JP5211590B2 - Image sensor and focus detection apparatus - Google Patents
Image sensor and focus detection apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5211590B2 JP5211590B2 JP2007233688A JP2007233688A JP5211590B2 JP 5211590 B2 JP5211590 B2 JP 5211590B2 JP 2007233688 A JP2007233688 A JP 2007233688A JP 2007233688 A JP2007233688 A JP 2007233688A JP 5211590 B2 JP5211590 B2 JP 5211590B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- focus detection
- pair
- photoelectric conversion
- partial rectangular
- rectangular area
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は撮像素子、焦点検出装置および撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging element, a focus detection device, and an imaging device.
瞳分割型位相差検出方式の電荷蓄積型焦点検出画素を二次元状に配列した固体撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 There is known a solid-state imaging device in which charge accumulation type focus detection pixels of a pupil division type phase difference detection system are two-dimensionally arranged (see, for example, Patent Document 1).
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
しかしながら、上述した従来の固体撮像装置では、二次元状に配列された焦点検出画素のすべてに対して一律に電荷蓄積時間を制御しているので、撮影画面内の明るい部分では焦点検出画素の出力が飽和し、逆に暗い部分では焦点検出画素の出力が不足することがあり、部分的に焦点検出不能になるという問題がある。 However, in the above-described conventional solid-state imaging device, the charge accumulation time is uniformly controlled for all of the focus detection pixels arranged in a two-dimensional manner. On the contrary, there is a problem that the output of the focus detection pixel may be insufficient in a dark part, and the focus detection becomes partially impossible.
請求項1の発明による撮像素子は、単一の半導体基板上の矩形領域を、該矩形領域の辺の一部と共通な直交する2辺を有する少なくとも第1及び第2の部分矩形領域に分割し、前記第1及び第2の部分矩形領域にそれぞれ二次元状に配置された、電荷蓄積型の光電変換部を有する焦点検出用画素と、前記第1及び第2の部分矩形領域の各々に配置され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力とをそれぞれ読み出す第1及び第2の読み出し回路と、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積とを互いに独立に制御する制御回路と、を備え、前記第1及び第2の部分矩形領域は、互いに間隔を空けて配置され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素は、光学系の瞳の第1の一対の領域を通過した一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと一対の第1光電変換部とを有すると共に、前記一対の第1光電変換部の並び方向に配列され、前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素は、前記光学系の瞳の第2の一対の領域を通過した一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと一対の第2光電変換部とを有すると共に、前記一対の第2光電変換部の並び方向に配列され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の前記一対の第1光電変換部の並び方向は、前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の前記一対の第2光電変換部の並び方向と異なり、前記第1の読み出し回路による前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記一対の第1光電変換部の並び方向に配列された前記焦点検出用画素列毎に、前記一対の第1光電変換部の並び方向と垂直方向に走査されて行われ、前記第2の読み出し回路による前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記一対の第2光電変換部の並び方向に配列された前記焦点検出用画素列毎に、前記一対の第2光電変換部の並び方向と垂直方向に走査されて行われることを特徴とする。
請求項2の発明による撮像素子は、単一の半導体基板上の矩形領域を、該矩形領域の辺の一部と共通な直交する2辺を有する少なくとも第1及び第2の部分矩形領域に分割し、前記第1及び第2の部分矩形領域にそれぞれ二次元状に配置された、電荷蓄積型の光電変換部を有する焦点検出用画素と、前記第1及び第2の部分矩形領域の各々に配置され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力とをそれぞれ読み出す第1及び第2の読み出し回路と、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積とを互いに独立に制御する制御回路と、を備え、前記第1及び第2の部分矩形領域は、互いに間隔を空けて配置され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素は、光学系の瞳の第1の一対の領域を通過した第1の一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと前記第1の一対の光束の内の一方を受光する光電変換部とを備えた第1焦点検出画素と、1個のマイクロレンズと前記第1の一対の光束の内の他方を受光する光電変換部とを備えた第2焦点検出画素とが交互に配置され、前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素は、前記光学系の瞳の第2の一対の領域を通過した第2の一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと前記第2の一対の光束の内の一方を受光する光電変換部とを備えた第3焦点検出画素と、1個のマイクロレンズと前記第2の一対の光束の内の他方を受光する光電変換部とを備えた第4焦点検出画素とが交互に配置され、前記第1の部分矩形領域の前記第1及び第2の焦点検出用画素の交互配列の方向は、前記第2の部分矩形領域の前記第3及び第4の焦点検出用画素の交互配列の方向と異なり、前記第1の読み出し回路による前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記交互配列方向に配列された前記第1及び第2の焦点検出用画素列毎に、前記交互配列方向と垂直方向に走査されて行われ、前記第2の読み出し回路による前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記交互配列方向に配列された前記第3及び第4の焦点検出用画素列毎に、当該交互配列方向と垂直方向に走査されて行われることを特徴とする。
An image pickup device according to a first aspect of the present invention divides a rectangular area on a single semiconductor substrate into at least first and second partial rectangular areas having two orthogonal sides in common with a part of the sides of the rectangular area. In each of the first and second partial rectangular areas, each of the first and second partial rectangular areas is arranged in a two-dimensional manner in each of the first and second partial rectangular areas and has a focus detection pixel having a charge storage type photoelectric conversion unit. A first readout circuit and a second readout circuit that are arranged to read out the output of the focus detection pixel in the first partial rectangular area and the output of the focus detection pixel in the second partial rectangular area, respectively, A control circuit that controls the charge accumulation of the focus detection pixels in the partial rectangular region and the charge accumulation of the focus detection pixels in the second partial rectangular region independently of each other, and the first and second partial rectangles The regions are spaced apart from each other and the first The focus detection pixels in the partial rectangular area receive a pair of light beams that have passed through the first pair of areas of the pupil of the optical system, and output a pair of image signals. A first photoelectric conversion unit and arranged in the arrangement direction of the pair of first photoelectric conversion units, and the focus detection pixels of the second partial rectangular region are a second pair of pupils of the optical system. In addition to having a single microlens and a pair of second photoelectric conversion units so as to receive a pair of light beams that have passed through the region and output a pair of image signals, the arrangement direction of the pair of second photoelectric conversion units The alignment direction of the pair of first photoelectric conversion units of the focus detection pixels in the first partial rectangular area is arranged so that the pair of second photoelectric conversions of the focus detection pixels in the second partial rectangular area Unlike the arrangement direction of the units, the first readout circuit uses the first readout circuit. The readout of the focus detection pixel output in the partial rectangular area of each of the focus detection pixel columns arranged in the alignment direction of the pair of first photoelectric conversion units and the alignment direction of the pair of first photoelectric conversion units Reading of the focus detection pixel output of the second partial rectangular area by the second readout circuit is performed by scanning in the vertical direction, and the focal points arranged in the arrangement direction of the pair of second photoelectric conversion units. Scanning is performed in a direction perpendicular to the arrangement direction of the pair of second photoelectric conversion units for each pixel row for detection.
An image pickup device according to a second aspect of the present invention divides a rectangular area on a single semiconductor substrate into at least first and second partial rectangular areas having two orthogonal sides in common with a part of the sides of the rectangular area. In each of the first and second partial rectangular areas, each of the first and second partial rectangular areas is arranged in a two-dimensional manner in each of the first and second partial rectangular areas and has a focus detection pixel having a charge storage type photoelectric conversion unit. A first readout circuit and a second readout circuit that are arranged to read out the output of the focus detection pixel in the first partial rectangular area and the output of the focus detection pixel in the second partial rectangular area, respectively, A control circuit that controls the charge accumulation of the focus detection pixels in the partial rectangular region and the charge accumulation of the focus detection pixels in the second partial rectangular region independently of each other, and the first and second partial rectangles The regions are spaced apart from each other and the first The focus detection pixels in the partial rectangular area of one microlens receive the first pair of light beams that have passed through the first pair of areas of the pupil of the optical system and output a pair of image signals. And a photoelectric conversion unit that receives one of the first pair of light beams, a first focus detection pixel, one microlens, and a photoelectric sensor that receives the other of the first pair of light beams. Second focus detection pixels having a conversion unit are alternately arranged, and the focus detection pixels of the second partial rectangular region are second pixels that have passed through a second pair of regions of the pupil of the optical system. A third focus detection pixel including one microlens and a photoelectric conversion unit that receives one of the second pair of light beams so as to receive a pair of light beams and output a pair of image signals; A photoelectric conversion unit that receives one microlens and the other of the second pair of light beams; The fourth focus detection pixels provided are alternately arranged, and the direction of the alternate arrangement of the first and second focus detection pixels of the first partial rectangular region is the first direction of the second partial rectangular region. Unlike the direction of the alternating arrangement of the third and fourth focus detection pixels, the readout of the focus detection pixel output of the first partial rectangular area by the first readout circuit is performed in the alternating arrangement direction. For each of the first and second focus detection pixel columns, scanning is performed in a direction perpendicular to the alternate arrangement direction, and readout of the focus detection pixel output of the second partial rectangular area is performed by the second readout circuit. Is performed by scanning each of the third and fourth focus detection pixel columns arranged in the alternate arrangement direction in a direction perpendicular to the alternate arrangement direction.
本発明によれば、輝度差がある撮影画面内の位置にかかわらず、焦点検出画素の出力を焦点検出に適したレベルにすることができ、確実に焦点検出を行うことができる。 According to the present invention, the output of the focus detection pixel can be set to a level suitable for focus detection regardless of the position in the photographing screen where there is a luminance difference, and focus detection can be reliably performed.
