JP2015099218A - Focal point detector, focal point detector control method, imaging device, program, and recording medium - Google Patents

Focal point detector, focal point detector control method, imaging device, program, and recording medium Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a base length while suppressing blur of a focal-point detection signal in response to a defocus amount in one photographic optical system.SOLUTION: A focal point detector includes: an imaging element that includes imaging pixels each performing photoelectric conversion on light from a photographic optical system that includes a diaphragm and generating an image of an object, and a pair of focal-point detection pixels that include a first focal-point detection pixel and a second focal-point detection element performing photoelectric conversion on luminous fluxes passing through different pupil areas of an exit pupil of the photographic optical system, respectively; generation means generating a third focal-point detection signal on the basis of a first focal-point detection signal output from the paired focal-point detection pixels if an aperture of the diaphragm has a first aperture value, and a second focal-point detection signal output from the paired focal-point detection pixels if the aperture of the diaphragm has a second diaphragm value other than the first diaphragm value; and focal-point detection means detecting a focal state of the photographic optical system on the basis of the third focal-point detection signal.

Description

本発明は、焦点検出装置およびその制御方法、撮像装置、プログラム、記憶媒体に関する。   The present invention relates to a focus detection device, a control method thereof, an imaging device, a program, and a storage medium.

撮像素子を構成する画素群の一部に特定の機能を付与した機能素子を有する撮像素子の一例として、撮像素子に被写体像の位相差検出機能を付与し、専用のAFセンサを不要とし、かつ高速の位相差AFを実現するための技術が開示されている。   As an example of an image sensor having a functional element in which a specific function is given to a part of a pixel group constituting the image sensor, a phase difference detection function of a subject image is given to the image sensor, and a dedicated AF sensor is unnecessary, and A technique for realizing high-speed phase difference AF is disclosed.

例えば特許文献1では、撮像素子の一部の受光素子(画素)において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与する技術が開示されている。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なうことが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for providing a pupil division function by decentering the sensitivity region of the light receiving unit with respect to the optical axis of the on-chip microlens in a part of the light receiving elements (pixels) of the imaging device. Yes. In addition, it is disclosed that these pixels are used as focus detection pixels and phase difference type focus detection is performed by disposing them at a predetermined interval between imaging pixel groups.

特開2000−292686号公報JP 2000-292686 A

しかしながら、上述した特許文献1の撮像装置では、焦点検出用画素から得られる1対の焦点検出信号の位相差が、撮影光学系の仕様により制限されることがある。これについて、図14を参照して説明する。図14(a)に示すように、1つのマイクロレンズ1401に対応して配置された、1対の受光素子1402及び1403には、射出瞳1404のうちのそれぞれ異なる領域1405及び1506を通過した光束が結像される。なお、ここで、1対の受光素子1402及び1403をそれぞれA像受光素子及びB像受光素子と称す。このとき、A像受光素子1402及びB像受光素子1403のそれぞれのマイクロレンズにより屈折されて入射する光束は、所定の入射角の範囲を有する。   However, in the imaging apparatus disclosed in Patent Document 1 described above, the phase difference between a pair of focus detection signals obtained from focus detection pixels may be limited by the specifications of the photographing optical system. This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14A, the light beams that have passed through different regions 1405 and 1506 of the exit pupil 1404 are placed on a pair of light receiving elements 1402 and 1403 arranged corresponding to one microlens 1401, respectively. Is imaged. Here, the pair of light receiving elements 1402 and 1403 are referred to as an A image light receiving element and a B image light receiving element, respectively. At this time, the light beams refracted and incident by the microlenses of the A image light receiving element 1402 and the B image light receiving element 1403 have a predetermined incident angle range.

入射角における入射光束の強度分布は図14(b)のようになる。同図では、受光素子に対して入射する光の入射角を、右側からの入射角を横軸の正、左側からの入射角を横軸の負として、それぞれの入射角で入射する光束の強度を縦軸とした図である。図14(b)には、A像受光素子1402への入射光束に対する感度分布は1411、B像受光素子1403への入射光束に対する感度分布は1412として示されている。感度のピークはそれぞれの入射光束が射出瞳を通過した領域における重心位置となっており、重心位置の間隔を基線長とする。また、A像受光素子及びB像受光素子を基線長方向にライン状に配置することで得られるライン信号をそれぞれA像及びB像とする。焦点検出画素による位相差式焦点検出では、被写体像のぼけ量(デフォーカス量)に応じて変化する、A像、B像の相対位置ずれ量を演算することで、光学系のデフォーカス量を検出する。デフォーカス量が大きくなるほど、A像、B像の相対位置ずれ量は大きくなり、デフォーカス量に対するA像、B像の相対位置ずれ量の敏感度は基線長によって制限されることになる。   The intensity distribution of the incident light beam at the incident angle is as shown in FIG. In the figure, the intensity of the light beam incident at each incident angle, where the incident angle of light incident on the light receiving element is the positive angle on the horizontal axis, and the negative angle on the horizontal axis is the incident angle from the right side. FIG. In FIG. 14B, the sensitivity distribution with respect to the incident light beam to the A image light receiving element 1402 is shown as 1411, and the sensitivity distribution with respect to the incident light beam to the B image light receiving element 1403 is shown as 1412. The sensitivity peak is the centroid position in the region where each incident light beam passes through the exit pupil, and the interval between the centroid positions is the baseline length. Further, line signals obtained by arranging the A image light receiving element and the B image light receiving element in a line shape in the base line length direction are respectively referred to as an A image and a B image. In phase-difference focus detection using focus detection pixels, the defocus amount of the optical system is calculated by calculating the relative positional deviation amount of the A and B images, which changes according to the blur amount (defocus amount) of the subject image. To detect. The larger the defocus amount, the larger the relative positional deviation amount between the A and B images, and the sensitivity of the relative positional deviation amount between the A and B images with respect to the defocus amount is limited by the baseline length.

即ち、1つの撮影光学系において、A像受光素子及びB像受光素子の基線長が最大となるのは、絞りが開放状態である場合の射出瞳の半径に応じて決定される。   That is, in one imaging optical system, the maximum baseline length of the A image light receiving element and the B image light receiving element is determined according to the radius of the exit pupil when the aperture is in the open state.

一方、焦点検出画素群から得られるA像、B像は絞りが開放側に向かうに従ってデフォーカス量に応じてぼけ易くなり、A像、B像の相対位置ずれ量の演算が困難となる。   On the other hand, the A image and the B image obtained from the focus detection pixel group are easily blurred according to the defocus amount as the diaphragm is moved toward the open side, and the calculation of the relative positional deviation amount between the A image and the B image becomes difficult.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、1つの撮影光学系において、デフォーカス量に応じた焦点検出信号のぼけを抑制しつつ、基線長を拡張することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to extend the base length while suppressing blurring of a focus detection signal corresponding to a defocus amount in one photographing optical system. .

本発明の一側面としての焦点検出装置は、絞りを有する撮影光学系からの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像用画素と、前記撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第1の焦点検出用画素および第2の焦点検出用画素を有する一対の焦点検出用画素と、を有する撮像素子と、前記絞りの開口が第1の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第1の焦点検出信号と、前記絞りの開口が前記第1の絞り値とは異なる第2の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第2の焦点検出信号と、に基づいて、第3の焦点検出信号を生成する生成手段と、前記第3の焦点検出信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有することを特徴とする。   A focus detection apparatus according to an aspect of the present invention includes imaging pixels that photoelectrically convert light from an imaging optical system having a diaphragm to generate an image of a subject, and different pupil regions among exit pupils of the imaging optical system And a pair of focus detection pixels each having a first focus detection pixel and a second focus detection pixel for photoelectrically converting each of the light beams that have passed through the aperture, and the aperture of the aperture is a first aperture value The first focus detection signal output from the pair of focus detection pixels and the pair of focus when the aperture of the aperture is a second aperture value different from the first aperture value. A generating means for generating a third focus detection signal based on the second focus detection signal output from the detection pixel, and a focus state of the photographing optical system based on the third focus detection signal And focus detection means for detecting And wherein the door.

本発明によれば、1つの撮影光学系において、デフォーカス量に応じた焦点検出信号のぼけを抑制しつつ、基線長を拡張することができる。   According to the present invention, it is possible to extend the baseline length while suppressing blurring of a focus detection signal corresponding to the defocus amount in one photographing optical system.

