JP6265962B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
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Description

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

近年、撮像素子は、機能の向上が著しく、様々なニーズに対応するべく多機能化が進んでいる。自動焦点調節(以下AFという)として、撮像素子に焦点検出用の画素を配置した撮像面位相差AFが知られている。撮像面位相差AFとは、撮像光学系の瞳を分割して受光する複数の光電変換部を撮像素子上に配置し、その複数の光電変換部の信号によりAFを行う方式のことである。撮像面位相差AFを実現する撮像素子の一形態として、単位画素に複数の光電変換部を配することにより、瞳の領域が分割された光をそれぞれ光電変換し出力することができる。複数の光電変換部の信号を読み出すことが可能な構成の製造は困難となるが、複数の光電変換部から読み出した信号を混合することにより通常の撮影画像としても使用することも可能である。また、撮像面位相差AFを行わない際は、複数の光電変換部の信号を撮像素子内で混合し、撮影画像に用いる単位画素の信号として読み出すことが可能である。   In recent years, functions of image pickup devices have been remarkably improved, and the number of functions has been increased to meet various needs. As automatic focus adjustment (hereinafter referred to as AF), imaging plane phase difference AF in which pixels for focus detection are arranged in an imaging element is known. The imaging plane phase difference AF is a method in which a plurality of photoelectric conversion units that divide and receive the pupil of the imaging optical system are arranged on the imaging element, and AF is performed using signals from the plurality of photoelectric conversion units. As one form of an imaging device that realizes imaging plane phase difference AF, a plurality of photoelectric conversion units are arranged in a unit pixel, so that light obtained by dividing a pupil region can be photoelectrically converted and output. Although it is difficult to manufacture a configuration capable of reading signals from a plurality of photoelectric conversion units, it can be used as a normal captured image by mixing signals read from the plurality of photoelectric conversion units. Further, when the imaging plane phase difference AF is not performed, it is possible to mix the signals of a plurality of photoelectric conversion units in the imaging element and read them as unit pixel signals used for a captured image.

一方、画像信号は非常にデータ量が多く、高速なインターフェースを用いたとしても時間がかかるため、フレームレートを決めるボトルネックとなっている。そのため、撮像面位相差AFを行う際に、複数の光電変換部の信号をそれぞれ読み出し、それぞれの信号を撮像素子外へ出力することから、全光電変換部の信号を出力するのに必要な時間が長くなり、フレームレートが下がってしまう課題がある。この課題に対し、撮像素子内で複数の光電変換部の信号の混合を行うと共に、その混合により得られる撮影画像と、その混合によらず得られる撮像面位相差AFに用いる複数の光電変換部の信号を並列に出力することが、特許文献1に開示されている。   On the other hand, the image signal has a very large amount of data, and even if a high-speed interface is used, it takes time, which is a bottleneck for determining the frame rate. Therefore, when imaging plane phase difference AF is performed, the time required to output the signals of all the photoelectric conversion units since the signals of the plurality of photoelectric conversion units are read out and the respective signals are output to the outside of the imaging device. However, there is a problem that the frame rate is lowered due to a longer period. In response to this problem, the signals of the plurality of photoelectric conversion units are mixed in the imaging device, and the captured image obtained by the mixing and the plurality of photoelectric conversion units used for the imaging plane phase difference AF obtained regardless of the mixing Patent Document 1 discloses that these signals are output in parallel.

特開2014−72541号公報JP 2014-72541 A

特許文献1の撮像装置では、撮影画像用の画素信号と並列に撮像面位相差AF用の画素信号を読み出しているものの、撮像面位相差AF用の画素信号を全て読み出すと、撮影画像用の画素信号のおよそ倍の時間がかかってしまう。並列に撮像素子の外部へ読み出す際の並列数を増やすことにより高速化は可能ではあるものの、画素信号の通信インターフェース数は、受信側のデバイス等、カメラシステムにより制限されるため、容易に増やせるものではない。特許文献1では、読み出される撮像面位相差AF用の画素信号は、間引き読み出しや、特定領域のみの読み出しによりデータ量を削減する手法や、ベイヤ配列中の特定色の画素のみ複数の光電変換部を配することによりデータ量を削減する。しかし、間引き読み出しをしてしまうと、撮像面位相差AF用の信号を読み出す画素の密度が低くなってしまい、精度の高い撮像面位相差AFを行うことができない。また、特定領域の読み出しも、予め読み出す領域を設定する必要があり、例えば被写体検知を用いた精度の高いAFが行えない。もし被写体検知を行う場合は、全ての領域の撮像面位相差AF用の信号を出力しておく必要があり、フレームレートを維持することが難しい。また、特定色の画素のみ複数の光電変換部を配する手法では、異なる色の被写体へのAF精度が著しく低下する。   In the imaging device of Patent Document 1, although the pixel signal for imaging surface phase difference AF is read in parallel with the pixel signal for captured image, when all the pixel signals for imaging surface phase difference AF are read, It takes about twice as long as the pixel signal. Although it is possible to increase the speed by increasing the parallel number when reading to the outside of the image sensor in parallel, the number of pixel signal communication interfaces is limited by the camera system such as the receiving device, so it can be easily increased is not. In Patent Document 1, the readout pixel signal for imaging plane phase difference AF is a method of reducing the amount of data by thinning out reading or reading out only a specific area, or a plurality of photoelectric conversion units only for pixels of a specific color in a Bayer array. Reduce the amount of data. However, if thinning-out reading is performed, the density of pixels from which signals for imaging plane phase difference AF are read decreases, and it is not possible to perform imaging plane phase difference AF with high accuracy. In addition, it is necessary to set the area to be read out in advance for reading out the specific area, and for example, highly accurate AF using subject detection cannot be performed. If subject detection is performed, it is necessary to output signals for imaging plane phase difference AF in all regions, and it is difficult to maintain the frame rate. In addition, in the method of arranging a plurality of photoelectric conversion units only for pixels of a specific color, the AF accuracy with respect to subjects of different colors is significantly reduced.

今後、単位画素当たりの光電変換部の数が増加し、精度の高い撮像面位相差AFを行う際においては、さらに撮像面位相差AF用の信号のデータ量が増大することが予想される。その際には、撮像面位相差AF用の信号の通信に時間がかかることから、フレームレートを落とさずに精度の高い撮像面位相差AFを行うことは難しい。   In the future, the number of photoelectric conversion units per unit pixel will increase, and when performing high-accuracy imaging plane phase difference AF, it is expected that the data amount of signals for imaging plane phase difference AF will further increase. In that case, since it takes time to communicate signals for imaging plane phase difference AF, it is difficult to perform imaging plane phase difference AF with high accuracy without reducing the frame rate.

本発明の目的は、撮像素子外へ出力する画素信号の通信インターフェースを増加させることなく、フレームレートの低下を抑制し、高精度な焦点調節が可能な撮像素子及び撮像装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an image pickup device and an image pickup apparatus capable of suppressing a decrease in frame rate and performing high-precision focus adjustment without increasing a communication interface for pixel signals output to the outside of the image pickup device. .

本発明の撮像素子は、光学系を介して光を入射する撮像素子であって、行列状に配置され、各々が前記光学系を介して入射する光を電荷に変換する複数の光電変換部を有する複数の単位画素と、前記複数の単位画素の信号を基に、前記光学系と前記撮像素子との間の光軸上の相対的な距離を制御するための制御信号を生成する制御部とを有し、前記単位画素は、第1の光電変換部と第2の光電変換部を有し、前記第1の光電変換部により変換された電荷に基づく第1の信号と、前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部により変換された電荷を混合した電荷に基づく第2の信号とを時分割で出力し、前記制御部は、前記第2の信号から前記第1の信号を減算することにより、前記第2の光電変換部により変換された電荷に基づく第3の信号を生成し、前記第1の信号と前記第3の信号を基に前記制御信号を生成することを特徴とする。 The image sensor of the present invention is an image sensor that makes light incident through an optical system, and is arranged in a matrix, each of which includes a plurality of photoelectric conversion units that convert light incident through the optical system into charges. A plurality of unit pixels, and a control unit that generates a control signal for controlling a relative distance on the optical axis between the optical system and the imaging element, based on signals of the plurality of unit pixels. have a, the unit pixel includes a first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, the first of the first signal based on the electric charge converted by the photoelectric conversion portion and the first A second signal based on a charge obtained by mixing a photoelectric conversion unit and a charge converted by the second photoelectric conversion unit is output in a time-sharing manner, and the control unit outputs the first signal from the second signal. By subtracting the third signal based on the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit. Generates, and generates the control signal based on said third signal and said first signal.

本発明によれば、撮像素子外へ出力する画素信号の通信インターフェースを増加させることなく、フレームレートの低下を抑制し、高精度な焦点調節が可能となる。   According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the frame rate and perform high-precision focus adjustment without increasing the communication interface for pixel signals output to the outside of the image sensor.

第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of an imaging device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of an image sensor concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る単位画素の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the unit pixel which concerns on 1st Embodiment. 撮影レンズの射出瞳から出た光束が単位画素に入射する図である。It is a figure in which the light beam emitted from the exit pupil of the photographing lens enters the unit pixel. 第1の実施形態に係る信号処理回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the signal processing circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るフォーカス制御回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the focus control circuit which concerns on 1st Embodiment. 撮像素子の駆動方法を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the drive method of an image pick-up element. 第2の実施形態に係る単位画素の光電変換部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the photoelectric conversion part of the unit pixel which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る単位画素の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the unit pixel which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image pick-up element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る信号処理回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the signal processing circuit which concerns on 2nd Embodiment. 撮像素子の駆動方法を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the drive method of an image pick-up element. 第3の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the imaging device which concerns on 3rd Embodiment.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、レンズ部111及びカメラ部112を有する。レンズ部111は、フォーカスレンズ101、フォーカスアクチュエータ102、レンズ位置検出部103、及びレンズ情報保持部104を有する。カメラ部112は、撮像素子100、全体制御演算部106、メモリ部107、表示部108、記録部109、及び操作部110を有する。レンズ部111は、マウント105を介して、カメラ部112に接続される。フォーカスレンズ101を含むレンズ群は、光学像を撮像素子100上に結像する光学系である。撮像素子100は、光学系を介して光を入射し、光学像を画像信号(電気信号)に変換する。フォーカスアクチュエータ102は、撮像素子100により制御され、フォーカスレンズ101を光軸OAに沿って進退駆動することにより、焦点制御を行う。レンズ位置検出部103は、フォーカスレンズ101の位置を検出し、その検出したレンズ位置情報を撮像素子100へ出力する。撮像素子100は、検出された位置を基にフォーカスアクチュエータ102を高精度に制御する。レンズ情報保持部104は、レンズ(光学系)の種類及びレンズの絞りの状態を示すレンズ情報を保持し、撮像素子100へ出力する。全体制御演算部106は、撮像素子100を制御し、撮像素子100から出力された画像信号に対して補正処理及び現像処理を行い、他のブロックを制御する。メモリ部107は、画像信号を記憶する。表示部108は、各種情報及び画像を表示する。記録部109は、画像の書き込み及び読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録部である。操作部110は、撮像装置の各種インターフェースである。全体制御演算部106は、操作部110の信号を用いて、各ブロックを制御する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. The imaging apparatus includes a lens unit 111 and a camera unit 112. The lens unit 111 includes a focus lens 101, a focus actuator 102, a lens position detection unit 103, and a lens information holding unit 104. The camera unit 112 includes an image sensor 100, an overall control calculation unit 106, a memory unit 107, a display unit 108, a recording unit 109, and an operation unit 110. The lens unit 111 is connected to the camera unit 112 via the mount 105. The lens group including the focus lens 101 is an optical system that forms an optical image on the image sensor 100. The image sensor 100 receives light through an optical system and converts an optical image into an image signal (electric signal). The focus actuator 102 is controlled by the image sensor 100 and performs focus control by driving the focus lens 101 forward and backward along the optical axis OA. The lens position detection unit 103 detects the position of the focus lens 101 and outputs the detected lens position information to the image sensor 100. The image sensor 100 controls the focus actuator 102 with high accuracy based on the detected position. The lens information holding unit 104 holds lens information indicating the type of lens (optical system) and the state of the aperture of the lens, and outputs the lens information to the image sensor 100. The overall control calculation unit 106 controls the image sensor 100, performs correction processing and development processing on the image signal output from the image sensor 100, and controls other blocks. The memory unit 107 stores an image signal. The display unit 108 displays various information and images. The recording unit 109 is a detachable recording unit such as a semiconductor memory for writing and reading an image. The operation unit 110 is various interfaces of the imaging device. The overall control calculation unit 106 controls each block using a signal from the operation unit 110.

