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JP5003132B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

Imaging device and imaging apparatus Download PDF

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JP5003132B2
JP5003132B2 JP2006330308A JP2006330308A JP5003132B2 JP 5003132 B2 JP5003132 B2 JP 5003132B2 JP 2006330308 A JP2006330308 A JP 2006330308A JP 2006330308 A JP2006330308 A JP 2006330308A JP 5003132 B2 JP5003132 B2 JP 5003132B2
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Description

本発明は、撮影光学系によって結像された被写体光像に基づく画像信号の生成が可能な撮像素子の技術に関する。   The present invention relates to an image sensor technology capable of generating an image signal based on a subject light image formed by a photographing optical system.

撮像素子においては、位相差検出方式のオートフォーカス制御(以下では「位相差AF」ともいう)を行うための特定の画素(位相差AF用の画素)を有するものがある。   Some imaging devices have specific pixels (phase difference AF pixels) for performing phase difference detection type autofocus control (hereinafter also referred to as “phase difference AF”).

例えば特許文献1の技術によれば、マイクロレンズの中心に対してメタル遮光層の開口部の中心が互いに逆向きに偏っている一対の位相差AF用の画素を複数有する撮像素子が設けられたデジタルカメラにおいて、撮影レンズ(撮影光学系)の射出瞳における一対の部分領域を通過した光束を上記一対の位相差AF用の画素で受光して一対の像列を生成し、この一対の像列に関するシフト量を求めることにより、位相差AFを行うようになっている。   For example, according to the technique of Patent Document 1, an imaging element having a plurality of pairs of phase difference AF pixels in which the centers of the openings of the metal light shielding layer are biased in opposite directions with respect to the center of the microlens is provided. In a digital camera, the pair of phase difference AF pixels receive the light beam that has passed through the pair of partial areas in the exit pupil of the photographing lens (shooting optical system) to generate a pair of image rows, and the pair of image rows The phase difference AF is performed by obtaining the shift amount related to.

特開2005−303409号公報JP 2005-303409 A

しかしながら、上記の特許文献1の技術では、上述した一対の位相差AF用の特定画素を用いて位相差AFを行うため、撮影レンズに係る実絞り値の変化に伴って射出瞳の大きさが変化しても適切な位相差AFが可能なように、比較的小さな射出瞳を想定してそのエリア内に上記一対の部分領域を収めるようにしているが、これでは必ずしも位相差AFが精度良く行われているとは限らない。例えば、実絞り値が小さく射出瞳が比較的大きくなる場合には、この大きな射出瞳を有効に使って上記一対の部分領域を定めると、位相差AFにおいて焦点検出精度を向上できる可能性がある。   However, in the technique of Patent Document 1 described above, since the phase difference AF is performed using the pair of specific pixels for phase difference AF described above, the size of the exit pupil increases with the change in the actual aperture value related to the photographing lens. The pair of partial areas are assumed to be within the area assuming a relatively small exit pupil so that an appropriate phase difference AF is possible even if the phase changes. It is not always done. For example, when the actual aperture value is small and the exit pupil is relatively large, the focus detection accuracy may be improved in the phase difference AF by effectively using the large exit pupil to define the pair of partial regions. .

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、焦点検出精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, an object of Rukoto improve accuracy out focus inspection.

本発明の第1の側面は、被写体光像に基づいて画像信号生成するための撮像用画素と、射出瞳面一対の光通過領域の所定方向における位置の違いに応じて複数のグループに分類され、位相差検出方式による焦点検出に用いられる位相差検出用画素とを備える撮像素子と、前記位相差検出方式による焦点検出に用いるグループを絞り値に基づいて前記複数のグループのうちから選択し、当該選択されたグループに属する前記位相差検出用画素が生成した信号に基づいて前記位相差検出方式による焦点検出を行う位相差検出部と、前記位相差検出方式による焦点検出に基づくフォーカスレンズの移動の際に複数のタイミングにおいて取得された前記画像信号に基づいて、コントラスト検出方式による焦点検出のための評価値を前記複数のタイミングごとに算出する評価値算出部と、前記位相差検出方式による焦点検出に基づく合焦位置に前記フォーカスレンズが移動した際における前記評価値である第1評価値と、前記第1評価値よりも1つ前の評価値である第2評価値とに基づいて前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であるか否かの判断を行い、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置でないと判断された場合には前記算出された評価値または新たに算出される前記評価値を使用して検出される合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる制御を行う制御部とを具備する撮像装置であるまた、この第1の側面において、上記制御部は、上記第1評価値と上記第2評価値とに基づいて合焦位置判定値を算出し、当該合焦位置判定値が所定範囲内の値である場合には、上記フォーカスレンズの位置が合焦位置であると判断するようにしてもよい。また、この第1の側面において、上記制御部は、上記フォーカスレンズの位置が合焦位置でないと判断された場合には、上記フォーカスレンズの移動の際に上記合焦位置を通過したか否かを上記合焦位置判定値に基づいて判断し、上記フォーカスレンズの移動の際に上記合焦位置を通過していないと判断された場合には、上記第1評価値を取得した際の上記絞り値に対応する焦点深度を反映したステップを用いて上記位相差検出方式による焦点検出の際の上記フォーカスレンズの移動方向と同一方向に上記フォーカスレンズを移動させ、最新の位置において取得される評価値を新たな第1評価値とし、当該新たな第1評価値よりも1つ前の評価値を新たな第2評価値として上記合焦位置判定値を算出し、当該算出された合焦位置判定値が上記所定範囲内の値となる位置に上記フォーカスレンズを移動させる制御を行うようにしてもよい。また、この第1の側面において、上記制御部は、上記フォーカスレンズの位置が合焦位置でないと判断された場合において上記フォーカスレンズの移動の際に上記合焦位置を通過していると判断された場合には、上記位相差検出方式による焦点検出による上記フォーカスレンズの駆動の際に上記複数のタイミングごとに算出された複数の上記評価値と、当該複数の評価値を取得した際における上記フォーカスレンズの位置とに基づいて検出された合焦位置に上記フォーカスレンズを移動させる制御を行うようにしてもよい。また、この第1の側面において、上記制御部は、上記選択されたグループに係わらずに単一の範囲を上記所定範囲として上記フォーカスレンズの位置が合焦位置であるか否かの判断を行うようにしてもよい。また、この第1の側面において、上記位相差検出部は、上記位相差検出方式による焦点検出により上記フォーカスレンズの位置が合焦位置であると検出されるまで上記位相差検出方式による焦点検出を繰り返し行い、上記制御部は、上記位相差検出方式による焦点検出により上記フォーカスレンズの位置が合焦位置であると検出された場合に、上記第1評価値と上記第2評価値とに基づいて上記フォーカスレンズの位置が合焦位置であるか否かの判断を行うようにしてもよい。また、この第1の側面において、上記グループと上記絞り値とが関連付けられており、上記位相差検出部は、上記画像信号の取得の際の上記絞り値に関連付けられているグループを選択するようにしてもよい。また、この第1の側面において、上記評価値算出部は、上記選択されたグループに属する上記位相差検出用画素の近傍に配置される上記撮像用画素が出力した上記画像信号に基づいて上記評価値を算出するようにしてもよい。 The first aspect of the present invention, a plurality according to a difference in position in the predetermined direction and the image pickup pixels, a pair of light passing areas of the exit pupil plane to generate an image signal based on the object Utsushitai light image group are classified into groups, and an image pickup element and a phase difference detection pixels to be used in focus detection by phase difference detection method, based on the group used for focus detection by the phase difference detection method on the aperture value of said plurality A phase difference detection unit that performs focus detection by the phase difference detection method based on a signal generated by the phase difference detection pixels belonging to the selected group, and focus detection by the phase difference detection method On the basis of the image signals acquired at a plurality of timings when the focus lens is moved based on the evaluation value, an evaluation value for focus detection by a contrast detection method is obtained. An evaluation value calculation unit for calculating each focus, a first evaluation value that is the evaluation value when the focus lens is moved to a focus position based on focus detection by the phase difference detection method, and the first evaluation value Whether or not the focus lens position is the in-focus position is determined based on the second evaluation value that is the previous evaluation value, and the focus lens position is determined not to be the in-focus position. In this case, the imaging apparatus includes a control unit that performs control to move the focus lens to a focus position detected by using the calculated evaluation value or the newly calculated evaluation value . In the first aspect, the control unit calculates a focus position determination value based on the first evaluation value and the second evaluation value, and the focus position determination value is a value within a predetermined range. In such a case, it may be determined that the position of the focus lens is the in-focus position. In this first aspect, if the control unit determines that the position of the focus lens is not the in-focus position, whether or not the focus lens has passed the in-focus position during the movement of the focus lens. Is determined based on the in-focus position determination value, and when it is determined that the focus lens has not passed through the in-focus position during the movement of the focus lens, the aperture when the first evaluation value is acquired is determined. An evaluation value acquired at the latest position by moving the focus lens in the same direction as the movement direction of the focus lens at the time of focus detection by the phase difference detection method using a step reflecting the depth of focus corresponding to the value Is used as the new first evaluation value, the in-focus position determination value is calculated by using the evaluation value immediately before the new first evaluation value as the new second evaluation value, and the calculated in-focus position determination. The value is the above The value a position of囲内may perform control to move the focus lens. In the first aspect, the control unit determines that the focus lens has passed the focus position when the focus lens moves when it is determined that the position of the focus lens is not the focus position. When the focus lens is driven by focus detection by the phase difference detection method, the plurality of evaluation values calculated at each of the plurality of timings and the focus when the plurality of evaluation values are acquired. You may make it perform control which moves the said focus lens to the focus position detected based on the position of a lens. In the first aspect, the control unit determines whether the position of the focus lens is the in-focus position with the single range as the predetermined range regardless of the selected group. You may do it. In the first aspect, the phase difference detection unit performs focus detection by the phase difference detection method until the focus lens position is detected as a focus position by focus detection by the phase difference detection method. The control unit repeatedly performs the control based on the first evaluation value and the second evaluation value when the focus lens position is detected as a focus position by focus detection by the phase difference detection method. It may be determined whether or not the position of the focus lens is an in-focus position. In the first aspect, the group and the aperture value are associated with each other, and the phase difference detection unit selects the group associated with the aperture value at the time of acquiring the image signal. It may be. In the first aspect, the evaluation value calculation unit is configured to evaluate the evaluation based on the image signal output from the imaging pixel arranged in the vicinity of the phase difference detection pixel belonging to the selected group. A value may be calculated.

本発明によれば、焦点検出精度を向上させることができる。

According to the present invention, it is possible to improve the accuracy out focus inspection.

<撮像装置の外観構成>
図1および図2は、本発明の実施形態に係る撮像装置1の外観構成を示す図である。ここで、図1および図2は、それぞれ正面図および背面図を示している。また、図3は、撮像装置1の縦断面図である。
<Appearance configuration of imaging device>
1 and 2 are diagrams showing an external configuration of an imaging apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. Here, FIGS. 1 and 2 show a front view and a rear view, respectively. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the imaging apparatus 1.

撮像装置1は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ10と、カメラボディ10に着脱自在な交換レンズとしての撮影レンズ2とを備えている。   The imaging device 1 is configured as, for example, a single-lens reflex digital still camera, and includes a camera body 10 and a photographing lens 2 as an interchangeable lens that is detachable from the camera body 10.

図1において、カメラボディ10の正面側には、正面略中央に撮影レンズ2が装着されるマウント部301と、マウント部301の右横に配置されたレンズ交換ボタン302と、正面左端部(X方向左側)において突設され、ユーザが片手(又は両手)により確実に把持可能とするためのグリップ部303と、正面左上部(Y方向左上側)に配置されたモード設定ダイアル305と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル306と、グリップ部303の上面に配置されたシャッターボタン307とが設けられている。   In FIG. 1, on the front side of the camera body 10, a mount portion 301 on which the photographing lens 2 is mounted at the center of the front surface, a lens exchange button 302 disposed on the right side of the mount portion 301, and a front left end (X Left side of the direction), and a mode setting dial 305 disposed on the upper left side of the front (upper left side in the Y direction), and a right upper part of the front. A control value setting dial 306 arranged on the screen and a shutter button 307 arranged on the upper surface of the grip unit 303 are provided.

また、図2において、カメラボディ10の背面側には、LCD(Liquid Crystal Display)311と、LCD311の左方に配置された設定ボタン群312と、LCD311の右方に配置された十字キー314と、十字キー314の中央に配置されたプッシュボタン315とが備えられている。また、カメラボディ10の背面側には、LCD311の上方に配設されたEVF(Electronic View Finder)316と、EVF316の周囲を囲むアイカップ321と、EVF316の左方に配設されたメインスイッチ317と、EVF316の右方に配設された露出補正ボタン323およびAEロックボタン324と、EVF316の上方に配設されたフラッシュ部318および接続端子部319とが備えられている。   In FIG. 2, on the rear side of the camera body 10, there are an LCD (Liquid Crystal Display) 311, a setting button group 312 arranged on the left side of the LCD 311, and a cross key 314 arranged on the right side of the LCD 311. And a push button 315 disposed in the center of the cross key 314. Further, on the back side of the camera body 10, an EVF (Electronic View Finder) 316 disposed above the LCD 311, an eye cup 321 surrounding the EVF 316, and a main switch 317 disposed on the left side of the EVF 316. An exposure correction button 323 and an AE lock button 324 disposed on the right side of the EVF 316, and a flash unit 318 and a connection terminal unit 319 disposed above the EVF 316.

マウント部301には、装着された撮影レンズ2との電気的接続を行うための複数個の電気的接点や、機械的接続を行うためのカプラ等が設けられている。   The mount portion 301 is provided with a plurality of electrical contacts for electrical connection with the mounted taking lens 2 and a coupler for mechanical connection.

レンズ交換ボタン302は、マウント部301に装着された撮影レンズ2を取り外す際に押下されるボタンである。   The lens exchange button 302 is a button that is pressed when the photographing lens 2 attached to the mount unit 301 is removed.

