JP6991028B2 - Imaging device and its control method, program, storage medium - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置における撮像素子の駆動技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for driving an image pickup device in an image pickup apparatus.

現在、デジタルカメラなどの撮像装置においては、撮像素子から得られた情報に基づいて種々の演算処理が行われている。特に、撮像素子から得られる被写体の位相差情報を用いてオートフォーカス(AF)を行う技術はよく知られている。その際に精度の高い焦点検出を可能にする読み出しと、低消費電力かつ高速な読み出しの両立を実現するために、撮像素子の読み出しに関して種々の手法が提案されている。 Currently, in an image pickup device such as a digital camera, various arithmetic processes are performed based on the information obtained from the image pickup element. In particular, a technique for performing autofocus (AF) using the phase difference information of a subject obtained from an image sensor is well known. At that time, various methods have been proposed for reading out the image sensor in order to realize both reading that enables highly accurate focus detection and reading at low power consumption and high speed.

特許文献1では、単一画素に複数の光電変換部を配置し、全画素の中の一部の画素で複数の光電変換部の信号を独立に取得できるように読み出し、残りの画素では単一画素の光電変換部の信号を合成してから読み出す方法が提案されている。このように読み出すことによって、取得に時間がかかる位相差情報は必要な領域のみで読み出されることとなり、動作時間の短縮、消費電力の削減を図ることができる。 In Patent Document 1, a plurality of photoelectric conversion units are arranged in a single pixel, and signals of the plurality of photoelectric conversion units are read out so that signals of the plurality of photoelectric conversion units can be independently acquired by some pixels in all the pixels, and the remaining pixels are single. A method has been proposed in which the signals of the photoelectric conversion unit of the pixel are combined and then read out. By reading in this way, the phase difference information that takes a long time to be acquired is read only in the necessary area, and it is possible to shorten the operation time and reduce the power consumption.

特許文献2では、撮像素子を複数の領域に分割し、焦点検出を行う必要がある第1の領域では位相差情報を取得する読み出し方を行うことが開示されている。そして、第2の領域では消費電力を削減するために第1の領域における読み出しよりも、間引き率を大きくして読み出す。このような制御を行うことによって、消費電力を抑制することができる。 Patent Document 2 discloses that the image pickup device is divided into a plurality of regions, and a reading method for acquiring phase difference information is performed in the first region where focus detection needs to be performed. Then, in the second region, in order to reduce power consumption, the thinning rate is larger than the read in the first region. By performing such control, power consumption can be suppressed.

特許文献3では、被写体の空間周波数に基づいて読み出し方法を切り替える手法が開示されている。このような制御を行うことで、高周波被写体に対しては精密なピント合わせが可能になるとともに、低周波被写体の撮影時は消費電力を抑制することができる。 Patent Document 3 discloses a method of switching a reading method based on the spatial frequency of a subject. By performing such control, precise focusing can be performed on a high-frequency subject, and power consumption can be suppressed when shooting a low-frequency subject.

特開2013-211833号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-21183 特開2015-79162号公報JP-A-2015-79162. 特開2015-165280号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-165280

現在、撮像素子から得られる被写体の位相差情報は様々な場面での利用が考えられている。一例として、AF用演算への利用の他に、画面全体の位相差情報から画面全体の被写体の深度情報の分布であるデフォーカスマップ(以下DEF-MAPと表記する)を作成するための利用などが挙げられる。このように、位相差情報を複数の異なる目的(ここではAF用とDEF-MAP用)で利用するとき、必要となる位相差情報の性質が異なる場合がある。 Currently, the phase difference information of a subject obtained from an image sensor is considered to be used in various situations. As an example, in addition to the use for AF calculation, the use for creating a defocus map (hereinafter referred to as DEF-MAP) which is the distribution of the depth information of the subject on the entire screen from the phase difference information of the entire screen. Can be mentioned. As described above, when the phase difference information is used for a plurality of different purposes (here, for AF and for DEF-MAP), the properties of the required phase difference information may differ.

例えばDEF-MAPの作成では、画面全体の位相差情報が必要であるのに対して、AF情報の取得では、着目部分のみの位相差情報が取得できればよい。また、DEF-MAPの応用として被写体の類別を行う場合などは、位相差情報の解像度はそれほど必要とされないのに対して、AF情報の取得では高解像度で位相差情報を読み出すことが要求される。 For example, in the creation of DEF-MAP, the phase difference information of the entire screen is required, whereas in the acquisition of AF information, it is sufficient that the phase difference information of only the portion of interest can be acquired. Further, when classifying subjects as an application of DEF-MAP, the resolution of the phase difference information is not so required, whereas in the acquisition of AF information, it is required to read the phase difference information at a high resolution. ..

上記の従来技術では、画素全体の中の一部の画素群から位相差情報を読み出す場合、1フレームの中で上記の複数の性質を同時に満たすように読み出すことができなかった。また、画素全体から位相差情報を読み出した場合には、上記の複数の機能を利用することができるものの、フレームレートの低下を避けることができない。 In the above-mentioned conventional technique, when the phase difference information is read from a part of the pixel group in the whole pixel, it cannot be read so as to satisfy the above-mentioned plurality of properties at the same time in one frame. Further, when the phase difference information is read from the entire pixel, the above-mentioned plurality of functions can be used, but a decrease in the frame rate cannot be avoided.

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相差情報を取得する場合に、複数の目的に適合した画素信号の読み出しを行いつつも、フレームレートの低下を抑制することができる撮像装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to suppress a decrease in frame rate while reading out pixel signals suitable for a plurality of purposes when acquiring phase difference information. It is to provide an image pickup apparatus capable of.

本発明に係わる撮像装置は、1つのマイクロレンズと、該1つのマイクロレンズに対応して配置された複数の光電変換部とを有する単位画素が行列状に複数配置された画素領域を有する撮像素子と、前記画素領域の第1の領域と第2の領域のそれぞれの画素について、前記複数の光電変換部の信号を第1の数にグループ分けして信号を読み出す第1のモードで信号を読み出す第1の画素とするか、前記複数の光電変換部を前記第1の数よりも多い第2の数にグループ分けして信号を読み出す第2のモードで信号を読み出す第2の画素とするかを設定する設定手段と、を備え、前記第1の領域および前記第2の領域の画素は、前記行列状の配列の行単位で前記第1の画素または前記第2の画素に設定され、前記第2の画素に設定される行の周期が前記第1の領域と前記第2の領域で異なることを特徴とする。
また、本発明に係わる撮像装置は、1つのマイクロレンズと、該1つのマイクロレンズに対応して配置された複数の光電変換部とを有する単位画素が行列状に複数配置された画素領域を有する撮像素子と、前記画素領域の第1の領域と第2の領域のそれぞれの画素について、前記複数の光電変換部の信号を第1の数にグループ分けして信号を読み出す第1のモードで信号を読み出す第1の画素とするか、前記複数の光電変換部を前記第1の数よりも多い第2の数にグループ分けして信号を読み出す第2のモードで信号を読み出す第2の画素とするかを設定する設定手段と、を備え、前記第1の領域の信号に基づいてデフォーカスマップを作成し、前記第2の領域の信号に基づいて、オートフォーカスを行うことを特徴とする。
The image pickup apparatus according to the present invention is an image pickup element having a pixel region in which a plurality of unit pixels having one microlens and a plurality of photoelectric conversion units arranged corresponding to the one microlens are arranged in a matrix. And, for each pixel of the first region and the second region of the pixel region, the signals of the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a first number and the signals are read out in the first mode. Whether to use the first pixel or to use the second pixel for reading the signal in the second mode in which the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a second number larger than the first number and the signal is read out. The first area and the second area pixels are set to the first pixel or the second pixel in row units of the matrix-like arrangement, and the first pixel and the second area are set to the first pixel or the second pixel. The row period set in the second pixel is different between the first region and the second region .
Further, the image pickup device according to the present invention has a pixel region in which a plurality of unit pixels having one microlens and a plurality of photoelectric conversion units arranged corresponding to the one microlens are arranged in a matrix. For each pixel of the image pickup element and the first region and the second region of the pixel region, the signals of the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a first number and the signals are read out in the first mode. Is used as the first pixel to read the signal, or the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a second number larger than the first number and the signal is read out with the second pixel. It is characterized in that a defocus map is created based on the signal in the first region, and autofocus is performed based on the signal in the second region.

本発明によれば、位相差情報を取得する場合に、複数の目的に適合した画素信号の読み出しを行いつつも、フレームレートの低下を抑制することができる撮像装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an image pickup apparatus capable of suppressing a decrease in frame rate while reading out pixel signals suitable for a plurality of purposes when acquiring phase difference information. ..

本発明の第1の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 撮像素子内の画素配置図、及び回路ブロック図。Pixel arrangement diagram in the image sensor and circuit block diagram. 単位画素の回路図、及び読み出し回路の1列分の回路図。A circuit diagram of a unit pixel and a circuit diagram of one row of a readout circuit. AD変換回路の回路図。Circuit diagram of AD conversion circuit. 撮像素子の第1の駆動モードの動作例を示すタイミングチャート。A timing chart showing an operation example of the first drive mode of the image sensor. 撮像素子の第2の駆動モードの動作例を示すタイミングチャート。A timing chart showing an operation example of the second drive mode of the image sensor. 撮像素子の領域の分割例、及び駆動モードの組み合わせ例を示す図。The figure which shows the example of division of the area of an image sensor, and the example of combination of a drive mode. 第2の実施形態における1フレームの動作に要するシステム全体の所要時間の例を示す図。The figure which shows the example of the time required for the whole system required for the operation of 1 frame in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における撮像素子の回路ブロック図。The circuit block diagram of the image pickup element in the 2nd Embodiment. 第2の実施形態における1フレームの動作に要するシステム全体の所要時間の短縮例を示す図。The figure which shows the example of shortening the time required for the whole system required for the operation of 1 frame in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における読み出し設定例を示す図。The figure which shows the read setting example in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における画像処理例と読み出し設定例を示す図。The figure which shows the image processing example and the readout setting example in 4th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図である。図1において、第1レンズ100は撮影光学系120の先端に配置されている。絞り101は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う。第2レンズ102、第3レンズ103は、後述のフォーカスアクチュエータ116によって駆動され、光軸方向に進退することにより、撮影光学系120の焦点を調節する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the first lens 100 is arranged at the tip of the photographing optical system 120. The aperture 101 adjusts the amount of light at the time of shooting by adjusting the aperture diameter thereof. The second lens 102 and the third lens 103 are driven by the focus actuator 116 described later, and move back and forth in the optical axis direction to adjust the focus of the photographing optical system 120.

フォーカルプレーンシャッタ104は、静止画撮影時に露光秒時を調節する。光学的ローパスフィルタ105は撮影画像の偽色やモアレを低減するために用いられる。撮像素子106は、撮影光学系120で形成された被写体の光学像を電気信号に光電変換する。撮像素子106は、後述するCPU109によって制御される。 The focal plane shutter 104 adjusts the exposure seconds when shooting a still image. The optical low-pass filter 105 is used to reduce false colors and moire in captured images. The image pickup device 106 photoelectrically converts the optical image of the subject formed by the photographing optical system 120 into an electric signal. The image sensor 106 is controlled by the CPU 109 described later.

