JP2006285013A

JP2006285013A - Solid-state imaging apparatus for automatic focus

Info

Publication number: JP2006285013A
Application number: JP2005106208A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Inoue; 大介井上; Hidekazu Takahashi; 秀和高橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: JP5032750B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus for automatic focus of a phase difference detection type which achieves the speeding-up of read from two imaging areas and enhances the relative accuracy of an output circuit in a semiconductor processing stage. <P>SOLUTION: In the solid-state imaging apparatus which comprises imaging areas of a standard part and a reference part where a plurality of pixels each having a photoelectric conversion element are arrayed respectively and performs phase difference detection type automatic focus, signals output from the standard part and the reference part are output to output circuits of individual channels, which are arranged adjacently to each other. The respective output circuits to which a constant voltage source or a constant current source is connected in common are used also as a circuit for outputting the black level signals of light shielding pixels arrayed in either the standard part or the reference part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、位相差検出型オートフォーカス（ＡＦ）を行う固体撮像装置に関し、特にデジタルカメラ又はアナログ（銀塩）カメラ等に用いられるオートフォーカス用固体撮像装置（ＡＦセンサ）に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device that performs phase difference detection autofocus (AF), and more particularly to an autofocus solid-state imaging device (AF sensor) used in a digital camera, an analog (silver salt) camera, or the like.

図５は、従来のカメラに用いられる位相差検出方式と呼ばれるオートフォーカス用の焦点検出装置を示す図である（下記特許文献１参照）。 FIG. 5 is a diagram showing a focus detection device for autofocus called a phase difference detection method used in a conventional camera (see Patent Document 1 below).

同図において、カメラの撮影レンズ５０２により被写体１を撮影する。基準部光束と参照部光束の２つの被写体光束が、撮影レンズ５０２の２つの部分に各々入射し、コンデンサレンズ５０３及びセパレータレンズ５０４を経て複数の光電変換素子が一列に配置された固体撮像装置としての受光素子５０５の基準部５０６と参照部５０７とに結像する。上記セパレータレンズ５０４上の２つの領域の被写体に対する視差により、それぞれの像がずれるので、このずれ量を検出して、撮影レンズ５０２の位置を前後に移動させることにより、結像した２つの被写体像の像間隔が所定の値になり合焦状態となる。 In the figure, the subject 1 is photographed by the photographing lens 502 of the camera. As a solid-state imaging device in which two subject light fluxes, ie, a reference portion light beam and a reference portion light beam, respectively enter two portions of the photographing lens 502 and a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a row through a condenser lens 503 and a separator lens 504. The image is formed on the reference portion 506 and the reference portion 507 of the light receiving element 505. Since the respective images shift due to the parallax with respect to the subject in the two areas on the separator lens 504, the two subject images formed by detecting the shift amount and moving the position of the photographing lens 502 back and forth. The image interval becomes a predetermined value and is brought into focus.

一方、カメラ本体の画像を得るための固体撮像装置として、従来、例えば、下記特許文献２や下記特許文献３のように同一半導体基板上に形成された画素領域を複数に分割し、画素からの出力信号を順次又は同時に読み出す手段が、デジタルカメラやデジタルカムコーダ用の撮像素子において提案されていた。 On the other hand, as a solid-state imaging device for obtaining an image of a camera body, conventionally, for example, as in Patent Document 2 and Patent Document 3 below, a pixel region formed on the same semiconductor substrate is divided into a plurality of pixels, Means for reading output signals sequentially or simultaneously has been proposed in image sensors for digital cameras and digital camcorders.

図６は、上記従来の本体の画像を得るための固体撮像装置を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a solid-state imaging device for obtaining the conventional image of the main body.

同図において、画素６０５はフォトダイオード等の光電変換素子を有し、これらを２次元状に配列することで被写体を撮像する撮像領域を形成している。前記撮像領域は水平方向又は垂直方向に複数配置され、分割方法は例えば、下記特許文献３では上下（垂直方向）左右（水平方向）に等しく４分割しており、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑１（Ｇ１）、緑２（Ｇ２）の色フィルタ用に分割している。垂直方向に複数に配列された画素に対してパルス信号を垂直方向に駆動させるための垂直シフトレジスタ６０６ａ，６０６ｂを有する。 In the figure, a pixel 605 has a photoelectric conversion element such as a photodiode, and forms an imaging region for imaging a subject by arranging these two-dimensionally. A plurality of the imaging regions are arranged in the horizontal direction or the vertical direction, and the division method is, for example, in the following Patent Document 3, divided into four equal parts in the vertical (vertical direction) and the horizontal (horizontal direction), red (R), blue (B ), Green 1 (G1), and green 2 (G2) color filters. Vertical shift registers 606a and 606b for driving a pulse signal in the vertical direction to a plurality of pixels arranged in the vertical direction are provided.

