JP2019091093A - Focus adjustment device - Google Patents

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Abstract

To prevent an erroneous operation of focus detection.SOLUTION: A focus adjustment device comprises: an imaging element having a plurality of first focus detection pixels arranged in a first direction and outputting a focus detection signal and a plurality of second focus detection pixels arranged in a second direction different from the first direction and outputting a focus detection signal, the imaging element performing a rolling shutter operation in which reading of the first focus detection pixels and reading of the second focus detection pixels are sequentially performed in the second direction for each row in the first direction; a focus detection unit for detecting the focus state of a photographing optical system by the focus detection signal of the first focus detection pixels and detecting the focus state of the photographing optical system by the focus detection signal of the second focus detection pixels; and a control unit for controlling driving of a diaphragm arranged in the photographing optical system and driving of the photographing optical system in accordance with the focus state detected by the focus detection unit. When the diaphragm is driven, the control unit controls driving of the imaging optical system in accordance with the focus state detected by the focus detection signal of the first focus detection pixels.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、焦点調節装置および電子カメラに関する。   The present invention relates to a focusing device and an electronic camera.

撮像画素と瞳分割型の焦点検出画素を混載する撮像素子を備えた撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような撮像装置においては、撮像面において、瞳分割型の焦点検出画素を直線状に配列し、焦点検出画素配列の出力に基づき焦点検出画素配列上に形成された像の焦点調節状態を検出している。また、撮像素子として相補型金属酸化物半導体(CMOS)イメージセンサーが知られている。CMOSイメージセンサーの基本的な動作方式においては、ローリングシャッタ(ライン露光順次読み出し方式)により画像データが時系列に読み出される。   There is known an image pickup apparatus including an image pickup element in which an image pickup pixel and a pupil division type focus detection pixel are mixedly mounted (for example, see Patent Document 1). In such an imaging device, in the imaging plane, the pupil division type focus detection pixels are linearly arranged, and the focus adjustment state of the image formed on the focus detection pixel array is detected based on the output of the focus detection pixel array. doing. In addition, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is known as an imaging device. In a basic operation method of a CMOS image sensor, image data is read out in time series by a rolling shutter (line exposure sequential readout method).

特開平1−216306号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 1-216306

しかしながら特許文献1に記載の撮像装置にCMOSセンサを適用した場合、CMOSイメージセンサーは、ローリングシャッタにより水平ライン毎に露光時間がずれる。そのため、ローリングシャッタ動作中に焦点検出画素の露光条件が変化するような場合には、焦点検出画素配列における各焦点検出画素が互いに異なる露光条件での信号を出力することになり、正確な焦点検出を行うことができなくなる可能性がある。   However, when the CMOS sensor is applied to the imaging device described in Patent Document 1, in the CMOS image sensor, the exposure time is shifted for each horizontal line due to the rolling shutter. Therefore, when the exposure condition of the focus detection pixel changes during the rolling shutter operation, each focus detection pixel in the focus detection pixel array outputs a signal under different exposure condition, so that accurate focus detection is performed. You may not be able to

焦点調節装置は、第1方向に配置され焦点検出信号を出力する複数の第1焦点検出画素と、前記第1方向とは異なる第2方向に配置され焦点検出信号を出力する複数の第2焦点検出画素とを有し、前記第1焦点検出画素及び前記第2焦点検出画素の読み出しが前記第1方向の行毎に順次第2方向に行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と、前記第1焦点検出画素の前記焦点検出信号により撮影光学系の焦点状態を検出し、前記第2焦点検出画素の前記焦点検出信号により前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、前記撮影光学系に配置された絞りの駆動と前記焦点検出部で検出された焦点状態によって前記撮影光学系の駆動とを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記絞りを駆動しているとき、前記第1焦点検出画素の前記焦点検出信号により検出された前記焦点状態によって前記撮影光学系の駆動を制御する。
電子カメラは、上記の焦点調節装置と、撮像画素の信号を記録する記録部と、を有する。
The focusing device includes a plurality of first focus detection pixels arranged in a first direction and outputting a focus detection signal, and a plurality of second focus pixels arranged in a second direction different from the first direction and outputting a focus detection signal. An imaging element that has a detection pixel, and performs a rolling shutter operation in which reading of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel is sequentially performed in the second direction for each row in the first direction; A focus detection unit that detects a focus state of a photographing optical system by the focus detection signal of a focus detection pixel and detects a focus state of the photographing optical system by the focus detection signal of the second focus detection pixel; A control unit for controlling the drive of the photographing optical system according to the drive of the diaphragm disposed in the lens and the focus state detected by the focus detection unit, and the control unit is driving the diaphragm , Said first focus inspection Controlling the driving of the photographing optical system by said focus state detected by the focus detection signal of the pixel.
The electronic camera has the above-described focusing device and a recording unit that records the signal of the imaging pixel.

本発明によれば、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化して露光条件が変化するような場合においても焦点検出の誤動作を防止することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to prevent a malfunction in focus detection even in the case where the aperture condition changes during the rolling shutter operation and the exposure condition changes.

一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a digital still camera according to an embodiment. 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。It is a figure which shows the focus detection position on the imaging | photography screen of an interchangeable lens. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the micro lens of an imaging pixel and a focus detection pixel. 撮像画素の正面図である。It is a front view of an imaging pixel. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel. 緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristics of a green pixel, a red pixel, and a blue pixel. 焦点検出画素の分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristic of a focus detection pixel. 撮像画素の断面図である。It is a sectional view of an image pick-up pixel. 焦点検出画素の断面図である。It is a sectional view of a focus detection pixel. 撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the imaging | photography light beam which an imaging pixel light-receives. 焦点検出画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the imaging | photography light beam which a focus detection pixel light-receives. 撮像素子の回路構成を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the circuit composition of an image sensor. 撮像画素および焦点検出画素における1つの光電変換部に対する基本回路構成を示す図である。It is a figure which shows the basic circuit structure with respect to one photoelectric conversion part in an imaging pixel and a focus detection pixel. 撮像素子の動作タイミングチャートである。It is an operation timing chart of an image sensor. デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an imaging operation of the digital still camera. 一対のデータのずらし量kに対する相関量C(k)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of correlation amount C (k) with respect to shift amount k of a pair of data. 像ズレ量をデフォーカス量に変換する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of converting image shift amount into defocusing amount. デフォーカス量演算処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of defocusing amount arithmetic processing. 絞り開口径の状態および撮像素子の動作と時間経過との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the state of iris diaphragm diameter, and the relation between the operation of an image sensor and time progress. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel. 焦点検出画素の断面図である。It is a sectional view of a focus detection pixel. 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。It is a figure which shows the focus detection position on the imaging | photography screen of an interchangeable lens. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel.

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

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

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

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

液晶表示素子216は電気的なビューファインダー(EVF:Electronic View Finder)として機能する。液晶表示素子駆動回路215は撮像素子212によるスルー画像を液晶表示素子216に表示し、撮影者は接眼レンズ217を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード219は、撮像素子212により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。   The liquid crystal display element 216 functions as an electrical view finder (EVF: Electronic View Finder). The liquid crystal display element drive circuit 215 displays the through image by the imaging element 212 on the liquid crystal display element 216, and the photographer can observe the through image through the eyepiece lens 217. The memory card 219 is an image storage that stores an image captured by the image sensor 212.

交換レンズ202を通過した光束により、撮像素子212の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子212により光電変換され、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置214へ送られる。   An object image is formed on the light receiving surface of the imaging element 212 by the light flux that has passed through the interchangeable lens 202. The subject image is photoelectrically converted by the image sensor 212, and an image signal and a focus detection signal are sent to the body drive control device 214.

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

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

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

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

図3、図4は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図である。図3は、図2における焦点検出エリア101、102、103の近傍を拡大した画素配列の詳細を示し、図4は、図2における焦点検出エリア104、105の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子212には撮像画素310が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素310は赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図4においては、垂直方向の焦点検出用に撮像画素310と同一の画素サイズを有する垂直方向焦点検出用の焦点検出画素313、314が交互に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき垂直方向の直線上に連続して配列される。同じく、図3においては、水平方向の焦点検出用に撮像画素と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素315、316が交互に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。   3 and 4 are front views showing the detailed configuration of the image sensor 212. FIG. 3 shows details of the pixel array in which the vicinity of the focus detection areas 101, 102 and 103 in FIG. 2 is enlarged, and FIG. 4 shows details of the pixel array in which the vicinity of the focus detection areas 104 and 105 in FIG. Show. In the imaging element 212, imaging pixels 310 are densely arranged in a two-dimensional square lattice shape. The imaging pixel 310 includes red pixels (R), green pixels (G), and blue pixels (B), and is arranged according to the arrangement rule of the Bayer arrangement. In FIG. 4, for focus detection in the vertical direction, focus detection pixels 313 and 314 for vertical focus detection having the same pixel size as the imaging pixel 310 are alternately arranged, and green pixels and blue pixels are continuously arranged alternately. Are arranged continuously on a straight line in the vertical direction. Similarly, in FIG. 3, the focus detection pixels 315 and 316 for horizontal direction focus detection having the same pixel size as the imaging pixels for horizontal direction focus detection alternately alternate the original green pixel and the blue pixel. It is continuously arranged on a horizontal straight line to be arranged.

図5は、撮像画素310および焦点検出画素313、314、315、316のマイクロレンズ10の形状を示す図である。撮像画素310および焦点検出画素313、314、315、316のマイクロレンズ10の形状は、元々、画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ9から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。マイクロレンズ10の光軸を通る対角線の方向の断面と、マイクロレンズ10の光軸を通る水平線の方向の断面とは、それぞれ図5に(a)、(b)で示す形状になっている。   FIG. 5 is a view showing the shapes of the microlenses 10 of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316. The shapes of the microlenses 10 of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316 are originally a shape cut out in a square shape corresponding to the pixel size from the circular microlens 9 larger than the pixel size. . The cross section in the diagonal direction passing through the optical axis of the micro lens 10 and the cross section in the horizontal direction passing through the optical axis of the micro lens 10 have shapes shown in (a) and (b) of FIG.

撮像画素310は、図6に示すように矩形のマイクロレンズ10、後述の遮光マスクで受光領域を正方形に制限された光電変換部11、および色フィルタ(不図示)から構成される。色フィルタは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなり、それぞれの分光感度は図8に示す特性を有している。撮像素子212には、各色フィルタを備えた撮像画素310がベイヤー配列されている。   The imaging pixel 310 includes a rectangular microlens 10, a photoelectric conversion unit 11 whose light receiving area is limited to a square by a light shielding mask described later, and a color filter (not shown) as shown in FIG. The color filters consist of three types of red (R), green (G) and blue (B), and their spectral sensitivities have the characteristics shown in FIG. In the imaging element 212, imaging pixels 310 provided with respective color filters are Bayer-arranged.

焦点検出画素313、314、315、316には全ての色に対して焦点検出を行うために全ての可視光を透過する白色フィルタが設けられており、その白色フィルタの分光感度特性は図9に示す特性となる。つまり、図8に示す緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性となり、そのような分光感度特性に対応する光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。   The focus detection pixels 313, 314, 315, and 316 are provided with a white filter that transmits all visible light in order to perform focus detection for all colors. The spectral sensitivity characteristic of the white filter is shown in FIG. It becomes the characteristic to show. That is, the spectral sensitivity characteristic is obtained by adding the spectral sensitivity characteristics of the green pixel, the red pixel and the blue pixel shown in FIG. 8, and the light wavelength region corresponding to such a spectral sensitivity characteristic is the green pixel, the red pixel and the blue pixel Is inclusive of the light wavelength region which exhibits high spectral sensitivity.