DSP(Digital Signal Processor)107は画像処理を行う。DSP107は撮像素子106で撮影された画像データの、補正・圧縮等の処理を行う。また、後述するA像データとB像データの分離機能や、画像信号を用いた相関演算を行う相関演算機能を有する。RAM108は、撮像素子106からの出力データを保持する信号保持手段の機能と、DSP107で処理された画像データを記憶する画像データ記憶手段の機能と、後述のCPU109が動作を行う際のワークメモリの機能を兼備する。なお、本実施形態では、これらの機能をRAM108を用いて実現する構成であるが、アクセス速度が十分に速くて動作上問題のないレベルのメモリであれば、他の種類のメモリを用いることも可能である。また本実施形態では、RAM108は、DSP107、CPU109の外部に配置されているが、その一部または全部の機能をDSP107やCPU109に内蔵する構成であってもよい。 The DSP (Digital Signal Processor) 107 performs image processing. The DSP 107 performs processing such as correction and compression of the image data captured by the image sensor 106. Further, it has a function of separating A image data and B image data, which will be described later, and a correlation calculation function of performing a correlation calculation using an image signal. The RAM 108 has a function of a signal holding means for holding the output data from the image pickup element 106, a function of an image data storing means for storing the image data processed by the DSP 107, and a work memory when the CPU 109 described later operates. Combines functions. In the present embodiment, these functions are realized by using the RAM 108, but other types of memory may be used as long as the access speed is sufficiently high and there is no problem in operation. It is possible. Further, in the present embodiment, the RAM 108 is arranged outside the DSP 107 and the CPU 109, but a part or all of the functions thereof may be built in the DSP 107 and the CPU 109.

CPU109は、撮像装置の動作を統括的に制御する。CPU109は撮像装置の各部を制御するためのプログラムを実行する。また、DSP107から出力される相関演算の結果を用いて、後述のフォーカス駆動回路115を制御し、撮影光学系120の焦点を調節する機能も有する。表示部110は、撮影した静止画像や動画像およびメニュー等の表示を行う。操作部111は、撮影命令や撮影条件等の設定をCPU109に対して行う。記録媒体112は、静止画データ及び動画データを記録する着脱可能な記録媒体である。ROM113は、CPU109が各部の動作を制御するためにロードして実行するプログラムを格納する。 The CPU 109 comprehensively controls the operation of the image pickup apparatus. The CPU 109 executes a program for controlling each part of the image pickup apparatus. It also has a function of controlling the focus drive circuit 115 described later and adjusting the focus of the photographing optical system 120 by using the result of the correlation calculation output from the DSP 107. The display unit 110 displays captured still images, moving images, menus, and the like. The operation unit 111 sets shooting commands, shooting conditions, and the like to the CPU 109. The recording medium 112 is a detachable recording medium for recording still image data and moving image data. The ROM 113 stores a program loaded and executed by the CPU 109 in order to control the operation of each part.

シャッター駆動回路114は、フォーカルプレーンシャッタ104を駆動制御する。フォーカス駆動回路115は、撮影光学系120の焦点位置を変更する焦点位置変更手段であり、CPU109の出力に基づいてフォーカスアクチュエータ116を制御し、第2レンズ102及び第3レンズ103を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。絞り駆動回路117は、絞りアクチュエータ118を制御して絞り101の開口を制御する。 The shutter drive circuit 114 drives and controls the focal plane shutter 104. The focus drive circuit 115 is a focus position changing means for changing the focus position of the photographing optical system 120, controls the focus actuator 116 based on the output of the CPU 109, and moves the second lens 102 and the third lens 103 in the optical axis direction. The focus is adjusted by driving forward and backward. The aperture drive circuit 117 controls the aperture actuator 118 to control the aperture of the aperture 101.

次に、撮像素子106の構成について、図2を参照しながら説明する。撮像素子106の単位画素が行列状に配列された画素アレイ(画素領域)を図2(a)に示す。図2(a)において、画素アレイ200には、単位画素201が行列方向に複数配置されている。それぞれの単位画素201は、マイクロレンズ202を有する。それぞれの単位画素201は、単一のマイクロレンズ202下に、光電変換手段としての2つのフォトダイオード(PD)203a,203bを有する。この構成をとることによってPD203a,203bは瞳分割構成を取ることになり、この2つのPD203a,203bには、同一被写体の、位相差を持った別々の像が入射されることになる。この同一被写体の、位相差を持った別々の2像をA像、B像と呼ぶことにし、PD203aはA像用光電変換部、PD203bはB像用光電変換部を構成するものとする。 Next, the configuration of the image pickup device 106 will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a pixel array (pixel region) in which the unit pixels of the image pickup device 106 are arranged in a matrix. In FIG. 2A, a plurality of unit pixels 201 are arranged in the matrix direction in the pixel array 200. Each unit pixel 201 has a microlens 202. Each unit pixel 201 has two photodiodes (PD) 203a, 203b as photoelectric conversion means under a single microlens 202. By adopting this configuration, the PD203a and 203b have a pupil division configuration, and different images of the same subject with a phase difference are incident on the two PD203a and 203b. Two separate images of the same subject having a phase difference are referred to as an A image and a B image, and PD203a constitutes an A image photoelectric conversion unit and PD203b constitutes a B image photoelectric conversion unit.

次に撮像素子106の回路構成を、図2(b)を参照して説明する。画素アレイ200には、水平方向に(m+1)個、垂直方向に(n+1)個の複数の単位画素201が配置されている。垂直走査回路制御部204は、205aで示されている第1の読み出し設定及び205bで示されている第2の読み出し設定を設定することができる。垂直走査回路206は、画素にパルスを送ることで画素信号を転送する。垂直走査回路制御部204は、プログラムされた読み出し設定に基づいて、垂直走査回路206を制御する。タイミングジェネレータ(TG)207は、CPU109によってプログラムされた設定に従って、各回路ブロックに読み出しに必要な制御パルスを供給する。なお、本実施形態では、TG207は撮像素子106に内蔵されているが、撮像素子106の外部に配置される構成でも構わない。 Next, the circuit configuration of the image pickup device 106 will be described with reference to FIG. 2 (b). In the pixel array 200, a plurality of unit pixels 201 (m + 1) in the horizontal direction and (n + 1) in the vertical direction are arranged. The vertical scan circuit control unit 204 can set the first read setting shown by 205a and the second read setting shown by 205b. The vertical scanning circuit 206 transfers a pixel signal by sending a pulse to the pixel. The vertical scan circuit control unit 204 controls the vertical scan circuit 206 based on the programmed read settings. The timing generator (TG) 207 supplies each circuit block with the control pulse required for reading according to the settings programmed by the CPU 109. Although the TG 207 is built in the image pickup device 106 in the present embodiment, it may be configured to be arranged outside the image pickup device 106.

各単位画素201で光電変換された画素信号は、前述のように垂直走査回路206から供給される駆動信号によって、垂直出力線208へと行毎に出力される。ある行の画素信号の取得に際して、垂直走査回路206が後述する第1の駆動モード、または第2の駆動モードのどちらで画素信号を読み出すかは、垂直走査回路制御部204によって制御される。定電流源209は、後述する画素アンプ用トランジスタ303と組み合わされてソースフォロワ回路を形成する。読み出し回路210は、各列の垂直出力線208からの出力を増幅する機能を有する。AD変換回路(ADC)211は、読み出し回路210の出力をデジタル信号へ変換する。ADC211によって変換された画像信号は、水平走査回路212によって順に選択されて、出力部213で後述する処理を施され撮像素子106の外部へデジタル信号として出力される。 The pixel signal photoelectrically converted by each unit pixel 201 is output line by line to the vertical output line 208 by the drive signal supplied from the vertical scanning circuit 206 as described above. When acquiring the pixel signal of a certain row, whether the vertical scanning circuit 206 reads the pixel signal in the first drive mode or the second drive mode, which will be described later, is controlled by the vertical scanning circuit control unit 204. The constant current source 209 is combined with the pixel amplifier transistor 303 described later to form a source follower circuit. The readout circuit 210 has a function of amplifying the output from the vertical output line 208 of each column. The AD conversion circuit (ADC) 211 converts the output of the read circuit 210 into a digital signal. The image signals converted by the ADC 211 are sequentially selected by the horizontal scanning circuit 212, subjected to the processing described later by the output unit 213, and output as a digital signal to the outside of the image pickup device 106.

図3(a)は、単位画素201の詳細な回路構成を説明する図である。図3(a)において、PD203aとPD203bは前述した同一マイクロレンズ下で単位画素201を構成するPDである。A像用の転送スイッチTxA(300a)は信号φtxaによって制御され、B像用の転送スイッチTxB(300b)は信号φtxbによって制御される。この信号φtxa、φtxbをHigh(以下HighをHと記す)にすることによって、光電変換部に蓄積された電荷をフローティングディフュージョン部(FD)301に転送することができる。この転送スイッチのON/OFFは独立に制御することができるため、A像用の信号とB像用の信号は独立に転送することができる。リセットスイッチ302はFD301を初期化するためのスイッチであり、信号φpresによって制御される。画素アンプ用トランジスタ303は、セレクトスイッチ304、及び垂直出力線208を介して定電流源209に接続されている。セレクトスイッチ304の入力信号φselがHになると、画素アンプ用トランジスタ303は定電流源209と接続され、画素アンプを形成する。FD301はこの画素アンプに接続されているため、PD203a、PD203bからFD301に転送された電荷は、この画素アンプによって電荷量に応じた電圧値に変換され、垂直出力線208に画素信号として出力されることになる。 FIG. 3A is a diagram illustrating a detailed circuit configuration of the unit pixel 201. In FIG. 3A, PD203a and PD203b are PDs constituting the unit pixel 201 under the same microlens described above. The transfer switch TxA (300a) for the A image is controlled by the signal φtxa, and the transfer switch TxB (300b) for the B image is controlled by the signal φtxb. By setting the signals φtxa and φtxb to High (hereinafter, High is referred to as H), the electric charge accumulated in the photoelectric conversion unit can be transferred to the floating diffusion unit (FD) 301. Since the ON / OFF of this transfer switch can be controlled independently, the signal for the A image and the signal for the B image can be transferred independently. The reset switch 302 is a switch for initializing the FD 301, and is controlled by the signal φpres. The pixel amplifier transistor 303 is connected to the constant current source 209 via the select switch 304 and the vertical output line 208. When the input signal φsel of the select switch 304 becomes H, the pixel amplifier transistor 303 is connected to the constant current source 209 to form a pixel amplifier. Since the FD301 is connected to this pixel amplifier, the charge transferred from the PD203a and PD203b to the FD301 is converted into a voltage value according to the amount of charge by this pixel amplifier and output as a pixel signal to the vertical output line 208. It will be.

