JP2007103590A - Image pick-up device, focus detector and image pick-up system - Google Patents

Image pick-up device, focus detector and image pick-up system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image pick-up device, a focus detector and an image pick-up system, wherein it is possible to improve a responsivity at the time of low brightness upon obtaining photographing conditions (for example, a focus detection or range finding is performed). <P>SOLUTION: The image pick-up device 10 for picking up an image in a photographing optical system comprises a first pixel cell 11 containing a first photoelectrical converter 14 for generating electric charges in response to incident beams; and a second pixel cell 12 which contains an optical element 15 for focusing the incident beams and second photoelectrical converts 16, 17 for generating electric charges in response to beams focused by the optical element, and which has a larger cell size than the first pixel cell. The first pixel cell and the second pixel cell are two-dimensionally disposed on a substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮影画像の取得と例えば焦点検出などの撮影条件(状態)の取得とを行える撮像素子、これを備えた焦点検出装置、および、撮像システムに関する。   The present invention relates to an image sensor capable of acquiring a captured image and acquiring a shooting condition (state) such as focus detection, a focus detection apparatus including the same, and an imaging system.

撮影画像用の画素セルを撮像素子の基板上に2次元的に配置して、その中に焦点検出用の画素セルを所定のレイアウトで配置することが提案されている(例えば特許文献1,2を参照)。また、特許文献1では、位相差検出方式の焦点検出を例に、その画素セルを撮影画像用の画素セルと同じサイズにしている。特許文献2では、コントラスト検出方式の焦点検出を例に、その画素セルを撮影画像用の画素セルより小さなサイズにしている。
特開2003−250080号公報 特開2004−361611号公報
It has been proposed that pixel cells for captured images are two-dimensionally arranged on a substrate of an image sensor, and pixel cells for focus detection are arranged in a predetermined layout therein (for example, Patent Documents 1 and 2). See). Further, in Patent Document 1, the focus detection by the phase difference detection method is taken as an example, and the pixel cell is made the same size as the pixel cell for the photographed image. In Patent Document 2, the focus detection of the contrast detection method is taken as an example, and the pixel cell is made smaller in size than the pixel cell for the photographed image.
JP 2003-250080 A JP 2004-361611 A

しかし、上記の撮像素子では、焦点検出用の画素セルのサイズが撮影画像用の画素セルと同じ(または撮影画像用の画素セルより小さい)ため、低輝度時に焦点検出の応答性が低下するという問題があった。また、この問題は、焦点検出用の画素セルに限らず、測距用や測光用などの画素セルを配置する場合にも同様に発生し得る。
本発明の目的は、撮影条件を取得する(例えば焦点検出や測距などを行う)際の低輝度時の応答性を改善できる撮像素子、焦点検出装置、および、撮像システムを提供することにある。
However, in the imaging device described above, the size of the focus detection pixel cell is the same as that of the captured image pixel cell (or smaller than the captured image pixel cell), so that the focus detection responsiveness is reduced at low luminance. There was a problem. This problem is not limited to focus detection pixel cells, and can occur in the same manner when pixel cells for distance measurement, photometry, and the like are arranged.
An object of the present invention is to provide an imaging device, a focus detection device, and an imaging system that can improve responsiveness at low luminance when acquiring imaging conditions (for example, performing focus detection or distance measurement). .

本発明の撮像素子は、撮影光学系による像を撮像する撮像素子において、入射光に応じて電荷を生成する第1の光電変換部を含む第1の画素セルと、入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第2の光電変換部とを含み、前記第1の画素セルに比べてセルサイズが大きい第2の画素セルとを備え、基板上に前記第1の画素セルと前記第2の画素セルとを2次元的に配置したものである。   An imaging device according to the present invention includes a first pixel cell including a first photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to incident light and an optical that collects incident light in the imaging device that captures an image by a photographing optical system. A second pixel cell including an element and a second photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to light condensed by the optical element, and having a cell size larger than that of the first pixel cell. The first pixel cell and the second pixel cell are two-dimensionally arranged on the substrate.

また、前記第2の画素セルは、そのセルサイズが前記第1の画素セルの整数倍であることが好ましい。
また、前記第1および第2の画素セルは、入射光を前記第1および第2の光電変換部に集光する光学要素をそれぞれ含み、前記第2の画素セルの光学要素は、前記第1の画素セルの光学要素に比べて開口サイズが大きいことが好ましい。
Moreover, it is preferable that the cell size of the second pixel cell is an integer multiple of the first pixel cell.
The first and second pixel cells each include an optical element that collects incident light on the first and second photoelectric conversion units, and the optical element of the second pixel cell is the first pixel cell. The aperture size is preferably larger than the optical element of the pixel cell.

本発明の撮像素子は、撮影光学系による像を撮像する撮像素子において、入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第1の光電変換部とを含む第1の画素セルと、入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第2の光電変換部とを含む第2の画素セルとを備え、基板上に前記第1の画素セルと前記第2の画素セルとを2次元的に配置し、前記第2の画素セルの光学要素は、前記第1の画素セルの光学要素に比べて開口サイズが大きいものである。   An imaging element according to the present invention includes an optical element that collects incident light in an imaging element that captures an image by a photographing optical system, and a first photoelectric conversion that generates an electric charge according to the light collected by the optical element. A second pixel including a first pixel cell that includes a first pixel cell, an optical element that condenses incident light, and a second photoelectric conversion unit that generates a charge in accordance with the light collected by the optical element A first pixel cell and a second pixel cell are two-dimensionally arranged on a substrate, and an optical element of the second pixel cell is an optical element of the first pixel cell. The opening size is larger than that.

また、前記第1の画素セルの光学要素は、その開口サイズが20μmより小さいことが好ましい。
また、前記第2の画素セルのそれぞれは、複数の前記第2の光電変換部を含み、前記複数の第2の光電変換部のそれぞれは、前記第2の画素セルの光学要素を介して、前記撮影光学系の射出瞳とほぼ共役であることが好ましい。
The optical element of the first pixel cell preferably has an aperture size smaller than 20 μm.
In addition, each of the second pixel cells includes a plurality of the second photoelectric conversion units, and each of the plurality of second photoelectric conversion units via the optical element of the second pixel cell, It is preferably substantially conjugate with the exit pupil of the photographing optical system.

また、前記複数の第2の光電変換部のうち2つは対を成し、前記対を成す2つの第2の光電変換部には、それぞれ、異なる色のフィルタが配置されることが好ましい。
また、前記第2の画素セルによって得られる光電出力に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出することが好ましい。
また、入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第3の光電変換部とを含み、前記第2の画素セルとはセルサイズが異なる第3の画素セルをさらに備えることが好ましい。
In addition, it is preferable that two of the plurality of second photoelectric conversion units form a pair, and filters of different colors are arranged in each of the two second photoelectric conversion units forming the pair.
Further, it is preferable that a focus adjustment state of the photographing optical system is detected based on a photoelectric output obtained by the second pixel cell.
In addition, the optical element includes an optical element that collects incident light and a third photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to the light collected by the optical element, and the cell size is different from that of the second pixel cell. It is preferable to further include a third pixel cell.

また、前記第3の画素セルは、そのセルサイズが前記第1の画素セルと等しいことが好ましい。
また、前記第2の画素セルおよび前記第3の画素セルによって得られる光電出力に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出することが好ましい。
本発明の焦点検出装置は、上記の撮像素子と、前記第2の画素セルの出力に基づいて焦点検出を行う検出手段とを備えたものである。
Moreover, it is preferable that the cell size of the third pixel cell is equal to that of the first pixel cell.
Further, it is preferable that a focus adjustment state of the photographing optical system is detected based on a photoelectric output obtained by the second pixel cell and the third pixel cell.
The focus detection apparatus of the present invention includes the above-described image sensor and detection means for performing focus detection based on the output of the second pixel cell.

本発明の焦点検出装置は、上記の撮像素子と、前記第2の画素セルの出力と前記第3の画素セルの出力との少なくとも一方に基づいて焦点検出を行う検出手段とを備えたものである。
本発明の撮像システムは、上記の焦点検出装置と、前記撮像素子の物体側に配置される撮影光学系とを備え、前記検出手段は、前記撮影光学系の焦点検出を行うものである。
A focus detection apparatus of the present invention includes the above-described imaging device, and a detection unit that performs focus detection based on at least one of the output of the second pixel cell and the output of the third pixel cell. is there.
An imaging system of the present invention includes the above-described focus detection device and a photographing optical system disposed on the object side of the imaging element, and the detection unit performs focus detection of the photographing optical system.

また、前記第1の画素セルの出力に基づいて撮影画像を表示すると共に、前記第2の画素セルの位置を、前記検出手段が焦点検出を行う領域として前記撮影画像に重畳して表示する表示手段を備えることが好ましい。
また、前記第1の画素セルの位置での画像信号を該第1の画素セルの出力に基づいて生成すると共に、前記第2の画素セルの位置での画像信号を該第2の画素セルの周囲の前記第1の画素セルの出力に基づく補間処理によって生成する生成手段を備えることが好ましい。
In addition, the captured image is displayed based on the output of the first pixel cell, and the display of the position of the second pixel cell is superimposed on the captured image as a region where the detection unit performs focus detection. Preferably means are provided.
In addition, an image signal at the position of the first pixel cell is generated based on the output of the first pixel cell, and an image signal at the position of the second pixel cell is generated by the second pixel cell. It is preferable that the image forming apparatus includes a generation unit configured to generate by interpolation processing based on the output of the surrounding first pixel cell.

また、前記生成手段は、前記第2の画素セルの位置での画像信号を生成する際、該画像信号の各色成分を前記補間処理によって生成し、前記画像信号の輝度成分を前記第2の画素セルの出力に基づいて生成することが好ましい。   In addition, when generating the image signal at the position of the second pixel cell, the generating unit generates each color component of the image signal by the interpolation process, and the luminance component of the image signal is converted to the second pixel. It is preferable to generate based on the output of the cell.

本発明によれば、撮影条件(状態)を取得する(例えば焦点検出や測距や測光などを行う)際の低輝度時の応答性を改善することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the responsiveness at the time of low luminance when acquiring photographing conditions (states) (for example, performing focus detection, distance measurement, photometry, etc.).

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
ここでは、撮影画像の取得と焦点検出に関わる情報の取得とを行える撮像素子について説明する。また、位相差検出方式の焦点検出を例に説明する。焦点検出に関わる情報とは、撮影画像を取得する際の各種条件(撮影条件)の1つであって、撮像素子の物体側に配置される撮影光学系のデフォーカス量に相当する。撮影光学系が合焦状態(理想的にはデフォーカス量=0)のとき、撮像素子上には鮮明な被写体像が形成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
Here, an image sensor that can acquire a captured image and acquire information related to focus detection will be described. Further, description will be given by taking focus detection by the phase difference detection method as an example. The information related to focus detection is one of various conditions (shooting conditions) when acquiring a shot image, and corresponds to the defocus amount of the shooting optical system arranged on the object side of the image sensor. When the photographing optical system is in focus (ideally defocus amount = 0), a clear subject image is formed on the image sensor.

第1実施形態の撮像素子10は、図1(a)に示す撮影画像用の画素セル11と図1(b)に示す焦点検出用の画素セル12とを、図1(c)に示すレイアウトで、基板上に配置したものである。図1(c)では、分かりやすくするため、1つの画素セル11,12にそれぞれハッチングを付した。図1(a)〜(c)は、撮影光学系の側から見た模式図である。なお、撮像素子10には、画素セル11,12の他、不図示の垂直走査回路や水平走査回路なども設けられる。   The image sensor 10 of the first embodiment includes a pixel cell 11 for a photographed image shown in FIG. 1A and a pixel cell 12 for focus detection shown in FIG. 1B, as shown in FIG. 1C. And arranged on a substrate. In FIG. 1C, each pixel cell 11 and 12 is hatched for easy understanding. FIGS. 1A to 1C are schematic views seen from the photographic optical system side. In addition to the pixel cells 11 and 12, the imaging element 10 is provided with a vertical scanning circuit, a horizontal scanning circuit, and the like (not shown).

本実施形態では、画素セル11,12の形状をそれぞれ正方形状とする。また、焦点検出用の画素セル12は撮影画像用の画素セル11に比べてセルサイズが大きく、1個の画素セル12の大きさの中に4個の画素セル11を稠密に配置できるような大きさとなっている。つまり、焦点検出用の画素セル12のセルサイズは、撮影画像用の画素セル11のセルサイズの4倍である。この場合、画素セル12の一辺の長さA12は、画素セル11の一辺の長さA11の2倍である。 In the present embodiment, each of the pixel cells 11 and 12 has a square shape. In addition, the focus detection pixel cell 12 has a larger cell size than the captured image pixel cell 11, and the four pixel cells 11 can be densely arranged in the size of one pixel cell 12. It is a size. That is, the cell size of the focus detection pixel cell 12 is four times the cell size of the captured image pixel cell 11. In this case, the length A 12 on one side of the pixel cell 12 is twice the length A 11 on one side of the pixel cell 11.

撮像素子10の基板上において、撮影画像用の画素セル11は2次元的に略稠密に配置され、その中に焦点検出用の画素セル12が周期的に埋め込まれている。画素セル11の配置は略正方格子状である。
撮影画像用の画素セル11(図1(a))には、円形状のマイクロレンズ13と、矩形状の光電変換部14とが設けられる。マイクロレンズ13は、入射光を集光して光電変換部14に導く光学要素である。光電変換部14は、マイクロレンズ13により集光された光に応じて電荷を生成するフォトダイオードである。また図示省略したが、マイクロレンズ13と光電変換部14との間には、RGBのうち何れか1つの色フィルタが配置される。そして、複数の画素セル11の色フィルタは所定のRGB配列(例えばベイヤー配列)となっている。
On the substrate of the image sensor 10, the pixel cells 11 for captured images are two-dimensionally arranged almost densely, and focus detection pixel cells 12 are periodically embedded therein. The arrangement of the pixel cells 11 is a substantially square lattice.
The pixel cell 11 for a captured image (FIG. 1A) is provided with a circular microlens 13 and a rectangular photoelectric conversion unit 14. The microlens 13 is an optical element that collects incident light and guides it to the photoelectric conversion unit 14. The photoelectric conversion unit 14 is a photodiode that generates an electric charge according to the light collected by the microlens 13. Although not shown, any one of RGB color filters is disposed between the microlens 13 and the photoelectric conversion unit 14. The color filters of the plurality of pixel cells 11 have a predetermined RGB array (for example, a Bayer array).

なお、この画素セル11では、撮影光学系の射出瞳の大きさ(つまり撮影光学系の絞り径)に比例した出力を得ることができるように、マイクロレンズ13のパワーを設定している。そのためには、射出瞳の大きさに拘わらず、射出瞳の全体からの光束を光電変換部14に導く必要があり、絞り径を最大(例えばF1.4など)にしたときの射出瞳の大きさを基準にしてマイクロレンズ13のパワーが設定される。   In the pixel cell 11, the power of the microlens 13 is set so that an output proportional to the size of the exit pupil of the photographing optical system (that is, the aperture diameter of the photographing optical system) can be obtained. For this purpose, it is necessary to guide the light beam from the entire exit pupil to the photoelectric conversion unit 14 regardless of the exit pupil size, and the exit pupil size when the aperture diameter is maximized (for example, F1.4). The power of the microlens 13 is set based on this.

