度レベルのヒストグラムを作った場合に、ヒストグラムの平均値が適正な輝度レベルの範囲に入るように露光制御が行われていた(例えば、特許文献1参照)。   Patent Document 1 discloses an imaging apparatus having an imaging element including an imaging pixel and a pupil division type phase difference detection type focus detection pixel. In this imaging apparatus, focus detection areas are arranged at a plurality of positions on the screen, and the user selects one of them to perform focus detection. In the conventional image pickup apparatus, the exposure control of the image pickup device has been made so that the balance of the luminance level of the image is appropriate for the entire screen. For example, when a histogram of luminance levels of all pixels is created, exposure control is performed so that the average value of the histogram falls within an appropriate luminance level range (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−333720号公報JP 2007-333720 A

しかしながら上述したように画面全体を対象として露光制御を行った場合には、画面上の輝度分布によっては、焦点検出エリア内の焦点検出画素の輝度レベルが焦点検出演算処理に適したレベルの範囲に入るとは限らず、焦点検出不能となるという問題があった。   However, when exposure control is performed on the entire screen as described above, depending on the luminance distribution on the screen, the luminance level of the focus detection pixels in the focus detection area falls within a range suitable for focus detection calculation processing. There is a problem that focus detection is not always possible.

請求項1に記載の撮像装置は、複数の画素が2次元的に配置された撮像素子と、撮像素子上に光学像を形成する撮影光学系と、撮像素子上において、光学像に対する撮影光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出エリアと、焦点検出エリアの近傍領域が第1露光量で露光されるように撮像素子の第1露光制御を行う露光制御手段と、第1露光制御を行い、焦点検出エリアの画素データに基づいて焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする。   The imaging apparatus according to claim 1, an imaging element in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, a photographing optical system that forms an optical image on the imaging element, and a photographing optical system for the optical image on the imaging element. A focus detection area for detecting the focus adjustment state, an exposure control means for performing a first exposure control of the image sensor so that a region near the focus detection area is exposed with a first exposure amount, and a first exposure control. And focus detection means for detecting the focus adjustment state based on the pixel data of the focus detection area.

本発明の撮像装置によれば、画面上の輝度分布によらず焦点検出が可能になるとともに、適正な輝度レベルの画像を表示することができる。   According to the imaging apparatus of the present invention, focus detection can be performed regardless of the luminance distribution on the screen, and an image with an appropriate luminance level can be displayed.

一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the digital still camera of one embodiment. 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。It is a figure which shows the focus detection position on the imaging | photography screen of an interchangeable lens. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の回路構成概念図である。It is a circuit structure conceptual diagram of an image sensor. 撮像素子の撮像画素および焦点検出画素の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the image pick-up pixel and focus detection pixel of an image pick-up element. 撮像素子の動作タイミングチャートである。It is an operation | movement timing chart of an image pick-up element. 撮像素子の動作を示す電位分布図である。It is an electric potential distribution diagram which shows operation of an image sensor. 一実施の形態のデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the imaging operation of the digital still camera of one embodiment. 画素の輝度ヒストグラムである。It is a brightness | luminance histogram of a pixel. 輝度のダイナミックレンジが広い光景を例示する図である。It is a figure which illustrates the sight with a wide dynamic range of brightness | luminance. 選択された焦点検出エリア近傍を対象とした適正露光制御を制限する処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow which restrict | limits the appropriate exposure control for the focus detection area vicinity selected as object. 特定の画像パターン検出による焦点検出エリア選択処理フローを示す図である。It is a figure which shows the focus detection area selection processing flow by a specific image pattern detection. 得られた複数の焦点検出結果に応じて1つの焦点検出エリアを選択する処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow which selects one focus detection area according to the obtained several focus detection result. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element.

一実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図1は一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。本実施の形態のデジタルカメラ201は交換レンズ202とカメラボディ203とから構成され、交換レンズ202がマウント部204を介してカメラボディ203に装着される。カメラボディ203にはマウント部204を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ202が装着可能である。   As an imaging apparatus according to an embodiment, an interchangeable lens digital still camera will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a digital still camera according to an embodiment. The digital camera 201 according to the present embodiment includes an interchangeable lens 202 and a camera body 203, and the interchangeable lens 202 is attached to the camera body 203 via a mount unit 204. An interchangeable lens 202 having various photographing optical systems can be attached to the camera body 203 via a mount unit 204.

交換レンズ202は、レンズ209、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210、絞り211、レンズ駆動制御装置206などを備えている。レンズ駆動制御装置206は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。レンズ駆動制御装置206は、フォーカシング用レンズ210の焦点調節と絞り211の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210および絞り211の状態検出などを行う。また、後述するボディ駆動制御装置214との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など)の受信を行う。絞り211は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。   The interchangeable lens 202 includes a lens 209, a zooming lens 208, a focusing lens 210, a diaphragm 211, a lens drive control device 206, and the like. The lens drive control device 206 includes a microcomputer (not shown), a memory, a drive control circuit, and the like. The lens drive control unit 206 performs drive control for adjusting the focus of the focusing lens 210 and adjusting the aperture diameter of the aperture 211, and detecting the states of the zooming lens 208, the focusing lens 210, and the aperture 211. Further, transmission of lens information and reception of camera information (defocus amount, aperture value, etc.) are performed by communication with a body drive control device 214 described later. The aperture 211 forms an aperture having a variable aperture diameter at the center of the optical axis in order to adjust the amount of light and the amount of blur.

カメラボディ203は、撮像素子212、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。撮像素子212には、撮像画素が二次元状(行と列)に配置されるとともに、焦点検出位置(焦点検出エリア)に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。この撮像素子212については詳細を後述する。   The camera body 203 includes an image sensor 212, a body drive control device 214, a liquid crystal display element drive circuit 215, a liquid crystal display element 216, an eyepiece lens 217, a memory card 219, and the like. In the image sensor 212, image pickup pixels are two-dimensionally arranged (rows and columns), and focus detection pixels are incorporated in portions corresponding to focus detection positions (focus detection areas). Details of the image sensor 212 will be described later.

ボディ駆動制御装置214はマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の露光制御および撮像素子212からの画素信号の読み出しと、焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ202の焦点調節とを繰り返し行う。また、ボディ駆動制御装置214は、画像信号の処理と記録、デジタルスチルカメラ201の動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置214は電気接点213を介してレンズ駆動制御装置206と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報の送信を行う。   The body drive control device 214 includes a microcomputer, a memory, a drive control circuit, and the like. The body drive control device 214 repeatedly performs exposure control of the image sensor 212 and readout of the pixel signal from the image sensor 212, focus detection calculation based on the pixel signal of the focus detection pixel, and focus adjustment of the interchangeable lens 202. The body drive control device 214 performs processing and recording of image signals, operation control of the digital still camera 201, and the like. The body drive control device 214 communicates with the lens drive control device 206 through the electrical contact 213 to receive lens information and transmit camera information.

液晶表示素子216は電気的なビューファインダー(EVF:Electronic View Finder)として機能する。液晶表示素子駆動回路215は、撮像素子212から読み出された画像データに基づきスルー画像を液晶表示素子216に表示し、撮影者は接眼レンズ217を介してそのスルー画像を観察することができる。メモリカード219は、撮像素子212により撮像された画像データを記憶する画像ストレージとしての記録媒体である。   The liquid crystal display element 216 functions as an electric view finder (EVF). The liquid crystal display element driving circuit 215 displays a through image on the liquid crystal display element 216 based on the image data read from the image sensor 212, and the photographer can observe the through image through the eyepiece 217. The memory card 219 is a recording medium as an image storage that stores image data captured by the image sensor 212.

AD変換装置221は、撮像素子212からの出力される画素信号をAD変換してボディ駆動制御装置214に送る。撮像素子212がAD変換装置221を内蔵する構成であってもよい。   The AD conversion device 221 performs AD conversion on the pixel signal output from the image sensor 212 and sends it to the body drive control device 214. The imaging device 212 may have a configuration in which the AD conversion device 221 is incorporated.

交換レンズ202を通過した光束により、撮像素子212上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子212により光電変換され、撮像画素および焦点検出画素の画素信号がボディ駆動制御装置214へ送られる。   A subject image is formed on the image sensor 212 by the light beam that has passed through the interchangeable lens 202. This subject image is photoelectrically converted by the image sensor 212, and the pixel signals of the imaging pixels and focus detection pixels are sent to the body drive control device 214.

ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の焦点検出画素からの画素信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送る。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の撮像画素の画素信号を処理して画像データを生成し、メモリカード219に格納するとともに、撮像素子212から読み出されたスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ送り、スルー画像を液晶表示素子216に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置214は、レンズ駆動制御装置206へ絞り制御情報を送って絞り211の開口制御を行う。   The body drive control device 214 calculates the defocus amount based on the pixel signal from the focus detection pixel of the image sensor 212 and sends this defocus amount to the lens drive control device 206. In addition, the body drive control device 214 processes the pixel signal of the imaging pixel of the imaging element 212 to generate image data, stores the image data in the memory card 219, and displays the through image signal read from the imaging element 212 on the liquid crystal display. The image is sent to the element driving circuit 215 and the through image is displayed on the liquid crystal display element 216. Further, the body drive control device 214 sends aperture control information to the lens drive control device 206 to control the aperture of the aperture 211.

レンズ駆動制御装置206は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放F値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ208とフォーカシング用レンズ210の位置と絞り211の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。   The lens drive controller 206 updates the lens information according to the focusing state, zooming state, aperture setting state, aperture opening F value, and the like. Specifically, the positions of the zooming lens 208 and the focusing lens 210 and the aperture value of the aperture 211 are detected, and lens information is calculated according to these lens positions and aperture values, or a lookup prepared in advance. Lens information corresponding to the lens position and aperture value is selected from the table.

