JP2007155929A - Solid-state imaging element and imaging apparatus using the same - Google Patents

Solid-state imaging element and imaging apparatus using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element capable of reducing degradation in the image quality of a picked up image while avoiding a decrease in numerical aperture and hence sensitivity by eliminating the need to dispose a plurality of photo-electric conversion parts within a pixel on the assumption that the solid-state imaging element also functions as a focal point detecting element, and to provide an imaging apparatus using the solid-state imaging element. <P>SOLUTION: One focusing detection area 12 of the solid-state imaging element 2 includes: a plurality of first pixels 20 that receive and photo-electrically convert a luminous flux from the first area of the exit pupil of an imaging lens which is not substantially eccentric from the center of the exit pupil; and a plurality of second pixels 21(L) that are in the second area of the exit pupil substantially forming part of the first area and selectively receive and photo-electrically convert a luminous flux from the second area of the exit pupil eccentric in a predetermined direction from the center of the exit pupil. The first pixels 20 are used to obtain a pickup image. The second pixels 21(L) and the first pixels 20 in the vicinity of them are used to detect a focal point. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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

近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD型やCMOS型などの固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子は、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されている。   In recent years, imaging devices such as video cameras and digital still cameras have been widely used. In these cameras, a solid-state imaging device such as a CCD type or a CMOS type is used. In these solid-state imaging devices, a plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that generates a signal charge according to the amount of incident light are arranged in a matrix.

光電変換部の光が入射する側には、マイクロレンズがオンチップで配置される。光電変換部以外の画素部に入射する光は、画像信号に寄与せず無駄になる。マイクロレンズは、このように無駄となっていた光を光電変換部に集光させ、光の利用効率を高めて光量を増大させるために配置される。また、カラー画像を得るためには、カラーフィルタが光電変換部の上に配置される。カラーフィルタの組み合わせとしては、R、G、Bを用いる系や、補色系が用いられる。また、カラーフィルタの配置としては、ベイヤー配列やストライプ配列などが周知である。   A microlens is disposed on-chip on the light incident side of the photoelectric conversion unit. Light incident on the pixel portion other than the photoelectric conversion portion does not contribute to the image signal and is wasted. The microlens is disposed in order to condense the light thus wasted on the photoelectric conversion unit, increase the light use efficiency, and increase the amount of light. In order to obtain a color image, a color filter is disposed on the photoelectric conversion unit. As a combination of color filters, a system using R, G, and B or a complementary color system is used. As the arrangement of the color filters, a Bayer arrangement, a stripe arrangement, and the like are well known.

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

そこで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式(瞳分割方式又は位相差方式などと呼ばれる場合もある。)を採用しつつ、焦点検出素子としても用いることができるように構成した固体撮像素子が提案されている(例えば、下記特許文献1,2)。   Therefore, in recent years, a so-called pupil division phase difference method (sometimes called a pupil division method or a phase difference method) is adopted as a focus detection method, and solid-state imaging configured to be used as a focus detection element. Elements have been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2 below).

特許文献1に開示された固体撮像素子は、複数の撮像用画素の他に、複数の第1の焦点検出用画素(特許文献1において符号「S1」が付された画素)と、複数の第2の焦点検出用画素(特許文献1において符号「S2」が付された画素)とを備えている。特許文献1の図3及び図4に示されているように、いずれの画素も、光電変換部上に画素に対して1対1に設けられたマイクロレンズを備えている。そして、マイクロレンズと光電変換部との間には、マイクロレンズの焦点面付近に遮光膜が設けられ、この遮光膜には、第1及び第2の焦点検出用画素ごとに開口が設けられている。したがって、撮影レンズの射出瞳とマイクロレンズとの間の距離はマイクロレンズの大きさに対して十分に長いことから、遮光膜は、マイクロレンズによって撮影レンズの射出瞳と略結像関係(すなわち、略共役)となる位置に配置されていることになる。なお、撮像用画素では、このような遮光膜は設けられないか、あるいは、マイクロレンズの光学中心に対して偏りを持たない開口が遮光膜に設けられる。これによって、撮像用画素は、撮影レンズの射出瞳の中心から偏心していない前記射出瞳の領域からの光束を受光して光電変換することになる。第1の焦点検出用画素では、遮光膜の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りを持つように配置され、第2の焦点検出用画素では、遮光膜の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第1の焦点検出用画素とは逆方向に偏りを持つように配置されている。これによって、第1の焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、第1の焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。なお、特許文献1に開示された固体撮像素子では、撮像用画素にはカラーフィルタが設けられているが、特許文献1の図3及び図4に示されているように、第1及び第2の焦点検出用画素には、カラーフィルタが設けられていない。   In addition to a plurality of imaging pixels, the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of first focus detection pixels (pixels denoted by reference sign “S1” in Patent Document 1) and a plurality of first imaging pixels. 2 focus detection pixels (pixels to which “S2” is attached in Patent Document 1). As shown in FIG. 3 and FIG. 4 of Patent Document 1, each pixel includes a microlens provided on the photoelectric conversion unit in a one-to-one relationship with the pixel. A light shielding film is provided near the focal plane of the microlens between the microlens and the photoelectric conversion unit, and an opening is provided in the light shielding film for each of the first and second focus detection pixels. Yes. Therefore, since the distance between the exit pupil of the photographic lens and the microlens is sufficiently long with respect to the size of the microlens, the light-shielding film is substantially imaged with the exit pupil of the photographic lens by the microlens (that is, It is arranged at a position that is substantially conjugate). In the imaging pixel, such a light shielding film is not provided, or an opening that is not biased with respect to the optical center of the microlens is provided in the light shielding film. As a result, the imaging pixel receives and photoelectrically converts a light beam from the exit pupil region that is not decentered from the center of the exit pupil of the photographing lens. In the first focus detection pixel, the opening of the light shielding film is arranged so as to be biased with respect to the optical center of the microlens. In the second focus detection pixel, the opening of the light shielding film is located at the optical center of the microlens. On the other hand, the first focus detection pixels are arranged so as to be biased in the opposite direction. Thus, the first focus detection pixel selectively receives and photoelectrically converts a light beam from a partial region of the exit pupil of the photographing lens and decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. It will be. The first focus detection pixel selectively receives and photoelectrically converts a light beam from a partial region of the exit pupil of the photographing lens and decentered in the opposite direction from the center of the exit pupil. become. In the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1, a color filter is provided in the imaging pixel. However, as illustrated in FIGS. 3 and 4 of Patent Document 1, the first and second pixels are used. These focus detection pixels are not provided with a color filter.

そして、特許文献1には、瞳分割位相差方式の原理に従って、前記複数の第1の焦点検出用画素のつながりにより出力される信号と前記複数の第2の焦点検出用画素のつながりにより出力される信号との位相差から、前記光学系の焦点調節状態を検出することができる旨が、記載されている。このとき、焦点調節状態の検出には、前記撮像用画素の信号は全く用いられていない。なお、第1及び第2の焦点検出用画素は焦点検出のためにのみ用いられ、撮影レンズの合焦後等において画像を撮像する場合は、画像信号における第1及び第2の焦点検出用画素の位置の画素信号として、例えば、それらの周囲の撮像画素の信号から補間処理して得た信号が用いられる。   In Patent Document 1, in accordance with the principle of the pupil division phase difference method, a signal output from the connection of the plurality of first focus detection pixels and a connection of the plurality of second focus detection pixels is output. It is described that the focus adjustment state of the optical system can be detected from the phase difference with the signal. At this time, the signal of the imaging pixel is not used at all for detecting the focus adjustment state. The first and second focus detection pixels are used only for focus detection. When an image is captured after the photographing lens is focused, the first and second focus detection pixels in the image signal are used. For example, a signal obtained by performing interpolation processing from signals of the surrounding imaging pixels is used as the pixel signal at the position.

また、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子では、全ての画素の各1つの画素は、2分割された光電変換部と、この2分割された光電変換部上に画素に対して1対1に設けられたマイクロレンズを備えている。2分割された光電変換部は、マイクロレンズによって撮影レンズの射出瞳と略結像関係(すなわち、略共役)となる位置に配置されている。したがって、撮影レンズの射出瞳とマイクロレンズとの間の距離はマイクロレンズの大きさに対して十分に長いことから、2分割された光電変換部は、マイクロレンズの略焦点面に配置されていることになる。以上述べた関係から、各画素において、2分割された光電変換部の一方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、各画素において、2分割された光電変換部の他方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。なお、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子では、全ての画素には、カラーフィルタが設けられている。   Further, in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2, each pixel of all the pixels is divided into two photoelectric conversion units and pixels on the two divided photoelectric conversion units. A microlens provided in a one-to-one relationship is provided. The two-divided photoelectric conversion unit is disposed at a position that is substantially image-formed (ie, substantially conjugate) with the exit pupil of the photographing lens by the microlens. Therefore, since the distance between the exit pupil of the photographing lens and the microlens is sufficiently long with respect to the size of the microlens, the two-divided photoelectric conversion unit is disposed on the substantially focal plane of the microlens. It will be. From the relationship described above, in each pixel, one part of the photoelectric conversion unit divided into two is a light beam from a region that is a part of the exit pupil of the photographing lens and decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. Is selectively received and photoelectrically converted. Further, in each pixel, the other part of the photoelectric conversion unit divided into two is selectively a light beam from a region that is a part of the exit pupil of the photographing lens and decentered in the opposite direction from the center of the exit pupil. Light is received and photoelectrically converted. Note that in the solid-state imaging device disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2, all pixels are provided with color filters.

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

また、特許文献2の図1乃至図10には、特許文献2の図12に開示された固体撮像素子を次のように変形した固体撮像素子が開示されている。すなわち、特許文献2の図1乃至図10に開示された固体撮像素子では、一部の画素のみを光電変換部が2分割されたものとする一方、残りの画素を光電変換部が分割されていないものとし、光電変換部が2分割された画素にはカラーフィルタを形成する一方、光電変換部が2分割されていない画素にはカラーフィルタを形成していない。この固体撮像素子では、焦点検出時には、2分割光電変換部を有する各画素の2分割光電変換部の一方部分の信号及び他方部分の信号が、それぞれ個別に読み出される。そして、瞳分割位相差方式の原理に従って、それらの信号に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態が検出される。
特許第3592147号公報 特開2003−244712号公報
1 to 10 of Patent Document 2 disclose a solid-state image sensor obtained by modifying the solid-state image sensor disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2 as follows. That is, in the solid-state imaging device disclosed in FIGS. 1 to 10 of Patent Document 2, only some of the pixels are divided into two photoelectric conversion units, while the remaining pixels are divided into photoelectric conversion units. It is assumed that no color filter is formed on a pixel in which the photoelectric conversion unit is divided into two, while a color filter is not formed on a pixel in which the photoelectric conversion unit is not divided in two. With this solid-state imaging device, at the time of focus detection, the signal of one part and the signal of the other part of the two-divided photoelectric conversion unit of each pixel having the two-divided photoelectric conversion unit are individually read out. Then, according to the principle of the pupil division phase difference method, the focus adjustment state of the photographing lens is detected based on these signals.
Japanese Patent No. 3592147 JP 2003-244712 A

しかしながら、特許文献1に開示された前記固体撮像素子では、第1及び第2の焦点検出用画素は、焦点検出のためにのみ用いられて、画像撮像時には用いることができないため、第1及び第2の焦点検出用画素の分だけ画素欠陥と同様の状態を招くことになり、いくら補間処理を行うとはいえ、撮像した画像の画質は劣化せざるを得ない。   However, in the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1, the first and second focus detection pixels are used only for focus detection and cannot be used during image capture. The same state as the pixel defect is caused by the two focus detection pixels, and the image quality of the captured image is inevitably deteriorated although interpolation processing is performed.

これに対し、特許文献2の図12に開示された前記固体撮像素子や特許文献2の図1乃至図10に開示された前記固体撮像素子では、画像撮像時には、2分割光電変換部を有する画素については、2分割光電変換部の両部分からの信号が画素内で加算されて読み出されるため、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化は回避することができる。しかし、これらの固体撮像素子では、2分割光電変換部を有する画素における2分割光電変換部の両部分からの信号をそれぞれ独立して読み出せるようにするべく、1画素内に複数の転送部を設けなければならないので、光電変換部の開口率が低下してしまい、ひいては感度が低下してしまう。   On the other hand, in the solid-state image sensor disclosed in FIG. 12 of Patent Document 2 and the solid-state image sensor disclosed in FIGS. 1 to 10 of Patent Document 2, a pixel having a two-divided photoelectric conversion unit at the time of image capturing. With respect to, since signals from both parts of the two-divided photoelectric conversion unit are added and read within the pixel, deterioration of image quality due to a state similar to a pixel defect can be avoided. However, in these solid-state imaging devices, a plurality of transfer units are provided in one pixel so that signals from both parts of the two-part photoelectric conversion unit in the pixel having the two-part photoelectric conversion unit can be read independently. Since it must be provided, the aperture ratio of the photoelectric conversion unit is lowered, and as a result, the sensitivity is lowered.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焦点検出素子としての機能を併せ持つことを前提とした上で、1つの画素内に複数の光電変換部を設けないことで開口率低下やこれに伴う感度低下を回避しつつ、撮像した画像の画質の劣化を低減することができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and on the premise that it also has a function as a focus detection element, the aperture ratio is reduced by not providing a plurality of photoelectric conversion units in one pixel. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing deterioration in image quality of a captured image while avoiding a sensitivity decrease associated therewith, and an imaging apparatus using the same.

