JP2023156291A - Imaging element and imaging device - Google Patents

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Abstract

To provide an imaging element with which it is possible to read out a signal used for focus detection and a signal used for image formation at high speed.SOLUTION: An imaging element 212 comprises: a first photoelectric conversion unit 14 and a second photoelectric conversion unit 13 that photoelectrically convert light having passed through a first micro-lens to generate an electric charge; a first signal line 22a that outputs a signal based on the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit 14; a second signal line 22b that outputs a signal based on the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit 13; and a first A/D conversion unit 23a that is electrically connected to the first signal line 22a, and converts an analog signal based on the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit 14 into a first digital signal; a second A/D conversion unit 23b that is electrically connected to the second signal line 22b, and converts an analog signal based on the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit 13 into a second digital signal; and a digital addition circuit 26 that adds up the first and second digital signals.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device.

マイクロレンズとその背後に配置された一対の光電変換部からなる焦点検出画素を配列した撮像素子を撮影レンズの予定焦点面上に配置し、これにより光学系を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を一対の光電変換部においてアナログ信号として生成し、該一対のアナログ信号を独立に撮像素子から読出して一対の像信号間の像ズレ量(位相差)を検出することによって撮影レンズの焦点調節状態(デフォーカス量)を検出するとともに、焦点検出画素の一対の光電変換部で生成されるアナログ信号を焦点検出画素内でアナログ加算するとともに、加算後のアナログ信号を画像信号として撮像素子から読み出して画像情報を生成する撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 An imaging device with an array of focus detection pixels consisting of a microlens and a pair of photoelectric conversion units placed behind it is placed on the planned focal plane of the photographic lens, thereby forming a pair of focus detection light fluxes that pass through the optical system. A pair of image signals corresponding to the pair of images are generated as analog signals in a pair of photoelectric conversion units, and the pair of analog signals are independently read out from the image sensor to calculate the amount of image shift (phase difference) between the pair of image signals. By this detection, the focus adjustment state (defocus amount) of the photographic lens is detected, and the analog signals generated by the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel are added in analog form within the focus detection pixel, and the analog signal after addition is 2. Description of the Related Art An imaging device that generates image information by reading a signal as an image signal from an image sensor is known (for example, see Patent Document 1).

特開2001-83407号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-83407

上述したような撮像装置においては、焦点検出画素内で一対のアナログ信号のアナログ加算処理を行なっているため、焦点検出時には撮像素子から一対のアナログ信号を独立に読み出すとともに、画像情報生成時には撮像素子から一対のアナログ信号を加算して読み出す必要があり、撮像素子からの1フレーム分の信号読み出しにおいて焦点検出と画像情報生成とを同時に行えないという問題点があった。 In the above-mentioned imaging device, analog addition processing of a pair of analog signals is performed within the focus detection pixel, so when detecting focus, the pair of analog signals are read out independently from the image sensor, and when generating image information, the pair of analog signals are read out independently from the image sensor. It is necessary to add and read out a pair of analog signals from the image sensor, and there is a problem that focus detection and image information generation cannot be performed simultaneously when reading out signals for one frame from the image sensor.

本発明の第1の態様による撮像素子は、第1のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第1の光電変換部と第2の光電変換部と、前記第1の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第1の信号線と、前記第2の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第2の信号線と、前記第1の信号線と電気的に接続され、前記第1の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第1のデジタル信号に変換する第1のA/D変換部と、前記第2の信号線と電気的に接続され、前記第2の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する第2のA/D変換部と、前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを加算する第1の加算部と、を備える。
本発明の第2の態様による撮像素子は、上述の像素子と、前記加算部で加算された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。
An image sensor according to a first aspect of the present invention includes a first photoelectric conversion section and a second photoelectric conversion section that photoelectrically convert light transmitted through a first microlens to generate charges, and a first photoelectric conversion section that generates charges. a first signal line that outputs a signal based on the charge generated by the conversion unit; a second signal line that outputs a signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit; and the first signal line. a first A/D conversion section that is electrically connected to the line and converts an analog signal based on the charge generated by the first photoelectric conversion section into a first digital signal; and the second signal line. a second A/D converter that is electrically connected and converts an analog signal based on the charge generated by the second photoelectric converter into a second digital signal; and a first adding section that adds the two digital signals.
An image sensor according to a second aspect of the present invention includes the above-described image element and a generation section that generates image data based on the signals added by the addition section.

本発明によれば、たとえば、焦点検出に用いる信号と画像生成に用いる信号とを高速読み出しすることができる。 According to the present invention, for example, signals used for focus detection and signals used for image generation can be read out at high speed.

一実施の形態の撮像素子を搭載したレンズ交換式デジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an interchangeable lens digital still camera equipped with an image sensor according to an embodiment. 交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a focus detection position on a photographic screen of an interchangeable lens. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 各色フィルタの分光感度特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing spectral sensitivity characteristics of each color filter. 焦点検出画素の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a focus detection pixel. 焦点検出画素の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a focus detection pixel. 瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a focus detection optical system using a pupil division type phase difference detection method. 撮像素子とボディ駆動制御装置との関係を詳細に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing in detail the relationship between an image sensor and a body drive control device. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号の個別読出し動作と一対の光電変換部の出力信号を加算した加算信号の読出し動作とを並行して行う場合のタイミングチャートである。12 is a timing chart when an individual readout operation of the output signals of a pair of photoelectric conversion units of a focus detection pixel and a readout operation of an added signal obtained by adding the output signals of the pair of photoelectric conversion units of a focus detection pixel are performed in parallel during one frame period. . 1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号の個別読出し動作と一対の光電変換部の出力信号を加算した加算信号の読出し動作とを並行して行う場合のタイミングチャートである。12 is a timing chart when an individual readout operation of the output signals of a pair of photoelectric conversion units of a focus detection pixel and a readout operation of an added signal obtained by adding the output signals of the pair of photoelectric conversion units of a focus detection pixel are performed in parallel during one frame period. . デジタルスチルカメラが有するボディ駆動制御装置の焦点検出用のCPUaの動作フローチャートである。It is an operation flowchart of the CPUa for focus detection of the body drive control device included in the digital still camera. デジタルスチルカメラが有するボディ駆動制御装置の画像処理用のCPUの動作フローチャートである。2 is an operation flowchart of a CPU for image processing of a body drive control device included in a digital still camera. 一対のデータ列の相関演算結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a correlation calculation result for a pair of data strings. 行部分読出しを行なう場合のタイミングチャートである。3 is a timing chart when performing partial row reading. 焦点検出画素の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a focus detection pixel. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像画素の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an imaging pixel. 撮像画素の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an imaging pixel. 撮影光束の様子を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the state of a photographing light flux. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 隣接した2列の画素列に設けられたスイッチの選択動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a selection operation of switches provided in two adjacent pixel columns. 隣接した2列の画素列に設けられたスイッチの選択動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a selection operation of switches provided in two adjacent pixel columns. 1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号の個別読出し動作と撮像画素の出力信号に相当する出力信号の読出し動作とを並行して行う場 合のタイミングチャートである。12 is a timing chart when an individual readout operation of output signals of a pair of photoelectric conversion units of a focus detection pixel and a readout operation of an output signal corresponding to an output signal of an imaging pixel are performed in parallel during one frame period. 行部分読出しを行なう場合のタイミングチャートである。3 is a timing chart when performing partial row reading. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 隣接した2列の画素列に設けられたスイッチの選択動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a selection operation of switches provided in two adjacent pixel columns. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor. 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the detailed configuration of an image sensor. 撮像素子の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an image sensor.

<第1実施形態>
本発明の一実施の形態の撮像素子および撮像装置を説明する。図1は一実施の形態の撮像素子を搭載したレンズ交換式デジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。一実施の形態のデジタルスチルカメラ201は交換レンズ202とカメラボディ203から構成され、種々の交換レンズ202がマウント部204を介してカメラボディ203に装着される。
<First embodiment>
An imaging element and an imaging device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an interchangeable lens digital still camera equipped with an image sensor according to an embodiment. A digital still camera 201 according to one embodiment includes an interchangeable lens 202 and a camera body 203, and various interchangeable lenses 202 are attached to the camera body 203 via a mount section 204.

交換レンズ202はレンズ209、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210、絞り211、レンズ駆動制御装置206などを備えている。レンズ駆動制御装置206は不図示のマイクロコンピュータ、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ210の焦点調節と絞り211の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210および絞り211の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置214との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り211は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。 The interchangeable lens 202 includes a lens 209, a zooming lens 208, a focusing lens 210, an aperture 211, a lens drive control device 206, and the like. The lens drive control device 206 is composed of a microcomputer (not shown), a memory, a drive control circuit, etc., and performs drive control for adjusting the focus of the focusing lens 210 and the aperture diameter of the diaphragm 211, as well as controlling the zooming lens 208 and the focusing lens. In addition to detecting the states of the lens 210 and the aperture 211, it also transmits lens information and receives camera information through communication with a body drive control device 214, which will be described later. The diaphragm 211 forms an aperture with a variable aperture diameter centered on the optical axis in order to adjust the amount of light and the amount of blur.

カメラボディ203は撮像素子212、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。撮像素子212には、撮像画素兼焦点検出画素として機能する画素が二次元状に配置される。この撮像素子212については詳細を後述する。 The camera body 203 includes an image sensor 212, a body drive control device 214, a liquid crystal display element drive circuit 215, a liquid crystal display element 216, an eyepiece lens 217, a memory card 219, and the like. In the image sensor 212, pixels that function as both image capture pixels and focus detection pixels are arranged in a two-dimensional manner. The image sensor 212 will be described in detail later.

ボディ駆動制御装置214はマイクロコンピュータ、メモリ、駆動制御回路などから構成され、撮像素子212の駆動制御と撮像素子212からの出力信号の読み出しと、該出力信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ202の焦点調節を繰り返し行うとともに、該出力信号に基づく画像処理演算と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置214は電気接点213を介してレンズ駆動制御装置206と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報(デフォーカス量や絞り値など)の送信を行う。 The body drive control device 214 is composed of a microcomputer, memory, drive control circuit, etc., and performs drive control of the image sensor 212, reading of an output signal from the image sensor 212, focus detection calculation based on the output signal, and control of the interchangeable lens 202. In addition to repeatedly performing focus adjustment, image processing calculations and recording based on the output signal, camera operation control, etc. are performed. Further, the body drive control device 214 communicates with the lens drive control device 206 via the electrical contact 213, and receives lens information and transmits camera information (defocus amount, aperture value, etc.).

液晶表示素子216は電子ビューファインダー(EVF:Electronic View Finder)として機能する。液晶表示素子駆動回路215は撮像素子212によるスルー画像を液晶表示素子216に表示し、撮影者は接眼レンズ217を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード219は、撮像素子212により撮像された画像を記憶する画像ストレージである。 The liquid crystal display element 216 functions as an electronic view finder (EVF). The liquid crystal display element drive circuit 215 displays the through image captured by the image sensor 212 on the liquid crystal display element 216, and the photographer can observe the through image through the eyepiece lens 217. The memory card 219 is an image storage that stores images captured by the image sensor 212.

交換レンズ202を通過した光束により、撮像素子212の受光面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子212の各画素で光電変換され、各画素の出力信号がボディ駆動制御装置214へ送られる。 A subject image is formed on the light-receiving surface of the image sensor 212 by the light beam that has passed through the interchangeable lens 202 . This subject image is photoelectrically converted by each pixel of the image sensor 212, and an output signal from each pixel is sent to the body drive control device 214.

ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の各画素からの出力信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送る。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像素子212の各画素からの出力信号を処理して画像データを生成し、メモリカード219に格納するとともに、撮像素子212からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ送り、スルー画像を液晶表示素子216に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置214は、レンズ駆動制御装置206へ絞り制御情報を送って絞り211の開口制御を行う。 The body drive control device 214 calculates a defocus amount based on the output signal from each pixel of the image sensor 212, and sends this defocus amount to the lens drive control device 206. Further, the body drive control device 214 processes the output signal from each pixel of the image sensor 212 to generate image data, stores it in the memory card 219, and uses the through image signal from the image sensor 212 to drive the liquid crystal display element. It is sent to a circuit 215 and the through image is displayed on a liquid crystal display element 216. Further, the body drive control device 214 sends aperture control information to the lens drive control device 206 to control the aperture of the aperture 211.

レンズ駆動制御装置206は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放F値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ208とフォーカシング用レンズ210の位置と絞り211の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。 The lens drive control device 206 updates lens information according to the focusing state, zooming state, aperture setting state, aperture open F value, and the like. Specifically, the positions of the zooming lens 208 and the focusing lens 210 and the aperture value of the aperture 211 are detected, and lens information is calculated according to these lens positions and aperture value, or a lookup prepared in advance is performed. Select lens information according to the lens position and aperture value from the table.

レンズ駆動制御装置206は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ210を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置206は受信した絞り値に応じて絞り211を駆動する。 The lens drive control device 206 calculates a lens drive amount based on the received defocus amount, and drives the focusing lens 210 to the in-focus position according to the lens drive amount. Further, the lens drive control device 206 drives the aperture 211 according to the received aperture value.

図2は、交換レンズ202の撮影画面上における焦点検出位置(図1に不図示の操作部材の操作によりユーザーにより設定される)を示す図であり、後述する撮像素子212上の画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域(焦点検出エリア、焦点検出位置)の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面100上の中央に焦点検出エリア101が配置される。長方形で示す焦点検出エリア101は、撮影画面100において水平方向に延在し、焦点検出エリア101の長手方向に沿って直線的に配列された画素の出力信号が焦点検出に用いられる。 FIG. 2 is a diagram showing the focus detection position (set by the user by operating an operating member not shown in FIG. 1) on the photographing screen of the interchangeable lens 202, and the pixel row on the image sensor 212, which will be described later, is in focus. An example of an area (focus detection area, focus detection position) in which an image is sampled on the photographic screen during detection is shown. In this example, a focus detection area 101 is arranged at the center of a rectangular photographing screen 100. A focus detection area 101 indicated by a rectangle extends horizontally in the photographing screen 100, and output signals of pixels arranged linearly along the longitudinal direction of the focus detection area 101 are used for focus detection.

図3、図4は撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子212上の焦点検出エリア101の近傍を拡大して示したものである。図3は撮像画素兼焦点検出画素となる画素311(以降焦点検出画素311と称す)のレイアウトを示す図であって、焦点検出画素311が行方向(水平方光)および列方向(垂直方向)において二次元正方格子状に稠密に配列される。図4は図3に示す焦点検出画素311の配列における色フィルタの配列を示した図であって、焦点検出画素311にはベイヤー配列の規則に従って色フィルタ(R:赤色フィルタ、G:緑色フィルタ、B:青色フィルタ)が配置されており、各色フィルタの分光感度は図5に示す特性になっている。 3 and 4 are front views showing the detailed configuration of the image sensor 212, and show the vicinity of the focus detection area 101 on the image sensor 212 in an enlarged manner. FIG. 3 is a diagram showing the layout of a pixel 311 (hereinafter referred to as focus detection pixel 311) that serves as an imaging pixel and focus detection pixel, and the focus detection pixel 311 is arranged in a row direction (horizontal direction) and a column direction (vertical direction). are densely arranged in a two-dimensional square grid. FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of color filters in the arrangement of focus detection pixels 311 shown in FIG. B: blue filter) is arranged, and the spectral sensitivity of each color filter has the characteristics shown in FIG.

焦点検出画素311は、図6に示すように矩形のマイクロレンズ10、垂直方向に延在する素子分離領域15により2分割された一対の光電変換部13,14から構成される。一対の光電変換部13,14を統合すると、通常の撮像画素の光電変換部と同等のサイズとなる。なお簡潔のため図6において色フィルタは不図示としている。なお焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の出力を加算した場合、加算した出力が通常の撮像画素の光電変換部の出力と同等になるようにするため、素子分離領域15の幅は出来る限り狭くし、一対の光電変換部13,14を近接させることが望ましい。 As shown in FIG. 6, the focus detection pixel 311 is composed of a rectangular microlens 10 and a pair of photoelectric conversion sections 13 and 14 divided into two by an element isolation region 15 extending in the vertical direction. When the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 are integrated, the size becomes the same as that of the photoelectric conversion unit of a normal imaging pixel. Note that color filters are not shown in FIG. 6 for the sake of brevity. Note that when the outputs of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 are added, the width of the element isolation region 15 is adjusted so that the added output is equal to the output of the photoelectric converter of a normal imaging pixel. It is desirable to make the space as narrow as possible and to place the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 close to each other.

図7は図6に示した焦点検出画素311の断面図であって、光電変換部13,14の上に近接して遮光マスク30が形成され、遮光マスク30の開口部30dを通過した光を光電変換部13,14は受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上に色フィルタ38が形成される。色フィルタ38の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30dに制限された光電変換部13,14の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部13,14は半導体回路基板29上に形成される。また光電変換部13,14を分離するために素子分離領域15が形成される。以上のような構成により光電変換部13,14は交換レンズの射出瞳の一対の測距瞳を通過する一対の焦点検出光束をそれぞれ受光する。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the focus detection pixel 311 shown in FIG. The photoelectric conversion units 13 and 14 receive light. A planarization layer 31 is formed on the light-shielding mask 30, and a color filter 38 is formed thereon. A planarization layer 32 is formed on the color filter 38, and a microlens 10 is formed thereon. The shapes of the photoelectric conversion units 13 and 14, which are limited by the aperture 30d by the microlens 10, are projected forward to form a pair of distance measuring pupils. The photoelectric conversion sections 13 and 14 are formed on a semiconductor circuit board 29. Further, an element isolation region 15 is formed to isolate the photoelectric conversion sections 13 and 14. With the above configuration, the photoelectric conversion units 13 and 14 each receive a pair of focus detection light fluxes that pass through a pair of distance measuring pupils of the interchangeable lens.

図8は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお焦点検出エリア101の焦点検出画素配列の一部分を拡大して示す。図8において、射出瞳90は、交換レンズ202(図1参照)の予定結像面に配置されたマイクロレンズ10から前方に距離dの位置に設定されている。この距離dは、マイクロレンズ10の曲率、屈折率、マイクロレンズ10と光電変換部13,14との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。図11には他に、交換レンズの光軸91、マイクロレンズ10、光電変換部13、14、焦点検出画素311、焦点検出光束73、74が示されている。 FIG. 8 shows the configuration of a focus detection optical system using a pupil division type phase difference detection method using microlenses. Note that a portion of the focus detection pixel array in the focus detection area 101 is shown in an enlarged manner. In FIG. 8, the exit pupil 90 is set at a distance d forward from the microlens 10, which is placed on the intended imaging plane of the interchangeable lens 202 (see FIG. 1). This distance d is determined depending on the curvature and refractive index of the microlens 10, the distance between the microlens 10 and the photoelectric conversion units 13 and 14, and is referred to as a distance measurement pupil distance in this specification. FIG. 11 also shows an optical axis 91 of the interchangeable lens, a microlens 10, photoelectric conversion units 13 and 14, a focus detection pixel 311, and focus detection light beams 73 and 74.

測距瞳93は、開口部30dにより制限された光電変換部13がマイクロレンズ10により投影されたものである。同様に、測距瞳94は、開口部30dにより制限された光電変換部14がマイクロレンズ10により投影されたものである。測距瞳93,94は、射出瞳90のうちの互いに異なる部分領域であり、水平方向に並ぶとともに、光軸91を通る垂直線に対して線対称な形状となっている。 The distance measuring pupil 93 is a projection of the photoelectric conversion unit 13 limited by the aperture 30d by the microlens 10. Similarly, the distance measuring pupil 94 is a projection of the photoelectric conversion unit 14 limited by the aperture 30d using the microlens 10. The distance measuring pupils 93 and 94 are mutually different partial regions of the exit pupil 90, are lined up in the horizontal direction, and have a shape that is axisymmetric with respect to a vertical line passing through the optical axis 91.

図8では、撮影光軸91近傍の焦点検出エリア101における隣接する5つの焦点検出画素311を模式的に例示しているが、画面周辺に配置された焦点検出画素311においても、各光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳93、94から各マイクロレンズに到来する光束を受光するように構成されている。マイクロレンズ10により、一対の光電変換部13および14と上述した互いに異なる部分領域、すなわち一対の測距瞳93および94とが互いに共役関係になる。 Although FIG. 8 schematically illustrates five adjacent focus detection pixels 311 in the focus detection area 101 near the imaging optical axis 91, each photoelectric conversion unit are configured to receive light beams arriving at each microlens from corresponding distance measuring pupils 93 and 94, respectively. Due to the microlens 10, the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 and the above-mentioned mutually different partial regions, that is, the pair of distance measuring pupils 93 and 94 are in a conjugate relationship with each other.

以上のような構成により、光電変換部13は測距瞳93を通過し、焦点検出画素311のマイクロレンズ10に向かう光束73によりマイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部14は測距瞳94を通過し、焦点検出画素311のマイクロレンズ10に向う光束74によりマイクロレンズ10上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。 With the above configuration, the photoelectric conversion unit 13 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10 by the light beam 73 passing through the distance measurement pupil 93 and directed toward the microlens 10 from the focus detection pixel 311. do. Further, the photoelectric conversion unit 14 outputs a signal corresponding to the intensity of the image formed on the microlens 10 by the light beam 74 passing through the distance measuring pupil 94 and directed toward the microlens 10 of the focus detection pixel 311.

上述した焦点検出エリア101において水平方向に配列した複数の焦点検出画素311の光電変換部13,14の出力を測距瞳93および測距瞳94に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳93と測距瞳94をそれぞれ通過する焦点検出用光束73,74が焦点検出画素311の配列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳93,94の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面(予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。 具体的には像ズレ量(光軸91に垂直な面内の量)に対し所定の変換係数(測距瞳距離dを測距瞳93,94の重心間隔で除した値)を乗ずることによりデフォーカス量(光軸91の方向における結像面と予定結像面との偏差)が算出されることになる。 By combining the outputs of the photoelectric conversion units 13 and 14 of the plurality of focus detection pixels 311 arranged horizontally in the focus detection area 101 described above into output groups corresponding to the distance measurement pupils 93 and 94, the distance measurement pupils Information regarding the intensity distribution of a pair of images formed on the array of focus detection pixels 311 by focus detection light beams 73 and 74 passing through focus detection pupil 93 and distance measurement pupil 94, respectively, can be obtained. By performing image shift detection calculation processing (correlation calculation processing, phase difference detection processing) to be described later on this information, the amount of image shift between the pair of images is detected using a so-called pupil division type phase difference detection method. Furthermore, by performing a conversion calculation according to the proportional relationship between the distance between the centers of gravity of the pair of distance measuring pupils 93 and 94 and the distance measuring pupil distance, the amount of image shift is calculated based on the current image forming plane (planned image forming plane) with respect to the planned image forming plane. The deviation (defocus amount) of the image forming plane at the focus detection position corresponding to the position of the upper microlens array is calculated. Specifically, by multiplying the amount of image shift (the amount in the plane perpendicular to the optical axis 91) by a predetermined conversion coefficient (the value obtained by dividing the distance measurement pupil distance d by the distance between the centers of gravity of the distance measurement pupils 93 and 94). The amount of defocus (deviation between the imaging plane and the planned imaging plane in the direction of the optical axis 91) is calculated.

