JP7381067B2 - Imaging device and imaging device - Google Patents

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本発明は、位相差検出画素を有する撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device having phase difference detection pixels.

近年、撮像素子上の通常画素の一部に替えて位相差検出画素を配置し、それらの出力する位相差検出用信号を用いて被写体のピント位置を取得する技術が一般化しつつある。ここで、撮像素子として広く普及しているいわゆるベイヤー型の撮像素子に注目すると、同色のカラーフィルタを備えた画素は水平方向に1画素分離間されているという特徴がある。 In recent years, a technique has become common in which phase difference detection pixels are arranged in place of some of the normal pixels on an image sensor, and the focus position of a subject is obtained using the phase difference detection signals outputted by these pixels. Here, focusing on the so-called Bayer type image sensor which is widely used as an image sensor, it has a feature that pixels provided with color filters of the same color are separated by one pixel in the horizontal direction.

そのため、一対の位相差検出画素を配置する際に各画素を同じ感度特性を有する同色のカラーフィルタ位置に配置することが望ましいが、ベイヤー型撮像素子の場合には画素ペアを構成する画素同士が離れてしまい、位相差検出用信号の精度が低下するという問題があった。 Therefore, when arranging a pair of phase difference detection pixels, it is desirable to arrange each pixel at the same color filter position with the same sensitivity characteristics, but in the case of a Bayer type image sensor, the pixels that make up the pixel pair are There was a problem in that the accuracy of the phase difference detection signal deteriorated due to the separation.

また、位相差検出画素ペアを同一行内に連続して並べることで水平方向に高い位相差の解像度を得ることを目的とした方式が知られている。しかし、静止画像を生成する際に位相差検出画素が欠陥画素として扱われるため、同一行内に連続して配置してしまうと欠陥画素補正時に参照できる通常画素の数が減少する。その結果、静止画像における位相差検出画素行の画質が低下するという問題があった。 Furthermore, a method is known that aims to obtain high phase difference resolution in the horizontal direction by arranging phase difference detection pixel pairs consecutively in the same row. However, since phase difference detection pixels are treated as defective pixels when generating a still image, if they are consecutively arranged in the same row, the number of normal pixels that can be referenced when correcting defective pixels decreases. As a result, there was a problem in that the image quality of the phase difference detection pixel row in a still image deteriorated.

このような問題点を解決するための技術が従来より提案されている。例えば、特許文献1に開示の発明では、複数の水平方向のラインと複数の垂直方向のラインとが交差する正方格子位置の夫々に光電変換素子である画素を配置する撮像素子であって、撮像素子の画素が配置された所定の領域内において、画素のうち位相差を検出する隣接配置された第1及び第2の位相差検出画素であるペア画素XYを、上記ラインのうちのいずれかのライン(第1ライン)内、及び第1ラインに平行なライン(第2ライン)内にペア画素を単位として複数ペア配置するに当たり、第1ライン内に少なくとも2画素分離間させてペア画素を複数ペア配置すると共に、第2ライン内にペア画素を、第1ライン上で離間させた位置と対応する位置に配置する、ことを特徴としている。 Techniques for solving such problems have been proposed in the past. For example, the invention disclosed in Patent Document 1 is an imaging device in which a pixel serving as a photoelectric conversion element is arranged at each square lattice position where a plurality of horizontal lines and a plurality of vertical lines intersect. Within a predetermined area where the pixels of the element are arranged, a pair of pixels XY, which are first and second phase difference detection pixels arranged adjacently for detecting a phase difference among the pixels, are connected to one of the above lines. When arranging a plurality of paired pixels as a unit within a line (first line) and a line parallel to the first line (second line), a plurality of paired pixels are placed within the first line with at least two pixel separations. It is characterized in that the paired pixels are arranged in pairs, and the paired pixels are arranged in the second line at positions corresponding to positions spaced apart on the first line.

この発明によれば、位相差検出画素ペアが複数連続して同一ライン上に配列されることがないため、位相差検出画素位置の撮像画素信号を、位相差検出画素に隣接する通常画素の撮像画像信号を用いて画素補間することができ、これにより高品質な被写体画像を撮像することが可能となる、としている。 According to this invention, since a plurality of phase difference detection pixel pairs are not consecutively arranged on the same line, the imaging pixel signal at the phase difference detection pixel position is used as the imaging pixel signal of the normal pixel adjacent to the phase difference detection pixel. It is possible to perform pixel interpolation using image signals, which makes it possible to capture high-quality subject images.

一方で、位相差検出画素では、ペアを構成する画素それぞれに正しく光線が入射することが、高いAF精度を発揮するために特に重要となる。 On the other hand, in the case of phase difference detection pixels, it is particularly important for a light beam to be correctly incident on each pixel forming a pair in order to achieve high AF accuracy.

入射した光線が正しく画素内の受光部に届かない原因の一つとして、撮像素子に入射する光線の角度が大きすぎるということがある。光線の入射角が大きすぎると、各画素の上部に配置するマイクロレンズを用いても入射光線を適切な角度に屈折しきれず、入射光線の一部乃至大部分が受光部以外の画素内構造物に入射されてしまう。 One of the reasons why the incident light ray does not correctly reach the light receiving section in the pixel is that the angle of the incident light ray to the image sensor is too large. If the incident angle of the light ray is too large, the incident light ray will not be refracted to an appropriate angle even if the microlens placed above each pixel is used, and a portion or most of the incident light will be reflected by structures inside the pixel other than the light receiving area. It will be incident on.

このような入射角の大きな光線におけるケラレの対応策としては、マイクロレンズを画素の増高に応じてシフトさせることが広く行われている。このようにしてマイクロレンズをシフトさせることによって、従来であればケラレてしまっていた光線を受光部まで集光させることが可能となる。 As a countermeasure against vignetting caused by such light rays having a large incident angle, it is widely practiced to shift the microlens according to the increase in the number of pixels. By shifting the microlens in this manner, it becomes possible to focus the light rays, which would otherwise be vignetted, onto the light receiving section.