レンズ駆動制御装置206は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ210を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置206は受信した絞り値に応じて絞り211を駆動する。   The lens drive control device 206 calculates a lens drive amount based on the received defocus amount, and drives the focusing lens 210 to the in-focus position according to the lens drive amount. Further, the lens drive control device 206 drives the diaphragm 211 in accordance with the received diaphragm value.

操作部材220は後述する複数の焦点検出エリアから1つの焦点検出エリアを選択するために、ユーザーにより手動操作される部材である。ボディ駆動制御装置214は、操作部材220を介して選択された焦点検出エリアにおいて焦点検出処理を行う。   The operation member 220 is a member that is manually operated by the user in order to select one focus detection area from a plurality of focus detection areas described later. The body drive control device 214 performs focus detection processing in the focus detection area selected via the operation member 220.

図2は、交換レンズ202の撮影画面上における焦点検出位置(焦点検出エリア)を示す図であり、後述する撮像素子212上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域(焦点検出エリア、焦点検出位置)の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面100上の中央(光軸上)および上下左右の5箇所に焦点検出エリア101〜105が配置される。長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が直線的に配列される。焦点検出エリア101、102、103においては焦点検出画素が水平方向に配列され、焦点検出エリア104、105においては焦点検出画素が垂直方向に配列される。   FIG. 2 is a diagram showing a focus detection position (focus detection area) on the shooting screen of the interchangeable lens 202, and an image is sampled on the shooting screen when a focus detection pixel column on the image sensor 212 described later performs focus detection. An example of a region (focus detection area, focus detection position) to be performed is shown. In this example, focus detection areas 101 to 105 are arranged at the center (on the optical axis) on the rectangular shooting screen 100 and at five locations on the top, bottom, left, and right. Focus detection pixels are linearly arranged in the longitudinal direction of the focus detection area indicated by a rectangle. In the focus detection areas 101, 102, and 103, focus detection pixels are arranged in the horizontal direction, and in the focus detection areas 104 and 105, focus detection pixels are arranged in the vertical direction.

図2に示した焦点検出エリア101、102、103、104、105は撮影画面100上で規定したが、これらに対応する、撮像素子上の焦点検出画素が配置された部分についても焦点検出エリアと呼ぶこととする。図3および図4は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、図3は図2における焦点検出エリア101、102、103の近傍を拡大した画素配列の詳細を示し、図4は図2における焦点検出エリア104、105の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子212には撮像画素310が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素310は赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図4においては垂直方向の焦点検出用に撮像画素と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素313、314が交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき垂直方向の直線上に連続して配列される。同じく図3においては水平方向の焦点検出用に撮像画素と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素315、316が交互に、本来緑画素と青画素が連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。   The focus detection areas 101, 102, 103, 104, and 105 shown in FIG. 2 are defined on the photographing screen 100. However, the corresponding portions where the focus detection pixels on the image sensor are arranged are also referred to as focus detection areas. I will call it. 3 and 4 are front views showing a detailed configuration of the image sensor 212. FIG. 3 shows details of the pixel array in which the vicinity of the focus detection areas 101, 102, and 103 in FIG. 2 is enlarged, and FIG. 2 shows details of the pixel array in which the vicinity of the focus detection areas 104 and 105 in FIG. Imaging pixels 310 are densely arranged on the imaging element 212 in a two-dimensional square lattice pattern. The imaging pixel 310 includes a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B), and is arranged according to a Bayer arrangement rule. In FIG. 4, focus detection pixels 313 and 314 for vertical focus detection having the same pixel size as the imaging pixels for vertical focus detection should be alternately arranged, and originally green pixels and blue pixels should be continuously arranged. They are continuously arranged on a straight line in the vertical direction. Similarly, in FIG. 3, focus detection pixels 315 and 316 for horizontal focus detection having the same pixel size as the imaging pixel for horizontal focus detection are alternately arranged, and originally green pixels and blue pixels are continuously arranged. It is arranged continuously on a power horizontal line.

撮像画素310と焦点検出画素313、314、315、316の各々のマイクロレンズの形状は、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズから画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。   The shape of each microlens of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316 is a shape cut out from a circular microlens that is originally larger than the pixel size into a square shape corresponding to the pixel size.

撮像画素310は、矩形のマイクロレンズ10、遮光マスクで受光領域を正方形に制限された光電変換部11、および色フィルタ(不図示)から構成される。色フィルタは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなり、それぞれの色に対応する分光感度特性を有している。撮像素子212には、各色フィルタを備えた撮像画素310がベイヤー配列されている。   The imaging pixel 310 includes a rectangular microlens 10, a photoelectric conversion unit 11 whose light receiving area is limited to a square by a light shielding mask, and a color filter (not shown). The color filters include three types of red (R), green (G), and blue (B), and have spectral sensitivity characteristics corresponding to the respective colors. In the image pickup device 212, image pickup pixels 310 having respective color filters are arranged in a Bayer array.

焦点検出画素313、314、315、316には全ての色に対して焦点検出を行うために全ての可視光を透過する白色フィルタが設けられている。その白色フィルタは、緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性を有し、高い感度を示す光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の各々において各色フィルタが高い感度を示す光波長領域を包括している。   The focus detection pixels 313, 314, 315, and 316 are provided with white filters that transmit all visible light in order to perform focus detection for all colors. The white filter has a spectral sensitivity characteristic such that the spectral sensitivity characteristics of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel are added, and the light wavelength region exhibiting high sensitivity is each color filter in each of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel. Includes a light wavelength region exhibiting high sensitivity.

焦点検出画素313は、図4に示すように矩形のマイクロレンズ10と遮光マスクで受光領域を正方形の上半分(正方形を水平線で2等分した場合の上半分)に制限された光電変換部13、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   As shown in FIG. 4, the focus detection pixel 313 includes a photoelectric conversion unit 13 in which a light receiving area is limited to an upper half of a square (upper half when a square is divided into two equal parts by a horizontal line) using a rectangular microlens 10 and a light shielding mask. And a white filter (not shown).

また、焦点検出画素314は、図4に示すように矩形のマイクロレンズ10と遮光マスクで受光領域を正方形の下半分(正方形を水平線で2等分した場合の下半分)に制限された光電変換部14、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   Further, as shown in FIG. 4, the focus detection pixel 314 is a photoelectric conversion in which a light receiving area is limited to a lower half of a square (lower half when a square is divided into two equal parts by a horizontal line) by a rectangular microlens 10 and a light shielding mask. And a white filter (not shown).

焦点検出画素313と焦点検出画素314とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を正方形の半分に制限された光電変換部13、14が垂直方向に並んでいる。   When the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 are displayed with the microlens 10 superimposed, the photoelectric conversion units 13 and 14 in which the light receiving area is limited to a half of a square by a light shielding mask are arranged in the vertical direction.

また、上述した正方形の半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分を加えると、撮像画素310の受光領域と同じサイズの正方形となる。   In addition, when the remaining portion obtained by halving the square is added to the above-described half light-receiving region, a square having the same size as the light-receiving region of the imaging pixel 310 is obtained.

焦点検出画素315は、図3に示すように矩形のマイクロレンズ10と遮光マスクで受光領域を正方形の左半分(正方形を垂直線で2等分した場合の左半分)に制限された光電変換部15、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   As shown in FIG. 3, the focus detection pixel 315 is a photoelectric conversion unit in which a light receiving region is limited to a left half of a square (left half when a square is divided into two equal parts by a vertical line) using a rectangular microlens 10 and a light shielding mask. 15 and a white filter (not shown).

また、焦点検出画素316は、図3に示すように矩形のマイクロレンズ10と遮光マスクで受光領域を正方形の右半分(正方形を垂直線で2等分した場合の右半分)に制限された光電変換部16、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   Further, as shown in FIG. 3, the focus detection pixel 316 is a photoelectric sensor in which a light receiving area is limited to a right half of a square (right half when a square is divided into two equal parts by a vertical line) by a rectangular microlens 10 and a light shielding mask. It is comprised from the conversion part 16 and a white filter (not shown).

焦点検出画素315と焦点検出画素316とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を正方形の半分に制限された光電変換部15、16が水平方向に並んでいる。   When the focus detection pixel 315 and the focus detection pixel 316 are displayed with the microlens 10 superimposed, the photoelectric conversion units 15 and 16 in which the light receiving area is limited to a half of a square by a light shielding mask are arranged in the horizontal direction.

また、上述した正方形の半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分を加えると、撮像画素310の受光領域と同じサイズの正方形となる。   In addition, when the remaining portion obtained by halving the square is added to the above-described half light-receiving region, a square having the same size as the light-receiving region of the imaging pixel 310 is obtained.

以上のような撮像画素と焦点検出画素の構成においては、一般的な光源のもとでは、緑色の撮像画素の出力レベルと焦点検出画素の出力レベルがほぼ等しくなり、赤色の撮像画素と青色の撮像画素の出力レベルはこれよりも小さくなる。   In the configuration of the imaging pixel and the focus detection pixel as described above, under a general light source, the output level of the green imaging pixel and the output level of the focus detection pixel are substantially equal, and the red imaging pixel and the blue detection pixel The output level of the imaging pixel is smaller than this.

上述した一対の焦点検出画素313、314を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を、特開2007−333720号公報に開示される一対の測距瞳に対応した一対の出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上(垂直方向)に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置(垂直方向)における予定結像面と結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。   A large number of the pair of focus detection pixels 313 and 314 described above are arranged alternately and linearly, and the output of the photoelectric conversion unit of each focus detection pixel is output to the pair of distance measurement pupils disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-333720. By combining the output groups into corresponding output groups, information on the intensity distribution of the pair of images formed on the focus detection pixel array (vertical direction) by the pair of light beams respectively passing through the pair of distance measurement pupils can be obtained. By applying an image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process) to this information, the image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division type phase difference detection method. Furthermore, by performing a conversion operation according to the proportional relationship between the distance between the center of gravity of the pair of distance measurement pupils and the distance measurement pupil distance, the deviation between the planned image formation surface and the image formation surface at the focus detection position (vertical direction) is performed. (Defocus amount) is calculated.