また全画面において各焦点検出画素311の光電変換部13,14の出力を加算した出力信号を得ることにより、通常の撮像画素をベイヤー配列した場合と同等の画像信号を得ることが出来る。 Furthermore, by obtaining an output signal obtained by adding the outputs of the photoelectric conversion units 13 and 14 of each focus detection pixel 311 on the entire screen, it is possible to obtain an image signal equivalent to that obtained when normal imaging pixels are arranged in a Bayer array.

図9は、本発明に関連する部分の撮像素子212とボディ駆動制御装置214との関係を詳細に示すブロック図であって、ボディ駆動制御装置214内には撮像素子制御部220、バッファメモリ221、CPUa(マイクロコンピュータ)222、CPUb(マイクロコンピュータ)223が収納される。撮像素子212は撮像素子制御部220の制御に従って焦点検出画素311の電荷蓄積制御(電荷蓄積時間および電荷蓄積タイミング)および信号の出力制御を行なう。撮像素子212は後述するように焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の出力信号をAD変換するとともにチャネル1からデジタルデータ(焦点検出用のデータ)として出力すると同時に焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタルデータをデジタル加算したデジタルデータ(通常の撮像画素の出力信号と同等な信号)をチャネル2からデジタルデータとして出力する。チャネル1およびチャネル2から出力されたデジタルデータは1フレーム分のデジタルデータとしてバッファメモリ221に一時的に格納される。CPUa222はバッファメモリ221に格納された焦点検出エリアの焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタルデータ(焦点検出用のデータ)に対して後述する処理を行なって焦点検出を行なう。CPUb223はバッファメモリ221に格納された1フレーム分のデジタルデータ(画像データ)に対して周知の画像処理を行なって画像表示や画像記録を行なう。 FIG. 9 is a block diagram showing in detail the relationship between the image sensor 212 and the body drive control device 214, which are related to the present invention. , a CPUa (microcomputer) 222, and a CPUb (microcomputer) 223 are housed. The image sensor 212 performs charge accumulation control (charge accumulation time and charge accumulation timing) of the focus detection pixel 311 and signal output control under the control of the image sensor control unit 220. As described later, the image sensor 212 performs AD conversion on the output signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311, and outputs them from channel 1 as digital data (data for focus detection). Digital data (a signal equivalent to the output signal of a normal imaging pixel) obtained by digitally adding the digital data of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 is output from channel 2 as digital data. The digital data output from channel 1 and channel 2 is temporarily stored in buffer memory 221 as one frame of digital data. The CPUa 222 performs focus detection by performing processing to be described later on the digital data (data for focus detection) of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 in the focus detection area stored in the buffer memory 221. The CPUb 223 performs well-known image processing on one frame of digital data (image data) stored in the buffer memory 221, and performs image display and image recording.

以上のように撮像素子212からは焦点検出用のデジタルデータと画像用のデジタルデータが別チャネルを介して時間的にオーバーラップして出力される。また焦点検出用のデジタルデータと画像用のデジタルデータは個別のCPU222,223において処理されるので、焦点検出処理と画像処理を時間的に分離する必要がなく、同時に独立して行なうことができる。 As described above, the digital data for focus detection and the digital data for images are output from the image sensor 212 through different channels in a temporally overlapping manner. Furthermore, since the digital data for focus detection and the digital data for images are processed in separate CPUs 222 and 223, there is no need to temporally separate focus detection processing and image processing, and they can be performed simultaneously and independently.

次に2つのチャネルから同時に焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタルデータと、焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタルデータをデジタル加算したデジタルデータ(通常の撮像画素の出力信号と同等な信号)を出力可能な撮像素子212の構成について図10を用いて説明する。 Next, digital data (normal The configuration of the image sensor 212 that can output a signal (equivalent to the output signal of an image sensor) will be described using FIG. 10.

図10は、撮像素子212(CMOSイメージセンサ)の構成を示すブロック図である。撮像素子212は、一対の光電変換部13,14を含む焦点検出画素311が行列状(マトリックス状)に多数2次元配置されてなる画素アレイ部40に加えて、行走査回路41、カラムAD変換装置42、第2ラインメモリ44、第2列走査回路51、第2水平出力回路45、カラムデジタル加算装置46、第1ラインメモリ48、第1列走査回路52、第1水平出力回路49およびタイミング制御回路50を有する構成となっている。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 212 (CMOS image sensor). The image sensor 212 includes a pixel array section 40 in which a large number of focus detection pixels 311 including a pair of photoelectric conversion sections 13 and 14 are two-dimensionally arranged in a matrix, a row scanning circuit 41, and a column AD conversion circuit. device 42, second line memory 44, second column scanning circuit 51, second horizontal output circuit 45, column digital addition device 46, first line memory 48, first column scanning circuit 52, first horizontal output circuit 49 and timing The configuration includes a control circuit 50.

このシステム構成において、タイミング制御回路50は、外部から入力されるマスタークロックおよび撮像素子制御部220から入力される制御信号に基づいて、行走査回路41、カラムAD変換装置42、カラムデジタル加算装置46、第1ラインメモリ48、第2ラインメモリ44、第1列走査回路52、第2列走査回路51などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、行走査回路41、カラムAD変換装置42、カラムデジタル加算装置46、第1ラインメモリ48、第2ラインメモリ44、第1列走査回路52、第2列走査回路51などに対して与える。 In this system configuration, the timing control circuit 50 controls the row scanning circuit 41, the column AD converter 42, and the column digital adder 46 based on a master clock input from the outside and a control signal input from the image sensor control unit 220. , the first line memory 48, the second line memory 44, the first column scanning circuit 52, the second column scanning circuit 51, etc. It is applied to the conversion device 42, column digital addition device 46, first line memory 48, second line memory 44, first column scanning circuit 52, second column scanning circuit 51, etc.

また、画素アレイ部40の各焦点検出画素311を駆動制御する周辺の駆動系や信号処理系、即ち行走査回路41、カラムAD変換装置42、カラムデジタル加算装置46、第1ラインメモリ48、第2ラインメモリ44、第1列走査回路52、第2列走査回路51、第1水平出力回路49、第2水平出力回路45およびタイミング制御回路50などは、画素アレイ部40と同一のチップ(半導体基板)上に集積される。これらが集積されるチップは、画素アレイ部40のチップに積層される。 Further, peripheral drive systems and signal processing systems that drive and control each focus detection pixel 311 of the pixel array section 40, that is, a row scanning circuit 41, a column AD converter 42, a column digital adder 46, a first line memory 48, a first The 2-line memory 44, the first column scanning circuit 52, the second column scanning circuit 51, the first horizontal output circuit 49, the second horizontal output circuit 45, the timing control circuit 50, etc. are built on the same chip (semiconductor) as the pixel array section 40. (substrate). The chip in which these are integrated is stacked on the chip of the pixel array section 40.

焦点検出画素311としては、ここでは図示を省略するが、一対の光電変換素部13,14(例えば、フォトダイオード)に加えて、例えば、当該光電変換部13,14で光電変換して得られる電荷をFD(フローティングディフュージョン)部に転送する転送トランジスタと、当該FD部の電位を制御するリセットトランジスタと、FD部の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタとを有する3トランジスタ構成のものや、さらに画素選択を行うための選択トランジスタを別に有する4トランジスタ構成のものなどを用いることができる。 As the focus detection pixel 311, although not shown here, in addition to the pair of photoelectric conversion elements 13 and 14 (for example, a photodiode), the focus detection pixel 311 is obtained by photoelectric conversion in the photoelectric conversion elements 13 and 14, for example. A three-transistor configuration including a transfer transistor that transfers charge to an FD (floating diffusion) section, a reset transistor that controls the potential of the FD section, and an amplification transistor that outputs a signal according to the potential of the FD section; Furthermore, a four-transistor structure having an additional selection transistor for pixel selection can be used.

画素アレイ部40には、焦点検出画素311が2N行2M列分だけ2次元配置される。換言すると、画素アレイ部40は、2M個の焦点検出画素311が水平方向に配列された焦点検出画素群を各行に有し、その焦点検出画素群が、水平方向に交差する垂直方向に2N行配置される。図10において左上の焦点検出画素311が1行目、1列目の画素であり、この画素にはベイヤー配列の緑色のフィルタが配置され、1行目の画素群として配列される焦点検出画素には緑色のフィルタと青色のフィルタが配置される。この2N行2M列の画素配置に対して行毎に1系統の行制御線21(21(1)~21(2N))が配線され、列毎に2本の列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)が配線されている。行制御線21(21(1)~21(2N))の各一端は、行走査回路41の各行に対応した各出力端に接続され、各行制御線21には制御信号R(1)~R(2N)が出力される。行走査回路41は、シフトレジスタなどによって構成され、行制御線21(21(1)~21(2N))を介して画素アレイ部40の行アドレスや行走査の制御を行う。 In the pixel array section 40, focus detection pixels 311 are two-dimensionally arranged in 2N rows and 2M columns. In other words, the pixel array unit 40 has a focus detection pixel group in each row in which 2M focus detection pixels 311 are arranged in the horizontal direction, and the focus detection pixel group is arranged in 2N rows in the vertical direction intersecting the horizontal direction. Placed. In FIG. 10, the focus detection pixel 311 on the upper left is the pixel in the first row and first column, and a green filter of Bayer array is arranged in this pixel, and the focus detection pixel 311 arranged as a pixel group in the first row has a green filter and a blue filter. For this pixel arrangement of 2N rows and 2M columns, one system of row control lines 21 (21(1) to 21(2N)) is wired for each row, and two column signal lines (22(1) a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b) are wired. One end of each row control line 21 (21(1) to 21(2N)) is connected to each output terminal corresponding to each row of the row scanning circuit 41, and each row control line 21 receives control signals R(1) to R. (2N) is output. The row scanning circuit 41 is constituted by a shift register or the like, and controls the row address and row scanning of the pixel array section 40 via the row control lines 21 (21(1) to 21(2N)).

同一行の各焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(1),・・・,R(L),・・・,R(2N)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。また各焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の一方の光電変換部13は列毎に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(m)bに接続され、光電変換部13の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)bに出力される。また各焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の他方の光電変換部14は列毎に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(m)aに接続され、光電変換部14の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)aに出力される。例えば行走査回路41から与えられる制御信号R(L)により画素アレイ部40のL行目の焦点検出画素群を構成する焦点検出画素311が選択された場合には、L行目の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の出力信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力されることになる。 A pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of each focus detection pixel 311 in the same row is connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and receives control signals R(1), . . . , R(L). , . . . , R(2N), charge accumulation control and signal readout control are simultaneously performed. Further, one photoelectric conversion unit 13 of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of each focus detection pixel 311 is connected to one column signal line 22(m)b of two column signal lines provided for each column, The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 13 is output to the column signal line 22(m)b. Further, the other photoelectric conversion unit 14 of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of each focus detection pixel 311 is connected to the other column signal line 22(m)a of the two column signal lines provided for each column, The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 14 is output to the column signal line 22(m)a. For example, when the focus detection pixel 311 constituting the L-th row focus detection pixel group of the pixel array section 40 is selected by the control signal R (L) given from the row scanning circuit 41, the L-th focus detection pixel Output signals from the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of 311 are output to column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b).

カラムAD変換装置42は、画素アレイ部40の画素列に対応して設けられた列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b毎に設けられたADC(アナログ-デジタル変換回路)23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)bを有し、画素アレイ部40の各焦点検出画素311から列毎に出力される一対のアナログ信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TA1に応じて、Hビットのデジタル信号に変換して出力する。「Hビット」はビット数を表し、例えば10ビット、12ビット、14ビット等である。 The column AD converter 42 is provided for each column signal line 22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b provided corresponding to a pixel column of the pixel array section 40. ADCs (Analog-to-Digital Conversion Circuits) 23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b are provided. A pair of analog signals output from the timing control circuit 50 is converted into an H-bit digital signal and output according to a control signal TA1 given from the timing control circuit 50. "H bit" represents the number of bits, such as 10 bits, 12 bits, 14 bits, etc.

第2ラインメモリ44は、カラムAD変換装置42を構成する各ADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)毎に設けられたメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)を有し、ADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)毎に出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TM2に応じて、Hビットのデジタル信号として記憶する。ここで第2ラインメモリ44の各メモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)には1行分の焦点検出画素について一対の光電変換部13,14の出力信号がデジタル信号として記憶されることになる。 The second line memory 44 is a memory (25 (1)a, 25(1)b to 25(2M)a, 25(2M)b), and ADC(23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M) ) The digital signal output in each step b) is stored as an H-bit digital signal in accordance with the control signal TM2 given from the timing control circuit 50. Here, each memory (25(1)a, 25(1)b to 25(2M)a, 25(2M)b) of the second line memory 44 has a pair of photoelectric conversion units for one row of focus detection pixels. The output signals of 13 and 14 will be stored as digital signals.

カラムデジタル加算装置46は、カラムAD変換装置42を構成する一対のADC((23(1)a、23(1)b)~(23(2M)a、23(2M)b))毎に設けられたデジタル加算回路(26(1)~26(2M))を有し、一対のADC((23(1)a、23(1)b)~(23(2M)a、23(2M)b))から出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TD1に応じて加算し、Hビットの加算デジタル信号として出力する。 The column digital addition device 46 is provided for each pair of ADCs ((23(1)a, 23(1)b) to (23(2M)a, 23(2M)b)) constituting the column AD converter 42. A pair of ADCs ((23(1)a, 23(1)b) to (23(2M)a, 23(2M)b) )) are added according to the control signal TD1 given from the timing control circuit 50, and outputted as an H-bit added digital signal.

第1ラインメモリ48は、カラムデジタル加算装置46を構成する各デジタル加算回路(26(1)~26(2M))毎に設けられたメモリ(28(1)~28(2M))を有し、デジタル加算回路(26(1)~26(2M))毎に出力される加算デジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TM1に応じて、Hビットのデジタル信号として記憶する。ここで第1ラインメモリ48の各メモリ(28(1)~28(2M))には1行分の焦点検出画素について一対の光電変換部13,14の出力信号を加算した加算信号(撮像画素の出力信号に相当する)がデジタル信号として記憶されることになる。 The first line memory 48 includes memories (28(1) to 28(2M)) provided for each digital addition circuit (26(1) to 26(2M)) constituting the column digital addition device 46. , the added digital signal output from each digital addition circuit (26(1) to 26(2M)) is stored as an H-bit digital signal in accordance with the control signal TM1 given from the timing control circuit 50. Here, each memory (28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 contains an addition signal (imaging pixel ) will be stored as a digital signal.

第2列走査回路51は、シフトレジスタなどによって構成され、タイミング制御回路50の制御のもとに第2ラインメモリ44におけるメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)の列アドレスや列走査の制御を行う。第2ラインメモリ44は第2列走査回路51から与えられる走査信号TS2に応じて動作し、メモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)の各々で記憶されたHビットのデジタル信号は順に第2水平出力回路45に読み出され、当該第2水平出力回路45を経由して焦点検出用の一対の光電変換部13,14の出力信号(デジタル信号)として外部にシリアル出力される。 The second column scanning circuit 51 is constituted by a shift register or the like, and under the control of the timing control circuit 50, the memories (25(1)a, 25(1)b to 25(2M)a) in the second line memory 44 are , 25(2M)b) and column scanning. The second line memory 44 operates according to the scanning signal TS2 given from the second column scanning circuit 51, and the memories (25(1)a, 25(1)b to 25(2M)a, 25(2M)b) The H-bit digital signals stored in each are sequentially read out to the second horizontal output circuit 45, and output signals from the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 for focus detection are sent via the second horizontal output circuit 45. (digital signal) is output serially to the outside.

第1列走査回路52は、シフトレジスタなどによって構成され、タイミング制御回路50の制御のもとに第1ラインメモリ48におけるメモリ(28(1)~28(2M))の列アドレスや列走査の制御を行う。第1ラインメモリ48は第1列走査回路52から与えられる走査信号TS1に応じて動作し、メモリ(28(1)~28(2M))の各々で記憶されたHビットの加算デジタル信号は順に第1水平出力回路49に読み出され、当該第1水平出力回路49を経由して撮像画素の出力信号と同等な出力信号(デジタル信号)として外部にシリアル出力される。 The first column scanning circuit 52 is configured with a shift register or the like, and controls the column addresses of the memories (28(1) to 28(2M)) in the first line memory 48 and column scanning under the control of the timing control circuit 50. Take control. The first line memory 48 operates according to the scanning signal TS1 given from the first column scanning circuit 52, and the H-bit addition digital signals stored in each of the memories (28(1) to 28(2M)) are sequentially The signal is read out to the first horizontal output circuit 49, and serially outputted to the outside as an output signal (digital signal) equivalent to the output signal of the imaging pixel via the first horizontal output circuit 49.

次に、図10に示した撮像素子の構成において、1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号の個別読出し動作と一対の光電変換部の出力信号を加算した加算信号の読出し動作を並行して行う場合について、図11、図12のタイミングチャートを用いて説明する。図11,図12において、VSは1フレーム期間を示す垂直同期信号、HSは1水平走査期間を示す水平同期信号である。 Next, in the configuration of the image sensor shown in FIG. 10, the individual readout operation of the output signals of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel and the addition signal obtained by adding the output signals of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel during one frame period are performed. A case where read operations are performed in parallel will be explained using timing charts shown in FIGS. 11 and 12. In FIGS. 11 and 12, VS is a vertical synchronization signal indicating one frame period, and HS is a horizontal synchronization signal indicating one horizontal scanning period.

図11に示す動作では、水平同期信号HSに同期して行走査回路41から画素アレイ部40に制御信号R(1)、R(2)、R(3)~R(2n+1)、R(2n+2)、R(2n+3)~R(N)が順次発せられ、制御信号R(1)、R(2)、R(3)~R(2n+1)、R(2n+2)、R(2n+3)~R(N)に応じた行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のアナログ信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に順次出力される。 In the operation shown in FIG. 11, control signals R(1), R(2), R(3) to R(2n+1), R(2n+2) are sent from the row scanning circuit 41 to the pixel array section 40 in synchronization with the horizontal synchronizing signal HS. ), R(2n+3) to R(N) are issued in sequence, and control signals R(1), R(2), R(3) to R(2n+1), R(2n+2), R(2n+3) to R( The analog signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 for one line of the row corresponding to the column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b).

図12は、図11における(2n+1)行、(2n+2)行、(2n+3)行の動作部分を拡大した図である。制御信号R(2n+1)により画素アレイ部40の(2n+1)行が選択されると、(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のアナログ信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力される。列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力された(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のアナログ信号は制御信号TA1に応じて、列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)に接続されたカラムAD変換装置42のADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)によりデジタル信号に変換される。 FIG. 12 is an enlarged view of the operating portions of rows (2n+1), (2n+2), and (2n+3) in FIG. 11. When the (2n+1) row of the pixel array unit 40 is selected by the control signal R(2n+1), the analog signal of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 for one line of the (2n+1) row becomes a column signal. It is output to the lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b). Photoelectric conversion of a pair of focus detection pixels 311 for one line of (2n+1) rows output to column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b) The analog signals of the sections 13 and 14 are transmitted to the column AD converter 42 connected to the column signal lines 22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M) according to the control signal TA1. It is converted into a digital signal by the ADC (23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b).

デジタル変換された(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、制御信号TM2に応じて、カラムAD変換装置42のADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)に接続された第2ラインメモリ44のメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)に記憶される。 The digitally converted digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 of the (2n+1) row are converted to the ADC (23(1)) of the column AD converter 42 in accordance with the control signal TM2. a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b) of the second line memory 44 (25(1)a, 25(1)b to 25(2M)a, 25(2M)b).

それと同時にデジタル変換された(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、制御信号TD1に応じて、カラムAD変換装置42を構成する一対のADC((23(1)a、23(1)b)~(23(2M)a、23(2M)b))毎に設けられたカラムデジタル加算装置46のデジタル加算回路(26(1)~26(2M))により加算される。 At the same time, the digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixels 311 of the (2n+1) row, which are digitally converted, are converted into digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 of the (2n+1) row, which are converted into digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 of the (2n+1) row, in accordance with the control signal TD1. The digital addition circuit (26(1) to 26(2M)).

一対の光電変換部13,14の出力信号が加算された(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の加算デジタル信号は、制御信号TM1に応じて、カラムデジタル加算装置46のデジタル加算回路(26(1)~26(2M))に接続された第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶される。 The added digital signal of the focus detection pixel 311 of the (2n+1) row in which the output signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 are added is added to the digital adding circuit of the column digital adding device 46 according to the control signal TM1. The data are stored in the memories ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 connected to (26(1) to 26(2M)).

第2ラインメモリ44のメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)に記憶された(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、走査信号TS2に応じて、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第2水平出力回路45から外部に順次シリアル出力される。第2水平出力回路45から出力されたデジタル信号に基づき、ボディ駆動制御装置214の焦点検出用のCPUa222が、後述する図13に示すように、交換レンズ202(光学系)の焦点状態を検出し、その焦点状態を調節する。 One line of focus detection pixels 311 in (2n+1) rows stored in the second line memory 44 (25(1)a, 25(1)b to 25(2M)a, 25(2M)b) The digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 are serially output from the second horizontal output circuit 45 to the outside in response to the scanning signal TS2 until the next horizontal synchronization signal HS is generated. Based on the digital signal output from the second horizontal output circuit 45, the focus detection CPUa 222 of the body drive control device 214 detects the focus state of the interchangeable lens 202 (optical system) as shown in FIG. 13, which will be described later. , adjust its focus state.

同じく第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶された一対の光電変換部13,14の出力信号が加算された(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311の加算デジタル信号は、走査信号TS1に応じて、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第1水平出力回路49から外部に順次シリアル出力される。第1水平出力回路49から出力された加算デジタル信号に基づき、ボディ駆動制御装置214の画像処理用のCPUb223が、後述する図14に示すように、画像データを生成する。 Focus detection for one line of (2n+1) rows to which the output signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 stored in the memory ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 are added. The added digital signals of the pixels 311 are serially output from the first horizontal output circuit 49 to the outside in response to the scanning signal TS1 until the next horizontal synchronization signal HS is generated. Based on the output added digital signal, the CPUb 223 for image processing of the body drive control device 214 generates image data as shown in FIG. 14, which will be described later.