前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、前記光学系の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の第1の領域からの光束を受光して光電変換する複数の第1の画素と、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第2の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する複数の第2の画素と、を備え、前記複数の第1の画素が、前記被写体像に応じた画像を示す電気信号を得るために用いられ、前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素及び前記複数の第2の画素が、前記光学系の焦点調節状態を検出するための電気信号を得るために用いられるものである。   In order to solve the above-described problem, the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention is a solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system, and is substantially from the center of the exit pupil of the optical system. A plurality of first pixels that receive and photoelectrically convert a light beam from the first region of the exit pupil that is not decentered, and a second of the exit pupil that substantially forms part of the first region. A plurality of second pixels that selectively receive and photoelectrically convert a light beam from a second region of the exit pupil that is decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. The first pixel is used to obtain an electrical signal indicating an image corresponding to the subject image, and the first pixel in the vicinity of the plurality of second pixels of the plurality of first pixels, and The plurality of second pixels have an electric power for detecting a focus adjustment state of the optical system. And it is used to obtain the signal.

本発明の第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素及び前記複数の第2の画素を含む1つの焦点検出領域内には、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第3の領域であって前記射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する画素を含まないものである。   The solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention is the first aspect, wherein the first pixel and the plurality of second pixels in the vicinity of the plurality of second pixels among the plurality of first pixels. In the one focus detection region including the pixels, a third region of the exit pupil that substantially forms a part of the first region and is opposite to the predetermined direction from the center of the exit pupil It does not include a pixel that selectively receives a light beam from the third region of the exit pupil that is decentered in the direction and performs photoelectric conversion.

本発明の第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記第2の領域は前記第1の領域のほぼ半分の領域であるものである。   In the solid-state imaging device according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the second region is an approximately half region of the first region.

本発明の第4の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記第2の画素は前記第1の画素と同じ大きさの光電変換部を持ち、前記第2の画素の前記光電変換部が遮光部により部分的に遮光されることで、前記第2の画素が前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光するものである。   The solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to third aspects, wherein the second pixel has a photoelectric conversion unit having the same size as the first pixel. The photoelectric conversion part of the second pixel is partially shielded by the light shielding part, so that the second pixel selectively receives the light flux from the second region of the exit pupil.

本発明の第5の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記第2の画素は、前記第1の画素より小さい光電変換部を持つことで、前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光するものである。   The solid-state imaging device according to a fifth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the first to third aspects, wherein the second pixel has a photoelectric conversion unit smaller than the first pixel, so that the emission is performed. The light beam from the second region of the pupil is selectively received.

本発明の第6の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第5のいずれかの態様において、前記複数の第1の画素にはカラーフィルタが形成され、前記複数の第2の画素にはカラーフィルタが形成されていないものである。   In the solid-state imaging device according to the sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, a color filter is formed in the plurality of first pixels, and the plurality of second pixels includes A color filter is not formed.

本発明の第7の態様による撮像装置は、前記第1乃至第6のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記複数の第2の画素からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、備えたものである。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus including: a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth aspects; and a plurality of second pixels in the vicinity of the plurality of second pixels among the plurality of first pixels. And a detection processing unit that outputs a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system based on a signal from one pixel and signals from the plurality of second pixels.

本発明の第8の態様による撮像装置は、前記第7の態様において、前記検出処理部は、前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記複数の第2の画素からの信号に基づいて、前記複数の第2の画素と対をなす仮想の複数の第3の画素であって、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第3の領域であって前記射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する仮想の複数の第3の画素からの信号に対応する信号を得る対応信号取得部を、含むものである。   The imaging device according to an eighth aspect of the present invention is the imaging device according to the seventh aspect, wherein the detection processing unit starts with a first pixel in the vicinity of the plurality of second pixels among the plurality of first pixels. And a plurality of virtual third pixels that are paired with the plurality of second pixels based on signals from the plurality of second pixels and substantially the same as the first region. And selectively receiving a light beam from the third region of the exit pupil that is eccentric from the center of the exit pupil in a direction opposite to the predetermined direction. A correspondence signal acquisition unit that obtains a signal corresponding to signals from a plurality of virtual third pixels to be converted is included.

本発明の第9の態様による撮像装置は、前記第8の態様において、前記検出処理部は、前記複数の第2の画素からの信号と、前記対応信号取得部により得られた前記仮想の複数の第3の画素からの信号に対応する前記信号とに基づいて、前記複数の第2の画素のつながりにより出力される信号と前記仮想の複数の第3の画素のつながりにより出力される信号との位相差から、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を得る手段を、備えたものである。   The imaging device according to a ninth aspect of the present invention is the imaging device according to the eighth aspect, wherein the detection processing unit is configured to output the signals from the plurality of second pixels and the virtual plurality obtained by the corresponding signal acquisition unit. And a signal output by the connection of the plurality of second pixels and a signal output by the connection of the virtual plurality of third pixels based on the signal corresponding to the signal from the third pixel Means for obtaining a detection signal indicating the focus adjustment state of the optical system from the phase difference.

本発明の第10の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、前記光学系の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の第1の領域からの光束を受光して光電変換する複数の第1の画素と、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第2の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する1つ以上の第2の画素と、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第3の領域であって前記射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する1つ以上の第3の画素と、を備え、前記複数の第1の画素が、前記被写体像に応じた画像を示す電気信号を得るために用いられ、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第2の画素の近辺及び前記1つ以上の第3の画素の近辺の第1の画素、前記1つ以上の第2の画素、及び前記1つ以上の第3の画素が、前記光学系の焦点調節状態を検出するための電気信号を得るために用いられるものである。   A solid-state imaging device according to a tenth aspect of the present invention is a solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system, and the exit that is not substantially decentered from the center of the exit pupil of the optical system. A plurality of first pixels that receive and photoelectrically convert a light beam from a first region of the pupil, and a second region of the exit pupil that substantially forms part of the first region, the exit One or more second pixels that selectively receive and photoelectrically convert a light beam from the second region of the exit pupil that is decentered in the predetermined direction from the center of the pupil, and substantially one of the first regions. And selectively receiving a light beam from the third region of the exit pupil that is eccentric from the center of the exit pupil in a direction opposite to the predetermined direction. One or more third pixels to be converted, and the plurality of first pixels are the subject Used to obtain an electrical signal indicating an image corresponding to an image, and is provided in the vicinity of the one or more second pixels and the one or more third pixels of the plurality of first pixels. The first pixel, the one or more second pixels, and the one or more third pixels are used to obtain an electrical signal for detecting a focus adjustment state of the optical system. .

本発明の第11の態様による固体撮像素子は、前記第10の態様において、前記第2の領域は前記第1の領域のほぼ半分の領域であるものである。   The solid-state imaging device according to an eleventh aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the tenth aspect, wherein the second region is a substantially half region of the first region.

本発明の第12の態様による固体撮像素子は、前記第10又は第11の態様において、前記第3の領域は前記第1の領域のほぼ半分の領域であるものである。   In the solid-state imaging device according to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, the third region is a substantially half region of the first region.

本発明の第13の態様による固体撮像素子は、前記第10乃至第12のいずれかの態様において、前記第2の画素は前記第1の画素と同じ大きさの光電変換部を持ち、前記第2の画素の前記光電変換部が遮光部により部分的に遮光されることで、前記第2の画素が前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光するものである。   In a solid-state imaging device according to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to twelfth aspects, the second pixel has a photoelectric conversion unit having the same size as the first pixel. The photoelectric conversion part of the second pixel is partially shielded by the light shielding part, so that the second pixel selectively receives the light flux from the second region of the exit pupil.

本発明の第14の態様による固体撮像素子は、前記第10乃至第13のいずれかの態様において、前記第3の画素は前記第1の画素と同じ大きさの光電変換部を持ち、前記第3の画素の前記光電変換部が遮光部により部分的に遮光されることで、前記第3の画素が前記射出瞳の前記第3の領域からの光束を選択的に受光するものである。   The solid-state imaging device according to a fourteenth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the tenth to thirteenth aspects, wherein the third pixel has a photoelectric conversion unit having the same size as the first pixel. The photoelectric conversion part of the three pixels is partially shielded by the light shielding part, so that the third pixel selectively receives the light flux from the third region of the exit pupil.

本発明の第15の態様による固体撮像素子は、前記第10乃至第12のいずれかの態様において、前記第2の画素は、前記第1の画素より小さい光電変換部を持つことで、前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光するものである。   The solid-state imaging device according to a fifteenth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the second pixel has a photoelectric conversion unit smaller than the first pixel, so that the emission is performed. The light beam from the second region of the pupil is selectively received.

本発明の第16の態様による固体撮像素子は、前記第10乃至第12及び第15のいずれかの態様において、前記第3の画素は、前記第1の画素より小さい光電変換部を持つことで、前記射出瞳の前記第3の領域からの光束を選択的に受光するものである。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to twelfth and fifteenth aspects, the third pixel has a photoelectric conversion unit smaller than the first pixel. The light beam from the third region of the exit pupil is selectively received.

本発明の第17の態様による固体撮像素子は、前記第10乃至第16のいずれかの態様において、前記複数の第1の画素にはカラーフィルタが形成され、前記1つ以上の第2の画素及び前記1つ以上の第3の画素にはカラーフィルタが形成されていないものである。   In the solid-state imaging device according to a seventeenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to sixteenth aspects, a color filter is formed in the plurality of first pixels, and the one or more second pixels In addition, a color filter is not formed on the one or more third pixels.

本発明の第18の態様による撮像装置は、前記第10乃至第17のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第2の画素の近辺及び前記1つ以上の第3の画素の近辺の第1の画素からの信号、前記1つ以上の第2の画素からの信号、及び前記1つ以上の第3の画素からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、備えたものである。   An imaging apparatus according to an eighteenth aspect of the present invention is the vicinity of the solid-state imaging element according to any one of the tenth to seventeenth aspects and the one or more second pixels of the plurality of first pixels. And a signal from a first pixel in the vicinity of the one or more third pixels, a signal from the one or more second pixels, and a signal from the one or more third pixels. And a detection processing unit that outputs a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system.

本発明の第19の態様による撮像装置は、前記第18の態様において、前記検出処理部は、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第2の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記1つ以上の第2の画素からの信号に基づいて、前記1つ以上の第2の画素と対をなす仮想の1つ以上の第3の画素であって、前記射出瞳の前記第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する仮想の1つ以上の第3の画素からの信号に対応する信号を得る第1の対応信号取得部と、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第3の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記1つ以上の第3の画素からの信号に基づいて、前記1つ以上の第3の画素と対をなす仮想の1つ以上の第2の画素であって、前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する仮想の1つ以上の第2の画素からの信号に対応する信号を得る第2の対応信号取得部と、を含むものである。   The imaging device according to a nineteenth aspect of the present invention is the imaging device according to the eighteenth aspect, wherein the detection processing unit is a first one in the vicinity of the one or more second pixels of the plurality of first pixels. One or more virtual third pixels paired with the one or more second pixels based on a signal from the pixel and a signal from the one or more second pixels, the emission A first corresponding signal acquisition unit that obtains a signal corresponding to a signal from one or more virtual third pixels that selectively receive and photoelectrically convert a light beam from the third region of the pupil; One or more third pixels based on a signal from a first pixel in the vicinity of the one or more third pixels of the first pixel and a signal from the one or more third pixels. One or more virtual second pixels that form a pair with the three pixels, the luminous flux from the second region of the exit pupil By receiving the 択的 those comprising a second corresponding signal acquisition unit for obtaining a signal corresponding to the signal from one or more of the second pixel of the virtual converting photoelectrically, and.

本発明の第20の態様による撮像装置は、前記第19の態様において、前記検出処理部は、前記1つ以上の第2の画素からの信号と、前記1つ以上の第3の画素からの信号と、前記第1の対応信号取得部により得られた前記仮想の1つ以上の第3の画素からの信号に対応する前記信号と、前記第2の対応信号取得部により得られた前記仮想の1つ以上の第2の画素からの信号に対応する前記信号とに基づいて、前記1つ以上の第2の画素及び前記仮想の1つ以上の第2の画素のつながりにより出力される信号と前記1つ以上の第3の画素及び前記仮想の1つ以上の第3の画素のつながりにより出力される信号との位相差から、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を得る手段を、備えたものである。   In the imaging device according to a twentieth aspect of the present invention, in the nineteenth aspect, the detection processing unit receives signals from the one or more second pixels and from the one or more third pixels. A signal, the signal corresponding to the signal from the one or more virtual third pixels obtained by the first corresponding signal acquisition unit, and the virtual obtained by the second corresponding signal acquisition unit And a signal output by a connection of the one or more second pixels and the one or more second pixels based on the signal corresponding to the signal from the one or more second pixels. And a means for obtaining a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system from a phase difference between a signal output by connection of the one or more third pixels and the virtual one or more third pixels. , Which is provided.