本発明における第1の実施形態の撮像装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明における第1の実施形態の固体撮像素子のブロック図である。1 is a block diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明における第1の実施形態の撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図である。It is the top view and sectional drawing of the pixel for an imaging of the image pick-up element of the 1st Embodiment in this invention. 本発明における第1の実施形態の撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of focus detection pixels of the image sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明における第1の実施形態の焦点検出用画素のケラレ、及び焦点検出光束の重心間隔を説明する図である。It is a figure explaining the vignetting of the pixel for focus detection of the 1st Embodiment in this invention, and the gravity center space | interval of a focus detection light beam. 本発明における第1の実施形態の撮像素子の焦点検出用画素の配置領域拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of an arrangement area of focus detection pixels of the image sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明における第1の実施形態の撮像素子の焦点領域の配置図である。FIG. 2 is a layout diagram of focal regions of the image sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明における第1の実施形態の撮像装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the imaging device of 1st Embodiment in this invention. 本発明における第1の実施形態の焦点検出の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the focus detection of 1st Embodiment in this invention. 本発明における第1の実施形態の撮影の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of imaging | photography of 1st Embodiment in this invention. 本発明における第1の実施形態の相関演算説明図である。It is correlation calculation explanatory drawing of 1st Embodiment in this invention. 本発明における第1の実施形態の焦点検出光束の重心間隔を説明する図である。It is a figure explaining the gravity center space | interval of the focus detection light beam of 1st Embodiment in this invention. 本発明における第1の実施形態の変形例の焦点検出光束の重心間隔を説明する図である。It is a figure explaining the gravity center space | interval of the focus detection light beam of the modification of the 1st Embodiment in this invention. 焦点検出用画素における焦点検出光束の概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of the focus detection light beam in a focus detection pixel.

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は本発明に係る撮像装置(カメラ)の構成図で、撮像素子を有した撮像装置本体(カメラ本体)と撮影レンズ(撮影光学系)とが一体となった電子カメラ100を示している。本実施例において、電子カメラ100は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等である。なお、ここでは、撮影レンズが一体となった撮像装置を例として挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、撮影レンズが撮像装置本体に対して交換可能に装着される撮像装置にも適用可能である。同図において、101は撮影光学系(結像光学系、撮像光学系)の先端に配置された第1レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。102は絞り兼用シャッタ(以下、単に絞りともいう。)で、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。103は第2レンズ群である。そして絞り兼用シャッタ102及び第2レンズ群103は一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍作用(ズーム機能)をなす。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of an image pickup apparatus (camera) according to the present invention, and shows an electronic camera 100 in which an image pickup apparatus main body (camera main body) having an image pickup element and a photographing lens (photographing optical system) are integrated. . In this embodiment, the electronic camera 100 is, for example, a digital camera or a video camera. Here, the imaging apparatus in which the photographing lens is integrated has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and imaging in which the photographing lens is attached to the imaging apparatus body in a replaceable manner. It is also applicable to the device. In the figure, reference numeral 101 denotes a first lens group disposed at the tip of a photographing optical system (imaging optical system, imaging optical system), and is held so as to be able to advance and retreat in the optical axis direction. Reference numeral 102 denotes an aperture / shutter (hereinafter also simply referred to as an aperture), which adjusts the light amount at the time of shooting by adjusting the aperture diameter, and also has a function as an exposure time adjustment shutter at the time of still image shooting. Reference numeral 103 denotes a second lens group. The diaphragm shutter 102 and the second lens group 103 integrally move forward and backward in the optical axis direction, and perform a zooming function (zoom function) in conjunction with the forward and backward movement of the first lens group 101.

105は第3レンズ群(フォーカスレンズ)で、光軸方向の進退により、焦点調節を行なう。106は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。107はC−MOSセンサとその周辺回路で構成された撮像素子(撮像手段)である。撮像素子107は、横方向(水平方向)m画素、縦方向(垂直方向)n画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された2次元単板カラーセンサが用いられる。なお、本実施例において、撮像素子107は、後述するように撮像用画素と焦点検出用画素とを備えている。   Reference numeral 105 denotes a third lens group (focus lens) that performs focus adjustment by advancing and retreating in the optical axis direction. Reference numeral 106 denotes an optical low-pass filter, which is an optical element for reducing false colors and moire in a captured image. Reference numeral 107 denotes an image sensor (imaging means) composed of a C-MOS sensor and its peripheral circuits. The image sensor 107 uses a two-dimensional single-plate color sensor in which a Bayer array primary color mosaic filter is formed on-chip on light receiving pixels of horizontal (horizontal) m pixels and vertical (vertical) n pixels. It is done. In this embodiment, the image sensor 107 includes an imaging pixel and a focus detection pixel as will be described later.

111はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第1レンズ群101ないし第2レンズ群103を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。112は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ102の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。114はフォーカスアクチュエータで、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。   A zoom actuator 111 rotates a cam cylinder (not shown) to drive the first lens group 101 or the second lens group 103 back and forth in the optical axis direction and perform a zooming operation. Reference numeral 112 denotes an aperture shutter actuator that controls the aperture diameter of the aperture / shutter 102 to adjust the amount of photographing light, and controls the exposure time during still image photographing. Reference numeral 114 denotes a focus actuator, which performs focus adjustment by driving the third lens group 105 back and forth in the optical axis direction.

115は撮影時の被写体照明用電子フラッシュ(照明手段)で、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するLEDを備えた照明装置を用いても良い。116はAF補助光装置(AF補助光手段)で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。   115 is an electronic flash (illuminating means) for illuminating a subject at the time of photographing, and a flash illumination device using a xenon tube is suitable, but an illumination device including LEDs that emit light continuously may be used. Reference numeral 116 denotes an AF auxiliary light device (AF auxiliary light means), which projects a mask image having a predetermined aperture pattern onto a subject field via a projection lens, and has a focus detection capability for a dark subject or a low contrast subject. Improve.

121はCPU(制御手段)で、カメラ100の種々の制御を司るカメラ内CPUであり、不図示の演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。また、CPU121は、後述の撮像素子駆動回路124や画像処理回路125からの出力に基づいて、一対の像信号の位相差を、相関演算を用いて求める位相差検出方式の焦点検出手段としての機能も有する。このように、CPU121は、撮影レンズ(撮影光学系)の焦点状態を検出する焦点検出装置の一部として機能する。また、ROMに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラ100が有する各種回路を駆動し、AF、撮影、画像処理及び記録等の一連の動作を実行する。   Reference numeral 121 denotes a CPU (control means), which is an in-camera CPU that controls various controls of the camera 100, and includes a calculation unit, a ROM, a RAM, an A / D converter, a D / A converter, a communication interface circuit, and the like. Further, the CPU 121 functions as a focus detection unit of a phase difference detection method that obtains a phase difference between a pair of image signals using a correlation calculation based on an output from an image sensor driving circuit 124 and an image processing circuit 125 described later. Also have. Thus, the CPU 121 functions as a part of the focus detection device that detects the focus state of the photographic lens (shooting optical system). Further, various circuits included in the camera 100 are driven based on a predetermined program stored in the ROM, and a series of operations such as AF, photographing, image processing, and recording are executed.

122は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明手段115を点灯制御する。123は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期してAF補助光手段116を点灯制御する。124は撮像素子駆動回路で、撮像素子107の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をA/D変換してCPU121に送信する。125は画像処理回路で、撮像素子107が取得した画像のγ変換、カラー補間、JPEG圧縮等の処理を行なう。   An electronic flash control circuit 122 controls lighting of the illumination unit 115 in synchronization with the photographing operation. Reference numeral 123 denotes an auxiliary light driving circuit that controls the lighting of the AF auxiliary light unit 116 in synchronization with the focus detection operation. An image sensor driving circuit 124 controls the image capturing operation of the image sensor 107 and A / D converts the acquired image signal and transmits the image signal to the CPU 121. An image processing circuit 125 performs processes such as γ conversion, color interpolation, and JPEG compression of the image acquired by the image sensor 107.

126はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114を駆動制御し、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。128は絞りシャッタ駆動回路(絞り制御手段)で、絞りシャッタアクチュエータ112を駆動制御して絞り兼用シャッタ102の開口を制御する。129はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ111を駆動する。   A focus drive circuit 126 controls the focus actuator 114 based on the focus detection result, and adjusts the focus by driving the third lens group 105 back and forth in the optical axis direction. Reference numeral 128 denotes an aperture shutter drive circuit (aperture control means), which controls the aperture shutter actuator 112 to control the aperture of the aperture / shutter 102. Reference numeral 129 denotes a zoom drive circuit that drives the zoom actuator 111 in accordance with the zoom operation of the photographer.

131はLCD等の表示器(表示手段)で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。132は操作スイッチ群(操作手段)で、電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。133は着脱可能なフラッシュメモリ(記憶手段)で、撮影済み画像を記録する。   Reference numeral 131 denotes a display device (display means) such as an LCD, which displays information related to the shooting mode of the camera, a preview image before shooting and a confirmation image after shooting, a focus state display image at the time of focus detection, and the like. Reference numeral 132 denotes an operation switch group (operation means), which includes a power switch, a release (shooting trigger) switch, a zoom operation switch, a shooting mode selection switch, and the like. Reference numeral 133 denotes a detachable flash memory (storage means) that records captured images.