図7は焦点検出画素313、314、315、316の正面図である。焦点検出画素313は、図7(a)に示すように矩形のマイクロレンズ10と後述の遮光マスクで受光領域を正方形の上半分(正方形を水平線で2等分した場合の上半分)に制限された光電変換部13、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   FIG. 7 is a front view of the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316. As shown in FIG. 7A, the focus detection pixel 313 is limited to the upper half of the square (upper half in the case where the square is equally divided by the horizontal line) with the rectangular microlens 10 and the light shielding mask described later. And a white filter (not shown).

また、焦点検出画素314は、図7(b)に示すように矩形のマイクロレンズ10と後述の遮光マスクで受光領域を正方形の下半分(正方形を水平線で2等分した場合の下半分)に制限された光電変換部14、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   Further, as shown in FIG. 7B, the focus detection pixel 314 has a rectangular micro-lens 10 and a light receiving area in the lower half of the square (the lower half in the case where the square is equally divided by the horizontal line) by the light shielding mask described later. It consists of the restricted photoelectric conversion unit 14 and a white filter (not shown).

焦点検出画素313と焦点検出画素314とをマイクロレンズ10を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部13と14が垂直方向に並んでいる。   When the focus detection pixels 313 and the focus detection pixels 314 are superimposed and displayed with the microlens 10 as a reference, the photoelectric conversion units 13 and 14 whose light receiving regions are restricted by the light shielding mask are aligned in the vertical direction.

また図7(a)、(b)において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分(破線部分)を加えると、撮像画素310の受光領域と同じサイズの正方形となる。   Further, in FIGS. 7A and 7B, if the remaining portion (broken line portion) obtained by halving the square is added to the portion of the light receiving region obtained by halving the square, a square having the same size as the light receiving region of the imaging pixel 310 Become.

焦点検出画素315は、図7(c)に示すように、矩形のマイクロレンズ10と後述の遮光マスクで受光領域を正方形の左半分(正方形を垂直線で2等分した場合の左半分)に制限された光電変換部15、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   As shown in FIG. 7C, the focus detection pixel 315 is divided into the left half of the square (the left half when the square is equally divided by the vertical line) by the rectangular microlens 10 and the light shielding mask described later. It consists of the restricted photoelectric conversion unit 15 and a white filter (not shown).

また、焦点検出画素316は、図7(d)に示すように、矩形のマイクロレンズ10と後述の遮光マスクで受光領域を正方形の右半分(正方形を垂直線で2等分した場合の右半分)に制限された光電変換部16、および白色フィルタ(不図示)とから構成される。   Further, as shown in FIG. 7D, the focus detection pixel 316 is a right half of a square (a half of a square divided by a vertical line by dividing the light receiving area by a rectangular microlens 10 and a light shielding mask described later). And a white filter (not shown).

焦点検出画素315の正面図と焦点検出画素316の正面図とをマイクロレンズ10を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部15と16が水平方向に並んでいる。   When the front view of the focus detection pixel 315 and the front view of the focus detection pixel 316 are superimposed and displayed with the microlens 10 as a reference, the photoelectric conversion units 15 and 16 whose light receiving regions are limited by the light shielding mask are aligned horizontally. There is.

また図7(c)、(d)において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分(破線部分)を加えると、撮像画素310の受光領域と同じサイズの正方形となる。   Further, in FIGS. 7C and 7D, if the remaining portion (broken line portion) obtained by halving the square is added to the portion of the light receiving region obtained by halving the square, a square having the same size as the light receiving region of the imaging pixel 310 Become.

図10は、垂直方向の直線で撮像画素配列の断面をとった場合の撮像画素310の断面図である。撮像画素310では撮像用の光電変換部11の上に近接して遮光マスク30が形成され、光電変換部11は、遮光マスク30の開口部30aを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上に色フィルタ38が形成される。色フィルタ38の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30aの形状が前方に投影される。光電変換部11は半導体回路基板29上に形成される。   FIG. 10 is a cross-sectional view of the imaging pixel 310 when the cross section of the imaging pixel array is taken along a straight line in the vertical direction. In the imaging pixel 310, the light shielding mask 30 is formed in proximity to the photoelectric conversion unit 11 for imaging, and the photoelectric conversion unit 11 receives the light that has passed through the opening 30 a of the light shielding mask 30. A planarization layer 31 is formed on the light shielding mask 30, and a color filter 38 is formed thereon. A planarization layer 32 is formed on the color filter 38, and the microlens 10 is formed thereon. The shape of the opening 30 a is projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion unit 11 is formed on the semiconductor circuit substrate 29.

図11は、垂直方向の直線で焦点検出画素313、314からなる焦点検出画素配列の断面をとった場合の焦点検出画素313、314の断面図である。焦点検出画素313、314では焦点検出用の光電変換部13、14の上に近接して遮光マスク30が形成され、光電変換部13、14は遮光マスク30の開口部30b、30cを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上に白色フィルタ34が形成される。白色フィルタ34の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30b、30cの形状が前方に投影される。光電変換部13、14は半導体回路基板29上に形成される。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the focus detection pixels 313 and 314 when a cross section of the focus detection pixel array consisting of the focus detection pixels 313 and 314 is taken along a straight line in the vertical direction. In the focus detection pixels 313 and 314, the light shielding mask 30 is formed closely on the photoelectric conversion units 13 and 14 for focus detection, and the photoelectric conversion units 13 and 14 are light which has passed through the openings 30b and 30c of the light shielding mask 30. Receive light. A planarization layer 31 is formed on the light shielding mask 30, and a white filter 34 is formed thereon. A planarization layer 32 is formed on the white filter 34, and the microlens 10 is formed thereon. The shapes of the openings 30 b and 30 c are projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion units 13 and 14 are formed on the semiconductor circuit substrate 29.

焦点検出画素315、316の構造も焦点検出画素313、314の構造を90度回転しただけであって、基本的に図11に示す焦点検出画素の構造と同様である。   The structure of the focus detection pixels 315 and 316 is also the same as the structure of the focus detection pixels shown in FIG. 11, except that the structure of the focus detection pixels 313 and 314 is rotated by 90 degrees.

図12は、図3、図4、図10に示す撮像画素310が受光する撮影光束の様子を説明するための図であって、垂直方向の直線で撮像画素配列の断面をとっている。   FIG. 12 is a view for explaining the state of the imaging light flux received by the imaging pixel 310 shown in FIGS. 3, 4 and 10, and a cross section of the imaging pixel array is taken along a straight line in the vertical direction.

撮像素子212上に配列された全ての撮像画素310の光電変換部11は、光電変換部11に近接して配置された前記遮光マスク30の開口部30aを通過した光束を受光する。遮光マスク30の開口部30aの形状は、各撮像画素310のマイクロレンズ10によりマイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上の全撮像画素共通な領域95に投影される。   The photoelectric conversion units 11 of all the imaging pixels 310 arranged on the imaging element 212 receive the light flux that has passed through the opening 30 a of the light shielding mask 30 disposed close to the photoelectric conversion unit 11. The shape of the opening 30 a of the light shielding mask 30 is projected by the micro lens 10 of each image pickup pixel 310 on the area 95 common to all image pickup pixels on the exit pupil 90 separated from the micro lens 10 by the distance measuring pupil distance d.

従って各撮像画素310の光電変換部11は、領域95と各撮像画素310のマイクロレンズ10を通過する撮影光束71を受光し、領域95を通過して各撮像画素310のマイクロレンズ10へ向う撮影光束71によって各マイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   Therefore, the photoelectric conversion unit 11 of each imaging pixel 310 receives the imaging light beam 71 passing through the area 95 and the microlens 10 of each imaging pixel 310, passes through the area 95, and travels toward the microlens 10 of each imaging pixel 310 A signal corresponding to the intensity of the image formed on each of the microlenses 10 by the light beam 71 is output.

図13は、図4、図11に示す焦点検出画素313、314が受光する焦点検出光束の様子を図12と比較して説明するための図であって、垂直方向の直線で焦点検出画素配列の断面をとっている。   FIG. 13 is a view for explaining the state of the focus detection light beams received by the focus detection pixels 313 and 314 shown in FIGS. 4 and 11 in comparison with FIG. Taking a cross section of

撮像素子212上に配列された全ての焦点検出画素の光電変換部13、14は、光電変換部13、14に近接して配置された前記遮光マスク30の開口部30b、30cを通過した光束を受光する。遮光マスク30の開口部30bの形状は、各焦点検出画素313のマイクロレンズ10によりマイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上の焦点検出画素313に全てに共通した領域93に投影される。同じく、遮光マスク30の開口部30cの形状は、各焦点検出画素314のマイクロレンズ10により、マイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上の焦点検出画素314に全てに共通した領域94に投影される。一対の領域93、94を測距瞳と呼ぶ。   The photoelectric conversion units 13 and 14 of all the focus detection pixels arranged on the image pickup device 212 receive the light flux that has passed through the openings 30 b and 30 c of the light shielding mask 30 disposed close to the photoelectric conversion units 13 and 14. Receive light. The shape of the opening 30b of the light shielding mask 30 is a region 93 common to all the focus detection pixels 313 on the exit pupil 90 separated from the microlens 10 by the distance measurement pupil distance d by the microlens 10 of each focus detection pixel 313. It is projected. Similarly, the shape of the opening 30c of the light shielding mask 30 is common to all the focus detection pixels 314 on the exit pupil 90 separated from the microlens 10 by the distance measurement pupil distance d by the micro lenses 10 of the focus detection pixels 314. It is projected to the area 94. The pair of areas 93 and 94 is called a focusing pupil.

従って各焦点検出画素313の光電変換部13は、測距瞳93と各撮像画素310のマイクロレンズ10を通過する焦点検出光束73を受光し、測距瞳93を通過して各撮像画素310のマイクロレンズ10へ向う焦点検出光束73によって各マイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、各焦点検出画素314の光電変換部14は、測距瞳94と各撮像画素310のマイクロレンズ10を通過する焦点検出光束74を受光し、測距瞳94を通過して各撮像画素310のマイクロレンズ10へ向う焦点検出光束74によって各マイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   Accordingly, the photoelectric conversion unit 13 of each focus detection pixel 313 receives the focus detection light beam 73 passing through the distance measuring pupil 93 and the microlens 10 of each imaging pixel 310, passes through the distance measuring pupil 93, and A signal corresponding to the intensity of the image formed on each of the microlenses 10 is output by the focus detection light beam 73 directed to the microlenses 10. The photoelectric conversion unit 14 of each focus detection pixel 314 receives the focus detection light beam 74 passing through the distance measurement pupil 94 and the microlens 10 of each image pickup pixel 310, passes through the distance measurement pupil 94, and each image pickup pixel 310. A signal corresponding to the intensity of the image formed on each of the microlenses 10 is output by the focus detection light beam 74 directed to the microlenses 10 of FIG.

一対の焦点検出画素313、314が受光する焦点検出光束73,74が通過する射出瞳90上の測距瞳93と94を統合した領域は、撮像画素310が受光する撮影光束71が通過する射出瞳90上の領域95と一致する。射出瞳90上において焦点検出光束73、74は撮影光束71に対して相補的な関係になっている。   A combined area of the ranging pupils 93 and 94 on the exit pupil 90 through which the focus detection light beams 73 and 74 received by the pair of focus detection pixels 313 and 314 pass is an exit through which the imaging light beam 71 received by the imaging pixel 310 passes. It coincides with the area 95 on the pupil 90. The focus detection light beams 73 and 74 have a complementary relationship with the imaging light beam 71 on the exit pupil 90.