読み出し回路210について、図3(b)を参照しながら詳細に説明する。垂直出力線208に出力された画素信号は、クランプ容量305を通じて演算増幅器308の反転入力端子に入力される。演算増幅器308の非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力されている。スイッチ307は、フィードバック容量306を短絡するためのスイッチであり、信号φcfsによって制御される。 The readout circuit 210 will be described in detail with reference to FIG. 3 (b). The pixel signal output to the vertical output line 208 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 308 through the clamp capacitance 305. A reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 308. The switch 307 is a switch for short-circuiting the feedback capacitance 306, and is controlled by the signal φcfs.

ADC211の構成とその駆動について、図4を参照しながら詳細に説明する。比較器400には、読み出し回路210の出力とランプ信号生成回路401からのランプ信号が入力される。ランプ信号生成回路401の出力レベルは、TG207から端子402を介して入力される信号φadcresがLow(以下LowをLと記す)になると時間の経過とともに大きくなる。そして、その信号レベルが読み出し回路210から出力される信号のレベルを上回った時に、比較器400の出力はLからHに切り替わる。比較器400の出力はラッチ選択回路404に接続されている。そして、TG207から端子403を介して入力される信号φsselがLの時はN信号用ラッチ408、φsselがHの時はS信号用ラッチ409に入力される。N信号用ラッチ408、S信号用ラッチ409はTG207からそれぞれ端子405、406を介して入力される信号φnres、φsresがHになるとリセットされ、Lの時にラッチとして次のように動作する。 The configuration of the ADC 211 and its driving will be described in detail with reference to FIG. The output of the readout circuit 210 and the lamp signal from the lamp signal generation circuit 401 are input to the comparator 400. The output level of the lamp signal generation circuit 401 increases with the passage of time when the signal φadcres input from the TG 207 via the terminal 402 becomes Low (hereinafter, Low is referred to as L). Then, when the signal level exceeds the level of the signal output from the readout circuit 210, the output of the comparator 400 is switched from L to H. The output of the comparator 400 is connected to the latch selection circuit 404. Then, when the signal φssel input from the TG 207 via the terminal 403 is L, it is input to the N signal latch 408, and when the φssel is H, it is input to the S signal latch 409. The N signal latch 408 and the S signal latch 409 are reset when the signals φnres and φsres input from the TG 207 via the terminals 405 and 406 become H, respectively, and operate as a latch when L, as follows.

まずφsselがLの時、N信号用ラッチ408は比較器400の出力がLからHに切り替わった瞬間のカウンタ407の出力をラッチする。このカウンタ値が、読み出し回路210の出力のデジタル値を表現する値となっている。このラッチ408はN信号用ラッチなので、ノイズ信号をデジタル変換した結果を、ラッチ408に保持するように制御される。次にφsselがHの時は、比較器400の出力はラッチ409に接続され、先に説明したラッチ408と同様の動作を行うことによって、読み出し回路210の出力をデジタル値へ変換する。このラッチ408はS信号用ラッチなので、光信号とノイズ信号が加算された信号をデジタル変換した結果を、ラッチ408に保持するように制御される。ラッチ408,409の出力は、列選択回路410に接続されており、水平走査回路212からの信号φhsr_i(iは列番号0~m)によって次に説明するように出力部213へと出力される。 First, when φssel is L, the N signal latch 408 latches the output of the counter 407 at the moment when the output of the comparator 400 is switched from L to H. This counter value is a value expressing the digital value of the output of the read circuit 210. Since this latch 408 is an N signal latch, it is controlled so that the result of digitally converting the noise signal is held in the latch 408. Next, when φssel is H, the output of the comparator 400 is connected to the latch 409, and the output of the readout circuit 210 is converted into a digital value by performing the same operation as the latch 408 described above. Since this latch 408 is an S signal latch, it is controlled so that the result of digitally converting the signal to which the optical signal and the noise signal are added is held in the latch 408. The outputs of the latches 408 and 409 are connected to the column selection circuit 410 and are output to the output unit 213 by the signal φhsr_i (i is the column number 0 to m) from the horizontal scanning circuit 212 as described below. ..

第i列の列選択回路410は、信号φhsr_iがLの時はOFF状態であり、出力部213から切断されているが、φhsr_iがHの時にON状態となり、当該列のN信号用ラッチとS信号用ラッチの出力を、出力部213に出力する。 The column selection circuit 410 in column i is in the OFF state when the signal φhsr_i is L and is disconnected from the output unit 213, but is turned ON when φhsr_i is H, and the N signal latch and S in the column. The output of the signal latch is output to the output unit 213.

水平走査回路212は、全てのφhsr_iがLの時に、TG207から端子411を介して入力される信号φhsrの立ち上がりエッジを検出すると、φhsr_0をHにする。その後、φhsr_iがHの時にφhsrの立ち上がりエッジを検出すると、φhsr_iをLにし、φhsr_(i+1)をHにする。そして、φhsr_mがHの時にφhsrの立ち上がりエッジを検出すると、全てのφhsr_iをLにする。このようにして水平走査回路212は第0列目から第m列目までのラッチの出力を順次出力部213に出力し、水平走査を行う。出力部213は、N信号用ラッチ408の出力を、S信号用ラッチ409の出力から減算してから外部に出力する機能を持つ。 When the horizontal scanning circuit 212 detects the rising edge of the signal φhsr input from the TG 207 via the terminal 411 when all φhsr_i are L, the horizontal scanning circuit 212 sets φhsr_0 to H. After that, when the rising edge of φhsr is detected when φhsr_i is H, φhsr_i is set to L and φhsr_ (i + 1) is set to H. Then, when the rising edge of φhsr is detected when φhsr_m is H, all φhsr_i are set to L. In this way, the horizontal scanning circuit 212 sequentially outputs the outputs of the latches from the 0th column to the mth column to the output unit 213 to perform horizontal scanning. The output unit 213 has a function of subtracting the output of the N signal latch 408 from the output of the S signal latch 409 and then outputting the output to the outside.

続いて、第1の駆動モード(位相差を検出できないモード)と第2の駆動モード(位相差を検出できるモード)のそれぞれの動作について、撮像素子106の画像信号の読み出し動作例を示すタイミングチャートである図5、図6を用いて説明する。 Subsequently, a timing chart showing an example of reading the image signal of the image sensor 106 for each operation of the first drive mode (mode in which the phase difference cannot be detected) and the second drive mode (mode in which the phase difference can be detected) is shown. This will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

図5のタイミングチャートを用いて、第1の駆動モードによって1行の画素信号を取得する方法について詳細に説明する。 Using the timing chart of FIG. 5, a method of acquiring a pixel signal of one row by the first drive mode will be described in detail.

時刻t501の以前から、信号φpresがHであり、FD301はリセットされている。続いて時刻t501で信号φtxa、φtxbをHとすることで、PD203a,203bをリセットする。時刻t502で信号φtxa、φtxbをLとすることで、PD203a,203bの電荷蓄積を開始する。蓄積時間は、この時点から信号が読み出される時点までであり、図中の時刻t502から時刻t511までの間である。時刻t503で信号φselをHにすることによって画素アンプ用トランジスタ303を定電流源209に接続し、画素アンプを動作状態とする。時刻t504で信号φpresをLとすることによって、FD301のリセットを解除する。リセットが解除されると、FD301の信号は垂直出力線208にノイズ信号(以下N信号と表記する)として読み出され、読み出し回路210へと出力される。 Before the time t501, the signal φpres is H and the FD301 is reset. Subsequently, PD203a and 203b are reset by setting the signals φtxa and φtxb to H at time t501. By setting the signals φtxa and φtxb to L at time t502, charge accumulation of PD203a and 203b is started. The accumulation time is from this point to the time when the signal is read, and is between the time t502 and the time t511 in the figure. By setting the signal φsel to H at time t503, the pixel amplifier transistor 303 is connected to the constant current source 209, and the pixel amplifier is put into an operating state. By setting the signal φpres to L at time t504, the reset of the FD 301 is released. When the reset is released, the signal of the FD 301 is read out as a noise signal (hereinafter referred to as N signal) on the vertical output line 208 and output to the read circuit 210.

読み出し回路210において、時刻t505で信号φcfsをLとすることで、演算増幅器308における基準電圧Vrefの出力バッファ状態を解除し、読み出し回路210のN信号を演算増幅器308から出力する。この時、ADC211に内蔵される比較器400への読み出し回路210からの入力は、図中500で示されるように立ち上がり始める。そして時刻t506で信号φadcresをLとすることによって、ランプ信号生成回路401とカウンタ407のリセットを解除し、また同時に信号φnresもLとすることによって、ラッチ408のリセットを解除し、AD変換動作を開始する。ランプ信号生成回路401から比較器400へ入力されるランプ信号は図中501で示されており、カウンタ407の値は図中502に示されている。ランプ信号は時刻t507で読み出し回路からの入力500よりも大きくなり、この時、比較器400の出力はLからHへと立ち上がる。信号φsselは時刻t507でLになっているため、ラッチ選択回路404ではN信号用ラッチ408が選択されており、比較器の出力はラッチ408へと入力されている。ラッチ408は時刻t507でのカウンタ407の出力をラッチする。ここではその値を図中503で示したようにNとする。こうして、時刻t507においてラッチ408の値はNとなる。時刻t508でランプ信号501とカウンタ値502はどちらも最大値となり、そのタイミングで信号φadcresをHにしてN信号のAD変換動作を終了する。 In the read circuit 210, by setting the signal φcfs to L at time t505, the output buffer state of the reference voltage Vref in the operational amplifier 308 is released, and the N signal of the read circuit 210 is output from the operational amplifier 308. At this time, the input from the read circuit 210 to the comparator 400 built in the ADC 211 starts to rise as shown by 500 in the figure. Then, by setting the signal φadcres to L at time t506, the reset of the lamp signal generation circuit 401 and the counter 407 is released, and at the same time, the reset of the latch 408 is released by setting the signal φnres to L, and the AD conversion operation is performed. Start. The lamp signal input from the lamp signal generation circuit 401 to the comparator 400 is shown by 501 in the figure, and the value of the counter 407 is shown by 502 in the figure. The ramp signal becomes larger than the input 500 from the readout circuit at time t507, at which time the output of the comparator 400 rises from L to H. Since the signal φssel becomes L at time t507, the N signal latch 408 is selected in the latch selection circuit 404, and the output of the comparator is input to the latch 408. The latch 408 latches the output of the counter 407 at time t507. Here, the value is N as shown by 503 in the figure. Thus, at time t507, the value of the latch 408 becomes N. At time t508, both the lamp signal 501 and the counter value 502 become maximum values, and at that timing, the signal φadcres is set to H and the AD conversion operation of the N signal is terminated.