図2は、撮像素子107のブロック図を示している。なお、図2のブロック図は、読み出し動作が説明できる最低限の構成を示しており、画素リセット信号などが省略されている。図2において、201は撮像素子107の光電変換部を示している。複数の光電変換部201は、図2ではPDmnと略されて記載されている。ここで、mは、X方向アドレスであり、m=0、1・・・m−1である。また、nは、Y方向アドレスであり、n=0、1・・・n−1である。各光電変換部PDmnは、フォトダイオード(PD)、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。また、本発明の撮像素子は、m×nの光電変換部が2次元上に配置されている。符号は、煩雑になるので、左上の光電変換部PD00付近にのみ付記した。 FIG. 2 shows a block diagram of the image sensor 107. Note that the block diagram of FIG. 2 illustrates a minimum configuration that can explain the reading operation, and a pixel reset signal and the like are omitted. In FIG. 2, reference numeral 201 denotes a photoelectric conversion unit of the image sensor 107. The plurality of photoelectric conversion units 201 are abbreviated as PDmn in FIG. Here, m is an X-direction address, and m = 0, 1,... M−1. N is a Y-direction address, and n = 0, 1,... N−1. Each photoelectric conversion unit PDmn includes a photodiode (PD), a pixel amplifier, a reset switch, and the like. In the imaging device of the present invention, m × n photoelectric conversion units are two-dimensionally arranged. Since the code is complicated, it is added only in the vicinity of the photoelectric conversion unit PD 00 in the upper left.

202は、光電変換部PDmnの出力を選択するスイッチであり、後述する垂直走査回路208により、一行ごとに選択される。   Reference numeral 202 denotes a switch for selecting the output of the photoelectric conversion unit PDmn, which is selected for each row by a vertical scanning circuit 208 described later.

203は、光電変換部PDmnの出力を一時的に記憶するためのラインメモリであり、垂直走査回路208により選択された一行分の光電変換部の出力を記憶するものである。ラインメモリ203は、通常はコンデンサが使用される。   Reference numeral 203 denotes a line memory for temporarily storing the output of the photoelectric conversion unit PDmn, and stores the output of the photoelectric conversion unit for one row selected by the vertical scanning circuit 208. For the line memory 203, a capacitor is usually used.

204は、水平出力線に接続されて、水平出力線を所定の電位VHRSTにリセットするためのスイッチであり、信号HRSTにより制御される。   A switch 204 is connected to the horizontal output line to reset the horizontal output line to a predetermined potential VHRST, and is controlled by a signal HRST.

205は、ラインメモリ203に記憶された光電変換部PDmnの出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチであり、HからHm−1のスイッチを後述の水平走査回路206により、順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。 Reference numeral 205 denotes a switch for sequentially outputting the output of the photoelectric conversion unit PDmn stored in the line memory 203 to the horizontal output line. The switches from H 0 to H m−1 are sequentially scanned by the horizontal scanning circuit 206 described later. As a result, the output of photoelectric conversion for one row is read out.

206は、水平走査回路であり、ラインメモリ203に記憶された光電変換部の出力を順次操作して、水平出力線に出力させる。水平出力線に出力された信号は、出力アンプ207を介して信号VOUTとして出力される。信号PHSTは、水平走査回路206のデータ入力、PH1、PH2は、シフトクロック入力であり、PH1=Hでデータがセットされ、PH2でデータがラッチされる構成となっている。PH1、PH2にシフトクロックを入力することにより、PHSTを順次シフトさせて、HからHm−1のスイッチを順次オンさせることができる。SKIPは、間引き読み出し時に設定を行なわせる制御端子入力である。SKIP端子をHレベルに設定することにより、水平走査回路を所定間隔でスキップさせることが可能になる。 Reference numeral 206 denotes a horizontal scanning circuit which sequentially operates the outputs of the photoelectric conversion units stored in the line memory 203 and outputs them to the horizontal output line. The signal output to the horizontal output line is output as the signal VOUT through the output amplifier 207. The signal PHST is a data input of the horizontal scanning circuit 206, PH1 and PH2 are shift clock inputs, and data is set when PH1 = H, and data is latched at PH2. PH1, by inputting the shift clock PH2, can be by sequentially shifting the PHST, are sequentially turned on of the switches H m-1 from H 0. SKIP is a control terminal input for setting during thinning readout. By setting the SKIP terminal to the H level, the horizontal scanning circuit can be skipped at predetermined intervals.

208は、垂直走査回路であり、順次走査して、VからVn−1を出力することにより、光電変換部PDmnの選択スイッチ202を選択することができる。制御信号は、水平走査回路と同様に、データ入力PVST、シフトクロックPV1、PV2、間引き読み設定SKIPにより制御される。動作に関しては、水平走査回路と同様であるので詳細説明は省略する。また、図中では、前記の制御信号は、不図示とした。 Reference numeral 208 denotes a vertical scanning circuit, which can select the selection switch 202 of the photoelectric conversion unit PDmn by sequentially scanning and outputting V 0 to V n−1 . The control signal is controlled by the data input PVST, the shift clocks PV1 and PV2, and the thinning reading setting SKIP as in the horizontal scanning circuit. Since the operation is the same as that of the horizontal scanning circuit, detailed description thereof is omitted. In the figure, the control signal is not shown.

図3、図4、及び図5は、本実施例の撮像素子107に備えられた撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施例においては、2×2の4画素のうち、対角2画素にG(緑色)の分光感度を有する画素を配置し、他の2画素にR(赤色)とB(青色)の分光感度を有する画素を各1個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、該ベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。   3, 4, and 5 are diagrams illustrating the structures of the imaging pixels and focus detection pixels provided in the imaging element 107 of the present embodiment. In this embodiment, out of 4 pixels of 2 × 2, pixels having a spectral sensitivity of G (green) are arranged in two diagonal pixels, and R (red) and B (blue) spectra are arranged in the other two pixels. A Bayer arrangement in which one pixel having sensitivity is arranged is employed. Further, focus detection pixels having a structure to be described later are arranged in a distributed manner between the Bayer arrays.

図3に撮像用画素の配置と構造を示す。同図(a)は2×2の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にG画素が、他の2画素にRとBの画素が配置される。そして該2行×2列の構造が繰り返し配置される。   FIG. 3 shows the arrangement and structure of the imaging pixels. FIG. 2A is a plan view of 2 × 2 imaging pixels. As is well known, in the Bayer array, G pixels are arranged diagonally, and R and B pixels are arranged in the other two pixels. The structure of 2 rows × 2 columns is repeatedly arranged.

同図(a)の断面A−Aを同図(b)に示す。MLは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、CFはR(Red)のカラーフィルタ、CFはG(Green)のカラーフィルタである。PDはC−MOSセンサの光電変換部を模式的に示したもの、CLはC−MOSセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。TLは撮影光学系を模式的に示したものである。EPは撮影光学系TLの射出瞳を示したものである。 A cross section AA of FIG. 4A is shown in FIG. ML denotes an on-chip microlens arranged in front of each pixel, CF R is a color filter, CF G of R (Red) is a color filter of G (Green). PD is a schematic diagram showing the photoelectric conversion unit of the C-MOS sensor, and CL is a wiring layer for forming signal lines for transmitting various signals in the C-MOS sensor. TL schematically shows the photographing optical system. EP indicates the exit pupil of the photographing optical system TL.

ここで、撮像用画素のマイクロレンズMLと光電変換部PDは、撮影光学系TLを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系TLの射出瞳EPと光電変換部PDは、マイクロレンズMLにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、同図(b)ではR画素の入射光束について説明したが、G画素及びB(Blue)画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のRGB各画素に対応した射出瞳EPは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のS/Nを向上させている。   Here, the microlens ML and the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel are configured to capture the light beam that has passed through the photographing optical system TL as effectively as possible. In other words, the exit pupil EP of the photographing optical system TL and the photoelectric conversion unit PD are conjugated with each other by the microlens ML, and the effective area of the photoelectric conversion unit is designed to be large. Further, in FIG. 5B, the incident light beam of the R pixel has been described, but the G pixel and the B (Blue) pixel have the same structure. Accordingly, the exit pupil EP corresponding to each of the RGB pixels for imaging has a large diameter, and the S / N of the image signal is improved by efficiently capturing the light flux from the subject.

図4は、撮影光学系の水平方向(横方向)に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向あるいは横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。同図(a)は、焦点検出用画素を含む2行×2列の画素の平面図である。記録もしくは観賞のための画像信号を得る場合、G画素で輝度情報の主成分を取得する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、G画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でRもしくはB画素は、色情報(色差情報)を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施例においては、2行×2列の画素のうち、G画素は撮像用画素として残し、RとBの画素を焦点検出用画素に置き換える。この焦点検出用画素を同図(a)においてSHA(第1の焦点検出用画素)及びSHB(第2の焦点検出用画素)で示す。また、このSHA(第1の焦点検出用画素)及びSHB(第2の焦点検出用画素)を一対の焦点検出用画素と称す。なお、図示しないが、本実施例は、撮影光学系の垂直方向(縦方向)にも瞳分割を行なうための焦点検出用画素を備えるようにしてもよい。ここで垂直方向あるいは縦方向の定義は、撮影光学系の光軸と撮像領域の長辺とが地面に平行となるように撮像装置を構えたとき、この光軸に直交し、鉛直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。 FIG. 4 shows the arrangement and structure of focus detection pixels for performing pupil division in the horizontal direction (lateral direction) of the photographing optical system. Here, the definition of the horizontal direction or the horizontal direction indicates a direction along a straight line that is orthogonal to the optical axis and extends in the horizontal direction when the camera is held so that the optical axis of the photographing optical system is horizontal. FIG. 5A is a plan view of 2 × 2 pixels including focus detection pixels. When obtaining an image signal for recording or viewing, the main component of luminance information is acquired with G pixels. Since human image recognition characteristics are sensitive to luminance information, image quality degradation is easily perceived when G pixels are missing. On the other hand, the R or B pixel is a pixel that acquires color information (color difference information). However, since human visual characteristics are insensitive to color information, the pixel that acquires color information may have some loss. Image quality degradation is difficult to recognize. Therefore, in this embodiment, among the pixels of 2 rows × 2 columns, the G pixel is left as an imaging pixel, and the R and B pixels are replaced with focus detection pixels. The focus detection pixels are denoted by S HA (first focus detection pixel) and S HB (second focus detection pixel) in FIG. Further, S HA (first focus detection pixel) and S HB (second focus detection pixel) are referred to as a pair of focus detection pixels. Although not shown, the present embodiment may be provided with focus detection pixels for pupil division in the vertical direction (longitudinal direction) of the photographing optical system. Here, the definition of the vertical direction or the vertical direction means that when the imaging apparatus is held so that the optical axis of the imaging optical system and the long side of the imaging area are parallel to the ground, the optical axis extends perpendicularly to the optical axis. The direction along a straight line.