６１０ａは、Ｒ撮像領域６０１、Ｇ１撮像領域６０２に配列されている画素６０５から読み出された電荷等を蓄積するラインメモリ、６１０ｂは、Ｇ２撮像領域６０３、Ｂ撮像領域６０４に配列されている画素６０５から読み出された電荷等を蓄積するラインメモリ、６１１ｃ〜６１１ｆは、それぞれラインメモリ６１０ａ，６１０ｂに保持された電荷等のうちＲ撮像領域６０１、Ｇ１撮像領域６０２、Ｇ２撮像領域６０３、Ｂ撮像領域６０４からの読み出されたものを順次外部の処理回路へ出力する水平シフトレジスタである。 610a is a line memory for accumulating charges read from the pixels 605 arranged in the R imaging area 601 and the G1 imaging area 602, and 610b is a pixel arranged in the G2 imaging area 603 and the B imaging area 604. A line memory 611c to 611f for accumulating charges read out from 605 includes an R imaging area 601, a G1 imaging area 602, a G2 imaging area 603, and a B imaging among the charges held in the line memories 610a and 610b, respectively. This is a horizontal shift register that sequentially outputs the data read from the area 604 to an external processing circuit.

ここで、Ｒ撮像領域６０１に配列されている画素６０５から読み出されて、ラインメモリ６１０ａで蓄積されている増幅信号は、水平シフトレジスタ６１１ｃで生成される制御信号に応じて処理回路へ出力される。Ｇ１撮像領域６０２に配列されている画素６０５から読み出されて、ラインメモリ６１０ａで蓄積されている増幅信号は、水平シフトレジスタ６１１ｄで生成される制御信号に応じて処理回路へ出力される。 Here, the amplified signal read from the pixels 605 arranged in the R imaging region 601 and accumulated in the line memory 610a is output to the processing circuit in accordance with the control signal generated by the horizontal shift register 611c. The The amplified signal read from the pixels 605 arranged in the G1 imaging region 602 and accumulated in the line memory 610a is output to the processing circuit in accordance with the control signal generated by the horizontal shift register 611d.

同様に、Ｇ２撮像領域６０３に配列されている画素６０５からの信号は、水平シフトレジスタ６１１ｅで生成される制御信号に応じて処理回路へ出力され、Ｂ撮像領域６０４に配列されている画素６０５からの信号は、水平シフトレジスタ６１１ｆで生成される制御信号に応じて処理回路へ出力される。 Similarly, the signal from the pixel 605 arranged in the G2 imaging region 603 is output to the processing circuit in accordance with the control signal generated by the horizontal shift register 611e, and from the pixel 605 arranged in the B imaging region 604. Is output to the processing circuit in accordance with the control signal generated by the horizontal shift register 611f.

全ての画素６０５に対して、２つの垂直シフトレジスタ６０６ａ，６０６ｂと４つの水平シフトレジスタ６１１ｃ〜６１１ｆとを備えることによって、各撮像領域６０１〜６０４の対応する位置に配置されている画素６０５から読み出された各電荷等を処理回路へ出力する際に、並列に出力され時間差が生じないようにしている。 By providing two vertical shift registers 606a and 606b and four horizontal shift registers 611c to 611f for all the pixels 605, reading is performed from the pixels 605 arranged at corresponding positions in the respective imaging regions 601 to 604. When the outputted charges are outputted to the processing circuit, they are outputted in parallel so as not to cause a time difference.

このように、少なくとも縦方向の撮像領域の信号は同時に並列に出力されるが、通常、撮像領域が例えば画素ピッチが５μｍとして水平方向に６４０画素、垂直方向に４８０画素配列されていると、隣接する撮像領域は３．２ｍｍ間隔又は２．４ｍｍ間隔で配列されることとなり、出力回路の配置も遠く離されて配置される。
特開平１１−３３７８１５号公報特開平０５−０２２６６７号公報特開２００２−１３５７９５号公報 As described above, at least the signals in the vertical imaging area are output in parallel at the same time. Normally, however, if the imaging area is 640 pixels in the horizontal direction and 480 pixels in the vertical direction with a pixel pitch of 5 μm, for example, The imaging regions to be arranged are arranged at intervals of 3.2 mm or 2.4 mm, and the arrangement of the output circuits is also arranged far away.
JP 11-337815 A Japanese Patent Laid-Open No. 05-022667 JP 2002-135895 A

従来の位相差検出型オートフォーカスを行うオートフォーカス用固体撮像装置においては、ライン型のセンサで構成されることが多く、ライン型のオートフォーカス用固体撮像装置は構成される画素数が少なかった。このため、光電変換信号を、上記従来のカメラ本体の画像を得るための固体撮像装置のようにわざわざ複数のチャンネルを設けて並列に読み出すことがなかった。そのため撮像領域の分割方法についても言及されたことはなかった。更に、画素数が増大した場合に高速で読み出すためには１ライン毎１画素毎の読出しとなるため限界があった。特にエリア型のオートフォーカス用固体撮像装置においてはライン型と比較して著しく画素数が増大しているために大きな課題となっていた。 Conventional solid-state imaging devices for autofocus that perform phase difference detection type auto-focusing are often composed of line-type sensors, and line-type solid-state imaging devices for auto-focusing have a small number of pixels. For this reason, the photoelectric conversion signal is not read out in parallel by providing a plurality of channels unlike the conventional solid-state imaging device for obtaining the image of the camera body. Therefore, there has been no mention of a method for dividing the imaging region. Further, when the number of pixels is increased, there is a limit to reading at a high speed in order to read out every pixel per line. Particularly in the area type solid-state imaging device for autofocus, the number of pixels is remarkably increased as compared with the line type, which is a big problem.

