JP4915126B2 - Solid-state imaging device and electronic camera - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置、および電子カメラに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an electronic camera.

従来、焦点検出技術の1つとして瞳分割位相差方式が知られている。この方式は、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成する。この一対の分割像のパターンズレを検出することで、撮影レンズのデフォーカス量を検出するものである。
このような瞳分割位相差方式の原理を適用した固体撮像装置として、特許文献1,2が知られている。特許文献1,2には、単層マイクロレンズの下方に、光電変換域を2つずつ並べることで瞳分割を行い、瞳分割方式の電気信号を生成する構成が開示されている。
なお、撮像用画素のマイクロレンズを多層形成した固体撮像装置については、特許文献3に開示されている。
特開2002−314062号公報 特開2003−244712号公報 特開平6−163866号公報
Conventionally, a pupil division phase difference method is known as one of focus detection techniques. This method forms a pair of divided images by dividing the luminous flux passing through the photographing lens into pupils. The defocus amount of the photographing lens is detected by detecting the pattern shift between the pair of divided images.
Patent Documents 1 and 2 are known as solid-state imaging devices to which the principle of the pupil division phase difference method is applied. Patent Documents 1 and 2 disclose a configuration in which pupil division is performed by arranging two photoelectric conversion regions under a single-layer microlens to generate an electric signal of the pupil division method.
A solid-state imaging device in which microlenses of imaging pixels are formed in a multilayer is disclosed in Patent Document 3.
JP 2002-314062 A JP 2003-244712 A JP-A-6-163866

通常の固体撮像装置には、画素単位の受光効率を向上させるため、マイクロレンズが撮像面に設けられる。このマイクロレンズは、受光光束を光電変換域の範囲に集光すればよく、要求される集光パワーは比較的小さい。そのため、マイクロレンズの焦点距離を無理に短焦点化する必要はなく、それに伴ってレンズ曲率も小さい。   In a normal solid-state imaging device, a microlens is provided on the imaging surface in order to improve the light receiving efficiency in pixel units. This microlens only has to collect the received light beam in the range of the photoelectric conversion region, and the required condensing power is relatively small. Therefore, it is not necessary to forcibly shorten the focal length of the microlens, and the lens curvature is accordingly small.

一方、上述した特許文献1,2のマイクロレンズは、撮影レンズの射出瞳の実像を、光電変換域までの短い距離で結像する必要がある。そのため、このマイクロレンズに要求される集光パワーは大きく、それに伴ってレンズ曲率が大きくなる。   On the other hand, the microlenses described in Patent Documents 1 and 2 need to form a real image of the exit pupil of the photographing lens at a short distance to the photoelectric conversion region. Therefore, the condensing power required for the microlens is large, and the lens curvature is accordingly increased.

このような理由から、特許文献1,2のマイクロレンズは、製造が非常に困難になる。さらに、マイクロレンズのレンズ曲率を大きくすることによって球面収差等の悪影響を受けやすくなる。この球面収差などによってマイクロレンズ透過後の光束が乱れるため、射出瞳の光束を明確に分割できなくなり、焦点検出精度が低下するという問題が生じる。
そこで、本発明では、固体撮像装置において、良質な瞳分割方式の電気信号を生成する技術を提供することを目的とする。
For these reasons, the microlenses of Patent Documents 1 and 2 are very difficult to manufacture. Furthermore, increasing the lens curvature of the microlens tends to be adversely affected by spherical aberration and the like. This spherical aberration or the like disturbs the light beam after passing through the microlens, so that the light beam at the exit pupil cannot be clearly divided, resulting in a problem that the focus detection accuracy is lowered.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique for generating a high-quality pupil division type electrical signal in a solid-state imaging device.

《1》 本発明の固体撮像装置は、撮影レンズのデフォーカス量によって位相差が変化する瞳分割方式の電気信号を生成する焦点検出用画素の群を撮像面に備える。
画素単位に光電変換して画像信号を生成する撮像用画素の群を撮像面に備える。
この焦点検出用画素は、下記の上層マイクロレンズ、下層マイクロレンズ、光電変換域を備える。
上層マイクロレンズは、焦点検出用画素の受光光束を集光する。
下層マイクロレンズは、上層マイクロレンズの下層に形成され、上層マイクロレンズの集光パワーを補って撮影レンズの射出瞳の実像を焦点検出用画素の単位に形成する。
光電変換域は、射出瞳の実像に対し所定の瞳分割方向に偏って配置され、瞳分割方式の電気信号を生成する。
焦点検出用画素は、撮像用画素の複数個に相当する大きさの区画を占有し、区画にわたって、上層マイクロレンズおよび下層マイクロレンズが1つずつ設けられる。
《2》 なお好ましくは撮像用画素は、上層マイクロレンズおよび下層マイクロレンズのいずれか一方と同一層に形成されたマイクロレンズを備える。
《3》 なお好ましくは、焦点検出用画素は、射出瞳の実像を瞳分割方向に対称区分した位置ごとに光電変換域を備える。
》 また好ましくは、下層マイクロレンズは、上層マイクロレンズ/光電変換域の間の層内に形成されるインナーレンズである。
》本発明の電子カメラは、上記《1》ないし《》のいずれか1項に記載の固体撮像装置、焦点演算部、および撮像制御部を備える。
この内、焦点演算部は、固体撮像装置から瞳分割方式の電気信号を読み出し、電気信号から得られる瞳分割像のパターンズレを検出して、焦点検出を行う。
一方、撮像制御部は、固体撮像装置から光電変換出力を読み出して画像信号を得る。
<< 1 >> The solid-state imaging device of the present invention includes, on the imaging surface, a group of focus detection pixels that generate pupil division type electric signals whose phase difference changes depending on the defocus amount of the photographing lens.
A group of imaging pixels that generate an image signal by performing photoelectric conversion on a pixel basis is provided on the imaging surface.
This focus detection pixel includes the following upper-layer microlens, lower-layer microlens, and photoelectric conversion region.
The upper microlens condenses the received light flux of the focus detection pixels.
The lower-layer microlens is formed below the upper-layer microlens and compensates for the condensing power of the upper-layer microlens to form a real image of the exit pupil of the photographing lens in units of focus detection pixels.
The photoelectric conversion area is arranged so as to be biased in a predetermined pupil division direction with respect to the real image of the exit pupil, and generates a pupil division type electric signal.
The focus detection pixel occupies a section having a size corresponding to a plurality of imaging pixels, and one upper layer microlens and one lower layer microlens are provided over the section.
<< 2 >> Preferably , the imaging pixel includes a microlens formed in the same layer as either the upper microlens or the lower microlens.
"3" Incidentally Preferably, the focus detection pixel includes a photoelectric conversion region of the real image of the exit pupil for each position symmetrically divided in the pupil division direction.
<< 4 >> Also preferably, the lower microlens is an inner lens formed in a layer between the upper microlens / photoelectric conversion region.
<< 5 >> An electronic camera of the present invention includes the solid-state imaging device according to any one of the above << 1 >> to << 4 >>, a focus calculation unit, and an imaging control unit.
Among these, the focus calculation unit reads the pupil division type electric signal from the solid-state imaging device, detects a pattern shift of the pupil division image obtained from the electric signal, and performs focus detection.
On the other hand, the imaging control unit reads the photoelectric conversion output from the solid-state imaging device to obtain an image signal.

本発明は、上層マイクロレンズの集光パワーを、下層マイクロレンズで補う。そのため、マイクロレンズの一つ一つについて無理な短焦点化が不要になり、良質な瞳分割方式の電気信号を生成することが可能になる。   In the present invention, the condensing power of the upper microlens is supplemented by the lower microlens. For this reason, it is not necessary to forcibly shorten the focal length of each microlens, and it is possible to generate a high-quality pupil division type electric signal.

