JP4926993B2

JP4926993B2 - Focus detection apparatus and imaging apparatus

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Publication number: JP4926993B2
Application number: JP2008017356A
Authority: JP
Inventors: 武士阪口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: JP2009180778A

Description

本発明は、第１、第２の物体像の相対的位置関係により結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置、該焦点検出装置を具備する撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a focus detection device that detects a focus state of an imaging optical system based on a relative positional relationship between first and second object images, and an imaging device including the focus detection device.

図６は従来の焦点検出装置が組み込まれた一眼レフレックスカメラの例を示したものである。図中、１０１は結像光学系であるところの撮影レンズである。１０２は半透過部を有する主ミラーであり、撮影時には撮影光束外へ退避し、焦点検出時には撮影光路内に斜設される。図６では撮影光束中に挿入された状態（ミラーダウン）を示している。この主ミラー１０２は、撮影光路内に斜設された状態で、撮影レンズ１０１を通過した光束の一部を、ピント板１０３、ペンタプリズム１０４および接眼レンズ１０５から構成されるファインダ光学系に導く。 FIG. 6 shows an example of a single-lens reflex camera incorporating a conventional focus detection device. In the figure, reference numeral 101 denotes a photographing lens that is an imaging optical system. Reference numeral 102 denotes a main mirror having a semi-transmissive portion, which is retracted out of the photographing light beam at the time of photographing, and is obliquely installed in the photographing optical path at the time of detecting the focus. FIG. 6 shows a state in which it is inserted into the photographing light beam (mirror down). The main mirror 102 guides a part of the light beam that has passed through the photographing lens 101 to a finder optical system including the focus plate 103, the pentaprism 104, and the eyepiece lens 105 while being obliquely provided in the photographing optical path.

１０６は、主ミラー１０２の動作に同期して主ミラー１０２に対して折り畳み、展開可能なサブミラーである。上記主ミラー１０２の半透過部を通過した光束の一部が該サブミラー１０６によって下方へ反射され、位相差式の焦点検出装置１０８に入射し、撮影レンズ１０１の焦点状態が検出される。１０７は撮影レンズ１０１を通過した被写体光学像を結像させる、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、結像された被写体光学像の光量に応じて電荷に変換して得られた画像信号を出力する。 Reference numeral 106 denotes a sub-mirror that can be folded and expanded with respect to the main mirror 102 in synchronization with the operation of the main mirror 102. A part of the light beam that has passed through the semi-transmissive portion of the main mirror 102 is reflected downward by the sub mirror 106 and enters the phase difference type focus detection device 108, and the focus state of the photographing lens 101 is detected. Reference numeral 107 denotes an image sensor such as a CCD or CMOS sensor that forms a subject optical image that has passed through the photographic lens 101. An image signal obtained by converting the image signal obtained by converting into an electric charge according to the amount of light of the formed subject optical image. Output.

図７は、焦点検出装置１０８により焦点状態を検出する原理を説明する為の光路図であり、構成要素を、撮影レンズ１０１の光軸上に展開して示したものである。但し、主ミラー１０２およびサブミラー１０６は省略している。また、図６と同じ構成要素には同じ符号を付している。 FIG. 7 is an optical path diagram for explaining the principle of detecting the focus state by the focus detection device 108, and shows the components developed on the optical axis of the photographing lens 101. However, the main mirror 102 and the sub mirror 106 are omitted. The same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

図７の焦点検出装置１０８内において、１０９は撮影レンズ１０１の予定焦点面、即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、１１０は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズである。１１１は２つのレンズ１１１ａと１１１ｂから成る２次結像系である。１１２は２次結像系１１１の２つレンズ１１１ａと１１１ｂに対応してその後方に配置された複数の画素より成るラインセンサ列（以下、センサ列とも記す）１１２ａと１１２ｂを含む光電変換素子である。１１３は２次結像系１１１の２つのレンズ１１１ａと１１１ｂに対応して配置された２つの開口部１１３ａと１１３ｂを有する絞りである。 In the focus detection device 108 of FIG. 7, reference numeral 109 denotes a field mask arranged in the vicinity of a predetermined focal plane of the photographing lens 101, that is, a plane conjugate with the film plane, and 110 denotes a field lens arranged in the vicinity of the predetermined focal plane. is there. A secondary imaging system 111 includes two lenses 111a and 111b. A photoelectric conversion element 112 includes line sensor arrays (hereinafter also referred to as sensor arrays) 112a and 112b each including a plurality of pixels arranged behind the two lenses 111a and 111b of the secondary imaging system 111. is there. Reference numeral 113 denotes a stop having two openings 113a and 113b arranged corresponding to the two lenses 111a and 111b of the secondary imaging system 111.

なお、上記視野マスク１０９、フィールドレンズ１１０、２次結像系１１１および絞り１１３が、撮影レンズ１０９の焦点状態に応じて相対的な位置関係が変化する第１、第２の物体像（被写体像）を形成する再結像光学系に相当する。そして、第１、第２の物体像に対応した第１、第２の像信号が光電変換素子１１２を成すセンサ列１１２ａと１１２ｂから出力される。 The field mask 109, the field lens 110, the secondary imaging system 111, and the stop 113 have first and second object images (subject images) whose relative positional relationships change according to the focus state of the photographing lens 109. Corresponds to a re-imaging optical system. Then, the first and second image signals corresponding to the first and second object images are output from the sensor arrays 112 a and 112 b forming the photoelectric conversion element 112.

１１４は分割された２つの領域１１４ａと１１４ｂを含む撮影レンズ１０１の射出瞳を示している。 Reference numeral 114 denotes an exit pupil of the photographing lens 101 including two divided areas 114a and 114b.

このような構成において、例えば撮影レンズ１０１を図７中左方に繰り出して、撮像素子１０７より左方向に光束が結像すると、光電変換素子１１２上の一対の物体像は矢印Ａの方向に変位する。この一対の物体像の相対的なずれ量をセンサ列１１２の出力で検出することで、撮影レンズ１０１の合焦状態を検出し、該撮影レンズ１０１の焦点調節駆動を行うことが可能である。なお、撮影レンズ１０１を図７中右方向に繰り込んだ場合、光電変換素子１１２上の一対の物体像は、図７中矢印Ａの方向とは反対方向に変位する。 In such a configuration, for example, when the photographing lens 101 is extended to the left in FIG. 7 and a light beam forms an image in the left direction from the image sensor 107, the pair of object images on the photoelectric conversion element 112 is displaced in the direction of arrow A. To do. By detecting the relative shift amount of the pair of object images based on the output of the sensor array 112, it is possible to detect the in-focus state of the photographic lens 101 and drive the focus adjustment of the photographic lens 101. When the photographing lens 101 is retracted in the right direction in FIG. 7, the pair of object images on the photoelectric conversion element 112 is displaced in the direction opposite to the direction of the arrow A in FIG.

図８は、一対のセンサ列１１２ａと１１２ｂを備えた光電変換素子１１２の配置を示したものである。光電変換素子１１２を成す一対のセンサ列１１２ａと１１２ｂから出力される像信号より像ずれ量を求め、焦点状態（デフォーカス量）を検出する。このため、図８中の光電変換素子１１２を組み込んだカメラは一次元的な焦点検出領域を有するものとなる。 FIG. 8 shows an arrangement of the photoelectric conversion elements 112 including a pair of sensor rows 112a and 112b. An image shift amount is obtained from image signals output from the pair of sensor rows 112a and 112b constituting the photoelectric conversion element 112, and a focus state (defocus amount) is detected. For this reason, the camera incorporating the photoelectric conversion element 112 in FIG. 8 has a one-dimensional focus detection region.

図９は、光電変換素子１１２の制御系を示す構成図である。 FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a control system of the photoelectric conversion element 112.