特許第5589146号公報Patent No. 5589146

しかしながら、近年、デジタルカメラの小型化とともに、いわゆるフルサイズと言われるような大型の撮像素子が採用されるケースが増えている。このような大型の撮像素子を搭載したレンズ交換式のデジタルカメラでは、装着する交換レンズの種類によって、撮像面に入射する光線の角度が従来想定されてきた以上に大きな幅を持つことが明らかとなっている。対応すべき入射角の幅広さは、撮像面の周辺部において特に顕著である。 However, in recent years, with the miniaturization of digital cameras, large-sized image sensors, so-called full-size, are increasingly being adopted. In digital cameras with interchangeable lenses equipped with such large image sensors, it is clear that the angle of the light rays incident on the imaging surface has a wider range than previously assumed, depending on the type of interchangeable lens attached. It has become. The wide range of incident angles to be accommodated is particularly noticeable at the periphery of the imaging surface.

そして、上述したマイクロレンズシフトだけでは、このような幅広い入射角への対応としては限界があった。 Furthermore, the above-mentioned microlens shift alone has a limit in dealing with such a wide range of incident angles.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、位相差検出方向の解像度を保ちつつ撮影画像信号の補間精度を向上させ、さらに、幅広い入射角の光線に対応可能な撮像素子及び撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these circumstances, and provides an image sensor and image sensor that improves the interpolation accuracy of photographed image signals while maintaining the resolution in the phase difference detection direction, and that is capable of handling light rays with a wide range of incident angles. The purpose is to provide equipment.

上記目的を達成するために、本発明を実施の撮像素子は、複数の通常画素と、相対する方向に偏芯した受光面をそれぞれ有する1組の位相差検出画素からなる複数の位相差検出画素ペアと、からなる複数のラインを有し、前記各位相差検出画素ペア全体で受光面積が前記通常画素と同等となるよう構成され、第1のラインは前記通常画素と第1の位相差検出画素ペアとからなり、第2のラインは前記通常画素と第2の位相差検出画素ペアとからなり、前記第1のラインと平行で、前記第1のラインと前記第2のラインとはラインと直交する方向に所定の画素分離間して交互に配置され、前記第1の位相差検出画素ペアと前記第2の位相差検出画素ペアとはラインと直交する方向で重ならない位置関係で配置され、前記第1の位相差検出画素ペアと前記第2の位相差検出画素ペアは、それぞれのライン内位置に応じて、前記位相差検出画素ペアを構成する2つの前記位相差検出画素間の受光面積比率が変化し、前記第2の位相差検出画素ペアは、前記受光面積比率の上限及び下限が前記第1の位相差検出画素ペアとは異なること特徴とする。

In order to achieve the above object, an image sensor embodying the present invention has a plurality of phase difference detection pixels each including a plurality of normal pixels and a set of phase difference detection pixels each having a light receiving surface eccentric in opposite directions. The first line has a plurality of lines consisting of a pair and a first phase difference detection pixel pair, and is configured such that the light receiving area of each phase difference detection pixel pair as a whole is equal to that of the normal pixel, and the first line has a first phase difference between the normal pixel and the first line. The second line consists of the normal pixel and the second phase difference detection pixel pair, is parallel to the first line, and the first line and the second line are different from each other. The first phase difference detection pixel pair and the second phase difference detection pixel pair are arranged alternately with a predetermined pixel separation in the direction orthogonal to the line, and the first phase difference detection pixel pair and the second phase difference detection pixel pair are in a positional relationship that does not overlap in the direction orthogonal to the line. The first phase difference detection pixel pair and the second phase difference detection pixel pair are arranged so that the two phase difference detection pixels constituting each phase difference detection pixel pair are arranged according to their respective in-line positions. The second phase difference detection pixel pair is characterized in that the upper and lower limits of the light reception area ratio are different from those of the first phase difference detection pixel pair.

また、本発明を実施の撮像素子は、さらに前記第1の位相差検出画素ペアが、ライン内位置が撮像面周辺に近づくほど前記受光面積比率の差が大きくなり、ライン内位置が撮像面中央に近づくほど前記受光面積比率の差が小さくなること特徴とする。 Further, in the image sensor according to the present invention, the difference in the light-receiving area ratio of the first phase difference detection pixel pair increases as the in-line position approaches the periphery of the imaging surface, and the in-line position approaches the center of the imaging surface. It is characterized in that the difference in the light-receiving area ratio becomes smaller as it approaches .

また、本発明を実施の撮像素子は、さらに、前記位相差検出画素が遮光マスクを有し、前記受光面積は前記遮光マスクにより形成される開口部の開口面積であることを特徴とする。 The image sensor according to the present invention is further characterized in that the phase difference detection pixel includes a light-shielding mask, and the light-receiving area is an opening area of an opening formed by the light-shielding mask.

また、撮影レンズと上記の撮像素子とを備えた撮像装置であって、前記撮影レンズの特性情報に基づいて、前記第1のラインと前記第2のラインとから、位相差検出処理に用いる画素信号を読み出すラインを選択する手段をさらに備えることを特徴とする。 Further, in an imaging device including a photographing lens and the above-mentioned image sensor, pixels used for phase difference detection processing are selected from the first line and the second line based on characteristic information of the photographing lens. The present invention is characterized in that it further includes means for selecting a line from which a signal is read.

本発明を実施の撮像素子及び撮像装置によれば、位相差検出方向の解像度を保ちつつ撮影画像信号の補間精度を向上させ、さらに、幅広い入射角の光線に対応することが可能となる。また、位相差検出の際のデータ読み出し量を削減でき、処理の高速化が可能となる。 According to the image pickup device and the image pickup device embodying the present invention, it is possible to improve the interpolation accuracy of the photographed image signal while maintaining the resolution in the phase difference detection direction, and to cope with light rays having a wide range of incident angles. Furthermore, the amount of data read during phase difference detection can be reduced, and processing speed can be increased.

