JP6641187B2 - Focus position detector and imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、合焦位置検出に係る合焦位置検出器及び撮像装置に関する。   The present invention relates to a focus position detector and an imaging device for detecting a focus position.

撮像装置にて自動的に合焦位置を検出し調節するオートフォーカス技術において、撮像素子内に位相差検出画素を配置してその位相差出力によりデフォーカス量を検出する像面位相差式オートフォーカスの技法が数多く知られている。   In autofocus technology that automatically detects and adjusts the focus position in an image pickup device, an image plane phase difference type auto focus that detects a defocus amount by arranging a phase difference detection pixel in an image sensor and outputting the phase difference output thereof. Many techniques are known.

例えば、撮像素子において複数種に色分離された4画素1組(GGBR、RGBW等)の構造で対角2画素を位相差検出画素として離散的に配置し、その画素出力を用いてデフォーカス量を検出する技法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, in an image pickup device, two diagonal pixels are discretely arranged as phase difference detection pixels in a structure of a set of four pixels (GGBR, RGBW, etc.) which are color-separated into a plurality of types, and the defocus amount is obtained using the pixel output. A technique for detecting is disclosed (for example, see Patent Document 1).

ところで、このような対となる位相差検出画素の画素値の差を用いてデフォーカス量を算出する際に、この位相差検出画素に近傍画素からのクロストークが発生すると、そのデフォーカス量の算出精度が低下する。   By the way, when calculating the defocus amount using the difference between the pixel values of the paired phase difference detection pixels, if crosstalk occurs from a neighboring pixel to the phase difference detection pixel, the defocus amount is calculated. Calculation accuracy decreases.

そこで、そのデフォーカス量の算出精度を向上させるために、事前に理論計算・計測実験を行い信号処理回路内に補正テーブルを持たせることによって、近傍画素から位相差検出画素へ漏れこむクロストーク量を軽減する技法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, in order to improve the calculation accuracy of the defocus amount, the theoretical calculation / measurement experiment is performed in advance and a correction table is provided in the signal processing circuit, so that the amount of crosstalk leaking from neighboring pixels to the phase difference detection pixel is obtained. (See, for example, Patent Document 2).

特開2010−91991号公報JP 2010-19911A 特開2014−110619号公報JP 2014-110619 A

前述した特許文献1の技法では、クロストークの軽減を行っていないため、クロストーク量が大きい撮像素子(例として大型で画素ピッチが狭い撮像素子等)では、撮像光学系のレンズのF値・被写体の輝度・像高・位相差検出画素の配列位置等によっては、デフォーカス量の算出精度が低下するおそれがある。   In the technique of Patent Document 1 described above, since the crosstalk is not reduced, in an image sensor having a large crosstalk amount (for example, an image sensor having a large pixel pitch and a small pixel pitch), the F value of the lens of the image pickup optical system is calculated. The accuracy of calculating the defocus amount may be reduced depending on the brightness, image height, array position of the phase difference detection pixels, and the like of the subject.

また、特許文献2の技法では、事前に理論計算・計測実験を行って得られた補正テーブルを信号処理回路内に持たせ、クロストークの補正を行ってデフォーカス量を算出する技法が提案されているが、その補正テーブルとして撮像レンズの個体認識・絞り値、被写体の像高・色、位相差検出画素の配列位置等の数多くのパラメータに対応させたものとしなければならず実用性の観点で問題がある。また、その補正テーブルを算出するための実験用にマスク配列を変更した撮像素子を多数作成する必要があり、設計効率の観点でも問題がある。   Further, in the technique of Patent Document 2, a technique is proposed in which a correction table obtained by performing theoretical calculations and measurement experiments in advance is provided in a signal processing circuit, and crosstalk is corrected to calculate a defocus amount. However, the correction table must correspond to a number of parameters such as the individual recognition / aperture value of the imaging lens, the image height / color of the subject, and the arrangement position of the phase difference detection pixels. There is a problem. In addition, it is necessary to create a large number of image sensors with changed mask arrangements for an experiment for calculating the correction table, and there is a problem in terms of design efficiency.

このため、実用性の高い態様で、位相差検出画素に漏れこむクロストーク量の影響を低減し、デフォーカス量の算出精度を向上させ、合焦位置検出をより高精度化する技法が望まれる。   For this reason, a technique for reducing the influence of the crosstalk amount leaking into the phase difference detection pixels, improving the calculation accuracy of the defocus amount, and making the focus position detection more accurate in a highly practical manner is desired. .

本発明は、上述の問題に鑑みて、クロストーク量の影響を低減し、デフォーカス量の算出精度を向上させ、合焦位置検出をより高精度化する合焦位置検出器及び撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an in-focus position detector and an imaging device that reduce the influence of the amount of crosstalk, improve the accuracy of calculating the amount of defocus, and increase the accuracy of in-focus position detection. Is to do.

本発明の合焦位置検出器は、所定のカラーフィルター配列で4画素1組の撮像画素の画素群を構成する画素部に当該撮像画素の位相差を検出するための対角2画素1組の位相差検出画素の画素群が設けられた撮像素子を用いて、焦点位置を調節可能な撮像レンズの合焦位置を検出する合焦位置検出器であって、前記画素部における焦点調節対象領域内の当該対角2画素1組の位相差検出画素を構成する第1画素及び第2画素の各画素値の双方を用いた所定の補正処理に基づいて、前記各画素値について互いに相関性のあるクロストーク量を抑制するよう補正した補正画素値をそれぞれ算出する補正画素値算出手段と、前記焦点調節対象領域内の当該対角2画素1組の位相差検出画素の画素群について、前記第1画素及び前記第2画素の各々に対する当該補正画素値を用いた相関演算処理を実行することによりデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、を備え、前記補正画素値算出手段は、前記所定の補正処理として、前記第1画素の画素値から、前記第1画素の画素値と前記第2画素の画素値とを加算した値に対し補正係数を除した補正値を差分しゼロ値で下限制限した値を前記第1画素の補正画素値とし、前記第2画素の画素値から該補正値を差分しゼロ値で下限制限した値を前記第2画素の補正画素値として算出することを特徴とする。
The in-focus position detector of the present invention includes a pair of two diagonal pixels for detecting a phase difference between the imaging pixels in a pixel portion forming a group of four imaging pixels in a predetermined color filter array. An in-focus position detector for detecting an in-focus position of an imaging lens capable of adjusting a focus position by using an imaging element provided with a pixel group of phase difference detection pixels, wherein the in-focus adjustment target area in the pixel unit is Are based on a predetermined correction process using both the pixel values of the first pixel and the second pixel constituting the set of phase difference detection pixels of the two diagonal pixels. A correction pixel value calculation unit that calculates a correction pixel value corrected so as to suppress the amount of crosstalk, and a first pixel group of the set of phase difference detection pixels of the two diagonal pixels in the focus adjustment target area. For each of the pixel and the second pixel The defocus amount calculation means for calculating a defocus amount by performing a correlation operation using the corrected pixel value, wherein the corrected pixel value calculation means as the predetermined correction process, the first to A difference between a pixel value of a pixel and a correction value obtained by dividing a correction coefficient from a value obtained by adding the pixel value of the first pixel and the pixel value of the second pixel, and a lower limit value of the first pixel is defined as the first pixel value. and the corrected pixel value, characterized that you calculate a value lower limit at zero value by subtracting the correction value from the pixel value of the second pixel as the correction pixel value of the second pixel.

また、本発明の合焦位置検出器において、前記補正画素値算出手段は、前記所定の補正処理として、前記画素部における焦点調節対象領域内で共通に適用する異なる値を持つ複数の当該補正係数を可変設定し、前記第1画素及び前記第2画素の各々に対する当該補正画素値を当該複数の補正係数の各々に応じて算出する機能を有し、前記デフォーカス量算出手段は、前記第1画素及び前記第2画素の各々に対する当該補正画素値を基に当該複数の補正係数の各々に応じた複数のデフォーカス量を算出し、前記複数のデフォーカス量を基に最終的なデフォーカス量を算出する機能を有することを特徴とする。   Further, in the in-focus position detector according to the present invention, the correction pixel value calculating means includes, as the predetermined correction processing, a plurality of correction coefficients having different values that are commonly applied in a focus adjustment target area in the pixel unit. Variably set, and the function of calculating the correction pixel value for each of the first pixel and the second pixel in accordance with each of the plurality of correction coefficients. Calculating a plurality of defocus amounts corresponding to each of the plurality of correction coefficients based on the corrected pixel value for each of the pixel and the second pixel; and a final defocus amount based on the plurality of defocus amounts It has the function of calculating

更に、本発明の撮像装置は、本発明の合焦位置検出器と、前記合焦位置検出器によって算出されたデフォーカス量を基に、前記撮像レンズの自動焦点調節を実行する自動焦点調節手段と、を備えることを特徴とする。   Further, the image pickup apparatus of the present invention comprises an in-focus position detector of the present invention, and an auto-focus adjusting means for executing an auto-focus adjustment of the imaging lens based on the defocus amount calculated by the in-focus position detector. And the following.

本発明によれば、クロストーク量の影響を低減してデフォーカス量の算出精度を向上させることができるので、合焦位置の検出精度を改善することができる。   According to the present invention, since the influence of the crosstalk amount can be reduced and the calculation accuracy of the defocus amount can be improved, the detection accuracy of the focus position can be improved.

本発明による一実施形態の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of an imaging device of one embodiment by the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における画素部の画素配列を概略的に例示する図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a pixel arrangement of a pixel unit in an imaging device according to an imaging device of an embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素の配置を部分的に示す図である。FIG. 2 is a diagram partially showing an arrangement of phase difference detection pixels in an image sensor according to an imaging device of an embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素とその隣接画素の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a phase difference detection pixel and an adjacent pixel in an image sensor according to the imaging apparatus of one embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について撮像レンズの瞳分割した光束に対する受光を説明する図である。FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating light reception of a pupil-divided light beam of an imaging lens with respect to a phase difference detection pixel in an imaging device according to an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について合焦時の結像モデルを説明する図である。7A and 7B are diagrams illustrating an imaging model at the time of focusing on a phase difference detection pixel in an image sensor according to an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について点光源が合焦位置より前方時の結像モデルを説明する図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating an imaging model of a phase difference detection pixel in an imaging device according to an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention when a point light source is ahead of an in-focus position. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について点光源が合焦位置より後方時の結像モデルを説明する図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating an imaging model of a phase difference detection pixel in an imaging device according to an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention when a point light source is behind a focus position. 本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子におけるクロストークを説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating crosstalk in an image sensor according to an embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について合焦時のクロストークを考慮した結像モデルを説明する図である。FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating an imaging model of a phase difference detection pixel in an imaging device according to an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention in consideration of crosstalk during focusing. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について点光源が合焦位置より前方時のクロストークを考慮した結像モデルを説明する図である。(A) and (b) each describe an imaging model of a phase difference detection pixel in an image sensor according to an embodiment of the present invention in which a point light source considers crosstalk when the point light source is ahead of an in-focus position. FIG. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置に係る撮像素子における位相差検出画素について点光源が合焦位置より後方時のクロストークを考慮した結像モデルを説明する図である。(A) and (b) each illustrate an imaging model in consideration of crosstalk when a point light source is behind a focus position for a phase difference detection pixel in an image sensor according to an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明による一実施形態の撮像装置における実施例1のクロストーク量抑圧補正処理を含む合焦位置検出器の自動焦点調節制御に関するフローチャートである。6 is a flowchart relating to automatic focus adjustment control of a focus position detector including crosstalk amount suppression correction processing of Example 1 in the imaging apparatus of one embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置における合焦位置検出器による実施例1のクロストーク量抑圧補正処理に関する説明図である。7A and 7B are explanatory diagrams each illustrating a crosstalk amount suppression correction process of Example 1 by a focus position detector in an imaging device according to an embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置における合焦位置検出器による実施例1のクロストーク量抑圧補正処理に関する説明図である。7A and 7B are explanatory diagrams each illustrating a crosstalk amount suppression correction process of Example 1 by a focus position detector in an imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置における実施例2のクロストーク量抑圧補正処理を含む合焦位置検出器の自動焦点調節制御に関するフローチャートである。6 is a flowchart relating to automatic focus adjustment control of a focus position detector including crosstalk amount suppression correction processing of Example 2 in the imaging apparatus of one embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ本発明による一実施形態の撮像装置における合焦位置検出器による実施例2のクロストーク量抑圧補正処理に関する説明図である。(A), (b) is an explanatory view of the crosstalk amount suppression correction processing of Example 2 by the in-focus position detector in the imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明による一実施形態の撮像装置における実施例3のクロストーク量抑圧補正処理を含む合焦位置検出器の自動焦点調節制御に関するフローチャートである。13 is a flowchart relating to automatic focus adjustment control of a focus position detector including crosstalk amount suppression correction processing of Example 3 in the imaging apparatus of one embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の合焦位置検出器32及び撮像装置50について説明する。撮像装置50において、合焦位置検出器32は、撮像素子1から得られる位相差検出画素の画素出力を用いて合焦位置の検出(デフォーカス量の算出)を行う機能部として構成される。   Hereinafter, a focus position detector 32 and an imaging device 50 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the imaging device 50, the focus position detector 32 is configured as a functional unit that detects a focus position (calculates a defocus amount) using a pixel output of a phase difference detection pixel obtained from the image sensor 1.

