JP5804105B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

本発明は撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

相対的に歪みが生じた一対の像に対応した一対のデータ列間の相対的な変位量(像ズレ量、シフト量)を算出する焦点検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、一対のデータ列に対して、一対のデータ列間のデータどうしの乗算を含む相関演算式を用いてシフト量kを変えながら相関量を算出している。   There is known a focus detection device that calculates a relative displacement amount (image shift amount, shift amount) between a pair of data strings corresponding to a pair of relatively distorted images (see, for example, Patent Document 1). ). In this apparatus, for a pair of data strings, the correlation amount is calculated while changing the shift amount k using a correlation calculation formula including multiplication of data between the pair of data strings.

特開2007−333720号公報JP 2007-333720 A

しかしながら、上述した従来の焦点検出装置における相関量を算出する相関演算式は、像データの状態(ケラレの程度、ノイズの程度等)によっては演算特性が不適切となり、画一的に適用すると像ズレ検出精度が低下するという問題がある。   However, the correlation calculation formula for calculating the correlation amount in the conventional focus detection apparatus described above has inappropriate calculation characteristics depending on the state of the image data (degree of vignetting, degree of noise, etc.), and when applied uniformly, the image There is a problem that the displacement detection accuracy is lowered.

(1)請求項1の発明は、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうち、一方の光束を受光する第1光電変換部と他方の光束を受光する第2光電変換部が設けられた画素を複数有する撮像素子と、複数の前記第1光電変換部からの第1データ列と、複数の前記第2光電変換部からの第2データ列とを、変位量を変えながら相対的に変位させ、複数の相関演算式により前記第1データ列と前記第2データ列の間の複数の相関量を演算し、前記複数の相関量を加算した加算相関量を求める相関演算部と、前記加算相関量からデフォーカス量に変換し前記デフォーカス量に基づいて前記撮影光学系を駆動する制御信号を生成するレンズ駆動制御部と、を有することを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載の撮像装置において、前記複数の相関演算式の内の少なくとも1つは、前記第1データ列の中の1つのデータと、前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算を含む相関演算式であることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項2に記載の撮像装置において、前記乗算を含む相関演算式が複数あり、それらの複数の乗算を含む相関演算式は、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算と、前記第1データ列の中の他の1つのデータと前記第2データ列の中の他の1つのデータとの乗算とを含む部分相関演算式を含み、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第1データ列の中の他の1つのデータとの間隔、および前記第2データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の他の1つのデータとの間隔がともに所定間隔であることを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項3に記載の撮像装置において、前記複数の乗算を含む相関演算式は、前記所定間隔が相異なる2種類の前記部分相関演算式を含むことを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうち、一方の光束を受光する第1光電変換部と他方の光束を受光する第2光電変換部が設けられた画素を複数有する撮像素子と、複数の前記第1光電変換部からの第1データ列と、複数の前記第2光電変換部からの第2データ列とを、変位量を変えながら相対的に変位させ、複数の相関演算式により前記第1データ列と前記第2データ列の間の複数の相関量を演算し、複数の相関量を求める相関演算部と、前記複数の相関演算式により求めた相関パラメータに応じて、信頼性が高いデフォーカス量を判定し、前記信頼性が高いと判定されたデフォーカス量の平均したデフォーカス量に基づいて前記撮影光学系を駆動する制御信号を生成するボディ駆動制御部と、を有することを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項5に記載の撮像装置において、前記相関パラメータは、相関値の最小値およびコントラストに比例した値の少なくとも一つであることを特徴とする。
(7)請求項7の発明は、請求項5または6に記載の撮像装置において、前記複数の相関演算式は、前記第1データ列と前記第2データ列の間の歪みに対する特性がそれぞれ異なる演算式であることを特徴とする。
(8)請求項8の発明は、請求項7に記載の撮像装置において、前記歪みが大きいとき、前記信頼性が高いと判定されたデフォーカス量として、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算を含む相関演算式により演算された前記第1データ列と前記第2データ列の間の相関量を抽出することを特徴とする。
(9)請求項9の発明は、請求項5または6に記載の撮像装置において、前記複数の相関演算式は、前記第1データ列と前記第2データ列に加わるノイズに対する特性がそれぞれ異なる演算式であることを特徴とする。
(10)請求項10の発明は、請求項9に記載の撮像装置において、前記ノイズが大きいとき、前記信頼性が高いと判定されたデフォーカス量として、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算を含む相関演算式により演算された前記第1データ列と前記第2データ列の間の相関量を抽出することを特徴とする。
(11)請求項11の発明は、請求項5または6に記載の撮像装置において、前記複数の相関演算式は、前記第1データ列と前記第2データ列の空間周波数に対する特性がそれぞれ異なる演算式であることを特徴とする。
(12)請求項12の発明は、請求項1〜11のいずれか一項に記載の撮像装置において、前記相関量の極値が得られる前記変位量を演算する演算手段を備えることを特徴とする。
(1) According to the first aspect of the present invention, the first photoelectric conversion unit that receives one light beam and the second photoelectric conversion unit that receives the other light beam out of a pair of light beams that have passed through different pupil regions of the photographing optical system. An image sensor having a plurality of provided pixels, a first data string from the plurality of first photoelectric conversion units, and a second data string from the plurality of second photoelectric conversion units are changed relative to each other while changing a displacement amount. A correlation calculation unit that calculates a plurality of correlation amounts between the first data string and the second data string by a plurality of correlation calculation expressions, and calculates an addition correlation amount obtained by adding the plurality of correlation amounts; A lens drive control unit that converts the added correlation amount into a defocus amount and generates a control signal for driving the imaging optical system based on the defocus amount.
(2) According to the invention of claim 2, in the imaging device according to claim 1, at least one of the plurality of correlation calculation expressions includes one data in the first data string and the second It is a correlation calculation expression including multiplication with one data in a data string.
(3) The invention of claim 3 is the imaging apparatus according to claim 2, wherein there are a plurality of correlation calculation expressions including the multiplication, and the correlation calculation expression including the multiple multiplications is included in the first data string. Of one of the data and one data in the second data string, and another data in the first data string and another data in the second data string A partial correlation calculation expression including multiplication, an interval between one data in the first data string and another data in the first data string, and 1 in the second data string The interval between one piece of data and the other one piece of data in the second data string is a predetermined interval.
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the imaging device according to the third aspect, the correlation calculation formula including the plurality of multiplications includes two types of the partial correlation calculation formulas having different predetermined intervals. And
(5) According to the invention of claim 5, the first photoelectric conversion unit that receives one light beam and the second photoelectric conversion unit that receives the other light beam among a pair of light beams that have passed through different pupil regions of the photographing optical system. An image sensor having a plurality of provided pixels, a first data string from the plurality of first photoelectric conversion units, and a second data string from the plurality of second photoelectric conversion units are changed relative to each other while changing a displacement amount. A correlation calculation unit that calculates a plurality of correlation amounts by calculating a plurality of correlation amounts between the first data string and the second data string by a plurality of correlation calculation formulas, and the plurality of correlation calculation formulas A control signal that determines a defocus amount with high reliability according to the correlation parameter obtained by the above, and drives the imaging optical system based on an average defocus amount of the defocus amounts determined to have high reliability a body drive control unit for generating a Characterized in that it.
(6) The invention of claim 6 is the imaging apparatus according to claim 5, wherein the correlation parameter is at least one of a minimum value of correlation values and a value proportional to contrast .
(7) The invention of claim 7 is the imaging device according to claim 5 or 6, wherein the plurality of correlation calculation expressions have different characteristics with respect to distortion between the first data string and the second data string. It is an arithmetic expression.
(8) The invention of claim 8 is the imaging device according to claim 7, wherein when the distortion is large, one of the first data strings is determined as the defocus amount determined to have high reliability. A correlation amount between the first data string and the second data string calculated by a correlation calculation expression including multiplication of data and one data in the second data string is extracted.
(9) The invention according to claim 9 is the imaging apparatus according to claim 5 or 6, wherein the plurality of correlation calculation formulas have different characteristics with respect to noise applied to the first data string and the second data string. It is a formula.
(10) The invention of claim 10 is the imaging device according to claim 9, wherein when the noise is large, one of the first data strings is determined as the defocus amount determined to be high in reliability. A correlation amount between the first data string and the second data string calculated by a correlation calculation expression including multiplication of data and one data in the second data string is extracted.
(11) The invention according to claim 11 is the imaging device according to claim 5 or 6, wherein the plurality of correlation calculation formulas have different characteristics with respect to spatial frequencies of the first data string and the second data string. It is a formula.
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the imaging apparatus according to any one of the first to eleventh aspects of the present invention, the imaging apparatus includes a calculation unit that calculates the displacement amount from which the extreme value of the correlation amount is obtained. To do.

本発明によれば、種々の状況における一対のデータ列に対して、該一対のデータ列の相関量を正確に演算することができる。   According to the present invention, the correlation amount of a pair of data strings can be accurately calculated for a pair of data strings in various situations.

一実施の形態のカメラの構成を示すカメラの横断面図Cross-sectional view of the camera showing the configuration of the camera of one embodiment 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図The figure which shows the focus detection position on the photographing screen of the interchangeable lens 撮像素子の詳細な構成を示す正面図Front view showing detailed configuration of image sensor 撮像画素の構成を示す正面図Front view showing configuration of imaging pixel 焦点検出画素の構成を示す正面図Front view showing configuration of focus detection pixel 撮像画素の分光特性を示す図Diagram showing spectral characteristics of imaging pixels 焦点検出画素の分光特性を示す図Diagram showing spectral characteristics of focus detection pixels 撮像画素の断面図Cross section of imaging pixel 焦点検出画素の断面図Cross section of focus detection pixel マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図The figure which shows the structure of the focus detection optical system of the pupil division type phase difference detection method using a micro lens 一実施の形態のデジタルスチルカメラ(撮像装置)の撮像動作を示すフローチャートThe flowchart which shows the imaging operation of the digital still camera (imaging device) of one embodiment 一実施の形態の焦点検出演算処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the focus detection calculation process of one embodiment 焦点検出光束のケラレ(口径蝕)を説明するための図A diagram for explaining vignetting of a focus detection light beam 予定焦点面から光軸の方向に測距瞳面を見た場合の図Figure when viewing the distance measuring pupil plane in the direction of the optical axis from the planned focal plane 図13および図14の状態において位置x0(像高0)の近傍の焦点検出画素列が受光する一対の像と、位置x1(像高h)の近傍の焦点検出画素列が受光する一対の像の強度分布(縦軸は光量、横軸は撮影画面上の位置)を示した図13 and 14, a pair of images received by the focus detection pixel row near the position x0 (image height 0) and a pair of images received by the focus detection pixel row near the position x1 (image height h). Of the intensity distribution (vertical axis is light intensity, horizontal axis is the position on the shooting screen) 一対の像データのグラフGraph of a pair of image data 図16(a)に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関量C1(k)、C2(k)、C(k)を計算した場合のグラフFIG. 16A is a graph when the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) are calculated in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 図16(b)に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関量C1(k)、C2(k)、C(k)を計算した場合のグラフFIG. 16B is a graph when the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) are calculated in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 図16(c)に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関量C1(k)、C2(k)、C(k)を計算した場合のグラフFIG. 16C is a graph when the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) are calculated in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 図16に示す一対の像データを相対的にデータピッチの−1から+1までシフトした像ズレ状態において、相関量C1(k)、C2(k)、C(k)を計算した場合に、相関量の極値から像ズレ検出を行った計算結果(図中に■印でC1(k)を、□印でC2(k)を、×印でC(k)をそれぞれ表す)のグラフWhen the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) are calculated in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 16 is relatively shifted from −1 to +1 of the data pitch, the correlation is calculated. Graph of calculation results of image displacement detection from the extreme value of quantity (C1 (k) is indicated by ■, C2 (k) is indicated by □, and C (k) is indicated by ×) in the figure) 焦点検出結果の評価方法を説明するための図The figure for explaining the evaluation method of the focus detection result 相関演算式A、B、Cの特性を比較した図Diagram comparing the characteristics of correlation equations A, B, and C 一対の像データを示す図Diagram showing a pair of image data 図23の一対の像データを相対的にデータピッチ−1からデータピッチ+1までずらした像データに対し、相関演算式A、B、Cを適用して像ズレ検出を行った場合の計算結果を示す図FIG. 23 shows the calculation result when image shift detection is performed by applying the correlation calculation formulas A, B, and C to the image data in which the pair of image data in FIG. 23 is relatively shifted from the data pitch −1 to the data pitch +1. Illustration 図24に示す実際の像ズレ量と計算結果の像ズレ量との誤差を示す図The figure which shows the difference | error of the actual image shift amount shown in FIG. 24, and the image shift amount of a calculation result 図23の一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけずらした像データに対し、相関演算式Aを適用した場合の相関量C(k)のグラフGraph of correlation amount C (k) when correlation calculation formula A is applied to image data in which the pair of image data in FIG. 図23の一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけずらした像データに対し、相関演算式Bを適用した場合の相関量C(k)のグラフGraph of correlation amount C (k) when correlation calculation formula B is applied to image data in which the pair of image data in FIG. 図23の一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけずらした像データに対し、相関演算式Cを適用した場合の相関量C(k)のグラフGraph of correlation amount C (k) when correlation calculation formula C is applied to image data in which the pair of image data in FIG. 23 is relatively shifted by data pitch −1. 相関演算式B、Cにおけるspnとデータの周波数成分との関連性を比較した図The figure which compared the relevance of spn and the frequency component of data in correlation formula B, C 一対の像データを示す図Diagram showing a pair of image data 図30に示す一対の像データを相対的にデータピッチの−1から+1までずらした像データに対し、相関演算式B(spn=1、10)を適用して像ズレ検出を行った場合の計算結果を示す図When the image shift detection is performed by applying the correlation formula B (spn = 1, 10) to the image data in which the pair of image data shown in FIG. 30 is relatively shifted from −1 to +1 of the data pitch. Figure showing calculation results 焦点検出演算処理を示すフローチャートFlow chart showing focus detection calculation processing 焦点検出演算処理を示すフローチャートFlow chart showing focus detection calculation processing 焦点検出演算処理を示すフローチャートFlow chart showing focus detection calculation processing 変形例の撮像素子を示す図The figure which shows the image pick-up element of a modification 図35に示す変形例の撮像素子で用いる焦点検出画素の正面図The front view of the focus detection pixel used with the image pick-up element of the modification shown in FIG. 図35に示す撮像素子の焦点検出画素による瞳分割方式の焦点検出動作を説明するための図The figure for demonstrating the focus detection operation | movement of a pupil division system by the focus detection pixel of the image pick-up element shown in FIG. 再結像瞳分割方式の焦点検出動作を説明するための図The figure for demonstrating the focus detection operation | movement of a re-imaging pupil division system

一実施の形態の焦点検出装置を搭載した撮像装置として、レンズ交換式デジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図1は一実施の形態のカメラの構成を示すカメラの横断面図である。一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を介して種々の結像光学系を有する交換レンズ202が装着可能である。   As an imaging apparatus equipped with the focus detection apparatus of one embodiment, a lens interchangeable digital still camera will be described as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view of a camera showing the configuration of the camera of one embodiment. A digital still camera 201 according to an embodiment includes an interchangeable lens 202 and a camera body 203, and the interchangeable lens 202 is attached to the camera body 203 via a mount unit 204. An interchangeable lens 202 having various imaging optical systems can be attached to the camera body 203 via a mount unit 204.