図2は、本実施形態に係る撮像素子100の構成例を示す図である。撮像素子100は、CMOS型撮像素子であり、撮像基板214及び信号処理基板215を積層することにより構成される。撮像基板214及び信号処理基板215は、例えばTSV(Through Silicon Via)を介して、相互に接続される。撮像基板214は、画素部200、垂直走査回路202、及び列回路203が設けられる第1の半導体基板である。信号処理基板215には、タイミング制御回路206、列メモリ回路207、信号処理回路208、画像信号出力回路209、デフォーカス量算出回路210、フォーカス制御回路211、レンズ情報入力回路212、及び位置信号入力回路213が設けられる。信号処理基板215は第2の半導体基板であり、信号処理基板215上の回路は制御部である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor 100 according to the present embodiment. The image sensor 100 is a CMOS image sensor, and is configured by stacking an image pickup substrate 214 and a signal processing substrate 215. The imaging substrate 214 and the signal processing substrate 215 are connected to each other through, for example, TSV (Through Silicon Via). The imaging substrate 214 is a first semiconductor substrate on which the pixel portion 200, the vertical scanning circuit 202, and the column circuit 203 are provided. The signal processing board 215 includes a timing control circuit 206, a column memory circuit 207, a signal processing circuit 208, an image signal output circuit 209, a defocus amount calculation circuit 210, a focus control circuit 211, a lens information input circuit 212, and a position signal input. A circuit 213 is provided. The signal processing board 215 is a second semiconductor substrate, and the circuit on the signal processing board 215 is a control unit.

画素部200は、行列状に配置された複数の単位画素201を有し、撮像素子100に結像された光学像を電気信号へ変換する。垂直走査回路202及び列回路203は、画素部200に接続される。各行の駆動信号線204は、各行の単位画素201に共通に接続される。垂直走査回路202は、各行の駆動信号線204を介して、各行の単位画素201を駆動する駆動信号を出力する。各列の信号線205は、各列の単位画素201に共通に接続される。複数の単位画素201の各々は、図3に示すように、フォーカスレンズ101を介して入射する光を電荷に変換する第1の光電変換部300A及び第2の光電変換部300Bを有し、各列の信号線205に画素信号を出力する。列回路203は、複数の単位画素201の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部(以下ADCという)を有する。列回路203は、各列の信号線205の信号に対し、相関二重サンプリングによる減算処理、信号増幅、アナログデジタル(AD)変換を行い、TSVを介して列メモリ回路207へデジタル信号を出力する。以下、単位画素201のリセット後の単位画素201の出力信号をN信号という。また、単位画素201内の第1の光電変換部300Aにより変換された電荷に基づく単位画素201の出力信号をA信号(第1の信号)という。また、単位画素201内の第2の光電変換部300Bにより変換された電荷に基づく単位画素201の出力信号をB信号(第3の信号)という。また、単位画素201内の第1の光電変換部300Aと第2の光電変換部300Bにより変換された電荷を混合した電荷に基づく単位画素201の出力信号をA+B信号(第2の信号)という。単位画素201は、N信号とA信号(第1の信号)とA+B信号(第2の信号)とを時分割で列回路203に出力する。列回路203は、N信号と、A信号と、A+B信号に対して、AD変換を行う。その後、列回路203は、A信号からN信号を減算した画素信号Aを列メモリ回路207に出力し、A+B信号からN信号を減算した画素信号A+Bを列メモリ回路207に出力する。列メモリ回路207は、画素信号A及び画素信号A+Bを保持する。   The pixel unit 200 includes a plurality of unit pixels 201 arranged in a matrix, and converts an optical image formed on the image sensor 100 into an electrical signal. The vertical scanning circuit 202 and the column circuit 203 are connected to the pixel portion 200. The drive signal lines 204 in each row are commonly connected to the unit pixels 201 in each row. The vertical scanning circuit 202 outputs a drive signal for driving the unit pixel 201 in each row via the drive signal line 204 in each row. The signal line 205 in each column is commonly connected to the unit pixel 201 in each column. As shown in FIG. 3, each of the plurality of unit pixels 201 includes a first photoelectric conversion unit 300A and a second photoelectric conversion unit 300B that convert light incident through the focus lens 101 into electric charges. A pixel signal is output to the signal line 205 in the column. The column circuit 203 includes an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC) that converts the signals of the plurality of unit pixels 201 from analog to digital. The column circuit 203 performs subtraction processing by correlated double sampling, signal amplification, and analog-digital (AD) conversion on the signal of the signal line 205 in each column, and outputs a digital signal to the column memory circuit 207 via the TSV. . Hereinafter, the output signal of the unit pixel 201 after the reset of the unit pixel 201 is referred to as an N signal. The output signal of the unit pixel 201 based on the charge converted by the first photoelectric conversion unit 300A in the unit pixel 201 is referred to as an A signal (first signal). The output signal of the unit pixel 201 based on the charge converted by the second photoelectric conversion unit 300B in the unit pixel 201 is referred to as a B signal (third signal). The output signal of the unit pixel 201 based on the charge obtained by mixing the charges converted by the first photoelectric conversion unit 300A and the second photoelectric conversion unit 300B in the unit pixel 201 is referred to as an A + B signal (second signal). The unit pixel 201 outputs the N signal, the A signal (first signal), and the A + B signal (second signal) to the column circuit 203 in a time division manner. The column circuit 203 performs AD conversion on the N signal, the A signal, and the A + B signal. Thereafter, the column circuit 203 outputs a pixel signal A obtained by subtracting the N signal from the A signal to the column memory circuit 207, and outputs a pixel signal A + B obtained by subtracting the N signal from the A + B signal to the column memory circuit 207. The column memory circuit 207 holds the pixel signal A and the pixel signal A + B.

タイミング制御回路206は、全体制御演算部106から撮像素子制御信号を入力し、垂直走査回路202、列回路203、列メモリ回路207、及び信号処理回路208に制御信号を出力する。信号処理回路208は、列メモリ回路207に保持された画素信号に対し、補正処理を行い、撮影画像及び焦点検出用の信号を生成する。信号処理回路208は、撮影画像として用いられる画素信号A+Bに対して、撮像素子100の周辺部で光量が落ちる周辺光量落ち補正や黒レベル補正等の補正処理を行い、画像信号出力回路209へ出力する。また、信号処理回路208は、画素信号A+Bから画素信号Aを減算することにより、焦点検出用の信号である画素信号Bを生成し、画素信号A及び画素信号Bに対して黒レベル等の補正を行い、デフォーカス量算出回路210へ出力する。画素信号Bは、第2の光電変換部300Bにより変換された電荷に基づく第3の信号である。信号処理回路208に関しては、後に図5を用いて詳細を説明する。   The timing control circuit 206 receives an image sensor control signal from the overall control calculation unit 106 and outputs control signals to the vertical scanning circuit 202, the column circuit 203, the column memory circuit 207, and the signal processing circuit 208. The signal processing circuit 208 performs a correction process on the pixel signals held in the column memory circuit 207 to generate a captured image and a focus detection signal. The signal processing circuit 208 performs correction processing such as peripheral light amount drop correction or black level correction in which the light amount is reduced in the peripheral portion of the image sensor 100 with respect to the pixel signal A + B used as the captured image, and outputs it to the image signal output circuit 209. To do. Further, the signal processing circuit 208 generates a pixel signal B that is a focus detection signal by subtracting the pixel signal A from the pixel signal A + B, and corrects the black level or the like for the pixel signal A and the pixel signal B. And output to the defocus amount calculation circuit 210. The pixel signal B is a third signal based on the charges converted by the second photoelectric conversion unit 300B. Details of the signal processing circuit 208 will be described later with reference to FIG.

画像信号出力回路209は、信号処理回路208により補正処理が施された画素信号A+Bを撮影画像として、全体制御演算部106へ出力する。デフォーカス量算出回路210は、デフォーカス量算出部であり、信号処理回路208から焦点検出用の画素信号A及び画素信号Bを入力し、焦点検出用の画素信号A及び画素信号Bに対して、相関演算処理を行う。そして、デフォーカス量算出回路210は、画素信号Aと画素信号Bにおける画素ずれ量をデフォーカス量として算出してフォーカス制御回路211へ出力する。フォーカス制御回路211は、フォーカス制御部であり、その入力したデフォーカス量を基にフォーカスレンズ101の駆動量を算出し、フォーカスアクチュエータ102を駆動するためのフォーカス駆動信号を出力する。レンズ情報入力回路212は、レンズ部111のレンズ情報保持部104からレンズの種類及びレンズの絞りの状態を示すレンズ情報を入力し、そのレンズ情報を信号処理回路208及びフォーカス制御回路211に出力する。位置信号入力回路213は、位置情報入力部であり、レンズ位置検出部103からフォーカスレンズ101のレンズ位置情報(光学系の位置情報)を入力し、そのレンズ位置情報をフォーカス制御回路211に出力する。フォーカス制御回路211は、レンズ情報及びレンズ位置情報を入力し、フォーカスアクチュエータ102の駆動信号のフォーマットの切り替えや、レンズ位置情報をフィードバックすることにより、高精度なフォーカス制御を行う。フォーカス制御回路211は、フォーカスレンズ101と撮像素子100との間の光軸OA上の相対的な距離を制御するためのフォーカス駆動信号(制御信号)をフォーカスアクチュエータ102に出力する。フォーカスアクチュエータ102は、フォーカス駆動信号に応じて、フォーカスレンズ101と撮像素子100との間の光軸OA上の相対的な距離を制御する。   The image signal output circuit 209 outputs the pixel signal A + B subjected to correction processing by the signal processing circuit 208 to the overall control calculation unit 106 as a captured image. The defocus amount calculation circuit 210 is a defocus amount calculation unit, which receives the pixel signal A and the pixel signal B for focus detection from the signal processing circuit 208 and outputs the pixel signal A and the pixel signal B for focus detection. Correlation calculation processing is performed. Then, the defocus amount calculation circuit 210 calculates the pixel shift amount between the pixel signal A and the pixel signal B as the defocus amount and outputs the calculated defocus amount to the focus control circuit 211. The focus control circuit 211 is a focus control unit, calculates a drive amount of the focus lens 101 based on the input defocus amount, and outputs a focus drive signal for driving the focus actuator 102. The lens information input circuit 212 receives lens information indicating the lens type and lens aperture state from the lens information holding unit 104 of the lens unit 111, and outputs the lens information to the signal processing circuit 208 and the focus control circuit 211. . The position signal input circuit 213 is a position information input unit, which receives lens position information (position information of the optical system) of the focus lens 101 from the lens position detection unit 103 and outputs the lens position information to the focus control circuit 211. . The focus control circuit 211 inputs lens information and lens position information, and performs high-precision focus control by switching the format of the drive signal of the focus actuator 102 and feeding back the lens position information. The focus control circuit 211 outputs a focus drive signal (control signal) for controlling the relative distance on the optical axis OA between the focus lens 101 and the image sensor 100 to the focus actuator 102. The focus actuator 102 controls the relative distance on the optical axis OA between the focus lens 101 and the image sensor 100 according to the focus drive signal.

図3は、本実施形態に係る単位画素201の構成例を示す回路図である。単位画素201は、第1の光電変換部300Aと、第2の光電変換部300Bと、5個のn型電界効果トランジスタ301A,301B,303,304,305を有する。光電変換部300A及び300Bは、例えばフォトダイオードであり、単位画素201に入射した光を電荷に変換する。第1の転送トランジスタ301Aは、第1の光電変換部300Aの電荷をフローティングディフュージョン(以下FDという)302へ出力する。第2の転送トランジスタ301Bは、第2の光電変換部300Bの電荷をFD302へ出力する。FD302は、FD302に接続された寄生容量により、電荷を電圧に変換する。リセットトランジスタ303は、FD302を電源電位VDDのノードに接続し、FD302の電位を電源電位VDDにリセットする。増幅トランジスタ304は、FD302の信号を電流増幅して出力する。選択トランジスタ305は、増幅トランジスタ304の出力ノードを信号出力線306に接続する。信号出力線306は、図2の信号線205に接続される。選択トランジスタ305をオフ/オフすることにより、行列上に配置された単位画素201のうち、選択された行の単位画素201の信号のみが出力される。転送トランジスタ301A、301B、リセットトランジスタ303、選択トランジスタ305は、それぞれ、駆動信号φTXA、φTXB、φRST、φSELによって制御される。また、行列上に配置された単位画素201のうち、同じ行に配置された単位画素201に同一の駆動信号が与えられる。   FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the unit pixel 201 according to the present embodiment. The unit pixel 201 includes a first photoelectric conversion unit 300A, a second photoelectric conversion unit 300B, and five n-type field effect transistors 301A, 301B, 303, 304, and 305. The photoelectric conversion units 300A and 300B are, for example, photodiodes, and convert light incident on the unit pixel 201 into electric charges. The first transfer transistor 301A outputs the charge of the first photoelectric conversion unit 300A to a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 302. The second transfer transistor 301B outputs the charge of the second photoelectric conversion unit 300B to the FD 302. The FD 302 converts charges into a voltage by a parasitic capacitance connected to the FD 302. The reset transistor 303 connects the FD 302 to the node of the power supply potential VDD, and resets the potential of the FD 302 to the power supply potential VDD. The amplification transistor 304 amplifies the signal of the FD 302 and outputs it. The selection transistor 305 connects the output node of the amplification transistor 304 to the signal output line 306. The signal output line 306 is connected to the signal line 205 in FIG. By turning off / off the selection transistor 305, only the signal of the unit pixel 201 in the selected row among the unit pixels 201 arranged on the matrix is output. The transfer transistors 301A and 301B, the reset transistor 303, and the selection transistor 305 are controlled by drive signals φTXA, φTXB, φRST, and φSEL, respectively. Moreover, the same drive signal is given to the unit pixels 201 arranged in the same row among the unit pixels 201 arranged on the matrix.