同図(a)における断面A−Aを同図(b)に示す。マイクロレンズMLと、光電変換部PDは図3(b)に示した撮像用画素と同一構造である。本実施例においては、焦点検出用画素の信号は画像創生には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜CF(White)が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層CLの開口部はマイクロレンズMLの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素SHAの開口部OPHAは右側に偏倚しているため、撮影光学系TLの左側の射出瞳EPHAを通過した光束を受光する。同様に、画素SHBの開口部OPHBは左側に偏倚しているため、撮影光学系TLの右側の射出瞳EPHBを通過した光束を受光する。このように、画素SHAおよび画素SHBは、撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光(光電変換)する。画素SHAを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をA像とする。また、画素SHBも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をB像とすると、A像とB像の相対位置を検出し、像のズレ量に対して変換係数を乗じることで被写体像のピントずれ量(デフォーカス量)を算出できる。 A cross section AA in FIG. 4A is shown in FIG. The microlens ML and the photoelectric conversion unit PD have the same structure as the imaging pixel shown in FIG. In this embodiment, since the signal of the focus detection pixel is not used for image creation, a transparent film CF W (White) is disposed instead of the color separation color filter. Moreover, since pupil division is performed by the image sensor, the opening of the wiring layer CL is biased in one direction with respect to the center line of the microlens ML. Specifically, since the opening OP HA of the pixel S HA is biased to the right side, the light beam that has passed through the left exit pupil EP HA of the imaging optical system TL is received. Similarly, since the opening OP HB of the pixel S HB is biased to the left side, the light beam that has passed through the right exit pupil EP HB of the imaging optical system TL is received. Thus, the pixel S HA and the pixel S HB respectively receive (photoelectrically convert) light beams that have passed through different pupil regions of the exit pupil of the photographing optical system. Pixels SHA are regularly arranged in the horizontal direction, and a subject image acquired by these pixel groups is defined as an A image. In addition, the pixels SHB are also regularly arranged in the horizontal direction, and if the subject image acquired by these pixel groups is a B image, the relative positions of the A image and the B image are detected and converted with respect to the image shift amount. By multiplying by the coefficient, it is possible to calculate the amount of defocus (defocus amount) of the subject image.

ここで、像ズレ量からデフォーカス量を算出するための変換係数の求め方について説明する。変換係数は撮影光学系の口径情報、及び焦点検出用画素の感度分布に基づいて算出することができる。撮像素子107には撮影レンズTLのレンズ保持枠や絞り兼用シャッタ102などのいくつかの構成部材によって制限された光束が入射する。図5は撮影光学系のケラレにより、焦点検出に用いる光束が限定されている様子を示す図である。同図はイメージセンサ(撮像素子)の中央近傍の画素に対して、射出瞳面501の位置にある撮影光学系の絞り兼用シャッタ502によって光束が限定されている様子を示している。同図(a)において、503、504はイメージセンサ(503は予定結像面位置にある状態を示す)、505は光軸、506はイメージセンサ上での光軸位置を示している。また、507、508は絞り兼用シャッタ502によって光束が限定された場合(絞りが絞られている状態)の光束、509、510は光束が限定されていない場合(絞り開放状態)の光束を示している。光束507、508に対する焦点検出用光束を511、512、焦点検出用光束の重心位置を515、516で示す。同様に、光束509、510に対する焦点検出用光束を513、514、焦点検出用光束の重心位置を517、518で示す。   Here, how to obtain the conversion coefficient for calculating the defocus amount from the image shift amount will be described. The conversion coefficient can be calculated based on the aperture information of the photographing optical system and the sensitivity distribution of the focus detection pixels. A light flux limited by some components such as a lens holding frame of the photographing lens TL and a diaphragm / shutter 102 is incident on the image sensor 107. FIG. 5 is a diagram showing a state in which the light beam used for focus detection is limited by the vignetting of the photographing optical system. This figure shows a state in which the light flux is limited by the diaphragm / shutter 502 of the photographing optical system located at the position of the exit pupil plane 501 with respect to the pixel near the center of the image sensor (imaging device). In FIG. 5A, reference numerals 503 and 504 denote image sensors (503 indicates a state at a planned imaging plane position), 505 denotes an optical axis, and 506 denotes an optical axis position on the image sensor. Reference numerals 507 and 508 denote light beams when the light beam is limited by the diaphragm shutter 502 (in a state where the diaphragm is stopped), and reference numerals 509 and 510 denote light beams when the light beam is not limited (when the diaphragm is opened). Yes. Focus detection light beams 511 and 512 with respect to the light beams 507 and 508, and centroid positions of the focus detection light beams are indicated by 515 and 516. Similarly, reference numerals 513 and 514 denote focus detection light fluxes with respect to the light fluxes 509 and 510, and reference numerals 517 and 518 denote gravity center positions of the focus detection light fluxes.

同図(b)はイメージセンサの中央の焦点検出用画素の射出瞳面501でのケラレによる重心位置の変化を示した図である。同図において、523、524はイメージセンサの中央の画素に対して、絞り状態の光束507、508、及び絞り開放状態の光束509、510の瞳領域を示し、525、526は焦点検出用画素SHA、SHBの感度分布を示している。焦点検出用画素SHA、SHBには、525、526で図示した感度分布に対して、523、524で示した形状の内側を透過した光束が入射する。そのため、523、524で示した形状の内側を透過した焦点検出用光束の分布重心をそれぞれ求めることで、焦点検出に用いる光束が絞られている状態と、絞り開放状態の重心間隔からそれぞれの基線長を求めることができる。 FIG. 6B is a diagram showing a change in the position of the center of gravity due to vignetting on the exit pupil plane 501 of the focus detection pixel at the center of the image sensor. In the figure, reference numerals 523 and 524 denote the pupil regions of the light beams 507 and 508 in the aperture state and the light beams 509 and 510 in the open state with respect to the central pixel of the image sensor, and reference numerals 525 and 526 denote the focus detection pixels S. The sensitivity distribution of HA and SHB is shown. The focus detection pixels S HA and S HB receive a light beam that has passed through the inside of the shapes indicated by 523 and 524 with respect to the sensitivity distribution indicated by 525 and 526. Therefore, by obtaining the distribution centroids of the focus detection light fluxes that have passed through the inside of the shapes indicated by 523 and 524, the respective baselines are determined from the state in which the light flux used for focus detection is narrowed and the centroid interval in the open aperture state. You can ask for the length.

焦点検出用画素の感度分布情報、及び撮影光学系の口径情報を測定及び計算から求めて不図示のメモリ(口径情報記憶手段、感度分布記憶手段)等に記憶しておくことで、像ズレ量からデフォーカス量を算出するための変換係数を求めることができる。   By obtaining the sensitivity distribution information of the focus detection pixel and the aperture information of the photographing optical system from the measurement and calculation and storing them in a memory (aperture information storage means, sensitivity distribution storage means) (not shown) or the like, the image shift amount Thus, a conversion coefficient for calculating the defocus amount can be obtained.

同図(a)においてデフォーカス量519をDEF、イメージセンサ503から射出瞳面501までの距離520をLとする。また、焦点検出に用いる光束が絞られている状態と、絞り開放状態の基線長をそれぞれG2(515,516間距離)、G1(517、518間距離)とする。また、像ずれ量をPRED2(521)、PRED1(522)、像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数をK2、K1とした場合、以下の式によってデフォーカス量が求まる。   In FIG. 9A, the defocus amount 519 is DEF, and the distance 520 from the image sensor 503 to the exit pupil plane 501 is L. In addition, the base line length when the light beam used for focus detection is narrowed and when the diaphragm is opened are G2 (distance between 515 and 516) and G1 (distance between 517 and 518), respectively. Further, when the image displacement amounts are PRED2 (521) and PRED1 (522), and the conversion coefficients for converting the image displacement amount into the defocus amount are K2 and K1, the defocus amount is obtained by the following expression.

