JP2002303785A - Focus detecting device and image pickup device - Google Patents

Focus detecting device and image pickup device

Info

Publication number
JP2002303785A
JP2002303785A JP2001107910A JP2001107910A JP2002303785A JP 2002303785 A JP2002303785 A JP 2002303785A JP 2001107910 A JP2001107910 A JP 2001107910A JP 2001107910 A JP2001107910 A JP 2001107910A JP 2002303785 A JP2002303785 A JP 2002303785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
optical system
focus detection
exit pupil
conversion unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001107910A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Yamazaki
亮 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2001107910A priority Critical patent/JP2002303785A/en
Publication of JP2002303785A publication Critical patent/JP2002303785A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform focus detection of an object having any contrast whatever by a phase difference detection system which is of simple constitution and precise. SOLUTION: The focus detecting device has a photoelectric converting element 100 constituted by arranging in a two-dimensional area a plurality of photodetection parts each composed of a 1st photoelectric conversion part which photoelectrically converts 1st luminous flux among pieces of luminous flux separating the exit pupil of an image formation system 1 and a 2nd photoelectric conversion part which photoelectrically converts 2nd luminous flux different from the 1st luminous flux and computes focus detection information according to phase differences between the output parts of the 1st photoelectric conversion parts and 2nd photoelectric conversion parts. Pupil splitting means 7 and 8 which divide the exit pupil of an image pickup optical system obliquely to the separation direction of the exit pupil of the 1st luminous flux and 2nd luminous flux are arranged in the optical path of the image formation optical system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、焦点検出装置やデ
ジタルカメラまたはビデオカメラなどの固体撮像素子が
適用された撮像装置の改良に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an improvement in an imaging device to which a solid-state imaging device such as a focus detection device, a digital camera or a video camera is applied.

【0002】[0002]

【従来の技術】デジタルカメラでは、レリーズボタンの
押下に応動して、CCDやCMOSセンサなどの固体撮
像素子に被写界像を所望の時間露光し、これより得られ
た一つの画面の静止画像を表す画像信号をデジタル信号
に変換して、YC処理などの所定の処理を施して、所定
の形式の画像信号を得ている。そして、撮像された画像
を表すデジタルの画像信号はそれぞれの画像毎に半導体
メモリに記録され、該記録された画像信号は随時読み出
されて表示または印刷可能な信号に再生されてモニター
などに出力されて表示される。
2. Description of the Related Art In a digital camera, a solid-state image sensor such as a CCD or CMOS sensor is exposed to a subject image for a desired time in response to pressing of a release button, and a still image of one screen obtained from this is obtained. Is converted into a digital signal and subjected to predetermined processing such as YC processing to obtain an image signal of a predetermined format. A digital image signal representing a captured image is recorded in a semiconductor memory for each image, and the recorded image signal is read out at any time, reproduced into a displayable or printable signal, and output to a monitor or the like. Is displayed.

【0003】従来より、デジタルカメラでは、撮像装置
を利用したコントラスト検出方式の焦点検出が行われて
おり、一般に、このようなコントラスト検出方式の焦点
検出においては、撮像光学系の光軸上位置を僅かに移動
させながらコントラストの極値を求めていくために、合
焦するまでの焦点調節にかなりの時間を要するという問
題がある。
Conventionally, in a digital camera, focus detection of a contrast detection method using an imaging device has been performed. In general, in such focus detection of the contrast detection method, a position on an optical axis of an imaging optical system is determined. Since the extreme value of the contrast is obtained while slightly moving, there is a problem that a considerable amount of time is required for focus adjustment until focusing.

【0004】そこで、銀塩フィルムを使用する一眼レフ
カメラのなどに用いられている位相差検出方式の焦点検
出をデジタルカメラの撮像素子を利用して行うことが提
案されている。この位相差検出方式の焦点検出ではデフ
ォーカス量を求めることができるので、コントラスト検
出方式に比して合焦するまでの時間を大幅に短縮するこ
とができるという利点がある。
Therefore, it has been proposed to perform focus detection of a phase difference detection method used in a single-lens reflex camera using a silver halide film by using an image sensor of a digital camera. Since the defocus amount can be obtained in the focus detection using the phase difference detection method, there is an advantage that the time required for focusing can be greatly reduced as compared with the contrast detection method.

【0005】このような焦点検出方式の一例として、一
対の光電変換部を、2次元的に配列したマイクロレンズ
アレイ毎に設け、このマイクロレンズによって、一対の
光電変換部より成る受光部を撮像光学系の瞳に投影する
ことで瞳を分離し、位相差方式の焦点検出を行う方法が
提案されている。さらに、この受光手段として、一つの
マイクロレンズ内における一対の光電変換部出力信号の
加算、非加算を画素部単位で任意に行うことのできる固
体撮像素子を用いた撮像装置が提案(特開平9−465
96号)されている。
As an example of such a focus detection system, a pair of photoelectric conversion units is provided for each two-dimensionally arranged microlens array, and a light receiving unit including the pair of photoelectric conversion units is imaged by the microlens. A method has been proposed in which a pupil is separated by projecting the pupil onto a system pupil and focus detection is performed by a phase difference method. Further, an imaging device using a solid-state imaging device capable of arbitrarily adding and non-adding a pair of photoelectric conversion unit output signals in one microlens for each pixel unit has been proposed as this light receiving unit (Japanese Patent Application Laid-Open No. H9-1997). -465
No. 96).

【0006】この提案の撮像装置では、撮像の場合、一
つのマイクロレンズ内における一対の光電変換部の出力
信号を加算して読み出し、焦点検出の場合、それぞれの
光電変換部の出力信号を独立に読み出すことで、撮像素
子による位相差検出方式の焦点検出を実現している。ま
た、撮像時における光電変換部の出力信号加算は画素部
で行われるので、元々撮像光学系の瞳の全光束を使った
画像を得るように設計された撮像素子で得られる画像と
同レベルのS/N的に優れた画像を得ることを可能とし
ている。
In this proposed imaging apparatus, in the case of imaging, the output signals of a pair of photoelectric conversion units in one microlens are added and read out. In the case of focus detection, the output signals of each photoelectric conversion unit are independently output. By reading out, focus detection of the phase difference detection method by the image sensor is realized. Also, since the addition of the output signal of the photoelectric conversion unit at the time of imaging is performed in the pixel unit, the same level as the image obtained by the image sensor originally designed to obtain the image using the entire luminous flux of the pupil of the imaging optical system is used. It is possible to obtain an image excellent in S / N.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のような構成で位相差方式の焦点検出を行う場合、撮像
素子上における像の移動方向は、一対の光電変換部の分
離方向となるため、例えば、一対の光電変換部により撮
影レンズの瞳分離方向が横方向である場合、即ち、一対
の光電変換部が横方向に分離されている場合、光電変換
部の分離方向と同じ方向にコントラスト差のあるような
被写体の焦点検出(縦線検出)は容易に行えるが、光電
変換部の分離方向と直交する方向にコントラスト差のあ
る被写体の焦点検出(横線検出)は不能となる。従っ
て、従来例のような構成では、被写体上のコントラスト
差が生じる方向によって焦点検出性能に差が出てしまう
といった欠点を有していた。
However, in the case of performing the focus detection by the phase difference method with the configuration as in the conventional example, the moving direction of the image on the image sensor is the separating direction of the pair of photoelectric conversion units. For example, when the pupil separation direction of the taking lens is horizontal by a pair of photoelectric conversion units, that is, when the pair of photoelectric conversion units is separated in the horizontal direction, the contrast difference is in the same direction as the separation direction of the photoelectric conversion units. Although the focus detection (vertical line detection) of a subject having a contrast can be easily performed, the focus detection (horizontal line detection) of a subject having a contrast difference in a direction orthogonal to the separation direction of the photoelectric conversion unit cannot be performed. Therefore, the configuration as in the conventional example has a disadvantage that the focus detection performance differs depending on the direction in which the contrast difference on the subject occurs.

【0008】(発明の目的)本発明の目的は、どのよう
なコントラストを持つ対象物もしくは被写体に対して
も、簡単な構成で精度の良い位相差検出方式による焦点
検出を行うことのできる焦点検出装置及び撮像装置を提
供しようとするものである。
(Object of the Invention) It is an object of the present invention to provide a focus detection device capable of performing a focus detection by an accurate phase difference detection method with a simple configuration for an object or a subject having any contrast. It is intended to provide a device and an imaging device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1〜4に記載の発明は、結像光学系の射出瞳
を複数に分離した光束のうち、第1の光束を光電変換す
る第1の光電変換部と、前記第1の光束とは異なる第2
の光束を光電変換する第2の光電変換部より成る受光部
を2次元領域に複数配置した光電変換素子を有し、前記
第1の光電変換部と前記第2の光電変換部の出力信号の
位相差を基に焦点検出情報を算出する焦点検出装置にお
いて、前記第1の光束及び前記第2の光束による前記射
出瞳の分離方向と斜めに交わる方向に前記撮像光学系の
射出瞳を分割する瞳分割手段を、前記結像光学系の光路
中に配置した焦点検出装置とするものである。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the first light beam among the light beams obtained by splitting the exit pupil of the imaging optical system into a plurality of light beams is photoelectrically converted. A first photoelectric conversion unit for conversion, and a second photoelectric conversion unit different from the first light flux.
A photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving units each configured of a second photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the light beam of the first and second photoelectric conversion units are arranged in a two-dimensional area, and output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are provided. In a focus detection device that calculates focus detection information based on a phase difference, an exit pupil of the imaging optical system is divided into a direction obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light beam and the second light beam. The pupil dividing means is a focus detection device arranged in the optical path of the imaging optical system.

【0010】同じく上記目的を達成するために、請求項
5〜8に記載の発明は、撮像光学系と、前記撮像光学系
の射出瞳を複数に分離した光束のうち第1の光束を光電
変換する第1の光電変換部と、前記第1の光束とは異な
る第2の光束を光電変換する第2の光電変換部より成る
受光部を2次元領域に複数配置した固体撮像素子と、前
記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部の出力信号
の位相差を基に焦点検出情報を算出する焦点検出手段と
を有する撮像装置において、前記第1の光束及び前記第
2の光束による前記射出瞳の分離方向と斜めに交わる方
向に前記撮像光学系の射出瞳を分割する瞳分割手段を、
前記撮像光学系の光路中に配置した撮像装置とするもの
である。
According to another aspect of the present invention, there is provided an imaging optical system, wherein a first light beam of a light beam obtained by dividing an exit pupil of the imaging optical system into a plurality of light beams is photoelectrically converted. A solid-state imaging device in which a plurality of light receiving units including a second photoelectric conversion unit that photoelectrically converts a second light flux different from the first light flux are arranged in a two-dimensional area; An image pickup apparatus comprising: a first photoelectric conversion unit and focus detection means for calculating focus detection information based on a phase difference between output signals of the second photoelectric conversion unit. A pupil dividing unit that divides an exit pupil of the imaging optical system in a direction obliquely intersecting with a separation direction of the exit pupil,
The image pickup apparatus is arranged in an optical path of the image pickup optical system.

