JP4839990B2 - Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus using the same.

近年、ビデオカメラや電子カメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD型の固体撮像素子(下記特許文献1)や増幅型の固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する画素が、マトリクス状に複数配置されている。各画素は、入射光を光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る光電変換部を有している。増幅型の固体撮像素子では、光電変換部で得られた信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置には、例えば、増幅部に接合型電界効果トランジスタ(JFET)を用いた固体撮像装置や、増幅部にMOSトランジスタを用いた固体撮像装置(下記特許文献2,3)などがある。   In recent years, imaging devices such as video cameras and electronic cameras have been widely spread. For these cameras, a CCD type solid-state imaging device (the following Patent Document 1) and an amplification type solid-state imaging device are used. In these solid-state imaging devices, a plurality of pixels that output imaging signals for forming an image signal indicating a subject image are arranged in a matrix. Each pixel has a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light and obtains a charge to be the imaging signal. In the amplification type solid-state imaging device, the signal charge obtained by the photoelectric conversion unit is guided to the amplification unit provided in the pixel, and the signal amplified by the amplification unit is output from the pixel. As the amplification type solid-state imaging device, for example, a solid-state imaging device using a junction field effect transistor (JFET) in an amplification unit, a solid-state imaging device using a MOS transistor in an amplification unit (Patent Documents 2 and 3 below), etc. There is.

光電変換部の光が入射する側には、マイクロレンズがオンチップに配置される。光電変換部以外の画素部に入射する光は、光信号に寄与せず無駄になる。マイクロレンズは、このように無駄となっていた光を光電変換部に集光させ、光量を増大させるために各画素に配置される。また、カラー映像を得るためには、カラーフィルタが光電変換部の上に配置される。カラーフィルタの組み合わせとしては、R、G、Bを用いる系や、補色系(例えば、マゼンタ、グリーン、シアン及びイエローを用いる系)が用いられる。また、カラーフィルタの配置としては、ベイヤー配列やストライプ配列などが周知である。   A microlens is disposed on-chip on the light incident side of the photoelectric conversion unit. Light incident on the pixel portion other than the photoelectric conversion portion does not contribute to the optical signal and is wasted. The microlens is disposed in each pixel in order to collect the light thus wasted on the photoelectric conversion unit and increase the amount of light. In order to obtain a color image, a color filter is disposed on the photoelectric conversion unit. As a combination of color filters, a system using R, G, and B or a complementary color system (for example, a system using magenta, green, cyan, and yellow) is used. As the arrangement of the color filters, a Bayer arrangement, a stripe arrangement, and the like are well known.

ところで、カメラなどの撮像装置では、自動焦点調節を実現するため、撮影レンズの焦点調節状態を検出する必要がある。従来は、固体撮像素子とは別個に焦点検出素子が設けられていた。しかし、その場合には、焦点検出素子やこれに光を導く焦点検出用光学系の分だけ、コストが増大したり装置が大型となったりする。   By the way, in an imaging apparatus such as a camera, it is necessary to detect the focus adjustment state of the photographing lens in order to realize automatic focus adjustment. Conventionally, a focus detection element has been provided separately from the solid-state imaging element. However, in that case, the cost increases or the size of the apparatus increases by the amount of the focus detection element and the focus detection optical system that guides light to the focus detection element.

そこで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式(瞳分割方式又は位相差方式などと呼ばれる場合もある。)を採用しつつ、焦点検出素子としても用いることができるように構成した固体撮像素子が提案されている(例えば、下記特許文献1〜3)。瞳分割位相差方式は、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンズレ(位相シフト量)を検出することで、撮影レンズのデフォーカス量を検出するものである。   Therefore, in recent years, a so-called pupil division phase difference method (sometimes called a pupil division method or a phase difference method) is adopted as a focus detection method, and solid-state imaging configured to be used as a focus detection element. Elements have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3 below). The pupil division phase difference method detects the defocus amount of the photographing lens by forming a pair of divided images by dividing the light beam passing through the photographing lens into pupils and detecting the pattern shift (phase shift amount). is there.

特許文献1に開示された固体撮像素子は、複数の撮像用画素の他に、複数の第1の焦点検出用画素(特許文献1において符号「S1」が付された画素)と、複数の第2の焦点検出用画素(特許文献1において符号「S2」が付された画素)とを備えている。これらのいずれの画素も、光電変換部を1つだけ有している。特許文献1の図3及び図4に示されているように、いずれの画素も、光電変換部上に画素に対して1対1に設けられたマイクロレンズを備えている。そして、マイクロレンズと光電変換部との間には、マイクロレンズの焦点面付近に遮光膜が設けられ、この遮光膜には、第1及び第2の焦点検出用画素ごとに開口が設けられている。第1の焦点検出用画素では、遮光膜の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りを持つように配置され、第2の焦点検出用画素では、遮光膜の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第1の焦点検出用画素とは逆方向に偏りを持つように配置されている。これによって、第1の焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、第2の焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。なお、特許文献1に開示された固体撮像素子では、撮像用画素にはカラーフィルタが設けられているが、特許文献1の図3及び図4に示されているように、第1及び第2の焦点検出用画素には、カラーフィルタが設けられていない。   In addition to a plurality of imaging pixels, the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of first focus detection pixels (pixels denoted by reference sign “S1” in Patent Document 1) and a plurality of first imaging pixels. 2 focus detection pixels (pixels to which “S2” is attached in Patent Document 1). Each of these pixels has only one photoelectric conversion unit. As shown in FIG. 3 and FIG. 4 of Patent Document 1, each pixel includes a microlens provided on the photoelectric conversion unit in a one-to-one relationship with the pixel. A light shielding film is provided near the focal plane of the microlens between the microlens and the photoelectric conversion unit, and an opening is provided in the light shielding film for each of the first and second focus detection pixels. Yes. In the first focus detection pixel, the opening of the light shielding film is arranged so as to be biased with respect to the optical center of the microlens. In the second focus detection pixel, the opening of the light shielding film is located at the optical center of the microlens. On the other hand, the first focus detection pixels are arranged so as to be biased in the opposite direction. Thus, the first focus detection pixel selectively receives and photoelectrically converts a light beam from a partial region of the exit pupil of the photographing lens and decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. It will be. The second focus detection pixel selectively receives and photoelectrically converts a light beam from a partial region of the exit pupil of the photographing lens that is decentered in the opposite direction from the center of the exit pupil. become. In the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1, a color filter is provided in the imaging pixel. However, as illustrated in FIGS. 3 and 4 of Patent Document 1, the first and second pixels are used. These focus detection pixels are not provided with a color filter.

なお、第1及び第2の焦点検出用画素は焦点検出のためにのみ用いられ、撮影レンズの合焦後等において画像を撮像する場合は、画像信号における第1及び第2の焦点検出用画素の位置の画素信号として、例えば、それらの周囲の撮像画素の信号から補間処理して得た信号が用いられる。   The first and second focus detection pixels are used only for focus detection. When an image is captured after the photographing lens is focused, the first and second focus detection pixels in the image signal are used. For example, a signal obtained by performing interpolation processing from signals of the surrounding imaging pixels is used as the pixel signal at the position.

また、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子では、全ての画素の各1つの画素は、2分割された光電変換部と、この2分割された光電変換部上に画素に対して1対1に設けられたマイクロレンズを備えている。2分割された光電変換部は、マイクロレンズによって撮影レンズの射出瞳と略結像関係(すなわち、略共役)となる位置に配置されている。以上述べた関係から、各画素において、2分割された光電変換部の一方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、各画素において、2分割された光電変換部の他方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。なお、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子では、全ての画素に、カラーフィルタが設けられている。   Further, in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2, each pixel of all the pixels is divided into two photoelectric conversion units and pixels on the two divided photoelectric conversion units. A microlens provided in a one-to-one relationship is provided. The two-divided photoelectric conversion unit is disposed at a position that is substantially image-formed (ie, substantially conjugate) with the exit pupil of the photographing lens by the microlens. From the relationship described above, in each pixel, one part of the photoelectric conversion unit divided into two is a light beam from a region that is a part of the exit pupil of the photographing lens and decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. Is selectively received and photoelectrically converted. Further, in each pixel, the other part of the photoelectric conversion unit divided into two is selectively a light beam from a region that is a part of the exit pupil of the photographing lens and decentered in the opposite direction from the center of the exit pupil. Light is received and photoelectrically converted. Note that in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2, all pixels are provided with color filters.

そして、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子では、焦点検出時には、各画素の2分割された光電変換部の一方部分の信号及び他方部分の信号が、異なるタイミングでフローティングディフュージョンに転送されて、それぞれ個別に読み出される。そして、瞳分割位相差方式の原理に従って、それらの信号に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態が検出される。一方、撮影レンズの合焦後等において画像を撮像する場合は、各画素の2分割された光電変換部の両部分からの信号が同じタイミングで同じフローティングディフュージョンに転送されて、両信号が画素内で加算されて読み出される。   In the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2, at the time of focus detection, the signal of one part of the photoelectric conversion unit divided into two and the signal of the other part of each pixel are transferred to the floating diffusion at different timings. Are read out individually. Then, according to the principle of the pupil division phase difference method, the focus adjustment state of the photographing lens is detected based on these signals. On the other hand, when an image is taken after focusing of the photographic lens, the signals from both parts of the photoelectric conversion unit divided into two for each pixel are transferred to the same floating diffusion at the same timing, and both signals are transferred into the pixel. Are added and read.

このように、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子では、全ての画素の各1つの画素は、2分割された光電変換部(したがって、基板の面方向に並んだ2つの光電変換部)を有し、撮像用画素及び焦点検出用画素の両方を兼用している。   As described above, in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2, each pixel of all the pixels is divided into two photoelectric conversion units (therefore, two photoelectric conversions arranged in the plane direction of the substrate). Part) and also serves as both an imaging pixel and a focus detection pixel.

特許文献3に開示された固体撮像素子は、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子と同様に構成されている。   The solid-state image sensor disclosed in Patent Document 3 is configured in the same manner as the solid-state image sensor disclosed in FIG.

また、特許文献2の図1乃至図10に開示された固体撮像素子では、一部の画素のみを光電変換部が2分割されたものとする一方、残りの画素を光電変換部が分割されていないもの(すなわち、当該画素は光電変換部を1つだけ有するもの)とし、光電変換部が2分割されていない画素にはカラーフィルタを形成する一方、光電変換部が2分割されている画素にはカラーフィルタを形成していない。この固体撮像素子では、光電変換部が2分割された画素が焦点検出用信号を得るためにのみ用いられ、光電変換部が2分割されていない画素が撮像用信号を得るためにのみ用いられている。   Further, in the solid-state imaging device disclosed in FIGS. 1 to 10 of Patent Document 2, only some of the pixels are divided into two photoelectric conversion units, while the remaining pixels are divided into photoelectric conversion units. No pixel (that is, the pixel has only one photoelectric conversion unit), and a color filter is formed in a pixel in which the photoelectric conversion unit is not divided into two, while a pixel in which the photoelectric conversion unit is divided in two Does not form a color filter. In this solid-state imaging device, the pixel in which the photoelectric conversion unit is divided into two is used only to obtain a focus detection signal, and the pixel in which the photoelectric conversion unit is not divided into two is used only to obtain an imaging signal. Yes.

ところで、カラー画像信号を得る場合、一般的な固体撮像素子では、各画素が1つの色の撮像用信号のみを得るように構成され、各色の画素がベイヤー配列等されている(特許文献1〜3)。   By the way, when obtaining a color image signal, a general solid-state imaging device is configured so that each pixel obtains only one color imaging signal, and each color pixel is arranged in a Bayer array or the like (Patent Documents 1 to 3). 3).

これに対し、特許文献4,5には、シリコンその他の半導体の光吸収係数は波長依存性が高く波長により半導体内部に到達する深さが異なるという特性を利用することで、各画素を、当該1つの画素から各色の撮像用信号(具体例には、R,G,Bの撮像信号)を互いに独立して出力するように構成された固体撮像素子が、開示されている。この固体撮像素子では、1つの画素に、入射光のR成分を主として光電変換するR用光電変換部、入射光のG成分を主として光電変換するG用光電変換部、及び、入射光のB成分を主として光電変換するB用光電変換部が設けられ、これら3つの光電変換部が入射光の入射方向から見たときにそれぞれ重なるように配置されている。特許文献4,5は焦点検出用信号を得るための構成は全く開示も示唆もしておらず、特許文献4,5に開示されている固体撮像素子では、撮像用信号のみしか得ることができず、焦点検出用信号を得ることはできない。
特開2000−156823号公報 特開2003−244712号公報 特開2002−314062号公報 特表2002−513145号公報 米国特許出願公開第2005/0194653号明細書
In contrast, in Patent Documents 4 and 5, the light absorption coefficient of silicon and other semiconductors is highly wavelength-dependent, and by utilizing the characteristic that the depth to reach the inside of the semiconductor differs depending on the wavelength, A solid-state imaging device configured to output imaging signals for each color (specifically, R, G, and B imaging signals) from one pixel independently of each other is disclosed. In this solid-state imaging device, an R photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts an R component of incident light, a G photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts a G component of incident light, and a B component of incident light in one pixel. A photoelectric conversion unit for B that mainly performs photoelectric conversion is provided, and these three photoelectric conversion units are arranged so as to overlap each other when viewed from the incident direction of incident light. Patent Documents 4 and 5 do not disclose or suggest a configuration for obtaining a focus detection signal, and the solid-state imaging device disclosed in Patent Documents 4 and 5 can obtain only an imaging signal. The focus detection signal cannot be obtained.
JP 2000-156823 A JP 2003-244712 A JP 2002-314062 A JP-T-2002-513145 US Patent Application Publication No. 2005/0194653

しかしながら、特許文献1に開示された固体撮像素子や特許文献2の図1乃至図10に開示された固体撮像素子では、焦点検出用画素は、焦点検出のためにのみ用いられて、画像撮像時には用いることができないため、焦点検出用画素の分だけ画素欠陥と同様の状態を招くことになり、いくら補間処理を行うとはいえ、撮像した画像の画質は劣化せざるを得ない。また、補間処理を行う回路を要するため、コストが増大するとともに大型化してしまう。   However, in the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 and the solid-state imaging device disclosed in FIGS. 1 to 10 of Patent Document 2, the focus detection pixels are used only for focus detection and are used during image capturing. Since it cannot be used, the same state as a pixel defect is caused by the number of focus detection pixels, and the image quality of the captured image is inevitably deteriorated although interpolation processing is performed. Further, since a circuit for performing interpolation processing is required, the cost increases and the size increases.

これに対し、特許文献2の図12に開示された前記固体撮像素子や特許文献3に開示された前記固体撮像素子では、画像撮像時には、撮像用及び焦点検出用の両方を兼用する2分割光電変換部を有する画素については、2分割光電変換部の両部分からの信号が画素内で加算されて読み出されるため、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができる。   On the other hand, in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2 and the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 3, a two-divided photoelectric sensor that serves both for imaging and for focus detection is used during imaging. For pixels having a conversion unit, signals from both parts of the two-divided photoelectric conversion unit are added and read in the pixel, so that deterioration of image quality due to a state similar to a pixel defect can be avoided.

しかし、これらの固体撮像素子では、各画素の2分割光電変換部の両部分の間が入射光を光電変換し得ない不感帯となり、両部分間に入射した光が撮像用信号の形成に全く利用されないため、入射光の利用効率が低くなる。よって、撮像用信号を得る場合に2分割された両部分の信号を加算しても、分割されていない1つの光電変換部で撮像用信号を得る場合に比べて、撮像用信号が小さくなってしまう。すなわち、撮像用信号を得る場合において入射光の利用効率が低くなり、撮像用信号の感度が低下してしまう。   However, in these solid-state image sensors, a dead zone where the incident light cannot be photoelectrically converted between the two parts of the two-part photoelectric conversion unit of each pixel, and the light incident between the two parts is completely used for forming an imaging signal. Therefore, the utilization efficiency of incident light is lowered. Therefore, when the signal for imaging is obtained, even if the signals of the two parts divided into two parts are added, the signal for imaging becomes smaller than in the case of obtaining the signal for imaging with one undivided photoelectric conversion unit. End up. That is, in the case of obtaining an imaging signal, the utilization efficiency of incident light is lowered, and the sensitivity of the imaging signal is reduced.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焦点検出素子としての機能を併せ持つことを前提とした上で、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができ、しかも、撮像用信号に対する入射光の利用効率を高めることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and on the premise that it also has a function as a focus detection element, it is possible to avoid degradation of image quality due to the same state as a pixel defect, and An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of increasing the efficiency of use of incident light with respect to an imaging signal, and an imaging apparatus using the same.

前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、2次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備えたものである。前記複数の画素の各1つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有する。前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための複数の焦点検出用信号を互いに独立して出力し得るように構成される。前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときにそれぞれの少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された複数の焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分をそれぞれ主として光電変換してそれぞれ前記複数の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得る複数の焦点検出用光電変換部を有する。前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から互いに異なる方向へそれぞれ偏心した前記射出瞳の領域からの光束をそれぞれ選択的に受光して光電変換する。   In order to solve the above-described problem, the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention is a solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system, and is arranged in a two-dimensional manner, each of which is the subject. The image forming apparatus includes a plurality of pixels that output imaging signals for forming an image signal indicating an image. Each one of the plurality of pixels has an imaging photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts a predetermined wavelength component of incident light to obtain charges to be the imaging signal. At least some of the plurality of pixels can output a plurality of focus detection signals for detecting a focus adjustment state of the optical system independently of each other in addition to the imaging signal. Composed. In addition to the imaging photoelectric conversion unit of the pixel, each of the at least some of the pixels has at least a part of the imaging photoelectric of the pixel when viewed from the incident direction of the incident light. A plurality of focus detection photoelectric conversion units arranged so as to overlap with the conversion unit, the wavelength component being substantially different from the predetermined wavelength component of the incident light that is photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel Are mainly photoelectrically converted, and a plurality of focus detection photoelectric conversion units are provided to respectively obtain charges to be converted into the plurality of focus detection signals. The plurality of focus detection photoelectric conversion units of each one of the at least some pixels respectively select light beams from the exit pupil regions that are decentered in different directions from the center of the exit pupil of the optical system. Light is received and photoelectrically converted.

本発明の第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であるものである。   The solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the first aspect, wherein the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel for each one of the at least some pixels. The predetermined wavelength component and the wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the focus detection photoelectric conversion units of the pixel are wavelength components in the visible range.

本発明の第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部の数は2つであり、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの一方の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第1の領域からの光束を選択的に受光して光電変換し、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの他方の撮像用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換するものである。   In the solid-state imaging device according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the number of the plurality of focus detection photoelectric conversion units in each one of the at least some pixels is two. And one of the plurality of focus detection photoelectric conversion units of each of the at least some pixels is decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. The light beam from the first region of the exit pupil is selectively received and photoelectrically converted, and the other one of the plurality of focus detection photoelectric conversion units of each of the at least some pixels is used for imaging. The photoelectric conversion unit selectively receives and photoelectrically converts a light beam from the second region of the exit pupil that is decentered from the center of the exit pupil of the optical system in a direction opposite to the predetermined direction.

本発明の第4の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも1つの画素の前記撮像用光電変換部は、第1導電型の第1の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、前記少なくとも1つの画素の前記各焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第1の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第1の半導体層に配置され当該画素の前記複数の焦点検出用信号のうちの1つの焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有するものである。   The solid-state imaging device according to the fourth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to third aspects, wherein the imaging photoelectric conversion unit of at least one of the at least some pixels is the first. Each focus detection photoelectric conversion of the at least one pixel has a second conductivity type imaging charge accumulation layer that is disposed in the first conductivity type semiconductor layer and accumulates the charge to be the imaging signal. The portion of the first semiconductor layer overlaps with the imaging charge storage layer of the pixel through at least part of the first semiconductor layer when viewed from the incident direction of the incident light. It has a second conductivity type focus detection charge storage layer for storing the charge to be arranged and to become one focus detection signal among the plurality of focus detection signals of the pixel.