本発明の一実施形態である撮像装置の主要な構成を示したブロック図である。1 is a block diagram showing the main configuration of an imaging device that is an embodiment of the present invention. 垂直色分離型の撮像素子の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a vertical color separation type image sensor. 撮像面の上面模式図である。FIG. 3 is a schematic top view of an imaging surface. 画素ペアの内部構造を説明するための断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional diagram for explaining the internal structure of a pixel pair. 遮光マスクシフトにより生じる開口比率の変化を説明するグラフである。7 is a graph illustrating a change in aperture ratio caused by a light-shielding mask shift. 第2のラインLN2の画素ペアの遮光マスクとそれにより形成される開口部の形状の一例を示す上面模式図である。FIG. 7 is a schematic top view showing an example of the shape of the light-shielding mask of the pixel pair of the second line LN2 and the opening formed by the light-shielding mask. ライン選択処理の一例を示したフローチャートである。7 is a flowchart showing an example of line selection processing. ライン選択処理の他の一例を示したフローチャートである。12 is a flowchart showing another example of line selection processing.

以下、添付の図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.

図1は、本発明の一実施形態である撮像装置100の主要な構成を示したブロック図である。撮像装置100は、カメラ本体200と、カメラ本体200に着脱可能な交換レンズである撮影レンズ300と、で構成されている。 FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of an imaging device 100 that is an embodiment of the present invention. The imaging device 100 includes a camera body 200 and a photographing lens 300 that is an interchangeable lens that can be attached to and detached from the camera body 200.

カメラ本体200は、撮像素子210と、信号処理部230と、画像処理部240と、メインCPU250と、ROM251と、RAM252と、記録媒体インターフェース(I/F)260と、ユーザインターフェース(I/F)270と、画像表示部280と、を備えている。 The camera body 200 includes an image sensor 210, a signal processing section 230, an image processing section 240, a main CPU 250, a ROM 251, a RAM 252, a recording medium interface (I/F) 260, and a user interface (I/F). 270 and an image display section 280.

また、撮影レンズ300は、ズーム制御部310と、ズームレンズ311と、フォーカス制御部320と、フォーカスレンズ321と、絞り制御部330と、絞りユニット331と、レンズCPU340と、を備えている。 Further, the photographing lens 300 includes a zoom control section 310, a zoom lens 311, a focus control section 320, a focus lens 321, an aperture control section 330, an aperture unit 331, and a lens CPU 340.

撮像素子210は、撮影レンズ300により集光された光線を受光して光電変換し、画像信号を出力する。撮像素子210の受光面は多数の画素から構成されている。本実施形態の撮像素子210としては、いわゆる3層垂直色分離型の撮像素子が用いられている。このタイプの撮像素子については、例えば特許第5201776号公報に開示されている。 The image sensor 210 receives the light beam focused by the photographic lens 300, performs photoelectric conversion, and outputs an image signal. The light receiving surface of the image sensor 210 is composed of a large number of pixels. As the image sensor 210 of this embodiment, a so-called three-layer vertical color separation type image sensor is used. This type of image sensor is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 5201776.

撮像素子210は内部に不図示のゲイン可変アンプ、A/Dコンバータを備えており、画像信号はデジタルデータとして出力される。これらのゲイン可変アンプ、A/Dコンバータを内蔵していない撮像素子210を採用する場合には、これらのデバイスを個別に搭載すればよい。 The image sensor 210 is internally equipped with a variable gain amplifier and an A/D converter (not shown), and the image signal is output as digital data. When employing the image sensor 210 that does not include a variable gain amplifier or an A/D converter, these devices may be mounted individually.

信号処理部230は撮像素子210から読み出された画像信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理としては、例えば、画素受光量と出力値との間の線形性を確保するための補正処理や、読み出した画像信号を増幅するための増幅処理がある。 The signal processing unit 230 performs various signal processing on the image signal read out from the image sensor 210. Examples of signal processing include correction processing to ensure linearity between the amount of light received by a pixel and an output value, and amplification processing to amplify a read image signal.

画像処理部240は、信号処理部230から送られてきた画像信号に対して各種の画像処理を施す。画像処理として、例えば、ホワイトバランス処理、色再現処理、JPEG形式やTIFF形式の画像データへの現像処理等がある。 The image processing section 240 performs various image processing on the image signal sent from the signal processing section 230. Examples of image processing include white balance processing, color reproduction processing, and development processing for image data in JPEG format or TIFF format.

メインCPU250は、プログラムを実行することで撮像装置100全体の包括的な制御を行う。例えば、撮像素子210の読み出し制御を行う。メインCPU250が撮像素子210の駆動タイミングを決定する信号を出力することで、画素毎の水平駆動並びに垂直駆動が制御され、各画素からRGBの画像信号が読み出される。 The main CPU 250 performs comprehensive control of the entire imaging apparatus 100 by executing programs. For example, readout control of the image sensor 210 is performed. The main CPU 250 outputs a signal that determines the drive timing of the image sensor 210, thereby controlling horizontal drive and vertical drive for each pixel, and reading RGB image signals from each pixel.

メインCPU250はレンズCPU340と電気的に接続されており、協働して撮影レンズ300の制御を行う。ライブビュー画像取得時や通常撮影時には、レンズCPU340からの各種情報を取得して撮影条件等の決定に利用する。 The main CPU 250 is electrically connected to the lens CPU 340 and controls the photographic lens 300 in cooperation with the main CPU 250 . During live view image acquisition or normal photography, various information is acquired from the lens CPU 340 and used to determine photography conditions and the like.

ROM251は、メインCPU250が実行する各種プログラムや、メインCPU250が処理を実行するのに使用する各種特性情報や設定情報等が記憶される。特性情報としては、例えば、撮像素子210の分光感度特性が含まれる。 The ROM 251 stores various programs executed by the main CPU 250 and various characteristic information and setting information used by the main CPU 250 to execute processing. The characteristic information includes, for example, the spectral sensitivity characteristic of the image sensor 210.

RAM252は、メインCPU250がプログラムに従った処理を実行するときの作業領域として使用される。 The RAM 252 is used as a work area when the main CPU 250 executes processing according to a program.

記録媒体I/F260は、不図示の記録媒体との間でRAWデータや現像後の画像データの記録又は読み出しを行う。この記録媒体は、半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。 The recording medium I/F 260 records or reads RAW data and developed image data from a recording medium (not shown). This recording medium is a removable recording medium such as a semiconductor memory.

