JP2013011783A - Focus detection device and imaging apparatus - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focus detection device which can detect a focus state of an optical system satisfactorily.SOLUTION: A focus detection device comprises: an imaging part 22 comprising an imaging pixel to output a picture signal corresponding to an image by an optical system and a pair of focus detection pixel lines to receive a pair of luminous flux; a phase difference detection part 21 to calculate a correlative amount between a first data row and a second data row output by the pair of focus detection pixel lines while making the first data row and the second data row relatively shift one-dimensionally and to detect the focus state of the optical system by detecting a shift amount that a local extremum of the correlative amount is obtained; a diaphragm 34 to confine incident luminous flux to the imaging part; and a control part 21 to determine a shift computing range in which the first data row and the second data row are relatively shifted as a first shift computing range in detecting a shift amount that the local extremum of the correlative amount is obtained based on an aperture value of the diaphragm, and to make the phase difference detection part perform the operation of the correlative amount in the first shift computing range.

Description

本発明は、焦点検出装置および撮像装置に関する。   The present invention relates to a focus detection apparatus and an imaging apparatus.
従来より、撮像素子に一対の焦点検出用画素列を備え、一対の焦点検出用画素列から出力される第1データ列と第2データ列とを相対的にシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との間の相関量を演算し、相関量の極値が得られるシフト量に基づいて、デフォーカス量を算出する焦点検出装置が知られている(たとえば、特許文献1)。   Conventionally, the imaging device includes a pair of focus detection pixel rows, and the first data row and the second data row output from the pair of focus detection pixel rows are relatively shifted. A focus detection device is known that calculates a defocus amount based on a shift amount by which a correlation amount with a second data string is calculated and an extreme value of the correlation amount is obtained (for example, Patent Document 1).
特開2011−90143号公報JP 2011-90143 A
しかしながら、従来技術では、撮像素子に焦点検出用画素を備える構成のため、焦点検出画素の測距瞳が射出瞳よりも大きくなる場合があり、デフォーカス量が同じ場合でも、絞り値に応じて、一対の焦点検出用画素列から出力される第1データ列と第2データ列とのずれ量が大きく異なってしまう場合があった。そのため、絞り値によっては、第1データ列と第2データ列とのずれ量に対して、第1データ列と第2データ列とをシフトさせるシフト範囲が小さくなりすぎてしまい、デフォーカス量を算出できない場合や、反対に、第1データ列と第2データ列とのずれ量に対して、シフト範囲が大きくなりすぎてしまい、デフォーカス量を算出するために要する時間が長くなってしまう場合があった。   However, in the related art, since the imaging element includes a focus detection pixel, the distance detection pupil of the focus detection pixel may be larger than the exit pupil, and even when the defocus amount is the same, depending on the aperture value In some cases, the amount of shift between the first data row and the second data row output from the pair of focus detection pixel rows is greatly different. Therefore, depending on the aperture value, the shift range for shifting the first data string and the second data string becomes too small with respect to the shift amount between the first data string and the second data string, and the defocus amount is reduced. When it is impossible to calculate, or conversely, the shift range becomes too large with respect to the shift amount between the first data string and the second data string, and the time required to calculate the defocus amount becomes long. was there.
本発明が解決しようとする課題は、光学系の焦点状態を良好に検出することが可能な焦点検出装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a focus detection device that can detect the focus state of an optical system satisfactorily.
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。   The present invention solves the above problems by the following means. In the following description, reference numerals corresponding to the drawings showing the embodiment of the present invention are given and described. However, the reference numerals are only for facilitating the understanding of the invention and are not intended to limit the invention. .
[1]本発明に係る焦点検出装置は、光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像用画素(221)と、瞳分割された一対の光束を受光する一対の焦点検出用画素列(22a,22b,22c)とを有する撮像部(22)と、前記一対の焦点検出用画素列からそれぞれ出力された第1データ列および第2データ列を、一次元状に相対的にシフトさせながら、前記第1データ列と前記第2データ列との間の相関量を演算し、該相関量の極値が得られるシフト量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部(21)と、前記光学系を通過し、前記撮像部に入射する光束を制限する絞り(34)と、前記絞りによる絞り値に基づいて、前記相関量の極値が得られるシフト量を検出する際における、前記第1データ列および前記第2データ列を相対的にシフトさせるシフト演算範囲を、第1シフト演算範囲として決定し、該第1シフト演算範囲において、前記位相差検出部に前記相関量の演算を行わせる制御部(21)と、を備えることを特徴とする。   [1] A focus detection apparatus according to the present invention captures an image by an optical system and outputs an image signal corresponding to the captured image (221), and a pair that receives a pair of pupil-divided light beams. An imaging unit (22) having a plurality of focus detection pixel rows (22a, 22b, 22c), and a first data row and a second data row respectively output from the pair of focus detection pixel rows are arranged in a one-dimensional manner. And calculating a correlation amount between the first data string and the second data string, and detecting a shift amount at which an extreme value of the correlation amount is obtained. Based on the phase difference detection unit (21) for detecting the focus state, the diaphragm (34) for limiting the light beam that passes through the optical system and is incident on the imaging unit, and the aperture value by the diaphragm, the correlation amount When detecting the shift amount that can obtain the extreme value, A shift calculation range for relatively shifting the first data string and the second data string is determined as a first shift calculation range, and the phase difference detection unit calculates the correlation amount in the first shift calculation range. And a control unit (21) for performing the above.
[2]上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部(21)は、前記絞り(34)による絞り値が大きいほど、前記第1シフト演算範囲を小さい範囲にするように構成することができる。   [2] In the invention related to the focus detection apparatus, the control unit (21) can be configured to make the first shift calculation range smaller as the aperture value by the aperture (34) is larger. .
[3]上記焦点検出装置に係る発明において、前記撮像用画素(221)により出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部(21)をさらに備えるように構成することができる。   [3] In the invention related to the focus detection device, an evaluation value related to the contrast of the image by the optical system is calculated based on the image signal output from the imaging pixel (221), thereby A contrast detection unit (21) for detecting the focus state can be further provided.
[4]上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部(21)は、前記相関量の極値が得られるシフト量が検出されており、かつ、前記相関量の演算結果の信頼度が所定値以上である場合に、検出された前記相関量の極値が得られるシフト量に基づいて、前記第1シフト演算範囲よりも狭い第2シフト演算範囲を決定し、該第2シフト演算範囲において、前記位相差検出部(21)に前記相関量の演算を行わせるように構成することができる。   [4] In the invention related to the focus detection apparatus, the control unit (21) detects a shift amount that can obtain the extreme value of the correlation amount, and the reliability of the calculation result of the correlation amount is predetermined. A second shift calculation range that is narrower than the first shift calculation range is determined based on the shift amount from which the detected extreme value of the correlation amount is obtained, and the second shift calculation range The phase difference detector (21) can be configured to calculate the correlation amount.
[5]上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部(21)は、前記相関量の極値が得られるシフト量に基づいて、焦点調節レンズ(32)の合焦位置への駆動が行われている場合に、前記相関量の極値が得られるシフト量が検出されており、かつ、前記相関量の演算結果の信頼度が所定値以上であるかを判断し、該判断結果に基づいて、前記第2シフト演算範囲において、前記位相差検出部(21)に前記相関量の演算を行わせるか否かを決定するように構成することができる。   [5] In the invention related to the focus detection device, the control unit (21) drives the focus adjustment lens (32) to the in-focus position based on the shift amount that can obtain the extreme value of the correlation amount. And determining whether or not the shift amount for obtaining the extreme value of the correlation amount is detected and the reliability of the calculation result of the correlation amount is equal to or greater than a predetermined value, and based on the determination result In the second shift calculation range, it can be configured to determine whether or not to cause the phase difference detection unit (21) to calculate the correlation amount.
[6]本発明に係る撮像装置は、上記焦点検出装置を備えることを特徴とする。   [6] An imaging apparatus according to the present invention includes the focus detection apparatus.
本発明によれば、光学系の焦点状態を良好に検出することができる。   According to the present invention, the focus state of the optical system can be detected satisfactorily.
図1は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a camera according to the present embodiment. 図2は、図1に示す撮像素子の撮像面における焦点検出位置を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a focus detection position on the imaging surface of the imaging device shown in FIG. 図3は、図2のIII部を拡大して焦点検出画素222a,222bの配列を模式的に示す正面図である。FIG. 3 is a front view schematically showing the arrangement of the focus detection pixels 222a and 222b by enlarging the III part of FIG. 図4は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図である。FIG. 4 is an enlarged front view showing one of the imaging pixels 221. 図5(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図5(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図である。FIG. 5A is an enlarged front view showing one of the focus detection pixels 222a, and FIG. 5B is an enlarged front view showing one of the focus detection pixels 222b. 図6は、撮像画素221の一つを拡大して示す断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing one of the imaging pixels 221. 図7(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す断面図、図7(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す断面図である。FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view showing one of the focus detection pixels 222a, and FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view showing one of the focus detection pixels 222b. 図8は、図3のVIII-VIII線に沿う断面図である。8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 図9は、本実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the camera according to the present embodiment. 図10(A)は、絞り値がF2.8である場合の射出瞳と焦点検出画素の測距瞳との関係の一例を示す図であり、図10(B)は、絞り値がF2.8である場合の第1データ列および第2データ列の信号強度の一例を示すグラフである。FIG. 10A is a diagram showing an example of the relationship between the exit pupil and the distance measurement pupil of the focus detection pixel when the aperture value is F2.8, and FIG. 8 is a graph showing an example of signal strengths of a first data string and a second data string when the number is 8. FIG. 図11(A)は、絞り値がF5.6である場合の射出瞳と焦点検出画素の測距瞳との関係の一例を示す図であり、図11(B)は、絞り値がF5.6である場合の第1データ列および第2データ列の信号強度の一例を示すグラフである。FIG. 11A is a diagram showing an example of the relationship between the exit pupil and the distance measurement pupil of the focus detection pixel when the aperture value is F5.6, and FIG. 6 is a graph showing an example of signal intensities of a first data string and a second data string in the case of 6. FIG.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ1を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ1(以下、単にカメラ1という。)は、カメラ本体2とレンズ鏡筒3から構成され、これらカメラ本体2とレンズ鏡筒3はマウント部4により着脱可能に結合されている。   FIG. 1 is a main part configuration diagram showing a digital camera 1 according to an embodiment of the present invention. A digital camera 1 according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as a camera 1) includes a camera body 2 and a lens barrel 3, and the camera body 2 and the lens barrel 3 are detachably coupled by a mount unit 4. Yes.