焦点検出用の画素セル12(図1(b))には、円形状のマイクロレンズ15と、矩形状の2つの光電変換部16,17とが設けられる。マイクロレンズ15は、入射光を集光して光電変換部16,17に導く光学要素である。光電変換部16,17は、それぞれ、マイクロレンズ15により集光された光に応じて電荷を生成するフォトダイオードである。これら2つの光電変換部16,17は対を成し、マイクロレンズ15を用いた位相差検出方式の焦点検出に用いられる。   The pixel cell 12 for focus detection (FIG. 1B) is provided with a circular microlens 15 and two photoelectric conversion units 16 and 17 having a rectangular shape. The microlens 15 is an optical element that collects incident light and guides it to the photoelectric conversion units 16 and 17. The photoelectric conversion units 16 and 17 are photodiodes that generate charges in accordance with the light collected by the microlens 15, respectively. These two photoelectric conversion units 16 and 17 form a pair and are used for focus detection by the phase difference detection method using the microlens 15.

また、図2の断面図から分かる通り、一対の光電変換部16,17は、それぞれ、基板22の表面p+層23とn層24とで構成される。基板22の表面上にはゲート絶縁膜25(SiO2膜)が形成される。なお、このような断面構造は、上記した撮影画像用の画素セル11も同様である。そして、焦点検出用の画素セル12において、一対の光電変換部16,17とマイクロレンズ15との間には、焦点検出に不要な赤外光を除去するために、赤外カットフィルタ21が配置される。ちなみに、一対の光電変換部16,17には色フィルタが設けられないため、可視光の全波長領域の光束が入射することになる。 In addition, as can be seen from the cross-sectional view of FIG. 2, the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 includes a surface p + layer 23 and an n layer 24 of the substrate 22, respectively. A gate insulating film 25 (SiO 2 film) is formed on the surface of the substrate 22. Such a cross-sectional structure is similar to the above-described pixel cell 11 for a captured image. In the focus detection pixel cell 12, an infrared cut filter 21 is disposed between the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 and the microlens 15 in order to remove infrared light unnecessary for focus detection. Is done. Incidentally, since the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 are not provided with a color filter, light beams in the entire wavelength region of visible light are incident.

さらに、この画素セル12では、位相差検出方式の焦点検出を実現するために、マイクロレンズ15を介して、一対の光電変換部16,17と撮影光学系の射出瞳とが共役になっている。つまり、マイクロレンズ15のパワーは、一対の光電変換部16,17を撮影光学系の射出瞳に投影できるように設定されている。
このような共役関係を図示すると、図3(a)のようになる。図3(a)では射出瞳18を太い点線で示した。射出瞳18を撮影光学系(不図示)の光軸19の方向から見ると、図3(b)のように略円形状である。射出瞳18の中の領域8A,8Bは、一対の光電変換部16,17がマイクロレンズ15によって投影された領域であり、略矩形状である。
Further, in this pixel cell 12, in order to realize focus detection by the phase difference detection method, the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 and the exit pupil of the photographing optical system are conjugated via the micro lens 15. . That is, the power of the microlens 15 is set so that the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 can be projected onto the exit pupil of the photographing optical system.
Such a conjugate relationship is illustrated in FIG. In FIG. 3A, the exit pupil 18 is indicated by a thick dotted line. When the exit pupil 18 is viewed from the direction of the optical axis 19 of the photographing optical system (not shown), it is substantially circular as shown in FIG. The regions 8A and 8B in the exit pupil 18 are regions where the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 are projected by the microlens 15 and have a substantially rectangular shape.

また、領域8A,8Bは、光軸19を中心に略対称に配置される。そして、射出瞳18のうち領域8Aを通過した光束は一方の光電変換部16に入射し、領域8Bを通過した光束は他方の光電変換部17に入射する。つまり、射出瞳18を通過する光束を2分割して光電変換部16,17に導くことができる(瞳分割方式)。
なお、位相差検出方式の焦点検出の際には、一対の領域8A,8Bが射出瞳18から部分的にはみ出すと、一対の光電変換部16,17に導かれる光束(焦点検出に用いる光束)の一部がけられ、焦点検出の精度が悪化する。したがって、焦点検出用の画素セル12では、射出瞳18の大きさ(つまり撮影光学系の絞り径)に拘わらず、射出瞳18の中に一対の領域8A,8Bが収まるように、マイクロレンズ15のパワーを設定している。そのため、絞り径が最小(例えばF2.8やF5.6)のときの射出瞳18の大きさを基準にしてマイクロレンズ15のパワーが設定される。
The regions 8A and 8B are arranged substantially symmetrically about the optical axis 19. Then, the light beam that has passed through the region 8 </ b> A of the exit pupil 18 enters one photoelectric conversion unit 16, and the light beam that has passed through the region 8 </ b> B enters the other photoelectric conversion unit 17. That is, the light beam passing through the exit pupil 18 can be divided into two and guided to the photoelectric conversion units 16 and 17 (pupil division method).
It should be noted that when focus detection is performed using the phase difference detection method, when the pair of regions 8A and 8B partially protrudes from the exit pupil 18, light beams guided to the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 (light beams used for focus detection). As a result, the focus detection accuracy deteriorates. Accordingly, in the pixel cell 12 for focus detection, the microlens 15 is arranged so that the pair of regions 8A and 8B are accommodated in the exit pupil 18 regardless of the size of the exit pupil 18 (that is, the aperture diameter of the photographing optical system). The power is set. Therefore, the power of the microlens 15 is set based on the size of the exit pupil 18 when the aperture diameter is minimum (for example, F2.8 or F5.6).

さらに、本実施形態では、マイクロレンズ13,15を円形状とし(図1(a),(b))、それぞれの開口サイズ(直径)が画素セル11,12の一辺の長さA11,A12と等しくなるように構成した。したがって、上記のように画素セル12の一辺の長さA12を画素セル11の一辺の長さA11より長くすることで、焦点検出用のマイクロレンズ15の開口サイズを撮影画像用のマイクロレンズ13の開口サイズより大きくすることができる。そして、開口サイズを大きくした分だけ開口面積も大きくすることができ、マイクロレンズ15を介して多くの光束を一対の光電変換部16,17に入射させることができる。 Furthermore, in this embodiment, the microlenses 13 and 15 are circular (FIGS. 1A and 1B), and the respective opening sizes (diameters) are the lengths A 11 and A of one side of the pixel cells 11 and 12, respectively. It was configured to be equal to 12 . Therefore, one side of the length A 12 of the pixel cells 12 as described above by longer than one side of the length A 11 of the pixel cells 11, a micro lens for capturing an image size of the opening of the micro-lens 15 for focus detection It can be larger than 13 opening sizes. The aperture area can be increased by increasing the aperture size, and many light beams can be incident on the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 through the microlens 15.

また、上記した撮影画像用の画素セル11の光電変換部14に蓄積された電荷と、焦点検出用の画素セル12の一対の光電変換部16,17に蓄積された電荷とは、例えば図4に示すMOS型の回路構成によって読み出すことができる。図4には、画素セル11の4×4画素分(つまり12個の画素セル11および1個の画素セル12)と、その読み出し回路とを示す。   Further, the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 14 of the pixel cell 11 for the captured image and the charge accumulated in the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the pixel cell 12 for focus detection are, for example, FIG. It can be read out by the MOS type circuit configuration shown in FIG. FIG. 4 shows 4 × 4 pixels (that is, 12 pixel cells 11 and 1 pixel cell 12) of the pixel cell 11, and a readout circuit thereof.

なお、焦点検出用の画素セル12は2つの光電変換部16,17を有するため、画素セル12の回路部分は撮影画像用の画素セル11の2個分に相当する。また、画素セル12のセルサイズは画素セル11の4倍に相当するため、画素セル12の回路部分に隣接して、画素セル11の2個分に相当する箇所30(1),30(2)が空きとなる。これらの箇所30(1),30(2)をダミーとしてもよい。   Since the focus detection pixel cell 12 includes the two photoelectric conversion units 16 and 17, the circuit portion of the pixel cell 12 corresponds to two pixel cells 11 for the captured image. Further, since the cell size of the pixel cell 12 corresponds to four times that of the pixel cell 11, the locations 30 (1), 30 (2) adjacent to the circuit portion of the pixel cell 12 and corresponding to two pixel cells 11. ) Becomes empty. These locations 30 (1) and 30 (2) may be dummy.

撮影画像用の画素セル11の光電変換部14と、焦点検出用の画素セル12の一対の光電変換部16,17とは、各々、転送スイッチ用のMOSトランジスタ31と、リセット用のMOSトランジスタ32と、ソースフォロワアンプ用のMOSトランジスタ33と、水平選択スイッチ用のMOSトランジスタ34とを介して、垂直出力線Vに接続されている。また、MOSトランジスタ31,32,34は、各々、制御線R,P,Sを介して、垂直走査回路41に接続されている。垂直走査回路41は、MOSトランジスタ31,33などのオン/オフを制御する。   The photoelectric conversion unit 14 of the captured image pixel cell 11 and the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the focus detection pixel cell 12 are respectively a transfer switch MOS transistor 31 and a reset MOS transistor 32. The source follower amplifier MOS transistor 33 and the horizontal selection switch MOS transistor 34 are connected to the vertical output line V. The MOS transistors 31, 32, and 34 are connected to the vertical scanning circuit 41 through control lines R, P, and S, respectively. The vertical scanning circuit 41 controls on / off of the MOS transistors 31 and 33 and the like.

さらに、垂直出力線Vの一端には、負荷用のMOSトランジスタ35が接続されると共に、出力蓄積容量37と水平転送用のMOSトランジスタ38とを介して、水平出力線Hが接続されている。また、水平出力線Hの一端には、出力アンプ43が接続されている。さらに、MOSトランジスタ38には、水平走査回路42が接続されている。MOSトランジスタ35は、MOSトランジスタ33と同様のソースフォロワを構成し、制御線Lを介して、不図示の制御回路に接続されている。なお、水平走査回路42は、MOSトランジスタ38のオン/オフを制御する。   Further, a load MOS transistor 35 is connected to one end of the vertical output line V, and a horizontal output line H is connected via an output storage capacitor 37 and a horizontal transfer MOS transistor 38. An output amplifier 43 is connected to one end of the horizontal output line H. Further, a horizontal scanning circuit 42 is connected to the MOS transistor 38. The MOS transistor 35 constitutes a source follower similar to the MOS transistor 33 and is connected to a control circuit (not shown) via a control line L. The horizontal scanning circuit 42 controls on / off of the MOS transistor 38.

光電変換部14,16,17に電荷を蓄積する際には、まず、制御線Lをハイレベルにして垂直出力線Vをリセットし、その後、制御線Lをローレベルにする。次いで、垂直走査回路41が制御線R,Pをハイレベルにして光電変換部14,16,17をリセットし、その後、制御線R,Pをローレベルにする。この動作によって光電変換部14,16,17は所定電位にリセットされ、光電変換部14,16,17への電荷の蓄積が開始される。   When accumulating charges in the photoelectric conversion units 14, 16, and 17, first, the control line L is set to high level to reset the vertical output line V, and then the control line L is set to low level. Next, the vertical scanning circuit 41 sets the control lines R and P to the high level to reset the photoelectric conversion units 14, 16 and 17, and then sets the control lines R and P to the low level. By this operation, the photoelectric conversion units 14, 16, and 17 are reset to a predetermined potential, and charge accumulation in the photoelectric conversion units 14, 16, and 17 is started.

そして光電変換部14,16,17の電荷を読み出す際には、まず、垂直走査回路41が制御線PをハイレベルにしてMOSトランジスタ31をオンとし、光電変換部14,16,17の電荷をMOSトランジスタ33のゲートに印加する。さらに、制御線SをハイレベルにしてMOSトランジスタ34をオンとし、この水平ラインの電荷を読み出し対象として選択する。このとき、MOSトランジスタ33は、そのゲートに印加された電荷量に応じて増幅信号を発生し、垂直出力線Vを介して出力蓄積容量37に出力する。   When reading the charges of the photoelectric conversion units 14, 16, and 17, first, the vertical scanning circuit 41 sets the control line P to the high level to turn on the MOS transistor 31, and the charges of the photoelectric conversion units 14, 16, and 17 are changed. Applied to the gate of the MOS transistor 33. Further, the control line S is set to the high level to turn on the MOS transistor 34, and the charge on the horizontal line is selected as a reading target. At this time, the MOS transistor 33 generates an amplified signal in accordance with the amount of charge applied to its gate, and outputs it to the output storage capacitor 37 via the vertical output line V.

出力蓄積容量37に蓄積された各出力は、水平走査回路42からMOSトランジスタ38への走査タイミング信号により、MOSトランジスタ38を介して水平出力線Hに転送される。さらに、水平出力線Hを介して出力アンプ43に転送され、出力アンプ43における信号の増幅を経て外部に読み出される。
このようにして読み出された画素セル11の出力は、光電変換部14に蓄積された電荷に起因し、第1実施形態の撮像素子10を備えた撮像システムにおいて、撮影画像の表示などに用いられる。また、画素セル12の出力は、一対の光電変換部16,17に蓄積された電荷に起因し、第1実施形態の撮像素子10を備えた焦点検出装置および撮像システムにおいて、位相差検出方式の焦点検出などに用いられる。
Each output stored in the output storage capacitor 37 is transferred to the horizontal output line H via the MOS transistor 38 in response to a scanning timing signal from the horizontal scanning circuit 42 to the MOS transistor 38. Further, the signal is transferred to the output amplifier 43 through the horizontal output line H, and read out through the signal amplification in the output amplifier 43.
The output of the pixel cell 11 read out in this manner is caused by the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit 14, and is used for displaying a captured image in the imaging system including the imaging device 10 of the first embodiment. It is done. Further, the output of the pixel cell 12 is caused by the electric charges accumulated in the pair of photoelectric conversion units 16 and 17, and in the focus detection apparatus and the imaging system including the imaging device 10 of the first embodiment, the phase difference detection method is used. Used for focus detection.

画素セル12の出力に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う場合、複数の画素セル12の一方の光電変換部16に関わる出力から第1の被写体像を取り込むと共に、他方の光電変換部17に関わる出力から第2の被写体像を取り込み、この2つの被写体像の位置的位相差(つまり一対の光電変換部16,17の並び方向の位置ずれ量)を例えば相関演算によって求める。そして、この位相差を撮影光学系のデフォーカス量(つまり光軸方向の位置ずれ量)に換算することにより、焦点検出に関わる情報を生成する。   When performing phase difference detection type focus detection based on the output of the pixel cell 12, the first subject image is captured from the output related to one of the plurality of pixel cells 12 and the other photoelectric conversion unit 17. The second subject image is taken in from the output related to, and the positional phase difference between the two subject images (that is, the positional deviation amount in the arrangement direction of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17) is obtained by, for example, correlation calculation. Then, by converting this phase difference into a defocus amount (that is, a positional deviation amount in the optical axis direction) of the photographing optical system, information related to focus detection is generated.