《第1実施形態》
[電子カメラの構成説明]
図1は、本実施形態の電子カメラ10を示すブロック図である。
図1において、電子カメラ10には、撮影レンズ12が装着される。この撮影レンズ12は、レンズ制御部12aによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ12の像空間には、固体撮像装置11の撮像面が配置される。この固体撮像装置11は、撮像制御部14によって駆動される。固体撮像装置11から出力される画像データは、信号処理部15、およびA/D変換部16を介して処理された後、メモリ17に一時蓄積される。
このメモリ17は、バス18に接続される。このバス18には、レンズ制御部12a、撮像制御部14、マイクロプロセッサ19、焦点演算部20、記録部22、画像圧縮部24および画像処理部25なども接続される。
上記のマイクロプロセッサ19には、レリーズ釦などの操作部19aが接続される。また、上記の記録部22には、記録媒体22aが着脱自在に装着される。
<< First Embodiment >>
[Description of electronic camera configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing an electronic camera 10 of the present embodiment.
In FIG. 1, a photographing lens 12 is attached to the electronic camera 10. The photographing lens 12 is driven by a lens control unit 12a for focus and diaphragm. In the image space of the photographic lens 12, the imaging surface of the solid-state imaging device 11 is arranged. The solid-state imaging device 11 is driven by the imaging control unit 14. Image data output from the solid-state imaging device 11 is processed via the signal processing unit 15 and the A / D conversion unit 16 and then temporarily stored in the memory 17.
This memory 17 is connected to a bus 18. The bus 18 is also connected with a lens control unit 12a, an imaging control unit 14, a microprocessor 19, a focus calculation unit 20, a recording unit 22, an image compression unit 24, an image processing unit 25, and the like.
The microprocessor 19 is connected to an operation unit 19a such as a release button. A recording medium 22a is detachably attached to the recording unit 22.

[画素レイアウトの説明]
図2は、固体撮像装置11の焦点検出エリア(焦点検出用画素37の配置エリア)を示す図である。このような焦点検出エリアは、撮像面の複数箇所に設けられる。
図3は、固体撮像装置11の撮像面の断面を示す図である。
以下、図2および図3を参照しながら、固体撮像装置11の画素構成を説明する。まず、固体撮像装置11の撮像面には、撮像用画素31の群が配置される。個々の撮像用画素31には、画素単位に受光光束を光電変換する光電変換域32が設けられる。この光電変換域32の上層には、平坦化層38を介して、受光光束を光電変換域32に集光するマイクロレンズ33が設けられる。撮像用画素31の群は、撮影レンズ12を介して撮像面に投影される被写体像を画素単位に光電変換することによって、画像信号を生成する。
一方、焦点検出エリアには、撮像用画素31の群の間を縫うように、焦点検出用画素37が配置される。この焦点検出用画素37は、マイクロレンズ33と同一層に形成された、上層マイクロレンズ36を有する。この上層マイクロレンズ36は、マイクロレンズ33と同様に、撮影レンズ12からの受光光束を集光する。
この上層マイクロレンズ36の下層の平坦化層38内には、下層マイクロレンズ35が形成される。この下層マイクロレンズ35は、上層マイクロレンズ36の集光パワーを補い、撮影レンズ12の射出瞳の実像を画素単位に形成する。
さらに、焦点検出用画素37は、光電変換域32と同一層に形成された、一組の光電変換域34を備える。この一組の光電変換域34は、射出瞳の実像を瞳分割方向(縦,横,斜めなど)に対称区分するように配置される。
この一組の光電変換域34は、射出瞳の実像の一部(図2に示す瞳分割光束A,B)をそれぞれ光電変換することにより、瞳分割方式の電気信号を生成する。
図2に示すように、撮像面上では、これらの焦点検出用画素37が、その瞳分割の方向に並ぶように、所定のピッチごとに配置される。なお、焦点検出用画素37の群については、単純に一直線に並ばないよう、その並び方を千鳥格子状にずらすことが好ましい。
[Description of pixel layout]
FIG. 2 is a diagram illustrating a focus detection area (arrangement area of the focus detection pixels 37) of the solid-state imaging device 11. Such focus detection areas are provided at a plurality of locations on the imaging surface.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-section of the imaging surface of the solid-state imaging device 11.
Hereinafter, the pixel configuration of the solid-state imaging device 11 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. First, a group of imaging pixels 31 is arranged on the imaging surface of the solid-state imaging device 11. Each imaging pixel 31 is provided with a photoelectric conversion area 32 that photoelectrically converts a received light beam in units of pixels. Above the photoelectric conversion region 32, a microlens 33 that collects the received light flux on the photoelectric conversion region 32 is provided via a planarization layer 38. The group of imaging pixels 31 generates an image signal by photoelectrically converting a subject image projected onto the imaging surface via the imaging lens 12 in units of pixels.
On the other hand, focus detection pixels 37 are arranged in the focus detection area so as to sew between groups of imaging pixels 31. The focus detection pixel 37 has an upper microlens 36 formed in the same layer as the microlens 33. Similar to the microlens 33, the upper microlens 36 condenses the received light beam from the photographing lens 12.
A lower layer microlens 35 is formed in the planarizing layer 38 below the upper layer microlens 36. The lower-layer microlens 35 supplements the light condensing power of the upper-layer microlens 36 and forms a real image of the exit pupil of the photographing lens 12 in units of pixels.
Further, the focus detection pixel 37 includes a set of photoelectric conversion areas 34 formed in the same layer as the photoelectric conversion area 32. This set of photoelectric conversion areas 34 is arranged so as to divide the real image of the exit pupil symmetrically in the pupil division direction (vertical, horizontal, diagonal, etc.).
The set of photoelectric conversion areas 34 photoelectrically convert a part of the real image of the exit pupil (pupil-divided light beams A and B shown in FIG. 2), thereby generating pupil division type electric signals.
As shown in FIG. 2, on the imaging surface, these focus detection pixels 37 are arranged at predetermined pitches so as to be aligned in the pupil division direction. Note that it is preferable to shift the arrangement of the focus detection pixels 37 in a staggered pattern so that they are not simply aligned.

[回路説明]
図4は、固体撮像装置11の等価回路を示す図である。
固体撮像装置11は、垂直転送回路3、水平転送回路4、相関二重サンプリング回路5、撮像用画素31の群、および焦点検出用画素37の群から概略構成される。
まず、撮像用画素31の回路構成について説明する。撮像用画素31には、フローティングデフージョンFDが設けられる。このフローティングデフージョンFDには、リセットトランジスタQRを介して、低インピーダンスの電源ラインVDDに接続される。また、このフローティングデフージョンFDと光電変換域32との間には、転送トランジスタQTが配置される。この転送トランジスタQTのゲートには、垂直転送回路3から制御信号φTGaが供給される。
このフローティングデフージョンFDの電圧は、増幅素子QAのゲートに印加される。増幅素子QAのソースは、行選択トランジスタQSをオン制御することにより、垂直読み出し線2に接続される。この行選択トランジスタQSを介して、増幅素子QAのソースに電流源Isが接続されることにより、増幅素子QAはソースホロワ回路を構成する。その結果、フローティングデフージョンFDの電圧に対応したソースホロワ電圧が、垂直読み出し線2に出力される。
次に、焦点検出用画素37の構成上の特徴について説明する。焦点検出用画素37には、撮像用画素31の光電変換域32に代えて、瞳分割方向に区分された一組の光電変換域34が設けられる。
光電変換域34の一方は、転送トランジスタQTaを介して、フローティングデフージョンFDに接続される。この転送トランジスタQTaのゲートには、垂直転送回路3から制御信号φTGaが供給される。
光電変換域34のもう一方は、転送トランジスタQTbを介して、フローティングデフージョンFDに接続される。この転送トランジスタQTbのゲートには、垂直転送回路3から制御信号φTGbが供給される。
なお、焦点検出用画素37のその他の回路構成は、撮像用画素31と同じため、ここでの説明を省略する。
[Circuit explanation]
FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the solid-state imaging device 11.
The solid-state imaging device 11 is roughly composed of a vertical transfer circuit 3, a horizontal transfer circuit 4, a correlated double sampling circuit 5, a group of imaging pixels 31, and a group of focus detection pixels 37.
First, the circuit configuration of the imaging pixel 31 will be described. The imaging pixel 31 is provided with a floating diffusion FD. The floating diffusion FD is connected to a low impedance power supply line VDD via a reset transistor QR. A transfer transistor QT is disposed between the floating diffusion FD and the photoelectric conversion area 32. A control signal φTGa is supplied from the vertical transfer circuit 3 to the gate of the transfer transistor QT.
The voltage of the floating diffusion FD is applied to the gate of the amplifying element QA. The source of the amplifying element QA is connected to the vertical readout line 2 by turning on the row selection transistor QS. The current source Is is connected to the source of the amplification element QA via the row selection transistor QS, so that the amplification element QA constitutes a source follower circuit. As a result, a source follower voltage corresponding to the voltage of the floating diffusion FD is output to the vertical readout line 2.
Next, structural features of the focus detection pixel 37 will be described. The focus detection pixel 37 is provided with a set of photoelectric conversion areas 34 divided in the pupil division direction instead of the photoelectric conversion area 32 of the imaging pixel 31.
One of the photoelectric conversion areas 34 is connected to the floating diffusion FD via the transfer transistor QTa. A control signal φTGa is supplied from the vertical transfer circuit 3 to the gate of the transfer transistor QTa.
The other side of the photoelectric conversion area 34 is connected to the floating diffusion FD via the transfer transistor QTb. A control signal φTGb is supplied from the vertical transfer circuit 3 to the gate of the transfer transistor QTb.
Since the other circuit configuration of the focus detection pixel 37 is the same as that of the imaging pixel 31, the description thereof is omitted here.