本発明の第21の態様による撮像装置は、前記第7乃至第9並びに第18乃至第20のいずれかの態様において、前記検出処理部からの検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部を備えたものである。   An image pickup apparatus according to a twenty-first aspect of the present invention performs the focus adjustment of the optical system based on a detection signal from the detection processing unit in any of the seventh to ninth and eighteenth to twentieth aspects. It is equipped with an adjustment part.

本発明によれば、焦点検出素子としての機能を併せ持つことを前提とした上で、1つの画素内に複数の光電変換部を設けないことで開口率低下やこれに伴う感度低下を回避しつつ、撮像した画像の画質の劣化を低減することができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, on the premise of having a function as a focus detection element, a plurality of photoelectric conversion units are not provided in one pixel, thereby avoiding a decrease in aperture ratio and a corresponding decrease in sensitivity. Thus, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of reducing deterioration in image quality of a captured image and an imaging apparatus using the same.

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

[第1の実施の形態]   [First Embodiment]

図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置としてのデジタルスチルカメラの要部を模式的に示す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a main part of a digital still camera as an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.

本実施の形態によるカメラは、白黒のカメラとして構成され、被写体像を結像させる光学系としての撮像レンズ1と、撮像レンズ1の予定結像面に配置された白黒のCMOS型の固体撮像素子2と、固体撮像素子2からの信号を信号処理(増幅やA/D変換等)する信号処理部3と、モニタ画像等を表示する液晶表示部4と、撮像した画像をメモリカード等の記録媒体に記録する記録部5と、撮像レンズ1を構成する一部のレンズを駆動して撮像レンズ1の焦点を調節する調節部としてのレンズ駆動部6と、撮像レンズ1を構成する絞りを指令された絞り値にする絞り駆動部7と、シャッターボタン等の操作部8と、制御部9とを備えている。図示していないが、撮像レンズ1は、複数枚のレンズ及び絞りを含んでいる。   The camera according to the present embodiment is configured as a black and white camera, and includes an imaging lens 1 as an optical system for forming a subject image, and a monochrome CMOS solid-state imaging device arranged on a predetermined imaging plane of the imaging lens 1. 2, a signal processing unit 3 that performs signal processing (amplification, A / D conversion, etc.) on a signal from the solid-state imaging device 2, a liquid crystal display unit 4 that displays a monitor image, and the like, and records the captured image on a memory card or the like Commands a recording unit 5 for recording on a medium, a lens driving unit 6 as an adjusting unit that drives a part of the lenses constituting the imaging lens 1 and adjusts the focus of the imaging lens 1, and an aperture that constitutes the imaging lens 1 An aperture drive unit 7 for setting the aperture value, an operation unit 8 such as a shutter button, and a control unit 9 are provided. Although not shown, the imaging lens 1 includes a plurality of lenses and a diaphragm.

制御部9は、CPUやメモリ等を用いて構成されており、操作部8からの操作信号に応答して、固体撮像素子2の駆動を制御したり、記録部5の記録を制御したり、図示しない測光部からの信号に基づいて絞り駆動部7を制御して自動露光を実現したりする。また、制御部9は、固体撮像素子2から信号処理部3を経て得られた信号に基づいて、撮像レンズ1の焦点調節状態を検出する処理(焦点検出処理部10としての機能(焦点検出処理))を行い、その検出結果に応じてレンズ駆動部6を制御して、自動焦点調節を実現する。この自動焦点調節については、後に、図11を参照して詳述する。   The control unit 9 is configured using a CPU, a memory, and the like, and controls driving of the solid-state imaging device 2 in response to an operation signal from the operation unit 8, controls recording of the recording unit 5, An automatic exposure is realized by controlling the aperture driving unit 7 based on a signal from a photometric unit (not shown). The control unit 9 detects a focus adjustment state of the imaging lens 1 based on a signal obtained from the solid-state imaging device 2 via the signal processing unit 3 (function (focus detection processing as a focus detection processing unit 10)). )), And the lens driving unit 6 is controlled according to the detection result to realize automatic focus adjustment. This automatic focus adjustment will be described in detail later with reference to FIG.

図2は、図1中の固体撮像素子2を示す概略平面図である。本実施の形態では、図2に示すように、固体撮像素子2の撮像領域11には、中央に配置された十字状をなす2つの焦点検出領域12,13と、両側に配置された2つの焦点検出領域14,15と、上下に配置された2つの焦点検出領域16,17とが、設けられている。なお、図2に示すように、互いに直交するX軸及びY軸を定義する。また、X軸方向のうち矢印の向きを+X方向又は+X側、その反対の向きを−X方向又は−X側と呼び、Y軸方向についても同様とする。XY平面と平行な平面が固体撮像素子2の撮像面(受光面)と一致している。X軸方向の並びを行、Y軸方向の並びを列とする。これらの点は、後述する図についても同様である。   FIG. 2 is a schematic plan view showing the solid-state imaging device 2 in FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the imaging region 11 of the solid-state imaging device 2 includes two focus detection regions 12 and 13 having a cross shape disposed in the center and two regions disposed on both sides. Focus detection areas 14 and 15 and two focus detection areas 16 and 17 arranged above and below are provided. As shown in FIG. 2, an X axis and a Y axis that are orthogonal to each other are defined. The direction of the arrow in the X-axis direction is called the + X direction or + X side, and the opposite direction is called the -X direction or -X side, and the same applies to the Y-axis direction. A plane parallel to the XY plane coincides with the imaging surface (light receiving surface) of the solid-state imaging device 2. The arrangement in the X-axis direction is a row and the arrangement in the Y-axis direction is a column. These points are the same for the drawings described later.

図3は、図2における焦点検出領域12,13の交差部付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。説明の便宜上、図3に示すように、列番号及び行番号を付している。図3において、画素20は空欄とし、画素21には符号「L」を付し、画素22には符号「U」を付している。   FIG. 3 is a schematic enlarged view in which the vicinity of the intersection of the focus detection areas 12 and 13 in FIG. 2 is enlarged, and schematically shows the pixel arrangement. For convenience of explanation, column numbers and row numbers are given as shown in FIG. In FIG. 3, the pixel 20 is blank, the pixel 21 is labeled with “L”, and the pixel 22 is labeled with “U”.

本実施の形態では、図3に示すように、焦点検出領域12は、行番号7,8の2行においてジグザグ状に配置された画素21と、これらの2行において画素21間に配置された画素20とから構成されている。また、焦点検出領域13は、列番号7,8の2列においてジグザグ状に配置された画素22と、これらの2列において画素22間に配置された画素20とから構成されている。図面には示していないが、焦点検出領域14,15は、焦点検出領域13と同様に、2列において複数の画素22と複数の画素20とから構成されている。焦点検出領域16,17は、焦点検出領域12と同様に、2行において複数の画素21と複数の画素20とから構成されている。そして、固体撮像素子2の撮像領域11における焦点検出領域12〜17以外の領域の全ての画素は、画素20である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the focus detection area 12 is arranged between the pixels 21 arranged in zigzags in the two rows of row numbers 7 and 8 and between the pixels 21 in these two rows. And the pixel 20. The focus detection area 13 includes pixels 22 arranged in a zigzag manner in two columns of column numbers 7 and 8 and pixels 20 arranged between the pixels 22 in these two columns. Although not shown in the drawing, the focus detection areas 14 and 15 are composed of a plurality of pixels 22 and a plurality of pixels 20 in two columns, like the focus detection area 13. Similarly to the focus detection area 12, the focus detection areas 16 and 17 are composed of a plurality of pixels 21 and a plurality of pixels 20 in two rows. All the pixels in the area other than the focus detection areas 12 to 17 in the imaging area 11 of the solid-state imaging device 2 are pixels 20.

図4は、図3中の行番号が6〜9でかつ列番号が1,2の8個の画素(6個の画素20と2個の画素21(L))の概略拡大図である。図4では、各画素のマイクロレンズ32、及び、各画素における遮光金属層33の開口部33a,33bも模式的に示している。図5は、図4中のX1−X2線に沿った概略断面図である。   FIG. 4 is a schematic enlarged view of eight pixels (six pixels 20 and two pixels 21 (L)) having row numbers 6 to 9 and column numbers 1 and 2 in FIG. In FIG. 4, the microlens 32 of each pixel and the openings 33a and 33b of the light shielding metal layer 33 in each pixel are also schematically shown. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line X1-X2 in FIG.

各画素20,21(L)は、図4及び図5に示すように、光電変換部としてのフォトダイオード31と、フォトダイオード31上にオンチップで形成されたマイクロレンズ32とを備えている。また、マイクロレンズ32の略焦点面には、遮光部としての遮光金属層33が形成されている。遮光部は、金属層に限定されるものではなく、他の材料の膜で構成してもよい。遮光金属層33には、画素20において、当該画素20のマイクロレンズ32の光軸Oに対して同心の正方形の開口33aが形成されている。また、遮光金属層33には、画素21(L)において、当該画素21(L)のマイクロレンズ32の光軸Oに対して同心の正方形(開口33aと同じ大きさの正方形)のちょうど左側(−X側)半分の大きさの長方形の開口33bが形成されている。画素20のフォトダイオード31は、開口33aを通過した光を全て有効に受光し得る大きさを有している。画素21(L)のフォトダイオード31は、画素20のフォトダイオード31と同じ大きさを有している。画素20と画素21(L)とが異なる所は、前述したように、開口33aと開口33bの対応するマイクロレンズ32に対する位置と大きさのみである。なお、本実施の形態のように開口33bは開口33aの半分であることが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、開口33bは、当該画素21(L)のマイクロレンズ32の光軸Oに対して同心の正方形(開口33aと同じ大きさの正方形)の左側(−X側)40%程度又は60%程度の大きさの長方形の開口としてもよい。   As shown in FIGS. 4 and 5, each of the pixels 20 and 21 (L) includes a photodiode 31 as a photoelectric conversion unit, and a microlens 32 formed on-chip on the photodiode 31. A light shielding metal layer 33 as a light shielding part is formed on the substantially focal plane of the microlens 32. The light shielding portion is not limited to the metal layer, and may be composed of a film of another material. In the light shielding metal layer 33, in the pixel 20, a square opening 33 a concentric with the optical axis O of the microlens 32 of the pixel 20 is formed. In addition, the light shielding metal layer 33 has a pixel 21 (L) on the left side of a square concentric with the optical axis O of the microlens 32 of the pixel 21 (L) (a square having the same size as the opening 33a). -X side) A rectangular opening 33b having a half size is formed. The photodiode 31 of the pixel 20 has a size capable of effectively receiving all the light that has passed through the opening 33a. The photodiode 31 of the pixel 21 (L) has the same size as the photodiode 31 of the pixel 20. The difference between the pixel 20 and the pixel 21 (L) is only the position and size of the opening 33a and the opening 33b with respect to the corresponding microlens 32, as described above. Although the opening 33b is preferably half of the opening 33a as in the present embodiment, the present invention is not necessarily limited to this. For example, the opening 33b is about 40% or about 60% on the left side (−X side) of a concentric square (a square having the same size as the opening 33a) with respect to the optical axis O of the micro lens 32 of the pixel 21 (L). It is good also as a rectangular opening of the size.

本実施の形態では、画素20において、マイクロレンズ32の略焦点面に配置された遮光金属層33に前記開口33aが形成されていることによって、画素20のフォトダイオード31は、撮像レンズ1の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の第1の領域(開口33aのマイクロレンズ32による投影像に相当)からの光束を受光して光電変換することになる。また、画素21において、遮光金属層33に前記開口33bが形成されていることによって、画素21(L)のフォトダイオード31は、実質的に撮像レンズ1の射出瞳の前記第1の領域の一部(本実施の形態では半分)をなす前記射出瞳の領域であって前記射出瞳の中心から+X方向へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。   In the present embodiment, in the pixel 20, the opening 33 a is formed in the light-shielding metal layer 33 disposed substantially at the focal plane of the microlens 32, so that the photodiode 31 of the pixel 20 emits from the imaging lens 1. A light beam from the first region of the exit pupil (corresponding to a projection image by the microlens 32 of the opening 33a) that is not substantially decentered from the center of the pupil is received and photoelectrically converted. Further, in the pixel 21, the opening 33 b is formed in the light shielding metal layer 33, so that the photodiode 31 of the pixel 21 (L) is substantially one of the first regions of the exit pupil of the imaging lens 1. A light beam from a region of the exit pupil that forms a part (half in this embodiment) and decentered in the + X direction from the center of the exit pupil is selectively received and photoelectrically converted. Become.