本発明の第5の態様による固体撮像素子は、前記第4の態様において、前記少なくとも1つの画素において、前記第1の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第1導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記各焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第1の半導体層に配置されたものである。   A solid-state imaging device according to a fifth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the fourth aspect, wherein the first conductivity type layer having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer in the at least one pixel. The first semiconductor layer is disposed between the imaging charge storage layer and each focus detection charge storage layer.

本発明の第6の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第5のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記入射光の実質的に同じ波長成分を光電変換するものである。   The solid-state imaging device according to a sixth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to fifth aspects, wherein at least one of the at least some pixels is used for detecting the plurality of focus points of the pixel. The photoelectric conversion unit photoelectrically converts substantially the same wavelength component of the incident light.

本発明の第7の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第6のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも短い波長成分であるものである。   The solid-state imaging device according to a seventh aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the imaging photoelectric conversion unit of the pixel is mainly the at least one pixel. The predetermined wavelength component of the incident light that undergoes photoelectric conversion is a wavelength component that is shorter than the wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by each focus detection photoelectric conversion unit of the pixel.

本発明の第8の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第6のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも長い波長成分であるものである。   The solid-state imaging device according to an eighth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the imaging photoelectric conversion unit of the pixel is mainly the at least one pixel. The predetermined wavelength component of the incident light that undergoes photoelectric conversion is a wavelength component that is longer than the wavelength component of the incident light that is primarily photoelectrically converted by each focus detection photoelectric conversion unit of the pixel.

本発明の第9の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第8のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素に対して1対1に設けられ当該画素の前記撮像用光電変換部及び前記複数の焦点検出用光電変換部に入射光を導くマイクロレンズを、有するものである。   The solid-state imaging device according to a ninth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to eighth aspects, wherein each one of the at least some pixels is provided on a one-to-one basis with respect to the pixel. A microlens that guides incident light to the imaging photoelectric conversion unit and the plurality of focus detection photoelectric conversion units of the pixel is provided.

本発明の第10の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、2次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備えたものである。前記複数の画素の各1つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有する。前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を独立して出力し得るように構成される。前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分を主として光電変換して前記焦点検出用信号となるべき電荷を得る焦点検出用光電変換部を有する。前記少なくとも一部の画素のうちの一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第1の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する。前記少なくとも一部の画素のうちの他の一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する。   A solid-state imaging device according to a tenth aspect of the present invention is a solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system, and is two-dimensionally arranged to form an image signal that indicates the subject image. A plurality of pixels that output imaging signals for the purpose. Each one of the plurality of pixels has an imaging photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts a predetermined wavelength component of incident light to obtain charges to be the imaging signal. At least some of the plurality of pixels are configured to independently output a focus detection signal for detecting a focus adjustment state of the optical system in addition to the imaging signal. . In addition to the imaging photoelectric conversion unit of the pixel, each of the at least some of the pixels includes at least a part of the imaging photoelectric conversion unit of the pixel when viewed from the incident direction of the incident light. A photoelectric conversion unit for focus detection arranged so as to overlap with the photoelectric conversion unit, which mainly converts a wavelength component substantially different from the predetermined wavelength component of the incident light that is photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel. And a focus detection photoelectric conversion unit for obtaining a charge to be the focus detection signal. The focus detection photoelectric conversion unit of some of the at least some pixels selects a light beam from the first region of the exit pupil that is decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. Light is received and photoelectrically converted. The focus detection photoelectric conversion unit of another part of the at least some of the pixels includes a first part of the exit pupil that is decentered in a direction opposite to the predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. The light beam from the region 2 is selectively received and photoelectrically converted.

本発明の第11の態様による固体撮像素子は、前記第10の態様において、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であるものである。   The solid-state imaging device according to an eleventh aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the tenth aspect, wherein the incident light that the imaging photoelectric conversion unit of the pixel mainly photoelectrically converts with respect to each one of the at least some pixels. The predetermined wavelength component and the wavelength component of the incident light which is mainly photoelectrically converted by the focus detection photoelectric conversion unit of the pixel are wavelength components in the visible range.

本発明の第12の態様による固体撮像素子は、前記第10又は第11の態様において、前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも1つの画素の前記撮像用光電変換部は、第1導電型の第1の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、前記少なくとも1つの画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第1の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第1の半導体層に配置され当該画素の前記焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有するものである。   A solid-state imaging device according to a twelfth aspect of the present invention is the tenth or eleventh aspect, wherein the imaging photoelectric conversion unit of at least one of the at least some pixels is of the first conductivity type. An imaging charge storage layer of a second conductivity type that is disposed in the first semiconductor layer and accumulates the charge to be the imaging signal, and the focus detection photoelectric conversion unit of the at least one pixel includes: The pixel disposed in the first semiconductor layer so that at least a part thereof overlaps the charge storage layer for imaging of the pixel through a part of the first semiconductor layer when viewed from the incident direction of the incident light. The second-conductivity-type focus detection charge storage layer stores the charge to be the focus detection signal.

本発明の第13の態様による固体撮像素子は、前記第12の態様において、前記少なくとも1つの画素において、前記第1の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第1導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第1の半導体層に配置されたものである。   The solid-state imaging device according to a thirteenth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the twelfth aspect, wherein the first conductivity type layer having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer in the at least one pixel. The first semiconductor layer is disposed between the imaging charge storage layer and the focus detection charge storage layer.

前記第10乃至第13のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも短い波長成分であってもよい。   In any one of the tenth to thirteenth aspects, with respect to at least one of the at least some of the pixels, the predetermined wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel is: The focus detection photoelectric conversion unit of the pixel may have a wavelength component shorter than the wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted.

前記第10乃至第13のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも長い波長成分であってもよい。   In any one of the tenth to thirteenth aspects, with respect to at least one of the at least some of the pixels, the predetermined wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel is: The focus detection photoelectric conversion unit of the pixel may have a wavelength component longer than the wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted.

前記第10乃至第13のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素に対して1対1に設けられ当該画素の前記撮像用光電変換部及び前記焦点検出用光電変換部に入射光を導くマイクロレンズを、有してもよい。   In any one of the tenth to thirteenth aspects, each of the at least some of the pixels is provided on a one-to-one basis with respect to the pixel, and the imaging photoelectric conversion unit and the focus detection of the pixel You may have the microlens which guides incident light to the photoelectric conversion part for optical.

本発明の第14の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第13のいずれかの態様において、前記複数の画素は複数のグループに分けられ、同じグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に同一であり、異なるグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に異なるものである。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth aspects, the plurality of pixels are divided into a plurality of groups, and the imaging photoelectric conversion unit of the pixels of the same group The predetermined wavelength components of the incident light that are mainly photoelectrically converted are substantially the same as each other, and the predetermined wavelength components of the incident light that are mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion units of the pixels of different groups are: They are substantially different from each other.

本発明の第15の態様による固体撮像素子は、前記第14の態様において、前記少なくとも一部の画素は、カラーフィルタを有していないものである。   The solid-state imaging device according to a fifteenth aspect of the present invention is the solid-state image sensor according to the fourteenth aspect, wherein the at least some pixels do not have a color filter.

本発明の第16の態様による固体撮像素子は、前記第14又は第15の態様において、前記複数の画素は、前記少なくとも一部の画素以外の画素を含み、前記少なくとも一部の画素以外の前記画素は、カラーフィルタを有するものである。   The solid-state imaging device according to a sixteenth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the fourteenth or fifteenth aspect, wherein the plurality of pixels include pixels other than the at least some pixels, and the pixels other than the at least some pixels. The pixel has a color filter.

本発明の第17の態様による撮像装置は、前記第1乃至第16のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部を、備えたものである。   An imaging apparatus according to a seventeenth aspect of the present invention is based on the solid-state imaging device according to any one of the first to sixteenth aspects and the focus detection signal from the at least some pixels. A detection processing unit for outputting a detection signal indicating the focus adjustment state is provided.

前記第17の態様において、前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部を備えてもよい。   In the seventeenth aspect, an adjustment unit may be provided that adjusts the focus of the optical system based on the detection signal from the detection processing unit.

本発明によれば、焦点検出素子としての機能を併せ持つことを前提とした上で、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができ、しかも、撮像用信号に対する入射光の利用効率を高めることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to avoid deterioration in image quality due to a state similar to a pixel defect, on the premise that it also has a function as a focus detection element, and the use efficiency of incident light with respect to an imaging signal It is possible to provide a solid-state imaging device capable of enhancing the image quality and an imaging apparatus using the same.

以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a solid-state imaging device and an imaging device using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]   [First Embodiment]

図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ1を示す概略ブロック図である。電子カメラ1には、被写体像を結像する光学系としての撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部2aによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、撮影レンズ2により結像された被写体像を光電変換する固体撮像素子3の撮像面が配置される。   FIG. 1 is a schematic block diagram showing an electronic camera 1 as an imaging device according to the first embodiment of the present invention. The electronic camera 1 is equipped with a photographing lens 2 as an optical system for forming a subject image. The photographing lens 2 is driven by a lens control unit 2a for focus and diaphragm. In the image space of the photographic lens 2, an imaging surface of a solid-state imaging device 3 that photoelectrically converts a subject image formed by the photographic lens 2 is disposed.

固体撮像素子3は、撮像制御部4の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子3から出力される信号は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号、撮影レンズ2の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号のいずれかである。いずれにおいても信号は、信号処理部5、及びA/D変換部6を介して処理された後、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続される。バス8には、レンズ制御部2a、撮像制御部4、マイクロプロセッサ9、焦点演算部(検出処理部)10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。上記マイクロプロセッサ9には、レリーズ釦などの操作部9aが接続される。また、上記の記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。この電子カメラ1の動作については、後述する。   The solid-state imaging device 3 is driven by a command from the imaging control unit 4 and outputs a signal. The signal output from the solid-state imaging device 3 is either an imaging signal for forming an image signal indicating a subject image or a focus detection signal for detecting the focus adjustment state of the photographing lens 2. In any case, the signal is processed through the signal processing unit 5 and the A / D conversion unit 6 and then temporarily stored in the memory 7. The memory 7 is connected to the bus 8. The bus 8 is also connected with a lens control unit 2a, an imaging control unit 4, a microprocessor 9, a focus calculation unit (detection processing unit) 10, a recording unit 11, an image compression unit 12, an image processing unit 13, and the like. The microprocessor 9 is connected to an operation unit 9a such as a release button. A recording medium 11a is detachably attached to the recording unit 11 described above. The operation of the electronic camera 1 will be described later.

なお、図示していないが、固体撮像素子3と撮影レンズ2との間には、IRカットコートの施された光学ローパスフィルタが配置される。これにより、およそ700nm以上の波長帯の光をカットしてモアレを防止している。   Although not shown, an optical low-pass filter to which an IR cut coat is applied is disposed between the solid-state imaging device 3 and the photographing lens 2. As a result, light having a wavelength band of about 700 nm or more is cut to prevent moire.

図2は、図1中の固体撮像素子3の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子3は、マトリクス状に配置された複数の画素20と、画素20から信号を出力するための周辺回路とを有している。画素20がマトリクス状に配置されている撮像領域を符号31で示している。図2において、画素数は、横に4行縦に4行の16個の画素20を示している。しかし、本実施の形態では、画素数はそれよりもはるかに多くなっている。もっとも、本発明では、画素数は特に限定されるものではない。本発明では、固体撮像素子3は、画素として後述する4種類の画素20R,20G,20B1,20B2を有しているが、図2ではそれらのいずれであるかを区別することなく、符号20で示している。その具体的な回路構成や構造は、後述する。これらの画素20は、周辺回路の駆動信号に従って、撮像用信号又は焦点検出用信号を出力する。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 3 in FIG. The solid-state imaging device 3 includes a plurality of pixels 20 arranged in a matrix and a peripheral circuit for outputting a signal from the pixels 20. An imaging region in which the pixels 20 are arranged in a matrix is indicated by reference numeral 31. In FIG. 2, the number of pixels indicates 16 pixels 20 of 4 rows horizontally and 4 rows vertically. However, in the present embodiment, the number of pixels is much larger than that. However, in the present invention, the number of pixels is not particularly limited. In the present invention, the solid-state imaging device 3 has four types of pixels 20R, 20G, 20B1, and 20B2 to be described later as pixels, but in FIG. Show. The specific circuit configuration and structure will be described later. These pixels 20 output imaging signals or focus detection signals in accordance with peripheral circuit drive signals.

周辺回路は、垂直走査回路21、水平走査回路22、これらと接続されている駆動信号線23,24、画素20からの信号を受け取る垂直信号線25、垂直信号線25と接続される定電流源26及び相関二重サンプリング回路(CDS回路)27、CDS回路27から出力される信号を受け取る水平信号線28、出力アンプ29等からなる。   The peripheral circuit includes a vertical scanning circuit 21, a horizontal scanning circuit 22, driving signal lines 23 and 24 connected thereto, a vertical signal line 25 for receiving a signal from the pixel 20, and a constant current source connected to the vertical signal line 25. 26, a correlated double sampling circuit (CDS circuit) 27, a horizontal signal line 28 for receiving a signal output from the CDS circuit 27, an output amplifier 29, and the like.

垂直走査回路21及び水平走査回路22は、電子カメラ1の撮像制御部4からの指令に基づいて駆動信号を出力する。各画素20は、垂直走査回路21から出力される駆動信号を所定の駆動信号線23から受け取って駆動され、撮像用信号又は焦点検出用信号を垂直信号線25に出力する。垂直走査回路21から出力される駆動信号は複数あり、それに伴い駆動配線23も複数ある。これらについては後述する。   The vertical scanning circuit 21 and the horizontal scanning circuit 22 output drive signals based on a command from the imaging control unit 4 of the electronic camera 1. Each pixel 20 is driven by receiving a drive signal output from the vertical scanning circuit 21 from a predetermined drive signal line 23, and outputs an imaging signal or a focus detection signal to the vertical signal line 25. There are a plurality of drive signals output from the vertical scanning circuit 21, and accordingly, a plurality of drive wirings 23. These will be described later.

画素20から出力された信号は、CDS回路27にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路22の駆動信号により水平信号線28及び出力アンプ29を介して外部に信号が出力される。   The signal output from the pixel 20 is subjected to predetermined noise removal by the CDS circuit 27. Then, a signal is output to the outside through the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

図3は、図1中の固体撮像素子3(特にその撮像領域31)を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図3に示すように、固体撮像素子3の撮像領域31には、中央に配置された十字状をなす2つの焦点検出領域32,33と、両側に配置された2つの焦点検出領域34,35と、上下に配置された2つの焦点検出領域36,37とが、設けられている。なお、図3に示すように、互いに直交するX軸及びY軸を定義する。また、X軸方向のうち矢印の向きを+X方向又は+X側、その反対の向きを−X方向又は−X側と呼び、Y軸方向についても同様とする。XY平面と平行な平面が固体撮像素子3の撮像面(受光面)と一致している。X軸方向の並びを行、Y軸方向の並びを列とする。これらの点は、後述する図についても同様である。   FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing the solid-state imaging device 3 (particularly, its imaging region 31) in FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the imaging region 31 of the solid-state imaging device 3 includes two focus detection regions 32 and 33 having a cross shape disposed in the center and two disposed on both sides. Focus detection areas 34 and 35 and two focus detection areas 36 and 37 arranged above and below are provided. As shown in FIG. 3, an X axis and a Y axis that are orthogonal to each other are defined. The direction of the arrow in the X-axis direction is called the + X direction or + X side, and the opposite direction is called the -X direction or -X side, and the same applies to the Y-axis direction. A plane parallel to the XY plane coincides with the imaging surface (light receiving surface) of the solid-state imaging device 3. The arrangement in the X-axis direction is a row, and the arrangement in the Y-axis direction is a column. These points are the same for the drawings described later.

図4は、図3における焦点検出領域35の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。図5は、図3における焦点検出領域36の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。前述したように、固体撮像素子3は、画素20として、4種類の画素20R,20G,20B1,20B2を有している。図4及び図5において、画素20Rには符号「R」を付し、画素20Gには符号「G」を付し、画素20B1には符号「B1」を付し、画素20B2には符号「B2」を付している。図4及び図5において、符号「B*」は、画素20B1及び画素20B2のうちのいずれか任意の一方を示している。   FIG. 4 is a schematic enlarged view in which the vicinity of the focus detection region 35 in FIG. 3 is enlarged, and schematically shows the pixel arrangement. FIG. 5 is a schematic enlarged view in which the vicinity of the focus detection area 36 in FIG. 3 is enlarged, and schematically shows the pixel arrangement. As described above, the solid-state imaging device 3 includes the four types of pixels 20R, 20G, 20B1, and 20B2 as the pixels 20. 4 and 5, the pixel 20 </ b> R is denoted by the symbol “R”, the pixel 20 </ b> G is denoted by the symbol “G”, the pixel 20 </ b> B <b> 1 is denoted by the symbol “B <b> 1”, and the pixel 20 </ b> B <b> 2 is denoted by the symbol “B2”. Is attached. In FIG. 4 and FIG. 5, the symbol “B *” indicates any one of the pixel 20B1 and the pixel 20B2.

画素20Rは赤色の撮像用信号を出力するように構成され、画素20Gは緑色の撮像用信号を出力するように構成され、画素20B1,20B2は青色の撮像用信号を出力するように構成されている。以下の説明では、出力する撮像用信号の色に着目して、画素20Rを赤色の画素、画素20Gを緑色の画素、画素20B1,20B2を青色の画素と呼ぶ場合がある。各色の画素がそれぞれ1つのグループをなしている。すなわち、本実施の形態では、画素20は、赤色の画素のグループと、青色の画素のグループと、緑色の画素のグループの3つに分けられている。   The pixel 20R is configured to output a red imaging signal, the pixel 20G is configured to output a green imaging signal, and the pixels 20B1 and 20B2 are configured to output a blue imaging signal. Yes. In the following description, paying attention to the color of the imaging signal to be output, the pixel 20R may be called a red pixel, the pixel 20G may be called a green pixel, and the pixels 20B1 and 20B2 may be called blue pixels. Each color pixel forms one group. That is, in the present embodiment, the pixels 20 are divided into three groups: a group of red pixels, a group of blue pixels, and a group of green pixels.

本実施の形態では、画素20R,20Gは焦点検出用信号を出力し得るように構成されていない。一方、画素20B1は、青色の撮像用信号の他に、2つの焦点検出用信号を出力し得るように構成されている。また、画素20B2も、青色の撮像用信号の他に、2つの焦点検出用信号を出力し得るように構成されている。後述するように、画素20B1と画素20B2とでは、得られる焦点検出用信号が撮影レンズ2の射出瞳のいずれの領域からの光束に基づくものであるかが異なる。   In the present embodiment, the pixels 20R and 20G are not configured to output a focus detection signal. On the other hand, the pixel 20B1 is configured to output two focus detection signals in addition to the blue imaging signal. The pixel 20B2 is also configured to output two focus detection signals in addition to the blue imaging signal. As will be described later, the pixel 20B1 and the pixel 20B2 are different depending on which region of the exit pupil of the photographing lens 2 the obtained focus detection signal is based on.

本実施の形態では、図4及び図5に示すように、赤色の画素20R、緑色の画素20G及び青色の画素20B1,20B2が、ベイヤー配列に従って配列されている。もっとも、本発明では、カラー用として構成する場合であっても、ベイヤー配列に限定されるものではない。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the red pixel 20R, the green pixel 20G, and the blue pixels 20B1 and 20B2 are arranged according to the Bayer array. However, in the present invention, even when configured for color, it is not limited to the Bayer arrangement.