レンズ鏡筒3は、カメラ本体2に着脱可能な交換レンズである。図1に示すように、レンズ鏡筒3には、レンズ31,32,33、および絞り34を含む撮影光学系が内蔵されている。   The lens barrel 3 is an interchangeable lens that can be attached to and detached from the camera body 2. As shown in FIG. 1, the lens barrel 3 includes a photographic optical system including lenses 31, 32, 33 and a diaphragm 34.
レンズ32は、フォーカスレンズであり、光軸L1方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ32は、レンズ鏡筒3の光軸L1に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ35によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ36によってその位置が調節される。   The lens 32 is a focus lens, and can adjust the focal length of the photographing optical system by moving in the direction of the optical axis L1. The focus lens 32 is provided so as to be movable along the optical axis L1 of the lens barrel 3, and its position is adjusted by the focus lens drive motor 36 while its position is detected by the encoder 35.
このフォーカスレンズ32の光軸L1に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒3に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝(螺旋溝)を形成するとともに、フォーカスレンズ32を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ36によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32が光軸L1に沿って直進移動することになる。   The specific configuration of the moving mechanism along the optical axis L1 of the focus lens 32 is not particularly limited. For example, a rotating cylinder is rotatably inserted into a fixed cylinder fixed to the lens barrel 3, a helicoid groove (spiral groove) is formed on the inner peripheral surface of the rotating cylinder, and the focus lens 32 is fixed. The end of the lens frame is fitted into the helicoid groove. Then, by rotating the rotating cylinder by the focus lens drive motor 36, the focus lens 32 fixed to the lens frame moves straight along the optical axis L1.
上述したようにレンズ鏡筒3に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32は光軸L1方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ36がレンズ鏡筒3に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ36と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ36の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32が光軸L1の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ36の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ32は光軸L1の逆方向へ直進移動することになる。   As described above, the focus lens 32 fixed to the lens frame by rotating the rotary cylinder with respect to the lens barrel 3 moves straight in the direction of the optical axis L1, but the focus lens drive motor 36 as the drive source is the lens. The lens barrel 3 is provided. The focus lens drive motor 36 and the rotary cylinder are connected by a transmission composed of a plurality of gears, for example, and when the drive shaft of the focus lens drive motor 36 is driven to rotate in any one direction, it is transmitted to the rotary cylinder at a predetermined gear ratio. Then, when the rotating cylinder rotates in any one direction, the focus lens 32 fixed to the lens frame moves linearly in any direction of the optical axis L1. When the drive shaft of the focus lens drive motor 36 is rotated in the reverse direction, the plurality of gears constituting the transmission also rotate in the reverse direction, and the focus lens 32 moves straight in the reverse direction of the optical axis L1. .
フォーカスレンズ32の位置はエンコーダ35によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ32の光軸L1方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒3に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。   The position of the focus lens 32 is detected by the encoder 35. As described above, the position of the focus lens 32 in the optical axis L1 direction correlates with the rotation angle of the rotating cylinder, and can be obtained by detecting the relative rotation angle of the rotating cylinder with respect to the lens barrel 3, for example.
本実施形態のエンコーダ35としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量(回転方向でも光軸方向の何れでもよい)に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。   As the encoder 35 of this embodiment, an encoder that detects the rotation of a rotating disk coupled to the rotational drive of the rotating cylinder with an optical sensor such as a photo interrupter and outputs a pulse signal corresponding to the number of rotations, or a fixed cylinder And the contact point of the brush on the surface of the flexible printed wiring board provided on either one of the rotating cylinders, and the brush contact provided on the other, the amount of movement of the rotating cylinder (in either the rotational direction or the optical axis direction) A device that detects a change in the contact position according to the detection circuit using a detection circuit can be used.
フォーカスレンズ32は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部(至近端ともいう)から被写体側の端部(無限端ともいう)までの間を光軸L1方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ35で検出されたフォーカスレンズ32の現在位置情報は、レンズ制御部37を介して後述するカメラ制御部21へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ36は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ32の駆動位置が、カメラ制御部21からレンズ制御部37を介して送出されることにより駆動する。   The focus lens 32 can move in the direction of the optical axis L1 from the end on the camera body side (also referred to as the closest end) to the end on the subject side (also referred to as the infinite end) by the rotation of the rotating cylinder described above. it can. Incidentally, the current position information of the focus lens 32 detected by the encoder 35 is sent to the camera control unit 21 to be described later via the lens control unit 37, and the focus lens drive motor 36 calculates the focus calculated based on this information. The driving position of the lens 32 is driven by being sent from the camera control unit 21 via the lens control unit 37.
絞り34は、上記撮影光学系を通過して撮像素子22に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸L1を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り34による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された開口径が、カメラ制御部21からレンズ制御部37を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体2に設けられた操作部28によるマニュアル操作により、設定された絞り値に応じた開口径がカメラ制御部21からレンズ制御部37に入力される。絞り34の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部37で現在の開口径が認識される。   The diaphragm 34 is configured such that the aperture diameter around the optical axis L1 can be adjusted in order to limit the amount of light flux that passes through the photographing optical system and reaches the image sensor 22 and to adjust the blur amount. Adjustment of the aperture diameter by the diaphragm 34 is performed, for example, by sending the aperture diameter calculated in the automatic exposure mode from the camera control unit 21 via the lens control unit 37. Further, the aperture diameter corresponding to the set aperture value is input from the camera control unit 21 to the lens control unit 37 by a manual operation by the operation unit 28 provided in the camera body 2. The aperture diameter of the aperture 34 is detected by an aperture sensor (not shown), and the lens controller 37 recognizes the current aperture diameter.
一方、カメラ本体2には、上記撮影光学系からの光束L1を受光する撮像素子22が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター23が設けられている。撮像素子22はCCDやCMOSなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部21に送出する。カメラ制御部21に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路25に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ(EVF)26に表示されるとともに、操作部28に備えられたレリーズボタン(不図示)が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるメモリ24に記録される。メモリ24は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。なお、撮像素子22の撮像面の前方には、赤外光をカットするための赤外線カットフィルタ、および画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタが配置されている。撮像素子22の構造の詳細は後述する。   On the other hand, the camera body 2 is provided with an imaging element 22 that receives the light beam L1 from the photographing optical system on a planned focal plane of the photographing optical system, and a shutter 23 is provided on the front surface thereof. The image sensor 22 is composed of a device such as a CCD or CMOS, converts the received optical signal into an electrical signal, and sends it to the camera control unit 21. The captured image information sent to the camera control unit 21 is sequentially sent to the liquid crystal drive circuit 25 and displayed on the electronic viewfinder (EVF) 26 of the observation optical system, and a release button ( When (not shown) is fully pressed, the photographed image information is recorded in the memory 24 that is a recording medium. As the memory 24, any of a removable card type memory and a built-in type memory can be used. An infrared cut filter for cutting infrared light and an optical low-pass filter for preventing image aliasing noise are disposed in front of the imaging surface of the image sensor 22. Details of the structure of the image sensor 22 will be described later.
カメラ本体2には、撮像素子22で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ(EVF)26と、これを駆動する液晶駆動回路25と、接眼レンズ27とを備えている。液晶駆動回路25は、撮像素子22で撮像され、カメラ制御部21へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ26を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ27を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸L2による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体2の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。   The camera body 2 is provided with an observation optical system for observing an image picked up by the image pickup device 22. The observation optical system of the present embodiment includes an electronic viewfinder (EVF) 26 composed of a liquid crystal display element, a liquid crystal driving circuit 25 that drives the electronic viewfinder (EVF) 26, and an eyepiece lens 27. The liquid crystal drive circuit 25 reads the captured image information captured by the image sensor 22 and sent to the camera control unit 21, and drives the electronic viewfinder 26 based on the read image information. Thereby, the user can observe the current captured image through the eyepiece lens 27. Note that, instead of or in addition to the observation optical system using the optical axis L2, a liquid crystal display may be provided on the back surface of the camera body 2, and a photographed image may be displayed on the liquid crystal display.
カメラ本体2にはカメラ制御部21が設けられている。カメラ制御部21は、マウント部4に設けられた電気信号接点部41によりレンズ制御部37と電気的に接続され、このレンズ制御部37からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部37へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部21は、上述したように撮像素子22から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ26の液晶駆動回路25やメモリ24に出力する。また、カメラ制御部21は、撮像素子22からの画像情報の補正やレンズ鏡筒3の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ1全体の制御を司る。   A camera control unit 21 is provided in the camera body 2. The camera control unit 21 is electrically connected to the lens control unit 37 through an electric signal contact unit 41 provided in the mount unit 4, receives lens information from the lens control unit 37, and defocuses to the lens control unit 37. Send information such as volume and aperture diameter. The camera control unit 21 reads out the pixel output from the image sensor 22 as described above, generates image information by performing predetermined information processing on the read out pixel output as necessary, and generates the generated image information. Is output to the liquid crystal driving circuit 25 and the memory 24 of the electronic viewfinder 26. The camera control unit 21 controls the entire camera 1 such as correction of image information from the image sensor 22 and detection of a focus adjustment state and an aperture adjustment state of the lens barrel 3.
また、カメラ制御部21は、上記に加えて、撮像素子22から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。   In addition to the above, the camera control unit 21 detects the focus state of the photographic optical system by the phase detection method and the focus state of the photographic optical system by the contrast detection method based on the pixel data read from the image sensor 22. I do. A specific focus state detection method will be described later.
