JP2015161727A - Imaging element and imaging device - Google Patents

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琢己 橋本
Takumi Hashimoto
琢己 橋本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a resolution from deteriorating while keeping interpolation precision high.SOLUTION: A solid state imaging element 1 including a plurality of pixels 3A for imaging and a plurality of (four kinds of) pixels 2L, 2R, 2T, and 2B for focus detection (for AF) which perform a focus detecting operation using image light from a subject, a two-dimensional pixel arrangement includes a Bayer color array of a plurality of two pixels by two pixels comprising the pixels 2L, 2R, 2T, and 2B for AF, and when interpolation processing is performed in which the pixel 2L, 2R, 2T, or 2B for AF in the Bayer color array of two pixels by two pixels is defined as a defective pixel to be corrected, only a pixel 3A for imaging among the pixels 2L, 2R, 2T, and 2B for AF and the pixel 3A for imaging is arranged as a pixel of the same color with the defective pixel to be corrected (one of the pixels 2L, 2R, 2T, and 2B for AF) in a region of five pixels by five pixels including the defective pixels to be corrected (pixel 2L, 2R, 2T, or 2B for AF) in the center respectively and in a region outside the Bayer color array of two pixels by two pixels of the parenthesized pixels.

Description

本発明は、複数の焦点検出用画素を用いて焦点検出動作を行い、複数の撮像用画素を用いて被写体からの画像光を光電変換して撮像する撮像素子および、例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の撮像部に用いられ、その撮像素子を画像入力デバイスとして用いた撮像装置に関する。   The present invention relates to an image pickup device that performs a focus detection operation using a plurality of focus detection pixels and photoelectrically converts image light from a subject using the plurality of image pickup pixels, for example, a digital video camera and a digital still It is used in the imaging section of electronic information equipment such as digital cameras such as cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras. It is related with the imaging device used as.

最近、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に、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、撮像素子とは別に焦点検出素子が設けられていた。ところが、この場合には、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していた。   Recently, in an imaging apparatus such as a camera, it is necessary to detect a focus adjustment state of a photographing lens in order to realize automatic focus adjustment. Conventionally, a focus detection element has been provided separately from the imaging element. However, in this case, the cost is increased and the apparatus is increased in size by 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所謂瞳分割位相差方式を採用しつつ、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撮像素子が例えば特許文献1などに提案されている。瞳分割位相差方式は、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンズレ(位相シフト量)を検出して撮影レンズのデフォーカス量を検出するようになっている。   Therefore, in recent years, for example, Patent Document 1 proposes an imaging device configured to be used as a focus detection element while adopting a so-called pupil division phase difference method as a focus detection method. In the pupil division phase difference method, the light beam passing through the photographing lens is divided into pupils to form a pair of divided images, and the pattern shift (phase shift amount) is detected to detect the defocus amount of the photographing lens. Yes.

図12は、特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。   FIG. 12 is a schematic plan view schematically showing an effective pixel region of a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図12に示すように、固体撮像素子100の有効画素領域101には、中央に配置された十字状の焦点検出領域102,103と、左右両側に対向配置された焦点検出領域104,105と、上下両側に配置された焦点検出領域106,107とが設けられている。なお、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を定義する。XY平面と平行な平面が固体撮像素子100の撮像面(受光面;有効画素領域101)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。また、入射光は図12の紙面手前側から奥側に入射する。   As shown in FIG. 12, the effective pixel region 101 of the solid-state imaging device 100 includes cross-shaped focus detection regions 102 and 103 disposed at the center, focus detection regions 104 and 105 disposed opposite to the left and right sides, Focus detection areas 106 and 107 arranged on both upper and lower sides are provided. Note that an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined. A plane parallel to the XY plane coincides with the imaging surface (light receiving surface; effective pixel region 101) of the solid-state imaging device 100. The arrangement in the X-axis direction is a row, and the arrangement in the Y-axis direction is a column. Further, the incident light is incident from the front side of the sheet of FIG.

図13は、図12における焦点検出領域102、103の交差部付近を拡大した概略拡大平面図である。   FIG. 13 is a schematic enlarged plan view in which the vicinity of the intersection of the focus detection areas 102 and 103 in FIG. 12 is enlarged.

図13において、いずれの画素にもカラーフィルタが設けられているが、当該画素に設けられたカラーフィルタの色を区別しないで分類すると、固体撮像素子100は、1種類の撮像用画素20Aと、4種類のAF用画素110L,110R,110T,110Bとを有している。   In FIG. 13, each pixel is provided with a color filter, but if the color filter provided in the pixel is classified without distinguishing colors, the solid-state imaging device 100 includes one type of imaging pixel 20 </ b> A, Four types of AF pixels 110L, 110R, 110T, and 110B are provided.

焦点検出領域102〜107には、光学系の射出瞳の中心から左右に偏心した射出瞳からの光束を選択的に受光して光電変換して得た信号を出力するAF用画素110L、110Rと、光学系の射出瞳の中心から上下に偏心した射出瞳からの光束を選択的に受光して光電変換して得た信号を出力するAF用の画素110T、110Bを有し、画素ブロックは、全て2×2個の画素(4画素)には同じ色のカラーフィルタが設けられ、それぞれ一色のカラー情報が出力されている。   The focus detection regions 102 to 107 include AF pixels 110 </ b> L and 110 </ b> R that selectively receive a light beam from an exit pupil that is decentered left and right from the center of the exit pupil of the optical system and output a signal obtained by photoelectric conversion. , AF pixels 110T and 110B for selectively receiving a light beam from an exit pupil decentered vertically from the center of the exit pupil of the optical system and outputting a signal obtained by photoelectric conversion, and a pixel block, All 2 × 2 pixels (4 pixels) are provided with color filters of the same color, and each color information is output.

これによって、AF検出には、AF用画素110L、110Rによる垂直方向のエッジ成分による位相差検出と、AF用画素110T、110Bによる水平方向のエッジ成分による位相差検出を行うことができ、また、記録画像を生成時にはAF用画素110R,110L,110T,110Bは、同じ色のカラーフィルタが設けられた2×2個の画素(4画素)によって置き換えることで、補間の精度を向上させている。   Thereby, in the AF detection, phase difference detection by the vertical edge component by the AF pixels 110L and 110R and phase difference detection by the horizontal edge component by the AF pixels 110T and 110B can be performed. When generating a recorded image, the AF pixels 110R, 110L, 110T, and 110B are replaced with 2 × 2 pixels (4 pixels) provided with a color filter of the same color, thereby improving the interpolation accuracy.

図14(a)は、焦点検出用(AF用)画素の種類を示す模式図、図14(b)は、図14(a)のAF画素毎にレンズ表面から見た光束の偏心を説明する平面模式図、図14(c)は、被写体からの入射光線とセンサ表面の遮光によりレンズ面における光束の偏心を説明する縦断面模式図である。   FIG. 14A is a schematic diagram illustrating the types of focus detection (AF) pixels, and FIG. 14B illustrates the eccentricity of the light beam as viewed from the lens surface for each AF pixel in FIG. 14A. FIG. 14C is a schematic plan view illustrating a decentering of the light flux on the lens surface by shielding the incident light beam from the subject and the sensor surface.

図14(a)に示すように、遮光領域111が右半分にあって左半分に入射光が入射するAF用画素110Lと、遮光領域111が左半分にあって右半分に入射光が入射するAF用画素110Rと、遮光領域111が下半分にあって上半分に入射光が入射するAF用画素110Tと、遮光領域111が上半分にあって下半分に入射光が入射するAF用画素11Bとの4種類のAF用画素を有している。同色の4画素毎のベイヤー色配列である。同色の4画素内にAF用画素110L、110RまたはAF用画素110T、110Bが含まれている。   As shown in FIG. 14A, the AF pixel 110L in which the light shielding region 111 is on the right half and the incident light is incident on the left half, and the light shielding region 111 is on the left half and the incident light is incident on the right half. The AF pixel 110R, the AF pixel 110T in which the light shielding region 111 is in the lower half and the incident light is incident on the upper half, and the AF pixel 11B in which the light shielding region 111 is in the upper half and the incident light is incident on the lower half And four types of AF pixels. It is a Bayer color arrangement for every four pixels of the same color. The four pixels of the same color include AF pixels 110L and 110R or AF pixels 110T and 110B.

図14(b)において、AF用画素110L上のレンズ112に光が入射し、AF用画素110Lに至る右半分の入射光領域113と、AF用画素110R上のレンズ112に光が入射し、AF用画素110Rに至る入射左半分の光領域113と、画素110T上のレンズ112に光が入射し、画素110Tに至る下半分の入射光領域113と、AF用画素110B上のレンズ112に光が入射し、AF用画素110Bに至る上半分の入射光領域113とを示している。例えばAF用画素110Lに至る右半分の入射光領域113は、AF用画素110Lの右半分が遮光膜で覆われているため、レンズ112の入射光領域113の右半分に入射した光が斜め反対側の左半分のAF用画素110Lに入射することになる。   In FIG. 14B, light is incident on the lens 112 on the AF pixel 110L, and light is incident on the right half incident light region 113 reaching the AF pixel 110L and the lens 112 on the AF pixel 110R. Light is incident on the left half light region 113 that reaches the AF pixel 110R and the lens 112 on the pixel 110T, and light enters the lower half light region 113 that reaches the pixel 110T and the lens 112 on the AF pixel 110B. , And the upper half incident light region 113 reaching the AF pixel 110B. For example, in the right half incident light region 113 reaching the AF pixel 110L, the right half of the AF pixel 110L is covered with a light-shielding film, so that the light incident on the right half of the incident light region 113 of the lens 112 is diagonally opposite. This is incident on the left half AF pixel 110L on the left side.

図14(c)に示すように、AF用画素110Lのセンサ面の右半分上には遮光膜114が配設されているため、被写体115からレンズ112の右半分の入射光領域113に入射した光が、斜め反対側のAF用画素110Lの左半分に入射するようになる。   As shown in FIG. 14C, since the light shielding film 114 is disposed on the right half of the sensor surface of the AF pixel 110L, the light enters the incident light region 113 on the right half of the lens 112 from the subject 115. Light enters the left half of the AF pixel 110L on the diagonally opposite side.

図15(a)は、全画素読み出し時の有効画素領域中央部の画素配列状態を示す平面図、図15(b)および図15(c)は、垂直1/2間引き読み出し時の画素配列状態を示す平面図である。   FIG. 15A is a plan view showing the pixel arrangement state in the central portion of the effective pixel region at the time of reading all pixels, and FIGS. 15B and 15C are the pixel arrangement state at the time of vertical 1/2 thinning readout. FIG.

