JP2014157338A - Distance measurement device, distance measurement method, and imaging apparatus - Google Patents

Distance measurement device, distance measurement method, and imaging apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem associated with a distance measurement operation on an imaging apparatus, where the measurement of a distance is sometimes difficult depending on the direction of image separation for a distance-measuring image such as a high-frequency striped object and a dynamic object.SOLUTION: A distance measurement device, for use in measuring a distance of an object by using an output of an imaging element having a two-dimensional array of unit pixel cells constituted by a given number of plural pixels arrayed correspondingly to pupil division means, performs: obtaining, for each unit pixel cell, image separation data of an object produced by synthesizing outputs of pixels arrayed in a given direction of a two-dimensional array; performing a distance measurement computation using the image separation data to output the computation result; switching over given direction at a given cycle; obtaining image separation data of a switched-to direction in accordance with the switchover; and performing a distance measurement computation using the obtained image separation data.

Description

本発明は、CMOSイメージセンサー等の撮像素子を用いた撮像装置に適用可能な測距装置に関し、特に、位相差方式による測距機能を備えた測距装置および撮像装置に関する。   The present invention relates to a distance measuring device applicable to an imaging device using an imaging element such as a CMOS image sensor, and more particularly to a distance measuring device and an imaging device having a distance measuring function using a phase difference method.

近年、デジタルカメラ等の撮像装置において、小型化・高精度化が求められている。
そのひとつとして注目されているのが、ピント精度の高い画像を得るために、撮像素子内に画像取得用画素と情報取得用画素(例えば、測距用画素)を備え、同一画面上で測距を行い、高精度な画像を得る方法がある。(特許文献1参照。)
In recent years, there has been a demand for downsizing and high accuracy in imaging devices such as digital cameras.
In order to obtain an image with high focus accuracy, attention has been focused on one of them. An image acquisition pixel and an information acquisition pixel (for example, a distance measurement pixel) are provided in the image sensor, and distance measurement is performed on the same screen. There is a method for obtaining a highly accurate image. (See Patent Document 1.)

上記提案にある情報取得用画素は、画像取得用画素と異なる構造である為、画像作成時には欠陥画素と同様の扱いで補正を行うことが主に考えられていた。しかし、今後、高精度の画像を得る為には、情報取得領域を撮像素子の大部分に展開し、情報取得画素と画像取得画素を兼用していくことが好ましい。
例えば、特許文献2で示されているような、画素内が瞳分割された画素が全面に配置され、情報取得と画像取得の双方に使用する構成が好ましい。
Since the information acquisition pixel in the above proposal has a structure different from that of the image acquisition pixel, it has been mainly considered that correction is performed in the same manner as a defective pixel when an image is created. However, in the future, in order to obtain a high-accuracy image, it is preferable to expand the information acquisition region over most of the image sensor and use both the information acquisition pixel and the image acquisition pixel.
For example, as shown in Patent Document 2, a configuration in which pixels in which pixels are divided into pupils is arranged on the entire surface and used for both information acquisition and image acquisition is preferable.

以下に、情報取得と画像取得の双方に使用することのできる複合画素構造の撮像素子の使用例を挙げる。   Examples of using an image sensor having a composite pixel structure that can be used for both information acquisition and image acquisition will be given below.

図22は、単位セル内を瞳分割した画素、いわゆる、複合画素により構成された撮像素子の概念図(上面図)である。同図において、1は撮像素子の単位セルを示しており、1a乃至1dは、各々、光電変換素子を含んだ周知の撮像画素構造を備えた画素である。各画素は各々個別に出力できる構成である。また、1a乃至1dの上面には、周知の同色のカラーフィルタが配設されている。各画素2は周知のマイクロレンズである。   FIG. 22 is a conceptual diagram (top view) of an image sensor formed by pixels obtained by dividing a unit cell into pupils, so-called composite pixels. In the figure, reference numeral 1 denotes a unit cell of an image sensor, and reference numerals 1a to 1d denote pixels each having a known image pickup pixel structure including a photoelectric conversion element. Each pixel is configured to be output individually. Further, a well-known color filter of the same color is disposed on the upper surfaces of 1a to 1d. Each pixel 2 is a known microlens.

上述した構成の撮像素子は、情報取得(測距動作)時に、各単位セル内を分割した状態の各々もしくは複数画素の出力を列方向で(もしくは行方向で)測定・比較し、相関演算結果により位相差を求める、周知の位相差測距を行う。一方、画像取得時には、単位セル毎(本例ではマイクロレンズ下の同色画素4個)の出力を使用し、画像を作成する。   The image sensor having the above-described configuration measures and compares the output of each or a plurality of pixels in the divided state in each unit cell in the column direction (or the row direction) during information acquisition (ranging operation), and the correlation calculation result The well-known phase difference ranging is performed to obtain the phase difference. On the other hand, at the time of image acquisition, an image is created using the output of each unit cell (in this example, four pixels of the same color under the microlens).

図23を用いて、図22で説明した撮像素子を測距動作に使用したときの例を説明する。   An example when the image sensor described in FIG. 22 is used for the distance measuring operation will be described with reference to FIG.

図23(a)は、単位セルの出力の使用例であり、撮像装置を水平方向における測距に使用した場合の例である。水平方向で使用する場合、瞳分割方向を水平方向として使用する為、図22における画素1aおよび1bと、画素1cおよび1dを各々合成し、A出力(左出力)とB出力(右出力)として単位セルの測距用出力とする。   FIG. 23A is an example of using the output of the unit cell, and is an example of using the imaging device for distance measurement in the horizontal direction. When used in the horizontal direction, since the pupil division direction is used as the horizontal direction, the pixels 1a and 1b and the pixels 1c and 1d in FIG. 22 are respectively combined and output as A output (left output) and B output (right output). It is output for ranging of unit cell.

図23(b)は、図23(a)の使用例において、複数のセルから出力されるA出力(左出力)およびB出力(右出力)を使用してA像(左像)およびB像(右像)を生成し、それらの間の相関演算を行ってズレ量(デフォーカス量)を求める例を示している。   FIG. 23B shows an A image (left image) and a B image using A output (left output) and B output (right output) output from a plurality of cells in the usage example of FIG. In this example, a right image is generated, and a correlation calculation between them is performed to obtain a shift amount (defocus amount).

図23(a)と同構成の画素が水平方向に複数配置されており(具体的には隣接は別色の単位セルであるため、1セル毎に同構成のセルが配置されており)、同構成の単位セルを複数使用してA像(左像)とB像(右像)を生成して比較している。A像とB像の比較(相関演算)を行うことにより、焦点のズレ量(デフォーカス量)を算出する。基本的には、相関値が高いほど焦点が合っており、相関値が低いほど焦点がズレていることになる。   A plurality of pixels having the same configuration as in FIG. 23 (a) are arranged in the horizontal direction (specifically, because adjacent cells are unit cells of different colors, cells having the same configuration are arranged for each cell), A plurality of unit cells having the same configuration are used to generate and compare an A image (left image) and a B image (right image). By comparing the A image and the B image (correlation calculation), a focus shift amount (defocus amount) is calculated. Basically, the higher the correlation value, the more focused, and the lower the correlation value, the more out of focus.

ところで、上記では、左右像のズレ量によって測距を行う説明をしているが、被写体によっては(例えば、横縞状の被写体など)、左右の像分離では、うまく測距できない場合がある。その為、測距で使用する像分離方向は、左右のみでなく、上下方向に分離したデータも併用することで、より測距性能を向上することができる。   In the above description, distance measurement is performed based on the amount of deviation between the left and right images. However, depending on the subject (for example, a horizontal stripe-like subject), distance measurement may not be performed well with left and right image separation. Therefore, the distance separation performance can be further improved by using the data separated in the vertical direction as well as the image separation direction used in the distance measurement.

特許文献3は、上記測距性能を向上させるため、瞳分割方向の異なる測距用画素を画面内に集中しないように、分散して配列している。   In Patent Document 3, in order to improve the distance measurement performance, distance measurement pixels having different pupil division directions are arranged in a distributed manner so as not to concentrate on the screen.

特開2003−244712号公報JP 2003-244712 A 特開2007−325139号公報JP 2007-325139 A 特開2008−017116号公報JP 2008-017116 A

しかし、上記特許文献3のように、瞳分割方向の異なる測距用画素を分散して配置した場合でも、瞳分割方向が固定的であるために、配置箇所に最適な被写体があれば測距性能が向上するものの、被写体位置がずれた場合は測距性能としての問題は回避できない。特に、比較的、被写体に動きがある可能性が高い動画撮影などの連続撮影動作の場合、被写体位置がズレてしまう可能性が高い。   However, even if distance measurement pixels having different pupil division directions are distributed and arranged as in Patent Document 3, the pupil division direction is fixed. Although the performance is improved, the problem of distance measurement performance cannot be avoided if the subject position is shifted. In particular, in the case of continuous shooting operations such as moving image shooting in which there is a relatively high possibility that the subject is moving, there is a high possibility that the subject position will shift.

また、特許文献2では、像分離方向を横方向と縦方向に切り替えられる構成が提案されているものの、どのような条件で、あるいはどのような場合に切り替えるかについての詳細は述べられていない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 proposes a configuration in which the image separation direction can be switched between the horizontal direction and the vertical direction, but does not describe details about under what conditions or in what case.

上記課題を解決するため、本発明によれば、瞳分割手段に対応して配列された所定数の複数の画素で構成される単位画素セルの2次元配列を有する撮像素子の出力を使用して被写体の測距を行う測距装置は、単位画素セルごとに、2次元配列の所定の方向に配置された画素の出力を合成して得られた、被写体の像分離データを取得する取得手段と、像分離データを用いて測距演算を行ない、演算結果を出力する演算手段と、所定の方向を所定の周期で切り替える制御手段とを備え、取得手段は、記制御手段による切り替えに従って、切り替えられた方向の像分離データを取得し、演算手段は、取得手段が取得した像分離データを用いて測距演算を行なう。   In order to solve the above-described problem, according to the present invention, the output of an image sensor having a two-dimensional array of unit pixel cells composed of a predetermined number of a plurality of pixels arranged corresponding to the pupil dividing means is used. A distance measuring device for measuring a distance of an object includes an acquisition unit that acquires image separation data of an object obtained by combining outputs of pixels arranged in a predetermined direction of a two-dimensional array for each unit pixel cell. A calculation unit that performs distance measurement using the image separation data and outputs a calculation result; and a control unit that switches a predetermined direction at a predetermined cycle, and the acquisition unit is switched according to switching by the control unit. The image separation data in the selected direction is acquired, and the calculation means performs a distance measurement calculation using the image separation data acquired by the acquisition means.

本発明によれば、動画等の連続撮影動作時においての測距精度を向上させることができ、画像を適切に撮影することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve distance measurement accuracy during a continuous shooting operation of a moving image or the like, and it is possible to appropriately capture an image.

本発明の第1の実施例に係る測距装置を有する撮像装置のブロック図。1 is a block diagram of an image pickup apparatus having a distance measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例に係る撮像装置が使用する撮像素子を構成する画素の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of pixels that constitute an imaging device used by an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例で使用する撮像素子の単位画素セルの回路構成を示す図。1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a unit pixel cell of an image sensor used in a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例で使用する撮像素子のブロック図。1 is a block diagram of an image sensor used in a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例で使用する撮像素子の読み出し回路の構成図。1 is a configuration diagram of a readout circuit of an image sensor used in a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例で使用する撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a timing chart of the driving operation of the image sensor used in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例で使用する撮像素子の動作を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically showing the operation of the image sensor used in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例に係る測距装置の動作のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of operation | movement of the ranging apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係る測距装置の動作時の画素出力の使用例を示す図。The figure which shows the usage example of the pixel output at the time of operation | movement of the ranging apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係る測距装置の動作時における演算を説明するための図。The figure for demonstrating the calculation at the time of operation | movement of the ranging apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例で使用する撮像素子の単位画素セルの回路構成図。The circuit block diagram of the unit pixel cell of the image pick-up element used in the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例で使用する撮像素子の概略構成図。The schematic block diagram of the image pick-up element used in the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例で使用する撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the drive operation of the image pick-up element used in the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例で使用する撮像素子の駆動タイミングチャートを示す図。The figure which shows the drive timing chart of the image pick-up element used in the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例で使用する撮像素子の動作を模式的に示す図。The figure which shows typically operation | movement of the image pick-up element used in the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例に係る測距装置の動作のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of operation | movement of the ranging apparatus which concerns on the 1st modification of 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第1の変形例で使用する撮像素子の動作を模式的に示す図。The figure which shows typically operation | movement of the image pick-up element used in the 1st modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第2の変形例で使用する撮像素子の単位画素セルの回路構成図。The circuit block diagram of the unit pixel cell of the image pick-up element used in the 2nd modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第2の変形例で使用する撮像素子の概略構成図。The schematic block diagram of the image pick-up element used in the 2nd modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第2の変形例で使用する撮像素子の駆動タイミングチャートを示す図。The figure which shows the drive timing chart of the image pick-up element used in the 2nd modification of the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の第2の変形例で使用する撮像素子の駆動タイミングチャートを示す図。The figure which shows the drive timing chart of the image pick-up element used in the 2nd modification of the 1st Example of this invention. 撮像素子の単位画素セルを瞳分割したときの概念図(上面図)。The conceptual diagram (top view) when the unit pixel cell of an image sensor is divided into pupils. 瞳分割した単位画素セルを有する撮像素子の測距動作時の使用例。The usage example at the time of the ranging operation | movement of the image pick-up element which has the unit pixel cell which carried out the pupil division.