上述した一対の焦点検出画素313、314を交互にかつ直線状に多数配置する。各焦点検出画素313、314の光電変換部13、14の出力を測距瞳93および測距瞳94に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳93と測距瞳94をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上(垂直方向)に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して、後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置(垂直方向)における予定結像面と結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。   A large number of the above-described pair of focus detection pixels 313 and 314 are alternately and linearly arranged. By combining the outputs of the photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 313 and 314 into a pair of output groups corresponding to the ranging pupil 93 and the ranging pupil 94, the ranging pupil 93 and the ranging pupil 94 are respectively passed Information on the intensity distribution of a pair of images formed by the pair of luminous fluxes on the focus detection pixel array (vertical direction) is obtained. By performing image shift detection calculation processing (correlation calculation processing, phase difference detection processing) described later on this information, the amount of image shift of a pair of images is detected by a so-called pupil division type phase difference detection method. Furthermore, the deviation between the planned imaging surface and the imaging surface at the focus detection position (vertical direction) is performed by performing a conversion operation according to the proportional relationship between the distance between the center of gravity of a pair of distance measuring pupils and the distance measuring pupil distance to the image shift amount. (Defocus amount) is calculated.

焦点検出画素315、316が受光する焦点検出光束も焦点検出画素313、314の受光する一対の焦点検出光束73、74を90度回転しただけであって、基本的に図13に示す焦点検出光束73、74と同様であり、測距瞳93、94を90度回転した一対の測距瞳が設定される。一対の焦点検出画素315、316を交互にかつ直線状に多数配置する。各焦点検出画素315、316の光電変換部15、16の出力を一対の測距瞳に対応した一対の出力グループにまとめることによって、一対の測距瞳をそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上(水平方向)に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に基づき、焦点検出位置(水平方向)における予定結像面と結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。   The focus detection light fluxes received by the focus detection pixels 315 and 316 are also rotated by only 90 degrees between the pair of focus detection light fluxes 73 and 74 received by the focus detection pixels 313 and 314, basically the focus detection light flux shown in FIG. Similar to 73 and 74, a pair of distance measurement pupils obtained by rotating the distance measurement pupils 93 and 94 by 90 degrees is set. A large number of pairs of focus detection pixels 315 and 316 are alternately and linearly arranged. By combining the outputs of the photoelectric conversion units 15 and 16 of the focus detection pixels 315 and 316 into a pair of output groups corresponding to a pair of distance measurement pupils, a pair of light beams respectively passing through the pair of distance measurement pupils is a focus detection pixel Information on the intensity distribution of a pair of images formed on the array (horizontally) can be obtained. Based on this information, the deviation (defocus amount) of the predetermined imaging plane and the imaging plane at the focus detection position (horizontal direction) is calculated.

撮像素子212はCMOSイメージセンサーとして構成される。図14は撮像素子212の回路構成概念図を示す。   The imaging element 212 is configured as a CMOS image sensor. FIG. 14 shows a circuit diagram of the image sensor 212.

撮像素子212の回路構成を、水平方向8画素×垂直方向4画素のレイアウトに簡略化して説明する。図14は、図2の水平方向の焦点検出エリア101、102、103に対応して描かれており、水平方向に焦点検出画素315、316が同一の行に配置されている。垂直方向の焦点検出エリア104、105には、焦点検出画素313、314が、垂直方向に配置され、かつ互いに異なる行に配置される。   The circuit configuration of the image sensor 212 will be simplified into a layout of 8 pixels in the horizontal direction × 4 pixels in the vertical direction. FIG. 14 is drawn corresponding to the horizontal focus detection areas 101, 102, and 103 in FIG. 2, and the focus detection pixels 315 and 316 are arranged in the same row in the horizontal direction. In the vertical focus detection areas 104 and 105, the focus detection pixels 313 and 314 are vertically arranged and arranged in different rows.

2行目には、焦点検出画素315、316が配置されている。図14では、“○”で示す中央の4つの焦点検出画素315、316が、複数の焦点検出画素を代表して示されており、左右の2つずつの撮像画素310(“□”で示す)が、焦点検出画素の左右に配置された複数の撮像画素を代表して示されている。   In the second row, focus detection pixels 315 and 316 are arranged. In FIG. 14, four focus detection pixels 315 and 316 in the center indicated by “o” are shown as a representative of the plurality of focus detection pixels, and two imaging pixels 310 (indicated by “□”) on the left and right are illustrated. ) Is shown as a representative of a plurality of imaging pixels arranged on the left and right of the focus detection pixel.

1行目、3行目、4行目には、撮像画素310のみが配置されている。図14では、1行目、3行目、4行目の撮像画素310が、焦点検出画素が配置された行の上下の複数の撮像画素のみからなる行を代表して示されている。   Only the imaging pixel 310 is arranged in the first, third, and fourth rows. In FIG. 14, the imaging pixels 310 in the first row, the third row, and the fourth row are shown as a representative of a row including only a plurality of imaging pixels above and below the row where the focus detection pixels are arranged.

図14において、ラインメモリ320は、1行分の画素の画素信号をサンプルホールドして一時的に保持するバッファであり、垂直信号線501に出力されている同一行の画素信号を垂直走査回路が発する制御信号ΦH1に基づいてサンプルホールドする。なお、ラインメモリ320に保持される画素信号は、制御信号ΦS1〜ΦS4の立ち上がりに同期してリセットされる。   In FIG. 14, a line memory 320 is a buffer for sampling and holding pixel signals of pixels in one row and temporarily holding them, and a vertical scanning circuit generates pixel signals of the same row output to the vertical signal line 501. It samples and holds based on the control signal 発 す る H1 to be emitted. The pixel signals held in the line memory 320 are reset in synchronization with the rising edges of the control signals SS1 to ΦS4.

撮像画素310および焦点検出画素315、316からの画素信号の出力は、垂直走査回路が発生する制御信号(ΦS1〜ΦS4)により行ごとに独立に制御される。制御信号(ΦS1〜ΦS4)により選択された行の画素の画素信号は、垂直信号線501に出力される。   Outputs of pixel signals from the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 are controlled independently for each row by control signals (ΦS1 to SS4) generated by the vertical scanning circuit. The pixel signals of the pixels in the row selected by the control signals (ΦS1 to 4S4) are output to the vertical signal line 501.

ラインメモリ320に保持された画素信号は、水平走査回路が発生する制御信号(ΦV1〜ΦV8)により、順次、出力回路330に転送され、出力回路330において、設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。   The pixel signals held in the line memory 320 are sequentially transferred to the output circuit 330 by control signals (.PHI.V1 to .PHI.V8) generated by the horizontal scanning circuit, and are amplified by the set amplification degree in the output circuit 330 and externally Output to

撮像画素310および焦点検出画素315、316は、画素信号がサンプルホールドされた後、垂直走査回路が発生する制御信号(ΦR1〜ΦR4)によりリセットされ、制御信号ΦR1〜ΦR4の立ち下がりで次回の画素信号出力のための電荷蓄積を開始する。   The imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 are reset by the control signal (ΦR1 to RR4) generated by the vertical scanning circuit after the pixel signal is sampled and held, and the next pixel is generated at the fall of the control signal RR1 to RR4. Start charge accumulation for signal output.

制御信号φSyncは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部に出力される。また、制御信号ΦS1〜ΦS4、制御信号ΦR1〜ΦR4も外部に出力される。   Control signal φSync is a vertical synchronization signal, and is externally output for each frame. Control signals 信号 S1 to ΦS4 and control signals RR1 to RR4 are also output to the outside.

図15は、図14に示す撮像素子212の撮像画素310および焦点検出画素315、316の詳細回路図である。光電変換部はフォトダイオード(PD)で構成される。PDで蓄積された電荷は浮遊拡散層(フローティングディフュージョン:FD)に蓄積される。FDは増幅MOSトランジスタ(AMP)のゲートに接続されており、AMPはFDに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。   FIG. 15 is a detailed circuit diagram of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 of the imaging element 212 shown in FIG. The photoelectric conversion unit is configured by a photodiode (PD). The charge accumulated in PD is accumulated in the floating diffusion layer (floating diffusion: FD). The FD is connected to the gate of the amplification MOS transistor (AMP), and the AMP generates a signal according to the amount of charge stored in the FD.

FD部は、リセットMOSトランジスタ510を介し、電源電圧Vddに接続されている。制御信号ΦRn(ΦR1〜ΦR3)によりリセットMOSトランジスタ510がONとなると、FDおよびPDに溜まった電荷がクリアされ、リセット状態となる。   The FD portion is connected to the power supply voltage Vdd via the reset MOS transistor 510. When the reset MOS transistor 510 is turned ON by the control signal RRn (ΦR1 to RR3), the charges accumulated in the FD and PD are cleared and the reset state is established.

AMPの出力は、行選択MOSトランジスタ512を介して垂直出力線501に接続されている。制御信号ΦSn(ΦS1〜ΦS3)により行選択MOSトランジスタ512がONとなると、AMPの出力が垂直出力線501に出力される。   The output of AMP is connected to the vertical output line 501 via the row selection MOS transistor 512. When the row selection MOS transistor 512 is turned on by the control signal SnSn (ΦS1 to SS3), the output of AMP is output to the vertical output line 501.

図16は、図14に示す撮像素子212の動作タイミングチャートである。CMOSイメージセンサーにおいては、いわゆるローリングシャッタ動作により、画素の駆動読み出し、すなわちリセット、露光および画素信号の読み出しが以下のように各行毎に順次行われる。撮像素子212からの全画素の信号の出力(1フレーム分の画像信号の出力)に同期して、垂直同期信号φSyncが発せられる。   FIG. 16 is an operation timing chart of the image sensor 212 shown in FIG. In the CMOS image sensor, driving readout of pixels, that is, reset, exposure, and readout of pixel signals are sequentially performed for each row as follows by so-called rolling shutter operation. In synchronization with the output of signals of all pixels from the imaging element 212 (output of an image signal for one frame), a vertical synchronization signal φSync is issued.

1行目の撮像画素310は、垂直同期信号φSyncに同期して垂直走査回路が発する制御信号ΦS1により選択され、選択された撮像画素310の画素信号は垂直信号線501に出力される。制御信号ΦS1と同期して発せられる制御信号ΦH1により垂直信号線501に出力された1行目の画素信号は、ラインメモリ320に一時的に保持される。ラインメモリ320に保持された1行目の撮像画素310の画素信号は、水平走査回路から順次発せられる制御信号ΦV1〜ΦV8にしたがって出力回路330に転送され、出力回路330において、設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。   The imaging pixel 310 in the first row is selected by the control signal SS1 generated by the vertical scanning circuit in synchronization with the vertical synchronization signal φSync, and the pixel signal of the selected imaging pixel 310 is output to the vertical signal line 501. The pixel signals of the first row, which are output to the vertical signal line 501 by the control signal HH1 generated in synchronization with the control signal ΦS1, are temporarily held in the line memory 320. The pixel signals of the imaging pixels 310 in the first row held in the line memory 320 are transferred to the output circuit 330 in accordance with control signals VV1 to ΦV8 sequentially issued from the horizontal scanning circuit, and the amplification factor set in the output circuit 330 Is amplified and output to the outside.

1行目の撮像画素310の画素信号のラインメモリ320への転送が終了した時点で、リセット回路より発せられる制御信号ΦR1により1行目の撮像画素310がリセットされ、制御信号ΦR1の立ち下がりで1行目の撮像画素310の次の電荷蓄積が開始される。   When transfer of the pixel signal of the imaging pixel 310 in the first row to the line memory 320 is completed, the imaging pixel 310 in the first row is reset by the control signal ΦR1 generated from the reset circuit, and the fall of the control signal RR1 occurs. The charge accumulation next to the imaging pixel 310 in the first row is started.

1行目の撮像画素310の画素信号の、出力回路330からの出力が終了した時点で、2行目の撮像画素310および焦点検出画素315、316は、垂直走査回路が発する制御信号ΦS2により選択され、選択された撮像画素310の画素信号は垂直信号線501に出力される。   When the output from the output circuit 330 of the pixel signal of the imaging pixel 310 in the first row is finished, the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 in the second row are selected by the control signal ΦS2 emitted by the vertical scanning circuit. The pixel signal of the selected imaging pixel 310 is output to the vertical signal line 501.