焦点検出画素315、316が受光する焦点検出光束も焦点検出画素313、314と同様、一対の測距瞳が設定される。一対の焦点検出画素315、316を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を一対の測距瞳に対応した一対の出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上(水平方向)に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に基づき、焦点検出位置(水平方向)における予定結像面と結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。   As with the focus detection pixels 313 and 314, a pair of distance measurement pupils is set for the focus detection light beams received by the focus detection pixels 315 and 316. A large number of pairs of focus detection pixels 315 and 316 are arranged alternately and in a straight line, and the output of the photoelectric conversion unit of each focus detection pixel is collected into a pair of output groups corresponding to the pair of distance measurement pupils. Information on the intensity distribution of the pair of images formed on the focus detection pixel array (horizontal direction) by the pair of light beams respectively passing through the distance pupil is obtained. Based on this information, the deviation (defocus amount) between the planned imaging plane and the imaging plane at the focus detection position (horizontal direction) is calculated.

図5は撮像素子の回路構成概念図である。撮像素子はCCDイメージセンサーとして構成される。撮像素子212の回路構成を、水平方向8画素×垂直方向8画素のレイアウトに簡略化して説明する。図5は図2の垂直方向の焦点検出エリア104に対応して描かれており、垂直方向に焦点検出画素313,314が同一の列に配置されている。   FIG. 5 is a conceptual diagram of a circuit configuration of the image sensor. The imaging device is configured as a CCD image sensor. The circuit configuration of the image sensor 212 will be described in a simplified manner with a layout of 8 pixels in the horizontal direction × 8 pixels in the vertical direction. FIG. 5 is drawn corresponding to the focus detection area 104 in the vertical direction of FIG. 2, and the focus detection pixels 313 and 314 are arranged in the same column in the vertical direction.

4列目は焦点検出画素313、314が配置された列であり、中央の4つの焦点検出画素313、314(○で示す)が複数の焦点検出画素を代表しており、上下の2つずつの撮像画素310(□で示す)が焦点検出画素の上下に配置された複数の撮像画素を代表している。   The fourth column is a column in which the focus detection pixels 313 and 314 are arranged, and the four central focus detection pixels 313 and 314 (indicated by ◯) represent a plurality of focus detection pixels, two at the top and two at the bottom. Imaging pixels 310 (indicated by squares) represent a plurality of imaging pixels arranged above and below the focus detection pixels.

1〜3列目、5〜8列目は撮像画素310(□で示す)のみが配置された列であり、焦点検出画素が配置された列の左右の複数の撮像画素のみからなる列を代表している。   The 1st to 3rd columns and the 5th to 8th columns are columns in which only the imaging pixels 310 (indicated by □) are arranged, and are representative of columns composed of only a plurality of left and right imaging pixels in the column in which the focus detection pixels are arranged. is doing.

図において各列に配置された撮像画素および焦点検出画素で生成された電荷は、各列に対応して設けられた垂直転送CCDに移された後、水平転送CCDの方向に順次転送される。水平転送CCDは垂直転送CCDから1行分の電荷が移されると、1行分の電荷を出力回路330の方向に順次転送し、出力回路330は電荷電圧変換を行い、各画素で蓄積された電荷量に対応した画素信号を外部に出力する。   In the figure, the charges generated by the imaging pixels and focus detection pixels arranged in each column are transferred to the vertical transfer CCD provided corresponding to each column, and then sequentially transferred in the direction of the horizontal transfer CCD. When the charge for one row is transferred from the vertical transfer CCD to the horizontal transfer CCD, the charge for one row is sequentially transferred in the direction of the output circuit 330. The output circuit 330 performs charge-voltage conversion and is accumulated in each pixel. A pixel signal corresponding to the charge amount is output to the outside.

転送パルス発生回路は垂直転送CCDおよび水平転送CCDの転送動作に必要な駆動信号を垂直転送CCDおよび水平転送CCDに供給する。制御パルス発生回路は撮像画素および焦点検出画素の電荷蓄積制御および各画素から垂直転送CCDへの電荷移送に必要な制御信号ΦU、ΦT1、ΦT2、ΦT3を全画素共通に供給する。   The transfer pulse generation circuit supplies drive signals necessary for the transfer operation of the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD to the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD. The control pulse generation circuit supplies control signals ΦU, ΦT1, ΦT2, and ΦT3 necessary for charge accumulation control of the imaging pixels and focus detection pixels and charge transfer from each pixel to the vertical transfer CCD in common to all the pixels.

制御パルス発生回路が出力する制御信号φSyncは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部(ボディ駆動制御装置214)に出力される。   The control signal φSync output from the control pulse generation circuit is a vertical synchronization signal, and is output to the outside (body drive control device 214) for each frame.

入力信号Txは外部(ボディ駆動制御装置214)からの制御パルス発生回路への入力信号であって、画素の電荷蓄積時間を指定するための信号であり、制御パルス発生回路は制御信号ΦU、ΦT1の発生タイミングをこの信号に応じて変更することにより、電荷蓄積時間の制御(露光制御)が行われる。   The input signal Tx is an input signal to the control pulse generation circuit from the outside (body drive control device 214), and is a signal for designating the charge accumulation time of the pixel. The control pulse generation circuit controls the control signals ΦU and ΦT1. The charge accumulation time is controlled (exposure control) by changing the generation timing of the signal according to this signal.

図6は図5に示す撮像素子の撮像画素および焦点検出画素の断面構造を示す図である。P型半導体基板上にP層、N層からなる埋め込みフォトダイオード(PD)が形成され、その隣にN層からなる電荷蓄積部が形成される。電荷蓄積部に隣接してさらに垂直転送CCDを構成するN層が形成される。またPDに隣接してN+層が形成され、電源電圧Vddに接続される。電荷蓄積部とPDの間のチャネル上にゲート602が配置され、制御信号ΦT1が接続される。電荷蓄積部の上にはゲート603が配置され、制御信号ΦT2が接続される。電荷蓄積部と垂直転送CCDの間のチャネルの上にはゲート604が配置され、制御信号ΦT3が接続される。垂直転送CCD上にはゲート605が配置され、駆動信号ΦVxが接続される。PDと隣接するN+層の間のチャネルの上にはゲート601が配置され、制御信号ΦUが接続される。ゲート601〜ゲート604に制御信号ΦU、ΦT1、ΦT2、ΦT3を印可することにより、各ゲート下の電位レベルを変化させ、PDで生成される電荷の蓄積、転送、破棄の動作を制御する。   6 is a diagram showing a cross-sectional structure of the imaging pixels and focus detection pixels of the imaging device shown in FIG. A buried photodiode (PD) composed of a P layer and an N layer is formed on a P-type semiconductor substrate, and a charge storage section composed of an N layer is formed next to the photodiode. An N layer constituting a vertical transfer CCD is further formed adjacent to the charge storage unit. An N + layer is formed adjacent to the PD and connected to the power supply voltage Vdd. A gate 602 is disposed on a channel between the charge storage unit and the PD, and a control signal ΦT1 is connected thereto. A gate 603 is disposed on the charge storage portion and connected to the control signal ΦT2. A gate 604 is disposed on a channel between the charge storage unit and the vertical transfer CCD, and a control signal ΦT3 is connected thereto. A gate 605 is disposed on the vertical transfer CCD, and a drive signal ΦVx is connected thereto. A gate 601 is disposed on a channel between the PD and the adjacent N + layer, and a control signal ΦU is connected thereto. By applying the control signals ΦU, ΦT1, ΦT2, and ΦT3 to the gates 601 to 604, the potential level under each gate is changed to control the operation of accumulating, transferring, and discarding the charges generated by the PD.

図7は図5に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。図8は撮像素子の動作を示す電位分布図である。CCDイメージセンサにおいては、いわゆるグローバルシャッタ動作により画素のリセット、露光、信号の読み出しが全画素同時に行われる。   FIG. 7 is an operation timing chart of the image sensor shown in FIG. FIG. 8 is a potential distribution diagram showing the operation of the image sensor. In a CCD image sensor, pixel reset, exposure, and signal readout are simultaneously performed by a so-called global shutter operation.

撮像素子からの全画素の信号の出力(1フレーム分の画像信号の出力)の開始に同期して時刻t0に垂直同期信号φSyncが発せられる。垂直同期信号φSyncに同期して時刻t0に制御パルス発生回路は制御信号ΦU(ON)、制御信号ΦT1(OFF)を発する。これに応じて画素信号出力時は電荷蓄積部はPDから切り離される。このとき撮像素子は図8(a)の電位分布状態にあり、ゲート603の下に形成された電荷蓄積部に電荷が保持されるとともに、PDで生成される電荷は電源電圧vddに破棄される。   The vertical synchronization signal φSync is generated at time t0 in synchronization with the start of the output of all pixel signals from the image sensor (output of image signals for one frame). In synchronization with the vertical synchronization signal φSync, the control pulse generation circuit generates a control signal ΦU (ON) and a control signal ΦT1 (OFF) at time t0. In response to this, when the pixel signal is output, the charge storage unit is disconnected from the PD. At this time, the image pickup device is in the potential distribution state of FIG. 8A, the charge is held in the charge storage portion formed under the gate 603, and the charge generated by the PD is discarded to the power supply voltage vdd. .