操作部28は、シャッターレリーズボタンやユーザがカメラ1の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード/マニュアルフォーカスモードの切換や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード/コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。ここで、ワンショットモードとは、一度調節したフォーカスレンズ32の位置を固定し、そのフォーカスレンズ位置で撮影するモードであるのに対し、コンティニュアスモードとは、フォーカスレンズ32の位置を固定することなく被写体に応じてフォーカスレンズ位置を調節するモードである。この操作部28により設定された各種モードはカメラ制御部21へ送出され、当該カメラ制御部21によりカメラ1全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでONとなる第1スイッチSW1と、ボタンの全押しでONとなる第2スイッチSW2とを含む。   The operation unit 28 is a shutter release button or an input switch for the user to set various operation modes of the camera 1. Switching between the autofocus mode / manual focus mode and the one-shot mode / continuous mode is also possible in the autofocus mode. The as mode can be switched. Here, the one-shot mode is a mode in which the position of the focus lens 32 once adjusted is fixed and photographing is performed at the focus lens position, whereas the continuous mode is a mode in which the position of the focus lens 32 is fixed. In this mode, the focus lens position is adjusted according to the subject. Various modes set by the operation unit 28 are sent to the camera control unit 21, and the operation of the entire camera 1 is controlled by the camera control unit 21. The shutter release button includes a first switch SW1 that is turned on when the button is half-pressed and a second switch SW2 that is turned on when the button is fully pressed.
次に、本実施形態に係る撮像素子22について説明する。   Next, the image sensor 22 according to the present embodiment will be described.
図2は、撮像素子22の撮像面を示す正面図、図3は、図2のIII部を拡大して焦点検出画素222a,222bの配列を模式的に示す正面図である。   FIG. 2 is a front view showing the imaging surface of the image sensor 22, and FIG. 3 is a front view schematically showing the arrangement of the focus detection pixels 222a and 222b by enlarging the III part of FIG.
本実施形態の撮像素子22は、図3に示すように、複数の撮像画素221が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Gと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Rと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Bがいわゆるベイヤー配列(Bayer Arrangement)されたものである。すなわち、隣接する4つの画素群223(稠密正方格子配列)において一方の対角線上に2つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が1つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群223を単位として、当該画素群223を撮像素子22の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子22が構成されている。   As shown in FIG. 3, the imaging element 22 of the present embodiment includes a green pixel G having a color filter in which a plurality of imaging pixels 221 are two-dimensionally arranged on the plane of the imaging surface and transmit a green wavelength region. A red pixel R having a color filter that transmits a red wavelength region and a blue pixel B having a color filter that transmits a blue wavelength region are arranged in a so-called Bayer Arrangement. That is, in four adjacent pixel groups 223 (dense square lattice arrangement), two green pixels are arranged on one diagonal line, and one red pixel and one blue pixel are arranged on the other diagonal line. The image sensor 22 is configured by repeatedly arranging the pixel group 223 on the imaging surface of the image sensor 22 in a two-dimensional manner with the Bayer array pixel group 223 as a unit.
なお、単位画素群223の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列を採用することもできる。   The unit pixel group 223 may be arranged in a dense hexagonal lattice arrangement other than the dense square lattice shown in the figure. Further, the configuration and arrangement of the color filters are not limited to this, and an arrangement of complementary color filters (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) can also be adopted.
図4は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図、図6は断面図である。一つの撮像画素221は、マイクロレンズ2211と、光電変換部2212と、図示しないカラーフィルタから構成され、図6の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2212が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2211が形成されている。光電変換部2212は、マイクロレンズ2211により撮影光学系の射出瞳(たとえばF1.0)を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。   FIG. 4 is an enlarged front view showing one of the imaging pixels 221, and FIG. 6 is a cross-sectional view. One imaging pixel 221 includes a micro lens 2211, a photoelectric conversion unit 2212, and a color filter (not shown), and a photoelectric conversion unit is formed on the surface of the semiconductor circuit substrate 2213 of the image sensor 22 as shown in the cross-sectional view of FIG. 2212 is built in and a microlens 2211 is formed on the surface. The photoelectric conversion unit 2212 is configured to receive an imaging light beam that passes through an exit pupil (for example, F1.0) of the photographing optical system by the micro lens 2211, and receives the imaging light beam.
また、撮像素子22の撮像面の中心、ならびに中心から左右対称位置の3箇所には、上述した撮像画素221に代えて焦点検出画素222a,222bが配列された焦点検出画素列22a,22b,22cが設けられている。そして、図3に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素222aおよび222bが、互いに隣接して交互に、横一列(22a,22c,22c)に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素222aおよび222bは、ベイヤー配列された撮像画素221の緑画素Gと青画素Bとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。   In addition, focus detection pixel rows 22a, 22b, and 22c in which focus detection pixels 222a and 222b are arranged in place of the above-described imaging pixels 221 at the center of the image pickup surface of the image pickup element 22 and three positions that are symmetrical from the center. Is provided. As shown in FIG. 3, one focus detection pixel column includes a plurality of focus detection pixels 222 a and 222 b that are alternately arranged adjacent to each other in a horizontal row (22 a, 22 c, 22 c). Yes. In the present embodiment, the focus detection pixels 222a and 222b are densely arranged without providing a gap at the position of the green pixel G and the blue pixel B of the image pickup pixel 221 arranged in the Bayer array.
なお、図2に示す焦点検出画素列22a〜22cの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所にすることもでき、また、四箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列22a〜22cの中から、撮影者が操作部28を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出位置として選択することもできる。   Note that the positions of the focus detection pixel rows 22a to 22c shown in FIG. 2 are not limited to the illustrated positions, and may be any one or two, or may be arranged at four or more positions. it can. In actual focus detection, the photographer manually operates the operation unit 28 from among a plurality of focus detection pixel rows 22a to 22c, and selects a desired focus detection pixel row as a focus detection position. You can also.
図5(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図7(A)は、焦点検出画素222aの断面図である。また、図5(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図、図7(B)は、焦点検出画素222bの断面図である。焦点検出画素222aは、図5(A)に示すように、マイクロレンズ2221aと、半円形状の光電変換部2222aとから構成され、図7(A)の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2222aが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2221aが形成されている。また、焦点検出画素222bは、図5(B)に示すように、マイクロレンズ2221bと、光電変換部2222bとから構成され、図7(B)の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2222bが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2221bが形成されている。そして、これら焦点検出画素222aおよび222bは、図3に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図2に示す焦点検出画素列22a〜22cを構成する。   FIG. 5A is an enlarged front view showing one of the focus detection pixels 222a, and FIG. 7A is a cross-sectional view of the focus detection pixel 222a. FIG. 5B is an enlarged front view showing one of the focus detection pixels 222b, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the focus detection pixel 222b. As shown in FIG. 5A, the focus detection pixel 222a includes a micro lens 2221a and a semicircular photoelectric conversion unit 2222a. As shown in the cross-sectional view of FIG. A photoelectric conversion portion 2222a is formed on the surface of the semiconductor circuit substrate 2213, and a micro lens 2221a is formed on the surface. The focus detection pixel 222b includes a micro lens 2221b and a photoelectric conversion unit 2222b as shown in FIG. 5B, and a semiconductor of the image sensor 22 as shown in a cross-sectional view of FIG. 7B. A photoelectric conversion unit 2222b is formed on the surface of the circuit board 2213, and a microlens 2221b is formed on the surface. Then, as shown in FIG. 3, these focus detection pixels 222a and 222b are alternately arranged adjacent to each other in a horizontal row, thereby forming focus detection pixel rows 22a to 22c shown in FIG.
なお、焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bは、マイクロレンズ2221a,2221bにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域(たとえばF2.8)を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素222a,222bにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素221と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。   The photoelectric conversion units 2222a and 2222b of the focus detection pixels 222a and 222b have such a shape that the microlenses 2221a and 2221b receive a light beam that passes through a predetermined region (eg, F2.8) of the exit pupil of the photographing optical system. Is done. Further, the focus detection pixels 222a and 222b are not provided with color filters, and their spectral characteristics are the total of the spectral characteristics of a photodiode that performs photoelectric conversion and the spectral characteristics of an infrared cut filter (not shown). ing. However, it may be configured to include one of the same color filters as the imaging pixel 221, for example, a green filter.
また、図5(A)、図5(B)に示す焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bは半円形状としたが、光電変換部2222a,2222bの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。   In addition, although the photoelectric conversion units 2222a and 2222b of the focus detection pixels 222a and 222b illustrated in FIGS. 5A and 5B have a semicircular shape, the shapes of the photoelectric conversion units 2222a and 2222b are not limited thereto. Other shapes such as an elliptical shape, a rectangular shape, and a polygonal shape can also be used.
ここで、上述した焦点検出画素222a,222bの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。   Here, a so-called phase difference detection method for detecting the focus state of the photographing optical system based on the pixel outputs of the focus detection pixels 222a and 222b described above will be described.
図8は、図3のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸L1近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2が、射出瞳34の測距瞳341,342から照射される光束AB1−1,AB2−1,AB1−2,AB2−2をそれぞれ受光していることを示している。なお、図8においては、複数の焦点検出画素222a,222bのうち、撮影光軸L1近傍に位置するもののみを例示して示したが、図8に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳341,342から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 3. The focus detection pixels 222 a-1, 222 b-1, 222 a-2, and 222 b-2 that are arranged in the vicinity of the photographing optical axis L 1 and adjacent to each other are It shows that light beams AB1-1, AB2-1, AB1-2, and AB2-2 irradiated from the distance measuring pupils 341 and 342 of the exit pupil 34 are received, respectively. 8 illustrates only the focus detection pixels 222a and 222b that are located in the vicinity of the photographing optical axis L1, but other focus detection pixels other than the focus detection pixels illustrated in FIG. 8 are illustrated. In the same manner, the light beams emitted from the pair of distance measuring pupils 341 and 342 are respectively received.
ここで、射出瞳34とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素222a,222bのマイクロレンズ2221a,2221bの前方の距離Dの位置に設定された像である。距離Dは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Dを測距瞳距離と称する。また、測距瞳341,342とは、焦点検出画素222a,222bのマイクロレンズ2221a,2221bにより、それぞれ投影された光電変換部2222a,2222bの像をいう。   Here, the exit pupil 34 is an image set at a distance D in front of the microlenses 2221a and 2221b of the focus detection pixels 222a and 222b arranged on the planned focal plane of the photographing optical system. The distance D is a value uniquely determined according to the curvature and refractive index of the microlens, the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit, and the distance D is referred to as a distance measurement pupil distance. The distance measurement pupils 341 and 342 are images of the photoelectric conversion units 2222a and 2222b respectively projected by the micro lenses 2221a and 2221b of the focus detection pixels 222a and 222b.