【0011】上記構成においては、前記瞳分割手段によ
り分割された射出瞳を介する前記第1及び第2の光束の
光電変換出力それぞれを前記第1及び第2の光電変換部
より得、この光電変換出力それぞれに基づいて、前記第
1及び第2の光電変換部による射出瞳の分離方向と直交
する方向にコントラスト差のある対象物もしくは被写体
に対する焦点検出を行うようにしている。
In the above arrangement, the photoelectric conversion outputs of the first and second light fluxes via the exit pupil divided by the pupil dividing means are obtained from the first and second photoelectric conversion units, respectively. Based on each output, focus detection is performed on an object or a subject having a contrast difference in a direction orthogonal to the direction in which the exit pupil is separated by the first and second photoelectric conversion units.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.

【0013】図1は本発明の実施の一形態に係る撮像光
学系を示す構成図であって、固体撮像素子100を用い
るデジタルカラーカメラのズーム光学系であり、撮像光
学系とカメラ本体が一体的に設けられている。同図の左
側が物体側であり、右側が像面側となっている。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an image pickup optical system according to an embodiment of the present invention, which is a zoom optical system of a digital color camera using a solid-state image pickup device 100, wherein the image pickup optical system and the camera body are integrated. Is provided. The left side of the figure is the object side, and the right side is the image plane side.

【0014】同図において、撮像光学系は、負レンズ、
正レンズ、正レンズから成る正の第1群(grp1)、
負レンズ、負と正の接合レンズから成る負の第2群(g
rp2)、絞りST、正レンズから成る正の第3群(g
rp3)、負と正の接合レンズからなる第4群(grp
4)により構成される。また、F1は赤外線(IR)カ
ットフィルター、LPFは光学ローパスフィルター、L
1は撮像光学系の光軸である。
In FIG. 1, an imaging optical system includes a negative lens,
A first positive lens unit (grp1) including a positive lens and a positive lens,
The negative second group (g) including a negative lens and a negative and positive cemented lens.
rp2), aperture ST, positive third lens unit (g)
rp3), a fourth unit (grp) including a cemented lens of negative and positive lenses
4). F1 is an infrared (IR) cut filter, LPF is an optical low-pass filter, L
Reference numeral 1 denotes an optical axis of the imaging optical system.

【0015】図中に矢印で示すように、ズーミングによ
って焦点距離が広角から望遠に向かうに従い、負の第2
群grp2が像面側へ、正の第4群grp4が物体側へ
と同時に動く。撮像光学系は、図示しないレンズ駆動機
構を持ち、モータとギア列を用いて負の第2群grp2
を光軸方向に移動させて、物体像が撮像素子100上で
ピントを結ぶように焦点調節する。
As indicated by the arrow in the drawing, as the focal length changes from wide angle to telephoto due to zooming, the negative second
The group grp2 moves to the image plane side, and the positive fourth group grp4 moves to the object side. The imaging optical system has a lens driving mechanism (not shown), and uses a motor and a gear train to generate a negative second group grp2.
Is moved in the optical axis direction to adjust the focus so that the object image is focused on the image sensor 100.

【0016】図2は撮像装置の主要部を示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the image pickup apparatus.

【0017】同図において、1は図1に示す撮像光学系
のうち、絞りSTよりも物体側にある第1群(grp
1)と第2群(grp2)とをまとめて示した前方レン
ズ群である。2は絞りSTよりも像面側にある第3群
(grp3)、第4群(grp4)をまとめて示した後
方レンズ群であり、絞りSTの開口を通過した光束によ
って撮像素子100上に物体像を形成する。なお、図の
煩雑さを無くすため、赤外線カットフィルターF1、光
学ローパスフィルターLPFは省略している。絞りST
は軸L2を中心にして回転し、不図示のモータの駆動力
によって選択的に6つのポジションをとり、異なる形状
の開口3〜6と、主として横線焦点検出に用いられる一
対の開口7〜8(詳細は後述する)より構成される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first group (grp) on the object side of the stop ST in the imaging optical system shown in FIG.
1 is a front lens group collectively showing a second group (grp2). Reference numeral 2 denotes a rear lens group collectively showing a third group (grp3) and a fourth group (grp4) on the image plane side of the stop ST, and an object on the image sensor 100 by a light beam passing through the opening of the stop ST. Form an image. Note that, in order to eliminate the complexity of the drawing, the infrared cut filter F1 and the optical low-pass filter LPF are omitted. Aperture ST
Rotates about the axis L2, selectively takes six positions by the driving force of a motor (not shown), and has openings 3 to 6 of different shapes and a pair of openings 7 to 8 (mainly used for horizontal line focus detection). The details will be described later).

【0018】次に、上記の撮像素子100について説明
する。
Next, the image sensor 100 will be described.

【0019】撮像素子100は、増幅型固体撮像装置の
一つであるCMOSプロセスコンパチブルのセンサ(以
下、CMOSセンサと記す)である。このタイプのセン
サは、IEEETRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICE ,VOL
41,PP452〜453,1994などの文献で発表
されている。CMOSセンサの特長の一つに、光電変換
部のMOSトランジスタと周辺回路のMOSトランジス
タを同一工程で形成できるため、マスク枚数、プロセス
工程がCCDと比較して大幅に削減できるということが
挙げられる。この特長を生かして、この実施の形態では
1画素に二つの光電変換部を構成し、従来光電変換部毎
に設けていたフローティングディフュージョン領域(以
下、FD領域と記す)とソースフォロワアンプを二つの
光電変換部に1個だけ形成し、二つの光電変換領域をM
OSトランジスタスイッチを介してそのFD領域に接続
している。
The image sensor 100 is a CMOS process compatible sensor (hereinafter, referred to as a CMOS sensor), which is one of amplification type solid-state image sensors. This type of sensor is IEEETRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICE, VOL
41, PP452-453, 1994. One of the features of the CMOS sensor is that since the MOS transistor of the photoelectric conversion unit and the MOS transistor of the peripheral circuit can be formed in the same step, the number of masks and the number of process steps can be significantly reduced as compared with the CCD. By taking advantage of this feature, in this embodiment, two photoelectric conversion units are formed for one pixel, and a floating diffusion region (hereinafter, referred to as an FD region) and a source follower amplifier, which are conventionally provided for each photoelectric conversion unit, are provided. Only one photoelectric conversion part is formed, and two photoelectric conversion
It is connected to the FD region via an OS transistor switch.

【0020】したがって、二つの光電変換部の電荷を同
時、または、別々にFD領域へ転送でき、該FD領域に
接続された転送MOSトランジスタのタイミングだけ
で、二つの光電変換部の信号電荷加算、非加算を簡単に
行うことができる。
Therefore, the charges of the two photoelectric conversion units can be transferred to the FD region simultaneously or separately, and the signal charges of the two photoelectric conversion units can be summed up only by the timing of the transfer MOS transistor connected to the FD region. Non-addition can be easily performed.

【0021】この構造を利用して、撮像光学系の射出瞳
全体からの光束による光電変換出力を行う第1の出力モ
ードと、撮像レンズの射出瞳の一部からの光束による光
電変換出力を行う第2の出力モードとを切り換え可能と
している。画素レベルで信号の加算を行う第1の出力モ
ードでは、信号を読み出した後で加算する方式に比べて
ノイズの少ない信号を得ることができる。
Utilizing this structure, a first output mode for performing photoelectric conversion output by a light beam from the entire exit pupil of the imaging optical system and a photoelectric conversion output by a light beam from a part of the exit pupil of the imaging lens are performed. The second output mode can be switched. In the first output mode in which signals are added at the pixel level, a signal with less noise can be obtained as compared with a method in which signals are read and then added.

【0022】図3は、前述したような二つの光電変換部
の信号電荷加算、非加算を簡単に行うことができる撮像
素子100内のエリアセンサ部の回路構成図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of an area sensor section in the image sensor 100 in which addition and non-addition of signal charges of the two photoelectric conversion sections as described above can be easily performed.

【0023】同図は、2列×2行画素の2次元エリアセ
ンサを示したものであるが、実際は、図2の撮像素子1
00に示すように1920列×1080行等と画素数を
多くし、実用的な解像度を得る。
FIG. 1 shows a two-dimensional area sensor having 2 columns × 2 rows of pixels. In practice, the image sensor 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 00, the number of pixels is increased to 1920 columns × 1080 rows or the like to obtain a practical resolution.

【0024】図3において、101及び102はMOS
トランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる第1,
第2光電変換部、103及び104はフォトゲート、1
05及び106は転送スイッチMOSトランジスタ、1
07はリセット用MOSトランジスタ、108はソース
フォロワアンプMOSトランジスタ、109は垂直選択
スイッチMOSトランジスタ、110はソースフォロワ
の負荷MOSトランジスタ、111は暗出力転送MOS
トランジスタ、112は明出力転送MOSトランジス
タ、113は暗出力蓄積容量CTN、114は明出力蓄
積容量CTS、115及び116は垂直転送MOSトラ
ンジスタ、117及び118は垂直出力線リセットMO
Sトランジスタ、119は差動出力アンプ、120は垂
直走査部、121は水平走査部で、受光部122を構成
している。ここで、隣接した第1光電変換部101と第
2光電変換部102をひとまとめにしたものが受光部
で、その他の受光部123〜125についても同様の構
成である。
In FIG. 3, reference numerals 101 and 102 denote MOS transistors.
The first and the first, consisting of a transistor gate and a depletion layer below the gate,
The second photoelectric conversion units 103 and 104 are photogates,
05 and 106 are transfer switch MOS transistors, 1
07 is a reset MOS transistor, 108 is a source follower amplifier MOS transistor, 109 is a vertical select switch MOS transistor, 110 is a source follower load MOS transistor, and 111 is a dark output transfer MOS.
Transistor, 112 is a bright output transfer MOS transistor, 113 is a dark output storage capacitor CTN, 114 is a bright output storage capacitor CTS, 115 and 116 are vertical transfer MOS transistors, 117 and 118 are vertical output line reset MOs.
The S transistor, 119 is a differential output amplifier, 120 is a vertical scanning unit, 121 is a horizontal scanning unit, and constitutes a light receiving unit 122. Here, the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 102 adjacent to each other are grouped together as a light receiving unit, and the other light receiving units 123 to 125 have the same configuration.

【0025】図4に、上記受光部122の断面図を示
す。
FIG. 4 is a sectional view of the light receiving section 122.

【0026】同図において、126はP型ウェル、12
7,128はゲート酸化膜、129,130は一層目ポ
リSi、131,132は二層目ポリSi、133はn
+FD領域である。FD領域133は、転送MOSトラ
ンジスタ105,106を介して第1光電変換部101
及び第2光電変換部102と接続される。なお、同図で
は、第1光電変換部101と第2光電変換部102を離
して描いたが、実際にはその境界部は極めて小さく、実
用上は第1光電変換部101と第2光電変換部102は
接しているとみなして良い。9は特定の波長域の光を透
過するカラーフィルター、10は図1に示す撮像光学系
からの光束を効率的に第1、第2光電変換部に導くため
のマイクロレンズである。
In the figure, 126 is a P-type well, 12
7 and 128 are gate oxide films, 129 and 130 are first layer poly-Si, 131 and 132 are second layer poly-Si, and 133 is n.
+ FD area. The FD region 133 is connected to the first photoelectric conversion unit 101 via the transfer MOS transistors 105 and 106.
And the second photoelectric conversion unit 102. In FIG. 1, the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 102 are drawn apart from each other. However, the boundary portion is extremely small in practice, and the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit are practically used. The unit 102 may be considered to be in contact. Reference numeral 9 denotes a color filter that transmits light in a specific wavelength range, and reference numeral 10 denotes a microlens for efficiently guiding a light beam from the imaging optical system shown in FIG. 1 to the first and second photoelectric conversion units.