グリップ部303は、ユーザが撮影時に撮像装置1を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部303の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池69B(図4参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するための記録媒体(例えばメモリカード)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部303には、当該グリップ部303をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。   The grip part 303 is a part where the user grips the imaging device 1 at the time of photographing, and is provided with surface irregularities that match the finger shape in order to improve fitting properties. Note that a battery storage chamber and a card storage chamber (not shown) are provided inside the grip portion 303. A battery 69B (see FIG. 4) is stored in the battery storage chamber as a power source for the camera, and a recording medium (for example, a memory card) for recording image data of the photographed image is detachably stored in the card storage chamber. It has become so. The grip unit 303 may be provided with a grip sensor for detecting whether or not the user has gripped the grip unit 303.

モード設定ダイアル305及び制御値設定ダイアル306は、カメラボディ10の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル305は、自動露出(AE)制御モードや自動焦点(AF;オートフォーカス)制御モード、或いは1枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置1に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル306は、撮像装置1に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。   The mode setting dial 305 and the control value setting dial 306 are made of a substantially disk-shaped member that can rotate in a plane substantially parallel to the upper surface of the camera body 10. The mode setting dial 305 is used for various types of shooting such as an automatic exposure (AE) control mode, an autofocus (AF) control mode, a still image shooting mode for shooting a single still image, and a continuous shooting mode for continuous shooting. This mode is used to selectively select a mode and a function installed in the imaging apparatus 1, such as a mode and a reproduction mode for reproducing a recorded image. On the other hand, the control value setting dial 306 is for setting control values for various functions installed in the imaging apparatus 1.

シャッターボタン307は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン307が半押し(S1)されると、被写体の静止画を撮影するための準備動作(露出制御値の設定や焦点調節等の準備動作)が実行され、シャッターボタン307が全押し(S2)されると、撮影動作(撮像センサを露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作)が実行される。   The shutter button 307 is a push switch that can be operated in a “half-pressed state” that is pressed halfway and further operated in a “full-pressed state”. When the shutter button 307 is half-pressed (S1) in the still image shooting mode, a preparatory operation for capturing a still image of the subject (preparation operations such as setting of exposure control values and focus adjustment) is executed, and the shutter button 307 is operated. When is fully pressed (S2), a photographing operation (a series of operations for exposing the imaging sensor, performing predetermined image processing on the image signal obtained by the exposure, and recording the image signal on a memory card or the like) is performed.

LCD311は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子101(図3)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置1に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、LCD311に代えて、有機ELやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。   The LCD 311 includes a color liquid crystal panel that can display an image. The LCD 311 displays an image picked up by the image pickup device 101 (FIG. 3), reproduces and displays a recorded image, and is mounted on the image pickup apparatus 1. The function and mode setting screen is displayed. Note that an organic EL or a plasma display device may be used instead of the LCD 311.

設定ボタン群312は、撮像装置1に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群312には、例えばLCD311に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン/オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。   The setting button group 312 is a button for performing operations on various functions installed in the imaging apparatus 1. The setting button group 312 includes, for example, a selection confirmation switch for confirming the content selected on the menu screen displayed on the LCD 311, a selection cancel switch, a menu display switch for switching the content of the menu screen, a display on / off switch, A display enlargement switch is included.

十字キー314は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部(図中の三角印の部分)を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点(スイッチ)により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン315は、十字キー314の中央に配置されている。十字キー314及びプッシュボタン315は、撮影倍率の変更(ズームレンズのワイド方向やテレ方向への移動)、LCD311等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件(絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等)の設定等の指示を入力するためのものである。   The cross key 314 has an annular member having a plurality of pressing portions (triangle marks in the figure) arranged at regular intervals in the circumferential direction, and is not shown and provided corresponding to each pressing portion. The pressing operation of the pressing portion is detected by the contact (switch). The push button 315 is arranged at the center of the cross key 314. The cross key 314 and the push button 315 are used to change the photographing magnification (movement of the zoom lens in the wide direction and the tele direction), frame advance of the recorded image to be reproduced on the LCD 311 and the like, and photographing conditions (aperture value, shutter speed, flash emission). This is for inputting an instruction such as setting or not.

EVF316は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子101(図3)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行う。ここで、EVF316やLCD311において本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子101で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子101にて撮影される被写体を視認することが可能となる。   The EVF 316 includes, for example, a color liquid crystal panel that can display an image, and performs display of an image captured by the image sensor 101 (FIG. 3), reproduction display of a recorded image, and the like. Here, the live view (preview) display for displaying the subject in a moving image mode is performed on the EVF 316 or the LCD 311 based on the image signal sequentially generated by the image sensor 101 before the main shooting (shooting for image recording). The user can visually recognize a subject actually captured by the image sensor 101.

メインスイッチ317は、左右にスライドする2接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置1の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。   The main switch 317 is a two-contact slide switch that slides to the left and right. When the switch is set to the left, the power of the imaging apparatus 1 is turned on, and when the switch is set to the right, the power is turned off.

フラッシュ部318は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ10に取り付ける場合には、接続端子部319を使用して接続する。   The flash unit 318 is configured as a pop-up built-in flash. On the other hand, when attaching an external flash or the like to the camera body 10, the connection is made using the connection terminal portion 319.

アイカップ321は、遮光性を有してEVF316への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。   The eye cup 321 is a “U” -shaped light shielding member that has light shielding properties and suppresses intrusion of external light into the EVF 316.

露出補正ボタン323は、露出値(絞り値やシャッタースピード)を手動で調整するためのボタンであり、AEロックボタン324は、露出を固定するためのボタンである。   The exposure correction button 323 is a button for manually adjusting an exposure value (aperture value or shutter speed), and the AE lock button 324 is a button for fixing exposure.

撮影レンズ2は、被写体からの光(光像)を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ10の内部に配置されている撮像素子101に導くための撮影光学系として機能するものである。この撮影レンズ2は、上述のレンズ交換ボタン302を押下操作することで、カメラボディ10から取り外すことが可能となっている。   The photographic lens 2 functions as a lens window that captures light (light image) from the subject and also functions as a photographic optical system for guiding the subject light to the image sensor 101 disposed inside the camera body 10. It is. The photographing lens 2 can be detached from the camera body 10 by pressing the lens exchange button 302 described above.

撮影レンズ2は、光軸LTに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群21を備えている(図3)。このレンズ群21には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ211(図4参照)と、変倍を行うためのズームレンズ212(図4参照)とが含まれており、それぞれ光軸LT方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、撮影レンズ2には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ212は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。   The taking lens 2 includes a lens group 21 including a plurality of lenses arranged in series along the optical axis LT (FIG. 3). The lens group 21 includes a focus lens 211 (see FIG. 4) for adjusting the focal point and a zoom lens 212 (see FIG. 4) for performing zooming, each in the direction of the optical axis LT. By driving the zoom lens, zooming and focus adjustment are performed. The photographing lens 2 is provided with an operation ring that can rotate along the outer peripheral surface of the lens barrel at a suitable position on the outer periphery of the lens barrel. The zoom lens 212 can be operated by manual operation or automatic operation. It moves in the optical axis direction according to the rotation direction and rotation amount of the operation ring, and is set to a zoom magnification (imaging magnification) according to the position of the movement destination.

撮像素子101は、カメラボディ10に撮影レンズ2が装着された場合の当該撮影レンズ2が備えているレンズ群21の光軸LT上において、光軸LTに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子101としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に2次元配置され、それぞれ分光特性の異なる例えばR(赤)、G(緑)、B(青)のカラーフィルタが配設された色画素を有するCMOSカラーエリアセンサ(CMOS型の撮像素子)が用いられる。撮像素子(撮像センサ)101は、撮影レンズ(撮影光学系)2によって結像された被写体光像をR(赤)、G(緑)、B(青)各色成分のアナログの電気信号(画像信号)に変換し、R、G、B各色の画像信号を生成して出力する。この撮像素子101の構成については、後で詳述する。   The image sensor 101 is arranged in a direction perpendicular to the optical axis LT on the optical axis LT of the lens group 21 provided in the photographing lens 2 when the photographing lens 2 is attached to the camera body 10. Yes. As the image sensor 101, for example, a plurality of pixels configured with photodiodes are two-dimensionally arranged in a matrix and each has a spectral characteristic, for example, R (red), G (green), or B (blue) color. A CMOS color area sensor (CMOS type image sensor) having color pixels provided with filters is used. The image sensor (imaging sensor) 101 converts an object light image formed by the photographing lens (photographing optical system) 2 into analog electrical signals (image signals) of R (red), G (green), and B (blue) color components. ) To generate and output image signals of R, G, and B colors. The configuration of the image sensor 101 will be described in detail later.

撮像装置1の前方には、シャッタユニット40が配置されている。このシャッタユニット40は、上下方向に移動する幕体を備え、光軸LTに沿って撮像素子101に導かれる被写体光の光路開口動作及び光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット40は、撮像素子101が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。   A shutter unit 40 is disposed in front of the imaging device 1. The shutter unit 40 includes a curtain that moves in the vertical direction, and is configured as a mechanical focal plane shutter that performs an optical path opening operation and an optical path blocking operation of subject light guided to the image sensor 101 along the optical axis LT. The shutter unit 40 can be omitted when the image sensor 101 is an image sensor capable of complete electronic shutter.

<撮像装置1の電気的構成>
図4は、撮像装置1全体の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図1〜図3と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、撮影レンズ2の電気的構成について先ず説明する。
<Electrical Configuration of Imaging Device 1>
FIG. 4 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the entire imaging apparatus 1. Here, the same members as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. For convenience of explanation, the electrical configuration of the photographic lens 2 will be described first.

撮影レンズ2は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群21に加え、レンズ駆動機構24と、レンズ位置検出部25と、レンズ制御部26と、絞り駆動機構27とを備えている。   The photographing lens 2 includes a lens driving mechanism 24, a lens position detection unit 25, a lens control unit 26, and an aperture driving mechanism 27 in addition to the lens group 21 constituting the photographing optical system described above.

レンズ群21では、フォーカスレンズ211及びズームレンズ212と、カメラボディ10に備えられた撮像素子101へ入射される光量を調節するための絞り23とが、鏡胴内において光軸LT(図3)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子101に結像させる。焦点調節動作は、レンズ群21がカメラボディ10内のAFアクチュエータ71Mにより光軸LT方向に駆動されることで行われる。   In the lens group 21, a focus lens 211 and a zoom lens 212, and a diaphragm 23 for adjusting the amount of light incident on the image sensor 101 provided in the camera body 10 are arranged in an optical axis LT (FIG. 3) in the lens barrel. The optical image of the subject is captured and formed on the image sensor 101. The focus adjustment operation is performed by driving the lens group 21 in the direction of the optical axis LT by the AF actuator 71M in the camera body 10.

レンズ駆動機構24は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、カプラ74を介してAFアクチュエータ71Mからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ211等を光軸LTと平行な方向に移動させるものである。なお、フォーカスレンズ211の移動方向及び移動量は、それぞれAFアクチュエータ71Mの回転方向及び回転数に従う。   The lens driving mechanism 24 includes, for example, a helicoid and a gear (not shown) that rotates the helicoid. The lens driving mechanism 24 receives a driving force from the AF actuator 71M via the coupler 74, and moves the focus lens 211 and the like parallel to the optical axis LT. Move in the direction. Note that the movement direction and the movement amount of the focus lens 211 are in accordance with the rotation direction and the rotation speed of the AF actuator 71M, respectively.

レンズ位置検出部25は、レンズ群21の移動範囲内において光軸LT方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながら鏡胴22と一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群21の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部24で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。   The lens position detection unit 25 is integrated with the lens barrel 22 while being in sliding contact with the encode plate in which a plurality of code patterns are formed at a predetermined pitch in the optical axis LT direction within the movement range of the lens group 21. And a moving encoder brush for detecting the amount of movement of the lens group 21 during focus adjustment. The lens position detected by the lens position detection unit 24 is output as the number of pulses, for example.

レンズ制御部26は、例えば制御プログラムを記憶するROMや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等からなるメモリ部261が内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。また、レンズ制御部26は、カメラボディ10のメイン制御部62との間で通信を行う通信部262を備え、この通信部262は、例えばレンズ群21の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データをメイン制御部62に送信する一方、メイン制御部62から例えばフォーカスレンズ211の駆動量のデータを受信する。また撮影時には、撮影レンズ2に関する焦点距離情報、フォーカスレンズ211の位置、絞り値等のデータが通信部262からメイン制御部62へ送信される。なお、メモリ部261には、上記のレンズ群21の状態情報データや、撮影レンズ2のFナンバー(Fno)、メイン制御部62から送信された例えばフォーカスレンズ211の駆動量のデータ等が記憶される。   The lens control unit 26 includes a microcomputer in which a memory unit 261 including, for example, a ROM that stores a control program and a flash memory that stores data related to state information is built. The lens control unit 26 includes a communication unit 262 that communicates with the main control unit 62 of the camera body 10. The communication unit 262 includes, for example, a focal length, an exit pupil position, an aperture value, and the like of the lens group 21. While transmitting state information data such as a focusing distance and a peripheral light amount state to the main control unit 62, for example, data on the driving amount of the focus lens 211 is received from the main control unit 62. At the time of photographing, data such as focal length information regarding the photographing lens 2, the position of the focus lens 211, and an aperture value are transmitted from the communication unit 262 to the main control unit 62. The memory unit 261 stores the state information data of the lens group 21 described above, the F number (Fno) of the photographing lens 2, the driving amount data of the focus lens 211 transmitted from the main control unit 62, and the like. The

絞り駆動機構27は、カプラ75を介して絞り駆動アクチュエータ73Mからの駆動力を受けて、絞り23の絞り径を変更するものである。   The aperture drive mechanism 27 receives the driving force from the aperture drive actuator 73M via the coupler 75 and changes the aperture diameter of the aperture 23.

続いて、カメラボディ10の電気的構成について説明する。カメラボディ10には、先に説明した撮像素子101、シャッタユニット40等の他に、AFE(アナログフロントエンド)5、画像処理部61、画像メモリ614、メイン制御部62、フラッシュ回路63、操作部64、VRAM65(65a、65b)、カードI/F66、メモリカード67、通信用I/F68、電源回路69、電池69B、フォーカス駆動制御部71A及びAFアクチュエータ71M、シャッタ駆動制御部72A及びシャッタ駆動アクチュエータ72M、絞り駆動制御部73A及び絞り駆動アクチュエータ73Mを備えて構成されている。   Next, the electrical configuration of the camera body 10 will be described. The camera body 10 includes an AFE (analog front end) 5, an image processing unit 61, an image memory 614, a main control unit 62, a flash circuit 63, an operation unit, in addition to the imaging element 101 and the shutter unit 40 described above. 64, VRAM 65 (65a, 65b), card I / F 66, memory card 67, communication I / F 68, power supply circuit 69, battery 69B, focus drive control unit 71A and AF actuator 71M, shutter drive control unit 72A, and shutter drive actuator 72M, an aperture drive control unit 73A, and an aperture drive actuator 73M.