時刻t1に発せられる制御信号ΦT2(OFF)、制御信号ΦT3(ON)により、電荷蓄積部に保持された電荷が垂直転送CCD部に移送される。このとき撮像素子は図8(b)の電位分布状態にあり、ゲート604直下の電位がゲート603直下の電位よりも低くなり、ゲート603直下の電荷はゲート604を経てゲート605の下の垂直転送CCD部に流れ込む。垂直転送CCDに移送された電荷はその後駆動信号によりフレーム期間中に水平転送CCDを経て外部出力される。また時刻t1からt2までにPDで生成される電荷は電源電圧vddに破棄される。   Due to the control signal ΦT2 (OFF) and the control signal ΦT3 (ON) issued at time t1, the charges held in the charge storage unit are transferred to the vertical transfer CCD unit. At this time, the imaging device is in the potential distribution state of FIG. 8B, the potential immediately below the gate 604 is lower than the potential directly below the gate 603, and the charge directly below the gate 603 passes through the gate 604 and is transferred vertically below the gate 605. It flows into the CCD part. The electric charge transferred to the vertical transfer CCD is then output to the outside through the horizontal transfer CCD during the frame period by a drive signal. Further, the charge generated by the PD from time t1 to t2 is discarded to the power supply voltage vdd.

時刻t2に発せられる制御信号ΦT2(ON)、制御信号ΦT3(OFF)により、電荷蓄積部は垂直転送CCDへの電荷移送を終了する。このとき撮像素子は図8(c)の電位分布状態にあり、ゲート604直下の電位が上がって電荷蓄積部と垂直転送CCDが切り離される。また時刻t2からt3までにPDで生成される電荷は電源電圧vddに破棄される。   With the control signal ΦT2 (ON) and the control signal ΦT3 (OFF) issued at time t2, the charge storage unit ends the charge transfer to the vertical transfer CCD. At this time, the imaging device is in the potential distribution state of FIG. 8C, and the potential immediately below the gate 604 rises to separate the charge storage unit from the vertical transfer CCD. Further, the charge generated by the PD from time t2 to t3 is discarded to the power supply voltage vdd.

時刻t3に発せられる制御信号ΦU(OFF)、制御信号ΦT1(ON)により、PDで生成される電荷の電荷蓄積部での蓄積が開始される。このとき撮像素子は図8(d)の電位分布状態にあり、ゲート601直下の電位が上がってPDと電源電圧Vddが切り離される。また、ゲート602直下の電位がPDの電位より低くなり、PDで生成された電荷はゲート602直下を通り、ゲート602の電位より電位が低くなっているゲート603直下の電荷蓄積部に蓄積される。   Accumulation in the charge accumulation unit of the charge generated by the PD is started by the control signal ΦU (OFF) and the control signal ΦT1 (ON) issued at time t3. At this time, the image sensor is in the potential distribution state of FIG. 8D, and the potential immediately below the gate 601 is increased to separate the PD from the power supply voltage Vdd. In addition, the potential immediately below the gate 602 becomes lower than the potential of the PD, and the charge generated by the PD passes directly under the gate 602 and is accumulated in the charge storage portion immediately below the gate 603 whose potential is lower than the potential of the gate 602. .

以上の動作をフレーム毎に繰り返すことにより、連続した画像データが周期的に出力される。   By repeating the above operation for each frame, continuous image data is periodically output.

以上の動作において撮像画素および焦点検出画素の電荷蓄積は、制御信号φUの立ち下がりから立ち上がりまでの時間(制御信号φT1の立ち上がりから立ち下がりまでの時間)でとなり、この時間が露光時間(電荷蓄積期間)となる。   In the above operation, the charge accumulation of the imaging pixel and the focus detection pixel is the time from the fall to the rise of the control signal φU (the time from the rise to the fall of the control signal φT1), and this time is the exposure time (charge accumulation). Period).

なお露光時間は後述するように画面全体または一部の輝度分布状態(輝度ヒストグラム)に基づき、平均輝度レベルが適正レベル(例えば輝度ダイナミックレンジの中央値)となるように定められる。   As will be described later, the exposure time is determined so that the average luminance level becomes an appropriate level (for example, the median value of the luminance dynamic range) based on the luminance distribution state (luminance histogram) of the entire screen or a part thereof.

図9は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ201の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置214は、ステップS100でカメラの電源がオンされると、ステップS110以降の撮像動作を開始する。ステップS100において撮像素子は一定周期で撮像動作を繰り返す動作モード(例えば1秒間に60フレームを出力する)に設定される。   FIG. 9 is a flowchart illustrating an imaging operation of the digital still camera 201 according to the embodiment. When the power of the camera is turned on in step S100, the body drive control device 214 starts the imaging operation after step S110. In step S100, the image sensor is set to an operation mode (for example, 60 frames are output per second) in which the image capturing operation is repeated at a constant cycle.

ステップS105において、焦点検出エリアの位置が選択される。本実施の形態では、ユーザーにより焦点検出エリアの位置が操作部材220を介して選択される。ステップS110においては、該焦点検出エリアを含む該焦点検出エリア近傍における光学像の明るさを測定する測光が行われる。撮像素子212の画素出力に基づく測光が行われ、測光出力に基づき、該焦点検出エリア近傍を対象として焦点検出に適した適正露光量を決定する。画像全体を対象として撮像記録に適した適正露光量も、測光により決定しても良いし、後述するステップS180において決定しても良い。測光は、測光センサを別に設けて行っても良い。ステップS115においては、該焦点検出エリア近傍の露光量が適正となるように、撮像素子に対し電荷蓄積時間を指定し、露光制御を行う。   In step S105, the position of the focus detection area is selected. In the present embodiment, the position of the focus detection area is selected by the user via the operation member 220. In step S110, photometry is performed to measure the brightness of the optical image in the vicinity of the focus detection area including the focus detection area. Photometry is performed based on the pixel output of the image sensor 212, and an appropriate exposure amount suitable for focus detection is determined for the vicinity of the focus detection area based on the photometry output. An appropriate exposure amount suitable for imaging and recording for the entire image may be determined by photometry, or may be determined in step S180 described later. Photometry may be performed with a separate photometric sensor. In step S115, the charge accumulation time is specified for the image sensor so that the exposure amount in the vicinity of the focus detection area is appropriate, and exposure control is performed.

輝度のダイナミックレンジが広い光景の場合、画面全体を対象とした適正露光量での露光制御では、図10(a)のような緑色の撮像画素(=焦点検出画素)の輝度ヒストグラムが得られる。輝度のダイナミックレンジが広い光景として、例えば図11を例に説明する。図11には、家510、山520、太陽530、空540を含む光景が示されている。太陽530に対して逆光となる家510は非常に暗い。太陽530に照らされた山520は、家510より明るいが、空540よりは暗い。なお、図示の便宜上、図11はグラデーションを有していないように見えるが、実際の光景は、きめ細かいグラデーションを有しているものとして以下の説明を続ける。   In the case of a scene with a wide luminance dynamic range, a luminance histogram of a green imaging pixel (= focus detection pixel) as shown in FIG. 10A is obtained by exposure control with an appropriate exposure amount for the entire screen. For example, FIG. 11 will be described as a scene with a wide dynamic range of luminance. FIG. 11 shows a scene including a house 510, a mountain 520, a sun 530, and a sky 540. The house 510 that is backlit against the sun 530 is very dark. The mountain 520 illuminated by the sun 530 is brighter than the house 510 but darker than the sky 540. For convenience of illustration, FIG. 11 does not appear to have gradation, but the following description will be continued assuming that the actual scene has fine gradation.

このような光景に対して画面上部の焦点検出エリア102が選択された場合には、焦点検出エリア102近傍に光景の高輝度部分が入っているため、焦点検出エリア102近傍の輝度ヒストグラムは図10(a)のA部分となり、一部が輝度ダイナミックレンジをオーバーしてしまう。そのため高輝度成分で飽和したものについてはクリップされる。つまり、焦点検出画素のデータの一部はAD変換の最大値でクリップされてしまい、焦点検出の検出精度が低下したり検出不能に陥ってしまう。   When the focus detection area 102 at the top of the screen is selected for such a scene, since the high brightness portion of the scene is in the vicinity of the focus detection area 102, the brightness histogram near the focus detection area 102 is shown in FIG. A portion of (a) becomes part of the luminance dynamic range. Therefore, those saturated with high luminance components are clipped. That is, a part of the data of the focus detection pixel is clipped at the maximum value of the AD conversion, and the detection accuracy of the focus detection is lowered or cannot be detected.

一方選択された焦点検出エリア102近傍の露光量が適正となるように露光制御した場合には、図10(b)のような緑色の撮像画素(=焦点検出画素)の輝度ヒストグラムとなる。焦点検出エリア102近傍の輝度ヒストグラムは図10(b)のB部分となり、輝度ダイナミックレンジをオーバーしてしまうことがなくなる。そのため焦点検出画素のデータはAD変換の最大値でクリップされず、正確な焦点検出が可能になる。輝度の検出は不図示の多分割測光手段の出力を用いたり、撮像素子の前回のフレームの撮像画素のデータを用いて行うことができる。選択された焦点検出エリア近傍において検出した輝度に応じて、選択された焦点検出エリア近傍の露光量が適正となるような露光量(撮像素子の電荷蓄積時間)が決定される。   On the other hand, when exposure control is performed so that the exposure amount in the vicinity of the selected focus detection area 102 is appropriate, a luminance histogram of a green imaging pixel (= focus detection pixel) as shown in FIG. 10B is obtained. The luminance histogram in the vicinity of the focus detection area 102 is a portion B in FIG. 10B, and the luminance dynamic range is not exceeded. Therefore, focus detection pixel data is not clipped at the maximum value of AD conversion, and accurate focus detection is possible. Luminance can be detected by using the output of multi-division photometry means (not shown) or by using data of imaging pixels in the previous frame of the imaging device. In accordance with the brightness detected in the vicinity of the selected focus detection area, an exposure amount (charge accumulation time of the image sensor) is determined such that the exposure amount in the vicinity of the selected focus detection area is appropriate.

