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JP2018072489A - Imaging device and control method thereof - Google Patents

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JP2018072489A
JP2018072489A JP2016210113A JP2016210113A JP2018072489A JP 2018072489 A JP2018072489 A JP 2018072489A JP 2016210113 A JP2016210113 A JP 2016210113A JP 2016210113 A JP2016210113 A JP 2016210113A JP 2018072489 A JP2018072489 A JP 2018072489A
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Japan
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image
image signal
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pair
signal
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JP2016210113A
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Japanese (ja)
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英秋 高宮
Hideaki Takamiya
英秋 高宮
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

【課題】画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得る。【解決手段】撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子と、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定手段と、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、を備え、焦点検出手段は、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない。【選択図】図1An imaging apparatus capable of reducing an error in focus detection caused by saturation of an image signal of a pixel and a control method thereof are provided. An image pickup device having a pixel including a pair of subpixels that receive a light beam that has passed through different pupil partial regions of an imaging optical system, and signal acquisition for acquiring a pair of image signals based on signals output from the subpixels Means, saturation determination means for determining an image signal from a saturated pixel whose magnitude exceeds the first upper limit value, and shading correction of the image signal according to the image height based on the optical information of the imaging optical system A focus detection unit that detects a focus by performing a correlation operation on the pair of image signals, and the focus detection unit converts an image signal from a saturated pixel to an image signal at a corresponding image height of a non-saturated pixel. The shading correction is applied more weakly than the shading correction to be applied, or no shading correction is performed. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、焦点検出機能を有する撮像装置及びその制御方法に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus having a focus detection function and a control method thereof.

瞳分割された一対の副画素を有する撮像素子を用いて、位相差検出方式による自動焦点検出を行う技術が提案されている。例えば特許文献1には、副画素が出力する信号に基づいて生成される一対の像信号を相関演算して像ずれ量を求めることにより焦点検出を行う技術が記載されている。   There has been proposed a technique for performing automatic focus detection by a phase difference detection method using an imaging device having a pair of sub-pixels that are pupil-divided. For example, Patent Document 1 describes a technique for performing focus detection by calculating a correlation between a pair of image signals generated based on a signal output from a sub-pixel to obtain an image shift amount.

特開2013−171257号公報JP 2013-171257 A

位相差検出方式において一対の像信号を相関演算して像ずれ量を求める際には、一対の像信号A、Bの信号レベルを揃えるシェーディング補正が行われる。しかし、受光量が大きくて像信号が飽和したような飽和画素においては、シェーディング補正によって像信号Aと像信号Bの信号レベルの比がかえって大きくなってしまうことがある。この結果、相関演算において像信号Aと像信号Bの一致度が低くなり焦点検出に誤差が生じてしまうという課題があった。   In the phase difference detection method, when a pair of image signals is subjected to correlation calculation to obtain an image shift amount, shading correction for aligning the signal levels of the pair of image signals A and B is performed. However, in a saturated pixel where the amount of received light is large and the image signal is saturated, the ratio between the signal levels of the image signal A and the image signal B may be increased by shading correction. As a result, there is a problem that the degree of coincidence between the image signal A and the image signal B becomes low in the correlation calculation, and an error occurs in focus detection.

本発明に係る撮像装置は、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子と、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定手段と、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、を備え、焦点検出手段は、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わないことを特徴とする。   An imaging apparatus according to the present invention includes an imaging device having a pixel including a pair of subpixels that receive a light beam that has passed through different pupil partial regions of an imaging optical system, and a pair of image signals based on signals output from the subpixels. A signal acquisition unit for acquiring, a saturation determination unit for determining an image signal from a saturated pixel whose magnitude exceeds the first upper limit value, and an image signal corresponding to the image height based on optical information of the imaging optical system And a focus detection unit that detects a focus by performing correlation calculation on the pair of image signals, and the focus detection unit detects a corresponding image height of the unsaturated pixel with respect to the image signal from the saturated pixel. The shading correction is applied more weakly than the shading correction applied to the image signal in FIG. 1, or no shading correction is performed.

また、本発明に係る撮像装置の制御方法は、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得ステップと、像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定ステップと、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正するステップであって、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない補正ステップと、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出ステップと、を有することを特徴とする。   The image pickup apparatus control method according to the present invention is an image pickup apparatus control method including an image pickup element having a pair of sub-pixels that receive a light beam that has passed through different pupil partial regions of the image pickup optical system. A signal acquisition step of acquiring a pair of image signals based on signals output from the sub-pixels, a saturation determination step of determining an image signal from a saturated pixel whose magnitude exceeds the first upper limit value, and imaging A step of correcting shading of an image signal according to the image height based on optical information of the optical system, and for an image signal from a saturated pixel, a shading correction applied to the image signal at an image height corresponding to a non-saturated pixel A correction step in which the shading correction is weaker than that or no shading correction is performed, and a focus detection step in which a focus is detected by performing a correlation operation on the pair of image signals. And wherein the door.

本発明によれば、画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device which can reduce the focus detection error which arises when the image signal of a pixel is saturated, and its control method can be obtained.

第1実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置における画素の配列及び構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the arrangement | sequence and structure of a pixel in the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置における副画素と瞳部分領域との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the subpixel and pupil partial area | region in the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置における撮像信号A+B、像信号A及び像信号Bの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the imaging signal A + B, the image signal A, and the image signal B in the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置における像信号のシェーディングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shading of the image signal in the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the clip process in the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shading correction | amendment in the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the clip process in the imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shading correction | amendment in the imaging device which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted or simplified.

(第1実施形態)
[撮像装置の構成]
図1から図7を参照しながら第1実施形態に係る撮像装置について説明する。図1は、撮像装置の構成を示す概略図である。図1には、撮像装置をレンズ交換式のスチルカメラに適用した場合の例を示しているが、本実施形態は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。本実施形態の撮像装置は、例えばレンズ固定式のビデオカメラであってもよい。
(First embodiment)
[Configuration of imaging device]
The imaging apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus. FIG. 1 shows an example in which the imaging apparatus is applied to an interchangeable lens still camera, but the present embodiment is not necessarily limited to such a configuration. The imaging apparatus of the present embodiment may be a lens fixed video camera, for example.

第1レンズ群101は、撮影レンズ等の撮像光学系の被写体の側に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞りシャッタ102は、その開口径を変えることで、撮像素子107に照射される被写体からの光量を調節する。また絞りシャッタ102は、静止画撮影時には露光時間を調節するシャッタとしての機能も兼ねる。第2レンズ群103は、絞りシャッタ102と一体となって光軸方向に進退動作し、第1レンズ群101の進退動作と連動して変倍作用(ズーム機能)をなす。第3レンズ群105は、撮像光学系の撮像素子107の側に配置され、光軸方向に進退動作して焦点を調節する。ローパスフィルタ106は、撮像素子107に照射される光の短波長成分を除去して画像の偽色やモアレを低減する。   The first lens group 101 is disposed on the subject side of an imaging optical system such as a photographing lens, and is held so as to be able to advance and retreat in the optical axis direction. The aperture shutter 102 adjusts the amount of light from the subject irradiated on the image sensor 107 by changing the aperture diameter. The aperture shutter 102 also functions as a shutter for adjusting the exposure time during still image shooting. The second lens group 103 moves forward and backward in the optical axis direction integrally with the aperture shutter 102, and performs a zooming function (zoom function) in conjunction with the forward and backward movement of the first lens group 101. The third lens group 105 is disposed on the imaging element 107 side of the imaging optical system, and moves forward and backward in the optical axis direction to adjust the focus. The low-pass filter 106 removes the short wavelength component of the light irradiated to the image sensor 107 to reduce the false color and moire of the image.