【0027】以上のような構成で、本実施の形態におけ
る撮像素子100は、第1光電変換部101と第2光電
変換部102で発生した電荷を別々にFD領域133へ
転送でき、該FD領域133に接続された転送MOSト
ランジスタ105及び106のタイミングだけで、二つ
の光電変換部101,102の信号電荷の加算、非加算
を実現している。なお、詳細なタイミイングチャート等
については特開平9−46596号に開示されている
が、本発明には直接関係しないのでその詳細は省略す
る。
With the above-described configuration, the imaging device 100 according to the present embodiment can separately transfer charges generated in the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 102 to the FD region 133, The addition and non-addition of the signal charges of the two photoelectric conversion units 101 and 102 are realized only by the timing of the transfer MOS transistors 105 and 106 connected to 133. Although a detailed timing chart and the like are disclosed in JP-A-9-46596, they are not directly related to the present invention and will not be described in detail.

【0028】図5は、図1に示される、例えば1920
列×1080行の画素を有する撮像素子100うち、4
列×4行のみを抜き出した拡大平面図である。
FIG. 5 shows the structure shown in FIG.
4 out of the image sensor 100 having columns × 1080 rows of pixels
FIG. 4 is an enlarged plan view showing only columns × 4 rows.

【0029】受光部とMOSトランジスタを含む各画素
はほぼ正方形にレイアウトされ、格子状に隣接して配置
されている。
The pixels including the light receiving section and the MOS transistor are laid out in a substantially square shape, and are arranged adjacent to each other in a lattice.

【0030】図3を用いて先に説明した受光部122〜
125は、図中それぞれ画素11〜14 内に位置し、し
たがって、一つの画素がそれぞれ図5で示すような近接
した二つの光電変換部よりなる受光部を有する構成とな
っている。また、このエリアセンサ部は、各画素にR
(赤色)、G(緑色)、B(青色)のカラーフィルター
を交互に配して、4画素が一組となる所謂ベイヤー配列
を形成している。ベイヤー配列では、観察者が画像を見
たときに強く感じやすいGの画素をRやBの画素よりも
多く配置する事で、総合的な像性能を上げている。一般
に、この方式の撮像素子では、輝度信号は主にGから生
成し、色信号はR,G,Bから生成する。
The light receiving units 122 to 122 described above with reference to FIG.
Numerals 125 are located in the pixels 11 to 14 in the figure, and therefore, each pixel has a light receiving section composed of two adjacent photoelectric conversion sections as shown in FIG. Further, this area sensor unit is provided with R
(Red), G (green), and B (blue) color filters are alternately arranged to form a so-called Bayer array in which four pixels constitute one set. In the Bayer array, the overall image performance is improved by arranging more G pixels that are easily felt by an observer when viewing an image than R and B pixels. Generally, in an image sensor of this type, a luminance signal is mainly generated from G, and a color signal is generated from R, G, and B.

【0031】前述したように画素部はそれぞれ二つの光
電変換部よりなる受光部を有している。図に付した、
R,G,Bは赤色,緑色,青色のカラーフィルターを備
えた受光部であることを、R,G,Bに続く1あるいは
2の数字は、第1光電変換部か第2光電変換部かの区別
を表している。例えば、R1は赤色カラーフィルターを
備えた第1光電変換部であり、G2は緑色カラーフィル
ターを備えた第2光電変換部を意味する。さらに、各画
素において受光部の占める割合はおおよそ数10%程度
であって、撮像光学系から射出した光束を有効に利用す
るためには、画素毎に集光用レンズを設けて、受光部以
外に到達しようとする光を受光部に偏向することが必要
で、それが図3に示されるマイクロレンズ10である。
As described above, each pixel section has a light receiving section composed of two photoelectric conversion sections. Attached to the figure,
R, G, and B are light receiving units provided with red, green, and blue color filters, and the numbers 1 or 2 following R, G, and B indicate whether the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit. Represents the distinction. For example, R1 is a first photoelectric conversion unit having a red color filter, and G2 is a second photoelectric conversion unit having a green color filter. Further, the ratio of the light receiving portion in each pixel is about several tens of percent. In order to effectively use the light flux emitted from the imaging optical system, a condensing lens is provided for each pixel, and the light receiving portion other than the light receiving portion is provided. It is necessary to deflect the light that is going to reach the light receiving unit, which is the microlens 10 shown in FIG.

【0032】図6は、このために撮像素子前面に設けた
マイクロレンズと受光部との光学的位置関係を示す断面
図で、撮影光学系L1付近の一部分を拡大したものであ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the optical positional relationship between the microlens provided on the front surface of the image sensor and the light receiving section, and is an enlarged view of a part near the photographing optical system L1.

【0033】マイクロレンズ10−1〜10−4は受光
部の中心と光軸とがおおよそ一致した軸対称型の球面レ
ンズあるいは非球面レンズであって、各々矩形の有効部
を持ち、光入射側を凸形状として格子状に密に並べられ
ている。図1に示す撮像光学系は図の左側に位置し、撮
像光学系を射出した光束は、IRカットフィルターF
1、光学ローパスフィルターLPFを通って、先ずマイ
クロレンズ10−1〜10−4に入射する。各マイクロ
レンズの後方にはカラーフィルター9−1〜9−4が配
置され、ここで所望の波長域のみが選択されて各受光部
に到達する。カラーフィルターは図5を用いて説明した
ようにベイヤー配列を構成しており、R,G,Bの3種
がある。また、ベイヤー配列であることから、断面に現
れるのはこのうちの2種であって、9−1,9−3が緑
色透過カラーフィルター、9−2,9−4が赤色透過カ
ラーフィルターである。
The microlenses 10-1 to 10-4 are axially symmetrical spherical lenses or aspherical lenses in which the center of the light receiving section substantially coincides with the optical axis. Are convexly arranged in a grid pattern. The imaging optical system shown in FIG. 1 is located on the left side of the figure.
1. First, the light enters the microlenses 10-1 to 10-4 through the optical low-pass filter LPF. Color filters 9-1 to 9-4 are arranged behind each microlens, where only a desired wavelength range is selected and reaches each light receiving unit. The color filters constitute a Bayer array as described with reference to FIG. 5, and there are three types of R, G, and B. Also, because of the Bayer arrangement, only two of them appear on the cross section, 9-1 and 9-3 are green transmission color filters, and 9-2 and 9-4 are red transmission color filters. .

【0034】ここで、各マイクロレンズのパワーは撮像
素子における各受光部を撮像光学系の射出瞳に投影する
ように設定されている。このとき、各受光部の投影像が
撮像光学系の絞り開放時の射出瞳よりも大きくなるよう
に投影倍率を設定し、受光部に入射する光量と撮像光学
系の絞りSTの開度との関係をおおよそ線形にする。こ
うすれば、被写体輝度、撮像素子の感度が与えられたと
きに、フィルムカメラと同様の手法で絞り値とシャッタ
速度を算出することができる。つまり、入射光量が絞り
の開口面積に比例するようになり、APEX方式の演算
が成り立つ。フィルムカメラと同じように一般の露出計
を用いて露光量を算出することができて、撮影操作は極
めて容易である。撮像光学系によって形成された物体像
がマイクロレンズ上に位置するとき、撮像素子100か
ら得られる画像は最もシャープになる。
Here, the power of each micro lens is set so that each light receiving portion of the image sensor is projected on the exit pupil of the image pickup optical system. At this time, the projection magnification is set so that the projected image of each light receiving unit is larger than the exit pupil of the imaging optical system when the aperture is opened, and the difference between the amount of light incident on the light receiving unit and the opening degree of the aperture ST of the imaging optical system is set. Make the relationship roughly linear. In this way, when the luminance of the subject and the sensitivity of the image sensor are given, the aperture value and the shutter speed can be calculated by the same method as that of a film camera. That is, the amount of incident light is proportional to the aperture area of the stop, and the APEX-type calculation is established. The exposure amount can be calculated using a general light meter as in the case of a film camera, and the photographing operation is extremely easy. When the object image formed by the imaging optical system is located on the microlens, the image obtained from the imaging device 100 is sharpest.

【0035】なお、撮像光学系は主光線の撮像素子への
入射角が0度となるようにテレセントリック系とするの
がマイクロレンズによる瞳投影精度の点で望ましいが、
小型化、ズーム比の高倍率化の要求から完全なテレセン
トリック系にするのは困難である。この際には、マイク
ロレンズと受光部とを僅かに偏心させ、偏心量を撮像光
学系の光軸から受光部までの距離の関数とすればよい。
It is preferable that the imaging optical system be a telecentric system so that the angle of incidence of the principal ray on the imaging device is 0 ° from the viewpoint of pupil projection accuracy by the micro lens.
It is difficult to make it completely telecentric because of the demand for miniaturization and high magnification of the zoom ratio. In this case, the microlens and the light receiving unit may be slightly decentered, and the amount of eccentricity may be a function of the distance from the optical axis of the imaging optical system to the light receiving unit.

【0036】一般には、この偏心量を距離に応じて単調
に増加させれば、画面周辺の受光部も撮像光学系の射出
瞳上に正しく投影できるようになる。しかしながら、本
実施の形態では、10列×10行のブロック毎にマイク
ロレンズを一律に偏心させる構成としている。こうする
ことで、マイクロレンズの製造工程を簡略化でき、コス
トダウンの効果がある。
In general, if the amount of eccentricity is monotonically increased in accordance with the distance, the light receiving portion around the screen can be correctly projected on the exit pupil of the imaging optical system. However, in the present embodiment, the microlenses are uniformly decentered for each block of 10 columns × 10 rows. By doing so, the manufacturing process of the microlens can be simplified, and there is an effect of cost reduction.

【0037】図7(a),(b)は理解を容易にするた
めに、図6に示した一つのマイクロレンズ10−1につ
いて、第1光電変換部に入射する光束と、第2光電変換
部に入射する光束のそれぞれを分けて示した図である。
FIGS. 7 (a) and 7 (b) show the light flux incident on the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion for one micro lens 10-1 shown in FIG. 6 for easy understanding. It is the figure which showed each of the light beam which injects into a part separately.