なお、選択された焦点検出エリアそのものではなく、その焦点検出エリア近傍の露光量が適正となるような露光量を決定するのは、通常、主要被写体がその焦点検出エリア近傍に位置し、しかしながらその焦点検出エリアの範囲に収まらない場合が考えられるからである。主要被写体の領域は、その焦点検出エリアの範囲全体とその近傍を含む場合のほか、その焦点検出エリアの範囲の一部とその近傍を含む場合も考えられる。   It should be noted that not the selected focus detection area itself but the exposure amount so that the exposure amount in the vicinity of the focus detection area is appropriate is usually determined because the main subject is located in the vicinity of the focus detection area. This is because there may be a case where it does not fall within the focus detection area. In addition to the case where the main subject region includes the entire range of the focus detection area and the vicinity thereof, the main subject region may include a part of the range of the focus detection area and the vicinity thereof.

ステップS120では1フレーム分の全画素データを読み出す。ステップS130では焦点検出画素列の各画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する。   In step S120, all pixel data for one frame is read. In step S130, pixel interpolation is performed on virtual imaging pixel data at each pixel position in the focus detection pixel row based on imaging pixel data around the focus detection pixel.

例えば本来緑画素が配置されるべき位置に配置された焦点検出画素については、その焦点検出画素の対角方向の4つの位置に近接した4つの緑色の撮像画素のデータを平均して、該焦点検出画素の位置における緑色の撮像画素のデータとする。また本来青画素が配置されるべき位置に配置された焦点検出画素については、その焦点検出画素の左右方向の2つの位置に近接した2つの青色の撮像画素のデータを平均して、該焦点検出画素の位置における青色の撮像画素のデータとする。   For example, for a focus detection pixel that is originally arranged at a position where a green pixel should be arranged, the data of four green imaging pixels adjacent to four positions in the diagonal direction of the focus detection pixel are averaged, and the focus detection pixel is averaged. Data of the green imaging pixel at the position of the detection pixel is used. In addition, with respect to the focus detection pixel that is originally disposed at the position where the blue pixel should be disposed, the data of the two blue imaging pixels adjacent to the two positions in the left-right direction of the focus detection pixel are averaged to detect the focus detection pixel. It is assumed that the data of the blue imaging pixel at the pixel position.

このように補間した撮像画素データと本来の撮像画素データを合成して今回のフレームに対応する画像データを生成する。   The image data corresponding to the current frame is generated by combining the imaged pixel data thus interpolated and the original imaged pixel data.

続くステップS140では、今回のフレームに対応する画像データの輝度レベルを補正して電子ビューファインダーに表示(ライブビュー表示)させる。今回のフレームに対応する画像データは選択された焦点検出エリア近傍においては適正露光量となっているが、画面全体に対しては適正露光量とはなっていない。そこで画面全体に対して測光が行われ、画面全体に対して適正露光量の画像となるように輝度レベルを補正する。具体的には例えば図10(a)から図10(b)への輝度ヒストグラムの圧縮分を伸長するような輝度レベル補正を行う。ただし伸長する際に高輝度部が表示手段で表示可能な輝度範囲を超えないように、所謂ニー特性を持たせて輝度レベル補正を行う。このようにすることで白トビのない高品質な表示画像が得られる。   In subsequent step S140, the luminance level of the image data corresponding to the current frame is corrected and displayed on the electronic viewfinder (live view display). The image data corresponding to the current frame has an appropriate exposure amount in the vicinity of the selected focus detection area, but is not an appropriate exposure amount for the entire screen. Therefore, photometry is performed on the entire screen, and the luminance level is corrected so that an image with an appropriate exposure amount is obtained on the entire screen. Specifically, for example, luminance level correction is performed so as to expand the compressed portion of the luminance histogram from FIG. 10 (a) to FIG. 10 (b). However, the luminance level correction is performed with a so-called knee characteristic so that the high luminance portion does not exceed the luminance range that can be displayed by the display means when expanding. By doing so, a high-quality display image free from white stripes can be obtained.

ステップS150では選択された焦点検出エリアにおける焦点検出画素のデータに基づき焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する。ステップS160では合焦(算出されたデフォーカス量の絶対値が予め定められた閾値以下)か否かを判定し、合焦の場合にはステップS180に進み、非合焦の場合はステップS170に進む。   In step S150, focus detection is performed based on focus detection pixel data in the selected focus detection area, and a defocus amount is calculated. In step S160, it is determined whether or not the focus is satisfied (the absolute value of the calculated defocus amount is equal to or less than a predetermined threshold value). If in focus, the process proceeds to step S180. If not in focus, the process proceeds to step S170. move on.

ステップS170ではデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210を合焦位置に駆動させる。デフォーカス量の信頼性が低い場合や焦点検出不能の場合にはその旨をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210の駆動制御は更新しない。その後、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   In step S170, the defocus amount is transmitted to the lens drive controller 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to the in-focus position. If the reliability of the defocus amount is low or focus detection is impossible, this is transmitted to the lens drive control unit 206, and the drive control of the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is not updated. Then, it returns to step S110 and repeats the operation | movement mentioned above.

ステップS180において画面全体の露光レベルが適正となるように露光量を定め、撮像素子に対し電荷蓄積時間を指定し、露光制御を行う。ステップS190では1フレーム分の全画素データを読み出す。ステップS200では焦点検出画素列の各画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する。   In step S180, the exposure amount is determined so that the exposure level of the entire screen is appropriate, the charge accumulation time is specified for the image sensor, and exposure control is performed. In step S190, all pixel data for one frame is read. In step S200, pixel interpolation is performed on virtual imaging pixel data at each pixel position in the focus detection pixel row based on imaging pixel data around the focus detection pixel.

ステップS210では、今回のフレームに対応する画像データを電子ビューファインダーに表示(ライブビュー表示)させる。ステップS220では不図示の操作手段による撮影の指示がなされているか否かを判定し、撮影の指示がなされていない場合には、ステップS180に戻り、撮影の指示がなされていた場合には、ステップS230で今回のフレームに対応する画像データを画像データとしてメモリカード219に記録してステップS110に戻る。なお、ステップS220からステップS180へ戻る処理を所定回数繰り返した場合、あるいは所定時間を経過した場合において、ステップS105に戻ることとしても良い。   In step S210, image data corresponding to the current frame is displayed on the electronic viewfinder (live view display). In step S220, it is determined whether or not a shooting instruction has been given by an operating means (not shown). If a shooting instruction has not been given, the process returns to step S180. If a shooting instruction has been given, step S220 is executed. In S230, the image data corresponding to the current frame is recorded as image data in the memory card 219, and the process returns to Step S110. In addition, when the process of returning from step S220 to step S180 is repeated a predetermined number of times, or when a predetermined time has elapsed, the process may return to step S105.

次に図9のステップS150で用いられる一般的な像ズレ検出演算処理(相関演算処理)としては、特開2007−333720号公報に開示された相関演算処理を用いる。焦点検出画素が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口により口径蝕を受けて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。   Next, as a general image shift detection calculation process (correlation calculation process) used in step S150 of FIG. 9, a correlation calculation process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-333720 is used. The pair of images detected by the focus detection pixels is a type that can maintain the image displacement detection accuracy with respect to the light amount balance because the distance measurement pupil may be vignetted by the aperture of the lens and the light amount balance may be lost. The correlation calculation is performed.

焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列(A1〜A1、A2〜A2:Mはデータ数)に対し、特開2007−333720号公報に開示された相関演算式(1)を行い、相関量C(k)を演算する。
C(k)=Σ|A1×A2n+1+k−A2n+k×A1n+1| (1)
For a pair of data strings (A1 1 to A1 M , A2 1 to A2 M : M is the number of data) read out from the focus detection pixel string, a correlation calculation formula (1 ) To calculate the correlation amount C (k).
C (k) = Σ | A1 n × A2 n + 1 + k -A2 n + k × A1 n + 1 | (1)

特開2009−141791号公報に開示された算出方法により、相関量C(k)の極小値C(x)を与えるずらしxを用いて像ズレ量shftを算出することができる。こうして算出された像ズレ量shftに所定の変換係数Kdを乗じてデフォーカス量defへ変換する。なお変換係数Kdは焦点検出画素が受光する一対の光束の開き角に対応しており、測距瞳距離dを一対の測距瞳の重心間隔で除算した値に相当する。
def=Kd×shft (2)
With the calculation method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-141791, the image shift amount shft can be calculated using the shift x that gives the minimum value C (x) of the correlation amount C (k). The image shift amount shft thus calculated is multiplied by a predetermined conversion coefficient Kd to be converted into a defocus amount def. The conversion coefficient Kd corresponds to the opening angle of the pair of light beams received by the focus detection pixel, and corresponds to a value obtained by dividing the distance measurement pupil distance d by the center of gravity distance between the pair of distance measurement pupils.
def = Kd × shft (2)

以上のように本発明においては、選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となるように露光制御を行っている。したがって、焦点検出画素のデータ(輝度)が飽和することなく、焦点検出画素のデータを用いた焦点検出演算が不能になったり大きな誤差を生じることがない。また選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となった画像を表示する際には、画面全体に対して露光量が適正となるように補正しているので、焦点検出中においても画面全体に対して露光量が適正となった画像を観察することができる。また合焦後は撮影時と同じように画面全体に対して露光量が適正となるように露光制御を行って表示しているので、露光量を補正して画像表示を行う場合に発生するような黒レベルの階調不足も生じない。   As described above, in the present invention, exposure control is performed so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of the selected focus detection area. Therefore, the focus detection pixel data (luminance) is not saturated, and the focus detection calculation using the focus detection pixel data is not disabled or causes a large error. In addition, when displaying an image with an appropriate exposure amount in the vicinity of the selected focus detection area, the entire screen is corrected so that the exposure amount is appropriate for the entire screen. In contrast, an image with an appropriate exposure amount can be observed. In addition, after focusing, the exposure control is performed so that the exposure amount is appropriate for the entire screen in the same manner as when shooting, so that it may occur when the image is displayed with the exposure amount corrected. Insufficient black level gradation does not occur.