なお、遮光金属層33とマイクロレンズ32との間や、基板34と遮光金属層33との間には、層間絶縁膜等が形成されている。   An interlayer insulating film or the like is formed between the light shielding metal layer 33 and the microlens 32 or between the substrate 34 and the light shielding metal layer 33.

図6(a)は画素22(U)の概略平面図であり、図6(b)は図6(a)中のY1−Y2線に沿った概略断面図である。図6(a)(b)において、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 6A is a schematic plan view of the pixel 22 (U), and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along line Y1-Y2 in FIG. 6A. 6 (a) and 6 (b), elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

画素22(U)が画素20,21(L)と異なる所は、画素22(U)において、遮光金属層33には、当該画素22(U)のマイクロレンズ32の光軸Oに対して同心の正方形(開口33aと同じ大きさの正方形)のちょうど上側(+Y側)半分の大きさの長方形の開口33cが形成されている点のみである。これによって、画素22(U)のフォトダイオード31は、実質的に撮像レンズ1の射出瞳の前記第1の領域の一部(本実施の形態では半分)をなす前記射出瞳の領域であって前記射出瞳の中心から−Y方向へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。   The pixel 22 (U) is different from the pixels 20 and 21 (L) in that the light shielding metal layer 33 is concentric with the optical axis O of the microlens 32 of the pixel 22 (U) in the pixel 22 (U). The only difference is that a rectangular opening 33c having a size just half the upper side (+ Y side) of the square (a square having the same size as the opening 33a) is formed. Thus, the photodiode 31 of the pixel 22 (U) is an area of the exit pupil that substantially forms a part of the first area of the exit pupil of the imaging lens 1 (half in the present embodiment). A light beam from the exit pupil region decentered in the −Y direction from the center of the exit pupil is selectively received and subjected to photoelectric conversion.

ここで、本実施の形態による撮像装置の固体撮像素子2では実際には用いられていないが仮想される画素23(R)、24(D)を、図7及び図8にそれぞれ示す。図7及び図8において、図4及び図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   Here, the pixels 23 (R) and 24 (D) which are not actually used in the solid-state imaging device 2 of the imaging apparatus according to the present embodiment but are virtually used are shown in FIGS. 7 and 8, respectively. 7 and 8, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

図7(a)は画素23(R)の概略平面図であり、図7(b)は図7(a)中のX3−X4線に沿った概略断面図である。画素23(R)が画素20,21(L)と異なる所は、画素23(R)において、遮光金属層33には、当該画素23(R)のマイクロレンズ32の光軸Oに対して同心の正方形(開口33aと同じ大きさの正方形)のちょうど右側(+X側)半分の大きさの長方形の開口33dが形成されている点のみである。これによって、画素23(R)のフォトダイオード31は、実質的に撮像レンズ1の射出瞳の前記第1の領域の一部(本実施の形態では半分)をなす前記射出瞳の領域であって前記射出瞳の中心から−X方向へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。   FIG. 7A is a schematic plan view of the pixel 23 (R), and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along line X3-X4 in FIG. 7A. The pixel 23 (R) is different from the pixels 20 and 21 (L) in that the light shielding metal layer 33 is concentric with the optical axis O of the microlens 32 of the pixel 23 (R) in the pixel 23 (R). This is only a point where a rectangular opening 33d having a size just half the right side (+ X side) of the square (a square having the same size as the opening 33a) is formed. Thereby, the photodiode 31 of the pixel 23 (R) is an area of the exit pupil that substantially forms a part of the first area (half in this embodiment) of the exit pupil of the imaging lens 1. A light beam from the exit pupil region decentered in the −X direction from the center of the exit pupil is selectively received and subjected to photoelectric conversion.

図8(a)は画素24(D)の概略平面図であり、図8(b)は図8(a)中のY3−Y4線に沿った概略断面図である。画素24(D)が画素20,22(U)と異なる所は、画素24(D)において、遮光金属層33には、当該画素24(D)のマイクロレンズ32の光軸Oに対して同心の正方形(開口33aと同じ大きさの正方形)のちょうど下側(−Y側)半分の大きさの長方形の開口33eが形成されている点のみである。これによって、画素24(D)のフォトダイオード31は、実質的に撮像レンズ1の射出瞳の前記第1の領域の一部(本実施の形態では半分)をなす前記射出瞳の領域であって前記射出瞳の中心から+Y方向へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。   FIG. 8A is a schematic plan view of the pixel 24D, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along line Y3-Y4 in FIG. The pixel 24 (D) is different from the pixels 20 and 22 (U) in the pixel 24 (D), in which the light shielding metal layer 33 is concentric with the optical axis O of the microlens 32 of the pixel 24 (D). This is only the point that a rectangular opening 33e having a size just half the lower side (-Y side) of the square (a square having the same size as the opening 33a) is formed. Thus, the photodiode 31 of the pixel 24 (D) is an area of the exit pupil that substantially forms a part of the first area of the exit pupil of the imaging lens 1 (half in the present embodiment). The light beam from the exit pupil region decentered in the + Y direction from the center of the exit pupil is selectively received and photoelectrically converted.

図9は、図1中の固体撮像素子2の概略構成を示す電気回路図である。図9では、画素20,21(L),22(U)を、それらのいずれであるかを区別することなく、符号100で示している。それらのいずれの画素も回路構成は同一である。すなわち、画素100は、図9に示すように、フォトダイオード31の他に、フォトダイオード31で発生した信号に基づく増幅信号を生成する増幅用MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)35と、増幅用MOSFET35の入力を所定電圧にリセットするリセットスイッチ36と、増幅用MOSFET35のソース電極と垂直出力線38との間の導通を制御する選択スイッチ39と、フォトダイオード31と増幅用MOSFET35のゲート電極との間の導通を制御する転送スイッチ40とを備えている。この画素100の回路構成は、CMOS固体撮像素子の単位画素の回路構成として一般的なものである。   FIG. 9 is an electric circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 2 in FIG. In FIG. 9, the pixels 20, 21 (L), and 22 (U) are denoted by reference numeral 100 without distinguishing between them. All of these pixels have the same circuit configuration. That is, as shown in FIG. 9, in addition to the photodiode 31, the pixel 100 includes an amplification MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 35 that generates an amplification signal based on a signal generated by the photodiode 31, and an amplification A reset switch 36 that resets the input of the MOSFET 35 to a predetermined voltage, a selection switch 39 that controls conduction between the source electrode of the amplification MOSFET 35 and the vertical output line 38, and a photodiode 31 and a gate electrode of the amplification MOSFET 35. And a transfer switch 40 for controlling conduction between the two. The circuit configuration of the pixel 100 is a general circuit configuration of a unit pixel of a CMOS solid-state imaging device.

なお、図9では、2行×2列の画素のみを代表して示しているが、固体撮像素子2の画素数は、特に限定されるものではない。実際には、例えば、各行や各列には、数十から数千の画素が配置され、画素数を多くして解像を高める。   In FIG. 9, only the pixels of 2 rows × 2 columns are representatively shown, but the number of pixels of the solid-state imaging device 2 is not particularly limited. Actually, for example, tens to thousands of pixels are arranged in each row and each column, and resolution is increased by increasing the number of pixels.

固体撮像素子2は、図9に示すように、画素100の他に、各画素100の増幅用MOSFET35、転送スイッチ40、リセットスイッチ36のオン/オフを制御する垂直走査回路41と、各画素100からの信号を読み出すための定電流源42と、各画素100から読み出された信号を伝送する垂直出力線38と、各画素100から読み出された信号を蓄積する信号蓄積部43と、信号蓄積部43に蓄積された信号の読み出しを制御する水平走査回路44と、各画素100の暗信号(ノイズ信号)を信号蓄積部11へ蓄積させるための転送ゲート44aと、明信号(ノイズ信号が重畳された光応答信号)を信号蓄積部11へ蓄積させるための転送ゲート44bと、を備えている。   As shown in FIG. 9, the solid-state imaging device 2 includes, in addition to the pixel 100, a vertical scanning circuit 41 that controls on / off of the amplification MOSFET 35, the transfer switch 40, and the reset switch 36 of each pixel 100, and each pixel 100. A constant current source 42 for reading a signal from each pixel, a vertical output line 38 for transmitting a signal read from each pixel 100, a signal storage unit 43 for storing a signal read from each pixel 100, and a signal A horizontal scanning circuit 44 that controls reading of the signal accumulated in the accumulation unit 43, a transfer gate 44a for accumulating the dark signal (noise signal) of each pixel 100 in the signal accumulation unit 11, and a bright signal (noise signal is generated). A transfer gate 44b for storing the superimposed optical response signal) in the signal storage unit 11.

リセットスイッチ36,選択スイッチ39及び転送スイッチ40の各ゲート電極には、図1中の制御部9の制御下で垂直走査回路41から、制御信号φRES(n)、φSEL(n)、φTX(n)が印加される。ここで、nは任意の行を示す正の整数である。また、信号蓄積部43には、図1中の制御部9の制御下で水平走査回路42から、制御信号φH(m)が印加される。ここで、mは任意の列を示す正の整数である。なお、信号蓄積部43は、制御信号φH(m)によって、水平走査期間において、各列の明信号及び暗信号を列毎にシリアルに順次出力するが、暗信号と明信号はパラレルに出力するようになっている。転送ゲート44a,44bのゲート電極には、図1中の制御部9から、それぞれ制御信号φTS,φTNが印加される。   Control signals φRES (n), φSEL (n), φTX (n) are applied to the gate electrodes of the reset switch 36, the selection switch 39, and the transfer switch 40 from the vertical scanning circuit 41 under the control of the control unit 9 in FIG. ) Is applied. Here, n is a positive integer indicating an arbitrary row. Further, a control signal φH (m) is applied to the signal storage unit 43 from the horizontal scanning circuit 42 under the control of the control unit 9 in FIG. Here, m is a positive integer indicating an arbitrary column. The signal storage unit 43 sequentially outputs the bright signal and the dark signal of each column serially for each column in the horizontal scanning period by the control signal φH (m), but outputs the dark signal and the bright signal in parallel. It is like that. Control signals φTS and φTN are respectively applied to the gate electrodes of the transfer gates 44a and 44b from the control unit 9 in FIG.

次に、固体撮像素子2の動作について、図10を参照して説明する。図10は、固体撮像素子2の動作を示すタイミングチャートである。   Next, the operation of the solid-state imaging device 2 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device 2.

垂直走査回路41によってある行(以下第n行であるとする)が選択されたとき、まずリセット信号φRES(n)がローとなり、リセットスイッチ36がオフする。   When a certain row (hereinafter referred to as the nth row) is selected by the vertical scanning circuit 41, first, the reset signal φRES (n) becomes low, and the reset switch 36 is turned off.

次に、選択信号φSEL(n)がハイとなり、選択スイッチ39がオンとなることで、増幅用MOSFET35のソースが垂直出力線38と導通し、選択された画素100と定電流源42によって、ソースフォロワ回路が形成される。   Next, when the selection signal φSEL (n) becomes high and the selection switch 39 is turned on, the source of the amplifying MOSFET 35 is brought into conduction with the vertical output line 38, and the source is selected by the selected pixel 100 and the constant current source 42. A follower circuit is formed.

続いて、φTNがハイとなり、転送ゲート44bを介して画素100のリセット状態に対応する暗信号(ノイズ信号)が信号蓄積部43に読み出される。この後、転送パルスφTX(n)によって転送スイッチ40が一定期間オンとなり、光電変換素子1で発生した光信号が増幅MOSFET2のゲートに転送される。   Subsequently, φTN becomes high, and a dark signal (noise signal) corresponding to the reset state of the pixel 100 is read out to the signal storage unit 43 via the transfer gate 44b. Thereafter, the transfer switch 40 is turned on for a certain period by the transfer pulse φTX (n), and the optical signal generated in the photoelectric conversion element 1 is transferred to the gate of the amplification MOSFET 2.

引き続き、φTSがハイとなり、転送ゲート44aを介して光信号に対応した明信号が信号蓄積部43に読み出される。   Subsequently, φTS goes high, and a bright signal corresponding to the optical signal is read out to the signal storage unit 43 via the transfer gate 44a.

その後、この第n行についての水平走査期間とされる。この水平走査期間では、水平走査回路44から制御信号φH(m)を信号蓄積部43に与えることで、信号蓄積部43は、各列の明信号及び暗信号を列毎にシリアルに順次出力する。図1中の信号処理回路3は、これらの信号を増幅し、更に各画素からの信号毎に明信号から暗信号を差し引いたものを画素信号とし、この画素信号をA/D変換する。このように、相関のある明信号と暗信号との差分を実行することにより、ノイズの少ない良好な光応答出力が得られる。   Thereafter, the horizontal scanning period for the nth row is set. In this horizontal scanning period, the horizontal scanning circuit 44 supplies the control signal φH (m) to the signal storage unit 43, so that the signal storage unit 43 sequentially outputs the bright signal and the dark signal of each column serially for each column. . The signal processing circuit 3 in FIG. 1 amplifies these signals, further subtracts the dark signal from the bright signal for each signal from each pixel, and converts this pixel signal to A / D conversion. In this way, by executing the difference between the correlated bright signal and dark signal, a good optical response output with less noise can be obtained.