図15(a)の全画素読み出し時の有効画素領域中央部の画素配列から、図15(b)のように4画素を1単位とした行を垂直方向に交互に間引いて、図15(c)のように垂直1/2間引き読み出し時の合成画素配列とすることができる。   From the pixel array in the central portion of the effective pixel region at the time of reading all the pixels in FIG. 15A, rows having four pixels as one unit are alternately thinned out in the vertical direction as shown in FIG. ), A combined pixel array at the time of vertical ½ thinning readout can be obtained.

特許第5040458号公報Japanese Patent No. 5040458

特許文献1に開示されている上記従来の構成では、画素ブロックは、全て2×2個の画素(4画素単位)には同じ色のカラーフィルタが設けられており、4画素単位毎にそれぞれ一色のカラー情報が出力される。AF検出には、AF用画素110L、110Rによる垂直方向のエッジ成分による位相差検出と、AF用画素110T、110Bによる水平方向のエッジ成分による位相差検出を行ってAF動作を行うことができ、また、記録画像を生成時には、一対のAF用画素110R,110Lまたは一対のAF用画素110T,110Bは、4画素単位で同じ色のカラーフィルタが設けられた2×2個の画素のうちのいずれかの撮像用画素によって置き換えることにより補間の精度を向上させている。   In the above-described conventional configuration disclosed in Patent Document 1, all 2 × 2 pixels (4 pixel units) are provided with color filters of the same color in the pixel block, and each pixel block has a single color. Color information is output. In AF detection, AF operation can be performed by performing phase difference detection by vertical edge components by AF pixels 110L and 110R and phase difference detection by horizontal edge components by AF pixels 110T and 110B. When a recorded image is generated, the pair of AF pixels 110R and 110L or the pair of AF pixels 110T and 110B is any of 2 × 2 pixels provided with a color filter of the same color in units of four pixels. Interpolation accuracy is improved by replacing with such imaging pixels.

しかしながら、この画素ブロックは、全て2画素×2画素(4画素単位)に同色のカラーフィルタが用いられる。AF検出用の一対のAF用画素110L、110Rは、同色のカラーフィルタが用いられた2画素×2画素ブロック内に存在する実質的に偏心していない射出瞳からの光束に受光して光電変換する通常の撮像用画素110Aによって置き換えることを前提とした4画素ブロック単位のベイヤ配列である。このため、4画素単位内の近傍同一カラーフィルタの撮像用画素110Aによって一対のAF用画素110L、110Rを置き換えることにより、有効画素領域全体を撮像用画素110Aで配列したのと同様にできて、その補間の精度も向上するものの、記録用撮像画像を作成すると、実質的に固体撮像素子の数の1/4の解像度しか得られないという問題があった。   However, in this pixel block, color filters of the same color are used for all 2 pixels × 2 pixels (4 pixel units). A pair of AF pixels 110L and 110R for AF detection receives and photoelectrically converts a light beam from an exit pupil which is present in a 2 pixel × 2 pixel block using a color filter of the same color and is not substantially eccentric. This is a Bayer array in units of four pixel blocks on the assumption that the pixel 110A is replaced with a normal imaging pixel 110A. For this reason, by replacing the pair of AF pixels 110L and 110R with the imaging pixels 110A in the vicinity of the same color filter within the 4-pixel unit, the entire effective pixel area can be made the same as the arrangement of the imaging pixels 110A. Although the accuracy of the interpolation is improved, there is a problem that when a recording image for recording is created, only a resolution of 1/4 of the number of solid-state image sensors can be obtained.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、補間精度を高精度に維持しつつ解像度の劣化を防止することができる撮像素子および、この撮像素子を用いた撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an imaging device capable of preventing resolution degradation while maintaining high interpolation accuracy, and an imaging device using the imaging device. And

本発明の撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の撮像用画素と、被写体からの画像光を用いて焦点検出動作を行うための複数の焦点検出用画素とを備えた撮像素子において、2次元状画素配置が、該焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列を含み、該2画素×2画素の所定色配列内の該焦点検出用画素を補正対象欠陥画素としたときに、該補正対象欠陥画素を中心とした5画素×5画素の領域内でかつ該2画素×2画素の所定色配列外の領域において、該補正対象欠陥画素と同色画素には該撮像用画素のみが配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The imaging device of the present invention includes a plurality of imaging pixels that photoelectrically convert incident light to generate signal charges, and a plurality of focus detection pixels that perform a focus detection operation using image light from a subject. In the image pickup device, the two-dimensional pixel arrangement includes a predetermined color array of a plurality of 2 pixels × 2 pixels configured by the focus detection pixels, and the focus detection within the predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels is performed. When the target pixel is a defective pixel to be corrected, the correction target defect is within a region of 5 pixels × 5 pixels centered on the defective pixel to be corrected and outside the predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels. In the same color pixel as the pixel, only the image pickup pixel is arranged, and thereby the above object is achieved.

また、好ましくは、本発明の撮像素子における2次元状画素配置が、前記撮像用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列を含み、前記焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列は、該2次元状画素配置において万遍なく等間隔に配列されている。   Preferably, the two-dimensional pixel arrangement in the imaging device of the present invention includes a predetermined color array of a plurality of 2 pixels × 2 pixels configured by the imaging pixels and a plurality of the focus detection pixels. The predetermined color arrangement of 2 pixels × 2 pixels is uniformly arranged at equal intervals in the two-dimensional pixel arrangement.

さらに、好ましくは、本発明の撮像素子における焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の前記撮像用画素を間に置いて配置されている。   Furthermore, it is preferable that the predetermined color arrangement of a plurality of 2 pixels × 2 pixels configured by focus detection pixels in the image sensor of the present invention has at least two columns in the horizontal direction and at least two rows in the vertical direction. They are arranged with pixels in between.

さらに、好ましくは、本発明の撮像素子において、プレビュー駆動を行った後の2次元状画素配置においても、前記焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の前記撮像用画素を間に置いて配置されている。   Further preferably, in the image pickup device of the present invention, even in the two-dimensional pixel arrangement after the preview drive, the predetermined color arrangement of a plurality of 2 pixels × 2 pixels constituted by the focus detection pixels is a horizontal The imaging pixels are arranged with at least two columns in the direction and at least two rows in the vertical direction.

さらに、好ましくは、本発明の撮像素子におけるプレビュー駆動が垂直間引き駆動である。   Further preferably, the preview driving in the image sensor of the present invention is vertical thinning driving.

さらに、好ましくは、本発明の撮像素子における2画素×2画素の所定色配列は、2画素×2画素のベイヤ色配列である。   Further preferably, the predetermined color arrangement of 2 pixels × 2 pixels in the image sensor of the present invention is a Bayer color arrangement of 2 pixels × 2 pixels.

本発明の撮像装置は、本発明の上記撮像素子を画像入力デバイスとして用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The image pickup apparatus of the present invention uses the image pickup device of the present invention as an image input device, and thereby achieves the above object.

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。   With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.

本発明においては、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の撮像用画素と、被写体からの画像光を用いて焦点検出動作を行うための複数の焦点検出用画素とを備えた撮像素子において、2次元状画素配置が、焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列を含み、2画素×2画素の所定色配列内の焦点検出用画素を補正対象欠陥画素としたときに、補正対象欠陥画素を中心とした5画素×5画素の領域内でかつ2画素×2画素の所定色配列外の領域において、補正対象欠陥画素と同色画素には撮像用画素のみが配置されている。   In the present invention, imaging including a plurality of imaging pixels that photoelectrically convert incident light to generate a signal charge and a plurality of focus detection pixels for performing a focus detection operation using image light from a subject. In the element, the two-dimensional pixel arrangement includes a predetermined color array of a plurality of 2 pixels × 2 pixels composed of focus detection pixels, and the focus detection pixels in the predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels are to be corrected. In the case of a defective pixel, the same color pixel as the correction target defective pixel is used for imaging in a region of 5 pixels × 5 pixels centered on the correction target defective pixel and outside the predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels. Only the pixels are arranged.

これによって、補間精度を維持しつつ解像度の劣化を防止することが可能となる。   This makes it possible to prevent resolution degradation while maintaining interpolation accuracy.

以上により、本発明によれば、補間精度を維持しつつ解像度の劣化を防止することができる。   As described above, according to the present invention, resolution degradation can be prevented while maintaining interpolation accuracy.