次の水平同期信号HSに同期して制御信号R(2n+2)が発せられ、画素アレイ部40の(2n+2)行が選択されると、(2n+2)行の1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のアナログ信号に対して同様な動作で処理が繰り返される。さらに次の水平同期信号HSに同期した制御信号R(2n+3)の下で同様な処理が繰り返される。 When the control signal R(2n+2) is emitted in synchronization with the next horizontal synchronization signal HS and the (2n+2) row of the pixel array section 40 is selected, a pair of focus detection pixels 311 for one line of the (2n+2) row Similar processing is repeated for the analog signals of the photoelectric conversion units 13 and 14. Furthermore, similar processing is repeated under the control signal R(2n+3) synchronized with the next horizontal synchronization signal HS.

図13、図14は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ(撮像装置)201の動作を示すフローチャートである。これらのフローチャートに従った処理が並行して行われる。図13はボディ駆動制御装置214の焦点検出用のCPUa222の動作フローチャートであり、ステップS100でデジタルスチルカメラ201の電源がオンされると、ステップS110以降の焦点検出動作を開始する。ステップS110においてフレーム同期して選択された焦点検出エリア内に配列された焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを読み出す。この一対の光電変換部のデータは、上述した第2水平出力回路45から出力されたデジタル信号である。続くステップS120では焦点検出画素のデータに基づいて、後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を行い、像ズレ量を演算する。なお、焦点検出エリアの位置は、撮影者が操作部材(不図示)を用いて予め選択しているものとする。 13 and 14 are flowcharts showing the operation of the digital still camera (imaging device) 201 according to one embodiment. Processing according to these flowcharts is performed in parallel. FIG. 13 is an operation flowchart of the focus detection CPUa 222 of the body drive control device 214. When the power of the digital still camera 201 is turned on in step S100, focus detection operations starting from step S110 are started. In step S110, data of a pair of photoelectric conversion units of focus detection pixels arranged in the selected focus detection area in frame synchronization is read out. The data of this pair of photoelectric conversion sections is a digital signal output from the second horizontal output circuit 45 mentioned above. In the subsequent step S120, image shift detection calculation processing (correlation calculation processing, phase difference detection processing), which will be described later, is performed based on the data of the focus detection pixels to calculate the amount of image shift. It is assumed that the position of the focus detection area is selected in advance by the photographer using an operation member (not shown).

ステップS130では、像ズレ量をデフォーカス量に変換する。 In step S130, the image shift amount is converted into a defocus amount.

ステップS140で交換レンズ202(光学系)の焦点状態が合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを検出する。合焦近傍でないと判定された場合はステップS150へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を合焦位置に駆動させることによって交換レンズ202(光学系)の焦点状態を調節する。 In step S140, it is detected whether the focus state of the interchangeable lens 202 (optical system) is close to in-focus, that is, whether the absolute value of the calculated defocus amount is within a predetermined value. If it is determined that the focus is not near the focus, the process advances to step S150, where the defocus amount is sent to the lens drive control device 206, and the focus lens 210 of the interchangeable lens 202 is driven to the in-focus position. ).

なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置206へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップS160へ進む。 Note that if the focus cannot be detected, the process also branches to this step, and sends a scan drive command to the lens drive control device 206 to scan and drive the focusing lens 210 of the interchangeable lens 202 from infinity to close range. After that, the process advances to step S160.

ステップS140で合焦近傍であると判定された場合はステップS160へ進み、シャッターボタン(不図示)の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップS110へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップS170へ進み、シャッターレリーズに応じた撮影動作が終了するのを待機し、撮影動作が終了したらステップS110へ戻って上述した動作を繰り返す。 If it is determined in step S140 that the focus is near, the process advances to step S160, and it is determined whether or not the shutter release has been performed by operating a shutter button (not shown). If it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step S110 and the above-described operation is repeated. On the other hand, if it is determined that the shutter release has been performed, the process advances to step S170 and waits for the photographing operation corresponding to the shutter release to be completed. When the photographing operation is completed, the process returns to step S110 and the above-described operation is repeated.

図13のステップS120、ステップS130における像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)の詳細について以下説明する。なお焦点検出画素311の一対のデータはベイヤー配列における同色の色毎に分別される。 Details of the image shift detection calculation processing (correlation calculation processing, phase difference detection processing) in steps S120 and S130 in FIG. 13 will be described below. Note that the data of the pair of focus detection pixels 311 are classified for each color of the same color in the Bayer array.

焦点検出画素311が検出する一対の像は、測距瞳93,94がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。焦点検出画素311の配列から読み出された一対のデータ列をA1n(A11,・・・,A1j:j)はデータ数)、A2n(A21,・・・,A2j)として色の相違による区別をなくして一般化して示すと、一対のデータ列をA1n、A2nに対し特開2007-333720号公報に開示された下記の相関演算式(1)を行い、相関量C(k)を演算する。
C(k)=Σ|A1n・A2n+1+k-A2n+k・A1n+1| ・・・(1)
The pair of images detected by the focus detection pixel 311 may have an imbalance in light quantity due to the distance measurement pupils 93 and 94 being eclipsed by the aperture aperture of the lens, so image shift detection accuracy is maintained with respect to the balance in light quantity. Perform the type of correlation operation that can be performed. A pair of data strings read out from the array of focus detection pixels 311 are defined as A1n (A11, . . . , A1j:j) is the number of data) and A2n (A21, . To generalize the data strings A1n and A2n, the following correlation calculation formula (1) disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-333720 is applied to calculate the correlation amount C(k).
C(k)=Σ|A1n・A2n+1+k−A2n+k・A1n+1| ...(1)

(1)式において、Σ演算はnについて累積される。nのとる範囲は、像ずらし量kに応じてA1n、A1n+1、A2n+k、A2n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。ずらし量kは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。(1)式の演算結果は、図15(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量(図15(a)ではk=kj=2)において相関量C(k)が極小・BR>I小さいほど相関度が高い)になる。 In equation (1), the Σ operations are accumulated over n. The range of n is limited to the range in which data A1n, A1n+1, A2n+k, and A2n+1+k exist depending on the image shift amount k. The shift amount k is an integer, and is a relative shift amount using the data interval of the data string as a unit. As shown in FIG. 15(a), the calculation result of equation (1) shows that the correlation amount C(k) is minimal at the shift amount where the correlation between a pair of data is high (k=kj=2 in FIG. 15(a)).・The smaller BR>I, the higher the correlation.)

次に、(2)式から(5)式の3点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値C(X)を与えるシフト量Xを求める。
X=kj+D/SLOP ・・・(2)
C(X)=C(kj)-|D| ・・・(3)
D={C(kj-1)-C(kj+1)}/2 ・・・(4)
SLOP=MAX{C(kj+1)-C(kj),C(kj-1)-C(kj)}・・・(5)
Next, using the three-point interpolation method of equations (2) to (5), the shift amount X that gives the minimum value C(X) for the continuous correlation amount is determined.
X=kj+D/SLOP...(2)
C(X)=C(kj)-|D| ...(3)
D={C(kj-1)-C(kj+1)}/2...(4)
SLOP=MAX {C(kj+1)-C(kj), C(kj-1)-C(kj)}...(5)

(2)式で算出されたずらし量Xの信頼性があるかどうかは次のようにして判定される。図15(b)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値C(X)の値が大きくなる。したがって、C(X)が所定のしきい値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量Xをキャンセルする。あるいは、C(X)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(X)を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量Xをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量Xをキャンセルする。 Whether or not the shift amount X calculated using equation (2) is reliable is determined as follows. As shown in FIG. 15(b), when the degree of correlation between a pair of data is low, the minimum value C(X) of the interpolated correlation amount becomes large. Therefore, if C(X) is greater than or equal to a predetermined threshold, it is determined that the reliability of the calculated shift amount is low, and the calculated shift amount X is canceled. Alternatively, in order to normalize C(X) by the contrast of the data, if the value obtained by dividing C(X) by SLOP, which is a value proportional to the contrast, is greater than a predetermined value, the reliability of the calculated shift amount is is determined to be low, and the calculated shift amount X is canceled. Alternatively, if SLOP, which is a value proportional to contrast, is less than a predetermined value, it is determined that the object has low contrast and the reliability of the calculated shift amount is low, and the calculated shift amount X is canceled.

図15(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲kmin~kmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、極小値C(X)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。 As shown in FIG. 15(c), if the degree of correlation between a pair of data is low and there is no drop in the correlation amount C(k) within the shift range kmin to kmax, it is not possible to find the minimum value C(X). In such a case, it is determined that focus cannot be detected.

算出されたずらし量Xの信頼性があると判定された場合は、(6)式により像ズレ量shftに換算される。
shft=PY・X ・・・(6)
If it is determined that the calculated shift amount X is reliable, it is converted into an image shift amount shft using equation (6).
shft=PY・X...(6)

(6)式において、PYは焦点検出画素311の画素ピッチの2倍の値(同色の焦点検出画素の画素ピッチ)となる。 In equation (6), PY is twice the pixel pitch of the focus detection pixels 311 (pixel pitch of focus detection pixels of the same color).

(6)式により算出された像ズレ量shftに所定の変換係数kを乗じてデフォーカス量defへ変換する。
def=k・shft1 ・・・(7)
The image shift amount shft calculated by equation (6) is multiplied by a predetermined conversion coefficient k to convert it into a defocus amount def.
def=k・shft1...(7)

(7)式において変換係数kは一対の測距瞳93,94の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換係数であり、光学系の絞りF値に応じて変化するものである。 In equation (7), the conversion coefficient k is a conversion coefficient according to the proportional relationship between the distance between the centers of gravity of the pair of distance measuring pupils 93 and 94 and the distance measuring pupil distance, and changes according to the aperture F value of the optical system. .

このようにしてベイヤー配列の3色に対して3つのデフォーカス量が算出されるので、単純平均または重み付け平均などの平均化処理を行なって、選択された焦点検出エリアにおける最終的なデフォーカス量が算出される。 In this way, three defocus amounts are calculated for the three colors of the Bayer array, so averaging processing such as a simple average or a weighted average is performed to obtain the final defocus amount in the selected focus detection area. is calculated.

図14はボディ駆動制御装置214の画像処理用のCPUb223の動作フローチャートであり、ステップS200でデジタルスチルカメラ201の電源がオンされると、ステップS210以降の画像処理動作を開始する。ステップS210においてフレーム同期して焦点検出画素の一対の光電変換部の出力データを加算した加算デジタルデータ(撮像画素のデータに相当する)を読み出し、該データに対して表示用の画像処理を行なってから電子ビューファインダーに表示させる。ステップS210において読み出される加算デジタルデータは、上述した第1水平出力回路49から出力された加算デジタル信号である。 FIG. 14 is an operation flowchart of the CPUb 223 for image processing of the body drive control device 214. When the power of the digital still camera 201 is turned on in step S200, image processing operations starting from step S210 are started. In step S210, the summed digital data (corresponding to the data of the imaging pixel) obtained by adding the output data of the photoelectric conversion unit of the pair of focus detection pixels in frame synchronization is read out, and image processing for display is performed on the data. to be displayed on the electronic viewfinder. The added digital data read out in step S210 is the added digital signal output from the first horizontal output circuit 49 described above.

ステップS220では、シャッターボタン(不図示)の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップS210へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップS230へ進み、シャッターレリーズに応じた撮影動作を行なう。まずレンズ駆動制御装置206へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り値を制御F値(撮影者または自動により設定されたF値)にする。絞り制御が終了した時点で、焦点検出画素の一対の光電変換部の出力データを加算した加算デジタルデータ(ベイヤー配列された撮像画素のデータに相当する)を読み出し、該加算デジタルデータに対して周知の画像処理(デモザイク処理、ノイズ処理、階調処理、ホワイトバランス処理など)を施して画像データを生成し、ステップS240で該画像データをメモリカードに格納する。一連の撮影動作が終了したらステップS210へ戻って上述した動作を繰り返す。 In step S220, it is determined whether the shutter release is performed by operating a shutter button (not shown). If it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step S210 and the above-described operation is repeated. On the other hand, if it is determined that the shutter release has been performed, the process advances to step S230, and a photographing operation corresponding to the shutter release is performed. First, an aperture adjustment command is sent to the lens drive control device 206, and the aperture value of the interchangeable lens 202 is set to the control F value (F value set by the photographer or automatically). When the aperture control is completed, the added digital data (corresponding to the data of the Bayer-arranged imaging pixels) obtained by adding the output data of the photoelectric conversion unit of the pair of focus detection pixels is read out, and the added digital data is known. Image processing (demosaic processing, noise processing, gradation processing, white balance processing, etc.) is performed to generate image data, and the image data is stored in the memory card in step S240. When the series of photographing operations is completed, the process returns to step S210 and the above-described operations are repeated.

以上説明した第1実施形態においては、選択された焦点検出エリアにおいてのみ焦点検出を行なう動作であったが、バッファメモリには画面全体の焦点検出用データが格納されるので、焦点検出用CPUa222の処理能力が高い場合には、画面全体の複数の焦点検出エリアにおいて焦点検出を行い、その結果に応じてレンズの焦点調節を行なうようにしても構わない。 In the first embodiment described above, the focus detection is performed only in the selected focus detection area, but since the focus detection data for the entire screen is stored in the buffer memory, the focus detection CPUa 222 If the processing capacity is high, focus detection may be performed in a plurality of focus detection areas on the entire screen, and the focus of the lens may be adjusted according to the results.

以上説明した第1実施形態においては、画像用の焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを加算したデータを1フレーム毎に全データ読み出すとして説明を行なったが、全データ読み出す代わりに間引き読出し(行/列)や画素加算読出し(行/列)をするための回路構成を本発明の構成にさらに追加し、読出した画像データを表示などに使用しても構わない。 In the first embodiment described above, it has been explained that the data obtained by adding the data of the photoelectric conversion unit of a pair of focus detection pixels for images is read out for each frame, but instead of reading out all data, thinning reading is performed. (row/column) or pixel addition/readout (row/column) may be further added to the configuration of the present invention, and the read image data may be used for display or the like.

以上説明した第1実施形態においては、焦点検出用の全焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを1フレーム毎に読み出すとして説明を行なったが、全焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを読み出すのは負荷も多く、データ格納用に多量のメモリ容量も必要になるので、必要に応じてフレーム間引き(数フレームに1回読み出す)/行間引き(数行に1行読み出す)/行部分読出し(一部の行だけ読み出す)/列間引き(数列に1列読み出す)/列部分読出し(一部の列だけ読み出す)ようにしても構わない。 In the first embodiment described above, the data of the photoelectric conversion unit of the pair of all focus detection pixels for focus detection is read out for each frame, but the data of the photoelectric conversion unit of the pair of all focus detection pixels Reading data is a heavy load and requires a large amount of memory capacity for data storage, so frame thinning (reading once every few frames) / line thinning (reading one line every few lines) / row Partial reading (reading only some rows)/column thinning (reading one column every few columns)/partial column reading (reading only some columns) may be used.

図16は行部分読出し((2n+2)行目のみ焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを読み出す)を行なう場合の、図12に対応したタイミングチャートであって、図11における(2n+1)行、(2n+2)行、(2n+3)行の動作部分を拡大した図である。 FIG. 16 is a timing chart corresponding to FIG. 12 when performing row partial readout (reading data of a pair of photoelectric conversion units of focus detection pixels only in the (2n+2)th row), and is a timing chart corresponding to the (2n+1) row in FIG. , (2n+2) rows, and (2n+3) rows are enlarged views.

制御信号R(2n+2)により画素アレイ部40の(2n+2)行が選択された場合の動作は図12と同一である。一方(2n+2)行以外が選択された場合(図16の制御信号R(2n+1)、制御信号R(2n+3)に応じた動作)には、制御信号TM2が発生せず、カラムAD変換装置42のADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)によりデジタル信号に変換された1ライン分の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、カラムAD変換装置42のADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)に接続された第2ラインメモリ44のメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)に記憶されない。また走査信号TS2も発生しないので、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第2水平出力回路45から外部に順次シリアル出力もされない。 The operation when the (2n+2) row of the pixel array section 40 is selected by the control signal R(2n+2) is the same as that in FIG. 12. On the other hand, when a row other than the (2n+2) row is selected (operation according to the control signal R(2n+1) and control signal R(2n+3) in FIG. 16), the control signal TM2 is not generated and the column AD converter 42 is activated. A pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of one line of focus detection pixels 311 converted into digital signals by ADC (23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b) The digital signal is sent to the memory (25 (1)a, 25(1)b to 25(2M)a, 25(2M)b). Furthermore, since the scanning signal TS2 is not generated, the second horizontal output circuit 45 is not serially output to the outside during the period until the next horizontal synchronizing signal HS is generated.

行部分読出しする行や列部分読出しする列は選択された焦点検出エリアの位置に応じて、ボディ駆動制御装置214から撮像素子212に情報を送付して変更可能にすることができる。 The row for partial readout and the column for partial readout can be changed by sending information from the body drive control device 214 to the image sensor 212, depending on the position of the selected focus detection area.

以上説明した第1実施形態においては、1行分の焦点検出画素の一対の光電変換部の数に対応した数のADCを有するカラムAD変換装置42を設けるとともに、一対のADCのデジタル出力信号をデジタル加算するデジタル加算回路26を1行分の焦点検出画素の数だけ設けたカラムデジタル加算装置46を設ける構成としたので、1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号の個別読出し動作と一対の光電変換部の出力信号を加算した加算信号(撮像画素の出力信号に相当する)の読出し動作を並行して行うことが可能となる。これにより従来の技術(焦点検出画素毎にアナログ加算装置を設ける)の課題(1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号の個別読出し動作と一対の光電変換部の出力信号を加算した加算信号(撮像画素の出力信号に相当する)の読出し動作を並行して行うことができない)を解決することができる。 In the first embodiment described above, the column AD converter 42 having the number of ADCs corresponding to the number of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixels for one row is provided, and the digital output signals of the pair of ADCs are Since the column digital addition device 46 is provided, in which the number of digital addition circuits 26 for performing digital addition is equal to the number of focus detection pixels in one row, the output signals of the photoelectric conversion units of a pair of focus detection pixels during one frame period are It becomes possible to perform the individual readout operation and the readout operation of the summed signal (corresponding to the output signal of the imaging pixel) obtained by adding the output signals of the pair of photoelectric conversion sections in parallel. This solves the problems of the conventional technology (where an analog addition device is provided for each focus detection pixel) (individual readout of the output signals of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel during one frame period and the output signal of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel). It is possible to solve the problem that the reading operation of the summed signal (corresponding to the output signal of the imaging pixel) cannot be performed in parallel.

また従来の技術の課題を解決する方法として、撮像素子から1フレーム期間中に全焦点検出画素の一対の光電変換部の出力データを個別に読み出して、一旦外部のバッファメモリに格納し、該バッファメモリに格納された一対の光電変換部の出力データに対して加算処理を行なうことも考えられるが、その場合には加算処理時間分だけ処理時間が増大するとともに、外部の処理負荷も増大してしまう。本願の撮像素子の構成および動作によれば、画像データの読出し/画像処理に関しては通常の撮像素子と同様に取り扱うことができる。また部分的に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力データを個別に読み出しすることも可能なので、読出し処理の負荷も軽減でき、データ格納用のバッファメモリの容量も節約することができる。 In addition, as a method to solve the problems of the conventional technology, the output data of a pair of photoelectric conversion units of all focus detection pixels is individually read out from the image sensor during one frame period, and temporarily stored in an external buffer memory. It may be possible to perform addition processing on the output data of a pair of photoelectric conversion units stored in memory, but in that case, the processing time would increase by the amount of addition processing time, and the external processing load would also increase. Put it away. According to the configuration and operation of the image sensor of the present application, image data reading/image processing can be handled in the same way as a normal image sensor. In addition, it is also possible to partially read out the output data of a pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel individually, so that the load of the readout process can be reduced and the capacity of the buffer memory for data storage can also be saved.

また従来の技術の課題を解決する方法として、カラムデジタル加算装置46を設ける代わりに焦点検出画素の一対の光電変換部の出力データを水平走査して順次シリアル出力する際に、第2水平出力回路45の出力端に並列にデータ保持メモリ(データを1データ出力時間だけ遅延保持する)とデジタル加算回路を設け、個別データ出力に同期して焦点検出画素の一対の光電変換部の出力データを加算して加算データを生成して出力することも考えられるが、加算処理時間(1つの焦点検出画素に対する加算時間×全焦点検出画素数)の分だけデータ転送レートが遅くなり、高速なデータ読出しができなくなる。本願の撮像素子212にはカラムデジタル加算装置46が設けられ、加算処理は列毎に独立して同時に行なわれるので、通常の撮像画素のみからなる撮像素子とほとんど同じデータ転送レートで高速読出しが可能になる。 In addition, as a method for solving the problems of the conventional technology, instead of providing the column digital adder 46, when horizontally scanning the output data of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel and sequentially outputting it serially, a second horizontal output circuit is provided. A data holding memory (to hold data with a delay of one data output time) and a digital addition circuit are installed in parallel at the output terminal of 45, and the output data of a pair of photoelectric conversion units of focus detection pixels are added in synchronization with the individual data output. It is also possible to generate and output added data by doing this, but the data transfer rate will be slowed down by the addition processing time (addition time for one focus detection pixel x total number of focus detection pixels), making it difficult to read out the data at high speed. become unable. The image sensor 212 of the present application is provided with a column digital adder 46, and addition processing is performed independently and simultaneously for each column, so high-speed readout is possible at almost the same data transfer rate as an image sensor consisting only of normal imaging pixels. become.

<第2実施形態>
第1実施形態においては、焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14は水平方向(行方向)に並置されていたが、焦点検出画素の一対の光電変換部の並置される方向を水平方向(行方向)以外とすることで、像ズレ検出を水平方向以外の方向で行なうことが出来る。図17は図6に示す焦点検出画素311を90度回転した構成の焦点検出画素312を示す図であって、焦点検出画素312は、矩形のマイクロレンズ10、水平方向に延在する素子分離領域18により2分割された一対の光電変換部16,17から構成される。一対の光電変換部16,17を統合すると、通常の撮像画素の光電変換部と同等のサイズとなる。
<Second embodiment>
In the first embodiment, the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 were arranged side by side in the horizontal direction (row direction), but the direction in which the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 are arranged horizontally is By selecting a direction other than the row direction, image shift detection can be performed in a direction other than the horizontal direction. FIG. 17 is a diagram showing a focus detection pixel 312 configured by rotating the focus detection pixel 311 shown in FIG. 6 by 90 degrees. It is composed of a pair of photoelectric conversion sections 16 and 17 divided into two by 18. When the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 are integrated, the size becomes the same as that of the photoelectric conversion unit of a normal imaging pixel.