ユーザI/F270は、例えば、レリーズボタン、電源ボタン、コマンドダイヤル、十字キー等の操作部材を有しており、ユーザがこれらの操作部材を操作すると、メインCPU250は所定の動作を行う指示を出す。 The user I/F 270 has operating members such as a release button, a power button, a command dial, a cross key, etc., and when the user operates these operating members, the main CPU 250 issues an instruction to perform a predetermined operation. .

画像表示部280は、撮影画像や不図示の記録媒体から読み出された画像等を表示する。 The image display unit 280 displays photographed images, images read from a recording medium (not shown), and the like.

撮影レンズ300の光学系の一部であるズームレンズ311及びフォーカスレンズ321は、それぞれズーム制御部310及びフォーカス制御部320に接続されており、レンズの駆動や位置検出等の制御が行われる。ズームレンズ311及びフォーカスレンズ321は図中において簡単のためにそれぞれ1枚のレンズで描写しているが、これに限らない。また、ズームレンズ311を有さない単焦点レンズであってもよい。 A zoom lens 311 and a focus lens 321, which are part of the optical system of the photographic lens 300, are connected to a zoom control section 310 and a focus control section 320, respectively, and control such as lens driving and position detection is performed. Although the zoom lens 311 and the focus lens 321 are each depicted as one lens in the drawing for simplicity, the invention is not limited to this. Alternatively, a single focus lens without the zoom lens 311 may be used.

絞りユニット331は、絞り制御部330に接続されている。絞り制御部330は絞りユニット331の絞り値(F値)を制御する。 The aperture unit 331 is connected to the aperture control section 330. The aperture control section 330 controls the aperture value (F value) of the aperture unit 331.

レンズCPU340は、上述したメインCPU250と協働して各種制御部の制御内容を決定し、指示を出す。また、レンズCPU340は撮影レンズ300のズーム位置、フォーカス位置、F値等の各種情報を各制御部から取得し、適宜メインCPU250に出力する。 The lens CPU 340 cooperates with the above-mentioned main CPU 250 to determine the control contents of the various control units and issues instructions. Further, the lens CPU 340 acquires various information such as the zoom position, focus position, and F value of the photographic lens 300 from each control section, and outputs the information to the main CPU 250 as appropriate.

また、レンズCPU340は不図示のROMと接続されており、必要に応じて、格納されたレンズID、主光線角情報や各種補正処理に利用する補正データ等を読み出して適宜メインCPU250に出力する。これらの情報の出力は、例えば、撮影レンズ300がカメラ本体200に装着されたタイミングで行われる。 Further, the lens CPU 340 is connected to a ROM (not shown), and reads the stored lens ID, principal ray angle information, correction data used in various correction processes, etc. as necessary, and outputs the readout to the main CPU 250 as appropriate. These pieces of information are output, for example, at the timing when the photographing lens 300 is attached to the camera body 200.

図2は、上述した本実施形態の撮像装置100に実装される撮像素子210の垂直色分離構造を説明するための概念図である。いわゆる3層垂直色分離型の撮像素子では、簡単には、光電変換層として機能するフォトダイオードが深さ方向に3つ積層されて構成されている。3層に積層されたフォトダイオードの上層には入射光の集光率を改善するためのマイクロレンズMLが設けられている。 FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the vertical color separation structure of the imaging element 210 mounted in the imaging device 100 of the present embodiment described above. A so-called three-layer vertical color separation type image sensor is simply configured by three photodiodes that function as photoelectric conversion layers stacked in the depth direction. A microlens ML is provided in the upper layer of the photodiode stacked in three layers to improve the condensing efficiency of incident light.

ある画素に光が入射すると、入射光中の青色(B)成分は主に最上層に位置するBフォトダイオードPD_Bで光電変換される。同様に、入射光中の緑色(G)成分は主に中間層に位置するGフォトダイオードPD_Gで光電変換され、赤色(R)成分は主に最下層に位置するRフォトダイオードPD_Rで光電変換される。 When light enters a certain pixel, the blue (B) component in the incident light is photoelectrically converted mainly by the B photodiode PD_B located in the top layer. Similarly, the green (G) component in the incident light is mainly photoelectrically converted by the G photodiode PD_G located in the middle layer, and the red (R) component is mainly photoelectrically converted by the R photodiode PD_R located in the bottom layer. Ru.

これらの垂直方向の色分離は、フォトダイオードの材料として用いられるシリコン(Si)の特性を利用したものである。これにより、垂直色分離型の撮像素子では、ベイヤー型の撮像素子に必須のカラーフィルタが不要でありながら、1つの画素でRGBの各色成分信号を取得することが可能となる。各画素で3色全ての波長成分を光電変換できるため画素補間を行う必要がないというメリットもある。 These vertical color separations utilize the characteristics of silicon (Si) used as a material for photodiodes. As a result, the vertical color separation type image sensor does not require a color filter, which is essential to the Bayer type image sensor, and it is possible to obtain RGB color component signals with one pixel. There is also the advantage that there is no need to perform pixel interpolation because each pixel can photoelectrically convert the wavelength components of all three colors.

なお、フォトダイオードに換えて、有機物や無機物等を用いて特定の吸収特性を持つように構成された光電変換膜を光電変換層として複数積層させた構成としてもよい。 Note that instead of the photodiode, a plurality of photoelectric conversion films configured to have specific absorption characteristics using an organic substance, an inorganic substance, or the like may be laminated as a photoelectric conversion layer.

図3は、撮像素子210を被写体側から見たときの模式図であり、図3aは撮像素子210の撮像面全体の上面模式図、図3bは図3aにおいて破線で囲んだ一部分を拡大した上面模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram of the image sensor 210 when viewed from the subject side, FIG. 3a is a schematic top view of the entire imaging surface of the image sensor 210, and FIG. 3b is an enlarged top view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 3a. It is a schematic diagram.