第1実施形態の撮像素子10では、焦点検出用の画素セル12のセルサイズを撮影画像用の画素セル11のセルサイズより大きくするため、焦点検出用のマイクロレンズ15の開口サイズを撮影画像用のマイクロレンズ13の開口サイズより大きくすることができ、その分だけ開口面積も大きくすることができる。
したがって、焦点検出用の画素セル12を撮影画像用の画素セル11と同じセルサイズ(または画素セル11より小さいセルサイズ)にする場合と比較し、マイクロレンズ15を介して多くの光束を一対の光電変換部16,17に入射させることができる。その結果、低輝度時においても通常の電荷蓄積時間で焦点検出に必要な出力レベルを確保でき、低輝度時の応答性を改善することができる。
In the imaging device 10 of the first embodiment, the aperture size of the focus detection microlens 15 is set to be used for a captured image in order to make the cell size of the pixel cell 12 for focus detection larger than the cell size of the pixel cell 11 for captured image. The opening size of the microlens 13 can be made larger, and the opening area can be increased accordingly.
Therefore, as compared with the case where the focus detection pixel cell 12 has the same cell size as that of the captured image pixel cell 11 (or a cell size smaller than the pixel cell 11), a large amount of light flux passes through a pair of microlenses 15. The light can enter the photoelectric conversion units 16 and 17. As a result, an output level necessary for focus detection can be secured in a normal charge accumulation time even at low luminance, and responsiveness at low luminance can be improved.

さらに、第1実施形態の撮像素子10では、高画素化に伴って、撮影画像用の画素セル11のセルサイズを縮小した場合(例えば波長オーダーまで縮小した場合)においても、撮影画像用の画素セル11のマイクロレンズ13と比較して焦点検出用の画素セル12のマイクロレンズ15の開口サイズを大きく確保でき、マイクロレンズ15における回折の影響を軽減することができる。   Furthermore, in the image sensor 10 of the first embodiment, even when the cell size of the pixel cell 11 for photographed images is reduced (for example, when the pixel size is reduced to the wavelength order) as the number of pixels increases, the pixels for the photographed images are used. Compared with the microlens 13 of the cell 11, the aperture size of the microlens 15 of the focus detection pixel cell 12 can be ensured, and the influence of diffraction in the microlens 15 can be reduced.

ここで、マイクロレンズ15の開口サイズと、マイクロレンズ15における回折の影響との関係を説明するために、回折シミュレーション(図5〜図9)を行った。シミュレーションの条件は、F2.8に対応する円形状の射出瞳18を想定し(図5(a))、撮影光学系の光軸19を原点とするXY座標系を想定し、射出瞳18からマイクロレンズ15までの距離を100mmとし、射出瞳18に共役な矩形状の光電変換部16(図5(b))の大きさをX=−2〜−12mm,Y=−10〜10mmとした。この大きさは、図5(a)に示す回折像8Cのように、回折の影響が全くない理想的な場合に、光電変換部16が射出瞳18に略内接して投影される大きさである。また、波長を500nmとした。   Here, in order to explain the relationship between the aperture size of the microlens 15 and the influence of diffraction on the microlens 15, diffraction simulations (FIGS. 5 to 9) were performed. The simulation condition assumes a circular exit pupil 18 corresponding to F2.8 (FIG. 5A), assumes an XY coordinate system with the optical axis 19 of the imaging optical system as the origin, and starts from the exit pupil 18. The distance to the microlens 15 is 100 mm, and the size of the rectangular photoelectric conversion unit 16 (FIG. 5B) conjugate to the exit pupil 18 is X = −2 to −12 mm, and Y = −10 to 10 mm. . This size is such that the photoelectric conversion unit 16 is projected in a substantially inscribed manner on the exit pupil 18 in an ideal case where there is no influence of diffraction as in the diffraction image 8C shown in FIG. is there. The wavelength was 500 nm.

さらに、マイクロレンズ15を円形状として(図1(b)参照)、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)を20μm,10μm,4μm,2μmとした場合、各結果を図6〜図9に示す。図6(a)〜図9(a)は、各開口サイズのマイクロレンズ15による光電変換部16の回折像8Cの概略形状である。図6(b)〜図9(b)は、各回折像8CのY=0における強度分布である。   Further, when the microlens 15 is circular (see FIG. 1B) and the opening size (diameter) of the microlens 15 is 20 μm, 10 μm, 4 μm, and 2 μm, the results are shown in FIGS. FIGS. 6A to 9A are schematic shapes of a diffraction image 8C of the photoelectric conversion unit 16 by the microlens 15 having each opening size. FIG. 6B to FIG. 9B are intensity distributions at Y = 0 of each diffraction image 8C.

図6(a),(b)のように、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)が20μmの場合には、回折の影響が少なく、回折像8Cの大部分(約96%)は、F2.8の射出瞳18の内部に収まっている。
また、図7(a),(b)のように、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)が10μmの場合は、回折の影響が増加し、回折像8Cの一部(裾野)がF2.8の射出瞳18からはみ出す。射出瞳18の内部に含まれる部分は約92%である。
As shown in FIGS. 6A and 6B, when the aperture size (diameter) of the microlens 15 is 20 μm, the influence of diffraction is small, and most of the diffraction image 8C (about 96%) is F2. 8 within the exit pupil 18.
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, when the aperture size (diameter) of the microlens 15 is 10 μm, the influence of diffraction increases, and a part (base) of the diffraction image 8C is F2.8. It protrudes from the exit pupil 18. The portion included in the exit pupil 18 is about 92%.

また、図8(a),(b)のように、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)が4μmの場合は、回折の影響がさらに増加し、回折像8Cのエッジがだれて、回折像8Cの周辺部がF2.8の射出瞳18からはみ出す。射出瞳18の内部に含まれる部分は約81%である。
また、図9(a),(b)のように、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)が2μmの場合は、回折の影響がさらに増加し、回折像8Cは円形状に広がり、回折像8Cの約半分がF2.8の射出瞳18からはみ出す。射出瞳18の内部に含まれる部分は約60%である。
Further, as shown in FIGS. 8A and 8B, when the aperture size (diameter) of the microlens 15 is 4 μm, the influence of diffraction is further increased, and the edge of the diffraction image 8C is staggered, and the diffraction image 8C Protrudes from the exit pupil 18 of F2.8. The portion included in the exit pupil 18 is about 81%.
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, when the aperture size (diameter) of the microlens 15 is 2 μm, the influence of diffraction further increases, and the diffraction image 8C spreads in a circular shape, and the diffraction image 8C. About half of the projection protrudes from the exit pupil 18 of F2.8. The portion included in the exit pupil 18 is about 60%.

このシミュレーションから分かるように、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)が20μm以下になると、マイクロレンズ15の投影性能が悪化して、射出瞳18に投影される回折像8Cの形状が回折の影響により崩れ始め、回折像8Cの一部が射出瞳18の外側に広がり始める。そして、マイクロレンズ15の開口サイズが小さくなるほど回折の影響は大きくなり、図9(a),(b)のような直径2μmでは回折像8Cの約半分が射出瞳18の外側にはみ出てしまう。   As can be seen from this simulation, when the aperture size (diameter) of the microlens 15 becomes 20 μm or less, the projection performance of the microlens 15 deteriorates, and the shape of the diffraction image 8C projected on the exit pupil 18 is affected by the influence of diffraction. The collapse starts, and a part of the diffraction image 8C starts to spread outside the exit pupil 18. As the aperture size of the microlens 15 becomes smaller, the influence of diffraction increases, and about half of the diffraction image 8C protrudes outside the exit pupil 18 at a diameter of 2 μm as shown in FIGS.

すなわち、マイクロレンズ15における回折の影響は、その開口サイズ(直径)が20μmより小さいときに顕著化する。このため、撮影画像用の画素セル11のマイクロレンズ13の開口サイズ(直径)が20μmより小さい場合に、このマイクロレンズ13と比較して焦点検出用の画素セル12のマイクロレンズ15の開口サイズを大きく確保することが特に有効であり、マイクロレンズ15における回折の影響を確実に軽減することができる。   That is, the influence of diffraction in the microlens 15 becomes prominent when the aperture size (diameter) is smaller than 20 μm. For this reason, when the aperture size (diameter) of the microlens 13 of the pixel cell 11 for captured images is smaller than 20 μm, the aperture size of the microlens 15 of the focus detection pixel cell 12 is smaller than that of the microlens 13. It is particularly effective to ensure a large value, and the influence of diffraction on the microlens 15 can be reliably reduced.

そして、マイクロレンズ15における回折の影響を軽減できれば、マイクロレンズ15によって射出瞳18に投影される一対の領域8A,8B(図3)のうち、射出瞳18の内部に含まれる部分を増加させる(例えば図8→図6)ことができ、焦点検出に用いる光束のけられを抑制できる。このため、上記した2つの被写体像の強度分布形状を略一致させることができ、2つの被写体像の位置的位相差を求める際の演算(例えば相関演算)の誤差を小さくすることができる。したがって、高画素化に伴って焦点検出精度が低下する事態を回避できる。   If the influence of diffraction in the microlens 15 can be reduced, the portion included in the exit pupil 18 in the pair of regions 8A and 8B (FIG. 3) projected onto the exit pupil 18 by the microlens 15 is increased ( For example, FIG. 8 → FIG. 6), and the vignetting of the light beam used for focus detection can be suppressed. For this reason, the intensity distribution shapes of the two subject images described above can be substantially matched, and an error in computation (for example, correlation computation) when obtaining the positional phase difference between the two subject images can be reduced. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the focus detection accuracy is lowered as the number of pixels increases.

さらに、マイクロレンズ15の開口サイズ(直径)を20μmより大きくしたときには、マイクロレンズ15によって一対の光電変換部16,17を正確に射出瞳18に投影することができ(図5(a)参照)、つまり、射出瞳18の中に一対の領域8A,8Bが収まるように投影することができ、焦点検出に用いる光束のけられを無くして良好な焦点検出の精度を維持できる。   Furthermore, when the aperture size (diameter) of the microlens 15 is larger than 20 μm, the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 can be accurately projected onto the exit pupil 18 by the microlens 15 (see FIG. 5A). In other words, the projection can be performed so that the pair of regions 8A and 8B can be accommodated in the exit pupil 18, and the light flux used for focus detection can be eliminated to maintain good focus detection accuracy.

また、第1実施形態の撮像素子10では、焦点検出用の画素セル12のセルサイズを、撮影画像用の画素セル11のセルサイズの4倍とした(図1参照)ので、撮影画像用の画素セル11のみから撮像素子を構成した場合の基本的な回路構成と比較して大幅な変更を行う必要がない。このため、焦点検出用の画素セル12のセルサイズを大きくした場合でも、撮像素子10の回路構成が容易になる。さらに、マイクロレンズ15の作製も容易に行える。また、撮像素子10の動作制御にも特別な変更は必要ない。   Further, in the image sensor 10 of the first embodiment, the cell size of the focus detection pixel cell 12 is set to four times the cell size of the captured image pixel cell 11 (see FIG. 1). Compared to the basic circuit configuration in the case where the image sensor is configured only from the pixel cells 11, it is not necessary to make a significant change. For this reason, even when the cell size of the focus detection pixel cell 12 is increased, the circuit configuration of the image sensor 10 is facilitated. Further, the microlens 15 can be easily manufactured. Further, no special change is required for the operation control of the image sensor 10.

(第2実施形態)
ここでは、図10〜図12を参照し、上記の撮像素子10(図1〜図4)を備えた撮像システム40について説明する。
第2実施形態の撮像システム40には、図10に示す通り、撮影光学系41、絞り42、撮像素子10、信号処理部43、AD変換部44、信号処理部45、メモリ部46、タイミング発生部47、制御部48、インターフェース(IF)49,50、および、操作部51が設けられる。
(Second Embodiment)
Here, an imaging system 40 including the imaging device 10 (FIGS. 1 to 4) will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
As shown in FIG. 10, the imaging system 40 according to the second embodiment includes a photographing optical system 41, an aperture 42, an imaging element 10, a signal processing unit 43, an AD conversion unit 44, a signal processing unit 45, a memory unit 46, and timing generation. A unit 47, a control unit 48, interfaces (IF) 49 and 50, and an operation unit 51 are provided.

撮影光学系41は、撮像素子10の撮像面上に被写体像を形成するレンズ群からなり、フォーカシング用のレンズを含む。絞り42は、撮影光学系41を通過する光束の光量を調整する。撮像素子10は、撮影光学系41による被写体像を撮像し、撮影画像用の信号や焦点検出用の信号を出力する。
信号処理部43は、撮像素子10の出力を増幅するゲイン可変アンプやゲイン値を補正するゲイン補正回路などを含む。AD変換部44は、信号処理部43を経た後の信号(アナログ信号)をデジタル信号に変換する。信号処理部45は、AD変換部44から出力されるデータに各種の補正を行う。メモリ部46は、信号処理部45を経た後のデータを一時的に記憶する。
The photographing optical system 41 includes a lens group that forms a subject image on the image pickup surface of the image pickup device 10 and includes a focusing lens. The diaphragm 42 adjusts the amount of light flux that passes through the photographing optical system 41. The image sensor 10 captures a subject image by the photographing optical system 41 and outputs a signal for a photographed image and a signal for focus detection.
The signal processing unit 43 includes a gain variable amplifier that amplifies the output of the image sensor 10 and a gain correction circuit that corrects the gain value. The AD converter 44 converts the signal (analog signal) after passing through the signal processor 43 into a digital signal. The signal processing unit 45 performs various corrections on the data output from the AD conversion unit 44. The memory unit 46 temporarily stores data after passing through the signal processing unit 45.

また、タイミング発生部47は、撮像素子10と信号処理部43,45とAD変換部44とに対して各種のタイミング信号を出力する。制御部48は、各種の演算と撮像システム40の全体的な制御を行う。IF49は、着脱可能な記録媒体9Aに対するデータの記録や読み出しを行う。記録媒体9Aは、例えば半導体メモリなどである。IF50は、外部コンピュータ(不図示)などとの通信を行う。操作部51は、外部からの操作に応じた指令を制御部48に出力する。   The timing generator 47 outputs various timing signals to the image sensor 10, signal processors 43 and 45, and AD converter 44. The control unit 48 performs various calculations and overall control of the imaging system 40. The IF 49 performs data recording and reading with respect to the removable recording medium 9A. The recording medium 9A is, for example, a semiconductor memory. The IF 50 communicates with an external computer (not shown). The operation unit 51 outputs a command corresponding to an operation from the outside to the control unit 48.

第2実施形態の撮像システム40の動作(図11)を説明する。
まず(ステップS1)、メイン電源がオンされた後、コントロール系の電源がオンされ、AD変換部44などの撮像系回路の電源がオンされる。その後、制御部48は、露光量を制御するために、絞り42を開放にする。撮像素子10からの出力は、信号処理部43とAD変換部44と信号処理部45とを経た後、メモリ部46に格納される。
An operation (FIG. 11) of the imaging system 40 of the second embodiment will be described.
First (step S1), after the main power supply is turned on, the control system power supply is turned on, and the imaging system circuit such as the AD converter 44 is turned on. Thereafter, the control unit 48 opens the aperture 42 in order to control the exposure amount. The output from the image sensor 10 is stored in the memory unit 46 after passing through the signal processing unit 43, the AD conversion unit 44, and the signal processing unit 45.