以上の動作を、全ての行について順次行うことで、固体撮像素子2の全画素100の画素信号(すなわち、全ての画素20,21(L),22(U)の画素信号)が、デジタル信号として信号処理部3から得られる。   By sequentially performing the above operation for all rows, the pixel signals of all the pixels 100 of the solid-state imaging device 2 (that is, the pixel signals of all the pixels 20, 21 (L), 22 (U)) are converted into digital signals. As obtained from the signal processing unit 3.

次に、制御部9が実行する自動焦点調節処理について、図11を参照して説明する。   Next, the automatic focus adjustment process executed by the control unit 9 will be described with reference to FIG.

制御部9は、例えば操作部8のシャッターボタンが半押しされると自動焦点調節処理を開始し、まず、固体撮像素子2に制御信号を送って図10を参照して説明した動作を固体撮像素子2に行わせ、信号処理部3から全ての画素20,21(L),22(U)の画素信号を得て、これらを、制御部9が有するメモリ(図示せず)内に取り込む(ステップS1)。   For example, when the shutter button of the operation unit 8 is half-pressed, the control unit 9 starts an automatic focus adjustment process. First, the control unit 9 sends a control signal to the solid-state imaging device 2 to perform the operation described with reference to FIG. The pixel signal of all the pixels 20, 21 (L), 22 (U) is obtained from the signal processing unit 3 and taken into a memory (not shown) included in the control unit 9 (see FIG. 2). Step S1).

次に、制御部9は、現在設定されている焦点調節モードが、例えば図2及び図3に示す焦点検出領域12のみに基づいて焦点調節を行うモード(以下、「焦点検出領域12モード」という。)である場合は、ステップS2において、ステップS1で取り込んだ画素信号のうち、焦点検出領域12内の各画素21(L)の信号とその近辺の画素20の信号とに基づいて、画素21(L)と対をなす仮想の図7に示す画素23(R)からの信号に対応する信号を算出する。   Next, the control unit 9 determines that the currently set focus adjustment mode is a mode in which focus adjustment is performed only based on, for example, the focus detection area 12 shown in FIGS. 2 and 3 (hereinafter referred to as “focus detection area 12 mode”). .)), In step S2, the pixel 21 based on the signal of each pixel 21 (L) in the focus detection area 12 and the signal of the pixel 20 in the vicinity thereof among the pixel signals captured in step S1. A signal corresponding to the signal from the virtual pixel 23 (R) shown in FIG. 7 paired with (L) is calculated.

具体的には、例えば、図3中の第8行第1列(行番号が8でかつ列番号1)の画素20の画素信号(画素値)から第7行第1列の画素21(L)の画素信号を差し引いたもの、あるいは、第8行第1列の画素20の画素信号と第6行第1列の画素20の画素信号との平均から第7行第1列の画素21(L)の画素信号を差し引いたものを、第7行第1列の画素21(L)の画素信号に対応する画素信号として取得する。また、第7行第2列の画素20の画素信号から第8行第2列の画素21(L)の画素信号を差し引いたもの、あるいは、第7行第2列の画素20の画素信号と第9行第2列の画素20の画素信号との平均から第8行第2列の画素21(L)の画素信号を差し引いたものを、第8行第2列の画素21(L)の画素信号に対応する画素信号として取得する。同様にして、焦点検出領域12内の他の各画素21(L)の画素信号に対応する信号を取得する。   Specifically, for example, the pixel signal (pixel value) of the pixel 20 in the eighth row and first column (row number 8 and column number 1) in FIG. ) Or the average of the pixel signal of the pixel 20 of the eighth row and first column and the pixel signal of the pixel 20 of the sixth row and first column, and the pixel 21 ( The pixel signal obtained by subtracting the pixel signal of (L) is acquired as the pixel signal corresponding to the pixel signal of the pixel 21 (L) in the seventh row and first column. Further, the pixel signal of the pixel 20 of the eighth row and the second column subtracted from the pixel signal of the pixel 20 of the seventh row and the second column, or the pixel signal of the pixel 20 of the seventh row and the second column The average of the pixel signal of the pixel 20 of the 9th row and the 2nd column and the pixel signal of the pixel 21 (L) of the 8th row and 2nd column is subtracted from the average of the pixel signal of the pixel 21 (L) of the 8th row and 2nd column. Obtained as a pixel signal corresponding to the pixel signal. Similarly, a signal corresponding to the pixel signal of each of the other pixels 21 (L) in the focus detection area 12 is acquired.

これらは、撮像レンズ1の射出瞳の中心から実質的に偏心していない第1の領域からの光量(画素20の画素信号に相当)から、前記第1の領域の半分の領域からの光量(画素21(L)の画素信号に相当)を差し引けば、前記第1の領域の反対側の半分の領域からの光量(実際には画素により検出していない光量であって、仮想の画素23(R)の画素信号に相当)が分かるという、本発明者により得られた新たな知見に基づくものである。   These are the amount of light from the first region (corresponding to the pixel signal of the pixel 20) that is not substantially decentered from the center of the exit pupil of the imaging lens 1, and the amount of light from the half region of the first region (pixel 21 (L) corresponding to the pixel signal) is subtracted, the light amount from the opposite half region of the first region (the light amount not actually detected by the pixel and the virtual pixel 23 ( This is based on the new knowledge obtained by the present inventor that the pixel signal of R) is known.

また、現在設定されている焦点調節モードが、例えば図2及び図3に示す全ての焦点検出領域12〜17に基づいて焦点調節を行うモード(以下、「全焦点検出領域モード」という。)である場合は、ステップS2において、焦点検出領域12について前述したように焦点検出領域12内の各画素21(L)の画素信号に対応する信号を取得する他、各焦点検出領域13〜17についても、同様に、当該焦点検出領域12の各画素22(L)又は各画素22(U)の画素信号に対応する信号を取得する。   In addition, the currently set focus adjustment mode is a mode in which focus adjustment is performed based on, for example, all the focus detection areas 12 to 17 shown in FIGS. 2 and 3 (hereinafter referred to as “all focus detection area mode”). If there is, in step S2, the signal corresponding to the pixel signal of each pixel 21 (L) in the focus detection region 12 is acquired as described above for the focus detection region 12, and also for each focus detection region 13-17. Similarly, a signal corresponding to the pixel signal of each pixel 22 (L) or each pixel 22 (U) in the focus detection region 12 is acquired.

例えば、焦点検出領域13については、ステップS1で取り込んだ画素信号のうち、焦点検出領域13内の各画素22(U)の信号とその近辺の画素20の信号とに基づいて、画素22(U)と対をなす仮想の図8に示す画素24(D)からの信号に対応する信号を算出する。具体的には、例えば、図3中の第1行第8列の画素20の画素信号から第1行第7列の画素22(U)の画素信号を差し引いたもの、あるいは、第1行第6列の画素20の画素信号と第1行第8列の画素20の画素信号との平均から第1行第7列の画素22(U)の画素信号を差し引いたものを、第1行第7列の画素22(U)の画素信号に対応する画素信号として取得する。また、第2行第7列の画素20の画素信号から第2行第8列の画素22(U)の画素信号を差し引いたもの、あるいは、第2行第7列の画素20の画素信号と第2行第9列の画素20の画素信号との平均から第2行第8列の画素22(U)の画素信号を差し引いたものを、第2行第8列の画素22(U)の画素信号に対応する画素信号として取得する。同様にして、焦点検出領域13内の他の各画素21(L)の画素信号に対応する信号を取得する。   For example, for the focus detection area 13, the pixel 22 (U) is selected based on the signal of each pixel 22 (U) in the focus detection area 13 and the signal of the pixel 20 in the vicinity of the pixel signal captured in step S 1. A signal corresponding to the signal from the pixel 24 (D) shown in FIG. Specifically, for example, a signal obtained by subtracting the pixel signal of the pixel 22 (U) in the first row and the seventh column from the pixel signal of the pixel 20 in the first row and the eighth column in FIG. A value obtained by subtracting the pixel signal of the pixel 22 (U) in the first row and the seventh column from the average of the pixel signal of the pixel 20 in the sixth column and the pixel signal of the pixel 20 in the first row and the eighth column is the first row and the second row. Obtained as pixel signals corresponding to the pixel signals of the seven columns of pixels 22 (U). Also, the pixel signal of the pixel 20 of the second row and eighth column subtracted from the pixel signal of the pixel 22 (U) of the second row and eighth column, or the pixel signal of the pixel 20 of the second row and seventh column A value obtained by subtracting the pixel signal of the pixel 22 (U) in the second row and eighth column from the average of the pixel signal of the pixel 20 in the second row and ninth column is the pixel 22 (U) in the second row and eighth column. Obtained as a pixel signal corresponding to the pixel signal. Similarly, a signal corresponding to the pixel signal of each of the other pixels 21 (L) in the focus detection area 13 is acquired.

次に、ステップS3において、制御部9は、現在設定されている焦点調節モードが焦点検出領域12モードの場合は、ステップS1で取り込んだ画素信号のうちの焦点検出領域12内の全ての画素21(L)のつながりにより出力される信号(すなわち、焦点検出領域12内の全ての画素21(L)の画素信号を列順に並べたときにそれらが全体としてなす信号)と、仮想の図7に示す画素23(R)のつながりにより出力される信号(すなわち、焦点検出領域12内の全ての画素21(L)に対応してステップS2で得た信号を列順に並べたときにそれらが全体としてなす信号)との位相差を演算することで、焦点検出領域12におけるデフォーカス量を、撮像レンズ1の焦点調節状態を示す検出信号として演算する。その演算手法自体は、瞳分割位相差方式で知られている演算手法を用いればよい。   Next, in step S3, when the currently set focus adjustment mode is the focus detection area 12 mode, the control unit 9 determines that all the pixels 21 in the focus detection area 12 among the pixel signals captured in step S1. The signal output by the connection of (L) (that is, the signal formed as a whole when the pixel signals of all the pixels 21 (L) in the focus detection region 12 are arranged in the column order) and the virtual FIG. When the signals obtained in step S2 are arranged in the order of columns corresponding to all the pixels 21 (L) in the focus detection region 12, they are output as a whole. The defocus amount in the focus detection area 12 is calculated as a detection signal indicating the focus adjustment state of the imaging lens 1 by calculating the phase difference with the signal formed. As the calculation method itself, a calculation method known by a pupil division phase difference method may be used.

現在設定されている焦点調節モードが全焦点検出領域モードの場合は、制御部9は、前述したように焦点検出領域12に関してデフォーカス量を演算する他、各焦点検出領域13〜17についても、同様に、当該焦点検出領域に関してデフォーカス量を演算する。   When the currently set focus adjustment mode is the all-focus detection area mode, the control unit 9 calculates the defocus amount with respect to the focus detection area 12 as described above, and also for each of the focus detection areas 13 to 17. Similarly, a defocus amount is calculated for the focus detection area.

以上説明したステップS2,S3が、制御部9における焦点検出処理部10としての機能に相当している。   Steps S <b> 2 and S <b> 3 described above correspond to the function as the focus detection processing unit 10 in the control unit 9.

ステップS3の後、ステップS4において、制御部9は、現在設定されている焦点検出モードが焦点検出領域12モードの場合は、ステップS3で求めた焦点検出領域12に関するデフォーカス量に基づいてそのデフォーカス量がゼロになるように、レンズ駆動部6に焦点調節指令信号を出力する。その結果、レンズ駆動部6が撮像レンズ1の焦点状態を調節して、焦点検出領域12において合焦する。   After step S3, in step S4, if the currently set focus detection mode is the focus detection region 12 mode, the control unit 9 performs the defocusing based on the defocus amount related to the focus detection region 12 obtained in step S3. A focus adjustment command signal is output to the lens driving unit 6 so that the focus amount becomes zero. As a result, the lens driving unit 6 adjusts the focus state of the imaging lens 1 and focuses in the focus detection region 12.

現在設定されている焦点検出モードが全焦点検出領域モードの場合は、ステップS3で求めた各焦点検出領域のデフォーカス量に基づいて決定した調節後の焦点調節状態となるように、レンズ駆動部6に焦点調節指令信号を出力する。その結果、レンズ駆動部6が撮像レンズ1の焦点状態を調節して、前記決定した焦点調節状態となる。   When the currently set focus detection mode is the all-focus detection area mode, the lens driving unit is set so that the adjusted focus adjustment state determined based on the defocus amount of each focus detection area obtained in step S3. 6 outputs a focus adjustment command signal. As a result, the lens driving unit 6 adjusts the focus state of the imaging lens 1 to be in the determined focus adjustment state.