センサ列１１２ａ，１１２ｂに対して共通な遮光されたダーク画素１２０の出力（ダーク出力Ｖｄ）とセンサ列１１２ａ，１１２ｂに共通な最大値検出回路１２１の出力、即ち最大値を示す画素の出力（最大値出力Ｖｐ）が差動アンプ１２２に入力される。差動アンプ１２２では、上記ダーク出力Ｖｄと最大値出力Ｖｐの差を算出し、蓄積制御部１２３に出力する。蓄積制御部１２３では、入力される所定レベルＶｒに到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作の終了と、蓄積容量への読出信号φｒをセンサ列１１２ａ，１１２ｂに出力する。 The output (dark output Vd) of the light-shielded dark pixel 120 common to the sensor rows 112a and 112b and the output of the maximum value detection circuit 121 common to the sensor rows 112a and 112b, that is, the output of the pixel indicating the maximum value (maximum) The value output Vp) is input to the differential amplifier 122. The differential amplifier 122 calculates the difference between the dark output Vd and the maximum value output Vp and outputs the difference to the accumulation control unit 123. The accumulation control unit 123 performs accumulation until the input predetermined level Vr is reached, and at the time of arrival, the accumulation operation is completed, and a read signal φr to the accumulation capacitors is output to the sensor arrays 112a and 112b.

ここで、最大値出力Ｖｐとダーク出力Ｖｄとの差を取るのは、ダーク出力Ｖｄを基準とし、所定レベルＶｒに最大値出力Ｖｐが到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度が出るレベルであると判定できるからである。この最大値出力Ｖｐ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な焦点検出が行えなくなるので、読出信号φｒをセンサ列１１２ａと１１２ｂに帰還している。 Here, the difference between the maximum value output Vp and the dark output Vd is determined by using the dark output Vd as a reference and accumulating until the maximum value output Vp reaches the predetermined level Vr. This is because it can be determined that the accuracy is sufficiently high. If the accumulation time is increased beyond the maximum value output Vp, the output signal is saturated and proper focus detection cannot be performed, so the read signal φr is fed back to the sensor rows 112a and 112b.

図１０は、物体像であるＡ像とＢ像が結像されるセンサ列１１２ａ，１１２ｂからの像信号をダーク画素１２０のダーク出力Ｖｄを基準として示したものである。 FIG. 10 shows image signals from the sensor arrays 112a and 112b on which the A and B images, which are object images, are formed, with the dark output Vd of the dark pixel 120 as a reference.

センサ列１１２ａ，１１２ｂそれぞれの像信号（画素出力）に対して共通の最大値出力Ｖｐが設定レベルＶｒとなっている。焦点検出は、各センサ列１１２ａ，１１２ｂのうち、画素のいずれかが設定レベルＶｒを含む所定間隔内に収まったときの像信号を用いて行う。 The maximum value output Vp common to the image signals (pixel outputs) of the sensor arrays 112a and 112b is the set level Vr. The focus detection is performed using an image signal when one of the pixels in each of the sensor rows 112a and 112b falls within a predetermined interval including the set level Vr.

ここで、従来から一対のセンサ列より成る光電変換素子を用いたカメラでは、光電変換素子上の物体像のかかり具合（フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔ）により焦点検出にばらつきが発生していた。 Conventionally, in a camera using a photoelectric conversion element composed of a pair of sensor arrays, variation in focus detection has occurred due to the degree of the object image on the photoelectric conversion element (phase in / phase out).

図１１はセンサ列上のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔを示す図であり、１３１は複数の画素より成るセンサ列、１３２はセンサ列１３１上の物体像である。なお、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇはセンサ列１３１上の画素位置を明示するものであり、この位置は被写体像の位置に対応するものである。 FIG. 11 is a diagram showing phase in / phase out on the sensor array, 131 is a sensor array composed of a plurality of pixels, and 132 is an object image on the sensor array 131. Note that a, b, c, d, e, f, and g clearly indicate the pixel position on the sensor array 131, and this position corresponds to the position of the subject image.

図１２はセンサ列１３１上の物体像１３２のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値（実線で示す波形）のばらつき状態を示す図である。図１１において物体像１３２が矢印Ｂの方向に移動したときの画素ｄ，ｅ，ｆ上の被写体像の位置（画素の位置に対応）を図１２の横軸に、センサ列１３１の出力レベルを縦軸に、それぞれ示し、画素毎の位置による焦点検出値の変化を示している。 FIG. 12 is a diagram showing a variation state of focus detection values (waveforms indicated by solid lines) generated by the phase in / phase out of the object image 132 on the sensor array 131. In FIG. 11, the position of the subject image on the pixels d, e, and f (corresponding to the position of the pixel) when the object image 132 moves in the direction of arrow B is the horizontal axis of FIG. The vertical axis indicates the change in the focus detection value depending on the position for each pixel.

図１２からわかるように、センサ列１３１上の物体像１３２のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきは、画素の幅を１周期とした変化を示している。 As can be seen from FIG. 12, the variation in the focus detection value caused by the phase in / phase out of the object image 132 on the sensor array 131 shows a change with the pixel width as one period.

上記のフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきを改善し、常に安定したデフォーカス量の検出を可能とする方法として、センサ列１１２ａおよび１１２ｂの各画素の画素ピッチを小さくすればよいことが知られている。しかし、画素ピッチを小さくするために画素の面積を小さくすると、センサノイズが大きくなってしまうという問題点を有している。 As a method for improving the dispersion of the focus detection value generated by the above-described phase in / phase out and always enabling stable defocus amount detection, the pixel pitch of each pixel in the sensor rows 112a and 112b may be reduced. It is known. However, if the pixel area is reduced in order to reduce the pixel pitch, there is a problem that sensor noise increases.

一方、別の方法として、光電変換素子上に結像する物体像のかかり具合が、隣接配置された複数のセンサ列の各画素で所定ピッチずれるようにセンサ列を配置した光電変換素子が提案されている（特許文献１）。この場合、隣接するセンサ列間でそれぞれのセンサ列に結像する被写体からの光束位置は位相がずれているため、１つのセンサ列における画素と画素の間の不感帯を、もう一方のセンサ列が受光する構成となっている。従って、隣接するセンサ列からの光束位置に対し、互いにセンサ列の画素を所定ピッチずらした関係に配置した光電変換素子において、隣接する複数のセンサ列の出力から検出されるデフォーカス量に基づいて一つの焦点検出値を求める。そして、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきの影響を防いでいる。 On the other hand, as another method, there has been proposed a photoelectric conversion element in which sensor rows are arranged so that the degree of coverage of an object image formed on the photoelectric conversion element is shifted by a predetermined pitch in each pixel of a plurality of adjacent sensor rows. (Patent Document 1). In this case, since the positions of the light beams from the subject imaged on the respective sensor rows are shifted between adjacent sensor rows, the dead zone between the pixels in one sensor row is indicated by the other sensor row. It is configured to receive light. Therefore, based on the defocus amount detected from the outputs of the plurality of adjacent sensor rows in the photoelectric conversion elements in which the pixels of the sensor row are arranged at a predetermined pitch with respect to the light beam positions from the adjacent sensor rows. One focus detection value is obtained. And the influence of the dispersion | variation in the focus detection value which generate | occur | produces by the phase in / phase out is prevented.

しかし、上記のように複数のセンサ列を隣接配置すると、二次元的に広がりを持つために、例え隣接する二つのセンサ列であっても、両方の光電変換素子に必ずしも同一距離の物体像が結像するとはいえない。このような場合、隣接する複数のセンサ列の出力から検出されるデフォーカス量に基づき、一つの焦点検出値を求めると、本来、撮影者が意図した被写体距離とは異なるデフォーカス量を算出してしまうという問題がある。特に遠近混在した被写体を測距したとき、誤測距となる可能性が高い。 However, when a plurality of sensor arrays are arranged adjacent to each other as described above, the two-dimensional expansion is provided. Therefore, even in two adjacent sensor arrays, object images of the same distance are not necessarily present on both photoelectric conversion elements. It cannot be said that it forms an image. In such a case, when one focus detection value is obtained based on the defocus amounts detected from the outputs of a plurality of adjacent sensor arrays, a defocus amount different from the subject distance originally intended by the photographer is calculated. There is a problem that it ends up. There is a high possibility of erroneous distance measurement especially when the distance of a subject that is mixed in perspective is measured.

