JP4915126B2 - The solid-state imaging device, and an 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。 Conventionally, the pupil division phase difference method is known as one of the focus detection techniques. 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。 This method, a light beam passing therethrough of the photographic lens and pupil division to form a pair of divided images. 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。 By detecting the pattern deviation of the pair of divided images, and detects a defocus amount of the photographing lens.
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。 As a solid-state imaging device according to the principle of the pupil division phase difference method it is known Patent Documents 1 and 2. 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。 Patent Documents 1 and 2, below the single layer microlenses performs pupil division by arranging the photoelectric conversion region by two, configured to generate an electrical signal of pupil division method is disclosed.
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。 Incidentally, a solid-state imaging device multilayer forming micro lenses of the imaging pixels is disclosed in Patent Document 3.
特開2002−314062号公報 JP 2002-314062 JP 特開2003−244712号公報 JP 2003-244712 ​​JP 特開平6−163866号公報 JP-6-163866 discloses

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。 A typical solid-state imaging device, for improving the light receiving efficiency of the pixel unit, a microlens is provided on the imaging surface. 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。 The microlens may be condensed to received light flux in the range of the photoelectric conversion region, the required condensing power is relatively small. 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。 Therefore, it is not necessary to forcibly short focal the focal length of the microlens, a lens curvature is small accordingly.

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。 On the other hand, the micro lenses of Patent Documents 1 and 2 described above, a real image of the exit pupil of the taking lens, it is necessary to image a short distance to the photoelectric conversion region. 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。 Therefore, large required condensing power to the micro-lens, the lens curvature increases accordingly.

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。 For this reason, a microlens of the Patent Documents 1 and 2, manufacture becomes very difficult. 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。 Furthermore, susceptible to adverse effects such as spherical aberration by increasing the lens curvature of the microlens. 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。 Since the light beam after the microlens transmitted by such the spherical aberration is disturbed, will not be able to clearly divide the light beam of the exit pupil, there is a problem that the focus detection accuracy decreases.
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。 Therefore, in the present invention, in the solid-state imaging device, and an object thereof is to provide a technique for generating an electrical signal of high quality pupil slicing.

《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。 "1" solid-state imaging device of the present invention comprises a group of focus detection pixels for generating an electrical signal of the pupil division phase difference is changed by the defocus amount of the photographing lens to the imaging surface.
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。 Comprising a group of imaging pixels for generating an image signal by photoelectric conversion pixel by pixel on the imaging surface.
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。 The focus detection pixel is provided with an upper microlens below, lower microlenses, a photoelectric conversion region.
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。 Upper microlenses, the received light flux of a focus detection pixel collects light.
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。 Lower microlenses is formed in the lower layer of the upper layer microlenses, forming a real image of the exit pupil of the photographing lens to compensate for the light collecting power of the upper microlens units of the focus detection pixels.
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。 The photoelectric conversion region is disposed biased to a predetermined pupil division direction relative to the real image of the exit pupil, and generates an electrical signal of the pupil division.
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。 Focus detection pixels occupies a section of a size corresponding to a plurality of imaging pixels, over compartment, upper microlens and lower microlenses is provided one by one.
《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。 "2" Note that preferably the imaging pixel includes an upper microlens and either a microlens formed on the same layer of the lower microlens.
《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。 "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.
》 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。 "4" Also preferably, the lower microlens is a inner lens formed in a layer between the upper microlens / photoelectric conversion region.
》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。 Electronic camera "5" present invention includes solid-state imaging device according to any one of the above "1" to "4", the focus calculating section, and the imaging control unit.
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。 Among them, the focus calculating section reads out the electrical signals of pupil slicing from the solid-state imaging device, and detecting the pattern deviation of the pupil-divided images obtained from the electrical signal to perform focus detection.
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。 On the other hand, the imaging control unit obtains an image signal by reading the photoelectric conversion output from the solid-state imaging device.

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。 The present invention, a light collecting power of the upper microlens is supplemented with the lower microlens. 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。 Therefore, it becomes unnecessary excessive short focusing for one one microlens, it is possible to generate an electrical signal of high quality pupil slicing.