時刻t509では、信号φtxa,φtxbをHにして、PD203a,203bで変換された光電荷をFD301に転送する。FD301に蓄えられた信号成分の電荷は、垂直出力線208、演算増幅器308を通じて、読み出し回路210から信号成分+ノイズ成分(以下S+N信号と表記する)の信号として、比較器400へ入力される。入力500は時刻t509から増加し始める。時刻t510では、信号φsselをHにすることによって、ラッチ選択回路404で選択されるラッチを、S信号用ラッチ409へと切り替える。時刻t511で信号φtxa,φtxbをLにして光電荷の転送を終えた後、時刻t512まで読み出し回路210の出力の安定を待つ。時刻t512で信号φadcresと信号φsresをLにすることによってS+N信号のAD変換動作を開始する。このS+N信号は、PD203a,203bに蓄積された光電荷を変換した画素信号(S信号)と、読み出し回路210の列ごとのばらつきに起因するオフセット信号などのノイズ信号(前述のN信号)を含む。このS+N信号から、N信号を差し引くことにより、S+N信号に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができ、画素信号成分であるS信号のみを得ることができる。 At time t509, the signals φtxa and φtxb are set to H, and the optical charge converted by PD203a and 203b is transferred to the FD301. The electric charge of the signal component stored in the FD 301 is input to the comparator 400 from the readout circuit 210 as a signal of the signal component + noise component (hereinafter referred to as S + N signal) through the vertical output line 208 and the operational amplifier 308. Input 500 begins to increase at time t509. At time t510, by setting the signal φssel to H, the latch selected by the latch selection circuit 404 is switched to the S signal latch 409. After the signals φtxa and φtxb are set to L at time t511 and the transfer of optical charges is completed, the output of the readout circuit 210 is waited for stabilization until time t512. By setting the signal φadcres and the signal φsres to L at time t512, the AD conversion operation of the S + N signal is started. This S + N signal includes a pixel signal (S signal) obtained by converting the optical charge stored in the PD 203a and 203b, and a noise signal (the above-mentioned N signal) such as an offset signal due to variation in each column of the readout circuit 210. .. By subtracting the N signal from this S + N signal, the noise component included in the S + N signal can be canceled, and only the S signal which is a pixel signal component can be obtained.

S+N信号のAD変換の動作はN信号のAD変換と同様に行われ、時刻t513で比較器400の出力がLからHに立ち上がり、ラッチ409の出力は、その時点でのカウンタ407の値S+Nに変化する。ここではその値を図中504で示したようにS+Nとする。こうして、時刻t517においてラッチ409の値はS+Nとなる。このラッチ409の出力がS+N信号のAD変換値となる。時刻t514で信号φadcresはHとなり、AD変換動作は終了する。 The operation of the AD conversion of the S + N signal is performed in the same manner as the AD conversion of the N signal, the output of the comparator 400 rises from L to H at time t513, and the output of the latch 409 becomes the value S + N of the counter 407 at that time. Change. Here, the value is S + N as shown by 504 in the figure. Thus, at time t517, the value of the latch 409 becomes S + N. The output of this latch 409 becomes the AD conversion value of the S + N signal. At time t514, the signal φadcres becomes H, and the AD conversion operation ends.

時刻t515で、信号φhsrの立ち上がりエッジが水平走査回路212へ入力される。すると、水平走査回路からの出力が全てLの状態から、信号φhsr_0だけがHとなり、第0列目の水平選択回路410のスイッチが接続され、ラッチ408,409が出力部213に接続される。出力部213では、ラッチ409の出力値であるS+N信号のデジタル値から、ラッチ408の出力値であるN信号のデジタル値を減算し、S信号のみのデジタル値を得る。そして、その値を撮像素子106の外部に出力する。このようにして第0列からS信号のデジタル値を出力した後、信号φhsrにもう一度パルスを入力すると、信号φhsr_1だけがHになり、同様の動作で第1列からS信号のデジタル値が出力される。こうして順次行方向にS信号を読み出していき、第0列から第m列までの信号を読み出す。この水平走査は時刻t516で終了する。 At time t515, the rising edge of the signal φhsr is input to the horizontal scanning circuit 212. Then, from the state where all the outputs from the horizontal scanning circuit are L, only the signal φhsr_0 becomes H, the switch of the horizontal selection circuit 410 in the 0th column is connected, and the latches 408 and 409 are connected to the output unit 213. The output unit 213 subtracts the digital value of the N signal, which is the output value of the latch 408, from the digital value of the S + N signal, which is the output value of the latch 409, to obtain the digital value of only the S signal. Then, the value is output to the outside of the image sensor 106. When the digital value of the S signal is output from the 0th column in this way and then the pulse is input to the signal φhsr again, only the signal φhsr_1 becomes H, and the digital value of the S signal is output from the 1st column in the same operation. Will be done. In this way, the S signal is sequentially read in the row direction, and the signals from the 0th column to the mth column are read out. This horizontal scan ends at time t516.

時刻t517では、各パルスを初期状態へ戻して画素の状態を初期化する。信号φpresをHにすることにより、FD301を初期化する。信号φcfsをHにすることにより、演算増幅器308の出力を基準電圧Vrefの出力バッファ状態とする。信号φsselをLに戻すことによって、ラッチ選択用回路404がN信号用ラッチ408を選択するようにする。信号φnres,φsresをHにすることにより、ラッチ408,409の出力をリセットする。時刻t518で信号φpselをLにし、行の選択状態を解除する。以上が第1の駆動モードにおける読み出し動作である。 At time t517, each pulse is returned to the initial state to initialize the pixel state. FD301 is initialized by setting the signal φpres to H. By setting the signal φcfs to H, the output of the operational amplifier 308 is set to the output buffer state of the reference voltage Vref. By returning the signal φssel to L, the latch selection circuit 404 selects the N signal latch 408. By setting the signals φnres and φsres to H, the outputs of the latches 408 and 409 are reset. At time t518, the signal φpsel is set to L, and the row selection state is canceled. The above is the read operation in the first drive mode.

次に、図6のタイミングチャートを用いて、第2の駆動モードによって1行の画素信号を取得する方法について詳細に説明する。なお、図6のタイミングチャートの動作は、図5のタイミングチャートの動作と同様である部分も多いので、違う部分に着目して説明する。 Next, using the timing chart of FIG. 6, a method of acquiring a pixel signal of one row by the second drive mode will be described in detail. Since the operation of the timing chart of FIG. 6 has many parts similar to the operation of the timing chart of FIG. 5, the description will be focused on different parts.

時刻t601から時刻t608までは、図5のタイミングチャートの時刻t501から時刻t508の動作と全く同様に動作する。ここまでの動作で、N信号用ラッチ408にはN信号のデジタル値600が保持されるようになる。時刻t609では、信号φtxaをHにして、PD203aで変換された光電荷をFD301に転送する。図5のタイミングチャートで時刻t509でHにした信号φtxbは、ここではLのままにしておく。こうすることによって、A像用光電変換部の信号のみをFD301に転送することができる。その後時刻t616までは図5のタイミングチャートの時刻t516までと同様の動作で水平転送までを終了する。この時、S信号用ラッチ409から出力される画素信号はA像信号+ノイズ信号601である。そのため、出力部213においてN信号のデジタル値600を差し引くことによって、この水平転送によって単位画素201中のA像用の光電変換部であるPD203aの信号のみを撮像素子106の外部に読み出すことができる。 From time t601 to time t608, the operation is exactly the same as the operation from time t501 to time t508 in the timing chart of FIG. By the operation up to this point, the digital value 600 of the N signal is held in the latch 408 for the N signal. At time t609, the signal φtxa is set to H, and the optical charge converted by PD203a is transferred to FD301. The signal φtxb set to H at time t509 in the timing chart of FIG. 5 is left as L here. By doing so, only the signal of the photoelectric conversion unit for A image can be transferred to the FD 301. After that, until the time t616, the horizontal transfer is completed by the same operation as the time t516 of the timing chart of FIG. At this time, the pixel signal output from the S signal latch 409 is an A image signal + a noise signal 601. Therefore, by subtracting the digital value 600 of the N signal in the output unit 213, only the signal of the PD203a, which is the photoelectric conversion unit for the A image in the unit pixel 201, can be read out to the outside of the image sensor 106 by this horizontal transfer. ..

時刻t617では、信号φsresをHにする。この動作によってS信号用ラッチ409がリセットされ、もう一度新たにS信号用ラッチ409を用いたAD変換動作を行うことが可能になる。時刻t618では、信号φtxa,φtxbをHにして、PD203bで変換された光電荷をFD301に転送する。この動作によって、FD301では、PD203aの光電荷と、PD203bの光電荷を加算することができる。FD301にはこの時既に、時刻t609から時刻t611で転送されたPD203aの光電荷が保持されている。そのため、信号φtxbのみをHにすることで、PD203bの信号をFD301に転送し、FD301でPD203aの光電荷とPD203bの光電荷を加算してもよい。本実施形態では、A+B像信号転送時の回路状態を、第1の駆動モードと同一にするためにφtxaもHにするように動作させた。以上の動作によって、単位画素下の光電変換部の電荷を全てFD301に転送することができる。 At time t617, the signal φthres is set to H. By this operation, the S signal latch 409 is reset, and it becomes possible to perform an AD conversion operation using the S signal latch 409 again. At time t618, the signals φtxa and φtxb are set to H, and the optical charge converted by the PD 203b is transferred to the FD 301. By this operation, in FD301, the optical charge of PD203a and the optical charge of PD203b can be added. At this time, the FD 301 already holds the optical charge of the PD 203a transferred from the time t609 to the time t611. Therefore, by setting only the signal φtxb to H, the signal of PD203b may be transferred to FD301, and the optical charge of PD203a and the optical charge of PD203b may be added by FD301. In the present embodiment, in order to make the circuit state at the time of A + B image signal transfer the same as that of the first drive mode, φtxa is also operated to be H. By the above operation, all the charges of the photoelectric conversion unit under the unit pixel can be transferred to the FD 301.

時刻t619から時刻t626の動作は、図5のタイミングチャートの時刻t511から時刻t519の動作と同様のものである。この時、S信号用ラッチ409から出力される画素信号はA+B像信号+N信号602であるため、出力部213においてN信号のデジタル値600を差し引くことによって、単位画素内の全ての光電変換部の信号を撮像素子106の外部に読み出すことができる。以上が、第2の駆動モードによる読み出し動作である。 The operation from time t619 to time t626 is the same as the operation from time t511 to time t519 in the timing chart of FIG. At this time, since the pixel signal output from the S signal latch 409 is an A + B image signal + N signal 602, by subtracting the digital value 600 of the N signal in the output unit 213, all the photoelectric conversion units in the unit pixel The signal can be read out to the outside of the image pickup device 106. The above is the read operation by the second drive mode.