以下、同様にして2行目の撮像画素310および焦点検出画素315、316の画素信号の保持および撮像画素310のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。続いて3行目、4行目の撮像画素310の画素信号の保持および撮像画素310のリセット、撮像画素310の画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。全ての画素の画素信号の出力が終了すると、再び1行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。   Thereafter, similarly, the pixel signals of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 in the second row are held, the imaging pixel 310 is reset, the pixel signal is output, and the next charge accumulation is started. Subsequently, holding of pixel signals of the imaging pixels 310 in the third and fourth rows and resetting of the imaging pixels 310, output of pixel signals of the imaging pixels 310, and start of the next charge accumulation are performed. When the output of the pixel signals of all the pixels is finished, the operation returns to the first row again and the above operation is periodically repeated.

n行目の撮像画素310および焦点検出画素315、316のリセット動作は、制御信号φRnの立ち上がりから立ち下がりまでの時間に行われ、n行目の撮像画素310および焦点検出画素315、316の露光動作は、制御信号φRnの立ち下がりから、制御信号φSnの立ち上がりまでの時間(露光時間、蓄積時間)に行われ、n行目の撮像画素310および焦点検出画素315、316の信号読み出し動作は、制御信号φSnの立ち上がりから制御信号φSn+1の立ち上がりまでの時間に行われる。   The reset operation of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 in the nth row is performed in the time from the rise to the fall of the control signal φRn, and the exposure of the imaging pixel 310 and the focus detection pixels 315 and 316 in the nth row is performed. The operation is performed in a time (exposure time, accumulation time) from the falling of control signal φRn to the rising of control signal φSn, and the signal readout operation of imaging pixel 310 and focus detection pixels 315 and 316 in the nth row is This is performed in the time from the rise of control signal φSn to the rise of control signal φSn + 1.

図17は、デジタルスチルカメラ201の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置214は、ステップS100でデジタルスチルカメラ201の電源がオンされると、ステップS110以降の撮像動作を開始する。ステップS110において、撮像素子212は、一定周期で撮像動作を繰り返す動作モード(例えば1秒間に60フレームを出力する)に設定される。そして1フレーム分の全画素データを読み出す。続くステップS120では、撮像画素310のデータから一部を間引きしたデータを液晶表示素子216に表示(ライブビュー表示)させる。ステップS130では焦点検出画素313、314、315、316のデータに基づき5つの焦点検出エリア101〜105において焦点検出を行い、最終的に1つのデフォーカス量を算出する。デフォーカス量の信頼性が低い場合、またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は、焦点検出不能となる。ステップS130におけるデフォーカス量の算出処理の詳細については後述する。   FIG. 17 is a flowchart showing the imaging operation of the digital still camera 201. When the power of the digital still camera 201 is turned on in step S100, the body drive control device 214 starts an imaging operation after step S110. In step S110, the imaging element 212 is set to an operation mode (for example, outputting 60 frames per second) in which the imaging operation is repeated at a constant cycle. Then, all pixel data of one frame is read out. In the subsequent step S120, data obtained by thinning out a part of the data of the imaging pixel 310 is displayed on the liquid crystal display element 216 (live view display). In step S130, focus detection is performed in the five focus detection areas 101 to 105 based on the data of the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316, and one defocus amount is finally calculated. When the reliability of the defocus amount is low or when the defocus amount can not be calculated, focus detection becomes impossible. Details of the process of calculating the defocus amount in step S130 will be described later.

ステップS140で、合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合は、ステップS150へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210を合焦位置に駆動させる。その後、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   In step S140, it is checked whether it is in the vicinity of the in-focus state, that is, whether or not the calculated absolute value of the defocus amount is within the predetermined value. If it is determined not to be in the vicinity of the in-focus position, the process proceeds to step S150, the defocus amount is transmitted to the lens drive control device 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to the in-focus position. Thereafter, the process returns to step S110 to repeat the above-described operation.

なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置206へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   If the focus can not be detected, the process branches to this step, and a scan drive command is sent to the lens drive controller 206 to scan drive the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 from infinity to close range. Thereafter, the process returns to step S110 to repeat the above-described operation.

ステップS140で合焦近傍であると判定された場合はステップS160へ進み、シャッターボタン(不図示)の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップS110へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップS170へ進み、レンズ駆動制御装置206へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り値を制御F値(撮影者または自動により設定されたF値)にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子212に被写体輝度に応じた露光時間による撮像動作を行わせ、撮像素子212の撮像画素310および全ての焦点検出画素313、314、315、316から画像データを読み出す。   If it is determined in step S140 that the camera is in the vicinity of the in-focus state, the process proceeds to step S160, and it is determined whether the shutter release is performed by the operation of the shutter button (not shown). If it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step S110, and the above-described operation is repeated. On the other hand, if it is determined that the shutter release has been performed, the process proceeds to step S170, an aperture adjustment command is transmitted to the lens drive control device 206, and the aperture value of the interchangeable lens 202 is controlled to an F value (F set by the photographer or automatically Value). When the aperture control is completed, the image pickup device 212 performs an image pickup operation with an exposure time according to the subject brightness, and image data from the image pickup pixel 310 of the image pickup device 212 and all focus detection pixels 313, 314, 315, 316 read out.

ステップS180において、焦点検出画素列の各画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素313、314、315、316の周囲の撮像画素310のデータと焦点検出画素313、314、315、316のデータに基づいて画素補間する。続くステップS190では、撮像画素310のデータおよび補間された仮想的な撮像画素のデータからなる画像データをメモリカード219に記憶し、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   In step S180, data of virtual imaging pixels at each pixel position of the focus detection pixel column, data of imaging pixels 310 around the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316, and focus detection pixels 313, 314, 315, 316 Interpolate pixels based on the data of In the subsequent step S190, image data including the data of the imaging pixel 310 and the data of the interpolated virtual imaging pixel is stored in the memory card 219, and the process returns to step S110 to repeat the above-described operation.

またボディ駆動制御装置214は、測光センサー(不図示)の出力に応じてリアルタイムに被写体輝度を検出する。その検出結果に応じて、画素信号が適切なレベルになるように、ライブビュー表示の動作期間中(ステップS110〜ステップS160までのループ動作)も並行して、レンズ駆動制御装置206へ絞り調整命令を送信し、絞り開口径の調整を行う。従って1フレーム分の露光期間中においても絞り開口径が変化する場合がある。   The body drive control device 214 detects subject brightness in real time according to the output of a photometric sensor (not shown). Depending on the detection result, during the live view display operation period (loop operation from step S110 to step S160), an aperture adjustment command is sent to the lens drive control device 206 so that the pixel signal is at an appropriate level. To adjust the aperture diameter. Therefore, the aperture diameter may change even during the exposure period of one frame.

次に、図17のステップS130で用いられる一般的な像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)の詳細について説明する。簡単のため1つの焦点検出エリアの焦点検出画素配列に対する処理を記載するが、他の焦点検出エリアにおける処理も同様である。   Next, details of general image shift detection calculation processing (correlation calculation processing, phase difference detection processing) used in step S130 of FIG. 17 will be described. Although the processing for the focus detection pixel array of one focus detection area is described for simplicity, the processing in the other focus detection areas is the same.

焦点検出画素313、314、または焦点検出画素315、316が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口により口径蝕を受けて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。   As for the pair of images detected by the focus detection pixels 313 and 314 or the focus detection pixels 315 and 316, it is possible that the distance measuring pupils are vignetted by the aperture of the lens and the light amount balance is broken. Are subjected to the type of correlation calculation capable of maintaining the image shift detection accuracy.

焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列(A11〜A1M、A21〜A2M:Mはデータ数)に対し、特開2007−333720号公報に開示された相関演算式(1)を用い、相関量C(k)を演算する。
C(k)=Σ|A1n×A2n+1+k−A2n+k×A1n+1| (1)
For a pair of data strings (A11 to A1M and A21 to A2M: M is the number of data) read out from the focus detection pixel row, using the correlation operation equation (1) disclosed in JP 2007-333720 A, The correlation amount C (k) is calculated.
C (k) =. SIGMA. | A1n.times.A2n + 1 + k-A2n + k.times.A1n + 1 | (1)

式(1)において、Σ演算はnについて累積されるが、nのとる範囲は、像ずらし量kに応じてA1n、A1n+1、A2n+k、A2n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。像ずらし量k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ずらし量である。   In equation (1), the Σ operation is accumulated for n, but the range taken by n is limited to the range in which data of A1n, A1n + 1, A2n + k, A2n + 1 + k exist depending on the image shift amount k. The image shift amount k is an integer and is a relative shift amount in units of data intervals of the data string.

式(1)の演算結果は、図18(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量(図18(a)ではk=kj=2)において相関量C(k)が極小(小さいほど相関度が高い)になる。   As shown in FIG. 18A, the calculation result of equation (1) shows that the correlation amount C (k) is minimal at the shift amount where the correlation between the pair of data is high (k = kj = 2 in FIG. 18A). (The smaller the degree, the higher the degree of correlation).

式(2)〜(5)による3点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値C(ks)を与えるずらし量ksを求める。
ks=kj+D/SLOP (2)
C(ks)= C(kj)−|D| (3)
D={C(kj−1)-C(kj+1)}/2 (4)
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj−1)−C(kj)}
(5)
Using the three-point interpolation method according to equations (2) to (5), the shift amount ks which gives the minimum value C (ks) for the continuous correlation amount is determined.
ks = kj + D / SLOP (2)
C (ks) = C (kj)-| D | (3)
D = {C (kj-1) -C (kj + 1)} / 2 (4)
SLOP = MAX {C (kj + 1) -C (kj), C (kj-1) -C (kj)}
(5)

式(2)で算出されたずらし量ksの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図18(b)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値C(ks)の値が大きくなる。したがって、C(ks)が所定の閾値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ksをキャンセルする。   Whether the shift amount ks calculated by equation (2) is reliable or not is determined as follows. As shown in FIG. 18B, when the degree of correlation between the pair of data is low, the value of the minimum value C (ks) of the interpolated correlation amount becomes large. Therefore, when C (ks) is equal to or greater than the predetermined threshold value, it is determined that the reliability of the calculated shift amount is low, and the calculated shift amount ks is cancelled.

あるいは、C(ks)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(ks)を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ksをキャンセルする。   Alternatively, to normalize C (ks) with the data contrast, the reliability of the calculated shift amount if the value obtained by dividing C (ks) by SLOP, which is a value proportional to the contrast, is equal to or greater than a predetermined value. Is determined to be low, and the calculated shift amount ks is cancelled.

あるいはまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ksをキャンセルする。   Alternatively, if the SLOP, which is a value proportional to the contrast, is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the subject has low contrast and the reliability of the calculated shift amount is low, and the calculated shift amount ks is cancelled.

図18(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、ずらし量の範囲kmin〜kmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、極小値C(ks)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。   As shown in FIG. 18C, when the correlation degree of a pair of data is low and there is no drop in the correlation amount C (k) between the shift amount range kmin to kmax, the minimum value C (ks) is obtained In such a case, it is determined that focus detection is impossible.