《第1実施形態》 "The first embodiment"
[電子カメラの構成説明] [Configuration Description of the electronic camera]
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。 Figure 1 is a block diagram showing an electronic camera 10 of the present embodiment.
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。 In Figure 1, the electronic camera 10, photographing lens 12 is mounted. 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。 The taking lens 12 is focused and the aperture by the lens control unit 12a is driven. 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。 The image space of the photographing lens 12, an imaging surface of the solid-state imaging device 11 is disposed. 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。 The solid-state imaging device 11 is driven by the imaging control unit 14. 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。 Image data output from the solid-state imaging device 11, after being processed through the signal processing section 15 and the A / D converter 16, is temporarily stored in the memory 17.
このメモリ17は、バス18に接続される。 The memory 17 is connected to a bus 18. 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。 The bus 18, a lens control unit 12a, the imaging control unit 14, a microprocessor 19, the focus calculating section 20, the recording unit 22 is also connected an image compressing unit 24 and the image processing unit 25.
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。 The above microprocessor 19, the operation unit 19a, such as the release button is connected. 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。 Further, the above-described recording unit 22, a recording medium 22a is detachably mounted.

[画素レイアウトの説明] [Description of pixel layout]
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。 Figure 2 is a diagram showing a focus detection area of ​​the solid-state imaging device 11 (arrangement area of ​​focus detection pixels 37). 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。 Such focus detection area is provided at a plurality of positions of the imaging surface.
図3は、固体撮像装置11の撮像面の断面を示す図である。 Figure 3 is a diagram showing a cross section of the imaging surface of the solid-state imaging device 11.
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。 Hereinafter, with reference to FIGS. 2 and 3, illustrating a pixel structure of the solid-state imaging device 11. 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。 First, the imaging surface of the solid-state imaging device 11, the group of image pickup pixels 31 are arranged. 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。 Individual imaging pixels 31, the photoelectric conversion region 32 for photoelectrically converting is provided a received light flux for each pixel. 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。 The upper layer of the photoelectric conversion area 32, via a planarizing layer 38, a microlens 33 for focusing is provided a received light flux on the photoelectric conversion region 32. 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。 Group of imaging pixels 31, by converting photoelectrically pixel subject image projected on the imaging surface through the imaging lens 12, and generates an image signal.
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。 On the other hand, the focus detection area, as thread through the group of imaging pixels 31, are arranged focus detection pixel 37. 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。 The focus detection pixel 37 is formed on the same layer and the micro lens 33, having an upper microlens 36. 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。 The upper microlens 36, similarly to the microlens 33, the received light flux from the photographic lens 12 condenses.
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。 The upper microlens underlying planarizing layer 38 of 36, the lower microlens 35 is formed. 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。 The lower microlens 35 compensates a focusing power of the upper microlens 36 to form a real image of the exit pupil of the photographing lens 12 on a pixel-by-pixel basis.
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。 Further, the focus detection pixels 37 formed on the photoelectric conversion region 32 and the same layer, comprising a pair of photoelectric conversion region 34. 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。 The pair of photoelectric conversion region 34, a real image of the pupil division direction of the exit pupil (vertical, horizontal, diagonal, etc.) are arranged to symmetrically divided into.
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。 The pair of photoelectric conversion region 34, a portion of the real image of the exit pupil (pupil split light beams A shown in FIG. 2, B) by converting each photoelectric generates an electrical signal of the pupil division.
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。 As shown in FIG. 2, on the imaging surface, these focus detection pixels 37, so as to be aligned in the direction of the pupil division is arranged at predetermined pitches. 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。 Note that the group of focus detection pixels 37, so that not arranged simply in line, it is preferable to shift the the arrangement in staggered.