図3bの各矩形がそれぞれ画素を表している。白い矩形は通常画素であり、主に撮影画像用の信号の生成に用いられる。濃い色の矩形は位相差検出画素であり、主に位相差検出用の信号の生成に用いられる。各画素はそれぞれ上述した垂直色分離型の画素構造である。 Each rectangle in FIG. 3b represents a pixel. White rectangles are usually pixels, and are mainly used to generate signals for captured images. Dark-colored rectangles are phase difference detection pixels, which are mainly used to generate signals for phase difference detection. Each pixel has the above-mentioned vertical color separation type pixel structure.

本図に示すように、2次元状に配置された通常画素の中に、隣接する一対の位相差検出画素のペアが所定のパターンで分布されている As shown in this figure, pairs of adjacent phase difference detection pixels are distributed in a predetermined pattern among normal pixels arranged two-dimensionally.

この一対の位相差検出画素のペアを位相差検出画素ペア、又は単に画素ペアと呼ぶこととする。また、画素ペアを構成する一対の位相差検出画素のうち、撮像面の-X側に位置する画素をL画素、撮像面の+X側に位置する画素をR画素とも呼ぶこととする。 This pair of phase difference detection pixels will be referred to as a phase difference detection pixel pair or simply a pixel pair. Further, among a pair of phase difference detection pixels constituting a pixel pair, the pixel located on the -X side of the imaging surface is also called an L pixel, and the pixel located on the +X side of the imaging surface is also called an R pixel.

画素ペアを構成する一対の位相差検出画素は、それぞれ相対する方向に偏芯された遮光マスクにより開口部が制限されている。 The apertures of the pair of phase difference detection pixels constituting the pixel pair are limited by light-shielding masks that are eccentric in opposite directions.

撮像素子210の撮像面において、複数の画素ペアは第1のラインLN1と第2のラインLN2のいずれかに属すことになる。これらのラインは共に撮像素子210撮像面のX方向と平行となっていて、第1のラインLN1と第2のラインLN2とはラインと直交するY方向に所定の間隔を空けて規則的に配置されている。本図では第1のラインLN1と第2のラインLN2はそれぞれ2本ずつ示されている。 On the imaging surface of the image sensor 210, a plurality of pixel pairs belong to either the first line LN1 or the second line LN2. Both of these lines are parallel to the X direction of the imaging surface of the image sensor 210, and the first line LN1 and the second line LN2 are regularly arranged at a predetermined interval in the Y direction perpendicular to the line. has been done. In this figure, two each of the first line LN1 and the second line LN2 are shown.

また、各ライン内では画素ペアは所定の間隔を空けて規則的に配置されていて、各ライン内の画素ペアは、対を構成する2つの位相差検出画素の隣接方向が、各ラインの伸びるX方向と平行となっている。 In addition, within each line, pixel pairs are regularly arranged at predetermined intervals, and the pixel pairs within each line are such that the adjacent direction of the two phase difference detection pixels forming the pair is the same as the direction in which each line extends. It is parallel to the X direction.

詳しくは後述するが、第1のラインLN1内の画素ペアは全て同一の遮光マスクを有している。また、第2のラインLN2内の画素ペアは画素ペアのX方向の位置によって遮光マスクの大きさが異なるように構成されている。 Although details will be described later, all the pixel pairs in the first line LN1 have the same light-shielding mask. Further, the pixel pairs in the second line LN2 are configured such that the size of the light-shielding mask differs depending on the position of the pixel pair in the X direction.

各ラインの画素ペアは、互いにラインと直交するY方向には重ならないように配置されている。すなわち、第1のラインLN1内の画素ペアが離間して形成された隙間に対応する位置に、第2のラインLN2内の画素ペアが配置されるよう構成されている。 Pixel pairs in each line are arranged so as not to overlap each other in the Y direction orthogonal to the line. That is, the pixel pairs in the second line LN2 are arranged at positions corresponding to gaps formed by separating the pixel pairs in the first line LN1.

これにより、単一行内にまとまって位相差検出画素を配置するよりも、画素補間による画質の劣化に強いというメリットがある。 This has the advantage of being more resistant to image quality deterioration due to pixel interpolation than arranging phase difference detection pixels in a single row.

以降では、第1のラインLN1に属する画素ペアを第1の画素ペア、第2のラインLN2に属する画素ペアを第2の画素ペアとも呼ぶこととする。そして、第1の画素ペア211と第2の画素ペア221は図3b中の最も-X側に位置する特定の画素ペアをそれぞれ指している。 Hereinafter, the pixel pair belonging to the first line LN1 will also be referred to as a first pixel pair, and the pixel pair belonging to the second line LN2 will also be referred to as a second pixel pair. The first pixel pair 211 and the second pixel pair 221 each refer to a specific pixel pair located on the -X side in FIG. 3b.

このように配置された位相差検出画素を含む各画素に対して、上述したようにメインCPU250が信号値の読み出し制御を行う。水平駆動信号によってある行が選択されると、例えばBフォトダイオードPD_B、GフォトダイオードPD_G、RフォトダイオードPD_Rの順に、選択行の各画素から信号値が読み出される。 As described above, the main CPU 250 performs signal value readout control for each pixel including the phase difference detection pixels arranged in this manner. When a certain row is selected by a horizontal drive signal, signal values are read out from each pixel in the selected row, for example, in the order of B photodiode PD_B, G photodiode PD_G, and R photodiode PD_R.

選択行が通常画素のみで構成される行であった場合には、メインCPU250は、各画素から読み出したRGB信号値を用いて画像信号を生成する。 If the selected row is a row consisting only of regular pixels, the main CPU 250 generates an image signal using the RGB signal values read from each pixel.

一方、選択行が位相差検出画素を含む行、すなわち上述した第1のラインLN1又は第2のラインLN2のいずれかであった場合には、メインCPU250は、行内の各位相差検出画素から読み出したRGB信号値を用いて位相差検出用信号を生成する。なお、RGBいずれか一層のフォトダイオードから読み出した信号値を用いて位相差検出用信号を生成するようにしてもいい。 On the other hand, when the selected row is a row including phase difference detection pixels, that is, either the first line LN1 or the second line LN2 described above, the main CPU 250 reads out the data from each phase difference detection pixel in the row. A phase difference detection signal is generated using the RGB signal values. Note that the phase difference detection signal may be generated using the signal value read from the photodiode of any one of the RGB layers.