撮像素子107は、CMOSセンサと周辺回路からなり、撮像光学系の結像面に配置される。撮像素子107としては、例えば、行列状に配置された画素の光電変換部上にベイヤー配列のカラーフィルタがオンチップで形成された2次元単板カラーセンサが用いられる。レンズROM110は、焦点調整等に必要な光学情報を記憶する。光学情報としては、例えばF値や射出瞳距離が含まれる。カメラ本体側のCPU121は、交換レンズ側と通信することで、レンズROM110に記憶された光学情報を取得する。   The image sensor 107 includes a CMOS sensor and a peripheral circuit, and is disposed on the imaging plane of the image pickup optical system. As the image sensor 107, for example, a two-dimensional single-plate color sensor in which a Bayer array color filter is formed on-chip on the photoelectric conversion units of pixels arranged in a matrix is used. The lens ROM 110 stores optical information necessary for focus adjustment and the like. The optical information includes, for example, an F value and an exit pupil distance. The CPU 121 on the camera body side acquires optical information stored in the lens ROM 110 by communicating with the interchangeable lens side.

ズームアクチュエータ111は、例えば不図示のカム筒を回動させることにより、第1レンズ群101又は第2レンズ群103を光軸方向に進退駆動して変倍動作を行なう。絞りシャッタアクチュエータ112は、絞りシャッタ102の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間を制御する。フォーカスアクチュエータ114は、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。   The zoom actuator 111 performs a zooming operation by driving the first lens group 101 or the second lens group 103 back and forth in the optical axis direction by rotating a cam cylinder (not shown), for example. The aperture shutter actuator 112 controls the aperture diameter of the aperture shutter 102 to adjust the amount of photographing light, and also controls the exposure time during still image photographing. The focus actuator 114 adjusts the focus by driving the third lens group 105 back and forth in the optical axis direction.

照明手段115は、撮影時の被写体照明用電子フラッシュであって、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するLEDを備えた照明装置を用いてもよい。AF補助光手段116は、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写体に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。   The illumination unit 115 is an electronic flash for illuminating a subject at the time of photographing, and a flash illumination device using a xenon tube is suitable, but an illumination device including LEDs that emit light continuously may be used. The AF auxiliary light means 116 projects a mask image having a predetermined aperture pattern onto a subject via a light projection lens, and improves the focus detection capability for a dark subject or a low-contrast subject.

CPU121は、不図示の演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を有し、カメラ本体及び撮像光学系の制御を司る。CPU121は、ROMに記憶されたプログラムを実行して、焦点調節、撮影、画像処理、記録等の一連の処理を実行する。   The CPU 121 includes a calculation unit (not shown), ROM, RAM, A / D converter, D / A converter, communication interface circuit, and the like, and controls the camera body and the imaging optical system. The CPU 121 executes a program stored in the ROM, and executes a series of processes such as focus adjustment, shooting, image processing, and recording.

電子フラッシュ制御回路122は、撮影動作と同期して照明手段115の点灯を制御する。補助光源駆動回路123は、撮影動作と同期してAF補助光手段116の点灯を制御する。撮像素子駆動回路124は、CPU121により制御され、撮像素子107を制御する。画像処理回路125は、撮像素子107の画素が出力する信号に基づいて撮像信号を取得するとともに、撮像信号から得られる画像に対し、γ変換、カラー補間、JPEG圧縮等を行う。   The electronic flash control circuit 122 controls lighting of the illumination unit 115 in synchronization with the photographing operation. The auxiliary light source driving circuit 123 controls the lighting of the AF auxiliary light unit 116 in synchronization with the photographing operation. The image sensor driving circuit 124 is controlled by the CPU 121 and controls the image sensor 107. The image processing circuit 125 acquires an imaging signal based on a signal output from the pixel of the imaging element 107, and performs γ conversion, color interpolation, JPEG compression, and the like on an image obtained from the imaging signal.

フォーカス駆動回路126は、CPU121により制御され、フォーカスアクチュエータ114を駆動して撮像光学系の焦点を調節する。絞りシャッタ駆動回路128は、CPU121により制御され、絞りシャッタアクチュエータ112を駆動して撮像光学系の絞りを調節する。ズーム駆動回路129は、CPU121により制御され、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ111を駆動して撮像光学系のズームを調節する。   The focus drive circuit 126 is controlled by the CPU 121 and drives the focus actuator 114 to adjust the focus of the imaging optical system. The aperture shutter drive circuit 128 is controlled by the CPU 121 and drives the aperture shutter actuator 112 to adjust the aperture of the imaging optical system. The zoom drive circuit 129 is controlled by the CPU 121 and drives the zoom actuator 111 according to the zoom operation of the photographer to adjust the zoom of the imaging optical system.

表示器131は、LCD等の表示装置であって、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等、を表示する。操作スイッチ132は、電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等を有して構成される。記憶媒体133は、フラッシュメモリ等の着脱可能な記憶媒体であり、撮影済み画像が記録される。   The display 131 is a display device such as an LCD, and displays information related to the shooting mode of the camera, a preview image before shooting, a confirmation image after shooting, a focus state display image at the time of focus detection, and the like. The operation switch 132 includes a power switch, a release (shooting trigger) switch, a zoom operation switch, a shooting mode selection switch, and the like. The storage medium 133 is a detachable storage medium such as a flash memory, and records captured images.

[撮像素子の構造]
図2は、撮像装置における画素210の配列及び構造を示す概略図である。図2(a)には4列×4行の画素210を示しているが、実際の撮像素子107はより多くの列及び行の画素210を有している。図2(a)では、異なるカラーフィルタを有する2列×2行の画素210R、210G、210Bからなる画素群が構成されている。例えばベイヤー配列の画素群では、R(赤)の分光感度を有する画素210Rが左上に、G(緑)の分光感度を有する画素210Gが右上と左下に、B(青)の分光感度を有する画素210Bが右下に配置される。
[Structure of image sensor]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the arrangement and structure of the pixels 210 in the imaging apparatus. FIG. 2A shows 4 columns × 4 rows of pixels 210, but the actual image sensor 107 has more columns and rows of pixels 210. In FIG. 2A, a pixel group composed of 2 columns × 2 rows of pixels 210R, 210G, and 210B having different color filters is configured. For example, in a Bayer array pixel group, a pixel 210R having R (red) spectral sensitivity is located on the upper left, a pixel 210G having G (green) spectral sensitivity is located on the upper right and lower left, and a pixel having B (blue) spectral sensitivity. 210B is arranged at the lower right.

図2(b)は、図2(a)に示す画素210の平面図を示している。また、図2(c)は、図2(b)に示す画素210のa−a´線に沿った断面図を示している。図2に示す本実施形態の画素210は、一対の副画素210a、210bに分割されている。副画素210a、210bは、光学系の互いに異なる瞳部分領域を通過した光束を、同一のマイクロレンズ202を介して受光し、異なる視点情報を有する一対の像信号を出力する。なお、副画素210a、210bの分割方向や分割数は、図2に示す構成に限定されず適宜変更が可能である。   FIG. 2B shows a plan view of the pixel 210 shown in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line aa ′ of the pixel 210 shown in FIG. The pixel 210 of this embodiment shown in FIG. 2 is divided into a pair of sub-pixels 210a and 210b. The sub-pixels 210a and 210b receive light beams that have passed through different pupil partial regions of the optical system through the same microlens 202, and output a pair of image signals having different viewpoint information. The division direction and the number of divisions of the sub-pixels 210a and 210b are not limited to the configuration shown in FIG. 2, and can be changed as appropriate.