[回路説明] [Circuit Description]
図4は、固体撮像装置11の等価回路を示す図である。 Figure 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the solid-state imaging device 11.
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。 The solid-state imaging device 11, the vertical transfer circuit 3, the horizontal transfer circuit 4, the correlated double sampling circuit 5, the group of imaging pixels 31, and a schematic composed from the group of focus detection pixels 37.
まず、撮像用画素31の回路構成について説明する。 First, a description will be given of a circuit configuration of the image pickup pixel 31. 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。 The imaging pixels 31, a floating differential over John FD is provided. 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。 The floating differential over John FD, via a reset transistor QR, is connected to the power supply line VDD of the low impedance. 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。 Further, between the floating differential over John FD and the photoelectric conversion region 32, the transfer transistor QT is arranged. 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。 The gate of the transfer transistor QT, the control signal φTGa is supplied from the vertical transfer circuit 3.
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。 The voltage of the floating differential over John FD is applied to the gate of the amplifier element QA. 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。 The source of the amplifying elements QA, by turning control row select transistor QS, is connected to the vertical read lines 2. 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。 Through the row select transistor QS, by the current source Is is connected to the source of the amplifying elements QA, amplifier element QA constitute a source follower circuit. 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。 As a result, source follower voltage corresponding to the voltage of the floating differential over John FD is output to the vertical readout line 2.
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。 It will now be described features of the structure of the focus detection pixels 37. 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。 The focus detection pixels 37, in place of the photoelectric conversion region 32 of the imaging pixels 31, a pair of photoelectric conversion region 34 which is divided into the pupil division direction are provided.
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。 One of the photoelectric conversion region 34 via the transfer transistor QTA, is connected to the floating differential over John FD. 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。 The gate of the transfer transistor QTA, control signal φTGa is supplied from the vertical transfer circuit 3.
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。 The other photoelectric conversion region 34 via the transfer transistor QTB, is connected to the floating differential over John FD. 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。 The gate of the transfer transistor QTB, the control signal φTGb is supplied from the vertical transfer circuit 3.
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。 The other circuit configuration of the focus detection pixel 37, because they are the same as the imaging pixels 31, the description thereof is omitted.

[瞳分割方式の電気信号の読み出し動作] Operation of the read electric signal pupil slicing]
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。 Next, read operation will be described of the electrical signals of pupil division by the electronic camera 10.
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。 Microprocessor 19 of the electronic camera 10 drives the imaging control unit 14 in synchronism with the half-press operation of the release button to start the reading operation of the electrical signals of pupil division.
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。 Figure 5 is a timing chart for explaining the read operation of the electrical signals of the pupil slicing.
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。 First, the vertical transfer circuit 3 raises the control signal in the n-th row to the presence of the focus detection pixels 37 .phi.RS (n) and the control signal φTGa (n). 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。 Thus, the transfer transistor QTA connected to the photoelectric conversion region 34, the transfer transistor QTA, floating differential over John FD, and via a reset transistor QR is reset.
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。 Thereafter, the vertical transfer circuit 3 falls to n-th control signals φTGa (n), to change the transfer transistor QTa nonconductive. 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。 From this point, the transfer photoelectric conversion region 34 which is connected to the transistor QTa starts accumulation of 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。 In this state, the vertical transfer circuit 3 during the period T1, and sets the control signal φL (n) to a high level, thereby turning on the n-th row of the row select transistor QS. 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。 In synchronization with this, the vertical transfer circuit 3 maintains the conduction state of the n-th row of the reset transistor QR only for the period T2. 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。 By the maintenance of the conduction state, the potential of the floating differential over John FD in the n-th row is reset.
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。 After a period T2, the reset transistor QR is changed to a non-conductive, floating differential over John FD returns to a floating state. 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。 Instantaneous voltage of the switching (reset voltage) is held in a floating differential over John FD. 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。 The n-th row of the reset voltage is the source follower output to the vertical read lines 2 through the amplifier 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。 Thus from the vertical read lines 2, n row reset voltage is output column by column. 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。 These reset voltage, the control signal in synchronism with the fall timing of .phi.SH (end of period T3), is held in the correlated double sampling circuit 5 (capacitor group in the circuit).
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。 Next, the vertical transfer circuit 3 uses the control signal φTGa (n), thereby turning on the transfer transistor QTa the n-th row by the period T4. 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。 This conduction, signal charges accumulated in the photoelectric conversion region 34, which is connected to the transfer transistor QTa is transferred to the floating differential over John FD. 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。 Along with this transfer operation, the voltage of the floating differential over John FD is relative change from the reset voltage by transferring the signal charges. 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。 The signal voltage of the n-th row is the source follower output to the vertical read lines 2 through the amplifier 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。 n-th row of the signal voltage output to the column units via such vertical read lines 2 is applied to the correlated double sampling circuit 5. 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。 From the correlation double sampling circuit 5, the true signal voltage corresponding to the difference between the signal voltage and the reset voltage is output.
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。 In this state, the horizontal transfer circuit 4, the column control signal φH3 there are focus detection pixels 37, by using a Faieichi4, successively the true signal voltage of the photoelectric conversion region 34, which is connected to the transfer transistor QTa from Vout read on.