従来のように複数の出力回路を互いに遠く離されて配置された場合、出力信号のチャンネル間の精度が問題となり実用化できなかった。 When a plurality of output circuits are arranged far away from each other as in the prior art, the accuracy between channels of the output signal becomes a problem and cannot be put into practical use.

特に、位相差検出型のオートフォーカスセンサは、撮像領域の基準部と参照部とのペア性が重視され、画素配置だけではなく信号ラインの引き回しも基準部と参照部とで同じように配置しなければならない。従来のエリア型の撮像素子ように複数の出力回路を互いに遠く離されて配置された場合、出力信号のチャンネル間の精度が問題となり実用化できなかった。 In particular, the phase difference detection type autofocus sensor places importance on the pairing between the reference portion and the reference portion of the imaging region, and not only the pixel arrangement but also the signal line routing is arranged in the same manner in the reference portion and the reference portion. There must be. When a plurality of output circuits are arranged far apart from each other as in a conventional area-type image sensor, the accuracy between channels of the output signal becomes a problem and cannot be put into practical use.

また、仮に並列に読み出すための複数の出力回路を設置したとしても増幅回路を駆動させるための消費電流が問題となり実用化できなかった。 Even if a plurality of output circuits for reading in parallel are installed, the current consumption for driving the amplifier circuit becomes a problem and cannot be put into practical use.

そこで、本発明は、位相差検出型のオートフォーカス用固体撮像装置において、２つの撮像領域の読み出しを高速化し、かつ半導体プロセス工程において出力回路の相対精度を上げることを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to increase the relative accuracy of an output circuit in a semiconductor process in a phase difference detection type autofocus solid-state imaging device that speeds up reading of two imaging regions.

上記課題を解決するため、本発明のオートフォーカス用固体撮像装置は、光電変換素子を有する画素がそれぞれ複数配列された基準部と参照部の撮像領域から成り、位相差検出型オートフォーカスを行う固体撮像装置において、前記基準部と参照部から出力される信号を個別のチャンネルの出力回路に出力し、前記各出力回路は、互いに隣接して配置されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an autofocus solid-state imaging device according to the present invention is composed of an imaging region of a reference unit and a reference unit in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion element are arranged, and performs a phase difference detection type autofocus. In the imaging apparatus, signals output from the reference unit and the reference unit are output to output circuits of individual channels, and the output circuits are arranged adjacent to each other.

本発明によれば、撮像領域を基準部と参照部とに２分割し、それぞれの読出しチャンネルとして出力回路を個別に設けることによって、２チャンネルで同時に読み出すことが可能となり画像信号の読出しに要する時間が１／２となって高速化することができた。また、２つの出力回路を隣接配置することで、出力回路に必要なバイアス線を共通化でき、低消費電力、高精度なＡＦセンサが実現できた。 According to the present invention, the imaging area is divided into two parts, that is, the reference part and the reference part, and an output circuit is individually provided as each readout channel, so that readout can be performed simultaneously on the two channels, and the time required for readout of the image signal Was reduced to 1/2 and the speed could be increased. In addition, by arranging two output circuits adjacent to each other, a bias line necessary for the output circuit can be shared, and a low power consumption and high accuracy AF sensor can be realized.

始めに、本発明における実施の形態の概要を述べる。 First, the outline of the embodiment of the present invention will be described.

オートフォーカス用固体撮像装置において、位相差検出によりオートフォーカスを行うための撮像領域が基準部（以下、「Ａ像領域」）と参照部（以下、「Ｂ像領域」）とに分割され、撮像領域は光電変換を行う光電変換素子で構成された複数の画素から成り、画素は水平方向又は垂直方向に配列されている。実施形態１では、複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列されたエリア型であり、実施形態２では、一方向に配列されたライン型である。 In an autofocus solid-state imaging device, an imaging region for performing autofocusing by phase difference detection is divided into a reference portion (hereinafter referred to as “A image region”) and a reference portion (hereinafter referred to as “B image region”). The region is composed of a plurality of pixels composed of photoelectric conversion elements that perform photoelectric conversion, and the pixels are arranged in the horizontal direction or the vertical direction. The first embodiment is an area type in which a plurality of pixels are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and the second embodiment is a line type in which a plurality of pixels are arranged in one direction.

実施形態１においては、撮像領域における画素から出力された光電変換信号を読み出したい所望の列を選択するための水平駆動回路を具備し、光電変換信号を垂直方向へ転送するための垂直転送回路と、垂直転送回路を順次駆動するための垂直シフトレジスタを具備する。水平駆動回路、垂直転送回路及び水平シフトレジスタは少なくとも分割された撮像領域に対応する数だけ具備している。 In the first embodiment, there is provided a horizontal drive circuit for selecting a desired column from which a photoelectric conversion signal output from a pixel in an imaging region is to be read, and a vertical transfer circuit for transferring the photoelectric conversion signal in the vertical direction; And a vertical shift register for sequentially driving the vertical transfer circuits. The horizontal drive circuit, the vertical transfer circuit, and the horizontal shift register are provided in the number corresponding to at least the divided imaging regions.