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付の図面を用いて詳細に説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1の実施例に係わる測距装置を有する電子カメラ等の撮像装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an imaging apparatus such as an electronic camera having a distance measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図において、110は撮像素子114上に光学像を形成する光学系を構成するレンズ、111はレンズ110の制御を行なうレンズ制御部である。112はCMOSセンサー等であるところの撮像素子114の露光量を制御するシャッター(SH)である。114は光学像を電気信号に変換するCMOSセンサーなどの撮像素子である。なお、撮像素子114は、所定数の複数の画素を1マイクロレンズ単位の単位画素セル内に分離して配置した構成を有し、単位画素セルから、2画素毎に瞳分割された像の異なる画像信号を出力することが可能に構成されている。これにより、測距動作用の像分離された出力(像分離データ)を得ることができるなお、詳細は、図2乃至図4を用いて後述する。   In the figure, reference numeral 110 denotes a lens constituting an optical system that forms an optical image on the image sensor 114, and 111 denotes a lens control unit that controls the lens 110. Reference numeral 112 denotes a shutter (SH) that controls the exposure amount of the image sensor 114 which is a CMOS sensor or the like. Reference numeral 114 denotes an image sensor such as a CMOS sensor that converts an optical image into an electrical signal. The image sensor 114 has a configuration in which a predetermined number of pixels are separately arranged in a unit pixel cell of one microlens unit, and the image divided into pupils every two pixels from the unit pixel cell is different. An image signal can be output. As a result, an image-separated output (image separation data) for ranging operation can be obtained. Details will be described later with reference to FIGS.

116は、撮像素子114から出力されるアナログ信号に対して、オプティカルブラックのレベルを基準レベルに合わせる為のOBクランプ等の処理を行う出力信号処理部である。また、本出力信号処理部は、デジタル信号に変換するアナログ・フロント・エンド(AFE)や、各画素のデジタル出力を受けて各種補正処理や並び替え等をデジタル処理するデジタルフロントエンド(DFE)を含む。   Reference numeral 116 denotes an output signal processing unit that performs processing such as OB clamping for matching the optical black level to the reference level for the analog signal output from the image sensor 114. This output signal processing unit also has an analog front end (AFE) that converts it into a digital signal, and a digital front end (DFE) that receives the digital output of each pixel and digitally processes various corrections and rearrangements. Including.

117は、制御信号を供給するタイミング発生回路(TG)である。118は後段の測距演算、画像処理を行なう為に、出力信号処理部116の出力を一時保存する為のメモリである。   Reference numeral 117 denotes a timing generation circuit (TG) that supplies a control signal. Reference numeral 118 denotes a memory for temporarily storing the output of the output signal processing unit 116 in order to perform subsequent ranging calculation and image processing.

119は、出力信号処理部116でデジタル処理された撮像素子114からの出力信号に基づいて測距処理を行なう為の測距演算部である。本測距演算部119は、撮像素子114が像分離して出力した方向に対してのデフォーカス量(像ズレ量)から被写体の距離を求め、後述するシステム制御部150へ情報を転送する。測距演算を行なう為の画素毎の垂直方向もしくは水平方向の合成処理も測距演算部119で行う。測距演算部119とシステム制御部150は、本実施例に係る測距装置を構成する。   A distance measurement calculation unit 119 performs a distance measurement process based on the output signal from the image sensor 114 digitally processed by the output signal processing unit 116. The distance measurement calculation unit 119 obtains the distance of the subject from the defocus amount (image shift amount) in the direction output by separating the image from the image sensor 114, and transfers the information to the system control unit 150 described later. The ranging calculation unit 119 also performs a vertical or horizontal combining process for each pixel for performing the ranging calculation. The ranging calculation unit 119 and the system control unit 150 constitute a ranging device according to the present embodiment.

120は画像処理部であり、出力信号処理部116を介してデジタル処理された画像出力からのデータに対して、所定の色変換等の画像処理を行う。なお、画像処理部120は、撮像素子114の単位画素セル内の像分離された各画素の出力をすべて合成することで単位画素セル毎日一つの画素信号を出力して画像を生成する処理も行う。   An image processing unit 120 performs image processing such as predetermined color conversion on data from the image output digitally processed via the output signal processing unit 116. Note that the image processing unit 120 also performs a process of generating an image by outputting one pixel signal every unit pixel cell by synthesizing all the outputs of each pixel separated in the unit pixel cell of the image sensor 114. .

122はメモリ制御部であり、画像処理部120が生成した画像データを後述のメモリ130に転送する等の制御を行う。128はTFT方式のLCDからなる画像表示部である。   A memory control unit 122 performs control such as transferring image data generated by the image processing unit 120 to a memory 130 described later. Reference numeral 128 denotes an image display unit composed of a TFT LCD.

130は撮影された静止画像や動画像を格納するためのメモリである。150は画像処理装置全体を制御するシステム制御部であり、周知のCPUなどを内蔵して、図示しないメモリに記憶されている制御プログラムを実行することで撮像装置の各部の動作を制御する。例えば、本発明に係る測距装置の動作に係る制御および光学系および撮像装置の駆動を制御する撮像制御を行う。なお、実際の撮像装置には測光手段、電源制御手段、スイッチ操作部等も含まれるものが一般的であるが、本発明に係る主要な要素ではないため、ここでの説明は割愛する。   Reference numeral 130 denotes a memory for storing captured still images and moving images. A system control unit 150 controls the entire image processing apparatus. The system control unit 150 includes a well-known CPU and the like, and controls the operation of each unit of the imaging apparatus by executing a control program stored in a memory (not shown). For example, the control related to the operation of the distance measuring device according to the present invention and the imaging control for controlling the driving of the optical system and the imaging device are performed. Note that an actual image pickup apparatus generally includes a photometric means, a power supply control means, a switch operation unit, and the like, but since it is not a main element according to the present invention, description thereof is omitted here.

図2乃至図3に、本実施例に係る撮像装置が有する撮像素子114における単位画素セルの概略構造および単位画素セルの回路構成を示す。   2 to 3 show a schematic structure of a unit pixel cell and a circuit configuration of the unit pixel cell in the image sensor 114 included in the imaging apparatus according to the present embodiment.

図2は、本実施例に係る撮像装置で使用される撮像素子の単位画素セルの概略図(上面図)である。図2(a)において、200は瞳分割手段としての配列マイクロレンズであり、このマイクロレンズ200の下に各々フォトダイオード(光電変換素子)を備えた画素201乃至204(本実施例では4分割画素)が配置されている。   FIG. 2 is a schematic diagram (top view) of a unit pixel cell of an image sensor used in the imaging apparatus according to the present embodiment. In FIG. 2A, reference numeral 200 denotes an array microlens serving as pupil dividing means. Pixels 201 to 204 each having a photodiode (photoelectric conversion element) under the microlens 200 (in this embodiment, four-divided pixels). ) Is arranged.

画素201乃至204は、適宜適切な駆動方法を用いることで、各画素の信号を合成された信号として出力することが可能であり、図2(b)は画素201および202と、画素203と204の出力を各々合成して出力することを示す概念図である。このような組み合わせによる出力を行うことで、単位画素セル内の信号から、左右(水平方向)に像分割された2つの信号を取得することができる。   The pixels 201 to 204 can output signals of the respective pixels as synthesized signals by appropriately using an appropriate driving method. FIG. 2B illustrates the pixels 201 and 202 and the pixels 203 and 204. It is a conceptual diagram which shows synthesizing each output and outputting. By performing output in such a combination, it is possible to acquire two signals obtained by image division in the left and right (horizontal direction) from the signal in the unit pixel cell.

同様に、図2(c)は、画素201および203と、画素202と204の出力を各々合成して出力することを示した概念図である。図示するような組み合わせによる出力を行うことで、単位画素セル内の信号から、上下(垂直方向)に像分割された2つの信号を取得することができる。   Similarly, FIG. 2C is a conceptual diagram showing that the outputs of the pixels 201 and 203 and the pixels 202 and 204 are combined and output. By performing output in a combination as shown in the drawing, two signals obtained by image division in the vertical direction (vertical direction) can be acquired from the signal in the unit pixel cell.

また、図2(d)は、画素201乃至204の出力をすべて合成して出力することを示した概念図であり、このような組み合わせによる出力を行うことで、単位画素セル内の信号がすべて加算された1つの画素の信号を取得することができる。図2(d)の合成処理は、図2(a)の各画素の個別出力の4画素を加算する処理としても、図2(b)または図2(c)の像分割した2つの出力をさらに加算して合成信号を生成する処理であってもよい。   FIG. 2D is a conceptual diagram showing that all the outputs of the pixels 201 to 204 are combined and output. By outputting in such a combination, all signals in the unit pixel cell are output. The signal of one pixel added can be acquired. The combining process in FIG. 2D is a process of adding four individual output pixels of each pixel in FIG. 2A, or the two image-divided outputs in FIG. 2B or FIG. Furthermore, the process which adds and produces | generates a synthesized signal may be sufficient.

図3は、図2で説明した単位画素セルの回路構成を示している。各画素201乃至204は同様の構造である為、ここでは画素201の構成のみを図示して説明する。なお、同図において、図2と同じ部分は同じ符号を付して示す。   FIG. 3 shows a circuit configuration of the unit pixel cell described in FIG. Since each of the pixels 201 to 204 has the same structure, only the configuration of the pixel 201 is illustrated and described here. In the figure, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

301は、フォトダイオード等からなる光電変換部である。331はフォトダイオード301の電荷を転送する転送トランジスタ、333は電荷を転送のための所定部位としてのフローティングディフュージョン(FD)、335はFD333の電荷量に応じた信号出力を行う増幅部であるところの増幅トランジスタである。また、337はFD333の電荷を画素部から後段の回路部に出力するための選択トランジスタ、339はFD333の電荷をリセットするためのリセットトランジスタである。   Reference numeral 301 denotes a photoelectric conversion unit made of a photodiode or the like. 331 is a transfer transistor for transferring the charge of the photodiode 301, 333 is a floating diffusion (FD) as a predetermined part for transferring the charge, 335 is an amplifying unit for outputting a signal corresponding to the charge amount of the FD 333 It is an amplification transistor. Further, reference numeral 337 denotes a selection transistor for outputting the charge of the FD 333 from the pixel portion to a subsequent circuit portion, and reference numeral 339 denotes a reset transistor for resetting the charge of the FD 333.

301は、FD333に貯められた電荷を、選択トランジスタ337がオンされた際に、増幅トランジスタ335を介して後段の回路へ出力する為の垂直出力線である。縦に配置された1列の画素が(画素201と202、画素203と204)、共通の出力線(301−1、301−2)に接続されている。   Reference numeral 301 denotes a vertical output line for outputting the charge stored in the FD 333 to the subsequent circuit via the amplification transistor 335 when the selection transistor 337 is turned on. One column of pixels arranged vertically (pixels 201 and 202, pixels 203 and 204) is connected to a common output line (301-1, 301-2).