そして、シャッターボタンを全押しすると、制御部9による制御下で、図10を参照して説明した動作を固体撮像素子2に行わせ、信号処理部3から全ての画素20,21(L),22(U)の画素信号が得られ、更に、信号制御部3において、画素21(L),22(U)の位置に関する補間処理が行われ、画素20の画素信号と、画素21(L),22(U)の位置の補間処理により得た画素信号とからなる画像(撮像画像)が、記録部5によって記録媒体に書き込まれる。   Then, when the shutter button is fully pressed, the operation described with reference to FIG. 10 is performed by the solid-state imaging device 2 under the control of the control unit 9, and all the pixels 20, 21 (L), 22 (U) pixel signals are obtained, and the signal control unit 3 performs interpolation processing on the positions of the pixels 21 (L) and 22 (U), and the pixel signal of the pixel 20 and the pixel 21 (L). , 22 (U), an image (captured image) composed of pixel signals obtained by interpolation processing is written by the recording unit 5 on a recording medium.

前述した特許文献1に開示された固体撮像素子は、複数の撮像用画素の他に、複数の第1の焦点検出用画素(特許文献1において符号「S1」が付された画素)と、複数の第2の焦点検出用画素(特許文献1において符号「S2」が付された画素)とを備え、焦点検出には、第1及び第2の焦点検出用画素のみが用いられ、複数の撮像用画素は用いられない。この従来技術に準じて、本実施の形態による固体撮像素子2を変形すると、図12に示す比較例による固体撮像素子となる。   In addition to the plurality of imaging pixels, the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 described above includes a plurality of first focus detection pixels (pixels to which “S1” is attached in Patent Document 1), and a plurality of pixels. Second focus detection pixels (pixels labeled with “S2” in Patent Document 1), and only the first and second focus detection pixels are used for focus detection, and a plurality of imaging is performed. No pixel is used. If the solid-state imaging device 2 according to the present embodiment is modified in accordance with this prior art, a solid-state imaging device according to the comparative example shown in FIG. 12 is obtained.

図12は、本実施の形態による固体撮像素子2と比較される比較例による固体撮像素子を示す一部拡大平面図であり、図3に対応している。図12において、図3乃至図8中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 12 is a partially enlarged plan view showing a solid-state image sensor according to a comparative example compared with the solid-state image sensor 2 according to the present embodiment, and corresponds to FIG. 12, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 3 to 8 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

図12を図3と比較すればわかるように、図12では、図3において画素20が配置されていた複数の箇所に、画素20に代えて、図7に示す画素23(R)及び図8に示す画素24(D)が現実に配置されている。すなわち、図12では、画素23(R)が現実に行番号9,10の2行においてジグザグ状に配置され、画素24(D)が現実に列番号9,10の2列においてジグザグ状に配置されている。   As can be seen by comparing FIG. 12 with FIG. 3, in FIG. 12, instead of the pixel 20, the pixel 23 (R) shown in FIG. The pixel 24 (D) shown in FIG. That is, in FIG. 12, the pixels 23 (R) are actually arranged in a zigzag manner in the two rows with row numbers 9 and 10, and the pixels 24 (D) are actually arranged in a zigzag manner in the two columns with column numbers 9 and 10. Has been.

図12に示す固体撮像素子を用いる場合、図11中のステップS2は行われず、ステップS3において、例えば現在設定されている焦点検出モードが焦点検出領域12モードの場合は、制御部9は、ステップS1で取り込んだ画素信号のうちの焦点検出領域12内の全ての画素21(L)のつながりにより出力される信号(すなわち、焦点検出領域12内の全ての画素21(L)の画素信号を列順に並べたときにそれらが全体としてなす信号)と、ステップS1で取り込んだ画素信号のうちの焦点検出領域12内の全ての画素23(R)のつながりにより出力される信号(すなわち、焦点検出領域12内の全ての画素23(R)の画素信号を列順に並べたときにそれらが全体としてなす信号)との位相差を演算することで、焦点検出領域12におけるデフォーカス量を、撮像レンズ1の焦点調節状態を示す検出信号として演算する。   When the solid-state imaging device shown in FIG. 12 is used, step S2 in FIG. 11 is not performed. In step S3, for example, when the currently set focus detection mode is the focus detection region 12 mode, the control unit 9 Of the pixel signals captured in S1, a signal output by the connection of all the pixels 21 (L) in the focus detection area 12 (that is, the pixel signals of all the pixels 21 (L) in the focus detection area 12 are arranged in a column. Signals formed as a whole when they are arranged in sequence) and signals output by the connection of all the pixels 23 (R) in the focus detection area 12 among the pixel signals captured in step S1 (that is, the focus detection area) 12 is calculated by calculating the phase difference between the pixel signals of all the pixels 23 (R) in the pixel 12 and the signals formed as a whole when the pixel signals are arranged in the column order. The definitive defocus amount is calculated as a detection signal indicating a focusing state of the imaging lens 1.

図12に示す比較例による固体撮像素子では、焦点検出のためにのみに用いられて画像撮像時には用いることができない画素21(L)、22(U),23(R),24(D)の数が多いので、撮像した画像の画質の劣化は大きい。   In the solid-state imaging device according to the comparative example shown in FIG. 12, pixels 21 (L), 22 (U), 23 (R), and 24 (D) that are used only for focus detection and cannot be used during image capturing. Since there are many numbers, degradation of the image quality of the captured image is large.

これに対し、本実施の形態では、図3に示すように、焦点検出のためにのみに用いられて画像撮像時には用いることができない画素21(L)、22(U)の数は、図12の場合の半分ですむため、撮像した画像の画質の劣化を大幅に低減することができる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the number of pixels 21 (L) and 22 (U) that are used only for focus detection and cannot be used at the time of image capturing are as shown in FIG. Therefore, the degradation of the image quality of the captured image can be greatly reduced.

また、本実施の形態では、画素に対して1対1にフォトダイオード31が設けられており、1画素当たりに複数のフォトダイオードを設けるものではないため、1画素内に複数の転送部を設ける必要がない。よって、本実施の形態によれば、前記特許文献2に開示された固体撮像素子の場合と異なり、開口率低下やこれに伴う感度低下を回避することができる。   In this embodiment, photodiodes 31 are provided on a one-to-one basis with respect to a pixel, and a plurality of photodiodes are not provided for each pixel. Therefore, a plurality of transfer units are provided in one pixel. There is no need. Therefore, according to the present embodiment, unlike the case of the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 2, it is possible to avoid a decrease in aperture ratio and a decrease in sensitivity associated therewith.

さらに、本実施の形態では、焦点検出領域12,16,17は、撮像レンズ1の射出瞳を左右に分割し得るような画素20,21(L)で構成されている。したがって、焦点検出領域12,16,17を用いることで、例えば、縦縞模様の像を撮像するときに焦点検出しやすくなる。また、焦点検出領域13〜15は、撮像レンズ1の射出瞳を上下に分割し得るような画素20,22(U)で構成されている。したがって、焦点検出領域13〜15を用いることで、例えば、横縞模様の像を撮像するときに焦点検出しやすくなる。   Further, in the present embodiment, the focus detection areas 12, 16, and 17 are configured with pixels 20 and 21 (L) that can divide the exit pupil of the imaging lens 1 into left and right. Therefore, by using the focus detection areas 12, 16, and 17, for example, it becomes easy to detect the focus when capturing an image of a vertical stripe pattern. The focus detection regions 13 to 15 are configured by pixels 20 and 22 (U) that can divide the exit pupil of the imaging lens 1 into upper and lower portions. Therefore, by using the focus detection regions 13 to 15, for example, it becomes easier to detect the focus when capturing a horizontal stripe pattern image.

さらにまた、本実施の形態では、画素21(L),22(U)がジグザグ状に配置されている。したがって、画素21(L),22(U)を直線状に配置する場合に比べて、撮像画質への影響がより少なくなり、好ましい。もっとも、本発明では、このような配置に限定されるものではなく、画素21(L),22(U)を例えば直線状に配置してもよい。   Furthermore, in this embodiment, the pixels 21 (L) and 22 (U) are arranged in a zigzag shape. Therefore, compared with the case where the pixels 21 (L) and 22 (U) are arranged in a straight line, the influence on the picked-up image quality is reduced, which is preferable. However, the present invention is not limited to such an arrangement, and the pixels 21 (L) and 22 (U) may be arranged in a straight line, for example.

[第2の実施の形態]   [Second Embodiment]

図13は、本発明の第2の実施の形態による撮像装置としてのデジタルスチルカメラで用いられている固体撮像素子を示す一部拡大平面図であり、図3に対応している。図13において、図3乃至図7中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。   FIG. 13 is a partially enlarged plan view showing a solid-state imaging device used in a digital still camera as an imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 13, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 3 to 7 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.

本実施の形態によるカメラが前記第1の実施の形態によるカメラと異なる所は、固体撮像素子の構成と、これに伴う図11中のステップS2,S3の処理内容のみである。   The camera according to the present embodiment differs from the camera according to the first embodiment only in the configuration of the solid-state imaging device and the processing contents of steps S2 and S3 in FIG.

図13に示す固体撮像素子が前記第1の実施の形態で用いられている図3等に示す固体撮像素子2と異なる所は、図13に示す固体撮像素子では、図3における焦点検出領域12内の第8行の列の各画素21(L)が、図7に示す画素23(R)で置き換えられている点のみである。   The solid-state imaging device shown in FIG. 13 is different from the solid-state imaging device 2 shown in FIG. 3 or the like used in the first embodiment except that the solid-state imaging device shown in FIG. The only difference is that each pixel 21 (L) in the column of the eighth row is replaced with a pixel 23 (R) shown in FIG.

本実施の形態では、図11中のステップS2において、制御部9は、現在設定されている焦点調節モードが焦点検出領域12モードの場合は、ステップS1で取り込んだ画素信号のうち、焦点検出領域12内の各画素21(L)の信号とその近辺の画素20の信号とに基づいて、画素21(L)と対をなす仮想の図7に示す画素23(R)からの信号に対応する信号を算出する。また、制御部9は、ステップS1で取り込んだ画素信号のうち、焦点検出領域12内の各画素23(R)の信号とその近辺の画素20の信号とに基づいて、画素23(R)と対をなす仮想の図3及び図4に示すような画素21(L)からの信号に対応する信号を算出する。   In the present embodiment, in step S2 in FIG. 11, when the currently set focus adjustment mode is the focus detection region 12 mode, the control unit 9 performs the focus detection region out of the pixel signals captured in step S1. 12 corresponds to a signal from a virtual pixel 23 (R) shown in FIG. 7 that forms a pair with the pixel 21 (L), based on the signal of each pixel 21 (L) in FIG. Calculate the signal. Further, the control unit 9 determines the pixel 23 (R) and the pixel 23 (R) based on the signal of each pixel 23 (R) in the focus detection area 12 and the signal of the pixel 20 in the vicinity thereof among the pixel signals captured in step S1. A signal corresponding to the signal from the pixel 21 (L) as shown in FIG. 3 and FIG. 4 forming a pair is calculated.

具体的には、例えば、図3中の第8行第1列(行番号が8でかつ列番号1)の画素20の画素信号(画素値)から第7行第1列の画素21(L)の画素信号を差し引いたもの、あるいは、第8行第1列の画素20の画素信号と第6行第1列の画素20の画素信号との平均から第7行第1列の画素21(L)の画素信号を差し引いたものを、第7行第1列の画素21(L)の画素信号に対応する画素信号として取得する。同様にして、焦点検出領域12内の他の各画素21(L)の画素信号に対応する信号を取得する。また、例えば、第7行第2列の画素20の画素信号から第8行第2列の画素23(R)の画素信号を差し引いたもの、あるいは、第7行第2列の画素20の画素信号と第9行第2列の画素20の画素信号との平均から第8行第2列の画素23(R)の画素信号を差し引いたものを、第8行第2列の画素23(R)の画素信号に対応する画素信号として取得する。同様にして、焦点検出領域12内の他の各画素23(R)の画素信号に対応する信号を取得する。   Specifically, for example, the pixel signal (pixel value) of the pixel 20 in the eighth row and first column (row number 8 and column number 1) in FIG. ) Or the average of the pixel signal of the pixel 20 of the eighth row and first column and the pixel signal of the pixel 20 of the sixth row and first column, and the pixel 21 ( The pixel signal obtained by subtracting the pixel signal of (L) is acquired as the pixel signal corresponding to the pixel signal of the pixel 21 (L) in the seventh row and first column. Similarly, a signal corresponding to the pixel signal of each of the other pixels 21 (L) in the focus detection area 12 is acquired. Further, for example, the pixel signal of the pixel 20 of the eighth row and the second column from the pixel signal of the pixel 20 of the seventh row and the second column, or the pixel of the pixel 20 of the seventh row and the second column The pixel 23 (R) in the eighth row and second column is obtained by subtracting the pixel signal of the pixel 23 (R) in the eighth row and second column from the average of the signal and the pixel signal of the pixel 20 in the ninth row and second column. ) Is obtained as a pixel signal corresponding to the pixel signal. Similarly, a signal corresponding to the pixel signal of each of the other pixels 23 (R) in the focus detection area 12 is acquired.

