JP2021182763A - Image pick-up device and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide an image pick-up device that can shorten as much as possible the time required for the image pick-up device to output a signal necessary for the drive control of an imaging apparatus.SOLUTION: An image pick-up device comprises: a pixel unit in which a plurality of pixels are arranged which photoelectrically convert light from a subject; a reading unit that reads signals from the pixel unit; and an output unit that outputs, of the signals read by the reading unit, signals from the pixels in the entire area of the pixel unit to the outside of the image pick-up device as signals for creating an image, and outputs, to the outside of the image pick-up device, signals from the pixels in a subject area that is an area in the pixel unit where a subject is present as signals for calculating an evaluation value used for the drive control of an apparatus including the image pick-up device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像素子及び撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup apparatus.

近年、CMOS撮像素子などを用いた撮像装置において、様々なニーズに対応するべく高機能化、多機能化が進んでいる。CMOS撮像素子は、多画素化、高速撮像化が進み、より高速に画素信号を読み出せる方式への要求が高まっている。 In recent years, image pickup devices using CMOS image pickup devices and the like have become more sophisticated and multifunctional in order to meet various needs. As the number of pixels and high-speed imaging of CMOS image sensors are increasing, there is an increasing demand for a method capable of reading pixel signals at higher speed.

例えば、高速読み出しを行う方式としては、特許文献1に記載されているように、列毎にアナログ/デジタル変換回路(以下、列ADC)を配置し、デジタル出力を行う方式が近年普及している。列ADCを導入することで、撮像素子の外部への画素信号の伝送をデジタルで行うことが可能となり、デジタル信号伝送の技術向上に伴い、高速読み出しが可能となる。 For example, as a method for performing high-speed reading, as described in Patent Document 1, a method in which an analog / digital conversion circuit (hereinafter referred to as a column ADC) is arranged for each column and digital output is performed has become widespread in recent years. .. By introducing the row ADC, it becomes possible to digitally transmit the pixel signal to the outside of the image pickup device, and with the improvement of the digital signal transmission technology, high-speed reading becomes possible.

一方、多機能化の例としては、例えば光の強度分布のみならず、光の入射方向や距離情報をも取得可能な撮像装置が提案されている。特許文献2では、撮像素子から得られた信号を用いて焦点検出が可能な撮像素子について開示されている。1つのマイクロレンズに対応するフォトダイオード(以下、PD)を2つに分割することによって、各PDが撮影レンズの異なる瞳面の光を受光するように構成されている。そして、2つのPDの出力を比較することによって、焦点検出を行っている。また、単位画素を構成する2つのPDからの出力信号を加算することで、通常の撮像画像を得ることもできる。 On the other hand, as an example of multi-functionalization, for example, an image pickup device capable of acquiring not only light intensity distribution but also light incident direction and distance information has been proposed. Patent Document 2 discloses an image pickup device capable of focus detection using a signal obtained from the image pickup device. By dividing the photodiode (hereinafter referred to as PD) corresponding to one microlens into two, each PD is configured to receive light from different pupil surfaces of the photographing lens. Then, focus detection is performed by comparing the outputs of the two PDs. Further, a normal captured image can be obtained by adding the output signals from the two PDs constituting the unit pixel.

また、特許文献3に記載の撮像装置は、ライブビュー表示のための撮像用信号、焦点検出用信号、露光制御用信号を、同じフレームの一回の垂直走査で固体撮像素子から読み出すモードを備えている。そして、特許文献3に記載の撮像装置は、焦点検出制御および露光制御の両方を高速化した上でライブビュー表示ができるとしている。 Further, the image pickup apparatus described in Patent Document 3 includes a mode in which an image pickup signal for live view display, a focus detection signal, and an exposure control signal are read out from a solid-state image sensor by one vertical scan of the same frame. ing. The image pickup apparatus described in Patent Document 3 is said to be capable of displaying a live view after speeding up both focus detection control and exposure control.

特開2005−278135号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-278135 特許第3774597号公報Japanese Patent No. 3774597 特開2009−89105号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-89105

しかし、特許文献2、特許文献3に開示されているような撮像素子において焦点検出や露光制御を行う場合、全てのPDの信号を読み出す必要があるため、PDの信号を読み出すのに必要な時間が長くなり、フレームレートが下がってしまうという課題がある。特許文献1のように列ADCを用いた読み出し方式により信号読み出し時間を高速化しても、今後更なる多画素化、高フレームレート化が進むことが予想され、信号読み出し時間の更なる短縮が望まれる。 However, when performing focus detection and exposure control in an image pickup device as disclosed in Patent Documents 2 and 3, it is necessary to read out all PD signals, so that the time required to read out PD signals is required. There is a problem that the frame rate becomes long and the frame rate decreases. Even if the signal read time is increased by the read method using the column ADC as in Patent Document 1, it is expected that the number of pixels and the frame rate will be further increased in the future, and the signal read time is desired to be further shortened. Is done.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、焦点検出信号のような撮像装置の駆動制御に必要な信号を撮像素子から出力するためにかかる時間を大幅に短縮できる撮像素子を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is that the time required to output a signal necessary for drive control of an image pickup device such as a focus detection signal from an image pickup element can be significantly shortened. It is to provide an image pickup element.

本発明に係わる撮像素子は、被写体からの光を光電変換する複数の画素が配置された画素部と、前記画素部から信号を読み出す読み出し部と、前記読み出し部により読み出された信号のうち、画像を生成するための信号として前記画素部の全領域の画素の信号を撮像素子の外部に出力するとともに、前記撮像素子を備える装置の駆動制御に用いる評価値を算出するための信号として前記画素部において被写体が存在する領域である被写体領域の画素の信号を前記撮像素子の外部に出力する出力部と、を備えることを特徴とする。 The image pickup device according to the present invention includes a pixel unit in which a plurality of pixels for photoelectric conversion of light from a subject are arranged, a reading unit that reads a signal from the pixel unit, and a signal read by the reading unit. As a signal for generating an image, a signal of pixels in the entire region of the pixel portion is output to the outside of the image pickup element, and the pixel is used as a signal for calculating an evaluation value used for drive control of a device provided with the image pickup element. It is characterized by including an output unit that outputs a signal of a pixel in a subject area, which is a region in which the subject exists, to the outside of the image pickup device.

本発明によれば、焦点検出信号のような撮像装置の駆動制御に必要な信号を撮像素子から出力するためにかかる時間を大幅に短縮できる撮像素子を提供することが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an image pickup device that can significantly reduce the time required to output a signal required for drive control of an image pickup device, such as a focus detection signal, from the image pickup device.

本発明の第1の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の撮像素子の単位画素の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the unit pixel of the image pickup element of 1st Embodiment. 撮影レンズの射出瞳から出射された光束が単位画素に入射する概念図。A conceptual diagram in which a luminous flux emitted from an exit pupil of a photographing lens is incident on a unit pixel. 第1の実施形態の撮像素子の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the image pickup element of 1st Embodiment. 第1の実施形態の撮像素子の画素回路及び読み出し回路を説明する図。The figure explaining the pixel circuit and the readout circuit of the image pickup element of 1st Embodiment. 第1の実施形態の撮像素子の信号読み出し動作を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the signal reading operation of the image pickup element of 1st Embodiment. 第1の実施形態の撮像素子における信号処理部の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the signal processing part in the image pickup element of 1st Embodiment. 第2の実施形態の画素領域における焦点検出用信号出力領域を示した図。The figure which showed the signal output area for focus detection in the pixel area of 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the image pickup apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態における撮像面位相差AFの処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the processing of the imaging surface phase difference AF in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における焦点検出領域の選択画面を示す図。The figure which shows the selection screen of the focal point detection area in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における被写体検出結果画面を示す図。The figure which shows the subject detection result screen in 3rd Embodiment. 第4の実施形態の撮像素子の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the image pickup element of 4th Embodiment. 第4の実施形態の撮像素子の画素回路及び読み出し回路を説明する図。The figure explaining the pixel circuit and the readout circuit of the image pickup element of 4th Embodiment. 第5の実施形態の撮像素子の全体構成図。The overall block diagram of the image pickup element of 5th Embodiment. 第5の実施形態の撮像素子の全体構成図。The overall block diagram of the image pickup element of 5th Embodiment. 第6の実施形態の撮像素子の全体構成図。The overall block diagram of the image pickup element of the 6th Embodiment. 第7の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the image pickup apparatus which concerns on 7th Embodiment. 第8の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the image pickup apparatus which concerns on 8th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の撮像素子を有する撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像素子100は、受光部102、読み出し部103、制御部104、信号処理部105、出力部106を備えて構成される。受光部102は、複数の単位画素が行列状に配置されており、撮影レンズ101により結像された光学像を受光する。受光部102の構成については後述する。読出し部(AD変換部)103は、制御部104の駆動制御信号を受けて、受光部102から出力される画像信号をA/D変換し、信号処理部105に送る。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image pickup device having an image pickup device according to the first embodiment of the present invention. The image pickup device 100 includes a light receiving unit 102, a readout unit 103, a control unit 104, a signal processing unit 105, and an output unit 106. The light receiving unit 102 has a plurality of unit pixels arranged in a matrix and receives an optical image formed by the photographing lens 101. The configuration of the light receiving unit 102 will be described later. The reading unit (AD conversion unit) 103 receives the drive control signal of the control unit 104, performs A / D conversion of the image signal output from the light receiving unit 102, and sends it to the signal processing unit 105.

信号処理部105は、A/D変換された画像信号に対して、信号の加算、減算、乗算等の演算処理や、出力部106を介して撮像素子100から外部に出力する信号の選択処理などを行う。また、信号処理部105では、基準レベル調整等の各種補正やデータの並べ替えなども行う。これらの処理は、制御部104からの制御信号を受けて実行される。信号処理部105の詳細は後述するが、信号処理部105においては、受光部102から得られた画像信号に対して、撮像画像用の信号処理と焦点検出用の信号処理を行い、それらを出力部106に送る。出力部106は、信号処理部105により処理された画像信号を撮像素子100の外部に出力する。 The signal processing unit 105 performs arithmetic processing such as signal addition, subtraction, and multiplication on the A / D converted image signal, and selection processing of a signal to be output from the image sensor 100 to the outside via the output unit 106. I do. Further, the signal processing unit 105 also performs various corrections such as reference level adjustment and rearrangement of data. These processes are executed by receiving a control signal from the control unit 104. The details of the signal processing unit 105 will be described later, but the signal processing unit 105 performs signal processing for captured images and signal processing for focus detection on the image signal obtained from the light receiving unit 102, and outputs them. Send to unit 106. The output unit 106 outputs the image signal processed by the signal processing unit 105 to the outside of the image pickup device 100.

画像処理部107は、撮像素子100の出力部106から撮像画像用の信号を受け取り、欠陥画素の補正、ノイズリダクション、色変換、ホワイトバランス補正、画像補正等の画像処理や、解像度変換処理、画像圧縮処理などを行い、静止画像や動画像を生成する。位相差検出部108は、出力部106からの焦点検出用の信号を受けて、焦点検出を行うための位相差評価値を算出する。 The image processing unit 107 receives a signal for an captured image from the output unit 106 of the image pickup element 100, and performs image processing such as defect pixel correction, noise reduction, color conversion, white balance correction, and image correction, resolution conversion processing, and an image. Performs compression processing and generates still images and moving images. The phase difference detection unit 108 receives a focus detection signal from the output unit 106 and calculates a phase difference evaluation value for performing focus detection.

全体制御・演算部109は、撮像素子100や撮像装置全体の統括的な駆動及び制御を行う。表示部110は、撮影後の画像やライブビュー画像、各種設定画面等を表示する。記録部111及びメモリ部112は、全体制御・演算部109から出力された画像信号等を記録保持する不揮発性メモリあるいはメモリカード等の記録媒体である。操作部113は、撮像装置に備え付けられた操作部材によりユーザーの命令を受け付け、全体制御・演算回路106にその命令を入力する。レンズ制御部114は、位相差検出部108で算出された位相差評価値に基づいて光学系駆動情報を算出し、撮影レンズ101のフォーカスレンズ位置を制御する。 The overall control / calculation unit 109 comprehensively drives and controls the image sensor 100 and the entire image sensor. The display unit 110 displays an image after shooting, a live view image, various setting screens, and the like. The recording unit 111 and the memory unit 112 are recording media such as a non-volatile memory or a memory card that record and hold an image signal or the like output from the overall control / calculation unit 109. The operation unit 113 receives a user's command by an operation member provided in the image pickup apparatus, and inputs the command to the overall control / calculation circuit 106. The lens control unit 114 calculates optical system drive information based on the phase difference evaluation value calculated by the phase difference detection unit 108, and controls the focus lens position of the photographing lens 101.

次に、本実施形態の撮像装置における撮影レンズ101、撮像素子100の受光部102の関係と、画素の定義、及び瞳分割方式による焦点検出の原理について説明する。 Next, the relationship between the photographing lens 101 and the light receiving unit 102 of the image pickup element 100 in the image pickup apparatus of the present embodiment, the definition of pixels, and the principle of focus detection by the pupil division method will be described.

図2は、撮像素子100の単位画素200の構成を示す模式図である。図2において、マイクロレンズ202は、撮影レンズ101によって撮像素子100上に結像された光を画素毎にさらに集光する。フォトダイオード(PD)からなる光電変換部201A,201Bは、単位画素200に入射した光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する。単位画素200は、1つのマイクロレンズ202の下に2つの光電変換部を有することによって、2つの光電変換部201A,201Bが、2つに分割された射出瞳領域の光を各々受光可能である。光電変換部201A,201Bの2つの信号を、画素毎に混合した信号が、画像生成用としての1画素の出力信号である。また、画素毎に2つの光電変換部から得られる信号を比較することで、撮影レンズ101の焦点検出を行うことができる。すなわち、単位画素200内のある領域において、光電変換部201Aから得られる信号と、光電変換部201Bから得られる信号を相関演算することで、左右方向に瞳分割された位相差検出方式の焦点検出が可能である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the unit pixel 200 of the image pickup device 100. In FIG. 2, the microlens 202 further collects the light imaged on the image pickup device 100 by the photographing lens 101 for each pixel. The photoelectric conversion units 201A and 201B composed of photodiodes (PD) receive light incident on the unit pixel 200, and generate and store signal charges according to the amount of the light received. Since the unit pixel 200 has two photoelectric conversion units under one microlens 202, the two photoelectric conversion units 201A and 201B can each receive light in the exit pupil region divided into two. .. The signal obtained by mixing the two signals of the photoelectric conversion units 201A and 201B for each pixel is the output signal of one pixel for image generation. Further, the focus of the photographing lens 101 can be detected by comparing the signals obtained from the two photoelectric conversion units for each pixel. That is, by performing a correlation calculation between the signal obtained from the photoelectric conversion unit 201A and the signal obtained from the photoelectric conversion unit 201B in a certain region in the unit pixel 200, the focus detection of the phase difference detection method in which the pupil is divided in the left-right direction is performed. Is possible.