Y軸方向に延びた焦点検出領域35は、図4に示すように、緑色の画素20Gと青色の画素とが交互に並んだY軸方向の列の一部である。焦点検出領域35では、青色の画素として青色の画素20B1が用いられている。Y軸方向に延びた焦点検出領域33,34は、焦点検出領域35と同様である。   As shown in FIG. 4, the focus detection area 35 extending in the Y-axis direction is a part of a column in the Y-axis direction in which green pixels 20G and blue pixels are alternately arranged. In the focus detection area 35, a blue pixel 20B1 is used as a blue pixel. The focus detection areas 33 and 34 extending in the Y-axis direction are the same as the focus detection area 35.

X軸方向に延びた焦点検出領域36は、図5に示すように、緑色の画素20Gと青色の画素とが交互に並んだX軸方向の行の一部である。焦点検出領域36では、青色の画素として青色の画素20B2が用いられている。X軸方向に延びた焦点検出領域36,37は、焦点検出領域36と同様である。   As shown in FIG. 5, the focus detection area 36 extending in the X-axis direction is a part of a row in the X-axis direction in which green pixels 20G and blue pixels are alternately arranged. In the focus detection area 36, a blue pixel 20B2 is used as a blue pixel. The focus detection areas 36 and 37 extending in the X-axis direction are the same as the focus detection area 36.

図6は、図1中の固体撮像素子3の青色の画素20B1,20B2(図4及び図5参照)を示す回路図である。画素20B2は画素20B1と同一の回路構成を有しているので、ここでは、画素20B1についてのみ説明する。   FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the blue pixels 20B1 and 20B2 (see FIGS. 4 and 5) of the solid-state imaging device 3 in FIG. Since the pixel 20B2 has the same circuit configuration as the pixel 20B1, only the pixel 20B1 will be described here.

青色の画素20B1は、図6に示すように、入射光の青色波長成分を主として光電変換して青色の撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部としての撮像用フォトダイオード41と、入射光の青色以外の波長成分を主として光電変換して第1の焦点検出用信号となるべき電荷を得る第1の焦点検出用光電変換部としての第1の焦点検出用フォトダイオード42と、入射光の青色以外の波長成分を主として光電変換して第2の焦点検出用信号となるべき電荷を得る第2の焦点検出用光電変換部としての第2の焦点検出用フォトダイオード43と、を有している。第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43は、撮影レンズ2の射出瞳の中心から互いに反対方向へそれぞれ偏心した前記射出瞳の領域からの光束をそれぞれ選択的に受光して光電変換する。   As shown in FIG. 6, the blue pixel 20 </ b> B <b> 1 includes an imaging photodiode 41 as an imaging photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts a blue wavelength component of incident light to obtain a charge to be a blue imaging signal; A first focus detection photodiode 42 as a first focus detection photoelectric conversion unit that obtains a charge to be a first focus detection signal by mainly photoelectrically converting wavelength components other than blue of incident light; A second focus detection photodiode 43 as a second focus detection photoelectric conversion unit that obtains a charge to be converted into a second focus detection signal by photoelectrically converting wavelength components other than blue light. is doing. The first and second focus detection photodiodes 42 and 43 selectively receive light beams from the exit pupil regions that are decentered in the opposite directions from the center of the exit pupil of the photographing lens 2, respectively, and perform photoelectric conversion. To do.

また、青色の画素20B1は、所定部位としてのフローティングディフュージョン(FD)44と、撮像用フォトダイオード41からFD44へ電荷を転送する第1の転送ゲート部としての第1の転送トランジスタ45と、第1の焦点検出用フォトダイオード42からFD44へ電荷を転送する第2の転送ゲート部としての第2の転送トランジスタ46と、第2の焦点検出用フォトダイオード43からFD44へ電荷を転送する第3の転送ゲート部としての第3の転送トランジスタ47と、FD44の電荷量に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ48と、FD44の電荷を排出させてFD44をリセットするリセット部としてのFDリセットトランジスタ49と、画素アンプ48の信号を当該画素から出力する選択スイッチとしての選択トランジスタ50とを有している。   The blue pixel 20B1 includes a floating diffusion (FD) 44 as a predetermined portion, a first transfer transistor 45 as a first transfer gate unit that transfers charges from the imaging photodiode 41 to the FD 44, and a first transfer transistor 45. A second transfer transistor 46 as a second transfer gate for transferring charge from the focus detection photodiode 42 to the FD 44, and a third transfer for transferring charge from the second focus detection photodiode 43 to the FD 44. A third transfer transistor 47 as a gate unit, a pixel amplifier 48 as an amplification unit that outputs a signal corresponding to the charge amount of the FD 44, and an FD reset transistor as a reset unit that discharges the charge of the FD 44 and resets the FD 44 49 and a selection switch for outputting the signal of the pixel amplifier 48 from the pixel. And a selection transistor 50.

本実施の形態では、第1乃至第3の転送トランジスタ45〜47、画素アンプ50、FDリセットトランジスタ49、選択トランジスタ50は、いずれもNMOSトランジスタで構成されている。   In the present embodiment, the first to third transfer transistors 45 to 47, the pixel amplifier 50, the FD reset transistor 49, and the selection transistor 50 are all configured by NMOS transistors.

第1の転送トランジスタ45のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて垂直走査回路21から駆動配線23を介して駆動信号φTGAが供給される。第1の転送トランジスタ45は、この駆動信号φTGAに従って所定のタイミングで各行ごとに同時にオンとされ、撮像用フォトダイオード41から撮像用信号となるべき電荷をFD44に転送する。   The gate electrode of the first transfer transistor 45 is commonly connected to each pixel row, and the drive signal φTGA is supplied from the vertical scanning circuit 21 through the drive wiring 23. The first transfer transistor 45 is simultaneously turned on for each row at a predetermined timing in accordance with the drive signal φTGA, and transfers charges to be an imaging signal from the imaging photodiode 41 to the FD 44.

第2の転送トランジスタ46のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて垂直走査回路21から駆動配線23を介して駆動信号φTGBが供給される。第2の転送トランジスタ46は、この駆動信号φTGBに従って所定のタイミングで各行ごとに同時にオンとされ、第1の焦点検出用フォトダイオード42から第1の焦点検出用信号となるべき電荷をFD44に転送する。   The gate electrode of the second transfer transistor 46 is commonly connected to each pixel row, and a drive signal φTGB is supplied from the vertical scanning circuit 21 through the drive wiring 23. The second transfer transistor 46 is turned on simultaneously for each row at a predetermined timing in accordance with the drive signal φTGB, and transfers the charge to be the first focus detection signal from the first focus detection photodiode 42 to the FD 44. To do.

第3の転送トランジスタ47のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて垂直走査回路21から駆動配線23を介して駆動信号φTGCが供給される。第3の転送トランジスタ47は、この駆動信号φTGCに従って所定のタイミングで各行ごとに同時にオンとされ、第2の焦点検出用フォトダイオード43から第2の焦点検出用信号となるべき電荷をFD44に転送する。   The gate electrode of the third transfer transistor 47 is commonly connected to each pixel row, and the drive signal φTGC is supplied from the vertical scanning circuit 21 through the drive wiring 23. The third transfer transistor 47 is simultaneously turned on for each row at a predetermined timing in accordance with the drive signal φTGC, and transfers the charge to be the second focus detection signal from the second focus detection photodiode 43 to the FD 44. To do.

選択トランジスタ50のゲート電極は、画素行ごとに共通接続されて垂直走査回路21から駆動配線23を介して駆動信号φSが供給される。FDリセットトランジスタ49のゲート電極は、画素行ごとに共通接続されて垂直走査回路21から駆動配線23を介して駆動信号φFDRが供給される。   The gate electrodes of the selection transistors 50 are commonly connected to each pixel row, and a drive signal φS is supplied from the vertical scanning circuit 21 via the drive wiring 23. The gate electrode of the FD reset transistor 49 is commonly connected to each pixel row, and the drive signal φFDR is supplied from the vertical scanning circuit 21 through the drive wiring 23.

なお、図6において、フォトダイオード41〜42の一方の端子及びFD44の一方の端子は、便宜的に接地として記載されている。しかし、実際は、後述する図10乃至図12から理解されるとおりP型のシリコン基板51の電位となる。   In FIG. 6, one terminal of the photodiodes 41 to 42 and one terminal of the FD 44 are described as ground for convenience. However, in reality, as will be understood from FIGS. 10 to 12 described later, the potential of the P-type silicon substrate 51 is obtained.

図7は、図1中の固体撮像素子3の青色の画素20B1の主な要素を模式的に示す概略平面図である。図8は、図1中の固体撮像素子3の青色の画素20B1の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図9は、図1中の固体撮像素子3の青色の画素20B1の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図10は、図7中のA−A’線に沿った概略断面図である。図11は、図7のB−B’線に沿った概略断面図である。図12は、図7中のC−C’線に沿った概略断面図である。   FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing main elements of the blue pixel 20B1 of the solid-state imaging device 3 in FIG. FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing some elements of the blue pixel 20B1 of the solid-state imaging device 3 in FIG. FIG. 9 is a schematic plan view schematically showing another part of the blue pixel 20B1 of the solid-state imaging device 3 in FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view along the line A-A ′ in FIG. 7. FIG. 11 is a schematic sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 7. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view along the line C-C ′ in FIG. 7.

なお、図7に示すように、互いに直交するX軸及びY軸を定義する。また、X軸方向のうち矢印の向きを+X方向又は+X側、その反対の向きを−X方向又は−X側と呼び、Y軸方向についても同様とする。XY平面と平行な平面が固体撮像素子3の撮像面(受光面)と一致している。X軸方向の並びを行、Y軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図7の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図についても同様である。   As shown in FIG. 7, an X axis and a Y axis that are orthogonal to each other are defined. The direction of the arrow in the X-axis direction is called the + X direction or + X side, and the opposite direction is called the -X direction or -X side, and the same applies to the Y-axis direction. A plane parallel to the XY plane coincides with the imaging surface (light receiving surface) of the solid-state imaging device 3. The arrangement in the X-axis direction is a row, and the arrangement in the Y-axis direction is a column. Incident light is incident from the front side of the drawing in FIG. These points are the same for the drawings described later.

図7において、第1の焦点検出用フォトダイオード42を構成する第1の焦点検出用電荷蓄積層53、及び、第2の焦点検出用フォトダイオード43を構成する第2の焦点検出用電荷蓄積層54を、透過して示している。図7では、駆動配線は省略され、画素内の内部配線73のみを示している。図7乃至図9において、Oはマイクロレンズ65の光軸を示している。   In FIG. 7, a first focus detection charge storage layer 53 constituting the first focus detection photodiode 42 and a second focus detection charge storage layer constituting the second focus detection photodiode 43. 54 is shown transparently. In FIG. 7, the drive wiring is omitted, and only the internal wiring 73 in the pixel is shown. 7 to 9, O represents the optical axis of the microlens 65.

図8は、主に、撮像用フォトダイオード41を構成する撮像用電荷蓄積層52を示している。理解を容易にするため、図8には、FD44の一部を構成するN型拡散層71と、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54の電荷をそれぞれ導く導電路の一部をそれぞれ構成し基板51の表面に現れる拡散部55,56も、示している。また、図8には、破線によって後述する分離層57も示している。   FIG. 8 mainly shows the imaging charge storage layer 52 constituting the imaging photodiode 41. For ease of understanding, FIG. 8 shows one of the conductive paths for guiding charges of the N-type diffusion layer 71 constituting a part of the FD 44 and the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54, respectively. Also shown are diffusion portions 55 and 56 that constitute the respective portions and appear on the surface of the substrate 51. FIG. 8 also shows a separation layer 57 described later by a broken line.

図9は、主に、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54を示している。図9には、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54の電荷をそれぞれ導く導電路の他の一部をそれぞれ構成する深い拡散部58,59も示している。   FIG. 9 mainly shows the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54. FIG. 9 also shows deep diffusion portions 58 and 59 that respectively constitute other parts of the conductive paths that guide the charges of the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54, respectively.

図11では、基板51上の主要な要素(すなわち、基板51上に形成された層間絶縁膜61、当該画素の有効受光領域に開口62aを有する遮光膜を兼ねる配線層62、平坦化層63,64及びマイクロレンズ65)も示しているが、図10及び図12ではそれらの図示は省略している。画素20B1に対して1対1にマイクロレンズ65が設けられている。遮光膜を兼ねる配線層62は、マイクロレンズ65の略焦点面に配置されている。FD44、深い拡散部58,59及び表面に現れる拡散部55,56の領域は、配線層62で遮光されている。なお、図11では、層間絶縁膜61中に配置される他の配線層等の図示は省略している。   In FIG. 11, main elements on the substrate 51 (that is, an interlayer insulating film 61 formed on the substrate 51, a wiring layer 62 also serving as a light shielding film having an opening 62a in the effective light receiving region of the pixel, a planarizing layer 63, 64 and microlens 65) are also shown, but they are not shown in FIGS. Microlenses 65 are provided on a one-to-one basis with respect to the pixel 20B1. The wiring layer 62 that also serves as a light shielding film is disposed on a substantially focal plane of the microlens 65. The regions of the FD 44, the deep diffusion portions 58 and 59, and the diffusion portions 55 and 56 appearing on the surface are shielded from light by the wiring layer 62. In FIG. 11, illustration of other wiring layers and the like disposed in the interlayer insulating film 61 is omitted.

図10乃至図12に示すように、電荷蓄積層52〜54等を配置すべき第1の半導体層としてのP型のシリコン基板51に所望の不純物拡散がなされて、電荷蓄積層52〜54や各種トランジスタ等が配置されている。なお、N型のシリコン基板上にP型のウエル又はエピタキシャル層を設けて、P型のウエル又はエピタキシャル層を前記第1の半導体層とし、それに対して電荷蓄積層52〜54や各種トランジスタ等を配置してもよい。   As shown in FIG. 10 to FIG. 12, desired impurity diffusion is performed on the P-type silicon substrate 51 as the first semiconductor layer on which the charge storage layers 52 to 54 and the like are to be arranged, and the charge storage layers 52 to 54 and Various transistors and the like are arranged. A P-type well or epitaxial layer is provided on an N-type silicon substrate, and the P-type well or epitaxial layer is used as the first semiconductor layer. On the other hand, charge storage layers 52 to 54, various transistors, and the like are provided. You may arrange.

P型シリコン基板51に、撮像用フォトダイオード41の一部を構成するN型の撮像用電荷蓄積層52が配置されている。撮像用電荷蓄積層52は、N型不純物の拡散によって形成される。ここでは、撮像用フォトダイオード41は、一般的なPNフォトダイオードとしているが、これに限らず、撮像用電荷蓄積層52の基板表面側にP型の空乏化防止層を付加することで、埋め込みフォトダイオードとしても構わない。撮像用電荷蓄積層52は、入射光の青色波長成分が主として光電変換されて青色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。撮像用電荷蓄積層52の表面は、薄いシリコン酸化膜66によって覆われている。   An N-type imaging charge storage layer 52 constituting a part of the imaging photodiode 41 is disposed on the P-type silicon substrate 51. The imaging charge storage layer 52 is formed by diffusion of N-type impurities. Here, the imaging photodiode 41 is a general PN photodiode. However, the imaging photodiode 41 is not limited thereto, and the imaging photodiode 41 is embedded by adding a P-type depletion prevention layer to the substrate surface side of the imaging charge storage layer 52. A photodiode may also be used. The imaging charge accumulation layer 52 accumulates charges that are to be converted into a blue imaging signal by mainly photoelectrically converting the blue wavelength component of the incident light. The surface of the imaging charge storage layer 52 is covered with a thin silicon oxide film 66.

この青色の画素20B1には、図11に示すように、カラーフィルタは設けられていない。   As shown in FIG. 11, the blue pixel 20B1 is not provided with a color filter.

青色の波長帯はおよそ450nm程度であるが、青色の波長帯の光は、シリコン表面近くで光電変換される。シミュレーションによれば、青色の波長帯の光は、シリコン表面から1ミクロン程度で95%以上吸収され、1.5ミクロン程度で100%吸収される。したがって、青色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する撮像用電荷蓄積層52は、空乏層を加えてシリコン表面から1ミクロン〜1.5ミクロンの間の厚さとなるのが好ましい。ここでは、N型の撮像用電荷蓄積層52の厚さを例えば0.5ミクロンとする。   The blue wavelength band is about 450 nm, but light in the blue wavelength band is photoelectrically converted near the silicon surface. According to the simulation, light in the blue wavelength band is absorbed by 95% or more from the silicon surface at about 1 micron, and is absorbed by 100% at about 1.5 microns. Therefore, it is preferable that the imaging charge accumulation layer 52 for accumulating charges to be blue imaging signals has a thickness of 1 to 1.5 microns from the silicon surface by adding a depletion layer. Here, the thickness of the N-type imaging charge storage layer 52 is, for example, 0.5 microns.

撮像用電荷蓄積層52で蓄積された電荷は、ゲート電極74を有する第1の転送トランジスタ45がオンとなることによって、FD44に転送される。   The charges accumulated in the imaging charge accumulation layer 52 are transferred to the FD 44 when the first transfer transistor 45 having the gate electrode 74 is turned on.

また、P型シリコン基板51には、第1の焦点検出用フォトダイオード42の一部を構成するN型の第1の焦点検出用電荷蓄積層53、及び、第2の焦点検出用フォトダイオード43の一部を構成するN型の第2の焦点検出用電荷蓄積層54が配置されている。これらの電荷蓄積層53,54はいずれも、入射光の入射方向から見たときに少なくともその一部がP型シリコン基板51のP型領域を介して撮像用電荷蓄積層52と重なるように、配置されている。   The P-type silicon substrate 51 includes an N-type first focus detection charge storage layer 53 that constitutes a part of the first focus detection photodiode 42, and a second focus detection photodiode 43. An N-type second focus detection charge storage layer 54 that constitutes a part of the first focus detection layer 54 is disposed. Each of these charge storage layers 53 and 54 overlaps the imaging charge storage layer 52 via the P-type region of the P-type silicon substrate 51 when viewed from the incident direction of incident light. Has been placed.

本実施の形態では、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54は、撮像用電荷蓄積層52の奥側(撮像用電荷蓄積層52に対して深い側)に配置され、それらの深さ位置や厚さは互いに同じになっている。本実施の形態では、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54はマイクロレンズ65の光軸Oに対して対称的に配置され、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は光軸Oに対して+Y側に配置され、第2の焦点検出用電荷蓄積層54は光軸Oに対して−Y側に配置されている。これによって、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は、撮影レンズ2の射出瞳の中心から−Y側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第1の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。第2の焦点検出用電荷蓄積層54は、撮影レンズ2の射出瞳の中心から+Y側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第2の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54は、撮像用電荷蓄積層52では光電変換されずに透過された波長成分を光電変換する。このため、入射光を効率良く利用することが可能となる。なお、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54は、それらの深さ位置や厚さは互いに同じになっているので、入射光の同じ波長成分を光電変換した電荷を蓄積する。   In the present embodiment, the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 are arranged on the back side of the imaging charge storage layer 52 (the side deeper than the imaging charge storage layer 52), and these The depth position and thickness of each are the same. In the present embodiment, the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 are arranged symmetrically with respect to the optical axis O of the microlens 65, and the first focus detection charge storage layer 53 is light. The second focus detection charge storage layer 54 is arranged on the + Y side with respect to the axis O, and is arranged on the −Y side with respect to the optical axis O. As a result, the first focus detection charge accumulation layer 53 selectively and effectively receives the light beam from the exit pupil region decentered from the center of the exit pupil of the photographing lens 2 to the −Y side. Charges to be a focus detection signal are accumulated. The second focus detection charge storage layer 54 selectively and effectively receives a light beam from the exit pupil region decentered from the center of the exit pupil of the photographing lens 2 toward the + Y side, and receives a second focus detection signal. Accumulate charge to become. The first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 photoelectrically convert the wavelength components transmitted without being photoelectrically converted in the imaging charge storage layer 52. For this reason, incident light can be used efficiently. Since the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 have the same depth position and thickness, they store charges obtained by photoelectrically converting the same wavelength component of incident light. .