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。 Subsequently, the read operation described above, the control signal φTGa a (n) instead of the control signal FaiTGb (n), by repeating the true signal voltage of the photoelectric conversion region 34, which is connected to the transfer transistor QTb sequentially from Vout read on.
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。 By repeating to limit the above operations in the focus detection pixel 37, without reading all the pixels, it is possible to read in a short time the electrical signals of pupil division.
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。 Electric signals thus read pupil division scheme, after being digitized through the signal processing section 15 and the A / D converter 16, it is temporarily stored in the memory 17.

[焦点演算部20の動作について] [Operation of the focus calculation unit 20]
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。 Focus calculation unit 20 of the electronic camera 10, using the electrical signals of pupil slicing stored in the memory 17, to implement the focus detecting calculation. 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。 Hereinafter, with reference to FIG. 3, illustrating the optical principle of the focus detection and its processing.
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。 First, the upper microlens 36, a light flux passing through the exit pupil of the taking lens 12 for focusing. 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。 Lower microlenses 35 compensates a focusing power of the upper microlens 36, a real image of the exit pupil is formed on the pair of photoelectric conversion region 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。 As a result, a pair of photoelectric conversion region 34, (pupil split light beams A shown in FIG. 3, B) light beams exit pupil partially passage of the photographic lens 12 individually photoelectrically converting.
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。 Meanwhile, the light beam emitted from a point-focus subject (including proximity point) passes through the different respective positions of the exit pupil of the taking lens 12, again focusing to tie point image on the pickup surface. 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。 Therefore, when in the in-focus state, a pair of photoelectric conversion area 34 receives the pupil split light beams emitted from the same one point of the object. 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。 Thus, a pair of pupil-divided images obtained by the photoelectric conversion shows a substantially zero phase difference in the image pattern is approximately coincident.

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。 On the other hand, the light flux emitted from the subject of the front focus state, after passing through each of the exit pupil of different locations of the taking lens 12, and reaches the pixel position shifted crossed in front of the imaging plane. 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。 In this case, a pair of pupil-divided image is a phase difference deviates in the pupil division direction.
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。 Conversely, a light beam emitted from the rear focus state object is passed through each of the exit pupils of different locations of the taking lens 12, and reaches the shifted pixel positions of left imaging surface of the focusing deficiency. 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。 In this case, a pair of pupil-divided image is a phase difference shifted before-focus state and the reverse direction.

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。 As described above, according to the focusing status of the photographing lens 12, the phase difference between the pupil-divided image is changed. 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。 Therefore, the focus calculating section 20, and distributes the electrical signal of the pupil division in the memory 17, obtains a set of image patterns of the pupil-divided images. 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。 Focus arithmetic unit 20 execute the pattern matching process for these image patterns, detects a phase difference (image shift). 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。 Focus calculating section 20, based on this phase difference, it detects a focusing status and the defocus amount of the photographing lens 12.

[撮影動作の説明] [Description of photographing operation]
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。 Defocus amount detected by the focus calculating unit 20 is transmitted to the lens control unit 12a. 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。 The lens control unit 12a performs focus driving of the photographing lens 12 based on the defocus amount to be transmitted, to focus the photographing lens 12 on the subject.
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。 Thereafter, the microprocessor 19 of the electronic camera 10 uses the imaging control unit 14 in synchronization with the full press operation of the release button to start the reading operation of the image signal.
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。 The read operation of the image signal, a signal reading procedure using the control signal φTGa described above is carried out by repeating each imaging pixel 31.
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。 Note that the arrangement position of the focus detection pixels 37, the image signal is missing. 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。 The image signal of the missing portion can be interpolated by using the image signals of the peripheral. 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。 Further, based on the signal of the photoelectric conversion region 34 of the focus detection pixels 37 may generate an image signal of the missing portion.