図3は、撮影レンズ101を通過した光が1つのマイクロレンズ202を通過して撮像素子100の受光部102の単位画素200で受光される様子を光軸(Z軸)に対して垂直な方向(Y軸方向)から観察した図である。撮影レンズの射出瞳302,303を通過した光は、光軸を中心として単位画素200に入射する。その際に、レンズ絞り301により入射光量が調節される。図3に示すように瞳領域302を通過する光束はマイクロレンズ202を通過して光電変換部201Aで受光され、瞳領域303を通過する光束はマイクロレンズ202を通して光電変換部201Bで受光される。したがって、光電変換部201A,201Bは、それぞれ撮影レンズの射出瞳の異なる領域の光を受光する。 FIG. 3 shows a state in which light that has passed through the photographing lens 101 passes through one microlens 202 and is received by the unit pixel 200 of the light receiving unit 102 of the image sensor 100 in a direction perpendicular to the optical axis (Z axis). It is a figure observed from (Y-axis direction). The light that has passed through the exit pupils 302 and 303 of the photographing lens is incident on the unit pixel 200 about the optical axis. At that time, the amount of incident light is adjusted by the lens diaphragm 301. As shown in FIG. 3, the luminous flux passing through the pupil region 302 passes through the microlens 202 and is received by the photoelectric conversion unit 201A, and the luminous flux passing through the pupil region 303 is received by the photoelectric conversion unit 201B through the microlens 202. Therefore, the photoelectric conversion units 201A and 201B receive light in different regions of the exit pupil of the photographing lens, respectively.

撮影レンズ101からの光を瞳分割する光電変換部201Aの信号をX軸方向に並ぶ複数の単位画素200から取得し、これらの出力信号群で構成した被写体像をA像とする。同様に瞳分割する光電変換部201Bの信号をX軸方向に並ぶ複数の単位画素200から取得し、これらの出力信号群で構成した被写体像をB像とする。 The signal of the photoelectric conversion unit 201A that divides the light from the photographing lens 101 into pupils is acquired from a plurality of unit pixels 200 arranged in the X-axis direction, and the subject image composed of these output signal groups is defined as the A image. Similarly, the signal of the photoelectric conversion unit 201B that divides the pupil is acquired from a plurality of unit pixels 200 arranged in the X-axis direction, and the subject image composed of these output signal groups is defined as the B image.

A像とB像に対して相関演算を実施し、像のずれ量(瞳分割位相差)を検出する。さらに像のずれ量に対して撮影レンズ101の焦点位置と光学系から決まる変換係数を乗じることで、画面内の任意の被写体位置に対応した焦点位置を算出することができる。ここで算出された焦点位置情報に基づいて撮影レンズ101のフォーカス位置を制御することで、撮像面位相差AF(オートフォーカス)が可能となる。また、A像信号とB像信号との足し合わせた信号をA+B像信号とすることで、このA+B像信号を通常の撮影画像に用いることができる。 A correlation calculation is performed on the A image and the B image, and the amount of image shift (pupil division phase difference) is detected. Further, by multiplying the amount of image shift by the focal position of the photographing lens 101 and a conversion coefficient determined by the optical system, the focal position corresponding to an arbitrary subject position in the screen can be calculated. By controlling the focus position of the photographing lens 101 based on the focus position information calculated here, phase difference AF (autofocus) on the imaging surface becomes possible. Further, by setting the signal obtained by adding the A image signal and the B image signal as the A + B image signal, this A + B image signal can be used for a normal captured image.

次に、撮像素子100の受光部102と読み出し部103の構成を図4、図5を用いて説明する。図4は、撮像素子100の受光部102と読出し部103の構成例を示すブロック図である。 Next, the configuration of the light receiving unit 102 and the reading unit 103 of the image pickup device 100 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the light receiving unit 102 and the reading unit 103 of the image pickup device 100.

受光部102は、画素部401と駆動回路部402とを有する。画素部401には、複数の単位画素200が水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)に行列状に複数配列されている。図4においては、単位画素200を2行3列の計6個のみ図示しているが、実際には数百万、数千万の単位画素200が配置されている。駆動回路部402は、画素部401を駆動するための電源回路、タイミングジェネレータ(TG)、走査回路などを含む。駆動回路部402によって画素部401を駆動することにより、画素部401の全撮像領域の画素信号が画素部401から読み出し部103に出力される。駆動回路部402は、図1の制御部104からの制御を受けて駆動される。読み出し部103に入力された画素部401からの画素信号に対し、アナログデジタル変換(A/D変換)が行われる。なお、読出し部103は複数の読み出し回路、例えば1列に1つの読み出し回路を備えて構成される。 The light receiving unit 102 has a pixel unit 401 and a drive circuit unit 402. A plurality of unit pixels 200 are arranged in a matrix in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction) in the pixel unit 401. In FIG. 4, only a total of 6 unit pixels 200 in 2 rows and 3 columns are shown, but in reality, millions and tens of millions of unit pixels 200 are arranged. The drive circuit unit 402 includes a power supply circuit for driving the pixel unit 401, a timing generator (TG), a scanning circuit, and the like. By driving the pixel unit 401 by the drive circuit unit 402, the pixel signal in the entire imaging region of the pixel unit 401 is output from the pixel unit 401 to the readout unit 103. The drive circuit unit 402 is driven under the control of the control unit 104 in FIG. Analog-to-digital conversion (A / D conversion) is performed on the pixel signal from the pixel unit 401 input to the reading unit 103. The reading unit 103 includes a plurality of reading circuits, for example, one reading circuit in one row.

ところで、画素部401の駆動方法に関して、互いに隣接する行が異なる条件(フレームレート、蓄積時間など)で駆動されると、クロストークやブルーミング等のノイズが発生し易くなる。しかしながら、本実施形態では、駆動回路部402が画素部401を全領域一様に同じ条件で駆動するため、このような問題は発生しない。 By the way, regarding the driving method of the pixel unit 401, if rows adjacent to each other are driven under different conditions (frame rate, accumulation time, etc.), noise such as crosstalk and blooming is likely to occur. However, in the present embodiment, since the drive circuit unit 402 drives the pixel unit 401 uniformly over the entire region under the same conditions, such a problem does not occur.

図5は、撮像素子100の単位画素200、及び読み出し部103を構成する読み出し回路509の一例を示す図である。単位画素200において、フォトダイオード(PD)からなる光電変換部201Aには転送スイッチ502Aが接続され、光電変換部201Bには転送スイッチ502Bが接続される。光電変換部201A,201Bで発生した電荷は、それぞれ転送スイッチ502A,502Bを介して共通のフローティングディフュージョン部(FD)504に転送され、一時的に保存される。FD504に転送された電荷は、選択スイッチ506がオンされると、ソースフォロワアンプを形成する増幅MOSトランジスタ(SF)505を介して電荷に対応した電圧として列出力線507に出力される。列出力線507には電流源508が接続されている。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a readout circuit 509 constituting the unit pixel 200 of the image pickup device 100 and the readout unit 103. In the unit pixel 200, the transfer switch 502A is connected to the photoelectric conversion unit 201A composed of the photodiode (PD), and the transfer switch 502B is connected to the photoelectric conversion unit 201B. The charges generated by the photoelectric conversion units 201A and 201B are transferred to the common floating diffusion unit (FD) 504 via the transfer switches 502A and 502B, respectively, and are temporarily stored. When the selection switch 506 is turned on, the electric charge transferred to the FD 504 is output to the column output line 507 as a voltage corresponding to the electric charge via the amplification MOS transistor (SF) 505 forming the source follower amplifier. A current source 508 is connected to the column output line 507.

リセットスイッチ503は、FD504の電位、及び転送スイッチ502A,502Bを介して光電変換部201A,201Bの電位をVDDにリセットする。転送スイッチ502A,502B、リセットスイッチ503、選択スイッチ506は、それぞれ周辺の駆動回路部402に接続されている信号線を介して、制御信号PTXA、PTXB、PRES、PSELにより制御される。 The reset switch 503 resets the potential of the FD504 and the potentials of the photoelectric conversion units 201A and 201B to VDD via the transfer switches 502A and 502B. The transfer switches 502A and 502B, the reset switch 503, and the selection switch 506 are controlled by the control signals PTXA, PTXB, PRES, and PSEL via the signal lines connected to the peripheral drive circuit units 402, respectively.

次に、読み出し回路509の回路構成について説明する。アンプ510は、列出力線507に出力された信号を増幅し、容量512は信号電圧を保持するために用いられる。容量512への書き込みは、制御信号PSHによりオン、オフされるスイッチ511により制御される。比較器513の一方の入力には、不図示のスロープ電圧発生回路から供給された参照電圧Vslopeが入力され、他方の入力には、容量512に書き込まれたアンプ510の出力が入力される。比較器513はアンプ510の出力と参照電圧Vslopeを比較し、その大小関係によってローレベル、ハイレベルの2値のいずれかを出力する。具体的には、参照電圧Vslopeがアンプ510の出力に対して小さい場合にはローレベル、大きい場合にはハイレベルを出力する。参照電圧Vslopeの遷移開始と同時にクロックCLKが動き出し、カウンタ514は比較器513の出力がハイレベルの場合にクロックCLKに対応してカウントアップし、比較器513の出力がローレベルに反転すると同時にカウントの信号を停止する。このときのカウント値をデジタル信号としてメモリ516またはメモリ517のいずれかに保持する。 Next, the circuit configuration of the readout circuit 509 will be described. The amplifier 510 amplifies the signal output to the column output line 507, and the capacitance 512 is used to hold the signal voltage. Writing to the capacitance 512 is controlled by a switch 511 that is turned on and off by the control signal PSH. The reference voltage Vslope supplied from the slope voltage generation circuit (not shown) is input to one input of the comparator 513, and the output of the amplifier 510 written in the capacitance 512 is input to the other input. The comparator 513 compares the output of the amplifier 510 with the reference voltage Vslope, and outputs either a low level or a high level depending on the magnitude relationship. Specifically, when the reference voltage Vslope is smaller than the output of the amplifier 510, a low level is output, and when it is large, a high level is output. The clock CLK starts to move at the same time as the transition of the reference voltage Vslope starts, and the counter 514 counts up corresponding to the clock CLK when the output of the comparator 513 is at a high level, and counts at the same time as the output of the comparator 513 reverses to a low level. Stop the signal. The count value at this time is held in either the memory 516 or the memory 517 as a digital signal.

メモリ516には、FD504のリセットレベルの信号(以下、「N信号」)をAD変換したデジタル信号が保持され、メモリ517には、光電変換部201Aや光電変換部201Bの信号をFD504のN信号に重畳した信号(以下「S信号」)をAD変換したデジタル信号が保持される。カウンタ514のカウント値がメモリ516,517のどちらに書き込まれるかはスイッチ515により振り分けられる。メモリ516,517に保持された信号はCDS回路518にてS信号からN信号を差し引いた差分が算出される。そして、駆動回路部402の制御により、デジタル信号出力線519を介して信号処理部105へ出力される。 The memory 516 holds a digital signal obtained by AD-converting the reset level signal of the FD 504 (hereinafter, “N signal”), and the memory 517 stores the signals of the photoelectric conversion unit 201A and the photoelectric conversion unit 201B as the N signal of the FD 504. A digital signal obtained by AD-converting a signal superimposed on the signal (hereinafter referred to as “S signal”) is held. Which of the memories 516 and 517 the count value of the counter 514 is written to is sorted by the switch 515. For the signals held in the memories 516 and 517, the difference obtained by subtracting the N signal from the S signal is calculated by the CDS circuit 518. Then, under the control of the drive circuit unit 402, the signal is output to the signal processing unit 105 via the digital signal output line 519.

なお、読み出し回路509は画素の各列に対して1つ配置され、画素信号は行単位で読み出される。この場合、選択スイッチ506は行単位で制御され、選択された行の画素信号が一括して列出力線507に出力される。この読み出し回路509の数が多いほど、画素部401の画素信号を高速に信号処理部105に読み出すことができる。 One read circuit 509 is arranged for each column of pixels, and the pixel signal is read in row units. In this case, the selection switch 506 is controlled in row units, and the pixel signals of the selected row are collectively output to the column output line 507. The larger the number of the read circuits 509, the faster the pixel signal of the pixel unit 401 can be read out to the signal processing unit 105.

図6は、図5に示す回路構成を有する撮像素子100の単位画素200からの電荷読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。各駆動パルスのタイミング、参照電圧Vslope、クロックCLK、水平走査信号を模式的に示している。また、各タイミングにおける列出力線の電位Vlも併せて示している。 FIG. 6 is a timing chart showing an example of a charge reading operation from the unit pixel 200 of the image pickup device 100 having the circuit configuration shown in FIG. The timing of each drive pulse, the reference voltage Vslope, the clock CLK, and the horizontal scanning signal are schematically shown. In addition, the potential Vl of the column output line at each timing is also shown.

光電変換部201Aからの信号の読み出しに先立って、リセットスイッチ503の信号線PRESがHiとなる(t600)。これによって、SF(ソースフォロワアンプ)505のゲートがリセット電源電圧にリセットされる。時刻t601で制御信号PSELをHiとし、SF505を動作状態とする。そして、t602で制御信号PRESをLoとすることでFD504のリセットを解除する。このときのFD504の電位を列出力線507にリセット信号レベル(N信号)として出力し、読み出し回路509に入力する。 Prior to reading the signal from the photoelectric conversion unit 201A, the signal line PRESS of the reset switch 503 becomes Hi (t600). As a result, the gate of the SF (source follower amplifier) 505 is reset to the reset power supply voltage. At time t601, the control signal PSEL is set to Hi, and SF505 is set to the operating state. Then, the reset of the FD504 is released by setting the control signal PRESS to Lo at t602. The potential of the FD 504 at this time is output to the column output line 507 as a reset signal level (N signal) and input to the read circuit 509.