第1及び第2の電荷蓄積層53,54も、N型不純物の拡散により形成されている。ただし、第1及び第2の電荷蓄積層53,54は、シリコン基板51の表面から所定寸法の深さに高い精度で配置させることは必ずしも必要としない。第1及び第2の電荷蓄積層53,54を配置させる画素20B1において、その深さのばらつきが小さいなら、各々の信号を比較すれば焦点検出用信号として十分利用できるからである。ここでは、第1及び第2の電荷蓄積層53,54の上面を、シリコン基板51の表面からおよそ3ミクロンの位置に配置させている。しかし、これに限らない。第1及び第2の電荷蓄積層53,54の深さは、撮像用電荷蓄積層52と空乏層が接触せず、且つ、撮像用電荷蓄積層52が蓄積する電荷の光電変換元の青色波長成分とは異なる波長成分(例えば、赤色波長成分及び/又は緑色波長成分などの可視域の波長成分)が光電変換された電荷が蓄積される深さなら構わない。   The first and second charge storage layers 53 and 54 are also formed by diffusion of N-type impurities. However, it is not always necessary to dispose the first and second charge storage layers 53 and 54 at a predetermined depth from the surface of the silicon substrate 51 with high accuracy. This is because in the pixel 20B1 in which the first and second charge storage layers 53 and 54 are arranged, if the variation in depth is small, the signals can be sufficiently used as a focus detection signal by comparing the respective signals. Here, the upper surfaces of the first and second charge storage layers 53 and 54 are arranged at a position of about 3 microns from the surface of the silicon substrate 51. However, it is not limited to this. The depths of the first and second charge storage layers 53 and 54 are such that the imaging charge storage layer 52 and the depletion layer are not in contact with each other, and the blue wavelength of the photoelectric conversion source of charges stored in the imaging charge storage layer 52 A wavelength component different from the component (for example, a wavelength component in the visible range such as a red wavelength component and / or a green wavelength component) may have a depth at which charges obtained by photoelectric conversion are accumulated.

第1の焦点検出用電荷蓄積層53で蓄積された電荷は、N型の深い拡散部58を介してシリコン基板51の表面に設けられたN型の拡散部55に導かれる。表面の拡散部55に導かれた電荷は、ゲート電極75を有する第2の転送トランジスタ46がオンとなることによって、FD44に転送される。   The charges accumulated in the first focus detection charge accumulation layer 53 are guided to the N-type diffusion portion 55 provided on the surface of the silicon substrate 51 through the N-type deep diffusion portion 58. The charge introduced to the diffusion portion 55 on the surface is transferred to the FD 44 when the second transfer transistor 46 having the gate electrode 75 is turned on.

第2の焦点検出用電荷蓄積層54で蓄積された電荷は、N型の深い拡散部59を介してシリコン基板51の表面に設けられたN型の拡散部56に導かれる。表面の拡散部56に導かれた電荷は、ゲート電極76を有する第3の転送トランジスタ47がオンとなることによって、FD44に転送される。   The charges accumulated in the second focus detection charge accumulation layer 54 are guided to the N-type diffusion portion 56 provided on the surface of the silicon substrate 51 through the N-type deep diffusion portion 59. The charge guided to the diffusion portion 56 on the surface is transferred to the FD 44 when the third transfer transistor 47 having the gate electrode 76 is turned on.

本実施の形態では、撮像用電荷蓄積層52と第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54との間には、P型の不純物拡散層からなる分離層57が設けられている。分離層57の不純物濃度は、シリコン基板51の不純物濃度よりも高くなっている。分離層57は、例えば、シリコン基板51の表面から1.5ミクロンの深さに設けられる。この分離層57によって、分離層57よりも表面側で発生する電荷は撮像用電荷蓄積層52に捕捉され、分離層57よりも裏面側で発生する電荷は第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54に捕捉される。したがって、撮像用電荷蓄積層52が青色波長成分以外の波長成分により発生する電荷を捕捉してしまうことが、更に低減されるので、好ましい。もっとも、分離層57は必ずしも設ける必要はない。   In the present embodiment, a separation layer 57 made of a P-type impurity diffusion layer is provided between the imaging charge storage layer 52 and the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54. . The impurity concentration of the isolation layer 57 is higher than the impurity concentration of the silicon substrate 51. For example, the separation layer 57 is provided at a depth of 1.5 microns from the surface of the silicon substrate 51. By this separation layer 57, the charge generated on the front surface side from the separation layer 57 is captured by the imaging charge storage layer 52, and the charge generated on the back surface side from the separation layer 57 is the first and second focus detection charges. It is captured by the accumulation layers 53 and 54. Therefore, it is preferable that the imaging charge storage layer 52 captures charges generated by wavelength components other than the blue wavelength component, since this is further reduced. However, the separation layer 57 is not necessarily provided.

前述したように、第1乃至第3の転送トランジスタ45〜47のいずれかがオンとされると、フォトダイオード41〜43の電荷蓄積層52〜54のうちの対応する電荷蓄積層の電荷がFD44に転送される。   As described above, when any of the first to third transfer transistors 45 to 47 is turned on, the charge of the corresponding charge storage layer among the charge storage layers 52 to 54 of the photodiodes 41 to 43 is changed to the FD 44. Forwarded to

FD44は、互いに分離してシリコン基板51に形成された2つのN型拡散層71,72を有し、これらのN型拡散層71,72を配線73で電気的に接続することで、実質的に1つのフローティングディフュージョンとして構成されている。   The FD 44 has two N-type diffusion layers 71 and 72 formed on the silicon substrate 51 so as to be separated from each other, and the N-type diffusion layers 71 and 72 are electrically connected by a wiring 73 to substantially Are configured as one floating diffusion.

撮像用電荷蓄積層52とFD部44のN型拡散層71との間の上には、薄いシリコン酸化膜66を介してゲート電極74が形成されている。第1の転送トランジスタ45は、ゲート電極74をゲートとするとともに撮像用電荷蓄積層52及びFD部44のN型拡散層71をソース又はドレインとするMOSトランジスタとして構成されている。   A gate electrode 74 is formed between the imaging charge storage layer 52 and the N-type diffusion layer 71 of the FD portion 44 via a thin silicon oxide film 66. The first transfer transistor 45 is configured as a MOS transistor having the gate electrode 74 as a gate and the imaging charge storage layer 52 and the N-type diffusion layer 71 of the FD portion 44 as a source or a drain.

表面のN型拡散部55とFD部44のN型拡散層71との間の上には、薄いシリコン酸化膜66を介してゲート電極75が形成されている。第2の転送トランジスタ46は、ゲート電極75をゲートとするとともにN型拡散部55及びFD部44のN型拡散層71をソース又はドレインとするMOSトランジスタとして構成されている。   A gate electrode 75 is formed on the surface between the N-type diffusion portion 55 and the N-type diffusion layer 71 of the FD portion 44 via a thin silicon oxide film 66. The second transfer transistor 46 is configured as a MOS transistor having the gate electrode 75 as a gate and the N-type diffusion layer 55 of the N-type diffusion portion 55 and the FD portion 44 as a source or drain.

表面のN型拡散部56とFD部44のN型拡散層71との間の上には、薄いシリコン酸化膜66を介してゲート電極76が形成されている。第3の転送トランジスタ47は、ゲート電極76をゲートとするとともにN型拡散部56及びFD部44のN型拡散層71をソース又はドレインとするMOSトランジスタとして構成されている。   A gate electrode 76 is formed on the surface between the N-type diffusion portion 56 and the N-type diffusion layer 71 of the FD portion 44 via a thin silicon oxide film 66. The third transfer transistor 47 is configured as a MOS transistor having the gate electrode 76 as a gate and the N-type diffusion layer 56 of the N-type diffusion portion 56 and the FD portion 44 as a source or drain.

また、シリコン基板51には、図10に示すように、図7中のA−A’線に沿って、N型拡散層72の他に、N型拡散層81,82,83がシリコン基板51に形成されている。N型拡散層81は、図示しない配線により電源VDDに接続されている。N型拡散層81とN型拡散層82との間の上には、薄いシリコン酸化膜66を介してゲート電極85が形成されている。画素アンプ48は、ゲート電極85をゲートとするとともにN型拡散層81,82をソース又はドレインとするMOSトランジスタとして構成されている。なお、ゲート電極85は、配線73によって、FD44(N型拡散層71,72)と電気的に接続されている。   As shown in FIG. 10, the silicon substrate 51 includes N-type diffusion layers 81, 82, and 83 in addition to the N-type diffusion layer 72 along the line AA ′ in FIG. 7. Is formed. The N-type diffusion layer 81 is connected to the power supply VDD by a wiring (not shown). A gate electrode 85 is formed between the N-type diffusion layer 81 and the N-type diffusion layer 82 via a thin silicon oxide film 66. The pixel amplifier 48 is configured as a MOS transistor having the gate electrode 85 as a gate and the N-type diffusion layers 81 and 82 as sources or drains. Note that the gate electrode 85 is electrically connected to the FD 44 (N-type diffusion layers 71 and 72) by a wiring 73.

N型拡散層82とN型拡散層83との間の上には、薄いシリコン酸化膜66を介してゲート電極86が配置されている。選択トランジスタ50は、ゲート電極86をゲートとするとともにN型拡散層82,83をソース又はドレインとするMOSトランジスタとして構成されている。   A gate electrode 86 is disposed between the N-type diffusion layer 82 and the N-type diffusion layer 83 via a thin silicon oxide film 66. The selection transistor 50 is configured as a MOS transistor having the gate electrode 86 as a gate and the N-type diffusion layers 82 and 83 as sources or drains.

また、FD44のN型拡散層72とN型拡散層81との間の上には、薄いシリコン酸化膜66を介してゲート電極84が配置されている。FDリセットトランジスタ49は、ゲート電極84をゲートとするとともにN型拡散層72及びN型拡散層81をソース又はドレインとするMOSトランジスタとして構成されている。   A gate electrode 84 is disposed on the FD 44 between the N-type diffusion layer 72 and the N-type diffusion layer 81 via a thin silicon oxide film 66. The FD reset transistor 49 is configured as a MOS transistor having the gate electrode 84 as a gate and the N-type diffusion layer 72 and the N-type diffusion layer 81 as a source or drain.

なお、フィールド部分には、各素子を分離する分離領域として、LOCOSによる厚い酸化膜67と、その下にP型の分離拡散部68が設けられている。   In the field portion, a thick oxide film 67 made of LOCOS is provided as an isolation region for isolating each element, and a P-type isolation diffusion portion 68 is provided therebelow.

以上、青色の画素20B1の構成について説明した。青色の画素20B1では、前述したマイクロレンズ65、撮像用電荷蓄積層52並びに第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54の平面視での位置関係は、図7よりも更に抽象化して示すと、図13に示す通りである。   The configuration of the blue pixel 20B1 has been described above. In the blue pixel 20B1, the positional relationship in plan view of the microlens 65, the imaging charge storage layer 52, and the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 described above is further abstracted than in FIG. This is as shown in FIG.

なお、製造時においては、例えば、P型のシリコン基板51上に薄いシリコン酸化膜を形成する。次に、シリコン基板51の所定領域にリンイオン等を複数回打ち込んで深い拡散部58,59を形成する。次いで、リンイオン等を打ち込んで第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54を形成する。さらに、ボロンイオン等を打ち込んで分離層57を形成する。その後、ボロンイオン等を打ち込んで分離拡散部68を形成した後に、LOCOSにより厚い酸化膜67を形成する。次に、リンイオン等を打ち込んで、撮像用電荷蓄積層52や表面の拡散部55等を形成する。各イオンの注入条件等を適宜設定することで、前述した青色の画素20B1を得ることができる。   At the time of manufacturing, for example, a thin silicon oxide film is formed on the P-type silicon substrate 51. Next, deep diffusion portions 58 and 59 are formed by implanting phosphorus ions or the like into a predetermined region of the silicon substrate 51 a plurality of times. Next, phosphorus ions and the like are implanted to form first and second focus detection charge storage layers 53 and 54. Further, the separation layer 57 is formed by implanting boron ions or the like. Thereafter, boron ions or the like are implanted to form the separation diffusion portion 68, and then a thick oxide film 67 is formed by LOCOS. Next, phosphorus ion or the like is implanted to form the imaging charge storage layer 52, the surface diffusion portion 55, and the like. The blue pixel 20B1 described above can be obtained by appropriately setting the ion implantation conditions and the like.

次に、図1中の固体撮像素子3の青色の画素20B2(図5参照)について説明する。図14は、青色の画素20B2における撮像用電荷蓄積層52並びに第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54の平面視での位置関係を示す図であり、図13に対応している。図14において、図13中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   Next, the blue pixel 20B2 (see FIG. 5) of the solid-state imaging device 3 in FIG. 1 will be described. FIG. 14 is a diagram showing the positional relationship in plan view of the imaging charge storage layer 52 and the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 in the blue pixel 20B2, and corresponds to FIG. Yes. 14, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 13 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

青色の画素20B2が青色の画素20B1と異なる所は、青色の画素20B1では、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は光軸Oに対して+Y側に配置されるとともに、第2の焦点検出用電荷蓄積層54は光軸Oに対して−Y側に配置されているのに対し、青色の画素20B2では、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は光軸Oに対して−X側に配置されるとともに、第2の焦点検出用電荷蓄積層54は光軸Oに対して+X側に配置されている点と、これに伴って、図面には示していないが、各トランジスタ等の配置が変更されている点のみである。   The blue pixel 20B2 is different from the blue pixel 20B1 in that the first focus detection charge storage layer 53 is disposed on the + Y side with respect to the optical axis O and the second focus detection is performed in the blue pixel 20B1. Whereas the charge storage layer 54 is disposed on the −Y side with respect to the optical axis O, in the blue pixel 20B2, the first focus detection charge storage layer 53 is on the −X side with respect to the optical axis O. And the second focus detection charge storage layer 54 is arranged on the + X side with respect to the optical axis O. Accordingly, although not shown in the drawing, each transistor, etc. It is only the point that arrangement has changed.

したがって、青色の画素20B2では、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は、撮影レンズ2の射出瞳の中心から+X側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第1の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。第2の焦点検出用電荷蓄積層54は、撮影レンズ2の射出瞳の中心から−X側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第2の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。   Therefore, in the blue pixel 20B2, the first focus detection charge accumulation layer 53 selectively and effectively receives the light beam from the exit pupil region decentered from the center of the exit pupil of the photographing lens 2 to the + X side. The electric charge to be the first focus detection signal is accumulated. The second focus detection charge storage layer 54 selectively and effectively receives a light beam from the exit pupil region decentered to the −X side from the center of the exit pupil of the photographic lens 2, for the second focus detection. Accumulate charge to be a signal.

次に、図1中の固体撮像素子3の赤色の画素20R及び緑色の画素20G(図4及び図5参照)について説明する。   Next, the red pixel 20R and the green pixel 20G (see FIGS. 4 and 5) of the solid-state imaging device 3 in FIG. 1 will be described.

図15は、赤色の画素20R及び緑色の画素20Gを示す回路図であり、図6に対応している。図16は、赤色の画素20R及び緑色の画素20Gを示す概略断面図であり、図11に対応している。図15及び図16において、図5及び図11中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 15 is a circuit diagram showing the red pixel 20R and the green pixel 20G, and corresponds to FIG. FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the red pixel 20R and the green pixel 20G, and corresponds to FIG. 15 and 16, the same or corresponding elements as those in FIGS. 5 and 11 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

赤色の画素20Rが青色の画素20B1と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、図15及び図16に示すように、赤色の画素20Rには、青色の画素20B1で設けられていた第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43並びに第1及び第2の転送トランジスタは、設けられていない。これに伴い、赤色の画素20Rには、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54、分離層57、表面の拡散部55,56、深い拡散部58,59も設けられていない。   The red pixel 20R is different from the blue pixel 20B1 only in the points described below. In the present embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the red pixel 20R includes the first and second focus detection photodiodes 42 and 43 provided in the blue pixel 20B1, and the first and second focus detection photodiodes 42B and 43. The second transfer transistor is not provided. Accordingly, the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54, the separation layer 57, the surface diffusion portions 55 and 56, and the deep diffusion portions 58 and 59 are not provided in the red pixel 20R. .

赤色の画素20Rでは、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54並びに分離層57が設けられていないことによって、入射光の赤色波長成分のみならず青色波長成分及び緑色波長成分も撮像用フォトダイオード41に入射するとすれば、撮像用フォトダイオード41は赤色、青色及び緑色の波長成分も光電変換することになり、撮像用電荷蓄積層52にはこれらの成分による電荷が蓄積することになる。しかしながら、赤色の画素20Rには、図16に示すように、平坦化層63,64間に赤色波長成分を選択的に透過させる赤色カラーフィルタ88Rが設けられている。したがって、赤色の画素20Rでは、入射光の赤色波長成分のみしか入射しない。このため、赤色の画素20Rでは、撮像用フォトダイオード41は、入射光の赤色波長成分を主として光電変換して赤色の撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部となり、撮像用フォトダイオード41を構成する撮像用電荷蓄積層52は、入射光の青色波長成分が主として光電変換されて青色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。   Since the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 and the separation layer 57 are not provided in the red pixel 20R, not only the red wavelength component but also the blue wavelength component and the green wavelength component of the incident light are provided. If incident on the imaging photodiode 41, the imaging photodiode 41 also photoelectrically converts red, blue, and green wavelength components, and the imaging charge storage layer 52 accumulates charges from these components. become. However, the red pixel 20R is provided with a red color filter 88R that selectively transmits a red wavelength component between the planarization layers 63 and 64, as shown in FIG. Therefore, only the red wavelength component of the incident light is incident on the red pixel 20R. For this reason, in the red pixel 20R, the imaging photodiode 41 is an imaging photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts the red wavelength component of incident light to obtain a charge to be a red imaging signal, and the imaging photodiode 41 The imaging charge storage layer 52 constituting 41 stores the charge to be converted into a blue imaging signal by mainly photoelectrically converting the blue wavelength component of the incident light.

緑色の画素20Gは、緑色波長成分を選択的に透過させる緑色カラーフィルタ88Gが赤色カラーフィルタ88Rの代わりに設けられている点を除き、赤色の画素20Rと同一に構成されている。   The green pixel 20G has the same configuration as the red pixel 20R except that a green color filter 88G that selectively transmits a green wavelength component is provided instead of the red color filter 88R.

このように、本実施の形態では、画素20R及び画素20Gは、従来の通常の固体撮像素子において用いられている赤色の画素及び緑色の画素とそれぞれ同様に構成されている。もっとも、画素20R及び画素20Gの構成は、このような構成に限定されるものではない。   As described above, in the present embodiment, the pixel 20R and the pixel 20G are configured in the same manner as the red pixel and the green pixel used in the conventional normal solid-state imaging device, respectively. However, the configuration of the pixel 20R and the pixel 20G is not limited to such a configuration.

次に、固体撮像素子3の駆動手順の各例について、図17乃至図19を参照して説明する。   Next, each example of the driving procedure of the solid-state imaging device 3 will be described with reference to FIGS. 17 to 19.