DEF =K1×PRED1 = K2×PRED2
像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数K1、K2はそれぞれ以下の式によって求まる。
DEF = K1 × PRED1 = K2 × PRED2
Conversion coefficients K1 and K2 for converting the image shift amount into the defocus amount are obtained by the following equations, respectively.

K1 =G1/L
K2 =G2/L
同図(b)における感度分布の断面A−Aを同図(c)に示す。同図(c)において、(c)−1は絞り開放、(c)−2は絞りが絞られている状態の感度分布(533、534)を示す図である。同図において、横軸は光入射角度、縦軸は感度分布を示す図となる。両図を比較すると、絞り開放状態のほうが基線長が長い、また感度を持つ入射角度幅が広くなることが分かる。基線長と、デフォーカスに対するA像、B像の像ズレ量は比例関係にあるため、基線長が長くなるとデフォーカスに対する像ズレ量の敏感度が高くなる。また、感度を持つ入射角度幅が大きくなると、デフォーカスに対するA像、B像のボケ量、像ケラレが大きくなる。一般的に、焦点検出用画素による像信号としては、デフォーカスに対して、像ずれ量の敏感度が高く、ボケ量、像ケラレが小さい像信号が望まれる。換言すれば、AFを高精度に行なうためには、ボケが小さく被写体のエッジが立っていること、基線長(像ずれ量)が大きいことが望まれる。
K1 = G1 / L
K2 = G2 / L
A section AA of the sensitivity distribution in FIG. 10B is shown in FIG. In FIG. 8C, (c) -1 is a full aperture and (c) -2 is a diagram showing sensitivity distributions (533, 534) in a state where the aperture is closed. In the figure, the horizontal axis represents the light incident angle, and the vertical axis represents the sensitivity distribution. Comparing the two figures, it can be seen that the base length is longer and the incident angle width with sensitivity is wider in the fully open state. Since the base line length is proportional to the image shift amounts of the A image and the B image with respect to defocus, the sensitivity of the image shift amount to defocus increases as the base line length increases. Further, when the incident angle width having sensitivity is increased, the blur amount and image vignetting of the A image and the B image with respect to defocusing are increased. In general, as an image signal from a focus detection pixel, an image signal having high sensitivity of image shift amount with respect to defocus, small blur amount, and small image vignetting is desired. In other words, in order to perform AF with high accuracy, it is desired that the blur is small and the edge of the subject is standing, and that the base length (image shift amount) is large.

ここで、本発明に特徴的な、1つの撮影光学系において、デフォーカス量に応じた焦点検出信号のボケ量を抑制しつつ、基線長を拡張する方法の概念について図5(c)を用いて説明する。   Here, FIG. 5C is used to explain the concept of a method for extending the baseline length while suppressing the blur amount of the focus detection signal corresponding to the defocus amount in one photographing optical system that is characteristic of the present invention. I will explain.

本発明では、同図(c)−1、(c)−2のように、絞り状態を異ならせて得られた焦点検出信号の画素値を減算することにより、図(c)−3のような、領域531及び領域532を通過した光束により結像された光学像に相当する焦点検出信号を取得する。即ち、当該減算により光束の入射角に対する感度分布は535のようになり、レンズ外周からの光に対して相対的に感度が高くなるため、射出瞳における光束の通過領域の重心間距離(基線長)を、絞り開放状態における重心間隔距離より拡張することができる。また、感度分布の入射角度幅を小さくすることができるため、デフォーカスに対する、焦点検出像のボケ量を小さくすることができる。これにより、撮像面位相差AFの精度を改善することができる。   In the present invention, as shown in (c) -1 and (c) -2, by subtracting the pixel value of the focus detection signal obtained by varying the aperture state, as shown in FIG. In addition, a focus detection signal corresponding to an optical image formed by the light flux that has passed through the region 531 and the region 532 is acquired. In other words, the sensitivity distribution with respect to the incident angle of the light flux becomes 535 due to the subtraction, and the sensitivity is relatively high with respect to the light from the outer periphery of the lens, so the distance between the centers of gravity of the light flux passage area in the exit pupil (baseline length) ) Can be extended more than the center-of-gravity distance in the fully open state. In addition, since the incident angle width of the sensitivity distribution can be reduced, the amount of blur of the focus detection image with respect to defocus can be reduced. Thereby, the precision of imaging surface phase difference AF can be improved.

なお、絞り径と射出瞳の径が一致する撮影光学系の場合、図5(a)〜(c)のように、焦点検出用画素の受光領域に到達する光束が、射出瞳において通過する領域の重心間距離(基線長)G1、G2、及びG3は、概略以下のようになる。   Note that in the case of a photographing optical system in which the aperture diameter and the exit pupil diameter match, as shown in FIGS. 5A to 5C, the region where the light beam reaching the light receiving region of the focus detection pixel passes through the exit pupil. The distances between the centers of gravity (baseline lengths) G1, G2, and G3 are as follows.

G1 =D1/2
G2 =D2/2
G3 =G1+G2
ここで、D1は開放絞り時の絞り径、D2は絞り状態における絞り径である。
G1 = D1 / 2
G2 = D2 / 2
G3 = G1 + G2
Here, D1 is the aperture diameter when the aperture is fully open, and D2 is the aperture diameter in the aperture state.

さらに、像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数は、以下の式によって求まる。   Further, the conversion coefficient for converting the image shift amount into the defocus amount is obtained by the following equation.

K3 =G3/L
また、図5の場合における焦点検出用画素の出力Pbは、撮影光学系の光学性能や、撮像部のマイクロレンズ及び受光素子の配置に起因する集光性能により変化するが、絞り開放状態における出力Paを基準として、
Pa ×(D2/D1) ≦ Pb ≦ Pa × (D2/D1)2
の範囲に含まれる。またこの場合、減算した画像データにおける出力Pcは、
Pc =Pa − Pb
となる。
K3 = G3 / L
Further, the output Pb of the focus detection pixel in the case of FIG. 5 varies depending on the optical performance of the photographing optical system and the light condensing performance due to the arrangement of the microlens and the light receiving element of the imaging unit. Based on Pa,
Pa × (D2 / D1) ≦ Pb ≦ Pa × (D2 / D1) 2
Included in the range. In this case, the output Pc in the subtracted image data is
Pc = Pa-Pb
It becomes.

図6は、撮像用画素群および焦点検出用画素群の配置を示した図である。同図において、Gは、緑フィルターを塗布された画素、Rは、赤フィルターを塗布された画素、Bは、青フィルターを塗布された画素である。図中のSHAは、画素部の開口を水平方向に偏倚させて、形成された焦点検出用の画素であり、後述のSHB画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための基準画素群である。また、SHBは、画素の開口部をSHA画素とは、逆方向に偏倚させて形成された画素であり、SHA画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための参照画素群である。SHA、SHB画素の白抜き部分が、偏倚した画素の開口位置を示している。 FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the imaging pixel group and the focus detection pixel group. In the figure, G is a pixel to which a green filter is applied, R is a pixel to which a red filter is applied, and B is a pixel to which a blue filter is applied. In the figure, S HA is a focus detection pixel formed by horizontally deviating the aperture of the pixel portion, and is a reference for detecting a horizontal image shift amount with the SHB pixel group described later. It is a pixel group. Further, S HB is the S HA pixel aperture of the pixel, a pixel formed by biased in the reverse direction, the horizontal direction reference pixel group for detecting the image shift amount of the S HA pixel group It is. The white portions of the S HA and S HB pixels indicate the opening positions of the biased pixels.

図7は、撮像画面上の焦点検出領域を示した一例である。同図において、焦点検出領域では図6に示した画素の配置となっている。本実施例では、焦点検出領域を撮像画面上の中央に設定しているが、焦点検出領域を複数領域配置し、それぞれの領域で結像された被写体像から焦点検出画素で像をサンプリングするようにしてもよい。   FIG. 7 is an example showing a focus detection area on the imaging screen. In the drawing, the focus detection area has the pixel arrangement shown in FIG. In this embodiment, the focus detection area is set at the center on the imaging screen. However, a plurality of focus detection areas are arranged, and an image is sampled with focus detection pixels from the subject image formed in each area. It may be.

図8〜図10は、カメラの焦点調節及び撮影工程を説明するためのフローチャートである。先に説明した各図も参照しながら、図7以降の制御フローを説明する。なお、このフローにおける各工程は、CPU121により構成されるコンピュータがコンピュータプログラムに従って実行する。   8 to 10 are flowcharts for explaining camera focus adjustment and photographing steps. The control flow after FIG. 7 will be described with reference to the respective drawings described above. Note that each step in this flow is executed by a computer constituted by the CPU 121 according to a computer program.

図8は、本実施例におけるカメラの動作を示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the camera in this embodiment.

ステップS801で撮影者がカメラの電源スイッチをオン操作すると、ステップS802においてCPU121はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップS803では撮像素子の撮像動作を開始し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。ステップS804では読み出した動画をカメラ背面に設けられた表示器131に表示し、撮影者はこのプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行なう。   When the photographer turns on the power switch of the camera in step S801, in step S802, the CPU 121 confirms the operation of each actuator and image sensor in the camera, initializes the memory contents and the execution program, and performs the shooting preparation operation. Run. In step S803, the imaging operation of the image sensor is started, and a low-pixel moving image for preview is output. In step S804, the read moving image is displayed on the display 131 provided on the back of the camera, and the photographer visually determines the composition at the time of photographing by viewing the preview image.