算出されたずらし量ksの信頼性があると判定された場合は、式(6)により像ズレ量shftに換算される。式(6)において、PYは焦点検出画素313、314、または焦点検出画素315、316の画素ピッチの2倍(検出ピッチ)である。
shft=PY×ks (6)
If it is determined that the calculated shift amount ks is reliable, it is converted to the image shift amount shft by equation (6). In equation (6), PY is twice the pixel pitch of the focus detection pixels 313 and 314 or the focus detection pixels 315 and 316 (detection pitch).
shft = PY × ks (6)

式(6)で算出された像ズレ量に所定の変換係数Kdを乗じてデフォーカス量defへ変換する。なお、変換係数Kdは、焦点検出画素313、314、または焦点検出画素315、316が受光する一対の光束の開き角に対応しており、測距瞳距離dを一対の測距瞳の重心間隔で除算した値である。なお、変換係数Kdは、測距瞳の重心間隔が絞り開口径に応じて変化するため、絞り開口径に応じて変化する。
def=Kd×shft (7)
The image shift amount calculated by equation (6) is multiplied by a predetermined conversion coefficient Kd to convert it into the defocus amount def. The conversion coefficient Kd corresponds to the opening angle of a pair of luminous fluxes received by the focus detection pixels 313 and 314 or the focus detection pixels 315 and 316, and the distance measuring pupil distance d corresponds to the barycentric distance between the pair of distance measuring pupils. It is the value divided by. The conversion coefficient Kd changes according to the stop aperture diameter because the distance between the centers of gravity of the distance measuring pupils changes according to the stop aperture diameter.
def = Kd x shft (7)

図19は像ズレ量(光学系の光軸に垂直な方向における一対の像の相対的な偏位量)をデフォーカス量(光学系の光軸方向における基準面となる撮像面に対する実際の像面の偏位量)に変換する場合の説明図である。   FIG. 19 shows an actual image with respect to an imaging surface which is an amount of image shift (relative displacement of a pair of images in a direction perpendicular to the optical axis of the optical system) and an amount of defocus (reference surface in the optical axis of the optical system) It is explanatory drawing in the case of converting into the deviation amount of a surface.

符号110は撮像面、符号140は像面、符号125は絞り面、符号91は光軸を表す。符号defはデフォーカス量(撮像面110から像面140までの距離)、距離POは撮像面110から絞り面125までの距離を表す。位置G1および位置G2は絞りF値がFcの場合の一対の焦点検出光束73、74のそれぞれの中心光束が絞り面と交差する位置、位置G3および位置G4は絞りF値がFd(<Fc)の場合の一対の焦点検出光束73、74のそれぞれの中心光束が絞り面と交差する位置を表す。距離Q1は位置G1と位置G2との間の距離、距離Q2は位置G3と位置G4との間の距離、符号S1は絞りF値がFcの場合の一対の像の像ズレ量、符号S2は絞りF値がFdの場合の一対の像の像ズレ量を表す。角度θ1は絞りF値がFcの場合の一対の焦点検出光束73、74の中心光束の開き角、角度θ2は絞りF値がFdの場合の一対の焦点検出光束73、74の中心光束の開き角であるとする。なお、距離POは交換レンズ202の種類に応じて変化するが、その平均的な距離は図13の測距瞳距離dに略等しく設定される。デフォーカス量defが距離POに比較して小さい場合(すなわち、PO−def≒POと近似できる場合)には、絞りF値がFcの場合のデフォーカス量defは式(8)で算出される。
def=S1/(2・tan(θ1/2))=S1・PO/Q1 (8)
Reference numeral 110 denotes an imaging plane, reference numeral 140 denotes an image plane, reference numeral 125 denotes a stop plane, and reference numeral 91 denotes an optical axis. The symbol def indicates the defocus amount (the distance from the imaging surface 110 to the image surface 140), and the distance PO indicates the distance from the imaging surface 110 to the diaphragm surface 125. Positions G1 and G2 are the positions at which the central light fluxes of the pair of focus detection light beams 73 and 74 intersect with the diaphragm surface when the diaphragm F value is Fc, and positions G3 and G4 are the diaphragm F value Fd (<Fc) Represents the position where the central luminous flux of each of the pair of focus detection luminous fluxes 73 and 74 in the case of {circle around (1)} intersects the stop surface. The distance Q1 is the distance between the position G1 and the position G2, the distance Q2 is the distance between the position G3 and the position G4, the symbol S1 is the image shift amount of a pair of images when the F value of the aperture is Fc, and the symbol S2 is This shows the image shift amount of a pair of images when the f-number of the aperture is Fd. The angle θ1 is the opening angle of the central light beam of the pair of focus detection light beams 73 and 74 when the aperture F value is Fc, and the angle θ2 is the opening of the central light beam of the pair of focus detection light beams 73 and 74 when the diaphragm F value is Fd. Suppose it is a horn. Although the distance PO changes in accordance with the type of the interchangeable lens 202, its average distance is set to be approximately equal to the distance-measuring pupil distance d in FIG. When the defocus amount def is smaller than the distance PO (that is, when it can be approximated as PO-def PO PO), the defocus amount def in the case where the aperture F value is Fc is calculated by equation (8) .
def = S1 / (2 · tan (θ1 / 2)) = S1 · PO / Q1 (8)

従って、絞りF値がFcの場合の変換係数Kd1は式(9)で表される。
Kd1=1/(2・tan(θ1/2))=PO/Q1 (9)
Accordingly, the conversion coefficient Kd1 when the aperture F value is Fc is expressed by equation (9).
Kd1 = 1 / (2 · tan (θ1 / 2)) = PO / Q1 (9)

同様に絞りF値がFd(>Fc)の場合のデフォーカス量defおよび変換係数Kd2は式(10)、(11)で算出される。
def=S2/(2・tan(θ2/2))=S2・PO/Q2 (10)
Kd2=1/(2・tan(θ2/2))=PO/Q2 (11)
Similarly, the defocus amount def and the conversion coefficient Kd2 when the aperture F value is Fd (> Fc) are calculated by the equations (10) and (11).
def = S2 / (2 · tan (θ2 / 2)) = S2 · PO / Q2 (10)
Kd2 = 1 / (2 · tan (θ2 / 2)) = PO / Q2 (11)

交換レンズ202側には絞りF値に応じた変換係数Kdがレンズ情報として記憶されており、ある絞りF値で算出された像ズレ量shftをデフォーカス量defに変換する場合には、その絞りF値に対応する変換係数Kdが用いられることになる。   A conversion coefficient Kd corresponding to the f-stop number is stored as lens information on the interchangeable lens 202 side, and when the image shift amount shft calculated with a given f-stop value is converted to the defocus amount def, the stop The transform coefficient Kd corresponding to the F value is used.

図20を用いて、図17のステップS130の処理の詳細を説明する。上述したように、撮像素子の1フレーム分の動作中においても絞り開口径が変化する可能性がある。CMOSイメージセンサーにおいては、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化すると、露光タイミングが行毎に異なるため、焦点検出に不具合が発生する虞がある。   Details of the process of step S130 of FIG. 17 will be described with reference to FIG. As described above, the aperture diameter may change even during operation of one frame of the imaging device. In the CMOS image sensor, if the aperture opening diameter changes during the rolling shutter operation, the exposure timing may differ from row to row, which may cause a problem in focus detection.

そのため、まずステップS200で、それ以降に用いられる焦点検出画素313、314、315、316のデータを取得した時の露光期間中に絞り開口径が変化したか否かをチェックする。図21は、横軸に時間経過をとり、上段に絞り開口径の状態、下段に撮像素子の動作を並列して示した動作タイミングチャートである。この図21において、絞り開口径は約2フレーム(フレームAおよびB)に渡って時刻t1のF1.4から時刻t2のF5.6まで変化している。   Therefore, in step S200, it is checked whether the aperture diameter has changed during the exposure period when the data of the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316 to be used thereafter are acquired. FIG. 21 is an operation timing chart showing the time lapse on the horizontal axis, the state of the stop aperture diameter on the upper stage, and the operation of the imaging device in parallel on the lower stage. In FIG. 21, the aperture diameter changes from F1.4 at time t1 to F5.6 at time t2 over about two frames (frames A and B).

撮像素子212は、フレーム単位で全画素の駆動読み出し、すなわち全画素のリセット、露光、および画素信号読み出しを図21に示すように行毎に順次行う。この図21においては行数を10とし、5行目(図21に“R”で示す)に水平方向の焦点検出画素315、316から構成される焦点検出エリアが配置されており、1〜10行目に垂直方向の焦点検出画素313、314から構成される焦点検出エリアが配置されている。   The imaging element 212 sequentially performs drive readout of all pixels in a frame unit, that is, reset of all pixels, exposure, and pixel signal readout for each row as shown in FIG. In FIG. 21, the number of rows is 10, and a focus detection area composed of focus detection pixels 315 and 316 in the horizontal direction is arranged in the fifth row (indicated by “R” in FIG. 21). A focus detection area composed of focus detection pixels 313 and 314 in the vertical direction is disposed in the line.

レンズ駆動制御装置206は、ボディ駆動制御装置214の指令に応じて図21のように絞り開口径を変化させるが、絞り開口径の値をリアルタイムに検出し、絞り開口径の値をボディ駆動制御装置214にフィードバックしている。従って、ボディ駆動制御装置214は、レンズ駆動制御装置206から出力される絞り開口径の値を撮像動作中もモニターし、1フレーム期間中に絞り開口径の値が所定値以上変化した場合は露光期間中に絞り開口径の変化があったと判定する。例えば、フレームAの期間中(時刻t3〜t4)に読み出される焦点検出画素データを用いて焦点検出を行うとき、時刻t3における絞り開口径と時刻t4における絞り開口径の差が所定値以上であった場合は絞り開口径変化ありと判定する。   The lens drive control device 206 changes the aperture diameter as shown in FIG. 21 according to a command from the body drive control device 214, but detects the value of the aperture diameter in real time and controls the value of the aperture diameter as body drive control. It feeds back to the device 214. Therefore, the body drive control device 214 monitors the value of the aperture diameter output from the lens drive control device 206 also during the imaging operation, and exposes when the value of the aperture diameter changes by a predetermined value or more during one frame period. It is determined that the aperture diameter has changed during the period. For example, when focus detection is performed using focus detection pixel data read out during the period of frame A (time t3 to t4), the difference between the stop aperture diameter at time t3 and the aperture diameter at time t4 is equal to or greater than a predetermined value If it is determined that there is a change in aperture diameter.

ステップS200において、絞り開口径の変化がないと判定された場合は、ステップS210において、5つの焦点検出エリア101〜105の全てにおけるデフォーカス量defを算出し、信頼性のあるデフォーカス量の中で最も近距離を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量として採用し、図17のステップS140に処理を進める。   If it is determined in step S200 that there is no change in the aperture diameter, the defocus amount def in all the five focus detection areas 101 to 105 is calculated in step S210, and among the reliable defocus amounts The defocus amount indicating the closest distance is adopted as the final defocus amount, and the process proceeds to step S140 in FIG.

デフォーカス量defを算出する際の変換係数Kdは、時刻t3または時刻t4における絞り開口径に対応した変換係数Kdを用いる。   As the conversion coefficient Kd at the time of calculating the defocus amount def, the conversion coefficient Kd corresponding to the aperture diameter at the time t3 or t4 is used.