なお選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となった画像を表示する際に、該画像を補正なしでそのまま表示するようにすれば、選択した焦点検出エリア近傍において輝度レベルが適正となった画像を観察できるので、状況によっては使い勝手向上する。画像表示の際の輝度レベルの補正の有無を選択可能にしておくこともできる。   When displaying an image with an appropriate exposure amount in the vicinity of the selected focus detection area, if the image is displayed as it is without correction, the luminance level is appropriate in the vicinity of the selected focus detection area. This makes it easier to use in some situations. It is also possible to select whether or not to correct the brightness level when displaying an image.

なお上述した実施形態においてはAD変換装置のダイナミックレンジにより焦点検出画素のデータがクリップされることにより不具合が生じるとして説明した。しかし、焦点検出画素の電荷蓄積部の最大電荷蓄積容量に応じて焦点検出画素のデータがクリップされることにより不具合が生じる場合もありうる。   In the above-described embodiment, it has been described that a problem occurs when the data of the focus detection pixel is clipped by the dynamic range of the AD converter. However, there may be a problem that data of the focus detection pixel is clipped according to the maximum charge storage capacity of the charge storage unit of the focus detection pixel.

なお上述した実施形態においては、選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となるように露光制御するとは、図10(b)に示すように選択された焦点検出エリア近傍の輝度ヒストグラムのピークまたは平均値が輝度ダイナミックレンジ(AD変換範囲)の略中央に来るように撮像素子の電荷蓄積時間を制御することとして説明しているが、これに限定されることはない。例えば選択された焦点検出エリア近傍の輝度ヒストグラムの80%程度が輝度ダイナミックレンジ(AD変換範囲)内に収まるようにすれば本発明の効果が得られる。   In the embodiment described above, the exposure control is performed so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of the selected focus detection area. The peak of the luminance histogram in the vicinity of the selected focus detection area is shown in FIG. Alternatively, although it has been described that the charge accumulation time of the image sensor is controlled so that the average value is approximately in the center of the luminance dynamic range (AD conversion range), the present invention is not limited to this. For example, the effect of the present invention can be obtained if about 80% of the luminance histogram in the vicinity of the selected focus detection area falls within the luminance dynamic range (AD conversion range).

上述した実施形態においては、選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となるように露光制御を行っているが、露光制御を行う領域を選択された焦点検出エリアの焦点検出画素に限定し、該焦点検出画素のデータが適正レベルとなるように露光制御を行っても良い。例えば選択された焦点検出エリアのなかの焦点検出画素データの最大値がAD変換の最大値の80%程度になるように露光制御を行えば、焦点検出演算に用いる焦点検出画素の全データ(輝度)が確実に飽和レベル以下であることを保証することができる。   In the embodiment described above, the exposure control is performed so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of the selected focus detection area. However, the region for which the exposure control is performed is limited to the focus detection pixels in the selected focus detection area. The exposure control may be performed so that the data of the focus detection pixel is at an appropriate level. For example, if exposure control is performed so that the maximum value of the focus detection pixel data in the selected focus detection area is about 80% of the maximum value of AD conversion, all the data (luminance of the focus detection pixels used for the focus detection calculation) ) Can be guaranteed to be below the saturation level.

また上述した実施形態においては、選択された焦点検出エリア近傍の輝度が画面全体の平均輝度よりも高い場合を説明した。しかし、選択された焦点検出エリア近傍の輝度が画面全体の平均輝度よりも低い場合においても、選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となるように露光制御を行うことにより、同様な効果が得られる。   In the above-described embodiment, the case where the luminance in the vicinity of the selected focus detection area is higher than the average luminance of the entire screen has been described. However, even when the brightness in the vicinity of the selected focus detection area is lower than the average brightness of the entire screen, the same effect can be obtained by performing exposure control so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of the selected focus detection area. Is obtained.

焦点検出画面全体に対して露光制御を行った際に選択された焦点検出エリア近傍が低輝度の場合には、焦点検出画素の輝度レベルが不足するため、焦点検出不能となったり大きな焦点検出誤差を生じてしまう。しかし、選択された焦点検出エリア近傍において露光量が適正となるように露光制御(露光量アップ)を行うことにより、確実に正確な焦点検出を行うことができる。   If the vicinity of the focus detection area selected when performing exposure control on the entire focus detection screen is low brightness, the focus detection pixel becomes insufficient and the focus detection becomes impossible or a large focus detection error occurs. Will occur. However, accurate focus detection can be performed reliably by performing exposure control (exposure amount increase) so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of the selected focus detection area.

ただしこのように輝度レベルを上げる(電荷蓄積時間を長くする)ような露光制御を行った場合には、画像中の中〜高輝度部は輝度ダイナミックレンジを超えてしまうこともあるために、画像を表示する際に輝度補正を行っても白トビ部が発生してしまう可能性がある。そのため、ボディ駆動制御装置214は、輝度レベルを上げる(露光量を大きくする=電荷蓄積時間を長くする)ような露光制御については、禁止するようにしたり、露光制御による輝度レベルの変更の程度を制限したりするようにしてもよい。   However, when exposure control is performed to increase the brightness level (elongate the charge accumulation time) in this way, the middle to high brightness portions in the image may exceed the brightness dynamic range. Even if the brightness correction is performed when displaying the image, there is a possibility that a white portion will occur. Therefore, the body drive control device 214 prohibits exposure control that increases the brightness level (increases the exposure amount = lengthens the charge accumulation time) or changes the brightness level by the exposure control. You may make it restrict | limit.

図12は、選択された焦点検出エリア近傍を対象とした適正露光制御を制限する処理フローを示す図である。ボディ駆動制御装置214により実行される。図12のステップS1010に示す判定処理が肯定判定されると、図9におけるステップS115に示す処理の代わりに、図12のステップS1020に示す処理が行われる。すなわち、ステップS1010において、選択された焦点検出エリア近傍が画面全体に対して低輝度であるか否かを判定する。肯定判定の場合、ステップS1020において、露光制御に応じた輝度レベルの変更の程度を制限するように露光制御を行い、図9のステップS120へ進む。否定判定の場合、上述したように、ステップS115において、選択された焦点検出エリア近傍の露光量が適正となるように撮像素子の露光制御を行い、ステップS120へ進む。   FIG. 12 is a diagram showing a processing flow for restricting proper exposure control for the vicinity of the selected focus detection area. It is executed by the body drive control device 214. If the determination process shown in step S1010 of FIG. 12 is positive, the process shown in step S1020 of FIG. 12 is performed instead of the process shown in step S115 of FIG. That is, in step S1010, it is determined whether or not the vicinity of the selected focus detection area has low luminance with respect to the entire screen. If the determination is affirmative, in step S1020, exposure control is performed so as to limit the degree of change in the luminance level according to the exposure control, and the process proceeds to step S120 in FIG. In the case of negative determination, as described above, in step S115, exposure control of the image sensor is performed so that the exposure amount in the vicinity of the selected focus detection area is appropriate, and the process proceeds to step S120.

また上述した実施形態においては、焦点検出エリアはユーザーが手動で選択しているが、これに限定されるものではない。例えば画像処理により全体画像の中から特定の画像パターン(例えば人間の顔画像)を検出し、該特定の画像パターンの位置に応じて自動的に焦点検出エリアを選択するようにしてもよい。   In the embodiment described above, the focus detection area is manually selected by the user. However, the present invention is not limited to this. For example, a specific image pattern (for example, a human face image) may be detected from the entire image by image processing, and the focus detection area may be automatically selected according to the position of the specific image pattern.

図13は、特定の画像パターン検出による焦点検出エリア選択処理フローを示す図である。ボディ駆動制御装置214により実行される。図9におけるステップS105に示す処理の代わりに図13のステップS1110、S1120に示す処理が行われる。すなわち、ステップS1110において、画像処理により全体画像の中から特定の画像パターンを検出する。ステップS1120において、該特定の画像パターンの位置に応じて焦点検出エリアを選択する。たとえば、該特定の画像パターンの位置に最も近い位置の焦点検出エリアを選択する。   FIG. 13 is a diagram showing a focus detection area selection processing flow based on specific image pattern detection. It is executed by the body drive control device 214. Instead of the process shown in step S105 in FIG. 9, the processes shown in steps S1110 and S1120 in FIG. 13 are performed. That is, in step S1110, a specific image pattern is detected from the entire image by image processing. In step S1120, a focus detection area is selected according to the position of the specific image pattern. For example, the focus detection area at the position closest to the position of the specific image pattern is selected.

また電源ON時の最初のステップにおいて複数の焦点検出エリアにおいて同時に焦点検出を行い、得られた複数の焦点検出結果に応じて自動的に1つの焦点検出エリアを選択するようにしてもよい。例えば複数の焦点検出結果の中で最至近の結果を出した焦点検出エリアを選択することもできる。   Alternatively, focus detection may be performed simultaneously in a plurality of focus detection areas in the first step when the power is turned on, and one focus detection area may be automatically selected according to the obtained plurality of focus detection results. For example, it is possible to select a focus detection area that gives the closest result among a plurality of focus detection results.