図1は一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す。一実施の形態のデジタルスチルカメラ201は、交換レンズ202とカメラボディ203とから構成され、マウント部204により結合される。
FIG. 1 shows a configuration of a digital still camera according to an embodiment. A
交換レンズ202はレンズ209、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210、絞り211、レンズ駆動制御装置206などを備えている。絞り211は、光量およびボケ量調整のために光軸中心の開口径が可変な開口を形成する。レンズ駆動制御装置206は、フォーカシング用レンズ210の駆動制御、絞り211の開口径調整のための駆動制御、ズーミング用レンズ208、フォーカシング用レンズ210および絞り211の状態検出、後述するボディ駆動制御装置214との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
The
カメラボディ203は、光分岐プリズム220、撮像用の撮像素子212、焦点検出用の撮像素子218、ボディ駆動制御装置214、液晶表示素子駆動回路215、液晶表示素子216、接眼レンズ217、メモリカード219などを備えている。光分岐プリズム220は、半透過面(ハーフミラー)221により交換レンズ202から到来する光束を分割する。
The
撮像素子212は光分岐プリズム220の透過側における交換レンズ202の予定結像面に配置され、撮像用として用いられる。一方、撮像素子218は、光分岐プリズム220の反射側における交換レンズ202の予定結像面に配置され、焦点検出用として用いられる。メモリカード219は、撮像用撮像素子212で撮像された被写体像を格納記憶するための画像ストレージである。
The
ボディ駆動制御装置214は、マイクロコンピューターとメモリやA/Dコンバーターなどの周辺部品から構成され、撮像素子212、218の駆動制御、レンズ駆動制御装置206との通信(レンズ情報の受信/カメラ情報(デフォーカス量)の送信)、画像処理、交換レンズ202の焦点検出と焦点調節、デジタルスチルカメラ全体のシーケンス制御などを行う。ボディ駆動制御装置214とレンズ駆動制御装置206は、マウント部204に設けられた電気接点部213を介して各種情報(レンズ情報、フォーカシングレンズ駆動のためのデフォーカス量等)の授受を行う。
The body
液晶表示素子駆動回路215は、ボディ駆動制御装置214にしたがって液晶表示素子216を駆動し、液晶表示素子216に被写体像や撮影に関する情報を表示する。撮影者は、液晶表示素子216に表示された被写体像や撮影情報を接眼レンズ217を介して視認する。つまり、液晶表示素子駆動回路215と液晶表示素子216は、液晶ビューファインダー(電子ビューファインダーEVF)として機能する。
The liquid crystal display
撮像用の撮像素子212には撮像画素が2次元状に配置され、焦点検出用の撮像素子218には焦点検出画素が2次元状に配置されている。交換レンズ202を透過して撮像素子212上に形成された被写体像は、撮像素子212により光電変換されてその出力がボディ駆動制御装置214へ送られる。一方、交換レンズ202を透過して撮像素子218上に形成された被写体像は、撮像素子218により光電変換されてその出力がボディ駆動制御装置214へ送られる。
ボディ駆動制御装置214は、焦点検出画素の出力に基づいて交換レンズ202のデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送る。また、ボディ駆動制御装置214は、撮像画素の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード219に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路215へ送って液晶表示素子216に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置214は、レンズ駆動制御装置206へ絞り制御情報を送って絞り開口の大きさを制御させる。
The body
レンズ駆動制御装置206は、レンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放F値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置206は、レンズ208、210の位置と絞り211の絞り位置をモニターし、これらのモニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。
The lens
レンズ駆動制御装置206は、ボディ駆動制御装置214から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシングレンズ210を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。また、レンズ駆動制御装置206は、ボディ駆動制御装置214から受信した絞り制御情報に基づいて絞り211を不図示のモーター等の駆動源により駆動する。
The lens
図2は撮像用の撮像素子212の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子212の一部分を拡大して示す。撮像用の撮像素子212は撮像画素310から構成されている。撮像画素310は、図4に示すように、マイクロレンズ10、光電変換部11、不図示の色フィルターから構成されている。なお、色フィルターは赤(R)、緑(G)および青(B)の3種類からなり、それぞれの分光感度は図6に示す特性を有している。撮像用の撮像素子212は、これらの色フィルターを備えた撮像画素がベイヤー配列されている。撮像画素310の光電変換部11は、マイクロレンズ10によって明るい交換レンズの射出瞳(たとえばF1.0)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計されている。
FIG. 2 is a front view showing a detailed configuration of the
図3は焦点検出用の撮像素子218の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子218の一部分を拡大して示す。撮像素子218は焦点検出用の焦点検出画素311から構成されている。焦点検出画素311は、図5に示すように、マイクロレンズ10および一対の光電変換部12,13から構成されている。一対の光電変換部12,13の並び方向は水平方向であり、このような焦点検出画素の配列では焦点検出のための像ズレ検出が水平方向に行われる。図3に示す焦点検出画素311の配列では、行単位で像ズレ検出が行われる。
FIG. 3 is a front view showing a detailed configuration of the
焦点検出画素311には光量をかせぐために色フィルターが設定されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度、赤外カットフィルター(不図示)の分光特性を総合した分光特性(図7参照)、すなわち、図6に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。焦点検出画素311の一対の光電変換部12、13は、マイクロレンズ10によって交換レンズの特定の射出瞳(たとえばF2.8)を通過する光束をすべて受光するような形状に設計されている。
A color filter is not set in the
図8は撮像画素310の断面図である。撮像画素310は、撮像用の光電変換部11の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部11が前方に投影される。光電変換部11は半導体回路基板28上に形成される。なお、不図示の色フィルターがマイクロレンズ10と光電変換部11の中間の位置に配置されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
図9は焦点検出画素311の断面図である。焦点検出画素311は、焦点検出用の光電変換部12、13の前方にマイクロレンズ10が配置され、マイクロレンズ10により光電変換部12、13が前方に投影される。光電変換部12、13は半導体回路基板29上に形成されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
図10を参照してマイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出について説明する。90は、交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの、前方dの距離に設定された射出瞳である。距離dは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離と呼ぶ。91は交換レンズの光軸、50,60はマイクロレンズ、(52、53)(62、63)は焦点検出画素の一対の光電変換部、72,73、82,83は焦点検出光束である。
The focus detection by the pupil division method using the microlens will be described with reference to FIG.
また、92は、マイクロレンズ50、60により投影された光電変換部52,62の領域で、以下では測距瞳と呼ぶ。93は、マイクロレンズ50、60により投影された光電変換部53,63の領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。図10においては、光軸91上にある焦点検出画素(マイクロレンズ50と一対の光電変換部52、53からなる)と、隣接する焦点検出画素(マイクロレンズ60と一対の光電変換部62、63からなる)とを模式的に例示しているが、その他の焦点検出用画素においても一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳92、93から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。
マイクロレンズ50、60は光学系の予定結像面近傍に配置されており、光軸91上に配置されたマイクロレンズ50によりその背後に配置された一対の光電変換部52、53の形状がマイクロレンズ50、60から測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳92,93を形成する。
The
マイクロレンズ50に隣接して配置されたマイクロレンズ60によりその背後に配置された一対の光電変換部62、63の形状が測距瞳距離dだけ離間した射出瞳90上に投影され、その投影形状は測距瞳92,93を形成する。すなわち、測距瞳距離dにある射出瞳90上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳92,93)が一致するように、各画素のマイクロレンズと光電変換部の位置関係が決定されている。
The shape of the pair of
光電変換部52は測距瞳92を通過し、マイクロレンズ50に向う焦点検出光束72によりマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部53は測距瞳93を通過し、マイクロレンズ50に向う焦点検出光束73によりマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
The
また、光電変換部62は測距瞳92を通過し、マイクロレンズ60に向う焦点検出光束82によりマイクロレンズ60上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。光電変換部63は測距瞳93を通過し、マイクロレンズ60に向う焦点検出光束83によりマイクロレンズ60上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
The
このような焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳92および測距瞳93に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳92と測距瞳93を各々通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理、位相差検出処理)を施すことによって、いわゆる瞳分割方式で一対の像の像ズレ量が検出される。
A large number of such focus detection pixels are arranged in a straight line, and the output of the pair of photoelectric conversion units of each pixel is grouped into an output group corresponding to the
さらに、像ズレ量に所定の変換処理を施すことによって、予定結像面に対する現在の結像面(予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面)の偏差(デフォーカス量)が算出される。 Further, by applying a predetermined conversion process to the image shift amount, the deviation of the current imaging plane (imaging plane at the focus detection position corresponding to the position of the microlens array on the planned imaging plane) with respect to the planned imaging plane (Defocus amount) is calculated.
図11は、一実施の形態のデジタルスチルカメラ(撮像装置)の動作を示すフローチャートである。ステップ100において電源がONされると、ボディ駆動制御装置214はステップ110から動作を開始する。ステップ110で撮像用の撮像素子(撮像センサー)212から撮像画素のデータを間引き読み出しし、電子ビューファインダーに表示させる。
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation of the digital still camera (imaging device) according to the embodiment. When the power is turned on in
ステップ120では、焦点検出用の撮像素子(AFセンサー)218から焦点検出画素のデータを読み出す。このデータは一対の像に対応した一対の像データとなっている。続くステップ130で、一対の像データに基づいて後述する像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を行い、像ズレ量を演算してデフォーカス量に変換する。デフォーカス量の算出は後述するように画面内の複数の領域で行われ、算出された複数のデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量が決定される。例えば、複数のデフォーカス量の平均を最終的なデフォーカス量としたり、複数のデフォーカス量の中で最至近を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量とするなどの方法がある。 In step 120, the data of the focus detection pixel is read out from the image sensor (AF sensor) 218 for focus detection. This data is a pair of image data corresponding to a pair of images. In the following step 130, an image shift detection calculation process (correlation calculation process) described later is performed based on the pair of image data, and the image shift amount is calculated and converted into a defocus amount. The defocus amount is calculated in a plurality of areas in the screen as will be described later, and the final defocus amount is determined based on the calculated plurality of defocus amounts. For example, there is a method in which an average of a plurality of defocus amounts is used as a final defocus amount, or a defocus amount indicating the closest distance among the plurality of defocus amounts is used as a final defocus amount.