以上、図5のタイミングチャートを用いて第1の駆動モードの例を、図6に示したタイミングチャートを用いて第2の駆動モードの例を示した。以上の例によれば、第1の駆動モードでは単位画素下の2つのPD203a,203bの出力を合成した信号(A+B像信号と称する)を読み出している。これに対し、第2の駆動モードでは単位画素下の2つのPDのうち、まずA像信号を読み出し、ついでA+B像信号を読み出している。例えばDSP108で、第2の駆動モードによって得られたA+B像からA像を差し引くことによって、B像信号を分離することができる。そして、これらのA像信号とB像信号の位相差を検出することにより、撮影光学系120のデフォーカス量を検出することができる。 As described above, an example of the first drive mode is shown using the timing chart of FIG. 5, and an example of the second drive mode is shown using the timing chart shown in FIG. According to the above example, in the first drive mode, a signal (referred to as an A + B image signal) obtained by synthesizing the outputs of the two PD203a and 203b under the unit pixel is read out. On the other hand, in the second drive mode, of the two PDs under the unit pixel, the A image signal is first read, and then the A + B image signal is read. For example, in the DSP 108, the B image signal can be separated by subtracting the A image from the A + B image obtained by the second drive mode. Then, by detecting the phase difference between the A image signal and the B image signal, the defocus amount of the photographing optical system 120 can be detected.

以上説明した様に、第1の駆動モードでは単位画素下の光電変換部の信号を合成して読み出しているのに対して、第2の駆動モードによれば単位画素下の光電変換部の信号を独立に読み出すことができている。そのため、第2の駆動モードは第1の駆動モードよりも、単位画素の信号を多く瞳分割して読み出していることになる。ここでは、第1の駆動モードの単位画素の読み出しを1分割(分割なし)とすれば、第2の駆動モードは2分割に光電変換部をグループ分けしての読み出しということになる。 As described above, in the first drive mode, the signal of the photoelectric conversion unit under the unit pixel is synthesized and read out, whereas in the second drive mode, the signal of the photoelectric conversion unit under the unit pixel is synthesized and read out. Can be read independently. Therefore, in the second drive mode, more signals of unit pixels are divided into pupils and read out than in the first drive mode. Here, if the reading of the unit pixel of the first drive mode is divided into one (no division), the second drive mode is the reading in which the photoelectric conversion unit is divided into two groups.

このように、第2の駆動モードで単位画素下にある複数の光電変換部の信号を分割して読み出すと、位相差情報を得ることができる一方で、第1の駆動モードによる読み出しと比較して読み出し時間が延びる。そのため、画像のフレームレートを確保するためには、第2の駆動モードでの読み出し行数は必要最小限に抑える必要がある。そこで、本実施形態では、位相差情報の使用目的に応じて画面を第1の領域と第2の領域に分割し、それぞれの領域で別々に、第2の駆動モードによって画像信号を取得する画素群を設定する。 In this way, when the signals of the plurality of photoelectric conversion units under the unit pixel are divided and read in the second drive mode, the phase difference information can be obtained, but compared with the reading in the first drive mode. And the read time is extended. Therefore, in order to secure the frame rate of the image, it is necessary to minimize the number of read lines in the second drive mode. Therefore, in the present embodiment, the screen is divided into a first region and a second region according to the purpose of use of the phase difference information, and the image signal is acquired separately in each region by the second drive mode. Set the group.

図7(a)に画面を第1の領域と第2の領域(分割領域)に分割する例を示した。領域700は画面全体を示し、例えば画素アレイ200全体である。701は焦点検出枠(焦点検出領域)であり、焦点検出枠701内の被写体情報に基づいて、DSP107は相関演算を行う。先に説明した様に、この焦点検出枠が含まれる領域では精度よく焦点検出を行いたいため、位相差情報を解像度よく読み出す必要がある。また、焦点検出枠701が含まれない領域では、これも先に説明した様にデフォーカスマップ(DEF-MAP)作成のため、位相差情報は低解像度で全面を読み出せばよい。そこで、ドットで示した領域と斜線で示した領域の両方を第1の領域702とし、斜線の領域のみを第2の領域703とする。また、領域700において第1の領域702にも第2の領域703にも選択されなかった領域を第3の領域とする。この領域の設定を行う領域設定手段は、例えばCPU109で領域を計算して設定することによって、CPU109で実現できる。なお、本実施形態のように、第1の領域と第2の領域は重複してもよいし、重複しなくてもよい。 FIG. 7A shows an example of dividing the screen into a first area and a second area (divided area). The area 700 shows the entire screen, for example, the entire pixel array 200. Reference numeral 701 is a focus detection frame (focus detection area), and the DSP 107 performs a correlation calculation based on the subject information in the focus detection frame 701. As described above, since it is desired to perform focus detection with high accuracy in the region including this focus detection frame, it is necessary to read out the phase difference information with high resolution. Further, in the region not including the focus detection frame 701, as described above, since the defocus map (DEF-MAP) is created, the entire phase difference information may be read out at a low resolution. Therefore, both the area indicated by dots and the area indicated by diagonal lines are designated as the first area 702, and only the area indicated by the diagonal lines is designated as the second area 703. Further, in the region 700, a region that is not selected by either the first region 702 or the second region 703 is defined as a third region. The area setting means for setting this area can be realized by the CPU 109, for example, by calculating and setting the area by the CPU 109. As in the present embodiment, the first region and the second region may or may not overlap.

第1の領域702を第1の読み出し設定205aで読み出し、第2の領域703を第2の読み出し設定205bで読み出す例を、図7(b)に示す。第1の読み出し設定205aは、領域の開始行と、その行から一定の第1行周期704ごとに第2の駆動モード(位相差を検出できるモード)で読み出す行を選択するような読み出し設定となっている。第1の読み出し設定205aによって選択された行は、図中1点鎖線で示される行である。第2の読み出し設定205bは、領域の開始行と、その行から一定の第2行周期705ごとに第2の駆動モード(位相差を検出できるモード)で読み出す行を選択するような読み出し設定となっている。第2の読み出し設定205bによって選択された行は、図中実線で示される行である。なお、第1の読み出し設定205aと第2の読み出し設定205bでは、第2の駆動モードで読み出す行の数の第1の駆動モードで読み出す行の数に対する割合が異なっている。 FIG. 7B shows an example in which the first region 702 is read by the first read setting 205a and the second region 703 is read by the second read setting 205b. The first read setting 205a is a read setting for selecting the start line of the region and the line to be read from the line in the second drive mode (mode in which the phase difference can be detected) every constant first line cycle 704. It has become. The row selected by the first readout setting 205a is the row indicated by the alternate long and short dash line in the figure. The second read setting 205b is a read setting that selects the start line of the region and the line to be read from the line in the second drive mode (mode in which the phase difference can be detected) every fixed second line cycle 705. It has become. The row selected by the second read setting 205b is the row shown by the solid line in the figure. The ratio of the number of rows read in the second drive mode to the number of rows read in the first drive mode is different between the first read setting 205a and the second read setting 205b.

本実施形態においては、第2の領域703は第1の領域702に含まれる領域である。そのため、第2の領域703中、第2の読み出し設定205bで選択されなかった行も、第1の読み出し設定205aで選択される行となってもよい。 In the present embodiment, the second region 703 is a region included in the first region 702. Therefore, in the second area 703, the line not selected by the second read setting 205b may be the line selected by the first read setting 205a.

第1の読み出し設定205aと、第2の読み出し設定205bの、どちらにも選択されなかった行は、第1の駆動モード(位相差を検出できないモード)で読み出される。 Rows not selected for either the first read setting 205a or the second read setting 205b are read in the first drive mode (mode in which the phase difference cannot be detected).

第1の領域702と第2の領域703に基づいて定められた、第1の読み出し設定205aと第2の読み出し設定205bは、垂直走査回路制御部204により設定される。この垂直走査回路制御部204は垂直走査回路206を制御し、ある一行の取得を第1の駆動モードによって行うか、第2の駆動モードによって行うかを切り替える。 The first read setting 205a and the second read setting 205b determined based on the first area 702 and the second area 703 are set by the vertical scanning circuit control unit 204. The vertical scanning circuit control unit 204 controls the vertical scanning circuit 206, and switches whether the acquisition of a certain row is performed by the first drive mode or the second drive mode.

以上説明したように、第1の実施形態によれば、それぞれの領域において最適な解像度で位相差情報を取得しつつ、駆動に時間のかかる第2の駆動モードによる画素の取得を最小限に抑えることができる。これにより、フレームレートの低下を抑制しつつも、AF用の相関演算とDEF-MAPの作成の際に、それぞれの演算に必要な解像度で位相差情報を取得することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, while acquiring the phase difference information at the optimum resolution in each region, the acquisition of pixels by the second drive mode, which takes a long time to drive, is minimized. be able to. This makes it possible to acquire phase difference information at the resolution required for each of the correlation calculation for AF and the creation of the DEF-MAP while suppressing the decrease in the frame rate.

本実施形態では、第2の駆動モードとして、A像を取得し、その後A+B像を取得する方法を図6のタイミングチャートにおいて示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、例えばA像信号を取得した後にFD301をリセットし、次にB像信号を読み出すという動作をさせてもよい。この場合、画像用のA+B像信号を生成するためにA像信号のデジタル値とB像信号のデジタル値を加算する必要がある。 In the present embodiment, as the second drive mode, a method of acquiring an A image and then acquiring an A + B image is shown in the timing chart of FIG. However, the present invention is not limited to this, and for example, the FD 301 may be reset after acquiring the A image signal, and then the B image signal may be read out. In this case, it is necessary to add the digital value of the A image signal and the digital value of the B image signal in order to generate the A + B image signal for the image.

また本実施形態では、単位画素下の光電変換部が2分割された構造を持つ撮像素子を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単位画素下の光電変換部が上下左右に4分割された構造を持つ撮像素子においては、更に多くの駆動モードを考えることができる。例えば、単位画素下の4つの光電変換部のうち、縦方向は合成し、横方向は合成しないで読み出す駆動モードと、全ての光電変換部の信号を独立に読み出す駆動モードの組み合わせによって、画面全体の画素を読み出すということがあり得る。 Further, in the present embodiment, the case where an image pickup device having a structure in which the photoelectric conversion unit under a unit pixel is divided into two is used has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, in an image sensor having a structure in which the photoelectric conversion unit under a unit pixel is divided into four vertically and horizontally, more drive modes can be considered. For example, of the four photoelectric conversion units under a unit pixel, the entire screen can be obtained by combining a drive mode in which the vertical direction is combined and the horizontal direction is not combined, and a drive mode in which the signals of all the photoelectric conversion units are read independently. It is possible to read out the pixels of.

ところで、第2の駆動モードは、第1の駆動モードよりも単位画素を多く瞳分割して読み出すことを特徴とする駆動モードである。そのため、単位画素下の光電変換部が4分割された構造をもつ撮像素子について上記のような駆動モードによって画面全体を読み出す場合は、単位画素下の4つの光電変換部のうち、縦方向は合成し、横方向は合成しないで読み出す駆動モードを第1の駆動モードとする。また、全ての光電変換部の信号を独立に読み出す駆動モードを第2の駆動モードとする。このとき、第1の駆動モードの単位画素の読み出しは2分割、第2の駆動モードの読み出しは4分割である、と考えることができる。 By the way, the second drive mode is a drive mode characterized in that a larger number of unit pixels are divided into pupils and read out than in the first drive mode. Therefore, when the entire screen is read out by the drive mode as described above for an image sensor having a structure in which the photoelectric conversion unit under the unit pixel is divided into four, the vertical direction is combined among the four photoelectric conversion units under the unit pixel. However, the drive mode for reading in the horizontal direction without synthesizing is set as the first drive mode. Further, the drive mode in which the signals of all the photoelectric conversion units are independently read out is set as the second drive mode. At this time, it can be considered that the reading of the unit pixel of the first drive mode is divided into two and the reading of the second drive mode is divided into four.