続いてメインCPU250は、同一ライン上の画素ペアにより生成される一対の位相差検出用信号から位相差情報を生成する。すなわち、同一ライン上の画素ペアの、L画素のみから得られる位相差検出用信号とR画素のみから得られる位相差検出用信号とに基づいて相関演算を行うことで、位相差情報を生成する。そして、この得られた位相差情報を用いることで、フォーカス制御部320によるフォーカスレンズ321の焦点調節処理が行われる。 Next, the main CPU 250 generates phase difference information from a pair of phase difference detection signals generated by a pair of pixels on the same line. That is, phase difference information is generated by performing a correlation calculation based on a phase difference detection signal obtained only from L pixels and a phase difference detection signal obtained only from R pixels of a pair of pixels on the same line. . Then, by using the obtained phase difference information, the focus control unit 320 performs focus adjustment processing of the focus lens 321.

一般に、撮影レンズが同一の場合、撮像素子の周辺部であるほど入射する光線の入射角がきつくなる。従って、図3bに示すような周辺領域に位置する位相差検出画素は、入射角のきつい光線を正しく受光できる必要がある。以降では、これを達成するための本発明の画素構造を説明する。 In general, when the photographic lenses are the same, the angle of incidence of the incident light ray becomes steeper as the peripheral portion of the image sensor increases. Therefore, the phase difference detection pixels located in the peripheral region as shown in FIG. 3b need to be able to correctly receive light rays with a steep angle of incidence. In the following, a pixel structure of the present invention for achieving this will be explained.

図4は、上述した画素ペアの内部構造を説明するための概念図であり、図4aは図3b中の第1の画素ペア211の断面を、図4bは図3b中の第2の画素ペア221の断面を表している。 FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the internal structure of the above-mentioned pixel pair. FIG. 4a shows a cross section of the first pixel pair 211 in FIG. 3b, and FIG. 4b shows a cross section of the second pixel pair 211 in FIG. 3b. 221 is shown.

図4aに示す第1の画素ペア211は、L画素211LとR画素211Rとから構成されている。L画素211Lは、簡単には、入射側から順番に、マイクロレンズML、遮光マスク212L、フォトダイオードPDを有している。その他に不図示の金属配線層等を備えている。R画素211Rも同様に、マイクロレンズML、遮光マスク212R、フォトダイオードPDを有し、その他に不図示の金属配線層等を備えている。 The first pixel pair 211 shown in FIG. 4a is composed of an L pixel 211L and an R pixel 211R. Simply put, the L pixel 211L includes, in order from the incident side, a microlens ML, a light shielding mask 212L, and a photodiode PD. In addition, it includes a metal wiring layer (not shown) and the like. Similarly, the R pixel 211R includes a microlens ML, a light shielding mask 212R, a photodiode PD, and a metal wiring layer (not shown).

本図からわかるように、第1のラインLN1に属する第1の画素ペア211では、各位相差検出画素の遮光マスク212は互いに線対称で同一の形状となっており、L画素211Lは右半分が遮光され左半分の開口部213Lを有し、R画素211Rは左半分が遮光され右半分の開口部213Rを有している。 As can be seen from this figure, in the first pixel pair 211 belonging to the first line LN1, the light shielding masks 212 of each phase difference detection pixel are line symmetrical and have the same shape, and the right half of the L pixel 211L is The R pixel 211R has a left half opening 213L that is light-shielded and has a right half opening 213R that is light-shielded.

そして上述したように、第1のラインLN1に属する第1の画素ペアは全て本図に示した5:5の開口比率を持つ構成となっている。従って、以降ではこの5:5の開口比率を有する第1の画素ペアを5:5ペアとも呼ぶことがある。 As described above, all the first pixel pairs belonging to the first line LN1 have an aperture ratio of 5:5 as shown in the figure. Therefore, hereinafter, this first pixel pair having an aperture ratio of 5:5 may also be referred to as a 5:5 pair.

L画素211L及びR画素211Rは、双方のマイクロレンズML及び遮光マスク212によって撮影レンズ300の射出瞳の瞳分割が行われる。すなわち、L画素211Lは、+X方向に偏芯して形成された遮光マスク212Lにより撮影レンズ300の射出瞳の-X方向の光束のみを受光し、またR画素211Rは、-X方向に偏芯して形成された遮光マスク212Rにより撮影レンズ300の射出瞳の+X方向の光束のみを受光する。 In the L pixel 211L and the R pixel 211R, the exit pupil of the photographing lens 300 is divided by the microlens ML and the light-shielding mask 212. That is, the L pixel 211L receives only the light beam in the -X direction of the exit pupil of the photographing lens 300 through the light-shielding mask 212L, which is eccentrically formed in the +X direction, and the R pixel 211R is eccentrically formed in the -X direction. The light-shielding mask 212R formed as shown in FIG.

図4bに示す第2の画素ペア221も同様にL画素221LとR画素221Rとから構成されている。それぞれの内部構造は上述した第1の画素ペア211とほぼ同等となっており、それぞれマイクロレンズML、遮光マスク222、フォトダイオードPDを有し、その他に不図示の金属配線層等を備えている。 The second pixel pair 221 shown in FIG. 4b is similarly composed of an L pixel 221L and an R pixel 221R. The internal structure of each is almost the same as the first pixel pair 211 described above, and each has a microlens ML, a light-shielding mask 222, a photodiode PD, and a metal wiring layer (not shown). .

第1の画素ペア211と比較して第2の画素ペア221では開口部223L、223Rの大きさが異なっている。すなわち、L画素221Lでは遮光マスク222Lがせり出す方向(-X方向)にシフトしており、その結果開口部223Lが小さくなっている。また、R画素221Rでは遮光マスク222Rが引っ込む方向(+X方向)にシフトしており、その結果開口部223Rが大きくなっている。 Compared to the first pixel pair 211, the openings 223L and 223R in the second pixel pair 221 have different sizes. That is, in the L pixel 221L, the light-shielding mask 222L is shifted in the protruding direction (-X direction), and as a result, the opening 223L becomes smaller. Further, in the R pixel 221R, the light shielding mask 222R is shifted in the retracting direction (+X direction), and as a result, the opening 223R is enlarged.