ステップ140において、合焦近傍かいなか、すなわち算出された最終的なデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを判定する。合焦していないと判定された場合はステップ150へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を合焦位置に駆動させ、ステップ110へ戻って上述した処理を繰り返す。
In step 140, it is determined whether or not the focus is close, that is, whether or not the calculated absolute value of the final defocus amount is within a predetermined value. If it is determined that the subject is not in focus, the process proceeds to step 150, where the defocus amount is transmitted to the lens
なお、焦点検出不能な場合もこのステップ150へ分岐し、レンズ駆動制御装置206へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を無限−至近間でスキャン駆動させ、ステップ110へ戻って上述した動作を繰り返す。
Even when focus detection is impossible, the process branches to step 150, a scan drive command is transmitted to the lens
一方、合焦近傍であると判定された場合はステップ160へ進み、不図示のレリーズ手段の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判定し、なされていないと判定された場合は、ステップ110へ戻って上述した処理を繰り返す。 On the other hand, if it is determined that it is close to the in-focus state, the process proceeds to step 160, where it is determined whether or not a shutter release has been performed by operating a release means (not shown), and if it is determined that the shutter release has not been performed, the process proceeds to step 110. It returns and repeats the process mentioned above.
シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップ170へ進み、レンズ駆動制御装置206へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り値を制御F値(撮影者または自動で設定されたF値)にする。絞り制御が終了した時点で、撮像用の撮像素子212に撮像動作を行わせ、撮像素子212の撮像画素から画像データを読み出す。ステップ180において、撮像画素のデータを画像データとしてメモリーカード219に保存し、ステップ110へ戻って上述した処理を繰り返す。
If it is determined that the shutter release has been performed, the process proceeds to step 170, where an aperture adjustment command is transmitted to the lens
次に、図11のステップ130における像ズレ検出演算処理(相関演算処理)の詳細について説明する。焦点検出画素が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。 Next, details of the image shift detection calculation process (correlation calculation process) in step 130 of FIG. 11 will be described. The pair of images detected by the focus detection pixels has a possibility that the distance measurement pupil is displaced by the aperture of the lens and the balance of the light quantity is lost. Perform the operation.
焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列(A11〜A1M、A21〜A2M:Mはデータ数)に対し、次式により相関演算式を行って相関量C(k)を演算する。
C(k)=Σ|A1n・A2n+1+k−A2n+k・A1n+1| ・・・(1)
(1)式において、Σ演算はnについて累積され、nのとる範囲は、像ずらし量kに応じてA1n、A1n+1、A2n+k、A2n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。また、像ずらし量kは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。
For the pair of data strings (A11 to A1M, A21 to A2M, where M is the number of data) read from the focus detection pixel string, a correlation calculation formula is calculated by the following formula to calculate the correlation amount C (k).
C (k) = Σ | A1n · A2n + 1 + k−A2n + k · A1n + 1 | (1)
In equation (1), the Σ operation is accumulated for n, and the range that n takes is limited to the range in which the data of A1n, A1n + 1, A2n + k, and A2n + 1 + k exist according to the image shift amount k. Is done. Further, the image shift amount k is an integer, and is a relative shift amount with the data interval of the data string as a unit.
(1)式の演算結果は、図12(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量(図12(a)ではk=kj=2)において相関量C(k)が極小(小さいほど相関度が高い)になる。(2)式〜(5)式による3点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値C(x)を与えるシフト量xを求める。
x=kj+D/SLOP ・・・(2),
C(x)= C(kj)-|D| ・・・(3),
D={C(kj-1)-C(kj+1)}/2 ・・・(4),
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj-1)−C(kj)} ・・・(5)
As shown in FIG. 12A, the calculation result of the expression (1) shows that the correlation amount C (k) is minimal in the shift amount having high correlation between the pair of data (k = kj = 2 in FIG. 12A). (The smaller the value, the higher the degree of correlation). The shift amount x that gives the minimum value C (x) with respect to the continuous correlation amount is obtained using the three-point interpolation method according to the equations (2) to (5).
x = kj + D / SLOP (2),
C (x) = C (kj) − | D | (3),
D = {C (kj-1) -C (kj + 1)} / 2 (4),
SLOP = MAX {C (kj + 1) -C (kj), C (kj-1) -C (kj)} (5)
(1)式で算出されたずらし量xの信頼性があるかどうかは、次のようにして判定される。図12(b)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は内挿された相関量の極小値C(x)の値が大きくなる。したがって、C(x)が所定のしきい値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量xをキャンセルする。あるいは、C(x)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPでC(x)を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量xをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量xをキャンセルする。 Whether or not the shift amount x calculated by the equation (1) is reliable is determined as follows. As shown in FIG. 12B, when the correlation degree between the pair of data is low, the value of the interpolated correlation minimum value C (x) becomes large. Therefore, when C (x) is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the calculated shift amount has low reliability, and the calculated shift amount x is canceled. Alternatively, in order to normalize C (x) with the contrast of data, when the value obtained by dividing C (x) by SLOP that is proportional to the contrast is equal to or greater than a predetermined value, the reliability of the calculated shift amount Is determined to be low, and the calculated shift amount x is canceled. Alternatively, when SLOP that is a value proportional to the contrast is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the subject has low contrast and the reliability of the calculated shift amount is low, and the calculated shift amount x is canceled.
図12(c)に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲knin〜kmaxの間で相関量C(k)の落ち込みがない場合は、極小値C(x)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。 As shown in FIG. 12C, when the correlation between the pair of data is low and there is no drop in the correlation amount C (k) between the shift ranges knin to kmax, the minimum value C (x) is obtained. In such a case, it is determined that the focus cannot be detected.
なお、相関演算式としては上記(1)式に限定されず、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算式であればよい。 The correlation calculation formula is not limited to the above formula (1), and any correlation calculation formula that can maintain the image shift detection accuracy with respect to the light quantity balance may be used.
算出されたずらし量xの信頼性があると判定された場合は、次式により像ズレ量shftに換算される。
shft=PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチ(焦点検出画素のピッチ)である。(6)式で算出された像ズレ量に所定の変換係数kを乗じてデフォーカス量defへ変換する。
def=k・shft ・・・(7)
If it is determined that the calculated shift amount x is reliable, it is converted into the image shift amount shft by the following equation.
shft = PY · x (6)
In the equation (6), PY is a detection pitch (a pitch of focus detection pixels). The image shift amount calculated by the equation (6) is multiplied by a predetermined conversion coefficient k to be converted into a defocus amount def.
def = k · shft (7)
図13は焦点検出用の撮像素子218の詳細な構成を示す。焦点検出用の撮像素子218の半導体基板面230には、図3に示すように焦点検出画素311が隙間なく2次元状に配列されている。撮像画面に対応する半導体基板面230は、面中心を通る水平線および垂直線により4つの部分領域311、321,331,341に分割される。各領域ごとに第1走査回路312、322,332,342と第2走査回路313、323,333,343が独立に備えられている。
FIG. 13 shows a detailed configuration of the
部分領域311に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路312により垂直方向に1行ずつ矢印314の方向に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路313により矢印315の方向に1画素ずつ出力される。また、部分領域321に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路322により垂直方向に1行ずつ矢印324の方向に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路323により矢印325の方向に1画素ずつ出力される。
The signals of the focus detection pixels belonging to the
部分領域331に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路332により垂直方向に1行ずつ矢印334の方向に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路333により矢印335の方向に1画素ずつ出力される。また、部分領域341に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路342により垂直方向に1行ずつ矢印344の方向に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路343により矢印345の方向に1画素ずつ出力される。
The signals of the focus detection pixels belonging to the
各領域ごとに走査回路が独立しており、走査回路の動作(走査時間)を異ならせることによって、焦点検出画素の電荷蓄積時間を焦点検出画素が属する領域ごとに独立に制御することができる。 The scanning circuit is independent for each region, and by changing the operation (scanning time) of the scanning circuit, the charge accumulation time of the focus detection pixel can be controlled independently for each region to which the focus detection pixel belongs.