複数の水平駆動回路は順次又は並列に駆動することを特徴とする。複数の垂直シフトレジスタは順次又は並列に駆動することを特徴とする。Ａ像領域に対応する垂直転送回路から出力された信号を増幅し出力するための出力回路（Ａ像用）とＢ像領域に対応する垂直転送回路から出力された信号を増幅し出力するための出力回路（Ｂ像用）とを具備することを特徴とする。 The plurality of horizontal drive circuits are driven sequentially or in parallel. The plurality of vertical shift registers are driven sequentially or in parallel. An output circuit (for A image) for amplifying and outputting the signal output from the vertical transfer circuit corresponding to the A image area and an output circuit for amplifying and outputting the signal output from the vertical transfer circuit corresponding to the B image area And an output circuit (for B image).

また、両実施形態とも、撮像領域における遮光画素は面積縮小のためＡ像領域又はＢ像領域の一方にのみ配列されている。 In both embodiments, the light-shielding pixels in the imaging region are arranged only in one of the A image region and the B image region in order to reduce the area.

更に、出力回路に一定電圧を供給するためのバイアス回路が少なくとも１つ備えられ、バイアス回路から一定電圧を供給するためのバイアス線は、Ａ像用出力回路とＢ像用出力回路とで共通化されている。また、Ａ像用出力回路とＢ像用出力回路とは半導体プロセス工程において相対精度を上げるのに有利なように互いに隣接して配置される。 Furthermore, at least one bias circuit for supplying a constant voltage to the output circuit is provided, and a bias line for supplying a constant voltage from the bias circuit is shared between the A image output circuit and the B image output circuit. Has been. Further, the A image output circuit and the B image output circuit are arranged adjacent to each other so as to be advantageous in increasing the relative accuracy in the semiconductor process.

［実施形態１］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 [Embodiment 1]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明における実施形態１のエリア型センサを示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an area type sensor according to the first embodiment of the present invention.

同図において、オートフォーカス用固体撮像装置は、ＣＭＯＳプロセス等によって同一半導体基板上に形成されている。１０１及び１０２はフォトダイオード等の光電変換素子で構成される画素１２０を含む撮像領域である。画素は２次元的なアレイに配置されており、位相差検出をしてオートフォーカスを行うための撮像領域１０１はＡ像領域（基準部）、撮像領域１０２はＢ像領域（参照部）とに分割されている。Ａ像領域において複数の画素によって光電変換された信号は中央を境に２分割して水平に左方向及び右方向へ読み出すための水平駆動回路１０３，１０４を具え、互いに独立に制御できる垂直シフトレジスタ１１１，１１２によって駆動される垂直転送回路１０７，１０８とを具えている。黒レベル信号出力のために遮光されたＯＢ（Optical Black）画素はＡ像領域に水平方向に配列されている。 In the figure, an autofocus solid-state imaging device is formed on the same semiconductor substrate by a CMOS process or the like. Reference numerals 101 and 102 denote imaging regions including pixels 120 formed of photoelectric conversion elements such as photodiodes. The pixels are arranged in a two-dimensional array. An imaging area 101 for detecting phase difference and performing autofocus is an A image area (standard part), and an imaging area 102 is a B image area (reference part). It is divided. A vertical shift register which has horizontal drive circuits 103 and 104 for reading out signals photoelectrically converted by a plurality of pixels in the A image region into two at the center and horizontally reading them in the left and right directions and can be controlled independently of each other. And vertical transfer circuits 107 and 108 driven by 111 and 112, respectively. OB (Optical Black) pixels shielded for black level signal output are arranged in the A image area in the horizontal direction.

また、Ｂ像領域において複数の画素によって光電変換された信号は中央を境に２分割して水平に左方向及び右方向へ読み出すための水平駆動回路１０５，１０６を具え、互いに独立に制御できる垂直シフトレジスタ１１３，１１４によって駆動される垂直転送回路１０９，１１０とを具えている。 Further, the signal photoelectrically converted by a plurality of pixels in the B image region is divided into two at the center and is provided with horizontal drive circuits 105 and 106 for horizontally reading out in the left direction and the right direction, and can be controlled independently of each other. Vertical transfer circuits 109 and 110 driven by shift registers 113 and 114, respectively.

次に動作について説明する。被写体からの光信号を画素１２０によって光電変換する。簡略化のために画素は３×４のアレイに配置しているが、実際には更に多くの数の画素で構成されている。水平駆動回路１０５，１０６によって列の駆動を選択することができ、所望の列の光電変換信号が出力される。いまＡ像領域における所望の列を水平駆動回路１０３によって選択した場合、前記所望の列の画素信号が水平方向へ左側に出力される。垂直シフトレジスタ１１１によって読み出したい開始の領域（行）を選択し、順次垂直転送回路１０７に読出しパルスを出力し、画素信号が順次垂直転送回路１０７を介して出力される。 Next, the operation will be described. A light signal from the subject is photoelectrically converted by the pixel 120. For the sake of simplicity, the pixels are arranged in a 3 × 4 array, but in actuality, they are made up of a larger number of pixels. Column driving can be selected by the horizontal driving circuits 105 and 106, and a photoelectric conversion signal of a desired column is output. When a desired column in the A image area is selected by the horizontal drive circuit 103, the pixel signal of the desired column is output to the left in the horizontal direction. A start region (row) to be read is selected by the vertical shift register 111, read pulses are sequentially output to the vertical transfer circuit 107, and pixel signals are sequentially output via the vertical transfer circuit 107.

