JP2017103712A - Imaging element, focus detection device, and imaging device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a decrease in the area of a light receiving portion of a plurality of photoelectric conversion units and to prevent degradation of imaging characteristics.SOLUTION: An imaging element comprises: four photoelectric conversion units arranged two by two in a first direction and in a second direction crossing the first direction; and first and second charge holding units for transferring charges of the photoelectric conversion portion. The four photoelectric conversion units comprise: a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit sequentially arranged in a first direction; a first photoelectric conversion unit and a third photoelectric conversion unit sequentially arranged in a second direction; and a second photoelectric conversion unit and a fourth photoelectric conversion unit arranged in order in a second direction. The charges generated by the first photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit are transferred to the first charge holding unit. The charges generated by the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are transferred to the second charge holding unit.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、撮像素子、焦点検出装置および撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging device, a focus detection device, and an imaging device.

複数対の光電変換部が設けられた画素が複数配列され、画素からの出力を用いて位相差方式による焦点検出が可能な撮像素子が知られている(たとえば特許文献1)。このような撮像素子は、光電変換部の受光面積が減少する問題がある。   There is known an imaging device in which a plurality of pixels provided with a plurality of pairs of photoelectric conversion units are arranged and focus detection can be performed by a phase difference method using an output from the pixels (for example, Patent Document 1). Such an image sensor has a problem that the light receiving area of the photoelectric conversion unit is reduced.

特開2012−215785号公報JP 2012-215785 A

本発明の第1の態様によると、撮像素子は、第1の方向と前記第1の方向に交差する第2の方向に2個ずつ配置された4個の光電変換部と、前記光電変換部の電荷が転送される第1および第2の電荷保持部と、を備え、前記4個の光電変換部は、前記第1の方向に順に配置された第1光電変換部と第2光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第1光電変換部と第3光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第2光電変換部と第4光電変換部を有し、前記第1光電変換部と前記第4光電変換部とで生成された電荷は前記第1の電荷保持部に転送され、前記第2光電変換部と前記第3光電変換部で生成された電荷は前記第2の電荷保持部に転送される。
本発明の第2の態様によると、撮像素子は、第1の方向と前記第1の方向に交差する第2の方向に2個ずつ配置された4個の光電変換部と、前記光電変換部の電荷による信号が出力される第1および第2信号線とを備え、前記4個の光電変換部は、前記第1の方向に順に配置された第1光電変換部と第2光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第1光電変換部と第3光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第2光電変換部と第4光電変換部を有し、前記第1光電変換部と前記第4光電変換部とで生成された電荷による前記信号は前記第1信号線に出力され、前記第2光電変換部と前記第3光電変換部とで生成された電荷による前記信号は前記第2信号線に出力される。
本発明の第3の態様によると、焦点検出装置は、第1または第2の態様の撮像素子と、前記4個の光電変換部からの電荷の転送を制御する制御部と、前記4個の光電変換部のうち、前記第1の方向に順に配置された前記光電変換部、または前記第2の方向に順に配置された前記光電変換部で生成された信号に基づき位相差焦点検出を行う焦点検出部と、を備える。
本発明の第4の態様によると、撮像装置は、第3の態様の焦点検出装置と、前記第1及び第2の光電変換部の電荷と、前記第3及び第4の光電変換部の電荷とに基づき、画像データを生成する画像生成部と、を備える。
According to the first aspect of the present invention, the imaging device includes four photoelectric conversion units arranged in two in a second direction intersecting the first direction and the first direction, and the photoelectric conversion unit. First and second charge holding units to which the charges are transferred, and the four photoelectric conversion units are arranged in the first direction in order, the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit The first photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit arranged in order in the second direction, the second photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit arranged in order in the second direction, The charges generated by the first photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit are transferred to the first charge holding unit, and the charges generated by the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are Transferred to the second charge holding portion.
According to the second aspect of the present invention, the image sensor includes four photoelectric conversion units arranged in two in a second direction intersecting the first direction and the first direction, and the photoelectric conversion unit. First and second signal lines from which a signal based on the electric charge is output, and the four photoelectric conversion units are arranged in order in the first direction, a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit, The first photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit arranged in order in the second direction, the second photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit arranged in order in the second direction, The signal generated by the charges generated by the first photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit is output to the first signal line, and the charge generated by the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit. The signal is output to the second signal line.
According to the third aspect of the present invention, the focus detection apparatus includes the imaging element according to the first or second aspect, a control unit that controls transfer of charges from the four photoelectric conversion units, and the four A focus that performs phase difference focus detection based on signals generated by the photoelectric conversion units sequentially arranged in the first direction or the photoelectric conversion units sequentially arranged in the second direction among the photoelectric conversion units. A detection unit.
According to the fourth aspect of the present invention, the imaging apparatus includes the focus detection device according to the third aspect, the charges of the first and second photoelectric conversion units, and the charge of the third and fourth photoelectric conversion units. And an image generation unit for generating image data.

本発明の実施の形態によるデジタルカメラの構成例を示す図The figure which shows the structural example of the digital camera by embodiment of this invention 撮像素子の概略的な構成を示す図The figure which shows the schematic structure of an image sensor 撮像素子上の第1領域と第2領域とを模式的に示す図The figure which shows typically the 1st area | region and 2nd area | region on an image pick-up element. 第1の実施の形態における撮像素子の回路構成を模式的に示す図The figure which shows typically the circuit structure of the image pick-up element in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における画素から出力信号を読み出すための駆動タイミングを示す図The figure which shows the drive timing for reading an output signal from the pixel in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における撮像素子の回路構成を模式的に示す図The figure which shows typically the circuit structure of the image pick-up element in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における画素から出力信号を読み出すための駆動タイミングを示す図The figure which shows the drive timing for reading an output signal from the pixel in 1st Embodiment. 比較例における撮像素子の概略的な構成を示す図The figure which shows schematic structure of the image pick-up element in a comparative example 比較例における撮像素子の回路構成を模式的に示す図The figure which shows typically the circuit structure of the image pick-up element in a comparative example 比較例における撮像素子の概略的な構成を示す図The figure which shows schematic structure of the image pick-up element in a comparative example 比較例における撮像素子の回路構成を模式的に示す図The figure which shows typically the circuit structure of the image pick-up element in a comparative example 第2の実施の形態における撮像素子の回路構成を模式的に示す図The figure which shows typically the circuit structure of the image pick-up element in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における画素から出力信号を読み出すための駆動タイミングを示す図The figure which shows the drive timing for reading an output signal from the pixel in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における画素から出力信号を読み出すための駆動タイミングを示す図The figure which shows the drive timing for reading an output signal from the pixel in 2nd Embodiment.

−第1の実施の形態−
以下、図面を参照して一実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態における撮像素子を含むレンズ交換式のデジタルカメラ1の構成を示すブロック図である。図1のデジタルカメラ1は、交換レンズ110とカメラボディ100とから構成され、交換レンズ110がレンズ取り付け部105を介してカメラボディ100に装着される。
-First embodiment-
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a lens-interchangeable digital camera 1 including an image sensor according to the present embodiment. The digital camera 1 shown in FIG. 1 includes an interchangeable lens 110 and a camera body 100, and the interchangeable lens 110 is attached to the camera body 100 via a lens mounting portion 105.

交換レンズ110は、レンズ制御装置111、ズームレンズ112、フォーカスレンズ113、防振レンズ114、絞り115、レンズ操作部116などを備えている。レンズ制御装置111は、CPUとメモリなどの周辺部品とを含み、フォーカスレンズ113および絞り115の駆動制御、ズームレンズ112やフォーカスレンズ113の位置検出、カメラボディ100へのレンズ情報の送信およびカメラボディ100からのカメラ情報の受信などを行う。   The interchangeable lens 110 includes a lens control device 111, a zoom lens 112, a focus lens 113, an anti-vibration lens 114, a diaphragm 115, a lens operation unit 116, and the like. The lens control device 111 includes a CPU and peripheral components such as a memory, and controls the drive of the focus lens 113 and the diaphragm 115, detects the positions of the zoom lens 112 and the focus lens 113, transmits lens information to the camera body 100, and the camera body. The camera information from 100 is received.

カメラボディ100は、撮像素子101、ボディ制御装置102、ボディ操作部103、および表示部104などを有している。撮像素子101は、交換レンズ110の予定結像面(予定焦点面)に配置され、交換レンズ110により結像された被写体像を光電変換する。ボディ操作部103は、シャッターボタンや、焦点検出エリアの設定部材などを含む。表示部104は、カメラボディ100の背面に搭載された液晶モニタ(背面モニタ)である。   The camera body 100 includes an image sensor 101, a body control device 102, a body operation unit 103, a display unit 104, and the like. The image sensor 101 is disposed on the planned imaging plane (planned focal plane) of the interchangeable lens 110 and photoelectrically converts the subject image formed by the interchangeable lens 110. The body operation unit 103 includes a shutter button, a focus detection area setting member, and the like. The display unit 104 is a liquid crystal monitor (back monitor) mounted on the back surface of the camera body 100.

ボディ制御装置102は、CPUとメモリなどの周辺部品とを含む。ボディ制御装置102は、制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ1の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行する演算装置である。ボディ制御装置102は、駆動制御部102aと、焦点検出部102bと、画像処理部102cとを機能として有している。駆動制御部102aは、撮像素子101の駆動制御を制御して、撮像素子101から画像信号および焦点検出信号の読み出しを行わせる。焦点検出部102bは、撮像素子101からの焦点検出信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ110の焦点調節を行わせる。画像処理部102cは、撮像素子101からの画像信号の処理および記録を行う。ボディ制御装置102は、レンズ取り付け部105に設けられた電気接点106を介してレンズ制御装置111と通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など)の送信を行う。   The body control device 102 includes a CPU and peripheral components such as a memory. The body control device 102 is an arithmetic device that controls each component of the digital camera 1 and executes various data processing based on a control program. The body control apparatus 102 has a drive control unit 102a, a focus detection unit 102b, and an image processing unit 102c as functions. The drive control unit 102 a controls the drive control of the image sensor 101 to read out the image signal and the focus detection signal from the image sensor 101. The focus detection unit 102 b performs focus detection calculation based on the focus detection signal from the image sensor 101 and the focus adjustment of the interchangeable lens 110. The image processing unit 102c performs processing and recording of an image signal from the image sensor 101. The body control device 102 communicates with the lens control device 111 via an electrical contact 106 provided in the lens attachment unit 105, and receives lens information and transmits camera information (defocus amount, aperture value, etc.).

交換レンズ110を通過した光束により、撮像素子101の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子101により光電変換され、画像信号と焦点検出信号とがボディ制御装置102へ送られる。   A subject image is formed on the light receiving surface of the image sensor 101 by the light beam that has passed through the interchangeable lens 110. This subject image is photoelectrically converted by the image sensor 101, and an image signal and a focus detection signal are sent to the body control device 102.

ボディ制御装置102の焦点検出部102bは、撮像素子101からの焦点検出信号に基づいて公知の像面位相差方式による焦点検出演算を行うことにより、交換レンズ110の焦点調節状態(デフォーカス量)を検出する。ボディ制御装置102は、このデフォーカス量をレンズ制御装置111へ送る。レンズ制御装置111は、受信したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ113の駆動量を算出し、この駆動量に基づいてフォーカスレンズ113を不図示のモーター等で駆動して合焦位置へ移動させる。換言すると、撮像素子101と駆動制御部102aと焦点検出部102bとにより本実施の形態における焦点検出装置2が構成される。   The focus detection unit 102b of the body control device 102 performs a focus detection calculation by a known image plane phase difference method based on a focus detection signal from the image sensor 101, thereby adjusting the focus adjustment state (defocus amount) of the interchangeable lens 110. Is detected. The body control device 102 sends this defocus amount to the lens control device 111. The lens control device 111 calculates a drive amount of the focus lens 113 based on the received defocus amount, and moves the focus lens 113 to a focus position by driving the focus lens 113 with a motor or the like (not shown) based on this drive amount. In other words, the imaging device 101, the drive control unit 102a, and the focus detection unit 102b constitute the focus detection device 2 in the present embodiment.

また、ボディ制御装置102の画像処理部102cは、撮像素子101からの画像信号を処理して撮影画像データを生成し、不図示のメモリカードに格納する。画像処理部102cは、撮像素子101からのスルー画像(ライブビュー画像)信号に基づくスルー画像(ライブビュー画像)を表示部104に表示させる。   Further, the image processing unit 102c of the body control device 102 processes the image signal from the image sensor 101 to generate captured image data, and stores it in a memory card (not shown). The image processing unit 102 c causes the display unit 104 to display a through image (live view image) based on a through image (live view image) signal from the image sensor 101.