図14は焦点検出用の撮像素子218の回路構成を示す概念図である。なお、ここでは図13に示す焦点検出用の撮像素子218の1領域の構成をCMOS回路で構成した例を示し、説明を解りやすくするために4光電変換部×4光電変換部のレイアウトとして示す。
FIG. 14 is a conceptual diagram showing a circuit configuration of an
信号保持部502は、1行分の焦点検出画素の光電変換部503からの出力信号を一時的保持するバッファであり、出力線501に出力されている画像信号を第1走査回路504が発する制御信号ΦHに基づいてラッチする。光電変換部503の電荷蓄積動作は、第1走査回路504が発する制御信号(ΦR1〜ΦR4)により行ごとに独立に制御される。したがって、同一行に属する光電変換部間の同時性が確保される。
The
焦点検出画素の光電変換部503の信号出力は、第1走査回路504が発する制御信号(ΦS1〜ΦS4)により行ごとに独立に制御される。制御信号により選択された光電変換部503の信号は出力線501に出力される。信号保持部502に保持された画像信号は、第2走査回路505が発する制御信号(ΦV1〜ΦV4)によって順次出力回路506へ転送され、出力回路506で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
The signal output of the
図15は、図14に示す光電変換部503の詳細な回路図である。光電変換部はフォトダイオード(PD)で構成される。PDで蓄積された電荷は浮遊拡散層(フローティングディフュージョン:FD)に蓄積される。FDは増幅MOSトランジスタ(AMP)のゲートに接続されており、AMPはFDに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。FD部は、リセットMOSトランジスタ510を介して電源電圧Vddに接続されており、制御信号ΦRn(ΦR1〜ΦR4)によりリセットMOSトランジスタ510がONすると、FDおよびPDに溜まった電荷がクリアされ、リセット状態(電荷蓄積開始)となる。
FIG. 15 is a detailed circuit diagram of the
AMPの出力は、行選択MOSトランジスタ512を介して出力線501に接続されており、制御信号ΦSn(ΦS1〜ΦS4)により行選択MOSトランジスタ512がONすると、AMPの出力が出力線501に出力される。
The output of AMP is connected to the
図16は、図14に示す焦点検出用撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。焦点検出用撮像素子218の電荷蓄積時間制御、電荷蓄積タイミング制御、信号読出し制御は、いわゆるCMOS撮像素子の制御と同様にローリングシャッター方式で行われる。1行目の焦点検出画素の光電変換部503は第1走査回路504が発する制御信号ΦS1により選択され、選択された焦点検出画素の光電変換部503の画像信号が出力線501に出力される。
FIG. 16 is a timing chart showing the operation of the focus detection image sensor shown in FIG. The charge accumulation time control, charge accumulation timing control, and signal readout control of the focus
制御信号ΦS1と同期して発せられる制御信号ΦHにより出力線501に出力された1行目の画像信号は、信号保持部502に一時的に保持される。信号保持部502に保持された1行目の焦点検出画素の光電変換部503の画像信号は、第2走査回路505から順次発せられる制御信号ΦV1〜ΦV4にしたがって出力回路506に転送され、出力回路506で設定された増幅度で増幅された外部に出力される。
The image signal of the first row output to the
1行目の撮像画素の画像信号の信号保持部502への転送が終了した時点で、第1走査回路504から発せられる制御信号ΦR1によって1行目の焦点検出画素の光電変換部503がリセットされ、1行目の焦点検出画素の光電変換部503の次の電荷蓄積が開始される。1行目の焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の出力回路からの出力が終了した時点で、2行目の焦点検出画素の光電変換部503は第1走査回路504が発する制御信号ΦS2により選択され、選択された焦点検出画素の光電変換部503の画像信号が出力線501に出力される。
When the transfer of the image signals of the imaging pixels in the first row to the
以下同様にして2行目の焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の保持および焦点検出画素の光電変換部503のリセット、画像信号の出力が行われる。続いて3行目の焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の保持および焦点検出画素の光電変換部503のリセット、焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の出力が行われる。さらに続いて4行目の焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の保持および焦点検出画素の光電変換部503のリセット、焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の出力が行われる。
Thereafter, similarly, the image signal of the
続いて再び1行目に戻って上記動作が繰り返される。焦点検出画素の光電変換部503の画像信号の電荷保持タイミングから、次回の光電変換部の画像信号の電荷保持タイミングまでの周期Ts、および光電変換部の電荷蓄積時間Tin(露光時間:画素のリセットタイミングから画像信号の保持タイミングまでの時間)は、画像信号のレベルが焦点検出演算に適したレベルとなるように各領域の明るさに応じて制御される。
Subsequently, returning to the first line again, the above operation is repeated. The period Ts from the charge holding timing of the image signal of the
各領域の明るさ(輝度)は、図1に不図示の分割測光センサーにより検出することができる。各領域の画像信号の平均値の値に基づいて、電荷蓄積時間をフィードバック制御するようにしてもよい。制御信号ΦRnのON期間Tnを変更することによって、電荷蓄積時間Tinを変更することができる。制御信号ΦSnの立ち上がりタイミングの間隔Txを変更することによって、電荷蓄積周期Tsを変更することができる。 The brightness (luminance) of each region can be detected by a divided photometric sensor (not shown in FIG. 1). The charge accumulation time may be feedback controlled based on the average value of the image signals in each region. The charge accumulation time Tin can be changed by changing the ON period Tn of the control signal ΦRn. The charge accumulation period Ts can be changed by changing the rising timing interval Tx of the control signal ΦSn.
以上のように2次元配列された焦点検出画素を複数の領域に分割してそれぞれの領域において独立した制御回路を設けて電荷蓄積動作を制御しているので、画面内で輝度差がある場合においても、各領域で同時に電荷蓄積動作を行うことができ、焦点検出動作のレスポンス低下を防止できるとともに、各領域の焦点検出画素の出力レベルを焦点検出に適したレベルにすることが可能になり、各領域で確実なデフォーカス量の検出が可能になる。 As described above, the focus detection pixels arranged two-dimensionally are divided into a plurality of regions, and the charge accumulation operation is controlled by providing independent control circuits in each region. In addition, it is possible to perform the charge accumulation operation in each region at the same time, prevent a decrease in the response of the focus detection operation, and make it possible to set the output level of the focus detection pixel in each region to a level suitable for focus detection, A defocus amount can be reliably detected in each region.
なお、複数の領域に対して独立に設けられた制御回路を統一的に同時制御することによって、複数の領域を単一の領域として電荷蓄積動作を制御することができる。このようにすれば複数の領域の境界を含む部分で焦点検出を行うことができる。 Note that the charge accumulation operation can be controlled with a plurality of regions as a single region by uniformly and simultaneously controlling control circuits provided independently for the plurality of regions. In this way, focus detection can be performed at a portion including the boundaries of a plurality of regions.
《発明の他の実施の形態》
図17は焦点検出用撮像素子の変形例の詳細な構成を示す正面図である。図3に示す焦点検出用撮像素子218では、焦点検出画素311がひとつの画素内に一対の光電変換部を備えた例を示したが、図17に示す変形例の焦点検出用撮像素子218Aの焦点検出画素313,314では、ひとつの画素内にひとつの光電変換部を備える。この変形例では、焦点検出画素313と焦点検出画素314が一対となっており、図3に示す焦点検出用撮像素子218の焦点検出画素311に相当する。
<< Other Embodiments of the Invention >>
FIG. 17 is a front view showing a detailed configuration of a modified example of the focus detection image sensor. In the focus
図18(a)は焦点検出画素313の構成を示す。焦点検出画素313はマイクロレンズ10と光電変換部16から構成されている。また、図18(b)は焦点検出画素314の構成を示す。焦点検出用画素314はマイクロレンズ10と光電変換部17から構成されている。光電変換部16,17はマイクロレンズ10により交換レンズ202の射出瞳に投影され、図10に示す測距瞳92,93を形成する。したがって、焦点検出画素313,314の配列により焦点検出に用いる一対の像の出力を得ることができる。焦点検出画素内にひとつの光電変換部を備えることによって、撮像素子218Aの読み出し回路構成が複雑になるのを避けることができる。
FIG. 18A shows the configuration of the
図19は焦点検出用撮像素子の画素配列の変形例を示す図である。図13に示す焦点検出用撮像素子218の構成においては、画面に対応する半導体基板面の4つの部分領域311、321,331,341に水平方向に並んだ一対の光電変換部を備えた焦点検出画素311を2次元状に配列した例を示したが、図19に示す焦点検出用撮像素子218Bの画素配列では、2つの部分領域321,341に水平方向に並んだ一対の光電変換部を備えた焦点検出画素311を2次元状に配列し、2つの部分領域311,331には図20に示すように垂直方向に並んだ一対の光電変換部を備えた焦点検出画素315(焦点検出画素311を90度回転した構造を持つ)を2次元状に配列している。
FIG. 19 is a diagram illustrating a modification of the pixel array of the focus detection image sensor. In the configuration of the focus
図21は、図19の画素配列を備えた焦点検出用撮像素子218Bの構成図であり、4つの部分領域311、321,331,341ごとに第1走査回路312、322,332,342と第2走査回路313、323,333,343が独立に備えられるが、図13に示す撮像素子218と比較して第1走査回路312、332と第2走査回路313、333の配置が逆になっている。
FIG. 21 is a configuration diagram of the focus
部分領域311に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路312により垂直方向に1行ずつ矢印316の方向(水平方向)に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路313により矢印317の方向(垂直方向)に1画素ずつ出力される。また、部分領域321に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路322により垂直方向に1行ずつ矢印324の方向(垂直方向)に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路323により矢印325の方向(水平方向)に1画素ずつ出力される。
The signals of the focus detection pixels belonging to the
部分領域331に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路332により垂直方向に1行ずつ矢印336の方向(水平方向)に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路333により矢印337の方向(垂直方向)に1画素ずつ出力される。また、部分領域341に属する焦点検出画素の信号は、第1走査回路342により垂直方向に1行ずつ矢印344の方向(垂直方向)に走査され、走査された1行分の信号は第2走査回路343により矢印345の方向(水平方向)に1画素ずつ出力される。
The signals of the focus detection pixels belonging to the
各領域ごとに走査回路が独立しており、走査回路の動作(走査時間)を異ならせることによって、焦点検出画素の電荷蓄積時間を焦点検出画素が属する領域ごとに独立に制御することができる。 The scanning circuit is independent for each region, and by changing the operation (scanning time) of the scanning circuit, the charge accumulation time of the focus detection pixel can be controlled independently for each region to which the focus detection pixel belongs.