図17は、焦点検出モード(固体撮像素子3から焦点検出用信号を読み出すが撮像用信号は読み出さない動作モード)時の固体撮像素子3の駆動手順を示すタイミングチャートである。図18は、撮像モード(固体撮像素子3から撮像用信号を読み出すが焦点検出用信号は読み出さない動作モード)時の固体撮像素子3の駆動手順を示すタイミングチャートである。図19は、焦点検出・撮像の同時モード(固体撮像素子3から撮像用信号を読み出しながら焦点検出用信号も読み出して両信号を実質的に同時に読み出す動作モード)時の固体撮像素子3の駆動手順を示すタイミングチャートである。なお、各画素に含まれるトランジスタはNMOSトランジスタであり、ハイレベル(ハイ)の駆動信号を受けてオン状態とされる。   FIG. 17 is a timing chart showing a driving procedure of the solid-state image sensor 3 in the focus detection mode (an operation mode in which a focus detection signal is read out from the solid-state image sensor 3 but no image pickup signal is read out). FIG. 18 is a timing chart showing the driving procedure of the solid-state image sensor 3 in the image-capturing mode (an operation mode in which the image-capturing signal is read from the solid-state image sensor 3 but the focus detection signal is not read). FIG. 19 shows a driving procedure of the solid-state image pickup device 3 in the simultaneous focus detection / imaging mode (operation mode in which the focus detection signal is read out while reading out the image pickup signal from the solid-state image pickup device 3). It is a timing chart which shows. Note that a transistor included in each pixel is an NMOS transistor, and is turned on in response to a high level (high) driving signal.

最初に、図17を参照して焦点検出モード時の駆動手順を説明する。なお、全行において、φSがハイにされて行選択されている期間以外は、φFDRはハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44がリセットされている。もっとも、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な期間だけφFDRをハイにしてもよい。   First, a driving procedure in the focus detection mode will be described with reference to FIG. In all rows, φFDR is set high, the FD reset transistor 49 is turned on, and the FD 44 is reset except during a period when φS is set high and a row is selected. However, the present invention is not necessarily limited to this, and φFDR may be made high only for a necessary period.

まず、時刻t1から時刻t2までの期間において、n行目のφTGB(n)がハイにされて第2の転送トランジスタ46がオンにされ、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42がリセットされる。時刻t2から、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42の露光時間が開始する。   First, in the period from time t1 to time t2, φTGB (n) in the n-th row is set high, the second transfer transistor 46 is turned on, and the first focus detection photodiode 42 in the n-th row is turned on. Reset. From time t2, the exposure time of the first focus detection photodiode 42 in the n-th row starts.

次いで、時刻t3から時刻t4までの期間において、φTGC(n)がハイにされて第3の転送トランジスタ47がオンにされ、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43がリセットされる。時刻t4から、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43の露光時間が開始する。   Next, in a period from time t3 to time t4, φTGC (n) is set high, the third transfer transistor 47 is turned on, and the second focus detection photodiode 43 in the n-th row is reset. From time t4, the exposure time of the second focus detection photodiode 43 in the n-th row starts.

その後、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42の露光時間が終了する時刻t6の直前の時刻t5において、φFDR(n)がローにされてn行目のFDリセットトランジスタ49がオフにされFD44のリセットが終了するとともに、φS(n)がハイにされてn行目の選択トランジスタ50がオンにされ、n行目の行選択が開始され、n行目の画素アンプ48によるソースフォロワ読み出しが開始される。時刻t5から時刻t6までの間に、n行目のダークレベル(FD44の前記リセット状態に対応してn行目の画素アンプ48から出力される信号)が、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプ(保存)される。   Thereafter, at time t5 immediately before the time t6 when the exposure time of the first focus detection photodiode 42 in the n-th row ends, φFDR (n) is set low and the FD reset transistor 49 in the n-th row is turned off. When the reset of the FD 44 is completed, φS (n) is set high, the n-th row selection transistor 50 is turned on, the n-th row selection is started, and the source follower by the n-th row pixel amplifier 48 is started. Reading is started. Between time t5 and time t6, the dark level of the nth row (a signal output from the pixel amplifier 48 of the nth row corresponding to the reset state of the FD 44) is transmitted from the pixel amplifier 48 to the vertical signal line 25. And is clamped (stored) in the CDS circuit 27.

次に、時刻t6において、φTGB(n)がハイにされてn行目の第2の転送トランジスタ46がオンにされる。これにより、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42に蓄積されている電荷はFD44に転送され、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42の露光時間が終了する。FD44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされ、CDS回路27によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ2の射出瞳の一方に偏心した領域からの光束に基づく第1の焦点検出用信号となる。時刻t7において、φTGB(n)がローにされてn行目の第2の転送トランジスタ46がオフにされる。そして、これらのn行目の第1の焦点検出用信号は、水平走査回路22の駆動信号によって水平信号線28及び出力アンプ29を介して、外部に出力される。   Next, at time t6, φTGB (n) is set high, and the second transfer transistor 46 in the n-th row is turned on. As a result, the charge accumulated in the first focus detection photodiode 42 in the n-th row is transferred to the FD 44, and the exposure time of the first focus detection photodiode 42 in the n-th row is completed. The potential fluctuation due to the charge transferred to the FD 44 is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 through the vertical signal line 25, and the CDS circuit 27 acquires a difference signal between this signal and the previous dark level. This signal becomes the first focus detection signal based on the light beam from the region decentered to one of the exit pupils of the photographing lens 2. At time t7, φTGB (n) is set to low, and the second transfer transistor 46 in the n-th row is turned off. These first focus detection signals in the n-th row are output to the outside via the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

次いで、CDS回路27がリセットされた後、時刻t8において、再びφFDR(n)がハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44がリセットされる。その後、時刻t9において、φFDR(n)がローにされてn行目のFDリセットトランジスタ49がオフにされ、FD44のリセットが終了する。時刻t9から時刻t10までの間に、n行目のダークレベルが、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。   Next, after the CDS circuit 27 is reset, at time t8, φFDR (n) is set high again, the FD reset transistor 49 is turned on, and the FD 44 is reset. Thereafter, at time t9, φFDR (n) is set low, the n-th row FD reset transistor 49 is turned off, and the reset of the FD 44 is completed. From time t9 to time t10, the dark level of the nth row is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 via the vertical signal line 25.

次に、時刻t10において、φTGC(n)がハイにされて第3の転送トランジスタ47がオンにされる。これにより、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43に蓄積されている電荷はFD44に転送され、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43の露光時間が終了する。FD44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされ、CDS回路27によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ2の射出瞳の他方に偏心した領域からの光束に基づく第2の焦点検出用信号となる。時刻t11において、φTGC(n)がローにされてn行目の第3の転送トランジスタ47がオフにされる。そして、これらのn行目の第2の焦点検出用信号は、水平走査回路22の駆動信号によって水平信号線28及び出力アンプ29を介して、外部に出力される。   Next, at time t10, φTGC (n) is set high and the third transfer transistor 47 is turned on. As a result, the electric charge accumulated in the second focus detection photodiode 43 in the n-th row is transferred to the FD 44, and the exposure time of the second focus detection photodiode 43 in the n-th row ends. The potential fluctuation due to the charge transferred to the FD 44 is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 through the vertical signal line 25, and the CDS circuit 27 acquires a difference signal between this signal and the previous dark level. This signal becomes the second focus detection signal based on the light beam from the region decentered to the other exit pupil of the photographing lens 2. At time t11, φTGC (n) is set low, and the third transfer transistor 47 in the n-th row is turned off. These second focus detection signals in the n-th row are output to the outside via the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

その後、時刻t12において、φFDR(n)がハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44のリセットが開始されるとともに、φS(n)がローにされてn行目の選択トランジスタ50がオフにされ、n行目の行選択が終了される。   Thereafter, at time t12, φFDR (n) is set to high to turn on the FD reset transistor 49, and resetting of the FD 44 is started, and φS (n) is set to low to select the n-th row selection transistor 50. It is turned off and the row selection for the nth row is completed.

図17に示すように、φTGA(n)は常にローのままとされて、第1の転送トランジスタ45はオフのままとされる。したがって、撮像用フォトダイオード41の電荷に基づく撮像用信号の読み出しは行われない。   As shown in FIG. 17, φTGA (n) is always kept low, and the first transfer transistor 45 is kept off. Therefore, reading of the imaging signal based on the charge of the imaging photodiode 41 is not performed.

次に、水平帰線期間を経て次の(n+1)行目の選択動作へと移行する。(n+1)行目もn行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、焦点検出モードを終了する。なお、撮像用電荷蓄積層52からのオーバーフローを嫌うなら、時刻t1から時刻t5までの期間においてφTGA(n)をハイにしてもよい。   Next, the operation proceeds to the selection operation of the next (n + 1) th row through the horizontal blanking period. Since the operation similar to that of the nth row is repeated for the (n + 1) th row, the description thereof is omitted here. In this way, when signals are read from all rows, the focus detection mode is terminated. Note that if an overflow from the charge storage layer 52 for imaging is disliked, φTGA (n) may be set high during the period from time t1 to time t5.

次に、図18を参照して撮像モード時の駆動手順を説明する。なお、全行において、φSがハイにされて行選択されている期間以外は、φFDRはハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44がリセットされている。もっとも、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な期間だけφFDRをハイにしてもよい。   Next, a driving procedure in the imaging mode will be described with reference to FIG. In all rows, φFDR is set high, the FD reset transistor 49 is turned on, and the FD 44 is reset except during a period when φS is set high and a row is selected. However, the present invention is not necessarily limited to this, and φFDR may be made high only for a necessary period.

まず、時刻t21において、n行目のφTGA(n)、φTGB(n)及びφTGC(n)がハイにされ、n行目の撮像用フォトダイオード41並びに第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43がすべてオンにされ、これらのフォトダイオード41,42,43がリセットされる。   First, at time t21, φTGA (n), φTGB (n), and φTGC (n) in the n-th row are set high, and the imaging photodiode 41 and the first and second focus detection photodiodes in the n-th row. 42 and 43 are all turned on, and these photodiodes 41, 42 and 43 are reset.

次いで、時刻t22において、φTGA(n)がローにされて第1の転送トランジスタ45がオフにされ、撮像用フォトダイオード41の露光時間が開始する。時刻t23まで、φTGB(n)及びφTGC(n)はハイのままとされ、第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43はリセットされ続ける。もっとも、φTGB(n)及びφTGC(n)は、時刻t22でローにしてもよいし、あるいは、常にローのままとしてもよい。   Next, at time t22, φTGA (n) is set low, the first transfer transistor 45 is turned off, and the exposure time of the imaging photodiode 41 starts. Until time t23, φTGB (n) and φTGC (n) remain high, and the first and second focus detection photodiodes 42 and 43 continue to be reset. However, φTGB (n) and φTGC (n) may be low at time t22, or may remain low at all times.

次いで、時刻t23において、φTGB(n)、φTGC(n)及びφFDR(n)がローにされて、第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43及びFD44のリセットが終了されるとともに、φS(n)がハイにされてn行目の選択トランジスタ50がオンにされ、n行目の行選択が開始され、n行目の画素アンプ48によるソースフォロワ読み出しが開始される。時刻t23から時刻t24までの間に、n行目のダークレベル(FD44の前記リセット状態に対応してn行目の画素アンプ48から出力される信号)が、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。   Next, at time t23, φTGB (n), φTGC (n), and φFDR (n) are set to low, and resetting of the first and second focus detection photodiodes 42, 43 and FD 44 is completed. φS (n) is set to high to turn on the selection transistor 50 in the n-th row, the row selection in the n-th row is started, and the source follower reading by the pixel amplifier 48 in the n-th row is started. Between time t23 and time t24, the dark level of the nth row (a signal output from the pixel amplifier 48 of the nth row corresponding to the reset state of the FD 44) is transmitted from the pixel amplifier 48 to the vertical signal line 25. To the CDS circuit 27.

次に、時刻t24において、φTGA(n)がハイにされてn行目の第1の転送トランジスタ45がオンにされる。これにより、n行目の撮像用フォトダイオード41に蓄積されている電荷はFD44に転送され、n行目の撮像用フォトダイオード41の露光時間が終了する。FD44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされ、CDS回路27によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮像用信号となる。時刻t25において、φTGA(n)がローにされてn行目の第1の転送トランジスタ45がオフにされる。そして、これらのn行目の撮像用信号は、水平走査回路22の駆動信号によって水平信号線28及び出力アンプ29を介して、外部に出力される。   Next, at time t24, φTGA (n) is set high, and the first transfer transistor 45 in the n-th row is turned on. As a result, the charges accumulated in the n-th imaging photodiode 41 are transferred to the FD 44, and the exposure time of the n-th imaging photodiode 41 ends. The potential fluctuation due to the charge transferred to the FD 44 is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 through the vertical signal line 25, and the CDS circuit 27 acquires a difference signal between this signal and the previous dark level. This signal becomes an imaging signal. At time t25, φTGA (n) is set low and the first transfer transistor 45 in the n-th row is turned off. These n-th row image pickup signals are output to the outside via the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

その後、時刻t26において、φFDR(n)がハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44のリセットが開始されるとともに、φS(n)がローにされてn行目の選択トランジスタ50がオフにされ、n行目の行選択が終了される。   Thereafter, at time t26, φFDR (n) is set to high to turn on the FD reset transistor 49, and resetting of the FD 44 is started, and φS (n) is set to low to select the n-th row selection transistor 50. It is turned off and the row selection for the nth row is completed.

図18に示すように、φTGB(n)及びφTGC(n)は、φFDR(n)がローでかつφSがハイの期間(時刻t23から時刻26までの期間)において、ローのままとされている。したがって、第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43の電荷に基づく第1及び第2の焦点検出用信号の読み出しは行われない。   As shown in FIG. 18, φTGB (n) and φTGC (n) are kept low during a period in which φFDR (n) is low and φS is high (period from time t23 to time 26). . Therefore, reading of the first and second focus detection signals based on the charges of the first and second focus detection photodiodes 42 and 43 is not performed.

次に、水平帰線期間を経て次の(n+1)行目の選択動作へと移行する。(n+1)行目もn行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、撮像モードを終了する。   Next, the operation proceeds to the selection operation of the next (n + 1) th row through the horizontal blanking period. Since the operation similar to that of the nth row is repeated for the (n + 1) th row, the description thereof is omitted here. In this way, when signals are read from all rows, the imaging mode is terminated.

次に、図19を参照して焦点検出・撮像の同時モード時の駆動手順を説明する。なお、全行において、φSがハイにされて行選択されている期間以外は、φFDRはハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44がリセットされている。もっとも、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な期間だけφFDRをハイにしてもよい。   Next, a driving procedure in the simultaneous focus detection / imaging mode will be described with reference to FIG. In all rows, φFDR is set high, the FD reset transistor 49 is turned on, and the FD 44 is reset except during a period when φS is set high and a row is selected. However, the present invention is not necessarily limited to this, and φFDR may be made high only for a necessary period.

まず、時刻t31から時刻t32までの期間において、n行目のφTGA(n)がハイにされて第1の転送トランジスタ45がオンにされ、n行目の撮像用フォトダイオード41がリセットされる。時刻t32から、n行目の撮像用フォトダイオード41の露光時間が開始する。   First, in a period from time t31 to time t32, φTGA (n) in the n-th row is set to high, the first transfer transistor 45 is turned on, and the imaging photodiode 41 in the n-th row is reset. From time t32, the exposure time of the imaging photodiode 41 in the n-th row starts.

次いで、時刻t33から時刻t34までの期間において、n行目のφTGB(n)がハイにされて第2の転送トランジスタ46がオンにされ、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42がリセットされる。時刻t4から、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42の露光時間が開始する。   Next, in the period from time t33 to time t34, φTGB (n) in the n-th row is set high, the second transfer transistor 46 is turned on, and the first focus detection photodiode 42 in the n-th row is turned on. Reset. From time t4, the exposure time of the first focus detection photodiode 42 in the n-th row starts.

次に、時刻t35から時刻t36までの期間において、φTGC(n)がハイにされて第3の転送トランジスタ47がオンにされ、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43がリセットされる。時刻t36から、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43の露光時間が開始する。   Next, in a period from time t35 to time t36, φTGC (n) is set high, the third transfer transistor 47 is turned on, and the second focus detection photodiode 43 in the n-th row is reset. . From time t36, the exposure time of the second focus detection photodiode 43 in the n-th row starts.

その後、n行目の撮像用フォトダイオード41の露光時間が終了する時刻t38の直前の時刻t37において、φFDR(n)がローにされてn行目のFDリセットトランジスタ49がオフにされFD44のリセットが終了するとともに、φS(n)がハイにされてn行目の選択トランジスタ50がオンにされ、n行目の行選択が開始され、n行目の画素アンプ48によるソースフォロワ読み出しが開始される。時刻t37から時刻t38までの間に、n行目のダークレベル(FD44の前記リセット状態に対応してn行目の画素アンプ48から出力される信号)が、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。   After that, at time t37 immediately before time t38 when the exposure time of the n-th imaging photodiode 41 ends, φFDR (n) is set to low, the n-th FD reset transistor 49 is turned off, and the FD 44 is reset. Is finished, φS (n) is made high, the n-th row selection transistor 50 is turned on, the row selection for the n-th row is started, and the source follower reading by the pixel amplifier 48 in the n-th row is started. The Between time t37 and time t38, the dark level of the nth row (a signal output from the pixel amplifier 48 of the nth row corresponding to the reset state of the FD 44) is transmitted from the pixel amplifier 48 to the vertical signal line 25. To the CDS circuit 27.

次に、時刻t38において、φTGA(n)がハイにされてn行目の第1の転送トランジスタ45がオンにされる。これにより、n行目の撮像用フォトダイオード41に蓄積されている電荷はFD44に転送され、n行目の撮像用フォトダイオード41の露光時間が終了する。FD44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされ、CDS回路27によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮像用信号となる。時刻t39において、φTGA(n)がローにされてn行目の第1の転送トランジスタ45がオフにされる。そして、これらのn行目の撮像用信号は、水平走査回路22の駆動信号によって水平信号線28及び出力アンプ29を介して、外部に出力される。   Next, at time t38, φTGA (n) is set high and the first transfer transistor 45 in the n-th row is turned on. As a result, the charges accumulated in the n-th imaging photodiode 41 are transferred to the FD 44, and the exposure time of the n-th imaging photodiode 41 ends. The potential fluctuation due to the charge transferred to the FD 44 is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 through the vertical signal line 25, and the CDS circuit 27 acquires a difference signal between this signal and the previous dark level. This signal becomes an imaging signal. At time t39, φTGA (n) is set low and the first transfer transistor 45 in the n-th row is turned off. These n-th row image pickup signals are output to the outside via the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

次いで、CDS回路27がリセットされた後、時刻t40において、再びφFDR(n)がハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44がリセットされる。その後、時刻t41において、φFDR(n)がローにされてn行目のFDリセットトランジスタ49がオフにされ、FD44のリセットが終了する。時刻t41から時刻t42までの間に、n行目のダークレベルが、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。   Next, after the CDS circuit 27 is reset, at time t40, φFDR (n) is set to high again, the FD reset transistor 49 is turned on, and the FD 44 is reset. Thereafter, at time t41, φFDR (n) is set low, the n-th row FD reset transistor 49 is turned off, and the reset of the FD 44 is completed. Between time t41 and time t42, the dark level of the nth row is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 via the vertical signal line 25.

次に、時刻t42において、φTGB(n)がハイにされて第2の転送トランジスタ46がオンにされる。これにより、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42に蓄積されている電荷はFD44に転送され、n行目の第1の焦点検出用フォトダイオード42の露光時間が終了する。FD44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされ、CDS回路27によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ2の射出瞳の一方に偏心した領域からの光束に基づく第1の焦点検出用信号となる。時刻t43において、φTGB(n)がローにされてn行目の第2の転送トランジスタ46がオフにされる。そして、これらのn行目の第1の焦点検出用信号は、水平走査回路22の駆動信号によって水平信号線28及び出力アンプ29を介して、外部に出力される。   Next, at time t42, φTGB (n) is set high and the second transfer transistor 46 is turned on. As a result, the charge accumulated in the first focus detection photodiode 42 in the n-th row is transferred to the FD 44, and the exposure time of the first focus detection photodiode 42 in the n-th row is completed. The potential fluctuation due to the charge transferred to the FD 44 is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 through the vertical signal line 25, and the CDS circuit 27 acquires a difference signal between this signal and the previous dark level. This signal becomes the first focus detection signal based on the light beam from the region decentered to one of the exit pupils of the photographing lens 2. At time t43, φTGB (n) is set low and the second transfer transistor 46 in the n-th row is turned off. These first focus detection signals in the n-th row are output to the outside via the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

次いで、CDS回路27がリセットされた後、時刻t44において、再びφFDR(n)がハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44がリセットされる。その後、時刻t45において、φFDR(n)がローにされてn行目のFDリセットトランジスタ49がオフにされ、FD44のリセットが終了する。時刻t45から時刻t46までの間に、n行目のダークレベルが、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。   Next, after the CDS circuit 27 is reset, at time t44, φFDR (n) is set high again, the FD reset transistor 49 is turned on, and the FD 44 is reset. Thereafter, at time t45, φFDR (n) is set low, the n-th row FD reset transistor 49 is turned off, and the reset of the FD 44 is completed. From time t45 to time t46, the dark level of the nth row is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 via the vertical signal line 25.