本発明の実施形態1における固体撮像素子の10行16列の画素構成例を模式的に示す一部概略平面図である。It is a partial schematic plan view which shows typically the pixel structural example of 10 rows 16 columns of the solid-state image sensor in Embodiment 1 of this invention. (a)は、AF用画素の種類を示す模式図、(b)は、(a)のAF画素毎にレンズ表面から見た光束の偏心を説明する平面模式図、(c)は、被写体からの入射光線とセンサ表面の遮光によりレンズ面における光束の偏心を説明する縦断面模式図である。(A) is a schematic diagram showing the types of AF pixels, (b) is a schematic plan view for explaining the eccentricity of a light beam as viewed from the lens surface for each AF pixel in (a), and (c) is from a subject. It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram explaining the eccentricity of the light beam in a lens surface by the light-shielding of the incident light beam and the sensor surface. (a)は、被写体7から一AF用画素に至るまでの光路を説明するための縦断面図、(b)は、(a)のマイクロレンズから下方を見た場合の平面図である。(A) is a longitudinal sectional view for explaining an optical path from the subject 7 to one AF pixel, and (b) is a plan view when the lower side is viewed from the microlens of (a). (a)は、被写体7から一AF用画素に至るまでの光路を説明するための縦断面図、(b)は、(a)のマイクロレンズから下方を見た場合の平面図である。(A) is a longitudinal sectional view for explaining an optical path from the subject 7 to one AF pixel, and (b) is a plan view when the lower side is viewed from the microlens of (a). (a)は、マイクロレンズから一AF用画素の方を見た場合の平面図、(b)は、マイクロレンズから一AF用画素の方を見た場合の平面図である。(A) is a plan view when the one AF pixel is viewed from the microlens, and (b) is a plan view when the one AF pixel is viewed from the microlens. 一対のAF用画素を用いたAF動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating AF operation | movement using a pair of AF pixel. (a)〜(d)は、図1のAF用中央ブロック内の各AF用画素を周囲の複数の撮像用画素から置き換える場合を説明するための画素平面図である。(A)-(d) is a pixel top view for demonstrating the case where each AF pixel in the center block for AF of FIG. 1 is replaced with the surrounding some imaging pixel. (a)〜(h)は、図1の4画素単位内のAF用中央ブロック内の4つのAF用画素配置の種類を説明するための平面図である。(A)-(h) is a top view for demonstrating the kind of four AF pixel arrangement | positioning in the center block for AF in the 4-pixel unit of FIG. 本発明の実施形態2における固体撮像素子において、垂直1/2間引き(水平間引き無し)で間引き読み出し駆動するときの画素配置図であって、図9(a)は全画素読み出し時の画素配置図、図9(b)は垂直1/2画素読み出し時の間引きを説明するための画素配置図、図9(c)は垂直1/2画素読み出し後の画素合成図である。FIG. 9A is a pixel arrangement diagram when thinning readout driving is performed with vertical 1/2 thinning (no horizontal thinning) in the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 9B is a pixel arrangement diagram for explaining thinning out at the time of vertical 1/2 pixel readout, and FIG. 9C is a pixel composition diagram after vertical 1/2 pixel readout. 本発明の実施形態2における他の固体撮像素子において、垂直1/4間引き(水平間引き無し)で間引き読み出し駆動するときの画素配置図であって、(a)は全画素読み出し時の画素配置図、(b)は垂直1/4画素読み出し時の間引きを説明するための画素配置図、(c)は垂直1/4画素読み出し後の画素合成図である。FIG. 9 is a pixel layout diagram when thinning readout driving is performed with vertical 1/4 thinning (no horizontal thinning) in another solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention, and (a) is a pixel layout diagram when all pixels are read. (B) is a pixel arrangement diagram for explaining thinning out at the time of vertical 1/4 pixel reading, and (c) is a pixel composition diagram after vertical 1/4 pixel reading. 本発明の実施形態3の撮像装置としての高速AFカメラシステムの要部構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structural example of the high-speed AF camera system as an imaging device of Embodiment 3 of this invention. 特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the effective pixel area | region of the conventional solid-state image sensor currently disclosed by patent document 1. FIG. 図12における焦点検出領域の交差部付近を拡大した概略拡大平面図である。FIG. 13 is a schematic enlarged plan view in which the vicinity of the intersection of the focus detection area in FIG. 12 is enlarged. 焦点検出用(AF用)の画素の種類を示す模式図、(b)は、(a)のAF画素毎にレンズ表面から見た光束の偏心を説明する平面模式図、(c)は、被写体からの入射光線とセンサ表面の遮光によりレンズ面における光束の偏心を説明する縦断面模式図である。Schematic diagram showing the types of focus detection (AF) pixels, (b) is a schematic plan view for explaining the eccentricity of the light beam seen from the lens surface for each AF pixel in (a), and (c) is the subject. It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram explaining the eccentricity of the light beam in a lens surface by the light-shielding of the incident light from and the sensor surface. (a)は、全画素読み出し時の有効画素領域中央部の画素配列状態を示す平面図、(b)および(c)は、垂直1/2間引き読み出し時の中央画素配列状態を示す平面図である。(A) is a plan view showing a pixel arrangement state in the central portion of the effective pixel region at the time of reading all pixels, and (b) and (c) are plan views showing a central pixel arrangement state at the time of vertical 1/2 thinning readout. is there.

以下に、本発明の撮像素子のAF用画素配列の実施形態1、2および、この撮像素子のAF用画素配列の実施形態1、2を用いたカメラなどの撮像装置の実施形態3について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。   Hereinafter, Embodiments 1 and 2 of the AF pixel array of the image sensor of the present invention and Embodiment 3 of an image pickup apparatus such as a camera using Embodiments 1 and 2 of the AF pixel array of the image sensor will be described. Details will be described with reference to FIG. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1における固体撮像素子の10行16列の画素構成例を模式的に示す一部概略平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partial schematic plan view schematically showing a 10 × 16 pixel configuration example of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、本実施形態1の固体撮像素子1は、一方の斜め方向に緑色(G;図中、ドットなしの白地で示す),緑色(G)と他方斜め方向に赤色(R;図中、密ドットで示す),青色(B;図中、疎ドットで示す)の各カラーフィルタが配置されたベイヤ配列(ベイヤ色配列)の4画素単位の1ブロック(2行2列;2×2)が構成されている。4種類の焦点検出用(AF用)画素2R,2L,2T,2Bが配設されたAF用中央ブロック2(2行2列;2×2)と、その周りに4つの撮像用画素3Aが配設された1ブロック(2行2列;2×2)が8つ配置された周囲8ブロック30とを有している。隣接のAF用中央ブロック2間には、1つの撮像用ブロック(2行2列;2×2)が介在されている。1つの撮像用ブロックは、各AF用中央ブロック2の各周囲ブロックとして互いに共有されている。即ち、AF用中央ブロック2は、ここでは2行または2列(1ブロック)を間に置いて配置されている。これによって、AF用中央ブロック2が1ブロック置きに離散的に、有効画素領域のセンサ面に万遍なく行列方向に等間隔に配設されている。   In FIG. 1, the solid-state imaging device 1 of Embodiment 1 includes a green color (G; indicated by a white background without dots) in one diagonal direction, a green color (G), and a red color (R; , Indicated by dense dots), blue (B; indicated by sparse dots in the figure), one block (2 rows × 2 columns; 2 × 2) of 4 pixel units in a Bayer array (Bayer color array) in which each color filter is arranged ) Is configured. An AF central block 2 (2 rows × 2 columns; 2 × 2) in which four types of focus detection (AF) pixels 2R, 2L, 2T, and 2B are arranged, and four imaging pixels 3A around it. And 8 surrounding blocks 30 in which 8 arranged 1 block (2 rows × 2 columns; 2 × 2) is arranged. One imaging block (2 rows × 2 columns; 2 × 2) is interposed between adjacent AF central blocks 2. One imaging block is shared as each peripheral block of each AF central block 2. In other words, the AF central block 2 is arranged with two rows or two columns (one block) in between. As a result, the AF central blocks 2 are discretely arranged every other block, evenly on the sensor surface of the effective pixel region in the matrix direction.

4画素単位毎の1ブロック(AF用中央ブロック2;2×2)において、左上に緑色(G)のAF用画素2Lが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Rが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Tが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Bが配置されてベイヤ色配列となっている。   In one block every 4 pixel units (AF central block 2; 2 × 2), a green (G) AF pixel 2L is arranged at the upper left, and a blue (B) AF pixel 2R is arranged at the lower left. A red (R) AF pixel 2T is arranged at the upper right, and a green (G) AF pixel 2B is arranged at the lower right to form a Bayer color arrangement.

一対のAF用画素2L,2Rにより垂直方向のエッジパターンを検出でき、一対のAF用画素2T,2Bにより水平方向のエッジパターンを検出できる。これらの4種類のAF用画素2L,2R、2T,2BをAF用中央ブロック2内に集めてその周囲に、後述する補間が容易なように、4つの撮像用画素3Aからなる1ブロックが8つ配置された周囲8ブロック30が設けられている。   The edge pattern in the vertical direction can be detected by the pair of AF pixels 2L and 2R, and the edge pattern in the horizontal direction can be detected by the pair of AF pixels 2T and 2B. These four types of AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B are collected in the AF central block 2, and one block composed of four imaging pixels 3A is arranged around the AF central block 2 so that interpolation described later is easy. Eight surrounding blocks 30 are provided.

光学系の射出瞳の中心から左右に偏心した射出瞳からの光束を選択的に受光して光電変換して得た信号を出力するAF用画素2L、2Rと、光学系の射出瞳の中心から上下に偏心した射出瞳からの光束を選択的に受光して光電変換して得た信号を出力するAF用画素2T、2Bを有している。これによって、AF検出には、一対のAF検出用画素2L、2Rによる垂直方向のエッジ成分による位相差検出と、一対のAF検出用画素2T、2Bによる水平方向のエッジ成分による位相差検出を行うことができ、また、記録画像を生成時に、AF用画素110R,110L,110T,110Bは、周囲直近の同じ色のカラーフィルタが設けられた4画素以上の8画素によって置き換えることで、特許文献1と同等以上の補間の精度とすることができる。   From the AF pixels 2L and 2R for selectively receiving a light beam from the exit pupil decentered to the left and right from the center of the exit pupil of the optical system and outputting a signal obtained by photoelectric conversion, and from the center of the exit pupil of the optical system It has AF pixels 2T and 2B that selectively receive light beams from the vertically exiting exit pupil and output signals obtained by photoelectric conversion. Thus, for AF detection, phase difference detection by the vertical edge component by the pair of AF detection pixels 2L and 2R and phase difference detection by the horizontal edge component by the pair of AF detection pixels 2T and 2B are performed. In addition, when generating a recorded image, the AF pixels 110R, 110L, 110T, and 110B are replaced with four or more pixels that are provided with a color filter of the same color in the immediate vicinity so that Patent Document 1 The interpolation accuracy can be equal to or better than.

図2(a)は、AF用画素の種類を示す模式図、図2(b)は、図2(a)のAF画素毎にレンズ表面からみた光束の偏心を説明する平面模式図、図2(c)は、被写体からの入射光線とセンサ表面の遮光によりレンズ面における光束の偏心を説明する縦断面模式図である。   2A is a schematic diagram showing the types of AF pixels, FIG. 2B is a schematic plan view for explaining the decentering of the light beam as viewed from the lens surface for each AF pixel in FIG. 2A, and FIG. (C) is a longitudinal cross-sectional schematic diagram explaining the eccentricity of the light beam in a lens surface by the light ray from a to-be-photographed object and the light shielding of the sensor surface.