以上のような構成により、画面内の複数の領域ごとに独立して電荷蓄積動作を行った後に、水平方向と垂直方向の2つの方向で像ズレ検出を行うことができ、1つの方向しか像ズレ検出できない場合と比較して、多様な被写体に対する焦点検出能力が向上する。 With the configuration as described above, after performing the charge accumulation operation independently for each of the plurality of regions in the screen, it is possible to detect the image shift in two directions, the horizontal direction and the vertical direction, and image in only one direction. Compared to the case where the shift cannot be detected, the focus detection capability for various subjects is improved.
図22は焦点検出用撮像素子の画素配列の他の変形例を示す図である。図19に示す焦点検出用撮像素子218Bの画素配列においては、撮像画面に対応する半導体基板面を4つの部分領域311、321,331,341に分割し、それぞれの領域に像ズレ検出方向が水平方向な焦点検出画素と像ズレ検出方向が垂直方向な焦点検出画素を配列した例を示したが、図22に示す撮像素子218Cでは、撮像画面に対応する半導体基板面において互いに離間する複数の矩形ブロック領域401〜409を形成するとともに、図19に示す2つの方向で焦点検出が可能な焦点検出画素配列の画素数を減じた縮小版の焦点検出画素配列を各矩形ブロック領域に配置する。
FIG. 22 is a diagram illustrating another modification of the pixel array of the focus detection image sensor. In the pixel array of the focus
すなわち、各矩形ブロック領域はそれぞれ4つの部分矩形領域に分割され、各部分矩形領域において異なる方向で像ズレ検出が可能になる。撮像画面の対角方向に位置する矩形ブロック領域403、405、407、409においては、画面中心からその矩形ブロック領域の中心に向かう放射線方向に矩形ブロック領域の一辺が平行となるように縮小版の焦点検出画素配列を回転して配置している。
That is, each rectangular block area is divided into four partial rectangular areas, and image shift detection can be performed in different directions in each partial rectangular area. In the
図23は、図22に示す画素配列を備えた焦点検出用撮像素子218Cの構成図であり、各矩形ブロック領域401〜409には図21と同じ回路構成411〜419がそれぞれ配置されており、各矩形ブロック領域間で独立に電荷蓄積動作が行われるとともに、ひとつの矩形ブロック領域内の4つの部分矩形領域においても独立に電荷蓄積動作が行われる。各矩形ブロック領域間が離間していることによって、各矩形ブロック領域を制御する回路構成を各矩形ブロック領域の周囲に配置することが可能になる。
FIG. 23 is a configuration diagram of the focus
以上のような構成により、画面内の複数の矩形ブロック領域の部分矩形領域ごとに独立して電荷蓄積動作を行った上で、各矩形ブロック領域において2つの方向で像ズレ検出を行うことができ、多様な被写体に対する焦点検出能力が向上する。 With the configuration as described above, it is possible to perform image misalignment detection in two directions in each rectangular block area after performing charge accumulation operation independently for each of the partial rectangular areas of the plurality of rectangular block areas in the screen. The focus detection ability for various subjects is improved.
また、矩形ブロック領域において縮小版の焦点検出画素配列を自由な方向に回転して配置できるので、矩形ブロック領域の画面上の位置に応じて光学系の絞りによる焦点検出光束のケラレの影響を軽減する方向に回転方向を調整することができるとともに、ひとつの画面内において水平方向、垂直方向に加えて斜め方向にも像ずれ検出を行うことができる。 In addition, the reduced focus detection pixel array can be rotated and arranged in any direction in the rectangular block area, reducing the influence of vignetting of the focus detection light beam due to the aperture of the optical system according to the position of the rectangular block area on the screen. In addition to being able to adjust the rotation direction to the direction of the image, it is possible to detect image shift in an oblique direction in addition to the horizontal direction and the vertical direction in one screen.
図24は焦点検出用撮像素子の回路構成の変形例を示す図である。図23に示す焦点検出用撮像素子218Cの構成においては、撮像画面に対応する半導体基板面において互いに離間する複数の矩形ブロック領域に図21に示す縮小版の回路構成をそれぞれ配置し、各矩形ブロック領域を4つの部分矩形領域に分割して2方向で像ズレ検出を行っているが、図24に示す焦点検出用撮像素子218Dおいては、各矩形ブロック領域に対応する領域に直交する2直線上に配列した焦点検出画素配列ユニット421〜429を配置し、各直線上に配列した焦点検出画素の電荷蓄積動作を独立に制御する。
FIG. 24 is a diagram showing a modification of the circuit configuration of the focus detection image sensor. In the configuration of the focus
撮像画面の対角方向に配置された焦点検出画素配列ユニット423、425、427、429においては、画面中心からそのユニット中心に向かう放射線方向に一方の焦点検出画素配列が沿うようにユニットを回転して配置している。
In the focus detection
図25は焦点検出画素配列ユニットの詳細な構成を示す図であり、図18に示す焦点検出画素313,314が直線320上に配列され、焦点検出画素313,314を90度回転した構成の焦点検出画素316,317が直線320と直交する直線321上に配列されている。焦点検出画素313と314との画素間隔および焦点検出画素316と317との画素間隔は画素サイズの√2倍となっており、画素配列の交差点での焦点検出画素313(314)と焦点検出画素316(317)との画素間隔は画素サイズと等しくなっている。このように画素間隔を設定することによって、最小の画素間隔で画素配列の交差が可能になる。
FIG. 25 is a diagram showing a detailed configuration of the focus detection pixel array unit. The
焦点検出画素313、314からなる配列の内、画素交差位置より右側の配列に対して、その下側に走査回路353が配置される。走査回路353により該配列に対し電荷蓄積制御され画素信号は矢印356の方向に出力される。また、焦点検出画素313、314からなる配列の内、画素交差位置より左側の配列に対して、その上側に走査回路363が配置される。走査回路363により該配列に対し電荷蓄積制御され画素信号は矢印366の方向に出力される。
A
焦点検出画素316、317からなる配列の内、画素交差位置より上側の配列に対して、その右側に走査回路373が配置される。走査回路373により該配列に対し電荷蓄積制御され画素信号は矢印376の方向に出力される。また、焦点検出画素316、317からなる配列の内、画素交差位置より下側の配列に対して、その左側に走査回路383が配置される。走査回路383により該配列に対し電荷蓄積制御され画素信号は矢印386の方向に出力される。
A
走査回路353と走査回路363は同じタイミングで電荷蓄積動作および信号読出しを行うように同期しており、走査回路373と走査回路383は同じタイミングで電荷蓄積動作および信号読出しを行うように同期している。
The
以上のように十字型に配置された焦点検出画素配列ユニットは、図23に示す矩形の2次元焦点検出画素配列ユニットに比較して、同一点(画素交差位置)を挟んだ2方向の領域において像ズレ検出が可能になり、2方向で焦点検出を行う際の被写体の同一性が向上する。 As described above, the focus detection pixel array units arranged in a cross shape are compared with the rectangular two-dimensional focus detection pixel array unit shown in FIG. 23 in a two-direction region sandwiching the same point (pixel crossing position). Image shift detection is possible, and the identity of the subject when performing focus detection in two directions is improved.
また、画素交差位置を境にした4つの焦点検出画素配列に対し、画素交差位置を中心点として点対称な位置に各焦点検出画素配列の走査回路を設けることによって、画素交差位置に最も近い焦点検出画素の走査回路の信号読み出し部の回路配線が容易になる。 Further, by providing a scanning circuit for each focus detection pixel array at a point-symmetrical position with respect to the four focus detection pixel arrays with the pixel crossing position as a boundary, the focal point closest to the pixel crossing position is provided. Circuit wiring of the signal readout portion of the scanning circuit of the detection pixel is facilitated.
さらに、画素交差位置に最も近い焦点検出画素の光電変換部の位置が画素交差位置より遠くなるように、焦点検出画素313,314および焦点検出画素316,317を配置しているので、画素交差位置に最も近い焦点検出画素の走査回路の信号読み出し部の回路配線が容易になる。
Further, since the
さらにまた、図23に示す2次元焦点検出画素配列ユニットに比較して、焦点検出画素数を減少させることができるので、高速な信号読出しが可能であるとともに、焦点検出演算時間も短縮されるので、焦点検出動作のレスポンスが向上する。 Furthermore, since the number of focus detection pixels can be reduced as compared with the two-dimensional focus detection pixel array unit shown in FIG. 23, high-speed signal readout is possible and the focus detection calculation time is shortened. The response of the focus detection operation is improved.