撮像素子101は、先に説明した通りCMOSセンサからなり、後述のタイミング制御回路51により、当該撮像素子101の露光動作の開始(及び終了)や、撮像素子101が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。   The image sensor 101 is composed of a CMOS sensor as described above, and the timing control circuit 51 described below starts (and ends) the exposure operation of the image sensor 101, outputs selection of each pixel included in the image sensor 101, and pixels Imaging operations such as signal readout are controlled.

AFE5は、撮像素子101に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子101から出力される画像信号(CMOSエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群)に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部61に出力するものである。このAFE5は、タイミング制御回路51、信号処理部52及びA/D変換部53などを備えて構成されている。   The AFE 5 gives a timing pulse for causing the image sensor 101 to perform a predetermined operation, and performs predetermined signal processing on an image signal (analog signal group received by each pixel of the CMOS area sensor) output from the image sensor 101. Is converted into a digital signal and output to the image processing unit 61. The AFE 5 includes a timing control circuit 51, a signal processing unit 52, an A / D conversion unit 53, and the like.

タイミング制御回路51は、メイン制御部62から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス(垂直走査パルスφVn、水平走査パルスφVm、リセット信号φVr等を発生させるパルス)を生成して撮像素子101に出力し、撮像素子101の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部52やA/D変換部53にそれぞれ出力することにより、信号処理部52及びA/D変換部53の動作を制御する。   The timing control circuit 51 generates a predetermined timing pulse (a pulse for generating a vertical scanning pulse φVn, a horizontal scanning pulse φVm, a reset signal φVr, etc.) based on the reference clock output from the main control unit 62, and the imaging device 101. And the imaging operation of the image sensor 101 is controlled. In addition, the operation of the signal processing unit 52 and the A / D conversion unit 53 is controlled by outputting predetermined timing pulses to the signal processing unit 52 and the A / D conversion unit 53, respectively.

信号処理部52は、撮像素子101から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部52には、CDS(相関二重サンプリング)回路、撮像素子101から出力される電荷信号を増幅するAGC(オートゲインコントロール)回路及びクランプ回路等が備えられている。   The signal processing unit 52 performs predetermined analog signal processing on the analog image signal output from the image sensor 101. The signal processing unit 52 includes a CDS (correlated double sampling) circuit, an AGC (auto gain control) circuit that amplifies the charge signal output from the image sensor 101, a clamp circuit, and the like.

信号処理部52のAGC回路では、後述する位相差AF用の画素列Lpにおける各画素からの電荷信号がゲイン(増幅率)αで増幅されるとともに、後述の撮影用の画素列Lnにおける各画素(G画素11gb、R画素11rおよびB画素11b)からの電荷信号が、上記のゲインαと異なるゲインβで増幅されることとなる。これは、撮影レンズ2の射出瞳の一部を通過した光束を受光する位相差AF用の画素においては、撮影用の画素に比べて感度が低下するため、撮影用の画素より高ゲインで増幅して適正な出力レベルを確保する必要があるためである。   In the AGC circuit of the signal processing unit 52, the charge signal from each pixel in the pixel array Lp for phase difference AF described later is amplified by a gain (amplification factor) α and each pixel in the pixel column Ln for imaging described later is used. The charge signals from (G pixel 11gb, R pixel 11r, and B pixel 11b) are amplified with a gain β different from the gain α. This is because the phase difference AF pixel that receives the light beam that has passed through a part of the exit pupil of the photographing lens 2 has a lower sensitivity than the photographing pixel, and is therefore amplified with a higher gain than the photographing pixel. This is because it is necessary to ensure an appropriate output level.

A/D変換部53は、信号処理部52から出力されたアナログのR、G、Bの画像信号を、上記タイミング制御回路51から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット(例えば12ビット)からなるデジタルの画像信号に変換するものである。   The A / D converter 53 converts the analog R, G, and B image signals output from the signal processor 52 into a plurality of bits (for example, 12 bits) based on the timing pulse output from the timing control circuit 51. ) Are converted into digital image signals.

画像処理部61は、AFE5から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路611、ホワイトバランス制御回路612及びガンマ補正回路613等を備えて構成されている。なお、画像処理部61へ取り込まれた画像データは、撮像素子101の読み出しに同期して画像メモリ614に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ614に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部61の各ブロックにおいて処理が行われる。   The image processing unit 61 performs predetermined signal processing on the image data output from the AFE 5 to create an image file, and includes a black level correction circuit 611, a white balance control circuit 612, a gamma correction circuit 613, and the like. Has been. The image data captured by the image processing unit 61 is temporarily written in the image memory 614 in synchronization with the reading of the image sensor 101. Thereafter, the image data written in the image memory 614 is accessed to access the image processing unit. Processing is performed in each of the 61 blocks.

黒レベル補正回路611は、A/D変換部53によりA/D変換されたR、G、Bの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。   The black level correction circuit 611 corrects the black level of each of the R, G, and B digital image signals A / D converted by the A / D conversion unit 53 to a reference black level.

ホワイトバランス補正回路612は、光源に応じた白の基準に基づいて、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換(ホワイトバランス(WB)調整)を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路612は、メイン制御部62から与えられるWB調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のR、G、Bそれぞれを色成分の平均と、G/R比及びG/B比とを求め、これをR、Bの補正ゲインとしてレベル補正する。   The white balance correction circuit 612 performs level conversion (white balance (WB) adjustment) of digital signals of each color component of R (red), G (green), and B (blue) based on a white reference corresponding to the light source. Is what you do. That is, the white balance control circuit 612 identifies a portion that is originally estimated to be white based on luminance, saturation data, and the like in the photographic subject based on the WB adjustment data provided from the main control unit 62, and R, G of that portion. , B, the average of the color components, the G / R ratio and the G / B ratio are obtained, and the levels are corrected as R and B correction gains.

ガンマ補正回路613は、WB調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路613は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。   The gamma correction circuit 613 corrects the gradation characteristics of the image data subjected to WB adjustment. Specifically, the gamma correction circuit 613 performs non-linear conversion and offset adjustment using a gamma correction table set in advance for each color component.

画像メモリ614は、撮影モード時には、画像処理部61から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部62により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード67から読み出した画像データを一時的に記憶する。   The image memory 614 temporarily stores the image data output from the image processing unit 61 in the photographing mode, and is also used as a work area for performing predetermined processing on the image data by the main control unit 62. It is. In the playback mode, the image data read from the memory card 67 is temporarily stored.

メイン制御部62は、例えば制御プログラムを記憶するROMや一時的にデータを記憶するフラッシュメモリ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置1各部の動作を制御するものである。   The main control unit 62 is composed of a microcomputer incorporating a storage unit such as a ROM for storing a control program or a flash memory for temporarily storing data, and controls the operation of each unit of the imaging apparatus 1.

フラッシュ回路63は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部318または接続端子部319に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部62により設定された発光量に制御するものである。   The flash circuit 63 controls the light emission amount of the external flash connected to the flash unit 318 or the connection terminal unit 319 to the light emission amount set by the main control unit 62 in the flash photographing mode.

操作部64は、上述のモード設定ダイアル305、制御値設定ダイアル306、シャッターボタン307、設定ボタン群312、十字キー314、プッシュボタン315、メインスイッチ317等を含み、操作情報をメイン制御部62に入力するためのものである。   The operation unit 64 includes the mode setting dial 305, the control value setting dial 306, the shutter button 307, the setting button group 312, the cross key 314, the push button 315, the main switch 317, etc., and the operation information is sent to the main control unit 62. It is for input.

VRAM65a、65bは、LCD311およびEVF316の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部62とLCD311およびEVF316との間のバッファメモリである。カードI/F66は、メモリカード67とメイン制御部62との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード67は、メイン制御部62で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用I/F68は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。   The VRAMs 65a and 65b have a storage capacity of image signals corresponding to the number of pixels of the LCD 311 and the EVF 316, and are buffer memories between the main control unit 62 and the LCD 311 and the EVF 316. The card I / F 66 is an interface for enabling transmission / reception of signals between the memory card 67 and the main control unit 62. The memory card 67 is a recording medium that stores image data generated by the main control unit 62. The communication I / F 68 is an interface for enabling transmission of image data and the like to a personal computer and other external devices.

電源回路69は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部62等の制御部、撮像素子101、その他の各種駆動部等、撮像装置1全体を駆動させるための電圧(例えば5V)を生成する。なお、撮像素子101への通電制御は、メイン制御部62から電源回路69に与えられる制御信号により行われる。電池69Bは、アルカリ乾電池等の一次電池や、ニッケル水素充電池等の二次電池からなり、撮像装置1全体に電力を供給する電源である。   The power supply circuit 69 includes a constant voltage circuit, for example, and generates a voltage (for example, 5 V) for driving the entire imaging apparatus 1 such as a control unit such as the main control unit 62, the imaging element 101, and other various driving units. . Note that energization control to the image sensor 101 is performed by a control signal supplied from the main control unit 62 to the power supply circuit 69. The battery 69B includes a primary battery such as an alkaline battery or a secondary battery such as a nickel metal hydride battery, and is a power source that supplies power to the entire imaging apparatus 1.

フォーカス駆動制御部71Aは、メイン制御部62から与えられるAF制御信号に基づき、フォーカスレンズ211を合焦位置に移動させるために必要な、AFアクチュエータ71Mに対する駆動制御信号を生成するものである。AFアクチュエータ71Mは、ステッピングモータ等からなり、カプラ74を介して撮影レンズ2のレンズ駆動機構24にレンズ駆動力を与える。   The focus drive control unit 71A generates a drive control signal for the AF actuator 71M necessary for moving the focus lens 211 to the in-focus position based on the AF control signal given from the main control unit 62. The AF actuator 71M includes a stepping motor and the like, and applies a lens driving force to the lens driving mechanism 24 of the photographing lens 2 via the coupler 74.

シャッタ駆動制御部72Aは、メイン制御部62から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ72Mに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ72Mは、シャッタユニット40の開閉駆動を行うアクチュエータである。   The shutter drive control unit 72A generates a drive control signal for the shutter drive actuator 72M based on a control signal given from the main control unit 62. The shutter drive actuator 72M is an actuator that performs opening / closing drive of the shutter unit 40.

絞り駆動制御部73Aは、メイン制御部62から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ73Mに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ73Mは、カプラ75を介して絞り駆動機構27に駆動力を与える。   The aperture drive control unit 73A generates a drive control signal for the aperture drive actuator 73M based on the control signal given from the main control unit 62. The aperture driving actuator 73M applies a driving force to the aperture driving mechanism 27 via the coupler 75.

また、カメラボディ10は、黒レベル補正回路611から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、オートフォーカス(AF)制御時に必要な演算を行う位相差AF演算回路76およびコントラストAF演算回路77を備えている。   The camera body 10 also includes a phase difference AF calculation circuit 76 and a contrast AF calculation circuit 77 that perform calculations necessary for autofocus (AF) control based on the black level corrected image data output from the black level correction circuit 611. It has.

これらの位相差AF演算回路76およびコントラストAF演算回路77を利用した撮像装置1のAF動作と撮像素子101の構成とについて、以下で詳しく説明する。   The AF operation of the image pickup apparatus 1 using the phase difference AF calculation circuit 76 and the contrast AF calculation circuit 77 and the configuration of the image sensor 101 will be described in detail below.

<撮像素子101の構成および撮像装置1のAF動作について>
撮像装置1では、撮像素子101において撮影レンズ2の射出瞳の異なった部分(一対の部分領域)を透過(通過)した透過光を受光することにより焦点検出を行う位相差検出方式のAF(位相差AF)が可能な構成となっている。この撮像素子101の構成と、この撮像素子101を利用した位相差AFの原理とを、以下で説明する。
<Regarding Configuration of Image Sensor 101 and AF Operation of Imaging Device 1>
In the imaging apparatus 1, a phase difference detection AF (position detection method) that performs focus detection by receiving transmitted light that has passed through (passed through) different portions (a pair of partial regions) of the exit pupil of the imaging lens 2 in the imaging element 101. Phase difference AF) is possible. The configuration of the image sensor 101 and the principle of phase difference AF using the image sensor 101 will be described below.

図5は、撮像素子101の構成を説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of the image sensor 101.

撮像素子101は、図5(a)に示すように水平方向に沿って配置された撮影用の画素列Lnと位相差AF用の画素列Lpとを備えている。   As shown in FIG. 5A, the image sensor 101 includes a pixel column Ln for photographing and a pixel column Lp for phase difference AF arranged along the horizontal direction.

撮影用の画素列Lnは、フォトダイオード上にR(赤)、G(緑)およびB(青)の各カラーフィルタが設けられたR画素11r、G画素11gおよびB画素11bを有しており、これらのR画素11r、G画素11gおよびB画素11bの画素配置はベイヤー配列となっている。   The pixel row Ln for photographing has an R pixel 11r, a G pixel 11g, and a B pixel 11b in which R (red), G (green), and B (blue) color filters are provided on a photodiode. The pixel arrangement of these R pixel 11r, G pixel 11g, and B pixel 11b is a Bayer array.