交換レンズ202はレンズ209、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210、絞り211、レンズ駆動制御装置206などを備えている。レンズ駆動制御装置206は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、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他、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 control device 206, and the like. The lens drive control device 206 includes a microcomputer (not shown), a memory, a drive control circuit, and the like. The lens drive control device 206 includes drive control for adjusting the focus of the focusing lens 210 and the aperture diameter of the aperture 211, zooming lens 208, and focusing. In addition to detecting the state of the lens 210 and the aperture 211, the lens information is transmitted and the camera information is received through communication with a body drive control device 214 described later. The aperture 211 forms an aperture having a variable aperture diameter at the center of the optical axis in order to adjust the amount of light and the amount of blur.

カメラボディ203は撮像素子212、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。撮像素子212には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置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 portions corresponding to focus detection positions. 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、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の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラ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(デフォーカス量や絞り値など)の送信を行う。   The body drive control device 214 includes a microcomputer, a memory, a drive control circuit, and the like, and controls the drive of the image sensor 212, reads out the image signal and the focus detection signal, performs the focus detection calculation based on the focus detection signal, and the focus of the interchangeable lens 202. The adjustment is repeated, and image signal processing and recording, camera operation control, and the like are performed. The body drive control device 214 communicates with the lens drive control device 206 via the electrical contact 213 to receive lens information and send camera information (defocus amount, aperture value, etc.).

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 electric view finder (EVF). The liquid crystal display element driving circuit 215 displays a 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。   A subject image is formed on the light receiving surface of the image sensor 212 by the light beam that has passed through the interchangeable lens 202. This subject image is photoelectrically converted by the image sensor 212, and 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. The body drive control device 214 processes the image signal from the image sensor 212 to generate an image, stores the image in the memory card 219, and sends the through image signal from the image sensor 212 to the liquid crystal display element drive circuit 215. The through image is displayed on the liquid crystal display element 216. Further, the body drive control device 214 sends aperture control information to the lens drive control device 206 to control the aperture of the aperture 211.

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

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

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上の中央および上下の3箇所に焦点検出エリア101〜103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。   FIG. 2 is a diagram showing a focus detection position on the photographing screen of the interchangeable lens 202, and a region (focus detection) in which a focus detection pixel array on the image sensor 212 described later samples an image on the photographing screen when focus detection is performed. An example of an area and a focus detection position is shown. In this example, focus detection areas 101 to 103 are arranged at the center and three locations above and below the rectangular shooting screen 100. Focus detection pixels are linearly arranged in the longitudinal direction of the focus detection area indicated by a rectangle.

なお、詳細を後述するが、図2に示す焦点検出エリア101〜103において、画面周辺の焦点検出エリア102および103は画面中心から放射方向に沿って配置されており、画面中央の焦点検出エリア101に比べて焦点検出光束がケラレやすく、焦点検出エリア102、103で検出される一対の焦点検出信号データ列に相対的な歪みが生じて同一性が崩れる。しかし、この一実施の形態の相関演算方法によれば、このような一対の信号データ列に相対的な歪みが生じて同一性が崩れている場合でも、相関関係を正確に演算することができ、正確な焦点検出結果を得ることができる。   Although details will be described later, in the focus detection areas 101 to 103 shown in FIG. 2, the focus detection areas 102 and 103 around the screen are arranged along the radial direction from the center of the screen, and the focus detection area 101 at the center of the screen. Compared to the above, the focus detection light beam is easily vignetted, and the pair of focus detection signal data sequences detected in the focus detection areas 102 and 103 are relatively distorted, and the identity is lost. However, according to the correlation calculation method of this embodiment, even when relative distortion occurs in such a pair of signal data strings and the identity is lost, the correlation can be accurately calculated. An accurate focus detection result can be obtained.

図3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101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とともに、焦点検出エリア101に対応する位置には焦点検出用の焦点検出画素313、314が垂直方向の直線上に隣接して交互に配列される。なお、図示を省略するが、焦点検出エリア102、103の近傍の構成も図3に示す構成と同様である。   FIG. 3 is a front view showing a detailed configuration of the image sensor 212, and shows an enlarged vicinity of the focus detection area 101 on the image sensor 212. Imaging pixels 310 are densely arranged in a two-dimensional square lattice pattern on the imaging element 212, and focus detection pixels 313 and 314 for focus detection are adjacent to each other on a vertical straight line at a position corresponding to the focus detection area 101. Are alternately arranged. Although not shown, the configuration in the vicinity of the focus detection areas 102 and 103 is the same as the configuration shown in FIG.

撮像画素310は、図4に示すようにマイクロレンズ10、光電変換部11、および色フィルター(不図示)から構成される。色フィルターは赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類からなり、それぞれの分光感度は図6に示す特性になっている。撮像素子212には、各色フィルターを備えた撮像画素310がベイヤー配列されている。   As illustrated in FIG. 4, the imaging pixel 310 includes a microlens 10, a photoelectric conversion unit 11, and a color filter (not shown). There are three types of color filters, red (R), green (G), and blue (B), and the respective spectral sensitivities have the characteristics shown in FIG. In the image pickup device 212, image pickup pixels 310 having respective color filters are arranged in a Bayer array.

焦点検出画素313は、図5(a)に示すようにマイクロレンズ10と光電変換部13とから構成され、光電変換部13の形状は半円形である。また、焦点検出画素314は、図5(b)に示すようにマイクロレンズ10と光電変換部14とから構成され、光電変換部14の形状は半円形である。焦点検出画素313と焦点検出画素314とをマイクロレンズ10を重ね合わせて表示すると、光電変換部13と14が垂直方向に並んでいる。焦点検出画素313と焦点検出画素314は、焦点検出エリア101〜103において垂直方向(光電変換部13と14の並び方向)に交互に配置される。   As shown in FIG. 5A, the focus detection pixel 313 includes the microlens 10 and the photoelectric conversion unit 13, and the photoelectric conversion unit 13 has a semicircular shape. In addition, the focus detection pixel 314 includes the microlens 10 and the photoelectric conversion unit 14 as illustrated in FIG. 5B, and the photoelectric conversion unit 14 has a semicircular shape. When the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 are displayed with the microlens 10 superimposed, the photoelectric conversion units 13 and 14 are arranged in the vertical direction. The focus detection pixels 313 and the focus detection pixels 314 are alternately arranged in the vertical direction (alignment direction of the photoelectric conversion units 13 and 14) in the focus detection areas 101 to 103.

焦点検出画素313、314には光量をかせぐために色フィルターが設けられておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター(不図示)の分光特性とを総合した分光特性(図7参照)となる。つまり、図6に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。   The focus detection pixels 313 and 314 are not provided with a color filter to increase the amount of light, and the spectral characteristics of the focus detection pixels 313 and 314 include the spectral sensitivity of a photodiode that performs photoelectric conversion and the spectral characteristics of an infrared cut filter (not shown). Spectral characteristics (see FIG. 7). That is, the spectral characteristics are obtained by adding the spectral characteristics of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel shown in FIG. 6, and the light wavelength region of the sensitivity includes the light wavelength regions of the sensitivity of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel. ing.

焦点検出用の焦点検出画素313、314は、撮像画素310のBとGが配置されるべき列に配置されている。焦点検出用の焦点検出画素313、314が、撮像画素310のBとGが配置されるべき列に配置されているのは、画素補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。   The focus detection pixels 313 and 314 for focus detection are arranged in a column where B and G of the imaging pixel 310 should be arranged. The focus detection pixels 313 and 314 for focus detection are arranged in a column in which the B and G of the imaging pixel 310 are to be arranged in view of human visual characteristics when an interpolation error occurs in the pixel interpolation processing. This is because the interpolation error of the blue pixel is less noticeable than the interpolation error of the red pixel.

撮像画素310の光電変換部11は、マイクロレンズ10によって最も明るい交換レンズの射出瞳径(例えばF1.0)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素313、314の光電変換部13、14は、マイクロレンズ10
によって交換レンズの射出瞳の所定の領域(例えばF2.8)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。
The photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 is designed so as to receive all the light beams that pass through the exit pupil diameter (for example, F1.0) of the brightest interchangeable lens by the microlens 10. The photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 313 and 314 are connected to the microlens 10.
Thus, the shape is designed so as to receive all the light beams passing through a predetermined region (for example, F2.8) of the exit pupil of the interchangeable lens.

図8は撮像画素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の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部11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。なお、不図示の色フィルターはマイクロレンズ10と光電変換部11の中間に配置される。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the imaging pixel 310. In the imaging pixel 310, the microlens 10 is disposed in front of the photoelectric conversion unit 11 for imaging, and the shape of the photoelectric conversion unit 11 is projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion unit 11 is formed on the semiconductor circuit substrate 29. A color filter (not shown) is arranged between the microlens 10 and the photoelectric conversion unit 11.

図9(a)は焦点検出画素313の断面図である。画面中央の焦点検出エリア101に配置された焦点検出画素313において、光電変換部13の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部13の形状が前方に投影される。光電変換部13は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ10が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。なお、画面上下の焦点検出エリア102、103に配置された焦点検出画素313の断面構造についても、図9(a)に示す断面構造と同様である。   FIG. 9A is a cross-sectional view of the focus detection pixel 313. In the focus detection pixel 313 disposed in the focus detection area 101 at the center of the screen, the microlens 10 is disposed in front of the photoelectric conversion unit 13, and the shape of the photoelectric conversion unit 13 is projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion unit 13 is formed on the semiconductor circuit substrate 29, and the microlens 10 is integrally and fixedly formed thereon by a semiconductor image sensor manufacturing process. Note that the cross-sectional structure of the focus detection pixels 313 arranged in the focus detection areas 102 and 103 at the top and bottom of the screen is the same as the cross-sectional structure shown in FIG.

図9(b)は焦点検出画素314の断面図である。画面中央の焦点検出エリア101に配置された焦点検出画素314において、光電変換部14の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部14の形状が前方に投影される。光電変換部14は半導体回路基板29上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ10が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。なお、画面上下の焦点検出エリア102、103に配置された焦点検出画素314の断面構造についても、図9(b)に示す断面構造と同様である。   FIG. 9B is a cross-sectional view of the focus detection pixel 314. In the focus detection pixel 314 disposed in the focus detection area 101 in the center of the screen, the microlens 10 is disposed in front of the photoelectric conversion unit 14, and the shape of the photoelectric conversion unit 14 is projected forward by the microlens 10. The photoelectric conversion unit 14 is formed on the semiconductor circuit substrate 29, and the microlens 10 is integrally and fixedly formed thereon by the manufacturing process of the semiconductor image sensor. Note that the cross-sectional structure of the focus detection pixels 314 arranged in the focus detection areas 102 and 103 at the top and bottom of the screen is the same as the cross-sectional structure shown in FIG.

図10は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素の部分は拡大して示す。図において、90は、交換レンズ202(図1参照)の予定結像面に配置されたマイクロレンズから前方dの距離に設定された射出瞳である。この距離dは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。91は交換レンズの光軸、10a〜10dはマイクロレンズ、13a、13b、14a、14bは光電変換部、313a、313b、314a、314bは焦点検出画素、73,74、83,84は焦点検出光束である。   FIG. 10 shows a configuration of a pupil division type phase difference detection type focus detection optical system using a microlens. The focus detection pixel portion is shown in an enlarged manner. In the figure, reference numeral 90 denotes an exit pupil set at a distance d forward from the microlens arranged on the planned imaging plane of the interchangeable lens 202 (see FIG. 1). This distance d is a distance determined according to the curvature and refractive index of the microlens, the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit, and is referred to as a distance measuring pupil distance in this specification. 91 is an optical axis of the interchangeable lens, 10a to 10d are microlenses, 13a, 13b, 14a, and 14b are photoelectric conversion units, 313a, 313b, 314a, and 314b are focus detection pixels, and 73, 74, 83, and 84 are focus detection light fluxes. It is.

また、93は、マイクロレンズ10a、10cにより投影された光電変換部13a、13bの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。図10では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部の形状が拡大投影された形状になる。同様に、94は、マイクロレンズ10b、10dにより投影された光電変換部14a、14bの領域であり、測距瞳である。図10では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部の形状が拡大投影された形状になる。   Reference numeral 93 denotes an area of the photoelectric conversion units 13a and 13b projected by the microlenses 10a and 10c, and is referred to as a distance measuring pupil in this specification. In FIG. 10, an elliptical region is shown for easy understanding, but the shape of the photoelectric conversion unit is actually an enlarged projection shape. Similarly, 94 is an area of the photoelectric conversion units 14a and 14b projected by the microlenses 10b and 10d, and is a distance measuring pupil. In FIG. 10, an elliptical region is shown for easy understanding, but the shape of the photoelectric conversion unit is actually an enlarged projection shape.

図10では、撮影光軸に隣接する4つの焦点検出画素313a、313b、314a、314bを模式的に例示しているが、焦点検出エリア101のその他の焦点検出画素においても、また画面周辺部の焦点検出エリア102、103の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳93、94から各マイクロレンズに到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向、すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。   In FIG. 10, four focus detection pixels 313a, 313b, 314a, and 314b adjacent to the photographing optical axis are schematically illustrated. However, other focus detection pixels in the focus detection area 101 also have a peripheral portion of the screen. Also in the focus detection pixels in the focus detection areas 102 and 103, the photoelectric conversion units are configured to receive the light beams coming from the corresponding distance measurement pupils 93 and 94 to the respective microlenses. The arrangement direction of the focus detection pixels is made to coincide with the arrangement direction of the pair of distance measuring pupils, that is, the arrangement direction of the pair of photoelectric conversion units.

マイクロレンズ10a〜10dは交換レンズ202(図1参照)の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ10a〜10dによりその背後に配置された光電変換部13a、13b、14a、14bの形状がマイクロレンズ10a〜10cから測距瞳距離d
だけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳93,94を形成する。すなわち、投影距離dにある射出瞳90上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳93,94)が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
The microlenses 10a to 10d are disposed in the vicinity of the planned imaging plane of the interchangeable lens 202 (see FIG. 1), and the shapes of the photoelectric conversion units 13a, 13b, 14a, and 14b disposed behind the microlenses 10a to 10d. Is the distance pupil distance d from the microlenses 10a to 10c.
Projected onto the exit pupil 90 separated by a distance, the projection shape forms distance measuring pupils 93 and 94. That is, the relative relationship between the microlens and the photoelectric conversion unit in each focus detection pixel is such that the projection shape (ranging pupils 93 and 94) of the photoelectric conversion unit of each focus detection pixel matches on the exit pupil 90 at the projection distance d. Thus, the projection position of the photoelectric conversion unit in each focus detection pixel is determined.

光電変換部13aは測距瞳93を通過し、マイクロレンズ10aに向う光束73によりマイクロレンズ10a上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部13bは測距瞳93を通過し、マイクロレンズ10cに向う光束83によりマイクロレンズ10c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、光電変換部14aは測距瞳94を通過し、マイクロレンズ10bに向う光束74によりマイクロレンズ10b上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部14bは測距瞳94を通過し、マイクロレンズ10dに向う光束84によりマイクロレンズ10d上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   The photoelectric conversion unit 13a passes through the distance measuring pupil 93 and outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10a by the light beam 73 directed to the microlens 10a. Similarly, the photoelectric conversion unit 13b outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10c by the light beam 83 passing through the distance measuring pupil 93 and directed to the microlens 10c. Further, the photoelectric conversion unit 14a outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10b by the light beam 74 passing through the distance measuring pupil 94 and directed to the microlens 10b. Similarly, the photoelectric conversion unit 14b outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10d by the light beam 84 passing through the distance measuring pupil 94 and directed to the microlens 10d.