ステップS200において、絞り開口径の変化があると判定された場合は、ステップS220において、垂直方向に焦点検出画素313、314が配置された2つの焦点検出エリア104、105でのデフォーカス量defの算出を禁止し、水平方向に焦点検出画素315、316が配置された3つの焦点検出エリア101〜103のみでデフォーカス量defを算出する。垂直方向に焦点検出画素313、314が配置されている場合、絞り開口径が変化すると行毎に露光タイミングと露光量が異なるとともに、変換係数Kdも行毎に相違するので、像ズレ検出やデフォーカス量算出時の変換の誤差が大きくなってしまう。これを防止するため、絞り開口径が変化する場合には、垂直方向の焦点検出エリア104、105でのデフォーカス量defの算出を禁止している。一方、水平方向に焦点検出画素315、316が配置されている場合、同一行においては絞り開口径が変化しても露光タイミングと露光量が同一となるので、正確な焦点検出が可能である。しかし、行毎に絞り開口径が異なるので、水平方向の焦点検出画素315、316が配置された3つの焦点検出エリアが位置する各行の露光時間の中点における絞り開口径をおのおの検出して、検出した絞り開口径に応じた変換係数Kdに応じて水平方向の3つの焦点検出エリア101〜103における像ズレ量shftをデフォーカス量defにそれぞれ変換する。   When it is determined in step S200 that there is a change in the aperture diameter, in step S220, the defocus amount def in the two focus detection areas 104 and 105 in which the focus detection pixels 313 and 314 are arranged in the vertical direction. The calculation is inhibited, and the defocus amount def is calculated only in the three focus detection areas 101 to 103 in which the focus detection pixels 315 and 316 are arranged in the horizontal direction. When the focus detection pixels 313 and 314 are arranged in the vertical direction, the exposure timing and the exposure amount are different for each row when the aperture diameter of the diaphragm changes, and the conversion coefficient Kd is also different for each row. The conversion error at the time of focus amount calculation becomes large. In order to prevent this, when the aperture diameter changes, the calculation of the defocus amount def in the focus detection areas 104 and 105 in the vertical direction is prohibited. On the other hand, when the focus detection pixels 315 and 316 are arranged in the horizontal direction, the exposure timing and the exposure amount become the same in the same row even if the aperture opening diameter changes, so accurate focus detection is possible. However, since the aperture diameter is different for each row, each aperture diameter at the middle point of the exposure time of each row in which the three focus detection areas in which the horizontal focus detection pixels 315 and 316 are arranged are located is detected The image shift amount shft in the three focus detection areas 101 to 103 in the horizontal direction is converted into the defocus amount def according to the conversion coefficient Kd corresponding to the detected aperture diameter.

例えば、図21において、撮像素子212の5行目に配置された焦点検出画素315、316の焦点検出画素データに基づく像ズレ量shftをデフォーカス量defに変換する場合について説明する。フレームAで取得された焦点検出画素データに基づく像ズレ量shftは、フレームAの5行目の露光時間の中点の時刻taに検出された絞り開口径Faに応じた変換係数Kdを用いてデフォーカス量defに変化される。また、フレームBで取得された焦点検出画素データに基づく像ズレ量shftは、フレームBの5行目の露光時間の中点の時刻tbに検出された絞り開口径Fbに応じた変換係数を用いてデフォーカス量defに変化される。このようにすれば、異なる行に水平方向に配置された焦点検出画素315、316の焦点検出画素データに基づいて、正確なデフォーカス量defを算出することが可能になる。   For example, the case of converting the image shift amount shft based on the focus detection pixel data of the focus detection pixels 315 and 316 arranged in the fifth row of the image sensor 212 in FIG. 21 into the defocus amount def will be described. The image shift amount shft based on the focus detection pixel data acquired in the frame A uses the conversion coefficient Kd according to the diaphragm aperture diameter Fa detected at the time ta of the middle point of the exposure time of the fifth line of the frame A. The defocus amount is changed to def. The image shift amount shft based on the focus detection pixel data acquired in frame B uses a conversion coefficient according to the aperture diameter Fb detected at time tb at the midpoint of the exposure time of the fifth row of frame B. Is changed to the defocus amount def. In this way, it is possible to calculate the correct defocus amount def based on the focus detection pixel data of the focus detection pixels 315 and 316 arranged in different rows in the horizontal direction.

ステップS220において、上記のようにして水平方向の3つの焦点検出エリア101〜103のみにおいてデフォーカス量defを算出し、信頼性のあるデフォーカス量の中で最も近距離を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量として採用し、処理を図17のステップS140に進める。   In step S220, the defocus amount def is calculated only in the three focus detection areas 101 to 103 in the horizontal direction as described above, and the defocus amount indicating the closest distance among the reliable defocus amounts is finalized. The process proceeds to step S140 in FIG.

以上説明した実施形態においては、水平方向(同一行)および垂直方向(同一列)に焦点検出画素を配置したCMOSイメージセンサーのローリングシャッタ動作中の絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には垂直方向に配置された焦点検出画素の信号に基づく焦点検出を禁止しているので、絞り開口径の変化によって生ずる焦点検出の誤動作を防止できる。また、絞り開口径の変化があった場合には、水平方向に配置された焦点検出画素の信号に基づく像ズレ量を、該焦点検出画素の信号が取得された露光タイミングにおける絞り開口径に応じた変換係数を用いてデフォーカス量に変換しているので、絞り開口径の変化によらず正確なデフォーカス量を算出することが可能になる。   In the embodiment described above, a change in aperture diameter during rolling shutter operation of a CMOS image sensor having focus detection pixels arranged in the horizontal direction (same row) and the vertical direction (same row) is detected. If a change occurs, focus detection based on the signal of the focus detection pixel arranged in the vertical direction is prohibited, so that malfunction in focus detection caused by a change in aperture diameter can be prevented. Also, when there is a change in the aperture diameter, the image shift amount based on the signal of the focus detection pixel arranged in the horizontal direction is determined according to the aperture diameter at the exposure timing when the signal of the focus detection pixel is acquired. Since the conversion factor is used to convert into the defocus amount, it becomes possible to calculate the correct defocus amount regardless of the change in the aperture diameter of the stop.

−変形例−
<1つの焦点検出画素に一対の受光領域を備える>
図3、図4に示す撮像素子212の部分拡大図では、各画素に1つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素313、314および一対の焦点検出画素315、316を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図22、図23は、図3、図4に対応した撮像素子212の部分拡大図であり、焦点検出画素311および312は一対の光電変換部を備える。
-Modified example-
<Has a pair of light receiving areas in one focus detection pixel>
In the partial enlarged view of the image sensor 212 shown in FIGS. 3 and 4, an example in which a pair of focus detection pixels 313 and 314 and a pair of focus detection pixels 315 and 316 having one photoelectric conversion unit in each pixel is shown. A pair of photoelectric conversion units may be provided in one focus detection pixel. 22 and 23 are partial enlarged views of the image sensor 212 corresponding to FIG. 3 and FIG. 4, and the focus detection pixels 311 and 312 include a pair of photoelectric conversion units.

図24(a)に示す焦点検出画素311は、図7(a)、(b)に示す焦点検出画素313と焦点検出画素314のペアに相当した機能を果たし、図24(b)に示す焦点検出画素312は、図7(c)、(d)に示す焦点検出画素315と焦点検出画素316のペアに相当した機能を果たす。焦点検出画素311、312は、図24(a)、(b)に示すようにマイクロレンズ10と一対の光電変換部13、14および一対の光電変換部15、16から構成される。焦点検出画素311、312には白色フィルタが配置されており、その分光感度特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルタ(不図示)の分光感度特性とを総合した分光感度特性(図9参照)となる。つまり、図8に示す緑画素、赤画素および青画素の分光感度特性を加算したような分光感度特性となり、その焦点検出画素311、312が高い分光感度を示す光波長領域は、緑画素、赤画素および青画素が高い分光感度を示す光波長領域を包括している。   The focus detection pixel 311 shown in FIG. 24 (a) functions as a pair of the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), and the focus detection pixel 311 shown in FIG. The detection pixel 312 has a function corresponding to the pair of the focus detection pixel 315 and the focus detection pixel 316 shown in FIGS. 7C and 7D. As shown in FIGS. 24A and 24B, the focus detection pixels 311 and 312 include the microlens 10, a pair of photoelectric conversion units 13 and 14, and a pair of photoelectric conversion units 15 and 16. White filters are disposed in the focus detection pixels 311 and 312, and their spectral sensitivity characteristics are obtained by combining the spectral sensitivity of the photodiode performing photoelectric conversion and the spectral sensitivity characteristics of the infrared cut filter (not shown). The sensitivity characteristic (see FIG. 9) is obtained. That is, the spectral sensitivity characteristic is obtained by adding the spectral sensitivity characteristics of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel shown in FIG. 8, and the light wavelength region where the focus detection pixels 311 and 312 exhibit high spectral sensitivity is the green pixel, the red pixel. The pixel and the blue pixel cover the light wavelength region showing high spectral sensitivity.

図25は、図24(a)に示した焦点検出画素311の断面図であって、光電変換部13、14の上に近接して遮光マスク30が形成され、光電変換部13、14は、遮光マスク30の開口部30dを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上に白色フィルタ34が形成される。白色フィルタ34の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30dに制限された光電変換部13、14の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部13、14は半導体回路基板29上に形成される。   FIG. 25 is a cross-sectional view of the focus detection pixel 311 shown in FIG. 24A, in which the light shielding mask 30 is formed closely on the photoelectric conversion units 13 and 14, and the photoelectric conversion units 13 and 14 The light passing through the opening 30 d of the light shielding mask 30 is received. A planarization layer 31 is formed on the light shielding mask 30, and a white filter 34 is formed thereon. A planarization layer 32 is formed on the white filter 34, and the microlens 10 is formed thereon. The shape of the photoelectric conversion units 13 and 14 limited to the opening 30 d by the microlens 10 is projected forward to form a pair of distance measurement pupils. The photoelectric conversion units 13 and 14 are formed on the semiconductor circuit substrate 29.

焦点検出画素312の構造も焦点検出画素311の構造を90度回転しただけであって、基本的に図25に示す焦点検出画素の構造と同様である。   The structure of the focus detection pixel 312 is also the same as that of the focus detection pixel shown in FIG. 25 except that the structure of the focus detection pixel 311 is rotated by 90 degrees.

<斜め45度方向の焦点検出画素配置>
図26は、交換レンズ202の撮影画面上における焦点検出位置(焦点検出エリア)を示す図であり、撮像素子212上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域(焦点検出エリア、焦点検出位置)の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面100上の中央および上下左右の5箇所に焦点検出エリア101〜105、ならびに撮影画面100の対角線方向に焦点検出エリア106〜109が配置される。焦点検出エリア106〜109においては、長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が斜め右上がり45度方向または斜め左上がり45度方向に直線的に配列される。
<Focus detection pixel arrangement in the 45 ° diagonal direction>
FIG. 26 is a diagram showing a focus detection position (focus detection area) on the shooting screen of the interchangeable lens 202, and an area where the focus detection pixel array on the imaging device 212 samples an image on the shooting screen at the time of focus detection. An example of (focus detection area, focus detection position) is shown. In this example, the focus detection areas 101 to 105 are arranged at five positions in the center, top, bottom, left, and right on the rectangular shooting screen 100, and the focus detection areas 106 to 109 in the diagonal direction of the shooting screen 100. In the focus detection areas 106 to 109, in the longitudinal direction of the focus detection area indicated by a rectangle, the focus detection pixels are linearly arranged in the diagonally upper right 45 degrees direction or the diagonal left upper direction 45 degrees.

図27、図28は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子212上の焦点検出エリア106、108および焦点検出エリア107、109の近傍を拡大して示す。撮像素子212には撮像画素310が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素310は、赤画素(R)、緑画素(G)、青画素(B)からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。焦点検出エリア106、108に対応する位置には、撮像画素310と同一の画素サイズを有し、白色フィルタを備えた焦点検出画素323、324が、交互に本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め右上がり45度方向の直線上に連続して配列される。これとともに、焦点検出エリア107、109に対応する位置には、撮像画素310と同一の画素サイズを有し、白色フィルタを備えた焦点検出画素325、326が、交互に本来緑画素が連続的に配置されるべき斜め左上がり45度方向の直線上に連続して配列される。焦点検出画素323、324および焦点検出画素325、326は、本来緑画素が配置される画素位置に配置される。   FIG. 27 and FIG. 28 are front views showing the detailed configuration of the image sensor 212, showing the focus detection areas 106 and 108 and the vicinity of the focus detection areas 107 and 109 on the image sensor 212 in an enlarged manner. In the imaging element 212, imaging pixels 310 are densely arranged in a two-dimensional square lattice shape. The imaging pixels 310 include red pixels (R), green pixels (G), and blue pixels (B), and are arranged according to the arrangement rule of the Bayer arrangement. At positions corresponding to the focus detection areas 106 and 108, the focus detection pixels 323 and 324 having the same pixel size as the imaging pixel 310 and provided with a white filter are alternately alternately provided with green pixels. It is continuously arranged on a straight line in the 45 ° direction. Along with this, at positions corresponding to the focus detection areas 107 and 109, focus detection pixels 325 and 326 having the same pixel size as the imaging pixel 310 and provided with a white filter alternately have natural green pixels continuous alternately. It is continuously arranged on a straight line in the 45-degree direction toward the upper left side to be arranged. The focus detection pixels 323 and 324 and the focus detection pixels 325 and 326 are disposed at pixel positions where green pixels are originally disposed.