図14は、得られた複数の焦点検出結果に応じて1つの焦点検出エリアを選択する処理フローを示す図である。ボディ駆動制御装置214により実行される。図9におけるステップS105に示す処理の代わりに図14のステップS1210、S1220に示す処理が行われる。すなわち、ステップS1210においては、複数の焦点検出エリアにおいて同時に焦点検出を行う。ステップS1220においては、同時に行って得られた複数の焦点検出結果に応じて、たとえば最至近の焦点検出エリアといった、1つの焦点検出エリアを選択する。   FIG. 14 is a diagram illustrating a processing flow for selecting one focus detection area in accordance with the obtained plurality of focus detection results. It is executed by the body drive control device 214. Instead of the process shown in step S105 in FIG. 9, the processes shown in steps S1210 and S1220 in FIG. 14 are performed. That is, in step S1210, focus detection is simultaneously performed in a plurality of focus detection areas. In step S1220, one focus detection area such as the closest focus detection area is selected according to a plurality of focus detection results obtained simultaneously.

また本発明は瞳分割型位相差検出用の焦点検出画素を備える撮像素子に限定されるものではなく、所謂コントラスト検出に用いられる焦点検出画素を備える撮像素子にも適用することができる。   Further, the present invention is not limited to an image sensor provided with a focus detection pixel for pupil division type phase difference detection, and can also be applied to an image sensor provided with a focus detection pixel used for so-called contrast detection.

また上述した実施形態においては、露光制御は撮像素子の電荷蓄積時間を変更することによって行っているが、これに限定されるものではない。例えば撮像素子の出力回路のゲインを変更したり、絞りの開口径の変更によっても露光制御を行うことが可能である。   In the above-described embodiment, the exposure control is performed by changing the charge accumulation time of the image sensor, but is not limited to this. For example, exposure control can also be performed by changing the gain of the output circuit of the image sensor or changing the aperture diameter of the stop.

−−−変形例−−−
上述した実施形態においては、選択された1つの焦点検出エリア近傍において露光量が適正となるように露光制御を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。
---- Modified example ---
In the embodiment described above, the exposure control is performed so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of one selected focus detection area, but the present invention is not limited to this.

例えば図2において2つ以上の焦点検出エリアを選択し、選択された2つ以上の焦点検出エリア近傍において最も高輝度な画像部分を捕捉している領域の露光量が適正となるように露光制御を行ってもよい。あるいは焦点検出エリアの選択がなく、常時5つの焦点検出エリアにおいて焦点検出を行うようにするとともに、全ての焦点検出エリア近傍において最も高輝度な画像部分を捕捉している領域の露光量が適正となるように露光制御を行ってもよい。   For example, in FIG. 2, two or more focus detection areas are selected, and exposure control is performed so that the exposure amount of an area capturing the most bright image portion in the vicinity of the two or more selected focus detection areas is appropriate. May be performed. Alternatively, the focus detection area is not selected, focus detection is always performed in five focus detection areas, and the exposure amount of the area capturing the highest brightness image portion in the vicinity of all focus detection areas is appropriate. Exposure control may be performed so that

例えば5つの焦点検出エリアにおける全ての焦点検出画素のデータの最大値がAD変換範囲内に収まるように撮像素子の電荷蓄積時間を設定する。また、焦点検出画素のデータの出力レベルが低下した焦点検出エリアにおいては、直近の過去の複数フレームにおける焦点検出画素のデータを記憶しておく。そして、該過去フレームにおける焦点検出画素のデータと今回のフレームにおける焦点検出画素のデータを加算することにより、焦点検出画素のデータの出力レベルをアップした上で焦点検出を行うようにしてもよい。   For example, the charge accumulation time of the image sensor is set so that the maximum value of data of all focus detection pixels in five focus detection areas is within the AD conversion range. Further, in the focus detection area where the output level of the data of the focus detection pixel is lowered, the data of the focus detection pixel in the latest past plural frames is stored. Then, focus detection may be performed after increasing the output level of the focus detection pixel data by adding the focus detection pixel data in the past frame and the focus detection pixel data in the current frame.

なお複数の焦点検出エリアにおいて焦点検出結果を得た場合には、ボディ駆動制御装置214は、所定の判定基準(たとえば最至近など)により最終的な焦点検出結果を出す。   Note that when focus detection results are obtained in a plurality of focus detection areas, the body drive control device 214 outputs a final focus detection result based on a predetermined determination criterion (for example, closest distance).

上述した実施形態においては、複数の焦点検出エリアの中から選択された焦点検出エリアの近傍において露光量が適正となるように露光制御を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。焦点検出エリアを1つしか備えない場合(例えば図2において中央の焦点検出エリア101のみを備える)においても、焦点検出を行う際には1つの焦点検出エリアの近傍において露光量が適正となるように露光制御を行うことによって、本発明の効果を得ることができる。   In the embodiment described above, the exposure control is performed so that the exposure amount is appropriate in the vicinity of the focus detection area selected from the plurality of focus detection areas, but the present invention is not limited to this. Absent. Even when only one focus detection area is provided (for example, only the central focus detection area 101 in FIG. 2 is provided), when performing focus detection, the exposure amount is appropriate in the vicinity of one focus detection area. The effects of the present invention can be obtained by performing exposure control.

図3、図4に示す撮像素子212の部分拡大図では、各画素に1つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素313,314および一対の焦点検出画素315,316を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図15、図16は図3、図4に対応した撮像素子212の部分拡大図であり、焦点検出画素311および312は一対の光電変換部を備える。   In the partial enlarged view of the image sensor 212 shown in FIGS. 3 and 4, an example is shown in which a pair of focus detection pixels 313 and 314 and a pair of focus detection pixels 315 and 316 each having one photoelectric conversion unit are provided. A pair of photoelectric conversion units may be provided in one focus detection pixel. FIGS. 15 and 16 are partial enlarged views of the image sensor 212 corresponding to FIGS. 3 and 4, and the focus detection pixels 311 and 312 include a pair of photoelectric conversion units.

図16に示す焦点検出画素311は、図4に示す焦点検出画素313と焦点検出画素314のペアに相当した機能を果たし、図15に示す焦点検出画素312は、図3に示す焦点検出画素315と焦点検出画素316のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素311、312は、図15、図16に示すようにマイクロレンズ10と一対の光電変換部13,14および一対の光電変換部15,16から構成される。焦点検出画素311,312には白色フィルタが配置されており、その分光感度特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度特性と、赤外カットフィルタ(不図示)の分光感度特性とを総合した分光感度特性となる。つまり、緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性となり、その白色フィルタが高い感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素の各色フィルタが高い感度を示す光波長領域を包括している。   The focus detection pixel 311 shown in FIG. 16 performs a function corresponding to the pair of the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 shown in FIG. 4, and the focus detection pixel 312 shown in FIG. 15 is the focus detection pixel 315 shown in FIG. And a function corresponding to a pair of focus detection pixels 316. As shown in FIGS. 15 and 16, the focus detection pixels 311 and 312 include a microlens 10, a pair of photoelectric conversion units 13 and 14, and a pair of photoelectric conversion units 15 and 16. A white filter is disposed in the focus detection pixels 311 and 312, and the spectral sensitivity characteristic is a spectral that combines the spectral sensitivity characteristic of a photodiode that performs photoelectric conversion and the spectral sensitivity characteristic of an infrared cut filter (not shown). It becomes a sensitivity characteristic. In other words, the spectral sensitivity characteristic is the sum of the spectral sensitivity characteristics of the green pixel, red pixel, and blue pixel, and the light wavelength region in which the white filter exhibits high sensitivity is high for each color filter of the green pixel, red pixel, and blue pixel. It covers the optical wavelength region showing sensitivity.

上述した実施形態における撮像素子では焦点検出画素が白色フィルタを備えた例を示したが、撮像画素と同じ色フィルタ(例えば緑フィルタ)を備えるようにした場合にも本発明を適用することができる。   Although the example in which the focus detection pixel includes the white filter is shown in the image sensor in the above-described embodiment, the present invention can be applied to a case where the same color filter (for example, a green filter) as that of the image capture pixel is provided. .

例えば図15に示した焦点検出画素312のみを2次元に配列して撮像素子を構成するとともに、2次元に配置された焦点検出画素にベイヤー配列した色フィルタを備えるようにしてもよい。このような構成においては撮像時は焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを加算することにより、撮像画素と同等のデータを算出することが可能である。また、焦点検出時は同色の焦点検出画素同士で相関演算を行うことにより、色別の焦点検出結果を得ることが出来、輝度のみではコントラストが出ないような場合にも焦点検出が可能になる。   For example, only the focus detection pixels 312 shown in FIG. 15 may be two-dimensionally arranged to form an imaging device, and color filters arranged in a Bayer arrangement may be provided for the two-dimensionally arranged focus detection pixels. In such a configuration, at the time of imaging, it is possible to calculate data equivalent to the imaging pixel by adding the data of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel. In addition, when performing focus detection, correlation detection is performed between focus detection pixels of the same color, so that focus detection results for each color can be obtained, and focus detection can be performed even when contrast is not obtained only by luminance. .

上述した実施形態においては、静止画の単独撮影(複数回の画像フレームのうち、所定のトリガに応じて1つの画像フレームを記録する)に本発明を適用しているが、これに限定されるものではない。例えば静止画の連続撮影(複数回の画像フレームのうち所定回毎に画像フレームを記録する)や動撮影にも本発明を適用することが可能である。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to single shooting of a still image (recording one image frame in response to a predetermined trigger among a plurality of image frames), but the present invention is not limited to this. It is not a thing. For example, the present invention can also be applied to continuous shooting of still images (recording image frames at predetermined times out of a plurality of image frames) and moving shooting.