上述した2種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳93および測距瞳94に対応した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焦点検出用光束が画素列上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に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面(マイクロレンズアレイの位置)に対する現在の結像面(撮影画面100上で定められる焦点検出位置における実際の結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。   A large number of the two types of focus detection pixels described above are arranged in a straight line, and the output of the photoelectric conversion unit of each pixel is grouped into a distance measurement pupil 93 and an output group corresponding to the distance measurement pupil 94, thereby measuring the distance measurement pupil 93 and the measurement pupil 93. Information on the intensity distribution of the pair of images formed on the pixel array by the focus detection light beams that respectively pass through the distance pupil 94 is obtained. By applying an image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process), which will be described later, to this information, an image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division type phase difference detection method. Further, by performing a conversion operation according to the center-of-gravity distance between the pair of distance measuring pupils on the image shift amount, the current imaging plane (the focus determined on the imaging screen 100) with respect to the planned imaging plane (the position of the microlens array). The deviation (defocus amount) of the actual image plane at the detection position is calculated.

図11は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ(撮像装置)の撮像動作を示すフローチャートである。各処理ステップは、ボディ駆動制御装置214が実行する。ボディ駆動制御装置214は、ステップS100でカメラの電源がオンされると、ステップS110以降の撮像動作を開始する。ステップS110において撮像画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。続くステップS120では焦点検出画素列から一対の像に対応した一対の像データを読み出す。なお、焦点検出エリアは、撮影者が焦点検出エリア選択部材(不図示)を用いて焦点検出エリア101〜103の内のいずれかを予め選択しているものとする。   FIG. 11 is a flowchart illustrating an imaging operation of the digital still camera (imaging device) according to the embodiment. Each processing step is executed by the body drive control device 214. When the power of the camera is turned on in step S100, the body drive control device 214 starts the imaging operation after step S110. In step S110, the data of the imaging pixels is read out and displayed on the electronic viewfinder. In subsequent step S120, a pair of image data corresponding to the pair of images is read from the focus detection pixel array. The focus detection area is assumed to be selected in advance by the photographer using one of the focus detection areas 101 to 103 using a focus detection area selection member (not shown).

ステップS130では読み出された一対の像データに基づいて後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量に変換する。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 S130, an image shift detection calculation process (correlation calculation process) described later is performed based on the read pair of image data, and the image shift amount is calculated and converted into a defocus amount. In step S140, it is checked whether or not the focus is close, that is, whether or not the calculated absolute value of the defocus amount is within a predetermined value. If it is determined that the lens is not in focus, the process proceeds to step S150, the defocus amount is transmitted to the lens drive controller 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to the focus position. Then, it returns to step S110 and repeats the operation | movement mentioned above.

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。   Even when focus detection is impossible, the process branches to this step, a scan drive command is transmitted to the lens drive control device 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to scan from infinity to the nearest. Then, it returns to step S110 and repeats the operation | movement mentioned above.

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から画像データを読み出す。   If it is determined in step S140 that the focus is close, the process proceeds to step S160, and it is determined whether or not a shutter release has been performed by operating a 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, where an aperture adjustment command is transmitted to the lens drive control unit 206, and the aperture value of the interchangeable lens 202 is set to the control F value (F set by the photographer or automatically). Value). When the aperture control is finished, the image sensor 212 is caused to perform an imaging operation, and image data is read from the image pickup pixel 310 and all the focus detection pixels 313 and 314 of the image pickup element 212.

ステップS180において、焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する。続くステップS190では、撮像画素のデータおよび補間された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, pixel interpolation of pixel data at each pixel position in the focus detection pixel row is performed based on data of imaging pixels around the focus detection pixel. In the subsequent step S190, image data composed of the imaged pixel data and the interpolated data is stored in the memory card 219, and the process returns to step S110 to repeat the above-described operation.

図12は、図11のステップS130における焦点検出演算処理の詳細を示すフローチャートである。各処理ステップは、ボディ駆動制御装置214が実行する。ボディ駆動制御装置214は、ステップS200からこの焦点検出演算処理(相関演算処理)を開始する。   FIG. 12 is a flowchart showing details of the focus detection calculation processing in step S130 of FIG. Each processing step is executed by the body drive control device 214. The body drive control device 214 starts this focus detection calculation process (correlation calculation process) from step S200.

ステップS210において、 焦点検出画素列から出力される一対のデータ列(α〜α、β〜β:Mはデータ数)に対して(1)式に示すような高周波カットフィルター処理を施し、第1データ列(A〜A)と第2データ列(B〜B)を生成する。これにより、データ列から相関処理に悪影響を及ぼす高周波ノイズ成分、およびその他の高周波成分を除去することができる。なお、演算時間の短縮を図る場合や、すでに大きくデフォーカスしていて高周波成分が少ないことがわかっている場合などには、ステップS210の処理を省略することもできる。
=α+2・αn+1+αn+2
=β+2・βn+1+βn+2 ・・・(1)
(1)式において、n=1〜N−2である。
In step S210, a high frequency cut filter process as shown in the equation (1) is performed on a pair of data strings (α 1 to α M , β 1 to β M : M is the number of data) output from the focus detection pixel column. The first data string (A 1 to A N ) and the second data string (B 1 to B N ) are generated. As a result, it is possible to remove high-frequency noise components that adversely affect correlation processing and other high-frequency components from the data string. Note that the processing in step S210 can be omitted when the calculation time is shortened or when it is already known that there is little high-frequency component since the focus has been greatly defocused.
A n = α n + 2 · α n + 1 + α n + 2 ,
B n = β n + 2 · β n + 1 + β n + 2 (1)
In the formula (1), n = 1 to N−2.

データ列A、Bは、理想的には同一データ列を相対的にシフトしたものとなるはずであるが、上述した瞳分割型位相差検出方式の焦点検出画素で得られる一対のデータ列では、焦点検出光束のケラレ(口径蝕)により、同一性が崩れる可能性がある。 The data strings A n and B n should ideally be the same data string relatively shifted, but a pair of data strings obtained with the focus detection pixels of the above-described pupil division type phase difference detection method. Then, the identity may be lost due to vignetting of the focus detection light beam.

図13は、焦点検出光束のケラレ(口径蝕)を説明するための図である。図13において、位置x0(像高0)と位置x1(像高h)にある一対の焦点検出画素は、それぞれ予定焦点面92の前方dにある測距瞳面90において測距瞳領域93、94を通過する一対の焦点検出光束53,54および63、64を受光するように構成されている。予定焦点面92の前方d1(<d)の面95に光学系の絞り開口96がある場合には、位置x0(像高0)にある一対の焦点検出画素が受光する一対の焦点検出光束53,54は、絞り開口96により光軸91に対して対称に口径蝕が発生するため、一対の焦点検出画素が受光する光量のバランスは崩れない。   FIG. 13 is a diagram for explaining vignetting (vignetting) of the focus detection light beam. In FIG. 13, a pair of focus detection pixels at a position x0 (image height 0) and a position x1 (image height h) are respectively a distance measurement pupil region 93, A pair of focus detection light fluxes 53, 54 and 63, 64 passing through 94 is received. When there is an aperture stop 96 of the optical system on the front surface d1 (<d) 95 of the planned focal plane 92, a pair of focus detection light beams 53 received by the pair of focus detection pixels at the position x0 (image height 0). , 54 causes vignetting symmetrically with respect to the optical axis 91 due to the aperture 96, so that the balance of the amount of light received by the pair of focus detection pixels remains unchanged.

これに対し、位置x1(像高h)にある一対の焦点検出画素が受光する一対の焦点検出光束63,64は、絞り開口96によって非対称に口径蝕が発生するために、一対の焦点検出画素が受光する光量のバランスは崩れてしまう。   On the other hand, the pair of focus detection light beams 63 and 64 received by the pair of focus detection pixels at the position x1 (image height h) cause vignetting asymmetrically by the aperture 96, and thus a pair of focus detection pixels. The balance of the amount of light received by the camera will be lost.

図14は、予定焦点面92から光軸91の方向に測距瞳面90を見た場合の図である。焦点検出光束64は絞り開口96により大きく口径蝕が発生しているのに対し、焦点検出光束63は絞り開口96による口径蝕の発生が少ないことがわかる。   FIG. 14 is a diagram when the distance measuring pupil plane 90 is viewed from the planned focal plane 92 in the direction of the optical axis 91. It can be seen that the focus detection light beam 64 has a large vignetting due to the aperture opening 96, whereas the focus detection light beam 63 has less vignetting due to the aperture opening 96.

図15(a)、(b)は、図13および図14の状態において位置x0(像高0)の近傍の焦点検出画素列が受光する一対の像と、位置x1(像高h)の近傍の焦点検出画素列が受光する一対の像の強度分布(縦軸は光量、横軸は撮影画面上の位置)を示したものである。焦点検出光束の口径蝕のバランスがとれている場合には、図15(a)に示すように、一対の像信号400,401は同一の像信号関数が単に横方向にシフトしたものとなっている。これに対し、焦点検出光束の口径蝕のバランスが崩れている(すなわち、一対の像信号データ列の間の歪みが生じている)場合には、図15(b)に示すように、一対の像信号402,403は同一の信号を相対的にシフトしたものにはならない。   FIGS. 15A and 15B show a pair of images received by the focus detection pixel column in the vicinity of the position x0 (image height 0) and the vicinity of the position x1 (image height h) in the states of FIGS. 2 shows the intensity distribution of a pair of images received by the focus detection pixel array (the vertical axis indicates the amount of light, and the horizontal axis indicates the position on the photographing screen). When the vignetting balance of the focus detection light beam is balanced, as shown in FIG. 15A, the pair of image signals 400 and 401 are obtained by simply shifting the same image signal function in the horizontal direction. Yes. On the other hand, when the balance of vignetting of the focus detection light beam is lost (that is, distortion occurs between the pair of image signal data strings), as shown in FIG. The image signals 402 and 403 are not the same signal that is relatively shifted.

焦点検出光束に口径蝕(ケラレ)が発生した場合における一対の像信号データ列F(x)、G(x)の関係を大別すると以下のように二つに分けられる。まず、ケラレの程度が小さい場合は、次式のように一対の像信号は所定倍した比の関係になる。
F(x)=b0・G(x) ・・・(2)
(2)式においてb0は定数である。この一実施の形態では、一対のデータ列F(x)、G(x)が(2)式の関係を有する場合には一対のデータ列に“0次ケラレ”が発生しているという。一方、ケラレの程度が大きい場合には、次式のように一対の像信号は位置xに関する1次関数の関係になる。
F(x)=(b1+a1・x)・G(x) ・・・(3)
(3)式においてa1、b1(>b0)は定数である。
The relationship between the pair of image signal data sequences F (x) and G (x) when vignetting (vignetting) occurs in the focus detection light beam is roughly divided into two as follows. First, when the degree of vignetting is small, the pair of image signals has a ratio of a predetermined ratio as shown in the following equation.
F (x) = b0 · G (x) (2)
In the formula (2), b0 is a constant. In this embodiment, when the pair of data strings F (x) and G (x) have the relationship of the expression (2), it is said that “zero-order vignetting” occurs in the pair of data strings. On the other hand, when the degree of vignetting is large, the pair of image signals have a linear function relationship with respect to the position x as in the following equation.
F (x) = (b1 + a1.x) .G (x) (3)
In the formula (3), a1 and b1 (> b0) are constants.

この一実施の形態では、一対のデータ列F(x)、G(x)が(3)式の関係を有する場合には一対のデータ列に“1次ケラレ”が発生しているという。1次ケラレが発生した状態において、像ズレ検出が可能な部分相関演算式として次式を採用する。spnは、一対の注目データを中心として近傍のデータ列を含む範囲の大きさに関する演算パラメータであり、その範囲のデータ列がその相関演算処理に用いられる。
E(k)=A・Bi+spn+k−Bi+k・Ai+spn ・・・(4)
In this embodiment, when the pair of data strings F (x) and G (x) have the relationship of the expression (3), it is said that “primary vignetting” occurs in the pair of data strings. In the state where primary vignetting has occurred, the following equation is adopted as a partial correlation calculation equation capable of detecting image shift. spn is a calculation parameter related to the size of a range including a neighboring data string centered on a pair of attention data, and the data string in the range is used for the correlation calculation processing.
E (k) = A i · B i + spn + k -B i + k · A i + spn ··· (4)

図12に戻って説明を続ける。ボディ駆動制御装置214は、ステップS220において第1データ列A〜Aと第2データ列B〜Bを相対的にずらす(シフト量k)とともに、第1データ列および第2データ列に対し複数の部分相関演算式((4)式においてspn=1および10とした場合のE1(k)、E2(k))を施し、その演算結果の絶対値を加算した上、その加算値をデータの所定区間に亘って積算する。 Returning to FIG. 12, the description will be continued. In step S220, the body drive control device 214 relatively shifts the first data strings A 1 to An and the second data strings B 1 to B n (shift amount k), and the first data string and the second data string. A plurality of partial correlation calculation expressions (E1 (k) and E2 (k) when spn = 1 and 10 in the expression (4)) are added, and the absolute values of the calculation results are added, and then the added value Are integrated over a predetermined interval of data.

すなわち、複数の相関演算式の演算結果を部分的な相関量E1(k)、E2(k)とすれば、シフト量kにおける一対のデータ列間の総合的な相関量C(k)は(7)式で与えられる。
E1(k)=A・Bi+1+k−Bi+k・Ai+1 ・・・(5),
E2(k)=A・Bi+10+k−Bi+k・Ai+10 ・・・(6),
C(k)=Σ(|E1(k)|+|E2(k)|) ・・・(7)
なお、シフト量kは整数であり、一対のデータの検出ピッチを単位とした相対的なシフト量である。また、(7)式の積算演算(Σ)はデータ列の所定区間に亘って行われる。
That is, if the calculation results of a plurality of correlation calculation formulas are partial correlation amounts E1 (k) and E2 (k), the total correlation amount C (k) between a pair of data strings in the shift amount k is ( 7) It is given by the equation.
E1 (k) = A i · B i + 1 + k −B i + k · A i + 1 (5),
E2 (k) = A i · B i + 10 + k −B i + k · A i + 10 (6),
C (k) = Σ (| E1 (k) | + | E2 (k) |) (7)
The shift amount k is an integer, and is a relative shift amount with the detection pitch of a pair of data as a unit. Further, the integration calculation (Σ) in the equation (7) is performed over a predetermined section of the data string.

ここで、(7)式のように演算パラメータspnを異ならせた2つの部分相関演算式の演算結果のそれぞれの絶対値をとって加算し、その加算値を積算することによって総合的な相関量C(k)を求めることの利点について、E1(k)およびE2(k)の絶対値を単独で加算した場合の総合的な相関量C1(k)、C2(k)と比較して説明する。
C1(k)=Σ(|E1(k)|) ・・・(8),
C2(k)=Σ(|E2(k)|) ・・・(9)
Here, as shown in equation (7), the absolute values of the calculation results of the two partial correlation calculation equations with different calculation parameters spn are taken and added, and the total value is integrated to add up the total correlation amount. The advantage of obtaining C (k) will be described in comparison with the total correlation amounts C1 (k) and C2 (k) when the absolute values of E1 (k) and E2 (k) are added alone. .
C1 (k) = Σ (| E1 (k) |) (8),
C2 (k) = Σ (| E2 (k) |) (9)

図16〜図20は相関量C(k)、C1(k)、C2(k)の特性を説明するためのシミュレーションデータである。図16は、一対の像データ(図中に■印と□印で表す)のグラフであり、横軸がデータ位置を、縦軸がデータ値をそれぞれ表す。ただし、図16では、一対の像データが重なって解りにくくなるのを避けるために、一対の像データの内の一方を他方に対して1データ位置分だけずらして表している。図16(a)は一対の像データ(sin波形:高周波)間に1次ケラレが発生した場合を示し、図16(b)は一対の像データ(sin波形:中周波)間に1次ケラレが発生した場合を示し、図16(c)は一対の像データ(sin波形:低周波)間に1次ケラレが発生した場合を示す。なお、図16(b)の像データの周期はデータピッチの10倍であり、C2(k)の演算パラメータspn=10と一致している。   16 to 20 are simulation data for explaining the characteristics of the correlation amounts C (k), C1 (k), and C2 (k). FIG. 16 is a graph of a pair of image data (represented by ■ and □ in the figure), with the horizontal axis representing the data position and the vertical axis representing the data value. However, in FIG. 16, one of the pair of image data is represented by being shifted by one data position with respect to the other in order to prevent the pair of image data from being overlapped and difficult to understand. 16A shows a case where primary vignetting occurs between a pair of image data (sin waveform: high frequency), and FIG. 16B shows primary vignetting between a pair of image data (sin waveform: medium frequency). FIG. 16C shows a case where primary vignetting occurs between a pair of image data (sin waveform: low frequency). Note that the cycle of the image data in FIG. 16B is 10 times the data pitch, and coincides with the calculation parameter spn = 10 of C2 (k).