なお、図8において焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2の配列方向は一対の測距瞳341,342の並び方向と一致している。   In FIG. 8, the arrangement direction of the focus detection pixels 222a-1, 222b-1, 222a-2, 222b-2 coincides with the arrangement direction of the pair of distance measuring pupils 341, 342.
また、図8に示すように、焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2のマイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2の背後に配置された各光電変換部2222a−1,2222b−1,2222a−2,2222b−2の形状が、各マイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2から測距距離Dだけ離れた射出瞳34上に投影され、その投影形状は測距瞳341,342を形成する。   As shown in FIG. 8, the microlenses 2221a-1, 2221b-1, 2221a-2, and 2221b-2 of the focus detection pixels 222a-1, 222b-1, 222a-2, and 222b-2 are photographic optical systems. Near the planned focal plane. The shapes of the photoelectric conversion units 2222a-1, 2222b-1, 2222a-2, 2222b-2 arranged behind the micro lenses 2221a-1, 2221b-1, 2221a-2, 2221b-2 are the same as the micro lenses 2221a-1, 2221b-1, 2221a-2, 2221b-2. Projected onto the exit pupil 34 separated from the lenses 2221a-1, 2221b-1, 2221a-2, 2221b-2 by the distance measurement distance D, and the projection shape forms the distance measurement pupils 341, 342.
すなわち、測距距離Dにある射出瞳34上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳341,342)が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。   In other words, on the exit pupil 34 at the distance measurement distance D, the microlens and the photoelectric conversion unit in each focus detection pixel so that the projection shapes (the distance measurement pupils 341 and 342) of the photoelectric conversion unit of each focus detection pixel match. Is determined, and the projection direction of the photoelectric conversion unit in each focus detection pixel is thereby determined.
図8に示すように、焦点検出画素222a−1の光電変換部2222a−1は、測距瞳341を通過し、マイクロレンズ2221a−1に向う光束AB1−1によりマイクロレンズ2221a−1上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素222a−2の光電変換部2222a−2は測距瞳341を通過し、マイクロレンズ2221a−2に向う光束AB1−2によりマイクロレンズ2221a−2上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   As shown in FIG. 8, the photoelectric conversion unit 2222a-1 of the focus detection pixel 222a-1 is formed on the microlens 2221a-1 by the light beam AB1-1 that passes through the distance measuring pupil 341 and goes to the microlens 2221a-1. A signal corresponding to the intensity of the image to be output is output. Similarly, the photoelectric conversion unit 2222a-2 of the focus detection pixel 222a-2 passes through the distance measuring pupil 341, and the intensity of the image formed on the microlens 2221a-2 by the light beam AB1-2 toward the microlens 2221a-2. The signal corresponding to is output.
また、焦点検出画素222b−1の光電変換部2222b−1は測距瞳342を通過し、マイクロレンズ2221b−1に向う光束AB2−1によりマイクロレンズ2221b−1上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素222b−2の光電変換部2222b−2は測距瞳342を通過し、マイクロレンズ2221b−2に向う光束AB2−2によりマイクロレンズ2221b−2上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   Further, the photoelectric conversion unit 2222b-1 of the focus detection pixel 222b-1 passes through the distance measuring pupil 342, and the intensity of the image formed on the microlens 2221b-1 by the light beam AB2-1 directed to the microlens 2221b-1. Output the corresponding signal. Similarly, the photoelectric conversion unit 2222b-2 of the focus detection pixel 222b-2 passes through the distance measuring pupil 342, and the intensity of the image formed on the microlens 2221b-2 by the light beam AB2-2 toward the microlens 2221b-2. The signal corresponding to is output.
そして、上述した2種類の焦点検出画素222a,222bを、図3に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bの出力を、測距瞳341と測距瞳342とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳341と測距瞳342とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータ(以下、第1データ列、第2データ列ともいう)が得られる。そして、第1データ列および第2データ列に対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ずれ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ずれ量を検出することができる。   Then, a plurality of the above-described two types of focus detection pixels 222a and 222b are arranged in a straight line as shown in FIG. 3, and the outputs of the photoelectric conversion units 2222a and 2222b of the focus detection pixels 222a and 222b are converted into the distance measurement pupil 341, respectively. Of the pair of images formed on the focus detection pixel row by the focus detection light fluxes that pass through each of the distance measurement pupil 341 and the distance measurement pupil 342. Data relating to the distribution (hereinafter also referred to as a first data string and a second data string) is obtained. Then, by applying an image shift detection calculation process such as a correlation calculation process or a phase difference detection process to the first data string and the second data string, an image shift amount by a so-called phase difference detection method can be detected.
そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面(予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における焦点面をいう。)の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。なお、位相差検出方式による像ずれ量の検出、およびデフォーカス量の算出方法の詳細については後述する。   Then, a conversion calculation is performed on the obtained image shift amount according to the center-of-gravity interval of the pair of distance measuring pupils, thereby obtaining a current focal plane with respect to the planned focal plane (the focal point corresponding to the position of the microlens array on the planned focal plane). The deviation of the focal plane at the detection position, that is, the defocus amount can be obtained. The details of the detection method of the image shift amount by the phase difference detection method and the calculation method of the defocus amount will be described later.
なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部21により実行される。   The calculation of the image shift amount by the phase difference detection method and the calculation of the defocus amount based thereon are executed by the camera control unit 21.
また、カメラ制御部21は、撮像素子22の撮像画素221の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子22の撮像画素221からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる2つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算することでも求めることができる。   Further, the camera control unit 21 reads the output of the imaging pixel 221 of the imaging element 22 and calculates a focus evaluation value based on the read pixel output. This focus evaluation value can be obtained by, for example, extracting a high frequency component of an image output from the imaging pixel 221 of the imaging element 22 using a high frequency transmission filter and integrating the extracted high frequency component. It can also be obtained by extracting high-frequency components using two high-frequency transmission filters having different cutoff frequencies and integrating them.
そして、カメラ制御部21は、レンズ制御部37に制御信号を送出してフォーカスレンズ32を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ32の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ32を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、2回上昇した後、さらに、2回下降して推移した場合に、これら5つの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。なお、焦点評価値のピークを検出するために用いられる焦点評価値の数を、上述のように5つとすることが好適であるが、5つに限定するものではなく、3つ以上であればよい。たとえば、3つの焦点評価値を取得し、これら焦点評価値が、1回上昇した後、さらに、1回下降して推移した場合に、これら3つの焦点評価値を用いて、焦点評価値のピークを検出する構成としてもよい。   Then, the camera control unit 21 sends a control signal to the lens control unit 37 to drive the focus lens 32 at a predetermined sampling interval (distance) to obtain a focus evaluation value at each position, and the focus evaluation value is maximum. The focus detection by the contrast detection method is performed in which the position of the focus lens 32 is determined as the in-focus position. Note that this in-focus position is obtained when, for example, when the focus evaluation value is calculated while driving the focus lens 32, the focus evaluation value rises twice and then moves down twice. It can be obtained by performing calculations such as interpolation using five focus evaluation values. Note that the number of focus evaluation values used for detecting the peak of the focus evaluation value is preferably five as described above, but is not limited to five and may be three or more. Good. For example, when three focus evaluation values are acquired, and these focus evaluation values rise once and then move down once, using these three focus evaluation values, the focus evaluation value peaks. It is good also as a structure which detects.
次いで、本実施形態に係るカメラ1の動作例を説明する。図9は、本実施形態に係るカメラ1の動作例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、たとえば、撮影者により、操作部28に備えられたシャッターレリーズボタンが半押しされることで開始される。また、以下においては、ワンショットモード、すなわち、一度調節したフォーカスレンズ32の位置を固定し、そのフォーカスレンズ位置で撮影するモードが選択されている場面を例示して説明を行なう。   Next, an operation example of the camera 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an operation example of the camera 1 according to the present embodiment. The following operation is started, for example, when the photographer presses the shutter release button provided in the operation unit 28 halfway. In the following, a description will be given by taking as an example a case where the one-shot mode, that is, the mode in which the focus lens 32 that has been adjusted once is fixed and the mode for photographing at the focus lens position is selected.
まず、ステップS101では、カメラ制御部21により、絞り値の取得が行われ、続くステップS102では、カメラ制御部21により、ステップS101で取得された絞り値に基づいて、第1シフト演算範囲を決定するための処理が行われる。   First, in step S101, the aperture value is acquired by the camera control unit 21, and in the subsequent step S102, the first shift calculation range is determined based on the aperture value acquired in step S101 by the camera control unit 21. The process for doing is performed.
ここで、図10、図11を参照して、絞り値と、一対のデータ列のずれ量との関係について説明する。図10(A)は、絞り値がF2.8である場合の射出瞳34と焦点検出画素の測距瞳341,342との関係の一例を示す図であり、図11(A)は、絞り値がF5.6である場合の射出瞳34と焦点検出画素の測距瞳341,342との関係の一例を示す図である。なお、図10(A)および図11(A)はともに、デフォーカス量がたとえば同じく1mmである場面(フォーカスレンズ32のレンズ位置が合焦位置まで像面移動量でたとえば同じく1mmの距離にある場面)を例示している。   Here, with reference to FIG. 10 and FIG. 11, the relationship between the aperture value and the shift amount of the pair of data strings will be described. FIG. 10A is a diagram illustrating an example of the relationship between the exit pupil 34 and the distance measurement pupils 341 and 342 of the focus detection pixels when the aperture value is F2.8. FIG. It is a figure which shows an example of the relationship between the exit pupil 34 in case a value is F5.6, and the ranging pupils 341 and 342 of a focus detection pixel. 10A and 11A both show a scene in which the defocus amount is also 1 mm, for example (the lens position of the focus lens 32 is at a distance of, for example, 1 mm in terms of the image plane movement amount to the in-focus position). Example).