図18は図3の画素レイアウト図に対応した図(フィルタ配列は図4に対応している)であって、焦点検出画素311と焦点検出画素312が配置された撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子212上の焦点検出エリア101の近傍を拡大して示したものである。焦点検出画素311と焦点検出画素312が1行おきに交互に配列される。 FIG. 18 is a diagram corresponding to the pixel layout diagram of FIG. 3 (the filter arrangement corresponds to FIG. 4), and shows the detailed configuration of the image sensor 212 in which the focus detection pixel 311 and the focus detection pixel 312 are arranged. FIG. 2 is a front view showing the vicinity of the focus detection area 101 on the image sensor 212 in an enlarged manner. Focus detection pixels 311 and focus detection pixels 312 are arranged alternately in every other row.

図19は、図18に示す画素レイアウトを持つ撮像素子212の構成を示すブロック図であって、図10の構成と同一な部分は説明を省略し、特徴的な部分のみについて説明する。画素アレイ部40における図10との相違点は、偶数行目において、垂直方向に分離した一対の光電変換部16,17を備える焦点検出画素312が配置されている点である。 FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 212 having the pixel layout shown in FIG. 18. Description of parts that are the same as the configuration of FIG. 10 will be omitted, and only characteristic parts will be described. The difference between the pixel array section 40 and FIG. 10 is that a focus detection pixel 312 including a pair of photoelectric conversion sections 16 and 17 separated in the vertical direction is arranged in the even-numbered rows.

偶数行に配置された各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)(Lは偶数)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。また偶数行に配置された各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の一方の光電変換部16は列毎に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(m)aに接続され、光電変換部16の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)aに出力される。また各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の他方の光電変換部17は列毎に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(m)bに接続され、光電変換部17の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)bに出力される。例えば行走査回路41から与えられる制御信号R(L)により画素アレイ部40のL行目の焦点検出画素312が選択された場合には、L行目の焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の出力信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力されることになる。 A pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of each focus detection pixel 312 arranged in an even numbered row is connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and receives a control signal R(L) (L is an even number). Accordingly, charge accumulation control and signal readout control are simultaneously performed. Further, one photoelectric conversion unit 16 of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of each focus detection pixel 312 arranged in even-numbered rows is connected to one column signal line 22 (m) of the two column signal lines provided for each column. )a, and the output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 16 is output to the column signal line 22(m)a. Further, the other photoelectric converter 17 of the pair of photoelectric converters 16 and 17 of each focus detection pixel 312 is connected to the other column signal line 22(m)b of the two column signal lines provided for each column, The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 17 is output to the column signal line 22(m)b. For example, when the L-th row focus detection pixel 312 of the pixel array section 40 is selected by the control signal R (L) given from the row scanning circuit 41, a pair of photoelectric conversion units of the L-th row focus detection pixel 312 Output signals 16 and 17 are output to column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b).

以上のような構成の撮像素子212を用いた場合には奇数行目に配列された同一色の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデータを水平方向に光電変換部毎にグループ化した一対のデータを用いて水平方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になるとともに、偶数行目に配置された同一色の焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17のデータを光電変換部毎に垂直方向にグループ化した一対のデータを用いて垂直方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になる。 When using the image sensor 212 having the above configuration, the data of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 of the same color arranged in odd-numbered rows are grouped horizontally for each photoelectric conversion unit. Using a pair of converted data, it is possible to detect a phase difference for a subject image with a contrast change in the horizontal direction. , 17 are grouped in the vertical direction for each photoelectric conversion unit, and phase difference detection can be performed for a subject image whose contrast changes in the vertical direction.

図20は、図18の変形例であって、焦点検出画素311と焦点検出画素312が1列おきに交互に配列される。このような構成の撮像素子212を用いた場合には奇数列目に配列された同一色の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデータを水平方向に光電変換部毎にグループ化した一対のデータを用いて水平方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になるとともに、偶数列目に配置された同一色の焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17のデータを光電変換部毎に垂直方向にグループ化した一対のデータを用いて垂直方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になる。 FIG. 20 is a modification of FIG. 18, in which focus detection pixels 311 and focus detection pixels 312 are arranged alternately in every other column. When using the image sensor 212 with such a configuration, the data of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 of the same color arranged in odd-numbered columns are grouped horizontally for each photoelectric conversion unit. Using this pair of data, it becomes possible to detect a phase difference for a subject image with a contrast change in the horizontal direction, and a pair of photoelectric conversion units 16, Using a pair of data obtained by grouping the 17 data in the vertical direction for each photoelectric conversion unit, it is possible to detect a phase difference for a subject image with a contrast change in the vertical direction.

図21は、図18の変形例であって、焦点検出画素311と焦点検出画素312が交互に千鳥配置される。即ち(奇数行かつ奇数列)または(偶数行かつ偶数列)の位置には焦点検出画素311が配置され、(奇数行かつ偶数列)または(偶数行かつ奇数列)の位置には焦点検出画素312が配置される。ベイヤー配列の色フィルタの観点では、焦点検出画素311は緑色フィルタが備えられ、焦点検出画素312は赤色フィルタ又青色フィルタが備えられることになる。 FIG. 21 is a modification of FIG. 18, in which focus detection pixels 311 and focus detection pixels 312 are alternately arranged in a staggered manner. That is, the focus detection pixel 311 is arranged at the position (odd row and odd column) or (even row and even column), and the focus detection pixel 311 is arranged at the position (odd row and even column) or (even row and odd column). 312 is placed. In terms of the Bayer array color filters, the focus detection pixel 311 is equipped with a green filter, and the focus detection pixel 312 is equipped with a red filter or a blue filter.

このような構成の撮像素子212を用いた場合には奇数行目の奇数列目または偶数行目の偶数列目に配列された緑色フィルタを備えた焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデータを水平方向に光電変換部毎にグループ化した一対のデータを用いて水平方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になるとともに、奇数行目の偶数列目に配列された青色フィルタを備えた焦点検出画素312または偶数行目の奇数列目に配列された赤色フィルタを備えた焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17のデータを光電変換部毎に垂直方向にグループ化した一対のデータを用いて垂直方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になる。 When using the image sensor 212 having such a configuration, a pair of photoelectric conversion units 13 of the focus detection pixel 311 including a green filter arranged in an odd numbered row and an odd numbered column or an even numbered row and an even numbered column, Using a pair of data obtained by grouping 14 data horizontally for each photoelectric conversion unit, phase difference detection is possible for subject images with contrast changes in the horizontal direction. The data of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the focus detection pixel 312 with blue filters arranged or the focus detection pixel 312 with red filters arranged in even rows and odd columns is collected for each photoelectric conversion unit. By using a pair of vertically grouped data, it is possible to detect a phase difference for a subject image with a contrast change in the vertical direction.

<第3実施形態>
第1実施形態においては、全画素が焦点検出画素により構成されていたが、光電変換部が分割されていない通常の撮像画素と光電変換部が分割されている焦点検出画素とを混在させることにより、撮像素子全体における焦点検出画素の数を減らし撮像素子の構成を簡素化するとともに、撮像素子から外部出力される焦点検出用データ数を減少させることにより焦点検出用データのデータ転送レートを画像処理用データのデータ転送レート並にすることが可能になる。
<Third embodiment>
In the first embodiment, all pixels were made up of focus detection pixels, but by mixing normal imaging pixels in which the photoelectric conversion section is not divided and focus detection pixels in which the photoelectric conversion section is divided, By reducing the number of focus detection pixels in the entire image sensor and simplifying the configuration of the image sensor, and reducing the number of focus detection data externally output from the image sensor, the data transfer rate of focus detection data can be improved through image processing. This makes it possible to achieve a data transfer rate comparable to that of other data.

撮像画素310は、図22に示すように矩形のマイクロレンズ10、後述の遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部11を有している。 As shown in FIG. 22, the imaging pixel 310 includes a rectangular microlens 10 and a photoelectric conversion section 11 whose light receiving area is limited by a light-shielding mask, which will be described later.

図23は図22に示した撮像画素310の断面図である。撮像画素310では撮像用の光電変換部11の上に近接して遮光マスク30が形成され、光電変換部11は、遮光マスク30の開口部30aを通過した光を受光する。遮光マスク30の上には平坦化層31が形成され、その上に色フィルタ38が形成される。色フィルタ38の上には平坦化層32が形成され、その上にマイクロレンズ10が形成される。マイクロレンズ10により開口部30aの形状が前方に投影される。光電変換部11は半導体回路基板29上に形成される。 FIG. 23 is a cross-sectional view of the imaging pixel 310 shown in FIG. 22. In the imaging pixel 310, a light-shielding mask 30 is formed close to the photoelectric conversion section 11 for imaging, and the photoelectric conversion section 11 receives the light that has passed through the opening 30a of the light-shielding mask 30. A planarization layer 31 is formed on the light-shielding mask 30, and a color filter 38 is formed thereon. A planarization layer 32 is formed on the color filter 38, and a microlens 10 is formed thereon. The shape of the opening 30a is projected forward by the microlens 10. Photoelectric conversion section 11 is formed on semiconductor circuit board 29 .

図24は、図22に示す撮像画素310が受光する撮影光束の様子を図8と比較して説明するための図であって、図8と重複する部分の説明は省略する。 FIG. 24 is a diagram for explaining the state of the photographing light flux received by the imaging pixel 310 shown in FIG. 22 in comparison with FIG. 8, and the description of parts that overlap with FIG. 8 will be omitted.

撮像画素310はマイクロレンズ10とその背後に配置された光電変換部11等から構成され、光電変換部11に近接して配置された開口部30a(図23参照)の形状がマイクロレンズ10から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳93、94に略外接する領域95を形成する。 The imaging pixel 310 is composed of a microlens 10 and a photoelectric conversion section 11 placed behind it, and the shape of an aperture 30a (see FIG. 23) placed close to the photoelectric conversion section 11 is measured from the microlens 10. It is projected onto the exit pupil 90 which is spaced apart by the distance pupil distance d, and its projected shape forms a region 95 that is approximately circumscribed to the distance measuring pupils 93 and 94.

光電変換部11は、領域95を通過してマイクロレンズ10へ向かう撮影光束71によってマイクロレンズ11上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。 The photoelectric conversion unit 11 outputs a signal corresponding to the intensity of an image formed on the microlens 11 by the photographing light beam 71 passing through the area 95 and heading toward the microlens 10 .

図25は図3の画素レイアウト図に対応した図(フィルタ配列は図4に対応している)であって、撮像画素310と焦点検出画素311が交互に千鳥配置される。即ち(奇数行かつ奇数列)または(偶数行かつ偶数列)の位置には焦点検出画素311が配置され、(奇数行かつ偶数列)または(奇数行かつ偶数列)の位置には撮像画素310が配置される。ベイヤー配列の色フィルタの観点では、焦点検出画素311は緑色フィルタが備えられ、撮像画素310は赤色フィルタ又青色フィルタが備えられることになる。焦点検出性能の面では、緑色フィルタの分光感度特性が、図5に示すように、赤色フィルタの分光感度特性と青色フィルタの分光感度特性との中間に位置するため、焦点検出画素311に緑色フィルタが設けられるのが好ましい。また、図6および図22に示すように、焦点検出画素311の一対の光電変換部13および14の表面積の和が、素子分離領域15が存在するため、撮像画素310の光電変換部11の表面積よりも小さい。したがって、撮像性能の面では、焦点検出画素311の一対の光電変換部13および14が出力する光電変換信号値の和が撮像画素310の光電変換部11の光電変換信号値よりも小さくなるため、焦点検出画素311には、赤色フィルタおよび青色フィルタよりも多く配置される緑色フィルタが設けられるのが好ましい。 FIG. 25 is a diagram corresponding to the pixel layout diagram of FIG. 3 (the filter arrangement corresponds to FIG. 4), and the imaging pixels 310 and focus detection pixels 311 are alternately arranged in a staggered manner. That is, the focus detection pixel 311 is arranged at the position (odd row and odd column) or (even row and even column), and the imaging pixel 310 is arranged at the position (odd row and even column) or (odd row and even column). is placed. From the perspective of the Bayer array color filters, the focus detection pixel 311 is equipped with a green filter, and the imaging pixel 310 is equipped with a red filter or a blue filter. In terms of focus detection performance, the spectral sensitivity characteristics of the green filter are located between the spectral sensitivity characteristics of the red filter and the spectral sensitivity characteristics of the blue filter, as shown in FIG. is preferably provided. Further, as shown in FIGS. 6 and 22, since the element isolation region 15 exists, the sum of the surface areas of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 is the surface area of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310. smaller than Therefore, in terms of imaging performance, the sum of the photoelectric conversion signal values output by the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 is smaller than the photoelectric conversion signal value of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310. It is preferable that the focus detection pixel 311 is provided with more green filters than red filters and blue filters.

図26は、図25に示す画素レイアウトを持つ撮像素子212の構成を示すブロック図であって、図10の構成と同一な部分は説明を省略し、特徴的な部分のみについて説明する。図10との主要な相違点は、カラムAD変換装置42と第2ラインメモリ44、カラムデジタル加算装置46の中間に第2カラムスイッチ装置43を設けることにより、第2ラインメモリ44を構成するメモリの数およびカラムデジタル加算装置46を構成するデジタル加算回路の数を減少させている点である。 FIG. 26 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 212 having the pixel layout shown in FIG. 25. Description of parts that are the same as the configuration of FIG. 10 will be omitted, and only characteristic parts will be described. The main difference from FIG. 10 is that a second column switch device 43 is provided between the column AD converter 42, the second line memory 44, and the column digital adder 46, so that the memory constituting the second line memory 44 is , and the number of digital adder circuits constituting the column digital adder 46 are reduced.

撮像素子212は、一対の光電変換部13,14を含む焦点検出画素311が行列状(マトリックス状)に多数2次元配置されてなる画素アレイ部40に加えて、行走査回路41、カラムAD変換装置42、第2カラムスイッチ装置43、第2ラインメモリ44、第2列走査回路51、第2水平出力回路45、カラムデジタル加算装置46、第1カラムスイッチ装置47、第1ラインメモリ48、第1列走査回路52、第1水平出力回路49およびタイミング制御回路50を有する構成となっている。 The image sensor 212 includes a pixel array section 40 in which a large number of focus detection pixels 311 including a pair of photoelectric conversion sections 13 and 14 are two-dimensionally arranged in a matrix, a row scanning circuit 41, and a column AD conversion circuit. device 42, second column switch device 43, second line memory 44, second column scanning circuit 51, second horizontal output circuit 45, column digital addition device 46, first column switch device 47, first line memory 48, The configuration includes a one-column scanning circuit 52, a first horizontal output circuit 49, and a timing control circuit 50.

このシステム構成において、タイミング制御回路50は、外部から入力されるマスタークロックおよび撮像素子制御部220から入力される制御信号に基づいて、行走査回路41、カラムAD変換装置42、第1カラムスイッチ装置47、第2カラムスイッチ装置43、カラムデジタル加算装置46、第1ラインメモリ48、第1ラインメモリ44、第1列走査回路52、第2列走査回路51などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、行走査回路41、カラムAD変換装置42、第1カラムスイッチ装置47、第2カラムスイッチ装置43、カラムデジタル加算装置46、第1ラインメモリ48、第1ラインメモリ44、第1列走査回路52、第2列走査回路51などに対して与える。 In this system configuration, the timing control circuit 50 controls the row scanning circuit 41, the column AD converter 42, and the first column switch device based on a master clock input from the outside and a control signal input from the image sensor control unit 220. 47, a clock signal that serves as a reference for the operation of the second column switch device 43, column digital addition device 46, first line memory 48, first line memory 44, first column scanning circuit 52, second column scanning circuit 51, etc. Generates control signals and the like, and includes a row scanning circuit 41, a column AD converter 42, a first column switch device 47, a second column switch device 43, a column digital adder 46, a first line memory 48, a first line memory 44, It is applied to the first column scanning circuit 52, the second column scanning circuit 51, etc.

画素アレイ部40には、撮像画素310と焦点検出画素311が2N行2M列分だけ2次元配置される。図26において左上の焦点検出画素311が1行目、1列目の画素であり、この画素にはベイヤー配列の緑色のフィルタが配置されることになる。この2N行2M列の画素配置に対して行毎に行制御線21(21(1)~21(2N))が配線され、列毎に2本の列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)が配線される。行制御線の数は全部で2N本となり、列信号線の数は全部で4M本となる。行制御線21(21(1)~21(2N))の各一端は、行走査回路41の各行に対応した各出力端に接続され、各行制御線21には制御信号R(1)~R(2N)が出力される。 In the pixel array section 40, imaging pixels 310 and focus detection pixels 311 are two-dimensionally arranged in 2N rows and 2M columns. In FIG. 26, the focus detection pixel 311 at the upper left is the pixel in the first row and first column, and a green filter in a Bayer array is arranged at this pixel. For this pixel arrangement of 2N rows and 2M columns, row control lines 21 (21(1) to 21(2N)) are wired for each row, and two column signal lines (22(1)a, 22(22N)) are wired for each column. (1)b to 22(2M)a, 22(2M)b) are wired. The total number of row control lines is 2N, and the total number of column signal lines is 4M. One end of each row control line 21 (21(1) to 21(2N)) is connected to each output terminal corresponding to each row of the row scanning circuit 41, and each row control line 21 receives control signals R(1) to R. (2N) is output.

同一行に配置された撮像画素310の光電変換部および焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。撮像画素310の光電変換部11は列毎に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(m)aに接続され、光電変換部11の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)aに出力される。また焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の一方の光電変換部13は列毎に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(m)bに接続され、光電変換部13の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)bに出力される。また焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の他方の光電変換部14は列毎に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(m)aに接続され、光電変換部14の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(m)aに出力される。例えば行走査回路41から与えられる制御信号R(L)により画素アレイ部40のL行目が選択された場合には、L行目の撮像画素310の光電変換部11の出力信号が列信号線(22(1)a~22(2M)a)に出力されL行目の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の出力信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力されることになる。この時Lが奇数の場合には、この行の偶数列には撮像画素310が配置されているため、偶数列に対応する列信号線22(2m)b上の信号は無効信号となる。またLが偶数の場合には、この行の奇数列には撮像画素310が配置されているため、奇数列に対応する列信号線22(2m+1)b上の信号は無効信号となる。 The photoelectric conversion unit of the imaging pixel 310 and the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the same row are connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and the control signal R(L ), charge accumulation control and signal readout control are performed at the same time. The photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 is connected to one column signal line 22(m)a of two column signal lines provided for each column, and the output signal (analog signal) of the photoelectric conversion unit 11 is a column signal. It is output to line 22(m)a. Further, one photoelectric conversion unit 13 of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 is connected to one column signal line 22(m)b of two column signal lines provided for each column, and The output signal (analog signal) of the converter 13 is output to the column signal line 22(m)b. Further, the other photoelectric conversion unit 14 of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 is connected to the other column signal line 22(m)a of the two column signal lines provided for each column, and is connected to the other column signal line 22(m)a of the two column signal lines provided for each column. The output signal (analog signal) of the converter 14 is output to the column signal line 22(m)a. For example, when the Lth row of the pixel array section 40 is selected by the control signal R (L) given from the row scanning circuit 41, the output signal of the photoelectric conversion section 11 of the imaging pixel 310 of the Lth row is transmitted to the column signal line. (22(1)a to 22(2M)a) and the output signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the L-th focus detection pixel 311 are output to the column signal lines (22(1)a, 22(1M)a). )b to 22(2M)a, 22(2M)b). If L is an odd number at this time, since the imaging pixels 310 are arranged in even columns of this row, the signal on the column signal line 22 (2m)b corresponding to the even columns becomes an invalid signal. Further, when L is an even number, since the imaging pixels 310 are arranged in the odd columns of this row, the signal on the column signal line 22(2m+1)b corresponding to the odd column becomes an invalid signal.

カラムAD変換装置42は、画素アレイ部40の画素列に対応して設けられた列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b毎に設けられた4M個のADC(アナログ-デジタル変換回路)23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)bを有し、画素アレイ部40の各画素から列毎に出力されるアナログ信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TA1に応じて、Hビットのデジタル信号(S(1)a、S(1)b~S(2M)a、S(2M)b)に変換して出力する。 The column AD converter 42 is provided for each column signal line 22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b provided corresponding to a pixel column of the pixel array section 40. It has 4M ADCs (Analog-to-Digital Conversion Circuits) 23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b, which are connected to each column from each pixel of the pixel array section 40. According to the control signal TA1 given from the timing control circuit 50, the analog signal output to b) and output.

第2カラムスイッチ装置43は、隣接した2列の画素列毎に設けられたM個のスイッチ24(1、2)~24(2M-1、2M)を有し、ADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)毎に出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TW2に応じて選択して出力する。 The second column switch device 43 has M switches 24 (1, 2) to 24 (2M-1, 2M) provided for each of two adjacent pixel columns, and has an ADC (23 (1) a , 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b) are selected and outputted according to the control signal TW2 given from the timing control circuit 50.

図27(a)、(b)は隣接した2列の画素列((2m+1)列と(2m+2)列)に設けられたスイッチ24(2m+1、2m+2)の選択動作を説明する図であって、スイッチ24(2m+1、2m+2)には2列の画素列((2m+1)列と(2m+2)列)に対応した4個のADC(23(2m+1)a、23(2m+1)b、23(2m+2)a、23(2m+2)b)から4つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)a、S(2m+2)bが入力される。スイッチ24(2m+1、2m+2)には2の倍数列、例えば4列の画素列((2m+1)列、(2m+2)列、(2m+3)列、(2m+4)列)に対応した4の倍数個、例えば8個のADC(23(2m+1)a、23(2m+1)b、23(2m+2)a、23(2m+2)b、23(2m+3)a、23(2m+3)b、23(2m+4)a、23(2m+4)b)から、4の倍数個、例えば8つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)a、S(2m+2)b、S(2m+3)a、S(2m+3)b、S(2m+4)a、S(2m+4)bが入力されることとしてもよい。その場合、例えば(2m+1)列に焦点検出画素311が配置され、かつ(2m+2)列、(2m+3)列、(2m+4)列にはいずれも撮像素子310が配置される。 FIGS. 27(a) and 27(b) are diagrams illustrating the selection operation of the switches 24 (2m+1, 2m+2) provided in two adjacent pixel columns ((2m+1) column and (2m+2) column), The switch 24 (2m+1, 2m+2) has four ADCs (23(2m+1)a, 23(2m+1)b, 23(2m+2)a) corresponding to two pixel columns ((2m+1) column and (2m+2) column). , 23(2m+2)b), four digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, S(2m+2)a, and S(2m+2)b are input. The switch 24 (2m+1, 2m+2) has multiples of 2 columns, for example, multiples of 4 corresponding to 4 pixel columns ((2m+1) column, (2m+2) column, (2m+3) column, (2m+4) column), for example. 8 ADCs (23(2m+1)a, 23(2m+1)b, 23(2m+2)a, 23(2m+2)b, 23(2m+3)a, 23(2m+3)b, 23(2m+4)a, 23(2m+4) )b), multiples of 4, for example, 8 digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, S(2m+2)a, S(2m+2)b, S(2m+3)a, S(2m+3)b , S(2m+4)a, and S(2m+4)b may be input. In that case, for example, the focus detection pixel 311 is arranged in the (2m+1) column, and the image sensor 310 is arranged in the (2m+2) column, the (2m+3) column, and the (2m+4) column.