図17〜図19は、図16に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関量C1(k)、C2(k)、C(k)を計算した場合のグラフであり、横軸がシフト量k(単位:データピッチ)を、縦軸が相関量C1(k)、C2(k)、C(k)の値をそれぞれ表す。   17 to 19 calculate the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) in the image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 16 is relatively shifted by the data pitch -1. The horizontal axis represents the shift amount k (unit: data pitch), and the vertical axis represents the values of the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k).

図17(a)、図17(b)、図17(c)は、図16(a)に示す像データ(高周波)に対応した相関量C1(k)、C2(k)、C(k)のグラフである。また、図18(a)、図18(b)、図18(c)は、図16(b)に示す像データ(中周波)に対応した相関量C1(k)、C2(k)、C(k)のグラフである。さらに、図19(a)、図19(b)、図19(c)は、図16(c)に示す像データ(低周波)に対応した相関量C1(k)、C2(k)、C(k)のグラフである。   17 (a), 17 (b), and 17 (c) show correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) corresponding to the image data (high frequency) shown in FIG. 16 (a). It is a graph of. 18 (a), 18 (b) and 18 (c) show the correlation amounts C1 (k), C2 (k), C corresponding to the image data (medium frequency) shown in FIG. 16 (b). It is a graph of (k). Further, FIGS. 19 (a), 19 (b) and 19 (c) show correlation amounts C1 (k), C2 (k), C corresponding to the image data (low frequency) shown in FIG. 16 (c). It is a graph of (k).

図20(a)、(c)、(e)は、図16に示す一対の像データを相対的にデータピッチの−1から+1までシフトした像ズレ状態において、相関量C1(k)、C2(k)、C(k)を計算した場合に、後述する3点内挿の手法を用いて該相関量の極値から像ズレ検出を行った計算結果(図中に■印でC1(k)を、□印でC2(k)を、×印でC(k)をそれぞれ表す)のグラフである。なお、これらの図の横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が計算結果の像ズレ量をそれぞれ表す。   20A, 20C, and 20E show the correlation amounts C1 (k), C2 in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 16 is relatively shifted from −1 to +1 of the data pitch. When (k) and C (k) are calculated, a calculation result obtained by detecting an image shift from the extreme value of the correlation amount using a three-point interpolation method (to be described later) ), C2 (k) is indicated by □, and C (k) is indicated by ×. In these figures, the horizontal axis represents the actual image shift amount (unit: data pitch), and the vertical axis represents the image shift amount of the calculation result.

また、図20(b)、(d)、(f)は、図20(a)、(c)、(e)に示す実際の像ズレ量と計算結果の像ズレ量との誤差(図中に■印でC1(k)を、□印でC2(k)を、×印でC(k)をそれぞれ表す)のグラフである。なお、これらの図の横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が誤差量(単位:データピッチ)をそれぞれ表す。   20 (b), (d), and (f) show errors between the actual image shift amount shown in FIGS. 20 (a), (c), and (e) and the calculated image shift amount (in the figure). Are marked with C1 (k), marked with C2 (k), and marked with C. In these figures, the horizontal axis represents the actual image shift amount (unit: data pitch), and the vertical axis represents the error amount (unit: data pitch).

図20(a)、(b)は、図16(a)に示す一対の像データ(高周波)に対応した像ズレ量と誤差のグラフである。また、図20(c)、(d)は、図16(b)に示す像データ(中周波)に対応した像ズレ量と誤差のグラフである。さらに、図20(e)、(f)は、図16(c)に示す像データ(低周波)に対応した像ズレ量と誤差のグラフである。   FIGS. 20A and 20B are graphs of image shift amounts and errors corresponding to the pair of image data (high frequency) shown in FIG. FIGS. 20C and 20D are graphs of image shift amounts and errors corresponding to the image data (medium frequency) shown in FIG. Further, FIGS. 20E and 20F are graphs of image shift amounts and errors corresponding to the image data (low frequency) shown in FIG.

図16〜図20を用いて、改めて相関量C1(k)、C2(k)、C(k)の特性を説明する。
図16(a)に示す1次ケラレが生じた高周波成分からなる一対の像データに対して、図17(a)に示す相関量C1(k)のグラフは真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示し、図20(a)、(b)に■印で示すように像ズレ量の計算結果の誤差は少ない。しかし、図17(b)に示すように相関量C2(k)のグラフは極小値が浮いてしまい、図20(a)、(b)に
□印で示すように像ズレ量の計算結果の誤差が大きい。また、図17(c)に示すように相関量C(k)のグラフは極小値の浮きは少なく、図20(a)、(b)に×印で示すように像ズレ量の計算結果の誤差も大きくはない。
The characteristics of the correlation amounts C1 (k), C2 (k), and C (k) will be described again with reference to FIGS.
For a pair of image data composed of high-frequency components in which primary vignetting occurs as shown in FIG. 16A, the correlation amount C1 (k) graph shown in FIG. 17A shows a sharp drop in the true image deviation amount. The minimum value is shown, and the error in the calculation result of the image shift amount is small as shown by the ▪ marks in FIGS. 20 (a) and 20 (b). However, as shown in FIG. 17B, the minimum value of the correlation amount C2 (k) is floated, and the calculation result of the image shift amount is shown as indicated by □ in FIGS. 20A and 20B. The error is large. Also, as shown in FIG. 17C, the correlation value C (k) graph has few floats of the minimum value, and the calculation result of the image shift amount as shown by x in FIGS. 20A and 20B. The error is not great.

また、図16(b)に示す1次ケラレが生じた中周波成分からなる一対の像データに対して、図18(a)に示す相関量C1(k)のグラフは真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示し、図20(c)、(d)に■印で示す像ズレ量の計算結果の誤差は少ない。しかし、図18(b)に示す相関量C2(k)のグラフは極小値の位置が極大値の位置と入れ替わってしまい、図20(c)、(d)に□印で示す像ズレ量の計算結果はグラフから完全に外れてしまう。また、図18(c)に示す相関量C(k)のグラフは極小値の浮きは少なく、図20(c)、(d)に×印で示す像ズレ量の計算結果の誤差も少ない(図20(c)、(d)ではC1(k)の結果とほぼ重なっている)。データの周期と相関演算の演算パラメータspnが一致した場合には、上記のように誤差が非常に大きくなり、像ズレ検出結果は当てにならない。   Further, for a pair of image data composed of medium frequency components in which primary vignetting occurs as shown in FIG. 16B, the graph of the correlation amount C1 (k) shown in FIG. 18A shows the true image deviation amount. The minimum value of the sharp drop is shown, and there is little error in the calculation result of the image shift amount indicated by the ■ marks in FIGS. 20 (c) and 20 (d). However, in the graph of the correlation amount C2 (k) shown in FIG. 18B, the position of the minimum value is replaced with the position of the maximum value, and the amount of image shift indicated by □ in FIGS. 20C and 20D. The calculation result is completely out of the graph. Further, in the graph of the correlation amount C (k) shown in FIG. 18 (c), the float of the minimum value is small, and the error of the calculation result of the image shift amount shown by x in FIGS. 20 (c) and (d) is also small ( 20 (c) and 20 (d) almost overlap with the result of C1 (k)). When the data period and the calculation parameter spn of the correlation calculation match, the error becomes very large as described above, and the image shift detection result is not reliable.

さらに、図16(c)に示す1次ケラレが生じた低周波成分からなる一対の像データに対して、図19(a)に示す相関量C1(k)のグラフは鋭い落ち込みの極小値を示すが、図20(e)、(f)に■印で示す像ズレ量の計算結果の誤差は大きい。しかし、図19(b)に示す相関量C2(k)のグラフは真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示し、図20(e)、(f)に□印で示す像ズレ量の計算結果の誤差は少ない。また、図19(c)に示す相関量C(k)のグラフも真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示し、図20(e)、(f)に×印で示す像ズレ量の計算結果の誤差は少ない。   Further, for the pair of image data composed of low frequency components in which the first order vignetting shown in FIG. 16C, the graph of the correlation amount C1 (k) shown in FIG. As shown in FIG. 20, the error in the calculation result of the image shift amount indicated by the black square in FIGS. However, the graph of the correlation amount C2 (k) shown in FIG. 19 (b) shows a sharp minimum value with a true image shift amount, and the image shift amount indicated by □ in FIGS. 20 (e) and (f). There is little error in the calculation results. Further, the graph of the correlation amount C (k) shown in FIG. 19 (c) also shows a sharp minimum value with a true image shift amount, and the image shift amount indicated by a cross in FIGS. 20 (e) and 20 (f). There is little error in the calculation results.

以上説明したように、演算パラメータspn=1の相関量C1(k)は、高周波のデータに対しては高精度な像ズレ検出が期待できるが、低周波のデータに対しては像ズレ検出精度が低下する。一方、演算パラメータspn=10の相関量C2(k)は、低周波のデータに対しては高精度な像ズレ検出が期待できるが、高周波のデータに対しては像ズレ検出精度が低下するとともに、データの周期が演算パラメータspn(=10)と一致する場合には像ズレ検出結果の信頼性がなくなる。   As described above, the correlation amount C1 (k) of the calculation parameter spn = 1 can be expected to detect image displacement with high accuracy for high-frequency data, but the image displacement detection accuracy for low-frequency data. Decreases. On the other hand, the correlation amount C2 (k) of the calculation parameter spn = 10 can be expected to detect image displacement with high accuracy for low-frequency data, but the image displacement detection accuracy decreases for high-frequency data. When the data cycle matches the calculation parameter spn (= 10), the reliability of the image shift detection result is lost.

それに対し(9)式のように演算パラメータspn=1と10の部分相関量をそれぞれ絶対値をとって加算し、加算した値を積算した相関量であるC(k)は、高周波のデータおよび低周波のデータのいずれに対しても、所定レベル以上の精度で像ズレ検出が可能である。したがって、(9)式で示す相関量C(k)を常時使用すれば、データの空間周波数成分によらず安定した像ズレ検出が可能になるとともに、データの空間周波数成分を検出し、検出した空間周波数成分に応じて演算パラメータspnの値を変更するというような手間を省くことができる。   On the other hand, as shown in equation (9), C (k), which is the correlation amount obtained by adding the partial correlation amounts of the calculation parameters spn = 1 and 10 by taking absolute values and integrating the added values, Image shift detection can be performed with accuracy of a predetermined level or higher for any low-frequency data. Therefore, if the correlation amount C (k) expressed by equation (9) is always used, stable image shift detection can be performed regardless of the spatial frequency component of the data, and the spatial frequency component of the data is detected and detected. The trouble of changing the value of the calculation parameter spn in accordance with the spatial frequency component can be saved.

再び図12に戻って説明を続ける。ステップS230において、(7)式に示す相関演算式で求めた相関量C(k)のグラフは、図21(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量(図21(a)ではk=k=2)において相関量C(k)が最小(小さいほど相関度が高い)になる。(10)式〜(13)式による3点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する最小値C(x)を与えるシフト量xを求める。
x=kj+D/SLOP ・・・(10),
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(11),
D={C(k−1)−C(k+1)}/2 ・・・(12),
SLOP=MAX{C(k+1)−C(k),C(k−1)−C(k)}
・・・(13)
Returning to FIG. 12 again, the description will be continued. In step S230, the graph of the correlation amount C (k) obtained by the correlation calculation equation shown in the equation (7) shows a shift amount (FIG. 21 (a) ), The correlation amount C (k) is the smallest (the smaller the correlation is, the higher the correlation is) at k = k j = 2). Using a three-point interpolation method according to equations (10) to (13), a shift amount x that gives a minimum value C (x) for a continuous correlation amount is obtained.
x = kj + D / SLOP (10),
C (x) = C (kj) − | D | (11),
D = {C (k j −1) −C (k j +1)} / 2 (12),
SLOP = MAX {C ( kj + 1) -C ( kj ), C ( kj- 1) -C ( kj )}
... (13)

ステップS240では、(10)式で求めたシフト量xを用いて被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量DEFを次式により求めることができる。
DEF=KX・PY・x ・・・(14)
(14)式において、PYは検出ピッチであり、KXは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
In step S240, the defocus amount DEF of the subject image plane with respect to the scheduled image formation plane can be obtained by the following equation using the shift amount x obtained by equation (10).
DEF = KX · PY · x (14)
In equation (14), PY is a detection pitch, and KX is a conversion coefficient determined by the size of the opening angle of the center of gravity of the pair of distance measuring pupils.

算出されたデフォーカス量DEF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21(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最小値C(x)の値が大きくなる。したがって、C(x)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、C(x)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(x)を除した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。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、算出されたデフォーカス量DEFの信頼性が低いと判定する。図21(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲kmin〜kmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、最小値C(x)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。焦点検出が可能であった場合には算出された像ズレ量に所定の変換係数を乗じてデフォーカス量を算出する。 Whether or not the calculated defocus amount DEF is reliable is determined as follows. As shown in FIG. 21B, when the degree of correlation between a pair of data is low, the value of the minimum correlation value C (x) interpolated is increased. Therefore, it is determined that the reliability is low when C (x) is equal to or greater than a predetermined value. Alternatively, in order to normalize C (x) with the contrast of data, if the value obtained by dividing C (x) by SLOP that is proportional to the contrast is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the reliability is low. Alternatively, if SLOP that is 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 defocus amount DEF is low. As shown in FIG. 21C, when the correlation between the pair of data is low and there is no drop in the correlation amount C (k) between the shift ranges k min to k max , the minimum value C (x) is obtained. In such a case, it is determined that the focus cannot be detected. When focus detection is possible, the defocus amount is calculated by multiplying the calculated image shift amount by a predetermined conversion coefficient.

ステップS250で、焦点検出演算処理(相関演算処理)を終了して図11のステップS140へリターンする。   In step S250, the focus detection calculation process (correlation calculation process) is terminated, and the process returns to step S140 in FIG.