[瞳分割方式の電気信号の読み出し動作]
続いて、電子カメラ10による瞳分割方式の電気信号の読み出し動作について説明する。
電子カメラ10内のマイクロプロセッサ19は、レリーズ釦の半押し操作に同期して撮像制御部14を駆動し、瞳分割方式の電気信号の読み出し動作を開始する。
図5は、この瞳分割方式の電気信号の読み出し動作を説明するタイミングチャートである。
まず、垂直転送回路3は、焦点検出用画素37の存在するn行目の制御信号φRS(n)と制御信号φTGa(n)を立ち上げる。これにより、転送トランジスタQTaに接続された光電変換域34は、転送トランジスタQTa、フローティングデフージョンFD、およびリセットトランジスタQRを介してリセットされる。
その後、垂直転送回路3は、n行目の制御信号φTGa(n)を立ち下げて、転送トランジスタQTaを非導通に変化させる。この時点から、転送トランジスタQTaに接続された光電変換域34は信号電荷の蓄積を開始する。
[Eye signal readout operation of pupil division method]
Next, a pupil division type electric signal readout operation by the electronic camera 10 will be described.
The microprocessor 19 in the electronic camera 10 drives the imaging control unit 14 in synchronization with the half-pressing operation of the release button, and starts a pupil division type electric signal readout operation.
FIG. 5 is a timing chart for explaining the readout operation of the electric signal of the pupil division method.
First, the vertical transfer circuit 3 raises the control signal φRS (n) and the control signal φTGa (n) in the n-th row where the focus detection pixels 37 exist. As a result, the photoelectric conversion area 34 connected to the transfer transistor QTa is reset via the transfer transistor QTa, the floating diffusion FD, and the reset transistor QR.
Thereafter, the vertical transfer circuit 3 lowers the control signal φTGa (n) in the n-th row and changes the transfer transistor QTa to non-conduction. From this point, the photoelectric conversion region 34 connected to the transfer transistor QTa starts to accumulate signal charges.

この状態で、垂直転送回路3は、期間T1の間、制御信号φL(n)をハイレベルに設定し、n行目の行選択トランジスタQSを導通させる。これに同期して、垂直転送回路3は、n行目のリセットトランジスタQRの導通状態を期間T2だけ維持する。この導通状態の維持によって、n行目のフローティングデフージョンFDの電位はリセットされる。
期間T2の後、リセットトランジスタQRが非導通に変化すると、フローティングデフージョンFDは、フローティング状態に戻る。このスイッチングの瞬間の電圧(リセット電圧)がフローティングデフージョンFDに保持される。このn行目のリセット電圧は、増幅素子QAを介して垂直読み出し線2にソースホロワ出力される。
In this state, the vertical transfer circuit 3 sets the control signal φL (n) to a high level during the period T1, and turns on the row selection transistor QS of the nth row. In synchronization with this, the vertical transfer circuit 3 maintains the conduction state of the reset transistor QR in the n-th row only for the period T2. By maintaining this conductive state, the potential of the floating diffusion FD in the n-th row is reset.
After the period T2, when the reset transistor QR changes to non-conduction, the floating diffusion FD returns to the floating state. The voltage at the moment of switching (reset voltage) is held in the floating diffusion FD. The reset voltage in the n-th row is output as a source follower to the vertical readout line 2 via the amplifying element QA.

このように垂直読み出し線2からは、n行目のリセット電圧が列単位に出力される。これらのリセット電圧は、制御信号φSHの立ち下げタイミング(期間T3の終了時点)に同期して、相関二重サンプリング回路5(回路内のコンデンサ群)に保持される。
次に、垂直転送回路3は、制御信号φTGa(n)を用いて、n行目の転送トランジスタQTaを期間T4だけ導通させる。この導通によって、転送トランジスタQTaに接続された光電変換域34に蓄積された信号電荷が、フローティングデフージョンFDに転送される。この転送動作に伴って、フローティングデフージョンFDの電圧はリセット電圧から信号電荷の転送分だけ相対変化する。このn行目の信号電圧は、増幅素子QAを介して垂直読み出し線2にソースホロワ出力される。
As described above, the reset voltage of the nth row is output from the vertical read line 2 in units of columns. These reset voltages are held in the correlated double sampling circuit 5 (capacitor group in the circuit) in synchronization with the falling timing of the control signal φSH (at the end of the period T3).
Next, the vertical transfer circuit 3 makes the transfer transistor QTa in the n-th row conductive for the period T4 using the control signal φTGa (n). By this conduction, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion area 34 connected to the transfer transistor QTa is transferred to the floating diffusion FD. Along with this transfer operation, the voltage of the floating diffusion FD changes relative to the reset voltage by the amount of signal charge transferred. The signal voltage of the nth row is output as a source follower to the vertical readout line 2 via the amplifying element QA.

このように垂直読み出し線2を介して列単位に出力されるn行目の信号電圧は、相関二重サンプリング回路5に印加される。相関二重サンプリング回路5からは、この信号電圧とリセット電圧の差に相当する真の信号電圧が出力される。
この状態で、水平転送回路4は、焦点検出用画素37が存在する列の制御信号φH3,φH4などを用いて、転送トランジスタQTaに接続された光電変換域34の真の信号電圧をVoutから順次に読み出す。
Thus, the n-th row signal voltage output in units of columns via the vertical readout line 2 is applied to the correlated double sampling circuit 5. The correlated double sampling circuit 5 outputs a true signal voltage corresponding to the difference between the signal voltage and the reset voltage.
In this state, the horizontal transfer circuit 4 sequentially uses the control signals φH3, φH4 and the like of the column in which the focus detection pixels 37 are present to sequentially apply the true signal voltage of the photoelectric conversion area 34 connected to the transfer transistor QTa from Vout. Read to.

続いて、上述した読み出し動作を、制御信号φTGa(n)を制御信号φTGb(n)に代えて、繰り返すことにより、転送トランジスタQTbに接続された光電変換域34の真の信号電圧もVoutから順次に読み出す。
以上の動作を焦点検出用画素37に限定して繰り返すことにより、全画素を読み出すことなく、瞳分割方式の電気信号を短時間に読み出すことが可能になる。
このように読み出された瞳分割方式の電気信号は、信号処理部15およびA/D変換部16を介してデジタル化された後、メモリ17に一時蓄積される。
Subsequently, the true signal voltage of the photoelectric conversion region 34 connected to the transfer transistor QTb is also sequentially increased from Vout by repeating the above-described reading operation by replacing the control signal φTGa (n) with the control signal φTGb (n). Read to.
By repeating the above operation for only the focus detection pixels 37, it is possible to read out the pupil division type electric signal in a short time without reading out all the pixels.
The pupil division type electrical signal read in this way is digitized via the signal processing unit 15 and the A / D conversion unit 16 and then temporarily stored in the memory 17.