ステップS805で画像領域の中から焦点検出領域を決定する。本実施例においては、図7に示すように、測距点を中央のみに配置しているため、中央領域が選択される。その後、ステップS901に進み、焦点検出サブルーチンを実行する。   In step S805, a focus detection area is determined from the image area. In this embodiment, as shown in FIG. 7, since the distance measuring points are arranged only in the center, the center area is selected. Thereafter, the process proceeds to step S901, and a focus detection subroutine is executed.

図9は焦点検出サブルーチンのフロー図である。メインフローのステップS901から当サブルーチンにジャンプする。サブルーチンにジャンプすると、ステップS902、S903で2種類の異なる絞り値でそれぞれ焦点検出画素信号を読み出す。   FIG. 9 is a flowchart of the focus detection subroutine. Jump to this subroutine from step S901 of the main flow. When jumping to a subroutine, focus detection pixel signals are read out at two different aperture values in steps S902 and S903, respectively.

ステップS902で、CPU121は、絞り値を例えばF2.0等の開側の値(第1の絞り値)に設定して焦点検出画素信号を読み出し、得られた絞り開側データをRAM(焦点検出用画素記憶手段)に格納する。続くS903で、CPU121は、絞り値を例えばF8.0等の閉側の値(第1の絞り値とは異なる第2の絞り値)に設定して焦点検出画素信号を読み出し、得られた絞り閉側データをRAMに格納する。ここで、第1の絞り値における開口の大きさは、第2の絞り値における開口の大きさより大きい。本実施例では、第1の絞り値を開放絞り値から1段絞った絞り値に設定し、第2の絞り値を第1の絞り値よりも大きい絞り値(例えば第1の絞り値から4段絞った絞り値)に設定している。なお、本実施例では、第1の絞り値を開放絞り値から1段絞った絞り値としたがこれに限定されず、第1の絞り値を開放絞り値としてもよい。このように、第1の絞り値を開放絞り値近傍の値に設定する。また、絞り開側焦点検出画素信号から、適切に絞り閉側の光束成分を除去するために、絞り閉側の焦点検出画素信号を読み出す際には、絞り開側読出し時の露出に対して、同じ露光時間で読み出す。また、表示器131に常時映し出されるプレビュー画像の露出変化をなくすため絞り閉側読出し時には、絞り開側読み出し時の露出と同一となるようにゲイン制御したプレビュー画像を表示する。   In step S902, the CPU 121 sets the aperture value to an open side value (first aperture value) such as F2.0 and reads the focus detection pixel signal, and stores the obtained aperture open side data in the RAM (focus detection). (Pixel storage means). In subsequent S903, the CPU 121 sets the aperture value to a closed-side value such as F8.0 (second aperture value different from the first aperture value), reads the focus detection pixel signal, and obtains the obtained aperture value. Closed data is stored in RAM. Here, the aperture size at the first aperture value is larger than the aperture size at the second aperture value. In the present embodiment, the first aperture value is set to an aperture value that is reduced by one step from the open aperture value, and the second aperture value is set to an aperture value that is larger than the first aperture value (for example, 4 from the first aperture value). The aperture value is set to a stepped aperture value). In this embodiment, the first aperture value is set to the aperture value obtained by reducing the first aperture value by one step from the open aperture value. However, the present invention is not limited to this, and the first aperture value may be set to the open aperture value. In this way, the first aperture value is set to a value near the full aperture value. Further, in order to appropriately remove the light beam component on the aperture close side from the aperture open side focus detection pixel signal, when reading the focus detection pixel signal on the aperture close side, with respect to the exposure at the time of aperture open side readout, Read with the same exposure time. Further, in order to eliminate the change in the exposure of the preview image always displayed on the display 131, when the aperture is closed side read, a preview image whose gain is controlled to be the same as the exposure at the time of aperture open side reading is displayed.

ステップS904で、CPU121(生成手段および焦点検出手段)は、絞り開側の焦点検出信号(第1の焦点検出信号)から、絞り閉側の焦点検出信号(第2の焦点検出信号)の減算を実行する。   In step S904, the CPU 121 (generation unit and focus detection unit) subtracts the focus detection signal (second focus detection signal) on the aperture close side from the focus detection signal (first focus detection signal) on the aperture opening side. Run.

ステップS905では減算して得られた焦点検出信号(減算焦点検出信号、第3の焦点検出信号)の相関演算を行ない、2像の相対的な位置ずれ量(像ずれ量)を計算する。焦点検出画素列から読み出された一対の像信号(a1〜an、b1〜bn:nはデータ数)に対して、以下の式に示す相関演算を行ない、相関量Corr(l)を演算する。   In step S905, the correlation calculation of the focus detection signals (subtraction focus detection signal, third focus detection signal) obtained by subtraction is performed to calculate the relative positional shift amount (image shift amount) of the two images. A correlation calculation shown in the following equation is performed on a pair of image signals (a1 to an, b1 to bn: n is the number of data) read from the focus detection pixel column, and a correlation amount Corr (l) is calculated. .

同式において、lは像ずらし量を表し、像をずらした際のデータ数はn−lに限定される。また、像ずらし量lは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的なシフト量である。同式の演算結果は、図11に示すように、一対のデータの相関が最も高い場合に、相関量Corr(l)が極小となる。さらに、相関量Corr(m)(極小となるシフト量m)、及びmに近いシフト量で算出された相関量を用いて、3点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値Corr(d)を与えるシフト量dを求める。   In the equation, l represents an image shift amount, and the number of data when the image is shifted is limited to n−1. The image shift amount l is an integer, and is a relative shift amount with the data interval of the data string as a unit. As shown in FIG. 11, when the correlation between a pair of data is the highest, the correlation amount Corr (l) is a minimum as shown in FIG. Further, the correlation amount Corr (m) (the minimum shift amount m) and the correlation amount calculated with a shift amount close to m are used, and a minimum with respect to the continuous correlation amount is obtained using a three-point interpolation method. A shift amount d giving a value Corr (d) is obtained.

ステップS906では、相関演算結果の信頼性を演算する。ここで信頼性とは、2像の一致度FLVLを指す。2像の一致度FLVLは同式で算出した相関量Corr(l)に対して、相関性の最も高いときの値Corr(d)とする。デフォーカス量が大きいとき、A像、B像の非対称性が大きくなるため、2像の一致度FLVLが大きく、信頼性が悪化する。一般的にデフォーカス量に対する2像の一致度FLVLは、レンズの位置が合焦位置に近いほど、2像の一致度FLVLは低く演算され、信頼性が高い傾向となる。   In step S906, the reliability of the correlation calculation result is calculated. Here, reliability refers to the degree of coincidence FLVL of two images. The coincidence degree FLVL of the two images is a value Corr (d) when the correlation is the highest with respect to the correlation amount Corr (l) calculated by the same equation. When the defocus amount is large, the asymmetry between the A image and the B image increases, so the degree of coincidence FLVL between the two images is large and the reliability deteriorates. In general, the degree of coincidence FLVL between two images with respect to the defocus amount is calculated such that the degree of coincidence FLVL between the two images is lower as the lens position is closer to the in-focus position, and the reliability tends to be higher.

続くステップS907、908では、S905で演算された像ずれ量に対して、所定のデフォーカス変換係数を乗ずることでデフォーカス量DEFを演算する。ステップS907では、予め記憶されている焦点検出用画素の感度分布情報、及び撮影光学系の口径情報から、絞り開側、閉側の2種類の絞り状態の情報を参照することで、上述したデフォーカス変換係数K3を演算する。ステップS908では、デフォーカス変換係数K3、及びS905で算出した像ずれ量を用いて検出デフォーカス量DEFを得る。   In subsequent steps S907 and 908, the defocus amount DEF is calculated by multiplying the image shift amount calculated in S905 by a predetermined defocus conversion coefficient. In step S907, the above-described defocusing state information by referring to the aperture opening side and closing side aperture state information from the sensitivity detection information of the focus detection pixels and the aperture information of the photographing optical system stored in advance is referred to. A focus conversion coefficient K3 is calculated. In step S908, the detected defocus amount DEF is obtained by using the defocus conversion coefficient K3 and the image shift amount calculated in S905.

ステップS909では、測距点内の全測距ラインに対して、検出デフォーカス量までの演算が終了したか否かの判断を行なう。終了していない場合、ステップS902に戻り、順にステップS904から演算を実行する。   In step S909, it is determined whether or not the calculation up to the detected defocus amount has been completed for all the distance measurement lines in the distance measurement point. If not completed, the process returns to step S902, and the calculation is executed from step S904 in order.

測距点内の全測距ラインに対してデフォーカス演算が終了している場合、続くステップS910に進み、測距領域内にある複数の焦点検出ラインの中から、信頼性の高い(FLVLの小さい)情報を優先的に使用する処理を施し、最終的な測距結果を決定する。   When the defocus calculation has been completed for all the distance measurement lines in the distance measurement point, the process proceeds to the next step S910, where the reliability (FLVL) of the plurality of focus detection lines in the distance measurement area is high. (Small) information is preferentially used, and a final distance measurement result is determined.