この問題の回避策として、隣接する複数のセンサ列から出力される信号の類似性を求めて同一距離の物体像であるか否かを判定する技術が提案されている（特許文献２）。
特開平１０−１０４５０３号公報特開２００６−１４５８６２号公報 As a workaround for this problem, a technique has been proposed in which similarity between signals output from a plurality of adjacent sensor arrays is determined to determine whether or not they are object images at the same distance (Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-104503 JP 2006-145862 A

上記のように類似性を求めた結果、同一距離の物体像であると判定したときは、隣接する複数のセンサ列の出力から検出されるデフォーカス量に基づき、一つの焦点検出値を求める。このようにして、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきの影響を防いでいる。しかし、類似性を求めた結果、同一距離の物体像ではないと判定したときは、少なくとも一方の光電変換素子の出力から検出されるデフォーカス量に基づいて焦点検出値を求めることになる。 As a result of obtaining the similarity as described above, when it is determined that the object images are the same distance, one focus detection value is obtained based on the defocus amounts detected from the outputs of the plurality of adjacent sensor rows. In this way, the influence of variations in focus detection values caused by phase in / phase out is prevented. However, when it is determined that the object images are not the same distance as a result of obtaining the similarity, the focus detection value is obtained based on the defocus amount detected from the output of at least one of the photoelectric conversion elements.

つまり、隣接配置されたセンサ列は二次元的な広がりを持つがゆえに、遠近混在した被写体を測距する場合には、同一距離の被写体像を隣接する光電変換素子上に結像させることができない。そのため、隣接するセンサ列からの光束位置に対して互いにセンサ列の所定ピッチずらした関係に配置した光電変換素子によるフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきの抑制効果は得られない。 In other words, the adjacent sensor array has a two-dimensional expanse, and therefore, when measuring a distance-exposed subject, an object image of the same distance cannot be formed on adjacent photoelectric conversion elements. . For this reason, it is not possible to obtain an effect of suppressing variations in focus detection values caused by phase in / phase out by photoelectric conversion elements arranged in a relationship in which the sensor rows are shifted from each other by a predetermined pitch with respect to the light beam positions from adjacent sensor rows.

この点を図１５により説明する。図１５に示すように画素数分、縦方向に一次元の広がりを持つセンサ列１１２ａ１，１１２ｂ１にセンサ列１１２ａ２，１１２ｂ２を隣接配置することで横方向にも１画素分の広がりを持つことになる。センサ列を隣接配置した組み合わせ（１１２ａ１，１１２ａ２）と（１１２ｂ１，１１２ｂ２）はそれぞれ二次元的な広がりを持つ。このため、図１５のようなセンサ列の隣接配置では横方向の広がりがあるので、遠近混在した被写体を測距する場合には、一方のセンサ列には遠の被写体が、もう一方のセンサ列には近の被写体が結像することもある。よって、同一距離の被写体像を隣接する光電変換素子上に結像させることができない。 This point will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 15, the sensor rows 112a2 and 112b2 are arranged adjacent to the sensor rows 112a1 and 112b1 having a one-dimensional spread in the vertical direction by the number of pixels, so that the horizontal direction has a spread of one pixel. . The combinations (112a1, 112a2) and (112b1, 112b2) in which the sensor rows are arranged adjacently have a two-dimensional spread. For this reason, in the adjacent arrangement of sensor rows as shown in FIG. 15, there is a lateral spread, so when measuring a subject that is mixed in perspective, a far subject is in one sensor row, and the other sensor row is in another sensor row. In some cases, a nearby subject may form an image. Therefore, a subject image of the same distance cannot be formed on the adjacent photoelectric conversion element.

根本的な問題は、上述したように、光電変換素子が二次元的な広がりを持つため、遠近混在した被写体を測距する場合には同一距離の被写体像を隣接する光電変換素子上に結像させることができないことである。 The fundamental problem is that, as described above, since the photoelectric conversion element has a two-dimensional spread, when measuring a distance-exposed subject, an object image of the same distance is formed on the adjacent photoelectric conversion element. It is not possible to make it.

（発明の目的）
本発明の目的は、遠近混在する被写体を撮影するときでも、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきを改善し、常に安定した焦点検出を行うことのできる焦点検出装置および撮像装置を提供しようとするものである。 (Object of invention)
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a focus detection device and an imaging device capable of improving the dispersion of focus detection values caused by phase in / phase out and always performing stable focus detection even when shooting a subject mixed in perspective. It is something to be offered.

上記目的を達成するために、本発明は、結像光学系の焦点状態に応じて、相対的な位置関係が変化する第１、第２の物体像を形成する再結像光学系と、前記第１、第２の物体像に対応した第１、第２の像信号をそれぞれ出力するラインセンサ列より成る光電変換手段と、前記第１、第２の像信号を演算上で順次相対的に変位させ、各相対変位位置における第１、第２の像信号の一致度を表わす評価量を演算するに際し、予め前記第１、第２の像信号に対してフィルタ処理を施し、前記評価量の変化に基づいて前記第１、第２の物体像の像ずれ量を求め、前記像ずれ量に対してデフォーカス量を算出する演算手段とを有し、前記結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置において、前記フィルタ処理が、群遅延量の差が１より小さい第１、第２の二つのデジタルフィルタを用いて前記第１、第２の像信号に施す処理である焦点検出装置とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a re-imaging optical system that forms first and second object images whose relative positional relationship changes according to a focus state of the imaging optical system, A photoelectric conversion means composed of a line sensor array for outputting first and second image signals corresponding to the first and second object images, respectively, and the first and second image signals in order relative to each other in calculation. When calculating the evaluation amount representing the degree of coincidence of the first and second image signals at each relative displacement position, the first and second image signals are filtered in advance, and the evaluation amount And calculating means for calculating an image shift amount of the first and second object images based on a change, and calculating a defocus amount with respect to the image shift amount, and detecting a focus state of the imaging optical system. In the focus detection apparatus, the filter processing is a first, wherein the difference in the group delay amount is smaller than 1. Using said second two digital filter first, is for the focus detection device is a process applied to the second image signal.

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記焦点検出装置を具備する撮像装置とするものである。 Similarly, in order to achieve the above object, the present invention is an imaging apparatus including the focus detection apparatus of the present invention.

本発明によれば、遠近混在する被写体を撮影するときでも、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきを改善し、常に安定した焦点検出を行うことができる焦点検出装置または撮像装置を提供できるものである。 According to the present invention, there is provided a focus detection device or an imaging device capable of improving the dispersion of focus detection values generated by phase in / phase out and always performing stable focus detection even when shooting a subject that is mixed in perspective. It can be provided.

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１および２に示す通りである。 The best mode for carrying out the present invention is as shown in Examples 1 and 2 below.

本発明の各実施例の説明に入る前に、上記特許文献１や２に開示されている課題について、改めて簡単に説明する。特許文献１では、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきを改善し、常に安定したデフォーカス量の検出を可能とするために、図１３に示す様なセンサ列の配置としている。図１３では、一方のセンサ列１３３の画素ａ〜ｇと他方のセンサ列１３４の画素ｈ〜ｎとが所定画素ピッチ、本例では、１／２画素ピッチ分ずれた関係で配置されている。 Prior to the description of each embodiment of the present invention, the problems disclosed in Patent Documents 1 and 2 will be briefly described again. In Patent Document 1, the sensor array is arranged as shown in FIG. 13 in order to improve the variation in the focus detection value generated by the phase in / phase out and to always allow the stable defocus amount to be detected. In FIG. 13, the pixels a to g of one sensor row 133 and the pixels h to n of the other sensor row 134 are arranged with a predetermined pixel pitch, in this example, shifted by a ½ pixel pitch.

図１３のような配置のセンサ列１３３，１３４としたときの焦点検出値を図１４に示す。図１４では、画素ｄ〜ｆでの実線で示す焦点検出値１４０ａ（図１２の実線で示す波形に対応）の変化に対して、画素ｋ〜ｍによる点線で示す焦点検出値１４０ｂの変化とが検出される。そして、両者を単に加算すれば、焦点検出値は１４０ｃで示す零、つまり焦点検出値のばらつきを改善できる。 FIG. 14 shows focus detection values when the sensor rows 133 and 134 are arranged as shown in FIG. In FIG. 14, the change in the focus detection value 140b indicated by the dotted line by the pixels k to m corresponds to the change in the focus detection value 140a indicated by the solid line in the pixels d to f (corresponding to the waveform indicated by the solid line in FIG. 12). Detected. If both are simply added, the focus detection value is zero as indicated by 140c, that is, the variation of the focus detection value can be improved.