[焦点演算部20の動作について]
電子カメラ10内の焦点演算部20は、メモリ17内に蓄積された瞳分割方式の電気信号を用いて、焦点検出演算を実施する。以下、図3を参照しながら、この焦点検出の光学的な原理とその演算処理について説明する。
まず、上層マイクロレンズ36は、撮影レンズ12の射出瞳を通過した光束を集光する。下層マイクロレンズ35は、この上層マイクロレンズ36の集光パワーを補い、射出瞳の実像を、一組の光電変換域34の上に形成する。
[Operation of the focus calculation unit 20]
The focus calculation unit 20 in the electronic camera 10 performs a focus detection calculation using the pupil division type electrical signal stored in the memory 17. Hereinafter, the optical principle of the focus detection and the calculation process will be described with reference to FIG.
First, the upper microlens 36 condenses the light beam that has passed through the exit pupil of the photographing lens 12. The lower layer microlens 35 supplements the condensing power of the upper layer microlens 36 and forms a real image of the exit pupil on the set of photoelectric conversion areas 34.

その結果、一組の光電変換域34は、撮影レンズ12の射出瞳を部分的に通過した光束(図3中に示す瞳分割光束A,B)を個別に光電変換する。
ところで、合焦被写体の一点(近接点も含む)から出た光束は、撮影レンズ12の射出瞳のそれぞれ違う位置を通過した後、撮像面に点像を結ぶために再び集束する。そのため、合焦状態にある場合、一組の光電変換域34は、被写体の同じ一点から出た瞳分割光束を受光する。したがって、光電変換によって得られる一組の瞳分割像は、その像パターンが略一致してほぼ位相差ゼロを示す。
As a result, the pair of photoelectric conversion areas 34 individually photoelectrically convert light beams partially passing through the exit pupil of the photographing lens 12 (pupil divided light beams A and B shown in FIG. 3).
By the way, the light beam emitted from one point (including the close point) of the focused subject passes through different positions of the exit pupil of the photographing lens 12, and then converges again to form a point image on the imaging surface. Therefore, when in a focused state, the set of photoelectric conversion areas 34 receives pupil-divided light beams emitted from the same point on the subject. Therefore, a set of pupil-divided images obtained by photoelectric conversion has substantially the same image pattern and exhibits substantially no phase difference.

一方、前ピン状態の被写体から出た光束は、撮影レンズ12の射出瞳の異なる箇所をそれぞれ通過した後、撮像面の手前で交差してずれた画素位置に到達する。この場合、一組の瞳分割像は、瞳分割方向にずれた位相差を示す。
逆に、後ピン状態の被写体から出た光束は、撮影レンズ12の射出瞳の異なる箇所をそれぞれ通過した後、集束不足のまま撮像面のずれた画素位置に到達する。この場合、一組の瞳分割像は、前ピン状態と逆方向にずれた位相差を示す。
On the other hand, the light beam emitted from the subject in the front pin state passes through different portions of the exit pupil of the photographing lens 12 and then reaches a pixel position that intersects and deviates in front of the imaging surface. In this case, the pair of pupil division images shows a phase difference shifted in the pupil division direction.
On the other hand, the light beam emitted from the object in the rear pin state passes through different portions of the exit pupil of the photographing lens 12 and then reaches the pixel position where the imaging surface is shifted with insufficient focusing. In this case, a set of pupil-divided images shows a phase difference shifted in the opposite direction to the front pin state.

以上説明したように、撮影レンズ12の合焦状況に応じて、瞳分割像の位相差が変化する。そこで、焦点演算部20は、メモリ17内の瞳分割方式の電気信号を分配して、一組の瞳分割像の像パターンを求める。焦点演算部20は、これらの像パターンについてパターンマッチング処理を実施して、位相差(像ズレ)を検出する。焦点演算部20は、この位相差に基づいて、撮影レンズ12の合焦状況やデフォーカス量を検出する。   As described above, the phase difference of the pupil-divided image changes according to the focusing state of the photographic lens 12. Therefore, the focus calculation unit 20 distributes the pupil division type electric signals in the memory 17 to obtain an image pattern of a set of pupil division images. The focus calculation unit 20 performs a pattern matching process on these image patterns to detect a phase difference (image shift). The focus calculation unit 20 detects the in-focus state and the defocus amount of the photographing lens 12 based on this phase difference.

[撮影動作の説明]
焦点演算部20によって検出されたデフォーカス量は、レンズ制御部12aに伝達される。レンズ制御部12aは、伝達されるデフォーカス量に基づいて撮影レンズ12の焦点駆動を行い、撮影レンズ12を被写体に合焦させる。
その後、電子カメラ10内のマイクロプロセッサ19は、レリーズ釦の全押し操作に同期して撮像制御部14を用いて、画像信号の読み出し動作を開始する。
この画像信号の読み出し動作は、上述した制御信号φTGaを用いた信号読み出し手順を、撮像用画素31ごとに繰り返すことによって実施される。
なお、焦点検出用画素37の配置箇所については、画像信号が欠落する。この欠落部分の画像信号については、周辺の画像信号を用いて補間することが可能である。また、焦点検出用画素37の光電変換域34の信号に基づいて、欠落部分の画像信号を生成してもよい。
[Explanation of shooting operation]
The defocus amount detected by the focus calculation unit 20 is transmitted to the lens control unit 12a. The lens control unit 12a drives the photographing lens 12 based on the transmitted defocus amount, and focuses the photographing lens 12 on the subject.
Thereafter, the microprocessor 19 in the electronic camera 10 starts an image signal reading operation using the imaging control unit 14 in synchronization with the full pressing operation of the release button.
This image signal readout operation is performed by repeating the signal readout procedure using the control signal φTGa described above for each imaging pixel 31.
It should be noted that image signals are missing at the locations where the focus detection pixels 37 are arranged. This missing image signal can be interpolated using surrounding image signals. Further, the image signal of the missing portion may be generated based on the signal of the photoelectric conversion area 34 of the focus detection pixel 37.

[第1実施形態の効果など]
一般に、焦点検出用画素37のマイクロレンズは、撮影レンズ12の射出瞳を光電変換域34までの短い距離で結像しなければならない。
この課題に対し、図6[A]に示すように、マイクロレンズ33,33aに段差Sを設け、焦点検出用画素の結像距離を補う方策が考えられる。しかし、この方策では、図6[B]に示すように、撮像面の段差Sによって斜入射光にケラレが発生するといった別の問題が生じてしまう。
[Effects of First Embodiment]
In general, the microlens of the focus detection pixel 37 must image the exit pupil of the photographing lens 12 at a short distance to the photoelectric conversion area 34.
In order to solve this problem, as shown in FIG. 6A, a method of providing a step S in the microlenses 33 and 33a to compensate for the imaging distance of the focus detection pixels can be considered. However, with this measure, another problem arises that, as shown in FIG. 6B, vignetting occurs in obliquely incident light due to the step S on the imaging surface.

第1実施形態は、上述した結像距離の問題を、焦点検出用画素37のマイクロレンズ35,36を多層化して短焦点化することにより解決する。この場合、上層マイクロレンズ36の集光パワーを下層マイクロレンズ35で無理なく補うことができる。そのため、個々のマイクロレンズ35,36については、集光パワーを適度に小さくし、レンズ曲率を小さくすることが可能になる。   The first embodiment solves the above-described problem of the imaging distance by multilayering the microlenses 35 and 36 of the focus detection pixel 37 to reduce the focal length. In this case, the condensing power of the upper microlens 36 can be easily supplemented by the lower microlens 35. Therefore, with respect to the individual microlenses 35 and 36, it is possible to appropriately reduce the condensing power and the lens curvature.