続くステップS911で図8のメインフロー内のステップS807にリターンする。   In subsequent step S911, the process returns to step S807 in the main flow of FIG.

図8のステップS807では、検出デフォーカス量が許容値以下か否かを判断する(すなわち、合焦か否かを判断する)。そして、検出デフォーカス量が許容値より大きい場合は、非合焦と判断し、ステップS808でフォーカスレンズを駆動し、その後ステップS901ないしステップS807を繰り返し実行する。そしてステップS807にて合焦状態に達した(すなわち、検出デフォーカス量が許容値以下である)と判定されると、ステップS809にて合焦表示を行ない、ステップS810に移行する。   In step S807 of FIG. 8, it is determined whether or not the detected defocus amount is equal to or less than an allowable value (that is, whether or not the focus is achieved). If the detected defocus amount is larger than the allowable value, it is determined that the subject is out of focus, the focus lens is driven in step S808, and then steps S901 to S807 are repeatedly executed. If it is determined in step S807 that the in-focus state has been reached (that is, the detected defocus amount is equal to or less than the allowable value), in-focus display is performed in step S809, and the process proceeds to step S810.

ステップS810では、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップS810にて撮影待機状態を維持する。ステップS810で撮影開始スイッチがオン操作されるとステップS1001に移行し、撮影サブルーチンを実行する。   In step S810, it is determined whether or not the shooting start switch has been turned on. If the switch has not been turned on, the shooting standby state is maintained in step S810. When the shooting start switch is turned on in step S810, the process proceeds to step S1001, and a shooting subroutine is executed.

図10は撮影サブルーチンのフロー図である。撮影開始スイッチが操作されると、ステップS1001を経由して、ステップS1002では光量調節絞りを駆動し、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行なう。ステップS1003では、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行なう。ステップS1004では読み出した画像信号の欠損画素補間を行なう。すなわち、焦点検出用画素の出力は撮像のためのRGBカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を創生する。   FIG. 10 is a flowchart of the photographing subroutine. When the photographing start switch is operated, via step S1001, in step S1002, the light amount adjustment diaphragm is driven to perform aperture control of the mechanical shutter that defines the exposure time. In step S1003, image reading for high-pixel still image shooting, that is, reading of all pixels is performed. In step S1004, defective pixel interpolation of the read image signal is performed. That is, the output of the focus detection pixel does not have RGB color information for imaging, and corresponds to a defective pixel in obtaining an image. Therefore, an image signal is created by interpolation from information on surrounding imaging pixels. To do.

ステップS1005では、画像のγ補正、エッジ強調等の画像処理をおこない、ステップS1006において、フラッシュメモリ133に撮影画像(画像信号)を記録する。ステップS1007では、表示器131に撮影済み画像を表示し、ステップS1008で図8のメインフローにリターンする。   In step S1005, image processing such as image gamma correction and edge enhancement is performed, and in step S1006, a captured image (image signal) is recorded in the flash memory 133. In step S1007, the captured image is displayed on the display 131, and the process returns to the main flow in FIG. 8 in step S1008.

図8のメインフローに戻ると、ステップS812にて一連の撮影動作を終了する。   Returning to the main flow of FIG. 8, the series of photographing operations is terminated in step S812.

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
《第1の実施形態の変形例》
第1の実施形態では、2種類の絞り状態によりそれぞれ読み出された焦点検出画素信号に対して、そのまま減算を行なうことで、相関演算を行なう焦点検出信号を生成している。
The embodiments described above are merely representative examples, and various modifications and changes can be made to the embodiments when the present invention is implemented.
<< Modification of First Embodiment >>
In the first embodiment, a focus detection signal for performing a correlation calculation is generated by performing subtraction as it is on the focus detection pixel signals read respectively in two types of aperture states.

図12は、図5(b)において、2種類の絞り状態の減算を行なった際の、感度分布を示した図である。同図より、第1の実施形態のように、2種類の絞り状態で得られた焦点検出画素信号の減算を実施した場合、1201、1202の感度領域水平方向の角度が0度近傍、かつ垂直方向に入射角度のついた感度領域で感度をもつ。そのため、理想的な瞳分離を行なうことが困難である。ここで、同図の1203は焦点検出用画素の受光可能領域を示す。   FIG. 12 is a diagram showing the sensitivity distribution when subtracting two types of aperture states in FIG. 5B. As shown in the figure, as in the first embodiment, when subtraction of focus detection pixel signals obtained in two types of aperture states is performed, the angle of the sensitivity region 1201 and 1202 in the horizontal direction is close to 0 degrees and is vertical. It has sensitivity in the sensitivity region with the incident angle in the direction. Therefore, it is difficult to perform ideal pupil separation. Here, reference numeral 1203 in the figure denotes a light-receivable area of the focus detection pixel.

上記理想的な瞳分離を行なうための第一の変形例として、2種類の絞り状態によりそれぞれ読み出された焦点検出画素信号に対して減算を行なう際に、絞り閉側の焦点検出信号に対してゲイン補正を施す。つまり、本変形例においてCPU121は、絞り閉側の焦点検出信号を補正する信号補正手段としての機能を有する。より具体的には、焦点検出用画素を読み出す際の撮影光学系の口径情報、および焦点検出用画素の入射光角度に対する感度分布特性を基に、絞り閉側の焦点検出信号に対して(ゲイン)補正を施す。そして、絞り開側の焦点検出信号(第1の焦点検出信号)からゲイン補正後の絞り閉側の焦点検出信号(ゲイン補正後の第2の焦点検出信号)を減算することで、減算焦点検出信号(第3の焦点検出信号)を得る。図12の1203の感度領域に対応した量のゲイン補正値を設定することで、上述した瞳分離性能を向上することができる。   As a first modification for performing the above ideal pupil separation, when subtraction is performed on the focus detection pixel signals read out in the two types of aperture states, the focus detection signal on the closed aperture side is used. To correct the gain. That is, in the present modification, the CPU 121 has a function as a signal correction unit that corrects the focus detection signal on the diaphragm close side. More specifically, based on the aperture information of the photographing optical system when reading the focus detection pixel and the sensitivity distribution characteristic with respect to the incident light angle of the focus detection pixel, the gain detection signal (gain) ) Make corrections. Then, subtraction focus detection is performed by subtracting the focus detection signal after gain correction (second focus detection signal after gain correction) after gain correction from the focus detection signal (first focus detection signal) at the aperture opening side. A signal (third focus detection signal) is obtained. Setting the amount of gain correction value corresponding to the sensitivity region 1203 in FIG. 12 can improve the above-described pupil separation performance.

上記理想的な瞳分離を行なうための第二の変形例として、焦点検出用画素の受光可能領域を限定させることが考えられる。図12において、一対の焦点検出用画素の受光可能領域は単位画素において、基線長方向に2分割した形状としている。図13は、左右2分割した受光可能領域を設ける際に、受光可能領域の境界をマイクロレンズの光軸に対して単位画素の対角方向に設けた形状(1301)としている。より具体的には、焦点検出用画素の開口形状をマイクロレンズの光軸に対して、円弧形状となるように構成する。このように、第1の絞り値に制御した状態と第2の絞り値に制御した状態で、焦点検出用画素のマイクロレンズの光軸付近の感度分布形状が同等となるように焦点検出用画素の開口形状を設計する。換言すれば、該マイクロレンズの光軸から所定の範囲の感度分布形状が同じになるように焦点検出用画素の開口形状を設計する。ただし、ここにいう形状が同じとは、完全に一致する場合だけでなく、製造誤差の範囲でわずかな差を有するが一致しているとみなすことができる場合も含む。同図の形状とすることで、図12の感度領域1202のような、瞳分離性能を悪化させる要因を排除することが可能となる。   As a second modification for performing the ideal pupil separation, it is conceivable to limit the light receiving area of the focus detection pixels. In FIG. 12, the light-receivable region of the pair of focus detection pixels has a shape that is divided into two in the base line length direction in the unit pixel. FIG. 13 shows a shape (1301) in which the boundary of the light-receiving area is provided in the diagonal direction of the unit pixel with respect to the optical axis of the microlens when the light-receiving area divided into right and left is provided. More specifically, the aperture shape of the focus detection pixel is configured to be an arc shape with respect to the optical axis of the microlens. In this way, the focus detection pixels are set so that the sensitivity distribution shapes in the vicinity of the optical axis of the microlens of the focus detection pixel are the same in the state controlled to the first aperture value and the state controlled to the second aperture value. Design the opening shape. In other words, the aperture shape of the focus detection pixel is designed so that the sensitivity distribution shape in a predetermined range from the optical axis of the microlens is the same. However, “the same shape” as used herein includes not only a case where they completely match, but also a case where they can be regarded as matching although there is a slight difference in the range of manufacturing errors. By adopting the shape shown in the figure, it is possible to eliminate factors that deteriorate the pupil separation performance, such as the sensitivity region 1202 in FIG.