以上説明したように、単位画素下の光電変換部が上下左右に4分割されている構成にすることによって、被写体の横方向の位相差情報のみならず、縦方向の位相差情報も得ることができるようになる。そしてこのような場合においても本発明を適用することで、フレームレートの低下を抑制しつつ、複数の目的に適合した信号を読み出すことが可能となる。 As described above, by configuring the photoelectric conversion unit under the unit pixel into four parts in the vertical and horizontal directions, it is possible to obtain not only the horizontal phase difference information of the subject but also the vertical phase difference information. become able to. By applying the present invention even in such a case, it is possible to read out a signal suitable for a plurality of purposes while suppressing a decrease in the frame rate.

また、本実施形態では読み出し設定によって第2の駆動モードによって読み出される画素群を行単位で選択するように説明したが、これに限定されるものではない。 Further, in the present embodiment, it has been described that the pixel group read by the second drive mode is selected in line units according to the read setting, but the present invention is not limited to this.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、画素情報の読み出しに関してフレームレートの低下を低減する方法について説明した。しかし画素情報に基づいて相関演算を行ってフォーカス駆動を行う時間や、あるいはDEF-MAPを生成し、DEF-MAPに基づいて処理演算等を行う時間を考慮すると、システム全体としてはフレームレートの低下を十分に抑制できない可能性がある。
(Second embodiment)
In the first embodiment, a method of reducing a decrease in the frame rate with respect to reading pixel information has been described. However, considering the time for performing focus drive by performing correlation calculation based on pixel information or the time for generating DEF-MAP and performing processing calculation based on DEF-MAP, the frame rate of the entire system decreases. May not be fully suppressed.

図8に、静止画像の取得の際のシステム全体の1フレームの動作例を示す。図8(a)は、相関演算及びレンズ駆動の時間が長い場合の例である。この場合、レンズ駆動の終了までの時間が長いため、システム全体のフレームレートが低下してしまう。図8(b)は、DEF-MAP生成及び処理演算に要する時間が長い場合の例である。この場合、処理演算の終了までの時間が長いため、システム全体のフレームレートが低下してしまう。これらのようなシステム全体のフレームレートの低下に対処するためには、演算に使用する情報を先に取得することが望ましい。 FIG. 8 shows an operation example of one frame of the entire system when acquiring a still image. FIG. 8A is an example in which the correlation calculation and the lens driving time are long. In this case, since it takes a long time to finish driving the lens, the frame rate of the entire system is lowered. FIG. 8B is an example in which the time required for DEF-MAP generation and processing calculation is long. In this case, since it takes a long time to complete the processing operation, the frame rate of the entire system is lowered. In order to deal with such a decrease in the frame rate of the entire system, it is desirable to first acquire the information used for the calculation.

また、スリットローリングシャッターを用いた動画像の取得時は、行の読み出しの時間的順序と1フレームの画像内における位置的な順序を正しく対応させる必要がある。そのような対応付けがなされていない場合、像の上下で時間的関係が入れ替わってしまい、不自然な画像になる。この場合、図8に示した様に、ある計算が要因となってシステム全体のフレームレートが低下する場合でも、演算に使用する情報を先に取得することができない。 Further, when acquiring a moving image using the slit rolling shutter, it is necessary to correctly correspond the temporal order of row reading with the positional order in the image of one frame. If such an association is not made, the temporal relationship is switched between the top and bottom of the image, resulting in an unnatural image. In this case, as shown in FIG. 8, even if the frame rate of the entire system is lowered due to a certain calculation, the information used for the calculation cannot be acquired first.

フレームレート低下の要因となっている計算は撮影モードによって異なる。また、スリットローリング読み出しであるかどうかも、撮影モードによって異なる。そこで本実施形態では、撮影モードによって、少なくとも開口部の画素信号(遮光画素などのように遮光されている画素ではない画素の信号)の取得順序を変更する方法を示す。 The calculation that causes the frame rate to drop differs depending on the shooting mode. In addition, whether or not the slit rolling reading is performed also differs depending on the shooting mode. Therefore, in the present embodiment, a method of changing at least the acquisition order of the pixel signal of the opening (the signal of a pixel that is not a light-shielded pixel such as a light-shielding pixel) is shown depending on the shooting mode.

なお、例えば遮光画素のような、開口部以外の画素を各種補正に用いて高画素化する方法が知られている。このような補正に用いるために開口部以外の画素を先に読み出す必要性があれば、開口部の画素信号の取得順序に関係なく、開口部以外の画素を先に読み出してもよい。 It should be noted that there is known a method of increasing the number of pixels by using pixels other than openings, such as light-shielding pixels, for various corrections. If it is necessary to read out the pixels other than the opening first in order to use it for such correction, the pixels other than the opening may be read first regardless of the acquisition order of the pixel signals in the opening.

図9に、本実施形態における撮像素子106の構成を示す。図9に示す構成は、図2(b)に示した第1の実施形態の構成とは、画像取得方法設定部900を有する点のみが異なる。画像取得方法設定部900は、設定された撮影モードに応じて、垂直走査回路206の動作を制御する。より具体的には、以下に説明する通りに画像が取得されるように、垂直走査回路206を制御する。 FIG. 9 shows the configuration of the image pickup device 106 in this embodiment. The configuration shown in FIG. 9 differs from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 2B only in that it has an image acquisition method setting unit 900. The image acquisition method setting unit 900 controls the operation of the vertical scanning circuit 206 according to the set shooting mode. More specifically, the vertical scanning circuit 206 is controlled so that an image is acquired as described below.

スリットローリングシャッターによって動画像を取得する場合には、前述のように読み出し順序を変更することができない。この時、画像取得方法設定部900は垂直走査回路206を、読み出し方法設定部204の設定に関係なく、配列順に順次読み出すように制御する。こうすることによって、読み出し方法の設定によらず像の上下の時間的関係は保たれ、画像の違和感を抑制することができる。 When a moving image is acquired by a slit rolling shutter, the reading order cannot be changed as described above. At this time, the image acquisition method setting unit 900 controls the vertical scanning circuit 206 to read sequentially in the order of arrangement regardless of the setting of the reading method setting unit 204. By doing so, the temporal relationship between the top and bottom of the image can be maintained regardless of the setting of the reading method, and the discomfort of the image can be suppressed.

静止画を取得する場合で、かつ図8(a)のように相関演算及びレンズ駆動の時間が長い場合、相関演算に使用する画素情報を先行して取得し、全画素の画素情報の取得が完了するのに先立って演算を始めたい。この時、画像取得方法設定部900は垂直走査回路206を、以下の手順で読み出しを行うように制御する。 When a still image is acquired and the time for correlation calculation and lens driving is long as shown in FIG. 8A, the pixel information used for the correlation calculation is acquired in advance, and the pixel information of all pixels is acquired. I want to start the operation before it is completed. At this time, the image acquisition method setting unit 900 controls the vertical scanning circuit 206 so as to perform reading according to the following procedure.

まず垂直走査回路制御部204に設定されている、第2の読み出し設定205bによって選択された行を、第2の駆動モードによって最初に取得する。続いて、そのような行の全ての取得が完了してから、それ以外の行を読み出す。こうすることによって、図10(a)に示すように相関演算を画像の読み出し完了よりも先行して開始することができ、結果としてシステム全体のフレームレートの低下を抑制することができる。 First, the row selected by the second read setting 205b set in the vertical scanning circuit control unit 204 is first acquired by the second drive mode. Then, after all the acquisitions of such rows are completed, the other rows are read. By doing so, as shown in FIG. 10A, the correlation operation can be started prior to the completion of reading the image, and as a result, the decrease in the frame rate of the entire system can be suppressed.

静止画を取得する場合で、かつ図8(b)のようにDEF-MAP生成及び処理演算の時間が長い場合、DEF-MAP生成に使用する画素情報を先行して取得し、全画素の画像情報の取得が完了するのに先立って演算を始めたい。この時、画像取得方法設定部900は垂直走査回路206を、以下の手順で読み出しを行うように制御する。 When a still image is acquired and the time for DEF-MAP generation and processing calculation is long as shown in FIG. 8B, the pixel information used for DEF-MAP generation is acquired in advance, and the image of all pixels is acquired. I want to start the calculation before the information acquisition is completed. At this time, the image acquisition method setting unit 900 controls the vertical scanning circuit 206 so as to perform reading according to the following procedure.

まず垂直走査回路制御部204に設定されている、第1の読み出し設定205aによって選択された行を、第2の駆動モードによって最初に取得する。続いて、そのような行の全ての取得が完了してから、それ以外の行を読み出す。こうすることによって、図10(b)に示すようにDEF-MAP生成を画像の読み出し完了よりも先行して開始することができ、結果としてシステム全体のフレームレートの低下を抑制することができる。 First, the row selected by the first read setting 205a set in the vertical scanning circuit control unit 204 is first acquired by the second drive mode. Then, after all the acquisitions of such rows are completed, the other rows are read. By doing so, as shown in FIG. 10B, DEF-MAP generation can be started prior to the completion of image reading, and as a result, a decrease in the frame rate of the entire system can be suppressed.

以上説明したように、第2の実施形態によれば、画像取得方法設定部900を設けることにより、設定された撮影モードに応じて少なくとも開口部の画素信号の取得順序を変更することができる。このことにより、システム全体としてフレームレートの低下を抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, by providing the image acquisition method setting unit 900, it is possible to change at least the acquisition order of the pixel signals of the openings according to the set shooting mode. As a result, it is possible to suppress a decrease in the frame rate of the entire system.

本実施形態では、スリットローリングシャッターによって動画像を取得する方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、グローバル電子シャッター機能を有する撮像素子において動画像を取得することも可能である。その場合、読み出しの時間的順序と画像内の位置的順序を無関係に取得することができる。そのため、動画像取得時であっても、本実施形態で説明したように、時間がかかる計算に用いる情報を先に読み出すことによって、システム全体のフレームレートの低下を抑制することができる。 In the present embodiment, a method of acquiring a moving image by a slit rolling shutter has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, it is also possible to acquire a moving image with an image sensor having a global electronic shutter function. In that case, the temporal order of reading and the positional order in the image can be acquired independently. Therefore, even at the time of acquiring a moving image, as described in the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the frame rate of the entire system by first reading out the information used for the time-consuming calculation.