図4は、図3に示した単位画素セルを複数配置した撮像素子の概略構成を示すブロック図であり、図3で説明した単位画素セル200を2次元的に複数配置した画素配列とそれから画素信号を読み出す駆動部から構成されている。なお、同図において、図2および図3と同じ部分は同じ符号を付して示す。   FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an image sensor in which a plurality of unit pixel cells shown in FIG. 3 are arranged. A pixel array in which a plurality of unit pixel cells 200 described in FIG. The drive unit is configured to read out signals. In the figure, the same parts as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.

402は、図3に示した垂直出力線301(301−1、301−2等)を介して各画素から出力される電気信号を読み出す為の読み出し回路である。読み出し回路402の構成については、図5を用いて後述する。   Reference numeral 402 denotes a readout circuit for reading out an electrical signal output from each pixel via the vertical output line 301 (301-1, 301-2, etc.) shown in FIG. The configuration of the reading circuit 402 will be described later with reference to FIG.

503および404は、各々、画素から読み出し回路402を介して入力される光信号成分およびノイズ成分を後段の差動増幅器405へ出力するMOSトランジスタ、405は該MOSトランジスタからの信号を受けて差分出力する差動増幅器である。   Reference numerals 503 and 404 respectively denote MOS transistors that output optical signal components and noise components input from the pixels via the readout circuit 402 to the differential amplifier 405 at the subsequent stage, and reference numeral 405 receives a signal from the MOS transistor and outputs a difference. This is a differential amplifier.

406は各単位セルのMOSトランジスタ403および404をオン/オフ制御して、差動増幅器405へ信号を送る水平シフトレジスタである。407は各画素の電荷の蓄積・転送制御を行う垂直シフトレジスタである。408は垂直出力線301の電流制御を行う為の定電流源である。   Reference numeral 406 denotes a horizontal shift register that controls ON / OFF of the MOS transistors 403 and 404 of each unit cell and sends a signal to the differential amplifier 405. A vertical shift register 407 performs charge accumulation / transfer control of each pixel. Reference numeral 408 denotes a constant current source for controlling the current of the vertical output line 301.

図5は、図4の読み出し回路402の回路構成であり、一つの垂直出力線301に出力された画素信号の読み出しブロックの回路構成のみを示す。各垂直信号出力線301に単位画素セルから読み出された画素信号は、対応する読み出しブロックを介して差動増幅器405に読み出される。なお、図3または図4と同じ部分は緒の自符号を付して示す。   FIG. 5 shows a circuit configuration of the readout circuit 402 in FIG. 4, and shows only a circuit configuration of a readout block of pixel signals output to one vertical output line 301. The pixel signal read from the unit pixel cell to each vertical signal output line 301 is read to the differential amplifier 405 through the corresponding read block. The same parts as those in FIG. 3 or FIG.

同図において、501は、一方の端を垂直出力線301(301−1又は301−2)、他方を演算増幅器502の反転入力側に接続されたクランプ容量である。502は演算増幅器、503は、反転増幅器502の増幅度をクランプ容量501との比率で決定する為の帰還容量である。504はクランプ動作のためのクランプスイッチである。505と506は、光信号成分と暗時信号成分を、演算増幅器502を介して後述する保持容量507および508へそれぞれ転送する為の転送スイッチである。   In the figure, reference numeral 501 denotes a clamp capacitor having one end connected to the vertical output line 301 (301-1 or 301-2) and the other connected to the inverting input side of the operational amplifier 502. Reference numeral 502 denotes an operational amplifier, and reference numeral 503 denotes a feedback capacitor for determining the amplification degree of the inverting amplifier 502 based on the ratio to the clamp capacitor 501. Reference numeral 504 denotes a clamp switch for clamping operation. Reference numerals 505 and 506 denote transfer switches for transferring the optical signal component and the dark signal component to holding capacitors 507 and 508, which will be described later, through the operational amplifier 502, respectively.

507と508は各々、光信号成分および暗時信号成分を、演算増幅器502を介して保持する為の保持容量である。保持容量507および508に転送された信号は、図4で説明したMOSトランジスタ403および404を介して差動増幅器405へ出力される。   Reference numerals 507 and 508 denote holding capacitors for holding the optical signal component and the dark signal component via the operational amplifier 502, respectively. The signals transferred to the holding capacitors 507 and 508 are output to the differential amplifier 405 via the MOS transistors 403 and 404 described with reference to FIG.

図6は、本実施例に係る撮像装置が使用する撮像素子114の駆動動作のタイミングチャートを示す図である。各駆動信号は、システム制御部150による制御の下で、タイミング発生回路117より供給される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a timing chart of the driving operation of the image sensor 114 used by the imaging apparatus according to the present embodiment. Each drive signal is supplied from the timing generation circuit 117 under the control of the system control unit 150.

フォトダイオード301からの光信号電荷の読み出しに先立って、リセットトランジスタ339のゲート線φRES(1行目はφRES1−1)がハイレベルとされる。これによって、増幅トランジスタ335のゲートがリセット電源電圧にリセットされる。リセットトランジスタ339のゲート線φRESがローレベルに復帰すると同時にクランプスイッチ504のゲート線PC0Rがハイレベルになった後に、選択トランジスタ337のゲート線φSEL(1行目はφSEL1−1)がハイレベルとなる。これによって、リセットノイズが重畳されたリセット信号(ノイズ信号)が垂直出力線301に読み出され、各列のクランプ容量501にクランプされる。   Prior to reading of the optical signal charge from the photodiode 301, the gate line φRES (the first row is φRES1-1) of the reset transistor 339 is set to the high level. As a result, the gate of the amplification transistor 335 is reset to the reset power supply voltage. After the gate line φRES of the reset transistor 339 returns to the low level and the gate line PC0R of the clamp switch 504 becomes the high level, the gate line φSEL of the selection transistor 337 (the first row is φSEL1-1) becomes the high level. . As a result, a reset signal (noise signal) on which reset noise is superimposed is read out to the vertical output line 301 and clamped to the clamp capacitors 501 in each column.

次に、クランプスイッチ504のゲート線PC0Rがローレベルに復帰した後、ノイズ信号側転送スイッチのゲート線PTNがハイレベルとなり、各列に設けられた暗時信号保持容量508にリセット信号が保持される。次に、画素信号側転送スイッチのゲート線PTSをハイレベルにした後、転送トランジスタ331のゲート線φTX(1行目はφTX1−1)がハイレベルとなる。その結果、フォトダイオード301の光信号電荷が、増幅トランジスタ335のゲートに転送されると同時に光信号が垂直出力線301に読み出される。   Next, after the gate line PC0R of the clamp switch 504 returns to the low level, the gate line PTN of the noise signal side transfer switch becomes the high level, and the reset signal is held in the dark signal holding capacitor 508 provided in each column. The Next, after the gate line PTS of the pixel signal side transfer switch is set to the high level, the gate line φTX (φTX1-1 in the first row) of the transfer transistor 331 is set to the high level. As a result, the optical signal charge of the photodiode 301 is transferred to the gate of the amplification transistor 335, and at the same time, the optical signal is read out to the vertical output line 301.

次に転送トランジスタ331のゲート線φTXがローレベルに復帰した後、画素信号側転送スイッチのゲート線PTSがローレベルとなる。これによって、リセット信号からの変化分(光信号)が各列に設けられた光信号成分保持容量507に読み出される。ここまでの動作で、第1行目に接続された光電変換部301の光信号・暗時信号がそれぞれの列に接続された保持容量507乃至508に保持される。   Next, after the gate line φTX of the transfer transistor 331 returns to the low level, the gate line PTS of the pixel signal side transfer switch becomes the low level. As a result, the amount of change (optical signal) from the reset signal is read out to the optical signal component holding capacitor 507 provided in each column. With the operations so far, the optical signal and dark signal of the photoelectric conversion unit 301 connected to the first row are held in the holding capacitors 507 to 508 connected to the respective columns.

この後、信号CSLによって水平シフトレジスタ406を駆動し、各列の水平転送スイッチゲートが順次ハイレベルとなる。保持容量507乃至508に保持されていた電圧は、順次、容量Chs、Chnに読み出され、差動増幅器405で差分処理されて順次出力される。各列の信号読み出しの合間でリセットスイッチによって容量Chs、Chnがリセット電圧VCHRS、VCHRNにリセットされる。以上で、単位画素セルの第1行目に接続された画素の読み出しが完了する。   Thereafter, the horizontal shift register 406 is driven by the signal CSL, and the horizontal transfer switch gates in each column are sequentially set to the high level. The voltages held in the holding capacitors 507 to 508 are sequentially read out to the capacitors Chs and Chn, subjected to differential processing by the differential amplifier 405, and sequentially output. Capacitors Chs and Chn are reset to reset voltages VCHRS and VCHRN by a reset switch between signal readings of each column. Thus, reading of the pixels connected to the first row of the unit pixel cell is completed.

以下同様に、垂直シフトレジスタ407からの信号によって第2行目以降の各行に接続された光電変換部の信号が順次読み出され、全画素(全光電変換部に蓄積された信号)の読み出しが完了する。すなわち、単位画素セルを水平・垂直2画素構成とする本実施例においては、垂直2行を読み出し終えた時点で、単位画素セルの水平1ライン(1H)分の読み出しが完了したこととなる。   Similarly, the signals from the photoelectric conversion units connected to the second and subsequent rows are sequentially read out by signals from the vertical shift register 407, and all pixels (signals accumulated in all the photoelectric conversion units) are read out. Complete. That is, in this embodiment in which the unit pixel cell has a horizontal / vertical two-pixel configuration, reading of one horizontal line (1H) of the unit pixel cell is completed when reading of two vertical rows is completed.

なお、上述したように、本実施例に係る撮像装置で使用する撮像素子は、単位画素セル毎に水平方向に2つ・垂直方向に2つの画素(画素201乃至204)を配する構成になっている。本実施例では、4つの光電変換部に蓄積された電荷は、それぞれ読み出されて、後段の出力信号処理部116を介してメモリ118に保存される。測距演算部119は、メモリ118に保存された出力を使用して測距演算を行うが、その際、必要な画素加算処理を行なった上で、測距演算を行う。   As described above, the imaging device used in the imaging apparatus according to the present embodiment has a configuration in which two pixels (pixels 201 to 204) are arranged in the horizontal direction and in the vertical direction for each unit pixel cell. ing. In this embodiment, the electric charges accumulated in the four photoelectric conversion units are read out and stored in the memory 118 via the output signal processing unit 116 at the subsequent stage. The ranging calculation unit 119 performs ranging calculation using the output stored in the memory 118. At this time, the ranging calculation is performed after performing necessary pixel addition processing.

また、画像処理回路120は、メモリ118に保存された出力を使用して、単位画素セルの4つの画素の出力を合成処理して得られる出力を画素信号とする画像を生成する処理を行う。   In addition, the image processing circuit 120 performs a process of generating an image using an output obtained by synthesizing the outputs of the four pixels of the unit pixel cell using the output stored in the memory 118 as a pixel signal.

図7は、図6のタイミングチャートによる駆動を模式的に示した図であり、画面上部から下部に向かって、単位画素セルの2次元配列の各行の蓄積−読み出しを行なった場合の経過時間を視覚的に表わしている。   FIG. 7 is a diagram schematically showing driving according to the timing chart of FIG. 6, and shows the elapsed time when accumulation-reading of each row of the two-dimensional array of unit pixel cells is performed from the upper part to the lower part of the screen. It is visually represented.

図7における水平1ラインは、単位画素セルあたりの蓄積‐読み出し動作を示しており、1ライン上の期間h1で画素201および画素203の出力を読み出し、期間h2で画素202および画素204の出力を読み出している。この動作を順次繰り返し、垂直方向の単位画素セル数(1V)分の読み出しを完了するものである。   A horizontal line in FIG. 7 indicates an accumulation-read operation per unit pixel cell. The outputs of the pixels 201 and 203 are read in the period h1 on one line, and the outputs of the pixels 202 and 204 are read in the period h2. Reading out. This operation is sequentially repeated to complete readout for the number of unit pixel cells (1 V) in the vertical direction.