[第1実施形態の効果など] [And the effect of the first embodiment]
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。 In general, the micro-lens of the focus detecting pixel 37 must be imaged at short distance of the exit pupil of the taking lens 12 to the photoelectric conversion region 34.
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。 For this problem, as shown in FIG. 6 [A], a step S is provided on the microlens 33, 33a, it is conceivable measures to compensate for the imaging distance of the focus detection pixels. 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。 However, in this approach, as shown in FIG. 6 [B], another problem occurs such vignetting is generated in the oblique incident light by the step S of 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。 The first embodiment, the problem of image formation distance described above will be solved by short focused by multilayered microlenses 35 and 36 of the focus detection pixels 37. 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。 In this case, it is possible to compensate reasonably condensing power of the upper microlens 36 in the lower microlens 35. 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。 Therefore, for the individual microlenses 35 and 36, the condenser power moderately small, it is possible to reduce 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。 As a result, in the first embodiment, small adverse effects such as spherical aberration due to the lens curvature, the pupil split light beams A, the light beam disturbance of B (see FIG. 3) becomes smaller. 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, it becomes possible to generate an electrical signal of high quality pupil slicing, it is possible to increase 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。 Furthermore, in the first embodiment, by reducing the image distance of the focus detection pixels, the image magnification of the real image of the exit pupil is reduced. 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。 Therefore, it becomes easy to possible imaged in the compartment of the large exit pupil also focus detection pixels of the imaging lens 12 having a large diameter. 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。 As a result, it is possible to improve the focus detection performance of a large aperture 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。 In the first embodiment, the upper microlens 36 of the focus detection pixels 37 are formed in the same layer as the microlens 33 of the imaging pixels 31. 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。 Therefore, it is possible to manufacture the upper microlenses 36 and the microlens 33 together, it is possible to simplify the manufacturing process of the solid-state imaging device 11.

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。 Furthermore, in the first embodiment, the lower microlens 35 is formed as the inner lens of the planarizing layer 38. 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。 Therefore, despite the multi-layered micro lenses 35 and 36, extra step is not generated in the imaging plane, it is possible to prevent vignetting of oblique incident light due to a step.

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。 Further, a plurality of focus detection pixels 37 are staggered on the imaging surface along the pupil division direction. 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。 This staggered arrangement, imaging pixels 31 adjacent to each focus detection pixel 37 always exists. 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。 Therefore, the image signal missing by focus detection pixels 37, it is possible to interpolate the high quality using the image pickup pixel 31 adjacent.

《第2実施形態》 "The second embodiment"
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。 Figure 7 is a view showing a focus detection area of ​​the solid-state imaging device 11a (arrangement area of ​​focus detection pixels 37a). 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。 Figure 8 is a diagram showing a cross section of the imaging surface of the solid-state imaging device 11a. 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。 Note that the configuration of the electronic camera, because they are the same as the first embodiment (FIG. 1), description thereof will be omitted here.
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。 Features of the second embodiment, one portion of the focus detection pixels 37a, a plurality of imaging pixels 31 (in this case two) lies in that the compartment corresponds to.
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。 This configuration, lower microlens 35a and the upper microlens 36a, as shown in FIG. 7, is enlarged size. 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。 Moreover, one portion of the photoelectric conversion region 34a, as shown in FIG. 7, which corresponds to one section portion of an imaging pixel 31.

[第2実施形態の効果など] [And the effect of the second embodiment]
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。 In the second embodiment described above, it is possible to obtain the same effects as the first embodiment.

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, the image pickup pixels 31 of two pixels in the same procedure as for reading the pixel output can be read out electrical signals of pupil slicing focus detection pixels 37a.