〔撮像装置〕
図1は、本発明による一実施形態の撮像装置50の概略構成を示すブロック図であり、後述する既存の典型的な撮像素子1と、本発明に係る合焦位置検出器32を有しており、代表して、オートフォーカスシステムを備えたテレビジョンカメラとして構成した例を説明する。
(Imaging device)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image pickup apparatus 50 according to an embodiment of the present invention. The image pickup apparatus 50 includes an existing typical image pickup device 1 described later and a focus position detector 32 according to the present invention. Thus, as an example, an example in which the television camera is provided with an autofocus system will be described.

撮像装置50は、被写体を撮像レンズ2によって撮像素子1で結像させ、撮像素子1の出力を画像処理し、その画像データを表示部6や記録部7へと出力するよう構成され、概ね撮像光学系51と、信号処理系52と、入出力系53とに区分することができる。撮像光学系51は、被写体を撮像レンズ2によって撮像素子1に結像させ、撮像素子1はデジタル量の画素信号(画素値に対応する単位信号)を出力する。   The imaging device 50 is configured to form an image of a subject on the imaging device 1 by the imaging lens 2, perform image processing on an output of the imaging device 1, and output the image data to the display unit 6 and the recording unit 7. It can be divided into an optical system 51, a signal processing system 52, and an input / output system 53. The imaging optical system 51 forms an image of a subject on the imaging device 1 by the imaging lens 2, and the imaging device 1 outputs a digital amount of pixel signals (unit signals corresponding to pixel values).

信号処理系52は、入出力系53の操作部8からの操作指示をインターフェース(IF)制御部4により受け付け、IF制御部4は、その受け付けた操作に関する制御信号を撮像レンズ2やデジタル信号処理制御部3に出力する。また、IF制御部4は、デジタル信号処理制御部3に対し制御信号を送出するのみでなく画像処理に関する各種パラメータ(例えばガンマ値等)を得て操作部8に出力する機能を有する。特に、IF制御部4は、撮像レンズ2から、絞り・焦点距離・フォーカス等のレンズパラメータを取得し、デジタル信号処理制御部3や操作部8に出力する機能や、入出力系53の操作部8からの操作指示が自動焦点調節である場合など、レンズパラメータの変更に関する撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に出力する機能を有する。   The signal processing system 52 receives an operation instruction from the operation unit 8 of the input / output system 53 through the interface (IF) control unit 4, and the IF control unit 4 transmits a control signal related to the received operation to the imaging lens 2 or the digital signal processing. Output to the control unit 3. Further, the IF control unit 4 has a function of not only transmitting a control signal to the digital signal processing control unit 3 but also obtaining various parameters (for example, a gamma value) relating to image processing and outputting the parameters to the operation unit 8. In particular, the IF control unit 4 acquires lens parameters such as the aperture, focal length, and focus from the imaging lens 2 and outputs them to the digital signal processing control unit 3 and the operation unit 8, and the operation unit of the input / output system 53. In the case where the operation instruction from 8 is an automatic focus adjustment, for example, it has a function of outputting an imaging lens control signal relating to a change in lens parameters to the imaging lens 2.

デジタル信号処理制御部3は、IF制御部4からの操作指示に応じた各種動作を制御する。特に、デジタル信号処理制御部3は、デジタル信号処理部31、合焦位置検出器32、及び駆動制御部33を備えている。デジタル信号処理部31は、撮像素子1から得られるRGBの撮像画素の画素信号についてメモリ5に記憶し、更にはメモリ5から画素信号を読み出して所定の画像処理を施し、表示出力画素信号(テレビジョンカメラの映像フォーマットに準じた表示出力画素の信号)を構成して入出力系53の表示部6又は記録部7に出力する機能と、撮像素子1から得られる画素信号のうち位相差検出画素信号(位相差検出画素の画素値)を合焦位置検出器32に出力する機能と、を有する。   The digital signal processing control unit 3 controls various operations according to an operation instruction from the IF control unit 4. In particular, the digital signal processing control unit 3 includes a digital signal processing unit 31, a focus position detector 32, and a drive control unit 33. The digital signal processing unit 31 stores the pixel signals of the RGB image pickup pixels obtained from the image pickup device 1 in the memory 5, reads out the pixel signals from the memory 5, performs predetermined image processing, and performs a display output pixel signal (TV A function of composing a display output pixel signal according to the video format of the John camera and outputting the signal to the display unit 6 or the recording unit 7 of the input / output system 53, and a phase difference detection pixel among pixel signals obtained from the image sensor 1. And a function of outputting a signal (pixel value of a phase difference detection pixel) to the focus position detector 32.

また、駆動制御部33は、撮像素子1の撮像動作を制御するための撮像素子駆動信号を撮像素子1に供給する機能を有する。   Further, the drive control unit 33 has a function of supplying an image pickup device drive signal for controlling the image pickup operation of the image pickup device 1 to the image pickup device 1.

合焦位置検出器32は、撮像素子1から得られる画素信号のうち位相差検出画素信号を基に、焦点のずれ量であるデフォーカス量を算出して合焦位置を決定し自動焦点調節を行うための制御量の情報をIF制御部4に出力する機能を有する。これにより、IF制御部4は、当該撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に出力し、自動焦点調節に関するレンズパラメータを変更することができる。   The focus position detector 32 calculates a defocus amount, which is a focus shift amount, based on the phase difference detection pixel signal among the pixel signals obtained from the image sensor 1, determines a focus position, and performs automatic focus adjustment. It has a function of outputting information of a control amount to be performed to the IF control unit 4. Thus, the IF control unit 4 can output the imaging lens control signal to the imaging lens 2 and change lens parameters related to automatic focusing.

従って、撮像装置50は、撮像レンズ2とIF制御部4との間で電気的な信号通信の送受信を行うことができるため、撮像光学系51と信号処理系52とは、絞り・焦点距離・フォーカス等のレンズパラメータや、撮像素子1の露光情報などを共有することができる。そして、IF制御部4からの命令(撮像レンズ制御信号)によって撮像レンズ2の各種レンズパラメータを変更することが可能となっている。   Therefore, since the imaging device 50 can perform transmission and reception of electrical signal communication between the imaging lens 2 and the IF control unit 4, the imaging optical system 51 and the signal processing system 52 are connected to the aperture, the focal length, Lens parameters such as focus, exposure information of the image sensor 1, and the like can be shared. Various lens parameters of the imaging lens 2 can be changed by a command (imaging lens control signal) from the IF control unit 4.

尚、図1に示す撮像装置50の例では、入出力系53に表示部6、記録部7、及び操作部8を備える例を示しているが、本発明に係る撮像装置50としては、中継用のテレビジョンカメラなど、表示部6、記録部7、或いは操作部8を別装置で構成し、これら装置と通信する伝送装置を入出力系53に備えた形態とすることもできる。   In the example of the imaging device 50 illustrated in FIG. 1, an example is shown in which the input / output system 53 includes the display unit 6, the recording unit 7, and the operation unit 8. The display unit 6, the recording unit 7, or the operation unit 8 such as a television camera for another may be constituted by another device, and a transmission device for communicating with these devices may be provided in the input / output system 53.

〔撮像素子〕
まず、本発明による一実施形態の合焦位置検出器32及び撮像装置50について説明する前に、利用する撮像素子1の構成例について説明する。図2には、本発明による一実施形態の撮像装置50に係る撮像素子1における画素部11の画素配列を概略的に例示している。また、図3には、その撮像素子1における位相差検出画素113の配置を部分的に示している。撮像素子1は、既存の素子を利用することができ、典型的には、図2に示すように、赤(R)色用カラーフィルター(CFR)、緑(G)色用カラーフィルター(CFG)及び青(B)色用カラーフィルター(CFB)をベイヤー配列(GGBR)で4画素1組に配置して画素部11を形成している。
(Imaging device)
First, before describing the focus position detector 32 and the imaging device 50 according to an embodiment of the present invention, a configuration example of the imaging device 1 to be used will be described. FIG. 2 schematically illustrates a pixel arrangement of the pixel unit 11 in the image sensor 1 according to the imaging device 50 of the embodiment of the present invention. FIG. 3 partially shows the arrangement of the phase difference detection pixels 113 in the image sensor 1. As the imaging device 1, an existing device can be used. Typically, as shown in FIG. 2, a red (R) color filter (CFR) and a green (G) color filter (CFG) are used. And a color filter (CFB) for blue (B) color is arranged in a set of four pixels in a Bayer array (GGBR) to form the pixel portion 11.

尚、本発明に係る撮像素子1は、4画素1組のフィルター配列のうちG色用カラーフィルターの1つを白(W)色フィルターに置き換えたRGBW配列とするなど、他のカラーフィルター配列で構成することもできる。本願明細書中、このようなカラーフィルターを配置した画素を「撮像画素」と称する。   The image sensor 1 according to the present invention has another color filter array such as an RGBW array in which one of the G color filters is replaced with a white (W) color filter in a filter array of one set of four pixels. It can also be configured. In the present specification, a pixel on which such a color filter is arranged is referred to as an “imaging pixel”.

ところで、図2に示すように、撮像素子1における画素部11には、これらカラーフィルターによる撮像画素111とは別に、撮像画素間の位相差を検出するための対角2画素1組(図示するA画素,B画素)の位相差検出画素113が設けられ、この位相差検出画素113は、焦点を検出するための像面位相差検出素子として機能する。この位相差検出画素113には、発色に影響を与えることなく光量のみを所定量制限するNDフィルターを配置してもよいが、SN比の向上のためにカラーフィルターが設けられていない例を示している。そして、画素部11内に、対角2画素1組の位相差検出画素113が複数個所に離散的に配置される(図1参照)。また、位相差検出画素113に隣接して対角位置に一対のマスク114による遮光部が形成されている。マスク114の形状について様々な形状が想定されるが、本実施形態において、マスク114による位相差検出画素113の開口形状は、クロストーク除去性能に差が生じるとしても任意形状で一定の抑圧効果は生じるため、特に限定する必要はない。従って、本実施形態において、図2及び図3に示すようなX方向に開口率が50%となり、位相差検出画素113におけるA画素及びB画素の瞳分割方向が互いに鏡像関係となるよう形成したマスク114を例としている。   By the way, as shown in FIG. 2, in the pixel section 11 of the image sensor 1, a set of two diagonal pixels (shown in FIG. (A pixel, B pixel) phase difference detection pixel 113 is provided, and this phase difference detection pixel 113 functions as an image plane phase difference detection element for detecting a focus. The phase difference detection pixel 113 may be provided with an ND filter that limits only the light amount by a predetermined amount without affecting the color development, but an example in which a color filter is not provided to improve the SN ratio is shown. ing. Then, in the pixel section 11, a set of phase difference detection pixels 113 of two diagonal pixels is discretely arranged at a plurality of positions (see FIG. 1). Further, a light-shielding portion formed by a pair of masks 114 is formed adjacent to the phase difference detection pixel 113 at a diagonal position. Although various shapes are conceivable for the shape of the mask 114, in the present embodiment, the opening shape of the phase difference detection pixel 113 by the mask 114 has a certain suppression effect with an arbitrary shape even if a difference occurs in crosstalk removal performance. Therefore, there is no particular limitation. Therefore, in the present embodiment, the aperture ratio is 50% in the X direction as shown in FIGS. 2 and 3, and the pupil division directions of the A pixel and the B pixel in the phase difference detection pixel 113 are mirror images of each other. The mask 114 is taken as an example.

尚、図2及び図3に示す位相差検出画素113の配置では、4画素1組の撮像画素111と比較してR色及びB色の撮像画素111の画素位置に配置した例を示しているが、対角一対のG色の撮像画素111の画素位置に配置してもよい。   Note that the arrangement of the phase difference detection pixels 113 shown in FIGS. 2 and 3 shows an example in which the phase difference detection pixels 113 are arranged at the pixel positions of the R and B color imaging pixels 111 as compared with the set of four pixels. However, it may be arranged at a pixel position of a pair of diagonal G image pickup pixels 111.

そして、この対角2画素1組の位相差検出画素113は、焦点のずれ量であるデフォーカス量を算出して合焦位置を決定し自動焦点調節を行うのに用いられる。位相差検出画素113は、点対称に隣接した対角2画素1組のA画素,B画素として構成され、A画素,B画素は互いに水平・垂直方向に位相がずれた瞳分割位相差検出画素となる。   The phase difference detection pixels 113 of a pair of two diagonal pixels are used for calculating a defocus amount as a defocus amount, determining a focus position, and performing automatic focus adjustment. The phase difference detection pixel 113 is configured as a pair of diagonally adjacent two pixels A and B pixels symmetrically adjacent to each other, and the A pixel and the B pixel are pupil division phase difference detection pixels whose phases are shifted from each other in the horizontal and vertical directions. Becomes

尚、本願明細書中、A画素,B画素の瞳分割方向(図2及び図3における左右方向)をX方向、画素部11上でX方向に直交する方向(図2及び図3における上下方向)をY方向、XY平面に直交する方向を(図2及び図3における図示面に対し手前方向)をZ方向と規定する。   In the specification of the present application, the pupil division direction (horizontal direction in FIGS. 2 and 3) of the A pixel and the B pixel is the X direction, and the direction orthogonal to the X direction on the pixel unit 11 (the vertical direction in FIGS. 2 and 3). ) Is defined as a Y direction, and a direction perpendicular to the XY plane (a direction in front of the planes shown in FIGS. 2 and 3) is defined as a Z direction.

図4には、B色,G色行の撮像画素111と位相差検出画素113(A画素,B画素)の図3に示したx‐x’断面図を示している。撮像画素111は各カラーフィルターを通過して、基板上に形成されたフォトダイオード115で撮像レンズ2の全瞳領域からの光束を、マイクロレンズ116を介して受光可能である。一方、位相差検出画素113は撮像素子1のメタル配線117と、メタル電極等を利用したマスク(メタルマスク)114によって瞳分割方向(図4に示す横方向)の開口が制限されているため、撮像レンズ2の一部の瞳領域からの光束しか受光できない。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the imaging pixel 111 and the phase difference detection pixel 113 (A pixel and B pixel) of the B and G color rows, taken along the line x-x ′ shown in FIG. The imaging pixels 111 can receive light beams from all pupil regions of the imaging lens 2 through the microlenses 116 by the photodiodes 115 formed on the substrate, passing through the color filters. On the other hand, the opening of the phase difference detection pixel 113 in the pupil division direction (the horizontal direction shown in FIG. 4) is limited by the metal wiring 117 of the image sensor 1 and a mask (metal mask) 114 using a metal electrode or the like. Only light beams from a part of the pupil region of the imaging lens 2 can be received.

図5(a),(b)は、それぞれ本実施形態の撮像装置50に係る撮像素子1における位相差検出画素113について撮像レンズ2の瞳分割した光束に対する受光を説明する図であり、図4に示す位相差検出画素113(A画素,B画素)の断面と撮像レンズ2の瞳の関係を示している。ここで、マイクロレンズ116は撮像レンズ2の瞳とフォトダイオード115が略共役になるように設計してある。図5(a)に示すように、撮像レンズ2のX方向左の瞳領域を通る光束はB画素ではフォトダイオード115に到達できるが、A画素ではマスク114によって遮光されている。逆に、図5(b)に示すように、撮像レンズ2の右瞳領域を通る光束はA画素ではフォトダイオード115に到達できるが、B画素ではマスク114によって遮光されている。このようにマスク114の形状によって、位相差検出画素113へ入射される光束を撮像レンズ2の瞳位置に対応付けて制御することができる。   FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating light reception of the pupil-divided light flux of the imaging lens 2 for the phase difference detection pixel 113 in the imaging device 1 according to the imaging device 50 of the present embodiment, respectively. 3 shows the relationship between the cross section of the phase difference detection pixel 113 (A pixel, B pixel) and the pupil of the imaging lens 2. Here, the micro lens 116 is designed so that the pupil of the imaging lens 2 and the photodiode 115 are substantially conjugate. As shown in FIG. 5A, a light beam passing through the left pupil region of the imaging lens 2 in the X direction can reach the photodiode 115 in the B pixel, but is shielded from light by the mask 114 in the A pixel. Conversely, as shown in FIG. 5B, a light beam passing through the right pupil region of the imaging lens 2 can reach the photodiode 115 in the A pixel, but is shielded from light by the mask 114 in the B pixel. As described above, the light beam incident on the phase difference detection pixel 113 can be controlled in association with the pupil position of the imaging lens 2 by the shape of the mask 114.

ところで、位相差検出画素113を形成するためのマスク114と、撮像レンズ2の瞳が略共役であるので、位相差検出画素113に入射する光束は、撮像レンズ2に位相差検出画素113を形成するためのマスク114と略共役となる遮光板Sを撮像レンズ2に取り付けることと同様に考えることができる。そこで、図6〜図8では、撮像レンズ2側に略共益の遮光板Sを設けて、撮像レンズ2及び撮像素子1の中心軸(当該結像モデルでは光軸)方向に点光源を配置した結像モデルについて、それぞれ合焦時(図6)、点光源が合焦位置より前方時(図7)、点光源が合焦位置より後方時(図8)を示している。   By the way, since the mask 114 for forming the phase difference detection pixel 113 and the pupil of the imaging lens 2 are substantially conjugate, the light beam incident on the phase difference detection pixel 113 forms the phase difference detection pixel 113 on the imaging lens 2. It can be considered in the same manner as attaching the light shielding plate S, which is substantially conjugate to the mask 114, to the imaging lens 2. Therefore, in FIGS. 6 to 8, a substantially common light-shielding plate S is provided on the imaging lens 2 side, and a point light source is arranged in the center axis (optical axis in the image forming model) direction of the imaging lens 2 and the imaging device 1. Regarding the image forming model, the image is shown when focused (FIG. 6), when the point light source is ahead of the in-focus position (FIG. 7), and when the point light source is behind the in-focus position (FIG. 8).

また、図6〜図8の各図において、説明の便宜上、図示上段(a)には位相差検出画素113のA画素(位相差検出画素A)について、図示下段(b)には位相差検出画素113のB画素(位相差検出画素B)についての結像モデルに関する説明図を示している。また、図示上段(a)は、位相差検出画素Aの物理モデルを示す“(a−1)位相差検出画素Aの結像モデル”、その撮像素子1に結像した像を示す“(a−2)位相差検出画素Aの結像画像”、及び、その撮像素子1の中心軸近傍におけるα‐β線間の画素値の例を示す“(a−3)位相差検出画素Aのα‐β線間の画素値”についてそれぞれ対応させて図示している。同様に、図示下段(b)についても、位相差検出画素Bの物理モデルを示す“(b−1)位相差検出画素Bの結像モデル”、その撮像素子1に結像した像を示す“(b−2)位相差検出画素Bの結像画像”、及び、その撮像素子1の中心軸近傍におけるα‐β線間の画素値の例を示す“(b−3)位相差検出画素Bのα‐β線間の画素値”についてそれぞれ対応させて図示している。   In each of FIGS. 6 to 8, for convenience of explanation, the upper part (a) of the drawing shows the A pixel (phase difference detection pixel A) of the phase difference detection pixel 113, and the lower part (b) shows the phase difference detection pixel. FIG. 3 is an explanatory diagram related to an imaging model of a B pixel (a phase difference detection pixel B) of a pixel 113. FIG. The upper part (a) of the figure shows “(a-1) an imaging model of the phase difference detection pixel A” indicating a physical model of the phase difference detection pixel A, and “(a) indicating an image formed on the image sensor 1 thereof. -2) Image formed by phase difference detection pixel A "and" (a-3) α of phase difference detection pixel A showing an example of pixel values between α-β lines near the central axis of the image sensor 1 The pixel values between -β lines are shown in correspondence with each other. Similarly, also in the lower part (b) of the figure, “(b-1) an imaging model of the phase difference detection pixel B” indicating a physical model of the phase difference detection pixel B, and “an image formed on the image sensor 1” (B-2) Image formed by phase difference detection pixel B "and" (b-3) Phase difference detection pixel B showing an example of pixel values between α-β lines near the central axis of the image sensor 1 Are shown in correspondence with each other.

合焦時では、図6(a),(b)にそれぞれ示すように、隣り合う位相差検出画素A,Bのそれぞれの結像画像はいずれも同じ中心軸で真円状となり、これに応じて位相差検出画素A,Bの画素値はいずれも同じとなる。   At the time of focusing, as shown in FIGS. 6A and 6B, the image formed by each of the phase difference detection pixels A and B adjacent to each other becomes a perfect circle with the same center axis. Accordingly, the pixel values of the phase difference detection pixels A and B are the same.

一方、点光源が合焦位置より前方となるときのボケ状態では、図7(a),(b)にそれぞれ示すように、隣り合う位相差検出画素A,Bの結像画像はX軸(瞳分割)方向へ中心軸に対し鏡像の拡径した半円になり、α‐β線間の画素値の広がり具合の中心位置は図6に示す合焦時に比べてX軸(瞳分割)方向中央から、位相差検出画素AではDa、位相差検出画素Bでは逆方向にDa(即ち、−Da)だけ離れたものとなる。これに応じて位相差検出画素A,Bの画素値も差が生じたものとなる。   On the other hand, in a blurred state when the point light source is ahead of the in-focus position, as shown in FIGS. 7A and 7B, the image formed by the adjacent phase difference detection pixels A and B is on the X-axis ( In the direction of the pupil, the mirror image becomes a semicircle whose diameter is enlarged with respect to the central axis, and the center position of the degree of the spread of the pixel values between the α-β lines is in the X-axis (pupil division) direction as compared with the focusing state shown in FIG. The phase difference detection pixel A is separated from the center by Da and the phase difference detection pixel B is separated by Da (that is, −Da) in the opposite direction. Accordingly, the pixel values of the phase difference detection pixels A and B are also different.

また、点光源が合焦位置より後方となるときのボケ状態では、図8(a),(b)にそれぞれ示すように、隣り合う位相差検出画素A,Bの結像画像はX軸(瞳分割)方向へ中心軸に対し鏡像の拡径した図7とは逆の関係となる半円になり、α‐β線間の画素値の広がり具合の中心位置は図6に示す合焦時に比べてX軸(瞳分割)方向中央から、位相差検出画素Aでは−Da’、位相差検出画素BではDa’だけ離れたものとなる。これに応じて位相差検出画素A,Bの画素値も図7とは逆の関係で差が生じたものとなる。   In the blurred state when the point light source is located behind the in-focus position, as shown in FIGS. 8A and 8B, the image formed by the adjacent phase difference detection pixels A and B is on the X-axis ( In the direction of pupil division), a semicircle having a relationship opposite to that of FIG. 7 in which the mirror image is enlarged with respect to the center axis in the direction is obtained. In comparison, the phase difference detection pixel A is separated by −Da ′ and the phase difference detection pixel B is separated by Da ′ from the center of the X axis (pupil division) direction. In response to this, the pixel values of the phase difference detection pixels A and B are different from each other in a relationship opposite to that of FIG.

このように位相差検出画素113のA,B画素(位相差検出画素A,B)の結像のずれ量(図7に示すDa、図8に示すDa')を算出して、そのずれ量から三角測量の要領でデフォーカス量を算出することができる。また、A画素を基準にしてB画素がX軸方向のプラス方向にあるのかマイナス方向にあるのかを把握することによって、被写体が合焦位置より前方にあるのか後方にあるのかも検知することができる(B画素を基準にしてA画素の位置を把握するとしてもよい)。ここで、本例では、X軸方向に瞳分割を行っている例を示しているが、Y軸方向やXY平面の対角方向に瞳分割を行っても同様にデフォーカス量を算出することができる。   In this way, the image shift amounts (Da shown in FIG. 7 and Da ′ shown in FIG. 7) of the A and B pixels (phase difference detect pixels A and B) of the phase difference detection pixel 113 are calculated, and the shift amounts are calculated. , The defocus amount can be calculated in the manner of triangulation. Also, by grasping whether the B pixel is in the plus direction or the minus direction of the X-axis direction with reference to the A pixel, it is also possible to detect whether the subject is ahead or behind the in-focus position. Yes (the position of A pixel may be grasped based on B pixel). Here, in this example, an example is shown in which pupil division is performed in the X-axis direction. However, even when pupil division is performed in the Y-axis direction or the diagonal direction of the XY plane, the defocus amount can be calculated similarly. Can be.

(デフォーカス量の算出)
このような位相差検出画素113を用いたデフォーカス量の算出方法には、様々な方法が想定されるが、その従来技法の一例として、式(1)に示すような一対の像の差の絶対値を加算したものがある(例えば、特許文献1参照)。
(Calculation of defocus amount)
Various methods are conceivable as a method of calculating the defocus amount using the phase difference detection pixel 113. One example of the conventional technique is a method of calculating the difference between a pair of images as shown in Expression (1). There is one in which an absolute value is added (for example, see Patent Document 1).

式(1)において、Aij,Bijは、複数の撮像画素111が格子配列される画素部11内に、離散的に配置される対角2画素1組の位相差検出画素113(位相差検出画素A,B)のj列目i番目の画素値を表しており、niは相関演算に用いる画素数、njは相関演算を行う一対の像の列方向の数であり、ni,njは測距視野長(測距する視野長)等に応じて適切に設定される。 In the equation (1), A ij and B ij represent two sets of two diagonal pixels that are discretely arranged in the pixel unit 11 in which the plurality of imaging pixels 111 are arranged in a grid. Represents the i-th pixel value of the j-th column of the detection pixels A and B), where ni is the number of pixels used for the correlation operation, nj is the number of a pair of images to be subjected to the correlation operation in the column direction, and ni and nj are The distance is appropriately set in accordance with the length of the field of view for measuring (field of view for measuring the distance).

式(1)に基づくデフォーカス量の算出は、相関演算値COR(k)が最小となる視差kを合焦位置として求めるものである。このとき、画素値のSN比を考慮し位相差検出画素113の信号レベルによって自動焦点調節を行うか否かの閾値を設けるのが一般的である。また、相関演算に用いる画素数(ni,nj)の決定には、画素部11の検出位置、像高や撮像レンズ2のレンズ性能(レンズパラメータ)、及びその信号レベルによって予め定めた基準値内の位相差検出画素113を相関演算の対象として決定する。   The calculation of the defocus amount based on the expression (1) is to obtain the parallax k at which the correlation operation value COR (k) becomes minimum as the focus position. At this time, it is general to set a threshold value for determining whether or not to perform automatic focus adjustment based on the signal level of the phase difference detection pixel 113 in consideration of the SN ratio of the pixel value. In addition, the number of pixels (ni, nj) used for the correlation calculation is determined based on the detection position of the pixel unit 11, the image height, the lens performance of the imaging lens 2 (lens parameters), and a reference value predetermined based on the signal level thereof. Is determined as the target of the correlation calculation.

ところで、式(1)に基づいてデフォーカス量を算出する例を示したが、他の如何なるデフォーカス量の算出方法であっても、像面位相差方式の自動焦点調節を行う限り位相差検出画素113のA,B画素(位相差検出画素A,B)の画素値の信号成分の確度(精度)が重要となる。例えば、位相差検出画素A,Bにランダム性のノイズが付加される場合であれば、被写体にも依存するが式(1)のni,njの数を増やし複数行列について計算する等によりSN比を改善し、デフォーカス量の算出精度を向上させることができる。   By the way, the example of calculating the defocus amount based on the equation (1) has been described. However, any other method of calculating the defocus amount can detect the phase difference as long as the automatic focusing by the image plane phase difference method is performed. The accuracy (accuracy) of the signal components of the pixel values of the A and B pixels (the phase difference detection pixels A and B) of the pixel 113 is important. For example, if random noise is added to the phase difference detection pixels A and B, the S / N ratio is calculated by increasing the number of ni and nj in Expression (1) and calculating for a plurality of matrices, depending on the subject. And the accuracy of calculating the defocus amount can be improved.

しかしながら、この位相差検出画素113に近傍画素からのクロストークが発生すると、そのデフォーカス量の算出精度が低下する。即ち、位相差検出画素113の近傍画素からのクロストークは、ランダム性のものではないため、式(1)のni,njの数を増やしてもその影響を軽減することができない。従って、別途、そのクロストーク量を補正するための処理が必要となる。   However, when crosstalk from the neighboring pixels occurs in the phase difference detection pixel 113, the calculation accuracy of the defocus amount decreases. That is, since the crosstalk from the pixels near the phase difference detection pixel 113 is not random, even if the number of ni and nj in the equation (1) is increased, the effect cannot be reduced. Therefore, a separate process for correcting the crosstalk amount is required.

ここで、図9を参照して位相差検出画素113におけるクロストークが発生する原因について位相差検出画素113のB画素(位相差検出画素B)に対し隣接画素を構成するG色カラーフィルター(CFG)の撮像画素111からのクロストークを例にして説明する。第1のクロストーク発生原因は、図中の光線L1のような位相差検出画素Bの当該隣接画素に入射する光である。光線L1は位相差検出画素Bの当該隣接画素となるフォトダイオード115の深部や外部に光電変換された電子が発生し、この電子が拡散することで位相差検出画素Bの光電変換部等(例えばフォトダイオード115)に漏れこむ。第2の原因は光線L2のように画素部のメタル配線117等で反射し、位相差検出画素Bの光電変換部(フォトダイオード115)に漏れこむ。光線L1のクロストーク量は光線の波長により変わり、長波長ほど漏れこみやすい。光線L1,L2ともに入射光角度がマイクロレンズ116の光軸に対して為す角度が大きいほど影響も大きくなる。また、撮像レンズ2の絞り値や位相差検出画素113の画素部11における配列位置によっても入射光角度が異なるので、光線L1,L2の影響を受ける。図9から、理想的には位相差検出画素Bには図中の撮像レンズ2の右側の光線は入ってこないはずであるが、クロストークの発生により位相差検出画素Bの画素値は右側光線成分も持つことになる。また、位相差検出画素Bにはその隣接画素から左側光線成分についてもクロストークが発生するが図中には示していない。   Here, referring to FIG. 9, regarding the cause of the occurrence of crosstalk in the phase difference detection pixel 113, a G color filter (CFG) constituting a pixel adjacent to the B pixel (phase difference detection pixel B) of the phase difference detection pixel 113. The crosstalk from the imaging pixel 111) will be described as an example. The first cause of the crosstalk is light incident on the adjacent pixel of the phase difference detection pixel B, such as the light ray L1 in the drawing. The light beam L1 generates photoelectrically converted electrons in a deep portion or outside of the photodiode 115, which is an adjacent pixel of the phase difference detection pixel B, and the electrons are diffused so that the photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel B (for example, Leaks into the photodiode 115). The second cause is that the light ray L2 is reflected by the metal wiring 117 of the pixel portion or the like and leaks into the photoelectric conversion portion (photodiode 115) of the phase difference detection pixel B. The crosstalk amount of the light beam L1 changes according to the wavelength of the light beam, and the longer the wavelength, the more easily the light leaks. The greater the angle between the incident light angles of the light beams L1 and L2 with respect to the optical axis of the microlens 116, the greater the effect. Further, the incident light angle varies depending on the aperture value of the imaging lens 2 and the arrangement position of the phase difference detection pixels 113 in the pixel section 11, and is thus affected by the light rays L1 and L2. From FIG. 9, ideally, the light beam on the right side of the imaging lens 2 in the figure should not enter the phase difference detection pixel B, but the pixel value of the phase difference detection pixel B becomes Will also have components. Crosstalk also occurs in the phase difference detection pixel B with respect to the left ray component from the adjacent pixel, but is not shown in the drawing.

次に、このようなクロストークがどのように位相差検出画素113に影響を与えるかについて、図10〜図12を参照して説明する。図10〜図12は、前述した図6〜図8と対応させて、撮像レンズ2側に略共益の遮光板Sを設けて、撮像レンズ2及び撮像素子1の中心軸(当該結像モデルでは光軸)方向に点光源を配置した結像モデルについてクロストークを考慮した場合を示しており、それぞれ合焦時(図10)、点光源が合焦位置より前方時(図11)、点光源が合焦位置より後方時(図12)を示している。   Next, how such crosstalk affects the phase difference detection pixel 113 will be described with reference to FIGS. FIGS. 10 to 12 correspond to FIGS. 6 to 8 described above in which a substantially common light-shielding plate S is provided on the imaging lens 2 side, and the central axes of the imaging lens 2 and the imaging device 1 (in the image forming model, The figure shows a case in which crosstalk is considered for an imaging model in which a point light source is arranged in the (optical axis) direction. When focused (FIG. 10), when the point light source is ahead of the focused position (FIG. 11), respectively, Indicates a position behind the in-focus position (FIG. 12).

そして、図10〜図12の各図において、前述した図6〜図8と対応させて、図示上段(a)には位相差検出画素113のA画素(位相差検出画素A)について、図示下段(b)には位相差検出画素113のB画素(位相差検出画素B)についてのクロストークを考慮した結像モデルに関する説明図を示している。   In each of FIGS. 10 to 12, corresponding to FIGS. 6 to 8 described above, the upper part (a) of the drawing shows the A pixel (phase difference detection pixel A) of the phase difference detection pixel 113 and the lower part of the drawing. FIG. 3B is an explanatory diagram related to an imaging model of a B pixel (phase difference detection pixel B) of the phase difference detection pixel 113 in consideration of crosstalk.

尚、図10〜図12に示す結像モデルでは、クロストークで位相差検出画素113に漏れ込みがある場合を示しており、図6〜図8との違いはクロストークによる漏れ込みがあるので、図中の撮像レンズ2前の遮光板Sが100%遮光ではなく、減光フィルターのような振る舞いになることである。画素サイズや位相差検出画素113の配列位置によって遮光板Sの透過率分布は異なるものとなる。ここでは説明の簡便化のため透過率分布は一定とし、遮光側のクロストーク成分のみ発生するとして、信号成分の入射光側からのクロストーク成分は無視している。ただし、本発明に係る合焦位置検出器32では、画素サイズや位相差検出画素113の配列位置によって遮光板Sの透過率分布は異なることを想定しており、詳細に後述する実施例1〜3のクロストーク量抑圧補正処理により、遮光側と入射光側によるクロストーク成分を勘案しても好適にそのクロストーク量を抑圧するものとなっている。   Note that the imaging models shown in FIGS. 10 to 12 show a case where the phase difference detection pixel 113 has leakage due to crosstalk, and the difference from FIGS. 6 to 8 is that there is leakage due to crosstalk. The light shielding plate S in front of the imaging lens 2 in the drawing is not 100% light-shielded, but behaves like a neutral density filter. The transmittance distribution of the light shielding plate S differs depending on the pixel size and the arrangement position of the phase difference detection pixels 113. Here, for the sake of simplicity, the transmittance distribution is assumed to be constant, and only the crosstalk component on the light blocking side is generated, and the crosstalk component of the signal component from the incident light side is ignored. However, in the focus position detector 32 according to the present invention, it is assumed that the transmittance distribution of the light-shielding plate S differs depending on the pixel size and the arrangement position of the phase difference detection pixels 113. The crosstalk amount suppression correction process 3 appropriately suppresses the crosstalk amount even when the crosstalk components on the light shielding side and the incident light side are taken into account.

まず、クロストークを考慮した合焦時においても、図10(a),(b)にそれぞれ示すように、図6の合焦時と同様であり、隣り合う位相差検出画素A,Bのそれぞれの結像画像はいずれも同じ中心軸で真円状となり、これに応じて位相差検出画素A,Bの画素値はいずれも同じとなる。   First, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), at the time of focusing in consideration of crosstalk, it is the same as that at the time of focusing of FIG. 6, and each of the phase difference detection pixels A and B adjacent to each other. Are formed in a perfect circle with the same center axis, and accordingly, the pixel values of the phase difference detection pixels A and B are the same.

しかしながら、点光源が合焦位置の前方にあるボケ状態の場合、遮光板Sによる遮光が100%であれば位相差検出画素A,Bの結像画像はそれぞれ図7(a),(b)のような半円となるが、図11(a),(b)にそれぞれ示すようにクロストークを考慮すると、その結像画像における信号成分の半円に対し当該遮光板Sの透過率の比率で減光されたクロストーク成分が対称的な半円として結像される。例えば、図7の例で式(1)をα‐β線間で適用した結果、位相差検出画素A,Bの視差kがk=2×Daとして得られるべきとしても、図11の例では、式(1)を同条件で適用してもそのクロストーク成分の影響で位相差検出画素A,Bの視差kがk=2×Daとして得ることができない。   However, in the case where the point light source is in the blurred state in front of the in-focus position, if the light shielding by the light shielding plate S is 100%, the image formed by the phase difference detection pixels A and B will be respectively shown in FIGS. However, considering crosstalk as shown in FIGS. 11A and 11B, the ratio of the transmittance of the light shielding plate S to the semicircle of the signal component in the formed image is considered. The crosstalk component attenuated by the above is imaged as a symmetrical semicircle. For example, as a result of applying Equation (1) between α-β lines in the example of FIG. 7, the parallax k of the phase difference detection pixels A and B should be obtained as k = 2 × Da. Even if Equation (1) is applied under the same condition, the parallax k of the phase difference detection pixels A and B cannot be obtained as k = 2 × Da due to the influence of the crosstalk component.

点光源が合焦位置の後方にあるボケ状態の場合も同様に、図12(a),(b)にそれぞれ示すようにクロストークを考慮すると、位相差検出画素A,Bの結像画像は信号成分の半円に対し当該遮光板Sの透過率の比率で減光されたクロストーク成分が対称的な半円として結像される。このため、図7の例で式(1)を適用して得られるべき視差kが、図12に示す例では異なる視差の値となってしまう。   Similarly, when the point light source is in the blurred state behind the in-focus position, the cross-talk is taken into consideration as shown in FIGS. The crosstalk component reduced in the ratio of the transmittance of the light shielding plate S to the semicircle of the signal component is imaged as a symmetrical semicircle. For this reason, the disparity k to be obtained by applying the equation (1) in the example of FIG. 7 becomes a different value of the disparity in the example shown in FIG.

このような原理で、位相差検出画素113に近傍画素からのクロストークが発生すると、そのデフォーカス量の算出精度が低下する。このクロストーク量は、撮像レンズ2の絞り値や位相差検出画素113の配列位置、被写体の像高・色によっても異なるので、単純な固定の補正値によって補正することはできない。このため、非特許文献2の技法では、撮像レンズの個体認識・絞り値、被写体の像高・色、位相差検出画素の配列位置等の数多くのパラメータに対応させた補正テーブルを多数持つことを提案しているが、膨大な数の補正テーブルが必要となり実用的とは云えない。   When crosstalk occurs from a neighboring pixel in the phase difference detection pixel 113 based on such a principle, the calculation accuracy of the defocus amount decreases. This crosstalk amount differs depending on the aperture value of the imaging lens 2, the arrangement position of the phase difference detection pixels 113, the image height and color of the subject, and cannot be corrected by a simple fixed correction value. For this reason, the technique of Non-Patent Document 2 requires a large number of correction tables corresponding to a number of parameters such as the individual recognition / aperture value of the imaging lens, the image height / color of the subject, and the arrangement position of the phase difference detection pixels. Although a proposal is made, an enormous number of correction tables are required, which is not practical.

〔合焦位置検出器〕
そこで、図1に示す本実施形態の撮像装置50では、合焦位置検出器32により、以下に説明する各実施例のクロストーク量抑圧補正処理を実行し、その後、デフォーカス量を算出し合焦位置調節制御を行う。
(Focus position detector)
Therefore, in the imaging device 50 of the present embodiment shown in FIG. 1, the crosstalk amount suppression correction processing of each example described below is executed by the focus position detector 32, and then the defocus amount is calculated and calculated. Perform focus position adjustment control.

より具体的には、合焦位置検出器32は、画素部11における焦点調節対象領域内の対角2画素1組の位相差検出画素113を構成するA,B画素(位相差検出画素A,B)の各画素値の双方を用いた各実施例のクロストーク量抑圧補正処理に基づいて、これら各画素値について互いに相関性のあるクロストーク量を抑制するよう補正した補正画素値をそれぞれ算出する。そして、合焦位置検出器32は、焦点調節対象領域内の当該対角2画素1組の位相差検出画素113の画素群について、位相差検出画素A,Bの各々に対する当該補正画素値を用いた式(1)等の相関演算処理を実行することによりデフォーカス量を算出する。   More specifically, the focus position detector 32 includes A and B pixels (phase difference detection pixels A, B) constituting a set of two diagonal pixels in the focus adjustment target area in the pixel unit 11. Based on the crosstalk amount suppression correction processing of each embodiment using both the pixel values of B), corrected pixel values corrected so as to suppress the crosstalk amount correlated with each of these pixel values are calculated. I do. Then, the focus position detector 32 uses the corrected pixel value for each of the phase difference detection pixels A and B for the pixel group of the pair of phase difference detection pixels 113 in the diagonal two pixels in the focus adjustment target area. The defocus amount is calculated by executing the correlation calculation processing such as the equation (1).

まず、実施例1のクロストーク量抑圧補正処理として、隣接する位相差検出画素A,Bでは近似的に同量のクロストーク成分が発生するとみなしたときの処理例を説明する。続いて、実施例2,3のクロストーク量抑圧補正処理として、隣接する位相差検出画素A,Bでは異なる量のクロストーク成分が発生するとみなしたときの処理例を説明する。   First, as a crosstalk amount suppression correction process according to the first embodiment, an example of a process when it is assumed that approximately the same amount of crosstalk components occur in adjacent phase difference detection pixels A and B will be described. Subsequently, as the crosstalk amount suppression correction processing of the second and third embodiments, a processing example when it is assumed that different amounts of crosstalk components occur in the adjacent phase difference detection pixels A and B will be described.

(実施例1)
図13は、本実施形態の撮像装置50における実施例1のクロストーク量抑圧補正処理を含む合焦位置検出器32の自動焦点調節制御に関するフローチャートである。
(Example 1)
FIG. 13 is a flowchart relating to the automatic focus adjustment control of the focus position detector 32 including the crosstalk amount suppression correction processing of Example 1 in the imaging device 50 of the present embodiment.

図13に示す合焦位置検出器32の自動焦点調節制御に係る処理は、所定間隔ごとに連続的に行うことができる。撮像素子1の画素信号は、撮像される度にメモリ5に記憶されることから、合焦位置検出器32は、デジタル信号処理部31を経てメモリ5から撮像素子1の画素部11の複数個所に配置された焦点調節対象領域内の各位相差検出画素113の位相差検出画素信号(画素値)を読み出す(ステップS1)。   The processing related to the automatic focus adjustment control of the focus position detector 32 shown in FIG. 13 can be continuously performed at predetermined intervals. Since the pixel signal of the image sensor 1 is stored in the memory 5 each time an image is captured, the in-focus position detector 32 is transmitted from the memory 5 via the digital signal processor 31 to a plurality of locations of the pixel unit 11 of the image sensor 1. Then, a phase difference detection pixel signal (pixel value) of each phase difference detection pixel 113 in the focus adjustment target area arranged in is read (step S1).

続いて、合焦位置検出器32は、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルを測定し(ステップS2)、当該信号のSN比を考慮して所定の閾値以上であるか否かを判別する(ステップS3)。即ち、位相差検出画素113の画素値が低レベルであるとノイズの影響によりデフォーカス量の算出精度が著しく低下し誤った方向に撮像レンズ2の合焦位置調節を行ってしまう場合がある。そのため、画素部における焦点調節対象領域内の位相差検出画素113の画素値に閾値を設けて合焦位置調節を行うか行わないかを事前に決定する。この閾値は撮像素子1やデフォーカス量の算出方法等に応じて予め設定される。   Subsequently, the focus position detector 32 measures the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal (Step S2), and determines whether or not the signal level is equal to or larger than a predetermined threshold value in consideration of the SN ratio of the signal. (Step S3). That is, when the pixel value of the phase difference detection pixel 113 is low, the calculation accuracy of the defocus amount is significantly reduced due to the influence of noise, and the focus position of the imaging lens 2 may be adjusted in an incorrect direction. For this reason, a threshold value is provided for the pixel value of the phase difference detection pixel 113 in the focus adjustment target area in the pixel portion, and it is determined in advance whether or not to perform the focus position adjustment. This threshold is set in advance according to the imaging device 1, the method of calculating the defocus amount, and the like.

続いて、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルが所定の閾値未満であるとき、合焦位置検出器32は焦点検出不能と判定して(ステップS3:No)、今回の合焦位置検出の処理を終了する。一方、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルが所定の閾値以上であるとき、合焦位置検出器32は焦点検出可能と判定して(ステップS3:Yes)、ステップS4に移行する。   Subsequently, when the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal is less than the predetermined threshold value, the focus position detector 32 determines that the focus cannot be detected (Step S3: No), and the focus position detection for the current focus position detection is performed. The process ends. On the other hand, when the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal is equal to or higher than the predetermined threshold, the focus position detector 32 determines that the focus can be detected (Step S3: Yes), and proceeds to Step S4.

焦点検出可能な位相差検出画素信号に関して、合焦位置検出器32は、相関演算の画素数(ni,nj)を決定し(ステップS4)、以下に説明するように画素部11における焦点調節対象領域内で後述する式(2)及び式(3)を用いて実施例1のクロストーク量抑圧補正処理を実行し(ステップS5)、これによって画素部11における焦点調節対象領域内の全ての対角2画素一組の位相差検出画素113の画素群について、クロストーク量を抑制した位相差検出画素113の補正画素値DAij’,DBij’が得られる。続いて、合焦位置検出器32は、補正画素値DAij’,DBij’を用いて式(1)等のデフォーカス量算出式に基づく相関演算処理を実行することによりデフォーカス量を算出し(ステップS6)、撮像レンズ2の自動焦点調節の実行をIF制御部4に指示する(ステップS7)。これにより、IF制御部4は、撮像レンズ2の位置を動かすための撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に対し出力し、合焦位置調節を行う。尚、デフォーカス量の算出方法によっては、クロストーク量の抑圧補正とデフォーカス量算出の式を統合して一括して計算する形態としてもよい。 The focus position detector 32 determines the number of pixels (ni, nj) for the correlation operation with respect to the phase difference detection pixel signal for which the focus can be detected (step S4), and the focus adjustment target in the pixel unit 11 as described below. The crosstalk amount suppression correction processing of the first embodiment is executed in the region using Expressions (2) and (3) described later (Step S5), whereby all pairs in the focus adjustment target region in the pixel unit 11 are obtained. With respect to the pixel group of the phase difference detection pixels 113 of a set of two corner pixels, the corrected pixel values D Aij ′ and D Bij ′ of the phase difference detection pixels 113 in which the amount of crosstalk is suppressed are obtained. Subsequently, the in-focus position detector 32 calculates the defocus amount by executing a correlation calculation process based on the defocus amount calculation formula such as Expression (1) using the corrected pixel values D Aij ′ and D Bij ′. Then, the control unit 4 instructs the IF control unit 4 to execute the automatic focus adjustment of the imaging lens 2 (step S7). Thereby, the IF control unit 4 outputs an imaging lens control signal for moving the position of the imaging lens 2 to the imaging lens 2 and adjusts the focus position. Note that, depending on the method of calculating the defocus amount, a form in which the expression for the suppression of the crosstalk amount and the formula for calculating the defocus amount are integrated and the collective calculation may be performed.

前述した図2及び図3にて、位相差検出画素113のA,B画素(位相差検出画素A,B)は、対角2画素1組として対角方向に近接しておりX軸方向i番目、Y軸方向j番目の位相差検出画素A,Bの画素値をそれぞれDAij,DBijとすると、画素値DAijは、信号成分SAij及びクロストーク成分NAijからなり、画素値DBijは、信号成分SBij及びクロストーク成分NBijからなる。 2 and 3, the pixels A and B (phase difference detection pixels A and B) of the phase difference detection pixel 113 are close to each other in a diagonal direction as a pair of two diagonal pixels, and are in the X-axis direction i. Assuming that the pixel values of the J-th and j-th phase difference detection pixels A and B in the Y-axis direction are D Aij and D Bij , respectively, the pixel value D Aij is composed of a signal component S Aij and a crosstalk component N Aij , and the pixel value D Aij Bij is composed of a signal component S Bij and a crosstalk component N Bij .

例えば、位相差検出画素A,Bのα‐β線間の画素値に関して図14(a),(b)を参照して説明すると、図14(a),(b)では、クロストーク成分NAij、信号成分SAij、及び画素値DAijについてはそれぞれ「N」,「S」 ,「D」とし、クロストーク成分NBij、信号成分SBij、及び画素値DBijについてはそれぞれ「N」,「S」 ,「D」として図示しているが、画素値DAij,DBijの実際の波形はそれぞれSAij+NAij,SBij+NBijとなる。 For example, pixel values between α-β lines of the phase difference detection pixels A and B will be described with reference to FIGS. 14A and 14B. In FIGS. 14A and 14B, the crosstalk component N Aij , the signal component S Aij , and the pixel value D Aij are respectively “N A ”, “S A ”, and “D A ”, and the crosstalk component N Bij , the signal component S Bij , and the pixel value D Bij are respectively. "N B", "S B" is illustrated as "D B", the pixel value D Aij, each actual waveform of D Bij S Aij + N Aij, the S Bij + N Bij.

このため、式(1)におけるAij,Bijにそれぞれ画素値DAij,DBijを適用して相関演算値COR(k)を求めると、図10〜図12に示す結像モデルを例に説明したように、デフォーカス量の算出精度が低下してしまう。 For this reason, when the correlation operation value COR (k) is obtained by applying the pixel values D Aij and D Bij to A ij and B ij in the equation (1), the imaging model shown in FIGS. As described above, the calculation accuracy of the defocus amount decreases.

そこで、本発明に係る実施例1のクロストーク量抑圧補正処理では、信号成分SAij及びクロストーク成分NAijからなる画素値DAijと、信号成分SBij及びクロストーク成分NBijからなる画素値DBijとの対角方向に近接していることの相関性を利用して、位相差検出画素A,Bの補正画素値DAij’,DBij’を求めるようにする。そして、デフォーカス量の算出時に、この補正画素値DAij’,DBij’をそれぞれ式(1)におけるAij,Bijに適用し相関演算値COR(k)を求めてこれが最小となるkの値を定めるようにする。 Therefore, crosstalk amount suppression correction process in Example 1 according to the present invention, the signal component S Aij and the pixel value D Aij consisting crosstalk components N Aij, pixel values consisting of the signal component S Bij and crosstalk component N Bij The correction pixel values D Aij ′, D Bij ′ of the phase difference detection pixels A, B are obtained by utilizing the correlation of the proximity with D Bij in the diagonal direction. Then, when calculating the defocus amount, the corrected pixel values D Aij ′ and D Bij ′ are applied to A ij and B ij in the equation (1), respectively, to obtain the correlation operation value COR (k), and to obtain the minimum k Determine the value of.

即ち、実施例1のクロストーク量抑圧補正処理では、位相差検出画素Aの画素値DAijから位相差検出画素Bの画素値DBijを差分しゼロ値で下限制限した値を位相差検出画素Aの補正画素値DAij’とし、位相差検出画素Bの画素値DBijから位相差検出画素Aの画素値DAijを差分しゼロ値で下限制限した値を位相差検出画素Bの補正画素値DBij’として算出する。 That is, in the crosstalk amount suppression correction processing according to the first embodiment, a value obtained by subtracting the pixel value D Bij of the phase difference detection pixel B from the pixel value D Aij of the phase difference detection pixel A and limiting the lower limit with a zero value is used as the phase difference detection pixel. A corrected pixel value D Aij ′ of A, and a value obtained by subtracting the pixel value D Aij of the phase difference detection pixel A from the pixel value D Bij of the phase difference detection pixel B and limiting the lower limit with a zero value to the correction pixel of the phase difference detection pixel B It is calculated as the value D Bij ′.

より具体的には、本実施例では位相差検出画素A,Bのクロストーク成分NAij,NBijを近似的に同等とみなして、図15(a),(b)にそれぞれ示すように、位相差検出画素A,Bの画素値DAij,DBijをそれぞれ式(2)及び式(3)を用いて補正し、補正画素値DAij’,DBij’を求める。図15(a),(b)では、クロストーク成分NAij、信号成分SAij、及び画素値DAijについてはそれぞれ「N」,「S」 ,「D」とし、クロストーク成分NBij、信号成分SBij、及び画素値DBijについてはそれぞれ「N」,「S」 ,「D」として図示している。クロストーク成分NAij,NBijは、それぞれ異なる値でもよく、図10〜図12の結像モデル中の遮光板Sの透過率を一定とはしていない場合に相当する。 More specifically, in the present embodiment, assuming that the crosstalk components N Aij and N Bij of the phase difference detection pixels A and B are approximately equivalent, as shown in FIGS. The pixel values D Aij , D Bij of the phase difference detection pixels A, B are corrected using Expressions (2) and (3), respectively, to obtain corrected pixel values D Aij ′, D Bij ′. In FIG. 15 (a), (b) , the crosstalk component N Aij, the signal component S Aij, and respectively for the pixel value D Aij "N A", and "S A", "D A" cross-talk component N bij, the signal component S bij, and respectively for the pixel value D bij "N B", illustrated as "S B", "D B". The crosstalk components N Aij and N Bij may have different values, respectively, and correspond to a case where the transmittance of the light shielding plate S in the imaging models of FIGS. 10 to 12 is not constant.

これにより、クロストーク量を抑圧した位相差検出画素A,Bの補正画素値DAij’,DBij’を得ることができ、この補正画素値DAij’,DBij’は、効果的に図6〜図7に示す結像モデルに適用することができる。また、位相差検出画素A,Bの画素値を読み出す回路を共有する構成とするときは、その読み出し回路通過時に生じる共通のノイズ成分を式(2)及び式(3)によって低減できる。尚、補正画素値DAij’,DBij’について、全てi,jの画素(X軸方向i番目、Y軸方向j番目の位相差検出画素A,B)について計算する必要はなく、画素部における焦点調節対象領域分のみ計算すればよい。そして、補正画素値DAij’,DBij’を用いて式(1)等の算出方法によりデフォーカス量を算出することができる。 Thus, crosstalk amount suppression phase difference detection pixel A, the correction pixel value D Aij of B ', D Bij' can be obtained, the correction pixel value D Aij ', D Bij' effectively Figure This can be applied to the imaging models shown in FIGS. When a circuit for reading the pixel values of the phase difference detection pixels A and B is shared, a common noise component generated when passing through the read circuit can be reduced by Expressions (2) and (3). Note that it is not necessary to calculate the corrected pixel values D Aij ′ and D Bij ′ for all the pixels i and j (i-th phase difference detection pixels A and B in the X-axis direction and j-th direction in the Y-axis direction). It is sufficient to calculate only the focus adjustment target area in. Then, the defocus amount can be calculated by the calculation method such as Expression (1) using the corrected pixel values D Aij ′ and D Bij ′.

ここで、実施例1の補正画素値DAij’,DBij’の算出に関して位相差検出画素A,Bのクロストーク成分NAij,NBijを近似的に同等とみなしている点について補足説明する。信号成分SAij,SBijの値は合焦時であればSAij=SBij、非合焦時であればSAij≠SBijである。しかし、クロストーク成分NAij,NBijは合焦時或いは非合焦時に関わらずNAij≒NBijとなりやすい。これは、対角2画素1組の位相差検出画素A,Bが極近傍にあるため、クロストークに影響を与えるマイクロレンズ116の光軸に対して為す入射光角度が近似的に同じとみなせることができ、その4方向を囲う撮像画素111が全てG色画素であるためである。また、位相差検出画素A,Bの配列が本例のような4画素1組のB色・R色画素の位置ではなく対角位置のG色画素に位置する場合でも、対角一対の位相差検出画素113の一方におけるその8方向を囲う画素が、G色画素×3、R色画素×2、R色画素×1、及びノンカラーフィルター画素(他方の位相差検出画素113)×1として、同じ関係となるため、対角2画素1組の位相差検出画素A,Bにそれぞれ影響を与えるクロストーク量は近似的に同じと扱うことができる場合が多い。勿論、被写体によっては一部の位相差検出画素A,BでNAij≠NBijとなる可能性があるものの、式(1)におけるAij,Bijにそれぞれ補正画素値DAij’,DBij’を適用し複数回計算に使用することで、結果的に実施例1のクロストーク量抑圧補正処理を適用しない場合に比べて式(1)の相関演算値COR(k)の算出精度を向上させることができる。 Here, regarding the calculation of the correction pixel values D Aij ′, D Bij ′ of the first embodiment, the crosstalk components N Aij , N Bij of the phase difference detection pixels A, B are considered to be approximately equivalent. . The values of the signal components S Aij , S Bij are S Aij = S Bij if in focus, and S Aij ≠ S Bij if out of focus. However, the crosstalk components N Aij and N Bij tend to be N Aij ≒ N Bij irrespective of whether the object is focused or not. This is because the phase difference detection pixels A and B of a pair of two diagonal pixels are extremely close to each other, so that the incident light angle with respect to the optical axis of the micro lens 116 which affects the crosstalk can be regarded as approximately the same. This is because all the imaging pixels 111 surrounding the four directions are G color pixels. Also, even when the arrangement of the phase difference detection pixels A and B is not the position of a set of four B pixels and R color pixels as in this example but the G color pixel at a diagonal position, the diagonal position Pixels surrounding the eight directions on one of the phase difference detection pixels 113 are G color pixels × 3, R color pixels × 2, R color pixels × 1, and non-color filter pixels (the other phase difference detection pixels 113) × 1. Since the same relationship is established, the amount of crosstalk affecting each of the pair of phase difference detection pixels A and B on two diagonal pixels can be treated as approximately the same in many cases. Of course, although some subjects there is a possibility that a part of the phase difference detection pixel A, in B the N AijN Bij, A ij in equation (1), each correction pixel value D Aij to B ij ', D Bij Is applied to the calculation a plurality of times, and consequently, the calculation accuracy of the correlation operation value COR (k) of the equation (1) is improved as compared with the case where the crosstalk amount suppression correction processing of the first embodiment is not applied. Can be done.

以上のように、実施例1のクロストーク量抑圧補正処理を行う合焦位置検出器32によれば、クロストーク量を抑圧するよう補正した画素値を個々の撮像素子1に応じて得ることができるため、デフォーカス量の算出精度を向上させ合焦位置の検出精度を改善することができる。特に、特許文献2の技法のようなクロストークを補正する補正テーブルの係数決定のための撮像素子の製造は不要である。そして、本発明に係る合焦位置検出器32及びこれを備える撮像装置50によれば、特許文献2の技法では補正テーブルの置き換え等が必要とされていた撮像レンズ2の交換時にも、何ら処理方法を変更することなく対応可能である。また、本発明に係る合焦位置検出器32によれば、当該クロストーク量の抑圧補正に係る多数の補正テーブルを保持する必要がなく、特許文献2の技法で必要とされていた撮像装置内のメモリ・計算量と比して節約することができる。   As described above, according to the focus position detector 32 performing the crosstalk amount suppression correction processing of the first embodiment, it is possible to obtain a pixel value corrected so as to suppress the crosstalk amount in accordance with each image sensor 1. Therefore, the calculation accuracy of the defocus amount can be improved, and the detection accuracy of the focus position can be improved. In particular, it is not necessary to manufacture an image sensor for determining coefficients of a correction table for correcting crosstalk as in the technique of Patent Document 2. According to the in-focus position detector 32 and the imaging apparatus 50 including the same according to the present invention, even when the imaging lens 2 needs to be replaced with the correction table in the technique of Patent Document 2, any processing is performed. It can be handled without changing the method. Further, according to the in-focus position detector 32 according to the present invention, there is no need to hold a large number of correction tables related to the crosstalk amount suppression correction, and the in-image pickup device required by the technique of Patent Document 2 is not required. Can be saved in comparison with the memory and the amount of calculation.

(実施例2)
次に、本実施形態の撮像装置50における実施例2のクロストーク量抑圧補正処理について説明する。上述した実施例1に係る式(2)及び式(3)では、クロストーク成分N, Nをそれぞれ近似的に同等とみなしているが、これらN, Nには少なからず差異がある。特に対角2画素1組の位相差検出画素113のA,B画素が、図2及び図3に示す例とは異なり、4画素1組の撮像素子111におけるG色の対角配列にある構成である場合、そのA画素は左右隣接のカラーフィルターがR色で上下隣接のカラーフィルターがB色となり、そのB画素は左右隣接のカラーフィルターがB色で上下隣接のカラーフィルターがR色となる。この場合のA,B画素の斜め方向隣接のカラーフィルターはいずれもG色である。このため、被写体の色や入射角度、デフォーカス量の算出に係る画素部11における焦点調節対象領域によっては実施例1のように式(2)及び式(3)を用いて補正画素値DAij’,DBij’を算出すると、その信号成分SAij,SBijに不要な減算量が生じ、クロストーク成分NAij,NBijに対するSN比が十分に得られないおそれがある。
(Example 2)
Next, the crosstalk amount suppression correction processing of Example 2 in the imaging device 50 of the present embodiment will be described. In Equations (2) and (3) according to the above-described first embodiment, the crosstalk components N A and N B are considered to be approximately equivalent, respectively, but there is not a small difference between these N A and N B. is there. In particular, the configuration in which the A and B pixels of the phase difference detection pixel 113 of one set of two diagonal pixels are in a diagonal array of G color in the imaging element 111 of one set of four pixels unlike the examples shown in FIGS. In the case of the A pixel, the right and left adjacent color filters are R color and the upper and lower adjacent color filters are B color, and the B pixel is the left and right adjacent color filter is B color and the upper and lower adjacent color filter is R color. . In this case, the color filters adjacent to the A and B pixels in the oblique direction are all G colors. For this reason, depending on the color of the subject, the incident angle, and the focus adjustment target area in the pixel unit 11 relating to the calculation of the defocus amount, the corrected pixel value D Aij is obtained by using the equations (2) and (3) as in the first embodiment. When ', D Bij ' is calculated, an unnecessary subtraction amount occurs in the signal components S Aij , S Bij , and there is a possibility that the SN ratio for the crosstalk components N Aij , N Bij may not be sufficiently obtained.

そこで、実施例2のクロストーク量抑圧補正処理では、クロストーク成分NAij,NBijの差異がある場合を考慮して、信号成分SAij,SBijに不要な減算量が生じるのを軽減するようにして、補正画素値DAij”,DBij”を算出する。図16は、本実施形態の撮像装置50における実施例2のクロストーク量抑圧補正処理を含む合焦位置検出器32の自動焦点調節制御に関するフローチャートである。図16に示す実施例2に係る制御フローは、クロストーク量抑圧補正処理に係る図13に示すステップS5が、ステップS5a,S5bに置き換えられている点で相違している。 Therefore, in the crosstalk amount suppression correction processing according to the second embodiment, unnecessary subtraction amounts are reduced in the signal components S Aij and S Bij in consideration of the case where there is a difference between the crosstalk components N Aij and N Bij. In this way, the corrected pixel values D Aij ″, D Bij ″ are calculated. FIG. 16 is a flowchart relating to the automatic focus adjustment control of the focus position detector 32 including the crosstalk amount suppression correction processing of Example 2 in the imaging device 50 of the present embodiment. The control flow according to the second embodiment illustrated in FIG. 16 is different in that step S5 illustrated in FIG. 13 relating to the crosstalk amount suppression correction processing is replaced with steps S5a and S5b.

図16に示すように、本例の合焦位置検出器32は、図13に示す例と同様に、デジタル信号処理部31を経てメモリ5から撮像素子1の画素部11の複数個所に配置された焦点調節対象領域内の各位相差検出画素113の位相差検出画素信号(画素値)を読み出す(ステップS1)。   As shown in FIG. 16, the focus position detector 32 of this example is arranged at a plurality of locations of the pixel unit 11 of the image sensor 1 from the memory 5 via the digital signal processing unit 31, as in the example shown in FIG. The phase difference detection pixel signal (pixel value) of each phase difference detection pixel 113 in the focus adjustment target area is read out (step S1).

続いて、合焦位置検出器32は、図13に示す例と同様に、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルを測定し(ステップS2)、当該信号のSN比を考慮して所定の閾値以上であるか否かを判別する(ステップS3)。続いて、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルが所定の閾値未満であるとき、合焦位置検出器32は焦点検出不能と判定して(ステップS3:No)、今回の合焦位置検出の処理を終了する。一方、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルが所定の閾値以上であるとき、合焦位置検出器32は焦点検出可能と判定して(ステップS3:Yes)、ステップS4に移行する。   Subsequently, the focus position detector 32 measures the signal level of the read phase difference detection pixel signal in the same manner as in the example shown in FIG. 13 (step S2), and considers the SN ratio of the signal to obtain a predetermined threshold value. It is determined whether or not this is the case (step S3). Subsequently, when the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal is less than the predetermined threshold value, the focus position detector 32 determines that the focus cannot be detected (Step S3: No), and the focus position detection for the current focus position detection is performed. The process ends. On the other hand, when the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal is equal to or higher than the predetermined threshold, the focus position detector 32 determines that the focus can be detected (Step S3: Yes), and proceeds to Step S4.

焦点検出可能な位相差検出画素信号に関して、合焦位置検出器32は、相関演算の画素数(ni,nj)を決定し(ステップS4)、以下に説明するように、画素部における焦点調節対象領域内で後述する予め定めた補正係数xを設定し(ステップS5a)、後述する式(4)及び式(5)を用いて実施例2のクロストーク量抑圧補正処理を実行し(ステップS5b)、これによって画素部11における焦点調節対象領域内の全ての対角2画素一組の位相差検出画素113の画素群について、クロストーク量を抑制した位相差検出画素113の補正画素値DAij”,DBij”が得られる。続いて、合焦位置検出器32は、補正画素値DAij”,DBij”を用いて式(1)等のデフォーカス量算出式に基づく相関演算処理を実行することによりデフォーカス量を算出し(ステップS6)、撮像レンズ2の自動焦点調節の実行をIF制御部4に指示する(ステップS7)。これにより、IF制御部4は、撮像レンズ2の位置を動かすための撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に対し出力し、合焦位置調節を行う。尚、デフォーカス量の算出方法によっては、クロストーク量の抑圧補正とデフォーカス量算出の式を統合して一括して計算する形態としてもよい。 The focus position detector 32 determines the number of pixels (ni, nj) of the correlation operation with respect to the phase difference detection pixel signal for which the focus can be detected (step S4). A predetermined correction coefficient x described later is set in the area (step S5a), and the crosstalk amount suppression correction processing of the second embodiment is executed using equations (4) and (5) described later (step S5b). Thus, for the pixel group of the set of phase difference detection pixels 113 of all two diagonal pixels in the focus adjustment target area in the pixel unit 11, the correction pixel value D Aij ”of the phase difference detection pixel 113 in which the crosstalk amount is suppressed is set. , D Bij ”are obtained. Subsequently, the in-focus position detector 32 calculates a defocus amount by executing a correlation calculation process based on a defocus amount calculation formula such as Expression (1) using the corrected pixel values D Aij ″, D Bij ″. Then, the control unit 4 instructs the IF control unit 4 to execute the automatic focus adjustment of the imaging lens 2 (step S7). Thereby, the IF control unit 4 outputs an imaging lens control signal for moving the position of the imaging lens 2 to the imaging lens 2 and adjusts the focus position. Note that, depending on the method of calculating the defocus amount, a form in which the expression for the suppression of the crosstalk amount and the formula for calculating the defocus amount are integrated and the collective calculation may be performed.

前述した図14(a),(b)に示した位相差検出画素A,Bの画素値D(=S+N),D(=S+N)を基に図14(a),(b)を参照して説明するに、図17(a),(b)では、クロストーク成分NAij、信号成分SAij、及び画素値DAijについてはそれぞれ「N」,「S」 ,「D」とし、クロストーク成分NBij、信号成分SBij、及び画素値DBijについてはそれぞれ「N」,「S」 ,「D」として図示しているように、画素値DAij,DBijの実際の波形はそれぞれSAij+NAij,SBij+NBijとなる。 14A based on the pixel values D A (= S A + N A ) and D B (= S B + N B ) of the phase difference detection pixels A and B shown in FIGS. 14A and 14B described above. 17 (a) and 17 (b), the crosstalk component N Aij , the signal component S Aij , and the pixel value D Aij are “N A ” and “S A ”, respectively. a ", and" D a "cross-talk component N Bij, the signal component S Bij, and respectively for the pixel value D Bij" N B "," S B ", as shown as" D B ", pixel value D Aij, actual waveform each S Aij + N Aij of D Bij, the S Bij + N Bij.

即ち、実施例2のクロストーク量抑圧補正処理では、位相差検出画素Aの画素値DAijから位相差検出画素Aの画素値DAijと位相差検出画素Bの画素値DBijとを加算した値に対し補正係数xを除した補正値を差分しゼロ値で下限制限した値を位相差検出画素Aの補正画素値DAij”とし、位相差検出画素Bの画素値DBijから該補正値を差分しゼロ値で下限制限した値を位相差検出画素Bの補正画素値DBij”として算出する。 That is, the amount of crosstalk suppression correction process in Example 2, obtained by adding the pixel value D Bij of pixel values D Aij and the phase difference detection pixel B of the phase difference detection pixel A from the pixel value D Aij of the phase difference detection pixel A a value obtained by lower-limit correction value obtained by dividing the correction coefficient x to the value in the difference to a zero value as the corrected pixel value D Aij "of the phase difference detection pixel a, the correction value from the pixel value D Bij of the phase difference detection pixel B Is calculated as a corrected pixel value D Bij ″ of the phase difference detection pixel B.

実施例1との違いは、式(4)及び式(5)に基づいて、画素値DAij,DBijからそれぞれ(DAij+DBij)/xを減算して負成分を除去することにより、補正画素値DAij”,DBij”を求める点である。xの値は、{(x−1)・N−N}と、 {(x−1)・N−N}の値が0に近いものを選択することで、好適にクロストーク量を抑圧した補正画素値DAij”,DBij”を得ることができ、実験的に検討した結果、xの値は1より大きく3以下の固定値とするのが好適である。尚、xの値は、1回のデフォーカス量の算出において画素部11における焦点調節対象領域内で固定値であり、i,jの値によって可変させることはない。 The difference from the first embodiment is that by subtracting (D Aij + D Bij ) / x from the pixel values D Aij and D Bij on the basis of Expressions (4) and (5) to remove negative components, The point is that the corrected pixel values D Aij ″, D Bij ″ are obtained. The value of x, by selecting the {(x-1) · N A -N B}, the closer to 0 the value of {(x-1) · N B -N A}, suitably crosstalk It is possible to obtain corrected pixel values D Aij ″, D Bij ″ with suppressed amounts, and as a result of an experimental study, it is preferable that the value of x is a fixed value larger than 1 and 3 or less. Note that the value of x is a fixed value in the focus adjustment target area in the pixel unit 11 in one calculation of the defocus amount, and is not changed by the values of i and j.

xの値によっては補正画素値DAij”,DBij”の値が見かけ上小さくなってしまうが、式(4)及び式(5)において、x=2の時は式(2)及び式(3)における画素値DAij,DBijの値を1/2にしたことと同じである。従って、実施例1と同様に位相差検出画素A,Bの画素値について互いに相関性のあるクロストーク量を抑圧することができるととともに、位相差検出画素A,Bに対し互いに相関性のあるクロストークに差異がある場合を想定しxの値で加重減算してNAij,NBijの差異をも緩和することができる。即ち、xの値によっては、補正画素値DAij”,DBij”は、信号成分DAij,DBijの各値と、対応するクロストーク成分NAij,NBijの各値との比で示されるSN比を相対的に改善したものとなり、結果的にデフォーカス量の算出精度を向上させることができる。 Depending on the value of x, the values of the corrected pixel values D Aij ″, D Bij ″ may be apparently small, but in Expressions (4) and (5), when x = 2, Expressions (2) and ( This is the same as setting the pixel values D Aij and D Bij in 3) to 1 /. Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the crosstalk amount having a correlation with each other for the pixel values of the phase difference detection pixels A and B, and to have a correlation with the phase difference detection pixels A and B. Assuming that there is a difference in crosstalk, the difference between N Aij and N Bij can also be reduced by weighting and subtracting with the value of x. That is, depending on the value of x, the corrected pixel values D Aij ″, D Bij ″ are represented by the ratio of each value of the signal components D Aij , D Bij to the corresponding value of the crosstalk components N Aij , N Bij. The S / N ratio is relatively improved, and as a result, the calculation accuracy of the defocus amount can be improved.

ところで、xの値を実験的に検討して固定値として定める方法以外にも、そのxの値を画素部における焦点調節対象領域毎に適応的に決定する方法とすることもできる。即ち、X軸方向i番目、Y軸方向j番目の位相差検出画素A,Bのマイクロレンズ116の光軸に対して為す入射光角度は同じとみなせることから、画素部における焦点調節対象領域の決定後、その画素部における焦点調節対象領域内の被写体の色成分比、及び、当該位相差検出画素A,Bの隣接撮像画素111のカラーフィルター配列によって適応的に決定して定めることもできる。尚、実際にはカラーフィルター配列は固定なので、画素部における焦点調節対象領域の決定後、その画素部における焦点調節対象領域内の被写体の色成分比に応じてxの値を定めることができる。ただし、この場合でも、xの値は1より大きく3以下の固定値とするのが好適である。   By the way, in addition to the method of experimentally examining the value of x and determining it as a fixed value, a method of adaptively determining the value of x for each focus adjustment target area in the pixel portion can be adopted. That is, since the incident light angle with respect to the optical axis of the microlens 116 of the i-th phase difference detection pixels A and B in the Y-axis direction with respect to the optical axis of the microlens 116 can be considered to be the same, After the determination, the color component ratio of the subject in the focus adjustment target area in the pixel portion and the color filter arrangement of the imaging pixels 111 adjacent to the phase difference detection pixels A and B can be adaptively determined and determined. Since the color filter array is actually fixed, the value of x can be determined according to the color component ratio of the subject in the focus adjustment target area in the pixel section after the focus adjustment target area in the pixel section is determined. However, even in this case, it is preferable that the value of x is a fixed value greater than 1 and 3 or less.

この実施例2によれば、前述した実施例1の作用・効果を全て包含するとともに、クロストーク成分NAij,NBijの差異をも緩和させることができるため、デフォーカス量の算出精度をより向上させることができる。 According to the second embodiment, since all the functions and effects of the first embodiment are included, and the difference between the crosstalk components N Aij and N Bij can be reduced, the calculation accuracy of the defocus amount can be improved. Can be improved.

(実施例3)
次に、本実施形態の撮像装置50における実施例3のクロストーク量抑圧補正処理を含む自動焦点調節制御について説明する。上述した実施例2では、画素部における焦点調節対象領域内で式(4)及び式(5)のxの値を1つに定めてデフォーカス量の算出を行う例を説明した。一方、実施例3のクロストーク量抑圧補正処理を含む自動焦点調節制御では、1回の自動焦点調節制御の動作中に、画素部11における1つの焦点調節対象領域内でxの値を変更して補正画素値DAij’,DBij’を算出してそれぞれ対応する複数回のデフォーカス量を算出し、その複数回に亘って算出したデフォーカス量を基に、最終的なデフォーカス量を決定する。
(Example 3)
Next, automatic focus adjustment control including crosstalk amount suppression correction processing of Example 3 in the imaging device 50 of the present embodiment will be described. In the above-described second embodiment, an example has been described in which the value of x in Expressions (4) and (5) is set to one and the defocus amount is calculated in the focus adjustment target area in the pixel portion. On the other hand, in the automatic focus adjustment control including the crosstalk amount suppression correction processing according to the third embodiment, the value of x is changed within one focus adjustment target area in the pixel unit 11 during one automatic focus adjustment control operation. To calculate the corrected pixel values D Aij ′ and D Bij ′ to calculate the corresponding defocus amounts for a plurality of times, and calculate the final defocus amounts based on the defocus amounts calculated for the plurality of times. decide.

即ち、実施例3におけるクロストーク量抑圧補正処理は、画素部11における焦点調節対象領域内で共通に適用する異なる値を持つ複数の補正係数xを可変設定し、位相差検出画素A,Bの各々に対する当該補正画素値DAij’,DBij’を当該複数の補正係数xの各々に応じて算出する。そして、実施例3におけるデフォーカス量の算出は、位相差検出画素A,Bの各々に対する当該補正画素値DAij’,DBij’を基に当該複数の補正係数xの各々に応じた複数のデフォーカス量を算出し、この複数のデフォーカス量を基に最終的なデフォーカス量を算出する。 That is, the crosstalk amount suppression correction processing in the third embodiment variably sets a plurality of correction coefficients x having different values that are commonly applied in the focus adjustment target area in the pixel unit 11, and sets the phase difference detection pixels A and B. The correction pixel values D Aij ′ and D Bij ′ for each of them are calculated according to each of the plurality of correction coefficients x. The calculation of the defocus amount in the third embodiment is based on the correction pixel values D Aij ′ and D Bij ′ for each of the phase difference detection pixels A and B, and calculates a plurality of defocus amounts corresponding to each of the plurality of correction coefficients x. A defocus amount is calculated, and a final defocus amount is calculated based on the plurality of defocus amounts.

より具体的に、実施例3のクロストーク量抑圧補正処理を含む自動焦点調節制御では、クロストーク成分NAij,NBijの差異がある場合を考慮し更に高精度化するために、xの値を変更してデフォーカス量を算出する回数(y回とする)は任意に予め定めた固定回数とし、xの値については実施例2と同様に、1より大きく3以下の固定値とするのが好適である。そして、実施例3では、y回のデフォーカス量を計算して最終的なデフォーカス量を決定する。 More specifically, in the automatic focus adjustment control including the crosstalk amount suppression correction processing according to the third embodiment, in order to further improve the accuracy in consideration of the case where there is a difference between the crosstalk components N Aij and N Bij , the value of x is set. Is changed and the number of times of calculating the defocus amount (y times) is arbitrarily set to a fixed number, and the value of x is set to a fixed value larger than 1 and equal to or smaller than 3 as in the second embodiment. Is preferred. In the third embodiment, the final defocus amount is determined by calculating the defocus amount for y times.

従って、本実施例では、y回の補正画素値DAij”,DBij”を算出する。図18は、本実施形態の撮像装置50における実施例3のクロストーク量抑圧補正処理を含む合焦位置検出器32の自動焦点調節制御に関するフローチャートである。図18に示す実施例3に係る制御フローは、図16に示す自動焦点調節制御に関する制御フローに対し、可変設定する補正係数xの値に応じてy回のデフォーカス量を計算し最終的なデフォーカス量を決定する処理(ステップS6a,S6b,S6c)が追加されている点で相違している。 Therefore, in the present embodiment, the correction pixel values D Aij ″ and D Bij ″ for y times are calculated. FIG. 18 is a flowchart relating to the automatic focus adjustment control of the focus position detector 32 including the crosstalk amount suppression correction processing of Example 3 in the imaging device 50 of the present embodiment. The control flow according to the third embodiment illustrated in FIG. 18 is different from the control flow relating to the automatic focus adjustment control illustrated in FIG. 16 in that the defocus amount is calculated y times in accordance with the value of the correction coefficient x that is variably set, and the final defocus amount is calculated. The difference is that processing (steps S6a, S6b, S6c) for determining the defocus amount is added.

図18に示すように、本例の合焦位置検出器32は、図13及び図16に示す例と同様に、デジタル信号処理部31を経てメモリ5から撮像素子1の画素部11の複数個所に配置された焦点調節対象領域内の各位相差検出画素113の位相差検出画素信号(画素値)を読み出す(ステップS1)。   As shown in FIG. 18, the in-focus position detector 32 of the present example is provided with a digital signal processing unit 31 from the memory 5 via the digital signal processing unit 31, and a plurality of locations of the pixel unit 11 of the image sensor 1 as in the examples shown in FIGS. Then, a phase difference detection pixel signal (pixel value) of each phase difference detection pixel 113 in the focus adjustment target area arranged in is read (step S1).

続いて、合焦位置検出器32は、図13及び図16に示す例と同様に、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルを測定し(ステップS2)、当該信号のSN比を考慮して所定の閾値以上であるか否かを判別する(ステップS3)。続いて、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルが所定の閾値未満であるとき、合焦位置検出器32は焦点検出不能と判定して(ステップS3:No)、今回の合焦位置検出の処理を終了する。一方、読み出した位相差検出画素信号の信号レベルが所定の閾値以上であるとき、合焦位置検出器32は焦点検出可能と判定して(ステップS3:Yes)、ステップS4に移行する。   Subsequently, the focus position detector 32 measures the signal level of the read phase difference detection pixel signal in the same manner as in the examples shown in FIGS. 13 and 16 (step S2), and considers the SN ratio of the signal. It is determined whether it is equal to or more than a predetermined threshold (step S3). Subsequently, when the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal is less than the predetermined threshold value, the focus position detector 32 determines that the focus cannot be detected (Step S3: No), and the focus position detection for the current focus position detection is performed. The process ends. On the other hand, when the signal level of the read-out phase difference detection pixel signal is equal to or higher than the predetermined threshold, the focus position detector 32 determines that the focus can be detected (Step S3: Yes), and proceeds to Step S4.

焦点検出可能な位相差検出画素信号に関して、合焦位置検出器32は、相関演算の画素数(ni,nj)を決定し(ステップS4)、まずy回行うことになるデフォーカス量の算出におけるデフォーカス量の値が、後述するステップS6,S6aを経て既に算出されy回分のデフォーカス量の値としてメモリ5に保持されているか否かを判定する(ステップS6b)。y回分のデフォーカス量の値がメモリ5に保持されているときは(ステップS6b:Yes)、ステップS6cに移行し、y回に満たないときは(ステップS6b:No)、ステップS5aに移行する。   The focus position detector 32 determines the number of pixels (ni, nj) for the correlation operation with respect to the phase difference detection pixel signal for which focus detection is possible (step S4). It is determined whether or not the value of the defocus amount has already been calculated through steps S6 and S6a to be described later and stored in the memory 5 as the value of the y defocus amount (step S6b). When the value of the defocus amount for y times is stored in the memory 5 (step S6b: Yes), the process proceeds to step S6c, and when the value is less than y times (step S6b: No), the process proceeds to step S5a. .

続いて、合焦位置検出器32は、y回行うことになるデフォーカス量の1回ごとの算出時に画素部11における焦点調節対象領域内で、y回異なる値に変更する補正係数xを設定して(ステップS5a)、上述した式(4)及び式(5)を用いたクロストーク量抑圧補正処理を実行し(ステップS5b)、これによって画素部11における焦点調節対象領域内の全ての対角2画素一組の位相差検出画素113の画素群について、当該補正係数xを用いてクロストーク量を抑制した位相差検出画素113の補正画素値DAij”,DBij”が得られる。 Subsequently, the focus position detector 32 sets a correction coefficient x that changes to a different value y times in the focus adjustment target area in the pixel unit 11 when calculating the defocus amount to be performed y times each time. Then (step S5a), the crosstalk amount suppression correction processing using the above-described equations (4) and (5) is executed (step S5b), whereby all the pairs in the focus adjustment target area in the pixel unit 11 are executed. With respect to the pixel group of the phase difference detection pixels 113 of a set of two corner pixels, the correction pixel values D Aij ″, D Bij ″ of the phase difference detection pixels 113 in which the crosstalk amount is suppressed using the correction coefficient x are obtained.

続いて、合焦位置検出器32は、当該補正係数xに基づく補正画素値DAij”,DBij”を用いて式(1)等のデフォーカス量算出式に基づく相関演算処理を実行することによりデフォーカス量を算出し(ステップS6)、そのデフォーカス量の値をメモリ5に保持する(ステップS6a)。 Subsequently, the focus position detector 32 performs a correlation calculation process based on a defocus amount calculation formula such as Expression (1) using the corrected pixel values D Aij ″ and D Bij ″ based on the correction coefficient x. Is calculated (step S6), and the value of the defocus amount is stored in the memory 5 (step S6a).

画素部11における焦点調節対象領域内で、y回分の異なる値の補正係数xに基づく補正画素値DAij”,DBij”を用いて算出されるデフォーカス量の値がy個分、メモリ5に保持されるまで、ステップS5a〜S6aまでの処理を繰り返し(ステップS6b)、y個のデフォーカス量の値がメモリ5に保持されると(ステップS6b:Yes)、ステップS6cに移行する。 In the focus adjustment target area in the pixel unit 11, y values of the defocus amount calculated using the correction pixel values D Aij ″ and D Bij ″ based on the correction coefficient x of y different values are stored in the memory 5. Are repeated (step S6b), and when the y defocus amount values are stored in the memory 5 (step S6b: Yes), the process proceeds to step S6c.

1回の自動焦点調節制御の動作中に、画素部11における1つの焦点調節対象領域内でy個のデフォーカス量の値がメモリ5に保持されると(ステップS6b:Yes)、合焦位置検出器32は、そのy個のデフォーカス量の値を用いて最終的なデフォーカス量を決定する(ステップS6c)。   If y values of the defocus amounts are stored in the memory 5 in one focus adjustment target area in the pixel unit 11 during one automatic focus adjustment control operation (step S6b: Yes), the focus position is set. The detector 32 determines a final defocus amount using the y defocus amount values (step S6c).

続いて、合焦位置検出器32は、最終的なデフォーカス量を基に、撮像レンズ2の自動焦点調節の実行をIF制御部4に指示する(ステップS7)。これにより、IF制御部4は、撮像レンズ2の位置を動かすための撮像レンズ制御信号を撮像レンズ2に対し出力し、合焦位置調節を行う。尚、デフォーカス量の算出方法によっては、クロストーク量の抑圧補正とデフォーカス量算出の式を統合して一括して計算する形態としてもよい。   Subsequently, the focus position detector 32 instructs the IF control unit 4 to execute automatic focusing of the imaging lens 2 based on the final defocus amount (Step S7). Thereby, the IF control unit 4 outputs an imaging lens control signal for moving the position of the imaging lens 2 to the imaging lens 2 and adjusts the focus position. Note that, depending on the method of calculating the defocus amount, a form in which the expression for the suppression of the crosstalk amount and the formula for calculating the defocus amount are integrated and the collective calculation may be performed.

1回の自動焦点調節制御の動作中に、画素部11における1つの焦点調節対象領域内でy回異なる値に変更する補正係数xの具体的な値として、例えばxの値を1.7,2.0,2.3の3回に亘って、それぞれの補正画素値DAij”,DBij”を求め、それぞれに対応する3個のデフォーカス量を算出し、この3個のデフォーカス量から最終的なデフォーカス量を決定する。 As a specific value of the correction coefficient x that changes to a different value y times within one focus adjustment target area in the pixel unit 11 during one auto focus control operation, for example, the value of x is 1.7, The correction pixel values D Aij ″ and D Bij ″ are obtained over three times of 2.0 and 2.3, and three corresponding defocus amounts are calculated, and the three defocus amounts are calculated. To determine the final defocus amount.

y個のデフォーカス量の値を用いて最終的なデフォーカス量を決定する方法として、例えばこれらy個の値の加算平均とする方法や、これらy個の値のうち撮像レンズ2を動かす距離が最小となるものに対応するデフォーカス量を選択して決定する方法、或いは、画素部における焦点調節対象領域内の色成分と、位相差検出画素113に隣接する撮像画素111のカラーフィルター配列の関係を考慮し重み付けした加重平均とする方法とすることができる。   As a method of determining the final defocus amount using the y defocus amount values, for example, a method of averaging these y values, or a distance of moving the imaging lens 2 among the y values Or a method of selecting and determining the defocus amount corresponding to the one that minimizes the color components in the focus adjustment target area in the pixel portion and the color filter array of the imaging pixel 111 adjacent to the phase difference detection pixel 113. A method may be adopted in which a weighted average weighted in consideration of the relationship is used.

この実施例3によれば、前述した実施例1,2の作用・効果を全て包含するとともに、クロストーク成分NAij,NBijの差異をも緩和させ、尚且つそのデフォーカス量の算出精度を更に向上させることができる。 According to the third embodiment, all the functions and effects of the first and second embodiments are included, the difference between the crosstalk components N Aij and N Bij is reduced, and the calculation accuracy of the defocus amount is improved . It can be further improved.

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述した例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、撮像素子1において、マスク114はマイクロレンズ116と適合して分割瞳方向に応じて遮光するよう構成した例を示しているが、マイクロレンズ116の設置が無くともマスク114を分割瞳方向に応じて遮光するよう構成することができる。   As described above, the present invention has been described with the example of the specific embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described example, and can be variously modified without departing from the technical idea thereof. For example, in the imaging device 1, an example is shown in which the mask 114 is configured to be adapted to the microlens 116 and shield light in accordance with the split pupil direction. However, even without the microlens 116, the mask 114 is moved in the split pupil direction. It can be configured to shield light accordingly.

本発明によれば、クロストーク量を抑圧するよう補正した画素値を個々の撮像素子に応じて得ることができるので、自動焦点調節を行うカメラの用途に有用である。   According to the present invention, a pixel value corrected so as to suppress the amount of crosstalk can be obtained in accordance with each image sensor, so that it is useful for a camera that performs automatic focus adjustment.

1 撮像素子
2 撮像レンズ
3 デジタル信号処理制御部
4 IF制御部
5 メモリ
6 表示部
7 記録部
8 操作部
11 画素部
31 デジタル信号処理部
32 合焦位置検出器
33 駆動制御部
50 撮像装置
51 撮像光学系
52 信号処理系
53 入出力系
111 撮像画素
113 位相差検出画素(A画素、B画素)
114 マスク
115 フォトダイオード
116 マイクロレンズ
117 メタル配線
REFERENCE SIGNS LIST 1 imaging element 2 imaging lens 3 digital signal processing control unit 4 IF control unit 5 memory 6 display unit 7 recording unit 8 operation unit 11 pixel unit 31 digital signal processing unit 32 in-focus position detector 33 drive control unit 50 imaging device 51 imaging Optical system 52 Signal processing system 53 Input / output system 111 Imaging pixel 113 Phase difference detection pixel (A pixel, B pixel)
114 Mask 115 Photodiode 116 Microlens 117 Metal wiring

Claims (3)

所定のカラーフィルター配列で4画素1組の撮像画素の画素群を構成する画素部に当該撮像画素の位相差を検出するための対角2画素1組の位相差検出画素の画素群が設けられた撮像素子を用いて、焦点位置を調節可能な撮像レンズの合焦位置を検出する合焦位置検出器であって、
前記画素部における焦点調節対象領域内の当該対角2画素1組の位相差検出画素を構成する第1画素及び第2画素の各画素値の双方を用いた所定の補正処理に基づいて、前記各画素値について互いに相関性のあるクロストーク量を抑制するよう補正した補正画素値をそれぞれ算出する補正画素値算出手段と、
前記焦点調節対象領域内の当該対角2画素1組の位相差検出画素の画素群について、前記第1画素及び前記第2画素の各々に対する当該補正画素値を用いた相関演算処理を実行することによりデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、を備え
前記補正画素値算出手段は、前記所定の補正処理として、前記第1画素の画素値から、前記第1画素の画素値と前記第2画素の画素値とを加算した値に対し補正係数を除した補正値を差分しゼロ値で下限制限した値を前記第1画素の補正画素値とし、前記第2画素の画素値から該補正値を差分しゼロ値で下限制限した値を前記第2画素の補正画素値として算出することを特徴とする合焦位置検出器。
A pixel group forming a group of four imaging pixels in a predetermined color filter array is provided with a group of two diagonal pixels for detecting a phase difference between the imaging pixels. A focusing position detector that detects a focusing position of an imaging lens whose focal position can be adjusted using the imaging device,
Based on a predetermined correction process using both the pixel values of the first pixel and the second pixel constituting the set of phase difference detection pixels of the diagonal two pixels in the focus adjustment target area in the pixel portion, Correction pixel value calculation means for calculating a correction pixel value corrected to suppress the crosstalk amount having a correlation with each other for each pixel value,
For a pixel group of the set of phase difference detection pixels of the two diagonal pixels in the focus adjustment target area, performing a correlation calculation process using the correction pixel value for each of the first pixel and the second pixel. Defocus amount calculating means for calculating a defocus amount by
The correction pixel value calculation unit may include, as the predetermined correction process, a correction coefficient for a value obtained by adding a pixel value of the first pixel and a pixel value of the second pixel from a pixel value of the first pixel. A value obtained by subtracting the corrected values and limiting the lower limit with a zero value as the corrected pixel value of the first pixel, and subtracting the corrected value from the pixel value of the second pixel and limiting the lower limit with a zero value to the second pixel the focus position detector characterized that you calculated as corrected pixel value.
前記補正画素値算出手段は、前記所定の補正処理として、前記画素部における焦点調節対象領域内で共通に適用する異なる値を持つ複数の当該補正係数を可変設定し、前記第1画素及び前記第2画素の各々に対する当該補正画素値を当該複数の補正係数の各々に応じて算出する機能を有し、
前記デフォーカス量算出手段は、前記第1画素及び前記第2画素の各々に対する当該補正画素値を基に当該複数の補正係数の各々に応じた複数のデフォーカス量を算出し、前記複数のデフォーカス量を基に最終的なデフォーカス量を算出する機能を有することを特徴とする、請求項に記載の合焦位置検出器。
The correction pixel value calculation means variably sets a plurality of the correction coefficients having different values to be commonly applied in a focus adjustment target area in the pixel unit as the predetermined correction processing, and A function of calculating the correction pixel value for each of the two pixels according to each of the plurality of correction coefficients;
The defocus amount calculation means calculates a plurality of defocus amounts corresponding to each of the plurality of correction coefficients based on the corrected pixel values for each of the first pixel and the second pixel, and calculates the plurality of defocus amounts. and having a function of calculating the final defocus amount on the basis of the focus amount, the focus position detector according to claim 1.
請求項1又は2に記載の合焦位置検出器と、
前記合焦位置検出器によって算出されたデフォーカス量を基に、前記撮像レンズの自動焦点調節を実行する自動焦点調節手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
A focus position detector according to claim 1 or 2 ,
Based on the defocus amount calculated by the in-focus position detector, an automatic focus adjustment unit that performs automatic focus adjustment of the imaging lens;
An imaging device comprising:
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