(撮像素子の構成)
図2は、撮像素子101の概略的な構成を説明する図である。なお、図2では、画素200と垂直信号線300との接続を分かりやすくするため、読み出しに用いられるトランジスタなどは省略している。撮像素子101では、複数の画素200が水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)に二次元状に設けられている。以下、水平方向に並んだ複数の画素200を画素行、垂直方向に並んだ複数の画素200を画素列とも表記する。
(Configuration of image sensor)
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the image sensor 101. Note that in FIG. 2, transistors and the like used for reading are omitted for easy understanding of the connection between the pixel 200 and the vertical signal line 300. In the image sensor 101, a plurality of pixels 200 are provided two-dimensionally in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction). Hereinafter, the plurality of pixels 200 arranged in the horizontal direction are also referred to as pixel rows, and the plurality of pixels 200 arranged in the vertical direction are also referred to as pixel columns.

各画素200は、1つのマイクロレンズ(不図示)の下に設けられた4個の光電変換部(フォトダイオード)PD_1、PD_2、PD_3、PD_4を有する。各光電変換部PD_1、PD_2、PD_3、PD_4は、交換レンズ110の射出瞳の異なる領域を通過した4つの光束をそれぞれ受光する。なお、以下の説明において、光電変換部PD_1〜PD_4を総称する場合には、光電変換部PDと表記する。光電変換部PDは、電荷蓄積型の光電変換部である。1画素当たり4つの光電変換部PDを有する4PD構成の場合、2つの光電変換部PDが水平方向に並び(水平分割と呼ぶ)と、2つの光電変換部PDが垂直方向に並ぶ(垂直分割と呼ぶ)。図2に示す例では、光電変換部PD_1およびPD_3が水平方向に並び、光電変換部PD_2およびPD_4が水平方向に並ぶ。光電変換部PD_1およびPD_4が垂直方向に並び、光電変換部PD_2およびPD_3が垂直方向に並ぶ。すなわち、4つの光電変換部PDは2行2列に配置される。   Each pixel 200 includes four photoelectric conversion units (photodiodes) PD_1, PD_2, PD_3, and PD_4 provided under one microlens (not shown). Each photoelectric conversion unit PD_1, PD_2, PD_3, and PD_4 respectively receives four light beams that have passed through different regions of the exit pupil of the interchangeable lens 110. In the following description, the photoelectric conversion units PD_1 to PD_4 are collectively referred to as photoelectric conversion units PD. The photoelectric conversion unit PD is a charge storage type photoelectric conversion unit. In the case of a 4PD configuration having four photoelectric conversion units PD per pixel, two photoelectric conversion units PD are arranged in the horizontal direction (referred to as horizontal division), and two photoelectric conversion units PD are arranged in the vertical direction (vertical division and Call). In the example illustrated in FIG. 2, the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 are arranged in the horizontal direction, and the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 are arranged in the horizontal direction. The photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 are arranged in the vertical direction, and the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 are arranged in the vertical direction. That is, the four photoelectric conversion units PD are arranged in 2 rows and 2 columns.

また、各画素位置には、ベイヤー配列の規則に従って色フィルタ(R:赤色フィルタ、G:緑色フィルタ、B:青色フィルタ)が配置されている。すなわち、画素200として、赤色成分の分光感度を有する(すなわち赤色フィルタが配置された)R画素と緑色成分の分光感度を有する(すなわち緑色フィルタが配置された)G画素と青色成分の分光感度を有する(すなわち青色フィルタが配置された)B画素とが設けられている。画素200は、撮影用画素と焦点検出用画素とを兼ねており、画素200が撮像素子101の全面に配置されている。したがって、撮影画面上の任意の位置で焦点検出を行うことが可能である。また、撮影時には、各画素200の光電変換部PD_1、PD_2、PD_3およびPD_4からの出力信号を加算することで、撮影画像データを生成することが可能である。   Further, color filters (R: red filter, G: green filter, B: blue filter) are arranged at each pixel position according to the rules of the Bayer arrangement. That is, as the pixel 200, an R pixel having a red component spectral sensitivity (that is, a red filter is disposed), a G pixel having a green component spectral sensitivity (that is, a green filter is disposed), and a blue component. And a B pixel (that is, a blue filter is disposed). The pixel 200 serves as both a photographing pixel and a focus detection pixel, and the pixel 200 is disposed on the entire surface of the image sensor 101. Therefore, focus detection can be performed at an arbitrary position on the shooting screen. Further, at the time of photographing, it is possible to generate photographed image data by adding output signals from the photoelectric conversion units PD_1, PD_2, PD_3, and PD_4 of each pixel 200.

撮像素子101は、光電変換部PDからの出力信号を読み出すための垂直信号線300を有する。撮像素子101では、各画素列につき2つの垂直信号線300(300〜3002n)が設けられている。たとえば、1列目の画素200には、垂直信号線300と垂直信号線300とが設けられる。垂直信号線300には、1列目の画素200の左側の光電変換部PD_4と右側の光電変換部PD_3とが接続される。垂直信号線300には、1列目の画素200の左側の光電変換部PD_1と右側の光電変換部PD_2とが接続される。すなわち、垂直信号線300には、対角方向に配置された光電変換部PD_3とPD_4とが接続され、垂直信号線300には上記とは異なる対角方向に配置された光電変換部PD_1とPD_2とが接続される。 The image sensor 101 includes a vertical signal line 300 for reading an output signal from the photoelectric conversion unit PD. In the image sensor 101, two vertical signal lines 300 (300 1 to 300 2n ) are provided for each pixel column. For example, the first column of pixels 200, and the vertical signal lines 300 1 and the vertical signal line 300 2 is provided. The vertical signal lines 300 1, and the left of the photoelectric conversion unit PD_4 and right of the photoelectric conversion unit PD_3 of the pixels of the first column 200 is connected. The vertical signal lines 300 2, and the left of the photoelectric conversion unit PD_1 and right of the photoelectric conversion unit PD_2 of the pixels of the first column 200 is connected. That is, the vertical signal lines 300 1, the diagonal direction is arranged photoelectric conversion unit PD_3 and the PD_4 are connected, the photoelectric conversion unit disposed in a different diagonal direction from above into the vertical signal line 300 2 PD_1 And PD_2 are connected.

1つの画素200内の行方向に配置された2つの光電変換部PDは、それぞれ別の垂直信号線300に読み出される。たとえば、1列目の画素200では、左側の光電変換部PD_1が垂直信号線300に読み出され、右側の光電変換部PD_3が垂直信号線300に読み出される。左側の光電変換部PD_4は垂直信号線300に読み出され、右側の光電変換部PD_2が垂直信号線300に読み出される。上記構成では、画素200がn列配置されているのに対し、垂直信号線300は2n本必要となるが、全体の面積に対する影響は小さい。 The two photoelectric conversion units PD arranged in the row direction in one pixel 200 are read out to different vertical signal lines 300, respectively. For example, in the pixel 200 of one row, left photoelectric conversion unit PD_1 is read out to the vertical signal line 300 2, the right of the photoelectric conversion unit PD_3 is read out to the vertical signal lines 300 1. The photoelectric conversion unit PD_4 the left is read out to the vertical signal line 300 1, the right of the photoelectric conversion unit PD_2 is read to the vertical signal line 300 2. In the above configuration, although n columns of pixels 200 are arranged, 2n vertical signal lines 300 are required, but the influence on the entire area is small.

駆動制御部102aは、上記の構成を有する画素200に対し、垂直方向に配置された光電変換部PDから同一のタイミングで出力信号を読み出す制御(第1制御)と、水平方向に配置された光電変換部PDから同一のタイミングで出力信号を読み出す制御(第2制御)とを行う。
図3に、撮像素子101上で第1制御により制御される画素群として複数の画素200が配置される領域(第1領域)R1と、第2制御により制御される画素群として複数の画素200が配置される領域(第2領域)R2とを模式的に示す。第1領域R1と第2領域R2とは垂直方向に複数の画素行を含み、第1領域R1と第2領域R2とは垂直方向に沿って交互に設けられる。なお、図3に示す第1領域R1と第2領域R2との配置は一例であり、この配置例に限定されるものではない。以下、第1領域R1に配置される画素200と第2領域R2に配置される画素200とに分けて説明を行う。なお、以下の説明においては、同一タイミングや同時性等の用語を用いるが、厳密な意味での同一タイミングや同時に限られず、焦点検出演算の精度低下を招かない程度の時間幅を含むものとする。
The drive control unit 102a controls the pixel 200 having the above-described configuration to read out an output signal from the photoelectric conversion unit PD arranged in the vertical direction at the same timing (first control) and the photoelectric arranged in the horizontal direction. Control (second control) for reading out an output signal from the conversion unit PD at the same timing is performed.
FIG. 3 shows a region (first region) R1 in which a plurality of pixels 200 are arranged as a pixel group controlled by the first control on the image sensor 101, and a plurality of pixels 200 as a pixel group controlled by the second control. A region (second region) R2 in which is arranged is schematically shown. The first region R1 and the second region R2 include a plurality of pixel rows in the vertical direction, and the first region R1 and the second region R2 are alternately provided along the vertical direction. In addition, arrangement | positioning with 1st area | region R1 and 2nd area | region R2 shown in FIG. 3 is an example, and is not limited to this arrangement example. Hereinafter, description will be made separately on the pixels 200 arranged in the first region R1 and the pixels 200 arranged in the second region R2. In the following description, terms such as the same timing and simultaneity are used. However, the timing is not limited to the same timing in the strict sense and is not limited at the same time, and includes a time width that does not cause a decrease in accuracy of focus detection calculation.

−第1領域R1に配置される画素−
図4は、図2の詳細を示す図であり、トランジスタレベルでの接続を示す。図4においては、図2に示す複数の画素200のうち、第1領域R1に含まれる1つの画素200の回路構成を示している。撮像素子101の各画素200は、光電変換部PDからの出力信号を読み出すための読み出し部400を有している。各画素200には、2個の読み出し部400と400とが設けられ、それぞれ対角方向に配置された2個の光電変換部PDに対して共通に設けられる。たとえば、光電変換部PD_3とPD_4とには読み出し部400が共通に設けられており、光電変換部PD_1とPD_2とには読み出し部400が共通に設けられている。すなわち、読み出し部400は、光電変換部PD_3からの出力信号と、光電変換部PD_4からの出力信号とを読み出す。読み出し部400は、光電変換部PD_1からの出力信号と、光電変換部PD_2からの出力信号とを読み出す。各読み出し部400から読み出された出力信号は、対応する垂直信号線300を介して出力される。たとえば、読み出し部400から読み出された出力信号は、垂直信号線300を介して出力され、読み出し部400から読み出された出力信号は、垂直信号線300を介して出力される。
-Pixels arranged in the first region R1-
FIG. 4 is a diagram showing details of FIG. 2, showing connections at the transistor level. FIG. 4 shows a circuit configuration of one pixel 200 included in the first region R1 among the plurality of pixels 200 shown in FIG. Each pixel 200 of the image sensor 101 has a reading unit 400 for reading an output signal from the photoelectric conversion unit PD. Each pixel 200, two read-out portions 400 1 and 400 2 are provided, it is provided in common to two photoelectric conversion unit PD arranged diagonally, respectively. For example, in a photoelectric conversion unit PD_3 and PD_4 are read unit 400 1 is commonly provided in the photoelectric conversion unit PD_1 and PD_2 is read unit 400 2 is commonly provided. That is, the reading unit 400 1 reads the output signal from the photoelectric conversion unit Pd_3, the output signal from the photoelectric conversion unit PD_4. Reading unit 400 2 reads the output signal from the photoelectric conversion unit PD_1, the output signal from the photoelectric conversion unit PD_2. The output signal read from each reading unit 400 is output via the corresponding vertical signal line 300. For example, the output signal read from the read unit 400 1 is output through the vertical signal lines 300 1, output signals read from the read unit 400 2 is outputted through the vertical signal line 300 2 .

各読み出し部400は、リセットトランジスタRST(RST、RST)、増幅トランジスタSF(SF、SF)、選択トランジスタSEL(SEL、SEL)、フローティングディフュージョンFD(FD、FD)、転送トランジスタTX1(TX1、TX1)、TX2(TX2、TX2)を有している。フローティングディフュージョンFDは、光電変換部PDにおける光電変換により得られる信号電荷を蓄積(保持)する電荷蓄積部または電荷保持部として動作する。増幅トランジスタSFは、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を増幅する増幅部として動作する。各転送トランジスタTX1、TX2は、光電変換部からフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する転送部として動作する。リセットトランジスタRSTは、フローティングディフュージョンFDの電位や光電変換部の電荷をリセットするリセット部として動作する。選択トランジスタSELは、画素200を選択するための選択部として動作する。これらの各部は、図4に示すように接続されている。また、図4においてVDDは電源電圧である。 Each reading unit 400 includes a reset transistor RST (RST 1 , RST 2 ), an amplification transistor SF (SF 1 , SF 2 ), a selection transistor SEL (SEL 1 , SEL 2 ), a floating diffusion FD (FD 1 , FD 2 ), The transfer transistors TX1 (TX1 1 , TX1 2 ) and TX2 (TX2 1 , TX2 2 ) are included. The floating diffusion FD operates as a charge accumulation unit or a charge retention unit that accumulates (holds) signal charges obtained by photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit PD. The amplification transistor SF operates as an amplification unit that amplifies a signal corresponding to the potential of the floating diffusion FD. Each of the transfer transistors TX1 and TX2 operates as a transfer unit that transfers charges from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion FD. The reset transistor RST operates as a reset unit that resets the potential of the floating diffusion FD and the charge of the photoelectric conversion unit. The selection transistor SEL operates as a selection unit for selecting the pixel 200. These parts are connected as shown in FIG. In FIG. 4, VDD is a power supply voltage.