《発明の他の実施の形態》
以上説明した一実施の形態では、(7)式に示すように、同じ形式の相関演算式において異なる演算パラメータspnによって求めた部分相関量のそれぞれの絶対値をとって加算し、加算した値を積算した相関量C(k)を用いて像ズレ検出を行っているが、演算パラメータspnは1と10以外の組合せでもよいし、3個以上の演算パラメータspnの組合せでも構わない。また、相関演算式は(7)式に示す式に限定されず、例えば(17)式に示すような相関演算式の演算パラメータspnを異ならせたものを採用することもできる。
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In the embodiment described above, as shown in the expression (7), the absolute values of the partial correlation amounts obtained by the different calculation parameters spn in the correlation calculation expression of the same format are taken and added, and the added value is obtained. Image shift detection is performed using the accumulated correlation amount C (k), but the calculation parameter spn may be a combination other than 1 and 10, or a combination of three or more calculation parameters spn. Further, the correlation calculation formula is not limited to the formula shown in the formula (7), and for example, a formula in which the calculation parameter spn of the correlation calculation formula as shown in the formula (17) is made different can be adopted.

次に、異なる形式の複数の相関演算式を利用して像ズレ検出を行う実施の形態を説明する。相関演算式の代表例として、(15)式右辺の絶対値で囲まれた演算式を相関演算式Aとし、(16)式右辺の絶対値で囲まれた演算式を相関演算式Bとし、そして、(17)式右辺の絶対値で囲まれた演算式を相関演算式Cとして、それらの特性について説明する。
C(k)=Σ|A−Bi+k| ・・・(15),
C(k)=Σ|Ai・Bi+spn+k−Bi+k・Ai+spn| ・・・(16),
C(k)=Σ|A ・Bi−spn+k・Bi+spn+k−Bi+k ・Ai−sp
・Ai+spn| ・・・(17)
(15)式〜(17)式において、積算演算(Σ)はサフィックスiをデータ列の所定区間に亘って順次移動させて行われる。
Next, an embodiment in which image shift detection is performed using a plurality of correlation calculation expressions of different formats will be described. As a representative example of the correlation calculation expression, the calculation expression surrounded by the absolute value on the right side of the expression (15) is a correlation calculation expression A, and the calculation expression surrounded by the absolute value of the right side of the expression (16) is a correlation calculation expression B. Then, the operation expression surrounded by the absolute value on the right side of the expression (17) will be described as a correlation operation expression C, and their characteristics will be described.
C (k) = Σ | A i −B i + k | (15),
C (k) = Σ | Ai · B i + spn + k −B i + k · A i + spn | (16),
C (k) = Σ | A i 2 · B i-spn + k · B i + spn + k −B i + k 2 · A i-sp
n · A i + spn | (17)
In the equations (15) to (17), the integration operation (Σ) is performed by sequentially moving the suffix i over a predetermined section of the data string.

図22は上述した相関演算式A、B、Cの特性を比較した表である。ケラレがない場合(一対の像が口径蝕による歪みを受けていない場合)には、どの演算式でも高精度な像ズレ検出が可能であるが、相関演算式Aは演算中にデータ間の乗算を含まないので、演算処理時間が短縮できるというメリットがあるとともに、耐ノイズ性(データにノイズが加わった場合でも、像ズレ検出結果が影響を受けにくい特性)も相関演算式B、Cよりも高い。   FIG. 22 is a table comparing the characteristics of the correlation calculation formulas A, B, and C described above. When there is no vignetting (when a pair of images are not distorted by vignetting), it is possible to detect image misalignment with high accuracy by any arithmetic expression, but the correlation arithmetic expression A is a multiplication between data during the calculation. In addition to the advantage that the calculation processing time can be shortened, noise resistance (characteristic that the image shift detection result is less affected even when noise is added to the data) is also better than the correlation calculation formulas B and C. high.

0次ケラレが生じている場合には、相関演算式B、Cは高精度な像ズレ検出が可能であるが、演算式Aは像ズレ検出精度が低下する。耐ノイズ性においては、演算式Bのほうが演算式Cよりも高い。1次ケラレが生じている場合には、相関演算式Cは高精度な像ズレ検出が可能であるが、演算式A、Bは像ズレ検出精度が低下する。   When zero-order vignetting occurs, the correlation calculation formulas B and C can detect the image shift with high accuracy, but the calculation formula A decreases the image shift detection accuracy. In terms of noise resistance, the calculation formula B is higher than the calculation formula C. When primary vignetting has occurred, the correlation calculation formula C can detect image shift with high accuracy, but the calculation formulas A and B have low image shift detection accuracy.

図23〜図28は、上述した相関演算式A、B、Cの特性を表すシミュレーションデータである。図23は一対の像データ(図中に■印と□印で表す)のグラフであって、横軸がデータ位置を、縦軸がデータ値をそれぞれ表す。ただし、図23では、一対の像データが重なって解りにくくなるのを避けるために、一対の像データの内の一方を他方に対して1データ位置分だけずらして表している。   23 to 28 are simulation data representing the characteristics of the above-described correlation calculation formulas A, B, and C. FIG. FIG. 23 is a graph of a pair of image data (represented by ■ and □ in the figure), with the horizontal axis representing the data position and the vertical axis representing the data value. However, in FIG. 23, one of the pair of image data is represented by being shifted by one data position with respect to the other in order to prevent the pair of image data from being overlapped and difficult to understand.

図23(a)は、一対の像データ(sin波形)間にケラレがない場合(像ズラシにより像が完全に一致する場合)のグラフである。また、図23(b)は、図23(a)の一対の像データ(sin波形)にランダムノイズが加わった場合のグラフである。さらに、図23(c)は、一対の像データ(sin波形)間に0次ケラレが発生し、さらにランダムノイズが加わった場合のグラフである。そして、図23(d)は、一対の像データ(sin波形)間に1次ケラレが発生し、さらにランダムノイズが加わった場合のグラフである。   FIG. 23A is a graph in the case where there is no vignetting between a pair of image data (sin waveform) (when the images completely coincide with each other). FIG. 23B is a graph in the case where random noise is added to the pair of image data (sin waveform) in FIG. Further, FIG. 23C is a graph in the case where zero-order vignetting occurs between a pair of image data (sin waveform) and random noise is added. FIG. 23D is a graph when primary vignetting occurs between a pair of image data (sin waveform) and random noise is added.

図24は、図23に示す一対の像データを相対的にデータピッチの−1から+1までシフトした像ズレ状態において、相関演算式A、B、Cを適用して像ズレ検出を行った場合の計算結果(図中の■印が相関演算式Aの結果を、□印が相関演算式Bの結果を、×印が相関演算式Cの結果を表す)のグラフであり、横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が計算結果の像ズレ量をそれぞれ表す。図24(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ図23(a)、(b)、(c)、(d)の像データに対応した像ズレ量の演算結果である。   FIG. 24 shows a case where image shift detection is performed by applying the correlation arithmetic expressions A, B, and C in an image shift state where the pair of image data shown in FIG. 23 is relatively shifted from −1 to +1 of the data pitch. Is a graph of the calculation results (in the figure, the ■ indicates the result of the correlation calculation expression A, the □ indicates the result of the correlation calculation expression B, and the x indicates the result of the correlation calculation expression C). The image shift amount (unit: data pitch) is shown on the vertical axis, and the vertical axis represents the image shift amount of the calculation result. 24 (a), (b), (c), and (d) are calculation results of image shift amounts corresponding to the image data in FIGS. 23 (a), (b), (c), and (d), respectively. is there.

図25は、図24に示す実際の像ズレ量と計算結果の像ズレ量との誤差(図中の■印が相関演算式Aの誤差を、□印が相関演算式Bの誤差を、×印が相関演算式Cの誤差をそれぞれ表す)のグラフであり、横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が誤差量(単位:データピッチ)をそれぞれ表す。図25(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ図24(a)、(b)、(c)、(d)の計算結果に対応した誤差量である。   FIG. 25 shows an error between the actual image shift amount shown in FIG. 24 and the image shift amount of the calculation result (in the figure, ■ indicates an error of the correlation calculation formula A, □ indicates an error of the correlation calculation formula B, × Is a graph of the correlation calculation formula C, and the horizontal axis represents the actual image shift amount (unit: data pitch), and the vertical axis represents the error amount (unit: data pitch). 25 (a), (b), (c), and (d) are error amounts corresponding to the calculation results of FIGS. 24 (a), (b), (c), and (d), respectively.

図26は、図23に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関演算式Aを適用した場合の相関量C(k)のグラフであり、横軸がシフト量k(単位:データピッチ)を、縦軸が相関量C(k)の値をそれぞれ表す。図26(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ図23(a)、(b)、(c)、(d)の像データに対応した相関量C(k)のグラフである。   FIG. 26 is a graph of the correlation amount C (k) when the correlation calculation formula A is applied in an image shift state where the pair of image data shown in FIG. 23 is relatively shifted by the data pitch −1. Represents the shift amount k (unit: data pitch), and the vertical axis represents the value of the correlation amount C (k). 26 (a), (b), (c), and (d) show the correlation amounts C (k) corresponding to the image data in FIGS. 23 (a), (b), (c), and (d), respectively. It is a graph.

図27は、図23に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関演算式Bを適用した場合の相関量C(k)のグラフであり、横軸がシフト量k(単位:データピッチ)を、縦軸が相関量C(k)の値をそれぞれ表す。図27(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ図23(a)、(b)、(c)、(d)の像データに対応した相関量C(k)のグラフである。   FIG. 27 is a graph of the correlation amount C (k) when the correlation calculation formula B is applied in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 23 is relatively shifted by the data pitch −1. Represents the shift amount k (unit: data pitch), and the vertical axis represents the value of the correlation amount C (k). 27 (a), (b), (c), and (d) show the correlation amounts C (k) corresponding to the image data in FIGS. 23 (a), (b), (c), and (d), respectively. It is a graph.

図28は、図23に示す一対の像データを相対的にデータピッチ−1だけシフトした像ズレ状態において、相関演算式Cを適用した場合の相関量C(k)のグラフであり、横軸がシフト量k(単位:データピッチ)を、縦軸が相関量C(k)の値をそれぞれ表す。図28(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ図23(a)、(b)、(c)、(d)の像データに対応した相関量C(k)のグラフである。   FIG. 28 is a graph of the correlation amount C (k) when the correlation calculation expression C is applied in an image shift state in which the pair of image data shown in FIG. 23 is relatively shifted by the data pitch −1. Represents the shift amount k (unit: data pitch), and the vertical axis represents the value of the correlation amount C (k). 28 (a), (b), (c), and (d) show the correlation amounts C (k) corresponding to the image data in FIGS. 23 (a), (b), (c), and (d), respectively. It is a graph.

図23〜図28を参照して改めて相関演算式A、B、Cの特性を説明する。図23(a)に示すケラレのない一対の像データに対しては、相関演算式A、B、Cはともに、図26(a)、図27(a)、図28(a)に示す相関グラフが真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示しており、図24(a)、図25(a)に示すように像ズレ量の計算結果の誤差は少ない。   The characteristics of the correlation calculation expressions A, B, and C will be described again with reference to FIGS. For a pair of image data without vignetting shown in FIG. 23 (a), the correlation calculation formulas A, B, and C are all the correlations shown in FIGS. 26 (a), 27 (a), and 28 (a). The graph shows the true image shift amount and the sharp minimum value of the drop. As shown in FIGS. 24A and 25A, there is little error in the calculation result of the image shift amount.

図23(b)に示すケラレのない一対の像データにノイズが加わった像データに対しては、相関演算式A、B、Cはともに、図26(b)、図27(b)、図28(b)に示すように相関グラフが真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示しており、図24(b)、図25(b)に示すように相関演算式A、Bの像ズレ量の計算結果の誤差は少ないが、相関演算式Cの像ズレ量の計算結果の誤差が若干増加する。   For image data in which noise is added to a pair of image data without vignetting shown in FIG. 23 (b), the correlation calculation formulas A, B, and C are all shown in FIGS. 26 (b), 27 (b), and FIG. As shown in FIG. 28 (b), the correlation graph shows a sharp image minimum with a true image shift amount. As shown in FIGS. 24 (b) and 25 (b), the images of the correlation arithmetic expressions A and B are shown. The error of the calculation result of the shift amount is small, but the error of the calculation result of the image shift amount of the correlation calculation formula C is slightly increased.

図23(c)に示す0次ケラレの生じた一対の像データにノイズが加わった像データに対しては、相関演算式B、Cはともに、図27(c)、図28(c)に示すように相関グラフが真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示しており、図24(c)、図25(c)に示すように相関演算式Bの像ズレ量の計算結果の誤差は少ないが、演算式Cの像ズレ量の計算結果の誤差が若干増加する。   For the image data in which noise is added to the pair of image data in which the 0th-order vignetting shown in FIG. 23 (c), the correlation equations B and C are shown in FIGS. 27 (c) and 28 (c). As shown in FIG. 24, the correlation graph shows a true image shift amount and a sharp minimum, and an error in the calculation result of the image shift amount of the correlation equation B as shown in FIGS. 24 (c) and 25 (c). Although there are few, the error of the calculation result of the image shift amount of the arithmetic expression C slightly increases.

一方、図23(c)に示す0次ケラレの生じた一対の像データにノイズが加わった像データに対しては、相関演算式Aにおいて、図26(c)に示すように相関グラフが真の像ズレ量近傍での落ち込みかたが鈍くなり、図24(c)、図25(c)に示すように像ズレ量の計算結果が大きな誤差を持つ。   On the other hand, for the image data in which noise is added to the pair of image data in which the zero-order vignetting shown in FIG. 23 (c) occurs, the correlation graph is true in the correlation calculation expression A as shown in FIG. As shown in FIGS. 24 (c) and 25 (c), the calculation result of the image shift amount has a large error.

図23(d)に示す1次ケラレの生じた一対の像データにノイズが加わった像データに対しては、相関演算式Cにおいて、図28(d)に示すように相関グラフが真の像ズレ量で鋭い落ち込みの極小値を示しており、図24(d)、図25(d)に示すように相関演算式Cの像ズレ量の計算結果の誤差は比較的少ない。   For the image data in which noise is added to the pair of image data in which the primary vignetting shown in FIG. 23 (d), in the correlation calculation formula C, the correlation graph is a true image as shown in FIG. 28 (d). The amount of deviation shows a sharp minimum value, and as shown in FIGS. 24 (d) and 25 (d), the error in the calculation result of the image deviation amount of the correlation calculation formula C is relatively small.

図23(d)に示す1次ケラレの生じた一対の像データにノイズが加わった像データに対しては、相関演算式Bにおいて、図27(d)に示すように相関グラフが真の像ズレ量近傍で鋭い落ち込みを示すが、図24(d)、図25(d)に示すように像ズレ量の計算結果は大きな誤差(平行移動成分)を持つ。   For the image data in which noise is added to the pair of image data in which the primary vignetting shown in FIG. 23 (d), the correlation graph in the correlation calculation formula B is true as shown in FIG. 27 (d). A sharp drop is shown in the vicinity of the shift amount, but the calculation result of the image shift amount has a large error (translation component) as shown in FIGS.

一方、図23(d)に示す1次ケラレの生じた一対の像データにノイズが加わった像データに対しては、相関演算式Aにおいて、図26(d)に示すように相関グラフが真の像ズレ量近傍での落ち込みかたが鈍くなり、図24(d)、図25(d)に示すように像ズレ量の計算結果は大きな誤差を持つ。   On the other hand, for the image data in which noise is added to the pair of image data in which the primary vignetting shown in FIG. 23 (d), the correlation graph is true as shown in FIG. As shown in FIGS. 24 (d) and 25 (d), the calculation result of the image shift amount has a large error.