図8は、本実施例に係る撮像装置における測距動作のフローチャートを示す図である。本動作は不図示の撮影開始スイッチ・電源スイッチ等により、動画等の連続する撮像動作が指示されることで開始される。なお、実際には図6で説明した撮像動作は繰り返し行なわれ、メモリ118には順次、撮影されたデータが送り出さている状況で本動作が開始されるが、途中での割り込みや並行処理等がある場合の動作に関しては、説明が煩雑になる為割愛する。また、本動作と並行して画像処理回路120は、画像生成のための全画素加算処理等を行なっているが、本発明の測距動作とは直接関係がない為、ここでの詳細な説明は割愛する。   FIG. 8 is a diagram illustrating a flowchart of the distance measuring operation in the imaging apparatus according to the present embodiment. This operation is started when a continuous imaging operation such as a moving image is instructed by a shooting start switch, a power switch, etc. (not shown). In practice, the imaging operation described with reference to FIG. 6 is repeatedly performed, and this operation is started in a situation where the captured data is sequentially sent to the memory 118. The operation in a certain case is omitted because the explanation becomes complicated. In parallel with this operation, the image processing circuit 120 performs all pixel addition processing and the like for image generation. However, since it is not directly related to the distance measuring operation of the present invention, detailed description here. Will be omitted.

ステップS800では、システム制御部150が不図示のカウンタFCをリセットし、撮像動作の1フレーム目か否かを判断する。ステップS801では、測距演算部119がカウンタFCのカウント値を確認し、偶数だった場合はステップS802へ、奇数だった場合はステップS803へ移行する。   In step S800, the system control unit 150 resets a counter FC (not shown) and determines whether it is the first frame of the imaging operation. In step S801, the distance measuring unit 119 checks the count value of the counter FC. If it is an even number, the process proceeds to step S802, and if it is an odd number, the process proceeds to step S803.

ステップS802では、測距演算部119が、メモリ118に記憶されている各画素データの中で、単位画素セル毎に、垂直方向に並んでいる画素(画素201および202、画素203および204)の出力を加算する。これにより、測距用のA像(画素201+202)、B像(画素203+204)としての演算データを取得する(図2(b)を参照)。   In step S <b> 802, the ranging calculation unit 119 selects pixels (pixels 201 and 202, pixels 203 and 204) arranged in the vertical direction for each unit pixel cell in the pixel data stored in the memory 118. Add the outputs. As a result, the calculation data as the A image (pixel 201 + 202) and the B image (pixel 203 + 204) for distance measurement are acquired (see FIG. 2B).

ステップS803では、メモリ118に記憶されている各画素データの中で、単位画素毎に、水平方向に並んでいる画素(画素201および203、画素202および204)の出力を加算する。これにより、測距用のA像(画素201+203)、B像(画素202+204)としての演算データを取得する(図2(c)を参照)。   In step S803, the outputs of the pixels arranged in the horizontal direction (pixels 201 and 203, pixels 202 and 204) are added for each unit pixel in the pixel data stored in the memory 118. As a result, calculation data is obtained as an A image (pixel 201 + 203) and a B image (pixel 202 + 204) for distance measurement (see FIG. 2C).

ステップS804では、ステップS802またはステップS803で取得した演算データ(A像・B像)を使用して、相関演算等による周知の測距演算を行う。測距演算の詳細例については、図9および図10を用いて後述する。   In step S804, a well-known distance measurement calculation such as a correlation calculation is performed using the calculation data (A image / B image) acquired in step S802 or step S803. A detailed example of the distance measurement calculation will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.

ステップS805では、ステップS804で求めた測距の演算結果をシステム制御部150へ転送する。システム制御部150は、測距演算結果に基づいて、レンズ制御部111を介してレンズ110のフォーカス駆動等を行なってピント調節を行う。このように、測距演算結果はシステムのフィードバック作業にも用いられる。なお、フォーカス駆動等に関して、ステップS802の垂直方向加算(左右像分離)と、ステップS802の水平方向加算(上下像分離)のデータの組み合わせで目標フォーカス量を決定し、レンズ駆動を行うことが理想的である。   In step S805, the distance measurement calculation result obtained in step S804 is transferred to the system control unit 150. The system control unit 150 performs focus adjustment by driving the lens 110 through the lens control unit 111 based on the distance measurement calculation result. As described above, the distance measurement calculation result is also used for the feedback operation of the system. Regarding focus driving and the like, it is ideal to determine the target focus amount by combining the vertical direction addition (left and right image separation) in step S802 and the horizontal direction addition (upper and lower image separation) data in step S802 and drive the lens. Is.

ステップS806では、システム制御部150は、1フレームの測距データ転送を終了した時点で、不図示の撮影開始スイッチ・電源スイッチ等により、撮影動作の終了が指示されたか否かを判定する。その結果、終了操作が行なわれていなければステップS807へ移行し、ステップS800でカウントを開始した不図示のカウンタFCのカウントアップ(FC=FC+1)を行ない、ステップS801へ戻る。なお、ステップS806にて、終了操作が行なわれていれば、本測距動作シーケンスを終了する。   In step S806, the system control unit 150 determines whether or not the end of the shooting operation has been instructed by a shooting start switch, a power switch, or the like (not shown) when the distance measurement data transfer for one frame is completed. As a result, if the end operation has not been performed, the process proceeds to step S807, the counter FC (not shown) that has started counting in step S800 is incremented (FC = FC + 1), and the process returns to step S801. If an end operation has been performed in step S806, the distance measuring operation sequence ends.

図9を用いて、ステップS802乃至ステップS804で説明した測距動作における撮像素子の使用例を説明する。同図では説明での便宜上、水平又は垂直の1ラインのみを図示するが、本実施例はそれに限ったものではなく、複数ライン(理想的には撮像素子全面)を用いた測距を行うシステムであることが望ましい。   An example of use of the image sensor in the distance measuring operation described in steps S802 to S804 will be described with reference to FIG. In the figure, for convenience of explanation, only one horizontal or vertical line is shown. However, the present embodiment is not limited to this, and a system that performs distance measurement using a plurality of lines (ideally, the entire surface of the image sensor). It is desirable that

図9(a−1)は、暗中に明部の2ラインが含まれたチャートを撮影する際に、ステップS802で縦方向に画素を加算して、水平方向での測距を行う場合を模式的に示す図である。水平方向での測距の場合、A出力(左出力)とB出力(右出力)を単位セルの測距用出力とする。本測距パターンは、図で示すように、水平方向にコントラストが高い被写体であるので、高い精度の測距を行うことが出来る。   FIG. 9A-1 schematically illustrates a case in which when a chart including two bright lines is captured in the dark, pixels are added in the vertical direction in step S802 to perform distance measurement in the horizontal direction. FIG. In the case of distance measurement in the horizontal direction, A output (left output) and B output (right output) are used as distance measurement outputs of the unit cell. As shown in the figure, the distance measurement pattern is a subject having a high contrast in the horizontal direction, and therefore it is possible to perform distance measurement with high accuracy.

また、図9(a−2)は、暗中に明部の2ラインが含まれたチャートを撮影する際に、ステップS803で横方向に画素を加算して、垂直方向での測距を行う場合を模式的に示す図である。水平方向での測距の場合、A出力(上出力)とB出力(下出力)を単位セルの測距用出力とする。本測距パターンは、図で示すように、垂直方向にコントラストが高い被写体であるので、高い精度の測距を行うことが出来る。   FIG. 9A-2 illustrates a case where the distance is measured in the vertical direction by adding pixels in the horizontal direction in step S803 when photographing a chart including two bright lines in the dark. FIG. In the case of distance measurement in the horizontal direction, the A output (upper output) and the B output (lower output) are used as the unit cell distance measurement outputs. As shown in the figure, this distance measurement pattern is a subject with high contrast in the vertical direction, and therefore it is possible to perform distance measurement with high accuracy.

なお、図9(a−1)および図9(a−2)において、測距に使用している画素は、同色であることを前提として、1画素置きに示している。   In FIGS. 9A-1 and 9A-2, the pixels used for distance measurement are shown every other pixel on the assumption that they are the same color.

図9(b)は、図9(a−1)または図9(a−2)の形式で出力されるA出力およびB出力を複数セルから取得し、A像(左像or上像)およびB像(右像or下像)を生成して相関演算を行い、ズ量(デフォーカス量)を求める例を示す。A像とB像の比較(相関演算)を行うことにより、焦点のズレ量(デフォーカス量)を算出する。基本的には、相関値が高いほど焦点が合っており、相関値が低いほど焦点がズレていることになる。   FIG. 9 (b) acquires A output and B output output in the format of FIG. 9 (a-1) or FIG. 9 (a-2) from a plurality of cells, and A image (left image or upper image) and An example is shown in which a B image (right image or lower image) is generated and correlation calculation is performed to obtain a shift amount (defocus amount). By comparing the A image and the B image (correlation calculation), a focus shift amount (defocus amount) is calculated. Basically, the higher the correlation value, the more focused, and the lower the correlation value, the more out of focus.

図9(b−1)は、ピントがずれている状態のA像とB像を示し、A像(画素201+202)とB像(画素203+204)が一致していない。そのため、相関一致度(A像・B像差分に相当)を示す図9(b−2)は一定にならず、ずれた部分の出力が高くなっている。   FIG. 9B-1 shows an A image and a B image that are out of focus, and the A image (pixel 201 + 202) and the B image (pixel 203 + 204) do not match. Therefore, FIG. 9B-2 showing the degree of correlation coincidence (corresponding to the difference between the A image and the B image) is not constant, and the output of the shifted portion is high.

一方、図9(b−3)は、ピントがほぼ合っている状態のA像とB像を示し、両者はほぼ一致している。そのため、相関一致度(A像・B像差分に相当)を示す図5(b−4)はほとんど一定となっている。   On the other hand, FIG. 9B-3 shows an A image and a B image that are substantially in focus, and both are substantially coincident. Therefore, FIG. 5 (b-4) showing the correlation coincidence (corresponding to the difference between the A image and the B image) is almost constant.

図10は、相関演算による相関値dの算出方法の一例を示す図である。同図は、図9(a)と同様に、暗中に明部の2ラインが含まれたチャートを観測した場合の出力を表している。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method for calculating the correlation value d by the correlation calculation. As in FIG. 9A, this figure shows the output when a chart including two bright lines in the dark is observed.

図10(a)は、観測時のA像とB像がずれている状態である。すなわち、焦点ズレ量=デフォーカス量が大きい状態となっている。この観測時の2像の出力値を相関演算することで、相関値d(デフォーカス量に対応)が求められる。   FIG. 10A shows a state in which the A image and the B image at the time of observation are shifted. That is, the focus deviation amount = the defocus amount is large. A correlation value d (corresponding to the defocus amount) is obtained by calculating a correlation between the output values of the two images at the time of observation.

具体的には、A像信号の出力データをA[1]〜A[n]、B像信号の出力データをB[1]〜B[n]とし、相関量X0は

Figure 2014157338
で求められる。ここでmin(A,B)はA、Bの小さい方の値のことであり、nはA像およびB像の画素数(生成に使用された複数の単位画素セルの数)である。まず、このX0を計算する。 Specifically, the output data of the A image signal is A [1] to A [n], the output data of the B image signal is B [1] to B [n], and the correlation amount X0 is
Figure 2014157338
Is required. Here, min (A, B) is the smaller value of A and B, and n is the number of pixels of the A and B images (the number of unit pixel cells used for generation). First, this X0 is calculated.

次に図10(b)に示すように、A像信号を信号電圧の1ビット(1画素)シフトしたデータとB像信号のデータの相関量X1を計算する。
このX1は

Figure 2014157338
で求められる。このような手順でA像を1ビット(1画素)ずつシフトした相関量を繰り返し計算し、相関量が最も大きくなるXmaxを求める。(図10(c)) Next, as shown in FIG. 10B, a correlation amount X1 between data obtained by shifting the A image signal by 1 bit (one pixel) of the signal voltage and data of the B image signal is calculated.
This X1 is
Figure 2014157338
Is required. In such a procedure, the correlation amount obtained by shifting the A image by 1 bit (one pixel) is repeatedly calculated to obtain Xmax that maximizes the correlation amount. (Fig. 10 (c))

相関量Xmaxが、図10(c)のように、A像とB像の二像一致度が高い(合焦に最も近い位置)状態に対応する為、相関量Xmaxまでのシフト量を相関値d(デフォーカス量に対応)として記憶し、測距動作に使用する。   Since the correlation amount Xmax corresponds to a state in which the two-image coincidence between the A image and the B image is high (position closest to the in-focus state) as shown in FIG. 10C, the shift amount up to the correlation amount Xmax is represented by the correlation value. It is stored as d (corresponding to the defocus amount) and used for the distance measuring operation.