なお、本実施形態では、1つの単位画素201に2個の光電変換部を配する構成を一例として説明するが、さらに多数の光電変換部を配することもできる。光電変換部の数を増やすことにより、より精度の高い撮像面位相差AFを行うことが可能となる。   In the present embodiment, a configuration in which two photoelectric conversion units are arranged in one unit pixel 201 will be described as an example. However, a larger number of photoelectric conversion units may be arranged. By increasing the number of photoelectric conversion units, it is possible to perform imaging surface phase difference AF with higher accuracy.

図4は、フォーカスレンズ101を含む光学系の射出瞳400から出た光束が単位画素201に入射する概念図である。以下、撮像装置の瞳分割方式による焦点検出の原理を説明する。単位画素201は、第1の光電変換部300Aと第2の光電変換部300Bとを有する。射出瞳400から出た光束は、光軸OAを中心として、マイクロレンズ401とカラーフィルタ402を通して、単位画素201に入射する。複数の単位画素201には、それぞれ、複数のマイクロレンズ401が設けられる。射出瞳400は、瞳領域403A及び403Bを有する。瞳領域403Aと403Bを通過する光束は、それぞれ、光電変換部300Aと300Bに入射する。したがって、光電変換部300A及び300Bは、それぞれ、撮影レンズの射出瞳400の異なる瞳領域403A及び403Bの光を受光している。これにより、第1の光電変換部300Aの信号と第2の光電変換部300Bの信号を比較することで、位相差の検知が可能となる。上記の画素信号Aは、第1の光電変換部300Aにより光電変換された信号であり、上記の画素信号Bは、第2の光電変換部300Bにより光電変換された信号である。また、上記の画素信号A+Bは、画素信号Aと画素信号BをFD302にて混合した信号である。   FIG. 4 is a conceptual diagram in which the light beam emitted from the exit pupil 400 of the optical system including the focus lens 101 enters the unit pixel 201. Hereinafter, the principle of focus detection by the pupil division method of the imaging apparatus will be described. The unit pixel 201 includes a first photoelectric conversion unit 300A and a second photoelectric conversion unit 300B. The light beam emitted from the exit pupil 400 enters the unit pixel 201 through the microlens 401 and the color filter 402 with the optical axis OA as the center. Each of the plurality of unit pixels 201 is provided with a plurality of microlenses 401. The exit pupil 400 has pupil regions 403A and 403B. The light beams passing through the pupil regions 403A and 403B are incident on the photoelectric conversion units 300A and 300B, respectively. Therefore, the photoelectric conversion units 300A and 300B receive light in different pupil regions 403A and 403B of the exit pupil 400 of the photographing lens, respectively. Thereby, the phase difference can be detected by comparing the signal of the first photoelectric conversion unit 300A and the signal of the second photoelectric conversion unit 300B. The pixel signal A is a signal photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 300A, and the pixel signal B is a signal photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 300B. The pixel signal A + B is a signal obtained by mixing the pixel signal A and the pixel signal B in the FD 302.

図5は、図2の信号処理回路208の構成例を示す図である。信号処理回路208は、タイミング制御回路206から出力される制御信号により制御される。画像用メモリ読み出し回路500は、列メモリ回路207に対して、メモリ制御信号を出力し、保持された各列の画素信号A+Bを順次読み出し、読み出した画素信号A+Bを画像補正回路501に出力する。この際、画素信号の読み出し速度は、撮像素子100外へ出力する際の通信インターフェースの速度により律速される。画像補正回路501は、その入力した画素信号A+Bに対して、補正処理を行う。具体的には、画像補正回路501は、撮像素子100の周辺部で光量が落ちる現象の補正である周辺光量落ち補正や、列回路203内の列毎に配置されるADCの特性バラツキによる列間黒レベル補正を行う。また、画像補正回路501は、入力されたレンズ情報を基に、絞りを変化させた時に出力が理論値からずれてしまう現象の補正であるFナンバー補正を行う。画像補正回路501は、レンズ情報に応じて予め用意された補正値テーブルより選択し、補正に用いるパラメータを決定する。画像補正回路501は、補正された画素信号A+Bを画像信号として画像出力回路209へ出力する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the signal processing circuit 208 of FIG. The signal processing circuit 208 is controlled by a control signal output from the timing control circuit 206. The image memory readout circuit 500 outputs a memory control signal to the column memory circuit 207, sequentially reads out the held pixel signals A + B of each column, and outputs the readout pixel signals A + B to the image correction circuit 501. At this time, the reading speed of the pixel signal is limited by the speed of the communication interface when the image signal 100 is output to the outside. The image correction circuit 501 performs correction processing on the input pixel signal A + B. Specifically, the image correction circuit 501 performs peripheral light amount drop correction, which is a correction of a phenomenon in which the light amount is dropped at the peripheral portion of the image sensor 100, and between columns due to characteristic variations of ADCs arranged for each column in the column circuit 203. Perform black level correction. The image correction circuit 501 performs F-number correction, which is a correction of a phenomenon in which the output deviates from the theoretical value when the aperture is changed based on the input lens information. The image correction circuit 501 selects from a correction value table prepared in advance according to lens information, and determines parameters used for correction. The image correction circuit 501 outputs the corrected pixel signal A + B to the image output circuit 209 as an image signal.

焦点検出用メモリ読み出し回路502は、列メモリ回路207に対して、メモリ制御信号を出力し、保持された各列の画素信号A及び画素信号A+Bを順次読み出す。これらの画素信号A及び画素信号A+Bは、並列に複数の画素信号が同時に読み出されることに加え、デバイス間の通信インターフェースにより速度が制限されない。そのため、焦点検出用メモリ読み出し回路502は、画像用メモリ読み出し回路500と比べ、高速に読み出すことが可能である。焦点検出用メモリ読み出し回路502は、読み出した画素信号A及び画素信号A+Bを焦点検出用信号生成回路503に出力する。焦点検出用信号生成回路503は、画素信号A+Bから画素信号Aを減算することにより画素信号Bを生成する。そして、焦点検出用信号生成回路503は、生成された画素信号B及び画素信号Aをフレームメモリ504に出力する。   The focus detection memory reading circuit 502 outputs a memory control signal to the column memory circuit 207, and sequentially reads the pixel signal A and the pixel signal A + B of each column held. The pixel signal A and the pixel signal A + B are not limited in speed by a communication interface between devices in addition to a plurality of pixel signals being read out in parallel. Therefore, the focus detection memory reading circuit 502 can read at a higher speed than the image memory reading circuit 500. The focus detection memory reading circuit 502 outputs the read pixel signal A and pixel signal A + B to the focus detection signal generation circuit 503. The focus detection signal generation circuit 503 generates the pixel signal B by subtracting the pixel signal A from the pixel signal A + B. Then, the focus detection signal generation circuit 503 outputs the generated pixel signal B and pixel signal A to the frame memory 504.

被写体検出用メモリ読み出し回路505は、被写体の自動検出モード時に、列メモリ回路207に対して、メモリ制御信号を出力し、保持された各列の画素信号A+Bを順次読み出す。この時、被写体検出では、画像に用いられる程の解像度は必要ないので、被写体検出用メモリ読み出し回路505は、画素信号A+Bを間引いて読み出してよい。また、画素信号A+Bが間引かれることに加え、並列に複数の画素信号A+Bが同時に読み出されること、デバイス間の通信インターフェースにより速度が制限されない。したがって、被写体検出用メモリ読み出し回路505は、画像用メモリ読み出し回路500及び焦点検出用メモリ読み出し回路502より早く画素信号A+Bの読み出しが完了する。被写体検出回路506は、被写体検出用メモリ読み出し回路505が読み出した画素信号A+Bを保持し、その保持した画素信号A+Bによる画像に対して被写体検出処理を行う。そして、被写体検出回路506は、被写体の画素情報が画素部200内のどの領域にあるかを表す座標情報を領域選択回路507に出力する。領域選択回路507は、デフォーカス量の算出を行う領域情報を、フレームメモリ504に出力する。領域選択回路507は、被写体の自動検出モード時には、被写体検出回路506から入力される被写体の座標情報を基に領域情報を生成してフレームメモリ504に出力する。これに対し、領域選択回路507は、使用者が焦点合わせを行う位置を指定する手動設定モード時には、使用者が設定した焦点合わせを行う領域情報としての焦点制御座標情報(像高情報)を全体制御演算部106より入力する。そして、領域選択回路507は、その焦点制御座標情報を領域情報としてフレームメモリ504に出力する。   The subject detection memory reading circuit 505 outputs a memory control signal to the column memory circuit 207 in the subject automatic detection mode, and sequentially reads the pixel signals A + B held in each column. At this time, since the subject detection does not require a resolution that is used for an image, the subject detection memory read circuit 505 may read out the pixel signal A + B by thinning it out. Further, in addition to the thinning out of the pixel signals A + B, the speed is not limited by the simultaneous reading of a plurality of pixel signals A + B in parallel and the communication interface between devices. Accordingly, the subject detection memory readout circuit 505 completes the readout of the pixel signal A + B earlier than the image memory readout circuit 500 and the focus detection memory readout circuit 502. The subject detection circuit 506 holds the pixel signal A + B read by the subject detection memory readout circuit 505, and performs subject detection processing on the image based on the held pixel signal A + B. Then, the subject detection circuit 506 outputs coordinate information indicating in which region in the pixel unit 200 the pixel information of the subject is present to the region selection circuit 507. The area selection circuit 507 outputs area information for calculating the defocus amount to the frame memory 504. In the automatic object detection mode, the area selection circuit 507 generates area information based on the object coordinate information input from the object detection circuit 506 and outputs the area information to the frame memory 504. On the other hand, in the manual setting mode in which the user designates the position to be focused, the area selection circuit 507 displays the entire focus control coordinate information (image height information) as the area information to be focused set by the user. Input from the control calculation unit 106. Then, the region selection circuit 507 outputs the focus control coordinate information to the frame memory 504 as region information.

フレームメモリ504は、焦点検出量信号生成回路503から出力された1フレーム分の画素信号A及び画素信号Bを保持し、領域選択回路507により指定された領域の画素信号A及び画素信号Bを画素信号補正回路508に出力する。この際、フレームメモリ504は、並列に複数の画素信号を出力することにより、高速に出力することができる。画素信号補正回路508は、フレームメモリ504より入力された画素信号A及び画素信号Bに対して補正処理を行い、デフォーカス量算出回路210へ出力する。具体的には、画素信号補正回路508は、列毎の黒レベル補正や、画素部200内の位置によって出力が片方の画素信号に偏ってしまう現象の補正を行う。上記の偏りの補正は、レンズの絞りの状態に依存するため、レンズ情報に応じて補正に使用するパラメータを切り替える。   The frame memory 504 holds the pixel signal A and the pixel signal B for one frame output from the focus detection amount signal generation circuit 503, and the pixel signal A and the pixel signal B in the region designated by the region selection circuit 507 The signal is output to the signal correction circuit 508. At this time, the frame memory 504 can output at a high speed by outputting a plurality of pixel signals in parallel. The pixel signal correction circuit 508 performs correction processing on the pixel signal A and the pixel signal B input from the frame memory 504, and outputs them to the defocus amount calculation circuit 210. Specifically, the pixel signal correction circuit 508 performs black level correction for each column and correction of a phenomenon in which the output is biased to one pixel signal depending on the position in the pixel unit 200. Since the correction of the bias depends on the state of the diaphragm of the lens, the parameter used for the correction is switched according to the lens information.