次に、時刻t46において、φTGC(n)がハイにされて第3の転送トランジスタ47がオンにされる。これにより、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43に蓄積されている電荷はFD44に転送され、n行目の第2の焦点検出用フォトダイオード43の露光時間が終了する。FD44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされ、CDS回路27によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ2の射出瞳の他方に偏心した領域からの光束に基づく第2の焦点検出用信号となる。時刻t47において、φTGC(n)がローにされてn行目の第3の転送トランジスタ47がオフにされる。そして、これらのn行目の第2の焦点検出用信号は、水平走査回路22の駆動信号によって水平信号線28及び出力アンプ29を介して、外部に出力される。   Next, at time t46, φTGC (n) is set high and the third transfer transistor 47 is turned on. As a result, the electric charge accumulated in the second focus detection photodiode 43 in the n-th row is transferred to the FD 44, and the exposure time of the second focus detection photodiode 43 in the n-th row ends. The potential fluctuation due to the charge transferred to the FD 44 is clamped from the pixel amplifier 48 to the CDS circuit 27 through the vertical signal line 25, and the CDS circuit 27 acquires a difference signal between this signal and the previous dark level. This signal becomes the second focus detection signal based on the light beam from the region decentered to the other exit pupil of the photographing lens 2. At time t47, φTGC (n) is set low and the third transfer transistor 47 in the n-th row is turned off. These second focus detection signals in the n-th row are output to the outside via the horizontal signal line 28 and the output amplifier 29 by the drive signal of the horizontal scanning circuit 22.

その後、時刻t48において、φFDR(n)がハイにされてFDリセットトランジスタ49がオンにされ、FD44のリセットが開始されるとともに、φS(n)がローにされてn行目の選択トランジスタ50がオフにされ、n行目の行選択が終了される。   Thereafter, at time t48, φFDR (n) is set to high to turn on the FD reset transistor 49, and resetting of the FD 44 is started, and φS (n) is set to low to select the n-th row selection transistor 50. It is turned off and the row selection for the nth row is completed.

次に、水平帰線期間を経て次の(n+1)行目の選択動作へと移行する。(n+1)行目もn行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、焦点検出・撮像の同時モードを終了する。   Next, the operation proceeds to the selection operation of the next (n + 1) th row through the horizontal blanking period. Since the operation similar to that of the nth row is repeated for the (n + 1) th row, the description thereof is omitted here. Thus, when signals are read from all rows, the simultaneous focus detection / imaging mode is terminated.

前述した図17乃至図19に示す例では、露光の開始と終了を電子シャッタ動作で決めていたが、メカニカルシャッタ機構を用いて露光の開始と終了を決めるようにしてもよい。この場合、例えば、電子シャッタによる露光開始後メカニカルシャッタが開となり、メカニカルシャッタ閉後電子シャッタが閉となるメカニカルシャッタで、露光時間を決めるようにすればよい。   In the example shown in FIGS. 17 to 19, the start and end of exposure are determined by the electronic shutter operation. However, the start and end of exposure may be determined using a mechanical shutter mechanism. In this case, for example, the exposure time may be determined by the mechanical shutter that is opened after the exposure by the electronic shutter is started and the electronic shutter is closed after the mechanical shutter is closed.

次に、本実施の形態による電子カメラ1の動作の一例について、再び図1を参照して説明する。   Next, an example of the operation of the electronic camera 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 again.

電子カメラ1内のマイクロプロセッサ9は、レリーズ釦の半押し操作に同期して撮像制御部4を駆動する。撮像制御部4は、図17を参照して説明した焦点検出モードの動作によって、固体撮像素子3から焦点検出用信号を読み出し、メモリ7に蓄積する。   The microprocessor 9 in the electronic camera 1 drives the imaging control unit 4 in synchronization with the half-press operation of the release button. The imaging control unit 4 reads the focus detection signal from the solid-state imaging device 3 and stores it in the memory 7 by the operation in the focus detection mode described with reference to FIG.

撮像制御部4の指令によって固体撮像素子3から焦点検出用信号が出力されメモリ7に蓄積されると、焦点演算部10は、この信号を用いて瞳分割位相差方式に従った焦点検出演算処理を実施し、デフォーカス量を、撮影レンズ2の焦点調節状態を示す検出信号として得る。   When a focus detection signal is output from the solid-state imaging device 3 according to a command from the imaging control unit 4 and accumulated in the memory 7, the focus calculation unit 10 uses this signal to perform focus detection calculation processing according to the pupil division phase difference method. And the defocus amount is obtained as a detection signal indicating the focus adjustment state of the photographic lens 2.

ここで、現在設定されている焦点調節モードが、例えば図3及び図4に示す焦点検出領域35のみに基づいて焦点調節を行うモード(以下、「焦点検出領域35モード」と呼ぶ。)である場合は、焦点演算部10は、メモリ7に取り込まれた焦点検出用信号のうち、焦点検出領域35の全ての青色の画素20B1の第1及び第2の焦点検出用信号を用いて、瞳分割位相差方式に従った焦点検出演算処理を実施し、デフォーカス量を、撮影レンズ2の焦点調節状態を示す検出信号として得る。   Here, the focus adjustment mode that is currently set is a mode in which focus adjustment is performed based only on the focus detection area 35 shown in FIGS. 3 and 4, for example (hereinafter referred to as “focus detection area 35 mode”). In this case, the focus calculation unit 10 uses the first and second focus detection signals of all the blue pixels 20B1 in the focus detection region 35 among the focus detection signals captured in the memory 7 to perform pupil division. Focus detection calculation processing according to the phase difference method is performed, and the defocus amount is obtained as a detection signal indicating the focus adjustment state of the photographing lens 2.

現在設定されている焦点調節モードが、例えば図3に示す全ての焦点検出領域32〜37に基づいて焦点調節を行うモード(以下、「全焦点検出領域モード」と呼ぶ。)である場合は、焦点演算部10は、前述したように焦点検出領域35に関してデフォーカス量を演算する他、各焦点検出領域32〜34,36,37についても、同様に、当該焦点検出領域に関してデフォーカス量を演算する。なお、焦点検出領域36に関してデフォーカス量を演算する場合、図5から理解できるように、焦点検出領域36の全ての青色の画素20B2の第1及び第2の焦点検出用信号を用いて演算する。   When the currently set focus adjustment mode is a mode in which focus adjustment is performed based on, for example, all the focus detection areas 32 to 37 shown in FIG. 3 (hereinafter referred to as “all focus detection area mode”), In addition to calculating the defocus amount with respect to the focus detection region 35 as described above, the focus calculation unit 10 similarly calculates the defocus amount with respect to each focus detection region 32-34, 36, and 37 as well. To do. When the defocus amount is calculated with respect to the focus detection region 36, as can be understood from FIG. 5, the calculation is performed using the first and second focus detection signals of all the blue pixels 20B2 in the focus detection region 36. .

焦点演算部10によって検出されたデフォーカス量は、レンズ制御部2aに伝達される。レンズ制御部2aは、伝達されるデフォーカス量に基づいて撮影レンズ2の焦点駆動を行い、撮影レンズ2を被写体に合焦させる。   The defocus amount detected by the focus calculation unit 10 is transmitted to the lens control unit 2a. The lens control unit 2a drives the photographing lens 2 based on the transmitted defocus amount to focus the photographing lens 2 on the subject.

このとき、現在設定されている焦点調節モードが焦点検出領域35モードの場合は、レンズ制御部2aは、焦点検出領域35に関するデフォーカス量に基づいてそのデフォーカス量がゼロになるように、撮影レンズ2を駆動する。また、現在設定されている焦点調節モードが全焦点検出領域モードの場合は、レンズ制御部2aは、先に求められた各焦点検出領域のデフォーカス量に基づいて決定した調節後の焦点調節状態となるように、撮影レンズ2を駆動する。   At this time, if the currently set focus adjustment mode is the focus detection region 35 mode, the lens control unit 2a takes a picture so that the defocus amount becomes zero based on the defocus amount related to the focus detection region 35. The lens 2 is driven. If the currently set focus adjustment mode is the all-focus detection area mode, the lens control unit 2a determines the focus adjustment state after adjustment determined based on the defocus amount of each focus detection area obtained previously. The photographic lens 2 is driven so that

その後、電子カメラ1内のマイクロプロセッサ9は、レリーズ釦の全押し操作に同期して撮像制御部4を用いて、図18を参照して説明した撮像モードの動作によって、固体撮像素子3から撮像用信号を読み出し、メモリ7に蓄積する。引き続いて、マイクロプロセッサ9は、操作部9aの指令に基づき、必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。   Thereafter, the microprocessor 9 in the electronic camera 1 captures an image from the solid-state image sensor 3 by the operation of the imaging mode described with reference to FIG. 18 using the imaging control unit 4 in synchronization with the full pressing operation of the release button. The signal for use is read and stored in the memory 7. Subsequently, the microprocessor 9 performs a desired process in the image processing unit 13 or the image compression unit 12 as necessary based on a command from the operation unit 9a, and causes the recording unit 11 to output a processed signal, thereby recording the recording medium. Record in 11a.

また、電子カメラ1内のマイクロプロセッサ9は、操作部9aの操作により動画撮影などが指示されると、それに合わせて撮像制御部4を駆動する。撮像制御部4は、図19を参照して説明した焦点検出・撮像の同時モードによって、固体撮像素子3から焦点検出用信号及び撮像用信号の両方を実質的に同時に読み出し、メモリ7に蓄積する。このように撮像用信号を読み出してメモリ7に蓄積しながら、実質的に同時に得られた焦点検出用信号に基づいた焦点演算部10によるデフォーカス量の演算及びこれに応じたレンズ制御部2aによる合焦を行う。この場合も、現在設定されている焦点調節モードに従ったデフォーカス量の演算及び撮影レンズ2の駆動を行う。このようにして、動体等に追従した合焦動作を行いながら、動画を撮像することができる。   Further, the microprocessor 9 in the electronic camera 1 drives the imaging control unit 4 in response to an instruction to shoot a moving image or the like by operating the operation unit 9a. The imaging control unit 4 reads both the focus detection signal and the imaging signal from the solid-state imaging device 3 substantially simultaneously and accumulates them in the memory 7 by the simultaneous focus detection / imaging mode described with reference to FIG. . In this manner, the imaging signal is read out and stored in the memory 7 while the focus calculation unit 10 calculates the defocus amount based on the focus detection signal obtained substantially simultaneously and the lens control unit 2a according to the calculation. Focus. In this case as well, the defocus amount is calculated and the photographing lens 2 is driven in accordance with the currently set focus adjustment mode. In this way, a moving image can be captured while performing a focusing operation that follows a moving object or the like.

本実施の形態によれば、青色の画素20B1,20B2に関して、1つの画素に、青色の撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用フォトダイオード41の他に、第1及び第2の焦点検出用信号となるべき電荷を得る第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43が設けられているので、1つの画素から青色の撮像用信号と焦点検出用信号の両方を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、固体撮像素子3が焦点検出素子としての機能を併せ持ちながら、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができる。   According to the present embodiment, for the blue pixels 20B1 and 20B2, in addition to the imaging photodiode 41 that obtains a charge to be a blue imaging signal in one pixel, the first and second focus detection signals Since the first and second focus detection photodiodes 42 and 43 for obtaining a charge to be a signal are provided, both a blue imaging signal and a focus detection signal can be obtained from one pixel. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to avoid deterioration in image quality due to a state similar to a pixel defect while the solid-state imaging device 3 also has a function as a focus detection device.

また、本実施の形態では、青色の画素20B1,20B2に関して、1つの画素において、撮像用フォトダイオード41と第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43とが入射光の入射方向に重なるように配置され、撮像用フォトダイオード41が主として光電変換する入射光の波長成分と、第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43が主として光電変換する入射光の波長成分とが、異なっている。したがって、本実施の形態によれば、特許文献3に開示された前記固体撮像素子などとは異なり、撮像用フォトダイオード41を2分割する必要がなく、撮像用フォトダイオード41に不感帯が生じない。よって、本実施の形態によれば、青色の撮像用信号に対する入射光の利用効率が高まる。   In the present embodiment, regarding the blue pixels 20B1 and 20B2, in one pixel, the imaging photodiode 41 and the first and second focus detection photodiodes 42 and 43 overlap in the incident light incident direction. The wavelength component of incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photodiode 41 is different from the wavelength component of incident light that is mainly photoelectrically converted by the first and second focus detection photodiodes 42 and 43. ing. Therefore, according to the present embodiment, unlike the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 3, it is not necessary to divide the imaging photodiode 41 into two, and no dead zone occurs in the imaging photodiode 41. Therefore, according to the present embodiment, the utilization efficiency of incident light with respect to a blue imaging signal is increased.

[第2の実施の形態]   [Second Embodiment]

図20は、本発明の第2の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。図20において、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 20 is a diagram schematically illustrating a pixel arrangement of a solid-state imaging element of an electronic camera as an imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. 20, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と基本的に異なる所は、固体撮像素子3における画素の配置のみである。本実施の形態では、固体撮像素子3における画素20R,20G,20B1,20B2を、撮像領域31の全体に渡って、図20に示すようなパターンで配置したものである。図20は、撮像領域31の一部を拡大したものに相当する。   This embodiment is basically different from the first embodiment only in the arrangement of pixels in the solid-state imaging device 3. In the present embodiment, the pixels 20R, 20G, 20B1, and 20B2 in the solid-state imaging device 3 are arranged in a pattern as shown in FIG. FIG. 20 corresponds to an enlarged part of the imaging region 31.

本実施の形態では、図20に示すように、ベイヤー配列に従った配置を採用しつつ、緑色の画素20Gを1つ挟んでX軸方向及びY軸方向にそれぞれ隣り合う青色の画素が、画素20B1と画素20B2となり、画素20B1同士や画素20B2同士とならないように、配置したものである。   In the present embodiment, as shown in FIG. 20, while adopting an arrangement according to the Bayer arrangement, blue pixels adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction with one green pixel 20G interposed therebetween are pixels. 20B1 and the pixel 20B2, and are arranged so as not to be the pixels 20B1 or the pixels 20B2.

前記第1の実施の形態では、焦点検出領域が予め図3に示すように定められていたが、本実施の形態では、例えば、緑色の画素20G、青色の画素20B1,20B2を含む任意の列及び行の一部を、適宜任意に焦点検出領域として指定し得る。この場合、緑色の画素20G、青色の画素20B1,20B2を含むY軸方向の列の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の青色の画素20B1の第1及び第2の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。緑色の画素20G、青色の画素20B1,20B2を含むX軸方向の行の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の青色の画素20B2の第1及び第2の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。   In the first embodiment, the focus detection area is determined in advance as shown in FIG. 3, but in this embodiment, for example, an arbitrary column including the green pixel 20G and the blue pixels 20B1 and 20B2 In addition, a part of a row can be arbitrarily arbitrarily designated as a focus detection region. In this case, when a part of the column in the Y-axis direction including the green pixel 20G and the blue pixels 20B1 and 20B2 is designated as the focus detection region, the first and first pixels of all the blue pixels 20B1 in the focus detection region are designated. The defocus amount is calculated using the two focus detection signals. When a part of the row in the X-axis direction including the green pixel 20G and the blue pixels 20B1 and 20B2 is designated as the focus detection region, the first and second focus points of all the blue pixels 20B2 in the focus detection region. The defocus amount is calculated using the detection signal.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.

[第3の実施の形態]   [Third Embodiment]

図21は、本発明の第3の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図であり、図3における焦点検出領域35の付近を拡大したものに相当する。図22は、本実施の形態による電子カメラ1の固体撮像素子3の画素配置を模式的に示す他の図であり、図3における焦点検出領域36の付近を拡大したものに相当する。図21及び図22において、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 21 is a diagram schematically showing a pixel arrangement of a solid-state image sensor of an electronic camera as an image pickup apparatus according to the third embodiment of the present invention, in which the vicinity of the focus detection area 35 in FIG. 3 is enlarged. Equivalent to. FIG. 22 is another view schematically showing the pixel arrangement of the solid-state imaging device 3 of the electronic camera 1 according to the present embodiment, and corresponds to an enlarged view of the vicinity of the focus detection region 36 in FIG. 21 and 22, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と基本的に異なる所は、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素20B1,20B2に代えて、焦点検出用信号を出力し得ない青色の画素20Bが用いられている点と、焦点検出用信号を出力し得ない赤色の画素20Rに代えて、焦点検出用信号を出力し得るように構成された赤色の画素20R1,20R2が用いられている点のみである。   This embodiment is basically different from the first embodiment in that a focus detection signal is output instead of the blue pixels 20B1 and 20B2 configured to output a focus detection signal. The red pixels 20R1 and 20R2 configured to output focus detection signals instead of the red pixels 20R that cannot output the focus detection signals and the point that the blue pixels 20B that cannot be obtained are used. It is only the point where is used.

図21及び図22において、画素20Bには符号「B」を付し、画素20R1には符号「R1」を付し、画素20R2には符号「R2」を付している。   In FIG. 21 and FIG. 22, the pixel 20 </ b> B is denoted by the symbol “B”, the pixel 20 </ b> R <b> 1 is denoted by the symbol “R1”, and the pixel 20 </ b> R <b> 2 is denoted by the symbol “R2”.

本実施の形態では、図21及び図22に示すように、赤色の画素20R1,20R2、緑色の画素20G及び青色の画素20Bが、ベイヤー配列に従って配列されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 21 and 22, the red pixels 20R1 and 20R2, the green pixel 20G, and the blue pixel 20B are arranged according to the Bayer array.

本実施の形態では、Y軸方向に延びた図3中の焦点検出領域35は、図21に示すように、緑色の画素20Gと赤色の画素とが交互に並んだY軸方向の列の一部である。焦点検出領域35では、赤色の画素として赤色の画素20R1が用いられている。Y軸方向に延びた図3中の焦点検出領域33,34は、焦点検出領域35と同様である。   In the present embodiment, the focus detection area 35 in FIG. 3 extending in the Y-axis direction is one column in the Y-axis direction in which green pixels 20G and red pixels are alternately arranged as shown in FIG. Part. In the focus detection area 35, a red pixel 20R1 is used as a red pixel. The focus detection regions 33 and 34 in FIG. 3 extending in the Y-axis direction are the same as the focus detection region 35.

また、本実施の形態では、X軸方向に延びた図3中の焦点検出領域36は、図22に示すように、緑色の画素20Gと赤色の画素とが交互に並んだX軸方向の行の一部である。焦点検出領域36では、赤色の画素として赤色の画素20R2が用いられている。X軸方向に延びた図3中の焦点検出領域36,37は、焦点検出領域35と同様である。   Further, in the present embodiment, the focus detection region 36 in FIG. 3 extending in the X-axis direction is a row in the X-axis direction in which green pixels 20G and red pixels are alternately arranged as shown in FIG. Is part of. In the focus detection area 36, a red pixel 20R2 is used as a red pixel. The focus detection areas 36 and 37 in FIG. 3 extending in the X-axis direction are the same as the focus detection area 35.