本実施の形態では、図11中のステップS3において、制御部9は、現在設定されている焦点調節モードが焦点検出領域12モードの場合は、ステップS1で取り込んだ画像信号のうちの焦点検出領域12内の全ての画素21(L)及び仮想の図4及び図5に示すような画素21(L)のつながりにより出力される信号(すなわち、焦点検出領域12内の全ての画素21(L)の画素信号とステップS2で画素23(R)に対応して得た信号を列順に並べたときに、それらが全体としてなす信号)と、ステップS1で取り込んだ画像信号のうちの焦点検出領域12内の全ての画素23(R)及び仮想の図7に示すような画素23(R)のつながりにより出力される信号(すなわち、焦点検出領域12内の全ての画素23(R)の画素信号とステップS2で画素21(L)に対応して得た信号を列順に並べたときに、それらが全体としてなす信号)との位相差を演算することで、焦点検出領域12におけるデフォーカス量を、撮像レンズ1の焦点調節状態を示す検出信号として演算する。その演算手法自体は、瞳分割位相差方式で知られている演算手法を用いればよい。   In the present embodiment, in step S3 in FIG. 11, when the currently set focus adjustment mode is the focus detection area 12 mode, the control unit 9 performs the focus detection area in the image signal captured in step S1. 12 (L) and a signal output by the connection of the virtual pixel 21 (L) as shown in FIGS. 4 and 5 (that is, all the pixels 21 (L) in the focus detection region 12). And the signal obtained in correspondence with the pixel 23 (R) in step S2 as a whole when they are arranged in the order of columns) and the focus detection region 12 in the image signal captured in step S1. 7 (R) and a signal output by the connection of the virtual pixels 23 (R) as shown in FIG. 7 (that is, the pixel signals of all the pixels 23 (R) in the focus detection area 12 and The By calculating the phase difference from the signals obtained as a whole when the signals obtained corresponding to the pixels 21 (L) are arranged in the column order in step S2, the defocus amount in the focus detection area 12 is calculated. Then, it is calculated as a detection signal indicating the focus adjustment state of the imaging lens 1. As the calculation method itself, a calculation method known by a pupil division phase difference method may be used.

本実施の形態によれば、前述した図12に示す比較例と同様に焦点検出領域12内に画素21(L),23(R)が配置されているものの、焦点検出に画素21(L),23(R)の近辺の画素20も用いることで、焦点検出のためにのみに用いられて画像撮像時には用いることができない画素21(L),23(R)、22(U)の数は、前記第1の実施の形態の場合と同じく、図12の場合の半分ですむため、撮像した画像の画質の劣化を大幅に低減することができる。   According to the present embodiment, the pixels 21 (L) and 23 (R) are arranged in the focus detection area 12 as in the comparative example shown in FIG. 12 described above, but the pixels 21 (L) are used for focus detection. , 23 (R), the number of pixels 21 (L), 23 (R), and 22 (U) that are used only for focus detection and cannot be used when capturing an image is As in the case of the first embodiment, half of the case of FIG. 12 is required, so that the deterioration of the image quality of the captured image can be greatly reduced.

このように、本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。   As described above, this embodiment can provide the same advantages as those of the first embodiment.

なお、本発明では、本実施の形態と同様に、図3における焦点検出領域12内の任意の数の任意の箇所の画素21(L)を、図7に示す画素23(R)で置き換えてもよい。例えば、図3における焦点検出領域12内の第7行第3列の画素21(L)のみを、図7に示す画素23(R)で置き換えてもよい。   In the present invention, as in the present embodiment, an arbitrary number of pixels 21 (L) in the focus detection region 12 in FIG. 3 are replaced with pixels 23 (R) shown in FIG. Also good. For example, only the pixel 21 (L) in the seventh row and the third column in the focus detection area 12 in FIG. 3 may be replaced with the pixel 23 (R) shown in FIG.

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

例えば、前記各実施の形態では、前述したように、焦点検出のみに用いる画素のフォトダイオード31は撮像用に用いる画素20のフォトダイオードと同じ大きさにし、遮光金属層33による遮光によって焦点検出のみに用いる画素のフォトダイオード31の受光する撮影レンズ1の射出瞳の領域を半分にしている。しかしながら、このような遮光によらずに、焦点検出のみに用いる画素のフォトダイオード31の大きさを半分にしてもよい。   For example, in each of the above-described embodiments, as described above, the photodiode 31 of the pixel used only for focus detection has the same size as the photodiode of the pixel 20 used for imaging, and only the focus detection is performed by the light shielding by the light shielding metal layer 33. The area of the exit pupil of the photographic lens 1 that is received by the photodiode 31 of the pixel used in FIG. However, the size of the photodiode 31 of the pixel used only for focus detection may be halved without using such light shielding.

この例を図14に示す。図14は、前記第1及び第2の実施の形態の変形例を示すもので、画素20,21(L)を示す概略断面図であり、図5に対応している。図4において、図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図14では、図5で設けられていた遮光金属層33が除去され、画素21(L)のフォトダイオード31の大きさが画素20のフォトダイオード31の大きさが半分とされている。この場合、マイクロレンズ32の焦点面にフォトダイオード31が位置するように設定することが、好ましい。なお、図14に示すように画素21(L)のフォトダイオード31の大きさを半分にする場合であっても、必要に応じて、不要な光を遮光するべく適宜遮光膜を形成してもよい。   An example of this is shown in FIG. FIG. 14 shows a modification of the first and second embodiments, is a schematic cross-sectional view showing the pixels 20 and 21 (L), and corresponds to FIG. 4, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. In FIG. 14, the light shielding metal layer 33 provided in FIG. 5 is removed, and the size of the photodiode 31 of the pixel 21 (L) is halved. In this case, it is preferable to set so that the photodiode 31 is positioned on the focal plane of the microlens 32. Note that, as shown in FIG. 14, even when the size of the photodiode 31 of the pixel 21 (L) is halved, a light shielding film may be appropriately formed to shield unnecessary light as necessary. Good.

また、前記各実施の形態においては、固体撮像素子としてCMOS型の固体撮像素子が用いられていたが、CCD型やその他の撮像素子を用いてもよい。   In each of the above-described embodiments, a CMOS solid-state image sensor is used as the solid-state image sensor. However, a CCD type or other image sensor may be used.

さらに、前記各実施の形態においては、焦点検出に際して、図11中のステップS1において固体撮像素子から全画素の信号を出力しているが、画素21(L),22(U),23(R)及びその周辺の画素20のみを出力させることにより、高速化を図ってもよい。   Further, in each of the above embodiments, at the time of focus detection, signals of all pixels are output from the solid-state imaging device in step S1 in FIG. 11, but the pixels 21 (L), 22 (U), and 23 (R ) And the surrounding pixels 20 may be output to increase the speed.

さらにまた、前記各実施の形態においては、撮像レンズ1の射出瞳を左右や上下に分割したが、遮光部の開口形状を変更し、斜めなど、どの方向に分割してもよく、撮像素子上に違う方向に分割された画素群があってもよい。   Furthermore, in each of the embodiments described above, the exit pupil of the imaging lens 1 is divided into left and right and top and bottom. However, the opening shape of the light-shielding portion may be changed to divide in any direction such as diagonally. There may be pixel groups divided in different directions.

また、前記各実施の形態では、白黒の固体撮像素子が用いられていたが、本発明はカラーの固体撮像素子にも適用することができる。その例を図15に示す。   In each of the above embodiments, a monochrome solid-state image sensor is used. However, the present invention can also be applied to a color solid-state image sensor. An example is shown in FIG.

図15は、前記第1の実施の形態の白黒の固体撮像素子2をカラーの固体撮像素子に変形した例を示している。この固体撮像素子では、画素21(L),22(U)にはカラーフィルタが形成されていない一方、画素20には、R,G,Bのいずれかのカラーフィルタ50が形成されている。   FIG. 15 shows an example in which the monochrome solid-state image pickup device 2 of the first embodiment is modified to a color solid-state image pickup device. In this solid-state imaging device, no color filter is formed on the pixels 21 (L) and 22 (U), while one of R, G, and B color filters 50 is formed on the pixel 20.

なお、カラーの固体撮像素子の場合の各色の画素20と画素21(L)等の配置の具体例としては、例えば焦点検出領域を焦点検出領域12の1つのみとする場合、例えば、特許文献1の図2、図6、図7、図8にそれぞれ開示されている配置パターンにおいて、R,G,Bの画素をそれぞれR,G,Bの画素20とし、S1画素を画素21(L)とし、S2画素をGの画素20とすればよい。もっとも、本発明ではこのような配置に限定されるものでないことは、言うまでもない。   In addition, as a specific example of the arrangement of the pixels 20 and the pixels 21 (L) of each color in the case of a color solid-state imaging device, for example, when the focus detection region is only one of the focus detection regions 12, for example, Patent Literature 2, 6, 7, and 8, the R, G, and B pixels are respectively R, G, and B pixels 20, and the S1 pixel is a pixel 21 (L). And the S2 pixel may be the G pixel 20. Of course, the present invention is not limited to such an arrangement.

このように、他の画素21(L)等にカラーフィルタを配置しないと、その画素からの信号強度がカラーフィルタの分だけ低下しないので、その画素信号のSN比が低下しないことから、ひいては、焦点検出の精度が高まるため、好ましい。   As described above, unless a color filter is arranged in the other pixel 21 (L) or the like, the signal intensity from the pixel does not decrease by the amount of the color filter, so the SN ratio of the pixel signal does not decrease. This is preferable because the accuracy of focus detection increases.

ただし、画素20のみにカラーフィルタ50を形成し、他の画素21(L)等にカラーフィルタを配置しない場合は、図11中ののステップS2において、カラーフィルタ50の透過率を考慮して、両者のレベル合わせを行う。すなわち、図11中のステップS2の説明において用いられている画素20の画素信号は、当該画素20のカラーフィルタの透過率で除算することでレベル合わせした信号に置き換えて用いる。   However, when the color filter 50 is formed only in the pixel 20 and the color filter is not disposed in the other pixel 21 (L) or the like, the transmittance of the color filter 50 is considered in step S2 in FIG. Adjust both levels. That is, the pixel signal of the pixel 20 used in the description of step S2 in FIG. 11 is used by replacing it with a signal adjusted in level by dividing by the transmittance of the color filter of the pixel 20.

さらに、前記各実施の形態では、焦点検出領域の数及び位置は、図2に示す通りのものであったが、特に限定されるものではなく、例えば焦点検出領域は1つでもよい。   Further, in each of the above embodiments, the number and position of the focus detection areas are as shown in FIG. 2, but are not particularly limited. For example, one focus detection area may be provided.

さらにまた、前記各実施の形態は、本発明をデジタルスチルカメラに適用した例であったが、本発明は、ビデオカメラ等の他の撮像装置にも適用することができる。   Furthermore, each of the above embodiments is an example in which the present invention is applied to a digital still camera, but the present invention can also be applied to other imaging devices such as a video camera.