図6は、図2のフォーカス制御回路211の構成例を示す図である。K値選択回路601は、像高情報である焦点制御座標及びレンズ情報を入力し、予め用意された係数テーブルより、レンズの種類から定まる射出瞳距離や像高に応じて係数Kを選択し、乗算回路600に出力する。焦点制御座標は、使用者により設定される焦点合わせを行う領域情報である。レンズ情報は、レンズの種類及びレンズの絞りの情報を含む。K値選択回路601は、係数決定部であり、レンズの種類とレンズの絞りと焦点制御座標とのうちの少なくとも1つに応じて係数Kを決定する。乗算回路600は、乗算部であり、デフォーカス量算出回路210より出力されたデフォーカス量に対して、係数Kを乗算することにより、画素ずれ量であるデフォーカス量からレンズを動かすレンズ駆動量に変換してドライバ制御回路602へ出力する。ドライバ制御回路602は、レンズ位置情報、レンズ駆動量及びレンズ情報を入力し、ドライバ出力選択回路606を制御する。ドライバ制御回路602は、複数フレームのレンズ駆動量を保持し、直前の複数フレームのレンズ駆動量を基に次フレーム撮影時に被写体との距離がどの程度変化するかを算出し、その変化量を入力されたレンズ駆動量に混合する。これにより、ドライバ制御回路602は、次フレームの撮影時に最適なレンズ駆動量を求める。フォーカス制御回路211は、VCM(Voice Coil Motor)ドライバ回路603、STM(Stepping Motor)ドライバ回路604、及びUSM(Ultrasonic Motor)ドライバ回路605を有する。ドライバ制御回路602は、フォーカスアクチュエータ102の種類(レンズ情報)に応じて、VCMドライバ回路603、STMドライバ回路604及びUSMドライバ回路605のうちの1つのドライバ回路を選択して使用するためにレンズ駆動量を出力する。また、ドライバ制御回路602は、ドライバ出力選択回路606を制御し、上記の選択した1つのドライバ回路のみを出力端子に接続する。また、ドライバ制御回路602は、フォーカスレンズ101のレンズ位置情報を入力し、高精度なフォーカス制御を行う。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the focus control circuit 211 in FIG. The K value selection circuit 601 receives focus control coordinates and lens information as image height information, selects a coefficient K from a coefficient table prepared in advance according to the exit pupil distance and image height determined from the lens type, The result is output to the multiplication circuit 600. The focus control coordinates are area information for performing the focusing set by the user. The lens information includes lens type and lens aperture information. The K value selection circuit 601 is a coefficient determination unit, and determines the coefficient K according to at least one of the lens type, the lens diaphragm, and the focus control coordinates. The multiplication circuit 600 is a multiplication unit, and multiplies the defocus amount output from the defocus amount calculation circuit 210 by a coefficient K, thereby moving the lens from the defocus amount that is a pixel shift amount. And output to the driver control circuit 602. The driver control circuit 602 inputs lens position information, lens driving amount, and lens information, and controls the driver output selection circuit 606. The driver control circuit 602 holds the lens drive amounts of a plurality of frames, calculates how much the distance to the subject changes during the next frame shooting based on the lens drive amounts of the immediately preceding plurality of frames, and inputs the change amount The lens driving amount is mixed. Accordingly, the driver control circuit 602 obtains an optimum lens driving amount at the time of shooting the next frame. The focus control circuit 211 includes a VCM (Voice Coil Motor) driver circuit 603, an STM (Stepping Motor) driver circuit 604, and a USM (Ultrasonic Motor) driver circuit 605. The driver control circuit 602 drives the lens to select and use one of the VCM driver circuit 603, the STM driver circuit 604, and the USM driver circuit 605 according to the type (lens information) of the focus actuator 102. Output quantity. The driver control circuit 602 controls the driver output selection circuit 606 and connects only one selected driver circuit to the output terminal. The driver control circuit 602 inputs lens position information of the focus lens 101 and performs highly accurate focus control.

図7は、図1の撮像素子100の駆動方法を示すタイミングチャートである。駆動信号φRST_1、φRST_2及びφRST_nは、それぞれ、1行目、2行目及びn行目の単位画素201の駆動信号φRSTである。駆動信号φTXA_1、φTXA_2及びφTXA_nは、それぞれ、1行目、2行目及びn行目の単位画素201の駆動信号φTXAである。駆動信号φTXB_1、φTXB_2及びφTXB_nは、それぞれ、1行目、2行目及びn行目の単位画素201の駆動信号φTXBである。駆動信号φSEL_1、φSEL_2及びφSEL_nは、それぞれ、1行目、2行目及びn行目の単位画素201の駆動信号φSELである。駆動信号φRST、φTXA、φTXB、φSELは、ハイレベル及びローレベルの何れかの状態をとるものとする。ADCは、列回路203内のADCにおける処理の状態を表す。Nはリセット後の状態を読み出したN信号に対してAD変換を行う状態を、Aは光電変換部300Aに蓄積された電荷を読み出したA信号に対してAD変換を行う状態を表す。ABは光電変換部300A及び光電変換部300Bに蓄積された電荷を読み出したA+B信号に対してAD変換を行う状態を表す。フォーカス駆動信号は、フォーカス制御回路211よりフォーカス駆動信号が出力されているかどうかを示す。   FIG. 7 is a timing chart showing a method for driving the image sensor 100 of FIG. The drive signals φRST_1, φRST_2, and φRST_n are drive signals φRST of the unit pixels 201 in the first row, the second row, and the n-th row, respectively. The drive signals φTXA_1, φTXA_2, and φTXA_n are drive signals φTXA for the unit pixels 201 in the first row, the second row, and the n-th row, respectively. The drive signals φTXB_1, φTXB_2, and φTXB_n are the drive signals φTXB of the unit pixels 201 in the first row, the second row, and the n-th row, respectively. The drive signals φSEL_1, φSEL_2, and φSEL_n are the drive signals φSEL of the unit pixels 201 in the first row, the second row, and the n-th row, respectively. The drive signals φRST, φTXA, φTXB, and φSEL are assumed to be in either a high level or a low level. ADC represents the state of processing in the ADC in the column circuit 203. N represents a state in which AD conversion is performed on the N signal from which the state after reset is read, and A represents a state in which AD conversion is performed on the A signal from which charges accumulated in the photoelectric conversion unit 300A are read out. AB represents a state in which AD conversion is performed on the A + B signal from which the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 300A and the photoelectric conversion unit 300B are read. The focus drive signal indicates whether the focus drive signal is output from the focus control circuit 211.

タイミングt0〜t1では、垂直同期信号と水平同期信号がハイレベルパルスとなり、全行の駆動信号φRSTがハイレベルになり、光電変換部300A及び300bのリセットの垂直走査が開始される。垂直走査は、水平同期信号がハイレベルになる度に同一の行に配置される単位画素201に対して共通の駆動を行い、その1行当たりの駆動を行数だけ繰り返すことにより行われる。具体的には、1行目から順に駆動信号φTXA及びφTXBがハイレベルとなることにより、当該行の単位画素201の光電変換部300A及び光電変換部300Bに蓄積された電荷がリセットされる。上記1行当たりの駆動を繰り返しn行について行い、画素部200内のすべての光電変換部300A及び300Bのリセットが終了し、光電変換部300A及び300Bの光電変換により生成される電荷の蓄積が開始する。   At timings t0 to t1, the vertical synchronization signal and the horizontal synchronization signal become high level pulses, the drive signals φRST of all the rows become high level, and reset vertical scanning of the photoelectric conversion units 300A and 300b is started. The vertical scanning is performed by performing common driving for the unit pixels 201 arranged in the same row every time the horizontal synchronization signal becomes high level, and repeating the driving per row for the number of rows. Specifically, when the drive signals φTXA and φTXB are sequentially set to the high level from the first row, the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 300A and the photoelectric conversion unit 300B of the unit pixel 201 in the row are reset. The driving per row is repeated for n rows, the resetting of all the photoelectric conversion units 300A and 300B in the pixel unit 200 is completed, and accumulation of charges generated by the photoelectric conversion of the photoelectric conversion units 300A and 300B is started. To do.

タイミングt2〜t6では、読み出しの垂直走査により、1行当たりの読み出しをn行繰り返し行うことにより、画素部200全体の読み出しを行う。タイミングt2では、垂直同期信号及び水平同期信号がハイレベルパルスになり、駆動信号φRST_1がローレベル、駆動信号φSEL_1がハイレベルとなる。駆動信号φRST_1がローレベルとなることで、1行目の単位画素201において、リセットトランジスタ303がオフとなり、FD302はフローティング状態となる。駆動信号φSEL_1がハイレベルとなることで、1行目の単位画素201内の選択トランジスタ305はオンとなり、1行目の単位画素201は、それぞれ、N信号を信号線205介して列回路203に出力する。その後、列回路203内のADCは、リセット後のFD302の電位に応じたN信号に対してAD変換を行う。AD変換されたN信号は、列回路203内に保持される。   At timings t <b> 2 to t <b> 6, readout of the entire pixel portion 200 is performed by repeatedly performing readout per row n times by readout vertical scanning. At timing t2, the vertical synchronization signal and the horizontal synchronization signal become high level pulses, the drive signal φRST_1 becomes low level, and the drive signal φSEL_1 becomes high level. When the drive signal φRST_1 is at a low level, the reset transistor 303 is turned off in the unit pixel 201 in the first row, and the FD 302 is in a floating state. When the drive signal φSEL_1 becomes high level, the selection transistor 305 in the unit pixel 201 in the first row is turned on, and each unit pixel 201 in the first row sends an N signal to the column circuit 203 via the signal line 205. Output. After that, the ADC in the column circuit 203 performs AD conversion on the N signal corresponding to the potential of the FD 302 after reset. The AD converted N signal is held in the column circuit 203.

タイミングt3では、駆動信号φTXA_1がハイレベルとなり、1行目の単位画素201において、転送トランジスタ301Aがオンとなり、光電変換部300Aに蓄積された電荷がFD302に転送される。FD302では、転送された電荷に応じて電位が変化する。1行目の単位画素201は、FD302の電位の変化に応じてA信号を列回路203に出力する。その後、列回路203内のADCは、A信号に対しAD変換を行う。列回路203は、AD変換されたA信号から、保持されているN信号を減算し、画素信号Aを列メモリ回路207に記録する。   At timing t3, the drive signal φTXA_1 becomes high level, the transfer transistor 301A is turned on in the unit pixel 201 in the first row, and the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 300A is transferred to the FD 302. In the FD 302, the potential changes according to the transferred charge. The unit pixel 201 in the first row outputs an A signal to the column circuit 203 in accordance with a change in the potential of the FD 302. Thereafter, the ADC in the column circuit 203 performs AD conversion on the A signal. The column circuit 203 subtracts the held N signal from the A signal subjected to AD conversion, and records the pixel signal A in the column memory circuit 207.

タイミングt4では、駆動信号φTXA_1及びφTXB_1がハイレベルとなり、1行目の単位画素201において、転送トランジスタ301A及び301Bがオンとなり、光電変換部300A及び300Bに蓄積された電荷がFD302に転送される。FD302では、転送された電荷に応じて電位が変化する。1行目の単位画素201は、FD302の電位に変化に応じて、A+B信号を列回路203に出力する。その後、列回路203内のADCは、A+B信号に対してAD変換を行う。列回路203は、AD変換されたA+B信号から、保持されているN信号を減算し、画素信号A+Bを列メモリ回路207に記録する。その後、列メモリ回路207は、画素信号A及び画素信号A+Bを順次信号処理回路208に出力する。そして、焦点検出用信号生成回路503は、画素信号A+Bから画素信号Aを減算することにより、画素信号Bを生成し、フレームメモリ504に保持される。画像補正回路501は、画素信号A+Bを補正処理し、画像信号出力回路209を介して撮像素子100外へ順次出力する。被写体検出回路506は、列メモリ回路207に保持された画素信号A+Bを間引いて読み出して保持する。   At timing t4, the driving signals φTXA_1 and φTXB_1 become high level, the transfer transistors 301A and 301B are turned on in the unit pixel 201 in the first row, and the charges accumulated in the photoelectric conversion units 300A and 300B are transferred to the FD 302. In the FD 302, the potential changes according to the transferred charge. The unit pixel 201 in the first row outputs an A + B signal to the column circuit 203 in accordance with the change in the potential of the FD 302. Thereafter, the ADC in the column circuit 203 performs AD conversion on the A + B signal. The column circuit 203 subtracts the held N signal from the AD converted A + B signal, and records the pixel signal A + B in the column memory circuit 207. Thereafter, the column memory circuit 207 sequentially outputs the pixel signal A and the pixel signal A + B to the signal processing circuit 208. Then, the focus detection signal generation circuit 503 generates the pixel signal B by subtracting the pixel signal A from the pixel signal A + B, and holds it in the frame memory 504. The image correction circuit 501 corrects the pixel signal A + B and sequentially outputs it to the outside of the image sensor 100 via the image signal output circuit 209. The subject detection circuit 506 reads out and holds the pixel signal A + B held in the column memory circuit 207.

タイミングt5では、駆動信号φRST_1がハイレベル、駆動信号φSEL_1がローレベルとなると同時に、駆動信号φRST_2がローレベル、駆動信号φSEL_2がハイレベルとなる。これにより、1行目の単位画素201の読み出しが終了し、2行目の単位画素201の読み出しが開始される。駆動信号φRST_2がローレベルとなることで、2行目の単位画素201において、リセットトランジスタ303がオフとなり、FD302はフローティング状態となる。駆動信号φSEL_2がハイレベルとなることで、2行目の単位画素201内の選択トランジスタ305はオンとなり、2行目の単位画素201は、それぞれ、N信号を信号線205介して列回路203に出力する。列回路203内のADCは、リセット後のFD302の電位に応じたN信号に対してAD変換を行う。   At timing t5, the drive signal φRST_1 becomes high level, the drive signal φSEL_1 becomes low level, and at the same time, the drive signal φRST_2 becomes low level and the drive signal φSEL_2 becomes high level. Thereby, the reading of the unit pixels 201 in the first row is completed, and the reading of the unit pixels 201 in the second row is started. When the drive signal φRST_2 becomes low level, the reset transistor 303 is turned off in the unit pixel 201 in the second row, and the FD 302 is in a floating state. When the drive signal φSEL_2 becomes high level, the selection transistor 305 in the unit pixel 201 in the second row is turned on, and each unit pixel 201 in the second row sends an N signal to the column circuit 203 via the signal line 205. Output. The ADC in the column circuit 203 performs AD conversion on the N signal corresponding to the potential of the FD 302 after reset.