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。 Furthermore, in the second embodiment, by the amount of the lower microlens 35a and the upper microlens 36a has expanded size, the light receiving efficiency is increased. 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。 Therefore, the signal level of the electric signals of pupil slicing is higher, also enables accurate focus detection in an environment of low illuminance.

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。 In the second embodiment, the size of the focus detection pixels 37a, to match the plurality fraction size of the imaging pixels 31. 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。 Therefore, even if focus detection pixels arranged 37a between the group of imaging pixels 31, without causing useless gap, loss of light quantity is small.

《第3実施形態》 "Third Embodiment"
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。 Figure 9 is a diagram for explaining the inner lens structure of focus detection pixels 37b specifically.
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。 Other configurations are the same as the first embodiment and the second embodiment, and description thereof is omitted here.
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。 As shown in FIG. 9, the lower microlens 35b, the refractive index of the lens forming layer 38b which is formed a curved recess (or mountain) in the lower layer of the upper microlens 36b, the planarization layer 39b formed thereon the varied is formed. 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。 Incidentally, by making the intermediate layer and 3-layer construction, as shown in the lower part of FIG. 9, it is also possible to double the inner lens of the lower microlens 35b. 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。 Further, such a inner lens, can be realized in the form of a diffraction grating lens.

《第4実施形態》 "Fourth Embodiment"
図10は、固体撮像装置11cを示す図である。 Figure 10 is a diagram showing a solid-state imaging device 11c. 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。 Note that the configuration of the electronic camera, because they are the same as the first embodiment (FIG. 1), description thereof will be omitted here.
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。 Features of the fourth embodiment, a single focus detection pixels 37c, is radial point which is composed of a plurality of image pickup pixels 31c arranged in (vertically 2 pixels × horizontal 2 pixels in this case). 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。 Lower microlens 35c and the upper microlens 36c is formed so as to cover the radiation arranged imaging pixel 31c. 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。 The center of the radiation arrangement, it is preferable to position the lens center or image center of the real image of the exit pupil, the upper microlens 36c.
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。 Such radiation arrangement, each of the photoelectric conversion region 34c is formed of a pupil division light flux pupil radially divided individually as photoelectric conversion. 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。 As shown in FIG. 10, by placing close to each photoelectric conversion region 34c with respect to the arrangement center, it is preferable to increase the light receiving efficiency of the pupil split luminous fluxes.
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。 Further, the imaging surface of the solid-state imaging device 11c, the color filter 40c in the Bayer array is provided for each photoelectric conversion region 34c. 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。 Minimum color sequence of the Bayer array (R, Gr, Gb, B) each, one focus detection pixels 37c are provided.
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。 Note that the lower microlens 35c, it is preferable that the inner lens is formed on the upper microlens 36c and the photoelectric conversion region 34c in the layer.

[第4実施形態の焦点検出] [Focus detection Fourth Embodiment]
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。 The electronic camera 10 is limited to the focus detection area which is previously range setting, read the photoelectric conversion output of the photoelectric conversion region 34c, obtain an electric signal of pupil division.
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。 Focus calculation unit 20, from the electrical signals of the pupil slicing, by separating and extracting the photoelectric conversion output of the photoelectric conversion output and Gb position of Gr position, obtaining a pupil divided G color divided image pattern in a diagonal direction be able to.
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 calculation unit 20 allows focus detection by detecting a phase difference by shifting the divided image pattern of the color G in the diagonal direction.

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。 The focal calculation unit 20, a radially four divided photoelectric conversion output, the vertical two pixels and horizontal two pixels may be added respectively. 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。 This process can be obtained and the pupil-divided divided image pattern in the vertical direction, the horizontal direction and the division image patterns pupil division at the same time.

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。 Focus calculation unit 20, by detecting the phase difference in the vertical direction on the luminance distribution by shifting the pupil-divided divided image pattern in the vertical direction, allowing accurate focus detection for an object to the horizontal edge as a main picture . 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。 On the other hand, by detecting the phase difference of the luminance distribution by shifting the pupil-divided divided image pattern in the lateral direction in the transverse direction, the vertical edge enabling accurate focus detection for an object whose main picture.