時刻t603、t604で制御信号PSHをHi、Loとしてスイッチ511をオン、オフすることで、列出力線507に出力されたN信号はアンプ510で所望のゲインで増幅されたのち容量512に保持される。容量512に保持されたN信号の電位は比較器513の一方に入力される。時刻t604でスイッチ511がオフされた後、時刻t605からt607まで、不図示のスロープ電圧発生回路により、参照電圧Vslopeを時刻と共に初期値から減少させていく。参照電圧Vslopeの遷移開始と共に、クロックCLKをカウンタ514に供給する。CLKの数に応じてカウンタ514の値は増加していく。そして、比較器513に入力された参照電圧VslopeがN信号と同じレベルになると、比較器513の出力COMPはローレベルとなり、同時にカウンタ514の動作も停止する(時刻t606)。この、カウンタ514の動作が停止した時の値が、N信号がAD変換された値となり、スイッチ515により、カウンタ514とメモリ516が接続され、N信号のデジタル値がN信号用メモリ516に保持される。 By turning the switch 511 on and off with the control signals PSH as Hi and Lo at time t603 and t604, the N signal output to the column output line 507 is amplified by the amplifier 510 with a desired gain and then held in the capacitance 512. NS. The potential of the N signal held in the capacitance 512 is input to one of the comparators 513. After the switch 511 is turned off at time t604, the reference voltage Vslope is decreased from the initial value with time by a slope voltage generation circuit (not shown) from time t605 to t607. The clock CLK is supplied to the counter 514 at the start of the transition of the reference voltage Vslope. The value of the counter 514 increases according to the number of CLKs. Then, when the reference voltage Vslope input to the comparator 513 becomes the same level as the N signal, the output COMP of the comparator 513 becomes low level, and at the same time, the operation of the counter 514 also stops (time t606). The value when the operation of the counter 514 is stopped becomes the value obtained by AD-converting the N signal, the counter 514 and the memory 516 are connected by the switch 515, and the digital value of the N signal is held in the N signal memory 516. Will be done.

次に、デジタル化されたN信号をN信号メモリ516に保持した後の時刻t607、t608で制御信号PTXAを順次Hi、Loとして光電変換部201Aに蓄積された光電荷をFD504に転送する。すると、電荷量に応じたFD504の電位変動が列出力線507に信号レベル(光成分+リセットノイズ成分(N信号))として出力され、読み出し回路509に入力される。入力された信号(S(A)+N)はアンプ510で所望のゲインで増幅されたのち、時刻t609、t610で制御信号PSHを順次Hi、Loとしてスイッチ511をオン、オフするタイミングで容量512に保持される。容量512に保持された電位は比較器513の一方に入力される。時刻t610でスイッチ511がオフされた後、時刻t611からt613まで、スロープ電圧発生回路により、参照電圧Vslopeを時刻と共に初期値から減少させていく。参照電圧Vslopeの遷移開始と共に、CLKをカウンタ514に供給する。CLKの数に応じてカウンタ514の値は増加していく。そして、比較器513に入力した参照電圧VslopeがS信号と同じレベルになると、比較器513の出力COMPはローレベルとなり、同時にカウンタ514の動作も停止する(時刻t612)。この、カウンタ514の動作が停止した時の値が、S(A)+N信号がAD変換された値となる。そして、スイッチ515により、カウンタ514とメモリ517が接続され、S(A)+N信号のデジタル値がS信号用メモリ517に保持される。メモリ516及びメモリ517に保持された信号からCDS回路518により差動信号レベル(光成分)が算出され、リセットノイズ成分が除去されたS(A)信号が得られる。S(A)信号は、制御部104の制御により順次信号処理部105に送られる。 Next, at the time t607 and t608 after the digitized N signal is held in the N signal memory 516, the control signal PTXA is sequentially set as Hi and Lo, and the optical charge accumulated in the photoelectric conversion unit 201A is transferred to the FD504. Then, the potential fluctuation of the FD 504 according to the amount of electric charge is output to the column output line 507 as a signal level (light component + reset noise component (N signal)) and input to the readout circuit 509. The input signal (S (A) + N) is amplified by the amplifier 510 with a desired gain, and then the control signal PSH is sequentially set to Hi and Lo at time t609 and t610, and the switch 511 is turned on and off at the timing of turning on and off the capacity 512. Be retained. The potential held in the capacitance 512 is input to one of the comparators 513. After the switch 511 is turned off at time t610, the reference voltage Vslope is decreased from the initial value with time by the slope voltage generation circuit from time t611 to t613. With the start of the transition of the reference voltage Vslope, CLK is supplied to the counter 514. The value of the counter 514 increases according to the number of CLKs. Then, when the reference voltage Vslope input to the comparator 513 becomes the same level as the S signal, the output COMP of the comparator 513 becomes low level, and at the same time, the operation of the counter 514 also stops (time t612). The value when the operation of the counter 514 is stopped is the value obtained by AD-converting the S (A) + N signal. Then, the counter 514 and the memory 517 are connected by the switch 515, and the digital value of the S (A) + N signal is held in the S signal memory 517. The differential signal level (optical component) is calculated by the CDS circuit 518 from the signals held in the memory 516 and the memory 517, and the S (A) signal from which the reset noise component is removed is obtained. The S (A) signal is sequentially sent to the signal processing unit 105 under the control of the control unit 104.

以上が、単位画素200の光電変換部201Aからの信号を読み出す動作である。単位画素200のもう一方の光電変換部201Bからの信号を読み出す場合も同様に図6のタイミングチャートに従って駆動すればよい。ただし、この場合は時刻t607、t608において制御信号PTXAの代わりに制御信号PTXBを順次Hi、Loとする。すなわち、図6の時刻t600から時刻t613の駆動を1回目に制御信号PTXAをHi、Loとして画素信号S(A)を出力し、続いて2回目に制御信号PTXBをHi、Loとして画素信号S(B)を出力することで、1行分の画素信号の出力が完了する。これを全行分繰り返すことで、全画素の画素信号S(A)、S(B)の出力が完了する。 The above is the operation of reading the signal from the photoelectric conversion unit 201A of the unit pixel 200. Similarly, when reading the signal from the other photoelectric conversion unit 201B of the unit pixel 200, the signal may be driven according to the timing chart of FIG. However, in this case, at times t607 and t608, the control signals PTXB are sequentially set to Hi and Lo instead of the control signals PTXA. That is, the pixel signal S (A) is output with the control signal PTXA as Hi and Lo for the first drive from the time t600 in FIG. 6, and then the pixel signal S with the control signal PTXB as Hi and Lo for the second time. By outputting (B), the output of the pixel signal for one line is completed. By repeating this for all lines, the output of the pixel signals S (A) and S (B) of all the pixels is completed.

図7は、撮像素子100の信号処理部105及び出力部106の構成例を示す図である。信号処理部105は撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702を有する。読み出し部103から出力された画素信号はデジタル信号出力線519を介して信号処理部105に入力される。入力された信号は制御部104からの制御に従って処理される。なお、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702は、それぞれ不図示のメモリを備えるものとする。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the signal processing unit 105 and the output unit 106 of the image pickup device 100. The signal processing unit 105 has a signal processing unit 701 for captured images and a signal processing unit 702 for focus detection. The pixel signal output from the reading unit 103 is input to the signal processing unit 105 via the digital signal output line 519. The input signal is processed according to the control from the control unit 104. The captured image signal processing unit 701 and the focus detection signal processing unit 702 are each provided with a memory (not shown).

撮像画像用信号処理部701では、読み出し部103から出力された信号から、撮像画像用信号を算出する。すなわち、単位画素200の光電変換部201A、及び光電変換部201Bの画素信号S(A)、S(B)を受けて混合処理を行い、S(A+B)信号を算出する。そして、画素信号S(A+B)を撮像画像用信号出力線703を介して出力部106に送る。撮像画像用信号処理部701において、2つの光電変換部の画素信号S(A)、S(B)を混合処理して出力部106から撮像素子100の外部に出力することで、撮像素子100の外部への信号伝送量を減らすことができる。なお、画素信号S(A)と画素信号S(B)の演算は、単位画素の両方の信号がそろった段階で可能となる。先に読み出された画素信号S(A)はメモリで保持しておき、画素信号S(B)が読み出され、撮像画像用信号処理部701に入力されると、順次S(A)+S(B)の演算が行われ、出力部106から出力される。 The captured image signal processing unit 701 calculates the captured image signal from the signal output from the readout unit 103. That is, the pixel signals S (A) and S (B) of the photoelectric conversion unit 201A of the unit pixel 200 and the photoelectric conversion unit 201B are received and mixed, and the S (A + B) signal is calculated. Then, the pixel signal S (A + B) is sent to the output unit 106 via the captured image signal output line 703. In the captured image signal processing unit 701, the pixel signals S (A) and S (B) of the two photoelectric conversion units are mixed and processed and output from the output unit 106 to the outside of the image pickup element 100, whereby the image pickup element 100 The amount of signal transmission to the outside can be reduced. The calculation of the pixel signal S (A) and the pixel signal S (B) becomes possible when both the signals of the unit pixels are prepared. The previously read pixel signal S (A) is stored in the memory, and when the pixel signal S (B) is read and input to the captured image signal processing unit 701, S (A) + S are sequentially obtained. The calculation of (B) is performed, and the output is output from the output unit 106.

なお、撮像画像用信号処理部701では更に単位画素200同士の信号を混合したり、平均化処理を行ってもよい。例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のベイヤ―配列のカラーフィルタが設けられた一般的な構成の画素部において、隣接する同色画素の信号を混合平均化演算して出力部106に送れば、更に信号伝送量を減らすことができる。また、画素部全ての信号を出力部106に出力するのではなく、必要な領域のみの信号を出力してもよい。これらの処理は制御部104により制御される。 The captured image signal processing unit 701 may further mix the signals of the unit pixels 200 or perform averaging processing. For example, in a pixel portion having a general configuration in which a color filter having a Bayer array of red (R), green (G), and blue (B) is provided, signals of adjacent pixels of the same color are mixed and averaged and output. If it is sent to the unit 106, the signal transmission amount can be further reduced. Further, instead of outputting all the signals of the pixel unit to the output unit 106, the signal of only the necessary region may be output. These processes are controlled by the control unit 104.

続いて、焦点検出用信号処理部702の処理について説明する。焦点検出用信号処理部702では、読み出し部103から出力された信号から、焦点検出用信号を算出して出力する。位相差検出を行うためには、前述した通り、画素信号S(A)と画素信号S(B)がそれぞれ必要である。しかし、画素部401の全ての画素の画素信号S(A)と画素信号S(B)を出力部106から撮像素子100の外部に出力するとなると信号伝送量が膨大になり、高速読み出しの妨げとなる。 Subsequently, the processing of the focus detection signal processing unit 702 will be described. The focus detection signal processing unit 702 calculates and outputs a focus detection signal from the signal output from the read unit 103. As described above, the pixel signal S (A) and the pixel signal S (B) are required in order to detect the phase difference. However, if the pixel signals S (A) and the pixel signals S (B) of all the pixels of the pixel unit 401 are output from the output unit 106 to the outside of the image pickup element 100, the amount of signal transmission becomes enormous, which hinders high-speed reading. Become.

そこで、焦点検出用信号処理部702において演算処理を行い、信号量を減らして出力部106から出力する。例えば、画素信号S(A)、S(B)をそれぞれベイヤ加算して輝度値Y値を算出して、輝度信号Y(A)、Y(B)を出力する。焦点検出のための演算は、信号をY値に変換してから行うこともあり、撮像素子100から出力する前にY値に変換することで、信号伝送量を1/4に減らすことができる。なお、Y値の算出にはベイヤ単位の信号が必要になるため、算出に必要な信号が揃うまで、焦点検出用信号処理部702に入力された画素信号をメモリに保持しておく。つまり、R・G行の信号が出力された後、G・B行の信号が出力されるので、R・G行の画素信号S(A)と画素信号S(B)はメモリに保持しておき、G・B行の信号が出力されたら順次輝度信号Y(A)、Y(B)を演算し、信号線704を介して出力部106から出力する。 Therefore, the focus detection signal processing unit 702 performs arithmetic processing, reduces the signal amount, and outputs the signal from the output unit 106. For example, the pixel signals S (A) and S (B) are added to the bayer to calculate the luminance value Y, and the luminance signals Y (A) and Y (B) are output. The calculation for focus detection may be performed after converting the signal into a Y value, and by converting the signal into a Y value before outputting from the image sensor 100, the signal transmission amount can be reduced to 1/4. .. Since a Bayer-based signal is required to calculate the Y value, the pixel signal input to the focus detection signal processing unit 702 is held in the memory until the signals required for the calculation are prepared. That is, since the signal of the RG line is output after the signal of the RG line is output, the signal of the RG line is output, so that the pixel signal S (A) and the pixel signal S (B) of the RG line are held in the memory. When the signals of the GB and G lines are output, the luminance signals Y (A) and Y (B) are sequentially calculated and output from the output unit 106 via the signal line 704.

また、更に焦点検出用信号処理部702において相関演算を行い、演算された値を信号線704から出力部106に出力してもよい。なお、相関演算を用いた位相差検出は公知の手法により実施可能である。相関演算値のみの出力であれば、その演算時の領域分割数に依存するものの、出力する信号量は大幅に減らすことができる。 Further, the focus detection signal processing unit 702 may perform a correlation calculation, and the calculated value may be output from the signal line 704 to the output unit 106. The phase difference detection using the correlation calculation can be carried out by a known method. If only the correlation calculation value is output, the amount of output signal can be significantly reduced, although it depends on the number of region divisions at the time of the calculation.

以上のように、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702を備える撮像素子100において、必要な信号のみを撮像素子100の外部に出力する信号処理を行う。これにより、信号伝送量を減らすことができ、撮像画像データと焦点検出情報を共に高速に得ることができる。 As described above, in the image sensor 100 including the image sensor signal processing unit 701 and the focus detection signal processing unit 702, signal processing is performed to output only necessary signals to the outside of the image sensor 100. As a result, the amount of signal transmission can be reduced, and both the captured image data and the focus detection information can be obtained at high speed.

なお、本実施形態においては、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702それぞれにメモリを備える構成とした。しかし、これらの前段にメモリを備えて、各処理部における演算に必要な信号が揃った段階で、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702に信号を送る構成であってもよい。 In this embodiment, the captured image signal processing unit 701 and the focus detection signal processing unit 702 are each provided with a memory. However, even in a configuration in which a memory is provided in front of these stages and signals are sent to the captured image signal processing unit 701 and the focus detection signal processing unit 702 when the signals required for calculation in each processing unit are prepared. good.

また、本実施形態の説明において、焦点検出用信号として、輝度信号Y(A)、及びY(B)を出力したが、出力部106からは輝度信号Y(A)のみを出力してもよい。具体的には、撮像画像用信号処理部701からは、撮像画像用信号、すなわち画素信号S(A+B)が出力されている。そのため、撮像素子100の外部に出力された後、位相差検出部108などで画素信号S(A+B)から輝度信号Y(A+B)を演算し、輝度信号Y(A)の減算処理を行い、輝度信号Y(B)を算出することで、焦点検出用信号を得てもよい。このように、焦点検出用信号処理部702からは輝度信号Y(A)のみを出力することによって、信号伝送量を更に減らすことができる。 Further, in the description of the present embodiment, the luminance signals Y (A) and Y (B) are output as the focus detection signals, but only the luminance signal Y (A) may be output from the output unit 106. .. Specifically, the captured image signal processing unit 701 outputs a captured image signal, that is, a pixel signal S (A + B). Therefore, after being output to the outside of the image pickup device 100, the luminance signal Y (A + B) is calculated from the pixel signal S (A + B) by the phase difference detection unit 108 or the like, and the luminance signal Y (A) is subtracted to obtain the luminance. A focus detection signal may be obtained by calculating the signal Y (B). As described above, by outputting only the luminance signal Y (A) from the focus detection signal processing unit 702, the signal transmission amount can be further reduced.