図26は撮像装置の変形例の構成を示す図である。図1に示す撮像装置においては、焦点検出用撮像素子218を光分岐プリズム220の反射側における交換レンズ202の予定結像面に配置した例を示したが、図26に示す撮像装置201Aにおいては、光分岐プリズム220の反射側の出射面に視野レンズ601を設け、さらに反射光路中に絞り開口603を備えた絞りマスク602と再結像レンズ604を備え、予定結像面(1次像面)に形成された被写体像を再結像レンズ604の再結像面(2次像面)に配置された焦点検出用の撮像素子218上に再結像している。その他の構成については図1に示す撮像装置201と同様である。
FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of a modified example of the imaging apparatus. In the imaging apparatus shown in FIG. 1, the example in which the focus
図27は、視野レンズ601、マスク602、再結像レンズ604、焦点検出用の撮像素子218からなる再結像光学系の斜視図である。絞り開口603は光軸91を中心とした円形開口である。絞り開口603は視野レンズ601により交換レンズの射出瞳の方向に投影される。再結像レンズ604は1次像を縮小して2次像として形成する。撮像素子218としては前述した撮像素子のいずれかが適用できる。撮像素子218の焦点検出画素の光電変換部はマイクロレンズによって、絞りマスク602の射出瞳位置(再結像レンズ604によって形成される絞りマスク602の虚像の位置)に投影される。
FIG. 27 is a perspective view of a re-imaging optical system that includes a
上記のような構成により、交換レンズを通る一対の光束は交換レンズの絞り開口、絞りマスク開口603により制限された後、焦点検出画素の一対の光電変換部で受光される。
With the above configuration, the pair of light beams passing through the interchangeable lens is limited by the aperture opening and the
このような構成によれば、1次像面に撮像素子218を配置する場合に比較して、撮像素子のサイズを小さくすることができるからコスト上有利であるとともに、1次像面に撮像素子218を配置した場合における撮像素子218の表面反射による撮像用の撮像素子212への悪影響(ゴースト、迷光)を除去することができる。
According to such a configuration, the size of the image sensor can be reduced compared to the case where the
また、1次像面に撮像素子218を配置する場合は、測距瞳の周辺部分は焦点検出画素のマイクロレンズの回折の影響でぼやけてしまい、交換レンズの射出瞳により一対の焦点検出光束がケラレ易くなるとともに、交換レンズの種類に応じて射出瞳の位置が異なるので画面周辺において一対の焦点検出光束のケラレ方が不均一になってしまい、このことが像ズレ検出の精度を悪化させている。
When the
これに対し再結像光学系を採用した場合には、焦点検出画素が受光する一対の焦点検出光束は位置が固定された絞りマスク602の射出瞳によりケラレることになるので、絞りマスク開口603が視野レンズ601により交換レンズ側に投影された時の投影された開口の大きさのF値を交換レンズの射出瞳のF値より大きくしておけば、画面周辺において一対の焦点検出光束のケラレ方を均一にすることができ、像ズレ検出の精度悪化を防止することができる。
On the other hand, when the re-imaging optical system is adopted, the pair of focus detection light beams received by the focus detection pixels are vignetted by the exit pupil of the
図28は撮像装置の他の変形例の構成を示す図である。図1に示す撮像装置においては、撮像用撮像素子212を光分岐プリズム220の透過側における交換レンズ202の予定結像面に配置し、焦点検出用の撮像素子218を光分岐プリズム220の反射側における交換レンズ202の予定結像面に配置した例を示したが、図28に示す撮像装置201Bにおいては、光分岐プリズム220をなくし、焦点検出用焦点検出画素を撮像素子212の一部の撮像画素に置き換えて配置した撮像装置の構成を示している。その他の構成については図1に示す撮像装置201と同様である。
FIG. 28 is a diagram illustrating the configuration of another modification of the imaging apparatus. In the image pickup apparatus shown in FIG. 1, the image
図29は画面上における焦点検出位置を示す図であり、撮像用撮像素子212Aに埋め込まれた焦点検出画素配列が焦点検出の際、画面上で像をサンプリングする領域(焦点検出エリア、焦点検出位置)の例を示す。画面100上において画面中心を通る水平線および垂直線で4分割された領域において、各領域の中央の4箇所に焦点検出エリア101〜104が配置される。長方形で示した焦点検出エリアの長手方向に焦点検出画素が直線的に配列される。
FIG. 29 is a diagram illustrating a focus detection position on the screen. When the focus detection pixel array embedded in the
図30は変形例の撮像素子212Aの詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子212A上のひとつの焦点検出エリア近傍を拡大して示す。撮像素子212Aは、図4および図5に示す撮像画素310と焦点検出画素311から構成される。焦点検出画素311は、撮像画素311のBとGが配置されるべき行に直線的に連続に配置されている。撮像素子212Aの回路構成は、図29の画面上の4つの領域に対応する半導体基板面の4つの部分領域においては、図19に示すものと同様な回路構成となっており、各部分領域ごとに独立に電荷蓄積動作および画像信号の読み出しが可能な構成となっている。
FIG. 30 is a front view showing a detailed configuration of an
図31は、図28に示す変形例のデジタルスチルカメラ(撮像装置)201Bの動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置214は、ステップ200で電源がONされるとステップ210以後の処理を開始する。ステップ210では、4つの部分領域に対し電荷蓄積時間、電荷蓄積タイミングを同期させて撮像動作を行い、撮像画素のデータを間引き読み出しして電子ビューファインダーに表示させる。
FIG. 31 is a flowchart showing the operation of the digital still camera (imaging device) 201B of the modification shown in FIG. When the power is turned on at step 200, the body
ステップ220で、各部分領域において焦点検出画素の信号レベルが焦点検出に適したレベルとなるように、4つの部分領域に対し電荷蓄積時間、電荷蓄積タイミングを独立して撮像動作を行い、4つの焦点検出エリアに対応した焦点検出画素列から一対の像に対応した一対の像データを読み出す。続くステップ230では、読み出された一対の像データに基づいて、4つの焦点検出エリアに対して像ズレ量を演算してデフォーカス量に変換する。さらに、得られた4つのデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量を算出する。
In
ステップ240において合焦近傍か否かを、すなわち最終的なデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを判定する。合焦近傍でないと判定した場合はステップ250へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置206へ送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を合焦位置に駆動させ、ステップ210へ戻って上述した処理を繰り返す。
In step 240, it is determined whether or not the focus is close to focus, that is, whether or not the absolute value of the final defocus amount is within a predetermined value. If it is determined that the lens is not in focus, the process proceeds to step 250, the defocus amount is transmitted to the lens
なお、焦点検出不能な場合もこのステップ250へ分岐し、レンズ駆動制御装置206へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ202のフォーカシングレンズ210を無限から至近間でスキャン駆動させ、ステップ210へ戻って上述した処理を繰り返す。
Even when focus detection is impossible, the process branches to step 250, a scan drive command is transmitted to the lens
一方、合焦近傍であると判定した場合はステップ260へ進み、不図示のレリーズ手段の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判定し、なされていないと判定された場合はステップ210へ戻って上述した処理を繰り返す。 On the other hand, if it is determined that it is close to the in-focus state, the process proceeds to step 260, where it is determined whether or not a shutter release has been performed by operating an unillustrated release means. If it is determined that the shutter release has not been performed, the process returns to step 210. The above processing is repeated.
シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップ270へ進み、レンズ駆動制御装置206へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ202の絞り値を制御F値(撮影者または自動により設定されたF値)にする。絞り制御が終了した時点で、4つの部分領域に対し電荷蓄積時間、電荷蓄積タイミングを同期させて撮像動作を行い、撮像素子212Aの撮像画素およびすべての焦点検出画素から画像データを読み出す。
If it is determined that the shutter release has been made, the process proceeds to step 270, where an aperture adjustment command is transmitted to the lens
ステップ280では、焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する。続くステップ290では、撮像画素のデータおよび補間されたデータからなる画像データをメモリーカード219に保存し、ステップ210へ戻って上述した処理を繰り返す。
In step 280, pixel interpolation of pixel data at each pixel position in the focus detection pixel row is performed based on data of imaging pixels around the focus detection pixel. In the subsequent step 290, image data composed of the imaged pixel data and the interpolated data is stored in the
以上のような構成によれば、画面上の4つの焦点検出エリアにおいて輝度差によらずに確実な焦点検出ができるとともに、撮像用の撮像素子と焦点検出用の撮像素子を独立して設ける必要がないのでコスト的、スペース的に有利であり、撮像素子どうしの相対的な配置誤差に起因する焦点検出誤差も排除することができる。 According to the above configuration, it is possible to reliably detect the focus in the four focus detection areas on the screen without depending on the luminance difference, and it is necessary to provide the image pickup device for image pickup and the image pickup device for focus detection independently. Therefore, it is advantageous in terms of cost and space, and it is possible to eliminate a focus detection error due to a relative arrangement error between the image sensors.