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。 Incidentally, by comparing the phase difference detection error of the aspect (error of image matching), it is also possible to from the two focus detection result for selecting the higher reliability.

[第4実施形態の画像信号読み出し] [Image signal readout of the Fourth Embodiment]
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。 The electronic camera 10 performs an auto focus adjustment based on the focus detection result obtained.
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。 Thereafter, the microprocessor 19 of the electronic camera 10 in synchronization with the full press operation of the release button to start the reading operation of the image signal.
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。 The read operation of the image signal, the entire region of the effective pixel region, is carried out by sequentially reading out photoelectric conversion output of the photoelectric conversion region 34c.

[第4実施形態の効果など] [And the effect of the fourth embodiment]
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。 In the fourth embodiment described above, it is possible to obtain the same effects as the first embodiment.

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。 Furthermore, in the fourth embodiment, for each minimum color sequence, placing the focus detection pixels 37c one by one. 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。 With this configuration, the lower microlens 35c and the upper microlens 36c is made possible the same functions as those of the optical low-pass filter for moire prevention. 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。 Therefore, it is possible to omit the optical low-pass filter from the solid-state imaging device 11c. 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。 The micro lens 35c, optical action component of 36c only, it also becomes possible to thin the optical low-pass filter to reduce the amount of blur of the optical low-pass filter.

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。 In the fourth embodiment, by adding each of the four arranged photoelectric zone 34c radially vertically and horizontally, it is possible to change the pupil division direction of opportunity.

《実施形態の補足事項》 "Embodiment of the Supplement"
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。 In the embodiment described above, to form the incident side of the upper microlens convex shape. 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。 However, embodiments are not limited thereto. 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。 For example, it may be closer to the flattened or flat entrance side exit side of the upper microlens as a convex shape. 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。 The have a shape oblique incident light to adjacent pixels it is less that blocked by the upper microlenses, it is possible to increase the light receiving efficiency of the solid-state imaging device.

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。 In the first to third embodiments described above, it may be disposed color filters on the imaging pixels. 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 this case, for the focus detection pixels, by omitting the color filter, it is preferable to increase the light receiving efficiency of the focus detection pixels.

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。 Further, in the first to third embodiments described above, only a predetermined focus detection area, placing the focus detection pixels. 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。 However, embodiments are not limited thereto. 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。 For example, it may be of focus detection pixels arranged at a predetermined pitch over the entire area of ​​the imaging surface. 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。 This configuration and the flexibility to choose the desired region, it is possible to read out the electrical signals of pupil division method in 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。 In the first to third embodiments described above, in a compartment of the focus detection pixel is provided with two photoelectric conversion region. 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。 However, embodiments are not limited thereto. 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。 In a compartment of the focus detection pixels may be arranged photoelectric conversion region of a plurality (three or more). 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。 By combining each separate these photoelectric conversion region in line symmetry with the center line of the appropriate inclination, it is possible to change the pupil division direction of the focus detection pixels diverse. 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。 Conversely, in the compartment of the focus detection pixels may be provided with one photoelectric conversion region. 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 this case, it is possible to generate an electrical signal of the pupil division by dividing the pupil in the focus detection pixels adjacent in pairs.

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。 In the fourth embodiment described above, placing the focus detection pixels over the entire area of ​​the imaging surface. 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。 However, embodiments are not limited thereto. 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。 Arranging a plurality of N focus detection pixels in every other pixel may be arranged pixels of the imaging dedicated to other pixel positions. 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。 Further, focus detection pixels arranged in a checkered pattern, may be arranged pixels of the imaging dedicated to 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。 In the fourth embodiment described above has been described for the case of Bayer pattern. 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。 However, not the fourth embodiment is not limited thereto. 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。 To determine the minimum color arrangement according to any of the color array may be arranged an upper microlens for each zone of minimum color sequence.

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。 Further, in the above embodiment has been described for the case of the solid-state imaging device of an XY address system (CMOS type, etc.). 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。 However, embodiments are not limited thereto. CCD型固体撮像装置などに本発明を適用してもよい。 The present invention may be applied to a CCD type solid state imaging device.