その後、駆動信号φTXA_2がハイレベルとなり、2行目の単位画素201において、転送トランジスタ301Aがオンとなり、光電変換部300Aに蓄積された電荷がFD302に転送される。2行目の単位画素201は、FD302の電位の変化に応じてA信号を列回路203に出力する。その後、列回路203内のADCは、A信号に対しAD変換を行う。列回路203は、AD変換されたA信号から、保持されているN信号を減算し、画素信号Aを列メモリ回路207に記録する。   Thereafter, the drive signal φTXA_2 becomes high level, the transfer transistor 301A is turned on in the unit pixel 201 in the second row, and the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 300A is transferred to the FD 302. The unit pixel 201 in the second row outputs an A signal to the column circuit 203 in accordance with the change in the potential of the FD 302. Thereafter, the ADC in the column circuit 203 performs AD conversion on the A signal. The column circuit 203 subtracts the held N signal from the A signal subjected to AD conversion, and records the pixel signal A in the column memory circuit 207.

その後、駆動信号φTXA_2及びφTXB_2がハイレベルとなり、2行目の単位画素201において、転送トランジスタ301A及び301Bがオンとなり、光電変換部300A及び300Bに蓄積された電荷がFD302に転送される。2行目の単位画素201は、FD302の電位に変化に応じて、A+B信号を列回路203に出力する。その後、列回路203内のADCは、A+B信号に対してAD変換を行う。列回路203は、AD変換されたA+B信号から、保持されているN信号を減算し、画素信号A+Bを列メモリ回路207に記録する。その後、1行目の読み出しと同様の処理が行われる。   Thereafter, the drive signals φTXA_2 and φTXB_2 become high level, the transfer transistors 301A and 301B are turned on in the unit pixels 201 in the second row, and the charges accumulated in the photoelectric conversion units 300A and 300B are transferred to the FD 302. The unit pixel 201 in the second row outputs an A + B signal to the column circuit 203 in accordance with the change in the potential of the FD 302. Thereafter, the ADC in the column circuit 203 performs AD conversion on the A + B signal. The column circuit 203 subtracts the held N signal from the AD converted A + B signal, and records the pixel signal A + B in the column memory circuit 207. Thereafter, the same processing as the reading of the first row is performed.

タイミングt5〜t6では、タイミングt2〜t5の駆動と同様の駆動を、2行目〜n行目に対して行う。これにより、1フレームの画像の取得が行われる。また、画素信号の読み出しが行われている間に、前行の画素信号A+Bが画像出力として撮像素子100外へと出力される。最終行となるn行目の画素信号A+Bが撮像素子100外へ出力されるのと同時に、被写体検出回路506は、被写体検出用の画素信号A+Bを読み出す。被写体検出用の画素信号A+Bは、間引いて読み出されることに加え、複数の画素信号を並列に読み出すこと、デバイス間の通信インターフェースにより速度が制限されないことから、画像出力に比べ早く読み出しが完了し、被写体検出回路506が被写体検出を行う。   At timings t5 to t6, driving similar to that at timings t2 to t5 is performed for the second to nth rows. As a result, an image of one frame is acquired. Further, while the pixel signal is being read, the pixel signal A + B in the previous row is output to the outside of the image sensor 100 as an image output. At the same time as the pixel signal A + B in the nth row, which is the final row, is output to the outside of the image sensor 100, the subject detection circuit 506 reads the pixel signal A + B for subject detection. The pixel signal A + B for subject detection is read out by thinning out, in addition to reading out a plurality of pixel signals in parallel, and because the speed is not limited by the communication interface between devices, reading is completed earlier than image output, A subject detection circuit 506 performs subject detection.

タイミングt6では、最終行となるn行目の画像信号の出力が完了するのと同時に、信号処理回路208は、焦点検出に用いる画素信号A及び画素信号Bをデフォーカス量算出回路210に出力し始める。この時、画素信号A及び画素信号Bは、撮像素子100内の通信であり、並列に複数の画素信号を出力するため、高速な信号伝送が可能である。デフォーカス量算出回路210は、入力された画素信号A及び画素信号Bから順次デフォーカス量を算出し、フォーカス制御回路211へ出力する。フォーカス制御回路211は、算出された複数行のデフォーカス量を基に、レンズ駆動量を算出し、当該フレームを含む複数のレンズ駆動量から次フレームの撮影時におけるフォーカス位置を予測し、実際に制御を行うレンズ駆動量を算出する。   At the timing t6, the output of the image signal of the nth row that is the last row is completed, and at the same time, the signal processing circuit 208 outputs the pixel signal A and the pixel signal B used for focus detection to the defocus amount calculation circuit 210. start. At this time, the pixel signal A and the pixel signal B are communications within the image sensor 100 and output a plurality of pixel signals in parallel, so that high-speed signal transmission is possible. The defocus amount calculation circuit 210 sequentially calculates the defocus amount from the input pixel signal A and pixel signal B, and outputs the defocus amount to the focus control circuit 211. The focus control circuit 211 calculates a lens driving amount based on the calculated defocus amounts of a plurality of rows, predicts a focus position at the time of shooting the next frame from a plurality of lens driving amounts including the frame, and actually A lens driving amount to be controlled is calculated.

タイミングt7〜t8では、フォーカス制御回路211は、算出されたレンズ駆動量に応じて、フォーカス駆動信号を出力する。これにより、フォーカスレンズ101が移動し、焦点合わせが行われる。タイミングt9以降では、タイミングt0〜t8と同様に、次フレームの駆動が繰り返される。これらの繰り返しにより、焦点の合った画像を取得することが可能となる。   At timings t7 to t8, the focus control circuit 211 outputs a focus drive signal according to the calculated lens drive amount. As a result, the focus lens 101 moves and focusing is performed. After timing t9, similarly to timings t0 to t8, driving of the next frame is repeated. By repeating these steps, it is possible to acquire a focused image.

図7の撮像素子の駆動方法では、被写体を自動で検出して焦点合わせを行う被写体の自動検出モードにおける駆動例を示した。使用者が焦点合わせを行う位置を指定する手動設定モード時には、予め焦点検出を行う領域が決まっているので、当該領域のAD変換が終わり次第、デフォーカス量の算出を行うことができる。その場合、画像信号を出力している間に駆動量の算出を行うことができるため、n行目のAD変換が終わり次第、フォーカス駆動信号の出力が行われる。これにより、更に高速な焦点合わせが可能となる。   In the driving method of the image sensor in FIG. 7, the driving example in the automatic detection mode of the subject in which the subject is automatically detected and focused is shown. In the manual setting mode in which the user designates the position for focusing, since the area for focus detection is determined in advance, the defocus amount can be calculated as soon as AD conversion of the area is completed. In that case, since the drive amount can be calculated while the image signal is output, the focus drive signal is output as soon as the AD conversion of the nth row is completed. As a result, higher-speed focusing is possible.

本実施形態では、撮像素子100内部で焦点制御に必要な処理を完結できることにより、撮像素子100外へ画素信号A及び画素信号Bを出力する必要がない。つまり、同一の半導体基板上での伝送なので、多数の信号線により並列に画素信号を伝送することが容易である。また、画像信号を撮像素子100外へ出力する通信のインターフェースを増やす必要もない。更に、通信インターフェースの速度に制限されることがないことから、各々の信号線による伝送も外部に出力する場合と比べ高速化が可能である。このような理由から、フレームメモリ504からフォーカス制御回路211まで信号を高速に伝送することが可能である。さらに、上記高速化が可能なことから、焦点制御の処理時間を大幅に伸ばすことなく、デフォーカス量の算出に多くの画素信号A及び画素信号Bの信号を使用し、高精度な焦点制御を可能とすることができる。   In the present embodiment, processing necessary for focus control can be completed inside the image sensor 100, so that it is not necessary to output the pixel signal A and the pixel signal B outside the image sensor 100. That is, since transmission is performed on the same semiconductor substrate, it is easy to transmit pixel signals in parallel through a large number of signal lines. Further, there is no need to increase the number of communication interfaces for outputting image signals to the outside of the image sensor 100. Furthermore, since there is no restriction on the speed of the communication interface, the transmission speed of each signal line can be increased compared to the case of outputting to the outside. For this reason, signals can be transmitted from the frame memory 504 to the focus control circuit 211 at high speed. Further, since the above speed can be increased, a large amount of pixel signal A and pixel signal B are used for calculation of the defocus amount without significantly increasing the processing time of the focus control, and high-precision focus control is performed. Can be possible.

さらに、撮像素子100は、タイミング制御回路206を有するため、焦点制御のタイミングと撮像素子100の駆動のタイミングを同調制御することが容易である。例えば、本実施形態において、フォーカス制御回路211がフォーカス駆動信号を出力するタイミングは、撮像素子100の読み出し駆動の時間とは重ならないタイミングとなる。これにより、レンズ部111のフォーカスアクチュエータ102が駆動中に発する、例えば磁気ノイズの外来ノイズやドライバ回路のラッシュ電流による電源電圧の変動により、読み出し中の撮像素子100の出力に影響を与えるとこを防ぐことが可能となる。   Furthermore, since the image sensor 100 includes the timing control circuit 206, it is easy to perform synchronous control of the focus control timing and the drive timing of the image sensor 100. For example, in the present embodiment, the timing at which the focus control circuit 211 outputs the focus drive signal is a timing that does not overlap the read drive time of the image sensor 100. This prevents the focus actuator 102 of the lens unit 111 from affecting the output of the image sensor 100 during reading due to fluctuations in the power supply voltage caused by, for example, external noise of magnetic noise or rush current of the driver circuit. It becomes possible.

画素部200を含む撮像基板214と、信号処理回路208及びフォーカス制御回路211等を含む信号処理基板215とで、別々の半導体基板上に形成し、積層する構成としたが、これに限られるものではなく、同一の半導体基板に形成してもよい。しかし、本実施形態のように、多数の信号処理を行う回路を含む構成においては、積層構造とするのが望ましい。また、本実施形態において、画素信号A及び画素信号Bを信号処理回路208内のフレームメモリ504に保持し、被写体検出を行った後に、検出結果に基づく領域の画素信号を読み出し、デフォーカス量の算出を行った。しかし、予め画素信号A及び画素信号Bから順次デフォーカス量の算出を行い、その結果をメモリに保持しておき、被写体検出後に使用するデフォーカス量を選択してもよい。   The imaging substrate 214 including the pixel portion 200 and the signal processing substrate 215 including the signal processing circuit 208 and the focus control circuit 211 are formed and stacked on different semiconductor substrates. However, the present invention is not limited to this. Instead, they may be formed on the same semiconductor substrate. However, in a configuration including a number of circuits that perform signal processing as in this embodiment, it is desirable to have a stacked structure. Further, in this embodiment, the pixel signal A and the pixel signal B are held in the frame memory 504 in the signal processing circuit 208, and after subject detection, the pixel signal of the region based on the detection result is read, and the defocus amount Calculation was performed. However, the defocus amount may be calculated sequentially from the pixel signal A and the pixel signal B in advance, and the result may be stored in the memory, and the defocus amount used after the subject detection may be selected.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態による撮像装置を、図8〜図12を参照しながら説明する。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。図8(a)は、第1の実施形態による単位画素201内のマイクロレンズ401、2個の光電変換部300A及び300Bのレイアウト例を示す図である。図8(b)は、第2の実施形態による単位画素800内のマイクロレンズ401、16個の光電変換部801A〜801Pのレイアウト例を示す図である。図8(a)及び(b)は、一例として、画素部の中央付近の4個の単位画素を示す。図8(a)では、単位画素201に重なるようにマイクロレンズ401が配置されている。図8(a)では、画素部200の中央付近の単位画素201を示すため、単位画素201とマイクロレンズ401が重なっているが、画素部200の中央以外の領域では、マイクロレンズ401は単位画素201に対してずれて配置される。また、単位画素201の内部には、2個の光電変換部300A及び光電変換部300Bが単位画素201内の領域を水平方向に2分割するように配置されている。一方、図8(b)では、単位画素800内に16個の光電変換部801A〜801Pが行列状に並んで配置される。
(Second Embodiment)
An imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the points of the present embodiment different from the first embodiment will be described. FIG. 8A is a diagram illustrating a layout example of the microlens 401 and the two photoelectric conversion units 300A and 300B in the unit pixel 201 according to the first embodiment. FIG. 8B is a diagram illustrating a layout example of the microlens 401 and the 16 photoelectric conversion units 801A to 801P in the unit pixel 800 according to the second embodiment. FIGS. 8A and 8B show four unit pixels near the center of the pixel portion as an example. In FIG. 8A, the microlens 401 is disposed so as to overlap the unit pixel 201. In FIG. 8A, the unit pixel 201 and the micro lens 401 overlap each other to show the unit pixel 201 near the center of the pixel unit 200. However, in the region other than the center of the pixel unit 200, the micro lens 401 is a unit pixel. The position is shifted with respect to 201. In addition, inside the unit pixel 201, two photoelectric conversion units 300A and 300B are arranged so as to divide the region in the unit pixel 201 into two in the horizontal direction. On the other hand, in FIG. 8B, 16 photoelectric conversion units 801 </ b> A to 801 </ b> P are arranged in a matrix in the unit pixel 800.