画素210の上方(+Z側)には、光軸に沿って入射した光を集光するためのマイクロレンズ202が形成されている。また、マイクロレンズ202と光電変換部201a及び201bとの間には、カラーフィルタ203が形成されている。必要に応じて、副画素毎にカラーフィルタ203の分光透過率を変えてもよいし、カラーフィルタ203を省略してもよい。   Above the pixel 210 (on the + Z side), a microlens 202 for condensing light incident along the optical axis is formed. Further, a color filter 203 is formed between the microlens 202 and the photoelectric conversion units 201a and 201b. If necessary, the spectral transmittance of the color filter 203 may be changed for each sub-pixel, or the color filter 203 may be omitted.

光電変換部201a、201bの受光面では、電子とホールが受光量に応じて対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はn型層に蓄積される。一方、ホールは不図示の定電圧源に接続されたp型層を介して、画素210の外部へ排出される。光電変換部201a、201bのn型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して浮遊拡散部(Floating Diffusion)へ転送され、不図示の読み出し回路によって読み出される。光電変換部201a、201bは、p型層とn型層の間にイントリンシック層を挟んだpin構造フォトダイオードであってもよいし、イントリンシック層が省略されたpn接合フォトダイオードであってもよい。   On the light receiving surfaces of the photoelectric conversion units 201a and 201b, electrons and holes are generated in pairs according to the amount of light received and separated by the depletion layer, and then negatively charged electrons are accumulated in the n-type layer. On the other hand, holes are discharged to the outside of the pixel 210 through a p-type layer connected to a constant voltage source (not shown). Electrons accumulated in the n-type layers of the photoelectric conversion units 201a and 201b are transferred to a floating diffusion unit (floating diffusion) via a transfer gate and read by a read circuit (not shown). The photoelectric conversion units 201a and 201b may be a pin structure photodiode in which an intrinsic layer is sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, or may be a pn junction photodiode in which an intrinsic layer is omitted. Good.

なお、撮像素子107の全ての画素210が、副画素210a、210bに分割されている必要はなく、撮像素子107の一部の領域の画素210のみが副画素210a、210bに分割されていてもよい。また、一対の副画素210a、210bが同一のマイクロレンズ202を共有する代わりに、1マイクロレンズあたり偏芯させた画素を1つ配置し、偏芯の異なる一対の画素を用いて瞳分割して焦点検出を行ってもよい。   Note that not all the pixels 210 of the image sensor 107 need to be divided into sub-pixels 210a and 210b, and only a part of the pixels 210 in the image sensor 107 may be divided into sub-pixels 210a and 210b. Good. Further, instead of the pair of sub-pixels 210a and 210b sharing the same microlens 202, one pixel decentered per microlens is arranged, and pupil division is performed using a pair of pixels having different eccentricity. Focus detection may be performed.

[撮像素子の瞳分割の概念]
図3は、撮像装置における副画素210a、210bと瞳部分領域302a、302bとの関係を示す図である。図3下には、図2(c)と同様の画素210の断面図を示している。また、図3上には、撮像光学系の射出瞳面を示している。
[Concept of pupil division of image sensor]
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the sub-pixels 210a and 210b and the pupil partial areas 302a and 302b in the imaging apparatus. 3 shows a cross-sectional view of a pixel 210 similar to that in FIG. 3 shows the exit pupil plane of the imaging optical system.

瞳領域300は、画素210によって受光可能な瞳領域を表している。また、瞳部分領域302a、302bは、それぞれ副画素210a、210bによって受光可能な瞳領域を表している。瞳部分領域302aは、瞳面において+X側に重心が偏心しており、マイクロレンズ202によって、重心が−X方向に偏心した光電変換部201aの受光面と共役関係になっている。同様に、瞳部分領域302bは、瞳面において−X側に重心が偏心しており、マイクロレンズ202によって、重心が+X方向に偏心した光電変換部201bの受光面と共役関係になっている。   The pupil region 300 represents a pupil region that can be received by the pixel 210. The pupil partial areas 302a and 302b represent pupil areas that can be received by the sub-pixels 210a and 210b, respectively. The pupil partial region 302a has a center of gravity decentered toward the + X side on the pupil surface, and has a conjugate relationship with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 201a whose center of gravity is decentered in the −X direction by the microlens 202. Similarly, the pupil partial region 302b has a center of gravity decentered toward the −X side on the pupil plane, and has a conjugate relationship with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 201b whose center of gravity is decentered in the + X direction by the microlens 202.

瞳領域303は、枠(レンズ枠や絞り枠の総称)によるケラレを考慮した瞳領域である。瞳領域303の大きさ、位置及び形状は、絞りシャッタ102の絞り値、射出瞳から受光面304までの距離等により定まる射出瞳距離、及び撮像素子107の像高の組み合わせにより変化する。副画素210aは、瞳部分領域302aを通過した光を受光するとともに、受光量に応じた像信号Aを出力する。また、副画素210bは、瞳部分領域302bを通過した光を受光するとともに、受光量に応じた像信号Bを出力する。   The pupil region 303 is a pupil region in consideration of vignetting due to a frame (a generic term for a lens frame and a diaphragm frame). The size, position, and shape of the pupil region 303 vary depending on the combination of the aperture value of the aperture shutter 102, the exit pupil distance determined by the distance from the exit pupil to the light receiving surface 304, and the image height of the image sensor 107. The sub-pixel 210a receives light that has passed through the pupil partial region 302a and outputs an image signal A corresponding to the amount of received light. The sub-pixel 210b receives light that has passed through the pupil partial region 302b and outputs an image signal B corresponding to the amount of received light.

像信号A及び像信号Bは、撮像画像を生成するための撮像信号A+Bとして利用される他に、焦点を検出するための位相差信号としても利用される。具体的には、画像処理回路125又はCPU121により実行される焦点検出部は、X方向に一定間隔で配列した複数の副画素210aから、像信号AのX方向の分布を取得する。同様に、X方向に一定間隔で配列した複数の副画素210bから、像信号BのX方向の分布を取得する。そして、像信号AのX方向の分布と像信号BのX方向の分布の像ずれ量からデフォーカス量を算出する。   The image signal A and the image signal B are also used as a phase difference signal for detecting a focus, in addition to being used as an imaging signal A + B for generating a captured image. Specifically, the focus detection unit executed by the image processing circuit 125 or the CPU 121 acquires the distribution of the image signal A in the X direction from the plurality of sub-pixels 210a arranged at regular intervals in the X direction. Similarly, the distribution in the X direction of the image signal B is acquired from a plurality of subpixels 210b arranged at regular intervals in the X direction. Then, the defocus amount is calculated from the image shift amount of the distribution of the image signal A in the X direction and the distribution of the image signal B in the X direction.

その後、焦点検出部は、デフォーカス量に基づいてフォーカス駆動回路126を制御し、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。なお、像信号A、BのX方向における像ずれ量を算出する代わりに、同様の手法を用いて、像信号A、BのY方向における像ずれ量を算出してデフォーカス量を算出するようにしてもよい。また、図3には、画素210の副画素210a、210bがX方向に分割された例を示したが、画素210はY方向に分割されてもよいし、X方向及びY方向の両方に分割されていてもよい。あるいは、分割方向が異なるこれらの画素210が混在してもよい。   Thereafter, the focus detection unit controls the focus drive circuit 126 based on the defocus amount, and drives the third lens group 105 forward and backward in the optical axis direction to perform focus adjustment. Instead of calculating the image shift amount in the X direction of the image signals A and B, the same method is used to calculate the image shift amount in the Y direction of the image signals A and B to calculate the defocus amount. It may be. 3 shows an example in which the sub-pixels 210a and 210b of the pixel 210 are divided in the X direction. However, the pixel 210 may be divided in the Y direction, or may be divided in both the X direction and the Y direction. May be. Alternatively, these pixels 210 having different division directions may be mixed.