図2(a)に示すように、遮光領域21が右半分にあって左半分の開口領域22から入射光(ドットなしの白色;緑色)が入射されるAF用画素2Lと、遮光領域21が左半分にあって右半分の開口領域22から入射光(疎ドット;青色)が入射されるAF用画素2Rと、遮光領域21が下半分にあって上半分の開口領域22から入射光(密ドット;赤色)が入射されるAF用画素2Tと、遮光領域21が上半分にあって下半分の開口領域22から入射光が入射されるAF用画素2Bとの4種類の画素を4画素単位(2行2列;2×2)毎にAF用中央ブロック2内に有している。ベイヤ色配列では、4画素単位として、例えば、一方の斜め方向に緑色のカラーフィルタを用いたAF用画素2Lと緑色のカラーフィルタを用いたAF用画素2Bが配列され、他方の斜め方向に赤色のカラーフィルタを用いたAF用画素2Tと青色のカラーフィルタを用いたAF用画素2Rが配列されている。   As shown in FIG. 2A, an AF pixel 2L into which incident light (white without dots; green) is incident from an opening area 22 in the left half, and the light shielding area 21 is in the right half. The AF pixel 2R in which incident light (sparse dots; blue) is incident from the right half opening area 22 and the light shielding area 21 is in the lower half and incident light (dense from the upper half opening area 22). The four types of pixels, the AF pixel 2T on which dots (red) are incident, and the AF pixel 2B on which the light shielding region 21 is located in the upper half and the incident light is incident from the lower half opening region 22 are in units of four pixels. Each (2 rows × 2 columns; 2 × 2) is provided in the AF central block 2. In the Bayer color arrangement, for example, an AF pixel 2L using a green color filter and an AF pixel 2B using a green color filter are arranged in one diagonal direction, and red in the other diagonal direction. The AF pixel 2T using the color filter and the AF pixel 2R using the blue color filter are arranged.

図2(b)において、最も左のマイクロレンズ4において、AF用画素2L上のマイクロレンズ4に光が入射し、マイクロレンズ4の右半分の入射光領域5の光が左半分の開口領域22を通してAF用画素2Lに至る。また、左から2番目のマイクロレンズ4において、AF用画素2R上のマイクロレンズ4に光が入射し、マイクロレンズ4の左半分の光領域5の光が右半分の開口領域22を通して画素2Rに至る。さらに、左から3番目のマイクロレンズ4において、AF用画素2T上のマイクロレンズ4に光が入射し、マイクロレンズ4の下半分の光領域5の光が上半分の開口領域22を通してAF用画素2Tに至る。さらに、左から4番目のマイクロレンズ4において、AF用画素2B上のマイクロレンズ4に光が入射し、マイクロレンズ4の上半分の光領域5の光が下半分の開口領域22を通してAF用画素2Bに至る。   In FIG. 2B, in the leftmost microlens 4, light is incident on the microlens 4 on the AF pixel 2 </ b> L, and light in the incident light region 5 in the right half of the microlens 4 is in the left half opening region 22. Through to the AF pixel 2L. In the second microlens 4 from the left, light enters the microlens 4 on the AF pixel 2R, and the light in the left half light region 5 of the microlens 4 passes through the right half opening region 22 to the pixel 2R. It reaches. Further, in the third microlens 4 from the left, light enters the microlens 4 on the AF pixel 2T, and the light in the lower half light region 5 of the microlens 4 passes through the upper half opening region 22, and the AF pixel. 2T. Furthermore, in the fourth microlens 4 from the left, light enters the microlens 4 on the AF pixel 2B, and the light in the upper half light area 5 of the microlens 4 passes through the lower half opening area 22 to be the AF pixel. Up to 2B.

図2(c)に示すように、AF用画素2Lのセンサ面の右半分上には遮光膜6が配設されているため、被写体7からマイクロレンズ4の右半分の入射光領域5に入射した光が、斜め反対側のAF用画素2Lの左半分に開口領域22を通して入射する。   As shown in FIG. 2C, since the light shielding film 6 is disposed on the right half of the sensor surface of the AF pixel 2L, the light enters the incident light region 5 on the right half of the microlens 4 from the subject 7. The incident light enters the left half of the AF pixel 2L on the diagonally opposite side through the opening region 22.

図3(a)は、被写体7からAF用画素2Lに至るまでの光路を説明するための縦断面図、図3(b)は、図3(a)のマイクロレンズ4から下方を見た場合の平面図である。   FIG. 3A is a longitudinal sectional view for explaining an optical path from the subject 7 to the AF pixel 2L, and FIG. 3B is a view when the lower side is viewed from the microlens 4 in FIG. FIG.

図3(a)および図3(b)に示すように、被写体7からの光は、撮像レンズ8を通して各画素毎のマイクロレンズ4で更に集光されて緑色(G)のカラーフィルタ9を通して中心線CLの左半分の開口領域22を通してフォトダイオードからなるAF用画素2Lのセンサ面の左側半分に入射する。中心線CLの右半分は遮光膜6によりAF用画素2Lのセンサ面の右半分が遮光領域21になっている。なお、Eはメタル遮光による主光線を示している。Fはメタル遮光による射出瞳位置を示している。Gはメタル遮光による光が遮光された領域を示している。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the light from the subject 7 is further condensed by the microlens 4 for each pixel through the imaging lens 8 and is centered through the green (G) color filter 9. The light enters the left half of the sensor surface of the AF pixel 2L made of a photodiode through the opening region 22 on the left half of the line CL. The right half of the center line CL is a light shielding film 6 and the right half of the sensor surface of the AF pixel 2L is a light shielding region 21. Note that E indicates a chief ray due to metal shading. F indicates the exit pupil position due to metal shading. G indicates a region where light is shielded by metal shading.

図4(a)は、被写体7からAF用画素2Rに至るまでの光路を説明するための縦断面図、図4(b)は、図4(a)のマイクロレンズ4から下方を見た場合の平面図である。   4A is a longitudinal sectional view for explaining an optical path from the subject 7 to the AF pixel 2R, and FIG. 4B is a view when the lower side is viewed from the microlens 4 of FIG. 4A. FIG.

図4(a)および図4(b)に示すように、被写体7からの光は、撮像レンズ8を通して各画素毎のマイクロレンズ4で更に集光されて青色(B)のカラーフィルタ9を通して中心線CLの右側半分の開口領域22を通してフォトダイオードからなるAF用画素2Rのセンサ面の右側半分に入射する。中心線CLの左半分は遮光膜6によりAF用画素2Rのセンサ面の左半分が遮光領域21になっている。なお、Eはメタル遮光による主光線を示している。Fはメタル遮光による射出瞳位置を示している。Gはメタル遮光による光が遮光された領域を示している。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the light from the subject 7 is further condensed by the microlens 4 for each pixel through the imaging lens 8 and is centered through the blue (B) color filter 9. The light enters the right half of the sensor surface of the AF pixel 2R made of a photodiode through the opening region 22 on the right half of the line CL. The left half of the center line CL is a light shielding film 6, and the left half of the sensor surface of the AF pixel 2 </ b> R is a light shielding region 21. Note that E indicates a chief ray due to metal shading. F indicates the exit pupil position due to metal shading. G indicates a region where light is shielded by metal shading.

図5(a)は、マイクロレンズ4からAF用画素2Bの方を見た場合の平面図、図5(b)は、マイクロレンズ4からAF用画素2Tの方を見た場合の平面図である。   FIG. 5A is a plan view when the AF pixel 2B is viewed from the micro lens 4, and FIG. 5B is a plan view when the AF pixel 2T is viewed from the micro lens 4. FIG. is there.

図5(a)に示すように、被写体7からの光は、撮像レンズ8を通して各画素毎のマイクロレンズ4で更に集光されて緑色(G)のカラーフィルタ9を通して中心線CLの下側半分の開口領域22を通してフォトダイオードからなるAF用画素2Bのセンサ面の下半分に入射する。中心線CLの上半分は遮光膜6によりAF用画素2Bのセンサ面の上半分が遮光領域21になっている。   As shown in FIG. 5A, the light from the subject 7 is further condensed by the microlens 4 for each pixel through the imaging lens 8 and passes through the green (G) color filter 9 to the lower half of the center line CL. Is incident on the lower half of the sensor surface of the AF pixel 2B made of a photodiode. The upper half of the center line CL is a light shielding film 6, and the upper half of the sensor surface of the AF pixel 2 </ b> B is a light shielding region 21.

図5(b)に示すように、被写体7からの光は、撮像レンズ8を通して各画素毎のマイクロレンズ4で更に集光されて赤色(R)のカラーフィルタ9を通して中心線CLの上側半分の開口領域22を通してフォトダイオードからなるAF用画素2Tのセンサ面の上半分に入射する。中心線CLの下半分は遮光膜6によりAF用画素2Tのセンサ面の下半分が遮光領域21になっている。   As shown in FIG. 5B, the light from the subject 7 is further condensed by the microlens 4 for each pixel through the imaging lens 8 and passes through the red (R) color filter 9 to the upper half of the center line CL. The light is incident on the upper half of the sensor surface of the AF pixel 2T made of a photodiode through the opening region 22. The lower half of the center line CL is a light shielding film 6, and the lower half of the sensor surface of the AF pixel 2T is a light shielding region 21.

ここで、AF用画素2L,2R,2T,2Bを用いたAF動作について図6を参照して説明する。   Here, an AF operation using the AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B will be described with reference to FIG.

図6は、一対のAF用画素2L,2Rを用いたAF動作を説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining an AF operation using a pair of AF pixels 2L and 2R.

図6に示すように、非合焦位置でのAF用画素2Lの信号量と、AF用画素2Rの信号量との比較を行って、固体撮像素子10(固体撮像素子1に対応)の有効画素領域内でのAF用画素2L、2R間の信号量の一致する画素間距離(位相差d(μm))から合焦位置への撮像レンズ8の移動量f(d)(μm)を求めることによりAF制御を行うことができる。   As shown in FIG. 6, by comparing the signal amount of the AF pixel 2L at the out-of-focus position with the signal amount of the AF pixel 2R, the solid-state image sensor 10 (corresponding to the solid-state image sensor 1) is effective. The amount of movement f (d) (μm) of the imaging lens 8 from the inter-pixel distance (phase difference d (μm)) in which the signal amount between the AF pixels 2L and 2R in the pixel region matches is obtained. Thus, AF control can be performed.

固体撮像素子10から見た瞳位置の角度をθとすると、撮像レンズ8の移動量f(d)(μm)=2×d/tanθ(μm)とすることができる。   If the angle of the pupil position viewed from the solid-state imaging device 10 is θ, the moving amount f (d) (μm) of the imaging lens 8 can be set to 2 × d / tan θ (μm).

次に、AF用画素2L,2R,2T,2Bをそれぞれ撮像用画素2Aとして補間するAF画素欠陥補正について説明する。   Next, AF pixel defect correction for interpolating the AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B as the imaging pixels 2A will be described.