【0038】第1光電変換部に入射する光束を示す図7
(a)では、図の下方からの光束が第1光電変換部に入
射し、第2光電変換部に入射する光束を示す図7(b)
では、図の上方からの光束が第2光電変換部に入射して
いることが分かる。したがって、撮像素子全体では第2
光電変換部に入射する光束は図7に示すようになり、エ
リアセンサ部のいずれの位置に入射する光束も、絞りS
Tの上半分を通過する光束である。なお、図8は、射出
瞳の上側半分を通過する光束を示した撮影光学系の構成
図である。一方、撮像素子全体の第1光電変換部に入射
する光束は撮像レンズの光軸L1を対称軸として上下を
反転したものとして考えればよい。したがって、撮像光
学系射出瞳の分離の様子は図9のようになる。
FIG. 7 showing a light beam incident on the first photoelectric conversion unit.
In FIG. 7A, a light beam from below is incident on the first photoelectric conversion unit, and FIG. 7B is a light beam incident on the second photoelectric conversion unit.
In the figure, it can be seen that the light flux from above in the figure is incident on the second photoelectric conversion unit. Therefore, in the entire image sensor, the second
The luminous flux incident on the photoelectric conversion unit is as shown in FIG. 7.
This is a light beam that passes through the upper half of T. FIG. 8 is a configuration diagram of an imaging optical system showing a light beam passing through the upper half of the exit pupil. On the other hand, the light beam incident on the first photoelectric conversion unit of the entire image pickup device may be considered as being inverted up and down with the optical axis L1 of the image pickup lens as a symmetric axis. Therefore, the state of separation of the exit pupil of the imaging optical system is as shown in FIG.

【0039】図9において、15は絞りSTが開放状
態、即ち、図2における開口3での撮像光学系の射出瞳
であって、絞りSTの開口3を後方レンズ群2を通して
見た虚像である。斜線部16は撮像素子100の第1光
電変換部に入射する光束が通過する射出瞳上の第一の領
域、斜線部17は撮像素子100の第2光電変換部に入
射する光束が通過する射出瞳上の第二の領域である。ま
た、18,19,20は、絞りSTを絞り込んだときの
射出瞳であって、絞りSTの開口4〜6を後方レンズ群
2を通して見た虚像である。
In FIG. 9, reference numeral 15 denotes an opening pupil of the image pickup optical system at the aperture 3 in FIG. 2, that is, a virtual image of the aperture ST of the aperture ST when viewed through the rear lens group 2. . A hatched portion 16 is a first area on an exit pupil through which a light beam incident on the first photoelectric conversion unit of the imaging device 100 passes, and a hatched portion 17 is an emission region through which a light beam incident on the second photoelectric conversion unit of the imaging device 100 passes. This is the second area on the pupil. Reference numerals 18, 19, and 20 denote exit pupils when the stop ST is stopped down, and are virtual images of the apertures 4 to 6 of the stop ST viewed through the rear lens group 2.

【0040】以上のような構成で、撮像素子100の第
1光電変換部と第2光電変換部における出力信号を独立
に読み出すことで、撮影光学系の異なる射出瞳を通過し
た光束を受光することを可能としている。
With the above-described configuration, the output signals from the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit of the image sensor 100 are read out independently, so that the light beams passing through different exit pupils of the photographing optical system can be received. Is possible.

【0041】次に、焦点検出方式について説明するが、
本実施の形態においては、図2における絞りSTの開口
3〜6を用いて射出瞳を上下方向に分割して行う場合
と、一対の開口7〜8を用いて射出瞳を斜め方向に分割
して行う場合の二つの焦点検出がある。
Next, the focus detection method will be described.
In this embodiment, the exit pupil is divided vertically by using the apertures 3 to 6 of the stop ST in FIG. 2, and the exit pupil is divided obliquely by using a pair of apertures 7 to 8. There are two types of focus detection when performing this.

【0042】まず、前者の開口3〜6を用いた焦点検出
について説明する。
First, focus detection using the former openings 3 to 6 will be described.

【0043】例えば、絞りSTの開口3で焦点検出を行
う場合、撮像光学系の射出瞳は、図9の矢印Aで示すよ
うに上下方向に分離されている。撮影光学系がデフォー
カスした場合、物体像は瞳の分離方向に位相がシフトし
たものとなるので、図10の21に示すように焦点検出
領域を撮像光学系の瞳の分離方向を長手方向とした長方
形として設定しておく。そして、第1光電変換部と第2
光電変換部における出力信号を独立に読み出した画像信
号を用いて、位相シフト量検出手段である周知の相関演
算などにより位相シフト量を検出することが可能とな
り、撮像光学系の焦点調節状態を知ることができる。な
お、開口4〜6においても同様に、図10の焦点検出領
域21を設定することで、撮像光学系の焦点調節状態を
検出することができる。また、焦点検出領域21は2組
の画素列で構成されているが、これは、図5で説明した
ベイヤー配列で構成される撮像素子100から各色
(緑、赤、青)の画像信号を取り出すためで、詳細は後
述する。
For example, when focus detection is performed at the aperture 3 of the stop ST, the exit pupil of the imaging optical system is vertically separated as shown by the arrow A in FIG. When the imaging optical system is defocused, the object image is shifted in phase in the pupil separation direction. Therefore, as shown in FIG. 10, the focus detection area is defined by the pupil separation direction of the imaging optical system and the longitudinal direction. Set as a rectangle. Then, the first photoelectric conversion unit and the second
The phase shift amount can be detected by a well-known correlation operation or the like, which is a phase shift amount detection means, using the image signal obtained by independently reading the output signal from the photoelectric conversion unit, and the focus adjustment state of the imaging optical system is known. be able to. In the same manner, the focus adjustment state of the imaging optical system can be detected by setting the focus detection area 21 in FIG. Further, the focus detection area 21 is composed of two sets of pixel rows, which extract image signals of each color (green, red, blue) from the image sensor 100 configured with the Bayer arrangement described with reference to FIG. The details will be described later.

【0044】次に、絞りSTの一対の開口7,8を用い
た焦点検出について説明する。
Next, focus detection using a pair of openings 7 and 8 of the stop ST will be described.

【0045】例えば、一対の開口7で焦点検出を行う場
合、撮像光学系の射出瞳は図11のようになる。なお、
同図において、図9と同様の記号を付したものは、同様
の機能を示すもので、説明は省略する。
For example, when focus detection is performed with a pair of apertures 7, the exit pupil of the imaging optical system is as shown in FIG. In addition,
In the same figure, the components denoted by the same symbols as those in FIG. 9 indicate the same functions, and the description is omitted.

【0046】撮像光学系の射出瞳は、撮像素子100の
第1の光電変換部及び第2の光電変換部と一対の開口7
により斜線部24,25で示すように分離される。ここ
で、線分26は、光軸L1と交わり、図9における射出
瞳分離方向に対して斜め45度に傾いた線分である。
The exit pupil of the image pickup optical system is connected to the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit of the image pickup device 100 and a pair of apertures 7.
Are separated as shown by hatched portions 24 and 25. Here, the line segment 26 is a line segment that intersects the optical axis L1 and is inclined at 45 degrees to the exit pupil separation direction in FIG.

【0047】今、斜線部24,25はこの線分を中心に
線対称な形状になるように設定されているので、斜線部
24,25の重心はそれぞれこの線分26上に存在す
る。撮像光学系がデフォーカスしたときの物体像の位相
シフト方向は、射出瞳の分離方向、即ち、射出瞳の斜線
部24,25の重心を結ぶ線分方向であるので、線分2
6に沿う方向に長手方向を持つ画素列を撮像素子100
上に設定することで、撮像光学系のデフォーカスによる
位相シフト量を検出することができる。したがって、開
口7による焦点検出の場合、図10の22に示されるよ
うな斜め方向の画素列による焦点検出領域を設定する。
Since the hatched portions 24 and 25 are set so as to be symmetrical with respect to the line segment, the centers of gravity of the hatched portions 24 and 25 exist on the line segment 26, respectively. The phase shift direction of the object image when the imaging optical system is defocused is the direction of separation of the exit pupil, that is, the direction of the line connecting the centers of gravity of the hatched portions 24 and 25 of the exit pupil.
The pixel array having a longitudinal direction along the direction 6
With the above setting, the amount of phase shift due to defocus of the imaging optical system can be detected. Therefore, in the case of focus detection by the opening 7, a focus detection area is set by a pixel row in an oblique direction as shown by 22 in FIG.

【0048】図4で説明したように一対の光電変換部を
有する画素は正方形でレイアウトされているので、図1
0の焦点検出領域22は焦点検出領域21に対して斜め
45度に傾いた画素列となり、撮像光学系のデフォーカ
ス時による位相シフト方向と一致する。そして、第1光
電変換部と第2光電変換部における出力信号を独立に読
み出した画像信号を用いて、位相シフト量検出手段であ
る周知の相関演算などにより位相シフト量を検出するこ
とが可能となり、撮像光学系の焦点調節状態を知ること
ができる。なお、開口8による焦点検出の場合、射出瞳
の分離方向は線分26に直交する方向となり、図10の
焦点検出領域23を用いて、同様に焦点検出を行うこと
ができる。
As described with reference to FIG. 4, pixels having a pair of photoelectric conversion units are laid out in a square shape.
The 0 focus detection area 22 becomes a pixel row inclined at 45 degrees to the focus detection area 21 and coincides with the phase shift direction at the time of defocusing of the imaging optical system. Then, the phase shift amount can be detected by a well-known correlation operation or the like, which is a phase shift amount detection means, using the image signals obtained by independently reading the output signals from the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. It is possible to know the focus adjustment state of the imaging optical system. In the case of focus detection by the aperture 8, the exit pupil separation direction is a direction orthogonal to the line segment 26, and focus detection can be performed in the same manner using the focus detection area 23 in FIG.

【0049】次に、撮像時においては、絞りSTの開口
3〜6を用い、第1光電変換部と第2光電変換部におけ
る出力信号を画素レベルで加算することで、不自然な像
のボケが生じることはなく、元々撮像光学系の瞳の全光
束を使った画像を得るように設計された撮像素子で得ら
れる画像と同レベルのS/ N的に優れた高品位画像を得
ることができる。なお、図9における斜線部16,17
の間に隙間があるが、その量は微小であるため撮像時へ
の影響はほとんどなく、APEX方式の露出演算もほぼ
成立する。
Next, at the time of image pickup, the output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are added at the pixel level using the apertures 3 to 6 of the stop ST, so that an unnatural image blur is generated. Does not occur, and it is possible to obtain a high-quality image excellent in S / N at the same level as an image obtained by an imaging device originally designed to obtain an image using the entire luminous flux of a pupil of an imaging optical system. it can. The hatched portions 16 and 17 in FIG.
There is a gap between them, but the amount is very small, so there is almost no effect on the imaging, and the exposure calculation of the APEX method is almost established.

【0050】次に、本実施の形態における電気系の回路
構成について説明する。
Next, the circuit configuration of the electric system according to the present embodiment will be described.

【0051】図12は、撮像素子100の周辺回路を含
む内部構成を示したブロック図である。撮像素子100
内には、タイミング発生部134、エリアセンサ部13
5、画素の出力を選択する垂直走査部136及び水平走
査部137、アナログ信号処理部138、アナログ/デ
ジタル変換を行うA/D変換部139、デジタル化され
た信号を出力信号に変換するデジタル信号処理部14
0、デジタル画像信号を外部に出力し、また外部からの
コマンドデータを受け取るインターフェイス(IF)部
141が設けられている。
FIG. 12 is a block diagram showing an internal configuration including peripheral circuits of the image sensor 100. Image sensor 100
Inside, the timing generator 134 and the area sensor 13
5. A vertical scanning unit 136 and a horizontal scanning unit 137 for selecting an output of a pixel, an analog signal processing unit 138, an A / D conversion unit 139 for performing analog / digital conversion, and a digital signal for converting a digitized signal into an output signal Processing unit 14
0, an interface (IF) unit 141 for outputting a digital image signal to the outside and receiving command data from the outside.