図4は、撮像装置における撮像信号A+B、像信号A及び像信号Bの一例を示す図である。図4には、像信号Aを点線で示し、像信号Bを破線で示している。また、像信号Aと像信号Bとを加算して得られる撮像信号A+Bを実線で示している。図4の横軸は、行列状に配置された画素210の行番号又は列番号を示し、図4の縦軸は、各画素210における各信号の相対的な大きさを任意単位で示している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the imaging signal A + B, the image signal A, and the image signal B in the imaging apparatus. In FIG. 4, the image signal A is indicated by a dotted line, and the image signal B is indicated by a broken line. Further, an image signal A + B obtained by adding the image signal A and the image signal B is indicated by a solid line. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the row number or column number of the pixels 210 arranged in a matrix, and the vertical axis in FIG. 4 indicates the relative magnitude of each signal in each pixel 210 in arbitrary units. .

図4に示す3つの信号のうち独立な信号は2つである。すなわち、3つの信号のうちの2つが取得されれば、残る1つは演算により生成できる。実際上は、まず、撮像画像を生成するための撮像信号A+Bが優先して取得される。次に、像信号A及び像信号Bのうちの例えば像信号Aが取得される。像信号Bは、撮像信号A+Bから像信号Aを減算して取得される。その後、像信号Aと像信号Bとの像ずれ量からデフォーカス量を算出して焦点検出が行われる。   Of the three signals shown in FIG. 4, there are two independent signals. That is, if two of the three signals are acquired, the remaining one can be generated by computation. In practice, first, an imaging signal A + B for generating a captured image is preferentially acquired. Next, of the image signal A and the image signal B, for example, the image signal A is acquired. The image signal B is obtained by subtracting the image signal A from the imaging signal A + B. Thereafter, the focus detection is performed by calculating the defocus amount from the image shift amount between the image signal A and the image signal B.

[シェーディング]
図5は、撮像装置における像信号のシェーディングを説明するための図である。レンズや絞り等の光学素子、又はこれらを保持する鏡筒を含む撮影光学系の状態によっては、被写体からの光束が遮られるいわゆるケラレが発生することがある。ケラレは、副画素210a、210bの少なくとも一方の受光感度にムラを生じさせ、副画素210a、210bで受光可能な光量が像高Xに応じて変化するいわゆるシェーディングを発生させる。シェーディングの影響によって、同一の像高Xにおける像信号Aと像信号Bの信号レベルが互いに異なると、像信号Aと像信号Bとの像ずれ量を算出する相関演算を行う際に、像信号Aと像信号Bの一致度が低下して、焦点検出の精度が低下してしまう。
[shading]
FIG. 5 is a diagram for explaining shading of image signals in the imaging apparatus. Depending on the state of an optical element such as a lens or a diaphragm, or a photographing optical system including a lens barrel that holds these, so-called vignetting may occur in which a light beam from a subject is blocked. The vignetting causes unevenness in the light receiving sensitivity of at least one of the sub-pixels 210a and 210b, and generates so-called shading in which the amount of light that can be received by the sub-pixels 210a and 210b changes according to the image height X. If the signal levels of the image signal A and the image signal B at the same image height X are different from each other due to the influence of shading, the image signal is calculated when performing a correlation operation for calculating the image shift amount between the image signal A and the image signal B. The degree of coincidence between A and the image signal B decreases, and the accuracy of focus detection decreases.

図5(a)には、副画素210aの入射角受光特性601aと、副画素210bの入射角受光特性601bを示している。例えば像高−X1に配置された画素210は、射出瞳枠602を通して瞳座標+X2の瞳面を見ることになる。ここで、瞳座標+X2においては、副画素210bの入射角受光特性601bの方が、副画素210aの入射角受光特性601aよりも大きい。すなわち、副画素210aから取得される像信号Aの信号レベルよりも、副画素210bから取得される像信号Bの信号レベルの方が相対的に大きくなる。   FIG. 5A shows an incident angle light receiving characteristic 601a of the sub-pixel 210a and an incident angle light receiving characteristic 601b of the sub-pixel 210b. For example, the pixel 210 arranged at the image height −X 1 sees the pupil plane at the pupil coordinate + X 2 through the exit pupil frame 602. Here, at the pupil coordinate + X2, the incident angle light receiving characteristic 601b of the sub-pixel 210b is larger than the incident angle light receiving characteristic 601a of the sub-pixel 210a. That is, the signal level of the image signal B acquired from the sub-pixel 210b is relatively higher than the signal level of the image signal A acquired from the sub-pixel 210a.

一方、像高+X1に配置された画素210は、射出瞳枠602を通して瞳座標−X2の瞳面を見ることになる。ここで、瞳座標−X2においては、副画素210aの入射角受光特性601aの方が、副画素210bの入射角受光特性601bよりも大きい。すなわち、副画素210bから取得される像信号Bの信号レベルよりも、副画素210aから取得される像信号Aの信号レベルの方が相対的に大きくなる。   On the other hand, the pixel 210 arranged at the image height + X 1 sees the pupil plane at the pupil coordinate −X 2 through the exit pupil frame 602. Here, at the pupil coordinate −X2, the incident angle light receiving characteristic 601a of the subpixel 210a is larger than the incident angle light receiving characteristic 601b of the subpixel 210b. That is, the signal level of the image signal A acquired from the sub-pixel 210a is relatively higher than the signal level of the image signal B acquired from the sub-pixel 210b.

図5(b)には、像高Xに配置された副画素210aによって受光される像信号AのX方向のシェーディングを示している。また、同様に像高Xに配置された副画素210bによって受光される像信号BのX方向のシェーディングを示している。像信号A、Bのシェーディングは、それぞれ、像高Xの副画素210a、210bが射出瞳枠602を通して受光可能な光量を、対応する瞳部分領域302a、302bの範囲で積分することによって求められる。このようにして求められた像信号A、Bのシェーディングは、図5(b)に示すように、像高Xに応じて連続的に変化する関数として近似的に扱うことができる。   FIG. 5B shows shading in the X direction of the image signal A received by the sub-pixel 210a arranged at the image height X. Similarly, shading in the X direction of the image signal B received by the subpixel 210b arranged at the image height X is shown. The shading of the image signals A and B is obtained by integrating the amount of light that can be received by the sub-pixels 210a and 210b having the image height X through the exit pupil frame 602 in the range of the corresponding pupil partial regions 302a and 302b. The shading of the image signals A and B obtained in this way can be handled approximately as a function that continuously changes according to the image height X, as shown in FIG.

[シェーディング補正]
シェーディング補正は、このような副画素210a、210bの受光感度のムラに起因して生じるシェーディングを補正する。シェーディングと同様に、シェーディング補正も像高Xに応じて連続的に変化する関数として扱うことができる。
[Shading correction]
The shading correction corrects shading caused by such unevenness in the light receiving sensitivity of the sub-pixels 210a and 210b. Similar to shading, shading correction can be handled as a function that continuously changes in accordance with the image height X.

ここで、像信号A、Bのシェーディングは、像高Xの他にも、射出瞳枠602の位置や大きさに応じて変化することに注意する必要がある。例えば、射出瞳から受光面までの距離等により定まる射出瞳距離が小さくなると、同じ像高+X1から見える瞳面での−X2は、より中心から遠ざかることになる。また、絞り値が小さくなると、副画素210a、210bが射出瞳枠602を通して見る瞳部分領域302a、302bの面積が小さくなるため、瞳部分領域302aの積分範囲が小さくなり、像信号Aと像信号Bとの比が大きくなる。逆に、絞り値が大きくなると、像信号Aと像信号Bとの比が小さくなる。   Here, it should be noted that the shading of the image signals A and B changes according to the position and size of the exit pupil frame 602 in addition to the image height X. For example, when the exit pupil distance determined by the distance from the exit pupil to the light receiving surface becomes small, -X2 on the pupil plane viewed from the same image height + X1 is further away from the center. Further, when the aperture value is decreased, the area of the pupil partial regions 302a and 302b viewed by the sub-pixels 210a and 210b through the exit pupil frame 602 is reduced, so that the integration range of the pupil partial region 302a is reduced, and the image signal A and the image signal are reduced. The ratio with B increases. Conversely, as the aperture value increases, the ratio between the image signal A and the image signal B decreases.

したがって、例えばレンズ交換式のカメラ等でシェーディング補正を行う場合は、像高Xの他にも、撮像光学系の射出瞳枠602の位置や大きさに合わせたシェーディング補正値を、予め記憶しておく必要がある。このため、CPU121のROMやRAMの容量が膨大となってしまう。あるいは、シェーディング補正値を予め記憶する代わりに、入射角受光特性601a、601bと射出瞳枠602との関係からシェーディング補正値を算出することも可能であるが、今度はシェーディング補正の演算量が膨大となってしまう。   Therefore, for example, when shading correction is performed with an interchangeable lens camera or the like, in addition to the image height X, a shading correction value that matches the position and size of the exit pupil frame 602 of the imaging optical system is stored in advance. It is necessary to keep. For this reason, the capacity of the ROM and RAM of the CPU 121 becomes enormous. Alternatively, instead of storing the shading correction value in advance, it is possible to calculate the shading correction value from the relationship between the incident angle light receiving characteristics 601a and 601b and the exit pupil frame 602, but this time the calculation amount of the shading correction is enormous. End up.

そこで、本実施形態では、代表的な撮像光学系のF値や射出瞳距離等の光学情報に応じたシェーディング補正値を予め算出しておき、その近似関数の係数を記憶しておく。例えば、像信号A、Bに対するシェーディング補正関数を、予め記憶した補正係数SA0、SA1、SA2、SB0、SB1、SB2を用いて、それぞれ下式(1)、(2)のように、像高Xの2次までの多項式により近似する。
SA(X)=SA0+SA1・X+SA2・X …(1)
SB(X)=SB0+SB1・X+SB2・X …(2)
Therefore, in the present embodiment, a shading correction value corresponding to optical information such as the F value and exit pupil distance of a typical imaging optical system is calculated in advance, and the coefficient of the approximate function is stored. For example, the shading correction functions for the image signals A and B are respectively stored in the following equations (1) and (2) using correction coefficients S A0 , S A1 , S A2 , S B0 , S B1 , and S B2 . Thus, approximation is performed by a polynomial up to the second order of the image height X.
SA (X) = S A0 + S A1 · X + S A2 · X 2 (1)
SB (X) = S B0 + S B1 · X + S B2 · X 2 (2)

補正関数SA(X)、SB(X)を、それぞれ、像信号A、Bに対して掛け合わせることで、シェーディング補正後の信号レベルが揃った像信号A、Bを得ることができる。これにより、像信号Aと像信号Bとの像ずれ量が算出しやすくなり、焦点検出の精度が向上する。特に、本実施形態では、補正係数SA0、SA1、SA2、SB0、SB1、SB2を、予め光学情報毎に算出してテーブルとして規定しておくことで、ROMやRAMの容量、又は画像処理回路125やCPU121における演算量を低減することができる。 By multiplying the correction functions SA (X) and SB (X) by the image signals A and B, respectively, it is possible to obtain the image signals A and B having the same signal level after shading correction. As a result, the amount of image shift between the image signal A and the image signal B can be easily calculated, and the accuracy of focus detection is improved. In particular, in this embodiment, the correction coefficients S A0 , S A1 , S A2 , S B0 , S B1 , and S B2 are calculated in advance for each optical information and defined as a table, so that the capacity of the ROM or RAM is reduced. Alternatively, the calculation amount in the image processing circuit 125 and the CPU 121 can be reduced.

[飽和時のシェーディング補正]
次に、画像処理回路125又はCPU121が行う、撮像信号又は像信号が飽和した場合のクリップ処理及びシェーディング補正について説明する。画素210が出力する信号を読み出す際の、例えば信号電荷の蓄積過程や増幅過程においては、扱える信号の大きさの上限値が存在する。このため、画素210の受光量が大きいときは、像信号A、Bや撮像信号A+Bの大きさがこの上限値に制限されてしまう。
[Shading correction at saturation]
Next, clip processing and shading correction performed by the image processing circuit 125 or the CPU 121 when the imaging signal or the image signal is saturated will be described. For example, in the process of accumulating or amplifying signal charges when reading the signal output from the pixel 210, there is an upper limit value of the signal that can be handled. For this reason, when the amount of light received by the pixel 210 is large, the magnitudes of the image signals A and B and the imaging signal A + B are limited to this upper limit value.

特に、撮像信号A+Bから像信号Aを減算して像信号Bを求める場合には、撮像信号A+Bがまず上限値に達する。このとき、撮像信号A+Bから像信号Aを減算して求められる像信号Bの値は、像信号Aの大きさが撮像信号A+Bの半値を超えていると、実際よりも過小となってしまう。この結果、受光量の大きい画素における像信号Bの値が、受光量の小さい画素における像信号Bの値の分布に対して反転し、相関演算を行う際に像信号Aと像信号Bの一致度が低くなってしまう。ここで、相関演算とは、焦点検出を行う際に、像信号Aと像信号Bの一致度に基づいて像信号Aと像信号Bとの像ずれ量を求める演算のことをいう。   In particular, when the image signal A is obtained by subtracting the image signal A from the imaging signal A + B, the imaging signal A + B first reaches the upper limit value. At this time, the value of the image signal B obtained by subtracting the image signal A from the imaging signal A + B becomes smaller than the actual value when the magnitude of the image signal A exceeds the half value of the imaging signal A + B. As a result, the value of the image signal B in the pixel having the large light reception amount is inverted with respect to the distribution of the value of the image signal B in the pixel having the small light reception amount, and the image signal A and the image signal B match when performing the correlation calculation. The degree will be low. Here, the correlation calculation refers to a calculation for obtaining an image shift amount between the image signal A and the image signal B based on the degree of coincidence between the image signal A and the image signal B when performing focus detection.

そこで、像信号A、Bの大きさが撮像信号A+Bの上限値の半値を超えている場合(以下、「飽和」という)は、像信号の大きさを撮像信号A+Bの上限値の半値(以下、「第1上限値」という)に制限するクリップ処理を行う。図6は、撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。図6では、受光量が大きい像高X=15付近の飽和画素において、像信号A及び像信号Bの両方が飽和して、同一の第1上限値(=800)にクリップされている。飽和画素以外においては、シェーディングの影響によって、像信号Aの信号レベルが像信号Bの信号レベルの約2倍となっている。   Therefore, when the magnitudes of the image signals A and B exceed the half value of the upper limit value of the imaging signal A + B (hereinafter referred to as “saturation”), the magnitude of the image signal is set to the half value of the upper limit value of the imaging signal A + B (hereinafter referred to as “saturation”). , “First upper limit value”). FIG. 6 is a diagram for explaining clip processing in the imaging apparatus. In FIG. 6, both the image signal A and the image signal B are saturated and clipped to the same first upper limit value (= 800) in a saturated pixel near the image height X = 15 where the amount of received light is large. In other than the saturated pixels, the signal level of the image signal A is approximately twice the signal level of the image signal B due to the influence of shading.

図7は、撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。図7(a)は、図6に示すクリップ処理された像信号A、Bに対して、従来のシェーディング補正を行った結果を示している。図7(a)では、相関演算を行うために、像信号Aと像信号Bにそれぞれゲインをかけて、一対の像信号A、Bの信号レベルを揃えている。この結果、像高X=15付近以外においては、像信号A、Bの信号レベルが揃っている。しかし、像高X=15付近の飽和画素においては、像信号A及び像信号Bをクリップ処理したために、シェーディング補正によって像信号Aと像信号Bとの信号レベルの比がかえって大きくなってしまっている。このまま相関演算を行うと、飽和画素における像信号Aと像信号Bの一致度が低くなって焦点検出に誤差が生じてしまう。   FIG. 7 is a diagram for explaining shading correction in the imaging apparatus. FIG. 7A shows the result of conventional shading correction performed on the clipped image signals A and B shown in FIG. In FIG. 7A, in order to perform correlation calculation, gains are applied to the image signal A and the image signal B, respectively, so that the signal levels of the pair of image signals A and B are aligned. As a result, the signal levels of the image signals A and B are uniform except in the vicinity of the image height X = 15. However, in the saturated pixel near the image height X = 15, since the image signal A and the image signal B are clipped, the ratio of the signal level between the image signal A and the image signal B is increased by shading correction. Yes. If the correlation calculation is performed as it is, the degree of coincidence between the image signal A and the image signal B in the saturated pixel becomes low, and an error occurs in focus detection.

ここで、本実施形態では、画像処理回路125又はCPU121は像ずれ量の算出にあたって、所定数連続して並んだ像信号を処理するよう組まれたハードウェアを用いている。このため、相関演算を行う際に、X方向の像信号列に対して、飽和画素からの像信号だけを除外する処理を行うためには別途前段に回路を設けたり、後段で正規化処理を行う必要があったりと、難しい。そこで、飽和画素へのシェーディング補正を行う段階で対処し、後段の焦点検出への影響を低減する。もちろん、像ずれ量をソフトウェアで処理する実施形態であっても、本実施形態のような対処法は取り得るため、特に限定されない。   Here, in the present embodiment, the image processing circuit 125 or the CPU 121 uses hardware configured to process a predetermined number of consecutive image signals when calculating the image shift amount. For this reason, when performing the correlation calculation, in order to perform the process of excluding only the image signal from the saturated pixel with respect to the image signal sequence in the X direction, a circuit is separately provided in the previous stage, or the normalization process is performed in the subsequent stage. It is difficult to do it. Therefore, this is dealt with at the stage of performing shading correction on saturated pixels, and the influence on the subsequent focus detection is reduced. Of course, even in the embodiment in which the image shift amount is processed by software, the countermeasure as in the present embodiment can be taken, and therefore, there is no particular limitation.

[飽和画素に対するシェーディング補正]
そこで、本実施形態では、CPU121が、像信号A、Bのいずれかが飽和している飽和画素に対しては、非飽和画素に対するシェーディング補正を弱めに掛ける、あるいはシェーディング補正とは異なる処理を行う。例えば図7(b)では、飽和画素に対しては、像信号Aと像信号Bにそれぞれゲインをかけて、一対の像信号A、Bの大きさを同一の補正値に揃えている。この補正値は、予め定めた定数値としてもよいし、図6に示すクリップ処理における第1上限値(=800)と等しくしてもよい。あるいは、シェーディング補正後の飽和画素における一対の像信号A、Bの大きさの比に応じて決定してもよい。またあるいは、飽和画素に対してはシェーディング補正を含む処理を行わないようにしてもよい。シェーディング補正を行わない場合は、上式(1)及び(2)において、SA(X=15付近)とSB(X=15付近)とを、同一の定数値とする。図7(b)では、SA(X=15付近)及びSB(X=15付近)を、定数値=1とした。
[Shading correction for saturated pixels]
Therefore, in the present embodiment, the CPU 121 performs a process different from the shading correction on the saturated pixels in which one of the image signals A and B is saturated, by slightly applying shading correction on the non-saturated pixels. . For example, in FIG. 7B, for the saturated pixels, gains are applied to the image signal A and the image signal B, respectively, so that the magnitudes of the pair of image signals A and B are set to the same correction value. This correction value may be a predetermined constant value, or may be equal to the first upper limit value (= 800) in the clip processing shown in FIG. Or you may determine according to the ratio of the magnitude | size of a pair of image signal A and B in the saturation pixel after shading correction | amendment. Alternatively, processing including shading correction may not be performed on saturated pixels. When shading correction is not performed, SA (X = 15 vicinity) and SB (X = 15 vicinity) are set to the same constant value in the above equations (1) and (2). In FIG. 7B, SA (near X = 15) and SB (near X = 15) are set to a constant value = 1.

これにより、飽和画素においてシェーディング補正後の像信号A、Bの信号レベルが一致する、あるいは信号レベルの差が出にくくなるので、相関演算において像信号Aと像信号Bの一致度が低くなることにより生じる焦点検出の誤差を低減することができる。特に、本実施形態では、飽和画素を含めた形で相関演算が行われるため、例えば飽和画素を除外して相関演算を行う場合と比較して、飽和画素が多くなって相関演算に利用可能な画素数が減少してしまうことを抑制できる。   As a result, the signal levels of the image signals A and B after shading correction coincide with each other in the saturated pixel, or the difference between the signal levels is less likely to occur, so that the degree of coincidence between the image signal A and the image signal B is reduced in the correlation calculation. It is possible to reduce the focus detection error caused by the above. In particular, in this embodiment, the correlation calculation is performed in a form including the saturated pixels. Therefore, compared to the case where the correlation calculation is performed by excluding the saturated pixels, for example, the number of saturated pixels increases and can be used for the correlation calculation. A decrease in the number of pixels can be suppressed.

以上のように、本実施形態の撮像装置は、副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段(画像処理回路)と、像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの像信号を判定する飽和判定手段(画像処理回路)を備えている。また、撮像光学系の光学情報に基づいて像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段(画像処理回路、CPU)を備えている。そして、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わないようにしている。このような構成により、画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得ることができる。   As described above, the imaging apparatus according to the present embodiment includes the signal acquisition unit (image processing circuit) that acquires a pair of image signals based on the signals output from the subpixels, and the magnitude of the image signal has the first upper limit value. Saturation determination means (image processing circuit) is provided for determining an image signal from a saturated pixel that has exceeded. Further, the image processing apparatus includes a focus detection unit (image processing circuit, CPU) that detects the focus by correcting the shading of the image signal according to the image height based on the optical information of the imaging optical system, and calculating the correlation between the pair of image signals. . For the image signal from the saturated pixel, the shading correction is made weaker than the shading correction applied to the image signal at the image height corresponding to the non-saturated pixel, or the shading correction is not performed. With such a configuration, it is possible to obtain an imaging apparatus capable of reducing focus detection errors caused by saturation of pixel image signals and a control method thereof.

なお、本実施形態では、必ずしもシェーディング補正前にクリップ処理が行われる必要はない。本実施形態では、飽和画素からの像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における像信号に掛けるシェーディング補正よりも補正を弱めに掛ける、或いは補正を行わないことで、クリップ処理の有無に関わらず上述の優れた効果を得ることができる。   In the present embodiment, it is not always necessary to perform clip processing before shading correction. In this embodiment, the image signal from the saturated pixel is subjected to clip processing by applying a weaker correction than the shading correction applied to the image signal corresponding to the image height corresponding to the non-saturated pixel or by performing no correction. The above-described excellent effects can be obtained regardless of the presence or absence.

(第2実施形態)
次に、図8及び図9を参照しながら第2実施形態の撮像装置について説明する。第1実施形態では、像信号A及び像信号Bの両方が飽和している場合について説明した。しかし、像高やレンズの射出瞳距離、F値の条件によっては、像信号Aの受光量と像信号Bの受光量とに大きな差異が生ずることがあり、像信号Aは飽和するが像信号Bは飽和しないといった場合が生じ得る。
(Second Embodiment)
Next, an imaging apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. In the first embodiment, the case where both the image signal A and the image signal B are saturated has been described. However, depending on the conditions of the image height, the exit pupil distance of the lens, and the F value, there may be a large difference between the amount of received light of the image signal A and the amount of received light of the image signal B. There are cases where B is not saturated.

図8は、撮像装置におけるクリップ処理を説明するための図である。図8では、受光量が大きい像高X=15付近の飽和画素において、像信号Aは飽和して第1上限値(=800)にクリップされているが、像信号Bは飽和していない。飽和画素以外においては、シェーディングの影響によって、像信号Aの信号レベルが像信号Bの信号レベルの約4倍となっている。   FIG. 8 is a diagram for explaining clip processing in the imaging apparatus. In FIG. 8, the image signal A is saturated and clipped to the first upper limit value (= 800) at the saturated pixel near the image height X = 15 where the amount of received light is large, but the image signal B is not saturated. In other than the saturated pixels, the signal level of the image signal A is about four times the signal level of the image signal B due to the influence of shading.

図9は、撮像装置におけるシェーディング補正を説明するための図である。図9(a)は、図8に示す像信号A、Bに対して、従来のシェーディング補正を行った結果を示している。図9(a)では、相関演算を行うために、像信号Aと像信号Bにそれぞれゲインをかけて、一対の像信号A、Bの信号レベルを揃えている。この結果、像高X=15付近以外においては、像信号A、Bの信号レベルが揃っている。しかし、像高X=15付近の飽和画素においては、像信号Aをクリップ処理したために、シェーディング補正によって像信号Aと像信号Bとの信号レベルの比がかえって大きくなってしまっている。このまま相関演算を行うと、飽和画素における像信号Aと像信号Bの一致度が低くなって焦点検出に誤差が生じてしまう。   FIG. 9 is a diagram for explaining shading correction in the imaging apparatus. FIG. 9A shows the result of performing conventional shading correction on the image signals A and B shown in FIG. In FIG. 9A, in order to perform correlation calculation, gains are applied to the image signal A and the image signal B, respectively, so that the signal levels of the pair of image signals A and B are aligned. As a result, the signal levels of the image signals A and B are uniform except in the vicinity of the image height X = 15. However, at the saturated pixel near the image height X = 15, since the image signal A is clipped, the ratio of the signal level between the image signal A and the image signal B is increased by shading correction. If the correlation calculation is performed as it is, the degree of coincidence between the image signal A and the image signal B in the saturated pixel becomes low, and an error occurs in focus detection.

第1実施形態のように、像信号Aの信号レベルと像信号Bの信号レベルの比(例えば図6では約2倍)があまり大きくならない場合は、像信号Aが飽和すると撮像信号A+Bも飽和することが多い。この場合、像信号A及び像信号Bの両方とも同一の第1上限値(=800)にクリップされる。しかし、本実施形態のように、像信号Aの信号レベルと像信号Bの信号レベルの比(例えば図8では約4倍)が大きくなる場合は、例えば像信号Aのみが飽和する場合がある。このとき、飽和していない撮像信号A+Bから飽和した像信号Aを減算して求められる像信号Bの値は不定となる。すなわち、第1実施形態のように、必ずしも像信号Aと像信号Bが同じ値となるわけではない。   As in the first embodiment, when the ratio between the signal level of the image signal A and the signal level of the image signal B (for example, about twice in FIG. 6) is not so large, the image pickup signal A + B is saturated when the image signal A is saturated. Often to do. In this case, both the image signal A and the image signal B are clipped to the same first upper limit value (= 800). However, when the ratio between the signal level of the image signal A and the signal level of the image signal B (for example, about 4 times in FIG. 8) increases as in this embodiment, for example, only the image signal A may be saturated. . At this time, the value of the image signal B obtained by subtracting the saturated image signal A from the non-saturated imaging signal A + B is indefinite. That is, as in the first embodiment, the image signal A and the image signal B do not necessarily have the same value.

そこで、本実施形態では、像信号Aと像信号Bのうちの一方のみが飽和している場合は、シェーディング補正後の像信号A及び像信号Bの両方の上限を第2上限値に制限する第2のクリップ処理を行う。図9(b)では、飽和画素におけるシェーディング補正後の像信号A、Bに対して、図8と同様の第2のクリップ処理を行っている。この際の像信号の大きさを制限する第2上限値は、予め定めた定数値としてもよいし、シェーディング補正後の飽和画素における一対の像信号A、Bの大きさの比に応じて決定してもよい。図9(b)では、この第2上限値を、図8に示すクリップ処理における第1上限値(=800)と等しくした。   Therefore, in this embodiment, when only one of the image signal A and the image signal B is saturated, the upper limit of both the image signal A and the image signal B after shading correction is limited to the second upper limit value. A second clip process is performed. In FIG. 9B, the second clip processing similar to that in FIG. 8 is performed on the image signals A and B after shading correction in saturated pixels. The second upper limit value that limits the magnitude of the image signal at this time may be a predetermined constant value, or determined according to the ratio of the magnitudes of the pair of image signals A and B in the saturated pixel after shading correction. May be. In FIG. 9B, the second upper limit value is made equal to the first upper limit value (= 800) in the clip processing shown in FIG.

これにより、飽和画素において像信号A、Bの信号レベルが大きく異なることがなくなるので、相関演算において像信号Aと像信号Bの一致度が低くなることにより生じる焦点検出の誤差を低減することができる。特に、本実施形態では、飽和画素を含めた形で相関演算が行われるため、例えば飽和画素を除外して相関演算を行う場合と比較して、飽和画素が多くなって相関演算に利用可能な画素数が減少してしまうことを抑制できる。   As a result, the signal levels of the image signals A and B are not greatly different in the saturated pixel, and therefore, it is possible to reduce the focus detection error caused by the low degree of coincidence between the image signal A and the image signal B in the correlation calculation. it can. In particular, in this embodiment, the correlation calculation is performed in a form including the saturated pixels. Therefore, compared to the case where the correlation calculation is performed by excluding the saturated pixels, for example, the number of saturated pixels increases and can be used for the correlation calculation. A decrease in the number of pixels can be suppressed.

以上のように、本実施形態の撮像装置は、像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素を判定する飽和判定手段(画像処理回路)と、像信号の上限を第1上限値に制限するクリップ手段(画像処理回路)と、を備えている。また、撮像光学系の光学情報に基づいて、第1上限値に制限された像信号をシェーディング補正するとともに、シェーディング補正後の一対の像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段(画像処理回路、CPU)を備えている。そして、飽和画素におけるシェーディング補正後の像信号の上限を第2上限値に制限してから相関演算を行うようにしている。このような構成により、画素の像信号が飽和することにより生じる焦点検出の誤差を低減することが可能な撮像装置及びその制御方法を得ることができる。   As described above, the imaging apparatus according to the present embodiment includes the saturation determination unit (image processing circuit) that determines a saturated pixel in which the magnitude of the image signal exceeds the first upper limit value, and sets the upper limit of the image signal to the first upper limit value. Clip means (image processing circuit) for restricting to the above. Further, based on the optical information of the image pickup optical system, the image signal limited to the first upper limit value is subjected to shading correction, and a focus detection unit (image) that detects a focus by performing a correlation operation on the pair of image signals after shading correction. Processing circuit, CPU). The correlation calculation is performed after the upper limit of the image signal after shading correction in the saturated pixel is limited to the second upper limit value. With such a configuration, it is possible to obtain an imaging apparatus capable of reducing focus detection errors caused by saturation of pixel image signals and a control method thereof.

[変形実施形態]
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態に記載の撮像装置の構成は一例を示したものであり、本発明を適用可能な撮像装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the configuration of the imaging apparatus described in the above embodiment is an example, and the imaging apparatus to which the present invention can be applied is not limited to the configuration of the above embodiment.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

107 :撮像素子
121 :CPU
125 :画像処理回路
210 :画素
210a、210b :副画素
107: Image sensor 121: CPU
125: Image processing circuit 210: Pixels 210a, 210b: Sub-pixel

Claims (15)

撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子と、
前記副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、
前記像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの前記像信号を判定する飽和判定手段と、
前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記像信号を像高に応じてシェーディング補正し、一対の前記像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、
を備え、
前記焦点検出手段は、前記飽和画素からの前記像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における前記像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device having a pixel including a pair of sub-pixels that receive a light beam that has passed through different pupil partial regions of the imaging optical system;
Signal acquisition means for acquiring a pair of image signals based on signals output by the sub-pixels;
Saturation determination means for determining the image signal from a saturated pixel in which the magnitude of the image signal exceeds a first upper limit;
A focus detection unit that performs shading correction on the image signal according to image height based on optical information of the imaging optical system, and detects a focus by performing a correlation operation on the pair of image signals;
With
The focus detection unit applies shading correction to the image signal from the saturated pixel more weakly than shading correction applied to the image signal at the image height corresponding to the unsaturated pixel, or does not perform the shading correction. An imaging apparatus characterized by that.
前記焦点検出手段は、前記像信号に対してシェーディング補正関数を掛け合わせることでシェーディング補正を行い、前記飽和画素からの一対の前記像信号に対しては、前記シェーディング補正関数の値を定数値とする
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The focus detection unit performs shading correction by multiplying the image signal by a shading correction function, and for the pair of image signals from the saturated pixels, the value of the shading correction function is a constant value. The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記焦点検出手段は、前記飽和画素からの一対の前記像信号の大きさを同一の補正値に揃えてから前記相関演算を行う
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the focus detection unit performs the correlation calculation after aligning the magnitudes of the pair of image signals from the saturated pixels to the same correction value.
前記補正値が前記第1上限値と等しい
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the correction value is equal to the first upper limit value.
前記焦点検出手段は、前記飽和画素におけるシェーディング補正後の一対の前記像信号の大きさの比に応じて、前記補正値を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the focus detection unit determines the correction value according to a ratio of magnitudes of the pair of image signals after shading correction in the saturated pixel.
前記像信号の上限を前記第1上限値に制限するクリップ手段を更に備える
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising clip means for limiting an upper limit of the image signal to the first upper limit value.
前記焦点検出手段は、前記第1上限値に制限された前記像信号をシェーディング補正し、前記飽和画素からの一対の前記像信号に対しては、シェーディング補正後の前記像信号の上限を第2上限値に制限してから前記相関演算を行う
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
The focus detection unit performs shading correction on the image signal limited to the first upper limit value, and sets a second upper limit of the image signal after shading correction for the pair of image signals from the saturated pixels. The imaging apparatus according to claim 6, wherein the correlation calculation is performed after limiting to an upper limit value.
前記第2上限値が前記第1上限値と等しい
ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7, wherein the second upper limit value is equal to the first upper limit value.
前記焦点検出手段は、前記飽和画素におけるシェーディング補正後の一対の前記像信号の大きさの比に応じて、前記第2上限値を決定する
ことを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7, wherein the focus detection unit determines the second upper limit value according to a ratio of magnitudes of a pair of the image signals after shading correction in the saturated pixels.
前記信号取得手段は、まず、一対の前記副画素が出力する信号が加算された撮像信号と、一対の前記像信号のうちの像信号Aとを取得し、次に、前記撮像信号から前記像信号Aを減算して一対の前記像信号のうちの像信号Bを求める
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像装置。
The signal acquisition unit first acquires an imaging signal obtained by adding signals output from the pair of subpixels and an image signal A of the pair of image signals, and then acquires the image from the imaging signal. The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the signal A is subtracted to obtain an image signal B of the pair of image signals.
前記光学情報は、前記撮像光学系のF値及び射出瞳距離のうちの少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the optical information includes at least one of an F value and an exit pupil distance of the imaging optical system.
前記焦点検出手段は、前記光学情報に加え、像高及び射出瞳距離に応じて前記像信号をシェーディング補正する
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the focus detection unit performs shading correction on the image signal in accordance with an image height and an exit pupil distance in addition to the optical information.
撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
前記副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得ステップと、
前記像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの前記像信号を判定する飽和判定ステップと、
前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記像信号を像高に応じてシェーディング補正するステップであって、前記飽和画素からの前記像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における前記像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない補正ステップと、
一対の前記像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
A method for controlling an imaging apparatus including an imaging element having a pixel including a pair of sub-pixels that receive a light beam that has passed through different pupil partial regions of an imaging optical system,
A signal acquisition step of acquiring a pair of image signals based on signals output by the sub-pixels;
A saturation determination step of determining the image signal from a saturated pixel in which the magnitude of the image signal exceeds a first upper limit;
Shading correction of the image signal according to image height based on optical information of the imaging optical system, wherein the image signal from the saturated pixel is the image signal at the corresponding image height of the unsaturated pixel. A correction step in which the shading correction is weaker than the shading correction applied to the image signal or the shading correction is not performed;
A focus detection step of detecting a focus by performing a correlation operation on the pair of image signals;
A control method characterized by comprising:
撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した光束を受光する一対の副画素を含む画素を有する撮像素子を備えた撮像装置において、コンピュータを、
前記副画素が出力する信号に基づいて一対の像信号を取得する信号取得手段と、
前記像信号の大きさが第1上限値を超えた飽和画素からの前記像信号を判定する飽和判定手段と、
前記撮像光学系の光学情報に基づいて前記像信号を像高に応じてシェーディング補正する手段であって、前記飽和画素からの前記像信号に対しては、非飽和画素の対応する像高における前記像信号に掛けるシェーディング補正よりもシェーディング補正を弱めに掛ける、或いはシェーディング補正を行わない補正手段と、
一対の前記像信号を相関演算して焦点を検出する焦点検出手段と、
として機能させることを特徴とするプログラム。
In an imaging apparatus including an imaging device having a pixel including a pair of sub-pixels that receive a light beam that has passed through different pupil partial regions of an imaging optical system,
Signal acquisition means for acquiring a pair of image signals based on signals output by the sub-pixels;
Saturation determination means for determining the image signal from a saturated pixel in which the magnitude of the image signal exceeds a first upper limit;
A means for correcting shading of the image signal according to image height based on optical information of the imaging optical system, wherein the image signal from the saturated pixel is the image signal at a corresponding image height of a non-saturated pixel. Correction means for applying a shading correction weaker than the shading correction applied to the image signal or not performing the shading correction;
A focus detection means for detecting a focus by performing a correlation operation on the pair of image signals;
A program characterized by functioning as
請求項14に記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。   A computer-readable storage medium storing the program according to claim 14.
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