例えば、画素数が2000万画素であった場合、信号処理部を備えない場合は全画素分の画素信号S(A)、S(B)、すなわち4000万個のデータを出力する必要がある。一方、本実施形態の信号処理部を備える撮像素子により焦点検出用信号としてY値を演算して出力する場合、撮像画像用の2000万個のデータと焦点検出用の2000万/4=500万個のデータを出力することになり、信号伝送量が減ることがわかる。その結果、高速読み出しが可能となる。また、焦点検出用信号が相関演算値である場合、更に信号伝送量が減ることは明らかである。 For example, when the number of pixels is 20 million pixels, it is necessary to output the pixel signals S (A) and S (B) for all the pixels, that is, 40 million pieces of data when the signal processing unit is not provided. On the other hand, when the Y value is calculated and output as a focus detection signal by the image sensor provided with the signal processing unit of the present embodiment, 20 million pieces of data for the captured image and 20 million/4 = 5 million for focus detection. It can be seen that the amount of signal transmission is reduced because individual data are output. As a result, high-speed reading becomes possible. Further, when the focus detection signal is a correlation calculation value, it is clear that the signal transmission amount is further reduced.

また、図6のタイミングチャートにおいて、時刻t607、t608で制御信号PTXA、PTXBを同時に制御して光電変換部201Aと光電変換部201Bの電荷が混合された単位画素200の信号を得ることも可能である。具体的には、図6のタイミングチャートに従って、光電変換部201Aの信号を読み出した後、制御信号PTXA、PTXBを同時にHi、Loとなるように制御して信号を読み出せば画素信号S(A+B)を得ることが可能である。この場合、リセット信号の読み出しが1回減るため、更に高速読み出しが可能となる。 Further, in the timing chart of FIG. 6, it is also possible to simultaneously control the control signals PTXA and PTXB at times t607 and t608 to obtain a signal of the unit pixel 200 in which the charges of the photoelectric conversion unit 201A and the photoelectric conversion unit 201B are mixed. be. Specifically, after reading the signal of the photoelectric conversion unit 201A according to the timing chart of FIG. 6, if the control signals PTXA and PTXB are controlled to be Hi and Lo at the same time and the signal is read, the pixel signal S (A + B) is read. ) Can be obtained. In this case, since the reset signal is read out once, higher speed reading is possible.

画素から画素信号S(A)とS(A+B)が読み出された場合には、焦点検出用信号処理部702において、画素信号S(A+B)から画素信号S(A)を減算する処理を行えば、画素信号S(B)を得ることができる。もしくは、焦点検出処理部702においては、画素信号S(A)のみ処理して出力し、位相差検出部108で画素信号S(B)あるいは輝度信号Y(B)の算出を行ってもよい。 When the pixel signals S (A) and S (A + B) are read from the pixels, the focus detection signal processing unit 702 performs a process of subtracting the pixel signals S (A) from the pixel signals S (A + B). For example, the pixel signal S (B) can be obtained. Alternatively, the focus detection processing unit 702 may process and output only the pixel signal S (A), and the phase difference detection unit 108 may calculate the pixel signal S (B) or the luminance signal Y (B).

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態においては、画素部の全領域において焦点検出用信号の出力を行ったが、焦点検出用信号については必要な領域のみの信号を選択して出力すれば、更に高速化を実現することができる。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the focus detection signal is output in the entire area of the pixel portion, but if the focus detection signal is selected and output only in the necessary area, the speed can be further increased. can do.

図8は、画素領域における、焦点検出用信号の出力領域の例を示した図である。斜線で示した領域は、焦点検出用信号と撮像画像用信号を出力し、それ以外の領域は撮像画像用信号のみを出力する。例えば、図8(a)に示した例のように、画素の広範囲において目的とする領域のみの焦点検出用信号を離散的に(選択的に)出力する。これによって、画素領域全体の焦点検出情報を得ることが可能となる一方で、撮像素子100の外部に出力する信号量を抑制することが可能となる。また、図8(b)に示した例の場合、一部の領域について詳細な焦点検出情報を得ることが可能となり、また撮像素子100の外部に出力する信号量を抑制することが可能となる。これらの出力する領域の選択は制御部104により制御される。焦点検出用信号処理部702において、出力対象領域の信号のみをメモリから読み出して演算する。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a focus detection signal output region in the pixel region. The area shown by the diagonal line outputs the focus detection signal and the captured image signal, and the other area outputs only the captured image signal. For example, as in the example shown in FIG. 8A, the focus detection signal of only the target region in a wide range of pixels is discretely (selectively) output. This makes it possible to obtain focus detection information for the entire pixel region, while suppressing the amount of signal output to the outside of the image sensor 100. Further, in the case of the example shown in FIG. 8B, detailed focus detection information can be obtained for a part of the region, and the amount of signal output to the outside of the image sensor 100 can be suppressed. .. The selection of these output areas is controlled by the control unit 104. In the focus detection signal processing unit 702, only the signal in the output target area is read from the memory and calculated.

なお、図8に示したような一部の領域における焦点検出用信号の出力は、Y値信号や相関演算結果でもよいが、画素信号S(A)であってもよい。Y値信号や相関演算結果に比べて伝送する信号量は多くなるが、必要領域のみ出力するため、信号伝送量の抑制は達成される。また、比較的小規模な信号処理回路でも実現可能である。 The output of the focus detection signal in a part of the region as shown in FIG. 8 may be a Y value signal or a correlation calculation result, but may be a pixel signal S (A). Although the amount of signal to be transmitted is larger than that of the Y value signal and the result of the correlation calculation, since only the necessary area is output, the suppression of the amount of signal transmission is achieved. It can also be realized with a relatively small-scale signal processing circuit.

なお、焦点検出用信号処理部702においても、焦点検出用信号を混合処理、平均化処理してもよい。この場合、画素信号S(A)同士、画素信号S(B)同士について混合処理、平均化処理を行う。 The focus detection signal processing unit 702 may also mix and average the focus detection signals. In this case, the pixel signals S (A) and the pixel signals S (B) are mixed and averaged.

以上のように、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702を備える撮像素子100において、必要な信号のみを撮像素子100の外部に出力する信号処理を行う。これにより、焦点検出用信号の伝送量を減らすことができ、撮像画像データと焦点検出情報を共に高速かつ効率的に得ることができる。 As described above, in the image sensor 100 including the image sensor signal processing unit 701 and the focus detection signal processing unit 702, signal processing is performed to output only necessary signals to the outside of the image sensor 100. As a result, the transmission amount of the focus detection signal can be reduced, and both the captured image data and the focus detection information can be obtained at high speed and efficiently.

なお、このように焦点検出に使用する画素を限定することによって、1フレームの読み出し時間を短縮する方法がある。通常は、焦点検出処理に使用する行のみ単位画素内の2つの光電変換部の信号をそれぞれ出力し、焦点検出処理に使用しない行は2つの光電変換部の信号を混合して画像生成用の信号のみを出力することで読み出し時間の増大を抑制する。この場合、焦点検出用として出力された2つの光電変換部の個々の出力信号は混合して撮像画像用の画素信号として使用することが可能である。しかし、信号の読み出し方法や2つの光電変換部の出力信号の混合方法が焦点検出処理に使用する行としない行とで異なることにより、ノイズレベル等に差が生じてしまい、その結果得られる撮像画像が劣化するという問題が生じる。しかし、本実施形態のように焦点検出用信号処理部を備えることによって、画素部からの信号は全て同様の読み出しタイミングで読み出し、焦点検出用信号処理部702で出力する画素を選択できる。そのため、撮像画像に用いる画素信号S(A+B)のノイズ量が領域によって異なることもなく、高品質の撮像画像を得ることができる。 By limiting the pixels used for focus detection in this way, there is a method of shortening the read time of one frame. Normally, only the row used for the focus detection process outputs the signals of the two photoelectric conversion units in the unit pixel, and the row not used for the focus detection process mixes the signals of the two photoelectric conversion units for image generation. By outputting only the signal, the increase in read time is suppressed. In this case, the individual output signals of the two photoelectric conversion units output for focus detection can be mixed and used as pixel signals for captured images. However, the method of reading the signal and the method of mixing the output signals of the two photoelectric conversion units differ between the line used for the focus detection process and the line not used, resulting in a difference in noise level and the like, resulting in an image pickup. The problem of image deterioration arises. However, by providing the focus detection signal processing unit as in the present embodiment, all the signals from the pixel unit can be read out at the same read timing, and the pixels to be output by the focus detection signal processing unit 702 can be selected. Therefore, the noise amount of the pixel signal S (A + B) used for the captured image does not differ depending on the region, and a high-quality captured image can be obtained.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。上記の第2の実施形態では、焦点検出用信号処理部702において、焦点検出用信号のうちの必要な出力対象領域の信号のみを選択して出力する例について説明した。本実施形態では、これをさらに進めて、焦点検出用信号のうちの必要な領域を、ユーザーの入力や、被写体検出部により検出された被写体の領域に基づいて設定する例について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment described above, an example has been described in which the focus detection signal processing unit 702 selects and outputs only the signal in the required output target region from the focus detection signals. In the present embodiment, this will be further advanced, and an example of setting a necessary area of the focus detection signal based on the user's input and the area of the subject detected by the subject detection unit will be described.

本実施形態の撮像装置の構成は、図9に示すように、図1に示した第1及び第2の実施形態の撮像装置の構成に被写体検出部105aが加えられたものである。その他の構成は図1の構成と同様であるので、同じ部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。 As shown in FIG. 9, the configuration of the image pickup apparatus of the present embodiment is the configuration of the image pickup apparatus of the first and second embodiments shown in FIG. 1 with the subject detection unit 105a added. Since the other configurations are the same as the configurations of FIG. 1, the description of the same parts will be omitted, and only the different parts will be described.

図9において、被写体検出部105aは、読み出し部103からの画像生成用のデジタル信号出力を受けて、公知のパターン認識処理回路を用いて被写体を検出し、焦点検出処理を行うための焦点検出領域を決定する。ここで検出する被写体としては、例えば、人物や動物の顔や目などが挙げられる。また、被写体検出部105aは、被写体検出処理を行うために、画像生成用の信号を一時的に格納するメモリを、その内部に備えていてもよい。 In FIG. 9, the subject detection unit 105a receives a digital signal output for image generation from the readout unit 103, detects a subject using a known pattern recognition processing circuit, and performs focus detection processing. To decide. Examples of the subject to be detected here include the face and eyes of a person or an animal. Further, the subject detection unit 105a may be provided with a memory for temporarily storing a signal for image generation in the subject detection unit 105a in order to perform the subject detection process.

信号処理部105は、既に第1の実施形態で図7を用いて説明したように、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702を有する。撮像画像用信号処理部701の動作は第1の実施形態と同様である。 The signal processing unit 105 includes a captured image signal processing unit 701 and a focus detection signal processing unit 702, as already described with reference to FIG. 7 in the first embodiment. The operation of the captured image signal processing unit 701 is the same as that of the first embodiment.

一方、焦点検出用信号処理部702は、第2の実施形態と同様に、焦点検出用のデジタル信号出力のうち必要な領域を選択して、出力部106へ出力する。但し、焦点検出用信号処理部702は、焦点検出領域の設定が手動である場合、ユーザーが任意に選んだ焦点検出領域の焦点検出用信号を選択的に出力する。あるいは、焦点検出領域の設定が自動である場合、焦点検出用信号処理部702は、被写体検出部105aの被写体検出結果を受けて、被写体が検出された領域の焦点検出用信号を選択的に出力する。出力部106は、撮像画像用信号処理部701から受けた画像生成用のデジタル信号、および焦点検出用信号処理部702から受けた焦点検出用のデジタル信号を撮像素子100の外部に出力する。 On the other hand, the focus detection signal processing unit 702 selects a necessary region from the focus detection digital signal output and outputs the output to the output unit 106, as in the second embodiment. However, when the focus detection area is set manually, the focus detection signal processing unit 702 selectively outputs the focus detection signal of the focus detection area arbitrarily selected by the user. Alternatively, when the focus detection area is set automatically, the focus detection signal processing unit 702 receives the subject detection result of the subject detection unit 105a and selectively outputs the focus detection signal in the area where the subject is detected. do. The output unit 106 outputs the image generation digital signal received from the captured image signal processing unit 701 and the focus detection digital signal received from the focus detection signal processing unit 702 to the outside of the image pickup element 100.

位相差検出部108は、出力部106からの焦点検出用のデジタル信号を受けて、位相差検出方式の焦点検出を行うための位相差評価値を算出する。本実施形態においては、位相差検出部108に入力される焦点検出用の信号は、撮像素子100内部の信号処理部105内の焦点検出用信号処理部702が領域を選択して出力した信号である。従って、撮像素子100の出力部106が位相差検出部108に伝送する焦点検出用の信号は、焦点検出制御に必要な信号のみであるので、伝送帯域が効率的に使われることになる。また、位相差検出部108の内部処理においても、焦点検出制御に不要な領域の位相差評価値算出の演算処理や、焦点検出制御に最終的に必要な信号を抽出する処理が不要となる。従って、位相差検出部108が位相差評価値を算出する処理速度を高速化できる。また、位相差検出部108の処理回路規模を、小規模化することもできる。 The phase difference detection unit 108 receives a digital signal for focus detection from the output unit 106, and calculates a phase difference evaluation value for performing focus detection by the phase difference detection method. In the present embodiment, the focus detection signal input to the phase difference detection unit 108 is a signal output by the focus detection signal processing unit 702 in the signal processing unit 105 inside the image sensor 100 by selecting a region. be. Therefore, since the focus detection signal transmitted by the output unit 106 of the image pickup device 100 to the phase difference detection unit 108 is only the signal necessary for the focus detection control, the transmission band is efficiently used. Further, also in the internal processing of the phase difference detection unit 108, there is no need for arithmetic processing for calculating the phase difference evaluation value in a region unnecessary for focus detection control and processing for extracting a signal finally required for focus detection control. Therefore, the processing speed at which the phase difference detection unit 108 calculates the phase difference evaluation value can be increased. Further, the scale of the processing circuit of the phase difference detection unit 108 can be reduced.