図11(A)に示す例と比べると、図10(A)に示す例では、絞り値がF2.8であり、射出瞳34が大きいため、測距瞳341,342の大部分が射出瞳34に含まれている。そのため、図10(A)に示す例では、射出瞳34に含まれる測距瞳341,342の受光領域も大きく、測距瞳341の受光領域の重心位置351(測距瞳341,342の受光領域の重心点の位置)と、測距瞳341の受光領域の重心位置352との間の重心間距離Lも長くなる。一方、図10(A)に示す例と比べると、図11(A)に示す例では、絞り値がF5.6であり、射出瞳34が小さいため、射出瞳34に含まれる測距瞳341,342の受光領域も小さい。そのため、図11(A)に示す例では、測距瞳341の受光領域の重心位置351と測距瞳342の受光領域の重心位置352との間の重心間距離Lも短くなる。 Compared to the example shown in FIG. 11A, in the example shown in FIG. 10A, the aperture value is F2.8 and the exit pupil 34 is large, so that most of the distance measurement pupils 341 and 342 are exit pupils. 34. Therefore, in the example shown in FIG. 10A, the light receiving areas of the distance measuring pupils 341 and 342 included in the exit pupil 34 are also large, and the barycentric position 351 of the light receiving area of the distance measuring pupil 341 (light reception of the distance measuring pupils 341 and 342). and position) of the center of gravity of the region, also increases the distance between the centers of gravity L 1 between the center-of-gravity position 352 of the light receiving area of the range-finding pupils 341. On the other hand, compared with the example shown in FIG. 10A, in the example shown in FIG. 11A, the aperture value is F5.6, and the exit pupil 34 is small. Therefore, the distance measuring pupil 341 included in the exit pupil 34 , 342 also has a small light receiving area. Therefore, in the example shown in FIG. 11 (A), also shortens the distance between the centers of gravity L 2 between the center-of-gravity position 352 of the light receiving area of the center-of-gravity position 351 with range-finding pupils 342 of the light-receiving region of the range-finding pupils 341.
また、図10(B)は、絞り値がF2.8である場合における、一対の焦点検出用画素列22a,22b,22cから出力された第1データ列および第2データ列の信号強度の一例を示すグラフであり、図11(B)は、絞り値がF5.6である場合における、一対の焦点検出用画素列22a,22b,22cから出力された第1データ列および第2データ列の信号強度の一例を示すグラフである。なお、図10(A)および図11(A)と同様に、図10(B)および図11(B)もともに、デフォーカス量がたとえば同じく1mmである場面を例示している。また、図10(B)および図11(B)において、横軸は、焦点検出用画素列22a,22b,22cの各画素の画素位置を示している。   FIG. 10B shows an example of signal intensities of the first data row and the second data row output from the pair of focus detection pixel rows 22a, 22b, and 22c when the aperture value is F2.8. 11B is a graph showing the first and second data strings output from the pair of focus detection pixel strings 22a, 22b, and 22c when the aperture value is F5.6. It is a graph which shows an example of signal strength. 10 (A) and 11 (A), both FIG. 10 (B) and FIG. 11 (B) exemplify a scene where the defocus amount is 1 mm, for example. 10B and 11B, the horizontal axis indicates the pixel position of each pixel in the focus detection pixel rows 22a, 22b, and 22c.
図10(B)に示すように、絞り値がF2.8の場合では、図11(B)に示す絞り値がF5.6である場合と比べて、測距瞳341,342の受光領域の重心位置351,352間の重心間距離Lが長いため、第1データ列と第2データ列との間のずれ量Wは大きくなる。一方、図11(B)に示すように、絞り値がF5.6である場合では、図10(B)に示す絞り値がF2.8である場合と比べて、測距瞳341,342の受光領域の重心位置351,352間の重心間距離Lが短いため、第1データ列と第2データ列との間のずれ量Wは小さくなる。このように、デフォーカス量が同じ場合でも、絞り値に応じて、第1データ列と第2データ列との間のずれ量が異なる場合がある。 As shown in FIG. 10B, in the case where the aperture value is F2.8, compared to the case where the aperture value shown in FIG. 11B is F5.6, the light-receiving areas of the distance measurement pupils 341 and 342 are reduced. since the distance between the centers of gravity L 1 between the gravity center position 351 and 352 is long, the deviation amount W 1 between the first and second data streams increases. On the other hand, as shown in FIG. 11B, in the case where the aperture value is F5.6, compared to the case where the aperture value shown in FIG. is short distance between the centroids L 2 between the center of gravity position 351 and 352 of the light receiving area, the deviation amount W 2 between the first and second data streams is reduced. As described above, even when the defocus amount is the same, the shift amount between the first data row and the second data row may differ depending on the aperture value.
本実施形態では、後述するように、所定のシフト範囲において、第1データ列と第2データ列とをシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との相関量を算出し、該相関量の極値が得られるシフト量を、第1データ列と第2データ列とのずれ量として検出する。そのため、上述したように、絞り値に応じて、第1データ列と第2データ列との間のずれ量が変わってしまうと、第1データ列と第2データ列とをシフトさせるシフト範囲が、第1データ列と第2データ列とのずれ量に対して、小さくなりすぎてしまい、デフォーカス量が算出できなくなってしまう場合や、また、シフト範囲が大きくなりすぎてしまい、デフォーカス量を算出する時間が長くなってしまう場合がある。   In the present embodiment, as described later, the correlation amount between the first data string and the second data string is calculated while shifting the first data string and the second data string within a predetermined shift range, and the correlation is calculated. The shift amount that provides the extreme value of the amount is detected as the shift amount between the first data string and the second data string. Therefore, as described above, if the shift amount between the first data string and the second data string changes according to the aperture value, a shift range for shifting the first data string and the second data string is set. When the amount of deviation between the first data row and the second data row becomes too small and the defocus amount cannot be calculated, or the shift range becomes too large, the defocus amount It may take a long time to calculate.
そこで、ステップS102では、第1データ列と第2データ列との間のずれ量を適切に検出することができるように、カメラ制御部21は、下記式(1)に示すように、第1データ列と第2データ列とをシフトさせるシフト範囲を、絞り値に基づいて、第1シフト演算範囲Snaとして決定する。
Sna=So×(k1/k2) ・・・(1)
なお、上記式(1)において、Soは、第1シフト演算範囲を決定するための基準となるシフト範囲であり、たとえば、絞り値がF5.6、デフォーカス量が1mmである場合に、第1データ列と第2データ列とを相対的にシフトさせることで、第1データ列と第2データ列との間の相関量の極値を得ることができるシフト範囲(絞り値がF5.6であり、フォーカスレンズ32のレンズ位置が合焦位置まで像面移動量で1mmの距離にある場合に、相関量の極値を得ることができるシフト範囲)とすることができる。また、Soは、上述した範囲に限定されず、たとえば、所定の絞り値において、デフォーカス量が5mmである場合に、第1データ列と第2データ列との相関量の極値を得ることができるシフト範囲とすることもできる。また、上記式(1)において、k1は、相関量の極値が得られるシフト量をデフォーカス量に変換するための変換係数(変換係数については後述する。)のうち、基準となるシフト範囲Soの絞り値に対応する変換係数であり、たとえば、基準となるシフト範囲Soが、絞り値がF2.8、デフォーカス量が1mmである場合に、相関量の極値を得ることができるシフト範囲として設定されている場合には、k1は、絞り値F2.8に対応する変換係数となる。さらに、上記式(1)において、k2は、相関量の極値が得られるシフト量をデフォーカス量に変換するための変換係数のうち、ステップS101で取得された絞り値に対応する変換係数である。
Therefore, in step S102, the camera control unit 21 performs the first operation as shown in the following equation (1) so that the amount of deviation between the first data sequence and the second data sequence can be detected appropriately. A shift range for shifting the data string and the second data string is determined as the first shift calculation range Sna based on the aperture value.
Sna = So × (k1 / k2) (1)
In the above equation (1), So is a shift range that is a reference for determining the first shift calculation range. For example, when the aperture value is F5.6 and the defocus amount is 1 mm, A shift range in which the extreme value of the correlation amount between the first data string and the second data string can be obtained by relatively shifting the one data string and the second data string (the aperture value is F5.6). The shift range in which the extreme value of the correlation amount can be obtained when the lens position of the focus lens 32 is at a distance of 1 mm in terms of image plane movement to the in-focus position. In addition, So is not limited to the above-described range. For example, when the defocus amount is 5 mm at a predetermined aperture value, the extreme value of the correlation amount between the first data string and the second data string is obtained. It is also possible to set a shift range in which In the above equation (1), k1 is a reference shift range among conversion coefficients (conversion coefficients will be described later) for converting a shift amount for obtaining an extreme value of the correlation amount into a defocus amount. A conversion coefficient corresponding to the aperture value of So, for example, a shift that can obtain an extreme value of the correlation amount when the standard shift range So is an aperture value of F2.8 and a defocus amount of 1 mm. When set as a range, k1 is a conversion coefficient corresponding to the aperture value F2.8. Further, in the above equation (1), k2 is a conversion coefficient corresponding to the aperture value acquired in step S101, among the conversion coefficients for converting the shift amount from which the extreme value of the correlation amount is obtained into the defocus amount. is there.
たとえば、基準となるシフト範囲Soが、絞り値がF5.6、デフォーカス量が1mmである場合に相関量の極値を得ることができるシフト範囲であり、ステップS101で取得された絞り値がF2.8である場合において、絞り値F5.6における変換係数k1が、たとえば絞り値F2.8における変換係数k2の2倍の値となる場合には、上記式(1)に基づいて、第1シフト演算範囲Snaを、絞り値F5.6におけるシフト範囲Soの2倍の大きさの範囲として決定することができる。なお、Sna,Soはともに整数であり、本実施系形態では第1シフト演算範囲Snaを求める際に、So×(k1/k2)の小数部分を丸め、Snaを整数として算出する。   For example, the reference shift range So is a shift range in which the extreme value of the correlation amount can be obtained when the aperture value is F5.6 and the defocus amount is 1 mm, and the aperture value acquired in step S101 is In the case of F2.8, when the conversion coefficient k1 at the aperture value F5.6 is, for example, twice the conversion coefficient k2 at the aperture value F2.8, based on the above equation (1), The 1-shift calculation range Sna can be determined as a range twice as large as the shift range So at the aperture value F5.6. Note that Sna and So are both integers. In this embodiment, when the first shift calculation range Sna is obtained, the decimal part of So × (k1 / k2) is rounded and Sna is calculated as an integer.