位相差AF用の画素列Lpは、位相差AFで利用するための画素(特定画素)として、実絞り値がF2に相当する場合における射出瞳の左右一対の部分領域を通過する被写体光束のみを受光する一対の画素(以下では「第1画素」ともいう)111(111a、111b)と、実絞り値がF6に相当する場合における射出瞳の左右一対の部分領域を通過する被写体光束のみを受光する一対の画素(以下では「第2画素」ともいう)112(112a、112b)とを有している。すなわち、位相差AF用の画素列Lpに配列される特定画素は、後述の遮光板BDのスリットによって制限された被写体光束の一部に相当する各光束(後述する図6〜7の各光束Ja〜Jd)が通過する射出瞳面の一対の部分領域が実絞り値の違いにより互いに異なっている2つの画素グループ、つまり第1画素111のグループ(以下では「第1画素グループ」ともいう)および第2画素112のグループ(以下では「第2画素グループ」ともいう)に分けられるとともに、第1画素グループおよび第2画素グループそれぞれは、射出瞳の一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の画素群(一対の第1画素111a、111bの群、一対の第2画素112a、112bの群)で構成されることとなる。また、位相差AF用の画素列Lpでは、一対の第1画素111と一対の第2画素112とが交互に配置されている。   The pixel row Lp for phase difference AF is a pixel (specific pixel) for use in phase difference AF, and only subject luminous flux that passes through a pair of left and right partial areas of the exit pupil when the actual aperture value corresponds to F2. Only a subject light beam that passes through a pair of pixels (hereinafter also referred to as “first pixels”) 111 (111a, 111b) and a pair of left and right partial areas of the exit pupil when the actual aperture value corresponds to F6 is received. A pair of pixels (hereinafter also referred to as “second pixels”) 112 (112a, 112b). That is, the specific pixels arranged in the pixel row Lp for phase difference AF are each light flux corresponding to a part of the subject light flux limited by a slit of a light shielding plate BD described later (each light flux Ja in FIGS. 6 to 7 described later). To Jd), a pair of partial areas of the exit pupil plane that are different from each other due to a difference in actual aperture value, that is, a group of the first pixels 111 (hereinafter also referred to as “first pixel group”) and It is divided into a group of second pixels 112 (hereinafter also referred to as “second pixel group”), and each of the first pixel group and the second pixel group receives a subject luminous flux that has passed through a pair of partial areas of the exit pupil. A pair of pixel groups (a group of a pair of first pixels 111a and 111b and a group of a pair of second pixels 112a and 112b) are configured. Further, in the pixel row Lp for phase difference AF, a pair of first pixels 111 and a pair of second pixels 112 are alternately arranged.

一対の第1画素111は、隣接して配置される左側の第1画素111aと右側の第1画素111bとからなり、位相差AF用の画素列Lpの配列方向(水平方向)に沿って配置されている。そして、左側の第1画素111aと右側の第1画素111bとは、選択透過部として機能する遮光板BDに設けられたスリット(開口部)Sa、Sb(図5(b))により撮影レンズ2の射出瞳を通過した被写体光束の一部を選択的に透過させることで、実絞り値がF2相当の射出瞳における左右一対の部分領域を通過する被写体光束を受光領域Pa、Pbで受光できるようになっている。ここで、左側の第1画素111aと右側の第1画素111bとは、スリットSa、Sbの位置が鏡面対象の関係となっている。   The pair of first pixels 111 includes a first pixel 111a on the left side and a first pixel 111b on the right side that are arranged adjacent to each other, and are arranged along the arrangement direction (horizontal direction) of the pixel row Lp for phase difference AF. Has been. The first pixel 111a on the left side and the first pixel 111b on the right side are the photographing lens 2 through slits (openings) Sa and Sb (FIG. 5B) provided in the light shielding plate BD functioning as a selective transmission part. By selectively transmitting a part of the subject luminous flux that has passed through the exit pupil, the subject luminous flux that passes through a pair of left and right partial areas in the exit pupil whose actual aperture value is equivalent to F2 can be received by the light receiving areas Pa and Pb. It has become. Here, the left first pixel 111a and the right first pixel 111b have a mirror-surface relationship with respect to the positions of the slits Sa and Sb.

また、一対の第2画素112は、隣接して配置される左側の第2画素112aと右側の第2画素112bとからなり、位相差AF用の画素列Lpの配列方向(水平方向)に沿って配置されている。そして、左側の第2画素112aと右側の第2画素112bとは、選択透過部として機能する遮光板BDに設けられたスリット(開口部)Ta、Tb(図5(b))により撮影レンズ2の射出瞳を通過した被写体光束の一部を選択的に透過させることで、実絞り値がF6相当の射出瞳における左右一対の部分領域を通過する被写体光束を受光領域Qa、Qbで受光できるようになっている。ここで、左側の第2画素112aと右側の第2画素112bとは、スリットTa、Tbの位置が、上記一対の第1画素111と同様に鏡面対象の関係となっている。   In addition, the pair of second pixels 112 includes a left second pixel 112a and a right second pixel 112b that are disposed adjacent to each other, and extends along the arrangement direction (horizontal direction) of the pixel row Lp for phase difference AF. Are arranged. The second pixel 112a on the left side and the second pixel 112b on the right side are the photographing lens 2 through slits (openings) Ta and Tb (FIG. 5B) provided in the light shielding plate BD functioning as a selective transmission part. By selectively transmitting a part of the subject luminous flux that has passed through the exit pupil, the subject luminous flux that passes through a pair of left and right partial areas in the exit pupil whose actual aperture value is equivalent to F6 can be received by the light receiving areas Qa and Qb. It has become. Here, the second pixel 112a on the left side and the second pixel 112b on the right side have a mirror surface relationship in the positions of the slits Ta and Tb, like the pair of first pixels 111.

以上のように位相差AF用の画素列Lpでは、スリットSa、Sb、Ta、Tbの位置が4画素毎に異なる遮光板BDが設けられている(図5(b))。よって、位相差AF用の画素列Lpに配置される第1画素111および第2画素112においては、撮影用の画素列Lnに配置される各画素11r、11g、11bより受光量が少なくなるので、感度を向上させるためにカラーフィルタを設けないこととしている。このため、位相差AF用の画素列Lpでは水平1ライン分の撮影用の画素データが欠落することとなるが、このデータ欠損については、公知の一般的なライン欠損に対する画素補間で対応することとする。なお、撮像素子101の電荷読出しでは、撮影用の画素列LnにおけるRGB各画素11r、11g、11bと、位相差AF用の画素列Lpにおける第1画素111および第2画素112とで読み出し方法を異ならせて同時に電荷読出しを行えるようになっている。   As described above, in the pixel row Lp for phase difference AF, the light shielding plate BD in which the positions of the slits Sa, Sb, Ta, and Tb are different every four pixels is provided (FIG. 5B). Therefore, in the first pixel 111 and the second pixel 112 arranged in the pixel row Lp for phase difference AF, the amount of received light is smaller than that in each of the pixels 11r, 11g, and 11b arranged in the imaging pixel row Ln. In order to improve sensitivity, a color filter is not provided. For this reason, in the pixel row Lp for phase difference AF, pixel data for photographing for one horizontal line is lost. This data loss is dealt with by pixel interpolation for a known general line loss. And In the charge readout of the image sensor 101, a readout method is used for the RGB pixels 11r, 11g, and 11b in the imaging pixel row Ln and the first pixel 111 and the second pixel 112 in the phase difference AF pixel row Lp. The charge can be read simultaneously by making different.

次に、上記の位相差AF用の画素列Lpを利用した位相差AFの原理を、詳しく説明する。   Next, the principle of phase difference AF using the pixel row Lp for phase difference AF will be described in detail.

図6および図7は、撮像素子101における位相差AF用の画素列Lpを利用した位相差AFの原理を説明するための図である。ここで、図6には、撮影レンズ(撮影光学系)2の実絞り値がF2.0に相当する場合の射出瞳を部分的に通過する光束Ja、Jbが表されており、図7には、撮影レンズ2の実絞り値がF5.6に相当する場合の射出瞳を部分的に通過する光束Jc、Jdが表されている。   6 and 7 are diagrams for explaining the principle of phase difference AF using the pixel row Lp for phase difference AF in the image sensor 101. FIG. Here, FIG. 6 shows light beams Ja and Jb partially passing through the exit pupil when the actual aperture value of the photographic lens (photographic optical system) 2 corresponds to F2.0. Represents the light beams Jc and Jd partially passing through the exit pupil when the actual aperture value of the photographing lens 2 corresponds to F5.6.

実絞り値がF2.0の場合、一対の第1画素111a、111bでは、図6に示すように射出瞳の右側領域Epaを通過した光束JaがマイクロレンズMLおよび遮光板BDのスリットSaを通って光電変換部110の左端付近の受光領域Paで結像するとともに、射出瞳の左側領域Epbを通過した光束JbがマイクロレンズMLおよび遮光板BDのスリットSbを通って光電変換部110の右端付近の受光領域Pbで結像するようになっている。以下では、一対の第1画素111a、111bにおいて、左側の第1画素111aから得られる受光データを「A系列のデータ」と呼び、右側の第1画素111bから得られる受光データを「B系列のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある1つの位相差AF用の画素列Lp(図5)に配置された一対の第1画素111a、111bから得られるA系列のデータとB系列のデータとを表した図8〜図12を参照して実絞り値がF2.0の場合における位相差AFの原理を説明する。   When the actual aperture value is F2.0, in the pair of first pixels 111a and 111b, as shown in FIG. 6, the light beam Ja that has passed through the right area Epa of the exit pupil passes through the microlens ML and the slit Sa of the light shielding plate BD. The light beam Jb that forms an image in the light receiving region Pa near the left end of the photoelectric conversion unit 110 and passes through the left region Epb of the exit pupil passes through the microlens ML and the slit Sb of the light shielding plate BD and is near the right end of the photoelectric conversion unit 110. An image is formed in the light receiving region Pb. Hereinafter, in the pair of first pixels 111a and 111b, the light reception data obtained from the left first pixel 111a is referred to as “A series data”, and the light reception data obtained from the right first pixel 111b is referred to as “B series data”. For example, A series data and B series data obtained from a pair of first pixels 111a and 111b arranged in a certain pixel row Lp (FIG. 5) for phase difference AF are referred to as “data”. The principle of phase difference AF when the actual aperture value is F2.0 will be described with reference to FIGS.

図8は、焦点面が撮像素子101の撮像面から200μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図9は、焦点面が撮像面から100μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図10は、焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図11は、焦点面が撮像面から100μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図12は、焦点面が撮像面から200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図8〜図12においては、横軸が位相差AF用の画素列Lpにおける第1画素111a、111bの位置を示し、縦軸が各第1画素111a、111bからの出力を示している。また、図8〜図12では、グラフGa1〜Ga5(実線で図示)がA系列のデータを表し、グラフGb1〜Gb5(破線で図示)がB系列のデータを表している。   FIG. 8 is a diagram illustrating a simulation result when the focal plane is defocused closer to 200 μm from the imaging plane of the image sensor 101. FIG. 9 is a diagram illustrating the focal plane defocused closer to 100 μm from the imaging plane. It is a figure which shows the simulation result in the case of being. FIG. 10 is a diagram showing a simulation result in a focused state where the focal plane coincides with the imaging plane. Further, FIG. 11 is a diagram showing a simulation result when the focal plane is defocused 100 μm away from the imaging plane, and FIG. 12 is a diagram showing the focal plane defocused 200 μm away from the imaging plane. It is a figure which shows the simulation result in a case. 8 to 12, the horizontal axis indicates the positions of the first pixels 111a and 111b in the phase difference AF pixel row Lp, and the vertical axis indicates the output from each of the first pixels 111a and 111b. Yes. 8 to 12, graphs Ga1 to Ga5 (shown by solid lines) represent A-series data, and graphs Gb1 to Gb5 (shown by broken lines) represent B-series data.

図8〜図12においてA系列のグラフGa1〜Ga5で示される各A系列の像列とB系列のグラフGb1〜Gb5で示される各B系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、A系列の像列とB系列の像列との間に生じる撮像素子101の水平方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。   In FIG. 8 to FIG. 12, when comparing the A-sequence image sequence indicated by the A-sequence graphs Ga1 to Ga5 and the B-sequence image sequences indicated by the B-sequence graphs Gb1 to Gb5, the larger the defocus amount, the greater the defocus amount. It can be seen that the shift amount (deviation amount) in the horizontal direction of the image sensor 101 generated between the A-sequence image sequence and the B-sequence image sequence is increased.

このような一対の像列(A系列およびB系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図13に示すグラフGcのように表される。この図13においては、横軸がデフォーカス量(mm)を示し、縦軸がA系列の像列の重心位置に対するB系列の像列の重心位置の差(画素数)を示している。なお、各像列の重心位置Xgは、例えば次のような演算式(1)により求められる。 When the relationship between the shift amount and the defocus amount in such a pair of image sequences (A-sequence and B-sequence image sequences) is graphed, it is represented as a graph Gc shown in FIG. In FIG. 13, the horizontal axis represents the defocus amount (mm), and the vertical axis represents the difference (number of pixels) of the centroid position of the B-sequence image sequence to the centroid position of the A-sequence image sequence. Incidentally, the center-of-gravity position X g for each image column, for example, be determined by the following calculation formula (1).

Figure 0005003132
Figure 0005003132

ただし、上式(1)において、X1〜Xnは、例えば位相差AF用の画素列Lpにおける左端からの第1画素111の位置を表し、Y1〜Ynは、各位置X1〜Xnの第1画素111からの出力値を表している。 However, in the above equation (1), X 1 to X n represent, for example, the position of the first pixel 111 from the left end in the pixel row Lp for phase difference AF, and Y 1 to Y n represent the positions X 1 to X n. The output value from the 1st pixel 111 of Xn is represented.

図13に示すグラフGcのようにデフォーカス量と一対の像列における重心位置の差との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をDF(μm)とし重心位置の差をC(μm)として数式で表現すると、次の式(2)のようになる。   As in the graph Gc shown in FIG. 13, the relationship between the defocus amount and the difference between the center of gravity positions of the pair of image rows is a proportional relationship. This relationship can be expressed by the following equation (2) when the defocus amount is DF (μm) and the difference in the center of gravity is C (μm).

Figure 0005003132
Figure 0005003132

ここで、上式(2)の係数k1は、図13のグラフGcに関する傾きGk(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。   Here, the coefficient k1 in the above equation (2) represents a gradient Gk (shown by a broken line) with respect to the graph Gc in FIG. 13, and can be obtained in advance by a factory test or the like.