なお、図9における表示部110は、全体制御・演算部109から受けた画像信号を表示するだけでなく、撮像装置のユーザーが任意に選ぶことができる焦点検出領域を表示するためにも使用される。あるいは、被写体検出部105aが検出した被写体が存在する領域である被写体領域を表示するためにも使用される。また、操作部113は、各種の入力に使用されるが、撮像装置のユーザーが任意の焦点検出領域を設定するためにも用いられる。但し、表示部110がタッチパネルであれば、操作部113の入力操作を表示部110へのタッチ操作によって代替してもよい。 The display unit 110 in FIG. 9 is used not only to display the image signal received from the overall control / calculation unit 109, but also to display the focus detection area that can be arbitrarily selected by the user of the image pickup apparatus. NS. Alternatively, it is also used to display a subject area, which is an area in which the subject detected by the subject detection unit 105a exists. Further, although the operation unit 113 is used for various inputs, it is also used for the user of the image pickup apparatus to set an arbitrary focus detection area. However, if the display unit 110 is a touch panel, the input operation of the operation unit 113 may be replaced by a touch operation on the display unit 110.

次に、図10は、本実施形態における撮像面位相差AFの処理の流れを示すフローチャートである。撮像面位相差AFの処理が開始されると、まずステップS401では、撮像素子100の画素部401が駆動されて、画素部401の全領域の単位画素200に含まれる複数のPDの信号(焦点検出用信号)が各々読み出される。この時、駆動回路部402は、必要なフレームレートに応じて、行間引き読み出し、行加算読み出し、行部分読み出し、列間引き読み出し、列加算読み出し、列部分読み出しなどの読み出し走査方法で画素部401を駆動してもよい。但し、前述したように、駆動回路部402は、画素部401を一様に同じ条件で駆動するため、クロストークやブルーミングが発生し易くなるような問題は発生しない。 Next, FIG. 10 is a flowchart showing the flow of processing of the imaging surface phase difference AF in the present embodiment. When the image pickup surface phase difference AF process is started, first, in step S401, the pixel unit 401 of the image sensor 100 is driven, and the signals (focus) of a plurality of PDs included in the unit pixel 200 in the entire area of the pixel unit 401. The detection signal) is read out respectively. At this time, the drive circuit unit 402 sets the pixel unit 401 by a read scanning method such as row thinning read, row addition read, row partial read, column thinning read, column addition read, and column partial read, depending on the required frame rate. It may be driven. However, as described above, since the drive circuit unit 402 drives the pixel unit 401 uniformly under the same conditions, there is no problem that crosstalk or blooming is likely to occur.

その後、各PDの信号は読み出し部103でAD変換処理されて、焦点検出用のデジタル信号が得られる。さらに、読み出し部103は、単位画素200毎の複数のPDのデジタル信号を混合することによって、画像生成用の信号も生成できる。 After that, the signal of each PD is AD-converted by the reading unit 103 to obtain a digital signal for focus detection. Further, the reading unit 103 can also generate a signal for image generation by mixing the digital signals of a plurality of PDs for each unit pixel 200.

画素部401の全領域の焦点検出用信号および画像生成用信号は、読み出し部103から信号処理部105に出力される。そして、画像生成用の信号は、信号処理部105を介して出力部106から撮像素子100の外部に出力されて、画像処理部107で処理される。その後、全体制御・演算部109によって表示部110に生成画像が表示される。撮像素子100からは、所定のフレームレートで、画像生成用信号が出力され続けることによって、表示部110には継続的に動画像が表示される。 The focus detection signal and the image generation signal in the entire region of the pixel unit 401 are output from the readout unit 103 to the signal processing unit 105. Then, the image generation signal is output from the output unit 106 to the outside of the image pickup device 100 via the signal processing unit 105, and is processed by the image processing unit 107. After that, the generated image is displayed on the display unit 110 by the overall control / calculation unit 109. The image sensor 100 continuously outputs an image generation signal at a predetermined frame rate, so that a moving image is continuously displayed on the display unit 110.

次に、ステップS402では、焦点検出領域の選択モードを確認する。ここで、ユーザーが、任意の領域に撮影レンズ101の焦点を合わせるために、焦点検出領域を予め手動で設定している場合は、ステップS403に移行する。この場合、ユーザーが焦点検出領域を選択する時に、表示部110に表示される操作画面の例を図11に示す。図11に示すように、操作画面には選択可能な複数の焦点検出領域1101が表示されている。ここでは横7分割、縦5分割された検出枠で示したが、さらに細かく分割されていてもよく、粗く分割されていてもよい。また、予め決められた検出枠の中から選択するのではなく、撮影画面全体から任意の位置をユーザーが指定してもよい。ユーザーは、焦点を合わせたい領域として、例えば人物の顔が含まれる領域1102を選択する。そして、ユーザーが選択した焦点検出領域1102の位置情報が、操作部113から全体制御・演算部109を介して、信号処理部105に入力される。 Next, in step S402, the selection mode of the focus detection region is confirmed. Here, if the user has manually set the focus detection area in advance in order to focus the photographing lens 101 on an arbitrary area, the process proceeds to step S403. In this case, FIG. 11 shows an example of an operation screen displayed on the display unit 110 when the user selects the focus detection area. As shown in FIG. 11, a plurality of selectable focus detection areas 1101 are displayed on the operation screen. Here, it is shown by a detection frame divided into 7 horizontally and 5 vertically, but it may be further divided into finer parts or coarsely divided. Further, the user may specify an arbitrary position from the entire shooting screen instead of selecting from a predetermined detection frame. The user selects, for example, the area 1102 including the face of a person as the area to be focused on. Then, the position information of the focus detection area 1102 selected by the user is input from the operation unit 113 to the signal processing unit 105 via the overall control / calculation unit 109.

次にステップS403では、ステップS401で読み出し部103から信号処理部105に出力された画素部401の全領域の焦点検出用信号のうち、ユーザーが指定した領域の焦点検出用信号を、信号処理部105内の焦点検出用信号処理部702が選択する。そして、焦点検出用信号処理部702が選択した焦点検出用信号が、出力部106を介して、位相差検出部108に入力される。この時、本実施形態においては、出力部106が位相差検出部108に伝送する焦点検出用の信号は、焦点検出制御に必要な信号のみ、つまりユーザーが指定した領域の焦点検出用信号のみであるので、高速な伝送が可能である。 Next, in step S403, among the focus detection signals of the entire area of the pixel unit 401 output from the read unit 103 to the signal processing unit 105 in step S401, the focus detection signal of the area specified by the user is used as the signal processing unit. The focus detection signal processing unit 702 in 105 selects. Then, the focus detection signal selected by the focus detection signal processing unit 702 is input to the phase difference detection unit 108 via the output unit 106. At this time, in the present embodiment, the focus detection signal transmitted by the output unit 106 to the phase difference detection unit 108 is only the signal required for focus detection control, that is, only the focus detection signal in the region specified by the user. Therefore, high-speed transmission is possible.

次にステップS404では、位相差検出部108が、出力部106からの焦点検出用のデジタル信号を受けて、位相差検出方式の焦点検出を行うための位相差評価値を算出する。この時、位相差検出部108では、焦点検出制御に不要な領域の位相差評価値算出の演算処理や、焦点検出制御に最終的に必要な信号を抽出する処理が不要となる。従って、焦点検出制御を高速に行うことができる。 Next, in step S404, the phase difference detection unit 108 receives the digital signal for focus detection from the output unit 106, and calculates the phase difference evaluation value for performing the focus detection of the phase difference detection method. At this time, the phase difference detection unit 108 does not need to perform arithmetic processing for calculating the phase difference evaluation value in a region unnecessary for focus detection control and processing for extracting a signal finally required for focus detection control. Therefore, the focus detection control can be performed at high speed.

次にステップS405では、位相差検出部108で算出された位相差評価値に基づいて、レンズ制御部114が、光学系駆動情報を算出して撮影レンズ101のフォーカスレンズ位置を制御する。 Next, in step S405, the lens control unit 114 calculates the optical system drive information and controls the focus lens position of the photographing lens 101 based on the phase difference evaluation value calculated by the phase difference detection unit 108.

次にステップS406では、撮像装置が撮影を終了するべきか確認する。操作部113から、ユーザーによって、撮影終了の操作が入力されれば、このまま撮影を終了する。操作部113から、ユーザーによって、撮影終了の操作が入力されなければ、ステップS401に移行して、撮影と撮像面位相差AF処理を継続する。 Next, in step S406, it is confirmed whether the imaging device should finish the photographing. If the user inputs an operation to end shooting from the operation unit 113, shooting ends as it is. If the user does not input an operation to end shooting from the operation unit 113, the process proceeds to step S401 to continue shooting and phase difference AF processing on the imaging surface.

一方、ステップS402で、撮影レンズ101の焦点を合わせる領域を、撮像装置が自動的に決める設定となっている場合は、ステップS407に移行する。ステップS407では、被写体検出部105aが、読み出し部103からの画像生成用信号を受けて、撮影レンズ101の焦点を合わせる領域を自動的に決めるための、被写体検出処理を行う。検出する被写体とは、例えば、人物や動物の顔や目である。被写体検出処理の方法には、公知の様々なパターン認識処理を適用することができる。代表的なパターン認識手法としては、例えば、テンプレートマッチングやディープラーニングと呼ばれる手法が挙げられる。 On the other hand, if the image pickup device is set to automatically determine the area to be focused on the photographing lens 101 in step S402, the process proceeds to step S407. In step S407, the subject detection unit 105a receives the image generation signal from the readout unit 103 and performs subject detection processing for automatically determining the region to be focused on the photographing lens 101. The subject to be detected is, for example, the face or eyes of a person or animal. Various known pattern recognition processes can be applied to the method of subject detection processing. As a typical pattern recognition method, for example, a method called template matching or deep learning can be mentioned.

被写体検出部105aが検出した被写体領域を示すための、表示部110に表示される画面の例を図12(a)に示す。図12(a)に示すように、人物の顔が含まれる領域として被写体検出部105aが検出した被写体領域1201が表示されている。被写体検出部105aは、検出した被写体領域1201の画像中の水平・垂直アドレス情報を信号処理部105に出力する。信号処理部105は、被写体領域1201の画像中の水平・垂直アドレス情報を、表示部110に被写体領域として表示するために、出力部106を介して全体制御・演算部109に出力する。そして、全体制御・演算部109は、画像処理部107で処理された生成画像に、被写体領域情報を合成して表示部110に表示する。また、詳細は後述するが、信号処理部105は、被写体領域1201の画像中の水平・垂直アドレス情報を、焦点検出用信号を選択するために用いる。 FIG. 12A shows an example of a screen displayed on the display unit 110 for showing the subject area detected by the subject detection unit 105a. As shown in FIG. 12A, the subject area 1201 detected by the subject detection unit 105a is displayed as an area including the face of a person. The subject detection unit 105a outputs the horizontal / vertical address information in the image of the detected subject area 1201 to the signal processing unit 105. The signal processing unit 105 outputs the horizontal / vertical address information in the image of the subject area 1201 to the overall control / calculation unit 109 via the output unit 106 in order to display it on the display unit 110 as the subject area. Then, the overall control / calculation unit 109 synthesizes the subject area information with the generated image processed by the image processing unit 107 and displays it on the display unit 110. Further, although the details will be described later, the signal processing unit 105 uses the horizontal / vertical address information in the image of the subject area 1201 to select the focus detection signal.

また、被写体検出結果の別の例として、人物の顔がアップでフレーミングされている場合を図12(b)に示す。図12(b)のような例では、人物の顔を含む領域が広いため、仮に、顔全体を含む広範囲の領域における焦点検出用信号を後段の位相差検出部108に出力すると、その通信時間が長くなり、高速な焦点検出制御の妨げとなる。従って、図12(b)に示すように、人物の顔がアップで検出された場合、被写体検出部105aが顔の特徴的な部分(例えば目など)をさらに抽出して、被写体検出領域1202とすることが好ましい。これは、例えば、被写体検出部105aが顔を検出した領域の画素数が所定の画素数を超えた場合を検知して、被写体検出対象を切り替えるように制御することで実現される。 Further, as another example of the subject detection result, the case where the face of the person is framed up is shown in FIG. 12 (b). In the example shown in FIG. 12B, since the area including the face of a person is wide, if the focus detection signal in a wide area including the entire face is output to the phase difference detection unit 108 in the subsequent stage, the communication time is assumed. Becomes long and interferes with high-speed focus detection control. Therefore, as shown in FIG. 12B, when the face of a person is detected in close-up, the subject detection unit 105a further extracts a characteristic portion of the face (for example, eyes) and sets the subject detection area 1202. It is preferable to do so. This is realized, for example, by detecting a case where the subject detection unit 105a detects a case where the number of pixels in the region where the face is detected exceeds a predetermined number of pixels and controlling the subject detection target to be switched.

次にステップS408では、ステップS407での被写体検出部105aの検出結果を確認する。ステップS407で被写体を検出することができた場合は、ステップS409へ移行する。 Next, in step S408, the detection result of the subject detection unit 105a in step S407 is confirmed. If the subject can be detected in step S407, the process proceeds to step S409.

ステップS409では、画素部401の全領域から読み出した焦点検出用信号のうち、被写体検出部105aが検出した領域の焦点検出用信号を、信号処理部105が選択する。そして、信号処理部105から選択的に出力された焦点検出用信号は、出力部106を介して、位相差検出部108に入力される。この場合、本実施形態においては、出力部106が位相差検出部108に伝送する焦点検出用の信号は、焦点検出制御に必要な領域の信号のみであるので、高速に伝送することができる。 In step S409, the signal processing unit 105 selects the focus detection signal in the region detected by the subject detection unit 105a among the focus detection signals read from the entire area of the pixel unit 401. Then, the focus detection signal selectively output from the signal processing unit 105 is input to the phase difference detection unit 108 via the output unit 106. In this case, in the present embodiment, the focus detection signal transmitted by the output unit 106 to the phase difference detection unit 108 is only the signal in the region required for focus detection control, so that the signal can be transmitted at high speed.

次にステップS404では、位相差検出部108が、出力部106からの焦点検出用のデジタル信号を受けて、位相差検出方式の焦点検出を行うための位相差評価値を算出する。この場合、位相差検出部108では、焦点検出制御に不要な領域の位相差評価値算出の演算処理や、焦点検出制御に最終的に必要な信号を抽出する処理が不要となる。従って、焦点検出制御を高速に行うことができる。以降は、ステップS405、ステップS406において、既に説明した処理が実行される。 Next, in step S404, the phase difference detection unit 108 receives the digital signal for focus detection from the output unit 106, and calculates the phase difference evaluation value for performing the focus detection of the phase difference detection method. In this case, the phase difference detection unit 108 does not need to perform arithmetic processing for calculating the phase difference evaluation value in a region unnecessary for focus detection control and processing for extracting a signal finally required for focus detection control. Therefore, the focus detection control can be performed at high speed. After that, the processes already described in step S405 and step S406 are executed.