なお、第1シフト演算範囲を決定する方法は、上述した方法に特に限定されず、たとえば、絞り値に応じた変換係数と絞り値とはほぼ線形の関係を有するため、シフト量をデフォーカス量に変換するための変換係数に代えて、絞り値をそのまま用いて、第1シフト演算範囲を決定してもよい。具体的には、下記式(2)に基づいて、第1シフト演算範囲Snaを決定してもよい。
Sna=So×(f1/f2) ・・・(2)
なお、上記式(2)において、f1は、基準となるシフト範囲Soにおける絞り値であり、f2は、ステップS101で取得された絞り値である。
Note that the method for determining the first shift calculation range is not particularly limited to the above-described method. For example, since the conversion coefficient corresponding to the aperture value and the aperture value have a substantially linear relationship, the shift amount is determined as the defocus amount. The first shift calculation range may be determined using the aperture value as it is, instead of the conversion coefficient for converting to. Specifically, the first shift calculation range Sna may be determined based on the following formula (2).
Sna = So × (f1 / f2) (2)
In the above formula (2), f1 is the aperture value in the reference shift range So, and f2 is the aperture value acquired in step S101.
そして、ステップS103では、カメラ制御部21により、ステップS102で決定した第1シフト演算範囲において、デフォーカス量演算が行われる。具体的には、カメラ制御部21は、焦点検出画素222a,222bから読み出した第1データ列および第2データ列に基づいて、像ずれ検出演算処理(相関演算処理)を行い、第1データ列と第2データ列とのずれ量を演算し、算出したずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。   In step S103, the camera control unit 21 performs the defocus amount calculation in the first shift calculation range determined in step S102. Specifically, the camera control unit 21 performs an image shift detection calculation process (correlation calculation process) based on the first data string and the second data string read from the focus detection pixels 222a and 222b, and the first data string. And the second data string are calculated, and the defocus amount is calculated based on the calculated shift amount.
具体的には、まず、カメラ制御部21は、各焦点検出画素列22a,22b,22cから読み出した第1データ列a,a,...,aと、第2データ列b,b,...bとを、ステップS102で決定した第1シフト演算範囲において、一次元状に相対的にシフトさせながら、下記式(3)に示す相関演算を行う。
C(k)=Σ|a(n+k)−b(n)| …(3)
なお、上記式(3)において、Σ演算はnについての累積演算(相和演算)を示す。また、像ずらし量kは整数であり、焦点検出画素列22a〜22cの画素間隔を単位としたシフト量である。また、本実施形態では、第1シフト演算範囲において、第1データ列と第2データ列とをシフトさせて、相関演算を行うため、像ずらし量kは、第1シフト演算範囲内において、第1データ列と第2データ列とをシフトできるシフト量に制限される。なお、上記式(3)の演算結果においては、第1データ列と第2データ列との間の相関が高いシフト量において、相関量C(k)は極小(小さいほど相関度が高い)になる。
Specifically, first, the camera control unit 21 first data columns a 1 , a 2 ,... Read from the focus detection pixel columns 22a, 22b, and 22c. . . , An and the second data string b 1 , b 2 ,. . . While n is relatively shifted in a one-dimensional manner within the first shift calculation range determined in step S102, the correlation calculation shown in the following equation (3) is performed.
C (k) = Σ | a (n + k) −b (n) | (3)
In the above equation (3), the Σ operation indicates a cumulative operation (phase sum operation) for n. The image shift amount k is an integer, and is a shift amount in units of pixel intervals of the focus detection pixel rows 22a to 22c. In this embodiment, since the correlation calculation is performed by shifting the first data string and the second data string in the first shift calculation range, the image shift amount k is the first shift calculation range within the first shift calculation range. The shift amount is limited to a shift amount that can shift the one data string and the second data string. In the calculation result of the above formula (3), the correlation amount C (k) is minimal (the correlation degree is higher as the correlation is smaller) in the shift amount where the correlation between the first data sequence and the second data sequence is high. Become.
次いで、カメラ制御部21は、以下の下記式(4)〜(7)に示す3点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値C(x)が得られるシフト量xを求める。なお、下記式に示すC(kj)は、上記式(3)で得られた相関量C(k)のうち最も小さい値である。
D={C(kj−1)−C(kj+1)}/2 …(4)
C(x)= C(kj)−|D| …(5)
x=kj+D/SLOP …(6)
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj−1)−C(kj)} …(7)
Next, the camera control unit 21 uses the three-point interpolation method shown in the following formulas (4) to (7) below to determine the shift amount x that provides the minimum value C (x) for the continuous correlation amount. Ask. Note that C (kj) shown in the following equation is the smallest value among the correlation amounts C (k) obtained by the above equation (3).
D = {C (kj−1) −C (kj + 1)} / 2 (4)
C (x) = C (kj) − | D | (5)
x = kj + D / SLOP (6)
SLOP = MAX {C (kj + 1) -C (kj), C (kj-1) -C (kj)} (7)
さらに、カメラ制御部21は、相関量の極小値C(x)が得られるシフト量xの信頼度について判定を行う。たとえば、カメラ制御部21は、一対のデータ列の相関度が低い場合は内挿された相関量の極小値C(x)の値が大きくなるため、C(x)が所定の閾値以上の場合に、算出されたシフト量の信頼度が低いと判定することができる。また、カメラ制御部21は、C(x)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(x)を除した値が所定値以上の場合は、算出されたシフト量の信頼度が低いと判定することができる。さらに、カメラ制御部21は、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたシフト量の信頼度が低いと判定することができる。   Furthermore, the camera control unit 21 determines the reliability of the shift amount x that provides the minimum value C (x) of the correlation amount. For example, when the correlation between the pair of data strings is low, the camera control unit 21 increases the value of the interpolated correlation minimum value C (x), so that C (x) is equal to or greater than a predetermined threshold value. In addition, it can be determined that the reliability of the calculated shift amount is low. Further, the camera control unit 21 calculates C (x) when the value obtained by dividing C (x) by SLOP that is proportional to the contrast is equal to or greater than a predetermined value in order to normalize C (x) with the data contrast. It can be determined that the reliability of the shift amount is low. Further, the camera control unit 21 can determine that the subject has low contrast and the reliability of the calculated shift amount is low when SLOP, which is a value proportional to the contrast, is equal to or less than a predetermined value.
そして、カメラ制御部21は、相関量の極小値C(x)が得られるシフト量xに基づいて、下記式(8)に従い、デフォーカス量dfを算出する。
df=x・k・p …(8)
なお、上記式(8)において、kは、相関量の極小値C(x)が得られるシフト量xをデフォーカス量に変換するための変換係数である。上述したように、絞り値に応じて、相関量の極値が得られるシフト量は異なるため、変換係数は、絞り値に応じて予め設定されている。また、pは焦点検出画素列22a〜22cを構成する焦点検出画素222a,222bのピッチ幅によって定まる定数である。
Then, the camera control unit 21 calculates the defocus amount df according to the following equation (8) based on the shift amount x from which the minimum value C (x) of the correlation amount is obtained.
df = x · k · p (8)
In the above equation (8), k is a conversion coefficient for converting the shift amount x from which the minimum value C (x) of the correlation amount is obtained into the defocus amount. As described above, since the shift amount for obtaining the extreme value of the correlation amount differs depending on the aperture value, the conversion coefficient is preset according to the aperture value. Further, p is a constant determined by the pitch width of the focus detection pixels 222a and 222b constituting the focus detection pixel rows 22a to 22c.
次に、ステップS104では、カメラ制御部21により、ステップS103で算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の演算が行われ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部37を介して、フォーカスレンズ駆動モータ36に送出される。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ36により、レンズ駆動量が取得され、取得されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ32の駆動が開始される。   Next, in step S104, the camera control unit 21 calculates the lens driving amount necessary to drive the focus lens 32 to the in-focus position based on the defocus amount calculated in step S103. The obtained lens driving amount is sent to the focus lens driving motor 36 via the lens control unit 37. Thereby, the lens driving amount is acquired by the focus lens driving motor 36, and the driving of the focus lens 32 is started based on the acquired lens driving amount.
そして、ステップS105では、カメラ制御部21により、ステップS103またはステップS106におけるデフォーカス量演算の演算結果に基づいて、第1シフト演算範囲よりも狭い第2シフト演算範囲を決定するための処理が行わる。また、続くステップS106では、カメラ制御部21により、ステップS105で決定した第2シフト演算範囲おいて、デフォーカス量演算が実行される。このように、本実施形態では、ステップS104においてフォーカスレンズ32の合焦位置への駆動が開始された場合も、ステップS105,S106で、フォーカスレンズ32を駆動させながら、デフォーカス量を算出するための処理が実行される。   In step S105, the camera control unit 21 performs a process for determining a second shift calculation range narrower than the first shift calculation range based on the calculation result of the defocus amount calculation in step S103 or step S106. The In the subsequent step S106, the camera control unit 21 performs the defocus amount calculation in the second shift calculation range determined in step S105. Thus, in this embodiment, even when driving of the focus lens 32 to the in-focus position is started in step S104, the defocus amount is calculated while driving the focus lens 32 in steps S105 and S106. The process is executed.