AF用中央ブロック2内のAF用画素2L,2R,2T,2Bは、2画素×2画素のベイヤ色配列内に配置され、AF用画素2L,2R,2T,2Bを補正対象欠陥画素としたときに、その補正対象欠陥画素を中心とした周辺8ブロック30内の5画素×5画素の領域内には、AF用画素2L,2R,2T,2Bを配置せず、実質的に偏心していない射出瞳からの光束を受光して光電変換する通常の撮像用画素3Aを配置している。   The AF pixels 2L, 2R, 2T, 2B in the AF central block 2 are arranged in a 2 pixel × 2 pixel Bayer color array, and the AF pixels 2L, 2R, 2T, 2B are used as defective pixels to be corrected. Sometimes, the AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B are not arranged in the 5 pixel × 5 pixel region in the peripheral 8 block 30 centering on the defective pixel to be corrected, and are not substantially decentered. A normal imaging pixel 3A that receives a light beam from the exit pupil and performs photoelectric conversion is disposed.

AF画素欠陥(撮像しない画素)を補正するために使用可能な同一色の撮像用画素3Aが、補正対象欠陥画素(AF用画素2L,2R,2T,2B)をそれぞれ中心として周辺8ブロック30内に左右、上下、右斜めおよび左斜めの方向に8画素存在している。次の図7(a)〜図7(d)に示す補正方法の一例として、補正対象欠陥画素(AF用画素2L,2R,2T,2B)を、周辺8ブロック30内の同一色の8画素データの平均値に置き換えることが可能である。   The imaging pixels 3A of the same color that can be used to correct AF pixel defects (pixels that are not imaged) are in the surrounding 8 blocks 30 with the correction target defective pixels (AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B) as centers. There are 8 pixels in the left, right, top, bottom, right diagonal and left diagonal directions. As an example of the correction method shown in FIGS. 7A to 7D, the correction target defective pixels (AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B) are set to 8 pixels of the same color in the peripheral 8 block 30. It can be replaced with the average value of the data.

図7(a)〜図7(d)は、図1のAF用中央ブロック2内のAF用画素2L,2R,2T,2Bを撮像用画素2Aから置き換える場合を説明するための画素平面図である。   FIGS. 7A to 7D are pixel plan views for explaining a case where the AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B in the AF central block 2 of FIG. 1 are replaced with the imaging pixels 2A. is there.

図7(a)に示すように、4画素単位のAF用中央ブロック2の左下に位置する青色のAF用画素2Rを周辺8ブロック3内の5画素×5画素領域内の青色の周辺8画素(左右、上下、右斜めおよび左斜めの方向の○印)の撮像用画素3Aの画像データからその平均値を取ってAF用画素2Rの画像データとして補間する。   As shown in FIG. 7A, the blue AF pixel 2R located at the lower left of the AF central block 2 in units of 4 pixels is replaced with the blue peripheral 8 pixels in the 5 pixels × 5 pixel region in the peripheral 8 block 3. The average value is taken from the image data of the imaging pixels 3A (left, right, up, down, right diagonal and left diagonal directions) and interpolated as image data of the AF pixel 2R.

図7(b)に示すように、4画素単位のAF用中央ブロック2の右上に位置する赤色のAF用画素2Tを中心とした周辺8ブロック3内の5画素×5画素領域内の赤色の周辺8画素(左右、上下、右斜めおよび左斜めの方向の○印)の撮像用画素3Aの画像データからその平均値を取ってAF用画素2Tの画像データとして補間する。   As shown in FIG. 7B, the red color in the 5 pixels × 5 pixel region in the peripheral 8 block 3 centering on the red AF pixel 2T located at the upper right of the AF central block 2 in units of 4 pixels. The average value is taken from the image data of the imaging pixels 3A of the surrounding 8 pixels (right and left, up and down, right diagonal and left diagonal directions), and is interpolated as image data of the AF pixel 2T.

図7(c)に示すように、4画素単位のAF用中央ブロック2の左上に位置する緑色のAF用画素2Lを中心とした周辺8ブロック3内の5画素×5画素領域内の緑色の周辺8画素(左右、上下、右斜めおよび左斜めの方向の○印)の撮像用画素3Aの画像データからその平均値を取ってAF用画素2Lの画像データとして補間する。   As shown in FIG. 7C, the green pixels in the 5 pixel × 5 pixel region in the peripheral 8 block 3 centering on the green AF pixel 2L located at the upper left of the AF central block 2 in units of 4 pixels. The average value is taken from the image data of the imaging pixels 3A of the surrounding 8 pixels (left and right, up and down, right diagonal and left diagonal directions), and is interpolated as image data of the AF pixel 2L.

図7(d)に示すように、4画素単位のAF用中央ブロック2の右下に位置する緑色のAF用画素2Bを中心とした周辺8ブロック3内の5画素×5画素領域内の緑色の周辺8画素(左右、上下、右斜めおよび左斜めの方向の○印)の撮像用画素3Aの画像データからその平均値を取ってAF用画素2Bの画像データとして補間する。   As shown in FIG. 7D, the green color in the 5 pixels × 5 pixel area in the peripheral 8 block 3 centering on the green AF pixel 2B located at the lower right of the AF central block 2 in units of 4 pixels. Are averaged from the image data of the imaging pixels 3A of the 8 pixels around (right, left, up, down, diagonally right and diagonally left) and interpolated as image data of the AF pixel 2B.

これにより、1画素単位のベイヤ色配列で、且つAF用画素2L,2R,2T,2Bが、センサ面(有効画素領域)内にほぼ均等に万遍なく配置され、水平方向および垂直方向のエッジパターンによる位相差検出が可能(特許文献1と同等以上)で、且つ、AF画素欠陥補正に用いることができる同色画素が、補正対象欠陥画素(AF用画素2L,2R,2T,2B)を中心とした近傍5画素×5画素に4画素以上の8画素存在するため、全画素読み出し時に解像度の劣化がなく且つ補間精度をも高精度に維持することができる。   As a result, the Bayer color arrangement in units of one pixel and the AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B are arranged almost uniformly in the sensor surface (effective pixel area), and the horizontal and vertical edges are arranged. Phase difference detection by pattern is possible (equivalent to or better than Patent Document 1), and the same color pixels that can be used for AF pixel defect correction are centered on the correction target defective pixels (AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B). Since there are 8 pixels of 4 pixels or more in the neighborhood 5 pixels × 5 pixels, the resolution is not deteriorated when all the pixels are read, and the interpolation accuracy can be maintained with high accuracy.

以上により、本実施形態1によれば、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の撮像用画素3Aと、被写体からの画像光を用いて焦点検出動作を行うための複数(ここでは4種類が複数)の焦点検出用(AF用)画素2L,2R,2T,2Bとを備えた固体撮像素子1において、2次元状画素配置が、AF用画素2L,2R,2T,2Bで構成される複数の2画素×2画素のベイヤ色配列を含み、この2画素×2画素のベイヤ色配列内のAF用画素2L,2R,2T,2Bを補正対象欠陥画素として補間処理するときに、補正対象欠陥画素(AF用画素2L,2R,2T,2B)のそれぞれを中心とした5画素×5画素の領域内でかつこの2画素×2画素のベイヤ色配列外の領域において、補正対象欠陥画素(AF用画素2L,2R,2T,2Bのいずれか)と同色画素にはAF用画素2L,2R,2T,2Bおよび撮像用画素3Aのうちの撮像用画素3Aのみが配置されている。   As described above, according to the first embodiment, a plurality of imaging pixels 3A that photoelectrically convert incident light to generate signal charges and a plurality (here, a focus detection operation using image light from a subject). In the solid-state imaging device 1 provided with four types of focus detection (AF) pixels 2L, 2R, 2T, and 2B, the two-dimensional pixel arrangement includes AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B. When the interpolation processing is performed on the AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B in the 2 pixel × 2 pixel Bayer color array as defective pixels to be corrected, In the area of 5 pixels × 5 pixels centered on each of the defect pixels to be corrected (AF pixels 2L, 2R, 2T, 2B), and in the area outside the Bayer color array of 2 pixels × 2 pixels, Pixels (AF pixels 2L, 2R, 2 Any) and AF pixel 2L in the same color pixels 2B, 2R, 2T, only imaging pixels 3A of 2B and imaging pixels 3A is arranged.

これによって、1画素単位のベイヤ色配列で、且つAF用画素が、固体撮像素子1のセンサ面内に均等またはほぼ均等にAF用画素2R,2L,2T,2Bが配置されて水平方向および垂直方向のエッジパターンによる位相差検出が可能(特許文献1と同等)で、且つ、AF用画素2R,2L,2T,2Bに対してAF用画素欠陥補正に用いることができる同色画素が、AF用画素2R,2L,2T,2Bの補正対象欠陥画素を中心とした近傍5画素×5画素内に4画素以上の8画素存在するため、全画素読み出し時に解像度の劣化がなく且つ補間精度を高い精度で保持することができる。このように、補間精度を高精度に維持しつつ解像度の劣化を防止することができる。   Thus, the AF pixels 2R, 2L, 2T, and 2B are arranged in the Bayer color arrangement in units of one pixel, and the AF pixels are evenly or substantially evenly arranged in the sensor surface of the solid-state image pickup device 1 so that the horizontal and vertical directions are arranged. The same color pixel that can detect the phase difference by the direction edge pattern (equivalent to Patent Document 1) and can be used for AF pixel defect correction for the AF pixels 2R, 2L, 2T, and 2B is used for AF. Since there are 8 pixels of 4 pixels or more in the vicinity 5 pixels x 5 pixels centering on the defective pixel to be corrected of the pixels 2R, 2L, 2T, and 2B, there is no deterioration in resolution and high interpolation accuracy when reading all pixels Can be held in. In this way, resolution degradation can be prevented while maintaining high interpolation accuracy.

なお、本実施形態1では、図8(a)に示すように、4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Lが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Rが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Tが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Bが配置されてベイヤ色配列の4画素単位を構成している場合について説明したが、これに限らず、それ以外の図8(b)〜図8(h)に示すようなAF用画素2R,2L,2T,2Bの各種配置でもよい。   In the first embodiment, as shown in FIG. 8A, in the AF central block 2 for each four-pixel unit, the green (G) AF pixel 2L is arranged at the upper left, and the blue ( B) AF pixel 2R is arranged, red (R) AF pixel 2T is arranged at the upper right, and green (G) AF pixel 2B is arranged at the lower right to form a 4-pixel unit of the Bayer color array. Although the configuration has been described, the present invention is not limited thereto, and other arrangements of AF pixels 2R, 2L, 2T, and 2B as shown in FIGS. 8B to 8H may be used.