一方で、ステップS408において、ステップS407で被写体を検出できなかったことを確認した場合は、ステップS410に移行する。 On the other hand, if it is confirmed in step S408 that the subject could not be detected in step S407, the process proceeds to step S410.

ステップS410では、レンズ制御部114が撮影レンズ101のフォーカスレンズを所定量サーチ駆動させるように制御する。さらにステップS411では、撮影レンズ101のフォーカスレンズ位置を確認して、サーチ駆動が終了したかを判定する。ここでサーチ駆動が途中の場合は、ステップS401に移行する。従って、ステップS402で焦点検出領域を自動的に決める設定であり、ステップS407で被写体検出部105aが被写体を検出できない状態が継続する場合は、フォーカスレンズのサーチ駆動が継続される。ただし、ステップS411でフォーカスレンズ位置が無限端から至近端までのサーチ駆動を終えた場合は、ステップS412に移行する。 In step S410, the lens control unit 114 controls the focus lens of the photographing lens 101 so as to drive the focus lens by a predetermined amount. Further, in step S411, the focus lens position of the photographing lens 101 is confirmed, and it is determined whether the search drive is completed. If the search drive is in the middle, the process proceeds to step S401. Therefore, the setting is such that the focus detection area is automatically determined in step S402, and if the state in which the subject detection unit 105a cannot detect the subject continues in step S407, the search drive of the focus lens is continued. However, when the search drive from the infinite end to the nearest end of the focus lens position is completed in step S411, the process proceeds to step S412.

ステップS412では、ステップS410でレンズ制御部114がフォーカスレンズをサーチ駆動する動作を繰り返しても、ステップS407で被写体検出部105aが被写体を検出できなかった場合の処理を行う。ここでは、撮影レンズ101のフォーカスレンズ位置を暫定的に決めるため、画素部401の全領域から読み出した焦点検出用信号のうち暫定領域の焦点検出用信号を、信号処理部105が選択する。そして、信号処理部105から選択的に出力された焦点検出用信号は、出力部106を介して、位相差検出部108に入力される。 In step S412, even if the lens control unit 114 repeats the operation of searching and driving the focus lens in step S410, the subject detection unit 105a cannot detect the subject in step S407. Here, in order to provisionally determine the focus lens position of the photographing lens 101, the signal processing unit 105 selects the focus detection signal in the provisional region among the focus detection signals read from the entire region of the pixel unit 401. Then, the focus detection signal selectively output from the signal processing unit 105 is input to the phase difference detection unit 108 via the output unit 106.

次にステップS404では、位相差検出部108が、出力部106からの焦点検出用のデジタル信号を受けて、位相差検出方式の焦点検出を行うための位相差評価値を算出する。以降は、ステップS405、ステップS406において、既に説明した処理が実行される。 Next, in step S404, the phase difference detection unit 108 receives the digital signal for focus detection from the output unit 106, and calculates the phase difference evaluation value for performing the focus detection of the phase difference detection method. After that, the processes already described in step S405 and step S406 are executed.

以上説明したように、本実施形態では、撮像素子100の出力部106が位相差検出部108に伝送する焦点検出用の信号は、焦点検出制御に必要な信号のみであるので、高速な伝送が可能である。そして、位相差検出部108では、焦点検出制御に不要な領域の位相差評価値算出の演算処理や、焦点検出制御に最終的に必要な信号を抽出する処理が不要となる。従って、位相差検出部108が位相差評価値を算出する処理速度を高速化できる。よって、撮像面位相差AFによる焦点検出制御を高速に行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the focus detection signal transmitted by the output unit 106 of the image sensor 100 to the phase difference detection unit 108 is only the signal required for the focus detection control, so that high-speed transmission is possible. It is possible. Further, the phase difference detection unit 108 does not require arithmetic processing for calculating the phase difference evaluation value in a region unnecessary for focus detection control and processing for extracting a signal finally required for focus detection control. Therefore, the processing speed at which the phase difference detection unit 108 calculates the phase difference evaluation value can be increased. Therefore, the focus detection control by the imaging surface phase difference AF can be performed at high speed.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、画素部402の単位画素200の構成が異なる。図13は、撮像素子100の受光部102及びマイクロレンズアレイを光軸方向(Z方向)から観察した図である。1つのマイクロレンズ202に対して、4つの光電変換部901A、901B、901C、901Dが配置されている。このように、X軸方向及びY軸方向それぞれ2つの合計4つの光電変換部を有することで、4つに分割された射出瞳領域の光をそれぞれ受光することができる。このような単位画素がそれぞれ4つの光電変換部を備えている画素部401により構成される撮像素子100における、信号読み出し方法、及び信号処理部105の処理について説明する。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the configuration of the unit pixel 200 of the pixel unit 402 is different. FIG. 13 is a view of the light receiving unit 102 of the image pickup device 100 and the microlens array observed from the optical axis direction (Z direction). Four photoelectric conversion units 901A, 901B, 901C, and 901D are arranged for one microlens 202. As described above, by having a total of four photoelectric conversion units having two in each of the X-axis direction and the Y-axis direction, it is possible to receive the light in the exit pupil region divided into four. The signal readout method and the processing of the signal processing unit 105 in the image pickup device 100 including the pixel unit 401 in which each such unit pixel has four photoelectric conversion units will be described.

図14は、単位画素900及び読み出し部103の構成の一例を示す模式図である。図14の構成では、各光電変換部のそれぞれに対応した読み出し回路を備えている。すなわち、光電変換部901Aの画素信号は読み出し回路1001Aに出力される。以下同様に、光電変換部901Bは読み出し回路1001B、光電変換部901Cは読み出し回路1001C、光電変換部901Dは読み出し回路1001Dに出力される。光電変換部からの信号読み出し動作については、図5、図6で説明した駆動方法とほぼ同様の方法で実施可能であるため、説明は省略する。 FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the unit pixel 900 and the reading unit 103. In the configuration of FIG. 14, a readout circuit corresponding to each photoelectric conversion unit is provided. That is, the pixel signal of the photoelectric conversion unit 901A is output to the readout circuit 1001A. Similarly, the photoelectric conversion unit 901B is output to the readout circuit 1001B, the photoelectric conversion unit 901C is output to the readout circuit 1001C, and the photoelectric conversion unit 901D is output to the readout circuit 1001D. Since the signal reading operation from the photoelectric conversion unit can be carried out by substantially the same method as the driving method described with reference to FIGS. 5 and 6, the description thereof will be omitted.

各光電変換部から読み出された信号に対する信号処理部105の処理について説明する。撮像画像用信号処理部701では、読み出された信号から、撮像画像用信号を算出する。すなわち、単位画素900の複数の光電変換部901A、901B、901C、901Dの画素信号S(A)、S(B)、S(C)、S(D)を受けて、混合処理を行い、画素信号S(A+B+C+D)を算出する。そして、画素信号S(A+B+C+D)を撮像画像用信号出力線703を介して出力部106に送る。撮像画像用信号処理部701において、複数の光電変換部の信号を混合処理して出力部106から撮像素子100の外部に出力することで、撮像素子100の外部への信号伝送量を減らすことができる。単位画素900のように4つの光電変換部を備えるような撮像素子においては、その効果はより大きくなる。 The processing of the signal processing unit 105 for the signal read from each photoelectric conversion unit will be described. The captured image signal processing unit 701 calculates a captured image signal from the read signal. That is, it receives the pixel signals S (A), S (B), S (C), S (D) of the plurality of photoelectric conversion units 901A, 901B, 901C, and 901D of the unit pixel 900, performs mixing processing, and pixels. The signal S (A + B + C + D) is calculated. Then, the pixel signal S (A + B + C + D) is sent to the output unit 106 via the captured image signal output line 703. In the captured image signal processing unit 701, the signal transmission amount to the outside of the image pickup element 100 can be reduced by mixing and processing the signals of the plurality of photoelectric conversion units and outputting the signals from the output unit 106 to the outside of the image pickup element 100. can. The effect is even greater in an image pickup device that includes four photoelectric conversion units, such as the unit pixel 900.

続いて、焦点検出用信号処理部702の処理について説明する。図13に示した様な単位画素900当たり4つの光電変換部を備える撮像素子の場合、焦点検出のためには4つの光電変換部の信号を個別に出力する必要があり、信号伝送量が膨大になり、高速読み出しに望ましくない。第1の実施形態で説明したように、Y値を演算して出力したり、相関演算結果のみを出力することが好適である。必要な領域のみの信号を出力すれば、更に信号伝送量を減らすことができる。 Subsequently, the processing of the focus detection signal processing unit 702 will be described. In the case of an image sensor having four photoelectric conversion units per unit pixel 900 as shown in FIG. 13, it is necessary to individually output the signals of the four photoelectric conversion units for focus detection, and the amount of signal transmission is enormous. This is not desirable for high-speed reading. As described in the first embodiment, it is preferable to calculate and output the Y value, or to output only the correlation calculation result. If the signal is output only in the required area, the amount of signal transmission can be further reduced.

また、図13のように単位画素900が2x2の光電変換部を備える構成の場合、左右方向に加え、上下方向の位相差検出も行うことができる。例えば、画素信号S(A)とS(C)を混合処理し、画素信号S(B)とS(D)を混合処理してそれぞれ出力する。この場合、得られた焦点検出用信号からは左右方向に瞳分割された位相差方式の焦点検出が可能となる。また、画素信号S(A)とS(B)を混合処理し、画素信号S(C)とS(D)を混合処理してそれぞれ出力した場合は、得られた焦点検出用信号からは上下方向に瞳分割された位相差方式の焦点検出が可能となる。これらは、被写体に応じて切り替えて出力することで、縦縞、横縞それぞれの被写体に対して精度良く焦点検出することができる。また、画素の領域によって出力パターンを変えてもよい。 Further, in the case of a configuration in which the unit pixel 900 is provided with a 2x2 photoelectric conversion unit as shown in FIG. 13, it is possible to detect the phase difference in the vertical direction in addition to the horizontal direction. For example, the pixel signals S (A) and S (C) are mixed and processed, and the pixel signals S (B) and S (D) are mixed and output. In this case, from the obtained focus detection signal, it is possible to perform focus detection by a phase difference method in which the pupil is divided in the left-right direction. Further, when the pixel signals S (A) and S (B) are mixed and processed, and the pixel signals S (C) and S (D) are mixed and output, the obtained focus detection signals are up and down. It is possible to detect the focal point by the phase difference method in which the pupil is divided in the direction. By switching and outputting these according to the subject, it is possible to accurately detect the focus on each subject of vertical stripes and horizontal stripes. Further, the output pattern may be changed depending on the pixel area.

更に、焦点検出用信号処理部702において、得られた混合信号(例えば、S(A+C)とS(B+D))を用いて相関演算を行い、その結果のみを出力してもよい。焦点検出用信号処理部702で相関演算処理をすれば撮像素子100から出力する信号伝送量を減らすことができる。また、同一領域において左右方向と上下方向両方の相関演算を行って出力しても信号伝送量を抑えることができる。 Further, the focus detection signal processing unit 702 may perform a correlation calculation using the obtained mixed signals (for example, S (A + C) and S (B + D)) and output only the result. If the focus detection signal processing unit 702 performs correlation calculation processing, the amount of signal transmission output from the image sensor 100 can be reduced. Further, the signal transmission amount can be suppressed even if the correlation calculation in both the left-right direction and the up-down direction is performed and output in the same region.

このように、多分割画素を備えた撮像素子において、撮像素子内に焦点検出用信号処理部702を備えることで、撮像素子から出力する信号量の増加を抑制し、高速に撮像画像データと焦点検出情報を得ることができる。更に、左右方向と上下方向の位相差情報を取得できるため、精度良く焦点検出を行うことができる。本実施形態では、単位画素当たり4つの光電変換部を有する撮像素子を例に説明したが、更に多くの光電変換部を有する構成であってもよい。より視差を付けるために、必要なPDの信号のみを出力したり、斜め方向に信号を混合して出力してもよい。 As described above, in the image sensor provided with the multi-divided pixels, by providing the focus detection signal processing unit 702 in the image sensor, an increase in the amount of signal output from the image sensor is suppressed, and the captured image data and the focus are performed at high speed. Detection information can be obtained. Further, since the phase difference information in the left-right direction and the up-down direction can be acquired, the focus can be detected with high accuracy. In the present embodiment, the image sensor having four photoelectric conversion units per unit pixel has been described as an example, but a configuration having more photoelectric conversion units may be used. In order to obtain more parallax, only the necessary PD signal may be output, or the signal may be mixed and output in the diagonal direction.

(第5の実施形態)
第1乃至第3の実施形態で説明したような撮像素子100の信号処理部105は大規模な回路となるため、撮像素子100は全体として大面積なものとなる可能性が高い。そこで、本実施形態においては、面積の増大を抑制する撮像素子100の構成について説明する。
(Fifth Embodiment)
Since the signal processing unit 105 of the image pickup device 100 as described in the first to third embodiments is a large-scale circuit, the image pickup device 100 is likely to have a large area as a whole. Therefore, in the present embodiment, the configuration of the image pickup device 100 that suppresses the increase in the area will be described.

図15、図16は、第5の実施形態における撮像素子100の構成図である。本実施形態の撮像素子は画素領域チップ1501、信号処理チップ1502を積層させた構成(多層構造)を有する。各半導体チップ間の配線は、公知の基板積層技術により、マイクロバンプ等を用いて電気的に接続される。 15 and 16 are block diagrams of the image pickup device 100 according to the fifth embodiment. The image pickup device of this embodiment has a configuration (multilayer structure) in which a pixel region chip 1501 and a signal processing chip 1502 are laminated. The wiring between the semiconductor chips is electrically connected by using a micro bump or the like by a known substrate lamination technique.

画素領域チップ1501は、複数の光電変換部を備えた単位画素200が行列状に配置された画素部401と、駆動回路部402と、読み出し部103とを備える。駆動回路部402は、画素部401の画素に対して駆動信号を送る。なお、図15では、単位画素200は、2つの光電変換部を有するが、光電変換部の数はこれに限定されるものではない。 The pixel region chip 1501 includes a pixel unit 401 in which unit pixels 200 having a plurality of photoelectric conversion units are arranged in a matrix, a drive circuit unit 402, and a readout unit 103. The drive circuit unit 402 sends a drive signal to the pixels of the pixel unit 401. In FIG. 15, the unit pixel 200 has two photoelectric conversion units, but the number of photoelectric conversion units is not limited to this.