(第3の実施形態)
第1の実施形態の図7で示したように、第1の領域と第2の領域は重複して設定することができる。この場合、重複した領域は第1の読み出し設定205aによって選択された画素群と、第2の読み出し設定205bによって選択された画素群の両方で、第2の駆動モードによる読み出しを行う。図7(b)で示した読み出し設定では、第1の読み出し設定205aによって選択された画素群と、第2の読み出し設定205bによって選択された画素群は重複しないようになっているが、読み出し設定によっては重複する場合がある。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 7 of the first embodiment, the first region and the second region can be set overlapping. In this case, the overlapping region is read by the second drive mode in both the pixel group selected by the first read setting 205a and the pixel group selected by the second read setting 205b. In the read setting shown in FIG. 7B, the pixel group selected by the first read setting 205a and the pixel group selected by the second read setting 205b do not overlap, but the read setting is set. Some may overlap.

図11に、読み出し設定によって選択される画素群が重複した場合の様子を簡易的に示した。図11は図7(a)の第1の領域と第2の領域が重複している領域703の第n行目から第n+10行目までを抜き出したものである。図中1100で示された網掛け部は、第1の読み出し設定205aによって選択された行であり、図中1101で示された斜線部は、第2の読み出し設定205bによって選択された行である。第n行目は、第1の読み出し設定205aによって選択されている。第1の読み出し設定205aが、行周期10行で第2の駆動モードで読み出す行を選択する場合、第n+10行目も第1の読み出し設定205aによって選択されることになる。第n+1行目は、第2の読み出し設定205bによって選択されている。第2の読み出し設定205bが、行周期3行で第2の駆動モードで読み出す行を選択する場合、第n+10行目も第2の読み出し設定205bによって選択されることになる。この場合、第n+10行目は、第1の読み出し設定205aと、第2の読み出し設定205bの両方で選択されることとなる。 FIG. 11 simply shows a state in which the pixel groups selected by the read setting overlap. FIG. 11 is an extraction of the nth to n + 10th rows of the region 703 in which the first region and the second region of FIG. 7A overlap. The shaded area shown by 1100 in the figure is the line selected by the first read setting 205a, and the shaded area shown by 1101 in the figure is the line selected by the second read setting 205b. .. The nth row is selected by the first read setting 205a. When the first read setting 205a selects a row to be read in the second drive mode with a row cycle of 10 rows, the n + 10th row is also selected by the first read setting 205a. The n + 1th line is selected by the second read setting 205b. When the second read setting 205b selects a row to be read in the second drive mode with a row cycle of three rows, the n + 10th row is also selected by the second read setting 205b. In this case, the n + 10th line is selected by both the first read setting 205a and the second read setting 205b.

第1の実施形態で説明したような画素信号の読み出しにおいては、PD203a,203bからの読み出しは破壊読み出しである。このような撮像素子において同一画素を複数回読み出した場合、2回目以降は正しくない値を取得することになり、位相差情報を用いた計算に正しくないデータを用いることになってしまう。 In the reading of the pixel signal as described in the first embodiment, the reading from PD203a and 203b is a destructive reading. When the same pixel is read out a plurality of times in such an image sensor, an incorrect value will be acquired from the second time onward, and incorrect data will be used for the calculation using the phase difference information.

そこで、本実施形態のように、第1の読み出し設定205aと、第2の読み出し設定205bの両方で同一の画素群を選択した場合は、読み出しは一度だけ行う。そして、重複して選択された画素群(本実施形態では第n+10行目に属する画素)は、第1の読み出し設定205aによって選択された画素情報を用いた演算と、第2の読み出し設定205bによって選択された画素情報を用いた演算の両方に共通に用いるようにする。 Therefore, when the same pixel group is selected for both the first read setting 205a and the second read setting 205b as in the present embodiment, the reading is performed only once. Then, the overlappingly selected pixel groups (pixels belonging to the n + 10th row in the present embodiment) are calculated by the calculation using the pixel information selected by the first read setting 205a and by the second read setting 205b. It is used in common for both operations using the selected pixel information.

以上説明したように、第3の実施形態によれば、複数の読み出し設定において第2の駆動モードで取得する画素を重複して選択した場合においても、異常な出力を計算に用いないように動作させることが可能となる。 As described above, according to the third embodiment, even when the pixels to be acquired in the second drive mode are duplicatedly selected in the plurality of read settings, the operation is such that the abnormal output is not used in the calculation. It is possible to make it.

(第4の実施形態)
一般に第1の駆動モード(位相差を検出できないモード)のN信号からS信号(A+B信号)までの時間間隔よりも、第2の駆動モード(位相差を検出できるモード)のN信号からS信号(A+B信号)までの時間間隔は長い。そのため動作周波数が低下し、例えば1/fノイズが増加したり、N信号のAD変換からS信号のAD変換の間に起こる電源の揺らぎによって一様な画素レベル変化が起きたり、というような現象が生じることがある。それにより、第1の駆動モードで読み出された画素信号と、第2の駆動モードで読み出された画素信号で、画質の差が生じることがある。この場合、1フレームの画素信号の取得で第1の駆動モードと第2の駆動モードを混在させると、画面内に駆動モードの違いによる行毎の画像の差が生じることになり、1フレーム全体の画質が低下する。そのような場合、例えば第1の駆動モードによって読み出された画素情報を用いて、第2の駆動モードによって読み出された画素情報を補正する方法がある。
(Fourth Embodiment)
Generally, rather than the time interval from the N signal to the S signal (A + B signal) in the first drive mode (mode in which the phase difference cannot be detected), the S signal from the N signal in the second drive mode (mode in which the phase difference can be detected). The time interval until (A + B signal) is long. Therefore, the operating frequency decreases, for example, 1 / f noise increases, and the fluctuation of the power supply that occurs between the AD conversion of the N signal and the AD conversion of the S signal causes a uniform pixel level change. May occur. As a result, there may be a difference in image quality between the pixel signal read in the first drive mode and the pixel signal read in the second drive mode. In this case, if the first drive mode and the second drive mode are mixed in the acquisition of the pixel signal of one frame, a difference in the image for each line occurs in the screen due to the difference in the drive mode, and the entire one frame. The image quality of is deteriorated. In such a case, for example, there is a method of correcting the pixel information read by the second drive mode by using the pixel information read by the first drive mode.

この補正の例として、図12(a)に示したような3×3のフィルタを考える。このような補正は、例えばDSP107で行われる。図12(a)は画素アレイ200の一部を抜き出したものである。図中ドットを付された単位画素201である画素1200は補正対象画素であり、この補正対象画素1200に対して周囲の3×3の同色の画素を補正使用画素1201として、フィルタ処理を施す。この時、補正対象画素1200は第2の駆動モードで読みだされているとすると、補正後の画質は第1の駆動モードによって読み出された画素に近づくことが期待される。そのため補正使用画素1201は第1の駆動モードによって読み出された画素情報を使用することが望ましい。 As an example of this correction, consider a 3 × 3 filter as shown in FIG. 12 (a). Such correction is performed by, for example, DSP107. FIG. 12A is an extraction of a part of the pixel array 200. The pixel 1200, which is the unit pixel 201 with dots in the figure, is a correction target pixel, and the surrounding 3 × 3 pixels of the same color are used as correction use pixels 1201 for filtering with respect to the correction target pixel 1200. At this time, assuming that the correction target pixel 1200 is read out in the second drive mode, it is expected that the corrected image quality will be close to the pixel read out by the first drive mode. Therefore, it is desirable that the correction used pixel 1201 uses the pixel information read by the first drive mode.

図12(b)に、補正対象画素1200の補正に、第1の駆動モードによって読み出された画素を使用できない例を示した。第n+2行目の画素を補正する場合を考える。3×3のフィルタ処理を考えると、補正使用画素1101は第n行と第n+4行である。しかし図12(b)の例では、第n行と第n+4行も第2の駆動モードで読みだされる設定となっている。この場合、画素情報の補正を行ったとしても、補正後の画質を第1の駆動モードに近づけることができない。 FIG. 12B shows an example in which the pixel read by the first drive mode cannot be used for the correction of the correction target pixel 1200. Consider the case of correcting the pixels in the n + 2nd row. Considering the 3 × 3 filter processing, the correction used pixels 1101 are the nth row and the nth row + 4th row. However, in the example of FIG. 12B, the nth row and the nth + 4th row are also set to be read in the second drive mode. In this case, even if the pixel information is corrected, the corrected image quality cannot be brought close to that of the first drive mode.

図12(c)に、補正対象画素1200の補正に、第1の駆動モードによって読み出された画素を使用できる例を示した。第n+3行目の画素を補正する場合を考える。3×3のフィルタ処理を考えると、補正使用画素1201は第n+1行と第n+5行である。図12(c)の例では、第n行と第n+5行のどちらも第1の駆動モードで読みだされる設定となっている。この場合、画素情報の補正を行うことによって、補正後の画質を第1の駆動モードに近づけることができる。 FIG. 12C shows an example in which the pixel read by the first drive mode can be used for the correction of the correction target pixel 1200. Consider the case of correcting the pixels in the n + 3rd row. Considering the 3 × 3 filter processing, the correction used pixels 1201 are the n + 1th row and the n + 5th row. In the example of FIG. 12 (c), both the nth row and the nth + 5th row are set to be read in the first drive mode. In this case, by correcting the pixel information, the corrected image quality can be brought closer to the first drive mode.

画素補正の目的は、第2の駆動モードで読み出された画素の画質を、第1の駆動モードで読み出された画素の画質に近づけることであるため、図12(b)のような読み出し方は画素補正の目的を果たせない。そのため、画素補正を行う場合は、図12(c)のように画素補正に使用する画素の少なくとも一部を、第1の駆動モードによって読み出すように垂直走査回路制御部204を設定する。 Since the purpose of the pixel correction is to bring the image quality of the pixels read in the second drive mode closer to the image quality of the pixels read in the first drive mode, the reading as shown in FIG. 12 (b). One cannot fulfill the purpose of pixel correction. Therefore, when performing pixel correction, the vertical scanning circuit control unit 204 is set so that at least a part of the pixels used for pixel correction is read out by the first drive mode as shown in FIG. 12 (c).

以上説明したように第4の実施形態によれば、第2の駆動モードによって読み出されたある画素の補正に用いられる画素の、少なくとも一部を第1の駆動モードによって読み出すように動作させることが可能となる。このことによって、第2の駆動モードによって読み出された画素に対して補正を行って、第1の駆動モードによって読み出された画素の画質に近づけることができるようになる。 As described above, according to the fourth embodiment, at least a part of the pixels used for the correction of a certain pixel read out by the second drive mode is operated so as to be read out by the first drive mode. Is possible. This makes it possible to correct the pixels read by the second drive mode and bring the image quality closer to the image quality of the pixels read by the first drive mode.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and modifications can be made within the scope of the gist thereof.