図27(a)は行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行目が選択された場合のスイッチ24(2m+1、2m+2)の選択動作であり、スイッチ24(2m+1、2m+2)には奇数行目の偶数列目に配置された撮像画素310と奇数行目の奇数列目に焦点検出画素311に対応する4つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)a、S(2m+2)bが入力される。このうち信号S(2m+2)bは無効信号となる。 FIG. 27(a) shows the selection operation of the switches 24 (2m+1, 2m+2) when the odd-numbered row of the pixel array section 40 is selected by the row scanning circuit 41. Four digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, S(2m+2)a, S corresponding to the imaging pixels 310 arranged in even-numbered columns and the focus detection pixels 311 in odd-numbered rows and odd-numbered columns. (2m+2)b is input. Of these, the signal S(2m+2)b becomes an invalid signal.

スイッチ24(2m+1、2m+2)は第2カラムスイッチ装置43に入力される制御信号TW2(奇数行か偶数行かの識別情報)に応じて、デジタル加算用の一対の信号(Q(2m+1、2m+2)a、Q(2m+1、2m+2)b)として、焦点検出画素311の一対の光電変換部に対応したデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)bを選択して出力する。 The switch 24 (2m+1, 2m+2) outputs a pair of digital addition signals (Q(2m+1, 2m+2)a, As Q(2m+1, 2m+2)b), digital signals S(2m+1)a and S(2m+1)b corresponding to the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 are selected and output.

図27(b)は行走査回路41により画素アレイ部40の偶数行目が選択された場合のスイッチ24(2m+1、2m+2)の選択動作であり、スイッチ24(2m+1、2m+2)には偶数行目の奇数列目に配置された撮像画素310と偶数行目の偶数列目に焦点検出画素311に対応する4つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)a、S(2m+2)bが入力される。このうち信号S(2m+1)bは無効信号となる。 FIG. 27(b) shows the selection operation of the switches 24 (2m+1, 2m+2) when the even-numbered rows of the pixel array section 40 are selected by the row scanning circuit 41. Four digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, S(2m+2)a, S corresponding to the imaging pixels 310 arranged in odd-numbered columns and the focus detection pixels 311 in even-numbered columns of even-numbered rows. (2m+2)b is input. Of these, the signal S(2m+1)b becomes an invalid signal.

スイッチ24(2m+1、2m+2)は第2カラムスイッチ装置43に入力される制御信号TW2(奇数行か偶数行かの識別情報)に応じて、焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14に対応する一対の信号(Q(2m+1、2m+2)a、Q(2m+1、2m+2)b)として、焦点検出画素311の一対の光電変換部に対応したデジタル信号S(2m+2)a、S(2m+2)bを選択して出力する。 The switches 24 (2m+1, 2m+2) correspond to the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 according to the control signal TW2 (identification information for odd or even rows) input to the second column switch device 43. As the pair of signals (Q(2m+1, 2m+2)a, Q(2m+1, 2m+2)b), digital signals S(2m+2)a and S(2m+2)b corresponding to the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 are selected. and output it.

第2ラインメモリ44は、第2カラムスイッチ装置43のM個のスイッチ24(1、2)~24(2M-1、2M)毎に一対設けられた合計2M個のメモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)を有し、M個のスイッチ24(1、2)~24(2M-1、2M)毎に出力される焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14に対応する一対のデジタル信号(Q(1、2)a、Q(1、2)b~Q(2M-1、2M)a、Q(2M-1、2M)b)を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TM2に応じて、Hビットのデジタル信号として記憶する。ここで第2ラインメモリ44の各メモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(22M-1、2M)a、25(22M-1、2M)b)には1行分のM個の焦点検出画素について一対の光電変換部13,14の出力信号がデジタル信号として記憶されることになる。 The second line memory 44 includes a total of 2M memories (25 (1, 2 )a, 25(1,2)b~25(2M-1,2M)a, 25(2M-1,2M)b), and M switches 24(1,2)~24(2M- A pair of digital signals (Q(1,2)a, Q(1,2)b to Q(2M- 1, 2M)a, Q(2M-1, 2M)b) are stored as H-bit digital signals in accordance with the control signal TM2 given from the timing control circuit 50. Here, each memory (25(1, 2)a, 25(1, 2)b to 25(22M-1, 2M)a, 25(22M-1, 2M)b) of the second line memory 44 has one The output signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 for the M focus detection pixels of the row are stored as digital signals.

カラムデジタル加算装置46は、第2カラムスイッチ装置43のM個のスイッチ24(1、2)~24(2M-1、2M)毎に設けられた合計M個のデジタル加算回路(26(1、2)~26(2M-1、2M))を有し、M個のスイッチ24(1、2)~24(2M-1、2M)毎に出力される焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14に対応する一対のデジタル信号(Q(1、2)a、Q(1、2)b~Q(2M-1、2M)a、Q(2M-1、2M)b)を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TD1に応じて加算し、Hビットの加算デジタル信号(P(1、2)~P(2M-1、2M))として出力する。 The column digital adder 46 includes a total of M digital adder circuits (26(1, 2), 2) to 26 (2M-1, 2M)), and a pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixels 311 are output for each of the M switches 24 (1, 2) to 24 (2M-1, 2M). A pair of digital signals (Q (1, 2) a, Q (1, 2) b to Q (2M-1, 2M) a, Q (2M-1, 2M) b) corresponding to They are added in accordance with the control signal TD1 given from the control circuit 50 and output as an H-bit addition digital signal (P(1, 2) to P(2M-1, 2M)).

第1カラムスイッチ装置47は、隣接した2列の画素列毎に設けられたM個のスイッチ27(1、2)~27(2M-1、2M)を有し、2M個のADC(23(1)a~23(2M)a)毎に出力されるデジタル信号(S(1)a、S(2)a~S(2M-1)a、S(2M)a)と、M個のデジタル加算回路(26(1、2)~26(2M-1、2M))毎に出力される加算デジタル信号(P(1、2)~P(2M-1、2M))を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TW1(奇数行か偶数行かの識別情報)に応じて選択して出力する。 The first column switch device 47 has M switches 27 (1, 2) to 27 (2M-1, 2M) provided for each of two adjacent pixel columns, and 2M ADCs (23 ( 1) Digital signals (S(1)a, S(2)a to S(2M-1)a, S(2M)a) output for each a to 23(2M)a) and M digital signals The timing control circuit 50 outputs the addition digital signals (P(1, 2) to P(2M-1, 2M)) output from each addition circuit (26(1, 2) to 26(2M-1, 2M)). It selects and outputs according to the control signal TW1 (identification information of odd-numbered or even-numbered rows) given from .

図28(a)、(b)は隣接した2列の画素列((2m+1)列と(2m+2)列)に設けられたスイッチ27(2m+1、2m+2)の選択動作を説明する図であって、スイッチ27(2m+1、2m+2)には2列の画素列((2m+1)列と(2m+2)列)に対応した2個のADC(23(2m+1)a、23(2m+2)a)から2つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+2)aが入力されるとともに、デジタル加算回路26(2m+1、2m+2)から1つの加算デジタル信号P(2m+1、2m+2)が入力される。 FIGS. 28(a) and 28(b) are diagrams illustrating the selection operation of the switches 27 (2m+1, 2m+2) provided in two adjacent pixel columns ((2m+1) column and (2m+2) column), The switch 27 (2m+1, 2m+2) receives two digital signals from two ADCs (23(2m+1)a, 23(2m+2)a) corresponding to two pixel columns ((2m+1) column and (2m+2) column). S(2m+1)a and S(2m+2)a are input, and one addition digital signal P(2m+1, 2m+2) is input from the digital addition circuit 26 (2m+1, 2m+2).

図28(a)は行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行目が選択された場合のスイッチ27(2m+1、2m+2)の選択動作であり、スイッチ27(2m+1、2m+2)には奇数行目の偶数列目に配置された撮像画素310の光電変換部11に対応する1つのデジタル信号S(2m+2)aと奇数行目の奇数列目に配置された焦点検出画素311の光電変換部14に対応する1つのデジタル信号S(2m+1)aと、デジタル加算回路26(2m+1、2m+2)から奇数行目の奇数列目に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14に対応する一対の信号S(2m+1)a、(2m+1)bを加算した加算デジタル信号P(2m+1、2m+2)(撮像画素の信号に相当する)が入力される。このうち、ADC23(2m+1)aから入力された信号S(2m+1)aは撮像画素の信号に相当していない。 FIG. 28(a) shows the selection operation of the switches 27 (2m+1, 2m+2) when the odd-numbered row of the pixel array section 40 is selected by the row scanning circuit 41. One digital signal S(2m+2)a corresponding to the photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 arranged in the even-numbered column and the photoelectric conversion unit 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the odd-numbered column of the odd-numbered row Corresponding one digital signal S(2m+1)a and a pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the odd-numbered row and odd-numbered column from the digital addition circuit 26 (2m+1, 2m+2) An added digital signal P(2m+1, 2m+2) (corresponding to a signal of an imaging pixel) obtained by adding a pair of signals S(2m+1)a and (2m+1)b is input. Of these, the signal S(2m+1)a input from the ADC 23(2m+1)a does not correspond to the signal of the imaging pixel.

スイッチ27(2m+1、2m+2)は第1カラムスイッチ装置47に入力される制御信号TW1(奇数行か偶数行かの識別情報)に応じて、奇数列目に配置される仮想的な撮像画素の信号に相当する信号U(2m+1)として、焦点検出画素311の一対の光電変換部に対応したデジタル信号を加算したデジタル加算信号P(2m+1、2m+2)を選択して出力するとともに、偶数列目に配置される撮像画素の信号U(2m+1)として、撮像画素310に対応するデジタル信号S(2m+2)aを選択して出力する。 The switches 27 (2m+1, 2m+2) correspond to signals of virtual imaging pixels arranged in odd-numbered columns in accordance with the control signal TW1 (identification information of odd-numbered or even-numbered rows) input to the first column switch device 47. As the signal U(2m+1), a digital sum signal P(2m+1, 2m+2) obtained by adding the digital signals corresponding to the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 is selected and output, and is arranged in an even numbered column. The digital signal S(2m+2)a corresponding to the imaging pixel 310 is selected and output as the imaging pixel signal U(2m+1).

図28(b)は行走査回路41により画素アレイ部40の偶数行目が選択された場合のスイッチ27(2m+1、2m+2)の選択動作であり、スイッチ27(2m+1、2m+2)には偶数行目の奇数列目に配置された撮像画素310の光電変換部11に対応する1つのデジタル信号S(2m+1)aと偶数行目の偶数列目に配置された焦点検出画素311の光電変換部14に対応する1つのデジタル信号S(2m+2)aと、デジタル加算回路26(2m+1、2m+2)から偶数行目の偶数列目に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14に対応する一対の信号S(2m+2)a、(2m+2)bを加算した加算デジタル信号P(2m+1、2m+2)(撮像画素の信号に相当する)が入力される。このうち信号S(2m+2)aは撮像画素の信号に相当していない。 FIG. 28(b) shows the selection operation of the switches 27 (2m+1, 2m+2) when the even-numbered rows of the pixel array section 40 are selected by the row scanning circuit 41. One digital signal S(2m+1)a corresponding to the photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 arranged in the odd-numbered column and the photoelectric conversion unit 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the even-numbered column of the even-numbered row Corresponding one digital signal S(2m+2)a and a pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in even-numbered rows and even-numbered columns from the digital addition circuit 26 (2m+1, 2m+2) An added digital signal P(2m+1, 2m+2) (corresponding to a signal of an imaging pixel) obtained by adding a pair of signals S(2m+2)a and (2m+2)b is input. Of these, the signal S(2m+2)a does not correspond to the signal of the imaging pixel.

スイッチ27(2m+1、2m+2)は第1カラムスイッチ装置47に入力される制御信号TW1(奇数行か偶数行かの識別情報)に応じて、偶数列目に配置される仮想的な撮像画素の信号に相当する信号U(2m+2)として、焦点検出画素311の一対の光電変換部に対応したデジタル信号を加算したデジタル加算信号P(2m+1、2m+2)を選択して出力するとともに、奇数列目に配置される撮像画素の信号U(2m+1)として、撮像画素310に対応するデジタル信号S(2m+1)aを選択して出力する。 The switches 27 (2m+1, 2m+2) correspond to signals of virtual imaging pixels arranged in even-numbered columns in accordance with the control signal TW1 (identification information of odd-numbered or even-numbered rows) input to the first column switch device 47. As the signal U(2m+2), a digital sum signal P(2m+1, 2m+2) obtained by adding the digital signals corresponding to the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 is selected and output, and is arranged in an odd-numbered column. The digital signal S(2m+1)a corresponding to the imaging pixel 310 is selected and output as the imaging pixel signal U(2m+1).

第1ラインメモリ48は、カラムスイッチ装置47を構成するM個のスイッチ(27(1、2)~27(2M-1、2M))毎に一対設けられた2M個のメモリ(28(1)~28(2M))を有し、スイッチ(27(1、2)~27(2M-1、2M))毎に一対出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TM1に応じて、Hビットのデジタル信号として記憶する。ここで第1ラインメモリ48の各メモリ(28(1)~28(2M))には1行分の焦点検出画素について一対の光電変換部13,14の出力信号を加算した加算信号(撮像画素の出力信号に相当する)と撮像画素の光電変換部の出力信号が、焦点検出画素を撮像画素の配置順に応じてデジタル信号として記憶されることになる。 The first line memory 48 includes a pair of 2M memories (28(1) 28 (2M)), and outputs a pair of digital signals for each switch (27 (1, 2) to 27 (2M-1, 2M)) in accordance with the control signal TM1 given from the timing control circuit 50. and stored as an H-bit digital signal. Here, each memory (28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 contains an addition signal (imaging pixel ) and the output signal of the photoelectric conversion section of the imaging pixel are stored as digital signals according to the order in which the focus detection pixels are arranged.

第2列走査回路51は、シフトレジスタなどによって構成され、タイミング制御回路50の制御のもとに第2ラインメモリ44におけるメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M)a、25(2M)b)の列アドレスや列走査の制御を行う。第2ラインメモリ44は第2列走査回路51から与えられる走査信号TS2に応じて動作し、メモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)の各々で記憶されたHビットのデジタル信号は順に第2水平出力回路45に読み出され、当該第2水平出力回路45を経由して焦点検出用の一対の光電変換部13,14の出力信号(デジタル信号)として外部にシリアル出力(データ数は2M個)される。 The second column scanning circuit 51 is constituted by a shift register or the like, and under the control of the timing control circuit 50, the memories (25(1)a, 25(1)b to 25(2M)a) in the second line memory 44 are , 25(2M)b) and column scanning. The second line memory 44 operates according to the scanning signal TS2 given from the second column scanning circuit 51, and the second line memory 44 operates in accordance with the scanning signal TS2 given from the second column scanning circuit 51. The H-bit digital signals stored in each of a, 25 (2M-1, 2M) b) are sequentially read out to the second horizontal output circuit 45, and are used for focus detection via the second horizontal output circuit 45. The output signals (digital signals) of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 are serially output to the outside (the number of data is 2M pieces).

第1列走査回路52は、シフトレジスタなどによって構成され、タイミング制御回路50の制御のもとに第1ラインメモリ48におけるメモリ(28(1)~28(2M))の列アドレスや列走査の制御を行う。第1ラインメモリ48は第1列走査回路52から与えられる走査信号TS1に応じて動作し、メモリ(28(1)~28(2M))の各々で記憶されたHビットのデジタル信号および加算デジタル信号は順に第1水平出力回路49に読み出され、当該第1水平出力回路49を経由して撮像画素配列の出力信号と同等な出力信号(デジタル信号)として外部にシリアル出力される。 The first column scanning circuit 52 is configured with a shift register or the like, and controls the column addresses of the memories (28(1) to 28(2M)) in the first line memory 48 and column scanning under the control of the timing control circuit 50. Take control. The first line memory 48 operates in response to the scanning signal TS1 given from the first column scanning circuit 52, and includes the H-bit digital signal stored in each of the memories (28(1) to 28(2M)) and the addition digital signal. The signals are sequentially read out to the first horizontal output circuit 49, and serially output to the outside as an output signal (digital signal) equivalent to the output signal of the imaging pixel array via the first horizontal output circuit 49.

次に、図26に示した撮像素子の構成において、1フレーム期間中に焦点検出画素の一対の光電変換部の出力信号(焦点検出用の信号)の個別読出し動作と撮像画素の出力信号に相当する出力信号(画像処理用の信号)の読出し動作を並行して行う場合について、図29のタイミングチャートを用いて説明する。 Next, in the configuration of the image sensor shown in FIG. 26, this corresponds to the individual readout operation of the output signals (signals for focus detection) of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel and the output signal of the imaging pixel during one frame period. A case where readout operations of output signals (signals for image processing) are performed in parallel will be described using the timing chart of FIG. 29.

図26に示した撮像素子の構成において、行走査回路41による行走査選択動作の概要は図11に示す動作と同一である。 In the configuration of the image sensor shown in FIG. 26, the outline of the row scanning selection operation by the row scanning circuit 41 is the same as the operation shown in FIG.

図29は、図11における(2n+1)行、(2n+2)行、(2n+3)行の動作部分を拡大した図である。制御信号R(2n+1)により画素アレイ部40の(2n+1)行が選択されると、(2n+1)行の1ライン分の焦点検出画素311と撮像画素310のアナログ信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力される。列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力された(2n+1)行の1ライン分の奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のアナログ信号と偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のアナログ信号は制御信号TA1に応じて、列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)に接続されたカラムAD変換装置42のADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)によりデジタル信号に変換される。 FIG. 29 is an enlarged view of the operating portions of rows (2n+1), (2n+2), and (2n+3) in FIG. 11. When the (2n+1) row of the pixel array section 40 is selected by the control signal R(2n+1), the analog signals of the focus detection pixels 311 and the imaging pixels 310 for one line of the (2n+1) row are transferred to the column signal line (22(1) )a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b). Focus detection pixels arranged in odd-numbered columns for one line of (2n+1) rows output to column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b) The analog signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of 311 and the analog signals of the photoelectric converters 11 of the imaging signals 310 arranged in even-numbered columns are transmitted to the column signal lines 22(1)a, 22() according to the control signal TA1. 1) b to 22(2M)a, ADC of column AD converter 42 connected to 22(2M) (23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b) is converted into a digital signal by

カラムAD変換装置42から第2カラムスイッチ装置43に入力される(2n+1)行の1ライン分の奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号と偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号は、制御信号TW2に応じて、第2カラムスイッチ装置43(24(1、2)~24(2M-1、2M))により奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号が選択されて出力される。 The digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the odd-numbered columns for one line of (2n+1) rows and the even-numbered columns are input from the column AD converter 42 to the second column switch device 43. The digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the image pickup signal 310 arranged in The digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged at are selected and output.

第2カラムスイッチ装置43(24(1、2)~24(2M-1、2M))から出力される奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、制御信号TM2に応じて、第2ラインメモリ44の2M個のメモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)に記憶される。 The digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in odd-numbered columns output from the second column switch device 43 (24 (1, 2) to 24 (2M-1, 2M)) are , 2M memories (25(1,2)a, 25(1,2)b to 25(2M-1, 2M)a, 25(2M-1) of the second line memory 44 according to the control signal TM2. , 2M)b).

それと同時に奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、制御信号TD1に応じて、カラムデジタル加算装置46のM個のデジタル加算回路(26(1、2)~26(2M-1、2M))により加算されて出力される。 At the same time, the digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in odd-numbered columns are transmitted to the M digital adder circuits (26(1, 2) to 26 (2M-1, 2M)) are added and output.

第1カラムスイッチ装置47に入力される奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部の一方の光電変換部14に対応するデジタル信号と偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号と奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13、14に対応するデジタル信号を加算した加算デジタル信号は、制御信号TW1に応じて、第1カラムスイッチ装置47(27(1、2)~27(2M-1、2M))により奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号と偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号とが選択され、奇数列の撮像画素の出力信号として奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号が出力され、偶数列の撮像画素の出力信号として偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号が出力される。 The digital signal corresponding to one of the photoelectric conversion units 14 of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixels 311 arranged in the odd-numbered columns is input to the first column switch device 47, and the photoelectric signal of the imaging signal 310 arranged in the even-numbered columns is input to the first column switch device 47. The added digital signal obtained by adding the digital signal of the converter 11 and the digital signals corresponding to the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in odd-numbered columns is sent to the first column switch according to the control signal TW1. The device 47 (27(1, 2) to 27(2M-1, 2M)) adds digital signals from the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in the odd numbered columns and the summed digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 arranged in the even numbered columns. The digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the image pickup signal 310 is selected, and the summed digital signal of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the odd number column is output as the output signal of the image pickup pixel in the odd number column. Then, the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging signal 310 arranged in the even-numbered columns is output as the output signal of the imaging pixels in the even-numbered columns.

第1カラムスイッチ装置47により選択出力された奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号と偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号とは、制御信号TM1に応じて、第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶される。 The summed digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in odd-numbered columns and the photoelectric conversion units 11 of the imaging signals 310 arranged in even-numbered columns are selectively outputted by the first column switch device 47. The digital signal is stored in the memories ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 according to the control signal TM1.

第2ラインメモリ44の2M個のメモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)に記憶された(2n+1)行の奇数列に配置されたM個の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、走査信号TS2に応じて、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第2水平出力回路45から外部に順次シリアル出力される。 The data is stored in 2M memories (25(1, 2)a, 25(1, 2)b to 25(2M-1, 2M)a, 25(2M-1, 2M)b) of the second line memory 44. The digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the M focus detection pixels 311 arranged in (2n+1) rows and odd-numbered columns are transmitted in response to the scanning signal TS2 until the next horizontal synchronization signal HS is generated. The second horizontal output circuit 45 serially outputs the signals to the outside during the period .

同じく第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶された(2n+1)行の撮像画素の出力信号に相当する2M個のデジタル信号(奇数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号と偶数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号)は、走査信号TS1に応じて、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第1水平出力回路49から外部に順次シリアル出力される。 Similarly, 2M digital signals corresponding to the output signals of the (2n+1) rows of imaging pixels stored in the memory ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 (focal points arranged in odd-numbered columns) The summed digital signal of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the detection pixel 311 and the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging signal 310 arranged in an even numbered column are converted into the next horizontal synchronization signal HS according to the scanning signal TS1. The signals are serially output from the first horizontal output circuit 49 to the outside during the period until this occurs.