読み出し部103は多数の、例えば画素1列当たり1つの読み出し回路509を備えて構成され、画素部401の画素信号を読み出す。読み出された画素信号は駆動回路部402の制御により、垂直・水平選択がなされ、順次、信号処理部105に転送される。 The reading unit 103 is configured to include a large number of reading circuits 509, for example, one reading circuit 509 for each pixel row, and reads out the pixel signal of the pixel unit 401. The read pixel signal is selected vertically or horizontally under the control of the drive circuit unit 402, and is sequentially transferred to the signal processing unit 105.

信号処理チップ1502は、制御部104、信号処理部105、出力部106を備える。信号処理部105は、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702を有し、読み出し部103から読み出された画素信号を処理して、出力部106を介して撮像素子100の外部に出力する。信号処理部105における信号処理については、第1乃至第3の実施形態で説明した処理と同様であるため説明を省略する。撮像素子100は、図16に示したように、画素領域チップ1501、信号処理チップ1502が互いに積層されて一体となった構成を有する。 The signal processing chip 1502 includes a control unit 104, a signal processing unit 105, and an output unit 106. The signal processing unit 105 has a signal processing unit 701 for captured images and a signal processing unit 702 for focus detection, processes the pixel signal read from the reading unit 103, and processes the pixel signal read from the reading unit 103, and the image sensor 100 passes through the output unit 106. Output to the outside. Since the signal processing in the signal processing unit 105 is the same as the processing described in the first to third embodiments, the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 16, the image pickup device 100 has a configuration in which the pixel region chip 1501 and the signal processing chip 1502 are laminated and integrated with each other.

以上のように、撮像素子を積層構造にしたことにより、信号処理部105に十分な面積を取ることができ、大規模な回路を実装することが可能となる。信号処理部105において、必要な信号のみを撮像素子100の外部に出力する信号処理を行うことにより信号伝送量を減らすことができ、撮像画像データと焦点検出情報を共に高速に得ることが可能となる。 As described above, by forming the image pickup element in a laminated structure, a sufficient area can be taken in the signal processing unit 105, and a large-scale circuit can be mounted. The signal processing unit 105 can reduce the amount of signal transmission by performing signal processing that outputs only the necessary signals to the outside of the image pickup element 100, and can obtain both the captured image data and the focus detection information at high speed. Become.

(第6の実施形態)
第1乃至第3の実施形態で説明したような単位画素当たり複数の光電変換部を備える画素部から構成される撮像素子においては、読み出し回路509が多い方が好ましい。例えば、単位画素に対して1つの読み出し回路を備える構成や、更に、1つの光電変換部に対して1つの読み出し回路を備える構成であれば、全画素同時に画素信号を出力して画素毎にA/D変換することができるため、より高速な読み出しが可能となる。この場合、読み出し回路を配置するために面積が必要であり、積層構造の撮像素子であることが望ましい。
(Sixth Embodiment)
In an image pickup device composed of a pixel unit including a plurality of photoelectric conversion units per unit pixel as described in the first to third embodiments, it is preferable that the number of readout circuits 509 is large. For example, in the case of a configuration in which one readout circuit is provided for each unit pixel or a configuration in which one readout circuit is provided for one photoelectric conversion unit, a pixel signal is output simultaneously for all pixels and A for each pixel. Since / D conversion can be performed, higher-speed reading becomes possible. In this case, an area is required for arranging the readout circuit, and it is desirable that the image sensor has a laminated structure.

図17は、第6の実施形態における撮像素子100の構成を示す図である。本実施形態の撮像素子は画素領域チップ1301、読み出し回路チップ1302、信号処理チップ1303を積層させた構成を有する。各半導体チップ間の配線は、公知の基板積層技術により、マイクロバンプ等を用いて電気的に接続される。 FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the image pickup device 100 according to the sixth embodiment. The image pickup device of this embodiment has a configuration in which a pixel region chip 1301, a readout circuit chip 1302, and a signal processing chip 1303 are laminated. The wiring between the semiconductor chips is electrically connected by using a micro bump or the like by a known substrate lamination technique.

画素領域チップ1301は、複数の光電変換部を備えた単位画素200が行列状に配置された画素部401と駆動回路部402を備える。駆動回路部402は、画素部401の画素に対して駆動信号を送る。なお、図17では、単位画素200は2つの光電変換部を備えるが、光電変換部の数は2つに限定されるものではない。 The pixel region chip 1301 includes a pixel unit 401 and a drive circuit unit 402 in which unit pixels 200 having a plurality of photoelectric conversion units are arranged in a matrix. The drive circuit unit 402 sends a drive signal to the pixels of the pixel unit 401. In FIG. 17, the unit pixel 200 includes two photoelectric conversion units, but the number of photoelectric conversion units is not limited to two.

読み出し回路チップ1302は、読み出し部103、垂直選択回路1304、水平選択回路1305を備える。読み出し部103は単位画素あるいは光電変換部の各々に対応した多数の読み出し回路509を有し、画素部401の画素信号が出力される。読み出し回路509に出力された画素信号は垂直選択回路1304、水平選択回路1305の制御により、順次信号処理部105に転送される。 The readout circuit chip 1302 includes a readout unit 103, a vertical selection circuit 1304, and a horizontal selection circuit 1305. The reading unit 103 has a large number of reading circuits 509 corresponding to each of the unit pixel or the photoelectric conversion unit, and the pixel signal of the pixel unit 401 is output. The pixel signal output to the readout circuit 509 is sequentially transferred to the signal processing unit 105 under the control of the vertical selection circuit 1304 and the horizontal selection circuit 1305.

信号処理チップ1303は、制御部104、信号処理部105、出力部106を備える。信号処理部105は、撮像画像用信号処理部701と焦点検出用信号処理部702を有し、読み出し部103により読み出された画素信号を信号処理部105で処理して、出力部106を介して撮像素子100の外部に出力する。信号処理部105における信号処理については、第1乃至第3の実施形態で説明した処理と同様であるため、説明を省略する。 The signal processing chip 1303 includes a control unit 104, a signal processing unit 105, and an output unit 106. The signal processing unit 105 has a signal processing unit 701 for captured images and a signal processing unit 702 for focus detection, and the pixel signal read by the reading unit 103 is processed by the signal processing unit 105 and passed through the output unit 106. Is output to the outside of the image pickup element 100. Since the signal processing in the signal processing unit 105 is the same as the processing described in the first to third embodiments, the description thereof will be omitted.

撮像素子100は、画素領域チップ1301、読み出し回路チップ1302、信号処理チップ1303が積層されて一体となった構成を有する。ところで、本実施形態の構成のように、例えば1つの光電変換部に対して1つの読み出し回路を備える構成の場合、画素信号が信号処理部105に出力される時間は飛躍的に速くなる。例えば、1つの光電変換部の信号出力にかかる時間をαとすると、1列当たり1つの読み出し回路を備える撮像素子の場合、1フレーム分の画素信号を読み出すためにはαx行数分の時間がかかる。一方、1つの光電変換部に対して1つの読み出し回路を備える場合は、αの時間で1フレーム分の画素信号を読み出すことができる。ただし、この場合、信号処理部105での画素信号の受け取り、及び信号処理が律速することが懸念される。しかし、本実施形態のように、積層構造からなる撮像素子100の信号処理部105は面積を大きく配することができるため、読み出し回路チップ1302からの信号の伝送ラインを多数設けることができ、高速に画素信号を信号処理部105に送ることができる。また、信号処理部105には信号処理回路を多数実装することができるため、並列処理が可能となり、信号処理時間も高速化される。 The image pickup device 100 has a configuration in which a pixel region chip 1301, a readout circuit chip 1302, and a signal processing chip 1303 are laminated and integrated. By the way, in the case of a configuration including, for example, one readout circuit for one photoelectric conversion unit as in the configuration of the present embodiment, the time for outputting the pixel signal to the signal processing unit 105 is dramatically increased. For example, assuming that the time required for signal output of one photoelectric conversion unit is α, in the case of an image sensor equipped with one read circuit per column, it takes time for αx rows to read a pixel signal for one frame. It takes. On the other hand, when one readout circuit is provided for one photoelectric conversion unit, the pixel signal for one frame can be read out in the time of α. However, in this case, there is a concern that the signal processing unit 105 receives the pixel signal and the signal processing is rate-determining. However, as in the present embodiment, since the signal processing unit 105 of the image pickup device 100 having a laminated structure can have a large area, it is possible to provide a large number of transmission lines for signals from the readout circuit chip 1302, and the speed is high. The pixel signal can be sent to the signal processing unit 105. Further, since a large number of signal processing circuits can be mounted on the signal processing unit 105, parallel processing becomes possible and the signal processing time is shortened.

以上のように、撮像素子が積層構造となることにより、読み出し部、信号処理部に十分な面積を取ることができる。本実施形態の撮像素子は、画素部からの信号読み出しも高速になり、更に信号処理部105において、必要な信号のみを撮像素子の外部に出力する信号処理を行うことにより、信号伝送量を減らすことができ、撮像画像データと焦点検出情報を共に高速に得ることができる。 As described above, the laminated structure of the image pickup device makes it possible to secure a sufficient area for the readout unit and the signal processing unit. The image pickup device of the present embodiment also speeds up signal reading from the pixel section, and further reduces the signal transmission amount by performing signal processing in the signal processing section 105 to output only necessary signals to the outside of the image pickup device. This makes it possible to obtain both captured image data and focus detection information at high speed.

(第7の実施形態)
図18は、本発明の第7の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。図18において、第3の実施形態と同じ構成部分に関しては同じ記号を付し、詳細な説明を省略する。
(7th Embodiment)
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 18, the same components as those in the third embodiment are designated by the same symbols, and detailed description thereof will be omitted.

第7の実施形態は、撮像装置全体として見ると、第3の実施形態と同じ構成要素から成るが、撮像素子800の内部に含まれる構成要素が第3の実施形態と異なる。第3の実施形態の撮像素子800は、受光部801、読み出し部802、信号処理部803、画像処理部804、被写体検出部805、位相差検出部806、出力部807、制御部104を含んで構成されている。 The seventh embodiment has the same components as those of the third embodiment when viewed as a whole of the image pickup device, but the components included inside the image pickup device 800 are different from those of the third embodiment. The image pickup device 800 of the third embodiment includes a light receiving unit 801, a readout unit 802, a signal processing unit 803, an image processing unit 804, a subject detection unit 805, a phase difference detection unit 806, an output unit 807, and a control unit 104. It is configured.

受光部801は、撮影レンズ101で結像された光学像を受光する。受光部801には、撮影レンズ101の分割された射出瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光するように、1つのマイクロレンズの下に複数のPDを備えた焦点検出画素が配置されている。読み出し部802は、A/D変換回路によるアナログデジタル信号処理、および基準レベルの調整(クランプ処理)を行う。 The light receiving unit 801 receives the optical image formed by the photographing lens 101. The light receiving unit 801 is arranged with focus detection pixels having a plurality of PDs under one microlens so as to receive the light flux passing through the divided exit pupil region of the photographing lens 101. The readout unit 802 performs analog-digital signal processing by the A / D conversion circuit and adjustment of the reference level (clamp processing).

信号処理部803は、読み出し部103からのデジタル信号出力を受けて、後述する位相差検出部806および画像処理部804へ信号を出力する。このとき、信号処理部803は、被写体検出部805の被写体検出結果を受けて、被写体検出領域の焦点検出用信号を選択的に出力する。 The signal processing unit 803 receives the digital signal output from the reading unit 103, and outputs a signal to the phase difference detecting unit 806 and the image processing unit 804, which will be described later. At this time, the signal processing unit 803 receives the subject detection result of the subject detection unit 805 and selectively outputs the focus detection signal in the subject detection area.

画像処理部804は、信号処理部803から受けた画像生成用の信号に対して、欠陥画素の補正、ノイズリダクション、色変換、ホワイトバランス補正、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理などを行う。被写体検出部805は、画像処理部804からのデジタル信号出力を受けて、焦点検出処理を行うための信号領域を決定する。 The image processing unit 804 performs image processing such as defect pixel correction, noise reduction, color conversion, white balance correction, gamma correction, resolution conversion processing, and image compression for the image generation signal received from the signal processing unit 803. Perform processing etc. The subject detection unit 805 receives the digital signal output from the image processing unit 804 and determines a signal region for performing the focus detection process.

位相差検出部806は、信号処理部803から受けた焦点検出用の信号に対して、位相差検出方式の焦点検出を行うための位相差評価値を算出する。出力部807は、位相差検出部806および画像処理部804から受け取った、位相差評価値および画像生成用のデジタル信号を撮像素子800の外部に出力する。このように、本発明の第7の実施形態の撮像素子によっても、第3の実施形態と同様の効果が得られる。 The phase difference detection unit 806 calculates a phase difference evaluation value for performing focus detection by the phase difference detection method with respect to the focus detection signal received from the signal processing unit 803. The output unit 807 outputs the phase difference evaluation value and the digital signal for image generation received from the phase difference detection unit 806 and the image processing unit 804 to the outside of the image pickup device 800. As described above, the image sensor of the seventh embodiment of the present invention also has the same effect as that of the third embodiment.

ところで、撮像面位相差AFでは、1つの位相差評価値が、複数画素×複数PDから得られた焦点検出用の信号を相関演算することによって算出される。第3の実施形態では、この位相差評価値の算出に必要な複数の焦点検出用のデジタル信号を、出力部106が撮像素子100の外部に出力していた。一方で、第7の実施形態の場合は、位相差検出部806が算出した位相差評価値を、出力部807が撮像素子800の外部に出力する。つまり、撮像素子800の外部に出力する信号の量は、第7の実施形態の方が第3の実施形態よりもさらに少ない。従って、撮像素子800の出力部807が、焦点検出制御に必要な信号を、第3の実施形態よりもさらに短時間で伝送することができ、撮像面位相差AFによる焦点検出制御を高速に行うことができる。 By the way, in the imaging surface phase difference AF, one phase difference evaluation value is calculated by correlating the focus detection signal obtained from a plurality of pixels × a plurality of PDs. In the third embodiment, the output unit 106 outputs a plurality of focus detection digital signals necessary for calculating the phase difference evaluation value to the outside of the image pickup device 100. On the other hand, in the case of the seventh embodiment, the output unit 807 outputs the phase difference evaluation value calculated by the phase difference detection unit 806 to the outside of the image sensor 800. That is, the amount of the signal output to the outside of the image sensor 800 is further smaller in the seventh embodiment than in the third embodiment. Therefore, the output unit 807 of the image pickup device 800 can transmit the signal required for the focus detection control in a shorter time than in the third embodiment, and the focus detection control by the image pickup surface phase difference AF is performed at high speed. be able to.