その結果、第1実施形態では、レンズ曲率による球面収差等の悪影響が小さく、瞳分割光束A,B(図3参照)の光束乱れが小さくなる。その結果、良質な瞳分割方式の電気信号を生成することが可能になり、焦点検出の精度を高めることが可能になる。   As a result, in the first embodiment, adverse effects such as spherical aberration due to the lens curvature are small, and the luminous flux disturbance of the pupil splitting luminous fluxes A and B (see FIG. 3) is small. As a result, it is possible to generate a high-quality pupil division type electrical signal, and it is possible to improve the accuracy of focus detection.

さらに、第1実施形態では、焦点検出用画素の結像距離を短縮することにより、射出瞳の実像の像倍率が小さくなる。そのため、大口径の撮影レンズ12の大きな射出瞳も焦点検出用画素の区画内になるべく結像させることが容易になる。その結果、大口径レンズの焦点検出性能を向上させることが可能になる。   Furthermore, in the first embodiment, the image magnification of the real image of the exit pupil is reduced by reducing the imaging distance of the focus detection pixels. For this reason, it becomes easy to form an image of the large exit pupil of the large-diameter photographing lens 12 as much as possible within the focus detection pixel section. As a result, it is possible to improve the focus detection performance of the large-diameter lens.

また、第1実施形態では、焦点検出用画素37の上層マイクロレンズ36を、撮像用画素31のマイクロレンズ33と同一層に形成する。そのため、上層マイクロレンズ36およびマイクロレンズ33を一緒に製造することが可能になり、固体撮像装置11の製造工程を簡略化することが可能になる。   In the first embodiment, the upper microlens 36 of the focus detection pixel 37 is formed in the same layer as the microlens 33 of the imaging pixel 31. Therefore, the upper microlens 36 and the microlens 33 can be manufactured together, and the manufacturing process of the solid-state imaging device 11 can be simplified.

さらに、第1実施形態では、下層マイクロレンズ35を、平坦化層38内のインナーレンズとして形成する。そのため、マイクロレンズ35,36の多層化にも係わらず、撮像面には余計な段差が生じず、段差による斜入射光のケラレを防ぐことができる。   Furthermore, in the first embodiment, the lower microlens 35 is formed as an inner lens in the planarization layer 38. Therefore, in spite of the multi-layering of the microlenses 35 and 36, an extra step is not generated on the imaging surface, and vignetting of oblique incident light due to the step can be prevented.

また、複数の焦点検出用画素37は、瞳分割方向に沿って撮像面に千鳥配置される。この千鳥配置では、個々の焦点検出用画素37に隣接して撮像用画素31が必ず存在する。そのため、焦点検出用画素37によって欠落する画像信号を、隣接する撮像用画素31を用いて高品質に補間することが可能になる。   The plurality of focus detection pixels 37 are staggered on the imaging surface along the pupil division direction. In this staggered arrangement, the imaging pixels 31 always exist adjacent to the individual focus detection pixels 37. Therefore, it is possible to interpolate an image signal lost by the focus detection pixel 37 with high quality using the adjacent imaging pixel 31.

《第2実施形態》
図7は、固体撮像装置11aの焦点検出エリア(焦点検出用画素37aの配置エリア)を示す図である。図8は、この固体撮像装置11aの撮像面の断面を示す図である。なお、電子カメラの構成については、第1実施形態(図1)と同じため、ここでの説明を省略する。
この第2実施形態の特徴は、焦点検出用画素37aの1個分を、撮像用画素31の複数個(ここでは2個)に相当する区画にした点である。
この構成によって、下層マイクロレンズ35aおよび上層マイクロレンズ36aは、図7に示すように、サイズ拡大される。また、光電変換域34aの1つ分は、図7に示すように、撮像用画素31の1区画分に相当する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 7 is a diagram illustrating a focus detection area (arrangement area of focus detection pixels 37a) of the solid-state imaging device 11a. FIG. 8 is a diagram showing a cross section of the imaging surface of the solid-state imaging device 11a. Since the configuration of the electronic camera is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof is omitted here.
A feature of the second embodiment is that one focus detection pixel 37a is divided into a plurality of (two in this case) pixels 31 for imaging.
With this configuration, the size of the lower-layer microlens 35a and the upper-layer microlens 36a is increased as shown in FIG. Further, one photoelectric conversion area 34a corresponds to one section of the imaging pixel 31 as shown in FIG.

[第2実施形態の効果など]
上述した第2実施形態では、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
[Effects of Second Embodiment, etc.]
In the second embodiment described above, the same function and effect as in the first embodiment can be obtained.

さらに、第2実施形態では、2画素分の撮像用画素31から画素出力を読み出すのと同様の手順で、焦点検出用画素37aから瞳分割方式の電気信号を読み出すことができる。   Furthermore, in the second embodiment, an electric signal of the pupil division method can be read from the focus detection pixel 37a in the same procedure as reading the pixel output from the imaging pixels 31 for two pixels.

さらに、第2実施形態では、下層マイクロレンズ35aおよび上層マイクロレンズ36aがサイズ拡大した分だけ、受光効率が高くなる。そのため、瞳分割方式の電気信号の信号レベルは高くなり、低照度の環境下においても正確な焦点検出が可能になる。   Furthermore, in the second embodiment, the light receiving efficiency is increased by the size expansion of the lower layer micro lens 35a and the upper layer micro lens 36a. For this reason, the signal level of the pupil division type electric signal becomes high, and accurate focus detection is possible even in a low illumination environment.

また、第2実施形態では、焦点検出用画素37aのサイズを、撮像用画素31の複数個分のサイズに一致させている。そのため、撮像用画素31の群の間に焦点検出用画素37aを配置しても、無駄な隙間が生じず、受光量の損失は少ない。   In the second embodiment, the size of the focus detection pixel 37 a is made to match the size of a plurality of the imaging pixels 31. Therefore, even if the focus detection pixels 37a are arranged between the groups of the imaging pixels 31, no useless gap is generated, and the loss of received light amount is small.

《第3実施形態》
図9は、焦点検出用画素37bのインナーレンズ構造を具体的に説明する図である。
なお、その他の構成は、第1実施形態や第2実施形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。
図9に示すように、下層マイクロレンズ35bは、上層マイクロレンズ36bの下層に曲面状の窪み(または山)を形成したレンズ形成層38bと、その上に形成する平坦化層39bとの屈折率を異ならせて形成される。なお、中間層を3層構成とすることによって、図9下段に示すように、下層マイクロレンズ35bをダブルインナーレンズ化することも可能である。また、このようなインナーレンズを、回折格子レンズの形態で実現することも可能である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 9 is a diagram for specifically explaining the inner lens structure of the focus detection pixel 37b.
Since other configurations are the same as those of the first embodiment and the second embodiment, description thereof is omitted here.
As shown in FIG. 9, the lower-layer microlens 35b has a refractive index of a lens-forming layer 38b in which a curved depression (or mountain) is formed in the lower layer of the upper-layer microlens 36b, and a planarization layer 39b formed thereon. Are formed differently. Note that, when the intermediate layer has a three-layer structure, the lower microlens 35b can be formed as a double inner lens as shown in the lower part of FIG. Also, such an inner lens can be realized in the form of a diffraction grating lens.