そして、焦点調節(ステップS2〜S4)が開始されると、まず、メモリ部46に格納されたデータのうち、焦点検出用の画素セル12の出力に相当するデータを用いて、位相差検出方式の焦点検出を行う(ステップS2)。つまり、例えば周知の相関演算によって上記した2つの被写体像の位置的位相差を求めて、撮影光学系41のデフォーカス量を算出する。   When the focus adjustment (steps S2 to S4) is started, the phase difference detection method is firstly performed using the data corresponding to the output of the focus detection pixel cell 12 among the data stored in the memory unit 46. Focus detection is performed (step S2). That is, for example, the positional phase difference between the two subject images described above is obtained by a well-known correlation calculation, and the defocus amount of the photographing optical system 41 is calculated.

次に(ステップS3)、このデフォーカス量に基づいて撮影光学系41が合焦状態か否かを判定し、まだ合焦状態でない場合には(ステップS3がNo)、デフォーカス量に基づいて撮影光学系41のフォーカシング用のレンズを駆動し、合焦位置に向けて移動させる(ステップS4)。その後、ステップS2の処理に戻り、デフォーカス量がゼロとなるまで焦点調整(ステップS2〜S4)の動作を繰り返す。   Next (step S3), it is determined based on this defocus amount whether or not the photographing optical system 41 is in focus. If it is not yet in focus (step S3 is No), based on the defocus amount. The focusing lens of the photographing optical system 41 is driven and moved toward the in-focus position (step S4). Thereafter, the process returns to step S2, and the focus adjustment (steps S2 to S4) is repeated until the defocus amount becomes zero.

そして、撮影光学系41が合焦状態であると判定された場合は(ステップS3Yes)、ステップS5の処理に進み、操作部51のレリーズボタンが押されたことを検知すると、撮影動作を実行する(ステップS6)。すなわち、撮像素子10からの出力をAD変換部44など介してメモリ部46に格納する。
次に、制御部48は、ステップS6の撮影動作によってメモリ部46に格納されたデータのうち、撮影画像用の画素セル11の出力に相当するデータを用いて、画像信号を生成する(ステップS7)。撮像素子10の画素セル11の位置での画像信号は、その画素セル11のデータに基づいて生成される。また、焦点検出用の画素セル12の位置での画像信号は、その画素セル12の周囲の画素セル11のデータに基づいて補間処理によって生成される。
If it is determined that the photographing optical system 41 is in focus (Yes in Step S3), the process proceeds to Step S5, and when it is detected that the release button of the operation unit 51 is pressed, the photographing operation is executed. (Step S6). That is, the output from the image sensor 10 is stored in the memory unit 46 via the AD conversion unit 44 or the like.
Next, the control unit 48 generates an image signal by using data corresponding to the output of the pixel cell 11 for the photographed image among the data stored in the memory unit 46 by the photographing operation of Step S6 (Step S7). ). An image signal at the position of the pixel cell 11 of the image sensor 10 is generated based on the data of the pixel cell 11. The image signal at the position of the focus detection pixel cell 12 is generated by interpolation processing based on the data of the pixel cells 11 around the pixel cell 12.

画像信号の生成について一例を説明する。ここでは、複数の画素セル11の色フィルタのRGB配列が、図12(a)のようなベイヤー配列であるとする。この場合、画素セル11の位置での1画素分の画像信号は、隣接する4個の画素セル11(例えばG11a,B11,R11,G11b)の出力から、次の式(1)〜(4)にしたがって生成することができる。
式(1)〜(4)では各画素セル11の出力をI(G11a),I(B11),I(R11),I(G11b)とした。式(1)は、画像信号の輝度成分Iy11である。式(2)〜(4)は、それぞれ、画像信号の緑色成分Ig11,赤色成分Ir11,青色成分Ib11である。k1〜k3は所定の係数である。
An example of image signal generation will be described. Here, it is assumed that the RGB array of the color filters of the plurality of pixel cells 11 is a Bayer array as shown in FIG. In this case, an image signal for one pixel at the position of the pixel cell 11 is obtained from the outputs of four adjacent pixel cells 11 (for example, G11a, B11, R11, G11b) by the following equations (1) to (4). Can be generated according to
In the expressions (1) to (4), the output of each pixel cell 11 is I (G11a), I (B11), I (R11), I (G11b). Equation (1) is the luminance component Iy11 of the image signal. Expressions (2) to (4) are the green component Ig11, red component Ir11, and blue component Ib11 of the image signal, respectively. k1 to k3 are predetermined coefficients.

Iy11=k1×[I(G11a)+I(G11b)]+k2×I(R11)+k3×I(B11)…(1)
Ig11=[I(G11a)+I(G11b)]/Iy11…(2)
Ir11=I(R11)/Iy11…(3)
Ib11=I(B11)/Iy11…(4)
さらに、画素セル12の位置での1画素分の画像信号は、次のような補間処理によって生成することができる。まず、画素セル12の位置に、図12(b)に示す4個の画素セル11(G22a,B22,R22,G22b)が配置されていると考え、画素セル12の周囲4方向の画素セル11(G12a,G21a,G23a,G32a,…など)の出力を次の式(5)〜(8)に代入して、図12(b)の画素セル11(G22a,B22,R22,G22b)の出力に相当するデータを求める。式(5)〜(8)の計算は平均化処理に相当する。
Iy11 = k1 × [I (G11a) + I (G11b)] + k2 × I (R11) + k3 × I (B11) (1)
Ig11 = [I (G11a) + I (G11b)] / Iy11 (2)
Ir11 = I (R11) / Iy11 (3)
Ib11 = I (B11) / Iy11 (4)
Furthermore, an image signal for one pixel at the position of the pixel cell 12 can be generated by the following interpolation process. First, assuming that the four pixel cells 11 (G22a, B22, R22, G22b) shown in FIG. 12B are arranged at the position of the pixel cell 12, the pixel cells 11 in four directions around the pixel cell 12 are arranged. (G12a, G21a, G23a, G32a,...) Are substituted into the following equations (5) to (8) to output the pixel cell 11 (G22a, B22, R22, G22b) in FIG. The data corresponding to is obtained. Calculations of equations (5) to (8) correspond to averaging processing.

I(G22a)=[I(G12a)+I(G21a)+I(G23a)+I(G32a)]/4…(5)
I(G22b)=[I(G12b)+I(G21b)+I(G23b)+I(G32b)]/4…(6)
I(R22)=[I(R12)+I(R21)+I(R23)+I(R32)]/4…(7)
I(B22)=[I(B12)+I(B21)+I(B23)+I(B32)]/4…(8)
そして、式(5)〜(8)の結果を用い、次の式(9)〜(12)にしたがって、画素セル12の位置での1画素分の画像信号を生成することができる。式(9)は、画像信号の輝度成分Iy22である。式(10)〜(12)は、それぞれ、画像信号の緑色成分Ig22,赤色成分Ir22,青色成分Ib22である。
I (G22a) = [I (G12a) + I (G21a) + I (G23a) + I (G32a)] / 4 (5)
I (G22b) = [I (G12b) + I (G21b) + I (G23b) + I (G32b)] / 4 (6)
I (R22) = [I (R12) + I (R21) + I (R23) + I (R32)] / 4 (7)
I (B22) = [I (B12) + I (B21) + I (B23) + I (B32)] / 4 (8)
Then, using the results of the expressions (5) to (8), an image signal for one pixel at the position of the pixel cell 12 can be generated according to the following expressions (9) to (12). Equation (9) is the luminance component Iy22 of the image signal. Expressions (10) to (12) are the green component Ig22, red component Ir22, and blue component Ib22 of the image signal, respectively.

Iy22=k1×[I(G22a)+I(G22b)]+k2×I(R22)+k3×I(B22)…(9)
Ig22=[I(G22a)+I(G22b)]/Iy22…(10)
Ir22=I(R22)/Iy22…(11)
Ib22=I(B22)/Iy22…(12)
このようにして画像信号の生成(図11のステップS7の処理)が終わると、これらのデータもメモリ部46に書き込まれる。そして、次の撮影動作のために、ステップS2の処理に戻って焦点検出などの処理を繰り返す。一方、メモリ部46に格納された画像信号(輝度成分,緑色成分,赤色成分,青色成分)は、制御部48の制御によりIF49を介して記録媒体9Aに記録される。また、IF50を介して外部のコンピュータなどに出力し、画像信号の加工を行ってもよい。
Iy22 = k1 * [I (G22a) + I (G22b)] + k2 * I (R22) + k3 * I (B22) (9)
Ig22 = [I (G22a) + I (G22b)] / Iy22 (10)
Ir22 = I (R22) / Iy22 (11)
Ib22 = I (B22) / Iy22 (12)
When the generation of the image signal (the process of step S7 in FIG. 11) is completed in this way, these data are also written in the memory unit 46. Then, for the next photographing operation, the process returns to the process of step S2 and the processes such as focus detection are repeated. On the other hand, the image signals (luminance component, green component, red component, blue component) stored in the memory unit 46 are recorded on the recording medium 9A through the IF 49 under the control of the control unit 48. Further, the image signal may be processed by being output to an external computer or the like via the IF 50.

このように、第2実施形態の撮像システム40では、撮像素子10に設けた焦点検出用の画素セル12の出力に基づいて、撮影光学系41の焦点検出を行う(図11のステップS2)。したがって、低輝度時であっても応答性良く、かつ精度良く、撮影光学系41の焦点調節を行うことができる。その結果、低輝度時であっても迅速にピントの合った撮影画像を得ることができる。   As described above, in the imaging system 40 of the second embodiment, focus detection of the imaging optical system 41 is performed based on the output of the pixel cell 12 for focus detection provided in the imaging device 10 (step S2 in FIG. 11). Therefore, it is possible to adjust the focus of the photographing optical system 41 with good responsiveness and accuracy even at low luminance. As a result, it is possible to obtain a focused image quickly even at low luminance.

さらに、第2実施形態の撮像システム40では、焦点検出用の画素セル12の位置での画像信号を補間処理によって生成するため、画素セル12の一対の光電変換部16,17に色フィルタを設けなくても、良好な撮影画像を得ることができる。
(変形例1)
ここでは、画素セル12の位置での画像信号の生成の変形例について説明する。
Furthermore, in the imaging system 40 of the second embodiment, color filters are provided in the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the pixel cell 12 in order to generate an image signal at the position of the focus detection pixel cell 12 by interpolation processing. Even if it is not, a good captured image can be obtained.
(Modification 1)
Here, a modified example of the generation of the image signal at the position of the pixel cell 12 will be described.

図12(b)に示す4個の画素セル11(G22a,B22,R22,G22b)の出力を補間処理によって求める際、画素セル12の周囲8方向の画素セル11(G11a,G12a,G13a,G21a,G23a,G31a,G32a,G33a…など)の出力を用いて、上記の式(5)〜(8)と同様の平均化処理を行ってもよい。さらに、平均化処理の際に、画素セル12と周囲の画素セル11との相対位置に応じた重み付けを行ってもよい。このような処理を行えば、補間処理の精度が向上する。   When the outputs of the four pixel cells 11 (G22a, B22, R22, G22b) shown in FIG. 12B are obtained by interpolation processing, the pixel cells 11 (G11a, G12a, G13a, G21a) in the eight directions around the pixel cell 12 are obtained. , G23a, G31a, G32a, G33a, etc.) may be used to perform averaging processing similar to the above equations (5) to (8). Furthermore, weighting according to the relative position between the pixel cell 12 and the surrounding pixel cell 11 may be performed during the averaging process. By performing such processing, the accuracy of the interpolation processing is improved.

また、画素セル12の位置での画像信号のうち輝度成分Iy22を生成する際、補間処理によって求めた4個の画素セル11(G22a,B22,R22,G22b)の出力ではなく、画素セル12の出力を用いてもよい。例えば、画素セル12の一対の光電変換部16,17の各出力をI(W22a),I(W22b)とし(図12(c))、これらを次の式(13)に代入すれば、輝度成分Iy22を生成することができる。k4は所定の係数である。   Further, when the luminance component Iy22 is generated from the image signal at the position of the pixel cell 12, the output of the pixel cell 12 is not the output of the four pixel cells 11 (G22a, B22, R22, G22b) obtained by the interpolation process. Output may be used. For example, if the outputs of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the pixel cell 12 are I (W22a) and I (W22b) (FIG. 12C), and these are substituted into the following equation (13), the luminance Component Iy22 can be produced. k4 is a predetermined coefficient.

Iy22=k4×[I(W22a)+I(W22b)]…(13)
この場合、画像信号の各色成分Ig22,Ir22,Ib22は、上記の式(10)〜(12)に、画素セル12の出力から求めた輝度成分Iy22(式(13))と、補間処理によって求めた4個の画素セル11(G22a,B22,R22,G22b)の出力とを代入することで、生成される。
Iy22 = k4 × [I (W22a) + I (W22b)] (13)
In this case, the color components Ig22, Ir22, and Ib22 of the image signal are obtained by the above formulas (10) to (12) and the luminance component Iy22 (formula (13)) obtained from the output of the pixel cell 12 by interpolation processing. It is generated by substituting the outputs of the four pixel cells 11 (G22a, B22, R22, G22b).

このように、画素セル12の位置での画像信号の輝度成分Iy22を画素セル12の出力に基づいて生成することによって、輝度成分Iy22や各色成分Ig22,Ir22,Ib22を生成する際の正確性が向上する。
(第3実施形態)
ここでは、上記の撮像素子10(図1〜図4)を備えた撮像システム40の具体例として、図13のデジタルスチルカメラ60の説明を行う。
Thus, by generating the luminance component Iy22 of the image signal at the position of the pixel cell 12 based on the output of the pixel cell 12, the accuracy in generating the luminance component Iy22 and the color components Ig22, Ir22, and Ib22 is improved. improves.
(Third embodiment)
Here, the digital still camera 60 of FIG. 13 will be described as a specific example of the imaging system 40 including the imaging device 10 (FIGS. 1 to 4).

デジタルスチルカメラ60は、交換レンズ61とカメラボディ62とで構成され、マウント部63により結合される。
交換レンズ61には、撮影光学系(64,65)、絞り66、駆動部67,68、および、レンズCPU69が設けられる。撮影光学系(64,65)は、フォーカシング用のレンズ65を含む。駆動部67はフォーカシング用のレンズ65を駆動する。駆動部68は絞り66を駆動する。レンズCPU69は駆動部67,68の動作を制御する。
The digital still camera 60 includes an interchangeable lens 61 and a camera body 62 and is coupled by a mount unit 63.
The interchangeable lens 61 is provided with a photographing optical system (64, 65), a diaphragm 66, driving units 67, 68, and a lens CPU 69. The photographing optical system (64, 65) includes a lens 65 for focusing. The drive unit 67 drives the lens 65 for focusing. The drive unit 68 drives the diaphragm 66. The lens CPU 69 controls the operation of the drive units 67 and 68.