焦点検出画素323は、図29(a)に示すように、矩形のマイクロレンズ10、遮光マスク30で受光領域を正方形の半分(正方形を左上がり45度方向の対角線で2等分した場合の右上半分)に制限された光電変換部23、および白色フィルタ(不図示)から構成される。   In the focus detection pixel 323, as shown in FIG. 29A, the light receiving region is half of a square by the rectangular microlens 10 and the light shielding mask 30 (upper right in the case where the square is equally divided by the diagonal in the 45.degree. And a white filter (not shown).

また、焦点検出画素324は、図29(b)に示すように、矩形のマイクロレンズ10、遮光マスク30で受光領域を正方形の半分(正方形を左上がり45度方向の対角線で2等分した場合の左下半分)に制限された光電変換部24、および白色フィルタ(不図示)から構成される。   Further, as shown in FIG. 29B, in the focus detection pixel 324, the light receiving area is half of a square by the rectangular micro lens 10 and the light shielding mask 30 (when the square is bisected by the diagonal in the 45.degree. And the white filter (not shown).

焦点検出画素323と焦点検出画素324とをマイクロレンズ10を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部23と24とが右上がり斜め45度方向に並んでいる。   When the focus detection pixel 323 and the focus detection pixel 324 are superimposed and displayed with the microlens 10 as a reference, the photoelectric conversion units 23 and 24 whose light receiving regions are limited by the light shielding mask are aligned in the 45 ° upward slanting direction .

また図29(a)、(b)において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分(破線部分)を加えると、撮像画素310の受光領域と同じサイズの正方形となる。   Further, in FIGS. 29A and 29B, if the remaining portion (broken line portion) obtained by halving the square is added to the portion of the light receiving region obtained by halving the square, a square having the same size as the light receiving region of the imaging pixel 310 Become.

焦点検出画素325は、図29(c)に示すように、矩形のマイクロレンズ10、遮光マスク30で受光領域を正方形の半分(正方形を右上がり45度方向の対角線で2等分した場合の左上半分)に制限された光電変換部25、および白色フィルタ(不図示)から構成される。   In the focus detection pixel 325, as shown in FIG. 29C, the light receiving area is half of a square by the rectangular microlens 10 and the light shielding mask 30 (upper left in the case where the square is equally divided by the diagonal in the 45.degree. And a white filter (not shown).

また、焦点検出画素326は、図29(d)に示すように矩形のマイクロレンズ10、遮光マスクで受光領域を正方形の半分(正方形を右上がり45度方向の対角線で2等分した場合の右下半分)に制限された光電変換部26、および白色フィルタ(不図示)から構成される。   Further, as shown in FIG. 29D, the focus detection pixel 326 is a rectangular micro lens 10 and a half of a square of a light receiving area with a light shielding mask (a square divided into two by a diagonal in the 45.degree. The lower half) is constituted by the photoelectric conversion unit 26 limited to the lower half, and a white filter (not shown).

焦点検出画素325と焦点検出画素326とをマイクロレンズ10を基準に重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部25と26とが左上がり斜め45度方向に並んでいる。   When the focus detection pixel 325 and the focus detection pixel 326 are superimposed and displayed with the microlens 10 as a reference, the photoelectric conversion units 25 and 26 whose light receiving region is limited by the light shielding mask are aligned in the 45 ° direction with an upward left angle. .

また、図29(c)、(d)において、正方形を半分にした受光領域の部分に正方形を半分にした残りの部分(破線部分)を加えると、撮像画素の受光領域と同じサイズの正方形となる。   Further, in FIGS. 29C and 29D, if the remaining portion (broken line portion) obtained by halving the square is added to the portion of the light receiving region obtained by halving the square, a square having the same size as the light receiving region of the imaging pixel is obtained. Become.

図26に示すような焦点検出エリアの配置を有する撮像素子212においては、CMOSイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には垂直方向に配置された焦点検出エリア104、105に属する焦点検出画素313、314の画素信号に基づく焦点検出を禁止する。それとともに、さらに斜め方向に配置された焦点検出エリア106〜109に属する焦点検出画素323〜326の画素信号に基づく焦点検出も禁止する。これは、斜め方向に配置された焦点検出エリア106〜109に属する焦点検出画素323〜326は互いに異なる行に配置されているために、ローリングシャッタ動作中に絞り変化が発生すると、焦点検出画素間で露光タイミング、露光量が相違して正確な焦点検出を行うことが困難になるからである。   In the image sensor 212 having the arrangement of the focus detection areas as shown in FIG. 26, the change in the aperture diameter is detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor, and the vertical direction is detected if there is a change in the aperture diameter. The focus detection based on the pixel signals of the focus detection pixels 313 and 314 belonging to the focus detection areas 104 and 105 arranged in the above is prohibited. At the same time, focus detection based on the pixel signals of the focus detection pixels 323 to 326 belonging to the focus detection areas 106 to 109 arranged in the oblique direction is also prohibited. This is because the focus detection pixels 323 to 326 belonging to the focus detection areas 106 to 109 arranged in an oblique direction are arranged in different rows from one another. The exposure timing and the exposure amount are different from each other, which makes it difficult to perform accurate focus detection.

上述した実施形態においては、CMOSイメージセンサー(撮像素子212)のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素313、314、323〜326の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素315、316の信号に基づく焦点検出に比して、互いに異なる行に配置された焦点検出画素313、314、323〜326の画素信号に基づく焦点検出の優先順位を下げるようにしてもよい。すなわち、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素315、316の画素信号に基づく焦点検出の信頼性が著しく低い場合や、焦点検出が不能になった場合に限って、互いに異なる行に配置された焦点検出画素313、314、323〜326の画素信号に基づく焦点検出を認めるようにしてもよい。   In the embodiment described above, changes in the aperture diameter are detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor (image sensor 212), and if there is a change in the aperture diameter, the focal points arranged in different rows The focus detection based on the pixel signals of the detection pixels 313, 314, and 323 to 326 was prohibited. However, compared to focus detection based on the signals of the focus detection pixels 315 and 316 arranged in the same horizontal row, based on the pixel signals of the focus detection pixels 313, 314 and 323 to 326 arranged in different rows. The priority of focus detection may be lowered. That is, they are arranged in different rows only when the reliability of focus detection based on the pixel signals of the focus detection pixels 315 and 316 arranged in the same row in the horizontal direction is extremely low or when focus detection is disabled. The focus detection based on the pixel signals of the focus detection pixels 313, 314, and 323 to 326 may be recognized.

上述した実施形態においては、焦点検出画素が垂直方向および水平方向に配置されたCMOSイメージセンサー(撮像素子212)のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には互いに異なる行に配置された焦点検出画素313、314、323〜326の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。また、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素315、316の画素信号に基づく焦点検出においては、その行の露光タイミングと同期して絞り開口径を検出し、該絞り開口径に応じた変換係数Kdで像ズレ量shftをデフォーカス量defに変換することにより、正確な焦点検出を可能にした。しかし、水平方向の同一行にのみ配置された1つの焦点検出エリアに属する焦点検出画素315、316が、CMOSイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合に、以下のような焦点検出を行っても良い。すなわち、水平方向の同一行に配置された焦点検出画素315、316の画素信号に基づく焦点検出において、その行の露光タイミングと同期して絞り開口径を検出し、該絞り開口径に応じた変換係数Kdで像ズレ量shftをデフォーカス量defに変換することにより、正確な焦点検出を達成することもできる。   In the embodiment described above, the change in aperture diameter is detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor (image sensor 212) in which the focus detection pixels are arranged in the vertical direction and the horizontal direction. In this case, focus detection based on pixel signals of the focus detection pixels 313, 314, and 323 to 326 arranged in different rows is prohibited. In focus detection based on pixel signals of the focus detection pixels 315 and 316 arranged in the same row in the horizontal direction, the aperture diameter is detected in synchronization with the exposure timing of the row, and the aperture diameter is detected according to the aperture diameter. Accurate focus detection is made possible by converting the image shift amount shft into the defocus amount def with the conversion coefficient Kd. However, the focus detection pixels 315 and 316 belonging to one focus detection area arranged only in the same row in the horizontal direction detect changes in the aperture diameter during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor, and change in the aperture diameter If there is a problem, focus detection may be performed as follows. That is, in focus detection based on pixel signals of the focus detection pixels 315 and 316 arranged in the same row in the horizontal direction, the aperture diameter is detected in synchronization with the exposure timing of the row, and conversion according to the aperture diameter Correct focus detection can also be achieved by converting the image shift amount shft into the defocus amount def with a coefficient Kd.

上述した実施形態においては、焦点検出画素として瞳分割型の焦点検出画素の例を示したが、焦点検出画素はこれに限定されることなく、他の焦点検出方式を用いる焦点検出画素に対しても本発明を適用することができる。たとえば他の焦点検出方式として像のコントラストを検出する方式において、焦点検出画素は撮像素子と同一であってもよく、行方向および列方向のコントラストを検出する場合には、上述した瞳分割型の焦点検出画素を用いた場合と同様の問題が生ずる。   In the embodiment described above, an example of a pupil division type focus detection pixel is shown as a focus detection pixel, but the focus detection pixel is not limited to this, and a focus detection pixel using another focus detection method is used. The present invention can also be applied. For example, in a system for detecting image contrast as another focus detection system, the focus detection pixels may be the same as the imaging device, and in the case of detecting contrast in the row direction and column direction, the pupil division type described above The same problem as in the case of using a focus detection pixel occurs.

すなわち、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化した場合には、列方向に配置された焦点検出画素(撮像画素と同一)は、異なる露光タイミングで異なる露光量となるので、正確なコントラスト評価値を算出することができなくなる。一方、行方向に配置された焦点検出画素(撮像画素と同一)は、異同一露光タイミングで同一露光量となるので、正確なコントラスト評価値を算出することができ、算出されたコントラスト値を絞り開口径(露光量)で規格化すれば、異なるフレームで得られたコントラスト評価値の比較評価も可能になる。したがって、上述した実施形態と同様に、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化した場合には、列方向に配置された焦点検出画素の画素信号に基づくコントラスト評価値の算出を禁止し、行方向に配置された焦点検出画素の画素信号に基づくコントラスト評価値を算出することにより、ローリングシャッタ動作中に絞り開口径が変化することによって生ずる焦点検出動作の不具合を防止することができる。   That is, when the aperture opening diameter changes during the rolling shutter operation, the focus detection pixels (identical to the imaging pixels) arranged in the column direction have different exposure amounts at different exposure timings, so an accurate contrast evaluation value Can not be calculated. On the other hand, since the focus detection pixels (identical to the imaging pixels) arranged in the row direction have the same exposure amount at different exposure timings, accurate contrast evaluation values can be calculated, and the calculated contrast values are narrowed. If the aperture diameter (exposure amount) is normalized, it becomes possible to compare and evaluate the contrast evaluation values obtained in different frames. Therefore, as in the above-described embodiment, when the aperture diameter changes during the rolling shutter operation, the calculation of the contrast evaluation value based on the pixel signal of the focus detection pixels arranged in the column direction is prohibited, and the row direction By calculating the contrast evaluation value based on the pixel signal of the focus detection pixel arranged in the above, it is possible to prevent the failure of the focus detection operation caused by the change of the aperture diameter during the rolling shutter operation.