《第4実施形態》
図10は、固体撮像装置11cを示す図である。なお、電子カメラの構成については、第1実施形態(図1)と同じため、ここでの説明を省略する。
第4実施形態の特徴は、1つの焦点検出用画素37cを、放射状(ここでは縦2画素×横2画素)に配置された複数の撮像用画素31cから構成した点である。下層マイクロレンズ35cおよび上層マイクロレンズ36cは、これら放射配置された撮像用画素31cを覆うように形成される。なお、この放射配置の中心は、上層マイクロレンズ36cのレンズ中心、または射出瞳の実像の像中心に位置させることが好ましい。
このような放射配置により、個々の光電変換域34cは、放射状に瞳分割された瞳分割光束を個別に光電変換するようになる。なお、図10に示すように、この配置中心に対して個々の光電変換域34cを近づけて配置することにより、瞳分割光束の受光効率を高めることが好ましい。
さらに、固体撮像装置11cの撮像面には、ベイヤ配列の色フィルタ40cが、光電変換域34cごとに設けられる。このベイヤ配列の最小色配列(R,Gr,Gb,B)ごとに、1つの焦点検出用画素37cが設けられる。
なお、下層マイクロレンズ35cについては、上層マイクロレンズ36cと光電変換域34cの層内に形成するインナーレンズとすることが好ましい。
<< 4th Embodiment >>
FIG. 10 is a diagram illustrating the solid-state imaging device 11c. Since the configuration of the electronic camera is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), description thereof is omitted here.
A feature of the fourth embodiment is that one focus detection pixel 37c is composed of a plurality of imaging pixels 31c arranged radially (here, 2 vertical pixels × 2 horizontal pixels). The lower-layer microlens 35c and the upper-layer microlens 36c are formed so as to cover the imaging pixels 31c arranged in a radiation manner. The center of this radiation arrangement is preferably located at the lens center of the upper microlens 36c or the image center of the real image of the exit pupil.
With such a radiation arrangement, the individual photoelectric conversion areas 34c individually photoelectrically convert pupil-divided light beams that are radially divided into pupils. As shown in FIG. 10, it is preferable to increase the light receiving efficiency of the pupil-divided light beam by arranging the individual photoelectric conversion areas 34c close to the arrangement center.
Further, a Bayer array color filter 40c is provided for each photoelectric conversion region 34c on the imaging surface of the solid-state imaging device 11c. One focus detection pixel 37c is provided for each minimum color array (R, Gr, Gb, B) of the Bayer array.
The lower microlens 35c is preferably an inner lens formed in the upper microlens 36c and the photoelectric conversion region 34c.

[第4実施形態の焦点検出]
電子カメラ10は、予め範囲設定された焦点検出エリアに限定して、光電変換域34cの光電変換出力を読み出し、瞳分割方式の電気信号を得る。
焦点演算部20は、この瞳分割方式の電気信号から、Gr位置の光電変換出力とGb位置の光電変換出力を分離抽出することにより、斜め方向に瞳分割されたG色の分割像パターンを得ることができる。
焦点演算部20は、このG色の分割像パターンを斜め方向にずらして位相差を検出することによって焦点検出が可能になる。
[Focus Detection in Fourth Embodiment]
The electronic camera 10 reads out the photoelectric conversion output of the photoelectric conversion area 34c limited to the focus detection area set in advance, and obtains the pupil division type electric signal.
The focus calculation unit 20 separates and extracts the photoelectric conversion output at the Gr position and the photoelectric conversion output at the Gb position from the electrical signal of the pupil division method, thereby obtaining a G-color divided image pattern that is pupil-divided obliquely. be able to.
The focus calculation unit 20 can detect the focus by shifting the G-color divided image pattern in an oblique direction and detecting a phase difference.

また、焦点演算部20は、放射状に4分割された光電変換出力を、縦2画素および横2画素にそれぞれ加算してもよい。この処理により、縦方向に瞳分割された分割像パターンと、横方向に瞳分割された分割像パターンとを同時に得ることができる。   In addition, the focus calculation unit 20 may add photoelectric conversion outputs radially divided into four to two vertical pixels and two horizontal pixels, respectively. By this processing, it is possible to simultaneously obtain a divided image pattern obtained by dividing the pupil in the vertical direction and a divided image pattern obtained by dividing the pupil in the horizontal direction.

焦点演算部20は、縦方向に瞳分割された分割像パターンを縦方向にずらしながら輝度分布の位相差を検出することにより、横エッジを主たる絵柄とする被写体について正確な焦点検出が可能になる。一方、横方向に瞳分割された分割像パターンを横方向にずらしながら輝度分布の位相差を検出することにより、縦エッジを主たる絵柄とする被写体について正確な焦点検出が可能になる。   The focus calculation unit 20 detects the phase difference of the luminance distribution while shifting the divided image pattern obtained by dividing the pupil in the vertical direction in the vertical direction, thereby enabling accurate focus detection for a subject having a horizontal edge as a main pattern. . On the other hand, by detecting the phase difference of the luminance distribution while shifting the divided image pattern obtained by dividing the pupil in the horizontal direction in the horizontal direction, it is possible to accurately detect the focus on the subject whose main image is the vertical edge.

なお、縦横の位相差検出誤差(画像マッチングの誤差)を比較することにより、2つの焦点検出結果から信頼度の高い方を選択することも可能である。   It is also possible to select the one with higher reliability from the two focus detection results by comparing the vertical and horizontal phase difference detection errors (image matching errors).

[第4実施形態の画像信号読み出し]
電子カメラ10は、求めた焦点検出結果に基づいてピントの自動調整を実施する。
その後、電子カメラ10内のマイクロプロセッサ19は、レリーズ釦の全押し操作に同期して、画像信号の読み出し動作を開始する。
この画像信号の読み出し動作は、有効画素領域の全域について、光電変換域34cの光電変換出力を順次読み出すことによって実施される。
[Reading Image Signal According to Fourth Embodiment]
The electronic camera 10 performs automatic focus adjustment based on the obtained focus detection result.
Thereafter, the microprocessor 19 in the electronic camera 10 starts an image signal reading operation in synchronization with the full pressing operation of the release button.
This image signal readout operation is performed by sequentially reading out the photoelectric conversion output of the photoelectric conversion region 34c for the entire effective pixel region.

[第4実施形態の効果など]
上述した第4実施形態では、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
[Effects of Fourth Embodiment, etc.]
In 4th Embodiment mentioned above, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

さらに、第4実施形態では、最小色配列ごとに、焦点検出用画素37cを1つずつ配置する。この構成により、下層マイクロレンズ35cおよび上層マイクロレンズ36cは、モアレ防止用の光学ローパスフィルターと同様の機能を果たす可能になる。そのため、固体撮像装置11cから光学ローパスフィルターを省くことが可能になる。また、マイクロレンズ35c,36cの光学作用分だけ、光学ローパスフィルターのぼかし量を低減して光学ローパスフィルターを薄型化することも可能になる。   Furthermore, in the fourth embodiment, one focus detection pixel 37c is arranged for each minimum color arrangement. With this configuration, the lower-layer microlens 35c and the upper-layer microlens 36c can perform the same function as an optical low-pass filter for preventing moire. Therefore, it is possible to omit the optical low-pass filter from the solid-state imaging device 11c. In addition, the optical low-pass filter can be made thinner by reducing the blurring amount of the optical low-pass filter by the amount of the optical action of the microlenses 35c and 36c.

また、第4実施形態では、放射状に4つ配置された光電変換域34cを縦横にそれぞれ加算することで、瞳分割方向を臨機に変更することが可能になる。   Further, in the fourth embodiment, it is possible to change the pupil division direction instantly by adding four photoelectric conversion areas 34c arranged radially in the vertical and horizontal directions.

《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、上層マイクロレンズの入射側を凸形状に形成する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上層マイクロレンズの出射側を凸形状として入射側を平坦化または平坦に近づけてもよい。この形状であれば隣接する画素への斜め入射光が上層マイクロレンズによって遮られることが少なくなり、固体撮像装置の受光効率を高めることができる。
<< Additional items of embodiment >>
In the embodiment described above, the incident side of the upper microlens is formed in a convex shape. However, the embodiment is not limited to this. For example, the exit side of the upper microlens may be convex and the incident side may be made flat or close to flat. With this shape, obliquely incident light on adjacent pixels is less likely to be blocked by the upper microlens, and the light receiving efficiency of the solid-state imaging device can be increased.

なお、上述した第1〜第3実施形態では、撮像用画素に色フィルタを配置してもよい。この場合、焦点検出用画素については、色フィルタを省略することで、焦点検出用画素の受光効率を高めることが好ましい。   In the first to third embodiments described above, a color filter may be arranged in the imaging pixel. In this case, it is preferable to increase the light receiving efficiency of the focus detection pixel by omitting the color filter for the focus detection pixel.