【0052】また、エリアセンサ部135は上述したC
MOSセンサである。タイミング発生部134は、外部
からの基準周波数であるマスタークロックを元に、各光
電変換部で光電変換された画像信号を読み出すためのタ
イミング信号を発生し、垂直及び水平走査部136,1
37が、このタイミング信号に従って所要の走査制御を
行って、電荷を読み出す。なお、タイミング発生部13
4から垂直同期信号と水平同期信号を外部に出力し、撮
像素子外でタイミング信号が必要なシステム用に、同期
信号を供給する。アナログ信号処理部138はエリアセ
ンサ部135から読み出された画像信号をノイズ低減処
理、増幅処理、ガンマ処理、クランプ処理してA/D変
換部139に出力するためのものである。A/D変換部
139はこの画像信号をデジタル信号に変換して出力
し、デジタル信号処理部140は、A/D変換部139
にてデジタル変換された画像信号をインターフェイス部
141に出力する。インターフェイス部141はデジタ
ル信号処理部139から出力されるデジタル画像信号を
撮像素子100の外部に出力する。また、撮像素子10
0は、外部からコマンド対応で撮像素子100のモード
や出力信号形態、信号出力タイミングなどをコントロー
ルでき、外部からインターフェイス部141に撮像画像
や焦点検出用画像を得るための所要のコマンドを与える
と、インターフェイス部141が受けたコマンド対応の
制御を行うように各構成要素を制御する。
The area sensor unit 135 is provided with the above-mentioned C
It is a MOS sensor. The timing generation unit 134 generates a timing signal for reading out the image signal photoelectrically converted by each photoelectric conversion unit based on a master clock which is a reference frequency from the outside, and generates a vertical and horizontal scanning unit 136,1.
37 performs necessary scanning control in accordance with the timing signal to read out charges. Note that the timing generator 13
4 outputs a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal to the outside, and supplies a synchronizing signal for a system requiring a timing signal outside the image sensor. The analog signal processing unit 138 is for outputting the image signal read from the area sensor unit 135 to the A / D conversion unit 139 after performing noise reduction processing, amplification processing, gamma processing, and clamping processing. The A / D converter 139 converts the image signal into a digital signal and outputs the digital signal. The digital signal processor 140 converts the image signal into a digital signal.
And outputs the digitally converted image signal to the interface unit 141. The interface unit 141 outputs a digital image signal output from the digital signal processing unit 139 to the outside of the image sensor 100. Further, the image sensor 10
0 can control a mode, an output signal form, a signal output timing, and the like of the image sensor 100 in response to a command from the outside, and when a required command for obtaining a captured image or a focus detection image is externally given to the interface unit 141, Each component is controlled so as to perform control corresponding to the command received by the interface unit 141.

【0053】図13は、図12に示したデジタル信号処
理部140の内部の構成を示すブロック図であり、焦点
検出用画像を簡単に得るため、信号処理1(140−
1)、・・・、信号処理n(140−n)として出力位
置指定コマンドが用意されており、エリアセンサ部13
8の撮像領域のうち、図10に示した焦点検出領域21
〜23が何れかに対応しており、任意の焦点検出領域を
指定することにより、第1光電変換部と第2光電変換部
における一対の焦点検出用画像信号が得られるような構
成となっている。
FIG. 13 is a block diagram showing the internal configuration of the digital signal processing section 140 shown in FIG. 12. In order to easily obtain a focus detection image, signal processing 1 (140-140) is performed.
An output position designation command is prepared as 1),..., Signal processing n (140-n).
8, the focus detection area 21 shown in FIG.
23 correspond to any one of them, and by designating an arbitrary focus detection area, a pair of focus detection image signals in the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit is obtained. I have.

【0054】一方、撮像の場合も同様に、デジタル信号
処理部140の信号処理1(140−1)、・・・、信
号処理n(140−n )の何れかが撮像用のコマンドに
対応しており、撮像用のコマンドを指定することによ
り、エリアセンサ部138の撮像領域における第1光電
変換部及び第2光電変換部での画像信号を画素レベルで
加算した撮像用画像信号を得ることができる。なお、こ
れらの焦点検出領域を含むラインについては、焦点検出
用として電荷蓄積レベルが最適化された画像を出力する
ように構成されており、焦点検出領域内で適切な信号レ
ベルを得るため、焦点検出領域別にも電子シャッタ設定
を行うことができる。
On the other hand, in the case of imaging, similarly, any one of signal processing 1 (140-1),..., Signal processing n (140-n) of the digital signal processing unit 140 corresponds to an imaging command. By specifying an imaging command, it is possible to obtain an imaging image signal obtained by adding the image signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit in the imaging region of the area sensor unit 138 at the pixel level. it can. Note that the lines including these focus detection areas are configured to output an image in which the charge accumulation level is optimized for focus detection, and to obtain an appropriate signal level within the focus detection area. The electronic shutter can be set for each detection area.

【0055】一般的に、CCD型の撮像素子は全ての画
素の電荷蓄積時間が同じであるが、本実施例における撮
像素子100はCMOSセンサの特長を生かして、画素
単位、あるいはライン単位、あるいはブロック単位での
読み出しを行う構造をとることが容易にでき、さらに、
蓄積時間の始まりと終りを単位毎に異ならせることが可
能である。ここでは、垂直ライン単位に電荷蓄積時間を
変えるものとし、焦点検出領域内の画像がA/ D変換レ
ンジを有効に使えるようになっている。なお、本実施の
形態において、焦点検出領域は3つのみが設定されてい
るが、あらかじめ定められた領域から選択するのではな
く、トラックボールなどのポインティングデバイスを用
意し、数100程度の焦点検出領域から幾つかを任意に
指定するようにしてもよい。こうすることで、撮像領域
における広い領域での焦点検出を行うこともできる。
In general, the CCD type image pickup device has the same charge accumulation time for all pixels. However, the image pickup device 100 of the present embodiment takes advantage of the features of a CMOS sensor to make pixel-by-pixel or line-by-line use. It is easy to adopt a structure that performs reading in block units.
The start and end of the accumulation time can be made different for each unit. Here, the charge accumulation time is changed for each vertical line, so that an image in the focus detection area can effectively use the A / D conversion range. In the present embodiment, only three focus detection areas are set. However, instead of selecting from predetermined areas, a pointing device such as a trackball is prepared, and about several hundred focus detection areas are provided. Some of the regions may be arbitrarily specified. By doing so, it is also possible to perform focus detection in a wide area in the imaging area.

【0056】図14は本実施の形態における撮像装置の
電気回路を示すブッロク図である。
FIG. 14 is a block diagram showing an electric circuit of the imaging apparatus according to the present embodiment.

【0057】図14において、図12に示される撮像素
子100にはIF部141を介してマイクロコンピュー
タ142が接続され、マイクロコンピュータ142によ
り所要のコマンドをIF部141に与えることにより、
撮像素子100の制御を行う。マイクロコンピュータ1
65は、CPU(中央演算処理部)143、ROM14
4、RAM145、EEPROM146を有し、ROM
144に格納されているプログラムにしたがって各種動
作が実行される。また、EEPROM164には画像信
号補正処理情報などの情報があらかじめ格納されてい
る。
In FIG. 14, a microcomputer 142 is connected to the image sensor 100 shown in FIG. 12 via an IF unit 141, and the microcomputer 142 gives a required command to the IF unit 141,
The imaging device 100 is controlled. Microcomputer 1
65 is a CPU (Central Processing Unit) 143, ROM 14
4, RAM 145, EEPROM 146, ROM
Various operations are executed in accordance with the program stored in 144. Information such as image signal correction processing information is stored in the EEPROM 164 in advance.

【0058】最後に、一対の画像信号による焦点検出の
ための信号処理について説明する。
Finally, signal processing for focus detection using a pair of image signals will be described.

【0059】まず、図2における絞りSTの開口3〜6
を用いた焦点検出について説明する。図15は開口3〜
6に対応した焦点検出領域21の拡大図である。図に示
すように、焦点検出領域21は12個の受光部で構成さ
れた画素列27,28を2組備えているが、実際の焦点
検出領域21は、例えば300行×2列の多数の画素よ
り構成されるが図の煩雑さをなくすため、12行×2列
のみを用いて説明する。
First, the apertures 3 to 6 of the stop ST in FIG.
The focus detection using is described. FIG.
6 is an enlarged view of a focus detection area 21 corresponding to No. 6; FIG. As shown in the figure, the focus detection area 21 includes two sets of pixel columns 27 and 28 each composed of twelve light receiving units. However, the actual focus detection area 21 has, for example, a large number of 300 rows × 2 columns. Although composed of pixels, the description will be made using only 12 rows × 2 columns in order to eliminate the complexity of the drawing.

【0060】エリアセンサ部135のカラーフィルター
はベイヤー配列をなしているので、各画素列には2種類
のカラーフィルターが交互に配列されることになる。そ
こで、焦点検出のために、各画素列をカラーフィルター
の種類で分類し、さらに、それぞれから、第1光電変換
部からの信号と第2光電変換部からの信号とからなる1
対の画像信号を生成する。したがって、焦点検出領域2
1からは全部で4対の画像信号ができる。なお、一つの
焦点検出領域については実質的に一律の蓄積時間とす
る。
Since the color filters of the area sensor section 135 have a Bayer arrangement, two types of color filters are alternately arranged in each pixel row. Therefore, for focus detection, each pixel row is classified by the type of the color filter, and each pixel row is further composed of a signal from the first photoelectric conversion unit and a signal from the second photoelectric conversion unit.
Generate a pair of image signals. Therefore, the focus detection area 2
Four pairs of image signals are generated from one. Note that one focus detection area has a substantially uniform accumulation time.

【0061】図17〜図20はこの4対の画像信号を示
しており、図16に示すような黒地に白地の横一本線の
チャートを被写体としたときの焦点検出領域21の画像
信号である。ここで、白地の横一本線は、図9における
撮像光学系の射出瞳分離方向と直交している。
FIGS. 17 to 20 show these four pairs of image signals, which are image signals of the focus detection area 21 when a horizontal solid line chart on a black background as shown in FIG. 16 is used as a subject. . Here, the horizontal single line on the white background is orthogonal to the exit pupil separation direction of the imaging optical system in FIG.