次に、実絞り値がF5.6の場合、一対の第2画素112a、112bでは、図7に示すように射出瞳の右側部分Eqaを通過した光束JcがマイクロレンズMLおよび遮光板BDのスリットTaを通って光電変換部110の中央左側の受光領域Qaで結像するとともに、射出瞳の左側部分Eqbを通過した光束JdがマイクロレンズMLおよび遮光板BDのスリットTbを通って光電変換部110の中央右端の受光領域Qbで結像するようになっている。以下では、一対の第2画素112a、112bにおいて、左側の第2画素112aから得られる受光データを「A系列のデータ」と呼び、右側の第2画素112bから得られる受光データを「B系列のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある1つの位相差AF用の画素列Lp(図5)に配置された一対の第2画素112a、112bから得られるA系列のデータとB系列のデータとを表した図14〜図18を参照して実絞り値がF5.6の場合における位相差AFの原理を説明する。   Next, when the actual aperture value is F5.6, in the pair of second pixels 112a and 112b, as shown in FIG. 7, the light beam Jc that has passed through the right part Eqa of the exit pupil is slit in the microlens ML and the light shielding plate BD. The light beam Jd that passes through Ta and forms an image in the light receiving region Qa on the left side of the center of the photoelectric conversion unit 110 and passes through the left part Eqb of the exit pupil passes through the microlens ML and the slit Tb of the light shielding plate BD. An image is formed in the light receiving region Qb at the right end of the center. Hereinafter, in the pair of second pixels 112a and 112b, the light reception data obtained from the left second pixel 112a is referred to as “A series data”, and the light reception data obtained from the right second pixel 112b is referred to as “B series data”. For example, A series data and B series data obtained from a pair of second pixels 112a and 112b arranged in a certain pixel row Lp (FIG. 5) for phase difference AF are referred to as “data”. The principle of the phase difference AF when the actual aperture value is F5.6 will be described with reference to FIGS.

図14は、焦点面が撮像素子101の撮像面から200μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図15は、焦点面が撮像面から100μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図16は、焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図17は、焦点面が撮像面から100μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図18は、焦点面が撮像面から200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図14〜図18においては、横軸が位相差AF用の画素列Lpにおける第2画素112a、112bの位置を示し、縦軸が各第2画素112a、112bからの出力を示している。また、図14〜図18では、グラフHa1〜Ha5(実線で図示)がA系列のデータを表し、グラフHb1〜Hb5(破線で図示)がB系列のデータを表している。   FIG. 14 is a diagram illustrating a simulation result when the focal plane is defocused closer to 200 μm from the imaging plane of the image sensor 101. FIG. 15 is a diagram illustrating the focal plane defocused closer to 100 μm from the imaging plane. It is a figure which shows the simulation result in the case of being. FIG. 16 is a diagram illustrating a simulation result in an in-focus state in which the focal plane matches the imaging surface. Further, FIG. 17 is a diagram showing a simulation result when the focal plane is defocused 100 μm away from the imaging plane, and FIG. 18 is a diagram showing the focal plane defocused 200 μm away from the imaging plane. It is a figure which shows the simulation result in a case. 14 to 18, the horizontal axis indicates the position of the second pixels 112a and 112b in the phase difference AF pixel row Lp, and the vertical axis indicates the output from each of the second pixels 112a and 112b. Yes. 14 to 18, graphs Ha1 to Ha5 (shown by solid lines) represent A series data, and graphs Hb1 to Hb5 (shown by broken lines) represent B series data.

図14〜図18においてA系列のグラフHa1〜Ha5で示される各A系列の像列とB系列のグラフHb1〜Hb5で示される各B系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、A系列の像列とB系列の像列との間に生じる撮像素子101の水平方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。   In FIG. 14 to FIG. 18, comparing each A series image sequence indicated by A series graphs Ha1 to Ha5 with each B series image sequence indicated by B series graphs Hb1 to Hb5, the larger the defocus amount, the greater the defocus amount. It can be seen that the shift amount (deviation amount) in the horizontal direction of the image sensor 101 generated between the A-sequence image sequence and the B-sequence image sequence is increased.

このような一対の像列(A系列およびB系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図19に示すグラフHcのように表される。この図19においては、横軸がデフォーカス量(mm)を示し、縦軸がA系列の像列の重心位置に対するB系列の像列の重心位置の差(画素数)を示している。なお、各像列の重心位置Xgは、例えば上述した演算式(1)によって求められる。 When the relationship between the shift amount and the defocus amount in such a pair of image sequences (A-sequence and B-sequence image sequences) is graphed, it is represented as a graph Hc shown in FIG. In FIG. 19, the horizontal axis represents the defocus amount (mm), and the vertical axis represents the difference (number of pixels) of the centroid position of the B-sequence image sequence to the centroid position of the A-sequence image sequence. Incidentally, the center-of-gravity position X g for each image column, for example, be determined by the above-mentioned calculation equation (1).

図19に示すグラフHcのようにデフォーカス量と一対の像列における重心位置の差との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をDF(μm)とし重心位置の差をC(μm)として数式で表現すると、次の式(3)のようになる。   As in the graph Hc shown in FIG. 19, the relationship between the defocus amount and the difference between the centroid positions in the pair of image rows is a proportional relationship. When this relationship is expressed by a mathematical expression in which the defocus amount is DF (μm) and the difference in the center of gravity is C (μm), the following expression (3) is obtained.

Figure 0005003132
Figure 0005003132

ここで、上式(3)の係数k2は、図19のグラフHcに関する傾きHk(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。   Here, the coefficient k2 in the above equation (3) represents a slope Hk (shown by a broken line) with respect to the graph Hc in FIG. 19, and can be obtained in advance by a factory test or the like.

以上より、実絞り値がF2.0の場合には一対の第1画素111a、111bから、実絞り値がF5.6の場合には一対の第2画素112a、112bから得られるA系列のデータとB系列のデータとに関する重心位置の差(位相差)を位相差AF演算回路76で求めた後に、上式(2)や上式(3)を利用してデフォーカス量を算出し、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量をフォーカスレンズ211に与えることで、検出された焦点位置(検出焦点位置)にフォーカスレンズ211を迅速に移動させるオートフォーカス(AF)制御が可能となる。すなわち、撮像装置1では、図6(図7)に示す射出瞳における一対の部分領域Epa、Epb(Eqa、Eqb)を通過した被写体光束Ja、Jb(Jc、Jd)を受光する一対の第1画素111a、111b(一対の第2画素112a、112b)の群からの電荷信号に基づき一対の像列を生成し、この一対の像列に関する位相差AF用の画素列Lpの配列方向(水平方向)に沿ったずれ量(シフト量)を検出することにより、位相差AFが行われることとなる。なお、上記のデフォーカス量とフォーカスレンズ211の駆動量との関係は、カメラボディ10に装着されている撮影レンズ2の設計値より一意に定まるものである。   As described above, A-series data obtained from the pair of first pixels 111a and 111b when the actual aperture value is F2.0 and from the pair of second pixels 112a and 112b when the actual aperture value is F5.6. Is obtained by calculating the defocus amount using the above equation (2) and the above equation (3) after obtaining the difference (phase difference) between the center of gravity positions of the data and the B series data by the phase difference AF calculation circuit 76. By providing the focus lens 211 with a drive amount corresponding to the defocus amount, autofocus (AF) control for quickly moving the focus lens 211 to the detected focus position (detection focus position) becomes possible. That is, in the imaging apparatus 1, a pair of first light beams that receive subject light beams Ja and Jb (Jc, Jd) that have passed through a pair of partial areas Epa, Epb (Eqa, Eqb) in the exit pupil shown in FIG. 6 (FIG. 7). A pair of image rows is generated based on the charge signal from the group of pixels 111a and 111b (a pair of second pixels 112a and 112b), and the arrangement direction (horizontal direction) of the pixel row Lp for phase difference AF relating to the pair of image rows ) Is detected, the phase difference AF is performed. The relationship between the defocus amount and the drive amount of the focus lens 211 is uniquely determined from the design value of the photographing lens 2 mounted on the camera body 10.

また、図13のグラフGcと図19のグラフHcとを比較すると、グラフGcの傾きGkはグラフHcの傾きHkより大きいため、グラフGcの方がデフォーカス量に対する一対の像列のシフト量(重心位置の差)の変化量が大きくなる。すなわち、実絞り値がF5.6の場合よりF2.0の場合の方が、位相差AFのAF精度を高められることとなる。   Further, comparing the graph Gc in FIG. 13 with the graph Hc in FIG. 19, since the gradient Gk of the graph Gc is larger than the gradient Hk of the graph Hc, the graph Gc has a shift amount of a pair of image rows with respect to the defocus amount ( The amount of change in the difference in the center of gravity is increased. That is, the AF accuracy of the phase difference AF can be improved when the actual aperture value is F2.0 than when the actual aperture value is F5.6.

よって、本実施形態の撮像装置1では、撮影レンズ2において実絞りがF2.0以下となる場合には、例えば図6に示す射出瞳からの各光束Ja、Jbを受光して高精度な焦点検出を行うために一対の第1画素111a、111bを使用した位相差AFを実施するとともに、実絞りがF2.0より大きくなる場合には、例えば図7に示す射出瞳からの各光束Jc、Jdを受光して焦点検出を行うために一対の第2画素112a、112bを使用した位相差AFを実施することとする。   Therefore, in the imaging apparatus 1 of the present embodiment, when the actual stop is F2.0 or less in the photographic lens 2, for example, the light beams Ja and Jb from the exit pupil shown in FIG. When the phase difference AF using the pair of first pixels 111a and 111b is performed for detection and the actual aperture is larger than F2.0, for example, each light beam Jc from the exit pupil shown in FIG. In order to detect Jd and perform focus detection, phase difference AF using a pair of second pixels 112a and 112b is performed.

さて、一般にデジタルカメラの被写界深度を考慮すると、位相差AFより合焦精度が高いコントラスト検出方式の焦点検出(コントラストAF)で最終的な合焦を行うのが好ましい。そこで、本実施形態の撮像装置1においても、精度の高い合焦を図るためにコントラストAFを採用するが、このコントラスAFの原理について、以下で説明する。   In general, in consideration of the depth of field of a digital camera, it is preferable to perform final focusing by focus detection (contrast AF) using a contrast detection method with higher focusing accuracy than phase difference AF. Thus, the imaging apparatus 1 of the present embodiment also employs contrast AF in order to achieve highly accurate focusing. The principle of this contrast AF will be described below.

撮像装置1におけるコントラストAFでは、撮影範囲の一部(例えば中央部分)に設定されるAFエリア内においてG画素11gの画素群を読み出し、AF評価値が算出される。このAF評価値については、例えばAFエリア内におけるG画素11gの隣接差分の絶対値の総和として算出される。   In contrast AF in the imaging apparatus 1, the pixel group of the G pixel 11g is read out in an AF area set in a part of the photographing range (for example, the central part), and an AF evaluation value is calculated. The AF evaluation value is calculated, for example, as the sum of absolute values of adjacent differences of the G pixel 11g in the AF area.

ここで、このAF評価値を、フォーカスレンズ211を一定方向に移動させつつ順次に算出すれば、図20のようにAF評価値が単調に増加してからピークQkを境に単調に減少するようなファーカスレンズ211の各位置とAF評価値との関係が得られることとなる。なお、フォーカスレンズ211は、ピントの山、つまりAF評価値のピークQkを超えるまで移動するようにする。   Here, if the AF evaluation value is sequentially calculated while moving the focus lens 211 in a fixed direction, the AF evaluation value increases monotonously as shown in FIG. 20 and then decreases monotonously with the peak Qk as a boundary. Thus, the relationship between each position of the focal lens 211 and the AF evaluation value is obtained. The focus lens 211 is moved until it exceeds the peak of focus, that is, the peak Qk of the AF evaluation value.

そして、図20に示すようにピークQk近傍のAF評価値Dn-1、Dn、Dn+1と、そのフォーカスレンズ211の位置Pn-1、Pn、Pn+1とが取得されると、次の式(4)に示す2次補間近似式を用いて、フォーカスレンズ211の合焦位置Pfが算出できることとなる。 Then, as shown in FIG. 20, AF evaluation values D n−1 , D n , D n + 1 near the peak Qk and the positions P n−1 , P n , P n + 1 of the focus lens 211 are acquired. Then, the in-focus position P f of the focus lens 211 can be calculated using the quadratic interpolation approximation formula shown in the following formula (4).

Figure 0005003132
Figure 0005003132

以上で説明したコントラストAFでは、AF評価値をコントラストAF演算回路77で求めて、フォーカス駆動制御部71Aによりフォーカスレンズ211を上記の式(4)で求めた合焦位置に移動させることで、合焦精度が高いオートフォーカス制御が可能となる。   In the contrast AF described above, an AF evaluation value is obtained by the contrast AF calculation circuit 77, and the focus lens 211 is moved to the in-focus position obtained by the above equation (4) by the focus drive control unit 71A. Autofocus control with high focus accuracy is possible.

本実施形態の撮像装置1では、位相差AF用の画素列Lpを用いた位相差AFと撮影用の画素列Lnを用いたコントラストAFとを併用したハイブリッドAFを行うようになっているが、このハイブリッドAFに関する撮像装置1の具体的な動作を以下で説明する。   In the imaging apparatus 1 of the present embodiment, hybrid AF is performed in which phase difference AF using the pixel row Lp for phase difference AF and contrast AF using the pixel row Ln for photographing are used in combination. A specific operation of the imaging apparatus 1 relating to the hybrid AF will be described below.

なお、上記説明では、一般的なコントラスト方式による山登りAFについて述べたが、本実施形態では以下に説明するハイブリッドAFによりピークQkを超えない場合でも合焦位置に移動させることができる。   In the above description, the hill-climbing AF using a general contrast method has been described. In the present embodiment, the hybrid AF described below can be moved to the in-focus position even when the peak Qk is not exceeded.

<撮像装置1の動作>
図21は、撮像装置1の基本的な動作を示すフローチャートである。本動作は、メイン制御部62によって実行される。
<Operation of Imaging Device 1>
FIG. 21 is a flowchart showing the basic operation of the imaging apparatus 1. This operation is executed by the main control unit 62.

まず、メインスイッチ317で撮像装置1の電源をオンにし、撮像素子101を起動する(ステップST1)。   First, the power source of the imaging apparatus 1 is turned on by the main switch 317, and the imaging element 101 is activated (step ST1).