また、上述した第1〜第3実施形態では、予め定められた焦点検出エリアに限って、焦点検出用画素を配置する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、撮像面の全域にわたって所定ピッチで焦点検出用画素を配置してもよい。この構成によって、所望の領域を柔軟に選択して、その領域から瞳分割方式の電気信号を読み出すことが可能になる。   In the first to third embodiments described above, focus detection pixels are arranged only in a predetermined focus detection area. However, the embodiment is not limited to this. For example, focus detection pixels may be arranged at a predetermined pitch over the entire imaging surface. With this configuration, it is possible to flexibly select a desired region and read out the pupil division type electrical signal from the region.

なお、上述した第1〜第3実施形態では、焦点検出用画素の区画内に、2個の光電変換域を設けている。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。焦点検出用画素の区画内に、複数個(3個以上)の光電変換域を配置してもよい。これら光電変換域を適当な傾きの中心線で線対称に分離してそれぞれ合成することで、焦点検出用画素の瞳分割方向を多様に変化させることが可能になる。また逆に、焦点検出用画素の区画内に、1つの光電変換域を設けてもよい。この場合、近接する焦点検出用画素を組にして瞳分割を行うことで瞳分割方式の電気信号を生成することが可能になる。   In the first to third embodiments described above, two photoelectric conversion areas are provided in the section of the focus detection pixel. However, the embodiment is not limited to this. A plurality (three or more) of photoelectric conversion areas may be arranged in the focus detection pixel section. By separating these photoelectric conversion areas symmetrically with a center line having an appropriate inclination and combining them, the pupil division direction of the focus detection pixels can be changed in various ways. Conversely, one photoelectric conversion area may be provided in the focus detection pixel section. In this case, it is possible to generate an electric signal of the pupil division method by performing pupil division with adjacent focus detection pixels as a set.

また、上述した第4実施形態では、撮像面の全域にわたって焦点検出用画素を配置する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。複数のN画素おきに焦点検出用画素を配置し、その他の画素位置に撮像専用の画素を配置してもよい。また、市松状に焦点検出用画素を配置し、その他の画素位置に撮像専用の画素を配置してもよい。   In the fourth embodiment described above, focus detection pixels are arranged over the entire imaging surface. However, the embodiment is not limited to this. A focus detection pixel may be arranged every N pixels, and a dedicated pixel for imaging may be arranged at other pixel positions. Alternatively, focus detection pixels may be arranged in a checkered pattern, and pixels dedicated to imaging may be arranged at other pixel positions.

なお、上述した第4実施形態では、原色ベイヤ配列のケースについて説明した。しかしながら、第4実施形態はこれに限定されるものではない。任意の色配列に応じて最小色配列を決定し、最小色配列の区域ごとに上層マイクロレンズを配置すればよい。   In the above-described fourth embodiment, the case of the primary color Bayer arrangement has been described. However, the fourth embodiment is not limited to this. A minimum color arrangement may be determined according to an arbitrary color arrangement, and an upper layer microlens may be arranged for each area of the minimum color arrangement.

また、上述した実施形態では、XYアドレス方式(CMOS型など)の固体撮像装置のケースについて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。CCD型固体撮像装置などに本発明を適用してもよい。   Further, in the above-described embodiment, the case of an XY address type (CMOS type, etc.) solid-state imaging device has been described. However, the embodiment is not limited to this. The present invention may be applied to a CCD type solid-state imaging device or the like.

なお、上述した実施形態では、撮像用画素のマイクロレンズと、焦点検出用画素の上層マイクロレンズとを同一層に形成している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、撮像用画素のマイクロレンズと、焦点検出用画素の下層マイクロレンズとを同一層に形成してもよい。   In the embodiment described above, the microlens for the imaging pixel and the upper microlens for the focus detection pixel are formed in the same layer. However, the embodiment is not limited to this. For example, the microlens for the imaging pixel and the lower layer microlens for the focus detection pixel may be formed in the same layer.

また、上述した実施形態では、上層マイクロレンズと下層マイクロレンズの2層構成にしている。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、中層マイクロレンズを1つまたは複数追加することにより、3層以上のレンズ構成にしてもよい。   In the embodiment described above, a two-layer configuration of an upper microlens and a lower microlens is employed. However, the embodiment is not limited to this. For example, a lens configuration of three or more layers may be obtained by adding one or more middle-layer microlenses.

以上説明したように、本発明は、瞳分割方式の電気信号の生成機能を有する固体撮像装置に利用可能な技術である。   As described above, the present invention is a technique that can be used for a solid-state imaging device having a pupil division type electric signal generation function.

電子カメラ10を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an electronic camera 10. FIG. 固体撮像装置11の焦点検出エリアを示す図である。3 is a diagram illustrating a focus detection area of the solid-state imaging device 11. FIG. 固体撮像装置11の撮像面の断面を示す図である。2 is a diagram illustrating a cross section of an imaging surface of the solid-state imaging device 11. FIG. 固体撮像装置11の等価回路を示す図である。2 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the solid-state imaging device 11. FIG. 瞳分割方式の電気信号の読み出し動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the read-out operation | movement of the electrical signal of a pupil division system. 撮像面に段差Sを設ける方策の不具合を説明する図である。It is a figure explaining the malfunction of the policy which provides the level | step difference S in an imaging surface. 固体撮像装置11aの焦点検出エリアを示す図である。It is a figure which shows the focus detection area of the solid-state imaging device 11a. 固体撮像装置11aの撮像面の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the imaging surface of the solid-state imaging device 11a. インナーレンズ構造を説明する図である。It is a figure explaining an inner lens structure. 固体撮像装置11cを示す図である。It is a figure which shows the solid-state imaging device 11c.

符号の説明Explanation of symbols

10…電子カメラ,11…固体撮像装置,12…撮影レンズ,12a…レンズ制御部,14…撮像制御部,15…信号処理部,16…A/D変換部,20…焦点演算部,31…撮像用画素,32…光電変換域,33…マイクロレンズ,34…光電変換域,35…下層マイクロレンズ,36…上層マイクロレンズ,37…焦点検出用画素,38…平坦化層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electronic camera, 11 ... Solid-state imaging device, 12 ... Shooting lens, 12a ... Lens control part, 14 ... Imaging control part, 15 ... Signal processing part, 16 ... A / D conversion part, 20 ... Focus calculation part, 31 ... Imaging pixels, 32... Photoelectric conversion area, 33... Microlens, 34... Photoelectric conversion area, 35 .. lower layer microlens, 36 ... upper layer microlens, 37 ... focus detection pixel, 38.

Claims (5)