【0062】図17は、図15に示す画素列27のうち
緑色カラーフィルターを備えた1画素おきの一対の画像
信号で、黒丸のプロットで示す29はG1で示した第1
光電変換部の信号、白丸のプロット30はG2で示した
第2光電変換部の信号である。同様に、図18は、図1
5に示す画素列28のうち緑色カラーフィルターを備え
た1画素おきの一対の画像信号、図19は、前記画素列
27のうち赤色カラーフィルターを備えた1画素おきの
一対の画像信号、図20は、前記画素列28のうち青色
カラーフィルターを備えた1画素おきの一対の画像信号
をそれぞれ示している。また、図18〜図20において
も図17と同様に、右側に位相シフトした黒丸のプロッ
トで示す画像信号31,33,35は第1光電変換部に
よる信号で、左側に位相シフトした白丸のプロットで示
す画像信号32,34,36は第2光電変換部による信
号である。
FIG. 17 shows a pair of image signals of every other pixel having a green color filter in the pixel row 27 shown in FIG. 15, and 29 shown by a black circle plot is the first signal shown by G1.
The signal 30 from the photoelectric conversion unit and the white circle plot 30 are the signals from the second photoelectric conversion unit indicated by G2. Similarly, FIG.
20 is a pair of image signals of every other pixel provided with a green color filter in the pixel row 28 shown in FIG. 5, and FIG. 19 is a pair of image signals of every other pixel provided with a red color filter in the pixel row 27. Indicates a pair of image signals of every other pixel having a blue color filter in the pixel column 28. Also in FIGS. 18 to 20, similarly to FIG. 17, image signals 31, 33, and 35 shown by black circle plots shifted to the right are signals by the first photoelectric conversion unit, and white circle plots shifted to the left. The image signals 32, 34, and 36 indicated by are signals from the second photoelectric conversion unit.

【0063】これらは、撮像光学系によって焦点検出領
域21上に形成された物体像が、図16のチャートによ
る物体像である場合の例で、黒地に相当する画像信号は
低い強度を示し、白線に相当する画像信号は強い強度を
示している。ここで、図17と図19は、図15に示さ
れるように画素列27において画像信号の位相シフト方
向におけるサンプリング点が1/2ピッチずれている。
また、図18と図20においても同様である。逆に、図
17と図20、図18と図19の画像信号は、位相シフ
ト方向におけるサンプリング点が一致しているため、図
17と図20、図18と図19では互いに類似した形状
の画像信号が得られている。これらの図は物体像がデフ
ォーカスした状態を示し、第1光電変換部の信号と第2
光電変換部の信号とは位相がシフトしていることが分か
る。物体にピントがあった状態では、第1光電変換部の
信号と第2光電変換部の信号とは位相が一致する。した
がって、一対の画像信号を用いて合焦検知を行うことが
できる。
These are examples in which the object image formed on the focus detection area 21 by the imaging optical system is an object image according to the chart of FIG. 16. The image signal corresponding to a black background has a low intensity, and the white line Has a strong intensity. Here, in FIGS. 17 and 19, as shown in FIG. 15, the sampling points in the pixel signal 27 in the phase shift direction of the image signal are shifted by ピ ッ チ pitch.
The same applies to FIGS. 18 and 20. Conversely, the image signals of FIGS. 17 and 20, and FIGS. 18 and 19 have the same sampling points in the phase shift direction, so that the image signals of FIGS. 17 and 20, and FIGS. The signal has been obtained. These figures show a state where the object image is defocused, and the signal of the first photoelectric conversion unit and the second
It can be seen that the phase is shifted from the signal of the photoelectric conversion unit. When the object is in focus, the phase of the signal of the first photoelectric conversion unit and the phase of the signal of the second photoelectric conversion unit match. Therefore, focus detection can be performed using a pair of image signals.

【0064】さらには、相関演算を用いた公知の手法を
用いて位相シフト量を検出することにより、デフォーカ
ス量を求めることができる。得られたデフォーカス量を
図1の撮像光学系の第2群grp2を駆動すべき量に換
算すれば、自動焦点調節が可能である。レンズの駆動量
をあらかじめ知ることができるので、通常、合焦位置ま
でのレンズ駆動はほぼ一回で済み、極めて高速な焦点調
節が実現できる。
Further, the amount of defocus can be obtained by detecting the amount of phase shift using a known method using a correlation operation. If the obtained defocus amount is converted into an amount to drive the second group grp2 of the imaging optical system in FIG. 1, automatic focusing can be performed. Since the driving amount of the lens can be known in advance, it is usually sufficient to drive the lens to the in-focus position almost once, and an extremely high-speed focus adjustment can be realized.

【0065】また、ここでは色分解した信号を用いた
が、色分解しない場合は各色の画像信号を足しあわせた
信号を得ることに相当するため、被写体によっては低コ
ントラストになりやすく、この結果検出不能状態に陥り
やすい。これに対して、色分解した信号を用いれば、
R,G,Bすべての信号に高いコントラストが現れると
は限らないが、逆にR,G,Bの何れかには高コントラ
ストな信号が得られ、ほとんどの場合焦点検出が可能と
なる。
Although the color-separated signal is used here, when color separation is not performed, this corresponds to obtaining a signal obtained by adding the image signals of the respective colors. It is easy to fall into an impossible state. On the other hand, if the color-separated signal is used,
Although high contrast does not always appear in all of the R, G, and B signals, a high-contrast signal is obtained in any of R, G, and B, and focus detection can be performed in most cases.

【0066】一方、図21に示すような黒地に白地の縦
一本線のチャートで、かつ縦一本線が図9における撮像
光学系の射出瞳分離方向と平行である場合、図2の絞り
STの開口3〜6を用いる焦点検出領域21における一
対の画像信号は、色分解したR,G,Bの何れにおいて
も図22に示すような均一な一対の画像信号37,38
になる。チャートの黒地か白地のどの部分を焦点検出領
域21の画素列27,28が受光しているかで色分解し
たR,G,Bの画像信号にレベル差は生じるが、何れの
場合も均一な画像信号になり、撮像光学系がデフォーカ
スしても画像信号の位相シフト量を検出することができ
ない。
On the other hand, as shown in FIG. 21, a vertical solid line chart on a black background and a white background and the vertical single line is parallel to the exit pupil separation direction of the imaging optical system in FIG. A pair of image signals in the focus detection area 21 using the apertures 3 to 6 is a uniform pair of image signals 37 and 38 as shown in FIG.
become. There is a level difference between the R, G, and B image signals obtained by color separation depending on which part of the chart, a black background or a white background, is received by the pixel columns 27 and 28 of the focus detection area 21. Signal, the phase shift amount of the image signal cannot be detected even if the imaging optical system is defocused.

【0067】したがって、図2における絞りSTの開口
3〜6を用いる焦点検出領域21での焦点検出は、主と
して撮像光学系の射出瞳分離方向と平行な方向(図9の
矢印A)にコントラスト差を有する被写体の焦点検出を
得意とし、特に撮像光学系の射出瞳分離方向と直交する
方向にのみコントラスト差を有する被写体は焦点検出が
不能なるという特徴がある。
Therefore, the focus detection in the focus detection area 21 using the apertures 3 to 6 of the stop ST in FIG. 2 is mainly performed in the direction parallel to the exit pupil separation direction of the imaging optical system (arrow A in FIG. 9). Is particularly good at focus detection of an object having a contrast, and in particular, an object having a contrast difference only in a direction orthogonal to the exit pupil separation direction of the imaging optical system has a feature that focus detection is impossible.

【0068】次に、図2の絞りSTにおける一対の開口
7,8を用いた焦点検出について説明する。
Next, focus detection using a pair of openings 7 and 8 in the stop ST in FIG. 2 will be described.

【0069】図23は開口7に対応した焦点検出領域2
2の拡大図である。同図に示すように、焦点検出領域2
2は12個の受光部で構成された斜め画素列39,40
を2組備えているが、実際の焦点検出領域22は、例え
ば300行×斜め2列の多数の画素より構成されるが図
の煩雑さをなくすため、12行×斜め2列のみを用いて
説明する。
FIG. 23 shows a focus detection area 2 corresponding to the opening 7.
2 is an enlarged view of FIG. As shown in FIG.
2 is an oblique pixel array 39, 40 composed of 12 light receiving sections.
Although the actual focus detection area 22 is composed of a large number of pixels of, for example, 300 rows × 2 diagonal columns, in order to eliminate the complexity of the drawing, only the 12 rows × 2 diagonal columns are used. explain.

【0070】エリアセンサ部135のカラーフィルター
はベイヤー配列をなしているので、斜め画素列39には
緑色カラーフィルターのみが配列され、斜め画素列40
には青色、赤色カラーフィルターが交互に配列される。
前述した焦点検出領域21における焦点検出の画像信号
は、各画素列をカラーフィルターの種類で分類し、さら
に、それぞれから、第1光電変換部からの信号と第2光
電変換部からの信号とからなる1対の画像信号を生成す
ることで4対の画像信号が得られたが、焦点検出領域2
2の斜め画素列39においては、緑色カラーフィルター
のみで構成されるので、本実施の形態では色分解した3
対の画像信号を得る構成とする。したがって、図23よ
り画素列39における緑色カラーフィルターの画像信号
のサンプリングピッチは、画素列40における青色及び
赤色カラーフィルターの画像信号のサンプリングピッチ
の1/2となる。なお、焦点検出領域22は斜め45度
の画素列より構成されるので、焦点検出領域21におけ
る焦点検出用画像信号のサンプリングピッチに比べて、
青色、赤色カラーフィルターのサンプリングピッチは√
(2)倍となるが、画素列39の緑色カラーフィルター
の画像信号サンプリングピッチその1/2となっている
ため、焦点検出領域21におけるサンプリングピッチよ
りも小さい。したがって、斜め画素列39のGの画像信
号は、より高周波の被写体まで解像することができる。
Since the color filters of the area sensor section 135 have a Bayer arrangement, only the green color filters are arranged in the diagonal pixel rows 39 and the diagonal pixel rows 40 are arranged.
, Blue and red color filters are alternately arranged.
The image signal of the focus detection in the focus detection area 21 described above is obtained by classifying each pixel row according to the type of the color filter, and further dividing the image signal from the signal from the first photoelectric conversion unit and the signal from the second photoelectric conversion unit. Although four pairs of image signals were obtained by generating a pair of image signals, the focus detection area 2
In the second diagonal pixel column 39, only the green color filter is used.
It is configured to obtain a pair of image signals. Therefore, from FIG. 23, the sampling pitch of the image signal of the green color filter in the pixel array 39 is の of the sampling pitch of the image signal of the blue and red color filters in the pixel array 40. Since the focus detection area 22 is composed of a 45-degree oblique pixel row, the focus detection area 21 has a smaller sampling pitch than the focus detection image signal sampling pitch.
The sampling pitch of blue and red color filters is √
(2) It is twice as large as that of the image signal sampling pitch of the green color filter of the pixel row 39, and therefore smaller than the sampling pitch in the focus detection area 21. Therefore, the G image signal of the oblique pixel row 39 can be resolved to a higher frequency subject.

【0071】図24〜図26は、図21のチャートを被
写体としたときの3対の画像信号を示している。
FIGS. 24 to 26 show three pairs of image signals when the chart of FIG. 21 is used as a subject.

【0072】図24は、緑色カラーフィルターを備えた
斜め画素列39の一対の画像信号で、黒丸のプロットで
示す41はG1で示した第1光電変換部の信号、白丸の
プロット42はG2で示した第2光電変換部の信号であ
る。同様に、図25は斜め画素列40のうち青色カラー
フィルターを備えた1画素おきの一対の画像信号、図2
6は、斜め画素列40のうち赤色カラーフィルターを備
えた1画素おきの一対の画像信号を、それぞれ示してい
る。また、図25、図26においても、図24と同様
に、右側に位相シフトした黒丸のプロットで示す画像信
号43,45は第1光電変換部による信号で、左側に位
相シフトした白丸のプロットで示す画像信号44,46
は第2光電変換部による信号である。
FIG. 24 shows a pair of image signals of a diagonal pixel array 39 provided with a green color filter. A black circle plot 41 indicates a signal of the first photoelectric conversion unit indicated by G1, and a white circle plot 42 indicates G2. It is the signal of the 2nd photoelectric conversion part shown. Similarly, FIG. 25 shows a pair of image signals of every other pixel having a blue color filter in the diagonal pixel row 40.
Reference numeral 6 denotes a pair of image signals of every other pixel provided with a red color filter in the diagonal pixel row 40, respectively. In FIGS. 25 and 26, similarly to FIG. 24, image signals 43 and 45 indicated by black circle plots shifted to the right are signals from the first photoelectric conversion unit, and white circle plots shifted to the left. Image signals 44, 46 shown
Is a signal from the second photoelectric conversion unit.