各画素200の行方向に配置された光電変換部PDは、それぞれ別の読み出し部400の転送トランジスタTX1、TX2に接続される。たとえば、画素200において、左側の光電変換部PD_1は読み出し部400の転送トランジスタTX1に接続され、右側の光電変換部PD_2は読み出し部400の転送トランジスタTX2に接続される。右側の光電変換部PD_3は読み出し部400の転送トランジスタTX1に接続され、左側の光電変換部PD_4は読み出し部400の転送トランジスタTX2に接続される。 The photoelectric conversion units PD arranged in the row direction of the respective pixels 200 are connected to transfer transistors TX1 and TX2 of different reading units 400, respectively. For example, in the pixel 200, the photoelectric conversion unit PD_1 on the left is connected to the transfer transistor TX1 2 read unit 400 2, the right side of the photoelectric conversion unit PD_2 is connected to the transfer transistor TX2 2 read unit 400 2. Right of the photoelectric conversion unit PD_3 is connected to the transfer transistor TX1 1 read unit 400 1, the photoelectric conversion unit PD_4 the left is connected to the transfer transistor TX2 1 read unit 400 1.

画素200の光電変換部PD_1、PD_4に接続された転送トランジスタTX1、TX2のゲートは、ローカル制御線211によって制御パルスVtx_1が供給される制御線210に接続される。一方、画素200の光電変換部PD_3、PD_2にそれぞれ接続された転送トランジスタTX1、TX2のゲートは、ローカル制御線221によって制御パルスVtx_2が供給される制御線220に接続される。すなわち、画素200の左側の光電変換部PDについては制御パルスVtx_1により転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われ、右側の光電変換部PDについては、制御パルスVtx_2により転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われる。 The photoelectric conversion unit PD_1 pixels 200, connected transfer transistor TX1 2, TX2 1 gate to PD_4 is connected to the control line 210 to control pulse Vtx_1 by the local control line 211 is supplied. On the other hand, the gates of the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 connected to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 of the pixel 200 are connected to the control line 220 to which the control pulse Vtx_2 is supplied by the local control line 221. That is, for the photoelectric conversion unit PD on the left side of the pixel 200, the transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by the control pulse Vtx_1, and for the right photoelectric conversion unit PD, the transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by the control pulse Vtx_2. Is called.

(出力信号の読み出し)
図5に示すタイミングチャートを参照しながら、本実施形態の撮像素子101の画素200から出力信号を読み出す際の制御について説明する。図5において、Vselは、選択トランジスタSELの制御パルスを示す。VrstはリセットトランジスタRSTの制御パルスを示す。Vtx_1は、画素200の左側の光電変換部PD_1、PD_4に対応する転送トランジスタTX1、TX2の制御パルスを示す。Vtx_2は、画素200の右側の光電変換部PD_3、PD_2に対応する転送トランジスタTX1、TX2の制御パルスを示す。なお、これらの点は後述する図7、13、14においても同様である。
(Reading output signal)
Control when reading an output signal from the pixel 200 of the image sensor 101 of the present embodiment will be described with reference to a timing chart shown in FIG. In FIG. 5, Vsel represents a control pulse of the selection transistor SEL. Vrst represents a control pulse of the reset transistor RST. Vtx_1 shows transfer transistor TX1 2, TX2 1 control pulse corresponding to the left side of the photoelectric conversion unit PD_1, PD_4 pixel 200. Vtx_2 indicates a control pulse of the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 corresponding to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 on the right side of the pixel 200. These points are the same in FIGS. 7, 13, and 14 described later.

図5に示すように、駆動制御部102aは読み出し部400へ各種制御パルスを出力することにより画素200からの出力信号の読み出しのための駆動タイミングを制御する。 駆動制御部102aは、出力信号の読み出しを行う画素行の選択を行う。駆動制御部102aは、VselをLowレベルからHighレベルに切り替えて、選択トランジスタSELをオンする。これにより、フローティングディフュージョンFDから垂直信号線300までが接続される。なお、図5は、1行ずつ選択が行われる例を示している。   As shown in FIG. 5, the drive control unit 102 a controls the drive timing for reading the output signal from the pixel 200 by outputting various control pulses to the reading unit 400. The drive control unit 102a selects a pixel row from which an output signal is read. The drive control unit 102a switches Vsel from Low level to High level, and turns on the selection transistor SEL. Thereby, the floating diffusion FD to the vertical signal line 300 are connected. FIG. 5 shows an example in which selection is performed line by line.

駆動制御部102aは、VrstをLowレベルからHighレベルに切り替えて、リセットトランジスタRSTをオンして、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットする。これがフローティングディフュージョンFDの1回目のリセットである。その後、駆動制御部102aは、VrstをLowレベルに切り替えてリセットトランジスタRSTをオフする。リセットトランジスタRSTがオフされた後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルが静定する。この静定したレベルが1回目のリセットによるダークレベルであり、画素200の左側の光電変換部PD_1およびPD_4に対応するダーク信号となる。ここで、各垂直信号線300〜3002nには、1回目のリセットによる各列の画素200内の左側の光電変換部PD_1、PD_4用のダーク信号「Dark_4、1、4、1、4、1、・・・、4(2n―1)、12n」が同時に出力される。 The drive control unit 102a switches Vrst from Low level to High level, turns on the reset transistor RST, and resets the potential of the floating diffusion FD. This is the first reset of the floating diffusion FD. Thereafter, the drive control unit 102a switches Vrst to the Low level and turns off the reset transistor RST. After the reset transistor RST is turned off, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized for a predetermined stabilization time. This settled level is a dark level by the first reset, and becomes a dark signal corresponding to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 on the left side of the pixel 200. Here, the dark signal “Dark — 4 1 , 1 2 , 4 3 , 1 for the left photoelectric conversion units PD — 1 and PD — 4 in each column of pixels 200 by the first reset is provided to each vertical signal line 300 1 to 300 2 n. 4 , 4 5 , 1 6 ,..., 4 (2n-1) , 1 2n ”are output simultaneously.

上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_1をHighレベルに切り替えて画素200の左側の光電変換部PD_1およびPD_4に接続された転送トランジスタTX1、TX2をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、光電変換部PD_4に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_1をLowレベルに切り替えて画素200の光電変換部PD_1、PD_4に接続された転送トランジスタTX1、TX2をオフする。 After settling of the dark level, the drive control unit 102a turns on the transfer transistor TX1 2, TX2 1 connected to the photoelectric conversion unit PD_1 and PD_4 the left pixel 200 switches the Vtx_1 to High level. In the High level period of the Vtx_1, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_1 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 2, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_4 is transferred to the floating diffusion FD 1. The drive control unit 102a switches Vtx_1 to the Low level and turns off the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 connected to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 of the pixel 200.

転送トランジスタTX1、TX2がオフされた後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFD、FDの電位レベルが静定する。この静定した電位レベルがVtx_1での読み出しによるシグナルレベルであり、画素200の光電変換部PD_1、PD_4にそれぞれ対応するシグナル信号となる。ここで、各垂直信号線300〜3002nには、Vtx_1での電荷転送による各列の画素200内の左側の光電変換部PD_1、PD_4用のシグナル信号「Sig_4、1、4、1、4、1、・・・、4(2n―1)、12n」が同時に出力される。 After the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 are turned off, the potential levels of the floating diffusions FD 1 and FD 2 are stabilized for a predetermined stabilization time. This static potential level is a signal level obtained by reading at Vtx_1, and becomes a signal signal corresponding to each of the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 of the pixel 200. Here, signal signals “Sig — 4 1 , 1 2 , 4 3 , and left signal signals for the photoelectric conversion units PD — 1 and PD — 4 in the pixels 200 of each column by charge transfer at Vtx — 1 are connected to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n . 1 4 , 4 5 , 1 6 ,..., 4 (2n−1) , 1 2n ”are output simultaneously.

このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_4の読み出し信号量、すなわち出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方向に並ぶ光電変換部PD_1、PD_4の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CDS)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサーチップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the read signal amount of each photoelectric conversion unit PD_1 and PD_4 in the pixel 200, that is, an output signal. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, the output signals of the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 arranged in the vertical direction have temporal synchronism.
Note that the correlated double sampling (CDS) operation for obtaining the difference between the dark signal and the signal signal may be performed by a subsequent circuit in the sensor chip of the image sensor 101 or by a subsequent circuit outside the sensor chip. Also good.

上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、VrstをLowレベルからHighレベルに切り替えて、リセットトランジスタRSTをオンして、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットする。これがフローティングディフュージョンFDの2回目のリセットである。その後、駆動制御部102aは、VrstをLowレベルに切り替えてリセットトランジスタRSTをオフする。リセットトランジスタRSTがオフされた後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルが静定する。この静定したレベルが2回目のリセットによるダークレベルであり、画素200の右側の光電変換部PD_2、PD_3に対応するダーク信号となる。ここで、各垂直信号線300〜3002nには、2回目のリセットによる各列の画素200内の右側の光電変換部PD_2、PD_3用のダーク信号「Dark_3、2、3、2、3、2、・・・、3(2n−1)、22n」が同時に出力される。 After the signal level is settled, the drive control unit 102a switches Vrst from Low level to High level, turns on the reset transistor RST, and resets the potential of the floating diffusion FD. This is the second reset of the floating diffusion FD. Thereafter, the drive control unit 102a switches Vrst to the Low level and turns off the reset transistor RST. After the reset transistor RST is turned off, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized for a predetermined stabilization time. This settled level is a dark level by the second reset, and becomes a dark signal corresponding to the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 on the right side of the pixel 200. Here, the dark signals “Dark — 3 1 , 2 2 , 3 3 , 2 for the right photoelectric conversion units PD — 2 and PD — 3 in the pixels 200 of each column by the second reset are provided to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n. 4 , 3 5 , 2 6 ,..., 3 (2n−1) , 2 2n ”are output simultaneously.

上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_2をHighレベルに切り替えて画素200の右側の光電変換部PD_3、PD_2に接続された転送トランジスタTX1、TX2をオンする。Vtx_2のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_2をLowレベルに切り替えて画素200の光電変換部PD_3、PD_2に接続された転送トランジスタTX1、TX2をオフする。 After the dark level is settled, the drive control unit 102a switches Vtx_2 to the high level and turns on the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 connected to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 on the right side of the pixel 200. In the High level period of the Vtx_2, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_3 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 1, signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_2 are transferred to the floating diffusion FD 2. The drive control unit 102a switches Vtx_2 to the Low level and turns off the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 connected to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 of the pixel 200.

転送トランジスタTX1、TX2がオフされた後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルが静定する。この静定した電位レベルがVtx_2の読み出しによるシグナルレベルであり、画素200の光電変換部PD_3、PD_2に対応するシグナル信号となる。各垂直信号線300〜3002nには、Vtx_2での電荷転送による各列の画素200内の右側の光電変換部PD_3、PD_2用のシグナル信号「Sig_3、2、3、2、3、2、・・・、3(2n−1)、22n」が出力される。 After the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 are turned off, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized for a predetermined stabilization time. This static potential level is a signal level obtained by reading Vtx_2, and is a signal signal corresponding to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 of the pixel 200. The vertical signal lines 300 1 to 300 2n have signal signals “Sig — 3 1 , 2 2 , 3 3 , 2 4 , right-side photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 in the pixels 200 of each column by charge transfer at Vtx_2. 3 5 , 2 6 ,..., 3 (2n−1) , 2 2n ”are output.

このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_3の読み出し信号量、すなわち出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方向に並ぶ光電変換部PD_2、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CDS)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサーチップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 in this way becomes the read signal amount of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_3 in the pixel 200, that is, an output signal. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, output signals of the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 arranged in the vertical direction have temporal synchronism.
Note that the correlated double sampling (CDS) operation for obtaining the difference between the dark signal and the signal signal may be performed by a subsequent circuit in the sensor chip of the image sensor 101 or by a subsequent circuit outside the sensor chip. Also good.