カメラボディ62には、撮像素子10、焦点検出部71、ボディCPU72、液晶表示素子73、接眼レンズ74、および、液晶駆動部75が設けられる。撮像素子10は、交換レンズ61の撮影光学系(64,65)の予定結像面に配置される。焦点検出部71は、撮像素子10の画素セル12の出力に基づいて撮影光学系(64,65)の焦点検出を行う。ボディCPU72は、デジタルスチルカメラ60の全体的な動作制御を行う。液晶表示素子73と接眼レンズ74は、液晶ビューファインダを構成する。液晶駆動部75は、ボディCPU72の指示にしたがって液晶表示素子73を駆動する。   The camera body 62 is provided with the imaging device 10, a focus detection unit 71, a body CPU 72, a liquid crystal display element 73, an eyepiece lens 74, and a liquid crystal driving unit 75. The image sensor 10 is disposed on the planned imaging plane of the photographing optical system (64, 65) of the interchangeable lens 61. The focus detection unit 71 performs focus detection of the imaging optical system (64, 65) based on the output of the pixel cell 12 of the image sensor 10. The body CPU 72 performs overall operation control of the digital still camera 60. The liquid crystal display element 73 and the eyepiece lens 74 constitute a liquid crystal viewfinder. The liquid crystal driving unit 75 drives the liquid crystal display element 73 in accordance with an instruction from the body CPU 72.

ボディCPU72とレンズCPU69は、マウント部63に設けられた電気接点76を介して、各種情報(開放F値などのレンズ特性の情報,レンズ駆動のための焦点調節の情報,絞り制御のための情報)を伝達する。
第3実施形態のデジタルスチルカメラ60において、焦点検出部71は、撮像素子10の画素セル12の出力に基づいて撮影光学系(64,65)の焦点検出を行うと、ボディCPU72に対し、撮影光学系(64,65)の焦点調節状態を表すデフォーカス量を出力する。ボディCPU72は、デフォーカス量に基づいて撮影光学系(64,65)が合焦状態か否かを判定し、非合焦の場合には、レンズCPU69に対してデフォーカス量に応じたレンズ駆動情報を出力する。
The body CPU 72 and the lens CPU 69 are connected to various information (lens characteristics information such as an open F value, focus adjustment information for lens driving, and information for aperture control via an electrical contact 76 provided on the mount 63. ).
In the digital still camera 60 of the third embodiment, when the focus detection unit 71 performs focus detection of the imaging optical system (64, 65) based on the output of the pixel cell 12 of the image sensor 10, the focus detection unit 71 performs imaging for the body CPU 72. A defocus amount representing the focus adjustment state of the optical system (64, 65) is output. The body CPU 72 determines whether or not the photographing optical system (64, 65) is in an in-focus state based on the defocus amount. If the in-focus state is not in focus, the lens CPU 69 drives the lens according to the defocus amount. Output information.

レンズCPU69は、そのレンズ駆動情報に基づいて駆動部67を制御し、フォーカシング用のレンズ65を合焦位置に向けて移動させる。
また、ボディCPU72は、撮像素子10の画素セル11の出力に基づいて画像信号を生成し、この画像信号を液晶駆動部75に出力して、液晶ビューファインダの液晶表示素子73に撮影画像を表示させる。このとき、上記と同様の補間処理などを行い、焦点検出用の画素セル12の位置での画像信号を生成して表示させることが好ましい。
The lens CPU 69 controls the drive unit 67 based on the lens drive information, and moves the focusing lens 65 toward the in-focus position.
Further, the body CPU 72 generates an image signal based on the output of the pixel cell 11 of the image sensor 10, outputs this image signal to the liquid crystal drive unit 75, and displays a photographed image on the liquid crystal display element 73 of the liquid crystal viewfinder. Let At this time, it is preferable to perform an interpolation process similar to the above to generate and display an image signal at the position of the focus detection pixel cell 12.

このように、第3実施形態のデジタルスチルカメラ60では、撮像素子10の焦点検出用の画素セル12の出力に基づいて、交換レンズ61の撮影光学系(64,65)の焦点検出を行う。したがって、低輝度時であっても応答性良く、かつ精度良く、撮影光学系(64,65)の焦点調節を行うことができる。その結果、低輝度時であっても迅速にピントの合った撮影画像を得ることができる。   As described above, in the digital still camera 60 according to the third embodiment, the focus detection of the imaging optical system (64, 65) of the interchangeable lens 61 is performed based on the output of the focus detection pixel cell 12 of the image sensor 10. Therefore, it is possible to adjust the focus of the photographing optical system (64, 65) with good responsiveness and accuracy even at low luminance. As a result, it is possible to obtain a focused image quickly even at low luminance.

(第4実施形態)
ここでは、図14〜図16を参照し、焦点検出用の2種類の画素セルを備えた撮像素子の例を説明する。
第4実施形態の撮像素子80には、図1(a),(b)に示す画素セル11,12の他に、図14(a)に示す画素セル81が設けられる。つまり、撮像素子80には、撮影画像用の画素セル11と、焦点検出用の2種類の画素セル12,81とが設けられる。図1(a),(b)に示す画素セル11,12の構成や動作は上記と同じであり、ここでの説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Here, an example of an image sensor having two types of pixel cells for focus detection will be described with reference to FIGS.
The image sensor 80 of the fourth embodiment is provided with a pixel cell 81 shown in FIG. 14A in addition to the pixel cells 11 and 12 shown in FIGS. In other words, the imaging element 80 is provided with the pixel cell 11 for a captured image and two types of pixel cells 12 and 81 for focus detection. The configuration and operation of the pixel cells 11 and 12 shown in FIGS. 1A and 1B are the same as described above, and a description thereof is omitted here.

図14(b)には画素セル11,12,81のレイアウトを示す。撮像素子80の基板上において、撮影画像用の画素セル11は2次元的に略稠密に配置され(正方格子状)、その中に焦点検出用の一方の画素セル12が周期的に埋め込まれ、焦点検出用の他方の画素セル81が所定領域に略稠密に配置されている。
図14(a)に示す画素セル81は、画素セル11,12と同様、正方形状である。また、この画素セル81は、焦点検出用の画素セル12とはセルサイズが異なり、撮影画像用の画素セル11とセルサイズが等しい。画素セル81の一辺の長さA81は、画素セル11の一辺の長さA11と等しい。つまり、新たに設けた焦点検出用の画素セル81は、既に説明した焦点検出用の画素セル12より小型である。以下の説明では、必要に応じて、小型の画素セル81、大型の画素セル12と言う。
FIG. 14B shows a layout of the pixel cells 11, 12, 81. On the substrate of the image sensor 80, the pixel cells 11 for captured images are two-dimensionally arranged almost densely (square lattice shape), and one pixel cell 12 for focus detection is periodically embedded therein, The other pixel cells 81 for focus detection are arranged almost densely in a predetermined area.
The pixel cell 81 shown in FIG. 14A has a square shape like the pixel cells 11 and 12. The pixel cell 81 has a cell size different from that of the focus detection pixel cell 12 and is the same as the pixel cell 11 for captured image. The length A 81 on one side of the pixel cell 81 is equal to the length A 11 on one side of the pixel cell 11. In other words, the newly provided focus detection pixel cell 81 is smaller than the focus detection pixel cell 12 described above. In the following description, the small pixel cell 81 and the large pixel cell 12 are referred to as necessary.

小型の画素セル81には、円形状のマイクロレンズ82と、矩形状の2つの光電変換部83,84とが設けられる。マイクロレンズ82は、入射光を集光して光電変換部83,84に導く光学要素であり、その開口サイズ(直径)が画素セル81の一辺の長さA81と等しい。光電変換部83,84は、それぞれ、マイクロレンズ82により集光された光に応じて電荷を生成するフォトダイオードである。これら2つの光電変換部83,84は対を成し、マイクロレンズ82を用いた位相差検出方式の焦点検出に用いられる。このため、一対の光電変換部83,84は、マイクロレンズ82を介して撮影光学系(不図示)の射出瞳と共役に配置される(図3参照)。 A small pixel cell 81 is provided with a circular microlens 82 and two rectangular photoelectric conversion units 83 and 84. The microlens 82 is an optical element that collects incident light and guides the incident light to the photoelectric conversion units 83 and 84, and the opening size (diameter) thereof is equal to the length A 81 of one side of the pixel cell 81. The photoelectric conversion units 83 and 84 are photodiodes that generate charges in accordance with the light collected by the microlens 82, respectively. These two photoelectric conversion units 83 and 84 form a pair and are used for phase difference detection type focus detection using the microlens 82. For this reason, the pair of photoelectric conversion units 83 and 84 are arranged in a conjugate manner with the exit pupil of the photographing optical system (not shown) via the microlens 82 (see FIG. 3).

また、画素セル81の断面構造(図15)は、上記の画素セル12の断面構造(図2)と同様であり、光電変換部83,84が基板22の表面p+層23とn層24とで構成され、基板22の表面上にゲート絶縁膜25が形成され、光電変換部83,84とマイクロレンズ82との間に赤外カットフィルタ21が配置される。
さらに、この画素セル81では、一対の光電変換部83,84が基板22のP型ウエルのフローティングディフュージョン(FD)部2Aを挟んで形成される。そして、このFD部2Aを介して、一対の光電変換部83,84に蓄積された電荷を個別に(または加算して)読み出すため、ゲート絶縁膜25の上に転送スイッチ用のMOSトランジスタ85,86が設けられる。また、MOSトランジスタ85,86は、図16に示す制御線P',P''を介して垂直走査回路(不図示)に接続される。
The cross-sectional structure of the pixel cell 81 (FIG. 15) is the same as the cross-sectional structure of the pixel cell 12 (FIG. 2), and the photoelectric conversion units 83 and 84 are formed on the surface p + layer 23 and the n layer 24 of the substrate 22. The gate insulating film 25 is formed on the surface of the substrate 22, and the infrared cut filter 21 is disposed between the photoelectric conversion units 83 and 84 and the microlens 82.
Further, in the pixel cell 81, a pair of photoelectric conversion portions 83 and 84 are formed with the floating diffusion (FD) portion 2 A of the P-type well of the substrate 22 interposed therebetween. Then, in order to read out the charges accumulated in the pair of photoelectric conversion units 83 and 84 individually (or by adding) through the FD unit 2A, the transfer switch MOS transistors 85, 86 is provided. The MOS transistors 85 and 86 are connected to a vertical scanning circuit (not shown) via control lines P ′ and P ″ shown in FIG.

このため、垂直走査回路によるMOSトランジスタ85,86のオン/オフに応じて、一対の光電変換部83,84に蓄積された電荷を個別に(または加算して)FD部2Aに転送することができる。例えば、一方のMOSトランジスタ85を選択的にオンすれば、これに対応する光電変換部83の電荷のみが選択的にFD部2Aに転送される。また、両方のMOSトランジスタ85,86を同時にオンすれば、一対の光電変換部83,84の電荷が同時にFD部2Aに転送され、そこで加算される。   Therefore, the charges accumulated in the pair of photoelectric conversion units 83 and 84 can be transferred individually (or added) to the FD unit 2A in accordance with on / off of the MOS transistors 85 and 86 by the vertical scanning circuit. it can. For example, when one of the MOS transistors 85 is selectively turned on, only the charge of the photoelectric conversion unit 83 corresponding to the MOS transistor 85 is selectively transferred to the FD unit 2A. If both MOS transistors 85 and 86 are simultaneously turned on, the charges of the pair of photoelectric conversion units 83 and 84 are simultaneously transferred to the FD unit 2A and added there.

さらに、FD部2Aは、リセット用のMOSトランジスタ87を介して制御線R'に接続され、ソースフォロワアンプ用のMOSトランジスタ88と水平選択用のMOSトランジスタ89とを介して制御線S'および垂直出力線Vに接続される。このため、FD部2Aに転送された電荷は、MOSトランジスタ88を介して増幅され、MOSトランジスタ89を介して垂直出力線Vに転送される。   Further, the FD portion 2A is connected to the control line R ′ via the reset MOS transistor 87, and is connected to the control line S ′ and the vertical via the source follower amplifier MOS transistor 88 and the horizontal selection MOS transistor 89. Connected to the output line V. For this reason, the charge transferred to the FD unit 2A is amplified via the MOS transistor 88 and transferred to the vertical output line V via the MOS transistor 89.

図16に示した回路構成は小型の画素セル81の1個分に相当し、この画素セル81は撮影画像用の画素セル11と同じセルサイズである。このため、画素セル81の回路部分を図4の回路構成に組み込む際には、画素セル11の回路部分と置き換えればよい。なお、図16の制御線P',P'',R',S'は、それぞれ、図4の制御線P,R,Sと共通または独立に設けられる。   The circuit configuration shown in FIG. 16 corresponds to one small pixel cell 81, and this pixel cell 81 has the same cell size as the pixel cell 11 for a captured image. For this reason, when the circuit portion of the pixel cell 81 is incorporated in the circuit configuration of FIG. Note that the control lines P ′, P ″, R ′, and S ′ in FIG. 16 are provided in common or independently with the control lines P, R, and S in FIG. 4, respectively.

第4実施形態の撮像素子80では、焦点検出用の2種類の画素セル12,81を有するため、様々な撮影条件に応じて2種類の画素セル12,81を使い分け、撮影条件に適した焦点検出を行うことができる。例えば低輝度時に焦点検出の応答性を確保したい場合には、大型の画素セル12の出力を用いることが好ましい。また、高輝度時に焦点検出の精度を高めたい場合には、小型の画素セル81の出力を用いることが好ましい。小型の画素セル81は、検出ピッチが細かいため、細かい被写体に好適である。   Since the image sensor 80 of the fourth embodiment has two types of pixel cells 12 and 81 for focus detection, the two types of pixel cells 12 and 81 are selectively used according to various shooting conditions, and a focus suitable for the shooting conditions. Detection can be performed. For example, when it is desired to ensure the focus detection response at low luminance, it is preferable to use the output of the large pixel cell 12. Further, when it is desired to increase the accuracy of focus detection at high luminance, it is preferable to use the output of the small pixel cell 81. Since the small pixel cell 81 has a fine detection pitch, it is suitable for a fine subject.

さらに、第4実施形態の撮像素子80では、大型の画素セル12のセルサイズを撮影画像用の画素セル11のセルサイズ4倍とし、小型の画素セル81のセルサイズを画素セル11のセルサイズと等しくしたので、撮影画像用の画素セル11のみから撮像素子を構成した場合の基本的な回路構成と比較して大幅な変更を行う必要がない。このため、撮像素子80の回路構成が容易になる。また、マイクロレンズ15,82の作製も容易に行える。   Further, in the image sensor 80 of the fourth embodiment, the cell size of the large pixel cell 12 is four times the cell size of the captured image pixel cell 11 and the cell size of the small pixel cell 81 is the cell size of the pixel cell 11. Therefore, it is not necessary to make a significant change compared to the basic circuit configuration in the case where the image sensor is configured only from the pixel cell 11 for the captured image. For this reason, the circuit configuration of the image sensor 80 is facilitated. Further, the microlenses 15 and 82 can be easily manufactured.

(第5実施形態)
ここでは、図17のフローチャートを参照して、第4実施形態の撮像素子80を備えた撮像システム(図10,図13参照)の動作を説明する。図17に示す動作手順は、上記の図11のステップS2に代えて、ステップS11〜S13を設けたものである。ここでは、焦点調節(ステップS11〜S13,S3,S4)の説明を行う。
(Fifth embodiment)
Here, the operation of the imaging system (see FIGS. 10 and 13) including the imaging device 80 of the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation procedure shown in FIG. 17 is provided with steps S11 to S13 instead of step S2 in FIG. Here, focus adjustment (steps S11 to S13, S3, S4) will be described.