【0073】図24は斜め画素列39における緑色カラ
ーフィルターの画像信号なので、図25、図26の画像
信号に比べてサンプリング点が2倍になっている。ま
た、焦点検出領域21で焦点検出不能であった図21に
示すチャートも斜め画素列で検出することで位相シフト
した一対の画像信号を得ることができる。なお、図16
のチャートについても焦点検出領域22で検出される一
対の画像信号は、図24〜26と同様になる。
FIG. 24 is an image signal of the green color filter in the diagonal pixel row 39, so that the number of sampling points is doubled as compared with the image signals of FIGS. 25 and 26. In addition, the chart shown in FIG. 21 in which the focus cannot be detected in the focus detection area 21 can also be obtained by detecting a diagonal pixel row to obtain a pair of image signals that are phase-shifted. Note that FIG.
24, the pair of image signals detected in the focus detection area 22 are the same as those in FIGS.

【0074】したがって、図2における絞りSTの開口
7を用いた焦点検出領域22による焦点検出では、開口
3〜6を用いた焦点検出領域21で焦点検出不能となっ
た被写体でも検出することができる。ただし、図11に
示す開口7による撮像光学系の射出瞳分離方向と直交す
る方向にのみコントラスト差のある被写体、例えば、図
27に示すような黒地に斜め45度の白地一本線を有す
るようなチャートの場合、一対の画像信号は図22の画
像信号37,38のように均一な画像信号となり、撮像
光学系のデフォーカスによる位相シフトを検出すること
はできない。
Therefore, in the focus detection by the focus detection area 22 using the aperture 7 of the stop ST in FIG. 2, even an object whose focus cannot be detected in the focus detection area 21 using the openings 3 to 6 can be detected. . However, a subject having a contrast difference only in a direction orthogonal to the exit pupil separation direction of the imaging optical system by the aperture 7 shown in FIG. 11, for example, a black background as shown in FIG. In the case of a chart, a pair of image signals are uniform image signals like the image signals 37 and 38 in FIG. 22, and a phase shift due to defocus of the imaging optical system cannot be detected.

【0075】しかしながら、このような場合、開口8を
用いた焦点検出領域23によって焦点検出を行えば、図
27のチャートのコントラスト差は、開口8による撮像
光学系の射出瞳分離方向と平行となるので、撮像光学系
のデフォーカスによる位相シフト量を検出することがで
きる。
However, in such a case, if focus detection is performed by the focus detection area 23 using the aperture 8, the contrast difference in the chart of FIG. 27 is parallel to the exit pupil separation direction of the imaging optical system by the aperture 8. Therefore, the amount of phase shift due to defocus of the imaging optical system can be detected.

【0076】以上のことから明らかなように、従来は、
撮像素子100の各画素部は一対の光電変換部しか有し
ていないため、図9の矢印Aで示す一方向にしか撮像光
学系の射出瞳を分割できず、焦点検出を苦手とする被写
体を有していたが、本実施の形態では、斜め方向に瞳を
分割する手段である一対の開口7及び8と斜め方向に設
定された焦点検出領域22及び23を組み合わせること
によって、撮像素子100の各画素部が一対の光電変換
部しか有していなくても、物体像の複数方向の位相シフ
トを検出可能とした位相差方式の自動焦点調節、所謂ク
ロスAFを実現している。
As is clear from the above, conventionally,
Since each pixel unit of the imaging device 100 has only a pair of photoelectric conversion units, the exit pupil of the imaging optical system can be divided only in one direction indicated by an arrow A in FIG. In the present embodiment, the pair of apertures 7 and 8, which are means for dividing the pupil in the oblique direction, and the focus detection areas 22 and 23 set in the oblique direction are combined. Even if each pixel unit has only a pair of photoelectric conversion units, a phase difference type automatic focus adjustment that can detect a phase shift of an object image in a plurality of directions, that is, a so-called cross AF is realized.

【0077】さらに、焦点検出領域22及び23におけ
る色分解した緑色カラーフィルターによる画像信号は、
本実施の形態のようなベイヤー配列においてはサンプリ
ングピッチを焦点検出領域21より細かくすることが可
能で、より高周波の被写体まで焦点検出を行うことがで
きる。
Further, the image signals obtained by the color-separated green color filters in the focus detection areas 22 and 23 are:
In the Bayer array as in the present embodiment, the sampling pitch can be made finer than in the focus detection area 21, and focus detection can be performed on a higher-frequency subject.

【0078】なお、本実施の形態は撮像光学系が一体的
に設けられた撮像装置を例に説明したが、撮像光学系が
着脱自在な、所謂交換レンズシステムを利用した撮像装
置にも適用できる。更には、焦点検出装置にも適用でき
るものである。
Although the present embodiment has been described by taking an example of an image pickup apparatus in which an image pickup optical system is integrally provided, the present embodiment can also be applied to an image pickup apparatus using a so-called interchangeable lens system in which the image pickup optical system is detachable. . Furthermore, the present invention can be applied to a focus detection device.

【0079】以上の実施の形態によれば、撮像光学系の
射出瞳を複数に分離した光束のうち第1の光束(図7
(a)参照)を光電変換する第1光電変換部101と、
前記第1の光束とは異なる第2の光束(図7(b)参
照)を光電変換する第2光電変換部102よりなる受光
部を2次元領域に複数配置した固体撮像素子100を有
し、前記第1の光束及び第2の光束による前記射出瞳の
分離方向と斜めに交わる方向に前記撮像光学系の射出瞳
を分割する瞳分割手段である開口7,8を、図2に示す
様に、前記撮像光学系の光路中に設けた構造にしてい
る。よって、以下の効果が得られた。 (1)撮像素子100による位相差検出方式の焦点検出
が可能となって、検出デフォーカス量に基づく高速な焦
点調節を実現することができた。 (2)同時に、元々撮像光学系の瞳の全光束を使った画
像を得るように設計された撮像素子で得られる画像と同
レベルのS/N的に優れた高品位画像を得ることができ
た。 (3)一対の受光部を有する画素部よりなる撮像素子1
00を用いて、撮像光学系のデフォーカスによる複数方
向の物体像の位相シフトを検出可能としたので、簡単な
構成で、幅広い(どのようなコントラストを持つ)被写
体の焦点検出を実現することができた。
According to the above-described embodiment, the first light beam (FIG. 7) of the light beams obtained by separating the exit pupil of the imaging optical system into a plurality of light beams.
(A) first photoelectric conversion unit 101 for performing photoelectric conversion
The solid-state imaging device 100 includes a plurality of light receiving units including a second photoelectric conversion unit 102 configured to photoelectrically convert a second light flux (see FIG. 7B) different from the first light flux in a two-dimensional area. As shown in FIG. 2, apertures 7 and 8 serving as pupil dividing means for dividing the exit pupil of the imaging optical system in a direction obliquely intersecting with the direction of separation of the exit pupil by the first light beam and the second light beam. , In the optical path of the imaging optical system. Therefore, the following effects were obtained. (1) The focus detection of the phase difference detection method by the image sensor 100 becomes possible, and high-speed focus adjustment based on the detected defocus amount can be realized. (2) At the same time, it is possible to obtain a high-quality image excellent in S / N at the same level as an image obtained by an image sensor originally designed to obtain an image using the entire luminous flux of the pupil of the imaging optical system. Was. (3) An imaging device 1 including a pixel portion having a pair of light receiving portions
By using 00, it is possible to detect a phase shift of an object image in a plurality of directions due to defocusing of the imaging optical system, so that it is possible to realize focus detection of a wide range of subjects (with any contrast) with a simple configuration. did it.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
どのようなコントラストを持つ対象物もしくは被写体に
対しても、簡単な構成で精度の良い位相差検出方式によ
る焦点検出を行うことができる焦点検出装置又は撮像装
置を提供できるものである。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a focus detection device or an imaging device capable of performing focus detection by an accurate phase difference detection method with a simple configuration for an object or a subject having any contrast.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態に係る撮像光学系の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an imaging optical system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の撮像装置の主要部分の構成を示す斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a main part of the imaging device in FIG. 1;

【図3】本発明の実施の一形態に係るエリアセンサ部の
電気的構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an electrical configuration of an area sensor unit according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の一形態に係るエリアセンサ受光
部の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of an area sensor light receiving unit according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の一形態に係るカラーフィルター
の配列を示す部分拡大図である。
FIG. 5 is a partially enlarged view showing an arrangement of a color filter according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の一形態に係るマイクロレンズと
受光部の投影関係を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a projection relationship between a microlens and a light receiving unit according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の一形態に係る第1光電変換部に
入射する光束と第2光電変換部に入射する光束を各々示
した図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a light beam incident on a first photoelectric conversion unit and a light beam incident on a second photoelectric conversion unit according to an embodiment of the present invention.

【図8】図1の撮影光学系の射出瞳の上側半分を通過す
る光束を示した撮影光学系の構成図である。
8 is a configuration diagram of the imaging optical system showing a light beam passing through an upper half of an exit pupil of the imaging optical system of FIG. 1;

【図9】本発明の実施の一形態に係る射出瞳の分離の様
子を表す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a state of separation of an exit pupil according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の一形態に係る撮像素子上の焦
点検出領域を示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a focus detection area on an image sensor according to one embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の一形態に係る一対の開口7に
よる射出瞳の分離の様子を表す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a state of separation of an exit pupil by a pair of openings 7 according to the embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の一形態に係る撮像素子の周辺
回路を含む内部構成を示したブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing an internal configuration including a peripheral circuit of an image sensor according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施の一形態に係る出力位置指定コ
マンドを説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining an output position designation command according to the embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施の一形態に係る撮像装置の電気
的構成の要部を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram illustrating a main part of an electrical configuration of the imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図15】図10の焦点検出領域21の部分拡大図であ
る。
15 is a partially enlarged view of a focus detection area 21 in FIG.

【図16】コントラスト被写体の一例としての横一本線
のチャートを表す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a horizontal single line chart as an example of a contrast subject.

【図17】図15の画素列27のうち緑色カラーフィル
ターを備えた受光部における一対の画像信号である。
FIG. 17 shows a pair of image signals in a light receiving unit having a green color filter in the pixel column 27 of FIG.

【図18】図15の画素列28のうち緑色カラーフィル
ターを備えた受光部における一対の画像信号である。
FIG. 18 shows a pair of image signals in a light receiving unit having a green color filter in the pixel column 28 of FIG.