撮影レンズのデフォーカス量によって位相差が変化する瞳分割方式の電気信号を生成する焦点検出用画素の群を撮像面に備えた固体撮像装置であって、
画素単位に光電変換して画像信号を生成する撮像用画素の群を前記撮像面に備え、
前記焦点検出用画素は、
焦点検出用画素の受光光束を集光する上層マイクロレンズと、
前記上層マイクロレンズの下層に形成され、前記上層マイクロレンズの集光パワーを補って前記撮影レンズの射出瞳の実像を前記焦点検出用画素の単位に形成する下層マイクロレンズと、
前記射出瞳の実像に対し所定の瞳分割方向に偏って配置され、前記瞳分割方式の電気信号を生成する光電変換域とを備え
1つの前記焦点検出用画素は、前記撮像用画素の複数個に相当する区画を占有し、
前記区画にわたって、前記上層マイクロレンズおよび前記下層マイクロレンズが1つずつ設けられる
ことを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a group of focus detection pixels for generating an electrical signal of a pupil division method in which a phase difference changes depending on a defocus amount of a photographing lens, on an imaging surface,
A group of imaging pixels that photoelectrically convert pixel by pixel to generate an image signal is provided on the imaging surface,
The focus detection pixel is:
An upper microlens that collects the received light flux of the focus detection pixels;
A lower-layer microlens that is formed in the lower layer of the upper-layer microlens, supplements the condensing power of the upper-layer microlens, and forms a real image of an exit pupil of the photographing lens in units of the focus detection pixels;
A photoelectric conversion region that is arranged in a predetermined pupil division direction with respect to the real image of the exit pupil and generates an electrical signal of the pupil division method ,
One focus detection pixel occupies a section corresponding to a plurality of the imaging pixels,
A solid-state imaging device , wherein the upper microlens and the lower microlens are provided one by one over the section .
請求項1に記載の固体撮像装置において
前記撮像用画素は、
前記上層マイクロレンズおよび前記下層マイクロレンズのいずれか一方と同一層に形成されたマイクロレンズを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1 ,
The imaging pixels are
A solid-state imaging device comprising: a microlens formed in the same layer as any one of the upper layer microlens and the lower layer microlens.
請求項1に記載の固体撮像装置において、
記焦点検出用画素は
前記射出瞳の実像を前記瞳分割方向に対称区分した位置ごとに前記光電変換域を備え
ことを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
Before Symbol focus detection pixels,
The solid-state imaging device, characterized in that Ru comprising the photoelectric conversion region a real image of the exit pupil for each position symmetrically divided into the pupil division direction.
請求項1に記載の固体撮像装置において、
前記下層マイクロレンズ前記上層マイクロレンズ/前記光電変換域の間の層内に形成されるインナーレンズであ
ことを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The lower microlenses, a solid-state imaging device, wherein the Ru inner lens der formed in a layer between the upper layer microlens / the photoelectric conversion region.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像装置
前記固体撮像装置から前記瞳分割方式の電気信号を読み出し、前記電気信号から得られる瞳分割像のパターンズレを検出して、焦点検出を行う焦点演算部と、
前記固体撮像装置から光電変換出力を読み出して画像信号を得る撮像制御部と
を備えたことを特徴とする電子カメラ
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
A focus calculation unit that reads out the electrical signal of the pupil division method from the solid-state imaging device, detects a pattern shift of the pupil division image obtained from the electrical signal, and performs focus detection;
An imaging control unit that reads out photoelectric conversion output from the solid-state imaging device and obtains an image signal;
Electronic camera comprising the.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10267623B2 (en) 2015-03-17 2019-04-23 Canon Kabushiki Kaisha Distance information processing apparatus, imaging apparatus, distance information processing method and program
US10659766B2 (en) 2015-10-30 2020-05-19 Canon Kabushiki Kaisha Confidence generation apparatus, confidence generation method, and imaging apparatus

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4946294B2 (en) * 2006-09-14 2012-06-06 ソニー株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP5593602B2 (en) * 2008-09-24 2014-09-24 ソニー株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP5217880B2 (en) * 2008-10-09 2013-06-19 株式会社ニコン Imaging device
JP5472584B2 (en) * 2008-11-21 2014-04-16 ソニー株式会社 Imaging device
JP5359465B2 (en) * 2009-03-31 2013-12-04 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, signal processing method for solid-state imaging device, and imaging device
JP2010252277A (en) * 2009-04-20 2010-11-04 Panasonic Corp Solid-state imaging apparatus, and electronic camera
JP5515396B2 (en) * 2009-05-08 2014-06-11 ソニー株式会社 Imaging device
JP5361535B2 (en) 2009-05-25 2013-12-04 キヤノン株式会社 Imaging device
JP5537905B2 (en) * 2009-11-10 2014-07-02 富士フイルム株式会社 Imaging device and imaging apparatus
WO2011061998A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 富士フイルム株式会社 Solid-state imaging device
CN103081457B (en) * 2010-08-24 2016-04-13 富士胶片株式会社 Solid state image pickup device
JP5956718B2 (en) * 2011-01-20 2016-07-27 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP5737971B2 (en) 2011-01-28 2015-06-17 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and camera
JP5744545B2 (en) * 2011-01-31 2015-07-08 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and camera
JP5750918B2 (en) * 2011-02-03 2015-07-22 株式会社ニコン Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same
WO2012132670A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 富士フイルム株式会社 Solid-state image capturing element, drive method therefor, and image capturing device
JP5406889B2 (en) 2011-07-01 2014-02-05 キヤノン株式会社 Imaging apparatus and control method thereof
JP5950618B2 (en) * 2012-02-24 2016-07-13 キヤノン株式会社 Method for forming light transmitting member and method for manufacturing imaging apparatus
JP2014089432A (en) * 2012-03-01 2014-05-15 Sony Corp Solid-state imaging device, microlens forming method of solid-state imaging device and electronic apparatus
JP5542248B2 (en) * 2012-03-28 2014-07-09 富士フイルム株式会社 Imaging device and imaging apparatus
CN110784666B (en) * 2012-03-30 2022-04-12 株式会社尼康 Imaging element and imaging device
JP5750394B2 (en) * 2012-03-30 2015-07-22 富士フイルム株式会社 Solid-state imaging device and imaging apparatus
EP2833623B1 (en) * 2012-03-30 2019-09-18 Nikon Corporation Image sensor, imaging method, and imaging device
EP2738812B8 (en) 2012-11-29 2018-07-18 ams Sensors Belgium BVBA A pixel array
TWI636557B (en) 2013-03-15 2018-09-21 新力股份有限公司 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device
JP6323448B2 (en) 2013-03-29 2018-05-16 ソニー株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP6221327B2 (en) * 2013-04-26 2017-11-01 株式会社ニコン Image sensor and camera
JP2015076475A (en) 2013-10-08 2015-04-20 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP6115787B2 (en) * 2013-12-18 2017-04-19 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
JP2016001682A (en) * 2014-06-12 2016-01-07 ソニー株式会社 Solid state image sensor, manufacturing method thereof, and electronic equipment
KR102593800B1 (en) * 2014-12-18 2023-10-25 소니그룹주식회사 Solid-state image pickup element and electronic device
JP6393293B2 (en) * 2016-06-15 2018-09-19 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP2018046563A (en) * 2017-10-05 2018-03-22 株式会社ニコン Imaging element
KR102545173B1 (en) * 2018-03-09 2023-06-19 삼성전자주식회사 A image sensor phase detection pixels and a image pickup device
CN109087925B (en) * 2018-08-09 2020-11-13 京东方科技集团股份有限公司 Array substrate, X-ray flat panel detector and X-ray detection method
JP2020161648A (en) * 2019-03-27 2020-10-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Image pick-up device and imaging apparatus
JP7371053B2 (en) 2021-03-29 2023-10-30 キヤノン株式会社 Electronic devices, mobile objects, imaging devices, and control methods, programs, and storage media for electronic devices
JP2023131720A (en) 2022-03-09 2023-09-22 キヤノン株式会社 Electronic device, moving body, distance calculation method, and computer program
JP2023170536A (en) 2022-05-19 2023-12-01 キヤノン株式会社 Image processing device, image processing method, movable body, and computer program
WO2024024464A1 (en) * 2022-07-25 2024-02-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element, and electronic device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4077577B2 (en) * 1999-04-01 2008-04-16 オリンパス株式会社 Image sensor
JP2004138968A (en) * 2002-10-21 2004-05-13 Canon Inc Focus detector
JP2004319837A (en) * 2003-04-17 2004-11-11 Canon Inc Solid-state imaging apparatus
JP4208072B2 (en) * 2003-12-05 2009-01-14 シャープ株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005303409A (en) * 2004-04-07 2005-10-27 Canon Inc Solid state imaging device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10267623B2 (en) 2015-03-17 2019-04-23 Canon Kabushiki Kaisha Distance information processing apparatus, imaging apparatus, distance information processing method and program
US10948281B2 (en) 2015-03-17 2021-03-16 Canon Kabushiki Kaisha Distance information processing apparatus, imaging apparatus, distance information processing method and program
US10659766B2 (en) 2015-10-30 2020-05-19 Canon Kabushiki Kaisha Confidence generation apparatus, confidence generation method, and imaging apparatus

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JP2007281296A (en) 2007-10-25

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