図8(a)〜図8(h)は、図1の4画素単位内のAF用中央ブロック2内のAF用画素2R,2L,2T,2Bの配置の種類を説明するための平面図である。   FIGS. 8A to 8H are plan views for explaining types of arrangement of AF pixels 2R, 2L, 2T, and 2B in the AF central block 2 in the 4-pixel unit of FIG. is there.

図8(b)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Rが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Lが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Bが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Tが配置されている。   In FIG. 8B, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2R is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2L at the lower left. Are arranged, the red (R) AF pixel 2B is arranged at the upper right, and the green (G) AF pixel 2T is arranged at the lower right.

図8(c)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Tが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Bが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Lが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Rが配置されている。   In FIG. 8C, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2T is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2B at the lower left. Are arranged, the red (R) AF pixel 2L is arranged at the upper right, and the green (G) AF pixel 2R is arranged at the lower right.

図8(d)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Bが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Tが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Rが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Lが配置されている。   In FIG. 8D, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2B is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2T at the lower left. Are arranged, the red (R) AF pixel 2R is arranged at the upper right, and the green (G) AF pixel 2L is arranged at the lower right.

図8(e)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Rが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Bが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Lが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Tが配置されている。   In FIG. 8E, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2R is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2B at the lower left. Are arranged, a red (R) AF pixel 2L is arranged at the upper right, and a green (G) AF pixel 2T is arranged at the lower right.

図8(f)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Lが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Tが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Rが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Bが配置されている。   In FIG. 8F, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2L is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2T at the lower left. Are arranged, the red (R) AF pixel 2R is arranged at the upper right, and the green (G) AF pixel 2B is arranged at the lower right.

図8(g)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Rが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Bが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Tが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Lが配置されている。   In FIG. 8G, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2R is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2B at the lower left. Are arranged, the red (R) AF pixel 2T is arranged at the upper right, and the green (G) AF pixel 2L is arranged at the lower right.

図8(h)では、ベイヤ色配列の4画素単位毎のAF用中央ブロック2内において、左上に緑色(G)のAF用画素2Lが配置され、左下に青色(B)のAF用画素2Tが配置され、右上に赤色(R)のAF用画素2Bが配置され、右下に緑色(G)のAF用画素2Rが配置されている。   In FIG. 8H, in the AF central block 2 for each four-pixel unit in the Bayer color array, the green (G) AF pixel 2L is arranged at the upper left, and the blue (B) AF pixel 2T at the lower left. Are arranged, the red (R) AF pixel 2B is arranged at the upper right, and the green (G) AF pixel 2R is arranged at the lower right.

なお、本実施形態1では、隣接のAF用中央ブロック2間には1つの撮像用ブロック(2行2列;2×2)が設けられ、その1つの撮像用ブロックは、その両側の各AF用中央ブロック2の各周囲ブロックとして各AF用中央ブロック2に互いに共有されており、AF用中央ブロック2は、水平方向および垂直方向に、2行または2列(1ブロック)置きに配置されている場合について説明したが、これに限らず、AF用中央ブロック2がn(nは複数)ブロック置きに配設されるように構成してもよい。   In the first embodiment, one imaging block (2 rows and 2 columns; 2 × 2) is provided between adjacent AF central blocks 2, and the one imaging block is provided on each AF on both sides. The AF central block 2 is shared by each AF central block 2 as surrounding blocks, and the AF central block 2 is arranged in two rows or two columns (one block) in the horizontal and vertical directions. However, the present invention is not limited to this, and the AF central block 2 may be arranged every n (n is a plurality) blocks.

即ち、隣接のAF用中央ブロック2間には複数の撮像用ブロック(2行2列;2×2)が設けられ、その複数の撮像用ブロックは、その両側の各AF用中央ブロック2の各周囲ブロックとして各AF用中央ブロック2に互いに共有されている。AF用中央ブロック2は、水平方向および垂直方向に、nブロック置きに配置されている。これによって、AF用中央ブロック2は、水平方向および垂直方向にnブロック置きに離散的に万遍なく等間隔に配設されている。また、水平方向および垂直方向によって介在する1またはnブロックはm1ブロックとm2ブロックのようにブロック数が異なっていてもよい。   That is, a plurality of imaging blocks (2 rows × 2 columns; 2 × 2) are provided between adjacent AF central blocks 2, and the plurality of imaging blocks correspond to the AF central blocks 2 on both sides thereof. Each of the AF central blocks 2 is shared with each other as a peripheral block. The AF central block 2 is arranged every n blocks in the horizontal direction and the vertical direction. As a result, the AF central block 2 is discretely and evenly spaced every n blocks in the horizontal and vertical directions. Further, 1 or n blocks interposed depending on the horizontal direction and the vertical direction may have different numbers of blocks such as m1 blocks and m2 blocks.

要するに、4種類のAF用画素2L,2R,2T,2Bで構成される複数の2画素×2画素のベイヤ色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の撮像用画素3Aを間に置いて配置されている。   In short, the Bayer color arrangement of a plurality of 2 pixels × 2 pixels composed of four types of AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B has at least two columns in the horizontal direction and at least two rows in the vertical direction. 3A is placed in between.

次の実施形態2では、プレビュー駆動を行った後の2次元状画素配置においても、4種類のAF用画素2L,2R,2T,2Bで構成される複数の2画素×2画素のベイヤ色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の撮像用画素3Aを間に介在させて配置されている場合について説明する。   In the second embodiment, even in the two-dimensional pixel arrangement after the preview driving, a plurality of 2 pixels × 2 pixels Bayer color array composed of four types of AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B Will describe a case where imaging pixels 3A are arranged with at least two columns in the horizontal direction and at least two rows in the vertical direction.

(実施形態2)
上記実施形態1では本発明のAF用画素配列を用いた全画素読み出し時の場合について説明したが、本実施形態2では、本発明のAF用画素配列を用いた間引き読み出し駆動の場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case of reading all pixels using the AF pixel array of the present invention has been described. In the second embodiment, the case of thinning readout driving using the AF pixel array of the present invention will be described. .

図9は、本発明の実施形態2における固体撮像素子1Aにおいて、垂直1/2間引き(水平間引き無し)で間引き読み出し駆動するときの画素配置図であって、図9(a)は全画素読み出し時の画素配置図、図9(b)は垂直1/2画素読み出し時の間引きを説明するための画素配置図、図9(c)は垂直1/2画素読み出し後の画素合成図である。   FIG. 9 is a pixel layout diagram when thinning readout driving is performed with vertical ½ thinning (no horizontal thinning) in the solid-state imaging device 1A according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. FIG. 9B is a pixel arrangement diagram for explaining thinning out at the time of vertical 1/2 pixel readout, and FIG. 9C is a pixel composition diagram after the vertical 1/2 pixel readout.

図9(a)〜図9(c)において、本実施形態2の固体撮像素子1Aは、上記実施形態1のAF用画素2R,2L,2T,2Bが配置されたAF用中央ブロック2が水平方向では間に2列の撮像用画素3Aを置いて順次配置され、AF用中央ブロック2が垂直方向では間に6行の撮像用画素3Aを置いて順次配置されて、垂直1/2間引き(水平間引き無し)で間引き読み出し駆動可能とされている。この場合、図9(c)に示す垂直1/2画素読み出し後の画素配置合成後にも、AF用中央ブロック2の周囲に周囲8ブロック30が確保されて補間動作も上記実施形態1の場合と同様に高精度を維持して行うことができる。   9A to 9C, in the solid-state imaging device 1A of the second embodiment, the AF central block 2 in which the AF pixels 2R, 2L, 2T, and 2B of the first embodiment are arranged is horizontal. In the direction, two rows of imaging pixels 3A are sequentially arranged, and in the vertical direction, the AF central block 2 is sequentially arranged with six rows of imaging pixels 3A in between, and vertical 1/2 thinning ( Thinning readout drive is possible without horizontal thinning). In this case, even after the pixel arrangement synthesis after the vertical 1/2 pixel reading shown in FIG. 9C, the surrounding 8 blocks 30 are secured around the AF central block 2, and the interpolation operation is the same as in the case of the first embodiment. Similarly, high accuracy can be maintained.

本実施形態2の固体撮像素子1Aは、動画記録や静止画撮影を行う際にファインダ映像として液晶画面に表示するため、センサ(固体撮像素子1A)からの出力画素数を少なくするプレビュー駆動(垂直1/2間引き読み出し駆動)を行ったときでも、全画素読み出し時と同様に、上記したAF画素欠陥補正に用いることができる同色画素が、補正対象欠陥画素(AF用画素2R,2L,2T,2B)をそれぞれ中心とした近傍5画素×5画素の領域内に同色4画素以上の8画素存在するため、プレビュー駆動時にも解像度の劣化がなく且つ補間精度を高精度に保持することができる。   Since the solid-state imaging device 1A of Embodiment 2 displays a finder image on the liquid crystal screen when performing moving image recording or still image shooting, preview driving (vertical driving) that reduces the number of output pixels from the sensor (solid-state imaging device 1A). Even when ½ decimation readout driving) is performed, the same color pixels that can be used for the AF pixel defect correction described above are corrected target defective pixels (AF pixels 2R, 2L, 2T, Since there are 8 pixels of the same color of 4 pixels or more in the neighborhood of 5 pixels × 5 pixels, each centered on 2B), the resolution is not deteriorated even during preview driving, and the interpolation accuracy can be maintained with high accuracy.

次に、間引き率が異なる事例について更に説明する。   Next, a case where the thinning rate is different will be further described.

図10は、本発明の実施形態2における他の固体撮像素子1Bにおいて、垂直1/4間引き(水平間引き無し)で間引き読み出し駆動したときの画素配置図であって、図10(a)は全画素読み出し時の画素配置図、図10(b)は垂直1/4画素読み出し時の間引きを説明するための画素配置図、図10(c)は垂直1/4画素読み出し後の画素合成図である。   FIG. 10 is a pixel arrangement diagram when thinning readout driving is performed with vertical 1/4 thinning (no horizontal thinning) in another solid-state imaging device 1B according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. FIG. 10B is a pixel layout diagram for explaining thinning out at the time of vertical 1/4 pixel reading, and FIG. 10C is a pixel composition diagram after vertical 1/4 pixel reading. .