上述したように、画素200においては、駆動制御部102aは、垂直方向に配置された光電変換部PD_1とPD_4とから同一のタイミングにて出力信号を出力させる。駆動制御部102aは、垂直方向に配置された光電変換部PD_2とPD_3とから同一のタイミングにて出力信号を出力させる。すなわち、駆動制御部102aは、転送トランジスタTX1とTX2とに対して同一のタイミングにて光電変換部PD_1、PD_4からの電荷転送を許可し、転送トランジスタTX1とTX2とに対して同一のタイミングにて光電変換部PD_3、PD_2からの電荷転送を許可する。したがって、駆動制御部102aは、画素200の対角線方向に配置された光電変換部PD_1とPD_2とのそれぞれに接続された転送トランジスタTX1とTX2とに対して、電荷転送を択一的に許可する。駆動制御部102aは、画素200の対角線方向に配置された光電変換部PD_3とPD_4とのそれぞれに接続された転送トランジスタTX1とTX2とに対して、電荷転送を択一的に許可する。
これにより、それぞれの光電変換部PD_1〜PD_4に対してフローティングディフュージョンを設けることなく電荷転送を行うことができるので、部品数を減らし、光電変換部PD_1〜PD_4の受光面の面積を増加させることができる。
As described above, in the pixel 200, the drive control unit 102a causes the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 arranged in the vertical direction to output output signals at the same timing. The drive control unit 102a outputs an output signal from the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 arranged in the vertical direction at the same timing. That is, the drive control unit 102a permits charge transfer from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 to the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 at the same timing, and the same for the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 . At this timing, charge transfer from the photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 is permitted. Therefore, the drive control unit 102a, alternatively allowed for respectively connected to the transfer transistor TX1 2 and TX2 2 and a charge transfer of the photoelectric conversion unit PD_1 and PD_2 arranged in a diagonal direction of the pixel 200 To do. The drive control unit 102a selectively permits charge transfer to the transfer transistors TX1 1 and TX2 1 connected to the photoelectric conversion units PD_3 and PD_4 arranged in the diagonal direction of the pixel 200, respectively.
Thereby, charge transfer can be performed without providing floating diffusion for each of the photoelectric conversion units PD_1 to PD_4. Therefore, the number of components can be reduced and the area of the light receiving surface of the photoelectric conversion units PD_1 to PD_4 can be increased. it can.

なお、上述の説明では、駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200について、光電変換部PD_1、PD_4から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_2、PD_3から出力信号を出力させるように駆動タイミングを制御したが、この例に限定されない。駆動制御部102aが、第1領域R1の画素200について、光電変換部PD_2、PD_3から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_1、PD_4から出力信号を出力させるように駆動タイミングを制御しても良い。   In the above description, the drive control unit 102a causes the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 to output output signals for the pixels 200 in the first region R1, and then outputs the output signals from the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3. Although the drive timing is controlled, the present invention is not limited to this example. The drive control unit 102a controls the drive timing to output the output signals from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 after outputting the output signals from the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 for the pixel 200 in the first region R1. Also good.

駆動制御部102aは、撮像素子101の第1領域R1に含まれる各画素行ごとに上記の制御を行い、出力信号の読み出しを行う。
(焦点検出)
ユーザによるシャッターボタンの半押し操作に応じて焦点調節を行う場合には、焦点検出部102bは、上述のようにして読み出された出力信号を焦点検出信号として用いて、公知の像面位相差方式による焦点検出演算を行う。この場合、焦点検出部102bは、時間的な同時性を有する複数の出力信号を用いて信号列を生成する。たとえば、焦点検出部102bは、各行の光電変換部PD_1からの出力信号を用いて第1信号列{an}を生成し、各行の光電変換部PD_4からの出力信号を用いて第2信号列{bn}を生成する。焦点検出部102bは、生成した第1信号列{an}および第2信号列{bn}との相対的な像ズレ量を検出することによって交換レンズ110の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する。
The drive control unit 102a performs the above-described control for each pixel row included in the first region R1 of the image sensor 101, and reads the output signal.
(Focus detection)
When performing focus adjustment in response to a half-pressing operation of the shutter button by the user, the focus detection unit 102b uses the output signal read out as described above as a focus detection signal, and uses a known image plane phase difference. Performs focus detection calculation by the method. In this case, the focus detection unit 102b generates a signal sequence using a plurality of output signals having temporal synchronization. For example, the focus detection unit 102b generates the first signal sequence {an} using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_1 in each row, and uses the output signal from the photoelectric conversion unit PD_4 in each row to generate the second signal sequence { bn} is generated. The focus detection unit 102b detects a focus adjustment state of the interchangeable lens 110, that is, a defocus amount, by detecting a relative image shift amount between the generated first signal sequence {an} and the second signal sequence {bn}. To do.

焦点検出部102bは、各行の光電変換部PD_3からの出力信号を用いて第1信号列{cn}を生成し、各行の光電変換部PD_2からの出力信号を用いて第2信号列{dn}を生成しても良い。特に、撮像素子101の周辺部では、撮像素子101の中央部と比較して、被写体からの光束がケラレ等の影響を受けやすい。焦点検出部102bは、撮像素子101の周辺部に配置された画素200からの出力信号のうち、ケラレの影響の少ない対の光電変換部PD_1、PD_4、または光電変換部PD_2、PD_3からの出力信号を選択して焦点検出信号として用いればよい。撮像素子101の中央部に配置された画素200については、焦点検出部102bは、光電変換部PD_1、PD_4、または光電変換部PD_2、PD_3の何れか一方の対からの出力信号を焦点検出信号として用いることができる。   The focus detection unit 102b generates the first signal sequence {cn} using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_3 in each row, and uses the output signal from the photoelectric conversion unit PD_2 in each row to generate the second signal sequence {dn}. May be generated. In particular, in the peripheral portion of the image sensor 101, the light flux from the subject is more susceptible to vignetting or the like than the central portion of the image sensor 101. The focus detection unit 102b outputs signals from the pair of photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 or the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 that are less affected by vignetting among the output signals from the pixels 200 arranged in the periphery of the image sensor 101. May be selected and used as a focus detection signal. For the pixel 200 arranged at the center of the image sensor 101, the focus detection unit 102b uses an output signal from one of the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 or the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 as a focus detection signal. Can be used.

なお、上述したように、撮像素子101の各画素位置にはベイヤー配列の規則に従って色フィルタが配置されている。したがって、焦点検出部102bは、一対の信号列{an}、{bn}または一対の信号列{cn}、{dn}を生成する際に、同一の色フィルタが配置された画素200からの出力信号を用いる。たとえば、図2に示すように第1列目に配置された画素200からの出力信号を用いて焦点検出演算を行う場合には、焦点検出部102bは、一例として、Gの色フィルタが配置された第1行目、第3行目、…の画素200からの出力信号を用いる。   As described above, a color filter is arranged at each pixel position of the image sensor 101 according to the Bayer array rule. Therefore, when the focus detection unit 102b generates the pair of signal sequences {an}, {bn} or the pair of signal sequences {cn}, {dn}, the output from the pixel 200 in which the same color filter is arranged. Use the signal. For example, when the focus detection calculation is performed using the output signal from the pixel 200 arranged in the first column as shown in FIG. 2, the focus detection unit 102b includes a G color filter as an example. The output signals from the pixels 200 in the first row, the third row,... Are used.

−第2領域R2に配置される画素−
図6は、第2領域R2に配置される各画素200のトランジスタレベルでの接続を示す回路図であり、図2を詳細に示した図である。なお、図6においても、図2に示す複数の画素200のうち、第2領域R2に含まれる1つの画素200の回路構成を示している。
画素200の光電変換部PD_1、PD_3に接続された転送トランジスタTX1、TX1のゲートは、それぞれローカル制御線251および252によって制御パルスVtx_1が供給される制御線210に接続される。画素200の光電変換部PD_4、PD_2に接続された転送トランジスタTX2、TX2のゲートは、それぞれローカル制御線253および254によって制御パルスVtx_2が供給される制御線220に接続される。すなわち、画素200の上側の光電変換部PDについては制御パルスVtx_1により転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われ、下側の光電変換部PDについては、制御パルスVtx_2により転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われる。他の構成、すなわち光電変換部PDに蓄積された電荷を垂直信号線300に読み出すための信号回路については、第1領域R1に配置される画素200と同一である。
-Pixels arranged in the second region R2-
FIG. 6 is a circuit diagram showing connections at the transistor level of the respective pixels 200 arranged in the second region R2, and is a diagram showing FIG. 2 in detail. 6 also illustrates the circuit configuration of one pixel 200 included in the second region R2 among the plurality of pixels 200 illustrated in FIG.
The gates of the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 connected to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 of the pixel 200 are connected to a control line 210 to which a control pulse Vtx_1 is supplied by local control lines 251 and 252, respectively. The gates of the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 connected to the photoelectric conversion units PD_4 and PD_2 of the pixel 200 are connected to a control line 220 to which a control pulse Vtx_2 is supplied by local control lines 253 and 254, respectively. That is, the transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by the control pulse Vtx_1 for the upper photoelectric conversion unit PD of the pixel 200, and the transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by the control pulse Vtx_2 for the lower photoelectric conversion unit PD. Done. The other configuration, that is, the signal circuit for reading out the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD to the vertical signal line 300 is the same as the pixel 200 arranged in the first region R1.

(出力信号の読み出し)
図7に示すタイミングチャートを参照しながら、第2領域R2に配置された画素200から出力信号を読み出す際の制御について説明する。なお、以下の説明においては、第1領域R1に配置された画素200からの出力信号の読み出し時の駆動タイミングとの相違点を主に行う。
図7において、Vtx_1は、画素200の上側の光電変換部PD_1、PD_3に対応する転送トランジスタTX1、TX1の制御パルスを示す。Vtx_2は、画素200の下側の光電変換部PD_4、PD_2に対応する転送トランジスタTX2、TX2の制御パルスを示す。
(Reading output signal)
With reference to the timing chart shown in FIG. 7, control when an output signal is read from the pixels 200 arranged in the second region R2 will be described. In the following description, the difference from the drive timing at the time of reading the output signal from the pixel 200 arranged in the first region R1 is mainly performed.
In FIG. 7, Vtx_1 represents a control pulse of the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 corresponding to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 on the upper side of the pixel 200. Vtx_2 indicates a control pulse of the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 corresponding to the photoelectric conversion units PD_4 and PD_2 on the lower side of the pixel 200.

図7に示すように、駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200の場合と同様にして、選択トランジスタSELをオンすることにより、出力信号の読み出しを行う画素行の選択を行う。なお、図7においても、1行ずつ選択が行われる例を示している。駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200の場合と同様にして、1回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線300〜3002nには、1回目のリセットによる各列の画素200内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のダーク信号「Dark_3、1、3、1、3、1、・・・、3(2n−1)、12n」が同時に出力される。 As shown in FIG. 7, the drive control unit 102a selects a pixel row from which an output signal is read by turning on the selection transistor SEL in the same manner as the pixel 200 in the first region R1. FIG. 7 also shows an example in which selection is performed line by line. The drive control unit 102a resets the potential of the first floating diffusion FD as in the case of the pixel 200 in the first region R1. When a predetermined settling time elapses, the dark signals “Dark — 3 1 , 1 for the upper photoelectric conversion units PD — 1 and PD — 3 in the pixels 200 of each column are reset to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n by the first reset. 2 , 3 3 , 1 4 , 3 5 , 1 6 ,..., 3 (2n−1) , 1 2n ”are output simultaneously.

駆動制御部102aは、Vtx_1をHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX1をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_1をLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX1をオフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFD、FDの電位レベルは静定し、Vtx_1での読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線300〜3002nには、Vtx_1での電荷転送による各列の画素200内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のシグナルレベルに対応したシグナル信号「Sig_3、1、3、1、3、1、・・・、3(2n−1)、12n」が同時に出力される。 The drive control unit 102a switches Vtx_1 to the high level and turns on the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 . In the High level period of the Vtx_1, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_1 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 2, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_3 is transferred to the floating diffusion FD 1. The drive control unit 102a switches Vtx_1 to the low level and turns off the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 . Thereafter, the potential levels of the floating diffusions FD 1 and FD 2 are stabilized at a predetermined stabilization time, and become signal levels by reading at Vtx_1. In each of the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n , signal signals “Sig — 3 1 , 1 2 , 3, which correspond to the signal levels for the upper photoelectric conversion units PD — 1 and PD — 3 in the pixels 200 of each column by charge transfer at Vtx — 1 . 3 , 1 4 , 3 5 , 1 6 ,..., 3 (2n−1) , 1 2n ”are output simultaneously.

上記のようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_3の出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_1、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CDS)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサーチップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 as described above becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_1 and PD_3 in the pixel 200. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, the output signals of the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 arranged in the horizontal direction have temporal synchronism.
Note that the correlated double sampling (CDS) operation for obtaining the difference between the dark signal and the signal signal may be performed by a subsequent circuit in the sensor chip of the image sensor 101 or by a subsequent circuit outside the sensor chip. Also good.

上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、第1領域R1の画素200の場合と同様にして、2回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線300〜3002nには、2回目のリセットによる各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のダーク信号「Dark_4、2、4、2、4、2、・・・、4(2n−1)、22n」が同時に出力される。 After the signal level is settled, the drive control unit 102a resets the potential of the second floating diffusion FD in the same manner as the pixel 200 in the first region R1. When a predetermined settling time elapses, the dark signals “Dark — 4 1 , dark signals for the lower photoelectric conversion units PD — 2 and PD — 4 in the pixels 200 of each column are reset to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n . 2 2 , 4 3 , 2 4 , 4 5 , 2 6 ,..., 4 (2n−1) , 2 2n ”are output simultaneously.