次の水平同期信号HSに同期して制御信号R(2n+2)が発せられ、画素アレイ部40の(2n+2)行が選択されると、(2n+2)行の1ライン分の焦点検出画素311と撮像画素310のアナログ信号が列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力される。列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)に出力された(2n+2)行の1ライン分の偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のアナログ信号と奇数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のアナログ信号は制御信号TA1に応じて、列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)に接続されたカラムAD変換装置42のADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a、23(2M)b)によりデジタル信号に変換される。 When the control signal R(2n+2) is emitted in synchronization with the next horizontal synchronization signal HS and the (2n+2) row of the pixel array section 40 is selected, one line of focus detection pixels 311 in the (2n+2) row and the imaging Analog signals from the pixels 310 are output to column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b). Focus detection pixels arranged in even-numbered columns for one line of (2n+2) rows output to column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22(2M)b) The analog signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of 311 and the analog signals of the photoelectric converters 11 of the image pickup signals 310 arranged in odd-numbered columns are transmitted to the column signal lines 22(1)a, 22() according to the control signal TA1. 1) b to 22(2M)a, ADC of column AD converter 42 connected to 22(2M) (23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a, 23(2M)b) is converted into a digital signal by

カラムAD変換装置42から第2カラムスイッチ装置43に入力される(2n+2)行の1ライン分の偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号と奇数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号は、制御信号TW2に応じて、第2カラムスイッチ装置43(24(1、2)~24(2M-1、2M))により偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号が選択されて出力される。 The digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in the even columns for one line of (2n+2) rows and the odd columns are input from the column AD converter 42 to the second column switch device 43. The digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the image pickup signal 310 arranged in The digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged at are selected and output.

第2カラムスイッチ装置43(24(1、2)~24(2M-1、2M))から出力される偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、制御信号TM2に応じて、第2ラインメモリ44の2M個のメモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)に記憶される。 The digital signals of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in even-numbered columns output from the second column switch device 43 (24 (1, 2) to 24 (2M-1, 2M)) are , 2M memories (25(1,2)a, 25(1,2)b to 25(2M-1, 2M)a, 25(2M-1) of the second line memory 44 according to the control signal TM2. , 2M)b).

それと同時に偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、制御信号TD1に応じて、カラムデジタル加算装置46のM個のデジタル加算回路(26(1、2)~26(2M-1、2M))により加算されて出力される。 At the same time, the digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in even-numbered columns are transmitted to the M digital adder circuits (26(1, 2) to 26 (2M-1, 2M)) are added and output.

第1カラムスイッチ装置47に入力される偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部の一方の光電変換部14に対応するデジタル信号と奇数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号と偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13、14に対応するデジタル信号を加算した加算デジタル信号は、制御信号TW1に応じて、第1カラムスイッチ装置47(27(1、2)~27(2M-1、2M))により偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号と奇数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号とが選択され、偶数列の撮像画素の出力信号として偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号が出力され、奇数列の撮像画素の出力信号として奇数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号が出力される。 The digital signal corresponding to one of the photoelectric conversion units 14 of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixels 311 arranged in the even-numbered columns is input to the first column switch device 47, and the photoelectric signal of the imaging signal 310 arranged in the odd-numbered columns is input to the first column switch device 47. The added digital signal obtained by adding the digital signal of the converter 11 and the digital signals corresponding to the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in even-numbered columns is sent to the first column switch according to the control signal TW1. The device 47 (27(1, 2) to 27(2M-1, 2M)) adds digital signals from the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in even numbered columns and the summed digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 arranged in odd numbered columns. The digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the image pickup signal 310 is selected, and the added digital signal of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the even number column is output as the output signal of the image pickup pixel in the even number column. Then, the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging signal 310 arranged in the odd-numbered columns is output as the output signal of the imaging pixels in the odd-numbered columns.

第1カラムスイッチ装置47により選択出力された偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号と奇数列に配置された撮像信号310の光電変換部11のデジタル信号とは、制御信号TM1に応じて、第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶される。 The addition digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixels 311 arranged in even numbered columns selected and outputted by the first column switch device 47 and the photoelectric conversion unit 11 of the image pickup signal 310 arranged in odd numbered columns. The digital signal is stored in the memories ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 according to the control signal TM1.

第2ラインメモリ44の2M個のメモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)に記憶された(2n+2)行の偶数列に配置されたM個の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデジタル信号は、走査信号TS2に応じて、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第2水平出力回路45から外部に順次シリアル出力される。第2水平出力回路45から出力されたデジタル信号に基づき、ボディ駆動制御装置214の焦点検出用のCPUa222が、図13に示すように、交換レンズ202(光学系)の焦点状態を検出し、その焦点状態を調節する。 The data is stored in 2M memories (25(1, 2)a, 25(1, 2)b to 25(2M-1, 2M)a, 25(2M-1, 2M)b) of the second line memory 44. The digital signals of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the M focus detection pixels 311 arranged in (2n+2) rows and even columns are transmitted in accordance with the scanning signal TS2 until the next horizontal synchronization signal HS is generated. The second horizontal output circuit 45 serially outputs the signals to the outside during the period . Based on the digital signal output from the second horizontal output circuit 45, the focus detection CPUa 222 of the body drive control device 214 detects the focus state of the interchangeable lens 202 (optical system), as shown in FIG. Adjust focus state.

同じく第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶された(2n+2)行の撮像画素の出力信号に相当する2M個のデジタル信号(偶数列に配置された焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号と奇数列に配置された撮像画素310の光電変換部11のデジタル信号)は、走査信号TS1に応じて、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第1水平出力回路49から外部に順次シリアル出力される。第1水平出力回路49から出力された2M個のデジタル信号(偶数列の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号および奇数列の撮像画素310の光電変換部11のデジタル信号)に基づき、ボディ駆動制御装置214の画像処理用のCPUb223が、図14に示すように、画像データを生成する。ただし、本実施の形態では、図14のステップS210において、第1水平出力回路49から出力された2M個のデジタル信号(偶数列の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号および奇数列の撮像画素310の光電変換部11のデジタル信号)のデータが読み出され、その読み出されたデータに対して表示用の画像処理が行なわれてから電子ビューファインダーに表示される。また、図14のステップS230においては、第1水平出力回路49から出力された2M個のデジタル信号(偶数列の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の加算デジタル信号および奇数列の撮像画素310の光電変換部11のデジタル信号)のデータが読み出され、その読み出されたデータに対して周知の画像処理(デモザイク処理、ノイズ処理、階調処理、ホワイトバランス処理など)が施されて画像データが生成される。 2M digital signals corresponding to the output signals of the (2n+2) rows of imaging pixels stored in the memory ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48 (focal points arranged in even columns) The summed digital signal of the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the detection pixel 311 and the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 arranged in the odd-numbered column are converted into the next horizontal synchronization signal HS according to the scanning signal TS1. 2M digital signals outputted from the first horizontal output circuit 49 (photoelectric conversion of a pair of focus detection pixels 311 in even-numbered columns) are sequentially output serially to the outside from the first horizontal output circuit 49 until the Based on the addition digital signals of the units 13 and 14 and the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the odd-numbered imaging pixels 310, the image processing CPUb 223 of the body drive control device 214 converts the image data as shown in FIG. However, in this embodiment, in step S210 in FIG. and the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the odd-numbered imaging pixels 310) are read out, image processing for display is performed on the read data, and then the data is displayed on the electronic viewfinder. In addition, in step S230 of FIG. and the digital signal of the photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 in the odd-numbered column) is read out, and the read data is subjected to well-known image processing (demosaic processing, noise processing, gradation processing, white balance processing). etc.) are applied to generate image data.

次の水平同期信号HSに同期して制御信号R(2n+3)が発せられ、画素アレイ部40の(2n+3)行が選択されると、(2n+3)行の1ライン分の焦点検出画素311と撮像画素310に対して制御信号R(2n+1)の場合と同様な動作で処理が繰り返される。 When the control signal R(2n+3) is emitted in synchronization with the next horizontal synchronization signal HS and the (2n+3) row of the pixel array section 40 is selected, one line of focus detection pixels 311 in the (2n+3) row and the imaging Processing is repeated for the pixel 310 in the same manner as in the case of the control signal R(2n+1).

以上のように第3実施形態においては画素アレイ部40撮像画素310と焦点検出画素311を混在させ、ベイヤー配列の緑色フィルタの位置に焦点検出画素311を配置し、赤色フィルタおよび青色フィルタの位置に撮像画素310を配置するとともに、行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行と偶数行のどちらが走査されたかによって、第1カラムスイッチ装置47、第2カラムスイッチ装置43の選択処理を切替えているため、図10の撮像素子の構成に比較して、スイッチ回路と比較して回路規模が大きいカラムデジタル加算装置46を構成するデジタル回路の個数を削減(2M個からM個に削減)でき、同じくスイッチ回路と比較して回路規模が大きい第2ラインメモリ44を構成するメモリの個数を削減(4M個から2M個)でき、撮像素子の構成を簡素化することができる。同時に第2水平出力回路45から水平走査期間中に出力されるデータ数が図10の撮像素子の構成に比較して半減(4M個から2M個に削減)され、第1水平出力回路49から水平走査期間中に出力されるデータ数と同じになり、データ転送レートを下げることができる。また第2水平出力回路45から読み出される焦点検出用のデータは緑色フィルタを備える焦点検出画素のデータに統一されており、焦点検出に都合が良い(自然界には緑色のコントラストを有する被写体が多いとともに、一般的に撮影レンズに色収差がある場合には緑色に対する焦点位置を合焦位置とする)。 As described above, in the third embodiment, the pixel array section 40 imaging pixel 310 and the focus detection pixel 311 are mixed, the focus detection pixel 311 is arranged at the position of the green filter of the Bayer array, and the focus detection pixel 311 is arranged at the position of the red filter and the blue filter. In addition to arranging the imaging pixels 310, the selection process of the first column switch device 47 and the second column switch device 43 is switched depending on whether the row scanning circuit 41 scans an odd numbered row or an even numbered row of the pixel array section 40. Therefore, compared to the configuration of the image sensor shown in FIG. 10, the number of digital circuits constituting the column digital adder 46, which is larger in circuit scale than the switch circuit, can be reduced (reduced from 2M to M). The number of memories constituting the second line memory 44, which has a larger circuit scale than a switch circuit, can be reduced (from 4M to 2M), and the configuration of the image sensor can be simplified. At the same time, the number of data output from the second horizontal output circuit 45 during the horizontal scanning period is halved (reduced from 4M to 2M) compared to the configuration of the image sensor shown in FIG. This is the same as the number of data output during the scanning period, and the data transfer rate can be lowered. In addition, the data for focus detection read out from the second horizontal output circuit 45 is unified with the data of the focus detection pixel equipped with a green filter, which is convenient for focus detection (in nature, there are many objects with green contrast, (Generally, if the photographic lens has chromatic aberration, the focal position for green is the focal position).

以上説明した第3実施形態においては、1行における第2列走査回路51の水平走査に応じた焦点検出用のデータの数と第1列走査回路52の水平走査に応じた画像用のデータの数が一致しているので、第2列走査回路51と第1列走査回路52を共通化(例えば第1列走査回路52の走査信号TS1を第2ラインメモリ44の走査信号TS2として使用する)することにより、撮像素子の構成をより簡素化することも可能である。 In the third embodiment described above, the number of focus detection data in one row corresponds to the horizontal scanning of the second column scanning circuit 51 and the number of image data in accordance with the horizontal scanning of the first column scanning circuit 52. Since the numbers match, the second column scanning circuit 51 and the first column scanning circuit 52 are shared (for example, the scanning signal TS1 of the first column scanning circuit 52 is used as the scanning signal TS2 of the second line memory 44). By doing so, it is also possible to further simplify the configuration of the image sensor.

以上説明した第3実施形態においては、焦点検出用に全ての焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを1フレーム毎に読み出すとして説明を行なったが、全て焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを読み出すのは負荷も多く、データ格納用に多量のメモリ容量も必要になるので、必要に応じてフレーム間引き(数フレームに1回読み出す)/行間引き(数行に1行読み出す)/行部分読出し(一部の行だけ読み出す)/列間引き(数列に1列読み出す)/列部分読出し(一部の列だけ読み出す)ようにしても構わない。 In the third embodiment described above, the data of the pair of photoelectric conversion units of all the focus detection pixels is read out for each frame for focus detection, but all of the data of the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixels are read out for each frame. It is a heavy load to read the data, and a large amount of memory capacity is required to store the data, so frame thinning (reading once every few frames) / line thinning (reading one line every few lines) / Partial row reading (reading only some rows)/column thinning (reading one column every few columns)/partial column reading (reading only some columns) may be used.

図30は行部分読出し((2n+2)行目のみ焦点検出画素の一対の光電変換部のデータを読み出す)を行なう場合の、図29に対応したタイミングチャートである。制御信号R(2n+2)により画素アレイ部40の(2n+2)行が選択された場合の動作は図29と同一である。一方(2n+2)行以外が選択された場合(図30の制御信号R(2n+1)、制御信号R(2n+3)に応じた動作)には、制御信号TM2が発生せず、第2ラインメモリ44のメモリ(25(1、2)a、25(1、2)b~25(2M-1、2M)a、25(2M-1、2M)b)には焦点検出画素の一対の光電変換部のデータは記憶されない。また走査信号TS2も発生しないので、次の水平同期信号HSが発生するまでの期間に第2水平出力回路45から外部に順次シリアル出力もされない。 FIG. 30 is a timing chart corresponding to FIG. 29 when performing row partial readout (reading out data from a pair of photoelectric conversion units of focus detection pixels only in the (2n+2)th row). The operation when the (2n+2) row of the pixel array section 40 is selected by the control signal R(2n+2) is the same as that in FIG. 29. On the other hand, when a line other than (2n+2) rows is selected (operation according to control signal R(2n+1) and control signal R(2n+3) in FIG. 30), control signal TM2 is not generated and the second line memory 44 is The memories (25 (1, 2) a, 25 (1, 2) b to 25 (2M-1, 2M) a, 25 (2M-1, 2M) b) contain a pair of photoelectric conversion units of focus detection pixels. No data is stored. Furthermore, since the scanning signal TS2 is not generated, the second horizontal output circuit 45 is not serially output to the outside during the period until the next horizontal synchronizing signal HS is generated.

行部分読出しする行や列部分読出しする列は選択された焦点検出エリアの位置に応じて、ボディ駆動制御装置214から撮像素子212に情報を送付して変更可能にすることができる。 The row for partial readout and the column for partial readout can be changed by sending information from the body drive control device 214 to the image sensor 212, depending on the position of the selected focus detection area.

以上説明した第3実施形態において、第1カラムスイッチ装置47を構成する各スイッチは図28で示すように、行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行が選択されているか偶数行が選択されているかに応じて、撮像画素の出力信号に相当する2つの信号を選択するとともに、選択されている行における画素並びに整合するように選択された2つの信号を振り分けて第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶しているが、選択された2つの信号を選択されている行における画素並び順に整合するように振り分けることなく固定的に第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に記憶するようにするとともに、第1列走査回路52が第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))に供給する走査信号TS1を行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行が選択されているか偶数行が選択されているかに応じて、選択されている行における画素並び順に整合するように走査信号TS1を変更して第1ラインメモリ48のメモリ((28(1)~28(2M))を走査するようにしてもよい。 In the third embodiment described above, each switch constituting the first column switch device 47 determines whether the row scanning circuit 41 selects an odd row or an even row of the pixel array section 40, as shown in FIG. In accordance with the output signal of the imaging pixel, two signals corresponding to the output signal of the imaging pixel are selected, and the selected two signals are distributed so as to match the pixels in the selected row and are stored in the memory of the first line memory 48. ((28(1) to 28(2M)), the selected two signals are fixedly stored in the first line memory 48 without being distributed to match the pixel arrangement order in the selected row. (28(1) to 28(2M)), and the first column scanning circuit 52 supplies the data to the memory ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48. The row scanning circuit 41 sends the scanning signal TS1 to match the pixel arrangement order in the selected row depending on whether an odd numbered row or an even numbered row of the pixel array section 40 is selected. It may be modified to scan the memory ((28(1) to 28(2M)) of the first line memory 48.

<第4実施形態>
第4実施形態は第3実施形態の変形例であって、図31に示す第4実施形態の撮像素子212の構成において、図26の構成と同一な部分は説明を省略し、特徴的な部分のみについて説明する。画素アレイ部40における図26との相違点は、画素アレイ部40において、図26では列毎に2本の列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M)a、22(2M)b)が配線され、列信号線の数は全部で4M本であったのに対し、図31においては 偶数列においては列信号線の数が1本に削減され、奇数列の列信号線を共用することにより、列信号線の数は全部で3M本に削減されている点である。第4実施形態においては列信号線の本数を減らすことにより、画素アレイ部40における配線レイアウトの過密状態を緩和するとともに、光電変換部の面積の増加が可能となり、より高画質な画像取得と高精度な焦点検出が可能になる。
<Fourth embodiment>
The fourth embodiment is a modification of the third embodiment, and in the configuration of the image sensor 212 of the fourth embodiment shown in FIG. will be explained only. The difference between the pixel array section 40 and FIG. 26 is that in the pixel array section 40, two column signal lines (22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a, 22 (2M)b), and the number of column signal lines was 4M in total.In contrast, in Figure 31, the number of column signal lines is reduced to 1 in the even columns, and the number of column signal lines in the odd columns is reduced to 1. By sharing the column signal lines, the number of column signal lines is reduced to 3M in total. In the fourth embodiment, by reducing the number of column signal lines, it is possible to alleviate the overcrowding of the wiring layout in the pixel array section 40 and increase the area of the photoelectric conversion section. Accurate focus detection becomes possible.

また第4実施形態においては列信号線の本数の減少に伴い、カラムAD変換装置42を構成するADCの個数も削減(4M個から3M個)でき、撮像素子の構成を簡素化することができる。 Furthermore, in the fourth embodiment, as the number of column signal lines is reduced, the number of ADCs forming the column AD converter 42 can also be reduced (from 4M to 3M), and the configuration of the image sensor can be simplified. .

図31において、行制御線21(21(1)~21(2N))の各一端は、行走査回路41の各行に対応した各出力端に接続され、各行制御線21には制御信号R(1)~R(2N)が出力される。 In FIG. 31, one end of each of the row control lines 21 (21(1) to 21(2N)) is connected to each output end corresponding to each row of the row scanning circuit 41, and each row control line 21 receives a control signal R( 1) to R(2N) are output.

同一行に配置された撮像画素310の光電変換部および焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。画素アレイ部40において奇数列には2本の列信号線22(2m+1)a、22(2m+1)bが配置され、偶数列には1本の列信号線22(2m+2)aが配置される。奇数列に設けられた撮像画素310の光電変換部11と奇数列に設けられた焦点検出画素311の光電変換部14は奇数列に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(2m+1)aに接続され、奇数列に設けられた焦点検出画素311の光電変換部13は奇数列に設けられたもう一方の列信号線22(2m+1)bに接続される。また偶数列に設けられた撮像画素310の光電変換部11と偶数列に設けられた焦点検出画素311の光電変換部14は偶数列に設けられた列信号線22(2m+2)aに接続され、偶数列に設けられた焦点検出画素311の光電変換部13は奇数列に設けられた列信号線22(2m+1)bに接続される。 The photoelectric conversion unit of the imaging pixel 310 and the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 arranged in the same row are connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and the control signal R(L ), charge accumulation control and signal readout control are performed at the same time. In the pixel array section 40, two column signal lines 22(2m+1)a and 22(2m+1)b are arranged in odd-numbered columns, and one column signal line 22(2m+2)a is arranged in even-numbered columns. The photoelectric conversion unit 11 of the imaging pixel 310 provided in the odd numbered column and the photoelectric conversion unit 14 of the focus detection pixel 311 provided in the odd numbered column are connected to one column signal line 22 of the two column signal lines provided in the odd numbered column. (2m+1)a, and the photoelectric conversion unit 13 of the focus detection pixel 311 provided in an odd numbered column is connected to the other column signal line 22(2m+1)b provided in an odd numbered column. Further, the photoelectric conversion units 11 of the imaging pixels 310 provided in the even-numbered columns and the photoelectric conversion units 14 of the focus detection pixels 311 provided in the even-numbered columns are connected to the column signal line 22 (2m+2)a provided in the even-numbered columns, The photoelectric conversion units 13 of the focus detection pixels 311 provided in even-numbered columns are connected to the column signal lines 22(2m+1)b provided in odd-numbered columns.

例えば行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行目が選択された場合には、奇数行目の撮像画素310の光電変換部11の出力信号が列信号線22(2m+2)aに出力され、奇数行目の焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14の出力信号が列信号線22(2m+1)a、22(2m+1)bに出力されることになる。また行走査回路41により画素アレイ部40の偶数行目が選択された場合には、偶数行目の撮像画素310の光電変換部11の出力信号が列信号線22(2m+1)aに出力され、偶数行目の焦点検出画素311の光電変換部14の出力信号が列信号線22(2m+2)aに出力され、偶数行目の焦点検出画素311の光電変換部13の出力信号が列信号線22(2m+1)bに出力されることになる。 For example, when the row scanning circuit 41 selects an odd row of the pixel array section 40, the output signal of the photoelectric conversion section 11 of the imaging pixel 310 of the odd row is output to the column signal line 22(2m+2)a, Output signals from the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the odd-numbered focus detection pixels 311 are output to the column signal lines 22(2m+1)a and 22(2m+1)b. Further, when the even-numbered row of the pixel array section 40 is selected by the row scanning circuit 41, the output signal of the photoelectric conversion section 11 of the imaging pixel 310 of the even-numbered row is output to the column signal line 22(2m+1)a, The output signal of the photoelectric conversion unit 14 of the focus detection pixel 311 in the even-numbered row is output to the column signal line 22 (2m+2)a, and the output signal of the photoelectric conversion unit 13 of the focus detection pixel 311 in the even-numbered row is output to the column signal line 22 It will be output to (2m+1)b.

カラムAD変換装置42は、画素アレイ部40の画素列に対応して設けられた3M本の列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M)a毎に設けられた3M個のADC(アナログ-デジタル変換回路)23(1)a、23(1)b~23(2M)aを有し、画素アレイ部40の各画素から列毎に出力されるアナログ信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TA1に応じて、Hビットのデジタル信号(S(1)a、S(1)b~S(2M)a)に変換して出力する。 The column AD converter 42 has 3M column signal lines 22(1)a, 22(1)b to 22(2M)a provided corresponding to the pixel columns of the pixel array section 40. ADCs (Analog-to-Digital Conversion Circuits) 23(1)a, 23(1)b to 23(2M)a are provided, and the analog signals output from each pixel of the pixel array section 40 for each column are According to the control signal TA1 given from the control circuit 50, it is converted into an H-bit digital signal (S(1)a, S(1)b to S(2M)a) and output.