また、Ａ像領域において前記選択した列とは別の列を水平駆動回路１０４によって選択した場合は、選択した列の画素信号が水平方向へ右側に出力され、垂直シフトレジスタ１１２によって垂直シフトレジスタ１１１とは異なった領域の読み出したい開始の領域を選択し、順次垂直転送回路１０８に読出しパルスを出力し、画素信号が順次垂直転送回路１０８を介して出力される。このとき垂直シフトレジスタ１１１と垂直シフトレジスタ１１２とは同時には動作しない。 Further, when the horizontal drive circuit 104 selects a column different from the selected column in the A image region, the pixel signal of the selected column is output to the right side in the horizontal direction, and the vertical shift register 112 outputs the vertical shift register 111. A start region to be read out of a different region is selected, read pulses are sequentially output to the vertical transfer circuit 108, and pixel signals are sequentially output via the vertical transfer circuit 108. At this time, the vertical shift register 111 and the vertical shift register 112 do not operate simultaneously.

一方、Ｂ像領域における所望の列を水平駆動回路１０５によって選択した場合、所望の列の画素信号が水平方向へ左側に出力され、垂直シフトレジスタ１１３によって読み出したい開始の領域を選択し、順次垂直転送回路１０９に読出しパルスを出力し、画素信号が順次垂直転送回路１０９を介して出力される。また、Ｂ像領域において前記選択した列とは別の列を水平駆動回路１０６によって選択した場合は、選択した列の画素信号が水平方向へ右側に出力され、垂直シフトレジスタ１１４によって読み出したい開始の領域を選択し、順次垂直転送回路１１０に読出しパルスを出力し、画素信号が順次垂直転送回路１１０を介して出力される。 On the other hand, when a desired column in the B image region is selected by the horizontal drive circuit 105, a pixel signal of the desired column is output to the left side in the horizontal direction, a start region to be read is selected by the vertical shift register 113, and sequentially A readout pulse is output to the transfer circuit 109, and pixel signals are sequentially output via the vertical transfer circuit 109. Further, when the horizontal drive circuit 106 selects a column different from the selected column in the B image region, the pixel signal of the selected column is output to the right side in the horizontal direction, and the start of reading desired by the vertical shift register 114 is performed. A region is selected, read pulses are sequentially output to the vertical transfer circuit 110, and pixel signals are sequentially output via the vertical transfer circuit 110.

このとき垂直シフトレジスタ１１３と垂直シフトレジスタ１１４とは同時には動作しないが、垂直シフトレジスタ１１１と垂直シフトレジスタ１１３とは同時に動作し、垂直シフトレジスタ１１２と垂直シフトレジスタ１１４とは同時に動作する。 At this time, the vertical shift register 113 and the vertical shift register 114 do not operate simultaneously, but the vertical shift register 111 and the vertical shift register 113 operate simultaneously, and the vertical shift register 112 and the vertical shift register 114 operate simultaneously.

Ａ像領域から垂直転送回路１０７を介して出力された信号はＡ像用出力回路１１６によって増幅されて出力端子１１８から出力される。また、Ａ像領域から垂直転送回路１０８を介して出力された信号もＡ像用出力回路１１６によって増幅されて出力端子１１８から出力される。 The signal output from the A image area via the vertical transfer circuit 107 is amplified by the A image output circuit 116 and output from the output terminal 118. A signal output from the A image area via the vertical transfer circuit 108 is also amplified by the A image output circuit 116 and output from the output terminal 118.

一方、Ｂ像領域から垂直転送回路１０９を介して出力された信号は、Ｂ像用出力回路１１７によって増幅されて出力端子１１９から出力される。また、Ｂ像領域から垂直転送回路１１０を介して出力された信号もＢ像用出力回路１１７によって増幅されて出力端子１１９から出力される。 On the other hand, a signal output from the B image area via the vertical transfer circuit 109 is amplified by the B image output circuit 117 and output from the output terminal 119. A signal output from the B image area via the vertical transfer circuit 110 is also amplified by the B image output circuit 117 and output from the output terminal 119.

いま、Ａ像領域から垂直転送回路１０７を介して出力された信号がＡ像用出力回路１１６によって増幅されて出力端子１１８から１チャンネル出力されている。それと同時にＢ像領域から垂直転送回路１０９を介して出力された信号はＢ像用出力回路１１７によって増幅されて出力端子１１９から１チャンネル出力されて読み出された。Ａ像領域の出力信号とＢ像領域の出力信号とを同時に２チャンネルで読み出すことができたため、読出し時間が１／２に短縮され高速化することができた。 Now, the signal output from the A image region via the vertical transfer circuit 107 is amplified by the A image output circuit 116 and output from the output terminal 118 for one channel. At the same time, the signal output from the B image area via the vertical transfer circuit 109 is amplified by the B image output circuit 117 and output from the output terminal 119 for one channel and read. Since the output signal of the A image area and the output signal of the B image area can be read out simultaneously by two channels, the reading time can be shortened to 1/2 and the speed can be increased.

図２は、出力回路１１６及び出力回路１１７を構成する増幅回路の模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram of an amplifier circuit that constitutes the output circuit 116 and the output circuit 117.