ここで、第1データ列と第2データ列との間のずれ量は、フォーカスレンズ32が合焦位置に近づくほど小さくなる。そのため、第1データ列と第2データ列との間の相関量を演算するためのシフト範囲も、フォーカスレンズ32が合焦位置に近づくにつれて小さくすることができる。そこで、ステップS105では、フォーカスレンズ32の合焦位置への駆動に応じて、相関量を演算するためのシフト範囲を適切な大きさの範囲とするために、ステップS103またはステップS106で得られたデフォーカス量演算の演算結果に基づいて、下記式(9)の関係を満たす、第2シフト演算範囲Snpを決定する。
Snp≦|Sf|+Sp(但し、Snp<Sna) ・・・(9)
なお、上記式(9)において、Sfは、ステップS103またはステップS106のデフォーカス量演算で得られた相関量の極小値C(x)を与えるシフト量xである。また、Spは、相関量の極小値C(x)を検出するために少なくとも必要なシフト範囲であり、たとえば、3点内挿法により相関量の極小値C(x)を求める場合には、第1データ列と第2データ列とを相対的にシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との間の相関量を3点取ることができるシフト範囲とすることができる。
Here, the shift amount between the first data string and the second data string becomes smaller as the focus lens 32 approaches the in-focus position. Therefore, the shift range for calculating the correlation amount between the first data string and the second data string can also be reduced as the focus lens 32 approaches the in-focus position. Therefore, in step S105, in order to set the shift range for calculating the correlation amount to an appropriate size range in accordance with the driving of the focus lens 32 to the in-focus position, it is obtained in step S103 or step S106. Based on the calculation result of the defocus amount calculation, a second shift calculation range Snp that satisfies the relationship of the following equation (9) is determined.
Snp ≦ | Sf | + Sp (where Snp <Sna) (9)
In the above equation (9), Sf is the shift amount x that gives the minimum value C (x) of the correlation amount obtained by the defocus amount calculation in step S103 or step S106. Sp is a shift range necessary at least for detecting the minimum value C (x) of the correlation amount. For example, when obtaining the minimum value C (x) of the correlation amount by the three-point interpolation method, A shift range in which three correlation amounts between the first data string and the second data string can be obtained while relatively shifting the first data string and the second data string can be obtained.
また、フォーカスレンズ32が合焦位置に近づくほどシフト範囲を小さくすることができるため、本実施形態では、第2シフト演算範囲Snpを、フォーカスレンズ32の合焦位置への駆動前に決定された第1シフト演算範囲Snaよりも小さい範囲として決定する。なお、第2シフト演算範囲Snpは整数であり、本実施形態で第2シフト演算範囲Snpを求める際は、Sfの小数部分を丸め、第2シフト演算範囲Snpを整数として算出する。   In addition, since the shift range can be reduced as the focus lens 32 approaches the in-focus position, in the present embodiment, the second shift calculation range Snp is determined before driving the focus lens 32 to the in-focus position. The range is determined to be smaller than the first shift calculation range Sna. The second shift calculation range Snp is an integer, and when the second shift calculation range Snp is obtained in the present embodiment, the second shift calculation range Snp is calculated as an integer by rounding off the decimal part of Sf.
ステップS106では、カメラ制御部21により、ステップS105で決定された第2シフト演算範囲において、デフォーカス量演算が実行される。なお、ステップS106のデフォーカス量演算は、第2シフト演算範囲において、第1データ列と第2データ列とをシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との間の相関演算を行うこと以外は、ステップS104のデフォーカス量演算と同様の方法で行うことができる。   In step S106, the camera control unit 21 performs a defocus amount calculation in the second shift calculation range determined in step S105. Note that the defocus amount calculation in step S106 performs a correlation calculation between the first data string and the second data string while shifting the first data string and the second data string in the second shift calculation range. Except for this, it can be performed by the same method as the defocus amount calculation in step S104.
そして、ステップS107では、カメラ制御部21により、合焦判定が行われる。本実施形態では、たとえば、ステップS106で算出されたデフォーカス量が所定値以下である場合に、合焦と判定され、ステップS108に進む。一方、デフォーカス量が所定値を超え、合焦と判定されない場合は、ステップS105に戻り、デフォーカス量が所定値以下となるまで、第2シフト演算範囲の決定と、第2シフト演算範囲におけるデフォーカス量演算とが繰り返し実行される。   In step S107, the camera control unit 21 performs in-focus determination. In the present embodiment, for example, when the defocus amount calculated in step S106 is equal to or less than a predetermined value, it is determined to be in focus, and the process proceeds to step S108. On the other hand, if the defocus amount exceeds the predetermined value and is not determined to be in focus, the process returns to step S105, and the determination of the second shift calculation range and the determination in the second shift calculation range are performed until the defocus amount is equal to or less than the predetermined value. The defocus amount calculation is repeatedly executed.
なお、合焦と判定されずに、ステップS105に戻った場合、フォーカスレンズ32のレンズ位置は、前回、第2シフト演算範囲が決定された時点よりも、合焦位置により近づいている。そのため、カメラ制御部21は、ステップS105で新たに第2シフト演算範囲を決定する際には、上記式(9)に基づいて、第2シフト演算範囲を、前回決定された第2シフト演算範囲よりも小さい範囲に決定する。このように、本実施形態では、フォーカスレンズ32が合焦位置に近づくほど、第1データ列と第2データ列とをシフトさせるシフト範囲を小さくすることができる。   If the process returns to step S105 without being determined to be in focus, the lens position of the focus lens 32 is closer to the focus position than when the second shift calculation range was previously determined. Therefore, when the camera control unit 21 newly determines the second shift calculation range in step S105, the camera control unit 21 sets the second shift calculation range to the previously determined second shift calculation range based on the above equation (9). Decide on a smaller range. As described above, in this embodiment, the shift range in which the first data string and the second data string are shifted can be reduced as the focus lens 32 approaches the in-focus position.
そして、ステップS107で合焦と判定された場合には、ステップS108に進み、合焦ロック(フォーカスレンズ32の駆動を禁止する処理)が行なわれる。これにより、カメラ1の動作が終了する。   If it is determined in step S107 that the in-focus state is obtained, the process proceeds to step S108, where focus lock (processing for prohibiting driving of the focus lens 32) is performed. Thereby, the operation of the camera 1 ends.
以上のように、本実施形態では、絞り値に基づいて、第1シフト演算範囲を決定し、決定した第1シフト演算範囲において、一対の焦点検出画素列22a,22b,22cから出力された第1データ列と第2データ列とをシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との間の相関量を検出して、相関量の極値が得られるシフト量を検出する。このように、本実施形態では、第1データ列と第2データ列とをシフトさせるシフト範囲を、絞り値に応じて決定することで、絞り値によっては、第1データ列と第2データ列とのずれ量に対して、シフト範囲が小さくなりすぎてしまい、デフォーカス量が算出できなくなってしまうことを有効に防ぐことができるため、焦点検出精度の向上を図ることができる。また、第1データ列と第2データ列とをシフトさせるシフト範囲を絞り値に応じて決定することで、絞り値によっては、第1データ列と第2データ列とのずれ量に対して、シフト範囲が大きくなりすぎてしまい、デフォーカス量を算出する時間が長くなってしまうことを有効に防止することができるため、焦点検出におけるレスポンスの向上を図ることができる。   As described above, in the present embodiment, the first shift calculation range is determined based on the aperture value, and the first shift calculation range output from the pair of focus detection pixel rows 22a, 22b, and 22c in the determined first shift calculation range. While shifting the first data string and the second data string, the amount of correlation between the first data string and the second data string is detected, and the shift amount that provides the extreme value of the correlation amount is detected. As described above, in this embodiment, the shift range in which the first data string and the second data string are shifted is determined according to the aperture value, and depending on the aperture value, the first data sequence and the second data sequence are determined. It is possible to effectively prevent the shift range from becoming too small and the defocus amount from being unable to be calculated with respect to the deviation amount, and thus focus detection accuracy can be improved. Further, by determining the shift range for shifting the first data string and the second data string according to the aperture value, depending on the aperture value, the shift amount between the first data sequence and the second data sequence is Since it can be effectively prevented that the shift range becomes too large and the time for calculating the defocus amount becomes long, it is possible to improve the response in focus detection.
また、本実施形態では、フォーカスレンズ32の合焦位置への駆動を行っている間に、デフォーカス量演算の演算結果に基づいて、第1シフト演算範囲よりも小さい第2シフト演算範囲を決定し、決定した第2シフト演算範囲において、デフォーカス量演算を実行する。特に、本実施形態では、フォーカスレンズ32が合焦位置に近づくほど、第1データ列と第2データ列との間のずれ量が小さくなるため、フォーカスレンズ32が合焦位置に近づくにつれて、第2シフト演算範囲を小さい範囲となるように決定する。これにより、本実施形態では、デフォーカス量を算出する時間をより短縮することができる。そのため、たとえば、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動するまでの間において、デフォーカス量演算を行う回数を増やすことができ、焦点検出精度をより高めることもできる。   In the present embodiment, a second shift calculation range smaller than the first shift calculation range is determined based on the calculation result of the defocus amount calculation while driving the focus lens 32 to the in-focus position. Then, the defocus amount calculation is executed in the determined second shift calculation range. In particular, in this embodiment, the closer the focus lens 32 is to the in-focus position, the smaller the amount of deviation between the first data row and the second data row is. Therefore, as the focus lens 32 approaches the in-focus position, The 2-shift calculation range is determined to be a small range. Thereby, in this embodiment, the time for calculating the defocus amount can be further shortened. Therefore, for example, the number of times of defocus amount calculation can be increased until the focus lens 32 is driven to the in-focus position, and the focus detection accuracy can be further increased.