ステップS11では、撮像システムに設けられた測光センサ(不図示)の出力に基づいて、被写体の輝度が所定値より小さいか否かを判定する。そして、輝度が所定値より小さい場合には(ステップS11がYes)、低輝度性能が高い大型の画素セル12の出力を用いて焦点検出を行う(ステップS13)。一方、輝度が所定値以上の場合には(ステップS11がNo)、焦点検出精度が高い小型の画素セル81の出力を用いて焦点検出を行う(ステップS12)。   In step S11, it is determined based on the output of a photometric sensor (not shown) provided in the imaging system whether or not the luminance of the subject is smaller than a predetermined value. If the luminance is smaller than the predetermined value (step S11 is Yes), focus detection is performed using the output of the large pixel cell 12 with high low luminance performance (step S13). On the other hand, when the luminance is equal to or higher than the predetermined value (No in step S11), focus detection is performed using the output of the small pixel cell 81 with high focus detection accuracy (step S12).

したがって、第5実施形態の撮像システムでは、低輝度時に応答性良く焦点調節を行うことができ、かつ、高輝度時に精度良く焦点調節を行うことができる。また、このような使い分けを自動で行うことができる。
なお、高輝度時には、大小2つのセルサイズの画素セル12,81を両方使用して焦点検出を行ってもよい。
Therefore, in the imaging system of the fifth embodiment, focus adjustment can be performed with good responsiveness at low luminance, and focus adjustment can be performed with high accuracy at high luminance. Moreover, such proper use can be performed automatically.
At high luminance, focus detection may be performed using both the pixel cells 12 and 81 having two large and small cell sizes.

(変形例2)
ここでは、セルサイズの異なる2種類の焦点検出用の画素セル12,81(図14)を、手動やカメラの各種設定や交換レンズの特性などに応じて切り換える例を説明する。
焦点調節モードに応じて切り換える際は、ワンショットAF(合焦後にレンズをロックするモード)のときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、コンティニュアスAF(合焦後もレンズをロックせずに被写体の前後の動きに追従してレンズ駆動を継続するモード)のときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
(Modification 2)
Here, an example will be described in which two types of focus detection pixel cells 12 and 81 (FIG. 14) having different cell sizes are switched according to manual settings, various camera settings, characteristics of an interchangeable lens, and the like.
When switching according to the focus adjustment mode, a small pixel cell 81 is selected with priority given to focus detection accuracy during one-shot AF (mode in which the lens is locked after focusing), and continuous AF (after focusing) is selected. It is conceivable that the large pixel cell 12 is selected with priority given to responsiveness in the mode in which the lens is driven by following the back and forth movement of the subject without locking the lens.

静止画/動画の撮影モードに応じて切り換える際は、静止画撮影モード(スチル画像を撮影するモード)のときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、動画撮影モード(ビデオ画像を撮影するモード)のときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
単写/連写の撮影モードに応じて切り換える際は、単写モード(画像を1枚ずつ撮影するモード)のときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、連写モード(画像を連続して撮影するモード)のときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
When switching according to the still image / moving image shooting mode, the small pixel cell 81 is selected with priority given to the focus detection accuracy in the still image shooting mode (still image shooting mode), and the moving image shooting mode (video It is conceivable to select the large pixel cell 12 in order to give priority to responsiveness in the image capturing mode).
When switching according to the shooting mode of single shooting / continuous shooting, a small pixel cell 81 is selected with priority given to focus detection accuracy in the single shooting mode (mode for shooting images one by one), and the continuous shooting mode is selected. It is conceivable that the large pixel cell 12 is selected with priority given to responsiveness in the case of (a mode in which images are continuously captured).

ポートレート/スポーツの撮影モードに応じて切り換える際は、ポートレート撮影モード(静止している被写体を撮影するのに適した撮影モード)のときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、スポーツ撮影モード(移動する被写体を撮影するのに適した撮影モード)のときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。   When switching according to the portrait / sports shooting mode, the small pixel cell 81 is prioritized with focus detection accuracy in the portrait shooting mode (shooting mode suitable for shooting a stationary subject). It is conceivable to select the large pixel cell 12 with priority given to responsiveness in the sports shooting mode (shooting mode suitable for shooting a moving subject).

撮影時の絞り値に応じて切り換える際は、絞り値が所定値より明るいときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、所定値より暗いときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
撮影倍率に応じて切り換える際は、撮影倍率が所定値より小さいときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、所定値より大きいときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
When switching according to the aperture value at the time of shooting, a small pixel cell 81 is selected with priority on focus detection accuracy when the aperture value is brighter than a predetermined value, and a large size with priority on responsiveness when darker than the predetermined value. It is conceivable to select the pixel cell 12.
When switching according to the photographing magnification, when the photographing magnification is smaller than a predetermined value, the small pixel cell 81 is selected with priority on focus detection accuracy, and when larger than the predetermined value, the large pixel cell is given priority on responsiveness. It is conceivable to select 12.

装着された交換レンズの開放F値に応じて切り換える際は、開放F値が所定値より明るいときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、所定値より暗いときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
装着された交換レンズの焦点距離に応じて切り換える際は、焦点距離が所定値より短いときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、所定値より長いときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
When switching according to the open F value of the attached interchangeable lens, when the open F value is brighter than the predetermined value, the small pixel cell 81 is selected giving priority to the focus detection accuracy, and when it is darker than the predetermined value, responsiveness is selected. It is conceivable to select the large pixel cell 12 with priority given to.
When switching according to the focal length of the attached interchangeable lens, priority is given to focus detection accuracy when the focal length is shorter than a predetermined value, and small pixel cells 81 are selected, and priority is given to response when the focal length is longer than the predetermined value. Then, it is conceivable to select a large pixel cell 12.

ストロボの不使用/使用に応じて切り換える際は、ストロボを使用せずに撮影するときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、ストロボを使用して撮影するときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
三脚などの使用/不使用に応じて切り換える際は、三脚などにカメラを固定して撮影するときに焦点検出精度を優先して小型の画素セル81を選択し、三脚などにカメラを固定せずに手持ちで撮影するときに応答性を優先して大型の画素セル12を選択することが考えられる。
When switching according to non-use / use of the strobe, the small pixel cell 81 is selected with priority given to the focus detection accuracy when shooting without using the strobe, and responsiveness when shooting using the strobe. It is conceivable to select the large pixel cell 12 with priority given to.
When switching between using / not using a tripod, the small pixel cell 81 is selected with priority given to focus detection accuracy when shooting with the camera fixed to a tripod, etc., and the camera is not fixed to the tripod. It is conceivable to select the large pixel cell 12 with priority given to responsiveness when hand-held.

(変形例3)
ここでは、上記の撮像素子10(図1(c)),撮像素子80(図14(b))における各画素セルのレイアウトの変形例について説明する。
図18のように、撮影画像用の画素セル11を略稠密に配置して、その中に焦点検出用の画素セル12を1列おきにずらして千鳥状に配置してもよい。このようなレイアウトの場合、被写体像のパターン(例えば線状パターン)のサイズが画素セル12の配列ピッチD1,D2と同程度であっても、その位置に拘わらず焦点検出を行うことができる。
(Modification 3)
Here, a modified example of the layout of each pixel cell in the image sensor 10 (FIG. 1C) and the image sensor 80 (FIG. 14B) will be described.
As shown in FIG. 18, the pixel cells 11 for photographed images may be arranged almost densely, and the focus detection pixel cells 12 may be shifted in every other row in a staggered manner. In the case of such a layout, even if the size of the pattern of the subject image (for example, a linear pattern) is approximately the same as the arrangement pitches D1 and D2 of the pixel cells 12, focus detection can be performed regardless of the position.

図19のように、撮影画像用の画素セル11を略稠密に配置して、その中の所定領域に焦点検出用の画素セル12を略稠密に配置してもよい。このようなレイアウトの場合は、被写体像のパターン(例えば点状パターン)のサイズが画素セル12の配列ピッチD1と同程度であっても、その位置に拘わらず焦点検出を行うことができる。
図20のように、撮影画像用の画素セル11を略稠密に配置して、その中の所定領域に焦点検出用の画素セル12を略稠密に配置し、かつ行ごとに半ピッチずらして配置してもよい。この場合、被写体像のパターン(例えば線状パターンや点状パターン)のサイズが画素セル12の配列ピッチD3,D1と同程度であっても、その位置に拘わらず焦点検出を行うことができる。
As shown in FIG. 19, the pixel cells 11 for photographed images may be arranged almost densely, and the pixel cells 12 for focus detection may be arranged almost densely in a predetermined region therein. In the case of such a layout, even if the size of the pattern of the subject image (for example, a dot pattern) is approximately the same as the arrangement pitch D1 of the pixel cells 12, focus detection can be performed regardless of the position.
As shown in FIG. 20, the pixel cells 11 for photographed images are arranged almost densely, the pixel cells 12 for focus detection are arranged almost densely in a predetermined area, and are shifted by a half pitch for each row. May be. In this case, even if the size of the pattern of the subject image (for example, a linear pattern or a dot pattern) is approximately the same as the arrangement pitches D3 and D1 of the pixel cells 12, focus detection can be performed regardless of the position.

図21のように、上記の画素セル12とはセルサイズの異なる画素セル26を焦点検出用として設け、この画素セル26の一辺の長さA26を撮影画像用の画素セル11の一辺の長さA11の2.5倍としてもよい。画素セル26のセルサイズは画素セル11の6.25倍である。図21では、撮影画像用の画素セル11を略稠密に配置して、その中の所定領域に画素セル26を略稠密に配置した。このように、焦点検出用の画素セルのセルサイズは撮影画像用の画素セル11の整数倍に限らず、自由に設定することができる。回折の影響の緩和効果が不足している場合には、焦点検出用の画素セルと撮影画像用の画素セル11とのセルサイズの比を適当に調整することで、所望の効果を得ることができる。 As shown in FIG. 21, a pixel cell 26 having a cell size different from that of the pixel cell 12 is provided for focus detection, and the length A 26 of one side of the pixel cell 26 is set to the length of one side of the pixel cell 11 for a photographed image. It may be 2.5 times A 11 . The cell size of the pixel cell 26 is 6.25 times that of the pixel cell 11. In FIG. 21, the pixel cells 11 for captured images are arranged substantially densely, and the pixel cells 26 are arranged substantially densely in a predetermined region therein. As described above, the cell size of the focus detection pixel cell is not limited to an integer multiple of the captured image pixel cell 11 and can be freely set. When the effect of mitigating the influence of diffraction is insufficient, a desired effect can be obtained by appropriately adjusting the ratio of the cell sizes of the focus detection pixel cell and the captured image pixel cell 11. it can.

図22のように、縦横比の異なる画素セル27を焦点検出用として設け、この画素セル27の横方向の一辺の長さA27を撮影画像用の画素セル11の一辺の長さA11の2倍とし、縦方向の長さA28を画素セル11の長さA11に等しくしてもよい。画素セル27のセルサイズは画素セル11の2倍である。焦点検出用の画素セル27の縦方向の長さA27が撮影画像用の画素セル11と等しいため、画像信号を生成する際に補間処理を行っても、画像品質を維持できる。また、画素セル27を配置することにより回路構成を変更する必要がない。 As shown in FIG. 22, provided with different pixel cells 27 of the aspect ratio for the focus detection in the horizontal direction of one side of the length A 27 of one side of the pixel cells 11 for photographing the image length A 11 of the pixel cells 27 The vertical length A 28 may be equal to the length A 11 of the pixel cell 11. The cell size of the pixel cell 27 is twice that of the pixel cell 11. Since the vertical length A 27 of the focus detection pixel cell 27 is equal to that of the captured image pixel cell 11, the image quality can be maintained even when interpolation processing is performed when generating the image signal. Further, it is not necessary to change the circuit configuration by arranging the pixel cell 27.

図23のように、撮影画像用の画素セル11を略稠密に配置した中の所定領域に、焦点検出用の2種類の画素セル12,81(図14参照)を略稠密に配置して、大型の画素セル12を1列おきにずらして千鳥状に配置し(図18参照)、その間に小型の画素セル81を略稠密に配置してもよい。
図24のように、撮影画像用の画素セル11を略稠密に配置した中に、焦点検出用の画素セル12を線枠状に配列してもよい。この場合、撮像システムの液晶ビューファインダの画面上には、画素セル11の出力に基づいて撮影画像を表示すると共に、画素セル12の位置を焦点検出領域(フォーカスフレーム)として撮影画像に重畳して表示することが好ましい。フォーカスフレーム表示は、例えば固定データによって行われる。このように画素セル12の位置をフォーカスフレームとして表示するので、画素セル12の位置での画像信号を周囲の画素セル11の出力などから補間処理によって生成する必要がない。
As shown in FIG. 23, two types of pixel cells 12 and 81 for focus detection (see FIG. 14) are arranged almost densely in a predetermined region in which the pixel cells 11 for captured images are arranged almost densely. The large pixel cells 12 may be arranged in a staggered manner by shifting every other column (see FIG. 18), and the small pixel cells 81 may be disposed substantially densely therebetween.
As shown in FIG. 24, the pixel cells 12 for focus detection may be arranged in a line frame shape while the pixel cells 11 for captured images are arranged almost densely. In this case, a captured image is displayed on the screen of the liquid crystal viewfinder of the imaging system based on the output of the pixel cell 11, and the position of the pixel cell 12 is superimposed on the captured image as a focus detection area (focus frame). It is preferable to display. The focus frame display is performed by, for example, fixed data. Thus, since the position of the pixel cell 12 is displayed as the focus frame, it is not necessary to generate an image signal at the position of the pixel cell 12 by interpolation processing from the output of the surrounding pixel cells 11 or the like.

(変形例4)
ここでは、焦点検出用の画素セルの光電変換部の変形例について説明する。
図25に示す焦点検出用の画素セル90のように、4つの光電変換部91〜94を設けてもよい。この場合、4つの光電変換部91〜94のうち任意の2つを選択的に組み合わせて一対の光電変換部とし、位相差検出方式の焦点検出に用いることができる。位相差検出方式の焦点検出では、上記した2つの被写体像の位置的位相差(つまり一対の光電変換部の並び方向の位置ずれ量)を例えば相関演算によって求める。このため、選択した一対の光電変換部の並び方向に応じて、異なる方向での焦点検出を行える。
(Modification 4)
Here, a modified example of the photoelectric conversion unit of the pixel cell for focus detection will be described.
As in the pixel cell 90 for focus detection shown in FIG. 25, four photoelectric conversion units 91 to 94 may be provided. In this case, any two of the four photoelectric conversion units 91 to 94 can be selectively combined to form a pair of photoelectric conversion units that can be used for phase difference detection type focus detection. In the focus detection by the phase difference detection method, the positional phase difference between the two subject images (that is, the positional deviation amount in the arrangement direction of the pair of photoelectric conversion units) is obtained by, for example, correlation calculation. For this reason, the focus detection in a different direction can be performed according to the arrangement direction of the selected pair of photoelectric conversion units.