次に、相関演算式と像データの空間周波数との相性について説明する。図29は、相関演算式B、Cにおける演算パラメータspnとデータの周波数成分との関連性を比較した表である。この表から明らかなように、一対の像データが低周波成分を多く含む場合には、相関演算式B、Cにおける演算パラメータspnは大きな値の方が高精度の像ズレ検出結果が期待できる。逆に、高周波成分を多く含む場合には、相関演算式B、Cにおける演算パラメータspnは小さな値の方が高精度の像ズレ検出結果が期待できる。   Next, the compatibility between the correlation equation and the spatial frequency of the image data will be described. FIG. 29 is a table comparing the relationship between the calculation parameter spn and the frequency component of data in the correlation calculation formulas B and C. As can be seen from this table, when a pair of image data includes many low-frequency components, a larger value of the calculation parameter spn in the correlation calculation formulas B and C can be expected to provide a more accurate image shift detection result. On the other hand, when many high-frequency components are included, a smaller value of the calculation parameter spn in the correlation calculation formulas B and C can be expected to provide a highly accurate image shift detection result.

図30、図31は、相関演算式B、Cにおける演算パラメータspnの特性を表すためのシミュレーションデータである。図30は、一対の像データ(図中に■印と□印で表す)のグラフであり、横軸がデータ位置を、縦軸がデータ値をそれぞれ表す。ただし、図30では、一対の像データが重なって解りにくくなるのを避けるために、一対の像データの内の一方を他方に対して1データ位置分だけずらして表している。図30(a)は、一対の像データ(高周波のsin波形)間に1次ケラレが発生した場合のグラフであり、図30(b)は、一対の像データ(低周波のsin波形)間に1次ケラレが発生した場合のグラフである。   30 and 31 are simulation data for representing the characteristics of the calculation parameter spn in the correlation calculation formulas B and C. FIG. FIG. 30 is a graph of a pair of image data (represented by ■ and □ in the figure), with the horizontal axis representing the data position and the vertical axis representing the data value. However, in FIG. 30, one of the pair of image data is represented by being shifted by one data position with respect to the other in order to prevent the pair of image data from being overlapped and difficult to understand. FIG. 30A is a graph when primary vignetting occurs between a pair of image data (high-frequency sin waveform), and FIG. 30B is a graph between a pair of image data (low-frequency sin waveform). It is a graph when primary vignetting occurs.

図31(a)、(b)は、図30(a)、(b)に示す一対の像データを相対的にデータピッチの−1から+1までシフトした像ズレ状態において、上述した相関演算式B(spn=1、10)を適用して像ズレ検出を行った場合の計算結果(図中の■印がspn=1の場合を、□印がspn=10の場合をそれぞれ表す)のグラフであり、横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が計算結果の像ズレ量をそれぞれ表す。   31 (a) and 31 (b) show the correlation calculation formula described above in the image shift state in which the pair of image data shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b) is relatively shifted from −1 to +1 of the data pitch. Graph of calculation results when image shift detection is performed by applying B (spn = 1, 10) (when the ■ mark in the figure is spn = 1, the □ mark is when spn = 10, respectively) The horizontal axis represents the actual image shift amount (unit: data pitch), and the vertical axis represents the calculated image shift amount.

また、図31(c)は、図30(b)に示す一対の像データを相対的にデータピッチの−1から+1までシフトした像ズレ状態において、上述した相関演算式C(spn=1、10)を適用して像ズレ検出を行った場合の計算結果(図中の■印がspn=1の場合を、□印がspn=10の場合をそれぞれ表す)のグラフであり、横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が計算結果の像ズレ量をそれぞれ表す。   FIG. 31 (c) shows the above-described correlation operation formula C (spn = 1, in the image shift state where the pair of image data shown in FIG. 30 (b) is relatively shifted from −1 to +1 of the data pitch. 10) is a graph of calculation results when image shift detection is performed (in the figure, the ■ mark represents spn = 1, the □ mark represents spn = 10, respectively), and the horizontal axis represents The actual image shift amount (unit: data pitch), and the vertical axis represents the calculated image shift amount.

さらに、図31(d)は、図30(b)に示す一対の像データにノイズを加えた後に相対的にデータピッチの−1から+1までシフトした像ズレ状態において、上述した相関演算式C(spn=1、10)を適用して像ズレ検出を行った場合の計算結果(図中の■印がspn=1の場合を、□印がspn=10の場合をそれぞれ表す)のグラフであり、横軸が実際の像ズレ量(単位:データピッチ)を、縦軸が計算結果の像ズレ量をそれぞれ表す。   Further, FIG. 31 (d) shows the correlation calculation formula C described above in an image shift state where the data pitch is relatively shifted from −1 to +1 after adding noise to the pair of image data shown in FIG. 30 (b). FIG. 6 is a graph of calculation results when image misalignment detection is performed by applying (spn = 1, 10) (in the figure, the case where ■ mark is spn = 1, and the case where □ mark is spn = 10) Yes, the horizontal axis represents the actual image shift amount (unit: data pitch), and the vertical axis represents the calculated image shift amount.

図31(a)、(b)から明らかなように、相関演算式Bによれば、演算パラメータspnを像データの周波数に応じて調整(低周波の場合はspnを大きく、高周波の場合にはspnを小さく)することによって、1次ケラレによる像ズレ検出演算結果のシフト現象を軽減することができる。   As is clear from FIGS. 31A and 31B, according to the correlation calculation formula B, the calculation parameter spn is adjusted according to the frequency of the image data (spn is increased in the case of a low frequency, and is increased in the case of a high frequency. By reducing spn, the shift phenomenon of the image shift detection calculation result due to primary vignetting can be reduced.

また、図31(c)、(d)から明らかなように、相関演算式Cによれば、演算パラメータspnを像データの周波数に応じて調整(低周波の場合はspnを大きく)することによって、ノイズによる像ズレ検出演算結果のバラツキ現象を軽減することができることができる。   As is clear from FIGS. 31 (c) and 31 (d), according to the correlation calculation expression C, the calculation parameter spn is adjusted according to the frequency of the image data (in the case of low frequency, spn is increased). Therefore, it is possible to reduce the variation phenomenon of the image shift detection calculation result due to noise.

一般に、相関演算式B、Cのように、データどうしの乗算を含む相関演算式によれば、データどうしの間隔(=spn)を像データの周波数に応じて調整(低周波の場合はspnを大きく、高周波の場合にはspnを小さく)することによって、ケラレやノイズの影響を低減できる。   In general, according to the correlation calculation formula including multiplication of data as in correlation calculation formulas B and C, the interval between data (= spn) is adjusted according to the frequency of the image data (in the case of low frequency, spn is adjusted. The effect of vignetting and noise can be reduced by reducing spn in the case of large and high frequency.

以上に基づき、ボディ駆動制御装置214は、図32に示すフローにしたがって焦点検出演算処理を実行する。ステップS300から焦点検出演算処理が開始され、続くステップS310で(1)式により一対の焦点検出画素のデータ列にナイキスト周波数成分以上の高周波成分をカットするフィルター処理が施され、第1データ列と第2データ列が生成される。   Based on the above, the body drive control device 214 executes focus detection calculation processing according to the flow shown in FIG. Focus detection calculation processing is started from step S300, and in step S310, the data processing of the pair of focus detection pixels is subjected to filter processing for cutting high frequency components equal to or higher than the Nyquist frequency component according to equation (1), and the first data sequence A second data string is generated.

ステップS310において、第1データ列と第2データ列に対して複数の相関演算式(A、B:spn小、B:spn大、C:spn小、C:spn大)が適用され、それぞれの相関演算式に応じてデフォーカス量が算出される。ステップS330では、各相関演算式で得られたデフォーカス量の信頼性を図21に示した相関パラメータ(C(x)、SLOP)に応じて判断し、信頼性の高いデフォーカス量を抽出する。   In step S310, a plurality of correlation calculation formulas (A, B: small spn, B: large spn, C: small spn, C: large spn) are applied to the first data string and the second data string. The defocus amount is calculated according to the correlation calculation formula. In step S330, the reliability of the defocus amount obtained by each correlation calculation expression is determined according to the correlation parameters (C (x), SLOP) shown in FIG. 21, and a highly reliable defocus amount is extracted. .

ステップS340において、抽出されたデフォーカス量を平均するとともに、抽出されたデフォーカス量に対応した相関パラメータを平均し、焦点検出演算処理を終了する。   In step S340, the extracted defocus amounts are averaged, the correlation parameters corresponding to the extracted defocus amounts are averaged, and the focus detection calculation process is terminated.

次に、図33は、各相関演算式(A、B:spn小、B:spn大、C:spn小、C:spn大)ごとのデフォーカス量算出処理を示すフローチャートである。各処理ステップは、ボディ駆動制御装置214が実行する。ステップS400からデフォーカス量算出処理が開始され、続くステップS410で第1データ列(A〜A)と第2データ列(B〜B)を相対的にずらす(シフト量k)とともに、第1データ列および第2データ列に対し相関演算式(A、B:spn小、B:spn大、C:spn小、C:spn大))を施し、その演算結果の絶対値をデータの所定区間に亘って積算する。 Next, FIG. 33 is a flowchart showing a defocus amount calculation process for each correlation calculation formula (A, B: small spn, B: large spn, C: small spn, large C: spn). Each processing step is executed by the body drive control device 214. The defocus amount calculation processing is started from step S400, and in the subsequent step S410, the first data sequence (A 1 to An ) and the second data sequence (B 1 to B n ) are relatively shifted (shift amount k). The correlation calculation formula (A, B: small spn, B: large spn, C: small spn, large C: spn) is applied to the first data string and the second data string, and the absolute value of the calculation result is data. Are accumulated over a predetermined interval.

ステップS420において、図21で説明した3点内挿の手法により相関量C(k)の最小値に基づいて像ズレ量を算出するとともに、ステップS430で像ズレ量をデフォーカス量に変換し、デフォーカス量算出処理を終了する。   In step S420, the image shift amount is calculated based on the minimum value of the correlation amount C (k) by the three-point interpolation method described in FIG. 21, and the image shift amount is converted into a defocus amount in step S430. The defocus amount calculation process ends.

以上説明した一実施の形態では、まず複数の相関演算式に応じた複数のデフォーカス量を算出し、次にその中から信頼性のあるデフォーカス量を抽出し、抽出したデフォーカス量を平均して最終的なデフォーカス量を算出しているので、ケラレの状態、ノイズの状態、データの空間周波数成分に依らず安定して高精度な焦点検出が可能になるとともに、ケラレの状態、ノイズの状態、データの空間周波数成分を検出し、検出したケラレの状態、ノイズの状態、データの空間周波数成分に応じて複数の相関演算式の中から最適な相関演算式を選択してデフォーカス量を算出するのに比較して、ケラレの状態、ノイズの状態、データの空間周波数成分の検出処理を省くことができると同時に、ケラレの状態、ノイズの状態、データの空間周波数成分の誤検出の影響を防止することができる。   In the embodiment described above, first, a plurality of defocus amounts corresponding to a plurality of correlation calculation expressions are calculated, then reliable defocus amounts are extracted, and the extracted defocus amounts are averaged. As a result, the final defocus amount is calculated, enabling stable and highly accurate focus detection regardless of the vignetting state, noise state, and spatial frequency components of the data, as well as the vignetting state and noise. Defocus amount by detecting the spatial frequency component of the data and the spatial frequency component of the data, and selecting the optimal correlation equation from multiple correlation equations according to the detected vignetting state, noise state, and spatial frequency component of the data Compared with the calculation of vignetting, it is possible to omit the process of detecting the vignetting state, the noise state, and the spatial frequency component of the data, and at the same time, the vignetting state, the noise state and the spatial frequency component of the data. It is possible to prevent the influence of erroneous detection.

図32、図33に示す処理では、各相関演算式ごとにデフォーカス量まで算出する例を示したが、各相関演算式ごとに像ズレ量を算出し、信頼性に応じて像ズレ量を抽出し、抽出した像ズレ量の平均を求めた後に平均像ズレ量をデフォーカス量に変換するようにしてもよい。   In the processing shown in FIG. 32 and FIG. 33, an example of calculating up to the defocus amount for each correlation calculation expression is shown. However, the image shift amount is calculated for each correlation calculation expression, and the image shift amount is calculated according to the reliability. After the extraction and obtaining the average of the extracted image deviation amounts, the average image deviation amount may be converted into a defocus amount.

図32に示す処理では、複数の相関演算式に応じた複数のデフォーカス量を算出し、次にその中から信頼性のあるデフォーカス量を抽出する例を示したが、図34に示す焦点検出演算処理のように、予め定められた順番で複数の相関演算式による像ズレ検出を行い、信頼性のあるデフォーカス量が得られた時点で像ズレ検出処理を終了するようにしてもよい。   In the process shown in FIG. 32, an example is shown in which a plurality of defocus amounts corresponding to a plurality of correlation calculation expressions are calculated, and then a reliable defocus amount is extracted from them. As in the detection calculation process, image shift detection using a plurality of correlation calculation expressions may be performed in a predetermined order, and the image shift detection process may be terminated when a reliable defocus amount is obtained. .

図34の各処理ステップは、ボディ駆動制御装置214が実行する。ステップS500で焦点検出演算処理が開始され、続くステップS510で(1)式により一対の焦点検出画素のデータ列にナイキスト周波数成分以上の高周波成分をカットするフィルター処理が施され、第1データ列と第2データ列が生成される。ステップS520では、第1データ列と第2データ列に対し相関演算式Aを適用してデフォーカス量を算出する。   Each processing step in FIG. 34 is executed by the body drive control device 214. In step S500, focus detection calculation processing is started, and in step S510, the data sequence of the pair of focus detection pixels is subjected to filter processing for cutting high frequency components equal to or higher than the Nyquist frequency component according to the equation (1), and the first data sequence A second data string is generated. In step S520, the defocus amount is calculated by applying the correlation calculation expression A to the first data string and the second data string.

ステップS530において、算出されたデフォーカス量の信頼性があるか否かをチェックし、信頼性がある場合はステップS610へ進んで焦点検出演算処理を終了する。一方、信頼性がない場合はステップS540へ進み、第1データ列と第2データ列に対し相関演算式B(spn小)を適用してデフォーカス量を算出する。   In step S530, it is checked whether or not the calculated defocus amount is reliable. If the calculated defocus amount is reliable, the process proceeds to step S610 to end the focus detection calculation process. On the other hand, if there is no reliability, the process proceeds to step S540, and the defocus amount is calculated by applying the correlation operation formula B (small spn) to the first data string and the second data string.

ステップS550において、算出されたデフォーカス量の信頼性があるか否かをチェックし、信頼性がある場合はステップS610へ進んで焦点検出演算処理を終了する。一方、信頼性がない場合はステップS560へ進み、第1データ列と第2データ列に対し相関演算式B(spn大)を適用してデフォーカス量を算出する。   In step S550, it is checked whether or not the calculated defocus amount is reliable. If the defocus amount is reliable, the process proceeds to step S610 to end the focus detection calculation process. On the other hand, if there is no reliability, the process proceeds to step S560, and the defocus amount is calculated by applying the correlation calculation formula B (large spn) to the first data string and the second data string.

ステップS570において、算出されたデフォーカス量の信頼性があるか否かをチェックし、信頼性がある場合はステップS610へ進んで焦点検出演算処理を終了する。一方、信頼性がない場合はステップS580へ進み、第1データ列と第2データ列に対し相関演算式C(spn小)を適用してデフォーカス量を算出する。   In step S570, it is checked whether or not the calculated defocus amount is reliable. If the defocus amount is reliable, the process proceeds to step S610 to end the focus detection calculation process. On the other hand, if there is no reliability, the process proceeds to step S580, and the defocus amount is calculated by applying the correlation calculation formula C (small spn) to the first data string and the second data string.