第2カラムスイッチ装置43は、隣接した2列の画素列毎に設けられたM個のスイッチ24(1、2)~24(2M-1、2M)を有し、ADC(23(1)a、23(1)b~23(2M)a)毎に出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TW2に応じて選択して出力する。 The second column switch device 43 has M switches 24 (1, 2) to 24 (2M-1, 2M) provided for each of two adjacent pixel columns, and has an ADC (23 (1) a , 23(1)b to 23(2M)a) are selected and outputted according to the control signal TW2 given from the timing control circuit 50.

図32は(a)、(b)は隣接した2列の画素列((2m+1)列と(2m+2)列)に設けられたスイッチ24(2m+1、2m+2)の選択動作を説明する図であって、スイッチ24(2m+1、2m+2)には奇数列(2m+1)列に対応した2個のADC(23(2m+1)a、23(2m+1)b)と偶数列(2m+2)列に対応した1個のADC(23(2m+2)a)から3つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)aが入力される。 32A and 32B are diagrams illustrating the selection operation of the switches 24 (2m+1, 2m+2) provided in two adjacent pixel columns ((2m+1) column and (2m+2) column). , the switch 24 (2m+1, 2m+2) has two ADCs (23(2m+1)a, 23(2m+1)b) corresponding to the odd numbered columns (2m+1) and one ADC corresponding to the even numbered columns (2m+2). Three digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, and S(2m+2)a are input from (23(2m+2)a).

図32(a)は行走査回路41により画素アレイ部40の奇数行目が選択された場合のスイッチ24(2m+1、2m+2)の選択動作であり、スイッチ24(2m+1、2m+2)には奇数行目の偶数列目に配置された撮像画素310と奇数行目の奇数列目に焦点検出画素311に対応する3つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)aが入力される。 FIG. 32(a) shows the selection operation of the switch 24 (2m+1, 2m+2) when the odd-numbered row of the pixel array section 40 is selected by the row scanning circuit 41. Three digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, and S(2m+2)a corresponding to the imaging pixels 310 arranged in even-numbered columns and the focus detection pixels 311 in odd-numbered rows and odd-numbered columns are input. be done.

スイッチ24(2m+1、2m+2)は第2カラムスイッチ装置43に入力される制御信号TW2(奇数行を示す)に応じて、デジタル加算用の一対の信号(Q(2m+1、2m+2)a、Q(2m+1、2m+2)b)として、焦点検出画素311の一対の光電変換部に対応したデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)bを選択して出力する。 The switch 24 (2m+1, 2m+2) outputs a pair of digital addition signals (Q(2m+1, 2m+2)a, Q(2m+1) , 2m+2)b), digital signals S(2m+1)a and S(2m+1)b corresponding to the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 are selected and output.

図32(b)は行走査回路41により画素アレイ部40の偶数行目が選択された場合のスイッチ24(2m+1、2m+2)の選択動作であり、スイッチ24(2m+1、2m+2)には偶数行目の奇数列目に配置された撮像画素310と偶数行目の偶数列目に焦点検出画素311に対応する3つのデジタル信号S(2m+1)a、S(2m+1)b、S(2m+2)aが入力される。 FIG. 32(b) shows the selection operation of the switches 24 (2m+1, 2m+2) when the even-numbered rows of the pixel array section 40 are selected by the row scanning circuit 41. Three digital signals S(2m+1)a, S(2m+1)b, and S(2m+2)a corresponding to the imaging pixels 310 arranged in odd-numbered columns and the focus detection pixels 311 in even-numbered columns of even-numbered rows are input. be done.

スイッチ24(2m+1、2m+2)は第2カラムスイッチ装置43に入力される制御信号TW2(偶数行を示す)に応じて、焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14に対応する一対の信号(Q(2m+1、2m+2)a、Q(2m+1、2m+2)b)として、焦点検出画素311の一対の光電変換部に対応したデジタル信号S(2m+2)a、S(2m+1)bを選択して出力する。 The switch 24 (2m+1, 2m+2) outputs a pair of signals corresponding to the pair of photoelectric conversion units 13 and 14 of the focus detection pixel 311 according to the control signal TW2 (indicating an even numbered row) input to the second column switch device 43. As (Q(2m+1, 2m+2)a, Q(2m+1, 2m+2)b), digital signals S(2m+2)a and S(2m+1)b corresponding to the pair of photoelectric conversion units of the focus detection pixel 311 are selected and output. do.

<第5実施形態>
第5実施形態は第3実施形態における画素アレイ部の焦点検出画素の構成の変形例である。図33は図25の画素レイアウト図に対応した図(フィルタ配列は図4に対応している)であって、図25の偶数行目に配置された焦点検出画311が、垂直方向に並置された一対の光電変換部16,17を有する焦点検出画素312に置換される。
<Fifth embodiment>
The fifth embodiment is a modification of the configuration of the focus detection pixels of the pixel array section in the third embodiment. FIG. 33 is a diagram corresponding to the pixel layout diagram in FIG. 25 (the filter arrangement corresponds to FIG. 4), in which the focus detection images 311 arranged in even-numbered rows in FIG. The focus detection pixel 312 is replaced with a focus detection pixel 312 having a pair of photoelectric conversion units 16 and 17.

即ち奇数行においては、奇数列に焦点検出画素311、偶数列には撮像画素310が配置され、偶数行においては、奇数列に撮像画素310,偶数列に焦点検出画素312が配置される。ベイヤー配列の色フィルタの観点では、焦点検出画素311と焦点検出画素312には緑色フィルタが備えられ、撮像画素310は赤色フィルタ又青色フィルタが備えられることになる。 That is, in odd-numbered rows, focus detection pixels 311 are arranged in odd-numbered columns and imaging pixels 310 are arranged in even-numbered columns, and in even-numbered rows, imaging pixels 310 are arranged in odd-numbered columns and focus detection pixels 312 are arranged in even-numbered columns. In terms of the Bayer array color filters, the focus detection pixel 311 and the focus detection pixel 312 are equipped with a green filter, and the imaging pixel 310 is equipped with a red filter or a blue filter.

図34は、図33に示す画素レイアウトを持つ撮像素子212の構成を示すブロック図であって、図26の構成と同一な部分は説明を省略し、特徴的な部分のみについて説明する。画素アレイ部40における図26との相違点は、偶数行目の偶数列において、垂直方向に分離した一対の光電変換部16,17を備える焦点検出画素312が配置されている点である。 FIG. 34 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 212 having the pixel layout shown in FIG. 33. Description of parts that are the same as the configuration of FIG. 26 will be omitted, and only characteristic parts will be described. The difference between the pixel array section 40 and FIG. 26 is that a focus detection pixel 312 including a pair of photoelectric conversion sections 16 and 17 separated in the vertical direction is arranged in an even numbered row and an even numbered column.

偶数行の偶数列に配置された各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)(Lは偶数)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。また偶数行の偶数列に各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の一方の光電変換部16は列毎に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(2m+2)aに接続され、光電変換部16の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+2)aに出力される。また各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の他方の光電変換部17は列毎に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(2m+2)bに接続され、光電変換部17の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+2)bに出力される。 A pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of each focus detection pixel 312 arranged in even-numbered rows and even-numbered columns are connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and the control signal R (L) (L is Charge accumulation control and signal readout control are simultaneously performed according to the even number). In addition, one photoelectric conversion unit 16 of a pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of each focus detection pixel 312 in an even numbered row and an even numbered column is connected to one column signal line 22 (2m+2 )a, and the output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 16 is output to the column signal line 22(2m+2)a. Further, the other photoelectric converter 17 of the pair of photoelectric converters 16 and 17 of each focus detection pixel 312 is connected to the other column signal line 22(2m+2)b of the two column signal lines provided for each column, The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 17 is output to the column signal line 22 (2m+2)b.

以上のような構成の撮像素子212を用いた場合には奇数行目の偶数列に配列された緑色フィルタを備えた焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデータを水平方向に光電変換部毎にグループ化した一対のデータを用いて水平方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になるとともに、偶数行目の偶数列に配置された緑色フィルタを備えた焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17のデータを光電変換部毎に垂直方向にグループ化した一対のデータを用いて垂直方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になる。 When using the image sensor 212 having the above configuration, the data of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 equipped with green filters arranged in odd rows and even columns is converted into photoelectric converters in the horizontal direction. Using a pair of data grouped for each conversion unit, phase difference detection is possible for subject images with contrast changes in the horizontal direction, and a focal point equipped with green filters arranged in even-numbered rows and columns Using a pair of data obtained by vertically grouping the data of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the detection pixel 312 for each photoelectric conversion unit, phase difference detection is possible for a subject image with a contrast change in the vertical direction. Become.

<第6実施形態>
第6実施形態は第4実施形態における画素アレイ部の焦点検出画素の構成の変形例である。第6実施形態における画素レイアウトは図33と同一であって、図25の偶数行目に配置された焦点検出画311が垂直方向に並置された一対の光電変換部16,17を有する焦点検出画素312に置換される。
<Sixth embodiment>
The sixth embodiment is a modification of the configuration of the focus detection pixels of the pixel array section in the fourth embodiment. The pixel layout in the sixth embodiment is the same as that in FIG. 33, and the focus detection image 311 arranged in the even-numbered row in FIG. 312.

即ち奇数行においては、奇数列に焦点検出画素311、偶数列には撮像画素310が配置され、偶数行においては、奇数列に撮像画素310,偶数列に焦点検出画素312が配置される。ベイヤー配列の色フィルタの観点では、焦点検出画素311と焦点検出画素312には緑色フィルタが備えられ、撮像画素310は赤色フィルタ又青色フィルタが備えられることになる。 That is, in odd-numbered rows, focus detection pixels 311 are arranged in odd-numbered columns and imaging pixels 310 are arranged in even-numbered columns, and in even-numbered rows, imaging pixels 310 are arranged in odd-numbered columns and focus detection pixels 312 are arranged in even-numbered columns. In terms of the Bayer array color filters, the focus detection pixel 311 and the focus detection pixel 312 are equipped with a green filter, and the imaging pixel 310 is equipped with a red filter or a blue filter.

図35は、図33に示す画素レイアウトを持つ撮像素子212の構成を示すブロック図であって、図31の構成と同一な部分は説明を省略し、特徴的な部分のみについて説明する。画素アレイ部40における図31との相違点は、偶数行目の偶数列において、垂直方向に分離した一対の光電変換部16,17を備える焦点検出画素312が配置されている点である。 FIG. 35 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 212 having the pixel layout shown in FIG. 33. Description of parts that are the same as the configuration of FIG. 31 will be omitted, and only characteristic parts will be described. The difference between the pixel array section 40 and FIG. 31 is that a focus detection pixel 312 including a pair of photoelectric conversion sections 16 and 17 separated in the vertical direction is arranged in an even numbered row and an even numbered column.

偶数行の偶数列に配置された各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)(Lは偶数)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。また各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の一方の光電変換部16は偶数列に設けられた1本の列信号線の一方の列信号線22(2m+2)aに接続され、光電変換部16の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+2)aに出力される。また各焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17の他方の光電変換部17は奇数列に設けられた2本の列信号線のうちの1本の列信号線22(2m+1)bに接続され、光電変換部17の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)bに出力される。 A pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of each focus detection pixel 312 arranged in even-numbered rows and even-numbered columns are connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and the control signal R (L) (L is Charge accumulation control and signal readout control are simultaneously performed according to the even number). Further, one photoelectric conversion unit 16 of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of each focus detection pixel 312 is connected to one column signal line 22 (2m+2)a of one column signal line provided in an even numbered column, The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 16 is output to the column signal line 22 (2m+2)a. In addition, the other photoelectric converter 17 of the pair of photoelectric converters 16 and 17 of each focus detection pixel 312 is connected to one column signal line 22 (2m+1)b of the two column signal lines provided in the odd-numbered columns. The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion unit 17 is output to the column signal line 22(2m+1)b.

以上のような構成の撮像素子212を用いた場合には奇数行目の偶数列に配列された緑色フィルタを備えた焦点検出画素311の一対の光電変換部13,14のデータを水平方向に光電変換部毎にグループ化した一対のデータを用いて水平方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になるとともに、偶数行目の偶数列に配置された緑色フィルタを備えた焦点検出画素312の一対の光電変換部16,17のデータを光電変換部毎に垂直方向にグループ化した一対のデータを用いて垂直方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になる。 When using the image sensor 212 having the above configuration, the data of the pair of photoelectric converters 13 and 14 of the focus detection pixel 311 equipped with green filters arranged in odd rows and even columns is converted into photoelectric converters in the horizontal direction. Using a pair of data grouped for each conversion unit, phase difference detection is possible for subject images with contrast changes in the horizontal direction, and a focal point equipped with green filters arranged in even-numbered rows and columns Using a pair of data obtained by vertically grouping the data of the pair of photoelectric conversion units 16 and 17 of the detection pixel 312 for each photoelectric conversion unit, phase difference detection is possible for a subject image with a contrast change in the vertical direction. Become.

<第7実施形態>
第1実施形態~第6実施形態においては、画素アレイ部40に画素(焦点検出画素、撮像画素)が正方格子状に配列されていたが、正方格子状の画素配列以外の画素配列にも本発明を適用することが可能である。
<Seventh embodiment>
In the first to sixth embodiments, the pixels (focus detection pixels, imaging pixels) are arranged in a square grid in the pixel array section 40, but pixel arrangements other than the square grid are also possible. It is possible to apply the invention.

図36はいわゆるハニカム配列と呼ばれている画素配列であって、正方格子配列を45度回転させた画素配列となっている。また図36の画素レイアウトに対応するフィルタ配列を図37に示す。図37に示すフィルタ配列はベイヤー配列を45度傾けたフィルタ配列となっている。図36、図37に示すハニカム配列には、水平方向に一対の光電変換部33,34が並置された焦点検出画素411が配列される。 FIG. 36 shows a pixel arrangement called a so-called honeycomb arrangement, which is a pixel arrangement obtained by rotating a square lattice arrangement by 45 degrees. Further, FIG. 37 shows a filter array corresponding to the pixel layout of FIG. 36. The filter array shown in FIG. 37 is a Bayer array tilted by 45 degrees. In the honeycomb array shown in FIGS. 36 and 37, focus detection pixels 411 in which a pair of photoelectric conversion units 33 and 34 are arranged side by side in the horizontal direction are arranged.

このようなハニカム配列における行列を次のように定義する。即ち緑色フィルタが配置された水平方向の画素配列を奇数行、赤色フィルタまたは青色フィルタが配置された水平方向の画素配列を偶数行とするとともに、緑色フィルタが配置された垂直方向の画素配列を奇数列、赤色フィルタまたは青色フィルタが配置された垂直方向の画素配列を偶数列とする。 The matrix in such a honeycomb array is defined as follows. In other words, the horizontal pixel array in which the green filter is arranged is an odd numbered row, the horizontal pixel arrangement in which a red or blue filter is arranged is an even numbered row, and the vertical pixel arrangement in which the green filter is arranged is an odd numbered row. The vertical pixel array in which the red filter or blue filter is arranged is an even numbered column.

図38は、図36に示すハニカム配列の画素レイアウト(2N行2M列)を持つ撮像素子212の構成を示すブロック図であって、図10に示す撮像素子の構成において画素アレイ部40に配列された焦点検出画素311を1画素おきに間引きして焦点検出画素411に置換した構成となっている。即ち奇数行においては奇数列のみに焦点検出画素411が配置され、偶数行においては偶数列のみに焦点検出画素411が配置されることになる。 FIG. 38 is a block diagram showing a configuration of an image sensor 212 having a honeycomb array pixel layout (2N rows and 2M columns) shown in FIG. The focus detection pixels 311 are thinned out every other pixel and replaced with focus detection pixels 411. That is, in odd-numbered rows, focus detection pixels 411 are arranged only in odd-numbered columns, and in even-numbered rows, focus detection pixels 411 are arranged only in even-numbered columns.

画素アレイ部40には、焦点検出画素411が2N行2M列分だけ2次元配置される。図38において左上の焦点検出画素411が1行目、1列目の画素であり、この画素には緑色のフィルタが配置される。この2N行2M列の画素配置に対して行毎に行制御線21(21(1)~21(2N))が配線され、奇数列に2本の列信号線(22(1)a、22(1)b~22(2M―1)a、22(2M-1)b)が配線されている。行制御線21(21(1)~21(2N))の各一端は、行走査回路41の各行に対応した各出力端に接続され、各行制御線21には制御信号R(1)~R(2N)が出力される。 In the pixel array section 40, focus detection pixels 411 are two-dimensionally arranged in 2N rows and 2M columns. In FIG. 38, the focus detection pixel 411 at the upper left is the pixel in the first row and first column, and a green filter is arranged at this pixel. For this pixel arrangement of 2N rows and 2M columns, row control lines 21 (21(1) to 21(2N)) are wired for each row, and two column signal lines (22(1)a, 22(2N)) are wired in odd columns. (1)b to 22(2M-1)a, 22(2M-1)b) are wired. One end of each row control line 21 (21(1) to 21(2N)) is connected to each output terminal corresponding to each row of the row scanning circuit 41, and each row control line 21 receives control signals R(1) to R. (2N) is output.

各焦点検出画素411の一対の光電変換部33,34は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。また奇数行の奇数列(2m+1列)に配置された焦点検出画素411の一対の光電変換部33,34の一方の光電変換部33は奇数列(2m+1列)に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(2m+1)bに接続され、光電変換部33の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)bに出力される。また各焦点検出画素411の一対の光電変換部33,34の他方の光電変換部34は奇数列(2m+1列)に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(2m+1)aに接続され、光電変換部34の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)aに出力される。 The pair of photoelectric conversion units 33 and 34 of each focus detection pixel 411 are connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and charge accumulation control and signal readout control are performed simultaneously according to the control signal R (L). It is done. Also, one photoelectric conversion unit 33 of the pair of photoelectric conversion units 33 and 34 of the focus detection pixel 411 arranged in an odd numbered column (2m+1 column) of an odd numbered row is connected to two column signals provided in an odd numbered column (2m+1 column). It is connected to one of the column signal lines 22(2m+1)b, and the output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 33 is output to the column signal line 22(2m+1)b. The other photoelectric converter 34 of the pair of photoelectric converters 33 and 34 of each focus detection pixel 411 is connected to the other column signal line 22 (2m+1)a of the two column signal lines provided in the odd numbered columns (2m+1 column). The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 34 is output to the column signal line 22 (2m+1)a.

また偶数行の偶数列(2m+2列)に配置された焦点検出画素411の一対の光電変換部33,34の一方の光電変換部33は奇数列(2m+1列)に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(2m+1)bに接続され、光電変換部33の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)bに出力される。また各焦点検出画素411の一対の光電変換部33,34の他方の光電変換部34は奇数列(2m+1列)に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(2m+1)aに接続され、光電変換部34の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)aに出力される。 Also, one photoelectric conversion unit 33 of the pair of photoelectric conversion units 33 and 34 of the focus detection pixel 411 arranged in an even numbered column (2m+2 columns) of an even numbered row is connected to the two column signals provided in an odd numbered column (2m+1 column). It is connected to one of the column signal lines 22(2m+1)b, and the output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 33 is output to the column signal line 22(2m+1)b. The other photoelectric converter 34 of the pair of photoelectric converters 33 and 34 of each focus detection pixel 411 is connected to the other column signal line 22 (2m+1)a of the two column signal lines provided in the odd numbered columns (2m+1 column). The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 34 is output to the column signal line 22 (2m+1)a.

カラムAD変換装置42は、画素アレイ部40の画素列に対応して設けられた列信号線22(1)a、22(1)b~22(2M-1)a、22(2M-1)b毎に設けられたADC(アナログ-デジタル変換回路)23(1)a、23(1)b~23(2M-1)a、23(2M-1)bを有し、画素アレイ部40の各焦点検出画素411から列毎に出力される一対のアナログ信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TA1に応じて、Hビットのデジタル信号に変換して出力する。 The column AD conversion device 42 includes column signal lines 22(1)a, 22(1)b to 22(2M-1)a, 22(2M-1) provided corresponding to pixel columns of the pixel array section 40. ADC (analog-digital conversion circuit) 23(1)a, 23(1)b to 23(2M-1)a, 23(2M-1)b provided for each pixel array section 40. A pair of analog signals output for each column from each focus detection pixel 411 is converted into an H-bit digital signal and output according to a control signal TA1 given from the timing control circuit 50.

第2ラインメモリ44は、カラムAD変換装置42を構成する各ADC(23(1)a、23(1)b~23(2M-1)a、23(2M-1)b)毎に設けられたメモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M-1)a、25(2M-1)b)を有し、ADC(23(1)a、23(1)b~23(2M-1)a、23(2M-1)b)毎に出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TM2に応じて、Hビットのデジタル信号として記憶する。ここで第2ラインメモリ44の各メモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M-1)a、25(2M-1)b)には1行分の焦点検出画素について一対の光電変換部33,34の出力信号がデジタル信号として記憶されることになる。 The second line memory 44 is provided for each ADC (23(1)a, 23(1)b to 23(2M-1)a, 23(2M-1)b) constituting the column AD converter 42. memory (25(1)a, 25(1)b to 25(2M-1)a, 25(2M-1)b), The digital signal output every (2M-1)a, 23(2M-1)b) is stored as an H-bit digital signal in accordance with the control signal TM2 given from the timing control circuit 50. Here, each memory (25(1)a, 25(1)b to 25(2M-1)a, 25(2M-1)b) of the second line memory 44 has one pair of focus detection pixels for one row. The output signals of the photoelectric conversion sections 33 and 34 will be stored as digital signals.

カラムデジタル加算装置46は、カラムAD変換装置42を構成する一対のADC((23(1)a、23(1)b)~(23(2M-1)a、23(2M-1)b))毎に設けられたデジタル加算回路(26(1)~26(2M-1))を有し、一対のADC((23(1)a、23(1)b)~(23(2M-1)a、23(2M-1)b))から出力されるデジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TD1に応じて加算し、Hビットの加算デジタル信号として出力する。 The column digital addition device 46 includes a pair of ADCs ((23(1)a, 23(1)b) to (23(2M-1)a, 23(2M-1)b) that constitute the column AD converter 42. ), and a pair of ADCs ((23(1)a, 23(1)b) to (23(2M-1)). )a, 23(2M-1)b)) are added according to the control signal TD1 given from the timing control circuit 50, and outputted as an H-bit added digital signal.