図9は、図8の単位画素800の構成例を示す回路図である。単位画素800は、16個の分割画素900A〜900Pを有する。分割画素900A〜900Pは、それぞれ、光電変換部801A〜801Pを有する。分割画素900Aは、光電変換部801A、転送トランジスタ901A、FD902A、リセットトランジスタ903A、増幅トランジスタ904A、及び信号出力線905Aを有する。図9では、分割画素900Aについてその詳細を示しているが、分割画素900B〜900Pも分割画素Aと同様の構成を有する。分割画素900A〜900Pは、それぞれ、光電変換部801A〜801P、転送トランジスタ901A〜901P、FD902A〜902P、リセットトランジスタ903A〜903P、増幅トランジスタ904A〜904P、出力線905A〜905Pを有する。転送トランジスタ901A〜901Pは共通の駆動信号φTXにより制御され、リセットトランジスタ903A〜903Pは共通の駆動信号φRSTにより制御される。単位画素800は、複数の光電変化部801A〜801Pにより変換された電荷に基づく信号を、出力線905A〜905Pを介して、並列に出力する。   FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the unit pixel 800 of FIG. The unit pixel 800 has 16 divided pixels 900A to 900P. The divided pixels 900A to 900P have photoelectric conversion units 801A to 801P, respectively. The divided pixel 900A includes a photoelectric conversion unit 801A, transfer transistors 901A, FD902A, a reset transistor 903A, an amplification transistor 904A, and a signal output line 905A. In FIG. 9, the details of the divided pixel 900A are shown, but the divided pixels 900B to 900P also have the same configuration as the divided pixel A. The divided pixels 900A to 900P include photoelectric conversion units 801A to 801P, transfer transistors 901A to 901P, FD902A to 902P, reset transistors 903A to 903P, amplification transistors 904A to 904P, and output lines 905A to 905P, respectively. The transfer transistors 901A to 901P are controlled by a common drive signal φTX, and the reset transistors 903A to 903P are controlled by a common drive signal φRST. The unit pixel 800 outputs signals based on the charges converted by the plurality of photoelectric change units 801A to 801P in parallel via the output lines 905A to 905P.

図10は、本実施形態に係る撮像素子100の構成例を示す図である。撮像素子100は、撮像基板1011、AD基板1012及び信号処理基板1013を積層した三層構成を有する。撮像基板1011、AD基板1012及び信号処理基板1013は、TSVを介して接続される。撮像基板1011は、画素部1000及び画素駆動回路1001が設けられる第1の半導体基板である。AD基板1012は、AD変換・メモリ回路1003及びタイミング制御回路1004が設けられる第2の半導体基板である。信号処理基板1013は、信号処理回路1005、画像信号出力回路1006、デフォーカス量算出回路1007、フォーカス制御回路1008、レンズ情報入力回路1009及び位置信号入力回路1010が設けられる第3の半導体基板である。なお、第1の実施形態(図2)でも、撮像基板214及び信号処理基板215とは異なるAD基板に列回路203を設け、3つの半導体基板を積層してもよい。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor 100 according to the present embodiment. The imaging element 100 has a three-layer configuration in which an imaging substrate 1011, an AD substrate 1012, and a signal processing substrate 1013 are stacked. The imaging board 1011, the AD board 1012, and the signal processing board 1013 are connected via a TSV. The imaging substrate 1011 is a first semiconductor substrate on which the pixel portion 1000 and the pixel driving circuit 1001 are provided. The AD substrate 1012 is a second semiconductor substrate on which an AD conversion / memory circuit 1003 and a timing control circuit 1004 are provided. The signal processing substrate 1013 is a third semiconductor substrate on which a signal processing circuit 1005, an image signal output circuit 1006, a defocus amount calculation circuit 1007, a focus control circuit 1008, a lens information input circuit 1009, and a position signal input circuit 1010 are provided. . Also in the first embodiment (FIG. 2), the column circuit 203 may be provided on an AD substrate different from the imaging substrate 214 and the signal processing substrate 215, and three semiconductor substrates may be stacked.

画素部1000は、行列状に配置された複数の単位画素800を有する。画素駆動回路1001は、駆動信号線1002を介して、単位画素800に駆動信号を出力する。単位画素800は、前述した通り、分割画素900A〜900Pの信号出力線905A〜905Pを有する。分割画素900A〜900Pは、それぞれ、信号出力線905A〜905Pを介して、信号をAD変換・メモリ回路1003へ出力する。具体的には、分割画素900A〜900Pは、それぞれ、FD902A〜902Pのリセット後の状態であるN信号を出力する。その後、分割画素900A〜900Pは、それぞれ、転送トランジスタ901A〜901Pをオンすることにより、光電変換部801の電荷を転送した後の状態であるS信号を出力する。   The pixel unit 1000 includes a plurality of unit pixels 800 arranged in a matrix. The pixel drive circuit 1001 outputs a drive signal to the unit pixel 800 via the drive signal line 1002. As described above, the unit pixel 800 includes the signal output lines 905A to 905P of the divided pixels 900A to 900P. The divided pixels 900A to 900P output signals to the AD conversion / memory circuit 1003 via the signal output lines 905A to 905P, respectively. Specifically, the divided pixels 900 </ b> A to 900 </ b> P output N signals that are states after the resetting of the FDs 902 </ b> A to 902 </ b> P, respectively. Thereafter, the divided pixels 900A to 900P turn on the transfer transistors 901A to 901P, respectively, to output an S signal that is in a state after the charge of the photoelectric conversion unit 801 is transferred.

AD変換・メモリ回路1003は、ADCであり、タイミング制御回路1004により駆動され、N信号及びS信号に対してそれぞれアナログからデジタルに変換する。その後、AD変換・メモリ回路1003は、S信号からN信号を減算することにより、光電変換部801A〜801Pにより変換された電荷に基づく信号を画素信号A〜画素信号Pとして、個別にメモリに保持する。また、AD変換・メモリ回路903は、同一の単位画素800の画素信号A〜画素信号Pを混合し、画素信号ALLをメモリに保持する。   The AD conversion / memory circuit 1003 is an ADC and is driven by the timing control circuit 1004 to convert the N signal and the S signal from analog to digital, respectively. Thereafter, the AD conversion / memory circuit 1003 subtracts the N signal from the S signal, thereby individually holding the signals based on the charges converted by the photoelectric conversion units 801A to 801P as the pixel signal A to the pixel signal P in the memory. To do. Further, the AD conversion / memory circuit 903 mixes the pixel signals A to P of the same unit pixel 800, and holds the pixel signal ALL in the memory.

信号処理回路1005は、タイミング制御回路1004により駆動され、AD変換・メモリ回路1003より画素信号ALL及び画素信号A〜画素信号Pを並列に読み出し、補正処理及び焦点検出用の信号の生成を行う。信号処理回路1005は、撮影画像として用いられる画素信号ALLに対して、撮像素子100の周辺部で光量が落ちる周辺光量落ち補正や黒レベル補正等の補正処理を行い、画像出力回路1006へ出力する。また、信号処理回路1005は、画素信号A〜画素信号Pを用い、焦点検出用の信号を生成し、黒レベル等の補正を行い、デフォーカス量算出回路1007へ出力する。出力する焦点検出用の信号は、焦点検出用垂直信号と焦点検出用水平信号の2種類の焦点検出用信号である。詳細に関しては、後に説明する。   The signal processing circuit 1005 is driven by the timing control circuit 1004, reads the pixel signal ALL and the pixel signals A to P from the AD conversion / memory circuit 1003 in parallel, and generates a signal for correction processing and focus detection. The signal processing circuit 1005 performs correction processing such as peripheral light amount drop correction and black level correction in which the light amount is reduced at the peripheral portion of the image sensor 100 with respect to the pixel signal ALL used as a captured image, and outputs the correction result to the image output circuit 1006. . Further, the signal processing circuit 1005 generates a focus detection signal using the pixel signals A to P, corrects the black level, and outputs the signal to the defocus amount calculation circuit 1007. The focus detection signals to be output are two types of focus detection signals: a focus detection vertical signal and a focus detection horizontal signal. Details will be described later.

デフォーカス量算出回路1007は、信号処理回路1005より出力された焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号からデフォーカス量を算出し、算出結果をフォーカス制御回路1008へ出力する。デフォーカス量算出回路1007は、2種類の焦点検出用信号の焦点検出信頼性の評価値に応じて、使用する焦点検出用信号の切り替えを行うか、2種類の焦点検出用信号それぞれから算出されたデフォーカス量を基にデフォーカス量を別途算出するかを切り替える。具体的には、デフォーカス量算出回路1007は、焦点検出用水平信号及び焦点検出用垂直信号のうち、片方の信頼性が高い場合は、信頼性の高い焦点検出用信号を基にデフォーカス量を算出する。また、デフォーカス量算出回路1007は、焦点検出用水平信号及び焦点検出用垂直信号の両方の信頼性が高い場合は、それぞれを基に算出したデフォーカス量の平均値を実際に使用するデフォーカス量とする。フォーカス制御回路1008は、図2のフォーカス制御回路211と同様に、デフォーカス量を基にフォーカス駆動信号を生成する。   The defocus amount calculation circuit 1007 calculates the defocus amount from the focus detection vertical signal and the focus detection horizontal signal output from the signal processing circuit 1005, and outputs the calculation result to the focus control circuit 1008. The defocus amount calculation circuit 1007 switches the focus detection signal to be used according to the evaluation value of the focus detection reliability of the two types of focus detection signals or is calculated from each of the two types of focus detection signals. Whether to calculate the defocus amount separately based on the defocus amount. Specifically, when one of the focus detection horizontal signal and the focus detection vertical signal has high reliability, the defocus amount calculation circuit 1007 determines the defocus amount based on the highly reliable focus detection signal. Is calculated. In addition, when the reliability of both the focus detection horizontal signal and the focus detection vertical signal is high, the defocus amount calculation circuit 1007 actually uses the average value of the defocus amounts calculated based on the defocus amount horizontal signal and the focus detection vertical signal. Amount. The focus control circuit 1008 generates a focus drive signal based on the defocus amount, similarly to the focus control circuit 211 in FIG.

図11は、図10の信号処理回路1005の構成例を示す図である。信号処理回路1005は、画像信号に用いる信号を読み出す画像用メモリ読み出し回路1100、被写体検出に用いる信号を読み出す被写体検出用メモリ読み出し回路1101、焦点検出用信号の生成に用いる焦点検出用メモリ読み出し回路1102を有する。各メモリ読み出し回路1100〜1102は、タイミング制御回路1004より入力される制御信号により制御される。画像用メモリ読み出し回路1100は、AD変換・メモリ回路1003内で画像信号ALLが生成された直後から、画素信号ALLを順に読み出し、画像補正回路1103へ出力する。この際、画像用メモリ読み出し回路1100は、出力のフォーマットに合わせ、全ての画素信号ALLを出力するか、間引いて一部の画素信号ALLを読み出すかを適宜選択する。例えば、画像用メモリ読み出し回路1100は、静止画撮影時は、全ての画素信号ALLを読み出し、動画撮影時は、動画フォーマットに合わせて、ある間隔で配置された画素信号ALLのみを読み出す。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the signal processing circuit 1005 of FIG. The signal processing circuit 1005 includes an image memory reading circuit 1100 that reads a signal used for an image signal, a subject detection memory reading circuit 1101 that reads a signal used for subject detection, and a focus detection memory reading circuit 1102 used to generate a focus detection signal. Have Each of the memory reading circuits 1100 to 1102 is controlled by a control signal input from the timing control circuit 1004. The image memory readout circuit 1100 sequentially reads out the pixel signal ALL immediately after the image signal ALL is generated in the AD conversion / memory circuit 1003, and outputs it to the image correction circuit 1103. At this time, the image memory reading circuit 1100 appropriately selects whether to output all the pixel signals ALL or to read a part of the pixel signals ALL in accordance with the output format. For example, the image memory readout circuit 1100 reads out all the pixel signals ALL during still image shooting, and reads out only the pixel signals ALL arranged at a certain interval in accordance with the moving image format during moving image shooting.