上述した実施形態においては、撮像素子としてCCDイメージセンサを用いているが、CMOSイメージセンサを用いることもできる。   In the above-described embodiment, a CCD image sensor is used as an image sensor, but a CMOS image sensor can also be used.

上述した実施形態における撮像素子では撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示したが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはない。たとえば、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。また色フィルタを備えないモノクロの撮像素子にも本発明を適用することができる。   In the image pickup device according to the above-described embodiment, an example in which the image pickup pixel includes a color filter with a Bayer array is shown. However, the configuration and the array of the color filter are not limited to this. For example, the present invention can be applied to an array other than the array of complementary color filters (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) or a Bayer array. Further, the present invention can also be applied to a monochrome image sensor that does not include a color filter.

なお、撮像装置としては、上述したような、カメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えば、レンズ一体型のデジタルスチルカメラあるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。   Note that the imaging apparatus is not limited to the digital still camera configured as described above in which the interchangeable lens is mounted on the camera body. For example, the present invention can be applied to a lens-integrated digital still camera or video camera. Furthermore, the present invention can be applied to a small camera module built in a mobile phone, a surveillance camera, a visual recognition device for a robot, an in-vehicle camera, and the like.

10 マイクロレンズ、11、13、14、15、16 光電変換部、
100 撮影画面、101、102、103、104、105 焦点検出エリア、
201 デジタルスチルカメラ、202 交換レンズ、203 カメラボディ、
204 マウント部、206 レンズ駆動制御装置、
208 ズーミング用レンズ、209 レンズ、210 フォーカシング用レンズ、
211 絞り、212 撮像素子、213 電気接点、
214 ボディ駆動制御装置、
215 液晶表示素子駆動回路、216 液晶表示素子、217 接眼レンズ、
219 メモリカード、220 操作部材、221 AD変換装置、
310 撮像画素、
311、312、313、314、315、316 焦点検出画素、
330 出力回路、601、602、603、604、605 ゲート
10 microlens, 11, 13, 14, 15, 16 photoelectric conversion unit,
100 shooting screen, 101, 102, 103, 104, 105 focus detection area,
201 digital still camera, 202 interchangeable lens, 203 camera body,
204 mount unit, 206 lens drive control device,
208 zooming lens, 209 lens, 210 focusing lens,
211 Aperture, 212 Image sensor, 213 Electrical contact,
214 body drive control device,
215 liquid crystal display element driving circuit, 216 liquid crystal display element, 217 eyepiece,
219 memory card, 220 operation member, 221 AD converter,
310 imaging pixels,
311, 312, 313, 314, 315, 316 focus detection pixel,
330 Output circuit, 601 602 603 604 605 gate

Claims (13)

複数の画素が2次元的に配置された撮像素子と、
前記撮像素子上に光学像を形成する撮影光学系と、
前記撮像素子上の一部に設けられ、前記光学像に対する前記撮影光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出エリアと、
前記焦点検出エリアの近傍領域が第1露光量で露光されるように前記撮像素子の第1露光制御を行う露光制御手段と、
前記第1露光制御を行い、前記焦点検出エリアの画素データに基づいて前記焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
An image sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged;
A photographing optical system for forming an optical image on the image sensor;
A focus detection area provided on a part of the imaging device for detecting a focus adjustment state of the photographing optical system with respect to the optical image;
Exposure control means for performing first exposure control of the image sensor so that a region near the focus detection area is exposed with a first exposure amount;
An imaging apparatus comprising: focus detection means for performing the first exposure control and detecting the focus adjustment state based on pixel data of the focus detection area.
請求項1に記載の撮像装置において、
前記近傍領域における前記光学像の明るさを測定し、測光出力を出力する測光手段をさらに備え、
前記第1露光量は、前記測光手段の前記測光出力に基づき決定されることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
Further comprising photometric means for measuring the brightness of the optical image in the vicinity region and outputting a photometric output;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first exposure amount is determined based on the photometric output of the photometric means.
請求項2に記載の撮像装置において、
前記第1露光量は、前記測光出力に基づき前記所定範囲内の画素データに含まれる最大画素値が所定値以下となるように定められることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 2,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first exposure amount is determined so that a maximum pixel value included in pixel data within the predetermined range is equal to or less than a predetermined value based on the photometric output.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の画素データに基づき前記光学像の記録準備用画像を表示する表示手段と、
前記露光制御手段により前記第1露光制御が行われる前記撮像素子上に形成される前記光学像の前記記録準備用画像の輝度レベルを補正する補正手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記補正手段により前記輝度レベルが補正された前記記録準備用画像を表示することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 3,
Display means for displaying an image for recording preparation of the optical image based on pixel data of the plurality of pixels;
A correction unit that corrects a luminance level of the recording preparation image of the optical image formed on the imaging element on which the first exposure control is performed by the exposure control unit;
The image pickup apparatus, wherein the display unit displays the recording preparation image whose luminance level is corrected by the correction unit.
請求項4に記載の撮像装置において、
前記補正手段は、前記輝度レベルの補正の際、前記記録準備用画像の画像データに含まれる高輝度データに対してはニー特性を有する補正を行うことを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 4,
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the correction unit performs correction having knee characteristics for high luminance data included in the image data of the recording preparation image when the luminance level is corrected.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出エリアを含む複数の焦点検出エリアの中から特定の焦点検出エリアを選択する選択手段をさらに備え、
前記露光制御手段は、前記選択手段により選択された前記特定の焦点検出エリアの近傍領域が前記第1露光量で露光されるように前記撮像素子の前記第1露光制御を行うとともに、
前記焦点検出手段は、前記特定の焦点検出エリアの画素データに基づいて、前記焦点調節状態を検出することを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 5,
A selection means for selecting a specific focus detection area from a plurality of focus detection areas including the focus detection area;
The exposure control unit performs the first exposure control of the imaging element so that a region near the specific focus detection area selected by the selection unit is exposed with the first exposure amount, and
The imaging apparatus, wherein the focus detection unit detects the focus adjustment state based on pixel data of the specific focus detection area.
請求項6に記載の撮像装置において、
前記選択手段により選択される前記特定の焦点検出エリアを、使用者が手動操作を介して指定するための指定手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 6,
An imaging apparatus, further comprising: a designation unit for a user to designate the specific focus detection area selected by the selection unit through a manual operation.
請求項6に記載の撮像装置において、
前記選択手段は、前記複数の焦点検出エリアにおける焦点検出結果に基づいて、前記特定の焦点検出エリアを選択することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 6,
The image pickup apparatus, wherein the selection unit selects the specific focus detection area based on a focus detection result in the plurality of focus detection areas.
請求項6に記載の撮像装置において、
前記記録準備用画像に含まれる特定の特徴を有した特定画像を検出する特定画像検出手段をさらに備え、
前記選択手段は、前記特定画像検出手段の検出した前記特定画像に基づいて、前記特定の焦点検出エリアを選択することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 6,
A specific image detecting means for detecting a specific image having a specific characteristic included in the recording preparation image;
The imaging device according to claim 1, wherein the selection unit selects the specific focus detection area based on the specific image detected by the specific image detection unit.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は電荷蓄積型光電変換素子を有し、前記露光制御手段は前記電荷蓄積型光電変換素子の電荷蓄積時間を制御することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 9,
Each of the plurality of pixels includes a charge storage photoelectric conversion element, and the exposure control unit controls a charge storage time of the charge storage photoelectric conversion element.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記第1露光量が、前記表示手段による前記記録準備用画像の表示に適用される第2露光量より大きい場合は、前記露光制御手段が前記第1露光量とは異なる露光量で前記撮像素子の露光制御を行うように、前記第1露光制御を変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 10,
When the first exposure amount is larger than a second exposure amount applied to display the recording preparation image by the display unit, the exposure control unit uses an exposure amount different from the first exposure amount to capture the image sensor. An imaging apparatus, further comprising a changing unit that changes the first exposure control so as to perform the exposure control.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出手段により検出された前記焦点調節状態に応じて、前記光学像に対して前記撮影光学系が合焦状態となるように前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、
撮影指示に応じて前記撮像素子の出力を記録媒体に記録する記録手段とをさらに備え、
前記露光制御手段は、前記焦点調節手段による前記焦点調節が完了した後、第3露光量で前記撮像素子の第2露光制御を行い、
前記記録手段は前記第3露光量で露光された前記撮像素子の出力を記録することを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 11,
Focus adjusting means for performing focus adjustment of the photographing optical system so that the photographing optical system is in focus with respect to the optical image in accordance with the focus adjusting state detected by the focus detecting means;
Recording means for recording the output of the image sensor on a recording medium in response to a photographing instruction;
The exposure control means performs second exposure control of the image sensor with a third exposure amount after the focus adjustment by the focus adjustment means is completed,
The image pickup apparatus, wherein the recording unit records an output of the image pickup element exposed with the third exposure amount.
請求項1〜12のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記複数の画素は複数の撮像画素と複数の瞳分割型の焦点検出画素とを含み、
前記複数の撮像画素の各々は、前記撮影光学系の射出瞳を通過する撮影光束を受光して撮像信号を出力し、前記複数の瞳分割型の焦点検出画素の各々は、前記射出瞳を通過する一対の焦点検出光束のうちの少なくとも一方を受光して焦点検出信号を出力することを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 12,
The plurality of pixels include a plurality of imaging pixels and a plurality of pupil division type focus detection pixels,
Each of the plurality of imaging pixels receives an imaging light beam passing through an exit pupil of the imaging optical system and outputs an imaging signal, and each of the plurality of pupil-divided focus detection pixels passes through the exit pupil. An image pickup apparatus that receives at least one of a pair of focus detection light beams and outputs a focus detection signal.
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