Ａ像用出力回路１１６とＢ像用出力回路１１７とは相対的な精度が要求されるため同じ回路配置構成である。Ｖinに入力された信号を演算増幅器ｏｐａｍｐ１でバッファし、容量Ｃに電荷信号として蓄積する。ＣＬＭＰパルスでオン又はオフするＭＯＳトランジスタを介して一定電圧Ｖref基準でクランプした信号に演算増幅器ｏｐａｍｐ２を用いてＲ_１及びＲ_２によってゲイン（Ｒ_１＋Ｒ_２）／Ｒ_１倍された増幅信号をＶoutから出力するものである。 The A image output circuit 116 and the B image output circuit 117 have the same circuit arrangement because they require relative accuracy. The signal input to Vin is buffered by the operational amplifier opamp1 and stored in the capacitor C as a charge signal. A signal clamped on the basis of a constant voltage Vref through a MOS transistor that is turned on or off by a CLMP pulse is used to obtain an amplified signal Vout obtained by multiplying the gain (R ₁ + R ₂ ) / R ₁ by R ₁ and R ₂ using an operational amplifier opamp2 Is output from

一定電圧Ｖrefは、図１におけるバイアス回路１１５において発生させ、バイアス線１２１によってＡ像用出力回路１１６とＢ像用出力回路１１７とに供給される。これらの出力回路１１６，１１７各々に必要な一定電圧を発生させるためのバイアス回路と一定電圧を供給させるためのバイアス線を共通化することで低消費電力化することができた。更に、これらの出力回路１１６，１１７とを互いに隣接して配置することで製造における相対ばらつきが小さく抑えられて高精度な出力を得ることができた。 The constant voltage Vref is generated in the bias circuit 115 in FIG. 1 and is supplied to the A image output circuit 116 and the B image output circuit 117 through the bias line 121. The power consumption can be reduced by sharing a bias circuit for generating a constant voltage necessary for each of the output circuits 116 and 117 and a bias line for supplying the constant voltage. Furthermore, by arranging these output circuits 116 and 117 adjacent to each other, the relative variation in manufacturing can be suppressed to a small level, and a highly accurate output can be obtained.

黒レベル出力するためのＯＢ画素（遮光画素）信号出力はＡ像領域から出力される。ＯＢ信号が出力されるタイミングでスイッチ１２２がオンし、前記スイッチ１２２を介して前記ＯＢ画素信号はＡ像用出力回路１１６及びＢ像用出力回路１１７に入力される。それぞれの出力回路で前記ＯＢ画素信号は増幅されて出力端子１１８及び出力端子１１９より出力される。ＯＢ画素信号出力を兼用することによって片方のＯＢ画素配列が不要となり、チップ面積が縮小することができた。 An OB pixel (light-shielded pixel) signal output for outputting a black level is output from the A image area. The switch 122 is turned on at the timing when the OB signal is output, and the OB pixel signal is input to the A image output circuit 116 and the B image output circuit 117 via the switch 122. In each output circuit, the OB pixel signal is amplified and output from the output terminal 118 and the output terminal 119. By combining the OB pixel signal output, one OB pixel array is not necessary, and the chip area can be reduced.

なお、本実施形態においては、Ａ像領域とＢ像領域の各々を２分割したエリアとしているが、各領域を１つのエリアとして回路構成してもよい。 In the present embodiment, each of the A image area and the B image area is divided into two areas, but each area may be configured as one area.

［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２におけるライン型センサを示す模式図である。 [Embodiment 2]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a line type sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

同図において、オートフォーカス用固体撮像装置は、ＣＭＯＳプロセス等によって同一半導体基板上に形成されている。３０１及び３０２はフォトダイオード等の光電変換素子で構成される画素３１３を含む撮像領域である。画素は１次元的なライン状に配置されており、位相差検出をしてオートフォーカスを行うための撮像領域３０１はＡ像領域（基準部）、撮像領域３０２はＢ像領域（参照部）とに分割されている。Ａ像領域において複数の画素によって光電変換された信号は、垂直シフトレジスタ３０５によって駆動される垂直転送回路３０３とを具えている。また、Ｂ像領域において複数の画素によって光電変換された信号は、垂直シフトレジスタ３０６によって駆動される垂直転送回路３０４とを具えている。 In the figure, an autofocus solid-state imaging device is formed on the same semiconductor substrate by a CMOS process or the like. Reference numerals 301 and 302 denote imaging regions including pixels 313 configured by photoelectric conversion elements such as photodiodes. The pixels are arranged in a one-dimensional line. An imaging region 301 for performing phase difference detection and performing autofocus is an A image region (reference portion), and an imaging region 302 is a B image region (reference portion). It is divided into A signal photoelectrically converted by a plurality of pixels in the A image area includes a vertical transfer circuit 303 driven by a vertical shift register 305. A signal photoelectrically converted by a plurality of pixels in the B image region includes a vertical transfer circuit 304 driven by a vertical shift register 306.