図面には示していないが、青色の画素20Bは、青色波長成分を選択的に透過させる青色カラーフィルタ88B(図示せず)が赤色カラーフィルタ88Rの代わりに設けられている点を除き、第1の実施の形態における赤色の画素20Rと同一に構成されている。   Although not shown in the drawing, the blue pixel 20B is the first except that a blue color filter 88B (not shown) that selectively transmits a blue wavelength component is provided instead of the red color filter 88R. This is the same as the red pixel 20R in the embodiment.

次に、赤色の画素20R1について、図23乃至図26を参照して説明する。赤色の画素20R1の回路構成は、図6に示す青色の画素20B1の回路構成と同一である。   Next, the red pixel 20R1 will be described with reference to FIGS. The circuit configuration of the red pixel 20R1 is the same as the circuit configuration of the blue pixel 20B1 shown in FIG.

図23は、赤色の画素20R1の主な要素を模式的に示す概略平面図である。図24は、赤色の画素20R1の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図25は、赤色の画素20R1の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図26は、図23中のD−D’線に沿った概略断面図である。図23乃至図26において、図7乃至図12中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 23 is a schematic plan view schematically showing main elements of the red pixel 20R1. FIG. 24 is a schematic plan view schematically showing some elements of the red pixel 20R1. FIG. 25 is a schematic plan view schematically showing another part of the red pixel 20R1. FIG. 26 is a schematic cross-sectional view along the line D-D ′ in FIG. 23. 23 to 26, the same or corresponding elements as those in FIGS. 7 to 12 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

図23において、撮像用フォトダイオード41を構成する撮像用電荷蓄積層52を透過して破線にて示している。図23では、駆動配線は省略され、画素内の内部配線73のみを示している   In FIG. 23, a broken line is shown through the imaging charge storage layer 52 constituting the imaging photodiode 41. In FIG. 23, the drive wiring is omitted, and only the internal wiring 73 in the pixel is shown.

図24は、主に、撮像用フォトダイオード41を構成する撮像用電荷蓄積層52を示している。図24には、撮像用電荷蓄積層52の電荷を導く導電路の一部をそれぞれ構成する深いN型の拡散部91及び表面に現れるN型の拡散部92も、示している。また、図24には、破線によって分離層57も示している。   FIG. 24 mainly shows an imaging charge storage layer 52 that constitutes the imaging photodiode 41. FIG. 24 also shows a deep N-type diffusion portion 91 and an N-type diffusion portion 92 appearing on the surface, each of which constitutes a part of a conductive path for guiding the charge of the imaging charge storage layer 52. In FIG. 24, the separation layer 57 is also indicated by a broken line.

図25は、主に、第1の焦点検出用フォトダイオード42を構成する第1の焦点検出用電荷蓄積層53、及び、第2の焦点検出用フォトダイオード43を構成する第2の焦点検出用電荷蓄積層54を、示している。理解を容易にするため、図25には、FD44の一部を構成するN型拡散層71と、深い拡散部91と、表面の拡散部92も示している。なお、図示されていないが、フローティングディフュージョン71、深い拡散部91、表面に現れる拡散部92の領域は、遮光膜を兼ねる配線層62(図示せず)で遮光されている。   FIG. 25 mainly shows a first focus detection charge storage layer 53 that constitutes the first focus detection photodiode 42 and a second focus detection that constitutes the second focus detection photodiode 43. A charge storage layer 54 is shown. For easy understanding, FIG. 25 also shows an N-type diffusion layer 71, a deep diffusion portion 91, and a surface diffusion portion 92 that constitute a part of the FD 44. Although not shown, regions of the floating diffusion 71, the deep diffusion portion 91, and the diffusion portion 92 appearing on the surface are shielded from light by a wiring layer 62 (not shown) that also serves as a light shielding film.

なお、図26では、図11と異なり、基板51上の主要な要素(すなわち、基板51上に形成された層間絶縁膜61、当該画素の有効受光領域に開口62aを有する遮光膜を兼ねる配線層62、平坦化層63,64及びマイクロレンズ65)の図示は省略している。しかしながら、赤色の画素20R1においても、それらの要素は設けられている。なお、赤色の画素20R1においても、第1の実施の形態における青色の画素20B1と同じく、カラーフィルタは設けられていない。   In FIG. 26, unlike FIG. 11, main elements on the substrate 51 (that is, an interlayer insulating film 61 formed on the substrate 51, and a wiring layer serving also as a light shielding film having an opening 62a in the effective light receiving region of the pixel. 62, the planarization layers 63 and 64, and the microlens 65) are not shown. However, those elements are also provided in the red pixel 20R1. Note that the red pixel 20R1 is also not provided with a color filter, as is the case with the blue pixel 20B1 in the first embodiment.

赤色の画素20R1が青色の画素20B1と基本的に異なる所は、撮像用フォトダイオード41を構成する撮像用電荷蓄積層52が、基板51の表面ではなく、深さ方向に深い領域に配置されている点と、第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43をそれぞれ構成する第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54が、基板51の表面近くに配置されている点である。   The red pixel 20R1 is basically different from the blue pixel 20B1 in that the imaging charge storage layer 52 constituting the imaging photodiode 41 is not disposed on the surface of the substrate 51 but in a deep region in the depth direction. And the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 constituting the first and second focus detection photodiodes 42 and 43, respectively, are disposed near the surface of the substrate 51. It is.

これにより、赤色の画素20R1では、撮像用電荷蓄積層52は、シリコン基板51の深くにて入射光の赤色波長成分が主として光電変換されて赤色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。これを有する撮像用フォトダイオード41は、入射光の赤色波長成分を主として光電変換して赤色の撮像用信号となるべき電荷を得ることになる。また、赤色の画素20R1では、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54は、シリコン基板51の表面近くにて入射光の青色波長成分が主として光電変換されてそれぞれ青色の第1及び第2のの焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ蓄積する。第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54をそれぞれ有する第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43は、入射光の青色波長成分を主として光電変換してそれぞれ青色の第1及び第2の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得ることになる。   As a result, in the red pixel 20R1, the imaging charge storage layer 52 accumulates the charge to be converted into a red imaging signal by mainly photoelectrically converting the red wavelength component of the incident light deep in the silicon substrate 51. The imaging photodiode 41 having this obtains a charge to be a red imaging signal by mainly photoelectrically converting the red wavelength component of the incident light. Further, in the red pixel 20R1, the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 mainly photoelectrically convert the blue wavelength component of the incident light near the surface of the silicon substrate 51, respectively. And charge to be the second focus detection signal are accumulated. The first and second focus detection photodiodes 42 and 43 having the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54, respectively, mainly photoelectrically convert the blue wavelength component of the incident light, respectively. Charges to be the first and second focus detection signals are obtained.

赤色の画素20R2は、青色の画素20B1を変形して青色の画素20B2を得たのと同様の方法で赤色の画素20R1を変形することによって、得ることができる。すなわち、赤色の画素20R2では、図23及び図24に示すように、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は光軸Oに対して+Y側に配置されるとともに、第2の焦点検出用電荷蓄積層54は光軸Oに対して−Y側に配置されているのに対し、図面には示していないが、赤色の画素20R2では、第1の焦点検出用電荷蓄積層53は光軸Oに対して−X側に配置されるとともに、第2の焦点検出用電荷蓄積層54は光軸Oに対して+X側に配置されている。   The red pixel 20R2 can be obtained by deforming the red pixel 20R1 in the same manner as the blue pixel 20B1 is deformed to obtain the blue pixel 20B2. That is, in the red pixel 20R2, as shown in FIGS. 23 and 24, the first focus detection charge storage layer 53 is arranged on the + Y side with respect to the optical axis O and the second focus detection charge. Although the storage layer 54 is arranged on the −Y side with respect to the optical axis O, although not shown in the drawing, in the red pixel 20R2, the first focus detection charge storage layer 53 has the optical axis O. The second focus detection charge storage layer 54 is disposed on the + X side with respect to the optical axis O.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.

なお、前記第1の実施の形態を変形して前記第2の実施の形態を得たのと同様の変形を、本実施の形態に適用してもよい。   A modification similar to that obtained by modifying the first embodiment to obtain the second embodiment may be applied to the present embodiment.

[第4の実施の形態]   [Fourth Embodiment]

図27は、本発明の第4の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。図27において、図4、図5、図21及び図22中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 27 is a diagram schematically illustrating a pixel arrangement of a solid-state imaging element of an electronic camera as an imaging apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 27, elements that are the same as or correspond to elements in FIGS. 4, 5, 21, and 22 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態が前記第3の実施の形態と基本的に異なる所は、固体撮像素子3における画素の配置のみである。本実施の形態では、これまで説明した画素20B1,20R2,20Gを、撮像領域31の全体に渡って、図20に示すようなパターンで配置したものである。図27は、撮像領域31の一部を拡大したものに相当する。本実施の形態では、図27に示すように、画素20B1,20R2,20Gがベイヤー配列されている。   This embodiment is basically different from the third embodiment only in the arrangement of pixels in the solid-state imaging device 3. In the present embodiment, the pixels 20B1, 20R2, and 20G described so far are arranged in a pattern as shown in FIG. FIG. 27 corresponds to an enlarged view of a part of the imaging region 31. In the present embodiment, as shown in FIG. 27, the pixels 20B1, 20R2, and 20G are arranged in a Bayer array.

本実施の形態では、例えば、緑色の画素20G及び青色の画素20B1を含む任意の列の一部、及び、緑色の画素20G及び赤色の画素20R2を含む任意の行の一部を、適宜任意に焦点検出領域として指定し得る。この場合、緑色の画素20G及び青色の画素20B1を含む任意の列の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の青色の画素20B1の第1及び第2の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。緑色の画素20G及び赤色の画素20R2を含む任意の行の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の赤色の画素20R2の第1及び第2の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。   In the present embodiment, for example, a part of an arbitrary column including the green pixel 20G and the blue pixel 20B1 and a part of an arbitrary row including the green pixel 20G and the red pixel 20R2 are arbitrarily arbitrarily set. It can be designated as a focus detection area. In this case, when a part of an arbitrary column including the green pixel 20G and the blue pixel 20B1 is designated as the focus detection region, the first and second focus detections of all the blue pixels 20B1 in the focus detection region. The defocus amount is calculated using the business signal. When a part of an arbitrary row including the green pixel 20G and the red pixel 20R2 is designated as the focus detection region, the first and second focus detection signals of all the red pixels 20R2 in the focus detection region are used. To calculate the defocus amount.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.

[第5の実施の形態]   [Fifth Embodiment]

図28は、本発明の第5の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。図28において、図4、図5、図21及び図22中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 28 is a diagram schematically illustrating a pixel arrangement of a solid-state imaging device of an electronic camera as an imaging apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 28, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 4, 5, 21, and 22 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と基本的に異なる所は、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素20B1,20B2に代えて、焦点検出用信号を出力し得ない青色の画素20Bが用いられている点と、焦点検出用信号を出力し得ない緑色の画素20Gに代えて、焦点検出用信号を出力し得るように構成された緑色の画素20G1,20G2が用いられている点のみである。   This embodiment is basically different from the first embodiment in that a focus detection signal is output instead of the blue pixels 20B1 and 20B2 configured to output a focus detection signal. The green pixels 20G1 and 20G2 configured to output a focus detection signal instead of the green pixel 20G that cannot output the focus detection signal and the point that the blue pixel 20B that cannot be obtained is used. It is only the point where is used.

図28において、画素20G1には符号「G1」を付し、画素20G2には符号「G2」を付している。   In FIG. 28, the pixel 20G1 is denoted by reference symbol “G1”, and the pixel 20G2 is denoted by reference symbol “G2”.

本実施の形態では、図21及び図22に示すように、赤色の画素20R、緑色の画素20G1,20G2及び青色の画素20Bが、ベイヤー配列に従って配列されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 21 and 22, the red pixels 20R, the green pixels 20G1 and 20G2, and the blue pixels 20B are arranged according to the Bayer array.

図面には示していないが、緑色の画素20G1の回路構成は、図6に示す青色の画素20B1の回路構成と同一である。   Although not shown in the drawing, the circuit configuration of the green pixel 20G1 is the same as the circuit configuration of the blue pixel 20B1 shown in FIG.

また、図面には示していないが、緑色の画素20G1が青色の画素20B1と基本的に異なる所は、撮像用フォトダイオード41を構成する撮像用電荷蓄積層52が、基板51の表面ではなく、緑色波長成分が光電変換された電荷を蓄積するのに適した中間的に深い領域に配置されている点と、第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43をそれぞれ構成する第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54が、基板51の表面近く又は撮像用電荷蓄積層52よりも深い位置に配置されている点である。   Although not shown in the drawing, the green pixel 20G1 is basically different from the blue pixel 20B1 in that the imaging charge storage layer 52 constituting the imaging photodiode 41 is not the surface of the substrate 51, The green wavelength component is disposed in an intermediate deep region suitable for accumulating the photoelectrically converted charge, and the first and second focus detection photodiodes 42 and 43, respectively. The second focus detection charge storage layers 53 and 54 are arranged near the surface of the substrate 51 or at a position deeper than the imaging charge storage layer 52.

これにより、緑色の画素20G1では、撮像用電荷蓄積層52は、シリコン基板51の中間的な深さにて入射光の緑波長成分が主として光電変換されて緑色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。これを有する撮像用フォトダイオード41は、入射光の緑色波長成分を主として光電変換して緑色の撮像用信号となるべき電荷を得ることになる。また、緑色の画素20R1では、第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54は、シリコン基板51の表面近く又は深くにて入射光の青色波長成分又は赤色波長成分が主として光電変換されてそれぞれ青色又は赤色の第1及び第2のの焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ蓄積する。第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54をそれぞれ有する第1及び第2の焦点検出用フォトダイオード42,43は、入射光の青色波長成分又は赤色波長成分を主として光電変換してそれぞれ青色又は赤色の第1及び第2の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得ることになる。   As a result, in the green pixel 20G1, the imaging charge storage layer 52 has the charge that should be converted into a green imaging signal by mainly photoelectrically converting the green wavelength component of the incident light at an intermediate depth of the silicon substrate 51. accumulate. The imaging photodiode 41 having this obtains a charge to be a green imaging signal by mainly photoelectrically converting the green wavelength component of the incident light. In the green pixel 20R1, the blue wavelength component or red wavelength component of incident light is mainly photoelectrically converted near the surface of the silicon substrate 51 or deeply in the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54. Thus, the charges to be the first and second focus detection signals of blue or red are respectively stored. The first and second focus detection photodiodes 42 and 43 each having the first and second focus detection charge storage layers 53 and 54 mainly photoelectrically convert the blue wavelength component or red wavelength component of incident light. Charges to be the first and second focus detection signals of blue or red, respectively, are obtained.

緑色の画素20G2は、青色の画素20B1を変形して青色の画素20B2を得たのと同様の方法で緑色の画素20G1を変形することによって、得ることができる。   The green pixel 20G2 can be obtained by deforming the green pixel 20G1 in the same manner as the blue pixel 20B2 is obtained by deforming the blue pixel 20B1.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.

[第6の実施の形態]   [Sixth Embodiment]

図29は、本発明の第6の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図であり、図3における焦点検出領域35の付近を拡大したものに相当する。図30は、本実施の形態による電子カメラ1の固体撮像素子3の画素配置を模式的に示す他の図であり、図3における焦点検出領域36の付近を拡大したものに相当する。図29及び図30において、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 29 is a diagram schematically showing a pixel arrangement of a solid-state image sensor of an electronic camera as an image pickup apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, in which the vicinity of the focus detection region 35 in FIG. 3 is enlarged. Equivalent to. FIG. 30 is another view schematically showing the pixel arrangement of the solid-state imaging device 3 of the electronic camera 1 according to this embodiment, and corresponds to an enlarged view of the vicinity of the focus detection region 36 in FIG. 29 and 30, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態が前記第1の実施の形態と基本的に異なる所は、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素20B1,20B2に代えて、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素20B3,20B4,20B5,20B6が用いられている点のみである。   This embodiment is basically different from the first embodiment in that a focus detection signal is output instead of the blue pixels 20B1 and 20B2 configured to output a focus detection signal. The only point is that the blue pixels 20B3, 20B4, 20B5, and 20B6 configured to be obtained are used.

図29及び図30において、画素20B3には符号「B3」を付し、画素20B4には符号「B4」を付し、画素20B5には符号「B5」を付し、画素20B6には符号「B6」を付している。図29及び図30において、符号「B*」は、青色の画素20B3,20B4,20B5,20B6のいずれか任意の1つであることを示している。   In FIG. 29 and FIG. 30, the pixel 20B3 is denoted by reference numeral “B3”, the pixel 20B4 is denoted by reference numeral “B4”, the pixel 20B5 is denoted by reference numeral “B5”, and the pixel 20B6 is denoted by reference numeral “B6”. Is attached. 29 and 30, the symbol “B *” indicates any one of the blue pixels 20B3, 20B4, 20B5, and 20B6.

本実施の形態では、図29及び図30に示すように、赤色の画素20R、緑色の画素20G及び青色の画素20B3,20B4,20B5,20B6が、ベイヤー配列に従って配列されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 29 and 30, the red pixel 20R, the green pixel 20G, and the blue pixels 20B3, 20B4, 20B5, and 20B6 are arranged according to the Bayer array.

本実施の形態では、Y軸方向に延びた図3中の焦点検出領域35は、図29に示すようなY軸方向の3列の一部である。また、X軸方向に延びた図3中の焦点検出領域36は、図30に示すようなX軸方向の3行の一部である。   In the present embodiment, the focus detection area 35 in FIG. 3 extending in the Y-axis direction is a part of three rows in the Y-axis direction as shown in FIG. Further, the focus detection area 36 in FIG. 3 extending in the X-axis direction is a part of three rows in the X-axis direction as shown in FIG.

図31は、青色の画素20B3の要部を模式的に示す概略平面図である。図32は、青色の画素20B4の要部を模式的に示す概略平面図である。図33は、青色の画素20B5の要部を模式的に示す概略平面図である。図34は、青色の画素20B6の要部を模式的に示す概略平面図である。図31乃至図33において、図13及び図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 31 is a schematic plan view schematically showing the main part of the blue pixel 20B3. FIG. 32 is a schematic plan view schematically showing the main part of the blue pixel 20B4. FIG. 33 is a schematic plan view schematically showing the main part of the blue pixel 20B5. FIG. 34 is a schematic plan view schematically showing the main part of the blue pixel 20B6. 31 to 33, the same or corresponding elements as those in FIGS. 13 and 14 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

青色の画素20B3が青色の画素20B1と基本的に異なる所は、−Y側の第2の焦点検出用電荷蓄積層54(したがって、第2の焦点検出用フォトダイオード43)が除去されている点のみである。青色の画素20B3の回路構成は、図6において、第2の焦点検出用フォトダイオード43及び第3の転送トランジスタ47が除去されたものとなる。   The blue pixel 20B3 basically differs from the blue pixel 20B1 in that the −Y side second focus detection charge accumulation layer 54 (and hence the second focus detection photodiode 43) is removed. Only. The circuit configuration of the blue pixel 20B3 is obtained by removing the second focus detection photodiode 43 and the third transfer transistor 47 in FIG.

青色の画素20B4が青色の画素20B1と基本的に異なる所は、+Y側の第1の焦点検出用電荷蓄積層53(したがって、第1の焦点検出用フォトダイオード42)が除去されている点のみである。青色の画素20B4の回路構成は、図6において、第1の焦点検出用フォトダイオード42及び第2の転送トランジスタ46が除去されたものとなる。   The only difference between the blue pixel 20B4 and the blue pixel 20B1 is that the + Y side first focus detection charge accumulation layer 53 (and hence the first focus detection photodiode 42) is removed. It is. The circuit configuration of the blue pixel 20B4 is the same as that of FIG. 6 except that the first focus detection photodiode 42 and the second transfer transistor 46 are removed.