図32は他の変形例の撮像素子212Bの詳細な構成を示す正面図である。図30に示す撮像素子212Aにおいては、一対の光電変換部を備えた焦点検出画素311の配列を撮像画素の2次元配列中の一部に水平方向に配列した例を示したが、図32に示すように、焦点検出画素311を90度回転した焦点検出画素315の配列を撮像画素の2次元配列中の一部に垂直方向に配列してもよい。また、4つの領域において一部を図30に示すような構成と、一部を図32に示すような構成とすれば、一つの画面において2つの方向で像ズレ検出が可能になる。
FIG. 32 is a front view showing a detailed configuration of an
図33は他の変形例の撮像素子212Cの詳細な構成を示す正面図である。図30に示す撮像素子212Aにおいては、一対の光電変換部を備えた焦点検出画素311の配列を撮像画素の2次元配列中の一部に水平方向に配列した例を示したが、図33に示すように、焦点検出画素311のかわりに図18に示す焦点検出画素313、314を水平方向に配列してもよい。
FIG. 33 is a front view showing a detailed configuration of an
図13、図21に示す撮像素子の回路構成においては、4つの矩形領域において、4つの矩形領域の電荷蓄積動作を制御するための信号線(図14に示すφSn、φRn、出力線501)を他の領域にはみ出すことなく配線できるので、半導体製造上有利であるとともに、配線間のクロストークを防止することができる。図14に示すように、信号線は直交する2方向に渡って格子状に配線されるので、矩形状の画面に対して4つの矩形領域は直交する2辺が画面の2辺の一部と共通になっている。
In the circuit configuration of the image sensor shown in FIGS. 13 and 21, signal lines (φSn, φRn,
焦点検出画素として図18に示す焦点検出画素313、314を採用した場合には、図5に示すように焦点検出画素311に比較して光電変換部1つ分のスペースが空くので、他の領域の電荷蓄積時間を制御するための信号線をその空いたスペースを用いて配線することも可能になる。このような場合には、分割される領域の数、形状、配置は限定されることはなくなる。例えば図13に示す回路構成において、撮像画面に対応する半導体基板面230は面中心を通る水平線および垂直線により4つの部分領域311、321,331,341に分割されているが、面中心に4辺を部分領域311、321,331,341に接した5番目の部分領域を設定することが可能になる。
When the
図23,図24に示すような回路構成の場合には、半導体基板上に空きスペースができるので、この部分に焦点検出画素から出力される信号を処理する回路を配置することもできる。例えば、各焦点検出ブロック毎に各焦点検出ブロックから出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するためのAD変換回路を配置したり、AD変換回路で変換されたデジタルデータを記憶しておくためのメモリ回路を配置したり、デジタルデータに変換された焦点検出画素の信号を用いて(1)式に示すような相関演算を行う演算回路を配置したりすることができる。 In the case of the circuit configuration as shown in FIGS. 23 and 24, an empty space is formed on the semiconductor substrate, and therefore a circuit for processing a signal output from the focus detection pixel can be arranged in this portion. For example, an AD conversion circuit for converting an analog signal output from each focus detection block into digital data for each focus detection block, or for storing digital data converted by the AD conversion circuit It is possible to arrange a memory circuit or an arithmetic circuit that performs a correlation operation as shown in equation (1) using a signal of a focus detection pixel converted into digital data.
図1に示す撮像装置201においては、光束を2分割し、一方の光束に対し撮像用の撮像素子で画像データを取得し、もう一方の光束に対し焦点検出用の撮像素子で焦点検出を行っているが、画像データの品質が問われない場合には焦点検出用の撮像素子の焦点検出画素出力を直接画像データとして用いることもできる。例えば、一対の光電変換部の出力を加算することにより白黒画像データを得ることができる。このような場合には、図1において、撮像装置は光分岐手段を必要とせず、撮像用の撮像素子212の位置に焦点検出用の撮像素子218を配置すればよい。
In the
図2、図30、図32、図33に示す撮像素子において、撮像画素はベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルター(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列を採用してもよい。 2, 30, 32, and 33, the imaging pixel includes an example in which the imaging pixel includes a Bayer color filter, but the configuration and arrangement of the color filter are not limited to this, An arrangement of complementary color filters (green: G, yellow: Ye, magenta: Mg, cyan: Cy) may be employed.
図5、図18に示す撮像素子において、焦点検出画素には色フィルターを備えない例を示したが、撮像画素と同色の色フィルターの内、ひとつのフィルター(たとえば緑フィルター)を備えるようにした場合でも本発明を適用することができる。 In the image sensor shown in FIGS. 5 and 18, an example in which the focus detection pixel is not provided with a color filter is shown. However, one of the color filters of the same color as the image pickup pixel (for example, a green filter) is provided. Even in this case, the present invention can be applied.
図5、図18において、焦点検出画素の光電変換部の形状を円形、半円形で示しているが、光電変換部の形状はこれに限定されず、他の形状であってもよい。例えば、焦点検出画素の光電変換部の形状を楕円や矩形や多角形にすることも可能である。 5 and 18, the shape of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is shown as a circle or a semicircle, but the shape of the photoelectric conversion unit is not limited to this, and may be another shape. For example, the shape of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel may be an ellipse, a rectangle, or a polygon.
図2、図3、図30の撮像素子においては、撮像画素、焦点検出画素は稠密正方格子配列に配置されているが、稠密六方格子配列に配置してもよい。 2, 3 and 30, the imaging pixels and focus detection pixels are arranged in a dense square lattice arrangement, but may be arranged in a dense hexagonal lattice arrangement.
以上において、撮像素子の構成をCMOS撮像素子として説明してきたが、CCD撮像素子として構成することも可能である。例えば図14に示すCMOS回路構成をCCD回路構成に変更する場合は、インターラインCCDの構成を利用して垂直方向に配列された光電変換部に対し出力線501の代わりに垂直転送CCDを配置し、第2走査回路の代わりに水平転送CCDを配置し、各転送CCDの駆動クロック線および各光電変換部から垂直転送CCDへの電荷転送を制御するための制御線を配線すればよい。
In the above description, the configuration of the image sensor has been described as a CMOS image sensor, but it can also be configured as a CCD image sensor. For example, when the CMOS circuit configuration shown in FIG. 14 is changed to a CCD circuit configuration, a vertical transfer CCD is arranged instead of the
CMOS撮像素子の場合はローリングシャッターにより電荷蓄積タイミングが制御されるため、同一領域内においても画素位置に応じて電荷蓄積タイミングにズレを生ずるが、CCD撮像素子の場合はグローバルシャッターにより電荷蓄積が全画素一律に制御されるため、同一領域内において電荷蓄積タイミングを揃えることが可能になる。 In the case of a CMOS image sensor, the charge accumulation timing is controlled by a rolling shutter. Therefore, even in the same region, there is a deviation in the charge accumulation timing depending on the pixel position. Since the pixels are controlled uniformly, it is possible to align the charge accumulation timing within the same region.
以上のように、本発明はCCD撮像素子、CMOS撮像素子のどちらに対しても適用することができる。 As described above, the present invention can be applied to both a CCD image sensor and a CMOS image sensor.
撮像装置は、交換レンズとカメラボディから構成されるデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されず、レンズ一体型のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラやビデオカメラにも適用できる。あるいは、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラやロボット用の視覚認識装置などにも適用できる。カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用できる。 The imaging device is not limited to a digital still camera or a film still camera including an interchangeable lens and a camera body, and can be applied to a lens-integrated digital still camera, a film still camera, and a video camera. Alternatively, the present invention can be applied to a small camera module built in a mobile phone, a surveillance camera, a robot vision recognition device, and the like. The present invention can also be applied to focus detection devices other than cameras, distance measuring devices, and stereo distance measuring devices.
201、201A、201B;撮像装置、202;交換レンズ、214;ボディ駆動制御装置、218、218A、218B、218C、218D;焦点検出用撮像素子、2l2、212A、212B、212C;撮像用撮像素子、311;焦点検出画素、502;信号保持部、503;光電変換部、504;第1走査回路、505;第2走査回路、506;出力回路 201, 201A, 201B; imaging device, 202; interchangeable lens, 214; body drive control device, 218, 218A, 218B, 218C, 218D; focus detection image sensor, 212, 212A, 212B, 212C; 311; focus detection pixel, 502; signal holding unit, 503; photoelectric conversion unit, 504; first scanning circuit, 505; second scanning circuit, 506; output circuit
Claims (5)
前記第1及び第2の部分矩形領域の各々に配置され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力とをそれぞれ読み出す第1及び第2の読み出し回路と、
前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積とを互いに独立に制御する制御回路と、を備え、
前記第1及び第2の部分矩形領域は、互いに間隔を空けて配置され、
前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素は、光学系の瞳の第1の一対の領域を通過した一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと一対の第1光電変換部とを有すると共に、前記一対の第1光電変換部の並び方向に配列され、
前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素は、前記光学系の瞳の第2の一対の領域を通過した一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと一対の第2光電変換部とを有すると共に、前記一対の第2光電変換部の並び方向に配列され、
前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の前記一対の第1光電変換部の並び方向は、前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の前記一対の第2光電変換部の並び方向と異なり、
前記第1の読み出し回路による前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記一対の第1光電変換部の並び方向に配列された前記焦点検出用画素列毎に、前記一対の第1光電変換部の並び方向と垂直方向に走査されて行われ、
前記第2の読み出し回路による前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記一対の第2光電変換部の並び方向に配列された前記焦点検出用画素列毎に、前記一対の第2光電変換部の並び方向と垂直方向に走査されて行われることを特徴とする撮像素子。 A rectangular area on a single semiconductor substrate is divided into at least first and second partial rectangular areas having two orthogonal sides common to a part of the sides of the rectangular area, and the first and second parts Focus detection pixels each having a charge storage type photoelectric conversion unit, arranged two-dimensionally in a rectangular region,
The first and second partial rectangular areas are arranged in the respective first and second partial rectangular areas, and the outputs of the focus detecting pixels of the first partial rectangular area and the outputs of the focus detecting pixels of the second partial rectangular area are respectively read out. A first and a second readout circuit;
A control circuit for controlling the charge accumulation of the focus detection pixels in the first partial rectangular area and the charge accumulation of the focus detection pixels in the second partial rectangular area independently of each other;
The first and second partial rectangular regions are spaced apart from each other;
The focus detection pixel in the first partial rectangular area receives a pair of light beams that have passed through the first pair of areas of the pupil of the optical system, and outputs a pair of image signals. And a pair of first photoelectric conversion units, and arranged in an alignment direction of the pair of first photoelectric conversion units,
The focus detection pixels in the second partial rectangular area receive one pair of light beams that have passed through the second pair of areas of the pupil of the optical system, and output a pair of image signals. And having a lens and a pair of second photoelectric conversion units, and arranged in an arrangement direction of the pair of second photoelectric conversion units,
The alignment direction of the pair of first photoelectric conversion units of the focus detection pixels in the first partial rectangular region is the alignment direction of the pair of second photoelectric conversion units of the focus detection pixels in the second partial rectangular region. Unlike
Reading of the focus detection pixel outputs of the first partial rectangular area by the first readout circuit is performed for each of the focus detection pixel columns arranged in the arrangement direction of the pair of first photoelectric conversion units. Scanning is performed in a direction perpendicular to the arrangement direction of the first photoelectric conversion units,
Reading of the focus detection pixel output of the second partial rectangular area by the second readout circuit is performed for each of the focus detection pixel columns arranged in the arrangement direction of the pair of second photoelectric conversion units. An image pickup device that is scanned in a direction perpendicular to the arrangement direction of the second photoelectric conversion units .