被写体検出用メモリ読み出し回路1101は、被写体の自動検出モード時に、被写体検出に必要な単位画素800の画素信号ALLを読み出し、被写体検出回路1104に出力する。被写体検出では、画像に用いられる程の解像度は必要ないので、被写体検出用メモリ読み出し回路1101は、画像用メモリ読み出し回路1100に比べ、より間引いて読み出してよい。更に、画像用メモリ読み出し回路1100は、撮像素子100外へ出力する際におけるデバイス間の通信インターフェースにより速度が制限されるのに対し、被写体検出用メモリ読み出し回路1101は、それに制限されず、高速に伝送することが可能である。また、被写体検出用メモリ読み出し回路1101は、画像用メモリ読み出し回路1100に比べ、1フレーム毎に読み出す画素信号ALLの数が少なく、より早く読み出しが終了する。被写体検出回路1104は、読み出された画素信号ALLを入力し、被写体検出を行い、被写体の座標情報を領域選択回路1105に出力する。領域選択回路1105は、デフォーカス量の算出を行う領域情報を、焦点検出用メモリ読み出し回路1102に出力する。被写体の自動検出モード時には、領域選択回路1105は、被写体検出回路1104から入力される被写体の座標情報を基に領域情報を生成する。また、使用者が焦点合わせを行う位置を指定する手動設定モード時には、領域選択回路1105は、使用者が設定した領域情報としての焦点制御座標情報を全体制御演算部106より入力し、その座標情報を基に領域情報を生成する。   The subject detection memory readout circuit 1101 reads out the pixel signal ALL of the unit pixel 800 necessary for subject detection and outputs it to the subject detection circuit 1104 in the subject automatic detection mode. In the subject detection, since the resolution used for the image is not necessary, the subject detection memory reading circuit 1101 may read out more thinly than the image memory reading circuit 1100. Further, the speed of the image memory readout circuit 1100 is limited by the communication interface between devices when outputting to the outside of the image sensor 100, whereas the subject detection memory readout circuit 1101 is not limited to this, and the speed is high. It is possible to transmit. Also, the subject detection memory readout circuit 1101 has fewer pixel signals ALL to be read out for each frame than the image memory readout circuit 1100, and the readout ends earlier. The subject detection circuit 1104 receives the read pixel signal ALL, performs subject detection, and outputs subject coordinate information to the region selection circuit 1105. The area selection circuit 1105 outputs area information for calculating the defocus amount to the focus detection memory reading circuit 1102. In the automatic object detection mode, the area selection circuit 1105 generates area information based on the object coordinate information input from the object detection circuit 1104. In the manual setting mode in which the user designates the position for focusing, the area selection circuit 1105 receives focus control coordinate information as area information set by the user from the overall control calculation unit 106, and the coordinate information Generate region information based on

焦点検出用メモリ読み出し回路1102は、領域選択回路1105より入力された領域情報に基づき、当該領域の画素信号A〜画素信号Pを読み出し、焦点検出用信号生成回路1106に出力する。焦点検出用メモリ読み出し回路1102は、画像用メモリ読み出し回路1100と異なり、デバイス間の通信インターフェースにより速度が制限されず、領域選択回路1105により指定された領域のみを読み出し、画素信号A〜画素信号Pは並列に読み出される。そのため、焦点検出用メモリ読み出し回路1102は、画像用メモリ読み出し回路1100に比べ、より早く読み出しが終了する。また、同時に並列に読み出される画素信号A〜画素信号Pは、同一の単位画素800の信号である。   Based on the region information input from the region selection circuit 1105, the focus detection memory readout circuit 1102 reads out the pixel signals A to P of the region and outputs them to the focus detection signal generation circuit 1106. Unlike the image memory readout circuit 1100, the focus detection memory readout circuit 1102 is not limited in speed by the communication interface between devices, and only the region designated by the region selection circuit 1105 is read out. Are read in parallel. Therefore, the focus detection memory reading circuit 1102 finishes reading earlier than the image memory reading circuit 1100. Further, the pixel signal A to the pixel signal P read out in parallel at the same time are signals of the same unit pixel 800.

焦点検出用信号生成回路1106は、同時に読み出した画素信号A〜画素信号Pを基に焦点検出用の信号を生成する。生成される信号は、単一の画素信号又は複数の画素信号を混合した信号であり、混合する画素信号の組み合わせによって、縦線を検出する焦点検出用垂直信号と横線を検出する焦点検出用水平信号となる。焦点検出用信号生成回路1106は、複数の画素信号A〜画素信号Pを異なる複数の組み合わせで混合する。また、焦点検出用信号生成回路1106は、入力されたレンズ情報であるレンズの絞り、すなわちFナンバーの情報に応じて、混合する画素信号の組み合わせを切り替える。具体的には、Fナンバーが小さい状態の時は、焦点検出用垂直信号は、画素信号A+E+I+Mと画素信号D+H+L+Pを用い、焦点検出用水平信号は、画素信号A+B+C+Dと画素信号M+N+O+Pを用いる。このように、Fナンバーが小さく、撮影レンズの射出瞳径が大きい場合は、より瞳の外側の画素信号を基にデフォーカス量の算出を行うと、より精度が高い焦点制御が可能となる。それに対し、Fナンバーが大きく、射出瞳径が小さい場合は、単位画素800内の外側の光電変換部801には、ほとんど光が入射しないので、焦点検出用垂直信号と焦点検出用水平信号の組み合わせでは、デフォーカス量の算出が困難となる。このことから、Fナンバーが大きい際には、焦点検出用垂直信号は、画素信号A+B+E+F+I+J+M+Nと画素信号C+D+G+H+K+L+O+Pを用いる。同様に、焦点検出用水平信号は、画素信号A+B+C+D+E+F+G+Hと画素信号I+J+K+L+M+N+O+Pを用いる。画素信号補正回路1107、このように生成された焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号を補正処理し、デフォーカス量算出回路1007へ出力する。   The focus detection signal generation circuit 1106 generates a focus detection signal based on the pixel signals A to P read simultaneously. The generated signal is a single pixel signal or a signal obtained by mixing a plurality of pixel signals, and a focus detection vertical signal for detecting a vertical line and a horizontal line for focus detection for detecting a horizontal line by a combination of pixel signals to be mixed. Signal. The focus detection signal generation circuit 1106 mixes a plurality of pixel signals A to P in different combinations. Further, the focus detection signal generation circuit 1106 switches the combination of pixel signals to be mixed according to the lens aperture, that is, the F-number information, which is the input lens information. Specifically, when the F number is small, the pixel signal A + E + I + M and the pixel signal D + H + L + P are used as the focus detection vertical signal, and the pixel signal A + B + C + D and the pixel signal M + N + O + P are used as the focus detection horizontal signal. As described above, when the F number is small and the exit pupil diameter of the photographing lens is large, if the defocus amount is calculated based on the pixel signal outside the pupil, focus control with higher accuracy can be performed. On the other hand, when the F number is large and the exit pupil diameter is small, almost no light is incident on the outer photoelectric conversion unit 801 in the unit pixel 800. Therefore, the combination of the focus detection vertical signal and the focus detection horizontal signal Then, it becomes difficult to calculate the defocus amount. Therefore, when the F number is large, the focus detection vertical signal uses the pixel signal A + B + E + F + I + J + M + N and the pixel signal C + D + G + H + K + L + O + P. Similarly, the pixel signal A + B + C + D + E + F + G + H and the pixel signal I + J + K + L + M + N + O + P are used as the focus detection horizontal signal. The pixel signal correction circuit 1107 corrects the focus detection vertical signal and the focus detection horizontal signal generated in this way, and outputs them to the defocus amount calculation circuit 1007.

図12は、本実施形態に係る撮像素子100の駆動方法を示すタイミングチャートである。図12において、ADCは、AD変換・メモリ回路内1003がAD変換する信号の種類を示し、画像出力は、画像信号出力回路1006が出力する信号の画素部1000内の位置を示す。フォーカス駆動信号は、フォーカス制御回路1008が出力するフォーカス駆動信号が出力されているか否かを示す。信号処理回路、デフォーカス量算出回路及びフォーカス制御回路は、それぞれの回路における動作状況を示す。   FIG. 12 is a timing chart showing a method for driving the image sensor 100 according to the present embodiment. In FIG. 12, ADC indicates the type of signal AD-converted by the AD conversion / memory circuit 1003, and the image output indicates the position in the pixel unit 1000 of the signal output by the image signal output circuit 1006. The focus drive signal indicates whether or not the focus drive signal output from the focus control circuit 1008 is output. The signal processing circuit, the defocus amount calculation circuit, and the focus control circuit indicate operation states in the respective circuits.

タイミングt0では、フレーム同期信号がハイレベルパルスになり、駆動信号φRSTがハイレベルであり、タイミングt0〜t1では、光電変換部801A〜801Pのリセットが開始される。画素部1000内の全ての転送トランジスタ901A〜901Pのゲートは、駆動信号φTXを入力し、駆動信号φTXがハイレベルとなることで、画素部1000内の全ての光電変換部801A〜801Pに蓄積された電荷がリセットされる。   At timing t0, the frame synchronization signal becomes a high level pulse, and the drive signal φRST is at high level. At timings t0 to t1, resetting of the photoelectric conversion units 801A to 801P is started. The gates of all the transfer transistors 901A to 901P in the pixel unit 1000 receive the drive signal φTX, and the drive signal φTX becomes high level, so that they are accumulated in all the photoelectric conversion units 801A to 801P in the pixel unit 1000. The charged charge is reset.

タイミングt1では、フレーム同期信号がハイレベルパルスになり、駆動信号φRSTがローレベルとなり、FD902A〜902Pはフローティング状態となる。分割画素900A〜900Pは、それぞれ、リセット後のFD902A〜902Pの電位に応じたN信号をAD変換・メモリ回路1003に出力する。AD変換・メモリ回路1003は、N信号をAD変換し、メモリに保持する。   At timing t1, the frame synchronization signal becomes a high level pulse, the drive signal φRST becomes a low level, and the FDs 902A to 902P are in a floating state. The divided pixels 900A to 900P output N signals corresponding to the potentials of the FDs 902A to 902P after reset to the AD conversion / memory circuit 1003, respectively. The AD conversion / memory circuit 1003 AD-converts the N signal and holds it in the memory.

タイミングt2では、駆動信号φTXがハイレベルとなり、光電変換部801A〜801Pに蓄積された電荷がFD902A〜902Pへ転送される。その後、駆動信号φTXはローレベルとなる。分割画素900A〜900Pは、FD902A〜902Pの電位に応じたS信号をAD変換・メモリ回路1003に出力する。AD変換・メモリ回路1003は、S信号をAD変換し、AD変換されたS信号からN信号を減算して、画素信号A〜Pをメモリに保持する。また、AD変換・メモリ回路1003は、単位画素800毎に、画素信号A〜Pを混合し、画素信号ALLをメモリに保持する。上記の駆動は、全ての単位画素800に対して行われるので、1度のAD変換駆動により、全ての画素信号のAD変換が完了する。   At timing t2, the drive signal φTX goes high, and the charges accumulated in the photoelectric conversion units 801A to 801P are transferred to the FDs 902A to 902P. Thereafter, the drive signal φTX becomes a low level. The divided pixels 900A to 900P output S signals corresponding to the potentials of the FDs 902A to 902P to the AD conversion / memory circuit 1003. The AD conversion / memory circuit 1003 AD-converts the S signal, subtracts the N signal from the AD-converted S signal, and holds the pixel signals A to P in the memory. The AD conversion / memory circuit 1003 mixes the pixel signals A to P for each unit pixel 800 and holds the pixel signal ALL in the memory. Since the above driving is performed for all the unit pixels 800, AD conversion of all the pixel signals is completed by one AD conversion driving.

タイミングt3では、信号処理回路1005は、画素信号ALLを順に入力し、画像補正回路1103により補正処理し、画像信号出力部1006を介して撮像素子100外へ画像を出力し始める。画像の出力は、画素部1000内の1行目に配置された単位画素800の画素信号ALLから順に出力されていく。また、同時に、信号処理回路1005は、被写体検出用の画素信号ALLを必要に応じて間引いて読み出す。その後、信号処理回路1005は、被写体検出を行い、焦点検出に用いる画素信号を読み出す領域を決定する。続いて、焦点検出用信号生成回路1106は、決定した領域に応じた画素信号A〜Pを基に焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号を生成し、画素信号補正回路1107を介して、デフォーカス量算出回路1007へ出力する。このとき、被写体検出用の画素信号ALL、焦点検出用の画素信号A〜P、焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号は、被写体検出や精度の良い焦点制御に必要な情報のみにデータ量が削減されている。また、被写体検出用の画素信号ALL、焦点検出用の画素信号A〜P、焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号は、画像の出力と異なり、デバイス間の通信インターフェースにより速度が制限されないため、画像出力と比べ短時間で伝送することが可能である。デフォーカス量算出回路1007は、順次入力される焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号を用いてデフォーカス量を算出し、フォーカス制御回路1008へ出力する。デフォーカス量の算出が終わり次第、フォーカス制御回路1008は、レンズ駆動量の算出を行う。その後、ドライバ制御回路602は、複数フレームのレンズ駆動量を基に、最適なレンズ駆動量を算出する。   At timing t3, the signal processing circuit 1005 sequentially inputs the pixel signal ALL, performs correction processing by the image correction circuit 1103, and starts outputting an image to the outside of the image sensor 100 via the image signal output unit 1006. The output of the image is sequentially output from the pixel signal ALL of the unit pixel 800 arranged in the first row in the pixel unit 1000. At the same time, the signal processing circuit 1005 reads out the pixel signal ALL for subject detection by thinning out as necessary. Thereafter, the signal processing circuit 1005 performs subject detection and determines an area from which pixel signals used for focus detection are read. Subsequently, the focus detection signal generation circuit 1106 generates a focus detection vertical signal and a focus detection horizontal signal based on the pixel signals A to P corresponding to the determined region, and via the pixel signal correction circuit 1107, Output to the defocus amount calculation circuit 1007. At this time, the pixel signal ALL for subject detection, the pixel signals A to P for focus detection, the vertical signal for focus detection, and the horizontal signal for focus detection have a data amount only for information necessary for subject detection and accurate focus control. Has been reduced. Unlike the image output, the pixel signal ALL for object detection, the pixel signals A to P for focus detection, the vertical signal for focus detection, and the horizontal signal for focus detection are not limited by the communication interface between devices. Therefore, it can be transmitted in a shorter time than image output. The defocus amount calculation circuit 1007 calculates the defocus amount using the focus detection vertical signal and the focus detection horizontal signal that are sequentially input, and outputs the defocus amount to the focus control circuit 1008. As soon as the defocus amount is calculated, the focus control circuit 1008 calculates the lens drive amount. Thereafter, the driver control circuit 602 calculates an optimum lens driving amount based on the lens driving amounts of a plurality of frames.

タイミングt4〜t5では、フォーカス制御回路1008は、算出されたレンズ駆動量に応じて、フォーカス駆動信号を出力する。これにより、フォーカスレンズ101が移動し、焦点合わせが行われる。タイミングt6以降では、タイミングt0〜t5の駆動と同様に、次のフレームの処理が行われる。この処理を繰り返すことにより、焦点の合った画像の取得が行われる。なお、画像出力は、タイミングt3以降に順次行われており、デフォーカス量の算出やフォーカス制御信号の出力は、画像出力と同時に行われる。   At timings t4 to t5, the focus control circuit 1008 outputs a focus drive signal according to the calculated lens drive amount. As a result, the focus lens 101 moves and focusing is performed. After timing t6, the processing for the next frame is performed in the same manner as driving at timings t0 to t5. By repeating this process, an in-focus image is acquired. The image output is sequentially performed after timing t3, and the calculation of the defocus amount and the output of the focus control signal are performed simultaneously with the image output.

本実施形態は、撮像素子100内部で焦点制御に必要な処理を完結できることにより、撮像素子100外へ焦点検出用の信号を出力する必要がないため、画像信号を撮像素子100外へ出力する通信のインターフェースを増やす必要がない。更に、本実施形態は、通信インターフェースの速度に制限されることがないことから、AD変換・メモリ回路1003からフォーカス制御回路1008まで信号を高速に伝送することが可能である。これにより、本実施形態は、精度の良い焦点制御に必要な多くの焦点検出用の信号を用いたとしても、画像信号の出力を行っている最中に焦点制御に必要な処理を完了することが可能である。つまり、本実施形態は、フレームレートを落とすことなく、高精度な焦点制御を行うことが可能となる。   In the present embodiment, since processing necessary for focus control can be completed inside the image sensor 100, there is no need to output a focus detection signal outside the image sensor 100, and thus communication for outputting an image signal to the outside of the image sensor 100. There is no need to increase the number of interfaces. Furthermore, since this embodiment is not limited by the speed of the communication interface, it is possible to transmit a signal from the AD conversion / memory circuit 1003 to the focus control circuit 1008 at high speed. As a result, the present embodiment completes the processing necessary for focus control while outputting the image signal, even if many focus detection signals necessary for accurate focus control are used. Is possible. That is, in the present embodiment, it is possible to perform focus control with high accuracy without reducing the frame rate.

本実施形態では、信号処理回路1006が焦点検出用垂直信号及び焦点検出用水平信号の生成を行ったが、AD変換・メモリ回路1003がそれらを生成してもよい。また、AD変換・メモリ回路1003は、全ての単位画素800内の光電変換部801A〜801Pの信号に対して同時にAD変換を行う構成としたが、これに限らず、複数の単位画素800毎にAD変換回路を共有し、時分割でAD変換を行ってもよい。この場合においても、撮像素子100は、焦点検出用の信号を撮像素子100の外部へ出力する必要がないため、フレームレートを落とすことなく、精度の良い焦点制御を行うことが可能である。   In this embodiment, the signal processing circuit 1006 generates the focus detection vertical signal and the focus detection horizontal signal, but the AD conversion / memory circuit 1003 may generate them. In addition, the AD conversion / memory circuit 1003 is configured to simultaneously perform AD conversion on the signals of the photoelectric conversion units 801A to 801P in all the unit pixels 800. The AD conversion circuit may be shared and AD conversion may be performed in a time division manner. Even in this case, since the image sensor 100 does not need to output a focus detection signal to the outside of the image sensor 100, it is possible to perform focus control with high accuracy without reducing the frame rate.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る撮像装置を、図13を参照しながら説明する。以下、本実施形態が第1及び第2の実施形態と異なる点を説明する。図13は、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。図13の撮像装置は、図1の撮像装置に対して、フォーカスアクチュエータ102及びレンズ位置検出部103の代わりに、フォーカスアクチュエータ1302及び撮像素子位置検出部1303を設けたものである。第1及び第2の実施形態は、焦点制御のためにフォーカスレンズ101を移動させたが、本実施形態は、焦点検出のために撮像素子100を移動させる。本実施形態では、フォーカスアクチュエータ1302は、撮像素子100の制御の下、撮像素子100を光軸OAに沿って移動させる。撮像素子位置検出部1303は、撮像素子100の位置を検出して撮像素子100に出力する。撮像素子100は、撮像素子100の位置情報を用いて、焦点制御を精度良く行う。撮像素子100内のフォーカス制御回路211は、フォーカスレンズ101と撮像素子100との間の光軸OA上の相対的な距離を制御するためのフォーカス駆動信号(制御信号)をフォーカスアクチュエータ1302に出力する。フォーカスアクチュエータ1302は、フォーカス駆動信号に応じて、フォーカスレンズ101と撮像素子100との間の光軸OA上の相対的な距離を制御する。本実施形態は、第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(Third embodiment)
An imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, differences of the present embodiment from the first and second embodiments will be described. FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. The imaging apparatus in FIG. 13 is different from the imaging apparatus in FIG. 1 in that a focus actuator 1302 and an imaging element position detection unit 1303 are provided instead of the focus actuator 102 and the lens position detection unit 103. In the first and second embodiments, the focus lens 101 is moved for focus control, but in the present embodiment, the image sensor 100 is moved for focus detection. In the present embodiment, the focus actuator 1302 moves the image sensor 100 along the optical axis OA under the control of the image sensor 100. The image sensor position detection unit 1303 detects the position of the image sensor 100 and outputs it to the image sensor 100. The image sensor 100 uses the position information of the image sensor 100 to perform focus control with high accuracy. A focus control circuit 211 in the image sensor 100 outputs a focus drive signal (control signal) for controlling the relative distance on the optical axis OA between the focus lens 101 and the image sensor 100 to the focus actuator 1302. . The focus actuator 1302 controls the relative distance on the optical axis OA between the focus lens 101 and the image sensor 100 according to the focus drive signal. This embodiment can obtain the same effects as those of the first and second embodiments.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

100 撮像素子、101 フォーカスレンズ、200 画素部、201 単位画素、203 列回路、208 信号処理回路、210 デフォーカス量算出回路、211 フォーカス制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image sensor, 101 Focus lens, 200 Pixel part, 201 Unit pixel, 203 Column circuit, 208 Signal processing circuit, 210 Defocus amount calculation circuit, 211 Focus control circuit

Claims (13)

光学系を介して光を入射する撮像素子であって、
行列状に配置され、各々が前記光学系を介して入射する光を電荷に変換する複数の光電変換部を有する複数の単位画素と、
前記複数の単位画素の信号を基に、前記光学系と前記撮像素子との間の光軸上の相対的な距離を制御するための制御信号を生成する制御部とを有し、
前記単位画素は、第1の光電変換部と第2の光電変換部を有し、前記第1の光電変換部により変換された電荷に基づく第1の信号と、前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部により変換された電荷を混合した電荷に基づく第2の信号とを時分割で出力し、
前記制御部は、前記第2の信号から前記第1の信号を減算することにより、前記第2の光電変換部により変換された電荷に基づく第3の信号を生成し、前記第1の信号と前記第3の信号を基に前記制御信号を生成することを特徴とする撮像素子。
An image sensor that makes light incident through an optical system,
A plurality of unit pixels arranged in a matrix and each having a plurality of photoelectric conversion units that convert light incident through the optical system into charges;
Based on the signals of the plurality of unit pixels, it has a control unit for generating a control signal for controlling the relative distance on the optical axis between the optical system and the imaging element,
The unit pixel includes a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit, a first signal based on the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit, the first photoelectric conversion unit, A second signal based on a charge obtained by mixing the charges converted by the second photoelectric conversion unit is output in a time-sharing manner;
The control unit generates a third signal based on the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit by subtracting the first signal from the second signal, and the first signal and An image pickup device that generates the control signal based on the third signal .
さらに、前記複数の単位画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部を有し、
前記制御部は、
前記アナログデジタル変換部により変換されたデジタルの信号を基に、デフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部と、
前記デフォーカス量算出部により算出されたデフォーカス量を基に、前記光学系と前記撮像素子との間の光軸上の相対的な距離を制御するための制御信号を生成するフォーカス制御部とを有することを特徴とする請求項1記載の撮像素子。
And an analog-to-digital converter that converts the signals of the plurality of unit pixels from analog to digital.
The controller is
A defocus amount calculation unit that calculates a defocus amount based on a digital signal converted by the analog-digital conversion unit;
A focus control unit that generates a control signal for controlling a relative distance on the optical axis between the optical system and the imaging element based on the defocus amount calculated by the defocus amount calculation unit; The image pickup device according to claim 1, comprising:
前記制御部は、
前記光学系の種類と前記光学系の絞りと焦点合わせを行う領域情報とのうちの少なくとも1つに応じて係数を決定する係数決定部と、
前記デフォーカス量算出部により算出されたデフォーカス量に対して、前記係数決定部により決定された係数を乗算する乗算部とを有することを特徴とする請求項2記載の撮像素子。
The controller is
A coefficient determination unit that determines a coefficient in accordance with at least one of the type of the optical system and the area information for focusing and focusing of the optical system;
The imaging device according to claim 2, further comprising: a multiplication unit that multiplies the defocus amount calculated by the defocus amount calculation unit by the coefficient determined by the coefficient determination unit.
前記制御部は、前記制御信号を出力するアクチュエータの種類に応じて、複数のドライバのうちの1つを選択して使用することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像素子。   The said control part selects and uses one of several drivers according to the kind of actuator which outputs the said control signal, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Image sensor. 前記単位画素は、それぞれ、前記複数の光電変換部により変換された電荷に基づく信号を並列に出力することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像素子。   5. The image sensor according to claim 1, wherein each of the unit pixels outputs a signal based on the charges converted by the plurality of photoelectric conversion units in parallel. 前記制御部は、前記複数の光電変換部により変換された電荷に基づく信号を異なる複数の組み合わせで混合し、前記混合の結果を基に前記制御信号を生成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像素子。   The control unit mixes signals based on the charges converted by the plurality of photoelectric conversion units in a plurality of different combinations, and generates the control signal based on a result of the mixing. 5. The imaging device according to any one of 4 above. さらに、光学系の位置情報を入力する位置情報入力部を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の撮像素子。 Furthermore, it has a position information input part which inputs the position information of an optical system, The imaging device of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記複数の単位画素が第1の半導体基板に設けられるとともに、前記制御部が第2の半導体基板に設けられ、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板は積層されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の撮像素子。 The plurality of unit pixels are provided on a first semiconductor substrate, the control unit is provided on a second semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are stacked. The imaging device according to any one of claims 1 to 7 . さらに、前記複数の単位画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部を有し、
前記複数の単位画素と前記アナログデジタル変換部が第1の半導体基板に設けられるとともに、前記制御部が第2の半導体基板に設けられ、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板は積層されていることを特徴とする請求項1、4〜のいずれか1項に記載の撮像素子。
And an analog-to-digital converter that converts the signals of the plurality of unit pixels from analog to digital.
The plurality of unit pixels and the analog-digital conversion unit are provided on a first semiconductor substrate, the control unit is provided on a second semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are stacked. imaging device according to any one of claims 1,4~ 7, characterized in that it is.
さらに、前記複数の単位画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部を有し、
前記複数の単位画素が第1の半導体基板に設けられ、前記アナログデジタル変換部が第2の半導体基板に設けられるとともに、前記制御部が第3の半導体基板に設けられ、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板と前記第3の半導体基板は積層されていることを特徴とする請求項1、4〜のいずれか1項に記載の撮像素子。
And an analog-to-digital converter that converts the signals of the plurality of unit pixels from analog to digital.
The plurality of unit pixels are provided on a first semiconductor substrate, the analog-digital conversion unit is provided on a second semiconductor substrate, the control unit is provided on a third semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate imaging device according to any one of claims 1,4~ 7, wherein the third semiconductor substrate and the second semiconductor substrate is characterized in that it is laminated with.
前記複数の単位画素と前記アナログデジタル変換部が第1の半導体基板に設けられるとともに、前記制御部が第2の半導体基板に設けられ、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板は積層されていることを特徴とする請求項2又は3記載の撮像素子。   The plurality of unit pixels and the analog-digital conversion unit are provided on a first semiconductor substrate, the control unit is provided on a second semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are stacked. The imaging device according to claim 2, wherein the imaging device is formed. 前記複数の単位画素が第1の半導体基板に設けられ、前記アナログデジタル変換部が第2の半導体基板に設けられるとともに、前記制御部が第3の半導体基板に設けられ、前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板と前記第3の半導体基板は積層されていることを特徴とする請求項2又は3記載の撮像素子。   The plurality of unit pixels are provided on a first semiconductor substrate, the analog-digital conversion unit is provided on a second semiconductor substrate, the control unit is provided on a third semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate The imaging device according to claim 2, wherein the second semiconductor substrate and the third semiconductor substrate are stacked. 請求項1〜1のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記光学系と、
前記光学系と前記撮像素子との間の光軸上の相対的な距離を制御するアクチュエータと
を有することを特徴とする撮像装置。
An imaging element according to any one of claims 1 to 1 2,
The optical system;
An image pickup apparatus comprising: an actuator that controls a relative distance on an optical axis between the optical system and the image pickup element.
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