例えば、図中横方向の焦点検出を行う場合、光電変換部91,93の各出力、または、光電変換部92,94の各出力が用いられる。また、光電変換部91,92の加算出力と光電変換部93,94の加算出力とを用いてもよい。縦方向の焦点検出を行う場合、光電変換部91,92の各出力、または、光電変換部93,94の各出力が用いられる。また、光電変換部91,93の加算出力と光電変換部92,94の加算出力とを用いてもよい。左上がり斜め方向の焦点検出の場合、光電変換部91,94の各出力が用いられる。右上がり斜め方向の焦点検出の場合、光電変換部92,93の各出力が用いられる。このように、1種類の画素セル90で多方向の焦点検出が可能となる。   For example, when performing horizontal focus detection in the figure, the outputs of the photoelectric conversion units 91 and 93 or the outputs of the photoelectric conversion units 92 and 94 are used. Further, the addition output of the photoelectric conversion units 91 and 92 and the addition output of the photoelectric conversion units 93 and 94 may be used. When performing vertical focus detection, the outputs of the photoelectric conversion units 91 and 92 or the outputs of the photoelectric conversion units 93 and 94 are used. Further, the addition output of the photoelectric conversion units 91 and 93 and the addition output of the photoelectric conversion units 92 and 94 may be used. In the case of focus detection in the upward and diagonal direction, each output of the photoelectric conversion units 91 and 94 is used. In the case of focus detection in the upward and diagonal direction, the outputs of the photoelectric conversion units 92 and 93 are used. In this manner, multidirectional focus detection can be performed with one type of pixel cell 90.

さらに、図26に示す焦点検出用の画素セル100のように、6つの光電変換部101〜106を設け、それぞれにRGBのうち何れか1つの色フィルタを設けてもよい。この場合、焦点検出の方向(図中横方向)に沿って並ぶ2つの光電変換部101,104は同じR色成分とし、光電変換部102,105は同じG色成分とし、光電変換部103,106は同じB色成分とする。   Furthermore, like the pixel cell 100 for focus detection shown in FIG. 26, six photoelectric conversion units 101 to 106 may be provided, and any one of RGB color filters may be provided for each. In this case, the two photoelectric conversion units 101 and 104 arranged along the focus detection direction (lateral direction in the figure) have the same R color component, the photoelectric conversion units 102 and 105 have the same G color component, and the photoelectric conversion units 103 and 104. Reference numeral 106 denotes the same B color component.

画素セル100を用いて位相差検出方式の焦点検出を行う場合には、焦点検出の方向に垂直な方向に沿って並ぶ3つの光電変換部101〜103の加算出力を求めると共に、光電変換部104〜106の加算出力を求め、これら2つの加算出力から上記した2つの被写体像の位置的位相差(ここでは図中横方向の位置ずれ量)を例えば相関演算によって求める。   When performing focus detection by the phase difference detection method using the pixel cell 100, the addition output of the three photoelectric conversion units 101 to 103 arranged along the direction perpendicular to the focus detection direction is obtained, and the photoelectric conversion unit 104 is obtained. ˜106 are obtained, and the positional phase difference between the two subject images (here, the amount of positional deviation in the horizontal direction in the figure) is obtained from these two addition outputs by, for example, correlation calculation.

また、画素セル100の位置での画像信号を生成する際には、焦点検出の方向に沿って並ぶ2つの光電変換部101,104の加算出力(R色成分)を求めると共に、光電変換部102,105の加算出力(G色成分)を求め、さらに、光電変換部103,106の加算出力(B色成分)を求める。そして、これら3つの加算出力を、上記の補間処理によって求められる各色成分(式(5)〜(8))の代わりに、式(9)〜(12)に代入すればよい。   Further, when generating an image signal at the position of the pixel cell 100, the addition output (R color component) of the two photoelectric conversion units 101 and 104 arranged along the focus detection direction is obtained, and the photoelectric conversion unit 102 is also obtained. , 105 and the addition output (B color component) of the photoelectric conversion units 103 and 106 are obtained. Then, these three addition outputs may be substituted into the equations (9) to (12) instead of the respective color components (equations (5) to (8)) obtained by the interpolation processing described above.

同様に、図27に示す焦点検出用の画素セル110のように、6つの光電変換部111〜116を焦点検出の方向(図中横方向)に沿って並べ、それぞれにRGBのうち何れか1つの色フィルタを設けてもよい。この場合、画素セル110の中心に対して対称な2つの光電変換部113,114は同じR色成分とし、光電変換部112,115は同じG色成分とし、光電変換部111,116は同じB色成分とする。   Similarly, like the pixel cell 110 for focus detection shown in FIG. 27, six photoelectric conversion units 111 to 116 are arranged along the focus detection direction (horizontal direction in the figure), and any one of RGB is respectively arranged. Two color filters may be provided. In this case, the two photoelectric conversion units 113 and 114 that are symmetrical with respect to the center of the pixel cell 110 have the same R color component, the photoelectric conversion units 112 and 115 have the same G color component, and the photoelectric conversion units 111 and 116 have the same B color. Let it be a color component.

画素セル110を用いて位相差検出方式の焦点検出を行う場合には、焦点検出の方向にに沿って並ぶ3つの光電変換部111〜113の加算出力を求めると共に、光電変換部114〜116の加算出力を求め、これら2つの加算出力から上記した2つの被写体像の位置的位相差(ここでは図中横方向の位置ずれ量)を例えば相関演算によって求める。
また、画素セル110の位置での画像信号を生成する際には、画素セル110の中心に対して対称な2つの光電変換部113,114の加算出力(R色成分)を求めると共に、光電変換部112,115の加算出力(G色成分)を求め、さらに、光電変換部111,116の加算出力(B色成分)を求める。そして、これら3つの加算出力を、上記の補間処理によって求められる各色成分(式(5)〜(8))の代わりに、式(9)〜(12)に代入すればよい。
When performing focus detection by the phase difference detection method using the pixel cell 110, the addition outputs of the three photoelectric conversion units 111 to 113 arranged along the focus detection direction are obtained, and the photoelectric conversion units 114 to 116 are also detected. The addition output is obtained, and the positional phase difference (here, the amount of positional deviation in the horizontal direction in the figure) of the two subject images is obtained from these two addition outputs by, for example, correlation calculation.
Further, when generating the image signal at the position of the pixel cell 110, the addition output (R color component) of the two photoelectric conversion units 113 and 114 symmetrical to the center of the pixel cell 110 is obtained and the photoelectric conversion is performed. The addition output (G color component) of the units 112 and 115 is obtained, and the addition output (B color component) of the photoelectric conversion units 111 and 116 is further obtained. Then, these three addition outputs may be substituted into the equations (9) to (12) instead of the respective color components (equations (5) to (8)) obtained by the interpolation processing described above.

したがって、画素セル100(または画素セル110)の位置での画像信号を生成する際に、画素セル100(または画素セル110)の周囲の撮影画像用の画素セル11の出力から補間する必要がなくなり、画素セル100(または画素セル110)を大きな領域内に略稠密に配置しても画像品質が低下しない。
また、画素セル100(または画素セル110)を用いて焦点検出を行う際、RGBの各色成分の出力を加算せずに、各色成分ごとに焦点検出を行ってもよい。このようにすることで、撮影光学系に色収差がある場合でも、正確な焦点検出が可能となる。また、同じ明るさでも色の変化がある被写体に対して焦点検出が可能となる。さらに、焦点検出に使用する色成分を手動または自動で選択し、選択された色成分の出力で焦点検出を行ってもよい。このようにすることで、特定の色の被写体について選択的に焦点検出を行うことが可能となる。
Therefore, when generating an image signal at the position of the pixel cell 100 (or the pixel cell 110), it is not necessary to interpolate from the output of the pixel cell 11 for the captured image around the pixel cell 100 (or the pixel cell 110). Even if the pixel cells 100 (or the pixel cells 110) are arranged almost densely in a large area, the image quality does not deteriorate.
Further, when focus detection is performed using the pixel cell 100 (or the pixel cell 110), focus detection may be performed for each color component without adding the output of each color component of RGB. In this way, accurate focus detection can be performed even when the photographic optical system has chromatic aberration. In addition, focus detection can be performed on a subject having a color change even at the same brightness. Further, a color component used for focus detection may be selected manually or automatically, and focus detection may be performed using the output of the selected color component. In this way, it is possible to selectively perform focus detection for a subject of a specific color.

さらに、図27の画素セル110を用いて焦点検出を行う場合、装着された交換レンズの開放F値に応じて、焦点検出に使用する色成分を変更してもよい。例えば、外側に位置するB色成分の光電変換部111,116は、撮影光学系の射出瞳の外側を通過した光束を取り込むため、開放F値が所定値より明るいレンズを装着した場合や、高い焦点検出精度が必要な場合に使用することが好ましい。内側に位置するR色成分の光電変換部113,114は、射出瞳の中心付近を通過した光束を取り込むため、開放F値が所定値より暗いレンズを装着した場合や、デフォーカス量が大きくなるレンズ(焦点距離の長いレンズ)を装着した場合に使用することが好ましい。   Furthermore, when focus detection is performed using the pixel cell 110 of FIG. 27, the color component used for focus detection may be changed according to the open F value of the attached interchangeable lens. For example, the B color component photoelectric conversion units 111 and 116 located on the outer side take in the light beam that has passed outside the exit pupil of the photographing optical system, so that a lens with a brighter open F value than a predetermined value is mounted or high. It is preferably used when focus detection accuracy is required. Since the photoelectric conversion units 113 and 114 for the R color component located inside capture the light beam that has passed near the center of the exit pupil, the defocus amount becomes large when a lens with an open F value that is darker than a predetermined value is attached. It is preferably used when a lens (a lens with a long focal length) is attached.

また、上記例では、焦点検出用の画素セルの一対の光電変換部16,17,91〜94,…をそれぞれ矩形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図28に示す画素セル120のように、一対の光電変換部121,122をそれぞれ略半円形状とし、2つ合わせて略円形状となるようにすることが考えられる。この場合、撮影光学系の射出瞳(所定のF値)の内部の光束を無駄なく光電変換部121,122に取り込み、焦点検出に利用できる。このため、焦点検出時の光量確保の点で有利となる。なお、光電変換部121,122の大きさ自体は光量確保とは無関係である。   In the above example, the pair of photoelectric conversion units 16, 17, 91 to 94,... Of the pixel cell for focus detection are each rectangular, but the present invention is not limited to this. For example, as in the pixel cell 120 illustrated in FIG. 28, it is conceivable that the pair of photoelectric conversion units 121 and 122 are each substantially semicircular, and the two are combined into a substantially circular shape. In this case, the light beam inside the exit pupil (predetermined F value) of the photographing optical system can be taken into the photoelectric conversion units 121 and 122 without waste and used for focus detection. This is advantageous in terms of securing the amount of light at the time of focus detection. The size of the photoelectric conversion units 121 and 122 is irrelevant to securing the light amount.

(変形例5)
ここでは、画素セルのマイクロレンズ13,15,…の変形例について説明する。
上記例では、マイクロレンズ13,15の開口サイズ(直径)が画素セル11,12の一辺の長さA11,A12と等しい例を説明したが、本発明はこれに限定されない。マイクロレンズの開口サイズが画素セルの一辺の長さより小さくても構わない。この場合、撮影画像用の画素セルと焦点検出用の画素セルとが同じセルサイズでも、撮影画像用の画素セルにおけるマイクロレンズの開口サイズより、焦点検出用の画素セルにおけるマイクロレンズの開口サイズを大きくすることで、上記と同様の効果を得ることができる。
(Modification 5)
Here, a modified example of the microlenses 13, 15,... Of the pixel cell will be described.
In the above example, the example in which the aperture size (diameter) of the microlenses 13 and 15 is equal to the lengths A 11 and A 12 of one side of the pixel cells 11 and 12 has been described, but the present invention is not limited to this. The opening size of the microlens may be smaller than the length of one side of the pixel cell. In this case, even if the pixel cell for the captured image and the pixel cell for focus detection have the same cell size, the aperture size of the micro lens in the pixel cell for focus detection is set to be smaller than the aperture size of the micro lens in the pixel cell for captured image. By increasing the size, the same effect as described above can be obtained.

また、上記例では、マイクロレンズを正方形状の画素セルに内接するような円形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば図29(a),(b)に示す通り、画素セルよりも大きな円形状の4方向の部分(ハッチング部)を切り落とし、正方形状の中心部分を切り出して、画素セルと同じ形状に成形したマイクロレンズを用いてもよい。撮影画像用および焦点検出用のマイクロレンズに適用できる。この場合、マイクロレンズの開口サイズは正方形状の一辺の長さに相当する。このようにすることで、撮像素子に入射する光束を無駄なく撮影や焦点検出などに利用することが可能となる。   In the above example, the microlens has a circular shape inscribed in the square pixel cell, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), a circular four-direction portion (hatched portion) larger than the pixel cell is cut off, and a square central portion is cut out and formed into the same shape as the pixel cell. A microlens may be used. It can be applied to microlenses for photographed images and focus detection. In this case, the opening size of the microlens corresponds to the length of one side of the square shape. In this way, the light beam incident on the image sensor can be used for shooting, focus detection, and the like without waste.

さらに、図22のような縦横比の異なる焦点検出用の画素セル27では、図29(c)のように、画素セル27より大きな円形状の上下2方向の部分(ハッチング部)を1/4ずつ切り落とし、長方形状の中心部分を切り出して、画素セル27と同じ形状に成形したマイクロレンズを用いてもよい。この場合でも、撮像素子に入射する光束を無駄なく焦点検出に利用することが可能となる。   Further, in the focus detection pixel cell 27 having a different aspect ratio as shown in FIG. 22, a circular portion in two vertical directions (hatching portions) larger than the pixel cell 27 is hatched as shown in FIG. 29C. A microlens that is cut off one by one and cut out at a rectangular central portion and shaped into the same shape as the pixel cell 27 may be used. Even in this case, the light beam incident on the image sensor can be used for focus detection without waste.

また、上記例では、画素セルへの入射光を集光して光電変換部に導く光学要素としてマイクロレンズを用いたが、本発明はこれに限定されない。マイクロレンズの代わりに、屈折率分布型の光学要素や反射型の光学要素を用いてもよい。ただし、マイクロレンズは製造が容易なため、コスト面で有利である。
さらに、上記例では、撮影画像用の画素セルにもマイクロレンズなどの光学要素を設けたが、これを省略した場合にも本発明を適用できる。
In the above example, the microlens is used as an optical element that condenses incident light to the pixel cell and guides it to the photoelectric conversion unit. However, the present invention is not limited to this. Instead of the microlens, a gradient index optical element or a reflective optical element may be used. However, since the microlens is easy to manufacture, it is advantageous in terms of cost.
Furthermore, in the above example, an optical element such as a microlens is provided in the pixel cell for a captured image, but the present invention can be applied to a case where this is omitted.

(変形例6)
ここでは、その他の変形例について説明する。
上記例では、正方形状の画素セルを正方格子状に配置したが、本発明はこれに限定されない。画素セルが長方形状や六角形状の場合にも本発明を適用できる。画素セルが六角形状の場合には、一行ごとに半ピッチずらして2次元ハニカム状に配置することが考えられる。焦点検出用の画素セルは、隣接する複数の撮影画像用の画素セルに置き換えて配置すればよい。
(Modification 6)
Here, other modified examples will be described.
In the above example, the square pixel cells are arranged in a square lattice shape, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied when the pixel cell is rectangular or hexagonal. When the pixel cell has a hexagonal shape, it can be considered that the pixel cells are arranged in a two-dimensional honeycomb shape with a half-pitch shift for each row. The focus detection pixel cell may be replaced with a plurality of adjacent captured image pixel cells.