前記第1及び第2の部分矩形領域の各々に配置され、前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の出力とをそれぞれ読み出す第1及び第2の読み出し回路と、
前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積と前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素の電荷蓄積とを互いに独立に制御する制御回路と、を備え、
前記第1及び第2の部分矩形領域は、互いに間隔を空けて配置され、
前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素は、光学系の瞳の第1の一対の領域を通過した第1の一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと前記第1の一対の光束の内の一方を受光する光電変換部とを備えた第1焦点検出画素と、1個のマイクロレンズと前記第1の一対の光束の内の他方を受光する光電変換部とを備えた第2焦点検出画素とが交互に配置され、
前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素は、前記光学系の瞳の第2の一対の領域を通過した第2の一対の光束を受光して一対の像信号を出力するように、1個のマイクロレンズと前記第2の一対の光束の内の一方を受光する光電変換部とを備えた第3焦点検出画素と、1個のマイクロレンズと前記第2の一対の光束の内の他方を受光する光電変換部とを備えた第4焦点検出画素とが交互に配置され、
前記第1の部分矩形領域の前記第1及び第2の焦点検出用画素の交互配列の方向は、前記第2の部分矩形領域の前記第3及び第4の焦点検出用画素の交互配列の方向と異なり、
前記第1の読み出し回路による前記第1の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記交互配列方向に配列された前記第1及び第2の焦点検出用画素列毎に、前記交互配列方向と垂直方向に走査されて行われ、
前記第2の読み出し回路による前記第2の部分矩形領域の焦点検出用画素出力の読み出しは、前記交互配列方向に配列された前記第3及び第4の焦点検出用画素列毎に、当該交互配列方向と垂直方向に走査されて行われることを特徴とする撮像素子。 A rectangular area on a single semiconductor substrate is divided into at least first and second partial rectangular areas having two orthogonal sides common to a part of the sides of the rectangular area, and the first and second parts Focus detection pixels each having a charge storage type photoelectric conversion unit, arranged two-dimensionally in a rectangular region,
The first and second partial rectangular areas are arranged in the respective first and second partial rectangular areas, and the outputs of the focus detecting pixels of the first partial rectangular area and the outputs of the focus detecting pixels of the second partial rectangular area are respectively read out. A first and a second readout circuit;
A control circuit for controlling the charge accumulation of the focus detection pixels in the first partial rectangular area and the charge accumulation of the focus detection pixels in the second partial rectangular area independently of each other;
The first and second partial rectangular regions are spaced apart from each other;
One focus detection pixel in the first partial rectangular area receives one first light flux that has passed through the first pair of areas of the pupil of the optical system and outputs a pair of image signals. A first focus detection pixel including a microlens and a photoelectric conversion unit that receives one of the first pair of light beams, one microlens, and the other of the first pair of light beams. Second focus detection pixels including photoelectric conversion units that receive light are alternately arranged,
The focus detection pixels in the second partial rectangular area receive a second pair of light beams that have passed through a second pair of areas of the pupil of the optical system, and output a pair of image signals. A third focus detection pixel including a microlens and a photoelectric conversion unit that receives one of the second pair of light fluxes, one microlens and the other of the second pair of light fluxes. And fourth focus detection pixels including photoelectric conversion units that receive light are alternately arranged,
The direction of the alternating arrangement of the first and second focus detection pixels in the first partial rectangular area is the direction of the alternating arrangement of the third and fourth focus detection pixels in the second partial rectangular area. Unlike
Reading of the focus detection pixel output of the first partial rectangular area by the first readout circuit is performed for each of the first and second focus detection pixel columns arranged in the alternate arrangement direction. Done in a direction perpendicular to the direction,
Reading of the focus detection pixel output of the second partial rectangular area by the second readout circuit is performed for each of the third and fourth focus detection pixel rows arranged in the alternate arrangement direction. An image sensor that is scanned in a direction perpendicular to a direction .
前記単一の半導体基板上の前記第1及び第2の部分矩形領域の間の領域に、前記焦点検出画素からの前記一対の像信号を処理する処理回路が配置されることを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to claim 1 or 2,
A processing circuit for processing the pair of image signals from the focus detection pixels is disposed in a region between the first and second partial rectangular regions on the single semiconductor substrate. element.
前記第1及び第2の部分矩形領域の前記焦点検出用画素の電荷蓄積を同時制御する第2の制御回路を備えることを特徴とする撮像素子。 The imaging device according to any one of claims 1 to 3,
An image pickup device comprising: a second control circuit that simultaneously controls charge accumulation of the focus detection pixels in the first and second partial rectangular regions .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007233688A JP5211590B2 (en) | 2007-09-10 | 2007-09-10 | Image sensor and focus detection apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007233688A JP5211590B2 (en) | 2007-09-10 | 2007-09-10 | Image sensor and focus detection apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009063952A JP2009063952A (en) | 2009-03-26 |
JP5211590B2 true JP5211590B2 (en) | 2013-06-12 |
Family
ID=40558554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007233688A Expired - Fee Related JP5211590B2 (en) | 2007-09-10 | 2007-09-10 | Image sensor and focus detection apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5211590B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5489641B2 (en) * | 2008-11-11 | 2014-05-14 | キヤノン株式会社 | Focus detection apparatus and control method thereof |
JP5434761B2 (en) * | 2010-04-08 | 2014-03-05 | 株式会社ニコン | Imaging device and imaging apparatus |
JP5907668B2 (en) * | 2011-04-27 | 2016-04-26 | オリンパス株式会社 | Imaging device and imaging device |
JP2013218297A (en) * | 2012-03-16 | 2013-10-24 | Canon Inc | Focus adjustment device and focus adjustment method |
JP5966636B2 (en) * | 2012-06-06 | 2016-08-10 | 株式会社ニコン | Imaging device and imaging apparatus |
WO2014038258A1 (en) | 2012-09-06 | 2014-03-13 | 富士フイルム株式会社 | Imaging device and focus control method |
JP2016192467A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
JP6677336B2 (en) * | 2019-06-06 | 2020-04-08 | 株式会社ニコン | Imaging device |
EP4276806A1 (en) * | 2021-08-27 | 2023-11-15 | BOE Technology Group Co., Ltd. | Display panel, display apparatus and driving method therefor, and image rendering method |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3696989B2 (en) * | 1996-09-27 | 2005-09-21 | キヤノン株式会社 | Focus detection device and camera using the same |
JP3731392B2 (en) * | 1999-07-21 | 2006-01-05 | コニカミノルタフォトイメージング株式会社 | Focus detection device |
JP2002314062A (en) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Canon Inc | Solid-state image sensing device and image sensing system |
JP5023480B2 (en) * | 2005-12-02 | 2012-09-12 | 株式会社ニコン | Electronic camera |
JP4720508B2 (en) * | 2006-01-05 | 2011-07-13 | 株式会社ニコン | Imaging device and imaging apparatus |
JP4946059B2 (en) * | 2006-01-11 | 2012-06-06 | 株式会社ニコン | Imaging device |
-
2007
- 2007-09-10 JP JP2007233688A patent/JP5211590B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009063952A (en) | 2009-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5092685B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP4867552B2 (en) | Imaging device | |
JP5045350B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP5256711B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP5098405B2 (en) | Imaging device, focus detection device, and imaging device | |
JP4946313B2 (en) | Imaging device | |
JP4720508B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP5211590B2 (en) | Image sensor and focus detection apparatus | |
JP5895355B2 (en) | Imaging device | |
JP4867566B2 (en) | Imaging device, focus detection device, and imaging device | |
JP5076416B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP5217880B2 (en) | Imaging device | |
JP5167783B2 (en) | Focus detection apparatus and imaging apparatus | |
JP2009122524A (en) | Focus detecting device and imaging apparatus | |
JP2009141390A (en) | Image sensor and imaging apparatus | |
US9357121B2 (en) | Image capturing apparatus and control method thereof | |
JP4858529B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP4983271B2 (en) | Imaging device | |
JP4858179B2 (en) | Focus detection apparatus and imaging apparatus | |
JP5609098B2 (en) | Imaging device | |
JP2010181485A (en) | Image-pickup device and imaging element | |
JP2010091848A (en) | Focus detecting apparatus and imaging apparatus | |
JP6760424B2 (en) | Focus adjuster | |
JP2010039106A (en) | Imaging element, focus detection device and imaging apparatus | |
JP2003032538A (en) | Imaging apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100903 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111122 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111227 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120224 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20120224 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120522 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130129 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130211 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5211590 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160308 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |