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JP5962830B2 - Focus detection device - Google Patents

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JP5962830B2 JP2015173951A JP2015173951A JP5962830B2 JP 5962830 B2 JP5962830 B2 JP 5962830B2 JP 2015173951 A JP2015173951 A JP 2015173951A JP 2015173951 A JP2015173951 A JP 2015173951A JP 5962830 B2 JP5962830 B2 JP 5962830B2
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Description

本発明は、焦点検出装置に関する。
The present invention relates to a focus detection apparatus.

撮像画素と瞳分割型の焦点検出画素を混載する撮像素子を備えた撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような撮像装置においては、撮像面において、瞳分割型の焦点検出画素を直線状に配列し、焦点検出画素配列の出力に基づき焦点検出画素配列上に形成された像の焦点調節状態を検出している。また、撮像素子として相補型金属酸化物半導体(CMOS)イメージセンサーが知られている。CMOSイメージセンサーの基本的な動作方式においては、ローリングシャッタ(ライン露光順次読み出し方式)により画像データが時系列に読み出される。   2. Description of the Related Art An imaging device that includes an imaging element in which an imaging pixel and a pupil division type focus detection pixel are mounted together is known (see, for example, Patent Document 1). In such an imaging apparatus, pupil-divided focus detection pixels are linearly arranged on the imaging surface, and the focus adjustment state of the image formed on the focus detection pixel array is detected based on the output of the focus detection pixel array. doing. In addition, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is known as an image sensor. In the basic operation method of the CMOS image sensor, image data is read in time series by a rolling shutter (line exposure sequential reading method).

特開平1−216306号公報JP-A-1-216306

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

焦点検出装置は、光学系の第1及び第2の瞳領域を通過した第1及び第2の光束を受光する第1及び第2の光電変換部を有する第1の焦点検出画素が第1の方向に配列され、前記光学系の第3及び第4の瞳領域を通過した第3及び第4の光束を受光する第1及び第2の光電変換部を有する第2の焦点検出画素が前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列され、前記第1及び第2の焦点検出画素の読み出しが前記第1の方向の行毎に順次行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と前記第1の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号に基づき、または前記第2の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号に基づき、前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と絞りを駆動して絞り値を変化させる絞り駆動部と、を有し、前記焦点検出部は、前記絞りが駆動されているとき、前記第1の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号を用いて前記焦点状態を検出し、前記第2の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号を用いて前記焦点状態を検出しない。 In the focus detection device, the first focus detection pixel having the first and second photoelectric conversion units that receive the first and second light beams that have passed through the first and second pupil regions of the optical system is the first focus detection pixel. A second focus detection pixel having first and second photoelectric conversion units arranged in the direction and receiving the third and fourth light fluxes passing through the third and fourth pupil regions of the optical system; are arranged in a second direction different from the first direction, and an image pickup element which performs a rolling shutter operation in which the first and readout of the second focus detection pixels are sequentially performed for each row of said first direction, said first The focus of the optical system based on the signals of the first and second photoelectric conversion units of one focus detection pixel or based on the signals of the first and second photoelectric conversion units of the second focus detection pixel a focus detection unit for detecting the state, a diaphragm driver that changes the aperture value by driving the aperture The focus detection unit detects the focus state using signals of the first and second photoelectric conversion units of the first focus detection pixel when the diaphragm is driven, and The focus state is not detected using the signals of the first and second photoelectric conversion units of the second focus detection pixel.

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

一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing the configuration of the digital still camera of one embodiment. 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。It is a figure which shows the focus detection position on the imaging | photography screen of an interchangeable lens. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像画素と焦点検出画素のマイクロレンズの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the micro lens of an imaging pixel and a focus detection pixel. 撮像画素の正面図である。It is a front view of an imaging pixel. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel. 緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristics of a green pixel, a red pixel, and a blue pixel. 焦点検出画素の分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristic of a focus detection pixel. 撮像画素の断面図である。It is sectional drawing of an imaging pixel. 焦点検出画素の断面図である。It is sectional drawing of a focus detection pixel. 撮像画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the imaging light beam which an imaging pixel receives. 焦点検出画素が受光する撮影光束の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the imaging light beam which a focus detection pixel receives. 撮像素子の回路構成を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the circuit structure of an image pick-up element. 撮像画素および焦点検出画素における1つの光電変換部に対する基本回路構成を示す図である。It is a figure which shows the basic circuit structure with respect to one photoelectric conversion part in an imaging pixel and a focus detection pixel. 撮像素子の動作タイミングチャートである。It is an operation | movement timing chart of an image pick-up element. デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the imaging operation of a digital still camera. 一対のデータのずらし量kに対する相関量C(k)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the correlation amount C (k) with respect to the shift amount k of a pair of data. 像ズレ量をデフォーカス量に変換する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of converting an image shift amount into a defocus amount. デフォーカス量演算処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of a defocusing amount calculation process. 絞り開口径の状態および撮像素子の動作と時間経過との関係を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing the relationship between the state of the aperture diameter and the operation of the image sensor and the passage of time. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel. 焦点検出画素の断面図である。It is sectional drawing of a focus detection pixel. 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。It is a figure which shows the focus detection position on the imaging | photography screen of an interchangeable lens. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。It is a front view which shows the detailed structure of an image pick-up element. 焦点検出画素の正面図である。It is a front view of a focus detection pixel.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置206へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシング用レンズ210を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。   Even when focus detection is impossible, the process branches to this step, a scan drive command is transmitted to the lens drive control device 206, and the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 is scan-driven from infinity to the nearest. Then, it returns to step S110 and repeats the operation | movement mentioned above.

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

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

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

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

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

焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列(A1〜A1、A2〜A2:Mはデータ数)に対し、特開2007−333720号公報に開示された相関演算式(1)を用い、相関量C(k)を演算する。
C(k)=Σ|A1×A2n+1+k−A2n+k×A1n+1| (1)
For a pair of data strings (A1 1 to A1 M , A2 1 to A2 M : M is the number of data) read out from the focus detection pixel string, a correlation calculation formula (1 ) To calculate the correlation amount C (k).
C (k) = Σ | A1 n × A2 n + 1 + k -A2 n + k × A1 n + 1 | (1)

式(1)において、Σ演算はnについて累積されるが、nのとる範囲は、像ずらし量kに応じてA1、A1n+1、A2n+k、A2n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。像ずらし量kは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的ずらし量である。 In equation (1), the Σ operation is accumulated for n, but the range taken by n is limited to a range in which data of A1 n , A1 n + 1 , A2 n + k , A2 n + 1 + k exists according to the image shift amount k. . The image shift amount k is an integer and is a relative shift amount with the data interval of the data string as a unit.

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

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

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

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

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

図18(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、ずらし量の範囲kmin〜kmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、極小値C(k)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。 As shown in FIG. 18 (c), the low level of correlation between the pair of data when there is no drop in correlation quantity C (k) is between the shift amount in the range k min to k max, the minimum value C (k s In such a case, it is determined that the focus cannot be detected.

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

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

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

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

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

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

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

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

そのため、まずステップS200で、それ以降に用いられる焦点検出画素313、314、315、316のデータを取得した時の露光期間中に絞り開口径が変化したか否かをチェックする。図21は、横軸に時間経過をとり、上段に絞り開口径の状態、下段に撮像素子の動作を並列して示した動作タイミングチャートである。この図21において、絞り開口径は約2フレーム(フレームAおよびB)に渡って時刻t1のF1.4から時刻t2のF5.6まで変化している。   For this reason, first, in step S200, it is checked whether or not the aperture diameter has changed during the exposure period when the data of the focus detection pixels 313, 314, 315, and 316 used thereafter is acquired. FIG. 21 is an operation timing chart in which time is elapsed on the horizontal axis, the aperture aperture diameter is shown on the upper stage, and the operation of the image sensor is shown on the lower stage. In FIG. 21, the aperture diameter of the diaphragm changes from F1.4 at time t1 to F5.6 at time t2 over approximately two frames (frames A and B).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Claims (4)

光学系の第1及び第2の瞳領域を通過した第1及び第2の光束を受光する第1及び第2の光電変換部を有する第1の焦点検出画素が第1の方向に配列され、前記光学系の第3及び第4の瞳領域を通過した第3及び第4の光束を受光する第1及び第2の光電変換部を有する第2の焦点検出画素が前記第1の方向とは異なる第2の方向に配列され、前記第1及び第2の焦点検出画素の読み出しが前記第1の方向の行毎に順次行われるローリングシャッタ動作を行う撮像素子と
前記第1の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号に基づき、または前記第2の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号に基づき、前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と
絞りを駆動して絞り値を変化させる絞り駆動部と、を有し、
前記焦点検出部は、前記絞りが駆動されているとき、前記第1の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号を用いて前記焦点状態を検出し、前記第2の焦点検出画素の前記第1及び第2の光電変換部の信号を用いて前記焦点状態を検出しない焦点検出装置。
First focus detection pixels having first and second photoelectric conversion units that receive the first and second light beams that have passed through the first and second pupil regions of the optical system are arranged in a first direction, The second focus detection pixel having the first and second photoelectric conversion units that receive the third and fourth light fluxes that have passed through the third and fourth pupil regions of the optical system is the first direction. An imaging device arranged in a different second direction and performing a rolling shutter operation in which reading of the first and second focus detection pixels is sequentially performed for each row in the first direction ;
The optical system based on signals from the first and second photoelectric conversion units of the first focus detection pixel or based on signals from the first and second photoelectric conversion units of the second focus detection pixel. A focus detection unit for detecting the focus state of
An aperture drive unit that drives the aperture to change the aperture value, and
The focus detection unit detects the focus state using the signals of the first and second photoelectric conversion units of the first focus detection pixel when the diaphragm is driven, and the second focus The focus detection apparatus which does not detect the said focus state using the signal of the said 1st and 2nd photoelectric conversion part of a detection pixel.
請求項1に記載の焦点検出装置において、
前記撮像素子は、二次元状に配置された撮像画素を有し、
前記撮像素子は、前記第1及び第2の焦点検出画素及び前記撮像画素の読み出しを前記第1の方向の行毎に順次行う焦点検出装置
The focus detection apparatus according to claim 1,
The imaging element has imaging pixels arranged in a two-dimensional shape,
The focus detection apparatus that sequentially reads out the first and second focus detection pixels and the image pickup pixels for each row in the first direction .
請求項1又は請求項2に記載された焦点検出装置であって、
前記焦点検出部は、前記絞りが駆動されているとき、前記第1の焦点検出画素の露光時間の絞り値に対応する値を用いて前記焦点状態を検出することを特徴とする焦点検出装置
The focus detection apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The focus detection device, wherein the focus detection unit detects the focus state using a value corresponding to an aperture value of an exposure time of the first focus detection pixel when the aperture is driven .
請求項3に記載の焦点検出装置において、
前記絞り駆動部によって変化される絞り値を検出する絞り値検出部を備え、
前記焦点検出部は、前記ローリングシャッタ動作における前記第1の焦点検出画素の露光時刻において前記絞り値検出部によって検出された絞り値に基づき前記焦点状態を検出する焦点検出装置
The focus detection apparatus according to claim 3,
An aperture value detection unit for detecting an aperture value changed by the aperture drive unit;
The focus detection unit is configured to detect the focus state based on an aperture value detected by the aperture value detection unit at an exposure time of the first focus detection pixel in the rolling shutter operation .
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