上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_2をHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX2、TX2をオンする。Vtx_2のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_4に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョンFDに転送され、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_2をLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX2、TX2をオフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_2の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線300〜3002nには、Vtx_2での電荷転送による各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のシグナル信号「Sig_4、2、4、2、4、2、・・・、4(2n−1)、22n」が出力される。 After the dark level is settled, the drive control unit 102a switches Vtx_2 to the high level and turns on the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 . In the High level period of the Vtx_2, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_4 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 1, signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_2 are transferred to the floating diffusion FD 2. The drive control unit 102a switches Vtx_2 to the Low level and turns off the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 . Thereafter, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized at a predetermined stabilization time, and becomes a signal level by reading Vtx_2. In each of the vertical signal lines 300 1 to 300 2n , signal signals “Sig — 4 1 , 2 2 , 4 3 , 2 4 for the lower photoelectric conversion units PD — 2 and PD — 4 in the pixels 200 of each column by charge transfer at Vtx — 2 are provided. , 4 5 , 2 6 ,..., 4 (2n−1) , 2 2n ”are output.

各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_4の出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_2、PD_4の出力信号は時間的な同時性を有する。
なお、上記のダーク信号とシグナル信号との差分を求める相関二重サンプリング(CDS)動作は、撮像素子101のセンサーチップ内の後段回路で行ってもよいし、センサーチップ外の後段回路で行ってもよい。
The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_4 in the pixel 200. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, the output signals of the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 arranged in the horizontal direction have temporal synchronism.
Note that the correlated double sampling (CDS) operation for obtaining the difference between the dark signal and the signal signal may be performed by a subsequent circuit in the sensor chip of the image sensor 101 or by a subsequent circuit outside the sensor chip. Also good.

なお、駆動制御部102aは、第2領域R2の画素200については、光電変換部PD_1、PD_3から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_2、PD_4から出力信号を出力させるように駆動タイミングを制御したが、この例に限定されない。駆動制御部102aが、第2領域R2の画素200について、光電変換部PD_2、PD_4から出力信号を出力させた後、光電変換部PD_1、PD_3から出力信号を出力させるように駆動タイミングを制御しても良い。   Note that the drive control unit 102a outputs drive signals for the pixels 200 in the second region R2 so that output signals are output from the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 after output signals are output from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3. Although controlled, it is not limited to this example. The drive control unit 102a controls the drive timing to output the output signals from the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 after outputting the output signals from the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 for the pixels 200 in the second region R2. Also good.

(焦点検出)
焦点検出部102bは、上述のようにして読み出された出力信号を焦点検出信号として用いて、公知の像面位相差方式による焦点検出演算を行う。この場合、焦点検出部102bは、時間的な同時性を有する複数の出力信号を用いて信号列を生成する。たとえば、焦点検出部102bは、各列の光電変換部PD_1からの出力信号を用いて第1信号列{an}を生成し、各列の光電変換部PD_3からの出力信号を用いて第2信号列{bn}を生成する。焦点検出部102bは、生成した第1信号列{an}および第2信号列{bn}との相対的な像ズレ量を検出することによって交換レンズ110の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する。なお、焦点検出部102bは、各列の光電変換部PD_4からの出力信号を用いて第1信号列{cn}を生成し、各列の光電変換部PD_2からの出力信号を用いて第2信号列{dn}を生成しても良い。
(Focus detection)
The focus detection unit 102b uses the output signal read out as described above as a focus detection signal, and performs focus detection calculation by a known image plane phase difference method. In this case, the focus detection unit 102b generates a signal sequence using a plurality of output signals having temporal synchronization. For example, the focus detection unit 102b generates the first signal sequence {an} using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_1 in each column, and uses the output signal from the photoelectric conversion unit PD_3 in each column to generate the second signal. A sequence {bn} is generated. The focus detection unit 102b detects a focus adjustment state of the interchangeable lens 110, that is, a defocus amount, by detecting a relative image shift amount between the generated first signal sequence {an} and the second signal sequence {bn}. To do. Note that the focus detection unit 102b generates a first signal sequence {cn} using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_4 in each column, and generates a second signal using the output signal from the photoelectric conversion unit PD_2 in each column. A sequence {dn} may be generated.

なお、焦点検出部102bは、撮像素子101の周辺部に配置された画素200からの出力信号のうち、ケラレの影響の少ない対の光電変換部PD_1、PD_3、または光電変換部PD_2、PD_4からの出力信号を選択して焦点検出信号として用いればよい。また、焦点検出部102bは、一対の信号列{an}、{bn}または一対の信号列{cn}、{dn}を生成する際に、同一の色フィルタが配置された画素200からの出力を用いる。たとえば、図2に示すように第1行目に配置された画素200からの出力信号を用いて焦点検出演算を行う場合には、焦点検出部102bは、一例として、Gの色フィルタが配置された第1列目、第3列目、…の画素200からの出力信号を用いる。   The focus detection unit 102b outputs signals from the pair of photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 or the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 that are less affected by vignetting among the output signals from the pixels 200 arranged in the periphery of the image sensor 101. An output signal may be selected and used as a focus detection signal. In addition, when the focus detection unit 102b generates the pair of signal sequences {an}, {bn} or the pair of signal sequences {cn}, {dn}, the output from the pixel 200 in which the same color filter is arranged. Is used. For example, when the focus detection calculation is performed using the output signal from the pixel 200 arranged in the first row as shown in FIG. 2, the focus detection unit 102b includes a G color filter as an example. The output signals from the pixels 200 in the first column, the third column,... Are used.

上述したように、第1領域R1に設けられた複数の画素200からの出力信号については、焦点検出部102bは、垂直方向に沿って一対の信号列を生成して、信号列間の像ズレ量を検出することによってデフォーカス量を算出する。第2領域R2に設けられた複数の画素200からの出力信号については、焦点検出部102bは、水平方向に沿って一対の信号列を生成して、信号列間の像ズレ量を検出することによってデフォーカス量を算出する。したがって、同一の回路構成を有する画素200により構成される撮像素子101において、被写体像の垂直方向の像ズレの検出と、水平方向の像ズレの検出とを、同一フレームの出力信号を用いて行うことができる。   As described above, for the output signals from the plurality of pixels 200 provided in the first region R1, the focus detection unit 102b generates a pair of signal sequences along the vertical direction, and the image shift between the signal sequences. The defocus amount is calculated by detecting the amount. For the output signals from the plurality of pixels 200 provided in the second region R2, the focus detection unit 102b generates a pair of signal sequences along the horizontal direction and detects an image shift amount between the signal sequences. To calculate the defocus amount. Therefore, in the image sensor 101 including the pixels 200 having the same circuit configuration, the detection of the vertical image shift and the horizontal image shift of the subject image are performed using the output signal of the same frame. be able to.

−撮影用画像生成−
ユーザのシャッターボタンの全押し操作に応じて撮影動作を行う場合には、画像処理部102cは、上述のようにして読み出された出力信号を画像信号として使用する。この場合、画像処理部102cは、それぞれの画素200について、光電変換部PD_1、PD_2、PD_3およびPD_4から出力された出力信号を加算して、画像信号を生成する。画像処理部102cは、この画像信号に対して各種の画像処理を施して、撮影用画像データを生成する。
-Image generation for shooting-
When performing a shooting operation in response to the user's full-press operation of the shutter button, the image processing unit 102c uses the output signal read out as described above as an image signal. In this case, the image processing unit 102c adds the output signals output from the photoelectric conversion units PD_1, PD_2, PD_3, and PD_4 for each pixel 200 to generate an image signal. The image processing unit 102c performs various types of image processing on the image signal to generate image data for shooting.

(比較例)
図8、9に比較例における画素500の構成を、図10、11に比較例における画素501の構成を示す。図8、図10は、比較例における画素500、501の概略的な構成を説明する図である。なお、図8、図10では、画素500、501と垂直信号線600(600、600)との接続を分かりやすくするため、読み出しに用いられるトランジスタなどは省略している。図8、図10は、複数の画素列のうち、第1列の一部の画素500、501について示す。図9、11は、それぞれ図8、10の詳細を示す図であり、トランジスタレベルでの接続を示す。各画素500、501には、4個の光電変換部PD’(PD’_1、PD’_2、PD’_3、PD’_4)が2行2列に配置される。
(Comparative example)
8 and 9 show the configuration of the pixel 500 in the comparative example, and FIGS. 10 and 11 show the configuration of the pixel 501 in the comparative example. 8 and 10 are diagrams for explaining a schematic configuration of the pixels 500 and 501 in the comparative example. Note that in FIGS. 8 and 10, transistors used for reading are omitted in order to easily understand the connection between the pixels 500 and 501 and the vertical signal lines 600 (600 1 and 600 2 ). 8 and 10 show some of the pixels 500 and 501 in the first column among the plurality of pixel columns. FIGS. 9 and 11 are diagrams showing details of FIGS. 8 and 10, respectively, and show connections at the transistor level. In each of the pixels 500 and 501, four photoelectric conversion units PD ′ (PD′_1, PD′_2, PD′_3, and PD′_4) are arranged in two rows and two columns.

画素500では、垂直方向に配置された光電変換部PD’_1、PD’_4から出力信号が画素500の垂直信号線600に読み出され、垂直方向に配置された光電変換部PD’_2、PD’_3から出力信号が垂直信号線600に読み出される。すなわち、光電変換部PD’_1、PD’_4からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST’、増幅トランジスタSF’、選択トランジスタSEL’、フローティングディフュージョンFD’を介して、出力信号が読み出される。光電変換部PD’_2、PD’_3からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST’、増幅トランジスタSF’、選択トランジスタSEL’、フローティングディフュージョンFD’を介して、出力信号が読み出される。したがって、画素500においては光電変換部PD’_1、PD’_3からの出力信号が時間的な同時性を有し、光電変換部PD’_2、PD’_4からの出力信号が時間的な同時性を有する。 In the pixel 500, the photoelectric conversion unit PD'_1 arranged vertically, the output signal from the PD'_4 is read out to the vertical signal lines 600 1 pixel 500, the photoelectric conversion unit PD'_2 arranged vertically, the output signal from the PD'_3 is read to the vertical signal line 600 2. That is, output from the photoelectric conversion units PD′_1 and PD′_4 through the reset transistor RST ′ 1 , the amplification transistor SF ′ 1 , the selection transistor SEL ′ 1 , and the floating diffusion FD ′ 1 that are provided in common to both. The signal is read out. Output signals are output from the photoelectric conversion units PD′_2 and PD′_3 through the reset transistor RST ′ 2 , the amplification transistor SF ′ 2 , the selection transistor SEL ′ 2 , and the floating diffusion FD ′ 2 provided in common to both the photoelectric conversion units PD′_2 and PD′_3. Read out. Therefore, in the pixel 500, the output signals from the photoelectric conversion units PD′_1 and PD′_3 have temporal simultaneity, and the output signals from the photoelectric conversion units PD′_2 and PD′_4 have temporal simultaneity. Have

画素501では、水平方向に配置された光電変換部PD’_1、PD’_3から出力信号が画素501の垂直信号線600に読み出され、水平方向に配置された光電変換部PD’_2、PD’_4から出力信号が垂直信号線600に読み出される。すなわち、光電変換部PD’_1、PD’_3からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST’、増幅トランジスタSF’、選択トランジスタSEL’、フローティングディフュージョンFD’を介して、出力信号が読み出される。光電変換部PD’_2、PD’_4からは、両者に共通に設けられたリセットトランジスタRST’、増幅トランジスタSF’、選択トランジスタSEL’、フローティングディフュージョンFD’を介して、出力信号が読み出される。したがって、画素501においては光電変換部PD’_1、PD’_4からの出力信号が時間的な同時性を有し、光電変換部PD’_2、PD’_3からの出力信号が時間的な同時性を有する。 In the pixel 501, the photoelectric conversion unit PD'_1 arranged horizontally, the output signal from the PD'_3 is read out to the vertical signal lines 600 1 pixel 501, the photoelectric conversion unit PD'_2 arranged horizontally, the output signal from the PD'_4 is read to the vertical signal line 600 2. That is, output from the photoelectric conversion units PD′_1 and PD′_3 through the reset transistor RST ′ 1 , the amplification transistor SF ′ 1 , the selection transistor SEL ′ 1 , and the floating diffusion FD ′ 1 provided in common to both the photoelectric conversion units PD′_1 and PD′_3. The signal is read out. Output signals are output from the photoelectric conversion units PD′_2 and PD′_4 via the reset transistor RST ′ 2 , the amplification transistor SF ′ 2 , the selection transistor SEL ′ 2 , and the floating diffusion FD ′ 2 provided in common to both the photoelectric conversion units PD′_2 and PD′_4. Read out. Therefore, in the pixel 501, output signals from the photoelectric conversion units PD′_1 and PD′_4 have temporal synchronism, and output signals from the photoelectric conversion units PD′_2 and PD′_3 have temporal synchronicity. Have

上述したように、画素500では水平方向に時間的な同時性を有する出力信号が得られ、画素501では垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号が得られる。しかしながら、画素500と画素501との回路構成はそれぞれ異なる。   As described above, the pixel 500 obtains an output signal having temporal synchronism in the horizontal direction, and the pixel 501 obtains an output signal having temporal synchrony in the vertical direction. However, the circuit configurations of the pixel 500 and the pixel 501 are different from each other.