次に動作について説明する。被写体からの光信号を画素３１３によって光電変換する。簡略化のために画素は１×４のラインに配置しているが、実際には更に多くの数の画素で構成されている。いま、Ａ像領域における画素から光電変換された画素信号が出力されるとして、垂直シフトレジスタ３０５によって読み出したい開始の領域（行）を選択し、順次垂直転送回路３０３に読出しパルスを出力し、画素信号が順次垂直転送回路３０３を介して出力される。一方、Ｂ像領域において複数の画素によって光電変換された信号は、垂直シフトレジスタ３０６によって読み出したい開始の領域を選択し、順次垂直転送回路３０４に読出しパルスを出力し、画素信号が順次垂直転送回路３０４を介して出力される。このとき垂直シフトレジスタ３０５と垂直シフトレジスタ３０６とは同時に動作する。 Next, the operation will be described. The light signal from the subject is photoelectrically converted by the pixel 313. For simplification, the pixels are arranged in a 1 × 4 line, but in actuality, the pixels are composed of a larger number of pixels. Now, assuming that a pixel signal photoelectrically converted from a pixel in the A image region is output, a start region (row) to be read is selected by the vertical shift register 305, a read pulse is sequentially output to the vertical transfer circuit 303, and the pixel Signals are sequentially output via the vertical transfer circuit 303. On the other hand, a signal photoelectrically converted by a plurality of pixels in the B image region selects a start region to be read by the vertical shift register 306, sequentially outputs a read pulse to the vertical transfer circuit 304, and the pixel signals are sequentially transferred to the vertical transfer circuit. The output is via 304. At this time, the vertical shift register 305 and the vertical shift register 306 operate simultaneously.

Ａ像領域から垂直転送回路３０３を介して出力された信号はＡ像用出力回路３０９によって増幅されて出力端子３１１から出力される。一方、Ｂ像領域から垂直転送回路３０４を介して出力された信号はＢ像用出力回路３１０によって増幅されて出力端子３１２から出力される。いま、Ａ像領域から垂直転送回路３０３を介して出力された信号がＡ像用出力回路３０９によって増幅されて出力端子３１１から１チャンネル出力されている。それと同時にＢ像領域から垂直転送回路３０４を介して出力された信号はＢ像用出力回路３１０によって増幅されて出力端子３１２から１チャンネル出力されて読み出された。Ａ像領域の出力信号とＢ像領域の出力信号とを同時に２チャンネルで読み出すことができたため、読出し時間が１／２に短縮され高速化することができた。 A signal output from the A image area via the vertical transfer circuit 303 is amplified by the A image output circuit 309 and output from the output terminal 311. On the other hand, the signal output from the B image region via the vertical transfer circuit 304 is amplified by the B image output circuit 310 and output from the output terminal 312. Now, the signal output from the A image area via the vertical transfer circuit 303 is amplified by the A image output circuit 309 and output from the output terminal 311 for one channel. At the same time, the signal output from the B image area via the vertical transfer circuit 304 is amplified by the B image output circuit 310 and output from the output terminal 312 for one channel and read. Since the output signal of the A image area and the output signal of the B image area can be read out simultaneously by two channels, the reading time can be shortened to 1/2 and the speed can be increased.

Ａ像用出力回路３０９及びＢ像用出力回路３１０を構成する増幅回路は実施形態１と同様であり、模式図も図２示す通りである。Ａ像用出力回路３０９とＢ像用出力回路３１０とは相対的な精度が要求されるため同じ回路配置構成である。Ｖinに入力された信号を演算増幅器ｏｐａｍｐ１でバッファし、容量Ｃに電荷信号として蓄積する。ＣＬＭＰパルスでオン又はオフするＭＯＳトランジスタを介して一定電圧Ｖref基準でクランプした信号に演算増幅器ｏｐａｍｐ２を用いてＲ_１及びＲ_２によってゲイン（Ｒ_１＋Ｒ_２）／Ｒ_１倍された増幅信号をＶoutから出力するものである。 The amplification circuits constituting the A image output circuit 309 and the B image output circuit 310 are the same as those in the first embodiment, and the schematic diagram is also as shown in FIG. Since the A image output circuit 309 and the B image output circuit 310 require relative accuracy, they have the same circuit arrangement. The signal input to Vin is buffered by the operational amplifier opamp1 and stored in the capacitor C as a charge signal. A signal clamped on the basis of a constant voltage Vref through a MOS transistor that is turned on or off by a CLMP pulse is used to obtain an amplified signal Vout obtained by multiplying the gain (R ₁ + R ₂ ) / R ₁ by R ₁ and R ₂ using an operational amplifier opamp2 Is output from

一定電圧Ｖrefは、図３におけるバイアス回路３０８において発生させ、バイアス線３１４によってＡ像用出力回路３０９とＢ像用出力回路３１０とに供給される。これらの出力回路３０９，３１０各々に必要な一定電圧を発生させるバイアス回路と一定電圧を供給するためのバイアス線を共通化することで低消費電力化することができた。更に、これらの出力回路３０９，３１０を互いに隣接して配置することで製造における相対ばらつきが小さく抑えられて高精度な出力を得ることができた。 The constant voltage Vref is generated in the bias circuit 308 in FIG. 3 and supplied to the A image output circuit 309 and the B image output circuit 310 by the bias line 314. The power consumption can be reduced by sharing a bias circuit for generating a constant voltage necessary for each of the output circuits 309 and 310 and a bias line for supplying the constant voltage. Furthermore, by arranging these output circuits 309 and 310 adjacent to each other, the relative variation in manufacturing can be suppressed to a small level, and a highly accurate output can be obtained.

なお、本実施形態においても、黒レベル出力するためのＯＢ画素が、例えばＡ像領域の先頭３ｂｉｔに配置される。 Also in this embodiment, an OB pixel for outputting a black level is arranged, for example, at the top 3 bits of the A image area.