以上が相関演算の一例(MINアルゴリズム)である。なお、ここで説明した相関演算は一例であり、他の手法による相関演算を行なっても何ら問題ない。   The above is an example of the correlation calculation (MIN algorithm). The correlation calculation described here is merely an example, and there is no problem even if the correlation calculation is performed by another method.

以上、説明したとおり、本実施例では、垂直方向の画素加算に基づく測距動作(水平像分離測距)と、水平方向の画素加算に基づく測距動作(垂直像分離測距)を、撮影フレームに応じて(具体的には、交互に)行なっている。これにより、従来の測距動作が不得手とする被写体が存在している場合でも、より確度の高い測距を行うことができる。   As described above, in this embodiment, the distance measurement operation based on vertical pixel addition (horizontal image separation distance measurement) and the distance measurement operation based on horizontal pixel addition (vertical image separation distance measurement) are captured. This is done according to the frame (specifically, alternately). Thereby, even when there is a subject that is not good at the conventional distance measuring operation, it is possible to perform distance measurement with higher accuracy.

なお、本実施例では、フレーム毎に垂直加算と水平加算とを切り換えているが、これに限るものではなく、例えば、60フレームに1回だけ水平加算を行う等の少なくとも2以上の複数フレーム周期で適宜切り換える構成にしても何ら問題ない。   In this embodiment, vertical addition and horizontal addition are switched for each frame. However, the present invention is not limited to this. For example, at least two or more frame periods such as horizontal addition performed once in 60 frames. Therefore, there is no problem even if the configuration is switched appropriately.

[変形例] [Modification]

(変形例1)
前記本発明の第1の実施例においては、単位画素セル200内の各画素201乃至2304の出力を全て個別に取得して測距演算処理する構成を説明したが、各フレームの処理・回路構成等を考慮すると、撮像素子内での加算を行うことが有効となる。そこで、第1の実施例の第1の変形例として、撮像素子内で画素出力の加算を行なった画素出力を取得して測距動作を行う例を説明する。なお、撮像装置の基本構成は第1の実施例(図1)と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(Modification 1)
In the first embodiment of the present invention, the configuration in which all the outputs of the pixels 201 to 2304 in the unit pixel cell 200 are individually acquired and the ranging calculation processing is performed has been described. However, the processing / circuit configuration of each frame In consideration of the above, it is effective to perform addition within the image sensor. Therefore, as a first modification of the first embodiment, an example in which a distance measurement operation is performed by obtaining a pixel output obtained by adding pixel outputs in an image sensor will be described. Note that the basic configuration of the imaging apparatus is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), and a description thereof will be omitted here.

図11は、本第1の変形例に係る撮像装置で使用される撮像素子の単位画素セルの回路構成を示す。なお、図2および図3と同様の部分は同じ符号を付して示す。   FIG. 11 shows a circuit configuration of a unit pixel cell of an image sensor used in the image pickup apparatus according to the first modification. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.

同図を参照して、各画素201および202の構造について説明する。なお、画素203と204とは画素201と202と同様の構造である為、ここでの説明は省略する。301、302は画素201、202に対応した光電変換部である。331、1132はフォトダイオード301、1102の電荷を転送する転送トランジスタ、333は電荷を転送のための所定部位であるところのフローティングディフュージョン(FD)であり、2つの画素201、202で共通に使用する部位となっている。335は、FD333の電荷量に応じた信号出力を行う増幅部である増幅トランジスタ、337はFD333の電荷を画素部から後段の回路部に出力するための選択トランジスタ、339はFD333の電荷をリセットするためのリセットトランジスタである。増幅トランジスタ335、選択トランジスタ337、リセットトランジスタ339も2つの画素の共通部位となっている。   The structure of each pixel 201 and 202 will be described with reference to FIG. Note that the pixels 203 and 204 have the same structure as the pixels 201 and 202, and thus description thereof is omitted here. Reference numerals 301 and 302 denote photoelectric conversion units corresponding to the pixels 201 and 202. Reference numerals 331 and 1132 denote transfer transistors for transferring charges of the photodiodes 301 and 1102, and 333 denotes a floating diffusion (FD) which is a predetermined portion for transferring charges, and is used in common by the two pixels 201 and 202. It is a part. Reference numeral 335 denotes an amplification transistor that is an amplification unit that outputs a signal corresponding to the amount of charge of the FD 333, 337 is a selection transistor that outputs the charge of the FD 333 from the pixel unit to the circuit unit at the subsequent stage, and 339 resets the charge of the FD 333 This is a reset transistor. The amplification transistor 335, the selection transistor 337, and the reset transistor 339 are also common parts of the two pixels.

301−1(画素203、204の場合は301−2)は、FD333に貯められた電荷を、選択トランジスタ337がオンされた際に、増幅トランジスタ335を介して後段の回路へ出力する為の垂直出力線である。垂直方向に配置された一列の画素が(画素201と202、画素203と204)共通の出力線(301−1、301−2)に接続されている。   301-1 (301-2 in the case of the pixels 203 and 204) is a vertical for outputting the electric charge stored in the FD 333 to the subsequent circuit via the amplification transistor 335 when the selection transistor 337 is turned on. Output line. A row of pixels arranged in the vertical direction (pixels 201 and 202, pixels 203 and 204) are connected to a common output line (301-1, 301-2).

図12は、図11に示した単位画素セルを複数配置した撮像素子の概略構成図であり、図11で説明した単位画素セル200が、2次元に複数配置されている。本構成は基本的に第1の実施例で説明済みである図4と同じである為、図4と同様の部分は同じ符号を付して示し、その説明は省略する。ここでは、第1の実施例と異なる部分のみを説明する。   FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an image sensor in which a plurality of unit pixel cells shown in FIG. 11 are arranged. A plurality of unit pixel cells 200 described in FIG. 11 are two-dimensionally arranged. Since this configuration is basically the same as FIG. 4 described in the first embodiment, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, only the parts different from the first embodiment will be described.

図12の1211および1212は、読み出し回路402内の保持容量507と508(図5参照)を、単位画素セル内の水平方向同士で接続する為の接続スイッチである。この接続スイッチをONさせることによって、水平方向に隣接する画素201と203の光信号・暗時信号を加算することが出来る。   1211 and 1212 in FIG. 12 are connection switches for connecting the holding capacitors 507 and 508 (see FIG. 5) in the readout circuit 402 in the horizontal direction in the unit pixel cell. By turning on this connection switch, it is possible to add the light signal and dark signal of the pixels 201 and 203 adjacent in the horizontal direction.

図13と図14は、本第1の変形例に係る撮像装置が有する撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す。基本的には図6で説明したタイミングチャートと同じである為、異なる部分について説明する。   13 and 14 are timing charts of the driving operation of the image sensor included in the imaging apparatus according to the first modification. Since this is basically the same as the timing chart described with reference to FIG.

図13は、単位画素セル内の垂直方向の画素を加算して読み出すときの駆動動作のタイミングチャートである。増幅トランジスタ335のリセット(φRESxをハイレベル)、各列のクランプ容量501にクランプ(φRESをローレベル、PC0Rがハイ、φSELがハイ)、暗時信号の保持容量転送(PC0Rをロー、PTNをハイ)までの動作は、図6と同じである。   FIG. 13 is a timing chart of the driving operation when the pixels in the vertical direction in the unit pixel cell are added and read. Reset of amplification transistor 335 (φRESx is high level), clamp to clamp capacitor 501 of each column (φRES is low level, PC0R is high, φSEL is high), dark signal holding capacity transfer (PC0R is low, PTN is high) The operations up to are the same as those in FIG.

次の光信号転送の際、画素信号側転送スイッチのゲート線PTSをハイレベルにした後、転送トランジスタ331、1132のゲート線φTXx−1、φTXx−2(1行目ではTX1−1、φTX1−2)を同時にハイレベルとする。その結果、フォトダイオード301と1102の光信号電荷が、同時にFD333へ供給されることとなり、このFD333上で加算動作が行なわれる。   At the time of the next optical signal transfer, the gate line PTS of the pixel signal side transfer switch is set to the high level, and then the gate lines φTXx−1, φTXx-2 of the transfer transistors 331, 1322 (TX1-1, φTX1- in the first row). 2) is simultaneously set to the high level. As a result, the optical signal charges of the photodiodes 301 and 1102 are simultaneously supplied to the FD 333, and an addition operation is performed on the FD 333.

以後の動作は、図6で説明した動きと同じである。但し、垂直方向での単位画素セル内の加算が終了している為、図6が各行を同一動作で読み出すのに対して、図13の動作では、垂直方向に一行おきに間引きながら読み出していく。これにより、全画素読み出しを行なっている第1の実施例に比べ、1フレームの読み出し時間を短くすることが可能となる。   The subsequent operation is the same as the movement described in FIG. However, since the addition in the unit pixel cell in the vertical direction has been completed, each row is read in the same operation in FIG. 6, whereas in the operation in FIG. 13, reading is performed while thinning out every other row in the vertical direction. . As a result, the readout time for one frame can be shortened compared to the first embodiment in which all pixels are read out.

図14は、単位画素セル内の水平方向の画素を加算して読み出すときの駆動動作のタイミングチャートである。増幅トランジスタ335のリセット(φRESをハイレベル)、各列のクランプ容量501にクランプ(φRESをロー、PC0Rがハイレベル、φSELがハイレベル)までの動作は、図6と同じである。   FIG. 14 is a timing chart of the driving operation when the horizontal pixels in the unit pixel cell are added and read. The operations up to resetting the amplification transistor 335 (φRES is high level), clamping to the clamp capacitor 501 of each column (φRES is low, PC0R is high level, and φSEL is high level) are the same as those in FIG.

続いて、暗時信号の保持容量転送(PC0Rをロー、PTNをハイ)する際にPSHORTをハイレベルに制御し、単位画素セル内の水平方向に隣接する読み出し回路の保持容量を接続する。これにより、水平方向に隣接する画素の加算された暗時信号成分が、保持容量508上に保持される。   Subsequently, PSHORT is controlled to a high level when the dark signal holding capacity is transferred (PC0R is low and PTN is high), and the holding capacity of the readout circuit adjacent in the horizontal direction in the unit pixel cell is connected. As a result, the dark signal component obtained by adding the pixels adjacent in the horizontal direction is held on the holding capacitor 508.

さらに、画素信号側転送スイッチのゲート線PTSをハイ、転送トランジスタ331のゲート線φTX1−1をハイにする。これにより、フォトダイオード301および303(また1102および1104)の光信号電荷が、加算された信号成分として、保持容量507上に保持される。   Further, the gate line PTS of the pixel signal side transfer switch is set high, and the gate line φTX1-1 of the transfer transistor 331 is set high. As a result, the optical signal charges of the photodiodes 301 and 303 (and 1102 and 1104) are held on the holding capacitor 507 as the added signal component.

この後、PSHORTをローに戻すことで、保持容量507、508に加算平均された信号が残ることになる。その為、水平方向での単位画素セル内の加算が保持容量で行なわれている為、水平方向の加算読み出しにおいても、1列間引きで読み出してよい。すなわち、信号CSLによって、1列おきに駆動することで、順次読み出しを行う。これにより、全画素読み出しを行なっている第1の実施例に比べ、1フレームの読み出し時間を短くすることが可能になる。   After that, by returning PSHORT to low, signals that have been added and averaged in the storage capacitors 507 and 508 remain. For this reason, since the addition in the unit pixel cell in the horizontal direction is performed by the storage capacitor, the reading may be performed by thinning out one column even in the horizontal addition reading. That is, reading is sequentially performed by driving every other column by the signal CSL. As a result, the readout time for one frame can be shortened compared to the first embodiment in which all pixels are read out.

ところで、動画等の連続撮影動作を前提として考えた場合、安定したフレームレートでの制御が必要であるが、全画面を読み出す時間が、必ずしも適正のフレームレートに一致するものではない。そこで、フレームレートに対して、1フレームの読み出し時間を短くし、残りの時間を調整時間として使用して適正のフレームレートを得ることが一般的である。   By the way, when a continuous shooting operation such as a moving image is assumed, control at a stable frame rate is necessary, but the time for reading out the entire screen does not necessarily match an appropriate frame rate. Therefore, it is common to obtain an appropriate frame rate by shortening the reading time of one frame with respect to the frame rate and using the remaining time as the adjustment time.