以上、第一、及び第二の変形例を実施することで、瞳分離性能をさらに向上することが可能である。   As described above, the pupil separation performance can be further improved by implementing the first and second modifications.

本発明によれば、撮像用画素群と焦点検出用画素群とを含む撮像素子において、焦点検出信号の基線長を拡張しつつ、像のぼけを抑制することができる。
(他の実施形態)
本発明の目的は以下のようにしても達成できる。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するための手順が記述されたソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、装置(例えば、撮像装置)に供給する。そしてその装置のコンピュータ(またはCPU、MPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するのである。
According to the present invention, in an imaging device including an imaging pixel group and a focus detection pixel group, blurring of an image can be suppressed while extending a base length of a focus detection signal.
(Other embodiments)
The object of the present invention can also be achieved as follows. That is, a storage medium in which a program code of software describing a procedure for realizing the functions of the above-described embodiments is recorded is supplied to an apparatus (for example, an imaging apparatus). The computer (or CPU, MPU, etc.) of the device reads out and executes the program code stored in the storage medium.

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体およびプログラムは本発明を構成することになる。   In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the novel function of the present invention, and the storage medium and program storing the program code constitute the present invention.

また、プログラムコード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挙げられる。また、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等も用いることができる。   Examples of the storage medium for supplying the program code include a flexible disk, a hard disk, an optical disk, and a magneto-optical disk. Further, a CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, or the like can also be used.

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行可能とすることにより、前述した実施形態の機能が実現される。さらに、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。   Moreover, the function of the above-described embodiment is realized by making the program code read by the computer executable. Further, based on the instruction of the program code, an OS (operating system) or the like running on the computer performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments may be realized by the processing. included.

更に、以下の場合も含まれる。まず記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、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。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行う。   Furthermore, the following cases are also included. First, the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. Thereafter, based on the instruction of the program code, the CPU or the like provided in the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing.

本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどのカメラシステムに好適に利用できる。   The present invention can be suitably used for camera systems such as compact digital cameras, single-lens reflex cameras, and video cameras.

102 絞り兼用シャッタ
107 撮像素子
121 CPU
102 Shutter combined with shutter 107 Image sensor 121 CPU

Claims (12)

絞りを有する撮影光学系からの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像用画素と、前記撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第1の焦点検出用画素および第2の焦点検出用画素を有する一対の焦点検出用画素と、を有する撮像素子と、
前記絞りの開口が第1の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第1の焦点検出信号と、前記絞りの開口が前記第1の絞り値とは異なる第2の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第2の焦点検出信号と、に基づいて、第3の焦点検出信号を生成する生成手段と、
前記第3の焦点検出信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有することを特徴とする焦点検出装置。
An imaging pixel that photoelectrically converts light from a photographing optical system having an aperture to generate an image of a subject, and a first light that photoelectrically converts light beams that have passed through different pupil regions of the exit pupil of the photographing optical system. An imaging device having a pair of focus detection pixels each having a focus detection pixel and a second focus detection pixel;
A first focus detection signal output from the pair of focus detection pixels when the aperture of the aperture is a first aperture value and a second focus aperture signal different from the first aperture value Generating means for generating a third focus detection signal based on the second focus detection signal output from the pair of focus detection pixels when the aperture value is set;
And a focus detection unit configured to detect a focus state of the photographing optical system based on the third focus detection signal.
前記生成手段は、前記第1の焦点検出信号から、前記第2の焦点検出信号を減算することで前記第3の焦点検出信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。   The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the generation unit generates the third focus detection signal by subtracting the second focus detection signal from the first focus detection signal. . 前記第1の焦点検出信号および前記第2の焦点検出信号を読み出す際の、前記撮影光学系の口径情報を記憶する口径情報記憶手段と、
前記焦点検出用画素の入射光角度に対する感度分布特性を記憶する感度分布記憶手段と、
前記口径情報および前記感度分布特性をもとに前記第2の焦点検出信号を補正する信号補正手段と、をさらに有し、
前記生成手段は、前記第1の焦点検出信号から、前記信号補正手段により補正された第2の焦点検出信号を減算することで前記第3の焦点検出信号を生成することを特徴とする請求項1または2に記載の焦点検出装置。
Aperture information storage means for storing aperture information of the imaging optical system when reading the first focus detection signal and the second focus detection signal;
Sensitivity distribution storage means for storing sensitivity distribution characteristics with respect to an incident light angle of the focus detection pixels;
Signal correction means for correcting the second focus detection signal based on the aperture information and the sensitivity distribution characteristic;
The generation means generates the third focus detection signal by subtracting the second focus detection signal corrected by the signal correction means from the first focus detection signal. The focus detection apparatus according to 1 or 2.
前記第1の焦点検出信号を読み出す際の露光時間と前記第2の焦点検出信号を読み出す際の露光時間は、同じ長さであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の焦点検出装置。   4. The exposure time when reading the first focus detection signal and the exposure time when reading the second focus detection signal are the same length. 5. The focus detection apparatus described. 前記焦点検出用画素の開口形状は、前記第1の絞り値に制御した状態と前記第2の絞り値に制御した状態で、前記焦点検出用画素のマイクロレンズの光軸から所定の範囲の感度分布形状が同じになるように設計されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の焦点検出装置。   The aperture shape of the focus detection pixel is a sensitivity within a predetermined range from the optical axis of the micro lens of the focus detection pixel in a state controlled to the first aperture value and a state controlled to the second aperture value. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the focus detection apparatus is designed to have the same distribution shape. 前記焦点検出用画素の開口形状は、前記マイクロレンズの光軸に対して、円弧形状であることを特徴とする請求項5に記載の焦点検出装置。   The focus detection apparatus according to claim 5, wherein an aperture shape of the focus detection pixel is an arc shape with respect to an optical axis of the microlens. 前記第1の絞り値よりも前記第2の絞り値の方が大きいことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の焦点検出装置。   The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the second aperture value is larger than the first aperture value. 前記第1の絞り値は、開放絞り値であることを特徴とする請求項7に記載の焦点検出装置。   The focus detection apparatus according to claim 7, wherein the first aperture value is an open aperture value. 絞りを含む撮影光学系と、
前記撮影光学系からの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像用画素と、前記撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第1の焦点検出用画素および第2の焦点検出用画素を有する一対の焦点検出用画素と、を有する撮像素子と、
前記絞りの開口を第1の絞り値と、前記第1の絞り値とは異なる第2の絞り値に制御する絞り制御手段と、
前記絞りの開口が前記第1の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第1の焦点検出信号と、前記絞りの開口が前記第2の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第2の焦点検出信号と、に基づいて、第3の焦点検出信号を生成する生成手段と、
前記第3の焦点検出信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
A taking optical system including an aperture;
First focus detection that photoelectrically converts imaging pixels that photoelectrically convert light from the imaging optical system to generate an image of a subject and light beams that have passed through different pupil regions of the exit pupil of the imaging optical system An image sensor having a pair of focus detection pixels each having a pixel for detection and a second focus detection pixel;
Aperture control means for controlling the aperture of the aperture to a first aperture value and a second aperture value different from the first aperture value;
A first focus detection signal output from the pair of focus detection pixels when the aperture of the aperture is the first aperture value and the aperture when the aperture of the aperture is the second aperture value Generating means for generating a third focus detection signal based on the second focus detection signal output from the pair of focus detection pixels;
An image pickup apparatus comprising: focus detection means for detecting a focus state of the photographing optical system based on the third focus detection signal.
絞りを有する撮影光学系からの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像用画素と、前記撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ光電変換する第1の焦点検出用画素および第2の焦点検出用画素を有する一対の焦点検出用画素と、を備えた撮像素子を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記絞りの開口が第1の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第1の焦点検出信号と、前記絞りの開口が前記第1の絞り値とは異なる第2の絞り値であるときに前記一対の焦点検出用画素から出力される第2の焦点検出信号と、に基づいて、第3の焦点検出信号を生成する生成ステップと、
前記第3の焦点検出信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出ステップと、を有することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
An imaging pixel that photoelectrically converts light from a photographing optical system having an aperture to generate an image of a subject, and a first light that photoelectrically converts light beams that have passed through different pupil regions of the exit pupil of the photographing optical system. A control method of a focus detection apparatus having an image pickup device including a focus detection pixel and a pair of focus detection pixels having a second focus detection pixel,
A first focus detection signal output from the pair of focus detection pixels when the aperture of the aperture is a first aperture value and a second focus aperture signal different from the first aperture value A generating step of generating a third focus detection signal based on the second focus detection signal output from the pair of focus detection pixels when the aperture value is set;
And a focus detection step of detecting a focus state of the imaging optical system based on the third focus detection signal.
請求項10に記載の焦点検出装置の制御方法の手順が記述された、コンピュータで実行可能なプログラム。   A computer-executable program in which a procedure of a control method for a focus detection apparatus according to claim 10 is described. コンピュータに、請求項10に記載の焦点検出装置の制御方法のステップを実行させるためのプログラムが記憶され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 a program for causing a computer to execute the steps of the focus detection apparatus control method according to claim 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170130045A (en) * 2016-05-18 2017-11-28 한양애드산업(주) Three dimensions picture lighting device of turn table type

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