上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)画素200は、行方向と列方向とに2個ずつ配置された光電変換部PDと、2個のフローティングディフュージョンFDとを有する。4個の光電変換部PDは、行方向に順に光電変換部PD_1、PD_3が配置され、列方向に順に光電変換部PD_1、PD_4が配置され、列方向に順に光電変換部PD_3、PD_2が配置される。光電変換部PD_1および光電変換部PD_2で生成された電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、光電変換部PD_3および光電変換部PD_4で生成された電荷はフローティングディフュージョンFD転送される。したがって、4個の光電変換部のそれぞれに対してフローティングディフュージョンを設ける従来の技術と比較して、1個の画素に必要となるトランジスタの個数を16個から10個に減らすことができる。このため、本実施の形態の光電変換部PDのそれぞれの受光面の面積を、上記の従来の技術の光電変換部の受光面の面積と比較して大きくすることができる。すなわち、本実施の形態では、受光面の面積を減少に伴う飽和電子数の減少と、これに伴う飽和出力低下による撮像特性への悪影響を抑制できる。これにより、たとえば画素200からの出力を焦点検出に用いる場合には、焦点検出精度の低下を防ぐことができる。
According to the first embodiment described above, the following operational effects are obtained.
(1) The pixel 200 includes two photoelectric conversion units PD arranged in the row direction and the column direction, and two floating diffusions FD. In the four photoelectric conversion units PD, photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 are sequentially arranged in the row direction, photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 are sequentially arranged in the column direction, and photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 are sequentially arranged in the column direction. The Charge generated by the photoelectric conversion unit PD_1 and the photoelectric conversion unit PD_2 is transferred to the floating diffusion FD 2, charge generated by the photoelectric conversion unit PD_3 and the photoelectric conversion unit PD_4 is floating diffusion FD 1 transfer. Therefore, the number of transistors required for one pixel can be reduced from 16 to 10 as compared with the conventional technique in which a floating diffusion is provided for each of the four photoelectric conversion units. For this reason, the area of each light-receiving surface of the photoelectric conversion part PD of this Embodiment can be enlarged compared with the area of the light-receiving surface of the photoelectric conversion part of said prior art. That is, in this embodiment, it is possible to suppress the adverse effect on the imaging characteristics due to the decrease in the number of saturated electrons accompanying the decrease in the area of the light receiving surface and the saturation output decrease associated therewith. Thereby, for example, when the output from the pixel 200 is used for focus detection, it is possible to prevent a decrease in focus detection accuracy.

(2)画素200は、行方向と列方向とに2個ずつ配置された光電変換部PDと、光電変換部PDの電荷による信号が出力される垂直信号線300とを有する。4個の光電変換部PDは、行方向に順に光電変換部PD_1、PD_3が配置され、列方向に順に光電変換部PD_1、PD_4が配置され、列方向に順に光電変換部PD_3、PD_2が配置される。光電変換部PD_1および光電変換部PD_2で生成された電荷による信号は垂直信号線300に出力され、光電変換部PD_3および光電変換部PD_4で生成された電荷による信号は垂直信号線300に出力される。したがって、1個の画素に必要となる部品数を少なくできるので、光電変換部PDのそれぞれの受光面の面積を、上記の従来の技術の光電変換部の受光面の面積と比較して大きくすることができる。すなわち、上記の作用効果(1)と同様に、受光面の面積を減少に伴う飽和電子数の減少と、これに伴う飽和出力低下による撮像特性への悪影響を抑制できる。 (2) The pixel 200 includes two photoelectric conversion units PD arranged in the row direction and the column direction, and a vertical signal line 300 from which a signal based on the charge of the photoelectric conversion unit PD is output. In the four photoelectric conversion units PD, photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 are sequentially arranged in the row direction, photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 are sequentially arranged in the column direction, and photoelectric conversion units PD_3 and PD_2 are sequentially arranged in the column direction. The Signal by generated electric charges in the photoelectric conversion unit PD_1 and the photoelectric conversion unit PD_2 is output to the vertical signal line 300 2, signals by the generated electric charges in the photoelectric conversion unit PD_3 and the photoelectric conversion unit PD_4 is output to the vertical signal lines 300 1 Is done. Therefore, since the number of components required for one pixel can be reduced, the area of each light receiving surface of the photoelectric conversion unit PD is made larger than the area of the light receiving surface of the above-described conventional photoelectric conversion unit. be able to. That is, similarly to the above effect (1), it is possible to suppress the adverse effect on the imaging characteristics due to the decrease in the number of saturated electrons accompanying the decrease in the area of the light receiving surface and the accompanying decrease in the saturated output.

(3)光電変換部PD_1からの電荷の転送と、光電変換部PD_2からの電荷の転送とが択一的に行われ、光電変換部PD_3からの電荷の転送と、光電変換部PD_4からの電荷の転送とが択一的に行われる。さらに、同一の回路構成を有する画素200から、水平方向に時間的な同時性を有する出力信号または垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号を出力することが可能となる。したがって、比較例のような画素500や501を用いる場合と異なり、水平方向に時間的な同時性を有する出力信号と、垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号との間で、回路構成の相違により異なる静電容量に応じた出力信号となることを防ぐことができる。 (3) The transfer of charge from the photoelectric conversion unit PD_1 and the transfer of charge from the photoelectric conversion unit PD_2 are alternatively performed, and the transfer of charge from the photoelectric conversion unit PD_3 and the charge from the photoelectric conversion unit PD_4 are performed. Is transferred alternatively. Furthermore, it becomes possible to output an output signal having temporal synchronism in the horizontal direction or an output signal having temporal synchronism in the vertical direction from the pixels 200 having the same circuit configuration. Therefore, unlike the case of using the pixels 500 and 501 as in the comparative example, a circuit configuration between an output signal having temporal synchronism in the horizontal direction and an output signal having temporal synchronism in the vertical direction. It is possible to prevent an output signal corresponding to a different capacitance due to the difference.

(4)第1領域R1の画素200に対しては、制御パルスVtx_1が供給される制御線210を介して、転送トランジスタTX1による光電変換部PD_1の電荷の転送と、転送トランジスタTX2による光電変換部PD_4の電荷の転送とが同時に行われる。制御パルスVtx_2が供給される制御線220を介して、転送トランジスタTX1による光電変換部PD_3の電荷の転送と、転送トランジスタTX2による光電変換部PD_2の電荷の転送とが同時に行われる。
第2領域R2の画素200に対しては、制御パルスVtx_1が供給される制御線210を介して、転送トランジスタTX1による光電変換部PD_1の電荷の転送と、転送トランジスタTX1による光電変換部PD_3の電荷の転送とが同時に行われる。制御パルスVtx_2が供給される制御線220を介して、転送トランジスタTX2による光電変換部PD_4の電荷の転送と、転送トランジスタTX2による光電変換部PD_2の電荷の転送とが同時に行われる。したがって、比較例の場合と異なり、信号を読み出すための回路構成が同一の画素200から、垂直方向に配置された光電変換部PDまたは水平方向に配置された光電変換部PDから同一のタイミングにて出力信号を読み出すことが可能となる。
(4) for the pixel 200 in the first region R1, via the control line 210 to control pulse Vtx_1 is supplied, the transfer of charges in the photoelectric conversion unit PD_1 by the transfer transistor TX1 2, photoelectric by the transfer transistor TX2 1 The charge transfer of the conversion unit PD_4 is performed at the same time. Via control line 220 to control pulse Vtx_2 is supplied, the transfer of charges in the photoelectric conversion unit PD_3 by the transfer transistor TX1 1, the transfer of charges in the photoelectric conversion unit PD_2 by the transfer transistor TX2 2 are performed simultaneously.
For pixel 200 of the second region R2, via a control line 210 to control pulse Vtx_1 is supplied, the transfer of charges in the photoelectric conversion unit PD_1 by the transfer transistor TX1 2, the photoelectric conversion unit by the transfer transistor TX1 1 Pd_3 The charge transfer is simultaneously performed. Via control line 220 to control pulse Vtx_2 is supplied, the transfer of charges in the photoelectric conversion unit PD_4 by the transfer transistor TX2 1, the transfer of charges in the photoelectric conversion unit PD_2 by the transfer transistor TX2 2 are performed simultaneously. Therefore, unlike the comparative example, from the pixel 200 having the same circuit configuration for reading a signal, the photoelectric conversion unit PD arranged in the vertical direction or the photoelectric conversion unit PD arranged in the horizontal direction at the same timing. The output signal can be read out.

(5)制御線210および220は複数の画素200からなる画素列に対して共通に設けられ、第1領域R1の画素200に対しては、制御線210は転送トランジスタTX1、TX2に接続され、制御線220は転送トランジスタTX1、TX2に接続される。第2領域R2の画素200に対しては、制御線210は転送トランジスタTX1、TX1に接続され、制御線220は転送トランジスタTX2、TX2に接続される。したがって、制御線210、220からのローカル制御線211、221、251〜254と接続される転送トランジスタTX1、TX2を異ならせることにより、画素200を第1領域R1と第2領域R2の何れか含まれるようにすることができる。すなわち、第1領域R1と第2領域R2との配置の自由度を向上できる。 (5) The control lines 210 and 220 are provided in common for the pixel column composed of the plurality of pixels 200, and the control line 210 is connected to the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 for the pixels 200 in the first region R1. The control line 220 is connected to the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 . For the pixel 200 in the second region R2, the control line 210 is connected to the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 , and the control line 220 is connected to the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 . Therefore, the pixel 200 is included in either the first region R1 or the second region R2 by making the transfer transistors TX1, TX2 connected to the local control lines 211, 221 and 251 to 254 from the control lines 210, 220 different. Can be made. That is, the degree of freedom of arrangement of the first region R1 and the second region R2 can be improved.

−第2の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、制御線と画素の転送トランジスタとを結ぶローカル制御線の接続が第1の実施の形態と異なる。
-Second Embodiment-
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described. Points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. In this embodiment, the connection of the local control line connecting the control line and the transfer transistor of the pixel is different from that of the first embodiment.

図12は、第2の実施の形態における撮像素子101の各画素200のトランジスタレベルでの接続を示す回路図であり、図2を詳細に示した図である。
画素200の光電変換部PD_1に接続された転送トランジスタTX1のゲートは、ローカル制御線261によって制御パルスVtx_1が供給される制御線210に接続される。光電変換部PD_3に接続された転送トランジスタTX1のゲートは、ローカル制御線262によって制御パルスVtx_2が供給される制御線220に接続される。光電変換部PD_4に接続された転送トランジスタTX2のゲートは、ローカル制御線263によって制御パルスVtx_3が供給される制御線230に接続される。光電変換部PD_2に接続された転送トランジスタTX2のゲートは、ローカル制御線264によって制御パルスVtx_4が供給される制御線240に接続される。すなわち、画素200の4個の光電変換部PDのそれぞれについて、制御パルスVtx_1、Vtx_2、Vtx_3、Vtx_4のそれぞれにより転送トランジスタTX1、TX2の制御が行われる。他の構成については、第1の実施の形態による画素200と同一である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing connection at the transistor level of each pixel 200 of the image sensor 101 in the second embodiment, and is a diagram showing FIG. 2 in detail.
The gate of the transfer transistor TX1 2 connected to the photoelectric conversion unit PD_1 pixel 200 is connected to the control line 210 to control pulse Vtx_1 by the local control line 261 is supplied. The gate of the transfer transistor TX1 1 connected to the photoelectric conversion unit PD_3 is connected to the control line 220 to control pulse Vtx_2 by the local control line 262 is supplied. Transfer transistors TX2 1 gate connected to the photoelectric conversion unit PD_4 is connected to the control line 230 to control pulse Vtx_3 by the local control line 263 is supplied. The gate of the transfer transistor TX2 2 connected to the photoelectric conversion unit PD_2 is connected to the control line 240 to control pulse Vtx_4 by the local control line 264 is supplied. That is, for each of the four photoelectric conversion units PD of the pixel 200, the transfer transistors TX1 and TX2 are controlled by the control pulses Vtx_1, Vtx_2, Vtx_3, and Vtx_4, respectively. Other configurations are the same as those of the pixel 200 according to the first embodiment.

(出力信号の読み出し)
図13、14に示すタイミングチャートを参照しながら、本実施形態の撮像素子101の画素200から出力信号を読み出す際の制御について説明する。図13は、光電変換部PDから垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す(第1制御)場合を示し、図14は、光電変換部PDから水平方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す(第2制御)場合を示す。図13、14において、Vtx_1は、画素200の光電変換部PD_1に対応する転送トランジスタTX1の制御パルスを示す。Vtx_2は、光電変換部PD_3に対応する転送トランジスタTX1の制御パルスを示す。Vtx_3は、光電変換部PD_4に対応する転送トランジスタTX2の制御パルスを示す。Vtx_4は、光電変換部PD_2に対応する転送トランジスタTX2の制御パルスを示す。
(Reading output signal)
With reference to the timing charts shown in FIGS. 13 and 14, control when an output signal is read from the pixel 200 of the image sensor 101 of the present embodiment will be described. FIG. 13 shows a case where an output signal having temporal simultaneity in the vertical direction is read from the photoelectric conversion unit PD (first control), and FIG. 14 shows temporal simultaneity in the horizontal direction from the photoelectric conversion unit PD. The case where the output signal which has is read (2nd control) is shown. In Figure 13, 14, Vtx_1 shows a control pulse of the transfer transistor TX1 2 corresponding to the photoelectric conversion unit PD_1 of pixels 200. Vtx_2 shows a control pulse of the transfer transistor TX1 1 corresponding to the photoelectric conversion unit Pd_3. Vtx_3 shows a control pulse of the transfer transistor TX2 1 corresponding to the photoelectric conversion unit PD_4. Vtx_4 shows a control pulse of the transfer transistor TX2 2 corresponding to the photoelectric conversion unit PD_2.

まず、光電変換部PDから垂直方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す第1制御について説明する。なお、以下の説明においては、第1の実施の形態における第1領域R1に配置された画素200からの出力信号の読み出し時の駆動タイミングとの相違点を主に行う。
図13に示すように、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして、1回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線300〜3002nには、1回目のリセットによる各列の画素200内の左側の光電変換部PD_1、PD_4用のダーク信号「Dark_4、1、4、1、4、1、・・・、4(2n−1)、12n」が同時に出力される。
First, the first control for reading out an output signal having temporal synchronism in the vertical direction from the photoelectric conversion unit PD will be described. In the following description, the difference from the drive timing at the time of reading the output signal from the pixel 200 arranged in the first region R1 in the first embodiment is mainly performed.
As shown in FIG. 13, the drive control unit 102a resets the potential of the first floating diffusion FD in the same manner as in the first embodiment. When a predetermined settling time elapses, the dark signals “Dark — 4 1 , 1 for the left photoelectric conversion units PD — 1 and PD — 4 in the pixels 200 of each column are reset to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n by the first reset. 2 , 4 3 , 1 4 , 4 5 , 1 6 ,..., 4 (2n−1) , 1 2n ”are output simultaneously.

駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_3を同じタイミングにてHighレベルに切り替えて画素200の左側の光電変換部PD_1およびPD_4に接続された転送トランジスタTX1、TX2をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、Vtx_3のHighレベル期間において、光電変換部PD_4に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_3を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX2をオフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_1、Vtx_3の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線300〜3002nには、各列の画素200内の左側の光電変換部PD_1、PD_4用のシグナル信号「Sig_4、1、4、1、4、1、・・・、4(2n−1)、12n」が出力される。 The drive control unit 102a switches Vtx_1 and Vtx_3 to High level at the same timing, and turns on the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 connected to the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 on the left side of the pixel 200. In the High level period of the Vtx_1, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_1 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 2, the High level period of Vtx_3, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_4 floating diffusion FD 1 is transferred. The drive control unit 102a switches Vtx_1 and Vtx_3 to the Low level at the same timing, and turns off the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 . Thereafter, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized at a predetermined stabilization time, and becomes a signal level by reading Vtx_1 and Vtx_3. The vertical signal lines 300 1 to 300 2n include signal signals “Sig — 4 1 , 1 2 , 4 3 , 1 4 , 4 5 , 1 6 , left-side photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 in the pixels 200 of each column. ..., 4 (2n-1) , 12n "are output.

各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_4の出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方向に並ぶ光電変換部PD_1、PD_4の出力信号は時間的な同時性を有する。   The difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_1, PD_4 in the pixel 200. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, the output signals of the photoelectric conversion units PD_1 and PD_4 arranged in the vertical direction have temporal synchronism.

上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして、2回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線300〜3002nには、2回目のリセットによる各列の画素200内の右側の光電変換部PD_2、PD_3用のダーク信号「Dark_3、2、3、2、3、2、・・・、3(2n−1)、22n」が同時に出力される。 After the signal level is settled, the drive control unit 102a resets the potential of the second floating diffusion FD in the same manner as in the first embodiment. When a predetermined settling time elapses, the dark signals “Dark — 3 1 , 2 for the right photoelectric conversion units PD — 2 and PD — 3 in the pixels 200 of each column are reset to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n by the second reset. 2 , 3 3 , 2 4 , 3 5 , 2 6 ,..., 3 (2n−1) , 2 2n ”are output simultaneously.

上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_2およびVtx_4を同じタイミングにてHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX2をオンする。Vtx_2のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、Vtx_4のHighレベル期間において、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_2およびVtx_4を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX2をオフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_2およびVtx_4の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線300〜3002nには、各列の画素200内の右側の光電変換部PD_2、PD_3用のシグナル信号「Sig_3、2、3、2、3、2、・・・、3(2n−1)、22n」が出力される。 After the dark level is settled, the drive control unit 102a switches Vtx_2 and Vtx_4 to the high level at the same timing to turn on the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 . In the High level period of the Vtx_2, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_3 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 1, the High level period of Vtx_4, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_2 floating diffusion FD 2 is transferred. The drive control unit 102a switches Vtx_2 and Vtx_4 to the low level at the same timing to turn off the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 . Thereafter, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized at a predetermined stabilization time, and becomes a signal level by reading Vtx_2 and Vtx_4. The vertical signal lines 300 1 to 300 2n include signal signals “Sig — 3 1 , 2 2 , 3 3 , 2 4 , 3 5 , 2 6 , for the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 on the right side in the pixels 200 of each column. ... 3 (2n-1) , 2 2n "is output.

このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_3の出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、垂直方向に並ぶ光電変換部PD_2、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。   Thus, the difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_3 in the pixel 200. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, output signals of the photoelectric conversion units PD_2 and PD_3 arranged in the vertical direction have temporal synchronism.

次に、光電変換部PDから水平方向に時間的な同時性を有する出力信号を読み出す第2制御について説明する。なお、以下の説明においては、第1の実施の形態における第2領域R2に配置された画素200からの出力信号の読み出し時の駆動タイミングとの相違点を主に行う。
図14に示すように、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして、1回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線300〜3002nには、1回目のリセットによる各列の画素200内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のダーク信号「Dark_3、1、3、1、3、1、・・・、3(2n−1)、12n」が同時に出力される。
Next, the second control for reading an output signal having temporal synchronism in the horizontal direction from the photoelectric conversion unit PD will be described. In the following description, the difference from the drive timing at the time of reading the output signal from the pixel 200 arranged in the second region R2 in the first embodiment is mainly performed.
As shown in FIG. 14, the drive control unit 102a resets the potential of the first floating diffusion FD in the same manner as in the first embodiment. When a predetermined settling time elapses, the dark signals “Dark — 3 1 , 1 for the upper photoelectric conversion units PD — 1 and PD — 3 in the pixels 200 of each column are reset to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n by the first reset. 2 , 3 3 , 1 4 , 3 5 , 1 6 ,..., 3 (2n−1) , 1 2n ”are output simultaneously.

駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_2を同じタイミングにてHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX1をオンする。Vtx_1のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_1に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、Vtx_2のHighレベル期間において、光電変換部PD_3に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_1およびVtx_2を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX1、TX1をオフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_1、Vtx_2の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線300〜3002nには、各列の画素200内の上側の光電変換部PD_1、PD_3用のシグナル信号「Sig_3、1、3、1、3、1、・・・、3(2n−1)、12n」が出力される。 The drive control unit 102a switches Vtx_1 and Vtx_2 to the high level at the same timing to turn on the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 . In the High level period of the Vtx_1, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_1 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 2, the High level period of Vtx_2, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_3 floating diffusion FD 1 is transferred. The drive control unit 102a switches Vtx_1 and Vtx_2 to the Low level at the same timing to turn off the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 . Thereafter, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized at a predetermined stabilization time, and becomes a signal level by reading Vtx_1 and Vtx_2. The vertical signal lines 300 1 to 300 2n include signal signals “Sig — 3 1 , 1 2 , 3 3 , 1 4 , 3 5 , 1 6 , for the upper photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 in the pixels 200 of each column. .., 3 (2n-1) , 12n "are output.

このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_1、PD_3の出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_1、PD_3の出力信号は時間的な同時性を有する。   Thus, the difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_1, PD_3 in the pixel 200. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, the output signals of the photoelectric conversion units PD_1 and PD_3 arranged in the horizontal direction have temporal synchronism.

上記シグナルレベルの静定後、駆動制御部102aは、第1の実施の形態と同様にして、2回目のフローティングディフュージョンFDの電位のリセットを行う。所定の静定時間が経過すると、各垂直信号線300〜3002nには、2回目のリセットによる各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のダーク信号「Dark_4、2、4、2、4、2、・・・、4(2n−1)、22n」が同時に出力される。 After the signal level is settled, the drive control unit 102a resets the potential of the second floating diffusion FD in the same manner as in the first embodiment. When a predetermined settling time elapses, the dark signals “Dark — 4 1 , dark signals for the lower photoelectric conversion units PD — 2 and PD — 4 in the pixels 200 of each column are reset to the vertical signal lines 300 1 to 300 2 n . 2 2 , 4 3 , 2 4 , 4 5 , 2 6 ,..., 4 (2n−1) , 2 2n ”are output simultaneously.

上記ダークレベルの静定後、駆動制御部102aは、Vtx_3およびVtx_4を同じタイミングにてHighレベルに切り替えて転送トランジスタTX2、TX2をオンする。Vtx_3のHighレベル期間において、画素200の光電変換部PD_4に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送され、Vtx_4のHighレベル期間において、光電変換部PD_2に蓄積された信号電荷はフローティングディフュージョンFDに転送される。駆動制御部102aは、Vtx_3およびVtx_4を同じタイミングにてLowレベルに切り替えて転送トランジスタTX2、TX2をオフする。その後、所定の静定時間でフローティングディフュージョンFDの電位レベルは静定し、Vtx_3およびVtx_4の読み出しによるシグナルレベルとなる。各垂直信号線300〜3002nには、各列の画素200内の下側の光電変換部PD_2、PD_4用のシグナル信号「Sig_4、2、4、2、4、2、・・・、4(2n−1)、22n」が出力される。 After the dark level is settled, the drive control unit 102a switches Vtx_3 and Vtx_4 to the high level at the same timing to turn on the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 . In the High level period of the Vtx_3, the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD_4 pixels 200 are transferred to the floating diffusion FD 1, the High level period of Vtx_4, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit PD_2 floating diffusion FD 2 is transferred. The drive control unit 102a switches Vtx_3 and Vtx_4 to the Low level at the same timing to turn off the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 . Thereafter, the potential level of the floating diffusion FD is stabilized at a predetermined stabilization time, and becomes a signal level by reading Vtx_3 and Vtx_4. In each of the vertical signal lines 300 1 to 300 2n , signal signals “Sig — 4 1 , 2 2 , 4 3 , 2 4 , 4 5 , 2 6 for the lower photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 in the pixels 200 of each column are provided. ,..., 4 (2n−1) , 2 2n ”are output.

このようにして各垂直信号線300から出力されたダーク信号とシグナル信号との差分が、画素200における各光電変換部PD_2、PD_4の出力信号となる。したがって、同一の画素行に配置される複数の画素200において、水平方向に並ぶ光電変換部PD_2、PD_4の出力信号は時間的な同時性を有する。   Thus, the difference between the dark signal and the signal signal output from each vertical signal line 300 becomes the output signal of each photoelectric conversion unit PD_2 and PD_4 in the pixel 200. Therefore, in the plurality of pixels 200 arranged in the same pixel row, the output signals of the photoelectric conversion units PD_2 and PD_4 arranged in the horizontal direction have temporal synchronism.

以上で説明した第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態で得られた(1)の作用効果に加えて、次の作用効果を得られる。
制御線210、220、230、240は、行方向に並んだ複数の画素200からなる画素列に対して共通に設けられる。転送トランジスタTX1、TX1、TX2、TX2はそれぞれローカル制御線262、261、263、264を介して制御線220、210、230、240に接続される。駆動制御部102aは、制御線210と230とを介して転送トランジスタTX1、TX2を同時にオンするとともに、制御線220と240とを介して転送トランジスタTX1、TX2を同時にオンして第1制御を行う。駆動制御部102aは、制御線210と220とを介して転送トランジスタTX1、TX1を同時にオンするとともに、制御線230と240とを介して転送トランジスタTX2、TX2を同時にオンして第2制御を行う。ローカル制御線261〜264の接続も含めて同一の回路構成を有する画素200に対して、制御パルスの変更のみで水平方向に時間的な同時性を有する出力信号を出力させることも、垂直方向に同時性を有する出力信号を出力させることも可能となる。
According to the second embodiment described above, in addition to the function and effect (1) obtained in the first embodiment, the following function and effect can be obtained.
The control lines 210, 220, 230, and 240 are provided in common for a pixel column that includes a plurality of pixels 200 arranged in the row direction. The transfer transistors TX1 1 , TX1 2 , TX2 1 , TX2 2 are connected to control lines 220, 210, 230, 240 via local control lines 262, 261, 263, 264, respectively. The drive controller 102a simultaneously turns on the transfer transistors TX1 2 and TX2 1 via the control lines 210 and 230, and simultaneously turns on the transfer transistors TX1 1 and TX2 2 via the control lines 220 and 240. 1 control is performed. The drive controller 102a simultaneously turns on the transfer transistors TX1 2 and TX1 1 via the control lines 210 and 220, and simultaneously turns on the transfer transistors TX2 1 and TX2 2 via the control lines 230 and 240. 2 Control is performed. An output signal having temporal synchronism in the horizontal direction can be output to the pixels 200 having the same circuit configuration including the connection of the local control lines 261 to 264 only by changing the control pulse in the vertical direction. It is also possible to output an output signal having simultaneity.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(1)1つの画素200に4個の光電変換部PDが配置されるものに限定されない。たとえば、2行2列の光電変換部PDを1組として、2組の光電変換部PDを垂直方向に配置して4行2列の光電変換部PDを1つの画素200に設けるものや、2組の光電変換部PDを水平方向に配置して2行4列の光電変換部PDを1つの画素200に設けても良い。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(1) The present invention is not limited to one in which four photoelectric conversion units PD are arranged in one pixel 200. For example, a photoelectric conversion unit PD of 2 rows and 2 columns is set as one set, two sets of photoelectric conversion units PD are arranged in the vertical direction, and a photoelectric conversion unit PD of 4 rows and 2 columns is provided in one pixel 200, or 2 A pair of photoelectric conversion units PD may be arranged in the horizontal direction, and the two rows by four columns of photoelectric conversion units PD may be provided in one pixel 200.

(2)複数の光電変換部PDが配置された画素200が撮像素子101の全領域に設けられるものに限定されない。撮像素子101の一部の領域に画素200を設け、他の領域には、1つの光電変換部が配置された画素を配置しても良い。この場合、たとえば、画素200をGの色フィルタが設けられた位置に設けることができる。また、撮像素子101の一部の領域に画素200を設ける場合には、画素200に色フィルタを設けないようにしても良い。この場合、撮影用画像データを生成する際には、画素200の位置における画像信号を、画素200の周囲に配置された画素からの画像信号にて補間することにより生成すれば良い。 (2) The pixel 200 in which the plurality of photoelectric conversion units PD are arranged is not limited to the one provided in the entire area of the image sensor 101. The pixel 200 may be provided in a partial area of the image sensor 101, and a pixel provided with one photoelectric conversion unit may be provided in another area. In this case, for example, the pixel 200 can be provided at a position where the G color filter is provided. In addition, when the pixel 200 is provided in a partial region of the imaging element 101, the color filter may not be provided in the pixel 200. In this case, when the image data for photographing is generated, the image signal at the position of the pixel 200 may be generated by interpolating with the image signal from the pixels arranged around the pixel 200.

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。   As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

1…デジタルカメラ、2…焦点検出装置、101…撮像素子、
102…ボディ制御装置、102a…駆動制御部、102b…焦点検出部、
102c…画像処理部、200…画素、300…垂直信号線、
210、220、230、240…制御線、
211、221、251、252、253、254、261、262、263、264…ローカル制御線、
FD…フローティングディフュージョン、TX1、TX2…転送トランジスタ、
PD…光電変換部、RST…リセットトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Digital camera, 2 ... Focus detection apparatus, 101 ... Image sensor,
102 ... Body control device, 102a ... Drive control unit, 102b ... Focus detection unit,
102c: Image processing unit, 200: Pixel, 300: Vertical signal line,
210, 220, 230, 240 ... control lines,
211, 221 251 252 253 254 261 262 263 264 local control lines,
FD: Floating diffusion, TX1, TX2: Transfer transistor,
PD: photoelectric conversion unit, RST: reset transistor

Claims (9)

第1の方向と前記第1の方向に交差する第2の方向に2個ずつ配置された4個の光電変換部と、
前記光電変換部の電荷が転送される第1および第2の電荷保持部と、を備え、
前記4個の光電変換部は、前記第1の方向に順に配置された第1光電変換部と第2光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第1光電変換部と第3光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第2光電変換部と第4光電変換部を有し、
前記第1光電変換部と前記第4光電変換部とで生成された電荷は前記第1の電荷保持部に転送され、前記第2光電変換部と前記第3光電変換部で生成された電荷は前記第2の電荷保持部に転送される撮像素子。
Four photoelectric conversion units arranged in two in a second direction intersecting the first direction and the first direction;
First and second charge holding units to which charges of the photoelectric conversion unit are transferred,
The four photoelectric conversion units include a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit that are sequentially arranged in the first direction, and a first photoelectric conversion unit and a third that are sequentially arranged in the second direction. A photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit arranged in order in the second direction,
The charges generated by the first photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit are transferred to the first charge holding unit, and the charges generated by the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit are An image sensor transferred to the second charge holding unit.
第1の方向と前記第1の方向に交差する第2の方向に2個ずつ配置された4個の光電変換部と、
前記光電変換部の電荷による信号が出力される第1および第2信号線とを備え、
前記4個の光電変換部は、前記第1の方向に順に配置された第1光電変換部と第2光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第1光電変換部と第3光電変換部、前記第2の方向に順に配置された前記第2光電変換部と第4光電変換部を有し、
前記第1光電変換部と前記第4光電変換部とで生成された電荷による前記信号は前記第1信号線に出力され、前記第2光電変換部と前記第3光電変換部とで生成された電荷による前記信号は前記第2信号線に出力される撮像素子。
Four photoelectric conversion units arranged in two in a second direction intersecting the first direction and the first direction;
A first signal line and a second signal line for outputting a signal based on charges of the photoelectric conversion unit;
The four photoelectric conversion units include a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit that are sequentially arranged in the first direction, and a first photoelectric conversion unit and a third that are sequentially arranged in the second direction. A photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit arranged in order in the second direction,
The signal generated by the charges generated by the first photoelectric conversion unit and the fourth photoelectric conversion unit is output to the first signal line, and is generated by the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit. The image sensor in which the signal due to electric charge is output to the second signal line.
請求項1または2に記載の撮像素子において、
前記第1光電変換部の電荷の転送と、前記第4光電変換部の電荷の転送とが択一的に行われるとともに、前記第2光電変換部の電荷の転送と、前記第3光電変換部の電荷の転送とが択一的に行われる撮像素子。
The image sensor according to claim 1 or 2,
The charge transfer of the first photoelectric conversion unit and the charge transfer of the fourth photoelectric conversion unit are alternatively performed, the charge transfer of the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit An image sensor in which the charge transfer is performed alternatively.
請求項3に記載の撮像素子において、
前記4個の光電変換部を有する画素を複数備え、
前記複数の画素は、撮像面の第1及び第2の領域にそれぞれ配置された第1及び第2の画素群を有し、
前記第1の画素群に対しては、前記第1光電変換部の電荷の転送と前記第3光電変換部の電荷の転送とが同時に行われるとともに、前記第2光電変換部の電荷の転送と前記第4光電変換部の電荷の転送とが同時に行われ、
前記第2の画素群に対しては、前記第1光電変換部の電荷の転送と前記第2光電変換部の電荷の転送とが同時に行われるとともに、前記第3光電変換部の電荷の転送と前記第4光電変換部の電荷の転送とが同時に行われる撮像素子。
The imaging device according to claim 3,
A plurality of pixels having the four photoelectric conversion units,
The plurality of pixels include first and second pixel groups disposed in first and second regions of the imaging surface, respectively.
For the first pixel group, the charge transfer of the first photoelectric conversion unit and the charge transfer of the third photoelectric conversion unit are performed simultaneously, and the charge transfer of the second photoelectric conversion unit The charge transfer of the fourth photoelectric conversion unit is performed simultaneously,
For the second pixel group, the transfer of the charge of the first photoelectric conversion unit and the transfer of the charge of the second photoelectric conversion unit are performed simultaneously, and the transfer of the charge of the third photoelectric conversion unit An image sensor in which charge transfer of the fourth photoelectric conversion unit is performed simultaneously.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記第1〜第4の光電変換部から電荷をそれぞれ転送する第1〜第4の電荷転送部と、
前記第1の画素群について前記第1の方向に設けられた複数の画素に対して共通の第1及び第2の制御線と、
前記第2の画素群について前記第1の方向に設けられた複数の画素に対して共通の第3及び第4の制御線と、を有し、
前記第1の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第1及び第3の電荷転送部に接続され、
前記第2の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第2及び第4の電荷転送部に接続され、
前記第3の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第1及び第2の電荷転送部に接続され、
前記第4の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第3及び第4の電荷転送部に接続される、撮像素子。
The imaging device according to claim 4,
First to fourth charge transfer units respectively transferring charges from the first to fourth photoelectric conversion units;
First and second control lines common to a plurality of pixels provided in the first direction for the first pixel group;
A third control line common to the plurality of pixels provided in the first direction with respect to the second pixel group, and a fourth control line;
The first control line is connected to the first and third charge transfer units of each of the plurality of pixels provided in the first direction,
The second control line is connected to the second and fourth charge transfer units of each of the plurality of pixels provided in the first direction,
The third control line is connected to the first and second charge transfer units of each of the plurality of pixels provided in the first direction;
The imaging device, wherein the fourth control line is connected to the third and fourth charge transfer units of each of the plurality of pixels provided in the first direction.
請求項4に記載の撮像素子において、
前記第1〜第4の光電変換部から電荷をそれぞれ転送する第1〜第4の電荷転送部と、
前記第1及び第2の画素群について前記第1の方向に設けられた複数の画素に対して共通の第1〜第4の制御線とを有し、
前記第1の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第1の電荷転送部に接続され、
前記第2の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第2の電荷転送部に接続され、
前記第3の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第3の電荷転送部に接続され、
前記第4の制御線は、前記第1の方向に設けられた前記複数の画素のそれぞれの前記第4の電荷転送部に接続され、
前記第1の画素群に対して、前記第1の制御線を介して前記第1の電荷転送部と前記第3の制御線を介して前記第3の電荷転送部とが同時にON制御されると共に、前記第2の制御線を介して前記第2の電荷転送部と前記第4の制御線を介して前記第4の電荷転送部とが同時にON制御され、
前記第2の画素群に対して、前記第1の制御線を介して前記第1の電荷転送部と前記第2の制御線を介して前記第2の電荷転送部とが同時にON制御されると共に、前記第3の制御線を介して前記第3の電荷転送部と前記第4の制御線を介して前記第4の電荷転送部とが同時にON制御される、撮像素子。
The imaging device according to claim 4,
First to fourth charge transfer units respectively transferring charges from the first to fourth photoelectric conversion units;
The first and second pixel groups having first to fourth control lines common to a plurality of pixels provided in the first direction;
The first control line is connected to the first charge transfer unit of each of the plurality of pixels provided in the first direction,
The second control line is connected to the second charge transfer unit of each of the plurality of pixels provided in the first direction,
The third control line is connected to the third charge transfer unit of each of the plurality of pixels provided in the first direction,
The fourth control line is connected to the fourth charge transfer unit of each of the plurality of pixels provided in the first direction,
For the first pixel group, the first charge transfer unit and the third charge transfer unit are simultaneously controlled to be turned ON via the first control line. In addition, the second charge transfer unit and the fourth charge transfer unit are simultaneously controlled to be turned ON via the second control line,
For the second pixel group, the first charge transfer unit and the second charge transfer unit are simultaneously controlled to be turned ON via the first control line. In addition, the imaging element in which the third charge transfer unit and the fourth charge transfer unit are simultaneously ON-controlled via the third control line.
請求項1乃至6の何れか一項に記載の撮像素子において、
前記4個の光電変換部は光学系の瞳の4つの領域を通過した4つの光束をそれぞれ受光し電荷を生成する撮像素子。
The imaging device according to any one of claims 1 to 6,
The four photoelectric conversion units receive the four light beams that have passed through the four regions of the pupil of the optical system, and generate electric charges.
請求項1乃至7の何れか一項に記載の撮像素子と、
前記4個の光電変換部からの電荷の転送を制御する制御部と、
前記4個の光電変換部のうち、前記第1の方向に順に配置された前記光電変換部、または前記第2の方向に順に配置された前記光電変換部で生成された信号に基づき位相差焦点検出を行う焦点検出部と、を備える焦点検出装置。
The image sensor according to any one of claims 1 to 7,
A control unit for controlling transfer of charges from the four photoelectric conversion units;
Out of the four photoelectric conversion units, the phase difference focus is based on the signals generated by the photoelectric conversion units sequentially arranged in the first direction or the photoelectric conversion units sequentially arranged in the second direction. And a focus detection unit that performs detection.
請求項8に記載の焦点検出装置と、
前記第1及び第2の光電変換部の電荷と、前記第3及び第4の光電変換部の電荷とに基づき、画像データを生成する画像生成部と、を備える撮像装置。


A focus detection apparatus according to claim 8;
An imaging device comprising: an image generation unit configured to generate image data based on charges of the first and second photoelectric conversion units and charges of the third and fourth photoelectric conversion units.


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