ステップST2では、カメラボディ10のマウント部301に装着されている撮影レンズ2のFnoをメイン制御部62で取得する。ここでは、撮影レンズ2におけるレンズ制御部26のメモリ部261に記憶されているFnoの情報が、メイン制御部62に取り込まれることとなる。   In step ST <b> 2, Fno of the photographing lens 2 attached to the mount unit 301 of the camera body 10 is acquired by the main control unit 62. Here, the Fno information stored in the memory unit 261 of the lens control unit 26 in the photographing lens 2 is taken into the main control unit 62.

ステップST3では、撮像素子101からの出力に基づき自動露出制御(AE)を行う。このAE動作により、撮像素子101の電子シャッタースピード(露光時間)や、撮影レンズ2の絞り23、信号処理部52のAGC回路のゲインが変更されることとなる。   In step ST3, automatic exposure control (AE) is performed based on the output from the image sensor 101. By this AE operation, the electronic shutter speed (exposure time) of the image sensor 101, the aperture 23 of the photographing lens 2, and the gain of the AGC circuit of the signal processing unit 52 are changed.

ステップST4では、現在の実絞り値(Fno)を取得する。すなわち、ステップST3で設定された絞り23の開度と、(現在の)撮影レンズ2の焦点距離とに基づき、実絞り値(Fno)が取得される。   In step ST4, the current actual aperture value (Fno) is acquired. That is, the actual aperture value (Fno) is acquired based on the opening of the aperture 23 set in step ST3 and the (current) focal length of the taking lens 2.

ステップST5では、シャッターボタン307がユーザによって半押し(S1)されたかを判定する。ここで、半押しされた場合には、ステップST6に進むとともに、半押しされていない場合には、ステップST3に戻る。   In step ST5, it is determined whether the shutter button 307 has been half-pressed (S1) by the user. If half-pressed, the process proceeds to step ST6. If not half-pressed, the process returns to step ST3.

ステップST6では、撮像素子101におけるAFエリア内のG画素11gからの出力に基づき、コントラストAF演算回路77でAF評価値を算出して取得する。ここでは、撮像素子101のおける画素読出しの周期(フレームレート)を240fpsに設定して、AF評価値の算出が行われる。   In step ST6, an AF evaluation value is calculated and acquired by the contrast AF calculation circuit 77 based on the output from the G pixel 11g in the AF area of the image sensor 101. Here, the pixel evaluation cycle (frame rate) in the image sensor 101 is set to 240 fps, and the AF evaluation value is calculated.

ステップST7では、フォーカスレンズ211の位置を、撮影レンズ2のレンズ位置検出部25から出力されるパルス数に基づき検出する。ここでは、上記ステップST6のAF評価値の算出に用いるG画素11gの露光中心時間(露光時間の中間時点)にフォーカスレンズ211の位置検出を行うのが好ましい。   In step ST7, the position of the focus lens 211 is detected based on the number of pulses output from the lens position detection unit 25 of the photographing lens 2. Here, it is preferable to detect the position of the focus lens 211 at the exposure center time (intermediate time of the exposure time) of the G pixel 11g used in the calculation of the AF evaluation value in step ST6.

ステップST8では、現在の実絞り値(Fno)を取得する。具体的には、ステップST4で取得された実絞り値に、ステップST7で検出したフォーカスレンズ211の位置を考慮した現在の実絞り値を取得する。これは、後述のステップST10やステップST11で行う位相差AFによってフォーカスレンズ211の位置が変更されるので、その最新の位置を反映した正確な実絞り値を求めるためである。   In step ST8, the current actual aperture value (Fno) is acquired. Specifically, the current actual aperture value in consideration of the position of the focus lens 211 detected in step ST7 is acquired from the actual aperture value acquired in step ST4. This is because the position of the focus lens 211 is changed by phase difference AF performed in step ST10 and step ST11 described later, and thus an accurate actual aperture value reflecting the latest position is obtained.

すなわち、ステップST8においては、撮影レンズ(撮影光学系)2に関する焦点距離およびフォーカスレンズ211の位置と絞り23の開度とに基づき、実絞り値が取得されることとなる。   That is, in step ST8, the actual aperture value is acquired based on the focal length related to the imaging lens (imaging optical system) 2, the position of the focus lens 211, and the opening of the aperture 23.

ステップST9では、ステップST8で取得した実絞り値(Fno)が2.0より大きいかを判定する。ここで、Fnoが2.0より大きい場合には、第2画素112からなる第2画素グループを位相差AFで選択するステップST10に進むとともに、Fnoが2.0以下である場合には、第1画素111からなる第1画素グループを位相差AFで選択するステップST11に進む。   In step ST9, it is determined whether the actual aperture value (Fno) acquired in step ST8 is greater than 2.0. Here, when Fno is larger than 2.0, the process proceeds to step ST10 in which the second pixel group including the second pixels 112 is selected by the phase difference AF, and when Fno is 2.0 or less, The process proceeds to step ST11 in which a first pixel group including one pixel 111 is selected by phase difference AF.

ステップST10では、位相差AF用の画素列Lpにおける一対の第2画素112a、112bからの出力信号を用いて位相差AFを行う。具体的には、一対の第2画素において左側の第2画素112aから得られるA系列のデータと、右側の第2画素112bから得られるB系列のデータとに関する重心位置の差を位相差AF演算回路76で求め、この重心位置の差がなくなるように上記の式(3)を利用してフォーカスレンズ211を駆動する。   In step ST10, phase difference AF is performed using output signals from the pair of second pixels 112a and 112b in the pixel row Lp for phase difference AF. Specifically, the phase difference AF calculation is performed on the difference between the centroid positions of the A-series data obtained from the left second pixel 112a and the B-series data obtained from the right second pixel 112b in the pair of second pixels. The focus lens 211 is driven by using the above equation (3) so that the difference between the positions of the center of gravity obtained by the circuit 76 is eliminated.

ステップST11では、位相差AF用の画素列Lpにおける一対の第1画素111a、111bからの出力信号を用いて位相差AFを行う。具体的には、一対の第1画素において左側の第1画素111aから得られるA系列のデータと、右側の第1画素111bから得られるB系列のデータとに関する重心位置の差を位相差AF演算回路76で求め、この重心位置の差がなくなるように上記の式(2)を利用してフォーカスレンズ211を駆動する。   In step ST11, phase difference AF is performed using output signals from the pair of first pixels 111a and 111b in the pixel row Lp for phase difference AF. Specifically, the phase difference AF calculation is performed on the difference between the centroid positions of the A series data obtained from the left first pixel 111a and the B series data obtained from the right first pixel 111b in the pair of first pixels. The focus lens 211 is driven using the above equation (2) so as to eliminate the difference in the center of gravity obtained by the circuit 76.

以上のステップST9〜ST11の動作により、実絞り値に応じて、第1画素グループおよび第2画素グループの2つの画素グループから、位相差AFに用いる一対の像列(A系列の像列およびB系列の像列)に関する電荷信号を生成する1つの画素グループが選択されることととなる。これにより、適切な画素グループの選択が可能となる。   Through the operations in steps ST9 to ST11 described above, a pair of image sequences (A-sequence image sequence and B sequence) used for the phase difference AF from the two pixel groups of the first pixel group and the second pixel group according to the actual aperture value. One pixel group that generates a charge signal related to a series of image sequences) is selected. Thereby, an appropriate pixel group can be selected.

ステップST12では、位相差AFによる焦点調整が完了したかを判定する。ここで、位相差AFによる焦点調整が完了した場合には、ステップST13に進むとともに、完了していない場合には、ステップST6に戻る。   In step ST12, it is determined whether the focus adjustment by the phase difference AF is completed. Here, when the focus adjustment by the phase difference AF is completed, the process proceeds to step ST13, and when it is not completed, the process returns to step ST6.

以上のステップST6〜ST12を位相差AFによる焦点調整が完了するまで繰り返すことにより、位相差AFによってフォーカスレンズ211を駆動する際に、フォーカスレンズ211の各位置についてのAF評価値(焦点検出情報)が焦点検出の履歴情報として取得されることとなる。なお、このAF評価値の履歴情報は、例えばメイン制御部62のメモリに格納される。   By repeating the above steps ST6 to ST12 until the focus adjustment by the phase difference AF is completed, when the focus lens 211 is driven by the phase difference AF, an AF evaluation value (focus detection information) for each position of the focus lens 211. Is acquired as the focus detection history information. The history information of the AF evaluation value is stored in the memory of the main control unit 62, for example.

ステップST13では、位相差AF中に算出されたAF評価値の履歴情報のうち最後に算出された最終のAF評価値Dmと、最終のAF評価値Dmの1つ前(最終前)のAF評価値Dm-1とを取得する。 In step ST13, the last AF evaluation value D m that was last calculated among the history information of the phase difference AF evaluation value calculated in the AF, 1 preceding the final AF evaluation value D m of the (pre-final) An AF evaluation value D m-1 is acquired.

ステップST14では、最終前のAF評価値Dm-1に対する最終のAF評価値Dmの比率が、0.99以上で1.01以下となるかを判定する。これは、最終前のAF評価値Dm-1に対する最終のAF評価値Dmの比率が100%±1%以内となる場合には、傾きがなだらかなAF評価値のピークQk(図20)近傍にフォーカスレンズ211が駆動されているため、このフォーカスレンズ211の位置を合焦位置とみなして合焦位置を特定するようにするためである。 At step ST14, final ratio of the previous AF evaluation value D m-1 final AF evaluation value D m for it is determined whether the 1.01 or less 0.99 or more. This is because when the ratio of the final AF evaluation value D m to the previous AF evaluation value D m−1 is within 100% ± 1%, the peak Qk of the AF evaluation value with a gentle slope (FIG. 20). This is because the focus lens 211 is driven in the vicinity, so that the position of the focus lens 211 is regarded as the focus position and the focus position is specified.

このステップST14において、0.99≦Dm/Dm-1≦1.01の場合、つまり上記のAF評価値の履歴情報(最終前のAF評価値Dm-1および最終のAF評価値Dm)に基づきフォーカスレンズ211の合焦位置が特定される場合には、本フローチャートを抜け、そうでない場合には、ステップST15に進む。 In this step ST14, when 0.99 ≦ D m / D m−1 ≦ 1.01, that is, the history information of the AF evaluation value (the AF evaluation value D m−1 before the last and the final AF evaluation value D). If the in-focus position of the focus lens 211 is specified based on m ), the process goes out of this flowchart. Otherwise, the process proceeds to step ST15.

ステップST15では、最終前のAF評価値Dm-1に対する最終のAF評価値Dmの比率が1より大きいかを判定する。ここで、Dm/Dm-1>1の場合には、AF評価値が単調に増加している状態と判断してステップST16に進み、Dm/Dm-1≦1の場合には、AF評価値が単調に減少している状態と判断してステップST21に進む。 At step ST15, final ratio of the previous AF evaluation value D m-1 final AF evaluation value D m for judges greater than 1. Here, if D m / D m-1 > 1, it is determined that the AF evaluation value is monotonously increasing, and the process proceeds to step ST16. If D m / D m-1 ≦ 1, The AF evaluation value is determined to be monotonously decreasing, and the process proceeds to step ST21.

ステップST16では、ステップST6と同様に、撮像素子101におけるAFエリア内のG画素11gからの出力に基づきAF評価値D1を取得する。なお、位相差AFによる焦点調整の完了直後においては、AF評価値D1として上記最終のAF評価値DmがAF評価値の履歴情報から取得される。 In step ST16, as in step ST6, the AF evaluation value D1 is acquired based on the output from the G pixel 11g in the AF area of the image sensor 101. Note that immediately after the completion of the focus adjustment by the phase difference AF, the final AF evaluation value Dm is acquired from the AF evaluation value history information as the AF evaluation value D1.

ステップST17では、フォーカスレンズ211について、位相差AFによる駆動方向と同方向に焦点深度(被写界深度)に相当する1Fδ分の追い駆動を行う。ここで、Fは撮影レンズ(撮影光学系)2に関する実絞りを表すFナンバーであり、δは撮像素子101の画素ピッチの2倍(例えば6μmの画素ピッチではδ=12μm)である。   In step ST17, the focus lens 211 is additionally driven by 1Fδ corresponding to the focal depth (depth of field) in the same direction as the driving direction by the phase difference AF. Here, F is an F-number that represents an actual aperture for the photographic lens (photographic optical system) 2, and δ is twice the pixel pitch of the image sensor 101 (for example, δ = 12 μm for a pixel pitch of 6 μm).

ステップST18では、ステップST6と同様に、撮像素子101におけるAFエリア内のG画素11gからの出力に基づきAF評価値D2を取得する。   In step ST18, as in step ST6, the AF evaluation value D2 is acquired based on the output from the G pixel 11g in the AF area of the image sensor 101.

ステップST19では、ステップST16で取得したAF評価値D1に対する、ステップST18で取得したAF評価値D2の比率が、0.99以上で1.01以下であるかを判定する。これは、AF評価値がピークQk(図20)を超えず単調に増加している状態において、例えば図22に示すようにフォーカスレンズ211の駆動量Wの追い駆動を行うことによりAF評価値D2が得られたとすると、AF評価値D2に対するAF評価値D1の比率が100%±1%以内となる場合、換言すればAF評価値D2とAF評価値D1との差EfがAF評価値D1の1%以下となる場合には、AF評価値のピークQk(図22)付近の緩い傾斜部分にフォーカスレンズ211が駆動されているので、この追い駆動されたフォーカスレンズ211の位置を合焦位置とみなして合焦位置を特定するようにするためである。   In step ST19, it is determined whether the ratio of the AF evaluation value D2 acquired in step ST18 to the AF evaluation value D1 acquired in step ST16 is 0.99 or more and 1.01 or less. This is because, in the state where the AF evaluation value does not exceed the peak Qk (FIG. 20) and increases monotonously, for example, as shown in FIG. When the ratio of the AF evaluation value D1 to the AF evaluation value D2 is within 100% ± 1%, in other words, the difference Ef between the AF evaluation value D2 and the AF evaluation value D1 is equal to the AF evaluation value D1. If the focus lens 211 is 1% or less, the focus lens 211 is driven at a gentle slope near the peak Qk (FIG. 22) of the AF evaluation value. This is for the purpose of specifying the in-focus position.