後述するように、第2の画素ペアでは第2のラインLN2上の位置に応じて遮光マスクのシフト量を変化させている。そこで、以降では第2の画素ペアをシフトペアとも呼ぶことがある。 As will be described later, in the second pixel pair, the amount of shift of the light shielding mask is changed depending on the position on the second line LN2. Therefore, hereinafter, the second pixel pair may also be referred to as a shift pair.

次に、図3b中の各画素ペア211、221に入射する光線について図4を用いて説明する。上述したように、本図の第1の画素ペア211及び第2の画素ペア221は撮像素子210撮像面の-X方向端部に位置しており、そのため画素に入射する光線の入射角は撮像面の中央領域と比べてきつくなっている。 Next, the light rays incident on each pixel pair 211, 221 in FIG. 3b will be explained using FIG. 4. As described above, the first pixel pair 211 and the second pixel pair 221 in this figure are located at the end of the imaging surface of the image sensor 210 in the -X direction, and therefore the incident angle of the light beam incident on the pixel is It is tighter than the central area of the surface.

きつい角度で光線が入射した場合、図4aに示すように、5:5ペアである第1の画素ペア211のL画素211Lに対して入射する光線が正しく半分に遮光できておらず、その一方で、R画素211Rに対して入射する光線が遮光マスクによって全てケラレてしまっている。そのため、この第1の画素ペア211では左右の画素の受光量がアンバランスになり位相差検出用信号として不適切なものとなってしまう。同様に、周辺領域に位置するその他の5:5ペアでも適切な位相差検出用信号が生成できないので、第1のラインLN1を用いた焦点検出の精度が大きく低下してしまう。 When the light rays are incident at a severe angle, as shown in FIG. 4a, the light rays incident on the L pixel 211L of the first pixel pair 211, which is a 5:5 pair, are not correctly blocked in half, and one half of the light rays are not properly blocked. The light beams incident on the R pixel 211R are all vignetted by the light shielding mask. Therefore, in this first pixel pair 211, the amounts of light received by the left and right pixels become unbalanced, making the signal inappropriate as a phase difference detection signal. Similarly, other 5:5 pairs located in the peripheral area cannot generate appropriate phase difference detection signals, so the accuracy of focus detection using the first line LN1 is greatly reduced.

一方で、第1の画素ペア211に近接する第2の画素ペア221では、図4bに示すように、L画素221L、R画素221Rの各遮光マスク222がいずれもシフトされていて、その結果L画素221LとR画素221Rの双方でフォトダイオードPDに入射する光線が正しく遮光され、両者の受光量のバランスが適正になっている。そのため、焦点検出に適した位相差検出用信号が生成できるので、5:5ペアと比べて焦点検出の精度が大きく向上する。 On the other hand, in the second pixel pair 221 adjacent to the first pixel pair 211, as shown in FIG. The light beam incident on the photodiode PD is correctly blocked by both the pixel 221L and the R pixel 221R, and the balance of the amount of light received by both is appropriate. Therefore, since a phase difference detection signal suitable for focus detection can be generated, the accuracy of focus detection is greatly improved compared to a 5:5 pair.

しかしながら、撮像面の中央付近の比較的入射角が緩い領域では、図4bに示した第2の画素ペア221の有する遮光マスク222のシフト量のままだと逆に双方の遮光マスク222によってアンバランスな遮光が発生してしまうという問題がある。このような入射角が比較的緩い領域であれば、従来の5:5ペアのような構成の方がバランスよく入射光を遮光することができる。 However, in a region where the angle of incidence is relatively gentle near the center of the imaging surface, if the shift amount of the light shielding mask 222 of the second pixel pair 221 shown in FIG. There is a problem that light blocking occurs. In such a region where the incident angle is relatively gentle, a configuration such as the conventional 5:5 pair can block the incident light in a better balance.

そこで、本発明を実施の撮像素子210では、第2のラインLN2のシフトペアにおける遮光マスクのシフト量をシフトペアの水平位置に応じて変化させることとした。これにより、上述した図4aの画素ペアのように、不適切なケラレによる入射光線のアンバランスのエラーケースを防ぐことが可能となり、その結果、位相差検出画素による焦点検出において対応可能な入射光線角度の幅が広がる。 Therefore, in the image sensor 210 implementing the present invention, the shift amount of the light-shielding mask in the shift pair of the second line LN2 is changed in accordance with the horizontal position of the shift pair. This makes it possible to prevent the error case of unbalance of the incident light beam due to inappropriate vignetting, as in the case of the pixel pair in FIG. The range of angles increases.

図5は、上述したシフトペアの水平位置に応じた遮光マスクシフトにより生じる開口比率の変化を説明するグラフであり、水平方向(X方向)の画素位置と遮光マスクの開口比率との関係を示している。実線は第2のラインLN2に属するシフトペアのL画素の開口率を、破線は第2のラインLN2に属するシフトペアのR画素の開口率をそれぞれ示している。 FIG. 5 is a graph illustrating the change in aperture ratio caused by the light-shielding mask shift according to the horizontal position of the shift pair described above, and shows the relationship between the pixel position in the horizontal direction (X direction) and the aperture ratio of the light-shielding mask. There is. The solid line indicates the aperture ratio of the L pixel of the shift pair belonging to the second line LN2, and the broken line indicates the aperture ratio of the R pixel of the shift pair belonging to the second line LN2.

また、本図には参考として、第1のラインLN1に属する5:5ペアの開口比率を示すグラフも表記してある。上述したように、第1のラインLN1では全ての画素ペアで開口比率が等しく5:5となっているので、本図中には常に50%を示す1本の水平グラフとして表されている。 For reference, this figure also includes a graph showing the aperture ratio of the 5:5 pair belonging to the first line LN1. As described above, in the first line LN1, all the pixel pairs have the same aperture ratio of 5:5, so the aperture ratio is always represented as one horizontal graph showing 50% in this figure.

なお、画素ペアは、実際には各ライン上に所定の間隔を空けて離散的に配置されているが、本図では便宜的に線で表記している。 Note that, although the pixel pairs are actually arranged discretely on each line at predetermined intervals, they are shown by lines in this figure for convenience.