(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

100:第1レンズ、101:絞り、102:第2レンズ、103:第3レンズ、104:フォーカルプレーンシャッタ、106:撮像素子、108:RAM、109:CPU、110:表示部、111:操作部、112:記録媒体、113:ROM 100: 1st lens, 101: Aperture, 102: 2nd lens, 103: 3rd lens, 104: Focal plane shutter, 106: Image sensor, 108: RAM, 109: CPU, 110: Display unit, 111: Operation unit , 112: Recording medium, 113: ROM

Claims (28)

1つのマイクロレンズと、該1つのマイクロレンズに対応して配置された複数の光電変換部とを有する単位画素が行列状に複数配置された画素領域を有する撮像素子と、
前記画素領域の第1の領域と第2の領域のそれぞれの画素について、前記複数の光電変換部の信号を第1の数にグループ分けして信号を読み出す第1のモードで信号を読み出す第1の画素とするか、前記複数の光電変換部を前記第1の数よりも多い第2の数にグループ分けして信号を読み出す第2のモードで信号を読み出す第2の画素とするかを設定する設定手段と、を備え、
前記第1の領域および前記第2の領域の画素は、前記行列状の配列の行単位で前記第1の画素または前記第2の画素に設定され、前記第2の画素に設定される行の周期が前記第1の領域と前記第2の領域で異なることを特徴とする撮像装置。
An image sensor having a pixel region in which a plurality of unit pixels having one microlens and a plurality of photoelectric conversion units arranged corresponding to the one microlens are arranged in a matrix.
For each pixel in the first region and the second region of the pixel region, the signals of the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a first number and the signals are read out in the first mode. It is set whether the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a second number larger than the first number and used as a second pixel for reading a signal in a second mode for reading a signal. With the setting means to
The pixels of the first region and the second region are set in the first pixel or the second pixel in row units of the matrix array, and are set in the second pixel. An image pickup apparatus characterized in that the period differs between the first region and the second region .
前記第1の数は1であり、前記第2の数は2であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the first number is 1, and the second number is 2. 記第1の域は、前記画素領域の全体に対応し、前記第2の域は、前記画素領域の一部に対応することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the first region corresponds to the entire pixel region, and the second region corresponds to a part of the pixel region. .. 前記第2の域は、焦点検出領域であることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 3 , wherein the second region is a focus detection region. 前記第2の画素は、焦点検出のための信号を出力することを特徴とする請求項またはに記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the second pixel outputs a signal for focus detection. 前記第1の域の信号に基づいてデフォーカスマップを作成し、前記第2の域の信号に基づいて、オートフォーカスを行うことを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 5 , wherein a defocus map is created based on the signal in the first region , and autofocus is performed based on the signal in the second region . 前記第1の域における前記第1の画素の数に対する前記第2の画素の数の割合は、前記第2の域における前記第1の画素の数に対する前記第2の画素の数の割合よりも小さいことを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の撮像装置。 The ratio of the number of the second pixels to the number of the first pixels in the first region is the ratio of the number of the second pixels to the number of the first pixels in the second region . The image pickup apparatus according to any one of claims 3 to 6 , wherein the image pickup apparatus is smaller than the above. 前記第1の域における前記第2の画素に設定される行の周期は、前記第2の域における前記第2の画素に設定される行の周期よりも大きいことを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 The claim is characterized in that the row cycle set for the second pixel in the first region is larger than the row cycle set for the second pixel in the second region . 7. The imaging device according to 7. 前記撮像素子から出力する信号の順序を、前記行列状の画素の配列の順序と異ならせる変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a changing means for changing the order of signals output from the image pickup element to be different from the order of arrangement of the matrix-shaped pixels. 前記変更手段は、前記撮像素子から、前記第2の画素の信号よりも前記第1の画素の信号を先に出力させることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 9 , wherein the changing means outputs the signal of the first pixel before the signal of the second pixel from the image pickup device. 前記変更手段は、前記撮像素子から、前記第1の画素の信号よりも前記第2の画素の信号を先に出力させることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 9 , wherein the changing means outputs the signal of the second pixel before the signal of the first pixel from the image pickup device. 前記第1の領域と前記第2の領域が互いに重なる領域において、同じ行がそれぞれの域において重複して前記第2の画素に設定されている場合には、前記重複して前記第2の画素に設定されている画素の信号を一度だけ読み出すことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の撮像装置。 In the region where the first region and the second region overlap each other, when the same row is overlapped in each region and set in the second pixel, the overlapping second region is set. The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 11 , wherein the signal of the pixel set in the pixel is read out only once. 前記一度だけ読み出された信号は、前記第2の画素の信号を用いる、前記第1の領域と前記第2の領域での異なる演算に共通に使用されることを特徴とする請求項12に記載の撮像装置。 The twelfth claim is characterized in that the signal read only once is commonly used for different operations in the first region and the second region using the signal of the second pixel. The imaging device described. 前記第1の画素の信号を用いて前記第2の画素の信号を補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 13 , further comprising a correction means for correcting the signal of the second pixel by using the signal of the first pixel. 1つのマイクロレンズと、該1つのマイクロレンズに対応して配置された複数の光電変換部とを有する単位画素が行列状に複数配置された画素領域を有する撮像素子を備える撮像装置を制御する方法であって、
前記画素領域の第1の領域と第2の領域のそれぞれの画素について、前記複数の光電変換部の信号を第1の数にグループ分けして信号を読み出す第1のモードで信号を読み出す第1の画素とするか、前記複数の光電変換部を前記第1の数よりも多い第2の数にグループ分けして信号を読み出す第2のモードで信号を読み出す第2の画素とするかを設定する設定工程有し、
前記第1の領域および前記第2の領域の画素は、前記行列状の配列の行単位で前記第1の画素または前記第2の画素に設定され、前記第2の画素に設定される行の周期が前記第1の領域と前記第2の領域で異なることを特徴とする撮像装置の制御方法。
A method for controlling an image pickup device including an image pickup device having a pixel region in which a plurality of unit pixels having a plurality of unit pixels having one microlens and a plurality of photoelectric conversion units arranged corresponding to the one microlens are arranged in a matrix. And,
For each pixel in the first region and the second region of the pixel region, the signals of the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a first number and the signals are read out in the first mode. It is set whether the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a second number larger than the first number and used as a second pixel for reading a signal in a second mode for reading a signal. Has a setting process to
The pixels of the first region and the second region are set in the first pixel or the second pixel in row units of the matrix array, and are set in the second pixel. A control method for an image pickup apparatus, characterized in that the period differs between the first region and the second region .
請求項15に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute each step of the control method according to claim 15 . 請求項15に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。 A computer-readable storage medium that stores a program for causing a computer to execute each step of the control method according to claim 15 . 1つのマイクロレンズと、該1つのマイクロレンズに対応して配置された複数の光電変換部とを有する単位画素が行列状に複数配置された画素領域を有する撮像素子と、An image sensor having a pixel region in which a plurality of unit pixels having one microlens and a plurality of photoelectric conversion units arranged corresponding to the one microlens are arranged in a matrix.
前記画素領域の第1の領域と第2の領域のそれぞれの画素について、前記複数の光電変換部の信号を第1の数にグループ分けして信号を読み出す第1のモードで信号を読み出す第1の画素とするか、前記複数の光電変換部を前記第1の数よりも多い第2の数にグループ分けして信号を読み出す第2のモードで信号を読み出す第2の画素とするかを設定する設定手段と、を備え、For each pixel in the first region and the second region of the pixel region, the signals of the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a first number and the signals are read out in the first mode. It is set whether the plurality of photoelectric conversion units are grouped into a second number larger than the first number and used as a second pixel for reading a signal in a second mode for reading a signal. With the setting means to
前記第1の領域の信号に基づいてデフォーカスマップを作成し、前記第2の領域の信号に基づいて、オートフォーカスを行うことを特徴とする撮像装置。An image pickup apparatus characterized in that a defocus map is created based on a signal in the first region and autofocus is performed based on the signal in the second region.
前記第1の数は1であり、前記第2の数は2であることを特徴とする請求項18に記載の撮像装置。The image pickup apparatus according to claim 18, wherein the first number is 1, and the second number is 2. 前記第1の領域は、前記画素領域の全体に対応し、前記第2の領域は、前記画素領域の一部に対応することを特徴とする請求項18または19に記載の撮像装置。The imaging device according to claim 18 or 19, wherein the first region corresponds to the entire pixel region, and the second region corresponds to a part of the pixel region. 前記第1の領域における前記第1の画素の数に対する前記第2の画素の数の割合は、前記第2の領域における前記第1の画素の数に対する前記第2の画素の数の割合よりも小さいことを特徴とする請求項18乃至20のいずれか1項に記載の撮像装置。The ratio of the number of the second pixels to the number of the first pixels in the first region is larger than the ratio of the number of the second pixels to the number of the first pixels in the second region. The imaging apparatus according to any one of claims 18 to 20, wherein the image pickup apparatus is small. 前記第1の領域における前記第2の画素に設定される行の周期は、前記第2の領域における前記第2の画素に設定される行の周期よりも大きいことを特徴とする請求項21に記載の撮像装置。21 is characterized in that the row cycle set for the second pixel in the first region is larger than the row cycle set for the second pixel in the second region. The imaging device described. 前記撮像素子から出力する信号の順序を、前記行列状の画素の配列の順序と異ならせる変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項18乃至22のいずれか1項に記載の撮像装置。The image pickup apparatus according to any one of claims 18 to 22, further comprising a changing means for changing the order of signals output from the image pickup element to be different from the order of arrangement of the matrix-shaped pixels. 前記変更手段は、前記撮像素子から、前記第2の画素の信号よりも前記第1の画素の信号を先に出力させることを特徴とする請求項23に記載の撮像装置。23. The image pickup apparatus according to claim 23, wherein the changing means outputs the signal of the first pixel before the signal of the second pixel from the image pickup device. 前記変更手段は、前記撮像素子から、前記第1の画素の信号よりも前記第2の画素の信号を先に出力させることを特徴とする請求項23に記載の撮像装置。23. The image pickup apparatus according to claim 23, wherein the changing means outputs the signal of the second pixel before the signal of the first pixel from the image pickup device. 前記第1の領域と第2の領域が互いに重なる領域において、同じ行がそれぞれの領域において重複して前記第2の画素に設定されている場合には、前記重複して前記第2の画素に設定されている画素の信号を一度だけ読み出すことを特徴とする請求項18乃至25のいずれか1項に記載の撮像装置。In the region where the first region and the second region overlap each other, when the same row is set to overlap in the second pixel in each region, the overlap is made in the second pixel. The image pickup apparatus according to any one of claims 18 to 25, wherein the signal of the set pixel is read out only once. 前記一度だけ読み出された信号は、前記第2の画素の信号を用いる、前記第1の領域と第2の領域での異なる演算に共通に使用されることを特徴とする請求項26に記載の撮像装置。26. Claim 26, wherein the signal read only once is commonly used for different operations in the first region and the second region using the signal of the second pixel. Imaging device. 前記第1の画素の信号を用いて前記第2の画素の信号を補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項18乃至27のいずれか1項に記載の撮像装置。The image pickup apparatus according to any one of claims 18 to 27, further comprising a correction means for correcting the signal of the second pixel by using the signal of the first pixel.
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