このステップST19において、0.99≦D1/D2≦1.01の場合には、本フローチャートを抜け、そうでない場合には、未だにAF評価値のピークQk(図20)付近にフォーカスレンズ211が到達していないと判断してステップST20に進む。   In this step ST19, when 0.99 ≦ D1 / D2 ≦ 1.01, the process goes out of this flowchart. Otherwise, the focus lens 211 still reaches the vicinity of the peak Qk (FIG. 20) of the AF evaluation value. It judges that it has not carried out, and progresses to step ST20.

ステップST20では、ステップST17で行われるフォーカスレンズ211の追い駆動がn(例えばn=3)回実施されたかを判定する。これは、フォーカスレンズ211の追い駆動が幾度も実施される場合には合焦が困難と見なして、AF動作を打ち切るためである。ここで、追い駆動がn回実施された場合には、本フローチャートを抜け、n回未満の場合には、ステップST16に戻る。   In step ST20, it is determined whether the follow-up driving of the focus lens 211 performed in step ST17 has been performed n (for example, n = 3) times. This is because when the follow-up driving of the focus lens 211 is performed many times, focusing is considered difficult and the AF operation is terminated. Here, when the follow-up drive is performed n times, the process exits this flowchart, and when it is less than n times, the process returns to step ST16.

ステップST21では、AF評価値のピーク位置までフォーカスレンズ211の戻り駆動を行う。すなわち、ステップST15において最終前のAF評価値Dm-1に対する最終のAF評価値Dmの比率が1以下と判定される場合には、現在のフォーカスレンズ211の位置はAF評価値のピーク位置を超えているものと判断し、上述した式(4)を利用してフォーカスレンズ211の合焦位置を特定する。そして、位相差AFによってAF評価値のピーク位置(合焦位置)を通過したフォーカスレンズ211を、特定された合焦位置に戻らせるように駆動する。 In step ST21, the focus lens 211 is driven back to the peak position of the AF evaluation value. That is, when the ratio of the final AF evaluation value D m Final before for AF evaluation value D m-1 is determined to less than 1 in step ST15, the current position of the focus lens 211 is the peak position of the AF evaluation value Is determined, and the in-focus position of the focus lens 211 is specified using the above-described equation (4). Then, the focus lens 211 that has passed the peak position (focus position) of the AF evaluation value by the phase difference AF is driven so as to return to the specified focus position.

以上で説明した撮像装置1においては、遮光板BDでのスリットの位置が異なっている一対の第1画素111a、111bと一対の第2画素112a、112bとを有する撮像素子101が設けられているため、この一対の第1画素と一対の第2画素とを撮影レンズ(撮影光学系)2の実絞り値に応じて切り替えてやれば、位相差AFにおいて焦点検出精度を向上できることとなる。すなわち、比較的小さい実絞り値の場合において一対の第1画素111a、111bを使用できるため、従来と比べて高精度な位相差AFが可能となる。   In the image pickup apparatus 1 described above, the image pickup element 101 having a pair of first pixels 111a and 111b and a pair of second pixels 112a and 112b having different slit positions on the light shielding plate BD is provided. Therefore, if the pair of first pixels and the pair of second pixels are switched according to the actual aperture value of the photographing lens (photographing optical system) 2, focus detection accuracy can be improved in the phase difference AF. That is, since the pair of first pixels 111a and 111b can be used in the case of a relatively small actual aperture value, phase difference AF with higher accuracy than before can be performed.

また、撮像装置1の撮像素子101では、遮光板BDのスリットSa、Sb、Ta、Tb(図6〜7)により撮影レンズ2の射出瞳を通過した被写体光束の一部が選択的に透過されるため、第1画素111および第2画素112おいて位相差AFに必要な光束を簡易に受光できる。   Further, in the imaging device 101 of the imaging device 1, a part of the subject luminous flux that has passed through the exit pupil of the photographing lens 2 is selectively transmitted by the slits Sa, Sb, Ta, and Tb (FIGS. 6 to 7) of the light shielding plate BD. Therefore, the light beam necessary for the phase difference AF can be easily received at the first pixel 111 and the second pixel 112.

<変形例>
・上記の実施形態における撮像素子では、図5に示すように一対の第1画素と一対の第2画素とが交互に配置された位相差AF用の画素列Lpを有するのは必須でなく、図23に示すように一対の第1画素111a、111bのみが配列された位相差AF用の画素列Lpaと、一対の第2画素112a、112bのみが配列された位相差AF用の画素列Lpbとを有しても良い。
<Modification>
In the imaging device in the above-described embodiment, it is not essential to have the pixel row Lp for phase difference AF in which a pair of first pixels and a pair of second pixels are alternately arranged as shown in FIG. As shown in FIG. 23, a phase difference AF pixel row Lpa in which only a pair of first pixels 111a and 111b is arranged, and a phase difference AF pixel row Lpb in which only a pair of second pixels 112a and 112b are arranged. You may have.

また、図24に示すように一対の第2画素112a、112bと、一対の第1画素111a、111bと、色画素(G画素11gおよびR画素11r)とが順に繰り返される画素配列となる位相差AF用の画素列Lqを有しても良い。このように水平ライン方向に沿って配置される位相差AF用の画素列(画素配列)Lqにおいて、第1画素および第2画素とともに、撮影用の画素データが取得できる色画素が含まれることで、水平1ライン全ての撮影用の画素データが欠落する上述の位相差AF用の画素列Lp、Lpa、Lpbと比べて画素補間が少なくてすみ、画像の品質が向上することとなる。   Further, as shown in FIG. 24, the phase difference is a pixel arrangement in which the pair of second pixels 112a and 112b, the pair of first pixels 111a and 111b, and the color pixels (G pixel 11g and R pixel 11r) are sequentially repeated. You may have the pixel row Lq for AF. In this way, in the pixel array (pixel array) Lq for phase difference AF arranged along the horizontal line direction, the first pixel and the second pixel are included together with the color pixel from which the pixel data for photographing can be acquired. The pixel interpolation is less than the above-described pixel rows Lp, Lpa, and Lpb for phase difference AF, in which the image data for all the horizontal lines is missing, and the image quality is improved.

・上記の実施形態においては、スリットが形成された遮光板BDを有する一対の第1画素111a、111bおよび一対の第2画素112a、112bを用いて位相差AFを行うのは必須でなく、図25および図26に示すような一対の第1画素111c、111dおよび一対の第2画素112c、112dを用いて位相差AFを行うようにしても良い。   In the embodiment described above, it is not essential to perform the phase difference AF using the pair of first pixels 111a and 111b and the pair of second pixels 112a and 112b having the light shielding plate BD in which the slits are formed. The phase difference AF may be performed using a pair of first pixels 111c and 111d and a pair of second pixels 112c and 112d as shown in FIG.

図25は、本発明の変形例に係る一対の第1画素111c、111dの構成を説明するための図である。   FIG. 25 is a diagram for explaining a configuration of a pair of first pixels 111c and 111d according to a modification of the present invention.

一対の第1画素111c、111dは、図6のスリットSa、Sbに対応する光透過領域Sc、Sdを除いて顔料または塗料で黒塗りされた遮光層B1、B2が表面に形成されたマイクロレンズMLを備えており、この光透過領域Sc、Sdにより撮影レンズ2の射出瞳を通過した被写体光束の一部が選択的に透過されることとなる。   The pair of first pixels 111c and 111d is a microlens having light-shielding layers B1 and B2 that are blackened with a pigment or paint except for the light transmission regions Sc and Sd corresponding to the slits Sa and Sb in FIG. ML is provided, and a part of the subject luminous flux that has passed through the exit pupil of the photographing lens 2 is selectively transmitted by the light transmission regions Sc and Sd.

このような構成を有する一対の第1画素111c、111dでは、実絞り値がF2.0の場合において、射出瞳の右側領域Epaを通過した光束Jaが、マイクロレンズMLにおける光透過領域Scを通って光電変換部110の左端付近の受光領域Paで結像するとともに、射出瞳の左側領域Epbを通過した光束Jbが、マイクロレンズMLにおける光透過領域Sdを通って光電変換部110の右端付近の受光領域Pbで結像するようになっている。   In the pair of first pixels 111c and 111d having such a configuration, when the actual aperture value is F2.0, the light beam Ja that has passed through the right area Epa of the exit pupil passes through the light transmission area Sc in the microlens ML. The light beam Jb that forms an image in the light receiving region Pa near the left end of the photoelectric conversion unit 110 and passes through the left region Epb of the exit pupil passes through the light transmission region Sd in the microlens ML and near the right end of the photoelectric conversion unit 110. An image is formed in the light receiving region Pb.

図26は、本発明の変形例に係る一対の第2画素112c、112dの構成を説明するための図である。   FIG. 26 is a diagram for explaining a configuration of a pair of second pixels 112c and 112d according to a modification of the present invention.

一対の第2画素112c、112dは、図7のスリットTa、Tbに対応する光透過領域Tc、Tdを除いて顔料または塗料で黒塗りされた遮光層B3、B4が表面に形成されたマイクロレンズMLを備えており、この光透過領域Tc、Tdにより撮影レンズ2の射出瞳を通過した被写体光束の一部が選択的に透過されることとなる。   The pair of second pixels 112c and 112d are microlenses having light-shielding layers B3 and B4 blackened with a pigment or paint except for the light transmission regions Tc and Td corresponding to the slits Ta and Tb in FIG. ML is provided, and a part of the subject luminous flux that has passed through the exit pupil of the photographing lens 2 is selectively transmitted through the light transmission regions Tc and Td.

このような構成を有する一対の第2画素112c、112dでは、実絞り値がF5.6の場合において、射出瞳の右側領域Eqaを通過した光束Jcが、マイクロレンズMLにおける光透過領域Tcを通って光電変換部110の中央左側の受光領域Qaで結像するとともに、射出瞳の左側領域Eqbを通過した光束Jdが、マイクロレンズMLにおける光透過領域Tdを通って光電変換部110の中央右側の受光領域Qbで結像するようになっている。   In the pair of second pixels 112c and 112d having such a configuration, when the actual aperture value is F5.6, the light beam Jc that has passed through the right region Eqa of the exit pupil passes through the light transmission region Tc in the microlens ML. The light beam Jd that forms an image in the light receiving region Qa on the left side of the center of the photoelectric conversion unit 110 and passes through the left region Eqb of the exit pupil passes through the light transmission region Td in the microlens ML and is located on the right side of the center of the photoelectric conversion unit 110. An image is formed in the light receiving region Qb.

以上のような一対の第1画素111c、111dおよび一対の第2画素112c、112dについても、図6〜7に示す第1画素111a、111bおよび一対の第2画素112a、112bと同様に位相差AFにおいて撮影レンズ2の実絞り値に応じて切り替えるようにすれば、従来と比べて焦点検出精度を向上できることとなる。   The phase difference between the pair of first pixels 111c and 111d and the pair of second pixels 112c and 112d is the same as that of the first pixels 111a and 111b and the pair of second pixels 112a and 112b shown in FIGS. If the AF is switched according to the actual aperture value of the photographic lens 2, the focus detection accuracy can be improved as compared with the conventional case.

また、第1画素111c、111dおよび第2画素112c、112dでは、光透過領域Sc、Sd、Tc、Tdを有する遮光層B1〜B4が表面に形成された選択透過部としてのマイクロレンズMLにより撮影レンズ2の射出瞳を通過した被写体光束の一部が選択的に透過されるため、第1画素111c、111dおよび第2画素112c、112dおいて位相差AFに必要な光束を簡易に受光できる。   Further, in the first pixels 111c and 111d and the second pixels 112c and 112d, photographing is performed by the microlens ML as a selective transmission portion in which the light shielding layers B1 to B4 having the light transmission regions Sc, Sd, Tc and Td are formed on the surface. Since part of the subject luminous flux that has passed through the exit pupil of the lens 2 is selectively transmitted, the luminous flux necessary for the phase difference AF can be easily received in the first pixels 111c and 111d and the second pixels 112c and 112d.

・上記の実施形態おける撮像素子については、図5に示すように位相差AF用の画素列Lpの間に2つの撮影用の画素列Lnが挟まれるのは必須でなく、位相差AF用の画素列Lpの間に1つ、または3以上の撮影用の画素列Lnが挟まれるような配置であっても良い。   In the imaging device in the above embodiment, it is not essential that the two pixel rows Ln for photographing are sandwiched between the pixel rows Lp for phase difference AF as shown in FIG. The arrangement may be such that one or three or more imaging pixel columns Ln are sandwiched between the pixel columns Lp.

・上記の実施形態における第1画素111および第2画素112については、カラーフィルタを設けるようにしても良い。このカラーフィルタにより、感度が低下するものの、撮影用のカラーの画素データが取得できることとなる。   A color filter may be provided for the first pixel 111 and the second pixel 112 in the above embodiment. Although the sensitivity is reduced by this color filter, color pixel data for photographing can be acquired.

・上記の実施形態における位相差AF用の画素列については、実絞り値F2に対応する第1画素111からなる第1画素グループ、および実絞り値F6に対応する第2画素112からなる第2画素グループのみを有するのは必須でなく、これらの中間の実絞り値(例えばF3)に対応する第3画素からなる第3画素グループを追加するようにしても良い。   In the above-described embodiment, for the phase difference AF pixel column, the first pixel group including the first pixels 111 corresponding to the actual aperture value F2 and the second pixel 112 including the second pixels 112 corresponding to the actual aperture value F6. It is not essential to have only a pixel group, and a third pixel group consisting of third pixels corresponding to an intermediate actual aperture value (for example, F3) may be added.

このような位相差AF用の画素列では、撮影レンズ2に関する実絞り値に応じて第1画素グループ、第2画素グループまたは第3画素グループが選択されることとなる。具体的には、実絞りのFnoが2.0以下の場合には、第1画素グループを選択するとともに、実絞りのFnoが3.0より大きい場合には、第2画素グループを選択する。一方、実絞りのFnoが2.0より大きく3.0以下の場合には、第3画素グループを選択するようにする。   In such a pixel row for phase difference AF, the first pixel group, the second pixel group, or the third pixel group is selected according to the actual aperture value related to the photographing lens 2. Specifically, when the actual diaphragm Fno is 2.0 or less, the first pixel group is selected, and when the actual diaphragm Fno is larger than 3.0, the second pixel group is selected. On the other hand, when the actual aperture Fno is larger than 2.0 and not larger than 3.0, the third pixel group is selected.