青色の画素20B5が青色の画素20B2と基本的に異なる所は、+X側の第2の焦点検出用電荷蓄積層54(したがって、第2の焦点検出用フォトダイオード43)が除去されている点のみである。青色の画素20B5の回路構成は、図6において、第2の焦点検出用フォトダイオード43及び第3の転送トランジスタ47が除去されたものとなる。   The only difference between the blue pixel 20B5 and the blue pixel 20B2 is that the + X side second focus detection charge storage layer 54 (and hence the second focus detection photodiode 43) is removed. It is. The circuit configuration of the blue pixel 20B5 is the same as that of FIG. 6 except that the second focus detection photodiode 43 and the third transfer transistor 47 are removed.

青色の画素20B6が青色の画素20B2と基本的に異なる所は、−X側の第1の焦点検出用電荷蓄積層53(したがって、第1の焦点検出用フォトダイオード42)が除去されている点のみである。青色の画素20B3の回路構成は、図6において、第1の焦点検出用フォトダイオード42及び第2の転送トランジスタ46が除去されたものとなる。   The blue pixel 20B6 is basically different from the blue pixel 20B2 in that the first focus detection charge storage layer 53 on the -X side (and hence the first focus detection photodiode 42) is removed. Only. The circuit configuration of the blue pixel 20B3 is the same as that of FIG. 6 except that the first focus detection photodiode 42 and the second transfer transistor 46 are removed.

本実施の形態では、例えば、図29に示す焦点検出領域35が指定された場合、当該領域35の全部の青色の画素20B3からの焦点検出用信号と、当該領域35の全部の青色の画素20B4からの焦点検出用信号とを用いて、デフォーカス量を演算する。図30に示す焦点検出領域36が指定された場合、当該領域36の全部の青色の画素20B5からの焦点検出用信号と、当該領域36の全部の青色の画素20B6からの焦点検出用信号とを用いて、デフォーカス量を演算する。   In the present embodiment, for example, when the focus detection area 35 shown in FIG. 29 is designated, the focus detection signals from all the blue pixels 20B3 in the area 35 and all the blue pixels 20B4 in the area 35 are specified. The defocus amount is calculated using the focus detection signal from. When the focus detection area 36 shown in FIG. 30 is designated, the focus detection signals from all the blue pixels 20B5 in the area 36 and the focus detection signals from all the blue pixels 20B6 in the area 36 are obtained. To calculate the defocus amount.

なお、本実施の形態では、必要に応じて、青色の画素20B3,20B4,20B5,20B6において、撮像用電荷蓄積層52の有効受光領域のうちの焦点検出用電荷蓄積層53(又は54)と重なっていない領域に対応する箇所には、青色波長成分のみを選択的に透過する青色カラーフィルタを設ける。また、第1の実施の形態のように、撮像用電荷蓄積層52の下に分離層を設けてもよい。このように分離層を設ければ、撮像用の信号に不要な電荷が入りノイズになることが無い。さらに、N型シリコン基板にP型ウエルを設け、その中に焦点検出用電荷蓄積層53や撮像用電荷蓄積層52を配置させてもよい。その場合、不要な電荷はN型シリコンに吸収されるので、ノイズにならない。   In the present embodiment, as necessary, in the blue pixels 20B3, 20B4, 20B5, and 20B6, the focus detection charge storage layer 53 (or 54) in the effective light receiving region of the imaging charge storage layer 52 is used. A blue color filter that selectively transmits only the blue wavelength component is provided at a location corresponding to the non-overlapping region. Further, as in the first embodiment, a separation layer may be provided under the imaging charge storage layer 52. When the separation layer is provided in this way, unnecessary charges are not entered into the image pickup signal and noise does not occur. Further, a P-type well may be provided in an N-type silicon substrate, and the focus detection charge storage layer 53 and the imaging charge storage layer 52 may be disposed therein. In that case, unnecessary charges are absorbed by the N-type silicon, so that no noise is generated.

本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.

ところで、本実施の形態において、青色の画素20B3,20B4の代わりに、図35及び図36にそれぞれ示す青色の画素20B3’,20B4を用いてもよい。青色の画素20B3’では、+Y側の第1の焦点検出用電荷蓄積層53の一部が光軸Oから−Y側にある程度はみ出すように拡げられている。青色の画素20B4’では、−Y側の第2の焦点検出用電荷蓄積層54の一部が光軸Oから+Y側にある程度はみ出すように拡げられている。青色の画素20B5,20B6についても同様に変形してもよい。この場合、より大きな焦点検出用信号を得ることが可能となり、焦点検出用信号のSN比が向上する。   In the present embodiment, blue pixels 20B3 'and 20B4 shown in FIGS. 35 and 36 may be used in place of the blue pixels 20B3 and 20B4. In the blue pixel 20 </ b> B <b> 3 ′, a part of the first focus detection charge accumulation layer 53 on the + Y side is expanded so as to protrude to the −Y side from the optical axis O to some extent. In the blue pixel 20B4 ', a part of the second focus detection charge accumulation layer 54 on the -Y side is expanded so as to protrude to the + Y side from the optical axis O to some extent. The blue pixels 20B5 and 20B6 may be similarly modified. In this case, a larger focus detection signal can be obtained, and the SN ratio of the focus detection signal is improved.

前記第1の実施の形態を変形して第2乃至5の実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第6の実施の形態に対して適用してもよい。   Modifications similar to those obtained by modifying the first embodiment to obtain the second to fifth embodiments may be applied to the sixth embodiment.

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

例えば、前述した実施の形態はカラーの組み合わせとしてR、G、Bを用いる系を採用した例であるが、本発明は、補色系を採用してもよい。   For example, although the above-described embodiment is an example in which a system using R, G, and B as a combination of colors is employed, the present invention may employ a complementary color system.

また、例えば前記第1の実施の形態では、青色の画素20B1,20B2は、有効受光領域の全体をカバーする1つの焦点検出用電荷蓄積層を2つの第1及び第2の焦点検出用電荷蓄積層53,54に分割したものに相当している。しかしながら、本発明では、1つの画素に設ける焦点検出用電荷蓄積層の数は2つに限定されるものではなく、例えば、1つの画素に4等分割したものに相当する4つの焦点検出用電荷蓄積層を設けてもよい。   Further, for example, in the first embodiment, the blue pixels 20B1 and 20B2 include one focus detection charge storage layer covering the entire effective light receiving region and two first and second focus detection charge storages. This corresponds to one divided into layers 53 and 54. However, in the present invention, the number of focus detection charge storage layers provided in one pixel is not limited to two. For example, four focus detection charges corresponding to one pixel divided into four equal parts. An accumulation layer may be provided.

さらに、本発明では、一部の画素ではなく全ての画素にそれぞれ1つ以上の焦点検出用電荷蓄積層を設けてもよい。   Furthermore, in the present invention, one or more focus detection charge storage layers may be provided for all of the pixels instead of some of the pixels.

また、本発明は、MOSトランジスタ以外の増幅部を用いた増幅型固体撮像素子にも適用することができる。   The present invention can also be applied to an amplification type solid-state imaging device using an amplification unit other than a MOS transistor.

本発明の第1の実施の形態による撮像装置を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the solid-state image sensor in FIG. 図3における所定の焦点検出領域の付近を拡大した概略拡大図である。FIG. 4 is a schematic enlarged view in which the vicinity of a predetermined focus detection region in FIG. 3 is enlarged. 図3における他の所定の焦点検出領域の付近を拡大した概略拡大図である。FIG. 4 is a schematic enlarged view in which the vicinity of another predetermined focus detection region in FIG. 3 is enlarged. 図1中の固体撮像素子の青色の画素を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the blue pixel of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子の青色の画素の主な要素を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the main elements of the blue pixel of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子の青色の画素の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing some elements of blue pixels of the solid-state imaging device in FIG. 1. 図1中の固体撮像素子の青色の画素の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing another part of the blue pixels of the solid-state imaging device in FIG. 1. 図7中のA−A’線に沿った概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view along the line A-A ′ in FIG. 7. 図7のB−B’線に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the B-B 'line of FIG. 図7中のC−C’線に沿った概略断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 7. 図1中の固体撮像素子の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the blue pixel of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子の他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the other blue pixel of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子の赤色の画素及び緑色の画素を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the red pixel and green pixel of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子の赤色の画素及び緑色の画素を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the red pixel and green pixel of the solid-state image sensor in FIG. 焦点検出モード時の図1中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the drive procedure of the solid-state image sensor in FIG. 1 at the time of focus detection mode. 撮像モード時の図1中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the drive procedure of the solid-state image sensor in FIG. 1 at the time of imaging mode. 焦点検出・撮像の同時モード時の図1中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing a driving procedure of the solid-state imaging device in FIG. 1 in a focus detection / imaging simultaneous mode. 本発明の第2の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す他の図である。It is another figure which shows typically pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態で用いられる赤色の画素の主な要素を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the main elements of the red pixel used in the 3rd Embodiment of this invention. 図23に示す赤色の画素の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。FIG. 24 is a schematic plan view schematically showing some elements of the red pixel shown in FIG. 23. 図23に示す赤色の画素の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。FIG. 24 is a schematic plan view schematically showing another part of the red pixel shown in FIG. 23. 図23中のD−D’線に沿った概略断面図である。FIG. 24 is a schematic cross-sectional view along the line D-D ′ in FIG. 23. 本発明の第4の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す他の図である。It is another figure which shows typically pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor of the imaging device by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態で用いられる青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the blue pixel used in the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態で用いられる他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the other blue pixel used in the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態で用いられる更に他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the other blue pixel used by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態で用いられる更に他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the other blue pixel used by the 6th Embodiment of this invention. 青色の画素の変形例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the modification of a blue pixel. 他の青色の画素の変形例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the modification of another blue pixel.

符号の説明Explanation of symbols

1 電子カメラ
2 撮影レンズ
3 固体撮像素子
20 20R,20G,20B1〜20B6,20R1,20R2,20G1,20G2 画素
41 撮像用フォトダイオード
42,43 焦点検出用フォトダイオード
52 撮像用電荷蓄積層
53,54 焦点検出用電荷蓄積層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electronic camera 2 Imaging lens 3 Solid-state image sensor 20 20R, 20G, 20B1-20B6, 20R1, 20R2, 20G1, 20G2 Pixel 41 Photodiode for imaging 42, 43 Photodiode for focus detection 52 Charge storage layer for imaging 53, 54 Focus Charge storage layer for detection

Claims (17)

光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、
2次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備え、
前記複数の画素の各1つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有し、
前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための複数の焦点検出用信号を互いに独立して出力し得るように構成され、
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときにそれぞれの少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された複数の焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分をそれぞれ主として光電変換してそれぞれ前記複数の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得る複数の焦点検出用光電変換部を有し、
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から互いに異なる方向へそれぞれ偏心した前記射出瞳の領域からの光束をそれぞれ選択的に受光して光電変換する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system,
A plurality of pixels that are arranged two-dimensionally and each output an imaging signal for forming an image signal indicating the subject image;
Each one pixel of the plurality of pixels has an imaging photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts a predetermined wavelength component of incident light to obtain a charge to be the imaging signal,
At least some of the plurality of pixels can output a plurality of focus detection signals for detecting a focus adjustment state of the optical system independently of each other in addition to the imaging signal. Configured,
In addition to the imaging photoelectric conversion unit of the pixel, each of the at least some of the pixels has at least a part of the imaging photoelectric of the pixel when viewed from the incident direction of the incident light. A plurality of focus detection photoelectric conversion units arranged so as to overlap with the conversion unit, the wavelength component being substantially different from the predetermined wavelength component of the incident light that is photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel Each having a plurality of focus detection photoelectric conversion units that respectively obtain photoelectric charges to be converted into the plurality of focus detection signals.
The plurality of focus detection photoelectric conversion units of each one of the at least some pixels respectively select light beams from the exit pupil regions that are decentered in different directions from the center of the exit pupil of the optical system. Received light and photoelectrically converted,
A solid-state imaging device.
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。   For each one pixel of the at least some pixels, the predetermined wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel, and the focus detection photoelectric conversion unit of the pixel 2. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the wavelength component of the incident light mainly subjected to photoelectric conversion is a visible wavelength component. 前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部の数は2つであり、
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの一方の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第1の領域からの光束を選択的に受光して光電変換し、
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの他方の撮像用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像素子。
The number of the plurality of focus detection photoelectric conversion units in each one of the at least some pixels is two;
One focus detection photoelectric conversion unit among the plurality of focus detection photoelectric conversion units of each one pixel of the at least some of the pixels is the exit decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. Selectively receiving and photoelectrically converting the light flux from the first region of the pupil;
The other imaging photoelectric conversion unit among the plurality of focus detection photoelectric conversion units of each one of the at least some pixels is in a direction opposite to the predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. Selectively receiving and photoelectrically converting a light beam from the second region of the exit pupil that is eccentric to
The solid-state imaging device according to claim 1 or 2.
前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも1つの画素の前記撮像用光電変換部は、第1導電型の第1の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、
前記少なくとも1つの画素の前記各焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第1の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第1の半導体層に配置され当該画素の前記複数の焦点検出用信号のうちの1つの焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子。
The imaging photoelectric conversion unit of at least one of the at least some pixels is arranged in a first semiconductor layer of a first conductivity type and stores the charge to be the imaging signal. Type charge storage layer for imaging,
Each of the focus detection photoelectric conversion units of the at least one pixel has at least a part of the imaging charge of the pixel through a part of the first semiconductor layer when viewed from the incident direction of the incident light. A second-conductivity-type focus detection that is arranged in the first semiconductor layer so as to overlap the storage layer and stores the electric charge to be one focus detection signal among the plurality of focus detection signals of the pixel. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a charge storage layer.
前記少なくとも1つの画素において、前記第1の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第1導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記各焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第1の半導体層に配置されたことを特徴とする請求項4記載の固体撮像素子。   In the at least one pixel, the first conductivity type layer having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer is interposed between the imaging charge storage layer and each focus detection charge storage layer. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the solid-state imaging device is disposed in the first semiconductor layer so as to be positioned. 前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記入射光の実質的に同じ波長成分を光電変換することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子。   The at least one pixel among the at least some pixels, wherein the plurality of focus detection photoelectric conversion units of the pixel photoelectrically convert substantially the same wavelength component of the incident light. The solid-state imaging device according to any one of 1 to 5. 前記少なくとも一部の画素の少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも短い波長成分であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像素子。   With respect to at least one of the at least some pixels, the predetermined wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel is mainly the focus detection photoelectric conversion unit of the pixel. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device has a wavelength component shorter than a wavelength component of the incident light to be photoelectrically converted. 前記少なくとも一部の画素の少なくとも1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも長い波長成分であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像素子。   With respect to at least one of the at least some pixels, the predetermined wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel is mainly the focus detection photoelectric conversion unit of the pixel. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device has a wavelength component longer than a wavelength component of the incident light to be photoelectrically converted. 前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素に対して1対1に設けられ当該画素の前記撮像用光電変換部及び前記複数の焦点検出用光電変換部に入射光を導くマイクロレンズを、有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の固体撮像素子。   Each one of the at least some pixels is provided in a one-to-one relationship with the pixel, and the microlens guides incident light to the imaging photoelectric conversion unit and the plurality of focus detection photoelectric conversion units of the pixel. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein 光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、
2次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備え、
前記複数の画素の各1つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有し、
前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を独立して出力し得るように構成され、
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分を主として光電変換して前記焦点検出用信号となるべき電荷を得る焦点検出用光電変換部を有し、
前記少なくとも一部の画素のうちの一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第1の領域からの光束を選択的に受光して光電変換し、
前記少なくとも一部の画素のうちの他の一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system,
A plurality of pixels that are arranged two-dimensionally and each output an imaging signal for forming an image signal indicating the subject image;
Each one pixel of the plurality of pixels has an imaging photoelectric conversion unit that mainly photoelectrically converts a predetermined wavelength component of incident light to obtain a charge to be the imaging signal,
At least some of the plurality of pixels are configured to independently output a focus detection signal for detecting a focus adjustment state of the optical system, in addition to the imaging signal.
In addition to the imaging photoelectric conversion unit of the pixel, each of the at least some of the pixels includes at least a part of the imaging photoelectric conversion unit of the pixel when viewed from the incident direction of the incident light. A photoelectric conversion unit for focus detection arranged so as to overlap with the photoelectric conversion unit, which mainly converts a wavelength component substantially different from the predetermined wavelength component of the incident light that is photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel. A focus detection photoelectric conversion unit for obtaining a charge to be the focus detection signal
The focus detection photoelectric conversion unit of some of the at least some pixels selects a light beam from the first region of the exit pupil that is decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. Received light and photoelectrically converted,
The focus detection photoelectric conversion unit of another part of the at least some of the pixels includes a first part of the exit pupil that is decentered in a direction opposite to the predetermined direction from the center of the exit pupil of the optical system. Selectively receiving light from the region 2 and photoelectrically converting it;
A solid-state imaging device.
前記少なくとも一部の画素の各1つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であることを特徴とする請求項10記載の固体撮像素子。   For each one of the at least some pixels, the predetermined wavelength component of the incident light that is mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion unit of the pixel, and the focus detection photoelectric conversion unit of the pixel are mainly The solid-state imaging device according to claim 10, wherein the wavelength component of the incident light to be photoelectrically converted is a wavelength component in a visible range. 前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも1つの画素の前記撮像用光電変換部は、第1導電型の第1の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、
前記少なくとも1つの画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第1の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第1の半導体層に配置され当該画素の前記焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第2導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有する、ことを特徴とする請求項10又は11記載の固体撮像素子。
The imaging photoelectric conversion unit of at least one of the at least some pixels is arranged in a first semiconductor layer of a first conductivity type and stores the charge to be the imaging signal. Type charge storage layer for imaging,
The focus detection photoelectric conversion unit of the at least one pixel is at least partly stored in the pixel through the first semiconductor layer when viewed from the incident direction of the incident light. 2. A focus detection charge storage layer of a second conductivity type, which is disposed on the first semiconductor layer so as to overlap with the layer and stores the charge to be the focus detection signal of the pixel. Item 12. The solid-state imaging device according to Item 10 or 11.
前記少なくとも1つの画素において、前記第1の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第1導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第1の半導体層に配置されたことを特徴とする請求項12記載の固体撮像素子。   In the at least one pixel, the first conductivity type layer having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer is positioned between the imaging charge storage layer and the focus detection charge storage layer. The solid-state imaging device according to claim 12, wherein the solid-state imaging device is arranged in the first semiconductor layer. 前記複数の画素は複数のグループに分けられ、
同じグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に同一であり、
異なるグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に異なる、
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の固体撮像素子。
The plurality of pixels are divided into a plurality of groups,
The predetermined wavelength components of the incident light that are mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion units of the pixels of the same group are substantially the same,
The predetermined wavelength components of the incident light that are mainly photoelectrically converted by the imaging photoelectric conversion units of the pixels of different groups are substantially different from each other;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is provided.
前記少なくとも一部の画素は、カラーフィルタを有していないことを特徴とする請求項14記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 14, wherein the at least some of the pixels do not have a color filter. 前記複数の画素は、前記少なくとも一部の画素以外の画素を含み、
前記少なくとも一部の画素以外の前記画素は、カラーフィルタを有する、
ことを特徴とする請求項14又は15記載の固体撮像素子。
The plurality of pixels include pixels other than the at least some of the pixels,
The pixels other than the at least some pixels have a color filter.
The solid-state imaging device according to claim 14 or 15,
請求項1乃至16のいずれかに記載の固体撮像素子と、前記少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部を、備えたことを特徴とする撮像装置。   17. A detection processing unit that outputs a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system based on the solid-state imaging device according to claim 1 and the focus detection signal from the at least some pixels. An imaging apparatus comprising:
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