本発明の第1の実施の形態によるデジタルスチルカメラの要部を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the principal part of the digital still camera by the 1st Embodiment of this invention. 図1中の固体撮像素子を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the solid-state image sensor in FIG. 図2における中央の2つの焦点検出領域の交差部付近を拡大した概略拡大図である。FIG. 3 is a schematic enlarged view in which the vicinity of an intersection of two central focus detection areas in FIG. 2 is enlarged. 図3中の一部の画素の概略拡大図である。FIG. 4 is a schematic enlarged view of some pixels in FIG. 3. 図4中のX1−X2線に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the X1-X2 line | wire in FIG. 図3中の所定の画素を示す図である。It is a figure which shows the predetermined pixel in FIG. 図3中の他の所定の画素を示す図である。It is a figure which shows the other predetermined pixel in FIG. 図3中の更に他の所定の画素を示す図である。It is a figure which shows the other predetermined pixel in FIG. 図1中の固体撮像素子の概略構成を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the solid-state image sensor in FIG. 図1中の制御部が実行する自動焦点調節処理を示す概略フローチャートである。It is a schematic flowchart which shows the automatic focus adjustment process which the control part in FIG. 1 performs. 比較例による固体撮像素子を示す一部拡大平面図である。It is a partially expanded plan view which shows the solid-state image sensor by a comparative example. 本発明の第2の実施の形態によるデジタルスチルカメラで用いられている固体撮像素子を示す一部拡大平面図である。FIG. 6 is a partially enlarged plan view showing a solid-state imaging device used in a digital still camera according to a second embodiment of the present invention. 前記第1及び第2の実施の形態の変形例における所定の画素を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the predetermined pixel in the modification of the said 1st and 2nd embodiment. 本発明の第1の実施の形態の変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the modification of the 1st Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 撮影レンズ
2 固体撮像素子
10 焦点検出処理部
11〜17 焦点検出領域
20,21,22,23,24 画素
31 フォトダイオード
32 マイクロレンズ
33 遮光金属層
33a,33b,33c,33d,33e 開口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shooting lens 2 Solid-state image sensor 10 Focus detection process part 11-17 Focus detection area 20, 21, 22, 23, 24 Pixel 31 Photodiode 32 Micro lens 33 Light-shielding metal layer 33a, 33b, 33c, 33d, 33e Aperture

Claims (21)

光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、
前記光学系の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の第1の領域からの光束を受光して光電変換する複数の第1の画素と、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第2の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する複数の第2の画素と、を備え、
前記複数の第1の画素が、前記被写体像に応じた画像を示す電気信号を得るために用いられ、
前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素及び前記複数の第2の画素が、前記光学系の焦点調節状態を検出するための電気信号を得るために用いられることを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system,
A plurality of first pixels that receive and photoelectrically convert a light beam from the first region of the exit pupil that is not substantially decentered from the center of the exit pupil of the optical system; A plurality of second regions that selectively receive and photoelectrically convert a light beam from a second region of the exit pupil that is part of the second region of the exit pupil and that is decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. 2 pixels,
The plurality of first pixels are used to obtain an electrical signal indicating an image corresponding to the subject image;
Of the plurality of first pixels, the first pixel in the vicinity of the plurality of second pixels and the plurality of second pixels obtain an electric signal for detecting a focus adjustment state of the optical system. A solid-state image pickup device used for the purpose.
前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素及び前記複数の第2の画素を含む1つの焦点検出領域内には、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第3の領域であって前記射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する画素を含まない、ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。   In one focus detection region including the first pixel and the plurality of second pixels in the vicinity of the plurality of second pixels among the plurality of first pixels, the first pixel is substantially included in the first focus detection region. Selectively receiving a light beam from the third region of the exit pupil, which is a third region of the exit pupil that forms part of the region and is decentered from the center of the exit pupil in a direction opposite to the predetermined direction. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a pixel that performs photoelectric conversion is not included. 前記第2の領域は前記第1の領域のほぼ半分の領域であることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second region is a substantially half region of the first region. 4. 前記第2の画素は前記第1の画素と同じ大きさの光電変換部を持ち、前記第2の画素の前記光電変換部が遮光部により部分的に遮光されることで、前記第2の画素が前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子。   The second pixel has a photoelectric conversion unit having the same size as the first pixel, and the photoelectric conversion unit of the second pixel is partially shielded by the light shielding unit, whereby the second pixel 4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device selectively receives a light beam from the second region of the exit pupil. 5. 前記第2の画素は、前記第1の画素より小さい光電変換部を持つことで、前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子。   The second pixel has a photoelectric conversion unit smaller than the first pixel to selectively receive a light beam from the second region of the exit pupil. The solid-state imaging device according to any one of the above. 前記複数の第1の画素にはカラーフィルタが形成され、前記複数の第2の画素にはカラーフィルタが形成されていないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子。   6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a color filter is formed on the plurality of first pixels, and a color filter is not formed on the plurality of second pixels. . 請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像素子と、前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記複数の第2の画素からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、備えたことを特徴とする撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, a signal from a first pixel in the vicinity of the plurality of second pixels of the plurality of first pixels, and the plurality of second pixels An imaging apparatus comprising: a detection processing unit that outputs a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system based on a signal from a pixel. 前記検出処理部は、前記複数の第1の画素のうちの前記複数の第2の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記複数の第2の画素からの信号に基づいて、前記複数の第2の画素と対をなす仮想の複数の第3の画素であって、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第3の領域であって前記射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する仮想の複数の第3の画素からの信号に対応する信号を得る対応信号取得部を、含むことを特徴とする請求項7記載の撮像装置。   The detection processing unit is configured to output the plurality of pixels based on a signal from a first pixel in the vicinity of the plurality of second pixels and a signal from the plurality of second pixels among the plurality of first pixels. A plurality of virtual third pixels that are paired with the second pixel of the first pixel, the third region of the exit pupil substantially forming part of the first region, and the center of the exit pupil To obtain a signal corresponding to signals from a plurality of virtual third pixels that selectively receive a light beam from the third region of the exit pupil that is decentered in a direction opposite to the predetermined direction and photoelectrically convert it. The imaging apparatus according to claim 7, further comprising a corresponding signal acquisition unit. 前記検出処理部は、前記複数の第2の画素からの信号と、前記対応信号取得部により得られた前記仮想の複数の第3の画素からの信号に対応する前記信号とに基づいて、前記複数の第2の画素のつながりにより出力される信号と前記仮想の複数の第3の画素のつながりにより出力される信号との位相差から、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を得る手段を、備えたことを特徴とする請求項8記載の撮像装置。   The detection processing unit, based on the signals from the plurality of second pixels and the signals corresponding to the signals from the virtual plurality of third pixels obtained by the corresponding signal acquisition unit, Means for obtaining a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system from a phase difference between a signal output by connection of a plurality of second pixels and a signal output by connection of the virtual plurality of third pixels The imaging apparatus according to claim 8, further comprising: 光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、
前記光学系の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の第1の領域からの光束を受光して光電変換する複数の第1の画素と、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第2の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する1つ以上の第2の画素と、実質的に前記第1の領域の一部をなす前記射出瞳の第3の領域であって前記射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する1つ以上の第3の画素と、を備え、
前記複数の第1の画素が、前記被写体像に応じた画像を示す電気信号を得るために用いられ、
前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第2の画素の近辺及び前記1つ以上の第3の画素の近辺の第1の画素、前記1つ以上の第2の画素、及び前記1つ以上の第3の画素が、前記光学系の焦点調節状態を検出するための電気信号を得るために用いられることを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system,
A plurality of first pixels that receive and photoelectrically convert a light beam from the first region of the exit pupil that is not substantially decentered from the center of the exit pupil of the optical system; One or more light beams from the second region of the exit pupil, which are part of the second region of the exit pupil and decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil, are selectively received and photoelectrically converted. The second pixel and the third region of the exit pupil that substantially forms part of the first region, the exit being decentered in a direction opposite to the predetermined direction from the center of the exit pupil One or more third pixels that selectively receive and photoelectrically convert a light beam from the third region of the pupil, and
The plurality of first pixels are used to obtain an electrical signal indicating an image corresponding to the subject image;
A first pixel in the vicinity of the one or more second pixels of the plurality of first pixels and a vicinity of the one or more third pixels, the one or more second pixels, and The solid-state imaging device, wherein the one or more third pixels are used to obtain an electrical signal for detecting a focus adjustment state of the optical system.
前記第2の領域は前記第1の領域のほぼ半分の領域であることを特徴とする請求項10記載の固体撮像素子。   The solid-state image pickup device according to claim 10, wherein the second region is a substantially half region of the first region. 前記第3の領域は前記第1の領域のほぼ半分の領域であることを特徴とする請求項10又は11記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 10 or 11, wherein the third region is a region that is substantially half of the first region. 前記第2の画素は前記第1の画素と同じ大きさの光電変換部を持ち、前記第2の画素の前記光電変換部が遮光部により部分的に遮光されることで、前記第2の画素が前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光することを特徴とする請求項10乃至12のいずれかに記載の固体撮像素子。   The second pixel has a photoelectric conversion unit having the same size as the first pixel, and the photoelectric conversion unit of the second pixel is partially shielded by the light shielding unit, whereby the second pixel The solid-state imaging device according to claim 10, wherein the solid-state imaging device selectively receives a light beam from the second region of the exit pupil. 前記第3の画素は前記第1の画素と同じ大きさの光電変換部を持ち、前記第3の画素の前記光電変換部が遮光部により部分的に遮光されることで、前記第3の画素が前記射出瞳の前記第3の領域からの光束を選択的に受光することを特徴とする請求項10乃至13のいずれかに記載の固体撮像素子。   The third pixel has a photoelectric conversion unit having the same size as the first pixel, and the photoelectric conversion unit of the third pixel is partially shielded by the light shielding unit, whereby the third pixel The solid-state imaging device according to claim 10, which selectively receives a light beam from the third region of the exit pupil. 前記第2の画素は、前記第1の画素より小さい光電変換部を持つことで、前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光することを特徴とする請求項10乃至12のいずれかに記載の固体撮像素子。   The second pixel has a photoelectric conversion unit smaller than the first pixel, and selectively receives a light beam from the second region of the exit pupil. The solid-state imaging device according to any one of the above. 前記第3の画素は、前記第1の画素より小さい光電変換部を持つことで、前記射出瞳の前記第3の領域からの光束を選択的に受光することを特徴とする請求項10乃至12及び15のいずれかに記載の固体撮像素子。   The third pixel has a photoelectric conversion unit smaller than the first pixel, and selectively receives a light beam from the third region of the exit pupil. And 15. The solid-state imaging device according to any one of 15. 前記複数の第1の画素にはカラーフィルタが形成され、前記1つ以上の第2の画素及び前記1つ以上の第3の画素にはカラーフィルタが形成されていないことを特徴とする請求項10乃至16のいずれかに記載の固体撮像素子。   The color filter is formed in the plurality of first pixels, and the color filter is not formed in the one or more second pixels and the one or more third pixels. The solid-state imaging device according to any one of 10 to 16. 請求項10乃至17のいずれかに記載の固体撮像素子と、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第2の画素の近辺及び前記1つ以上の第3の画素の近辺の第1の画素からの信号、前記1つ以上の第2の画素からの信号、及び前記1つ以上の第3の画素からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、備えたことを特徴とする撮像装置。   18. The solid-state imaging device according to claim 10, and the vicinity of the one or more second pixels and the vicinity of the one or more third pixels of the plurality of first pixels. A detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system based on a signal from the first pixel, a signal from the one or more second pixels, and a signal from the one or more third pixels; An image pickup apparatus comprising: a detection processing unit for outputting; 前記検出処理部は、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第2の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記1つ以上の第2の画素からの信号に基づいて、前記1つ以上の第2の画素と対をなす仮想の1つ以上の第3の画素であって、前記射出瞳の前記第3の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する仮想の1つ以上の第3の画素からの信号に対応する信号を得る第1の対応信号取得部と、前記複数の第1の画素のうちの前記1つ以上の第3の画素の近辺の第1の画素からの信号及び前記1つ以上の第3の画素からの信号に基づいて、前記1つ以上の第3の画素と対をなす仮想の1つ以上の第2の画素であって、前記射出瞳の前記第2の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する仮想の1つ以上の第2の画素からの信号に対応する信号を得る第2の対応信号取得部と、を含むことを特徴とする請求項18記載の撮像装置。   The detection processing unit is based on a signal from a first pixel in the vicinity of the one or more second pixels of the plurality of first pixels and a signal from the one or more second pixels. And one or more virtual third pixels paired with the one or more second pixels, selectively receiving light from the third region of the exit pupil and performing photoelectric conversion A first corresponding signal acquisition unit that obtains a signal corresponding to a signal from one or more virtual third pixels, and the vicinity of the one or more third pixels of the plurality of first pixels One or more virtual second pixels paired with the one or more third pixels based on a signal from the first pixel and a signal from the one or more third pixels. Then, signals from one or more virtual second pixels that selectively receive and photoelectrically convert a light beam from the second region of the exit pupil. Response and second corresponding signal acquisition unit to obtain a signal to imaging apparatus according to claim 18, wherein the containing. 前記検出処理部は、前記1つ以上の第2の画素からの信号と、前記1つ以上の第3の画素からの信号と、前記第1の対応信号取得部により得られた前記仮想の1つ以上の第3の画素からの信号に対応する前記信号と、前記第2の対応信号取得部により得られた前記仮想の1つ以上の第2の画素からの信号に対応する前記信号とに基づいて、前記1つ以上の第2の画素及び前記仮想の1つ以上の第2の画素のつながりにより出力される信号と前記1つ以上の第3の画素及び前記仮想の1つ以上の第3の画素のつながりにより出力される信号との位相差から、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を得る手段を、備えたことを特徴とする請求項19記載の撮像装置。   The detection processing unit includes a signal from the one or more second pixels, a signal from the one or more third pixels, and the virtual 1 obtained by the first corresponding signal acquisition unit. The signal corresponding to the signal from one or more third pixels and the signal corresponding to the signal from the one or more second pixels obtained by the second corresponding signal acquisition unit. Based on the signal output by the connection of the one or more second pixels and the virtual one or more second pixels, and the one or more third pixels and the virtual one or more second The imaging apparatus according to claim 19, further comprising means for obtaining a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system from a phase difference with a signal output by a connection of three pixels. 前記検出処理部からの検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部を備えたことを特徴とする請求項7乃至9並びに18乃至20のいずれかに記載の撮像装置。   21. The imaging apparatus according to claim 7, further comprising an adjustment unit that performs focus adjustment of the optical system based on a detection signal from the detection processing unit.
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