このように実絞り値に応じて第1〜第3画素グループから1つの画素グループを選択することにより、上述した第1画素および第2画素のみの場合より高精度な位相差AFが可能となる。なお、位相差AF用の画素列においては、さらに異なる画素グループを追加するようにしても良い。   In this way, by selecting one pixel group from the first to third pixel groups according to the actual aperture value, it is possible to perform phase difference AF with higher accuracy than in the case of only the first pixel and the second pixel described above. . In the pixel column for phase difference AF, a different pixel group may be added.

・上記の実施形態における撮像装置については、撮影レンズ2がカメラボディ10に着脱自在であるのは必須でなく、撮影レンズ2がカメラボディ10に固定されているものでも良い。   In the imaging device in the above embodiment, it is not essential that the photographic lens 2 is detachable from the camera body 10, and the photographic lens 2 may be fixed to the camera body 10.

・上記の実施形態におけるAF評価値については、AFエリア内のG画素11gにおいて隣接差分の絶対値総和を算出するのは必須でなく、隣接差分の2乗の絶対値総和を算出するようにしても良い。   For the AF evaluation value in the above embodiment, it is not essential to calculate the absolute value sum of the adjacent differences in the G pixel 11g in the AF area, and the absolute value sum of the squares of the adjacent differences is calculated. Also good.

・上記の実施形態における撮像装置の動作については、図21のステップST14におて最終前のAF評価値Dm-1に対する最終のAF評価値Dmの比率が100%±1%以内であるかを判定するのは必須でなく、例えば100%±3%以内であるか否かを判定するようにしても良い。 - operation of the imaging device in the above embodiments, contact with the ratio of the final AF evaluation value D m for AF evaluation value D m-1 before last is within 1% 100% ± to step ST14 in FIG. 21 It is not essential to determine whether or not, for example, it may be determined whether or not it is within 100% ± 3%.

・上記の実施形態における撮像装置の動作については、図21のステップST17においてフォーカスレンズ211を1Fδ分追い駆動するのは必須でなく、2Fδ分の追い駆動を行うようにしても良い。すなわち、撮影レンズ2に係る焦点深度に基づく駆動量の追い駆動を行えば良い。   In the operation of the imaging apparatus in the above embodiment, it is not essential to drive the focus lens 211 by 1Fδ in step ST17 in FIG. That is, it is only necessary to drive the drive amount based on the focal depth of the photographic lens 2.

本発明の実施形態に係る撮像装置1の外観構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an external configuration of an imaging apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. 撮像装置1の外観構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an external configuration of an imaging apparatus 1. FIG. 撮像装置1の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of an imaging apparatus 1. FIG. 撮像装置1全体の電気的な構成を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the entire imaging apparatus 1. FIG. 撮像素子101の構成を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for describing a configuration of an image sensor 101. 撮像素子101を利用した位相差AFの原理を説明するための図である。4 is a diagram for explaining the principle of phase difference AF using an image sensor 101. FIG. 撮像素子101を利用した位相差AFの原理を説明するための図である。4 is a diagram for explaining the principle of phase difference AF using an image sensor 101. FIG. 実絞り値F2.0において焦点面が撮像素子101の撮像面から200μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result when the focal plane is defocused closer to 200 μm from the imaging surface of the image sensor 101 at an actual aperture value F2.0. 実絞りF2.0において焦点面が撮像面から100μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case the focal plane defocuses to the near 100 micrometer side from the imaging surface in the real aperture stop F2.0. 実絞り値F2.0において焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the focusing state in which the focal plane corresponds to the imaging surface in the real aperture value F2.0. 実絞り値F2.0において焦点面が撮像面から100μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case the focal plane is defocused to the 100 micrometer far side from the imaging surface in the real aperture value F2.0. 実絞り値F2.0において焦点面が撮像面から200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case the focal plane is defocused to the 200-micrometer far side from the imaging surface in the real aperture value F2.0. 実絞り値F2.0における一対の像列の重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフGcを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the graph Gc which shows the relationship between the difference of the gravity center position of a pair of image sequence in the real aperture value F2.0, and the defocus amount. 実絞り値F5.6において焦点面が撮像素子101の撮像面から200μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result when the focal plane is defocused closer to 200 μm from the imaging surface of the image sensor 101 at an actual aperture value F5.6. 実絞り値F5.6において焦点面が撮像面から100μm近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case the focal plane is defocused to the near 100 micrometer side from the imaging surface in the real aperture value F5.6. 実絞り値F5.6において焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the in-focus state in which the focal plane corresponds to the imaging surface in actual aperture value F5.6. 実絞り値F5.6において焦点面が撮像面から100μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case the focal plane is defocused to the 100 micrometer far side from the imaging surface in the real aperture value F5.6. 実絞り値F5.6において焦点面が撮像面から200μm遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in case the focal plane defocuses to the 200 micrometer far side from the imaging surface in the real aperture value F5.6. 実絞り値F5.6における一対の像列の重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフGcを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the graph Gc which shows the relationship between the difference of the gravity center position of a pair of image sequence in the real aperture value F5.6, and the defocus amount. コントラストAFの原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of contrast AF. 撮像装置1の基本的な動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a basic operation of the imaging apparatus 1. 撮像装置1のAF動作を説明するための図である。6 is a diagram for explaining an AF operation of the imaging apparatus 1. FIG. 本発明の変形例に係る位相差AF用の画素列Lpa、Lpbを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pixel row Lpa and Lpb for phase difference AF which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る位相差AF用の画素列Lqを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pixel row Lq for phase difference AF which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る一対の第1画素111c、111dの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a pair of 1st pixel 111c, 111d which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る一対の第2画素112c、112dの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a pair of 2nd pixel 112c, 112d which concerns on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 撮像装置
2 撮影レンズ(交換レンズ)
10 カメラボディ
11b B画素
11g G画素
11r R画素
23 絞り
25 レンズ位置検出部
76 位相差AF演算回路
77 コントラストAF演算回路
101 撮像素子
110 光電変換部
111a〜111b、111c〜111d 一対の第1画素
112a〜112b、112c〜112d 一対の第2画素
211 フォーカスレンズ
311 LCD
316 EVF
BD 遮光板
B1〜B4 遮光層
Ln 撮影用の画素列
Lp、Lpa、Lpb、Lq 位相差AF用の画素列
ML マイクロレンズ
Sa、Sb、Ta、Tb スリット
Sc、Sd、Tc、Td 光透過領域
1 Imaging device 2 Shooting lens (interchangeable lens)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Camera body 11b B pixel 11g G pixel 11r R pixel 23 Diaphragm 25 Lens position detection part 76 Phase difference AF calculating circuit 77 Contrast AF calculating circuit 101 Imaging element 110 Photoelectric conversion part 111a-111b, 111c-111d A pair of 1st pixel 112a -112b, 112c-112d A pair of second pixels 211 Focus lens 311 LCD
316 EVF
BD Light shielding plates B1 to B4 Light shielding layer Ln Pixel rows for imaging Lp, Lpa, Lpb, Lq Pixel rows for phase difference AF ML Micro lens Sa, Sb, Ta, Tb Slit Sc, Sd, Tc, Td Light transmission region

Claims (8)

写体光像に基づいて画像信号生成するための撮像用画素と、射出瞳面一対の光通過領域の所定方向における位置の違いに応じて複数のグループに分類され、位相差検出方式による焦点検出に用いられる位相差検出用画素とを備える撮像素子と、
前記位相差検出方式による焦点検出に用いるグループを絞り値に基づいて前記複数のグループのうちから選択し、当該選択されたグループに属する前記位相差検出用画素が生成した信号に基づいて前記位相差検出方式による焦点検出を行う位相差検出部と、
前記位相差検出方式による焦点検出に基づくフォーカスレンズの移動の際に複数のタイミングにおいて取得された前記画像信号に基づいて、コントラスト検出方式による焦点検出のための評価値を前記複数のタイミングごとに算出する評価値算出部と、
前記位相差検出方式による焦点検出に基づく合焦位置に前記フォーカスレンズが移動した際における前記評価値である第1評価値と、前記第1評価値よりも1つ前の評価値である第2評価値とに基づいて前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であるか否かの判断を行い、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置でないと判断された場合には前記算出された評価値または新たに算出される前記評価値を使用して検出される合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる制御を行う制御部と
を具備する撮像装置
And imaging pixels for generating an image signal based on the object Utsushitai light image are classified into a plurality of groups according to a difference in position in the predetermined direction of the pair of light passing areas of the exit pupil plane, the phase difference An image sensor including a phase difference detection pixel used for focus detection by a detection method;
A group used for focus detection by the phase difference detection method is selected from the plurality of groups based on an aperture value, and the phase difference is based on a signal generated by the phase difference detection pixels belonging to the selected group. A phase difference detection unit that performs focus detection by a detection method;
Based on the image signals acquired at a plurality of timings when the focus lens is moved based on the focus detection by the phase difference detection method, an evaluation value for focus detection by the contrast detection method is calculated for each of the plurality of timings. An evaluation value calculation unit to perform,
A first evaluation value that is the evaluation value when the focus lens moves to a focus position based on focus detection by the phase difference detection method, and a second evaluation value that is one evaluation prior to the first evaluation value. Based on the evaluation value, it is determined whether or not the position of the focus lens is an in-focus position. If it is determined that the position of the focus lens is not the in-focus position, the calculated evaluation value or a new value is determined. A control unit that performs control to move the focus lens to a focus position that is detected using the evaluation value calculated in
An imaging apparatus comprising:
前記制御部は、前記第1評価値と前記第2評価値とに基づいて合焦位置判定値を算出し、当該合焦位置判定値が所定範囲内の値である場合には、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であると判断する請求項1記載の撮像装置。The control unit calculates a focus position determination value based on the first evaluation value and the second evaluation value, and when the focus position determination value is a value within a predetermined range, the focus lens The imaging apparatus according to claim 1, wherein the position is determined to be an in-focus position. 前記制御部は、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置でないと判断された場合には、前記フォーカスレンズの移動の際に前記合焦位置を通過したか否かを前記合焦位置判定値に基づいて判断し、前記フォーカスレンズの移動の際に前記合焦位置を通過していないと判断された場合には、前記第1評価値を取得した際の前記絞り値に対応する焦点深度を反映したステップを用いて前記位相差検出方式による焦点検出の際の前記フォーカスレンズの移動方向と同一方向に前記フォーカスレンズを移動させ、最新の位置において取得される評価値を新たな第1評価値とし、当該新たな第1評価値よりも1つ前の評価値を新たな第2評価値として前記合焦位置判定値を算出し、当該算出された合焦位置判定値が前記所定範囲内の値となる位置に前記フォーカスレンズを移動させる制御を行う請求項2記載の撮像装置。When it is determined that the position of the focus lens is not the focus position, the control unit determines whether or not the focus lens has passed through the focus position determination value based on the focus position determination value. When the focus lens is determined to have not passed through the in-focus position, the depth of focus corresponding to the aperture value at the time of obtaining the first evaluation value is reflected. The focus lens is moved in the same direction as the movement direction of the focus lens at the time of focus detection by the phase difference detection method using a step, and the evaluation value acquired at the latest position is set as a new first evaluation value, The in-focus position determination value is calculated using the evaluation value immediately before the new first evaluation value as a new second evaluation value, and the calculated in-focus position determination value is a value within the predetermined range. At the position Imaging device according to claim 2, wherein the performing control to move the Kasurenzu. 前記制御部は、前記フォーカスレンズの位置が合焦位置でないと判断された場合において前記フォーカスレンズの移動の際に前記合焦位置を通過していると判断された場合には、前記位相差検出方式による焦点検出による前記フォーカスレンズの駆動の際に前記複数のタイミングごとに算出された複数の前記評価値と、当該複数の評価値を取得した際における前記フォーカスレンズの位置とに基づいて検出された合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる制御を行う請求項3記載の撮像装置。The control unit detects the phase difference when it is determined that the position of the focus lens is not the in-focus position, and when the focus lens is determined to have passed through the in-focus position during the movement of the focus lens. Detected based on the plurality of evaluation values calculated at each of the plurality of timings when the focus lens is driven by focus detection by a method and the position of the focus lens when the plurality of evaluation values are acquired. The imaging apparatus according to claim 3, wherein control is performed to move the focus lens to a focused position. 前記制御部は、前記選択されたグループに係わらずに単一の範囲を前記所定範囲として前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であるか否かの判断を行う請求項2記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 2, wherein the control unit determines whether the position of the focus lens is a focus position with a single range as the predetermined range regardless of the selected group. 前記位相差検出部は、前記位相差検出方式による焦点検出により前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であると検出されるまで前記位相差検出方式による焦点検出を繰り返し行い、The phase difference detection unit repeatedly performs focus detection by the phase difference detection method until it is detected by focus detection by the phase difference detection method that the position of the focus lens is a focus position,
前記制御部は、前記位相差検出方式による焦点検出により前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であると検出された場合に、前記第1評価値と前記第2評価値とに基づいて前記フォーカスレンズの位置が合焦位置であるか否かの判断を行うThe control unit detects the focus lens based on the first evaluation value and the second evaluation value when the focus lens position is detected as a focus position by focus detection by the phase difference detection method. To determine whether or not the position is the in-focus position
請求項1記載の撮像装置。The imaging device according to claim 1.
前記グループと前記絞り値とが関連付けられており、The group is associated with the aperture value;
前記位相差検出部は、前記画像信号の取得の際の前記絞り値に関連付けられているグループを選択するThe phase difference detection unit selects a group associated with the aperture value at the time of acquiring the image signal.
請求項1記載の撮像装置。The imaging device according to claim 1.
前記評価値算出部は、前記選択されたグループに属する前記位相差検出用画素の近傍に配置される前記撮像用画素が出力した前記画像信号に基づいて前記評価値を算出する請求項1記載の撮像装置。 2. The evaluation value calculation unit according to claim 1, wherein the evaluation value calculation unit calculates the evaluation value based on the image signal output from the imaging pixel arranged in the vicinity of the phase difference detection pixel belonging to the selected group . Imaging device.
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