【図19】図15の画素列27のうち赤色カラーフィル
ターを備えた受光部における一対の画像信号である。
FIG. 19 shows a pair of image signals in a light receiving section provided with a red color filter in the pixel column 27 of FIG.

【図20】図15の画素列28のうち青色カラーフィル
ターを備えた受光部における一対の画像信号である。
20 illustrates a pair of image signals in a light receiving unit including a blue color filter in the pixel column 28 of FIG.

【図21】コントラスト被写体の他の例としての縦一本
線のチャートを表す図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating a vertical solid line chart as another example of a contrast subject.

【図22】図10の焦点検出領域21における図21の
チャートを被写体としたときの画像信号である。
22 is an image signal when the chart in FIG. 21 in the focus detection area 21 in FIG. 10 is set as a subject.

【図23】図10の焦点検出領域22の部分拡大図であ
る。
23 is a partially enlarged view of a focus detection area 22 in FIG.

【図24】図23の画素列39の緑色カラーフィルター
を備えた受光部における一対の画像信号である。
24 is a pair of image signals in a light receiving unit including a green color filter of the pixel array 39 in FIG.

【図25】図23の画素列40のうち青色カラーフィル
ターを備えた受光部における一対の画像信号である。
FIG. 25 is a pair of image signals in a light receiving section provided with a blue color filter in the pixel array 40 of FIG. 23;

【図26】図23の画素列40のうち赤色カラーフィル
ターを備えた受光部における一対の画像信号である。
26 illustrates a pair of image signals in a light receiving unit including a red color filter in the pixel array 40 of FIG.

【図27】コントラスト被写体の別の例としての斜め一
本線のチャートを表す図である。
FIG. 27 is a diagram illustrating a diagonal solid line chart as another example of a contrast subject.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

L1 撮像光学系の光軸 ST 絞り 100 撮像素子 3〜6 開口 7,8 一対の開口 9 カラーフィルター 10 マイクロレンズ 101,102 第1、第2光電変換部 15,18,19,20 射出瞳 16,17,24,25 射出瞳上の分離した領域 21〜23 焦点検出領域 L1 Optical axis of imaging optical system ST Stop 100 Image sensor 3 to 6 Opening 7, 8 A pair of openings 9 Color filter 10 Micro lens 101, 102 First and second photoelectric conversion units 15, 18, 19, 20 Exit pupil 16, 17, 24, 25 Separated areas on exit pupil 21 to 23 Focus detection area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/225 G02B 7/11 C 5/232 N // H04N 101:00 G03B 3/00 A Fターム(参考) 2F065 AA06 DD04 DD06 FF01 FF10 GG09 HH03 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 KK03 LL22 LL26 LL30 LL59 NN03 QQ03 QQ24 QQ25 QQ27 UU07 2H011 BA23 BB01 2H051 BA03 BA07 CB06 CB21 CB22 5C022 AA13 AB26 AC42 AC52 AC54──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04N 5/225 G02B 7/11 C 5/232 N // H04N 101: 00 G03B 3/00 A F term ( Reference) 2F065 AA06 DD04 DD06 FF01 FF10 GG09 HH03 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 KK03 LL22 LL26 LL30 LL59 NN03 QQ03 QQ24 QQ25 QQ27 UU07 2H011 BA23 BB01 2H051 BA03 BA07 CB06 AC42 ACB22 5CB22

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結像光学系の射出瞳を複数に分離した光
束のうち、第1の光束を光電変換する第1の光電変換部
と、前記第1の光束とは異なる第2の光束を光電変換す
る第2の光電変換部より成る受光部を2次元領域に複数
配置した光電変換素子を有し、前記第1の光電変換部と
前記第2の光電変換部の出力信号の位相差を基に焦点検
出情報を算出する焦点検出装置において、 前記第1の光束及び前記第2の光束による前記射出瞳の
分離方向と斜めに交わる方向に前記撮像光学系の射出瞳
を分割する瞳分割手段を、前記結像光学系の光路中に配
置したことを特徴とする焦点検出装置。
1. A first photoelectric conversion unit for photoelectrically converting a first light beam among light beams obtained by separating an exit pupil of an imaging optical system into a plurality of light beams, and a second light beam different from the first light beam. A photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving units each including a second photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion are arranged in a two-dimensional area; and a phase difference between output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit is determined. A focus detection device that calculates focus detection information based on the pupil division unit; a pupil division unit that divides an exit pupil of the imaging optical system in a direction obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light flux and the second light flux. Is disposed in the optical path of the imaging optical system.
【請求項2】 前記瞳分割手段は、前記第1の光束及び
前記第2の光束による前記射出瞳の分離方向と斜めに交
わる方向に前記撮像光学系の射出瞳を分割する一対の開
口を有することを特徴とする請求項1に記載の焦点検出
装置。
2. The pupil dividing means has a pair of openings for dividing an exit pupil of the imaging optical system in a direction obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light beam and the second light beam. The focus detection device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記瞳分割手段は、前記第1の光束及び
前記第2の光束による前記射出瞳の分離方向と斜めに交
わる、第1及び第2の方向に前記撮像光学系の射出瞳を
分割する一対の開口それぞれを有することを特徴とする
請求項1に記載の焦点検出装置。
3. The pupil splitting means sets an exit pupil of the imaging optical system in first and second directions obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light beam and the second light beam. The focus detection device according to claim 1, further comprising a pair of openings to be divided.
【請求項4】 前記第1の方向と前記第2の方向は、直
交する方向であることを特徴とする請求項3に記載の焦
点検出装置。
4. The focus detection device according to claim 3, wherein the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
【請求項5】 撮像光学系と、前記撮像光学系の射出瞳
を複数に分離した光束のうち第1の光束を光電変換する
第1の光電変換部と、前記第1の光束とは異なる第2の
光束を光電変換する第2の光電変換部より成る受光部を
2次元領域に複数配置した固体撮像素子と、前記第1の
光電変換部と前記第2の光電変換部の出力信号の位相差
を基に焦点検出情報を算出する焦点検出手段とを有する
撮像装置において、 前記第1の光束及び前記第2の光束による前記射出瞳の
分離方向と斜めに交わる方向に前記撮像光学系の射出瞳
を分割する瞳分割手段を、前記撮像光学系の光路中に配
置したことを特徴とする撮像装置。
5. An imaging optical system, a first photoelectric conversion unit for photoelectrically converting a first light beam among light beams obtained by dividing an exit pupil of the imaging optical system into a plurality of light beams, and a first light beam different from the first light beam. A solid-state imaging device in which a plurality of light receiving units each including a second photoelectric conversion unit that photoelectrically converts two light beams are arranged in a two-dimensional area; and a position of an output signal of the first photoelectric conversion unit and the output signal of the second photoelectric conversion unit. An imaging device having focus detection means for calculating focus detection information based on a phase difference, wherein the imaging optical system emits light in a direction obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light flux and the second light flux. An imaging apparatus, wherein pupil division means for dividing a pupil is arranged in an optical path of the imaging optical system.
【請求項6】 前記瞳分割手段は、前記第1の光束及び
前記第2の光束による前記射出瞳の分離方向と斜めに交
わる方向に前記撮像光学系の射出瞳を分割する一対の開
口を有することを特徴とする請求項5に記載の撮像装
置。
6. The pupil dividing means has a pair of openings for dividing an exit pupil of the imaging optical system in a direction obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light flux and the second light flux. The imaging device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記瞳分割手段は、前記第1の光束及び
前記第2の光束による前記射出瞳の分離方向と斜めに交
わる、第1及び第2の方向に前記撮像光学系の射出瞳を
分割する一対の開口それぞれを有することを特徴とする
請求項5に記載の撮像装置。
7. The pupil splitting means sets an exit pupil of the imaging optical system in first and second directions obliquely intersecting a direction in which the exit pupil is separated by the first light beam and the second light beam. The imaging device according to claim 5, further comprising a pair of openings to be divided.
【請求項8】 前記第1の方向と前記第2の方向は、直
交する方向であることを特徴とする請求項7に記載の撮
像装置。
8. The imaging device according to claim 7, wherein the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
JP2001107910A 2001-04-06 2001-04-06 Focus detecting device and image pickup device Pending JP2002303785A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001107910A JP2002303785A (en) 2001-04-06 2001-04-06 Focus detecting device and image pickup device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001107910A JP2002303785A (en) 2001-04-06 2001-04-06 Focus detecting device and image pickup device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002303785A true JP2002303785A (en) 2002-10-18

Family

ID=18960150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001107910A Pending JP2002303785A (en) 2001-04-06 2001-04-06 Focus detecting device and image pickup device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002303785A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007529731A (en) * 2004-03-19 2007-10-25 シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Measuring apparatus and method based on the principle of confocal microscopy
JP2013174510A (en) * 2012-02-24 2013-09-05 Resonant Systems Inc Stereo camera unit and automobile monitor system
CN103676406A (en) * 2012-09-14 2014-03-26 奥林巴斯映像株式会社 Optical device and camera system
US9215389B2 (en) 2011-05-16 2015-12-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Image pickup device, digital photographing apparatus using the image pickup device, auto-focusing method, and computer-readable medium for performing the auto-focusing method
WO2022163208A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 富士フイルム株式会社 Phase difference detection device, lens device, and imaging apparatus

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007529731A (en) * 2004-03-19 2007-10-25 シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Measuring apparatus and method based on the principle of confocal microscopy
JP4823212B2 (en) * 2004-03-19 2011-11-24 シロナ・デンタル・システムズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Measuring apparatus and method based on the principle of confocal microscopy
US9215389B2 (en) 2011-05-16 2015-12-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Image pickup device, digital photographing apparatus using the image pickup device, auto-focusing method, and computer-readable medium for performing the auto-focusing method
JP2013174510A (en) * 2012-02-24 2013-09-05 Resonant Systems Inc Stereo camera unit and automobile monitor system
CN103676406A (en) * 2012-09-14 2014-03-26 奥林巴斯映像株式会社 Optical device and camera system
WO2022163208A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 富士フイルム株式会社 Phase difference detection device, lens device, and imaging apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4500434B2 (en) Imaging apparatus, imaging system, and imaging method
JP5002086B2 (en) Focus detection device and imaging device
JP3774597B2 (en) Imaging device
JP6848941B2 (en) Image sensor and image sensor
JP5552214B2 (en) Focus detection device
JP4007716B2 (en) Imaging device
JP4908668B2 (en) Focus detection device
JP4007713B2 (en) Imaging device
JP6120508B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP5159700B2 (en) Optical apparatus and focus detection method
JP5507764B2 (en) Imaging device
JP4077577B2 (en) Image sensor
JP5276374B2 (en) Focus detection device
JP3461275B2 (en) Photoelectric conversion device and camera using the same
US8902349B2 (en) Image pickup apparatus
JP2008015754A (en) Image pickup device, image processor and image processing method
JP2009244862A (en) Focus detection device and imaging apparatus having the same
JP2003156677A (en) Imaging device, imaging unit and its control method, and focus detection method
JP2002131623A (en) Imaging apparatus and system
JP4858529B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP5211590B2 (en) Image sensor and focus detection apparatus
JP2010288083A (en) Image capturing apparatus
JP2008177903A (en) Imaging device
JP5348258B2 (en) Imaging device
JP2003241075A (en) Camera system, camera and photographic lens device