第1ラインメモリ48は、カラムデジタル加算装置46を構成する各デジタル加算回路(26(1)~26(2M-1))毎に設けられたメモリ(28(1)~28(2M-1))を有し、デジタル加算回路(26(1)~26(2M-1))毎に出力される加算デジタル信号を、タイミング制御回路50から与えられる制御信号TM1に応じて、Hビットのデジタル信号として記憶する。ここで第1ラインメモリ48の各メモリ(28(1)~28(2M-1))には1行分の焦点検出画素について一対の光電変換部33,34の出力信号を加算した加算信号(撮像画素の出力信号に相当する)がデジタル信号として記憶されることになる。 The first line memory 48 is a memory (28(1) to 28(2M-1)) provided for each digital addition circuit (26(1) to 26(2M-1)) constituting the column digital addition device 46. ), and converts the addition digital signal outputted every digital addition circuit (26(1) to 26(2M-1)) into an H-bit digital signal in accordance with the control signal TM1 given from the timing control circuit 50. be memorized as . Here, each memory (28(1) to 28(2M-1)) of the first line memory 48 stores an addition signal ( (corresponding to the output signal of the imaging pixel) will be stored as a digital signal.

第2ラインメモリ44は第2列走査回路51から与えられる走査信号TS2に応じて動作し、メモリ(25(1)a、25(1)b~25(2M-1)a、25(2M-1)b)の各々で記憶されたHビットのデジタル信号は順に第2水平出力回路45に読み出され、当該第2水平出力回路45を経由して焦点検出用の一対の光電変換部33,34の出力信号(デジタル信号)として外部にシリアル出力される。 The second line memory 44 operates according to the scanning signal TS2 given from the second column scanning circuit 51, and the memories (25(1)a, 25(1)b to 25(2M-1)a, 25(2M- The H-bit digital signals stored in each of 1) and b) are sequentially read out to the second horizontal output circuit 45, and are passed through the second horizontal output circuit 45 to a pair of photoelectric conversion units 33 for focus detection, It is serially output to the outside as a 34 output signal (digital signal).

第1ラインメモリ48は第1列走査回路52から与えられる走査信号TS1に応じて動作し、メモリ(28(1)~28(2M-1))の各々で記憶されたHビットの加算デジタル信号は順に第1水平出力回路49に読み出され、当該第1水平出力回路49を経由して撮像画素の出力信号と同等な出力信号(デジタル信号)として外部にシリアル出力される。 The first line memory 48 operates according to the scanning signal TS1 given from the first column scanning circuit 52, and is an H-bit added digital signal stored in each of the memories (28(1) to 28(2M-1)). are sequentially read out to the first horizontal output circuit 49, and serially output to the outside as an output signal (digital signal) equivalent to the output signal of the imaging pixel via the first horizontal output circuit 49.

<第8実施形態>
第8実施形態は第7実施形態における画素アレイ部の焦点検出画素の構成の変形例である。図39は図36の画素レイアウト図に対応した図(フィルタ配列は図37に対応している)であって、図36の偶数行目に配置された焦点検出画411が、垂直方向に並置された一対の光電変換部36,37を有する焦点検出画素412に置換される。
<Eighth embodiment>
The eighth embodiment is a modification of the configuration of the focus detection pixels of the pixel array section in the seventh embodiment. FIG. 39 is a diagram corresponding to the pixel layout diagram in FIG. 36 (the filter arrangement corresponds to FIG. 37), in which the focus detection images 411 arranged in even-numbered rows in FIG. The focus detection pixel 412 is replaced with a focus detection pixel 412 having a pair of photoelectric conversion sections 36 and 37.

即ち奇数行においては、奇数列に焦点検出画素411が配置され、偶数行においては、偶数列に焦点検出画素412が配置される。 That is, in odd-numbered rows, focus detection pixels 411 are arranged in odd-numbered columns, and in even-numbered rows, focus detection pixels 412 are arranged in even-numbered columns.

図40は、図39に示す画素レイアウトを持つ撮像素子212の構成を示すブロック図であって、図38の構成と同一な部分は説明を省略し、特徴的な部分のみについて説明する。画素アレイ部40における図38との相違点は、偶数行目の偶数列において、垂直方向に分離した一対の光電変換部36,37を備える焦点検出画素412が配置されている点である。 FIG. 40 is a block diagram showing the configuration of the image sensor 212 having the pixel layout shown in FIG. 39. Description of parts that are the same as the configuration of FIG. 38 will be omitted, and only characteristic parts will be described. The difference between the pixel array section 40 and FIG. 38 is that a focus detection pixel 412 including a pair of photoelectric conversion sections 36 and 37 separated in the vertical direction is arranged in an even numbered row and an even numbered column.

偶数行の偶数列(2m+2列)に配置された各焦点検出画素412の一対の光電変換部36,37は同一の行制御線21により行走査回路41と接続されており、制御信号R(L)(Lは偶数)に応じて同時に電荷蓄積制御、信号読出し制御が行なわれる。また各焦点検出画素412の一対の光電変換部36,37の一方の光電変換部36は奇数列(2m+1列)に設けられた2本の列信号線の一方の列信号線22(2m+1)aに接続され、光電変換部36の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)aに出力される。また各焦点検出画素412の一対の光電変換部36,37の他方の光電変換部37は奇数列(2m+1列)に設けられた2本の列信号線の他方の列信号線22(2m+1)bに接続され、光電変換部37の出力信号(アナログ信号)は列信号線22(2m+1)bに出力される。 A pair of photoelectric conversion units 36 and 37 of each focus detection pixel 412 arranged in an even numbered row and an even numbered column (2m+2 columns) are connected to the row scanning circuit 41 by the same row control line 21, and a control signal R (L ) (L is an even number), charge accumulation control and signal readout control are performed simultaneously. Further, one photoelectric conversion unit 36 of the pair of photoelectric conversion units 36 and 37 of each focus detection pixel 412 is connected to one column signal line 22 (2m+1) a of two column signal lines provided in an odd numbered column (2m+1 column). The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 36 is output to the column signal line 22 (2m+1)a. The other photoelectric converter 37 of the pair of photoelectric converters 36 and 37 of each focus detection pixel 412 is connected to the other column signal line 22 (2m+1) b of the two column signal lines provided in the odd numbered columns (2m+1 column). The output signal (analog signal) of the photoelectric conversion section 37 is output to the column signal line 22(2m+1)b.

以上のような構成の撮像素子212を用いた場合には奇数行目の奇数列に配列された緑色フィルタを備えた焦点検出画素411の一対の光電変換部33,34のデータを水平方向に光電変換部毎にグループ化した一対のデータを用いて水平方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になるとともに、偶数行目の偶数列に配置された赤色フィルタおよび青色フィルタを備えた焦点検出画素412の一対の光電変換部36,37のデータを光電変換部毎に垂直方向にグループ化した同色の一対のデータを用いて垂直方向にコントラスト変化のある被写体像に対して位相差検出が可能になる。 When using the image sensor 212 having the above configuration, the data of the pair of photoelectric conversion units 33 and 34 of the focus detection pixel 411 equipped with green filters arranged in odd rows and odd columns is converted into photoelectric converters in the horizontal direction. Using a pair of data grouped for each conversion unit, phase difference detection is possible for subject images with contrast changes in the horizontal direction, and red and blue filters arranged in even rows and columns can be detected. The data of the pair of photoelectric conversion units 36 and 37 of the focus detection pixel 412 provided in the focus detection pixel 412 is vertically grouped for each photoelectric conversion unit, and a pair of data of the same color is used to align the subject image with contrast changes in the vertical direction. Phase difference detection becomes possible.

<その他の実施形態>
本発明において焦点検出画素における光電変換部の数は2個に限定されることはなく、焦点検出画素が2個以上光電変換部を備える構成についても本発明を適用することが可能である。例えば図6に示す焦点検出画素311は水平方向に正方形を2等分割した2つの光電変換部13,14を備えているが、さらに2つの光電変換部13,14を垂直方向に2等分割した4つの光電変換部を備える焦点検出画素を備える構成に対しても本発明を適用することができる。例えば4つの光電変換部のアナログ信号を独立に読み出すために各列に4本の列信号線を設けるとともに、4つの光電変換部の出力するアナログ信号を個別にAD変換するデジタル信号として出力するADCから構成されるカラムAD変換装置と、カラムAD変換装置から出力される4つの光電変換部のデジタル信号をデジタル加算するデジタル加算回路を備えたカラムデジタル加算装置を設けることにより、図10に示す構成と同様な効果を得ることができる。
<Other embodiments>
In the present invention, the number of photoelectric conversion sections in a focus detection pixel is not limited to two, and the present invention can also be applied to a configuration in which a focus detection pixel includes two or more photoelectric conversion sections. For example, the focus detection pixel 311 shown in FIG. 6 includes two photoelectric conversion sections 13 and 14, which are obtained by dividing a square into two equal parts in the horizontal direction, and the two photoelectric conversion sections 13 and 14 are further divided into two equal parts in the vertical direction. The present invention can also be applied to a configuration including a focus detection pixel including four photoelectric conversion units. For example, an ADC that provides four column signal lines in each column to independently read the analog signals of the four photoelectric conversion units, and outputs the analog signals output from the four photoelectric conversion units as digital signals that are individually AD-converted. The configuration shown in FIG. 10 can be achieved by providing a column AD converter comprising a column AD converter and a column digital adder including a digital adder circuit that digitally adds digital signals of four photoelectric converters output from the column AD converter. A similar effect can be obtained.

また4つの光電変換部に対応して列信号線を4本設ける代わりに、4つの光電変換部のうちの2つの光電変換部と他の2つの光電変換部を仮想的な隣接する2行の焦点検出画素の光電変換部とみなして撮像素子を構・BR>ャすることにより、列信号線を2本に削減することも可能である。例えば、各焦点検出画素311において4つの光電変換部が2つずつ2段配置されているような場合、上段の2つの光電変換部と下段の2つの光電変換部を仮想的な隣接する2行の焦点検出画素の光電変換部とみなして列信号線を2本に削減する。 Also, instead of providing four column signal lines corresponding to the four photoelectric conversion units, two of the four photoelectric conversion units and the other two photoelectric conversion units are connected to two virtual adjacent rows. It is also possible to reduce the number of column signal lines to two by structuring the image sensor as a photoelectric conversion section of a focus detection pixel. For example, if four photoelectric conversion units are arranged in two rows of two in each focus detection pixel 311, the two photoelectric conversion units in the upper row and the two photoelectric conversion units in the lower row are arranged in two virtual adjacent rows. The number of column signal lines is reduced to two by regarding this as the photoelectric conversion section of the focus detection pixel.

上述した実施形態の撮像素子においては、画像アレイ部全体に対して焦点検出用のデータ出力チャネルと画像用のデータ出力チャネルをそれぞれ1本ずつ備える例を示しているが、読出し速度を高速化するために画像アレイ部を複数領域に分割するとともに、各領域に対して焦点検出用のデータ出力チャネルと画像用のデータ出力チャネルをそれぞれ1本ずつ備える構成とすることも可能である。 In the image sensor of the embodiment described above, an example is shown in which one data output channel for focus detection and one data output channel for image are provided for the entire image array section, but it is possible to increase the readout speed. For this purpose, it is also possible to divide the image array section into a plurality of regions, and to provide each region with one data output channel for focus detection and one data output channel for image data.

上述した実施形態の撮像素子212においては、カラムAD変換装置42が一対のアナログ信号を変換することによって得られるデジタル信号に基づき、ボディ駆動制御装置214のCPUa222は、交換レンズ202(光学系)の焦点状態を検出する。しかし、カラムAD変換装置42が一対のアナログ信号を変換することによって得られるデジタル信号を3Dカメラ用の信号として用いることとしてもよい。 In the image sensor 212 of the embodiment described above, the CPUa 222 of the body drive control device 214 converts the interchangeable lens 202 (optical system) based on the digital signal obtained by the column AD conversion device 42 converting a pair of analog signals. Detect focus state. However, a digital signal obtained by converting a pair of analog signals by the column AD converter 42 may be used as a signal for the 3D camera.

また本発明は図7に示すようなマイクロレンズと光電変換部の間に配線層が存在するタイプの撮像素子のみならず、マイクロレンズと光電変換部の間に配線層が存在せず、光電変換部に対してマイクロレンズの方向と反対側に配線層が配置される裏面照射型の撮像素子にも適用可能である。本発明による撮像素子のように、列信号線22が必要となるような撮像素子には、従来の撮像素子よりも配線層が多く設けられる。裏面照射型の撮像素子においては光電変換部のレイアウトに制限されることなく配線層を配置できるので、列信号線の数の増加に対するフレキシビリティが向上する。 Furthermore, the present invention is applicable not only to an image sensor of the type in which a wiring layer exists between a microlens and a photoelectric conversion section as shown in FIG. The present invention can also be applied to a back-illuminated image sensor in which a wiring layer is arranged on the side opposite to the direction of the microlens. An image sensor that requires column signal lines 22, such as the image sensor according to the present invention, is provided with more wiring layers than a conventional image sensor. In a back-illuminated image sensor, wiring layers can be arranged without being restricted by the layout of the photoelectric conversion section, so flexibility with respect to an increase in the number of column signal lines is improved.

上述した実施形態における撮像素子212では撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示したが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用することができる。またモノクロの撮像素子にも適用が可能である。 In the image sensor 212 in the embodiment described above, an example has been shown in which the image pixels are provided with color filters in a Bayer array, but the configuration and arrangement of the color filters are not limited to this, and complementary color filters (green: G, yellow) are used. :Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) and arrays other than Bayer arrays. It is also applicable to monochrome image sensors.

上述した実施形態における撮像素子212は、画素アレイ部40とそれ以外の部分とを有する。画素アレイ部40とそれ以外の部分とを別々の基板上に設けて、それら別々の基板を互いに積層させることとしたが、画素アレイ部40とそれ以外の部分とを同一基板上に設けることとしてもよい。 The image sensor 212 in the embodiment described above includes the pixel array section 40 and other parts. The pixel array section 40 and the other parts were provided on separate substrates, and these separate substrates were stacked on each other.However, the pixel array section 40 and other parts were provided on the same substrate Good too.

なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラあるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。 Note that the imaging device is not limited to the above-described digital still camera configured to have an interchangeable lens attached to a camera body. For example, the present invention can be applied to a lens-integrated digital still camera or video camera. Furthermore, it can be applied to small camera modules built into mobile phones, surveillance cameras, visual recognition devices for robots, and vehicle-mounted cameras.

10 マイクロレンズ、11,13,14,16,17,33,34,36,37 光電変換部、15,18 素子分離領域、21 行制御線、22 列信号線、23 ADC(アナログ-デジタル変換回路)、24,27 スイッチ、25,28 メモリ、26 デジタル加算回路、29 半導体基板、30 遮光マスク、31,32 平坦化層、38 色フィルタ、40 画素アレイ部、41 行走査回路、42 カラムAD変換装置、43 第2カラムスイッチ装置、44 第2ラインメモリ、45 第2水平出力回路、46 カラムデジタル加算回路、47 第1カラムスイッチ装置、48 第1ラインメモリ、49 第1水平出力回路、50 タイミング制御回路、51 第2列走査回路、52 第1列走査回路、71 撮影光束、73,74 焦点検出光束、90 射出瞳、91 光軸、93,94 測距瞳、95 領域、100撮影画面、101 焦点検出エリア、201 デジタルスチルカメラ、202 交換レンズ、203 カメラボディ、204 マウント部、206 レンズ駆動制御装置、208 ズーミング用レンズ、209 レンズ、210 フォーカシング用レンズ、211 絞り、212 撮像素子、213 電気接点、214 ボディ駆動制御装置、215 液晶表示素子駆動回路、216 液晶表示素子、217 接眼レンズ、219 メモリカード、220 撮像素子制御部、221 バッファメモリ、222 CPUa、223 CPUb、310 撮像画素、311,312,411,412 焦点検出画素 10 microlens, 11, 13, 14, 16, 17, 33, 34, 36, 37 photoelectric conversion section, 15, 18 element isolation region, 21 row control line, 22 column signal line, 23 ADC (analog-digital conversion circuit) ), 24, 27 switch, 25, 28 memory, 26 digital addition circuit, 29 semiconductor substrate, 30 light shielding mask, 31, 32 flattening layer, 38 color filter, 40 pixel array section, 41 row scanning circuit, 42 column AD conversion device, 43 second column switch device, 44 second line memory, 45 second horizontal output circuit, 46 column digital addition circuit, 47 first column switch device, 48 first line memory, 49 first horizontal output circuit, 50 timing control circuit, 51 second row scanning circuit, 52 first row scanning circuit, 71 photographing light flux, 73, 74 focus detection light flux, 90 exit pupil, 91 optical axis, 93, 94 distance measuring pupil, 95 area, 100 photographing screen; 101 focus detection area, 201 digital still camera, 202 interchangeable lens, 203 camera body, 204 mount, 206 lens drive control device, 208 zooming lens, 209 lens, 210 focusing lens, 211 aperture, 212 image sensor, 213 electricity contact, 214 body drive control device, 215 liquid crystal display element drive circuit, 216 liquid crystal display element, 217 eyepiece, 219 memory card, 220 image sensor control unit, 221 buffer memory, 222 CPUa, 223 CPUb, 310 image sensor, 311, 312, 411, 412 Focus detection pixels

Claims (11)

第1のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第1の光電変換部と第2の光電変換部と、
前記第1の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第1の信号線と、
前記第2の光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第2の信号線と、
前記第1の信号線と電気的に接続され、前記第1の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第1のデジタル信号に変換する第1のA/D変換部と、前記第2の信号線と電気的に接続され、前記第2の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する第2のA/D変換部と、
前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを加算する第1の加算部と、
を備える撮像素子。
A first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit that photoelectrically convert light transmitted through the first microlens to generate charges;
a first signal line that outputs a signal based on the charge generated by the first photoelectric conversion unit;
a second signal line that outputs a signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion section;
a first A/D conversion section that is electrically connected to the first signal line and converts an analog signal based on the charge generated by the first photoelectric conversion section into a first digital signal; a second A/D conversion unit that is electrically connected to the second signal line and converts an analog signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit into a second digital signal;
a first addition unit that adds the first digital signal and the second digital signal;
An imaging device comprising:
請求項1に記載の撮像素子において、
第2のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第3の光電変換部と第4の光電変換部と、
前記第3の光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力する第3の信号線と、
前記第4の光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力する第4の信号線と、
を備える撮像素子。
The image sensor according to claim 1,
a third photoelectric conversion unit and a fourth photoelectric conversion unit that photoelectrically convert the light transmitted through the second microlens to generate charges;
a third signal line that outputs a signal based on the charge converted by the third photoelectric conversion section;
a fourth signal line that outputs a signal based on the charge converted by the fourth photoelectric conversion section;
An imaging device comprising:
請求項2に記載の撮像素子において、
前記第3の信号線が接続され、前記第3の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第3のデジタル信号に変換する第3のA/D変換部と、前記第4の信号線が接続され、前記第4の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第4のデジタル信号に変換する第4のA/D変換部と、を備え、
前記第3のデジタル信号と前記第4のデジタル信号とを加算する第2加算部と、
を備える撮像素子。
The image sensor according to claim 2,
a third A/D converter to which the third signal line is connected and which converts an analog signal based on the charge generated by the third photoelectric converter into a third digital signal; and a third A/D converter to which the third signal line is connected; a fourth A/D conversion unit to which a line is connected and converts an analog signal based on the charge generated by the fourth photoelectric conversion unit into a fourth digital signal,
a second addition unit that adds the third digital signal and the fourth digital signal;
An image sensor comprising:
請求項1に記載の撮像素子において、
第2のマイクロレンズを透過した光を光電変換して電荷を生成する第3の光電変換部と第4の光電変換部と、を備え、
前記第1の信号線は、前記第3の光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力し、
前記第2の信号線は、前記第4の光電変換部で変換された電荷に基づく信号を出力し、
前記第1のA/D変換部は、前記第3の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第3のデジタル信号に変換し、
前記第2のA/D変換部は、前記第4の光電変換部で生成された電荷に基づくアナログ信号を第4のデジタル信号に変換し、
前記加算部は、前記第3のデジタル信号と前記第4のデジタル信号とを加算する撮像素子。
The image sensor according to claim 1,
comprising a third photoelectric conversion unit and a fourth photoelectric conversion unit that photoelectrically convert the light transmitted through the second microlens to generate charges;
The first signal line outputs a signal based on the charge converted by the third photoelectric conversion unit,
The second signal line outputs a signal based on the charge converted by the fourth photoelectric conversion unit,
The first A/D converter converts an analog signal based on the charge generated by the third photoelectric converter into a third digital signal,
The second A/D converter converts an analog signal based on the charge generated by the fourth photoelectric converter into a fourth digital signal,
The addition unit is an image sensor that adds the third digital signal and the fourth digital signal.
請求項2から4のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部とは第1方向に並んで設けられ、
前記第3の光電変換部と前記第4の光電変換部とは前記第1方向と交差する第2方向に並んで設けられる撮像素子。
The image sensor according to any one of claims 2 to 4,
The first photoelectric conversion section and the second photoelectric conversion section are provided side by side in a first direction,
The third photoelectric conversion section and the fourth photoelectric conversion section are image pickup elements arranged in parallel in a second direction intersecting the first direction.
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記第1の光電変換部で生成された電荷に基づく信号および前記第2の光電変換部で生成された電荷に基づく信号の少なくとも一方を出力する第1の出力線を備える撮像素子。
The image sensor according to any one of claims 1 to 5,
An imaging device including a first output line that outputs at least one of a signal based on the charge generated by the first photoelectric conversion unit and a signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit.
請求項6に記載の撮像素子において、
前記第1の出力線は、前記第1のデジタル信号および前記第2のデジタル信号の少なくとも一方を出力する撮像素子。
The image sensor according to claim 6,
The first output line is an image sensor that outputs at least one of the first digital signal and the second digital signal.
請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記加算部で加算された信号を出力する第2の出力線を備える撮像素子。
The image sensor according to any one of claims 1 to 7,
An image sensor including a second output line that outputs a signal added by the adding section.
請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像素子において、
前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部とを有する基板と、前記第1の加算部を有する基板とが積層される撮像素子。
The image sensor according to any one of claims 1 to 8,
An image sensor in which a substrate having the first photoelectric conversion section and the second photoelectric conversion section and a substrate having the first adding section are stacked.
請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記加算部で加算された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
を備える撮像装置。
An image sensor according to any one of claims 1 to 9,
a generation unit that generates image data based on the signals added by the addition unit;
An imaging device comprising:
請求項10に記載の撮像装置において、
前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とに基づいて、光学系の焦点検出を行う検出部を備える撮像装置。
The imaging device according to claim 10,
An imaging device including a detection section that performs focus detection of an optical system based on the first digital signal and the second digital signal.
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