このようにセンサ列を互いに位相がずれた関係に配置し、隣接する複数のセンサ列（図１３では、センサ列１３３，１３４）の出力に基づいて一つの焦点検出値を求める方法が知られている。そして、隣接するセンサ列間の位相差は画素幅の１／２ピッチずらした関係が最も改善効果があることが、理論上の実験の結果から明らかになっている。 There is known a method in which sensor rows are arranged in such a manner that their phases are shifted from each other and one focus detection value is obtained based on the outputs of a plurality of adjacent sensor rows (in FIG. 13, sensor rows 133 and 134). Yes. It has been clarified from the results of theoretical experiments that the phase difference between adjacent sensor rows is most improved when the relationship is shifted by ½ pitch of the pixel width.

しかし、図１３の画素ａ〜ｇと画素ｈ〜ｎは２次元的に広がりを持つために同一距離の物体像が結像するとはいえない。このような場合、隣接する複数のセンサ列の出力から検出されるデフォーカス量に基づき、一つの焦点検出値を求めると、本来、撮影者が意図した被写体距離とは異なるデフォーカス量を算出してしまう。そこで、隣接する複数のセンサ列から出力される信号の類似性を求めて同一距離の物体像であるか否かを判定して誤測距を防ぐことができる。しかしながら、前述したように、このとき、隣接するセンサ列からの光束位置に対して互いにセンサ列の所定ピッチずらした関係に配置したセンサ列によるフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出値のばらつきの抑制効果は得られない。 However, since the pixels a to g and the pixels h to n in FIG. 13 are two-dimensionally spread, it cannot be said that an object image of the same distance is formed. In such a case, when one focus detection value is obtained based on the defocus amounts detected from the outputs of a plurality of adjacent sensor arrays, a defocus amount different from the subject distance originally intended by the photographer is calculated. End up. Therefore, it is possible to prevent erroneous distance measurement by obtaining similarity between signals output from a plurality of adjacent sensor arrays and determining whether or not they are object images of the same distance. However, as described above, at this time, variations in focus detection values caused by phase in / phase out due to the sensor rows arranged in a relationship shifted from each other by a predetermined pitch of the sensor rows with respect to the light beam positions from the adjacent sensor rows. The inhibitory effect cannot be obtained.

上記の問題を改善するために、本発明の実施例１では、以下のようにしている。つまり、位相特性が異なり、振幅特性が等価な一対のデジタルフィルタを用いて、一対のセンサ列を備えた光電変換素子から出力される像信号にフィルタ処理を施すことにより、像信号の位相を１／２ずらす。これにより、一方のデジタルフィルタを用いたフィルタ処理後の信号の画素と画素の間の不感帯を、もう一方のデジタルフィルタを用いたフィルタ処理後の信号が補完することになる。よって、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきを改善でき、常に安定した焦点検出を行うことができる。 In order to improve the above problem, the first embodiment of the present invention is configured as follows. That is, by using a pair of digital filters having different phase characteristics and equivalent amplitude characteristics, the image signal output from the photoelectric conversion element including the pair of sensor arrays is subjected to filter processing, whereby the phase of the image signal is set to 1. / Shift by 2. Thereby, the signal after the filter processing using the other digital filter is complemented with the dead zone between the pixels of the signal after the filter processing using one digital filter. Therefore, it is possible to improve focus detection variation caused by phase in / phase out, and always perform stable focus detection.

詳しくは、本実施例１では、一つの光電変換素子の出力から該光電変換素子上の物体像のかかり具合（いわゆるフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔ）により発生する焦点検出値のばらつきを改善するものである。そのために、一対の光学系が形成する物体像の位置を光電変換素子上に結像させ、相対的に比較することによって焦点状態を検出する焦点検出装置としている。 Specifically, in the first embodiment, the variation in focus detection value generated by the degree of application of an object image on the photoelectric conversion element (so-called phase in / phase out) from the output of one photoelectric conversion element is improved. . For this purpose, the focus detection device detects the focus state by forming the positions of the object images formed by the pair of optical systems on the photoelectric conversion elements and relatively comparing them.

つまり、一対の光電変換素子から出力される像信号にデジタルフィルタ処理を施す際、フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１の一対のデジタルフィルタを用いる。フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１の一対のデジタルフィルタは、群遅延量の差が１／２となるように設計されているため、フィルタ処理を施した後の像信号はフィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１とで位相が１／２ずれた像信号となる。さらに、フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１の一対のデジタルフィルタは、振幅特性が等価になるように設計されているため、フィルタ処理によるゲイン倍率は等しい。 That is, when digital filter processing is performed on the image signals output from the pair of photoelectric conversion elements, a pair of digital filters having the filter stage number N and the filter stage number N + 1 is used. Since the pair of digital filters of the filter stage number N and the filter stage number N + 1 is designed so that the difference in group delay amount is ½, the image signal after the filter processing is the filter stage number N and the filter stage number N + 1. Thus, an image signal whose phase is shifted by 1/2 is obtained. Further, since the pair of digital filters having the filter stage number N and the filter stage number N + 1 are designed so that the amplitude characteristics are equivalent, the gain magnification by the filter processing is equal.

従って、一つの光電変換素子における画素と画素の間の不感帯を、もう一方の光電変換素子が補完する構成となっている。これは、光電変換素子上に結像する物体像のフェーズが隣接配置した複数の光電変換素子の各画素で１／２画素ピッチずれるようにセンサ列を配置した光電変換素子と同程度の精度が得られる。 Therefore, the other photoelectric conversion element complements the dead zone between the pixels in one photoelectric conversion element. This is as accurate as the photoelectric conversion element in which the sensor rows are arranged so that the phase of the object image formed on the photoelectric conversion element is shifted by 1/2 pixel pitch in each pixel of the plurality of adjacent photoelectric conversion elements. can get.

上記のように、本実施例１では、段数Ｎと段数Ｎ＋１の一対のデジタルフィルタを、群遅延量の差が１／２で、振幅特性が等価となるように設計している。そして、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタを用いてフィルタ処理して検出されるデフォーカス量と、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理して検出されるデフォーカス量に基づき、一つの焦点検出値を求める。このことで、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきの影響を防ぐことができる。 As described above, in the first embodiment, a pair of digital filters having the number of stages N and the number of stages N + 1 are designed so that the difference in group delay amount is ½ and the amplitude characteristics are equivalent. One focus detection value is based on the defocus amount detected by filtering using a digital filter having N filter stages and the defocus amount detected by filtering using a N + 1 digital filter. Ask for. This can prevent the influence of the focus detection variation caused by the phase in / phase out.

ここで、本実施例１において用いる一対のデジタルフィルタが有していなければならない直線位相特性と等価な振幅特性について説明する。 Here, an amplitude characteristic equivalent to the linear phase characteristic that the pair of digital filters used in the first embodiment must have will be described.

まず、直線位相特性とは、対象性をもつフィルタ係数のデジタルフィルタを有し、全周波数帯域で遅延量が一定になることからフィルタ処理後の信号に歪を生じさせない特性のことである。直線位相特性を有するデジタルフィルタの遅延量はフィルタ段数Ｎから（Ｎ−１）／２であることが知られている。遅延量がフィルタ段数Ｎにのみ依存するのであれば、フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタを群遅延量の差は１／２になることがわかる。フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタが直線位相特性を有していれば全周波数帯域において群遅延量の差が１／２であることから、一つの物体像信号から互いの位相が１／２ずれた物体像信号を生成することができる。 First, the linear phase characteristic is a characteristic that does not cause distortion in a signal after filter processing because it has a digital filter with a filter coefficient having objectivity and the delay amount is constant in all frequency bands. It is known that the delay amount of a digital filter having a linear phase characteristic is from the number of filter stages N to (N−1) / 2. If the delay amount depends only on the filter stage number N, it can be seen that the difference in the group delay amount is ½ between the digital filters of the filter stage number N and the filter stage number N + 1. If the digital filters having the number of filter stages N and the number of filter stages N + 1 have linear phase characteristics, the difference in group delay amount is ½ in all frequency bands. An object image signal shifted by two can be generated.

次に、等価な振幅特性とは、像ずれ量を求める際の相関演算が像信号の振幅に依存するためにフィルタ処理によるゲインはフィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタで同じでなければならない。つまり、フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタの振幅特性を等価にしなければならない。 Next, since the equivalent amplitude characteristic is that the correlation calculation when obtaining the image shift amount depends on the amplitude of the image signal, the gain by the filter processing must be the same for the digital filters of the number of filter stages N and the number of filter stages N + 1. . That is, the amplitude characteristics of the digital filters having the number of filter stages N and the number of filter stages N + 1 must be equalized.