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。 In the embodiment described above, to form the microlens imaging pixels, the upper microlens of focus detection pixels in the same layer. 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。 However, embodiments are not limited thereto. 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。 For example, a microlens imaging pixels may be formed in the same layer and a lower layer microlens of focus detection pixels.

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。 Further, in the embodiment described above, and a two-layer structure of the upper microlens and lower microlenses. 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。 However, embodiments are not limited thereto. 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。 For example, by adding one or more middle microlenses, it may be to a lens configuration of three or more layers.

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 capable utilized in the solid-state imaging device having a function of generating an electrical signal in the pupil division.

電子カメラ10を示すブロック図である。 Is a block diagram showing an electronic camera 10. 固体撮像装置11の焦点検出エリアを示す図である。 It is a diagram illustrating a focus detection area of ​​the solid-state imaging device 11. 固体撮像装置11の撮像面の断面を示す図である。 It is a diagram showing a cross section of the imaging surface of the solid-state imaging device 11. 固体撮像装置11の等価回路を示す図である。 Is a diagram showing an equivalent circuit of the solid-state imaging device 11. 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。 Is a timing chart for explaining the read operation of the electrical signals of pupil division. 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 diagram for explaining a problem of the strategy providing a step S on the 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 diagram illustrating a 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 diagram showing a 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。 Is a diagram illustrating the inner lens structure. 固体撮像装置11cを示す図である。 It is a diagram illustrating a solid-state imaging device 11c.

符号の説明 DESCRIPTION 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 10 ... electronic camera, 11 ... solid-state imaging device, 12 ... imaging lens, 12a ... lens controller, 14 ... imaging control unit, 15 ... signal processing unit, 16 ... A / D conversion unit, 20 ... focus calculation unit, 31 ... imaging pixels, 32 ... photoelectric conversion region 33 ... microlens, 34 ... photoelectric conversion region 35 ... lower microlenses 36 ... upper microlens, 37 ... focus detection pixels, 38 ... flattening layer

Claims (5)

  1. 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、 A solid-state imaging device provided on the imaging surface of the group of focus detection pixels for generating an electrical signal of the pupil division phase difference is changed by the defocus amount of the photographing lens,
    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、 Photoelectrically converted into pixel units includes a group of imaging pixels for generating an image signal to the imaging surface,
    前記焦点検出用画素は、 The focus detection pixels,
    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、 And an upper microlens for condensing light beams of the focus detection pixels,
    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、 Said formed under the upper microlenses, lower microlens forms a real image of the exit pupil of the upper microlens the photographing lens compensates for the light collecting power of the units of the focus detection pixels,
    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 The relative real image of the exit pupil is positioned biased to the predetermined pupil division direction, and a photoelectric conversion region for generating an electrical signal of the pupil slicing,
    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、 One of the focus detection pixels occupies a section corresponding to the plurality of the imaging pixels,
    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 Over the partition, the upper layer microlenses and the lower microlens is provided one
    ことを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device, characterized in that.
  2. 請求項1に記載の固体撮像装置において In the solid-state imaging device according to claim 1,
    前記撮像用画素は、 The image sensing pixel,
    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 characterized by comprising the upper microlens and either a microlens formed on the same layer of the lower microlens.
  3. 請求項1に記載の固体撮像装置において、 In the solid-state imaging device according to claim 1,
    記焦点検出用画素は Before Symbol focus detection pixels,
    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る ことを特徴とする固体撮像装置。 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.
  4. 請求項1に記載の固体撮像装置において、 In the solid-state imaging device according to claim 1,
    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る ことを特徴とする固体撮像装置。 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.
  5. 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 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
    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、 Wherein the solid-state imaging device reads the electrical signal of the pupil slicing, by detecting the pattern deviation of the pupil-divided images obtained from the electrical signal, a focus operation unit for performing focus detection,
    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 An imaging control unit for obtaining an image signal by reading the photoelectric conversion output from the solid-state imaging device
    を備えたことを特徴とする電子カメラ Electronic camera comprising the.
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