ステップS590において、算出されたデフォーカス量の信頼性があるか否かをチェックし、信頼性がある場合はステップS610へ進んで焦点検出演算処理を終了する。一方、信頼性がない場合はステップS600へ進み、第1データ列と第2データ列に対し相関演算式C(spn大)を適用してデフォーカス量を算出し、ステップS610で焦点検出演算処理を終了する。   In step S590, it is checked whether or not the calculated defocus amount is reliable. If the defocus amount is reliable, the process proceeds to step S610 to end the focus detection calculation process. On the other hand, if there is no reliability, the process proceeds to step S600, and the defocus amount is calculated by applying the correlation calculation expression C (large spn) to the first data string and the second data string. In step S610, the focus detection calculation process is performed. Exit.

図34に示す焦点検出演算処理によれば、複数の相関演算式をケラレやノイズがなく、高周波成分を含むような一般的なデータに対して像ズレ検出精度が高い順番かつ演算規模が小さい順番(相関演算式A→Bspn小→Bspn大→Cspn小→Cspn大)に適用するので、図33に示す処理と比較して短時間で高精度な焦点検出を行うことができる。   According to the focus detection calculation process shown in FIG. 34, a plurality of correlation calculation formulas are in order of high image shift detection accuracy and small calculation scale with respect to general data having no vignetting or noise and including high-frequency components. Since it is applied to (correlation calculation formula A → Bspn small → Bspn large → Cspn small → Cspn large), it is possible to perform focus detection with high accuracy in a short time compared to the processing shown in FIG.

図34に示す焦点検出処理によれば、各相関演算式ごとにデフォーカス量まで算出する例を示したが、各相関演算式ごとに像ズレ量を算出し、算出された像ズレ量に信頼性に信頼性がある場合のみ算出された像ズレ量をデフォーカス量に変換するようにしてもよい。   According to the focus detection process shown in FIG. 34, an example is shown in which the defocus amount is calculated for each correlation calculation expression. However, the image shift amount is calculated for each correlation calculation expression, and the calculated image shift amount is trusted. The image shift amount calculated only when reliability is reliable may be converted into a defocus amount.

以上説明した実施形態においては、(15)式〜(17)式に示す複数の異なる相関演算式A、Bspn小、Bspn大、Cspn小、Cspn大を用いた例を示したが、相関演算式としては(15)式〜(17)式に示す相関演算式に限定されず、その他の形式で表される相関演算式を使用することもできる。   In the embodiment described above, an example using a plurality of different correlation calculation expressions A, Bspn small, Bspn large, Cspn small, and Cspn large shown in the equations (15) to (17) is shown. Are not limited to the correlation calculation formulas shown in the formulas (15) to (17), and correlation calculation formulas expressed in other formats can also be used.

図12に示す焦点検出演算処理では、同一形式の相関演算式において異なる演算パラメータspnで計算した部分相関量のそれぞれを絶対値をとって加算し、加算した値を所定のデータ区間に亘って積算することにより相関量C(k)を求める例を示したが、異なる形式の相関演算式(例えば(15)式、(16)式、(17)式)で計算した部分相関量のそれぞれを絶対値をとって加算し、加算した値を所定のデータ区間に亘って積算することにより相関量C(k)を求めるようにしてもよい。その場合には、各相関演算式により算出される部分相関量を、各相関演算式に応じた所定値で割ることによって規格化し、部分相関量のレベルを揃えることができる。各相関演算式に応じた所定値は、例えば標準的な一対のデータに対して各相関演算式を適用して求めた相関量C(k)の最大値を採用することができる。   In the focus detection calculation process shown in FIG. 12, the partial correlation amounts calculated with different calculation parameters spn in the correlation calculation formula of the same format are added as absolute values, and the added values are integrated over a predetermined data section. In this example, the correlation amount C (k) is calculated, but each of the partial correlation amounts calculated using different types of correlation calculation expressions (for example, the expressions (15), (16), and (17)) is absolute. The correlation amount C (k) may be obtained by taking the values and adding them and integrating the added values over a predetermined data interval. In that case, it is possible to standardize by dividing the partial correlation amount calculated by each correlation calculation expression by a predetermined value corresponding to each correlation calculation expression, and to align the level of the partial correlation amount. As the predetermined value corresponding to each correlation calculation expression, for example, the maximum value of the correlation amount C (k) obtained by applying each correlation calculation expression to a standard pair of data can be adopted.

《その他の変形例》
撮像素子における焦点検出エリアの配置は図2に限定されることはなく、対角線方向や、その他の位置に水平方向および垂直方向に焦点検出エリアを配置することも可能である。
<< Other modifications >>
The arrangement of the focus detection areas in the image sensor is not limited to that shown in FIG. 2, and the focus detection areas can be arranged in the diagonal direction and in other positions in the horizontal and vertical directions.

図3に示す撮像素子212では、焦点検出画素313、314がひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えた例を示したが、ひとつの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35は、図3に示す撮像素子212に対応した撮像素子212Aの部分拡大図であり、焦点検出画素311はひとつの画素内に一対の光電変換部を備える。図に示す焦点検出画素311は、図3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す。   In the imaging device 212 illustrated in FIG. 3, the focus detection pixels 313 and 314 are provided with one photoelectric conversion unit in one pixel, but a pair of photoelectric conversion units is provided in one pixel. Also good. FIG. 35 is a partially enlarged view of the image sensor 212A corresponding to the image sensor 212 shown in FIG. 3, and the focus detection pixel 311 includes a pair of photoelectric conversion units in one pixel. The focus detection pixel 311 shown in the drawing performs a function corresponding to the pair of the focus detection pixel 313 and the focus detection pixel 314 shown in FIG.

焦点検出画素311は、図36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から構成される。焦点検出画素311には光量をかせぐために色フィルターは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター(不図示)の分光特性とを総合した分光特性(図7参照)となる。つまり、図6に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。   The focus detection pixel 311 includes a microlens 10 and a pair of photoelectric conversion units 13 and 14 as shown in FIG. The focus detection pixel 311 is not provided with a color filter in order to increase the amount of light, and its spectral characteristic is a spectral that combines the spectral sensitivity of a photodiode that performs photoelectric conversion and the spectral characteristic of an infrared cut filter (not shown). Characteristics (see FIG. 7). That is, the spectral characteristics are obtained by adding the spectral characteristics of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel shown in FIG. 6, and the light wavelength region of the sensitivity includes the light wavelength regions of the sensitivity of the green pixel, the red pixel, and the blue pixel. ing.

図37は、図35に示す撮像素子212Aの焦点検出画素による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出動作を説明するための図である。図37において、90は、交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方dの距離に設定された射出瞳である。ここで、距離dは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離であって、測距瞳距離である。91は交換レンズの光軸、50、60はマイクロレンズ、(53,54)、(63,64)は焦点検出画素の対の光電変換部、73,74、83,84は焦点検出用光束である。   FIG. 37 is a diagram for explaining the focus detection operation of the pupil division type phase difference detection method by the focus detection pixels of the image sensor 212A shown in FIG. In FIG. 37, reference numeral 90 denotes an exit pupil set at a distance d ahead of the microlens arranged on the planned imaging plane of the interchangeable lens. Here, the distance d is a distance determined according to the curvature and refractive index of the microlens, the distance between the microlens and the photoelectric conversion unit, and the distance measurement pupil distance. 91 is an optical axis of the interchangeable lens, 50 and 60 are microlenses, (53, 54), (63, 64) are photoelectric conversion units of a pair of focus detection pixels, and 73, 74, 83, and 84 are focus detection light beams. is there.

さらに、93はマイクロレンズ50、60により投影された光電変換部53,63の領域であり、測距瞳である。同様に、94はマイクロレンズ50、60により投影された光電変換部54,64の領域であり、測距瞳である。図37では、光軸91上にある焦点検出画素(マイクロレンズ50と一対の光電変換部53、54を有する)と、隣接する焦点検出画素(マイクロレンズ60と一対の光電変換部63、64を有する)を模式的に例示しているが、撮像面上の周辺に配置された焦点検出用画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳93、94から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。   Reference numeral 93 denotes an area of the photoelectric conversion units 53 and 63 projected by the microlenses 50 and 60, which is a distance measuring pupil. Similarly, 94 is an area of the photoelectric conversion units 54 and 64 projected by the microlenses 50 and 60, and is a distance measuring pupil. In FIG. 37, a focus detection pixel (having a microlens 50 and a pair of photoelectric conversion units 53 and 54) on the optical axis 91 and an adjacent focus detection pixel (a microlens 60 and a pair of photoelectric conversion units 63 and 64) are arranged. In the focus detection pixels arranged in the periphery on the imaging surface, the pair of photoelectric conversion units arrive at each microlens from the pair of distance measuring pupils 93 and 94, respectively. Receives light flux. The arrangement direction of the focus detection pixels is made to coincide with the arrangement direction of the pair of distance measurement pupils.

マイクロレンズ50、60は光学系の予定結像面近傍に配置されており、光軸91上に配置されたマイクロレンズ50によって、その背後に配置された一対の光電変換部53、54の形状がマイクロレンズ50、60から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳93,94を形成する。また、マイクロレンズ50に隣接して配置されたマイクロレンズ60によって、その背後に配置された一対の光電変換部63、64の形状が測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳93,94を形成する。すなわち、測距瞳距離dにある射出瞳90上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳93,94)が一致するように、各画素のマイクロレンズと光電変換部の位置関係が決定されている。   The microlenses 50 and 60 are disposed in the vicinity of the planned imaging plane of the optical system, and the shape of the pair of photoelectric conversion units 53 and 54 disposed behind the microlens 50 disposed on the optical axis 91 is formed. Projection is performed on the exit pupil 90 separated from the microlenses 50 and 60 by the distance measurement pupil distance d, and the projection shape forms distance measurement pupils 93 and 94. Further, the microlens 60 disposed adjacent to the microlens 50 projects the shape of the pair of photoelectric conversion units 63 and 64 disposed behind the microlens 50 onto the exit pupil 90 separated by the distance measuring pupil distance d. The projection shape forms distance measuring pupils 93 and 94. That is, the positions of the microlens and the photoelectric conversion unit of each pixel so that the projection shapes (ranging pupils 93 and 94) of the photoelectric conversion unit of each focus detection pixel coincide on the exit pupil 90 at the distance measurement pupil distance d. The relationship has been determined.

光電変換部53は、測距瞳93を通過してマイクロレンズ50へ向う焦点検出光束73によってマイクロレンズ50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、光電変換部54は、測距瞳94を通過してマイクロレンズ50へ向う焦点検出光束74によってマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部63は、測距瞳93を通過してマイクロレンズ60へ向う焦点検出光束83によってマイクロレンズ60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、光電変換部64は、測距瞳94を通過してマイクロレンズ60へ向う焦点検出光束84によってマイクロレンズ60上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。   The photoelectric conversion unit 53 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 50 by the focus detection light beam 73 passing through the distance measuring pupil 93 and traveling toward the microlens 50. In addition, the photoelectric conversion unit 54 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 50 by the focus detection light beam 74 that passes through the distance measuring pupil 94 and travels toward the microlens 50. Similarly, the photoelectric conversion unit 63 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 60 by the focus detection light beam 83 that passes through the distance measuring pupil 93 and travels toward the microlens 60. In addition, the photoelectric conversion unit 64 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 60 by the focus detection light beam 84 that passes through the distance measuring pupil 94 and travels toward the microlens 60.

このような焦点検出画素を直線状に多数配置し、各焦点検出画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳93および測距瞳94に対応した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を各々通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。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、像ズレ量に所定の変換処理を施すことによって、予定結像面(マイクロレンズアレイの位置)に対する現在の結像面(撮影画面100上で定められる焦点検出位置における実際の結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。   A large number of such focus detection pixels are arranged in a straight line, and the output of the pair of photoelectric conversion units of each focus detection pixel is grouped into an output group corresponding to the distance measurement pupil 93 and the distance measurement pupil 94, thereby the distance measurement pupil 93. And information on the intensity distribution of the pair of images formed on the focus detection pixel array by the focus detection light fluxes passing through the distance measuring pupil 94. By applying an image shift detection calculation process (correlation calculation process, phase difference detection process), which will be described later, to this information, the image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division phase difference detection method. Further, by applying a predetermined conversion process to the image shift amount, the current image plane (actual image plane at the focus detection position determined on the photographing screen 100) with respect to the planned image plane (the position of the microlens array). Deviation (defocus amount) is calculated.

次に、図3に示す撮像素子212では撮像画素310がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルター(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列を採用してもよい。また、図3に示す撮像素子212では焦点検出画素313、314に色フィルターを設けない例を示したが、撮像画素310と同色の色フィルターの内のひとつのフィルター(例えば緑フィルター)を設けるようにした場合でも、本発明を適用することができる。   Next, in the image sensor 212 shown in FIG. 3, the example in which the imaging pixel 310 includes a Bayer color filter is shown. However, the configuration and arrangement of the color filter are not limited to this, and the complementary color filter (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) may be employed. Further, in the image pickup device 212 shown in FIG. 3, an example in which the focus detection pixels 313 and 314 are not provided with a color filter is shown. However, one of the color filters of the same color as the image pickup pixel 310 (for example, a green filter) is provided. Even in this case, the present invention can be applied.

また、上述した一実施の形態の図5、図37に示す焦点検出画素311、313、314では、光電変換部の形状を半円形や矩形にした例を示したが、焦点検出画素の光電変換部の形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよい。例えば焦点検出画素の光電変換部の形状を楕円や多角形にすることも可能である。   In the focus detection pixels 311, 313, and 314 shown in FIGS. 5 and 37 of the embodiment described above, an example in which the shape of the photoelectric conversion unit is semicircular or rectangular is shown. The shape of the part is not limited to these, and may be other shapes. For example, the shape of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel can be an ellipse or a polygon.

さらに、図3に示す撮像素子212では、撮像画素と焦点検出画素を稠密正方格子配列に配置した例を示したが、稠密六方格子配列(ハニカム状配列)としてもよい。   Furthermore, in the imaging device 212 shown in FIG. 3, the example in which the imaging pixels and the focus detection pixels are arranged in a dense square lattice arrangement is shown, but a dense hexagonal lattice arrangement (honeycomb arrangement) may be used.

上述した一実施の形態では、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出動作を説明したが、本発明はこのような方式の焦点検出に限定されず、特開2008−15157号公報に開示された偏光素子による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置にも適用可能である。   In the above-described embodiment, the focus detection operation by the pupil division type phase difference detection method using the microlens has been described. However, the present invention is not limited to the focus detection of such a method, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-15157. The present invention is also applicable to a focus detection apparatus of a pupil division type phase difference detection method using a polarizing element disclosed in the publication.

さらに、本発明は、再結像方式による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出にも適用可能である。図38により、再結像方式による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出動作を説明する。図38において、191は交換レンズの光軸、110,120はコンデンサレンズ、111、121は絞りマスク、112,113、122,123は絞り開口、114、115、124,125は再結像レンズ、116、126は焦点検出用のイメージセンサー(CCD)である。   Furthermore, the present invention can also be applied to focus detection by a pupil division type phase difference detection method using a re-imaging method. The focus detection operation of the pupil division type phase difference detection method by the re-imaging method will be described with reference to FIG. 38, 191 is the optical axis of the interchangeable lens, 110 and 120 are condenser lenses, 111 and 121 are aperture masks, 112, 113, 122 and 123 are aperture openings, 114, 115, 124 and 125 are re-imaging lenses, Reference numerals 116 and 126 denote image sensors (CCD) for focus detection.