［実施形態３］
図４は、本発明を用いたＴＴＬ−ＳＩＲ（Through The Lens―２次結像位相差検出）型オートフォーカスシステムを搭載した一眼レフカメラの光学系概略図を示す図である。 [Embodiment 3]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic optical system of a single-lens reflex camera equipped with a TTL-SIR (Through The Lens—secondary imaging phase difference detection) type autofocus system using the present invention.

同図において、４０は被写体像をフィルム上やイメージセンサ上に一時結像させるための撮影レンズ、４１はファインダスクリーン４２へ光を反射させるためのクイックリターンミラーであり、光を数１０％透過するハーフミラーとなっている。４３はＡＦ系へ光を導くためのサブミラー、４４は本発明のオートフォーカス用固体撮像装置、４５はＡＦセンサ上に被写体像を再結像させるための二次結像レンズ（メガネレンズ）、４６はＡＦセンサ４４へ光を導く反射ミラー、４７はフォーカルプレーンシャッタ、４８はフィルム又はイメージセンサ、４９は光線の主軸を示している。 In the figure, reference numeral 40 denotes a photographing lens for temporarily forming a subject image on a film or an image sensor, and 41 denotes a quick return mirror for reflecting light to the finder screen 42, which transmits several tens of percent of light. It is a half mirror. 43 is a sub-mirror for guiding light to the AF system, 44 is a solid-state imaging device for autofocus according to the present invention, 45 is a secondary imaging lens (glasses lens) for re-imaging a subject image on the AF sensor, 46 Indicates a reflecting mirror for guiding light to the AF sensor 44, 47 indicates a focal plane shutter, 48 indicates a film or image sensor, and 49 indicates a principal axis of light.

本実施形態において、実施形態１又は実施形態２に記載のオートフォーカス用固体撮像装置を用いることで、従来以上のオートフォーカススピードを有する一眼レフカメラの実現が可能となった。 In the present embodiment, by using the autofocus solid-state imaging device described in the first or second embodiment, it is possible to realize a single-lens reflex camera having an autofocus speed higher than that in the past.

本実施形態はアナログカメラ、デジタルカメラを問わず、ＴＴＬ−ＳＩＲ型ＡＦカメラであれば、本発明が適用できることは明らかである。 It is obvious that the present invention can be applied to any embodiment of the present invention as long as it is a TTL-SIR AF camera regardless of whether it is an analog camera or a digital camera.

本発明の実施形態１におけるエリア型センサを示す模式図The schematic diagram which shows the area type sensor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１における出力回路ブロックを構成する回路図1 is a circuit diagram constituting an output circuit block according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態２におけるライン型センサを示す模式図The schematic diagram which shows the line type sensor in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態３におけるオートフォーカスシステムを搭載した一眼レフカメラの光学系概略図Schematic diagram of an optical system of a single-lens reflex camera equipped with an autofocus system in Embodiment 3 of the present invention 従来のカメラに用いられる位相差検出方式と呼ばれるオートフォーカス用の焦点検出装置を示す図The figure which shows the focus detection device for autofocus which is called the phase difference detection system which is used for the conventional camera 従来の本体の画像を得るための固体撮像装置を示す図The figure which shows the solid-state imaging device for obtaining the image of the conventional main body

Explanation of symbols

１０１，１０２…撮像領域
１０３，１０４，１０５，１０６…水平駆動回路
１０７，１０８，１０９，１１０…垂直転送回路
１１１，１１２，１１３，１１４…垂直シフトレジスタ
１１５…バイアス回路
１１６…Ａ像用出力回路
１１７…Ｂ像用出力回路
１１８…Ａ像用出力端子
１１９…Ｂ像用出力端子
１２１…バイアス配線
１２２…スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,102 ... Imaging area 103,104,105,106 ... Horizontal drive circuit 107,108,109,110 ... Vertical transfer circuit 111,112,113,114 ... Vertical shift register 115 ... Bias circuit 116 ... Output circuit for A image 117 ... B image output circuit 118 ... A image output terminal 119 ... B image output terminal 121 ... Bias wiring 122 ... Switch

Claims

In a solid-state imaging device that includes an imaging region of a reference unit and a reference unit in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion element are arranged and performs phase difference detection type autofocus, signals output from the reference unit and the reference unit are individually A solid-state imaging device for autofocus, wherein the output circuits are arranged adjacent to each other and output to an output circuit of a channel.

The autofocus solid-state imaging device according to claim 1, wherein a constant voltage source or a constant current source is commonly connected to each of the output circuits.

2. The autofocus solid-state imaging device according to claim 1, wherein each of the output circuits is also used as a circuit that outputs a black level signal of a light-shielded pixel arranged in one of a reference unit and a reference unit.

The solid-state imaging device for autofocus according to claim 1, wherein the plurality of pixels are arranged as a line sensor or an area sensor.

The horizontal drive circuit, the vertical transfer circuit, and the vertical shift register are connected to each of the plurality of pixels in each imaging region of the reference unit and the reference unit arranged as an area sensor. Solid-state imaging device for autofocus.

5. The autofocus solid according to claim 4, wherein the plurality of pixels are connected to a vertical transfer circuit and a vertical shift register in each imaging region of a reference unit and a reference unit arranged as a line sensor. Imaging device.

A camera comprising the solid-state imaging device for autofocus according to claim 1.