ここから、上記の特性を有するデジタルフィルタについて、図１を用いて説明する。 From here, the digital filter which has said characteristic is demonstrated using FIG.

まず、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタについて説明する。対象性をもつ連続関数ｈ（ｘ）（例えば、ガウス関数）から軸Ｃで左右対称になるようにサンプリングして離散信号であるフィルタ段数Ｎのデジタルフィルタｈ_Ｎ［ｋ］を求める。 First, a digital filter having N filter stages will be described. A digital filter h _N [k] having _N filter stages, which is a discrete signal, is obtained by sampling from a continuous function h (x) (for example, a Gaussian function) having symmetric properties so as to be symmetrical with respect to the axis C.

次に、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタについて説明する。フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタｈ_Ｎ［ｋ］をフーリエ変換して振幅特性｜Ｈ_Ｎ［ｓ］｜と位相特性∠Ｈ_Ｎ［ｓ］を求める。但し、Ｈ_Ｎ［ｓ］はフィルタ段数Ｎのデジタルフィルタｈ_Ｎ［ｋ］の周波数特性である。位相特性に関しては、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタの位相特性は、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタの群遅延量に対して位相を１／２遅らせるために位相特性∠Ｈ_Ｎ［ｓ］をｅの−（１／２）ｓ乗シフトさせた値とする。 Next, a digital filter having N + 1 filter stages will be described. An amplitude characteristic | H _N [s] | and a phase characteristic ∠H _N [s] are obtained by Fourier transforming the digital filter h _N [k] having _N filter stages. Here, H _N [s] is the frequency characteristic of the digital filter h _N [k] having _N filter stages. Regarding the phase characteristic, the phase characteristic of the digital filter having the number of filter stages N + 1 is set such that the phase characteristic ∠H _N [s] is set to e− ( 1/2) The value shifted to the power of s.

一方、振幅特性に関しては、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタの振幅特性はフィルタ段数Ｎのデジタルフィルタの振幅特性｜Ｈ_Ｎ［ｓ］｜と等価でなければならないので、｜Ｈ_Ｎ［ｓ］｜とする。このようにして求めた周波数特性Ｈ_Ｎ＋１［ｓ］を逆フーリエ変換すれば、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタを求めることができる。 On the other hand, regarding the amplitude characteristic, the amplitude characteristic of the digital filter having the number of filter stages N + 1 must be equivalent to the amplitude characteristic | H _N [s] | of the digital filter having the number N of filter stages, and thus | H _N [s] | . If the frequency characteristic H _{N + 1} [s] thus obtained is subjected to inverse Fourier transform, a digital filter having N + 1 filter stages can be obtained.

本実施例１において、フィルタ段数Ｎは光電変換素子を成す複数のセンサ列の画素数よりも小さな整数値であればどのような値でもいいが、例として、フィルタ段数４とフィルタ段数５のデジタルフィルタを用いたときのフィルタ処理を図２に示す。 In the first embodiment, the filter stage number N may be any value as long as it is an integer value smaller than the number of pixels of a plurality of sensor columns forming the photoelectric conversion element. For example, the filter stage number N is a digital filter having 4 filter stages and 5 filter stages. FIG. 2 shows the filter processing when the filter is used.

上記のようにして設計したフィルタ段数４とフィルタ段数５のデジタルフィルタを用いて、図２（ａ）に示す像信号に対してフィルタ処理を施す。図２（ｂ）はフィルタ処理後の像信号を示しており、フィルタ段数４とフィルタ段数５のフィルタ処理後の像信号は互いの位相が１／２ずれることになる。 Filtering is performed on the image signal shown in FIG. 2A by using the digital filters having the filter stages 4 and 5 designed as described above. FIG. 2B shows the image signal after the filter processing, and the phase of the image signal after the filter processing with the filter stage number 4 and the filter stage number 5 is shifted by ½.

このようにして設計したフィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１を一対とするデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を施せば、位相が１／２ずれた物体像信号を得ることができる。さらに、この像信号の振幅は全周波数帯域において同じゲインで増幅または減衰されているため、互いの像信号が画素と画素の間の不感帯を補完できる。これにより、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきを改善し、常に安定した焦点検出を行うことができる。 If the filtering process is performed using a digital filter that has a pair of the filter stage number N and the filter stage number N + 1 designed as described above, an object image signal whose phase is shifted by 1/2 can be obtained. Furthermore, since the amplitude of this image signal is amplified or attenuated with the same gain in all frequency bands, each image signal can complement the dead zone between pixels. Thereby, focus detection variation caused by phase in / phase out can be improved, and stable focus detection can always be performed.

図３は、複数の焦点検出領域を持ち、上記のような焦点検出装置を備えた本実施例１に係る撮像装置であるところのカメラの具体的な構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a specific configuration of the camera that is the imaging apparatus according to the first embodiment having a plurality of focus detection areas and including the focus detection apparatus as described above.

図３において、ＰＲＳは一眼レフカメラの中央演算回路であり、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ）および入出力ポート等が配置された１チップマイクロコンピュータである。上記ＲＯＭ内にはＡＦ（オートフォーカス）制御を含む一連のカメラの制御用ソフトウエアおよびパラメータが格納されている。 In FIG. 3, PRS is a central processing circuit of a single-lens reflex camera, and is a one-chip microcomputer in which a CPU, RAM, ROM, ADC (A / D converter), input / output ports, and the like are arranged. The ROM stores a series of camera control software and parameters including AF (autofocus) control.

ＤＢＵＳはデータバスである。ＳＨＴはシャッタ制御回路であり、中央演算回路ＰＲＳよりデータバスＤＢＵＳを介して入力するデータを受け付け、そのデータに基づいて不図示のシャッタ先幕及び後幕の走行制御を行う。ＡＰＲは絞り制御回路であり、データバスＤＢＵＳを介して入力するデータを受け付け、該データに基づいて不図示の絞り制御機構を制御する。ＳＷＳはレリーズスイッチ、連写モードスイッチ並びに各種情報設定用のスイッチ等のスイッチ群である。 DBUS is a data bus. SHT is a shutter control circuit, which receives data input from the central processing circuit PRS via the data bus DBUS, and controls travel of a shutter front curtain and a rear curtain (not shown) based on the data. APR is an aperture control circuit that receives data input via the data bus DBUS and controls an aperture control mechanism (not shown) based on the data. SWS is a switch group such as a release switch, a continuous shooting mode switch, and various information setting switches.

ＬＣＯＭはレンズ通信回路であり、データバスＤＢＵＳを介して入力するデータを受け付け、該データに基づいてレンズ制御回路ＬＮＳＵとシリアル通信を行う。該レンズ通信回路ＬＣＯＭは、クロック信号ＬＣＫに同期してレンズ駆動用データＤＣＬをレンズ側のレンズ制御回路ＬＮＳＵへ伝送し、それと同時にレンズ情報ＤＬＣがシリアル入力する。ＢＳＹは不図示の焦点調節用レンズが移動中であることをカメラ側に知らせる為の信号であり、この信号ＢＳＹが発生しているときにはシリアル通信は行われない。ＳＰＣは測光回路であり、レンズ制御回路ＬＮＳＵからの制御信号を受け取ると、測光出力を中央演算回路ＰＲＳへ送る。測光出力は中央演算回路ＰＲＳ内部のＡＤＣでＡ／Ｄ変換され、シャッタ制御回路ＳＨＴ及び絞り制御回路ＡＰＲを制御するためのデータとして用いられる。 LCOM is a lens communication circuit that receives data input via the data bus DBUS and performs serial communication with the lens control circuit LNSU based on the data. The lens communication circuit LCOM transmits lens driving data DCL to the lens-side lens control circuit LNSU in synchronization with the clock signal LCK, and at the same time, lens information DLC is serially input. BSY is a signal for informing the camera that a focus adjusting lens (not shown) is moving. When this signal BSY is generated, serial communication is not performed. SPC is a photometric circuit, and when it receives a control signal from the lens control circuit LNSU, it sends a photometric output to the central processing circuit PRS. The photometric output is A / D converted by the ADC inside the central processing circuit PRS and used as data for controlling the shutter control circuit SHT and the aperture control circuit APR.