図10(a)〜図10(c)において、本実施形態2の他の固体撮像素子1Bは、上記実施形態1のAF用画素2R,2L,2T,2Bが配置されたAF用中央ブロック2が水平方向では間に2列の撮像用画素3Aを置いて順次配置され、AF用中央ブロック2が垂直方向では間に14行の撮像用画素3Aを置いて順次配置されて、垂直1/4間引き(水平間引き無し)で間引き読み出し駆動可能とされている。この場合、図10(c)に示す垂直1/4画素読み出し後の画素配置合成後にも、AF用中央ブロック2の周囲に周囲8ブロック30が確保されて補間動作も上記実施形態1の場合と同様に高精度に行うことができる。   10A to 10C, another solid-state imaging device 1B of the second embodiment is an AF central block 2 in which the AF pixels 2R, 2L, 2T, and 2B of the first embodiment are arranged. Are sequentially arranged with two rows of imaging pixels 3A in the horizontal direction, and the AF central block 2 is sequentially arranged with 14 rows of imaging pixels 3A in the vertical direction, and the vertical 1/4. Thinning readout drive is possible by thinning (no horizontal thinning). In this case, even after the pixel arrangement synthesis after the vertical 1/4 pixel reading shown in FIG. 10C, the surrounding 8 blocks 30 are secured around the AF central block 2, and the interpolation operation is the same as in the case of the first embodiment. Similarly, it can be performed with high accuracy.

本実施形態2の固体撮像素子1Bは、動画記録や静止画撮影を行う際にファインダ映像として液晶画面に表示するため、センサ(固体撮像素子1B)からの出力画素数を少なくするプレビュー駆動(垂直1/4間引き読み出し駆動)を行ったときでも、全画素読み出し時と同様に、上記したAF画素欠陥補正に用いることができる同色画素が、補正対象欠陥画素(AF用画素2R,2L,2T,2B)をそれぞれ中心とした近傍5画素×5画素の領域内に同色4画素以上の8画素存在するため、プレビュー駆動時にも解像度の劣化がなく且つ補間精度を高精度に保持することができる。   Since the solid-state imaging device 1B of the second embodiment displays a finder image on the liquid crystal screen when performing moving image recording or still image shooting, preview driving (vertical driving) that reduces the number of output pixels from the sensor (solid-state imaging device 1B). Even when 1/4 thinning-out readout driving is performed, the same color pixels that can be used for the AF pixel defect correction described above are corrected target defective pixels (AF pixels 2R, 2L, 2T, Since there are 8 pixels of the same color of 4 pixels or more in the neighborhood of 5 pixels × 5 pixels, each centered on 2B), the resolution is not deteriorated even during preview driving, and the interpolation accuracy can be maintained with high accuracy.

以上により、本実施形態2によれば、プレビュー駆動を行った後の2次元状画素配置においても、焦点検出用(AF用)画素2R,2L,2T,2Bで構成される複数の2画素×2画素のベイヤ色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の撮像用画素3Aを間に介在させて配置されている。このプレビュー駆動が垂直間引き駆動(ここでは垂直1/2間引き読み出し駆動または垂直1/4間引き読み出し駆動)である。   As described above, according to the second embodiment, even in the two-dimensional pixel arrangement after the preview driving, a plurality of 2 pixels × focus pixels (AF) pixels 2R, 2L, 2T, and 2B × The two-pixel Bayer color array is arranged with at least two columns in the horizontal direction and at least two rows of imaging pixels 3A in the vertical direction. This preview driving is vertical thinning driving (here, vertical 1/2 thinning readout driving or vertical 1/4 thinning readout driving).

これによって、動画記録や静止画撮影を行う際にファインダ映像として液晶画面に表示するため、固体撮像素子1Aまたは1Bからの出力画素数を少なくするプレビュー駆動(垂直1/2間引きや垂直1/4間引き読み出し駆動)を行ったときでも、全画素読み出しと同様に、AF画素欠陥補正に用いることができる同色画素(撮像用画素3A)が、補正対象欠陥画素(AF用画素2R,2L,2T,2B)をそれぞれ中心とした近傍5画素×5画素に4画素以上の8画素存在するため、プレビュー駆動時にも解像度の劣化がなく且つ補間精度を高い精度で保持することができる。このようにして、補間精度を高精度に維持しつつ解像度の劣化を防止することができる。   As a result, a preview drive (vertical ½ thinning or vertical ¼) reduces the number of output pixels from the solid-state imaging device 1A or 1B in order to display a finder image on the liquid crystal screen when recording a moving image or taking a still image. Even when performing thinning readout driving), the same color pixels (imaging pixels 3A) that can be used for AF pixel defect correction are corrected target defective pixels (AF pixels 2R, 2L, 2T, Since there are 8 pixels of 4 pixels or more in the neighborhood 5 pixels × 5 pixels each centered on 2B), resolution is not deteriorated even during preview driving, and interpolation accuracy can be maintained with high accuracy. In this way, resolution degradation can be prevented while maintaining high interpolation accuracy.

(実施形態3)
本実施形態3では、上記実施形態1,2の固体撮像素子1、1Aまたは1Bを用いた撮像装置としてのデジタルカメラの高速AFカメラシステムについて説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a high-speed AF camera system of a digital camera as an imaging apparatus using the solid-state imaging device 1, 1A, or 1B of the first and second embodiments will be described.

図11は、本発明の実施形態3の撮像装置としての高速AFカメラシステムの要部構成例を示すブロック図である。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a main part of a high-speed AF camera system as an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention.

図11に示すように、本実施形態3の撮像装置としての高速AFカメラシステム50は、被写体を結像する光学系として装着される撮像レンズ8と、撮像レンズ8を動かしてフォーカス動作が駆動制御するレンズ駆動用AFドライバ51と、撮像レンズ8の駆動により焦点が合った画像光を光電変換する固体撮像素子1、1Aまたは1Bと、固体撮像素子1、1Aまたは1Bからの信号を信号処理する信号処理部52と、信号処理部52に接続されたメモリ53と、固体撮像素子1,1Aまたは1Bを駆動制御するシステムコントロール部54と、システムコントロール部54に接続された記録部55と、システムコントロール部54に接続された操作SW56と、システムコントロール部54に接続され、位置入力操作が可能なタッチパネル57と、システムコントロール部54に接続されたLCD駆動回路58と、LCD駆動回路58に接続された表示部59(LCD)とを有している。   As shown in FIG. 11, the high-speed AF camera system 50 as the imaging apparatus according to the third embodiment has an imaging lens 8 that is mounted as an optical system that forms an image of a subject, and the focus operation is driven and controlled by moving the imaging lens 8. A lens driving AF driver 51, a solid-state imaging device 1, 1A or 1B for photoelectrically converting image light focused by driving the imaging lens 8, and signals from the solid-state imaging device 1, 1A or 1B. A signal processing unit 52; a memory 53 connected to the signal processing unit 52; a system control unit 54 for driving and controlling the solid-state imaging device 1, 1A or 1B; a recording unit 55 connected to the system control unit 54; An operation SW 56 connected to the control unit 54 and a touch panel connected to the system control unit 54 and capable of position input operation. 57, an LCD drive circuit 58 connected to the system control unit 54, and a display unit 59 connected to the LCD driving circuit 58 (LCD).

レンズ駆動用AFドライバ51は、撮像レンズ8を駆動してフォーカス動作を実行する。   The lens driving AF driver 51 drives the imaging lens 8 to execute a focusing operation.

信号処理部52は、固体撮像素子1,1Aまたは1Bから撮像信号およびAF画素信号が入力されてそれぞれ所定の信号処理が為される。   The signal processing unit 52 receives an imaging signal and an AF pixel signal from the solid-state imaging device 1, 1A, or 1B, and performs predetermined signal processing.

メモリ53は、信号処理部52を経由して撮像信号およびAF画素信号を格納する。   The memory 53 stores the imaging signal and the AF pixel signal via the signal processing unit 52.

システムコントロール部54は、固体撮像素子1,1Aまたは1Bを駆動制御して固体撮像素子1,1Aまたは1Bから画素信号およびAF画素信号を出力制御する。   The system control unit 54 drives and controls the solid-state imaging device 1, 1 </ b> A or 1 </ b> B, and controls output of pixel signals and AF pixel signals from the solid-state imaging device 1, 1 </ b> A or 1 </ b> B.

表示部59はLCDなどで構成され、その表示画面上に、位置入力j操作が可能なタッチパネル57が配置されている。   The display unit 59 is configured by an LCD or the like, and a touch panel 57 capable of position input j operation is disposed on the display screen.

上記構成により、その動作を説明する。   The operation of the above configuration will be described.

まず、操作SW56によってオン操作(シャッタ操作)されて、固体撮像素子1,1Aまたは1Bが、システムコントロール部54の命令によって駆動され、固体撮像素子1,1Aまたは1Bから撮像信号および焦点調節用のAF画素信号を信号処理部52に出力する。   First, an ON operation (shutter operation) is performed by the operation SW 56, and the solid-state imaging device 1, 1A or 1B is driven by a command from the system control unit 54. The solid-state imaging device 1, 1A or 1B The AF pixel signal is output to the signal processing unit 52.

次に、固体撮像素子1,1Aまたは1Bから出力される信号は、被写体像を示す画素信号を形成する撮像信号と、撮像レンズ8の焦点調節状態を検出するためのAF画素信号であるが、これらの撮像信号およびAF画素信号は信号処理部52を経由してメモリ53に格納される。   Next, signals output from the solid-state imaging device 1, 1 </ b> A or 1 </ b> B are an imaging signal that forms a pixel signal indicating a subject image and an AF pixel signal for detecting the focus adjustment state of the imaging lens 8. These imaging signals and AF pixel signals are stored in the memory 53 via the signal processing unit 52.

続いて、メモリ53に格納されたAF画素信号のL画素(AF用画素2L)の信号量と、メモリ53に格納されたAF画素信号のR画素(AF用画素2R)の信号量との比較を行い、固体撮像素子1、1Aまたは1Bのセンサ面でのAF用画素2LとAF用画素2R間の各信号量が一致する画素間距離から、合焦位置への撮像レンズ8の移動量f(d)を求める。   Subsequently, the signal amount of the L pixel (AF pixel 2L) of the AF pixel signal stored in the memory 53 and the signal amount of the R pixel (AF pixel 2R) of the AF pixel signal stored in the memory 53 are compared. The amount of movement f of the imaging lens 8 from the inter-pixel distance where the signal amounts between the AF pixel 2L and the AF pixel 2R on the sensor surface of the solid-state imaging device 1, 1A, or 1B coincide with each other to the in-focus position f. (D) is obtained.