上述した実施形態においては、CMOSイメージセンサー(撮像素子212)のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、このような場合に焦点検出演算を禁止せずに行い、焦点検出結果に基づく焦点調節動作(レンズ駆動)を禁止するようにしてもよい。   In the embodiment described above, changes in the aperture diameter are detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor (image sensor 212), and if there is a change in the aperture diameter, the focal points arranged in different rows The focus detection based on the pixel signal of the detection pixel was prohibited. However, in such a case, the focus detection calculation may be performed without being prohibited, and the focus adjustment operation (lens drive) based on the focus detection result may be prohibited.

上述した実施形態においては、ライブビュー表示動作におけるCMOSイメージセンサー(撮像素子212)のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、連続撮影動作において駒間に焦点検出動作と絞り制御を同時に行うような場合には、連続撮影動作の駒間におけるCMOSイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止してもよい。   In the embodiment described above, changes in the aperture diameter are detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor (image sensor 212) in the live view display operation, and when there is a change in the aperture diameter, different rows Focus detection based on pixel signals of focus detection pixels arranged in However, if the focus detection operation and the aperture control are simultaneously performed between frames in the continuous shooting operation, the change of the aperture diameter is detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor between the frames in the continuous shooting operation. If there is a change in the aperture diameter, focus detection based on pixel signals of focus detection pixels arranged in different rows may be prohibited.

上述した実施形態においては、静止画撮影のライブビュー表示動作におけるCMOSイメージセンサー(撮像素子212)のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、動画撮影中において焦点検出動作と絞り制御を並行して行うような場合には、動画撮影時におけるCMOSイメージセンサーのローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止してもよい。   In the embodiment described above, the change in the aperture diameter is detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor (image sensor 212) in the live view display operation of still image shooting, and there is a change in the aperture diameter. The focus detection based on the pixel signals of the focus detection pixels arranged in different rows was prohibited. However, if the focus detection operation and the aperture control are performed in parallel during moving image shooting, the change in aperture diameter is detected during rolling shutter operation of the CMOS image sensor at the time of moving image shooting, and the change in aperture diameter If there is a problem, focus detection based on pixel signals of focus detection pixels arranged in different rows may be prohibited.

上述した実施形態においては、CMOSイメージセンサー(撮像素子212)のローリングシャッタ動作中に絞り開口径の変化を検知し、絞り開口径の変化があった場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の信号に基づく焦点検出を禁止した。しかし、撮像素子212の露光量を調整するために撮影光学系の光路中にND(ニュートラルデンシティ)フィルタを機械的に挿入退避するような場合においても、互いに異なる行に配置された焦点検出画素は、異なる露光タイミングで異なる露光量となるので、正確な焦点検出を行うことができなくなる。したがって、上述した実施形態と同様に、ローリングシャッタ動作中にNDフィルタが挿入退避されることにより露光量の変化が生じた場合には、互いに異なる行に配置された焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出を禁止することにより、焦点検出動作の不具合を防止することができる。   In the embodiment described above, changes in the aperture diameter are detected during the rolling shutter operation of the CMOS image sensor (image sensor 212), and if there is a change in the aperture diameter, the focal points arranged in different rows Focus detection based on the signal of the detection pixel was prohibited. However, even in the case where a neutral density (ND) filter is mechanically inserted and retracted in the optical path of the photographing optical system in order to adjust the exposure amount of the imaging element 212, the focus detection pixels arranged in different rows are Since different exposure amounts are obtained at different exposure timings, accurate focus detection can not be performed. Therefore, as in the above-described embodiment, when a change in exposure occurs due to the insertion and withdrawal of the ND filter during the rolling shutter operation, the pixel signal of the focus detection pixels arranged in different rows is used. By prohibiting the focus detection, it is possible to prevent the failure of the focus detection operation.

上述した実施形態における撮像素子212では、焦点検出画素313〜316、323〜326が白色フィルタを備えた例を示したが、撮像画素310と同じ色フィルタ(例えば緑フィルタ)を備えるようにした場合にも本発明を適用することができる。   In the image sensor 212 in the above-described embodiment, the focus detection pixels 313 to 316 and 323 to 326 have white filters, but the same color filter (for example, green filter) as the image pickup pixels 310 is used. The present invention can also be applied.

上述した実施形態における撮像素子212では、撮像画素310がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示した。しかし、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。また色フィルタを備えないモノクロの撮像素子にも適用することができる。   In the imaging element 212 in the above-described embodiment, an example in which the imaging pixel 310 is provided with a Bayer-arranged color filter is shown. However, the configuration and arrangement of the color filters are not limited to this, and the present invention can be applied to arrangements other than complementary color filters (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) and arrays other than the Bayer array. It can apply. The present invention can also be applied to a monochrome image pickup device not provided with a color filter.

上述した実施形態においては、撮像素子212と撮影光学系との間に光学要素を何も配置していないが、適宜必要な光学要素を挿入することが可能である。例えば、赤外カットフィルタや光学的ローパスフィルタ、ハーフミラーなどを設置してもよい。   In the embodiment described above, no optical element is disposed between the imaging element 212 and the imaging optical system, but it is possible to insert necessary optical elements as appropriate. For example, an infrared cut filter, an optical low pass filter, a half mirror or the like may be provided.

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

9、10 マイクロレンズ、
11、13、14、15、16、23、24、25、26 光電変換部、
29 半導体回路基板、
30 遮光マスク、30a、30b、30c、30d 開口部、
31、32 平坦化層、34 白色フィルタ、38 色フィルタ、
71 撮影光束、73、74 焦点検出光束、
90 射出瞳、91 交換レンズの光軸、93、94 測距瞳、95 領域、
100 撮影画面、
101、102、103、104、105、106、107、108、109 焦点検出エリア、
201 デジタルスチルカメラ、202 交換レンズ、203 カメラボディ、
204 マウント部、206 レンズ駆動制御装置、
208 ズーミング用レンズ、209 レンズ、210 フォーカシング用レンズ、
211 絞り、212 撮像素子、213 電気接点、
214 ボディ駆動制御装置、
215 液晶表示素子駆動回路、216 液晶表示素子、217 接眼レンズ、
219 メモリカード、
310 撮像画素、
311、312、313、314、315、316、323、324、325、326 焦点検出画素、
320 ラインメモリ、330 出力回路、501 垂直出力線、
510 リセットMOSトランジスタ、512 行選択MOSトランジスタ
9, 10 micro lenses,
11, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 photoelectric conversion units,
29 semiconductor circuit boards,
30 light shielding mask, 30a, 30b, 30c, 30d openings,
31, 32 flattening layers, 34 white filters, 38 color filters,
71 shooting light flux, 73, 74 focus detection light flux,
90 exit pupil, optical axis of 91 interchangeable lens, 93, 94 focusing pupil, 95 area,
100 shooting screen,
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 focus detection areas,
201 digital still camera, 202 interchangeable lens, 203 camera body,
204 mount unit, 206 lens drive control device,
208 zoom lens, 209 lens, 210 focusing lens,
211 aperture, 212 image sensor, 213 electrical contacts,
214 body drive controller,
215 liquid crystal display drive circuit, 216 liquid crystal display, 217 eyepieces,
219 memory card,
310 imaging pixels,
311, 312, 313, 314, 315, 316, 323, 324, 325, 326 focus detection pixels,
320 line memory, 330 output circuits, 501 vertical output lines,
510 Reset MOS transistor, 512 row selection MOS transistor

本発明は、焦点調節装置に関する。 The present invention relates to a focus adjustment equipment.

発明の一態様による焦点調節装置は、絞りを有する光学系を透過した光を受光して焦点検出に用いる信号を出力する、第1方向に配置される複数の第1画素および前記第1方向と異なる第2方向に配置される複数の第2画素と、前記複数の第1画素から出力される第1信号と前記複数の第2画素から出力される第2信号とを、前記第1方向の行毎に前記第2方向に読み出すローリングシャッタ動作を行う読出部とを有する撮像素子と、前記読出部により読み出された前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方の信号に基づいて、前記光学系による像が前記撮像素子に合焦する合焦位置に前記光学系の位置を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記撮像素子の露光中に前記絞りが駆動すると、前記第2信号に基づく前記光学系の位置の制御を禁止する。A focusing device according to an aspect of the present invention receives a light transmitted through an optical system having a stop and outputs a signal used for focus detection, and includes a plurality of first pixels arranged in a first direction and the first direction A plurality of second pixels arranged in different second directions, a first signal output from the plurality of first pixels, and a second signal output from the plurality of second pixels The image pickup device having a reading unit performing a rolling shutter operation for reading in the second direction for each row, and the at least one of the first signal and the second signal read by the reading unit, A control unit configured to control a position of the optical system at a focusing position at which an image by the optical system focuses on the imaging device, the control unit driving the diaphragm during exposure of the imaging device; The optical system based on the second signal To prohibit the control of the position.

Claims (4)

第1方向に配置され焦点検出信号を出力する複数の第1焦点検出画素と、前記第1方向とは異なる第2方向に配置され焦点検出信号を出力する複数の第2焦点検出画素とを有し、前記第1焦点検出画素及び前記第2焦点検出画素の読み出しが前記第1方向の行毎に順次第2方向に行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と、
前記第1焦点検出画素の前記焦点検出信号により撮影光学系の焦点状態を検出し、前記第2焦点検出画素の前記焦点検出信号により前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
前記撮影光学系に配置された絞りの駆動と前記焦点検出部で検出された焦点状態によって前記撮影光学系の駆動とを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記絞りを駆動しているとき、前記第1焦点検出画素の前記焦点検出信号により検出された前記焦点状態によって前記撮影光学系の駆動を制御する焦点調節装置。
A plurality of first focus detection pixels arranged in a first direction to output a focus detection signal, and a plurality of second focus detection pixels arranged in a second direction different from the first direction to output a focus detection signal An imaging device that performs a rolling shutter operation in which readout of the first focus detection pixel and the second focus detection pixel is sequentially performed in the second direction for each row in the first direction;
A focus detection unit that detects a focus state of a photographing optical system based on the focus detection signal of the first focus detection pixel and detects a focus state of the photographing optical system based on the focus detection signal of the second focus detection pixel;
A control unit configured to control driving of the diaphragm disposed in the photographing optical system and driving of the photographing optical system according to a focus state detected by the focus detection unit;
The control unit controls the drive of the photographing optical system according to the focus state detected by the focus detection signal of the first focus detection pixel when driving the diaphragm.
請求項1に記載された焦点調節装置であって、
前記焦点検出部は、前記制御部が前記絞りを駆動させるとき、前記第1焦点検出画素の露光時間の絞り値に対応する値を用いて前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点調節装置。
A focusing device according to claim 1, wherein
The focus adjustment device detects the focus state of the photographing optical system using a value corresponding to the aperture value of the exposure time of the first focus detection pixel when the control unit drives the aperture.
請求項1又は請求項2に記載された焦点調節装置であって、
前記撮像素子は、配置された撮像画素を有し、
前記撮像素子は、前記第1及び第2焦点検出画素及び前記撮像画素の読み出しを前記第1方向の行毎に順次第2方向に行う焦点調節装置。
A focusing device according to claim 1 or 2, wherein
The imaging device has imaging pixels arranged.
The image pickup element is a focusing device which performs reading of the first and second focus detection pixels and the image pickup pixels sequentially in a second direction for each row in the first direction.
請求項3に記載の焦点調節装置と、
前記撮像画素の信号を記録する記録部と、を有する電子カメラ。
A focusing device according to claim 3;
And a recording unit configured to record the signal of the imaging pixel.
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