図15乃至図17を用いて、フレームレートを調整する時間を用いて各種制御を行う例を示す。   An example in which various controls are performed using time for adjusting the frame rate will be described with reference to FIGS.

図15は、図13および図14での駆動動作の流れを模式的に示した図であり、画面上部から下部に向かって、各々の行が蓄積−読み出しを行なった場合の経過時間を視覚的に示している。   FIG. 15 is a diagram schematically showing the flow of the driving operation in FIGS. 13 and 14, and visually shows the elapsed time when each row performs accumulation-reading from the upper part of the screen toward the lower part. It shows.

動画等の連続撮影動作を前提として考えた場合、安定したフレームレートで制御する必要がある。そこで本変形例では、図に示すように、1フレームの時間をT0(例えば、60fps)として、1フレームの実読み出し時間+調整時間を用いて、安定したフレームレートを実現する制御を行う。   When considering a continuous shooting operation such as a moving image, it is necessary to control at a stable frame rate. Therefore, in the present modification, as shown in the figure, the time for one frame is set to T0 (for example, 60 fps), and control for realizing a stable frame rate is performed using the actual read time for one frame + adjustment time.

同図(a)は、図13で示した垂直加算読み出し時の駆動動作の例で、単位画素セル1行(1H)の読み出しは、最初に、1ライン上のh1’にて、画素201および画素203は、各々、画素202および画素204と加算された出力として読み出される。このh1’は、図7におけるh1と同じである。続いて、画素202および画素204の読み出しは、すでにh1’で、加算という状態で行なわれている為、図7におけるh2の読み出し相当の動作は不要となる。そこで、画素202および画素204の読み出し動作を間引きする為の制御を行う(間引き制御をh2’と定義する)。   FIG. 13A shows an example of the driving operation at the time of the vertical addition reading shown in FIG. 13. In the reading of one row (1H) of unit pixel cells, first, the pixel 201 and the pixel 201 and h1 ′ on one line are read. The pixel 203 is read as an output added with the pixel 202 and the pixel 204, respectively. This h1 'is the same as h1 in FIG. Subsequently, since the readout of the pixel 202 and the pixel 204 has already been performed in the state of addition at h1 ′, the operation corresponding to the readout of h2 in FIG. 7 becomes unnecessary. Therefore, control for thinning out the reading operation of the pixels 202 and 204 is performed (thinning control is defined as h2 ').

図15(b)は、図14で示した水平加算読み出しの駆動動作の例で、単位画素セル1行(1H)の読み出しは、最初に、1ライン上のh1”にて、画素201は画素203と加算された出力として読み出される。その為、図14で示すように制御信号CSLx−2を出力しないことで、読み出し時間を短縮することができる。このh1”は、図7におけるh1の1/2となる。   FIG. 15B shows an example of the horizontal addition readout driving operation shown in FIG. 14. The readout of one row (1H) of unit pixel cells is first performed at h1 ″ on one line, and the pixel 201 is a pixel. As shown in Fig. 14, the readout time can be shortened by not outputting the control signal CSLx-2 as shown in Fig. 14. This h1 "is 1 of h1 in Fig. 7. / 2.

続いて、1ライン上のh2”にて、画素202は画素204と加算された出力として読み出される。ここでもh1”と同様に、制御信号CSLx−2を出力しないことで、読み出し時間を短縮することができる。このh2”は、図7におけるh2の1/2となる。   Subsequently, at h2 ″ on one line, the pixel 202 is read as an output added to the pixel 204. Here again, similarly to h1 ″, the control signal CSLx-2 is not output, thereby shortening the readout time. be able to. This h2 ″ is 1/2 of h2 in FIG.

以上のように、垂直加算と水平加算の読み出し方式の差で、1フレーム期間T0に対しての調整時間に違いが発生する場合があり、本例では垂直加算時の調整時間T1と、水平加算時の調整時間T2の関係は T1<T2 となる。なお、この関係は、一例に過ぎず、撮像システム・方式によってはT1>T2、T1=T2の場合もあり得ることを明記しておく。例えば、垂直加算時に間引き制御を行うのに時間を要さない構成である場合等は、T1=T2となる。
ここで、T1<T2の時間差を有効に利用し、異なる制御を行なわせる例を図16および図17を使用して説明する。
As described above, there may be a difference in the adjustment time for one frame period T0 due to the difference between the vertical addition and horizontal addition readout methods. In this example, the adjustment time T1 during vertical addition and the horizontal addition are different. The relationship of the adjustment time T2 at the time is T1 <T2. It should be noted that this relationship is merely an example, and that T1> T2 and T1 = T2 may be possible depending on the imaging system and method. For example, T1 = T2 when the configuration does not require time for performing thinning control during vertical addition.
Here, an example in which the time difference of T1 <T2 is used effectively and different control is performed will be described with reference to FIGS.

図16は、本第1の変形例における撮像装置の撮像・測距動作のフローチャートを、また図17は本第1の変形例における撮像素子の駆動動作を模式的に示す図である。なお、図17については、図15(a)の垂直加算読み出しと、図15(b)の水平加算読み出しとを交互に行う場合の模式図である。従って、個々の詳細な動きは図15と同じであるため、図16のフローチャートによる撮像・測距動作を以下で説明する。   FIG. 16 is a flowchart of the imaging / ranging operation of the imaging apparatus according to the first modification, and FIG. 17 is a diagram schematically illustrating the driving operation of the imaging device according to the first modification. Note that FIG. 17 is a schematic diagram when the vertical addition reading of FIG. 15A and the horizontal addition reading of FIG. 15B are alternately performed. Therefore, the individual detailed movements are the same as those in FIG. 15, and the imaging / ranging operation according to the flowchart of FIG. 16 will be described below.

撮像・測距動作の基本動作は、不図示の撮影開始スイッチ・電源スイッチ等により、動画等の連続撮像動作が指示されることで開始される。   The basic operation of the imaging / ranging operation is started when a continuous imaging operation of a moving image or the like is instructed by a shooting start switch / power switch (not shown).

ステップS1600では、システム制御部150が不図示のカウンタFCをリセットし、撮像動作の1フレーム目か否かを判断する。ステップS1601では、測距演算部119は、カウンタFCのカウント値を確認し、偶数だった場合はステップS202へ、奇数だった場合はステップS1603へ移行する。   In step S1600, the system control unit 150 resets a counter FC (not shown) and determines whether it is the first frame of the imaging operation. In step S1601, the distance measurement calculation unit 119 checks the count value of the counter FC. If it is an even number, the process proceeds to step S202. If it is an odd number, the process proceeds to step S1603.

ステップS1602では、撮像素子の駆動を制御し、図13にて示したように、単位画素セル毎に垂直方向に並んでいる画素(画素201および202、画素203および204)を加算して読み出す。加算して読み出した画素信号は、測距用のA像(画素201+202)、B像(画素203+204)として出力する。(図17の垂直加算領域の動作。図2(b)を参照。)   In step S1602, the driving of the image sensor is controlled, and as shown in FIG. 13, the pixels (pixels 201 and 202, pixels 203 and 204) arranged in the vertical direction for each unit pixel cell are added and read. The pixel signals read by addition are output as A images (pixels 201 + 202) and B images (pixels 203 + 204) for distance measurement. (Operation of the vertical addition region in FIG. 17; see FIG. 2B.)

ステップS1603では、ステップS1602で出力された出力データ(A像・B像)を使用して、相関演算等による周知の測距演算を行う。測距演算については、第1の実施例にて、図9および図10を使用して一例を説明済みである為、ここでの詳細説明は割愛する。   In step S1603, using the output data (A image / B image) output in step S1602, a known distance measurement calculation such as a correlation calculation is performed. The distance measurement calculation has already been described with reference to FIGS. 9 and 10 in the first embodiment, and therefore detailed description thereof will be omitted.

ステップS1604では、測距演算部119が、ステップS1603で求めた測距演算結果をシステム制御回路150へ転送する。ステップS1603およびステップS1604は、図17の調整時間T1およびT2のうち短いほうの調整時間T1の期間内にて行う。   In step S <b> 1604, the distance measurement calculation unit 119 transfers the distance measurement calculation result obtained in step S <b> 1603 to the system control circuit 150. Steps S1603 and S1604 are performed within the shorter adjustment time T1 of the adjustment times T1 and T2 in FIG.

ステップS1605は、撮像素子の駆動を図14にて示したように、単位画素毎に水平方向に並んでいる画素(画素201および203、画素202および204)の出力を加算して出力する。(図17の水平加算領域の動作。図2(c)を参照。)   In step S1605, the drive of the image sensor is added and output from the pixels (pixels 201 and 203, pixels 202 and 204) arranged in the horizontal direction for each unit pixel, as shown in FIG. (Operation of the horizontal addition area in FIG. 17; see FIG. 2C.)

ステップS1606は、該ステップS1605で出力された出力データ(A像・B像)を使用し、該ステップ1604と同様に、相関演算等による周知の測距演算を行う。   In step S1606, using the output data (A image / B image) output in step S1605, a well-known distance measurement calculation such as a correlation calculation is performed in the same manner as in step 1604.

ステップS1607は、ステップS1606で求めた測距演算結果をシステム制御回路150へ転送する。ステップS1608では、ステップS1606およびステップS1607でシステム制御回路150に転送した測距演算結果に基づいて、レンズ制御部111を介してレンズ110のフォーカス駆動を行うピント調整等を行う。   In step S 1607, the distance measurement calculation result obtained in step S 1606 is transferred to the system control circuit 150. In step S1608, based on the distance measurement calculation result transferred to the system control circuit 150 in steps S1606 and S1607, focus adjustment for performing focus driving of the lens 110 is performed via the lens control unit 111.

ステップS1606乃至ステップS1608は、図17の調整時間:T2の期間内にて行う。   Steps S1606 to S1608 are performed within the period of adjustment time T2 in FIG.

ステップS1609では、1フレームの駆動が終了した時点で、システム制御部150が不図示の撮影開始スイッチ・電源スイッチ等により、撮影動作の終了が指示されたか否かを判定する。その結果、終了操作が行なわれていなければステップS1610へ移行し、ステップS1600でカウントを開始した不図示のカウンタFCのカウントアップ(FC=FC+1)を行ない、ステップS1601へ戻る。なお、ステップS1609にて、終了操作が行なわれていれば、本測距動作を終了する。   In step S1609, when the driving of one frame is completed, the system control unit 150 determines whether or not the photographing operation is instructed by a photographing start switch, a power switch, or the like (not shown). As a result, if the end operation has not been performed, the process proceeds to step S1610, the counter FC (not shown) that has started counting in step S1600 is incremented (FC = FC + 1), and the process returns to step S1601. If an end operation has been performed in step S1609, the distance measuring operation is ended.

以上説明したように、本発明の第1の実施例の第1の変形例においては、撮像素子内での加算された画素出力を使用すること行うにより、読み出し速度を上げることができ、測距動作を迅速に行うことが可能となる。また、水平加算読み出し時・垂直加算読み出し時の各々に適した調整時間を設定することで、撮像素子の読み出し駆動を切り換える際にも、安定したフレームレートを得ることができる。さらに、水平加算読み出し時・垂直加算読み出し時の調整時間の差を利用して、演算内容・駆動内容を変更することで、効率よい駆動をすることが可能になる。   As described above, in the first modification of the first embodiment of the present invention, the readout speed can be increased by using the added pixel output in the image sensor, and the distance measurement The operation can be performed quickly. Further, by setting an adjustment time suitable for each of horizontal addition reading and vertical addition reading, a stable frame rate can be obtained even when the reading drive of the image sensor is switched. Furthermore, it is possible to drive efficiently by changing the calculation contents / driving contents using the difference in adjustment time between horizontal addition reading and vertical addition reading.

なお、本第1の変形例においては、加算動作の違いによる調整時間が異なることを前提にしているが、本発明はそれに限ったものではなく、例えば、調整時間が安定している場合にも、偶数フレームと奇数フレームで異なる制御を行っても構わない。もちろん、調整時間中の制御を毎回同一の動作として制御しても何ら問題ない。   In the first modification, it is assumed that the adjustment time varies depending on the addition operation. However, the present invention is not limited to this, and for example, the adjustment time is stable. Different control may be performed for even frames and odd frames. Of course, there is no problem even if the control during the adjustment time is controlled as the same operation every time.