また、第7の実施形態の撮像素子800では、被写体検出部805が、画像処理部804によって処理された後のデジタル信号を用いて、被写体検出を行っている。そのため、欠陥画素補正やノイズリダクションが施された信号を用い、さらには色情報も用いた被写体検出処理を施すことも可能である。従って、第7の実施形態の被写体検出は、第3の実施形態よりも高精度に行うことができる。 Further, in the image pickup device 800 of the seventh embodiment, the subject detection unit 805 detects the subject by using the digital signal processed by the image processing unit 804. Therefore, it is possible to perform subject detection processing using a signal to which defect pixel correction and noise reduction have been performed, and further using color information. Therefore, the subject detection of the seventh embodiment can be performed with higher accuracy than that of the third embodiment.

なお、第7の実施形態の撮像素子800では、第3の実施形態の撮像素子100よりもさらに多くの構成要素を撮像素子800の中に構成する。従って、図16に示したような、積層型撮像素子であることが好適である。 In the image sensor 800 of the seventh embodiment, more components than the image sensor 100 of the third embodiment are configured in the image sensor 800. Therefore, a stacked image sensor as shown in FIG. 16 is preferable.

(第8の実施形態)
第1乃至第3の実施形態では、撮像素子が焦点検出用の信号を選択的に出力/伝送することによって、高速な撮像面位相差AFが可能になることを説明した。しかしながら、本発明の適用される範囲は撮像面位相差AFに限らず、撮像素子の信号を用いた自動露光制御(撮像面AE)にも、適用することができる。撮像面AEでは、具体的には、撮影レンズの絞り、撮像素子の蓄積時間、撮像素子の感度(ゲイン)、などを撮像装置が自動的に決定した上で制御する。本発明の第3の実施形態では、撮像面AEに用いる信号を、撮像素子が選択的に出力/伝送することによって、撮像面AEを高速化することを目的としている。
(8th Embodiment)
In the first to third embodiments, it has been described that the image pickup device selectively outputs / transmits a signal for focus detection, whereby high-speed image pickup surface phase-difference AF becomes possible. However, the scope of application of the present invention is not limited to the image pickup surface phase difference AF, but can also be applied to automatic exposure control (imaging surface AE) using the signal of the image pickup element. Specifically, on the image pickup surface AE, the image pickup device automatically determines and controls the aperture of the photographing lens, the accumulation time of the image pickup element, the sensitivity (gain) of the image pickup element, and the like. A third embodiment of the present invention aims to increase the speed of the image pickup surface AE by selectively outputting / transmitting the signal used for the image pickup surface AE by the image pickup element.

図19は、本発明の第8の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。図19において、第3の実施形態と同じ構成部分に関しては、同じ記号を付して、詳細な説明を省略する。本実施形態は、撮像装置が測光部820を備えている点が第3の実施形態と異なる。 FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. In FIG. 19, the same components as those in the third embodiment are designated by the same symbols, and detailed description thereof will be omitted. This embodiment is different from the third embodiment in that the image pickup apparatus includes a photometric unit 820.

信号処理部105は、読み出し部103からの画像生成用のデジタル信号出力を受けて、出力部106へ信号を出力する。信号処理部105は、撮像装置で設定された測光方式に応じて、撮像面AEに用いる画像生成用のデジタル信号を選択する。この時、例えば、所謂「スポット測光方式」や「部分測光方式」であれば、信号処理部105は、画面中央の一部領域の信号を選択する。また、所謂「評価測光方式」であれば、信号処理部105は、画面全体の信号を選択する。ただし、画面全体の全ての画素の信号を選択するのではなく、測光評価値の算出に必要な信号量が得られる範囲で、行間引きや列間引きして信号を選択することが、撮像面AEを高速化するために好ましい。また、第3の実施形態と同様に、ユーザーが任意に選択した焦点検出領域や、被写体検出部105aが検出した被写体領域の、画像生成用信号を選択するようにしてもよい。 The signal processing unit 105 receives a digital signal output for image generation from the reading unit 103, and outputs a signal to the output unit 106. The signal processing unit 105 selects a digital signal for image generation to be used for the image pickup surface AE according to the photometric method set in the image pickup apparatus. At this time, for example, in the case of the so-called "spot metering method" or "partial metering method", the signal processing unit 105 selects a signal in a part of the center of the screen. Further, in the case of the so-called "evaluation metering method", the signal processing unit 105 selects the signal of the entire screen. However, instead of selecting the signals of all the pixels of the entire screen, it is possible to select the signals by thinning out the rows or columns within the range where the signal amount required for calculating the photometric evaluation value can be obtained. Is preferable for speeding up. Further, as in the third embodiment, the image generation signal of the focus detection region arbitrarily selected by the user or the subject region detected by the subject detection unit 105a may be selected.

測光部820は、出力部106からの画像生成用のデジタル信号を受けて、撮像面AEを行うための測光評価値を算出する。測光部820に入力される画像生成用のデジタル信号は、撮像素子100内部の信号処理部105が選択した領域の信号である。従って、撮像素子100の出力部106が測光部820に伝送する撮像面AEのための画像生成用信号は、露光制御に必要な信号のみであるので、通信帯域が効率的に使われることになる。また、測光部820の内部処理においても、撮像面AEに最終的に不要な領域の測光評価値算出の演算処理や、最終的に必要な信号を抽出する処理が不要となる。従って、測光部820が測光評価値を算出する処理速度を高速化できる。 The photometric unit 820 receives a digital signal for image generation from the output unit 106 and calculates a photometric evaluation value for performing image pickup surface AE. The digital signal for image generation input to the photometric unit 820 is a signal in a region selected by the signal processing unit 105 inside the image sensor 100. Therefore, since the image generation signal for the image pickup surface AE transmitted by the output unit 106 of the image sensor 100 to the photometric unit 820 is only a signal necessary for exposure control, the communication band is efficiently used. .. Further, also in the internal processing of the photometric unit 820, there is no need for arithmetic processing for calculating the photometric evaluation value in a region finally unnecessary for the imaging surface AE and processing for extracting the finally necessary signal. Therefore, the processing speed at which the photometric unit 820 calculates the photometric evaluation value can be increased.

レンズ制御部114は、測光部820からの測光評価値の出力を受けて、測光評価値に基づいて、撮影レンズ101の絞りを駆動する。さらに、全体制御・演算部109は測光評価値に基づいて撮像素子100を駆動して、撮像素子100の蓄積時間と感度(ゲイン)を制御する。 The lens control unit 114 receives the output of the photometric evaluation value from the photometric unit 820 and drives the aperture of the photographing lens 101 based on the photometric evaluation value. Further, the overall control / calculation unit 109 drives the image pickup device 100 based on the photometric evaluation value to control the accumulation time and sensitivity (gain) of the image pickup device 100.

以上説明したように、本発明の第8の実施形態によれば、撮像素子100の出力部106が測光部820に伝送する画像生成用の信号は、撮像面AEに必要な信号のみであるので、高速な伝送が可能である。そして、測光部820では、撮像面AEに最終的に不要な測光評価値算出の演算処理や、最終的に必要な信号を抽出する処理が不要となる。従って、撮像面AEを高速化することができる。 As described above, according to the eighth embodiment of the present invention, the signal for image generation transmitted by the output unit 106 of the image sensor 100 to the photometric unit 820 is only the signal required for the image pickup surface AE. , High-speed transmission is possible. Then, in the photometric unit 820, there is no need for arithmetic processing for calculating the photometric evaluation value that is finally unnecessary for the image pickup surface AE, and processing for extracting the finally necessary signal. Therefore, the speed of the image pickup surface AE can be increased.

なお、第8の実施形態の撮像素子100の画素においては、必ずしも図2で説明したような1画素につき複数のPDを配置することは必要ない。測光評価値を算出するためには、画像生成用の信号(すなわち1つのマイクロレンズ下にある複数のPDの信号を画素毎に混合した信号)さえあればよいので、1つのマイクロレンズ下に1つのPDがある構成であってもよい。 In the pixels of the image pickup device 100 of the eighth embodiment, it is not always necessary to arrange a plurality of PDs for each pixel as described with reference to FIG. In order to calculate the photometric evaluation value, only a signal for image generation (that is, a signal obtained by mixing the signals of a plurality of PDs under one microlens for each pixel) is required, so one under one microlens. It may be configured to have two PDs.

また、第8の実施形態では、第3の実施形態の構成を基に撮像面AEを適用する構成について説明したが、同じように第7の実施形態の構成を基に撮像面AEを適用することもできる。この場合は、図18における位相差検出部806が、測光部に置き換わることで撮像素子800が構成される。 Further, in the eighth embodiment, the configuration in which the imaging surface AE is applied based on the configuration of the third embodiment has been described, but similarly, the imaging surface AE is applied based on the configuration of the seventh embodiment. You can also do it. In this case, the phase difference detection unit 806 in FIG. 18 is replaced with the photometric unit to form the image sensor 800.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.

(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

100:撮像素子、101:撮影レンズ、102:受光部、103:読み出し部、104:制御部、105:信号処理部、106:出力部、107:画像処理部、108:位相差検出部、109:全体制御・演算部 100: Image sensor, 101: Photograph lens, 102: Light receiving unit, 103: Read unit, 104: Control unit, 105: Signal processing unit, 106: Output unit, 107: Image processing unit, 108: Phase difference detection unit, 109 : Overall control / calculation unit

Claims (14)

被写体からの光を光電変換する複数の画素が配置された画素部と、
前記画素部から信号を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部により読み出された信号のうち、画像を生成するための信号として前記画素部の全領域の画素の信号を撮像素子の外部に出力するとともに、前記撮像素子を備える装置の駆動制御に用いる評価値を算出するための信号として前記画素部において被写体が存在する領域である被写体領域の画素の信号を前記撮像素子の外部に出力する出力部と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
A pixel section in which multiple pixels that photoelectrically convert light from the subject are arranged,
A reading unit that reads a signal from the pixel unit and
Among the signals read by the reading unit, the signal of the pixels in the entire region of the pixel unit is output to the outside of the image pickup element as a signal for generating an image, and the drive control of the device including the image pickup element is performed. As a signal for calculating the evaluation value to be used, an output unit that outputs the signal of the pixel of the subject region, which is the region where the subject exists in the pixel portion, to the outside of the image sensor, and an output unit.
An image pickup device characterized by being provided with.
前記撮像素子を備える装置の駆動制御に用いる評価値を算出するための信号は、焦点検出制御を行うための信号であることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 1, wherein the signal for calculating the evaluation value used for the drive control of the device including the image pickup device is a signal for performing focus detection control. 前記出力部は、前記被写体領域の画素からの信号を、位相差検出方式の焦点検出制御に
用いる位相差評価値を算出する基となる信号として前記撮像素子の外部に出力することを
特徴とする請求項2に記載の撮像素子。
The output unit is characterized in that a signal from a pixel in the subject region is output to the outside of the image pickup device as a signal that is a basis for calculating a phase difference evaluation value used for focus detection control of a phase difference detection method. The image pickup device according to claim 2.
被写体からの光を光電変換する複数の画素が配置された画素部と、
前記画素部から信号を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部により読み出された信号のうち、画像を生成するための信号として前記画素部の全領域の画素の信号を撮像素子の外部に出力するとともに、前記撮像素子を備える装置の駆動制御に用いる評価値を算出するための信号として前記画素部の一部の領域の画素の信号を前記撮像素子の外部に出力する出力部と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
A pixel section in which multiple pixels that photoelectrically convert light from the subject are arranged,
A reading unit that reads a signal from the pixel unit and
Among the signals read by the reading unit, the signal of the pixels in the entire region of the pixel unit is output to the outside of the image pickup element as a signal for generating an image, and the drive control of the device including the image pickup element is performed. As a signal for calculating the evaluation value to be used, an output unit that outputs a signal of a pixel in a part of the pixel unit to the outside of the image sensor, and an output unit.
An image pickup device characterized by being provided with.
さらに、前記一部の領域を選択するための選択手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 4, further comprising a selection means for selecting the partial region. 前記一部の領域をユーザが指定するモードと、前記一部の領域を自動で選択するモードのいずれかを設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 5, further comprising a setting means for setting either a mode in which the partial area is designated by the user or a mode in which the partial area is automatically selected. 前記評価値は、位相差評価値を含むことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 4 to 6, wherein the evaluation value includes a phase difference evaluation value. 前記評価値は、測光評価値を含むことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 4 to 6, wherein the evaluation value includes a photometric evaluation value. 被写体からの光を光電変換する複数の画素が配置された画素部と、
前記画素部から信号を読み出す読み出し部と、
位相差検出方式の焦点検出制御に用いる位相差評価値を算出するための位相差検出部と、
前記読み出し部により読み出された信号のうち、画像を生成するための信号として前記画素部の全領域の画素の信号を撮像素子の外部に出力するとともに、前記画素部において被写体が存在する領域である被写体領域の画素の信号を用いて前記位相差検出部により算出された前記位相差評価値を前記撮像素子の外部に出力する出力部と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
A pixel section in which multiple pixels that photoelectrically convert light from the subject are arranged,
A reading unit that reads a signal from the pixel unit and
A phase difference detection unit for calculating the phase difference evaluation value used for the focus detection control of the phase difference detection method, and
Of the signals read by the reading unit, the signals of the pixels in the entire area of the pixel unit are output to the outside of the image sensor as signals for generating an image, and in the region where the subject exists in the pixel unit. An output unit that outputs the phase difference evaluation value calculated by the phase difference detection unit using the signal of a pixel in a certain subject area to the outside of the image sensor, and an output unit.
An image pickup device characterized by being provided with.
前記画素から出力される信号をデジタル信号に変換するAD変換部を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 9, further comprising an AD conversion unit that converts a signal output from the pixel into a digital signal. 前記画素のそれぞれは、1つのマイクロレンズと複数の光電変換部とを有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 10, wherein each of the pixels has one microlens and a plurality of photoelectric conversion units. 前記読み出し部は、画像を形成するための信号として、前記画素のそれぞれから全ての前記複数の光電変換部の信号を読み出すことを特徴とする請求項11に記載の撮像素子。 The image pickup device according to claim 11, wherein the reading unit reads out all the signals of the plurality of photoelectric conversion units from each of the pixels as a signal for forming an image. 複数の基板を積層した積層型の構造を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 12, wherein the image pickup device has a laminated structure in which a plurality of substrates are laminated. 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された画像を表示する表示部と、
前記撮像素子および前記表示部を含む装置全体を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
The image sensor according to any one of claims 1 to 13, and the image sensor.
A display unit that displays an image captured by the image sensor, and a display unit.
A control means for controlling the entire device including the image sensor and the display unit, and
An imaging device characterized by being provided with.
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