ＳＮＳは複数の光電変換素子であり、対を成すセンサ列１１２ａ１，１１２ｂ１、１１２ａ２，１１２ｂ２、……、１１２ａｉ，１１２ｂｉをそれぞれ有する。ＳＤＲはセンサ駆動回路であり、中央演算回路ＰＲＳからの制御信号を解釈して光電変換素子ＳＮＳを制御する。詳しくは、光電変換素子ＳＮＳのいずれか一つを選択して、その選択した光電変換素子ＳＮＳから得られる像信号を中央演算回路ＰＲＳのＲＡＭに送信する。 SNS is a plurality of photoelectric conversion elements, and each has a pair of sensor arrays 112a1, 112b1, 112a2, 112b2, ..., 112ai, 112bi. SDR is a sensor driving circuit that controls the photoelectric conversion element SNS by interpreting a control signal from the central processing circuit PRS. Specifically, any one of the photoelectric conversion elements SNS is selected, and an image signal obtained from the selected photoelectric conversion element SNS is transmitted to the RAM of the central processing circuit PRS.

センサ駆動回路ＳＤＲは例えば図９に示されるような構成を有する。複数の光電変換素子ＳＮＳとセンサ駆動回路ＳＤＲと中央演算回路ＰＲＳのＣＰＵなどが焦点検出装置を構成する。フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１を一対とするデジタルフィルタは図３に示す中央演算回路ＰＲＳのＲＯＭに記憶されている。センサ列からの出力に対してＣＰＵがＲＯＭからデジタルフィルタを読み出してフィルタ処理を行う。 The sensor drive circuit SDR has a configuration as shown in FIG. 9, for example. A plurality of photoelectric conversion elements SNS, a sensor driving circuit SDR, a CPU of the central processing circuit PRS, and the like constitute a focus detection device. A digital filter having a pair of filter stage number N and filter stage number N + 1 is stored in the ROM of the central processing circuit PRS shown in FIG. In response to the output from the sensor array, the CPU reads the digital filter from the ROM and performs filter processing.

次に、焦点検出について、図４のフローチャートを用いて説明する。この焦点検出は、中央演算回路ＰＲＳにより光電変換素子ＳＮＳからの像信号を用いて行われる。 Next, focus detection will be described with reference to the flowchart of FIG. This focus detection is performed using the image signal from the photoelectric conversion element SNS by the central processing circuit PRS.

まず、ステップＳ１０１では、光電変換素子ＳＮＳのいずれか一つを選択、つまりいずれかの対を成すセンサ列を選択する。そして、一方のセンサ列から読み出した第１の像信号および他方のセンサ列から読み出した第２の像信号に対して、図９に示したダーク画素１２０の基準信号に変換する。そして、周辺光量落ちを補正するシェーディング補正を行う。 First, in step S101, any one of the photoelectric conversion elements SNS is selected, that is, a sensor array that forms any pair is selected. Then, the first image signal read from one sensor row and the second image signal read from the other sensor row are converted into a reference signal of the dark pixel 120 shown in FIG. Then, shading correction for correcting the peripheral light amount drop is performed.

次のステップＳ１０２では、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタを用いて第１、第２の像信号のフィルタ処理を行う。なお、フィルタ処理とは、畳み込み積分のことである。続くステップＳ１０３では、フィルタ処理後の波形を用いて像ずれ量を算出する。 In the next step S102, the first and second image signals are filtered using a digital filter having N filter stages. The filter process is a convolution integral. In the subsequent step S103, the image shift amount is calculated using the waveform after the filter processing.

また、上記ステップＳ１０２，Ｓ１０３と並行して行われるステップＳ１０４，Ｓ１０５では、次の動作を行う。つまり、ステップＳ１０４では、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタを用いて第１、第２の像信号のフィルタ処理を行う。続くステップＳ１０５では、フィルタ処理後の波形を用いて像ずれ量を算出し、ステップＳ１０６へ進む。 In steps S104 and S105 performed in parallel with steps S102 and S103, the following operation is performed. That is, in step S104, the first and second image signals are filtered using a digital filter having N + 1 filter stages. In the subsequent step S105, the image shift amount is calculated using the waveform after the filter processing, and the process proceeds to step S106.

フィルタ処理後の第１、第２の像信号から像ずれ量を検出する信号処理方法としては、センサ列を構成する画素数をＬとし、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタを用いたときはｉ番目（ｉ＝０，・・・，Ｌ−Ｎ）の画素からの第１の像信号をＡ（ｉ）、第２像信号をＢ（ｉ）とするとき、 As a signal processing method for detecting the image shift amount from the first and second image signals after the filter processing, the number of pixels constituting the sensor array is L, and when a digital filter having N filter stages is used, the i th ( When the first image signal from the pixel of i = 0,..., L−N) is A (i) and the second image signal is B (i),

あるいは、

Or

なる式を、ｋ１ ≦ｋ≦ｋ２について演算する。なお、Ｍは（Ｍ＝Ｌ−Ｎ−｜ｋ｜）で表される演算画素数であり、ｋは相対変移量と呼ばれ、ｋ１，ｋ２は通常−Ｌ／２、Ｌ／２にとらえることが多い。また、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタを用いたときはｉ番目（ｉ＝０，・・・，Ｌ−Ｎ−１）の画素からの第１の像信号をＡ（ｉ）、第２像信号をＢ（ｉ）に対してＭ＝Ｌ−Ｎ−｜ｋ｜−１の演算画素数で上記の（１）式あるいは（２）式の演算を行う。ここで、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから大なるものを抽出することを表し、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから小なるものを抽出することを表す。したがって、前記（１）、（２）式における頁Ｘ１（ｋ）、Ｘ２（ｋ）、Ｙ１（ｋ）、Ｙ２（ｋ）は広義の相関量と考えることができる。更に前記（１）、（２）式を詳細に見ると、Ｘ１（ｋ），Ｙ１（ｋ）は現実には（ｋ−１）の変位における相関量を、Ｘ２（ｋ），Ｙ２（ｋ）は（ｋ＋１）の変位における相関量を、それぞれ表している。それゆえ、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）の差である評価量Ｘ（ｋ）は相対変位量ｋにおける像信号Ａ（ｉ），Ｂ（ｉ）の相関量の変化量を意味する。 Is calculated with respect to k1 ≦ k ≦ k2. M is the number of operation pixels expressed by (M = L−N− | k |), k is called a relative displacement, and k1 and k2 are normally regarded as −L / 2 and L / 2. There are many. When a digital filter having N + 1 filter stages is used, the first image signal from the i-th (i = 0,..., L−N−1) pixel is A (i), and the second image signal is The above equation (1) or (2) is calculated with respect to B (i) with the number of calculation pixels of M = L−N− | k | −1. Here, the operator max {a, b} indicates that a larger one is extracted from a and b, and the operator min {a, b} indicates that a smaller one is extracted from a and b. . Therefore, the pages X1 (k), X2 (k), Y1 (k), and Y2 (k) in the above equations (1) and (2) can be considered as broad correlation amounts. Further, looking at the equations (1) and (2) in detail, X1 (k) and Y1 (k) are actually the correlation amounts in the displacement of (k-1), and X2 (k) and Y2 (k). Represents the correlation amount at the displacement of (k + 1). Therefore, the evaluation amount X (k) that is the difference between X1 (k) and X2 (k) means the amount of change in the correlation amount of the image signals A (i) and B (i) in the relative displacement amount k.

Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いときに最小となる。よって、その変化量であるＸ（ｋ）は相関最高のときに「０」で、かつ傾きは負となるはずである。ところがＸ（ｋ）は離散データであるから、実際には、
Ｘ（ｋｐ）≧０，Ｘ（ｋｐ＋１）＜０・・・（３）
かつ、Ｘ（ｋｐ）−（ｋｐ＋１）が最大なる相対変位の区間〔ｋｐ，ｋｐ＋１〕に相関量のピークが存在すると考えて、
ＰＲ＝ｋｐ＋Ｘ（ｋｐ）／｛Ｘ（ｋｐ）−Ｘ（ｋｐ＋１）｝・・・（４）
の補間演算を行うことにより、画素単位以下の像ずれ量ＰＲを検出することができる。 The correlation amounts X1 (k) and X2 (k) are minimum when the correlation between the two images is the highest from the above definition. Therefore, the amount of change X (k) should be “0” when the correlation is highest, and the slope should be negative. However, since X (k) is discrete data, in practice,
X (kp) ≧ 0, X (kp + 1) <0 (3)
And, assuming that there is a correlation amount peak in the relative displacement interval [kp, kp + 1] where X (kp)-(kp + 1) is maximum,
PR = kp + X (kp) / {X (kp) -X (kp + 1)} (4)
By performing this interpolation calculation, it is possible to detect an image shift amount PR equal to or less than a pixel unit.

一方、Ｙ１（ｋ），Ｙ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いとき、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）とは逆に最大となる。よって、その変化量であるＹ（ｋ）は相関最高のときに「０」で、かつ傾きは正となるはずである。Ｙ（ｋ）もＸ（ｋ）と同様に
Ｙ（ｋｐ）≦０，Ｙ（ｋｐ＋１）＞０・・・（５）
で、かつＹ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）が最大のとき
ＰＲ＝ｋｐ＋｜Ｙ（ｋｐ）／｛Ｙ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）｝｜・・（６）
の補間演算を行うことにより、画素単位以下の像ずれ量ＰＲを検出することができる。 On the other hand, the correlation amounts Y1 (k) and Y2 (k) are the maximum opposite to X1 (k) and X2 (k) when the correlation between the two images is the highest from the above definition. Therefore, the amount of change Y (k) should be “0” when the correlation is highest, and the slope should be positive. Y (k) is the same as X (k). Y (kp) ≦ 0, Y (kp + 1)> 0 (5)
And when Y (kp) −Y (kp + 1) is the maximum PR = kp + | Y (kp) / {Y (kp) −Y (kp + 1)} |
By performing this interpolation calculation, it is possible to detect an image shift amount PR equal to or less than a pixel unit.

次のステップＳ１０６では、上記ステップＳ１０３で算出した像ずれ量と上記ステップＳ１０５で算出した像ずれ量の平均値を求め、一つの焦点検出値を求める。これは図１４を用いて説明したように、隣接するセンサ列間の位相差を光電変換素子幅の１／２ピッチずらしたセンサ列の出力に基づいて一つの焦点検出値を求める方法が理論上の実験の結果から明らかになっている。このことから、一つの光電変換素子から出力される信号に対して一対のデジタルフィルタ用いてフィルタ処理し、位相差を１／２ずらしたそれぞれの像信号に基づいて一つの焦点検出値を求めている。 In the next step S106, an average value of the image shift amount calculated in step S103 and the image shift amount calculated in step S105 is obtained, and one focus detection value is obtained. As described with reference to FIG. 14, this method theoretically obtains one focus detection value based on the output of a sensor array in which the phase difference between adjacent sensor arrays is shifted by ½ pitch of the photoelectric conversion element width. The results of this experiment are clear. Therefore, a signal output from one photoelectric conversion element is filtered using a pair of digital filters, and one focus detection value is obtained based on each image signal with the phase difference shifted by 1/2. Yes.

図５は、本発明の実施例２に係る焦点検出動作を示すフローチャートである。なお、図５の焦点検出動作以外は、上記実施例１と同様であるので、その詳細は省略する。 FIG. 5 is a flowchart showing the focus detection operation according to the second embodiment of the present invention. Since the operation other than the focus detection operation of FIG. 5 is the same as that of the first embodiment, details thereof are omitted.

まず、ステップＳ２０１では、光電変換素子ＳＮＳのいずれか一つを選択、つまりいずれかの対を成すセンサ列を選択し、ここから読み出した像信号に対して、図９に示したダーク画素１２０の基準信号に変換する。そして、周辺光量落ちを補正するシェーディング補正を行う。 First, in step S201, any one of the photoelectric conversion elements SNS is selected, that is, any pair of sensor arrays is selected, and the dark pixel 120 shown in FIG. Convert to reference signal. Then, shading correction for correcting the peripheral light amount drop is performed.

次のステップＳ２０２では、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を行う。また、上記ステップＳ２０２と並行して行われるステップＳ２０３では、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を行う。 In the next step S202, filter processing is performed using a digital filter having N filter stages. In step S203, which is performed in parallel with step S202, filter processing is performed using a digital filter having N + 1 filter stages.

次のステップＳ２０４では、上記ステップＳ２０２でフィルタ処理を施した後の第１、第２の像信号と上記ステップＳ２０３でフィルタ処理を施した後の第１、第２の像信号を合成する。像信号の合成は、上記ステップＳ２０２で求めた像信号の画素と画素の間に、上記ステップＳ２０３で求めた像信号の画素を挿入する。この動作を全画素に対して行うことで、見かけ上画素ピッチが１／２になる像信号が得られる。 In the next step S204, the first and second image signals after the filter processing in step S202 and the first and second image signals after the filter processing in step S203 are combined. In the synthesis of the image signal, the pixel of the image signal obtained in step S203 is inserted between the pixel of the image signal obtained in step S202. By performing this operation for all the pixels, an image signal whose apparent pixel pitch is ½ can be obtained.

次のステップＳ２０５では、上記ステップＳ２０４で合成した第１、第２の像信号を用いて像ずれ量を求めて焦点検出値を求める。 In the next step S205, an image shift amount is obtained using the first and second image signals synthesized in step S204, and a focus detection value is obtained.

以上の実施例１および２においては、図４のステップＳ１０６や図５のステップＳ２０５で算出した像ずれ量に対してデフォーカス変換演算を施して求めたデフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行い、合焦させる。このとき、一対のセンサ列を備えた光電変換素子からの像信号に基づいてデフォーカス量を求める。そのため、遠近混在した被写体の撮影するとき、複数のセンサ列を隣接配置した光電変換素子で発生し得る該センサ列間のデフォーカス量のばらつきを抑制できる。従って、撮影者が意図した被写体距離と必ず同じデフォーカス量を算出するため、誤測距となる可能性は低い。さらに、像信号の位相差を１／２ずらす一対のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を施した像信号に基づいて一つの焦点検出値を求めている。 In the first and second embodiments described above, the lens is driven based on the defocus amount obtained by performing the defocus conversion operation on the image shift amount calculated in step S106 of FIG. 4 or step S205 of FIG. Focus. At this time, a defocus amount is obtained based on an image signal from a photoelectric conversion element including a pair of sensor arrays. For this reason, when photographing a subject that is mixed in the distance, it is possible to suppress variations in defocus amount between the sensor arrays that may occur in the photoelectric conversion elements in which a plurality of sensor arrays are arranged adjacent to each other. Therefore, since the defocus amount that is always the same as the subject distance intended by the photographer is calculated, the possibility of erroneous distance measurement is low. Further, one focus detection value is obtained based on the image signal subjected to the filter processing using a pair of digital filters that shift the phase difference of the image signal by 1/2.

したがって、遠近混在する被写体を撮影するときでも、フェーズｉｎ／フェーズｏｕｔにより発生する焦点検出ばらつきを改善し、常に安定した焦点検出を行うことができる。 Therefore, even when shooting a subject that is mixed in perspective, it is possible to improve focus detection variation caused by phase in / phase out and always perform stable focus detection.

なお、図４のステップＳ１０２，Ｓ１０４、及び、図５のステップＳ２０２，Ｓ２０３で用いるデジタルフィルタのフィルタ段数Ｎは固定であっても良いし、像信号のコントラストなどに応じて可変であっても良い。 Note that the number N of filter stages of the digital filters used in steps S102 and S104 in FIG. 4 and steps S202 and S203 in FIG. 5 may be fixed, or may be variable according to the contrast of the image signal. .

（本発明と実施例の対応）
撮影レンズ１０１が本発明の結像光学系に相当する。また、視野マスク１０９、フィールドレンズ１１０、２次結像系１１１および絞り１１３が、本発明の、結像光学系の結像状態に応じて、相対的な位置関係が変化する第１と第２の物体像を形成する再結像光学系に相当する。また、光電変換素子１１２が、本発明の、第１、第２の物体像に対応した第１、第２の像信号をそれぞれ出力する複数の画素から成る光電変換手段に相当する。また、中央演算回路ＰＲＳが、本発明の、第１、第２の像信号を演算上で順次相対的に変位させ、各相対変位位置における第１、第２の像信号の一致度を表わす評価量を演算するに際し、予め第１、第２の像信号に対してフィルタ処理を施す演算手段に相当する。そして、この演算手段は、評価量の変化に基づいて第１と第２の物体像の像ずれ量を求め、像ずれ量に対してデフォーカス量を算出する。また、フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１の一対のデジタルフィルタが、本発明の、第１、第２の二つのデジタルフィルタ（第１のデジタルフィルタ、第２のデジタルフィルタ）に相当する。 (Correspondence between the present invention and the embodiment)
The taking lens 101 corresponds to the imaging optical system of the present invention. Further, the first and second field masks 109, the field lens 110, the secondary imaging system 111, and the diaphragm 113 change in relative positional relationship according to the imaging state of the imaging optical system of the present invention. This corresponds to a re-imaging optical system for forming the object image. Further, the photoelectric conversion element 112 corresponds to a photoelectric conversion unit including a plurality of pixels that respectively output first and second image signals corresponding to the first and second object images of the present invention. Further, the central processing circuit PRS of the present invention sequentially displaces the first and second image signals in terms of calculation, and represents the degree of coincidence of the first and second image signals at each relative displacement position. When calculating the quantity, it corresponds to a calculation means for performing filter processing on the first and second image signals in advance. Then, the calculation means obtains the image shift amounts of the first and second object images based on the change in the evaluation amount, and calculates the defocus amount with respect to the image shift amount. Further, a pair of digital filters of the number of filter stages N and the number of filter stages N + 1 correspond to the first and second two digital filters (first digital filter and second digital filter) of the present invention.

また、図１中の∠Ｈ_Ｎ［ｓ］と∠Ｈ_Ｎ［ｓ］をｅの−（１／２）ｓ乗シフトさせた値が、本発明の、直線位相特性に相当し、図１中の｜Ｈ_Ｎ［ｓ］｜が、本発明の、振幅特性に相当する。また、図１中のｈ_Ｎ［ｋ］が、本発明の、フィルタ段数Ｎのデジタルフィルタに、図１中のｈ_Ｎ＋１［ｋ］が、本発明の、フィルタ段数Ｎ＋１のデジタルフィルタに、それぞれ相当する。 Further, the value obtained by shifting ∠H _N [s] and ∠H _N [s] in FIG. 1 to the power of − (½) s of e corresponds to the linear phase characteristic of the present invention. | H _N [s] | corresponds to the amplitude characteristic of the present invention. Further, h _N [k] in FIG. 1 corresponds to a digital filter with N filter stages of the present invention, and h _{N + 1} [k] in FIG. 1 corresponds to a digital filter with N + 1 filter stages of the present invention, respectively. To do.

本発明の実施例１に係るフィルタ処理で用いるデジタルフィルタについて説明するための図であるIt is a figure for demonstrating the digital filter used by the filter process which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るフィルタ処理を説明するための図であるIt is a figure for demonstrating the filter process which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る一眼レフカメラの構成を示すブロック図である1 is a block diagram illustrating a configuration of a single-lens reflex camera according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例１に係る一眼レフカメラの焦点検出動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the focus detection operation | movement of the single-lens reflex camera which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係る一眼レフカメラの焦点検出動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the focus detection operation | movement of the single-lens reflex camera which concerns on Example 2 of this invention. 従来および本実施例に係る一眼レフカメラの主要部分の光学配置図である。It is an optical layout of the main part of the conventional single-lens reflex camera according to the present embodiment. 図６に示す焦点検出装置の焦点検出光学系を示す構成図である。It is a block diagram which shows the focus detection optical system of the focus detection apparatus shown in FIG. 図７に示す光電変換素子を成すセンサ列の配置を説明する図である。It is a figure explaining arrangement | positioning of the sensor row | line | column which comprises the photoelectric conversion element shown in FIG. 図７の光電変換素子の制御系を示す構成図である。It is a block diagram which shows the control system of the photoelectric conversion element of FIG. 図７のセンサ列上の像信号を示す図である。It is a figure which shows the image signal on the sensor row | line | column of FIG. 図７のセンサ列上の物体像を示す図であるIt is a figure which shows the object image on the sensor row | line | column of FIG. 一般的なフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔによる焦点検出値の変化について説明するための図であるIt is a figure for demonstrating the change of the focus detection value by the general phase in / phase out. 隣接配置されたセンサ列の配置を説明する図である。It is a figure explaining arrangement | positioning of the sensor row | line | column arrange | positioned adjacently. 隣接配置されたセンサ列を用いたときのフェーズｉｎ／フェーズｏｕｔによる焦点検出値に変化を示す図である。It is a figure which shows a change in the focus detection value by the phase in / phase out when using the adjacent sensor row | line | column. 隣接配置されたセンサ列の二次元的な広がりを示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional expansion of the sensor row | line | column arrange | positioned adjacently.

符号の説明Explanation of symbols

１０１撮影レンズ
１０８焦点検出装置
１１１２次結像系
１１２光電変換素子
１１２ａセンサ列
１１２ｂセンサ列
ＰＲＳ中央演算回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Shooting lens 108 Focus detection apparatus 111 Secondary imaging system 112 Photoelectric conversion element 112a Sensor row 112b Sensor row PRS Central arithmetic circuit

Claims

結像光学系の焦点状態に応じて、相対的な位置関係が変化する第１、第２の物体像を形成する再結像光学系と、
前記第１、第２の物体像に対応した第１、第２の像信号をそれぞれ出力するラインセンサ列より成る光電変換手段と、
前記第１、第２の像信号を演算上で順次相対的に変位させ、各相対変位位置における第１、第２の像信号の一致度を表わす評価量を演算するに際し、予め前記第１、第２の像信号に対してフィルタ処理を施し、前記評価量の変化に基づいて前記第１、第２の物体像の像ずれ量を求め、前記像ずれ量に対してデフォーカス量を算出する演算手段とを有し、前記結像光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置において、
前記フィルタ処理は、群遅延量の差が１より小さい第１、第２の二つのデジタルフィルタを用いて前記第１、第２の像信号に施す処理であることを特徴とする焦点検出装置。 A re-imaging optical system that forms first and second object images, the relative positional relationship of which varies according to the focus state of the imaging optical system;
Photoelectric conversion means comprising line sensor arrays that respectively output first and second image signals corresponding to the first and second object images;
When the first and second image signals are sequentially displaced relative to each other in calculation, and the evaluation amount representing the degree of coincidence of the first and second image signals at each relative displacement position is calculated, the first and second image signals are previously calculated. Filter processing is performed on the second image signal, the image shift amounts of the first and second object images are obtained based on the change in the evaluation amount, and the defocus amount is calculated with respect to the image shift amount. A focus detection device that has a calculation means and detects a focus state of the imaging optical system.
The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the filter process is a process performed on the first and second image signals using first and second digital filters having a difference in group delay amount smaller than 1.

前記評価量を演算するに際し、前記第１、第２の像信号に対して前記第１のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を施して求める像ずれ量と、前記第１、第２の像信号に対して前記第２のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を施して求める像ずれ量より一つの像ずれ量を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。 When calculating the evaluation amount, the first and second image signals are subjected to filter processing using the first digital filter, and the image shift amount obtained and the first and second image signals are calculated. 2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein one image shift amount is obtained from an image shift amount obtained by performing filter processing using the second digital filter.

前記評価量を演算するに際し、前記第１、第２の像信号に対して前記第１のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を施した像信号と、前記第１、第２の像信号に対して前記第２のデジタルフィルタを用いてフィルタ処理を施した信号を合成して一つの像信号を生成し、像ずれ量を求めることを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。 In calculating the evaluation amount, the first and second image signals are subjected to filter processing using the first digital filter, and the first and second image signals are calculated. 2. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein a signal subjected to filter processing using the second digital filter is synthesized to generate one image signal, and an image shift amount is obtained.

前記フィルタ処理で用いる第１、第２のデジタルフィルタは、フィルタ段数Ｎとフィルタ段数Ｎ＋１であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の焦点検出装置。 4. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the first and second digital filters used in the filtering process have N filter stages and N + 1 filter stages. 5.

前記フィルタ処理で用いる前記第１、第２のデジタルフィルタは、直線位相特性を有し、かつ、振幅特性が等価であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の焦点検出装置。 4. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein the first and second digital filters used in the filtering process have linear phase characteristics and have equivalent amplitude characteristics. 5.

請求項１ないし５のいずれかに記載の焦点検出装置を具備することを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus comprising the focus detection apparatus according to claim 1.