また、132,133、142,143は焦点検出光束、190は交換レンズの予定結像面の前方d5の距離に設定された射出瞳である。ここで、距離d5は、コンデンサレンズ110,120の焦点距離と、コンデンサレンズ110,120と絞り開口112,113、122,123との間の距離などに応じて決まる距離であって、測距瞳距離である。192は、コンデンサレンズ110,120により投影された絞り開口112,122の領域であり、測距瞳である。同様に、193は、コンデンサレンズ110,120により投影された絞り開口113,123の領域であり、測距瞳である。コンデンサレンズ110、絞りマスク111、絞り開口112,113、再結像レンズ114、115およびイメージセンサー116が、一つの位置で焦点検出を行う再結像方式の瞳分割型位相差検出方式の焦点検出ユニットを構成する。   Reference numerals 132, 133, 142, and 143 denote focus detection light beams. Reference numeral 190 denotes an exit pupil set at a distance d5 in front of the planned imaging plane of the interchangeable lens. Here, the distance d5 is a distance determined according to the focal length of the condenser lenses 110 and 120, the distance between the condenser lenses 110 and 120 and the aperture openings 112, 113, 122, 123, and the like. Distance. Reference numeral 192 denotes a region of the aperture openings 112 and 122 projected by the condenser lenses 110 and 120, which is a distance measuring pupil. Similarly, reference numeral 193 denotes a region of the aperture openings 113 and 123 projected by the condenser lenses 110 and 120, which is a distance measuring pupil. Condenser lens 110, diaphragm mask 111, diaphragm apertures 112 and 113, re-imaging lenses 114 and 115, and image sensor 116 perform focus detection in a re-imaging type pupil division type phase difference detection method in which focus detection is performed at one position. Configure the unit.

図38においては、光軸191上にある焦点検出ユニットと光軸外にある焦点検出ユニットとを模式的に例示している。複数の焦点検出ユニットを組み合わせることによって、図2に示す3箇所の焦点検出位置101〜103において再結像方式の瞳分割位相差検出で焦点検出を行う焦点検出装置を実現することができる。   FIG. 38 schematically illustrates the focus detection unit on the optical axis 191 and the focus detection unit outside the optical axis. By combining a plurality of focus detection units, it is possible to realize a focus detection apparatus that performs focus detection by pupil division phase difference detection of the re-imaging method at the three focus detection positions 101 to 103 shown in FIG.

コンデンサレンズ110を有する焦点検出ユニットは、交換レンズの予定結像面近傍に配置されたコンデンサレンズ110、その背後に配置されたイメージセンサー116、コンデンサレンズ110とイメージセンサー116との間に配置され、予定結像面近傍に結像された1次像をイメージセンサー116上に再結像する一対の再結像レンズ114、115、一対の再結像レンズの近傍(図38では前面)に配置された一対の絞り開口112、113を有する絞りマスク11を有する。   The focus detection unit having the condenser lens 110 is disposed between the condenser lens 110 disposed in the vicinity of the planned imaging surface of the interchangeable lens, the image sensor 116 disposed behind the condenser lens 110, and between the condenser lens 110 and the image sensor 116. A pair of re-imaging lenses 114 and 115 for re-imaging the primary image formed in the vicinity of the scheduled imaging surface on the image sensor 116, and the vicinity of the pair of re-imaging lenses (front surface in FIG. 38). A diaphragm mask 11 having a pair of diaphragm openings 112 and 113 is provided.

イメージセンサー116は、複数の光電変換部が直線に沿って密に配置されたラインサンサであり、光電変換部の配置方向は一対の測距瞳の分割方向(=絞り開口の並び方向)と一致させる。このイメージセンサー116からは、イメージセンサー116上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報が出力され、この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理(相関処理、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(再結像方式)で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。   The image sensor 116 is a line sensor in which a plurality of photoelectric conversion units are densely arranged along a straight line, and the arrangement direction of the photoelectric conversion units is made to coincide with the dividing direction of the pair of distance measuring pupils (= aperture aperture arrangement direction). . Information corresponding to the intensity distribution of the pair of images re-imaged on the image sensor 116 is output from the image sensor 116, and image shift detection calculation processing (correlation processing, phase difference detection described later) is performed on this information. By performing the processing, an image shift amount of a pair of images is detected by a so-called pupil division type phase difference detection method (re-imaging method). Further, the deviation (defocus amount) of the current imaging plane with respect to the planned imaging plane is calculated by multiplying the image shift amount by a predetermined conversion coefficient.

イメージセンサー116は再結像レンズ114、115により予定結像面上に投影されており、デフォーカス量(像ズレ量)の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ(再結像方式の場合は予定結像面上に投影された光電変換部の配列ピッチ)により決まる。   The image sensor 116 is projected onto the planned imaging plane by the re-imaging lenses 114 and 115, and the detection accuracy of the defocus amount (image deviation amount) is determined by the detection pitch of the image deviation amount (in the case of the re-imaging method). This is determined by the arrangement pitch of the photoelectric conversion units projected on the planned imaging plane.

コンデンサレンズ110は、絞りマスク111の絞り開口112、113を射出瞳190上に領域192、193として投影している。領域192,193は測距瞳である。すなわち、イメージセンサー116上に再結像される一対の像は射出瞳190上の一対の測距瞳192,193を通過する光束によって形成される。射出瞳190上の一対の測距瞳192,193を通過する光束132、133を焦点検出用光束と呼ぶ。   The condenser lens 110 projects the aperture openings 112 and 113 of the aperture mask 111 as areas 192 and 193 on the exit pupil 190. Regions 192 and 193 are distance measuring pupils. That is, a pair of images re-imaged on the image sensor 116 is formed by a light beam passing through the pair of distance measuring pupils 192 and 193 on the exit pupil 190. The light beams 132 and 133 that pass through the pair of distance measuring pupils 192 and 193 on the exit pupil 190 are referred to as focus detection light beams.

このような再結像方式による瞳分割型位相差検出方式においても、測距瞳の口径蝕によってイメージセンサー上に形成される一対の像のバランス崩れが生ずるので、イメージセンサーの出力信号を処理する際に本発明を適用することができる。   Even in such a pupil division type phase difference detection method based on the re-imaging method, the balance of the pair of images formed on the image sensor is lost due to vignetting of the distance measuring pupil, so the output signal of the image sensor is processed. In this case, the present invention can be applied.

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やフィルム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、フィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。   Note that the imaging apparatus is not limited to a digital still camera or a film still camera in which an interchangeable lens is mounted on the camera body as described above. For example, the present invention can be applied to a lens-integrated digital still camera, film still camera, or video camera. Furthermore, the present invention can be applied to a small camera module built in a mobile phone, a surveillance camera, a visual recognition device for a robot, an in-vehicle camera, and the like.

上述した一実施の形態では、撮像画素の配列中に焦点検出画素を配列し、焦点検出画素で得られる信号に基づいて結像光学系の瞳の異なる領域を通る一対の光束に対応する一対の信号列を求め、上記相関演算により瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行う例を示したが、撮像画素の出力に基づいて周知のコントラスト方式の焦点検出を行うとともに、焦点検出画素の出力に基づいて瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行う、ハイブリッド方式の焦点検出装置としてもよい。   In the above-described embodiment, the focus detection pixels are arranged in the array of the imaging pixels, and a pair of light beams corresponding to a pair of light beams passing through different regions of the pupil of the imaging optical system based on a signal obtained by the focus detection pixels. Although an example of obtaining a signal sequence and performing focus detection by the pupil division type phase difference detection method by the above correlation calculation has been shown, well-known contrast method focus detection is performed based on the output of the imaging pixel, and output of the focus detection pixel It is also possible to adopt a hybrid focus detection device that performs focus detection using a pupil division type phase difference detection method based on the above.

また、本発明は、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置、さらにはステレオ測距装置にも適用できる。さらに、時間が異なるイメージセンサーの信号間の相関を検出して被写体像の動きやカメラのブレを検出する装置にも適用できる。さらにまた、イメージセンサーの画像信号と特定の画像信号のパターンマッチングにも適用できる。   The present invention can also be applied to focus detection devices other than cameras, distance measuring devices, and stereo distance measuring devices. Furthermore, the present invention can also be applied to an apparatus that detects the movement of a subject image and camera shake by detecting the correlation between signals from image sensors having different times. Furthermore, the present invention can be applied to pattern matching between an image signal of an image sensor and a specific image signal.

さらに、本発明は、画像信号データの相関を検出するものに限定されず、音に関するデータの相関やその他一般に2つの信号の相関を検出するものにも適用することができる。   Furthermore, the present invention is not limited to the one that detects the correlation between the image signal data, but can also be applied to the one that detects the correlation between the data related to sound and generally the correlation between two signals.

10;マイクロレンズ、11、13、14;光電変換部、202;交換レンズ、212、212A;撮像素子、214;ボディ駆動制御装置、310;撮像画素、311、313、314;焦点検出画素 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10; Micro lens, 11, 13, 14; Photoelectric conversion part, 202; Interchangeable lens, 212, 212A; Image pick-up element, 214; Body drive control apparatus, 310; Image pick-up pixel, 311, 313, 314;

Claims (12)

撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうち、一方の光束を受光する第1光電変換部と他方の光束を受光する第2光電変換部が設けられた画素を複数有する撮像素子と、
複数の前記第1光電変換部からの第1データ列と、複数の前記第2光電変換部からの第2データ列とを、変位量を変えながら相対的に変位させ、複数の相関演算式により前記第1データ列と前記第2データ列の間の複数の相関量を演算し、前記複数の相関量を加算した加算相関量を求める相関演算部と、
前記加算相関量からデフォーカス量に変換し前記デフォーカス量に基づいて前記撮影光学系を駆動する制御信号を生成するレンズ駆動制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
An imaging device having a plurality of pixels provided with a first photoelectric conversion unit that receives one of the pair of light beams that have passed through different pupil regions of the imaging optical system and a second photoelectric conversion unit that receives the other light beam; ,
The first data sequence from the plurality of first photoelectric conversion units and the second data sequence from the plurality of second photoelectric conversion units are relatively displaced while changing a displacement amount, and a plurality of correlation calculation expressions are used. A correlation calculation unit that calculates a plurality of correlation amounts between the first data string and the second data string and calculates an addition correlation amount obtained by adding the plurality of correlation amounts;
A lens drive control unit that converts the added correlation amount into a defocus amount and generates a control signal for driving the imaging optical system based on the defocus amount;
An imaging device comprising:
請求項1に記載の撮像装置において、
前記複数の相関演算式の内の少なくとも1つは、前記第1データ列の中の1つのデータと、前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算を含む相関演算式であることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
At least one of the plurality of correlation calculation formulas is a correlation calculation formula including multiplication of one data in the first data string and one data in the second data string. An imaging device that is characterized.
請求項2に記載の撮像装置において、
前記乗算を含む相関演算式が複数あり、
それらの複数の乗算を含む相関演算式は、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算と、前記第1データ列の中の他の1つのデータと前記第2データ列の中の他の1つのデータとの乗算とを含む部分相関演算式を含み、
前記第1データ列の中の1つのデータと前記第1データ列の中の他の1つのデータとの間隔、および前記第2データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の他の1つのデータとの間隔がともに所定間隔であることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 2,
There are a plurality of correlation calculation expressions including the multiplication,
The correlation calculation expression including the plurality of multiplications is the multiplication of one data in the first data string and one data in the second data string, and the other data in the first data string. Including a partial correlation calculation expression including multiplication of one data and another data in the second data string,
An interval between one data in the first data string and another data in the first data string, and one data in the second data string and the second data string An image pickup apparatus characterized in that the interval between the other one data is a predetermined interval.
請求項3に記載の撮像装置において、
前記複数の乗算を含む相関演算式は、前記所定間隔が相異なる2種類の前記部分相関演算式を含むことを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 3.
The correlation calculation formula including the plurality of multiplications includes two types of the partial correlation calculation formulas having different predetermined intervals.
撮影光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光束のうち、一方の光束を受光する第1光電変換部と他方の光束を受光する第2光電変換部が設けられた画素を複数有する撮像素子と、
複数の前記第1光電変換部からの第1データ列と、複数の前記第2光電変換部からの第2データ列とを、変位量を変えながら相対的に変位させ、複数の相関演算式により前記第1データ列と前記第2データ列の間の複数の相関量を演算し、複数の相関量を求める相関演算部と、
前記複数の相関演算式により求めた相関パラメータに応じて、信頼性が高いデフォーカス量を判定し、
前記信頼性が高いと判定されたデフォーカス量の平均したデフォーカス量に基づいて前記撮影光学系を駆動する制御信号を生成するボディ駆動制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
An imaging device having a plurality of pixels provided with a first photoelectric conversion unit that receives one of the pair of light beams that have passed through different pupil regions of the imaging optical system and a second photoelectric conversion unit that receives the other light beam; ,
The first data sequence from the plurality of first photoelectric conversion units and the second data sequence from the plurality of second photoelectric conversion units are relatively displaced while changing a displacement amount, and a plurality of correlation calculation expressions are used. A correlation calculation unit for calculating a plurality of correlation amounts between the first data string and the second data string and obtaining a plurality of correlation amounts;
According to the correlation parameter obtained by the plurality of correlation calculation formulas, a highly reliable defocus amount is determined,
A body drive control unit that generates a control signal for driving the imaging optical system based on an averaged defocus amount of the defocus amount determined to be high in reliability ;
An imaging device comprising:
請求項5に記載の撮像装置において、
前記相関パラメータは、相関値の最小値およびコントラストに比例した値の少なくとも一つであることを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 5,
The imaging apparatus , wherein the correlation parameter is at least one of a minimum correlation value and a value proportional to contrast .
請求項5または6に記載の撮像装置において、
前記複数の相関演算式は、前記第1データ列と前記第2データ列の間の歪みに対する特性がそれぞれ異なる演算式であることを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to claim 5 or 6,
The plurality of correlation calculation formulas are calculation formulas having different characteristics with respect to distortion between the first data sequence and the second data sequence, respectively.
請求項7に記載の撮像装置において、
前記歪みが大きいとき、前記信頼性が高いと判定されたデフォーカス量として、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算を含む相関演算式により演算された前記第1データ列と前記第2データ列の間の相関量を抽出することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7,
A correlation operation including multiplication of one data in the first data string and one data in the second data string as a defocus amount determined to have high reliability when the distortion is large An imaging apparatus that extracts a correlation amount between the first data string and the second data string calculated by an expression.
請求項5または6に記載の撮像装置において、
前記複数の相関演算式は、前記第1データ列と前記第2データ列に加わるノイズに対する特性がそれぞれ異なる演算式であることを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to claim 5 or 6,
The plurality of correlation calculation formulas are calculation formulas having different characteristics with respect to noise applied to the first data sequence and the second data sequence, respectively.
請求項9に記載の撮像装置において、
前記ノイズが大きいとき、前記信頼性が高いと判定されたデフォーカス量として、前記第1データ列の中の1つのデータと前記第2データ列の中の1つのデータとの乗算を含む相関演算式により演算された前記第1データ列と前記第2データ列の間の相関量を抽出することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 9,
Correlation calculation including multiplication of one data in the first data string and one data in the second data string as a defocus amount determined to have high reliability when the noise is large An imaging apparatus that extracts a correlation amount between the first data string and the second data string calculated by an expression.
請求項5または6に記載の撮像装置において、
前記複数の相関演算式は、前記第1データ列と前記第2データ列の空間周波数に対する特性がそれぞれ異なる演算式であることを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to claim 5 or 6,
The imaging apparatus, wherein the plurality of correlation calculation formulas are calculation formulas having different characteristics with respect to spatial frequencies of the first data sequence and the second data sequence.
請求項1〜11のいずれか一項に記載の撮像装置において、前記相関量の極値が得られる前記変位量を演算する演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
12. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a calculation unit configured to calculate the displacement amount from which an extreme value of the correlation amount is obtained.
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