また、上記例では、位相差検出方式の焦点検出用の画素セルを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、コントラスト検出方式の焦点検出用の画素セルを設ける場合にも、本発明を適用できる。コントラスト検出方式の場合、画素セルの光電変換部は1つでよいが、2つ以上の光電変換部の出力を加算しても構わない。
さらに、上記例では、撮影画像用の画素セルと焦点検出用の画素セルを備えた撮像素子の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。焦点検出用の画素セルの代わりに(または焦点検出用の画素セルと組み合わせて)測距用や測光用や調光用などの画素セルを配置する場合にも、本発明を適用できる。測距用や測光用や調光用などの画素セルであっても、そのセルサイズを撮影画像用の画素セルより大きくすることで、低輝度時の応答性を改善できる。
In the above example, the phase detection pixel cell for focus detection is described as an example, but the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be applied to a case where a pixel cell for focus detection using a contrast detection method is provided. In the case of the contrast detection method, the number of photoelectric conversion units in the pixel cell may be one, but the outputs of two or more photoelectric conversion units may be added.
Furthermore, in the above-described example, the example of the image sensor including the pixel cell for the captured image and the pixel cell for focus detection has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a case where a pixel cell for distance measurement, photometry, light adjustment, or the like is disposed instead of the pixel cell for focus detection (or in combination with the pixel cell for focus detection). Even in the case of a pixel cell for distance measurement, photometry, dimming, etc., the responsiveness at low luminance can be improved by making the cell size larger than the pixel cell for the photographed image.

測距用の画素セルを備えた撮像素子としては、例えば、パルス変調されたレーザ光などを被計測物に照射したときに、被計測物からの反射光を各画素セルごとに検知するようなものが考えられる(国際公開97/01111号公報)。被計測物までの距離を計測するためには、各画素セルごとに光の往復時間を計測し、これを距離に換算する。
被写体輝度を測定する測光用の画素セル、または、被写体から反射されるストロボ光を検出する調光用の画素セルには、測光用または調光用の特殊なフィルタ(視感度フィルタなど)を配置したり、非破壊でリアルタイムに蓄積電荷量をモニタできる特別な回路構成が付加されている。このような特別な回路構成を測光用または調光用の画素セルに付加する場合には、測光用または調光用の画素セルを撮影画像用の画素セルより大きくすることで、1画素あたりのチップ面積を広くすることができ、回路レイアウト上、有利になる。
As an image sensor having a pixel cell for distance measurement, for example, when the object to be measured is irradiated with pulse-modulated laser light or the like, the reflected light from the object to be measured is detected for each pixel cell. One can be considered (International Publication No. 97/01111). In order to measure the distance to the object to be measured, the round trip time of light is measured for each pixel cell, and this is converted into a distance.
A special metering or dimming filter (such as a visual sensitivity filter) is placed in the photometric pixel cell that measures the subject brightness or the dimming pixel cell that detects the strobe light reflected from the subject. In addition, a special circuit configuration that can monitor the amount of accumulated charge in a non-destructive manner in real time is added. When such a special circuit configuration is added to the pixel cell for photometry or dimming, the pixel cell for photometry or dimming is made larger than the pixel cell for photographed image, so The chip area can be increased, which is advantageous in terms of circuit layout.

また、上記例では、撮影画像用の画素セルを2次元的に配置し、その中に撮影条件の取得用(焦点検出用,測距用,測光用,調光用など)の画素セルを配置したが、本発明はこれに限定されない。撮影画像用の画素セルを1次元的に配置し、その中に撮影条件の取得用の画素セルを配置してもよい。
さらに、上記例では、MOS型の撮像素子(回路構成の図4を参照)を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、CCD型の撮像素子でも本発明を適用できる。
In the above example, pixel cells for captured images are arranged two-dimensionally, and pixel cells for acquiring imaging conditions (focus detection, distance measurement, photometry, dimming, etc.) are arranged therein. However, the present invention is not limited to this. A pixel cell for a photographed image may be arranged one-dimensionally, and a pixel cell for obtaining a photographing condition may be arranged therein.
Furthermore, in the above example, the MOS type imaging device (see FIG. 4 of the circuit configuration) has been described as an example, but the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be applied to a CCD type image pickup device.

また、上記例では、撮像システムの具体例としてデジタルスチルカメラ(図13参照)の説明を行ったが、本発明はこれに限定されない。その他、上記の撮像素子をデジタル顕微鏡や監視カメラなどの撮像システムに組み込む場合にも本発明を適用できる。   In the above example, a digital still camera (see FIG. 13) has been described as a specific example of the imaging system, but the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be applied to the case where the above-described imaging device is incorporated in an imaging system such as a digital microscope or a surveillance camera.

第1実施形態の撮像素子10の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image pick-up element 10 of 1st Embodiment. 画素セル12の断面構造を示す図である。2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a pixel cell 12. FIG. 一対の光電変換部16,17と射出瞳18との共役関係を説明する図である。3 is a diagram for explaining a conjugate relationship between a pair of photoelectric conversion units 16 and 17 and an exit pupil 18. FIG. 撮像素子10の回路構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a circuit configuration of an image sensor 10. 回折シミュレーションの条件を説明する図である。It is a figure explaining the conditions of a diffraction simulation. 回折シミュレーションの結果(マイクロレンズ15の開口サイズが20μmの場合)を説明する図である。It is a figure explaining the result of diffraction simulation (when opening size of micro lens 15 is 20 micrometers). 回折シミュレーションの結果(マイクロレンズ15の開口サイズが10μmの場合)を説明する図である。It is a figure explaining the result of diffraction simulation (when opening size of micro lens 15 is 10 micrometers). 回折シミュレーションの結果(マイクロレンズ15の開口サイズが4μmの場合)を説明する図である。It is a figure explaining the result of diffraction simulation (when opening size of micro lens 15 is 4 micrometers). 回折シミュレーションの結果(マイクロレンズ15の開口サイズが2μmの場合)を説明する図である。It is a figure explaining the result of diffraction simulation (when opening size of micro lens 15 is 2 micrometers). 第2実施形態の撮像システム40の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging system 40 of 2nd Embodiment. 撮像システム40の動作手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing an operation procedure of the imaging system 40. 撮像素子10における画像信号の生成を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining generation of an image signal in the image sensor 10. 第3実施形態のデジタルスチルカメラ60の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the digital still camera 60 of 3rd Embodiment. 第4実施形態の撮像素子80の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image pick-up element 80 of 4th Embodiment. 画素セル81の断面構造を示す図である。2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a pixel cell 81. FIG. 画素セル81の回路構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a circuit configuration of a pixel cell 81. FIG. 第5実施形態の撮像システムの動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the imaging system of 5th Embodiment. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 画素セルのレイアウトの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the layout of a pixel cell. 焦点検出用の画素セルの光電変換部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the photoelectric conversion part of the pixel cell for focus detection. 焦点検出用の画素セルの光電変換部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the photoelectric conversion part of the pixel cell for focus detection. 焦点検出用の画素セルの光電変換部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the photoelectric conversion part of the pixel cell for focus detection. 焦点検出用の画素セルの光電変換部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the photoelectric conversion part of the pixel cell for focus detection. マイクロレンズの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a micro lens.

符号の説明Explanation of symbols

10,80 撮像素子 ; 11,12,26,27,81,90,100,110,120 画素セル ; 13,15,82 マイクロレンズ ; 14,16,17,83,84,91〜94,101〜106,111〜116,121,122 光電変換部 ; 18 射出瞳 ;
40 撮像システム ; 41,64,65 撮影光学系 ;60 デジタルスチルカメラ
10,80 Image sensor; 11,12,26,27,81,90,100,110,120 Pixel cell; 13,15,82 Microlens; 14,16,17,83,84,91-94,101 106,111-116,121,122 photoelectric conversion part; 18 exit pupil;
40 imaging system; 41, 64, 65 photographing optical system; 60 digital still camera

Claims (17)

撮影光学系による像を撮像する撮像素子において、
入射光に応じて電荷を生成する第1の光電変換部を含む第1の画素セルと、
入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第2の光電変換部とを含み、前記第1の画素セルに比べてセルサイズが大きい第2の画素セルとを備え、
基板上に前記第1の画素セルと前記第2の画素セルとを2次元的に配置した
ことを特徴とする撮像素子。
In an image sensor that captures an image by an imaging optical system,
A first pixel cell including a first photoelectric conversion unit that generates a charge in response to incident light;
An optical element that condenses incident light, and a second photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to the light condensed by the optical element, and has a cell size larger than that of the first pixel cell. Two pixel cells,
An image sensor, wherein the first pixel cell and the second pixel cell are two-dimensionally arranged on a substrate.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第2の画素セルは、そのセルサイズが前記第1の画素セルの整数倍である
ことを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The image sensor, wherein the second pixel cell has an integer multiple of the first pixel cell.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1および第2の画素セルは、入射光を前記第1および第2の光電変換部に集光する光学要素をそれぞれ含み、
前記第2の画素セルの光学要素は、前記第1の画素セルの光学要素に比べて開口サイズが大きい
ことを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 1,
The first and second pixel cells include optical elements that collect incident light on the first and second photoelectric conversion units, respectively.
The optical element of the second pixel cell has an aperture size larger than that of the optical element of the first pixel cell.
撮影光学系による像を撮像する撮像素子において、
入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第1の光電変換部とを含む第1の画素セルと、
入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第2の光電変換部とを含む第2の画素セルとを備え、
基板上に前記第1の画素セルと前記第2の画素セルとを2次元的に配置し、
前記第2の画素セルの光学要素は、前記第1の画素セルの光学要素に比べて開口サイズが大きい
ことを特徴とする撮像素子。
In an image sensor that captures an image by an imaging optical system,
A first pixel cell including an optical element that collects incident light, and a first photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to the light collected by the optical element;
A second pixel cell including an optical element that condenses incident light, and a second photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to the light collected by the optical element;
Two-dimensionally arranging the first pixel cell and the second pixel cell on a substrate;
The optical element of the second pixel cell has an aperture size larger than that of the optical element of the first pixel cell.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の撮像素子において、
前記第1の画素セルの光学要素は、その開口サイズが20μmより小さい
ことを特徴とする撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The optical element of the first pixel cell has an aperture size smaller than 20 μm.
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の撮像素子において、
前記第2の画素セルのそれぞれは、複数の前記第2の光電変換部を含み、
前記複数の第2の光電変換部のそれぞれは、前記第2の画素セルの光学要素を介して、前記撮影光学系の射出瞳とほぼ共役である
ことを特徴とする撮像素子。
In the imaging device according to any one of claims 1 to 5,
Each of the second pixel cells includes a plurality of the second photoelectric conversion units,
Each of the plurality of second photoelectric conversion units is substantially conjugate with an exit pupil of the photographing optical system via an optical element of the second pixel cell.
請求項6に記載の撮像素子において、
前記複数の第2の光電変換部のうち2つは対を成し、
前記対を成す2つの第2の光電変換部には、それぞれ、異なる色のフィルタが配置される
ことを特徴とする撮像素子。
The image sensor according to claim 6, wherein
Two of the plurality of second photoelectric conversion units form a pair,
The two second photoelectric conversion units forming the pair are each provided with a filter of a different color.
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の撮像素子において、
前記第2の画素セルによって得られる光電出力に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する
ことを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 7,
An imaging element, wherein a focus adjustment state of the photographing optical system is detected based on a photoelectric output obtained by the second pixel cell.
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の撮像素子において、
入射光を集光する光学要素と、該光学要素により集光された光に応じて電荷を生成する第3の光電変換部とを含み、前記第2の画素セルとはセルサイズが異なる第3の画素セルをさらに備えた
ことを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 8,
An optical element that condenses incident light; and a third photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to the light condensed by the optical element, and has a third cell size different from that of the second pixel cell. An image sensor, further comprising: a pixel cell.
請求項9に記載の撮像素子において、
前記第3の画素セルは、そのセルサイズが前記第1の画素セルと等しい
ことを特徴とする撮像素子。
The imaging device according to claim 9,
The image sensor according to claim 3, wherein the third pixel cell has a cell size equal to that of the first pixel cell.
請求項9または請求項10に記載の撮像素子において、
前記第2の画素セルおよび前記第3の画素セルによって得られる光電出力に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する
ことを特徴とする撮像素子。
In the imaging device according to claim 9 or 10,
An imaging element that detects a focus adjustment state of the photographing optical system based on photoelectric outputs obtained by the second pixel cell and the third pixel cell.
請求項8に記載の撮像素子と、
前記第2の画素セルの出力に基づいて焦点検出を行う検出手段とを備えた
ことを特徴とする焦点検出装置。
The image sensor according to claim 8,
A focus detection apparatus comprising: a detection unit that performs focus detection based on an output of the second pixel cell.
請求項11に記載の撮像素子と、
前記第2の画素セルの出力と前記第3の画素セルの出力との少なくとも一方に基づいて焦点検出を行う検出手段とを備えた
ことを特徴とする焦点検出装置。
An image sensor according to claim 11,
A focus detection apparatus comprising: a detection unit that performs focus detection based on at least one of an output of the second pixel cell and an output of the third pixel cell.
請求項12または請求項13に記載の焦点検出装置と、
前記撮像素子の物体側に配置される撮影光学系とを備え、
前記検出手段は、前記撮影光学系の焦点検出を行う
ことを特徴とする撮像システム。
The focus detection apparatus according to claim 12 or 13,
A photographing optical system disposed on the object side of the image sensor;
The detection unit performs focus detection of the photographing optical system.
請求項14に記載の撮像システムにおいて、
前記第1の画素セルの出力に基づいて撮影画像を表示すると共に、前記第2の画素セルの位置を、前記検出手段が焦点検出を行う領域として前記撮影画像に重畳して表示する表示手段を備えた
ことを特徴とする撮像システム。
The imaging system according to claim 14, wherein
Display means for displaying a photographed image based on the output of the first pixel cell and displaying the position of the second pixel cell superimposed on the photographed image as a region where the detection means performs focus detection. An imaging system characterized by comprising.
請求項14に記載の撮像システムにおいて、
前記第1の画素セルの位置での画像信号を該第1の画素セルの出力に基づいて生成すると共に、前記第2の画素セルの位置での画像信号を該第2の画素セルの周囲の前記第1の画素セルの出力に基づく補間処理によって生成する生成手段を備えた
ことを特徴とする撮像システム。
The imaging system according to claim 14, wherein
An image signal at the position of the first pixel cell is generated based on the output of the first pixel cell, and an image signal at the position of the second pixel cell is generated around the second pixel cell. An imaging system comprising: generating means for generating by interpolation processing based on the output of the first pixel cell.
請求項16に記載の撮像システムにおいて、
前記生成手段は、前記第2の画素セルの位置での画像信号を生成する際、該画像信号の各色成分を前記補間処理によって生成し、前記画像信号の輝度成分を前記第2の画素セルの出力に基づいて生成する
ことを特徴とする撮像システム。
The imaging system according to claim 16, wherein
When generating the image signal at the position of the second pixel cell, the generation unit generates each color component of the image signal by the interpolation process, and the luminance component of the image signal is calculated by the second pixel cell. An imaging system characterized by being generated based on an output.
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