(第1の実施例の変形例2)
上記第1の変形例においては、撮像素子内での加算方法の一例を示したが、垂直方向・水平方向の加算構成が異なる為に、各々の駆動を大幅に切り替えなければならず、フレームレートの調整等の制御が煩雑になる。この為、第1の実施例の第2の変形例として、加算方向によってフレームレートの調整時間に差が生じない加算読み出し構成の一例を示す。なお、撮像装置の基本構成は第1の実施例(図1)と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(Modification 2 of the first embodiment)
In the first modification, an example of the addition method in the image sensor has been described. However, since the vertical and horizontal addition configurations are different, each drive must be switched significantly, and the frame rate is changed. The control such as the adjustment becomes complicated. For this reason, as a second modification of the first embodiment, an example of an addition readout configuration in which there is no difference in frame rate adjustment time depending on the addition direction will be described. Note that the basic configuration of the imaging apparatus is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), and a description thereof will be omitted here.

図18は、本第2の変形例における撮像素子の単位画素セルの回路構成を示している。なお、図3と同様の部分は同じ符号を付して示す。   FIG. 18 shows a circuit configuration of a unit pixel cell of the image sensor in the second modification. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

図18において、301、1802、1803、1804は光電変換部であり、同様の特性の複数個のフォトダイオードが(本実施例では4個)2次元に配列されている。331、1832はフォトダイオード301、1802、1803、1804の電荷を転送する転送トランジスタ、333、1834は電荷転送のための所定部位であるところのフローティングディフュージョン(FD)である。また、335、336はFD333、1834の電荷量に応じた信号出力を行う増幅部であるところの増幅トランジスタ、337、1838はFD333、1834の電荷を画素部から後段の回路部に出力するための選択トランジスタである。また、339、1840は、FD333、1834の電荷をリセットするためのリセットトランジスタである。   In FIG. 18, reference numerals 301, 1802, 1803, and 1804 denote photoelectric conversion units, and a plurality of photodiodes having the same characteristics (four in this embodiment) are arranged two-dimensionally. Reference numerals 331 and 1832 denote transfer transistors that transfer charges of the photodiodes 301, 1802, 1803, and 1804, and reference numerals 333 and 1834 denote floating diffusions (FD) which are predetermined portions for charge transfer. Reference numerals 335 and 336 denote amplification transistors that output signals in accordance with the charge amounts of the FDs 333 and 1834. Select transistor. Reference numerals 339 and 1840 denote reset transistors for resetting the electric charges of the FDs 333 and 1834.

301−1は、FD333に貯められた電荷を、選択トランジスタ337がオンされた際に、増幅トランジスタ335を介して後段の回路へ出力する為の第1の垂直出力線である。また、301−2は、FD1834に貯められた電荷を、選択トランジスタ1838がオンされた際に、増幅トランジスタ1836を介して後段の回路へ出力する為の第2の垂直出力線である。   Reference numeral 301-1 denotes a first vertical output line for outputting the charge stored in the FD 333 to the subsequent circuit via the amplification transistor 335 when the selection transistor 337 is turned on. Reference numeral 301-2 denotes a second vertical output line for outputting the charge stored in the FD 1834 to the subsequent circuit via the amplification transistor 1836 when the selection transistor 1838 is turned on.

1811、1812、1821および1822は、フォトダイオード間の接続を行うための接続トランジスタであり、接続トランジスタ1811がオンしている場合はフォトダイオード301、1802が接続される。他方、接続トランジスタ1812がオンしている場合はフォトダイオード803、1804が接続される。また、接続トランジスタ1821がオンしている場合はフォトダイオード301、1803が接続され、接続トランジスタ1822がオンしている場合はフォトダイオード1802、1804が接続される。   Reference numerals 1811, 1812, 1821, and 1822 denote connection transistors for connecting the photodiodes. When the connection transistor 1811 is on, the photodiodes 301 and 1802 are connected. On the other hand, when the connection transistor 1812 is on, the photodiodes 803 and 1804 are connected. When the connection transistor 1821 is on, the photodiodes 301 and 1803 are connected. When the connection transistor 1822 is on, the photodiodes 1802 and 1804 are connected.

接続トランジスタ1811、1812は、制御信号φADDVにより共通のタイミングで制御される。また、接続トランジスタ1821、1822は、制御信号φADDHにより共通のタイミングで制御される。すなわち、制御信号φADDVがオン、制御信号φADDHがオフの状態では、レイアウト上、垂直方向に並んだフォトダイオード同士(フォトダイオード301、1802と、フォトダイオード1803、1804)が接続される。このため、垂直方向の2つのフォトダイオードの出力が合成され、水平方向に分離された光信号出力を得ることができる。また、制御信号φADDHがオン、制御信号φADDVがオフの状態では、レイアウト上、水平方向に並んだフォトダイオード同士(フォトダイオード301、1803と、フォトダイオード1802、1804)が接続される。そのため、水平2つのフォトダイオードの出力が合成され、垂直方向に分離された光信号出力を得ることができる。   The connection transistors 1811 and 1812 are controlled at a common timing by a control signal φADDV. The connection transistors 1821 and 1822 are controlled at a common timing by the control signal φADDH. That is, when the control signal φADDV is on and the control signal φADDH is off, photodiodes arranged in the vertical direction (photodiodes 301 and 1802 and photodiodes 1803 and 1804) are connected in the layout. For this reason, the outputs of the two photodiodes in the vertical direction are combined, and an optical signal output separated in the horizontal direction can be obtained. When the control signal φADDH is on and the control signal φADDV is off, the photodiodes (photodiodes 301 and 1803 and photodiodes 1802 and 1804) arranged in the horizontal direction are connected in the layout. Therefore, the outputs of the two horizontal photodiodes can be combined to obtain an optical signal output separated in the vertical direction.

図19は、図18に示した単位画素セルを複数配置した撮像素子の概略構成ブロック図であり、図18で説明した単位画素セル200が2次元に複数配置されている。基本的には図3で説明した本発明の第1の実施例の構成とほぼ同じである。しかし本変形例では、水平画素の加算読み出しの制御を行う為の制御信号φADDH、および、垂直画素の加算読み出しの制御を行う為の制御信号φADDVが各単位画素セルに対して結線されている。   FIG. 19 is a schematic block diagram of an imaging device in which a plurality of unit pixel cells shown in FIG. 18 are arranged, and a plurality of unit pixel cells 200 described in FIG. 18 are two-dimensionally arranged. The configuration is basically the same as that of the first embodiment of the present invention described with reference to FIG. However, in this modification, a control signal φADDH for controlling addition reading of horizontal pixels and a control signal φADDV for controlling addition reading of vertical pixels are connected to each unit pixel cell.

図20は、本第2の変形例における撮像素子の垂直方向での画素の加算読み出し動作のタイミングチャートを示す図である。   FIG. 20 is a diagram illustrating a timing chart of the pixel addition reading operation in the vertical direction of the image sensor according to the second modification.

増幅トランジスタ335、1836をリセット(φRESをハイレベル)し、続いて、φADDV(1行目ではφADDV1)をハイにする。制御により、フォトダイオード301および1802、もしくはフォトダイオード1803および1804が、接続トランジスタ1811もしくは1812を介して接続される。以後、各列のクランプ容量501によるクランプ(φRESをロー、PC0Rがハイレベル、φSELがハイレベル)、暗時信号の保持容量転送(PC0Rをロー、PTNをハイ)の動作は図6と同様である。また、光信号の保持容量転送(PTNをロー、PTSをハイ、φTXをハイ)、読み出しの動作も図6と同じである。   The amplification transistors 335 and 1836 are reset (φRES is high level), and then φADDV (φADDV1 in the first row) is set to high. By control, the photodiodes 301 and 1802 or the photodiodes 1803 and 1804 are connected via the connection transistor 1811 or 1812. Thereafter, the operations of the clamp capacitor 501 of each column (φRES is low, PC0R is high level, φSEL is high level), and the dark signal holding capacitor transfer (PC0R is low, PTN is high) are the same as in FIG. is there. In addition, the storage capacity transfer of the optical signal (PTN is low, PTS is high, and φTX is high) and the reading operation are the same as those in FIG.

図21は、本第2の変形例における撮像素子の水平方向での画素の加算読み出し動作例のタイミングチャートである。本動作は図20で説明した垂直方向に画素を加算して読み出す場合の動作のφADDVがφADDH(1行目ではφADDH1)に変わっただけの動きとなる為、詳細の説明は割愛する。   FIG. 21 is a timing chart of an example of an addition reading operation of pixels in the horizontal direction of the image sensor according to the second modification. Since this operation is a movement in which φADDV of the operation for adding and reading pixels in the vertical direction described with reference to FIG. 20 is changed to φADDH (φADDH1 in the first row), detailed description thereof is omitted.

図19乃至図21のような構成を取ることにより、撮像素子内での画素加算を、加算方向によらず、同じ制御時間で行なえる為、制御が煩雑になることを防ぐことが可能となる。もちろん、フレームレートは安定して制御する必要がある為、1フレームの時間と、フレームレートの差によって生じる調整時間を使用して、測距演算処理やレンズ駆動(フォーカス駆動)を行うことも本発明の意とするところである。   By adopting the configuration as shown in FIG. 19 to FIG. 21, pixel addition within the image sensor can be performed in the same control time regardless of the addition direction, so that control can be prevented from becoming complicated. . Of course, since it is necessary to control the frame rate stably, it is also possible to perform distance measurement processing and lens drive (focus drive) using the time of one frame and the adjustment time caused by the difference in frame rate. The invention is intended.

なお、本発明の説明では、一般的なローリングシャッター駆動を用いていることを前提としている為、垂直方向の時系列的なズレが生じる場合がある(例えば、図7参照)。しかし、これに関しては、単位画素セル内における垂直方向の加算をすることで緩和されることを前提とし、実使用上の問題は発生しないものとする。   In the description of the present invention, since it is assumed that a general rolling shutter drive is used, a time-series shift in the vertical direction may occur (see, for example, FIG. 7). However, regarding this, on the premise that the addition is performed in the vertical direction in the unit pixel cell, it is assumed that there is no problem in practical use.

もちろん、理想的には、垂直方向の画像処理により時系列的なズレを補正することや、撮像素子に蓄積電荷を一時保存できるメモリを備えた構成のものを使用し、一括に転送して順次読み出しを行う方式を採用する等、時系列のズレを補正・抑止することが望ましい。   Of course, ideally, use a configuration that corrects time-series deviations by vertical image processing, or uses a configuration that has a memory that can temporarily store accumulated charges in the image sensor, and transfers them sequentially in a batch. It is desirable to correct / suppress time-series deviations, such as by adopting a method of reading.

上述した本発明の実施例およびその変形例によれば、被写体の特徴が水平おとよ垂直のいずれの方向のものであっても、測距動作を精度よく行うことが可能となり、動画などの連続撮影における焦点調節を適切に行うことが可能になる。   According to the above-described embodiments of the present invention and the modifications thereof, it is possible to perform a distance measuring operation with high accuracy regardless of whether the subject has a horizontal or vertical direction, such as a moving image. It is possible to appropriately adjust the focus in continuous shooting.

[他の実施の形態]
前述した本発明の実施形態における撮像装置を構成する各手段、並びに測距動作の各工程は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
[Other embodiments]
Each means constituting the imaging apparatus and each step of the distance measuring operation in the embodiment of the present invention described above can be realized by operating a program stored in a RAM or a ROM of a computer. This program and a computer-readable storage medium storing the program are included in the present invention.

また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。   In addition, the present invention can be implemented as, for example, a system, apparatus, method, program, storage medium, or the like. Specifically, the present invention may be applied to a system including a plurality of devices. The present invention may be applied to an apparatus composed of a single device.

なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム(実施形態では図8及び図16に示すフローチャートに対応したプログラム)を、システムまたは装置に直接、または遠隔から供給する場合も含む。そして、そのシステムまたは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。   In the present invention, a software program that realizes the functions of the above-described embodiments (in the embodiment, a program corresponding to the flowcharts shown in FIGS. 8 and 16) may be directly or remotely supplied to the system or apparatus. Including. This includes the case where the system or the computer of the apparatus is also achieved by reading and executing the supplied program code.

したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。   Accordingly, since the functions of the present invention are implemented by computer, the program code installed in the computer also implements the present invention. In other words, the present invention includes a computer program itself for realizing the functional processing of the present invention. In that case, as long as it has the function of a program, it may be in the form of object code, a program executed by an interpreter, script data supplied to the OS, and the like.

プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどがある。さらに、MO、CD−ROM、CD−R、CD−RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM、DVD(DVD−ROM、DVD−R)などもある。   Examples of the storage medium for supplying the program include a flexible disk, a hard disk, an optical disk, and a magneto-optical disk. Further, there are MO, CD-ROM, CD-R, CD-RW, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, DVD (DVD-ROM, DVD-R) and the like.

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する方法がある。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記憶媒体にダウンロードすることによっても供給できる。   As another program supply method, there is a method of connecting to a homepage on the Internet using a browser of a client computer. It can also be supplied by downloading the computer program itself of the present invention or a compressed file including an automatic installation function from a homepage to a storage medium such as a hard disk.

また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるWWWサーバも、本発明に含まれるものである。   It can also be realized by dividing the program code constituting the program of the present invention into a plurality of files and downloading each file from a different homepage. That is, a WWW server that allows a plurality of users to download a program file for realizing the functional processing of the present invention on a computer is also included in the present invention.

また、その他の方法として、本発明のプログラムを暗号化してCD−ROM等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。   As another method, the program of the present invention is encrypted, stored in a storage medium such as a CD-ROM, distributed to users, and encrypted from a homepage via the Internet to users who have cleared predetermined conditions. Download the key information to be solved. It is also possible to execute the encrypted program by using the key information and install the program on a computer.

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。さらに、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。   Further, the functions of the above-described embodiments are realized by the computer executing the read program. Furthermore, based on the instructions of the program, an OS or the like running on the computer performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments can be realized by the processing.

さらに、その他の方法として、まず記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。そして、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。   As another method, a program read from a storage medium is first written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. Then, based on the instructions of the program, the CPU or the like provided in the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.

上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

Claims (17)

瞳分割手段に対応して配列された所定数の複数の画素で構成される単位画素セルの2次元配列を有する撮像素子の出力を使用して被写体の測距を行う測距装置において、
前記単位画素セルごとに、前記2次元配列の所定の方向に配置された画素の出力を合成して得られた、前記被写体の像分離データを取得する取得手段と、
前記像分離データを用いて測距演算を行ない、演算結果を出力する演算手段と、
前記所定の方向を所定の周期で切り替える制御手段と、
を備え、
前記取得手段は、前記制御手段による切り替えに従って、前記切り替えられた方向の像分離データを取得し、前記演算手段は、前記取得手段が取得した像分離データを用いて測距演算を行うことを特徴とする測距装置。
In a distance measuring device for measuring a subject using an output of an image sensor having a two-dimensional array of unit pixel cells composed of a predetermined number of pixels arranged corresponding to pupil dividing means,
Obtaining means for obtaining image separation data of the subject obtained by synthesizing outputs of pixels arranged in a predetermined direction of the two-dimensional array for each unit pixel cell;
A calculation means for performing a ranging calculation using the image separation data and outputting a calculation result;
Control means for switching the predetermined direction at a predetermined period;
With
The acquisition unit acquires image separation data in the switched direction according to switching by the control unit, and the calculation unit performs distance measurement using the image separation data acquired by the acquisition unit. Ranging device.
前記制御手段は、前記所定の方向を、前記撮像素子の出力の所定のフレーム周期で切り替え、前記取得手段は、前記撮像素子の出力を前記単位画素セル内の前記所定の方向に配置された画素について合成して像分離データを生成することを特徴とする請求項1に記載の測距装置。   The control unit switches the predetermined direction at a predetermined frame period of the output of the image sensor, and the acquisition unit is a pixel arranged in the predetermined direction in the unit pixel cell. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein image separation data is generated by combining the two. 行う前記制御手段は、前記所定の方向を前記撮像素子の出力の所定のフレーム周期で切り替える制御信号を生成して出力し、前記取得手段は、前記単位画素セル内の前記所定の方向に配置された画素について合成した出力データを前記撮像素子から取得することを特徴とする請求項1に記載の測距装置。   The control means to perform generates and outputs a control signal for switching the predetermined direction at a predetermined frame period of the output of the image sensor, and the acquisition means is arranged in the predetermined direction in the unit pixel cell. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein output data synthesized with respect to each pixel is acquired from the image sensor. 前記所定の方向は、前記単位画素セルの2次元配列の垂直方向および水平方向のいずれかであり、前記所定の周期は、前記撮像素子の出力のフレーム周期又は少なくとも2以上の複数フレーム周期であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の測距装置。   The predetermined direction is one of a vertical direction and a horizontal direction of the two-dimensional array of the unit pixel cells, and the predetermined period is a frame period of an output of the imaging element or at least two or more frame periods. The distance measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein 被写体の光学像を形成する光学系と、
瞳分割手段に対応して配列された所定数の複数の画素で構成される単位画素セルの2次元配列を有し、前記被写体の光学像を光電変換して画素信号を生成する撮像手段と、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載された測距装置と、
前記撮像素子を駆動して前記画素信号を読み出す駆動手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
An optical system for forming an optical image of a subject;
An imaging means having a two-dimensional array of unit pixel cells composed of a predetermined number of pixels arranged corresponding to the pupil dividing means, and photoelectrically converting the optical image of the subject to generate a pixel signal;
A distance measuring device according to any one of claims 1 to 4,
Drive means for reading the pixel signal by driving the image sensor;
An imaging apparatus comprising:
前記撮像素子は、前記単位画素セルを構成する複数の画素の画素信号を、前記2次元配列の異なる方向に合成して読み出す合成手段を有し、前記駆動手段は、前記制御手段が出力した制御信号に従って前記合成手段を制御して前記合成の方向を切り替えることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。   The image pickup device includes combining means for combining and reading pixel signals of a plurality of pixels constituting the unit pixel cell in different directions of the two-dimensional array, and the driving means is a control output by the control means. The imaging apparatus according to claim 5, wherein the synthesis unit is controlled according to a signal to switch the synthesis direction. 前記撮像装置の撮像動作を制御する撮像制御手段をさらに備え、前記撮像制御手段は、前記測距装置を制御し、前記単位画素セルの2次元配列から前記画素信号を合成して読み出した後のフレーム期間に対応する調整時間において、前記演算手段が前記測距演算を行なって、前記演算結果を前記撮像制御手段に出力する行うことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。   The image capturing apparatus further includes an image capturing control unit that controls an image capturing operation of the image capturing apparatus, the image capturing control unit controlling the distance measuring device, and combining and reading out the pixel signal from the two-dimensional array of the unit pixel cells. The imaging apparatus according to claim 6, wherein the calculation unit performs the distance measurement calculation and outputs the calculation result to the imaging control unit in an adjustment time corresponding to a frame period. 前記光学系を駆動して前記被写体の光学像の焦点調節を行う焦点調節手段をさらに備え、前記撮像制御手段は、前記調整時間において前記焦点調節手段を制御し、前記演算手段が出力する演算結果に基づいて前記光学系を駆動することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。   The image processing apparatus further includes a focus adjustment unit that drives the optical system to adjust the focus of the optical image of the subject, and the imaging control unit controls the focus adjustment unit during the adjustment time, and the calculation result output by the calculation unit The image pickup apparatus according to claim 7, wherein the optical system is driven on the basis of the information. 前記合成手段は、前記合成の方向に対応して異なる構成を有し、前記撮像制御手段は、前記合成手段の異なる構成ために前記調整時間が前記合成の方向に対応して異なる場合は、短い調整時間において前記演算手段および焦点調節手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。   The synthesizing unit has a different configuration corresponding to the direction of the synthesis, and the imaging control unit is short when the adjustment time differs corresponding to the direction of the synthesis because of the different configuration of the synthesizing unit. The imaging apparatus according to claim 8, wherein the calculation unit and the focus adjustment unit are controlled during an adjustment time. 前記合成手段は、各合成の方向について同じ構成を有する行うことを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 8, wherein the synthesizing unit performs the same configuration in each synthesis direction. 前記撮像素子は、前記単位画素セルを構成する画素の出力を合成して出力する合成手段を有しないことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 5, wherein the imaging element does not include a combining unit that combines and outputs the outputs of the pixels constituting the unit pixel cell. 前記駆動手段により前記撮像素子から読み出された画素信号を処理する画像処理手段をさらに有し、前記画像処理手段は、前記単位画素セルを構成する複数の画素の出力を全て合成して前記被写体の画像を生成して処理することを特徴とする請求項5乃至11のいずれか一項に記載の撮像装置。   The image processing unit further includes an image processing unit that processes a pixel signal read from the imaging element by the driving unit, and the image processing unit combines the outputs of a plurality of pixels that form the unit pixel cell to form the subject. The image pickup apparatus according to claim 5, wherein the image is generated and processed. 瞳分割手段に対応して配列された所定数の複数の画素で構成される単位画素セルの2次元配列を有する撮像素子の出力を使用して被写体の測距を行う測距装置の制御において、
前記単位画素セルごとに、前記2次元配列の所定の方向に配置された画素の出力を合成して得られた、前記被写体の像分離データを取得する取得ステップと、
前記像分離データを用いて測距演算を行ない、演算結果を出力する演算ステップと、
前記所定の方向を所定の周期で切り替える制御ステップと、
を備え、
前記取得ステップは、前記制御ステップでの切り替えに従って、前記切り替えられた方向の像分離データを取得し、前記演算ステップは、前記取得ステップで取得した像分離データを用いて測距演算を行うことを特徴とする制御方法。
In the control of a distance measuring device that performs distance measurement of a subject using the output of an image sensor having a two-dimensional array of unit pixel cells composed of a predetermined number of pixels arranged corresponding to pupil dividing means,
An acquisition step of acquiring image separation data of the subject obtained by combining outputs of pixels arranged in a predetermined direction of the two-dimensional array for each unit pixel cell;
A calculation step of performing a ranging calculation using the image separation data and outputting a calculation result;
A control step of switching the predetermined direction at a predetermined period;
With
The acquisition step acquires the image separation data in the switched direction according to the switching in the control step, and the calculation step performs a distance measurement calculation using the image separation data acquired in the acquisition step. Characteristic control method.
瞳分割手段に対応して配列された所定数の複数の画素で構成される単位画素セルの2次元配列を有する撮像素子の出力を使用して被写体の測距を行う測距装置を制御するためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記単位画素セルごとに、前記2次元配列の所定の方向に配置された画素の出力を合成して得られた、前記被写体の像分離データを取得する取得手段、
前記像分離データを用いて測距演算を行ない、演算結果を出力する演算手段、
前記所定の方向を所定の周期で切り替える制御手段、
として機能させ、
前記取得手段が、前記制御手段による切り替えに従って、前記切り替えられた方向の像分離データを取得し、前記演算手段が、前記取得手段が取得した像分離データを用いて測距演算を行うように制御するプログラム。
To control a distance measuring device that performs distance measurement of an object using an output of an image sensor having a two-dimensional array of unit pixel cells composed of a predetermined number of pixels arranged corresponding to pupil dividing means The program of
Computer
Acquisition means for acquiring image separation data of the subject obtained by synthesizing outputs of pixels arranged in a predetermined direction of the two-dimensional array for each unit pixel cell;
A calculation means for performing a ranging calculation using the image separation data and outputting a calculation result;
Control means for switching the predetermined direction at a predetermined cycle;
Function as
The acquisition unit acquires image separation data in the switched direction according to the switching by the control unit, and the calculation unit is controlled to perform a distance measurement calculation using the image separation data acquired by the acquisition unit. Program to do.
請求項14のプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。   A computer-readable storage medium storing the program according to claim 14. コンピュータを、請求項1乃至4のいずれか一項に記載された測距装置の各手段として機能させるプログラム。   The program which makes a computer function as each means of the ranging apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 4. コンピュータを、請求項1乃至4のいずれか一項に記載された測距装置の各手段として機能させるプログラムを格納した記憶媒体。   A storage medium storing a program for causing a computer to function as each unit of the distance measuring device according to any one of claims 1 to 4.
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