移動量の検出結果はシステムコントロール部54側に送信され、撮像レンズ8の移動量をシステムコントロール部54からレンズ駆動用AFドライバ51に送信して、レンズ駆動用AFドライバ51によりその撮像レンズ8を駆動してその移動量だけ移動させてAF動作を行う。   The detection result of the movement amount is transmitted to the system control unit 54 side, the movement amount of the imaging lens 8 is transmitted from the system control unit 54 to the lens driving AF driver 51, and the lens driving AF driver 51 causes the imaging lens 8 to move. The AF operation is performed by driving and moving the movement amount.

また、メモリ53に格納された被写体像を示す画素信号を形成するための撮像信号には、AF画素信号も含まれている。記録画像を生成する信号処理を行う前に、撮像信号に含まれるAF画素信号を欠陥とした欠陥補正処理を行う。その欠陥補正処理後の撮像信号は記録画像を生成する信号処理を行い、画像圧縮処理を行った後、システムコントロール部54に送信して、システムコントロール部54から記録部55に保存される。   The imaging signal for forming the pixel signal indicating the subject image stored in the memory 53 includes an AF pixel signal. Before performing a signal process for generating a recorded image, a defect correction process using an AF pixel signal included in the imaging signal as a defect is performed. The image signal after the defect correction processing is subjected to signal processing for generating a recorded image, subjected to image compression processing, transmitted to the system control unit 54, and stored in the recording unit 55 from the system control unit 54.

したがって、本実施形態3によれば、補間精度を高精度に維持しつつ解像度の劣化を防止することができる上記実施形態1,2の固体撮像素子1、1Aまたは1Bを用いた撮像装置としての高速AFカメラシステム50を得ることができる。   Therefore, according to the third embodiment, as an imaging apparatus using the solid-state imaging device 1, 1A, or 1B of the first and second embodiments, which can prevent deterioration in resolution while maintaining high interpolation accuracy. A high-speed AF camera system 50 can be obtained.

なお、本実施形態1〜3では、2次元状でマトリクス状の画素配置において、4つの撮像用画素3Aで構成される複数の2画素×2画素のベイヤ色配列と、4つのAF用画素2L,2R,2T,2Bで構成される複数の2画素×2画素のベイヤ色配列とを有する構成としたが、4つのAF用画素(2画素×2画素)はベイヤ色配列(RGB配列)に限らず、その他の所定色配列であってもよい。要するに、4つのAF用画素は2画素×2画素の4画素単位の色配列であればよい。   In the first to third embodiments, in a two-dimensional and matrix pixel arrangement, a plurality of 2 pixels × 2 pixels Bayer color array composed of four imaging pixels 3A and four AF pixels 2L. , 2R, 2T, 2B, and a plurality of 2 pixels × 2 pixels Bayer color array, the four AF pixels (2 pixels × 2 pixels) are arranged in a Bayer color array (RGB array). However, other predetermined color arrangements may be used. In short, the four AF pixels may have a color arrangement in units of four pixels of 2 pixels × 2 pixels.

特に、撮像用画素3Aはベイヤ色配列(RGB配列)などの4画素単位毎の所定色配列で、4つのAF用画素(2画素×2画素)は全て同じ色(例えば全て緑色など)のカラーフィルタを用いることもできる。   In particular, the image pickup pixel 3A is a predetermined color arrangement in units of four pixels such as a Bayer color arrangement (RGB arrangement), and all four AF pixels (2 pixels × 2 pixels) are the same color (for example, all green). A filter can also be used.

また、4つのAF用画素2L,2R,2T,2BのうちのAF用画素2L,2RとAF用画素2T,2Bにそれぞれ異なる同色のカラーフィルタを用いることもできる。例えばAF用画素2L,2Rに緑色(G)のカラーフィルタを用い、AF用画素2T,2Bに赤色(R)のカラーフィルタを用いてもよいし、例えばAF用画素2L,2Rに赤色(R)のカラーフィルタを用い、AF用画素2T,2Bに青色(B)のカラーフィルタを用いてもよいし、例えばAF用画素2L,2Rに青色(B)のカラーフィルタを用い、AF用画素2T,2Bに緑色(G)のカラーフィルタを用いてもよい。4つのAF用画素(2画素×2画素)のカラーフィルタの色の組み合わせ(例えばRGB以外にこれを含む4色であてもよい)はこの他にも様々考えられる。   Further, among the four AF pixels 2L, 2R, 2T, and 2B, different color filters of the same color can be used for the AF pixels 2L and 2R and the AF pixels 2T and 2B, respectively. For example, a green (G) color filter may be used for the AF pixels 2L and 2R, a red (R) color filter may be used for the AF pixels 2T and 2B, and a red (R) may be used for the AF pixels 2L and 2R, for example. ) Color filters, and blue (B) color filters may be used for AF pixels 2T and 2B. For example, blue (B) color filters may be used for AF pixels 2L and 2R, and AF pixels 2T , 2B may be a green (G) color filter. Various other combinations of the color filter colors of the four AF pixels (2 pixels × 2 pixels) (for example, four colors including RGB in addition to RGB) are conceivable.

このように、4つのAF用画素2L,2R,2T,2BのうちのAF用画素2L,2RとAF用画素2T,2Bにそれぞれ異なる同色のカラーフィルタを用いることにより、画素感度が均等(画素出力信号量も均等)となり、位相差計算精度を向上させることができる。最終的に記録される画像は、その周囲の同色の撮像用画素3Aから色補間されることになる。   In this way, by using different color filters of the same color for the AF pixels 2L, 2R and the AF pixels 2T, 2B among the four AF pixels 2L, 2R, 2T, 2B, the pixel sensitivities are equal (pixel The output signal amount is also equal), and the phase difference calculation accuracy can be improved. The finally recorded image is color-interpolated from the surrounding imaging pixels 3A of the same color.

以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜3を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜3に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜3の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-3 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-3. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments 1 to 3 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、複数の焦点検出用画素を用いて焦点検出動作を行い、複数の撮像用画素を用いて被写体からの画像光を複数の撮像画素で光電変換して撮像する撮像素子および、例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の撮像部に用いられ、その撮像素子を画像入力デバイスとして用いた撮像装置の分野において、補間精度を高精度に維持しつつ解像度の劣化を防止することができる。   The present invention relates to an imaging device that performs a focus detection operation using a plurality of focus detection pixels, photoelectrically converts image light from a subject using the plurality of imaging pixels, and performs imaging using the plurality of imaging pixels, for example, digital Used for imaging units of electronic information equipment such as digital cameras such as video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras. In the field of an imaging apparatus using an element as an image input device, resolution degradation can be prevented while maintaining high interpolation accuracy.

1、1A、1B、10 固体撮像素子(撮像素子)
2 AF用中央ブロック
2R,2L,2T,2B 焦点検出用(AF用)画素
21 遮光領域
22 開口領域
3 撮像用ブロック
3A 撮像用画素
30 周囲8ブロック
4 マイクロレンズ
5 入射光領域
6 遮光膜
7 被写体
8 撮像レンズ
9 カラーフィルタ
50 高速AFカメラシステム
51 レンズ駆動用AFドライバ
52 信号処理部
53 メモリ
54 システムコントロール部
55 記録部
56 操作SW
57 タッチパネル
58 LCD駆動回路
59 表示部(LCD)
1, 1A, 1B, 10 Solid-state imaging device (imaging device)
2 AF central block 2R, 2L, 2T, 2B Focus detection (AF) pixels 21 Light shielding area 22 Opening area 3 Imaging block 3A Imaging pixels 30 Surrounding 8 blocks 4 Microlens 5 Incident light area 6 Light shielding film 7 Subject 8 Imaging lens 9 Color filter 50 High-speed AF camera system 51 AF driver for lens driving 52 Signal processing unit 53 Memory 54 System control unit 55 Recording unit 56 Operation SW
57 Touch Panel 58 LCD Drive Circuit 59 Display Unit (LCD)

Claims (5)

入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の撮像用画素と、被写体からの画像光を用いて焦点検出動作を行うための複数の焦点検出用画素とを備えた撮像素子において、
2次元状画素配置が、該焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列を含み、該2画素×2画素の所定色配列内の該焦点検出用画素を補正対象欠陥画素としたときに、該補正対象欠陥画素を中心とした5画素×5画素の領域内でかつ該2画素×2画素の所定色配列外の領域において、該補正対象欠陥画素と同色画素には該撮像用画素のみが配置されている撮像素子。
In an imaging device comprising a plurality of imaging pixels that photoelectrically convert incident light to generate a signal charge, and a plurality of focus detection pixels for performing a focus detection operation using image light from a subject,
The two-dimensional pixel arrangement includes a predetermined color array of a plurality of 2 pixels × 2 pixels constituted by the focus detection pixels, and the focus detection pixels in the predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels are to be corrected. When a defective pixel is used, a pixel of the same color as that of the defective pixel to be corrected in a region of 5 pixels × 5 pixels centered on the defective pixel to be corrected and outside the predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels. Is an imaging device in which only the imaging pixels are arranged.
前記2次元状画素配置が、前記撮像用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列を含み、前記焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列は、該2次元状画素配置において万遍なく等間隔に配列されている請求項1に記載の撮像素子。   The two-dimensional pixel arrangement includes a predetermined color array of a plurality of 2 pixels × 2 pixels configured by the imaging pixels, and a plurality of a predetermined color array of 2 pixels × 2 pixels configured by the focus detection pixels The image pickup device according to claim 1, wherein the two-dimensional pixel arrangement is uniformly arranged at equal intervals. 前記焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の前記撮像用画素を間に置いて配置されている請求項2に記載の撮像素子。   A predetermined color array of a plurality of 2 pixels × 2 pixels composed of the focus detection pixels is arranged with at least two columns in the horizontal direction and at least two rows of the imaging pixels in the vertical direction. The imaging device according to claim 2. プレビュー駆動を行った後の2次元状画素配置においても、前記焦点検出用画素で構成される複数の2画素×2画素の所定色配列は、横方向に少なくとも2列でかつ縦方向に少なくとも2行の前記撮像用画素を間に置いて配置されている請求項3に記載の撮像素子。   Even in the two-dimensional pixel arrangement after the preview driving, the predetermined color arrangement of the plurality of 2 pixels × 2 pixels configured by the focus detection pixels is at least two rows in the horizontal direction and at least 2 in the vertical direction. The imaging device according to claim 3, wherein the imaging pixels in a row are disposed with the imaging pixels interposed therebetween. 請求項1〜4のうちのいずれかに記載の撮像素子を画像入力デバイスとして用いた撮像装置。   An imaging device using the imaging device according to claim 1 as an image input device.
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