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上述した実施形態では、絞り値に応じて第1シフト演算範囲を決定する際に、上記式(1)に示すように、所定の絞り値に対応する所定のシフト範囲Soを基準として、第1シフト演算範囲を算出しているが、たとえば、コンティニュアスモードにて連写撮影を行う際には、連写撮影の撮影速度を考慮して、基準となるシフト範囲Soを通常よりも小さな範囲に設定することで、第1シフト演算範囲を通常よりも小さい範囲とする構成としてもよい。また、フォーカスレンズ32の現在のレンズ位置でデフォーカス量を算出できない場合に、フォーカスレンズ32を駆動させながら、異なるレンズ位置でデフォーカス量の算出を行うスキャン動作においては、焦点検出精度を高めるため、基準となるシフト範囲Soを通常よりも大きな範囲に設定することで、第1シフト演算範囲を通常よりも大きな範囲とする構成としてもよい。この場合、第1シフト演算範囲を通常よりも大きな範囲とすることで、デフォーカス量を算出する時間が長くなってしまう場合には、焦点検出精度とデフォーカス量の算出時間とのバランスを加味した上で、たとえば、第1データ列と第2データ列とを1画素間隔でシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との間の相関演算を行うのではなく、第1データ列と第2データ列とを2画素間隔でシフトさせながら、第1データ列と第2データ列との間の相関演算を行う構成としてもよい。   For example, in the above-described embodiment, when the first shift calculation range is determined according to the aperture value, as shown in the equation (1), the predetermined shift range So corresponding to the predetermined aperture value is used as a reference. The first shift calculation range is calculated. For example, when continuous shooting is performed in the continuous mode, the reference shift range So is set to be higher than usual in consideration of the shooting speed of continuous shooting. It is good also as a structure which makes a 1st shift calculation range a range smaller than usual by setting to a small range. Further, when the defocus amount cannot be calculated at the current lens position of the focus lens 32, in a scanning operation in which the defocus amount is calculated at a different lens position while driving the focus lens 32, the focus detection accuracy is increased. The reference shift range So may be set to a range larger than normal so that the first shift calculation range is larger than normal. In this case, if the time for calculating the defocus amount becomes longer by setting the first shift calculation range to a range larger than usual, the balance between the focus detection accuracy and the defocus amount calculation time is taken into consideration. In addition, for example, instead of performing the correlation operation between the first data string and the second data string while shifting the first data string and the second data string at an interval of one pixel, the first data string The second data string and the second data string may be shifted at intervals of two pixels, and the correlation calculation between the first data string and the second data string may be performed.
また、上述した実施形態では、フォーカスレンズ32の合焦位置への駆動が行われている間、デフォーカス量演算の演算結果に基づいて、第2シフト演算範囲を決定し、決定した第2シフト演算範囲において、デフォーカス量演算を行う構成を例示したが、この場合、さらに、デフォーカス量演算の演算結果の信頼度を判断し、信頼度が所定値以上であると判断した場合にのみ、デフォーカス量演算の演算結果に基づいて、第2シフト演算範囲を決定し、決定した第2シフト演算範囲において、デフォーカス量演算を行う構成としてもよい。また、この場合、デフォーカス量演算の演算結果の信頼度が所定値未満であると判断された場合には、偽合焦を有効に防止するため、絞り値に基づいて決定した第1シフト演算範囲においてデフォーカス量演算を行う構成としてもよい。また、コンティニュアスモードにおいて連写撮影を行う場合やスキャン動作を行う場合など、カメラ1の動作により、第1シフト演算範囲を決定する際に基準となるシフト範囲Soの大きさが変わる場合には、第1シフト演算範囲Snaおよび第2シフト演算範囲Spnのうち小さい範囲において、デフォーカス量演算を行う構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the second shift calculation range is determined based on the calculation result of the defocus amount calculation while the focus lens 32 is being driven to the in-focus position, and the determined second shift is determined. In the calculation range, the configuration for performing the defocus amount calculation is exemplified, but in this case, the reliability of the calculation result of the defocus amount calculation is further determined, and only when the reliability is determined to be greater than or equal to the predetermined value, The second shift calculation range may be determined based on the calculation result of the defocus amount calculation, and the defocus amount calculation may be performed in the determined second shift calculation range. Further, in this case, when it is determined that the reliability of the calculation result of the defocus amount calculation is less than the predetermined value, the first shift calculation determined based on the aperture value in order to effectively prevent false focusing. The defocus amount calculation may be performed in the range. In addition, when the first shift calculation range is determined by the operation of the camera 1, such as when continuous shooting is performed in the continuous mode or when a scan operation is performed, the size of the shift range So serving as a reference changes. May be configured to perform the defocus amount calculation in a smaller range of the first shift calculation range Sna and the second shift calculation range Spn.
さらに、上述した実施形態では、位相差検出方式により焦点検出を行う構成を例示したが、この構成に加えて、たとえば、位相差検出方式により焦点検出を行い、位相差検出方式では焦点状態を検出できない場合に、コントラスト検出方式により焦点検出を行う構成としてもよい。あるいは、位相差検出方式により焦点検出を行い、位相差検出方式では焦点状態を検出できない場合に、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式により焦点検出とを同時に行う構成としてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the configuration in which focus detection is performed by the phase difference detection method has been illustrated. However, in addition to this configuration, for example, focus detection is performed by the phase difference detection method, and the focus state is detected by the phase difference detection method. If this is not possible, focus detection may be performed using a contrast detection method. Alternatively, a configuration may be adopted in which focus detection is performed by the phase difference detection method, and focus detection by the phase difference detection method and focus detection by the contrast detection method are performed simultaneously when the focus state cannot be detected by the phase difference detection method.
なお、上述した実施形態のカメラ1は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラ、一眼レフデジタルカメラ、レンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。   The camera 1 of the above-described embodiment is not particularly limited. For example, the present invention is applied to other optical devices such as a digital video camera, a single-lens reflex digital camera, a lens-integrated digital camera, and a camera for a mobile phone. May be.
1…デジタルカメラ
2…カメラ本体
21…カメラ制御部
22…撮像素子
221…撮像画素
222a,222b…焦点検出画素
24…メモリ
28…操作部
3…レンズ鏡筒
32…フォーカスレンズ
36…フォーカスレンズ駆動モータ
37…レンズ制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Digital camera 2 ... Camera body 21 ... Camera control part 22 ... Imaging device 221 ... Imaging pixel 222a, 222b ... Focus detection pixel 24 ... Memory 28 ... Operation part 3 ... Lens barrel 32 ... Focus lens 36 ... Focus lens drive motor 37 ... Lens control unit

Claims (6)

  1. 光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像用画素と、瞳分割された一対の光束を受光する一対の焦点検出用画素列とを有する撮像部と、
    前記一対の焦点検出用画素列からそれぞれ出力された第1データ列および第2データ列を、一次元状に相対的にシフトさせながら、前記第1データ列と前記第2データ列との間の相関量を演算し、該相関量の極値が得られるシフト量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部と、
    前記光学系を通過し、前記撮像部に入射する光束を制限する絞りと、
    前記絞りによる絞り値に基づいて、前記相関量の極値が得られるシフト量を検出する際における、前記第1データ列および前記第2データ列を相対的にシフトさせるシフト演算範囲を、第1シフト演算範囲として決定し、該第1シフト演算範囲において、前記位相差検出部に前記相関量の演算を行わせる制御部と、を備えることを特徴とする焦点検出装置。
    An imaging unit including an imaging pixel that captures an image by an optical system and outputs an image signal corresponding to the captured image; and a pair of focus detection pixel rows that receive a pair of pupil-divided light beams;
    While the first data row and the second data row respectively output from the pair of focus detection pixel rows are relatively shifted in a one-dimensional manner, between the first data row and the second data row. A phase difference detection unit that detects a focus state of the optical system by calculating a correlation amount and detecting a shift amount at which an extreme value of the correlation amount is obtained;
    A diaphragm that passes through the optical system and restricts a light beam incident on the imaging unit;
    A shift calculation range in which the first data sequence and the second data sequence are relatively shifted when detecting the shift amount at which the extreme value of the correlation amount is obtained based on the aperture value by the aperture is defined as a first range. And a control unit that determines the shift calculation range and causes the phase difference detection unit to calculate the correlation amount in the first shift calculation range.
  2. 請求項1に記載の焦点検出装置であって、
    前記制御部は、前記絞りによる絞り値が大きいほど、前記第1シフト演算範囲を小さい範囲にすることを特徴とする焦点検出装置。
    The focus detection apparatus according to claim 1,
    The focus detection device, wherein the control unit sets the first shift calculation range to a smaller range as the aperture value by the aperture is larger.
  3. 請求項1または2に記載の焦点検出装置であって、
    前記撮像用画素により出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部をさらに備えることを特徴とする焦点検出装置。
    The focus detection apparatus according to claim 1 or 2,
    A contrast detection unit that detects a focus state of the optical system by calculating an evaluation value related to a contrast of the image by the optical system based on the image signal output by the imaging pixel, Focus detection device.
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の焦点検出装置であって、
    前記制御部は、前記相関量の極値が得られるシフト量が検出されており、かつ、前記相関量の演算結果の信頼度が所定値以上である場合に、検出された前記相関量の極値が得られるシフト量に基づいて、前記第1シフト演算範囲よりも狭い第2シフト演算範囲を決定し、該第2シフト演算範囲において、前記位相差検出部に前記相関量の演算を行わせることを特徴とする焦点検出装置。
    The focus detection apparatus according to claim 1,
    The control unit detects the extreme value of the detected correlation amount when a shift amount at which the extreme value of the correlation amount is obtained is detected and the reliability of the calculation result of the correlation amount is equal to or greater than a predetermined value. A second shift calculation range that is narrower than the first shift calculation range is determined based on a shift amount from which a value is obtained, and the phase difference detection unit calculates the correlation amount in the second shift calculation range. A focus detection apparatus.
  5. 請求項4に記載の焦点検出装置であって、
    前記制御部は、前記相関量の極値が得られるシフト量に基づいて、焦点調節レンズの合焦位置への駆動が行われている場合に、前記相関量の極値が得られるシフト量が検出されており、かつ、前記相関量の演算結果の信頼度が所定値以上であるかを判断し、該判断結果に基づいて、前記第2シフト演算範囲において、前記位相差検出部に前記相関量の演算を行わせるか否かを決定することを特徴とする焦点検出装置。
    The focus detection apparatus according to claim 4,
    The control unit determines a shift amount at which the extreme value of the correlation amount is obtained when the focus adjustment lens is driven to the in-focus position based on the shift amount at which the extreme value of the correlation amount is obtained. It is detected and the reliability of the calculation result of the correlation amount is determined to be equal to or greater than a predetermined value, and based on the determination result, the correlation is sent to the phase difference detection unit in the second shift calculation range. A focus detection apparatus that determines whether or not to perform an amount calculation.
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の焦点検出装置を備える撮像装置。   An imaging device provided with the focus detection apparatus in any one of Claims 1-5.
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