本図に示すように、本実施形態の撮像素子210の第2のラインLN2では、L画素とR画素の開口比率が画素ペアのX方向の位置に応じて所定の割合で変化している。詳しくは、L画素では、X方向左端における開口比率40%からX方向右端における開口比率60%まで開口比率が直線的に変化するよう構成されている。反対に、R画素では開口比率60%から40%まで変化するよう構成されている。 As shown in this figure, in the second line LN2 of the image sensor 210 of this embodiment, the aperture ratio of the L pixel and the R pixel changes at a predetermined rate depending on the position of the pixel pair in the X direction. Specifically, the L pixel is configured such that the aperture ratio changes linearly from 40% at the left end in the X direction to 60% at the right end in the X direction. On the other hand, the R pixel is configured to change the aperture ratio from 60% to 40%.

このように、第2のラインLN2では画素ペアの水平位置に応じて遮光マスクをシフトさせ、入射角のきつくなる周辺領域では画素ペアのうち入射角による影響をより大きく受ける内側の画素の開口比率を大きくし、一方で入射角の緩い中央領域では従来通りの5:5の開口比率に近づけるよう構成することにより、幅広い入射角の光線を適切にフォトダイオードPDに導くことが可能となる。 In this way, in the second line LN2, the light-shielding mask is shifted according to the horizontal position of the pixel pair, and in the peripheral area where the angle of incidence is tight, the aperture ratio of the inner pixel of the pixel pair, which is more affected by the angle of incidence, is changed. By increasing the angle of incidence while approaching the conventional aperture ratio of 5:5 in the central region where the angle of incidence is gentle, it becomes possible to appropriately guide light rays with a wide range of incidence angles to the photodiode PD.

図6は、第2のラインLN2の画素ペアの遮光マスクとそれにより形成される開口部の形状の一例を示す上面模式図であり、図6aはX方向左端付近に位置する画素ペアの上面図、図6bはX方向右端付近に位置する画素ペアの上面図を示している。図5でも説明したように、第2のラインLN2では4:6~6:4まで開口比率が変化しており、図6aはX方向左端付近で画素ペアの開口比率が4:6となっている様子を、図6bはX方向右端付近で画素ペアの開口比率が6:4となっている様子をそれぞれ表している。 FIG. 6 is a schematic top view showing an example of the shape of the light shielding mask of the pixel pair of the second line LN2 and the opening formed thereby, and FIG. 6a is a top view of the pixel pair located near the left end in the X direction. , FIG. 6b shows a top view of a pixel pair located near the right end in the X direction. As explained in FIG. 5, the aperture ratio changes from 4:6 to 6:4 in the second line LN2, and in FIG. 6a, the aperture ratio of the pixel pair is 4:6 near the left end in the X direction. FIG. 6b shows a situation where the aperture ratio of the pixel pair is 6:4 near the right end in the X direction.

上述したように、第2のラインLN2のシフトペアにおける開口比率の変化は、遮光マスクの形状変化によって達成される。すなわち、L画素では、X方向左端(図6a)からX方向右端(図6b)に移動するのに応じて遮光マスクを徐々に開口部を広げる方向(-X方向)にシフトさせ、その結果画素の開口部が大きくなる方向に変化する。またR画素も同様に、遮光マスクを徐々に開口部を覆う方向(+X方向)にシフトさせ、その結果画素の開口部が小さくなる方向に変化する。 As described above, the change in the aperture ratio in the shifted pair of the second line LN2 is achieved by changing the shape of the light shielding mask. That is, in the L pixel, as the light shielding mask moves from the left end in the X direction (FIG. 6a) to the right end in the The opening changes in the direction of becoming larger. Similarly, for the R pixel, the light-shielding mask is gradually shifted in the direction to cover the opening (+X direction), and as a result, the opening of the pixel changes in the direction of becoming smaller.

なお、本図では位相差検出画素の開口部を矩形形状としているが、これには限られない。 Note that although the opening of the phase difference detection pixel has a rectangular shape in this figure, it is not limited to this.

以上のように、本実施形態に係る撮像素子210では幅広い入射角の光線から適切に位相差検出用情報を取得するために、開口比率の異なる位相差検出画素ペアをそれぞれ含む2種類のラインを備えている。ここで、これらのラインを適切に選択することによって位相差検出処理のためのデータ読み出し量を削減でき、その結果位相差検出処理を高速化することができる。 As described above, in order to appropriately acquire phase difference detection information from light rays with a wide range of incident angles, the image sensor 210 according to the present embodiment uses two types of lines each including a pair of phase difference detection pixels with different aperture ratios. We are prepared. Here, by appropriately selecting these lines, the amount of data read for phase difference detection processing can be reduced, and as a result, the phase difference detection processing can be speeded up.

具体例としては、カメラ本体200に装着される撮影レンズ300の主光線角情報を利用し、撮像素子210の第1のラインと第2のラインのうち入射光ケラレの発生しにくいラインを選択して読み出すこととする。これにより、位相差検出精度の低下を抑えつつデータの読み出し量を削減できるので、位相差検出処理の高速化に繋がる。 As a specific example, the principal ray angle information of the photographing lens 300 attached to the camera body 200 is used to select a line where incident light vignetting is less likely to occur between the first line and the second line of the image sensor 210. Let's read it out. This makes it possible to reduce the amount of data read while suppressing a decrease in phase difference detection accuracy, leading to faster phase difference detection processing.

このライン選択について以降で詳しく説明する。なお、以降の実施例ではフローチャートの分岐の条件として撮影レンズ300の主光線角情報を利用しているが、これに限られず、その他のレンズ特性情報、例えば上光線角と下光線角の平均値が利用できる。 This line selection will be explained in detail below. In the following embodiments, principal ray angle information of the photographing lens 300 is used as a condition for branching the flowchart, but the information is not limited to this, and other lens characteristic information, such as the average value of the upper ray angle and the lower ray angle, may be used. is available.

<実施例1>
図7は、撮影レンズ300の主光線角情報を利用したライン選択処理の一例を示したフローチャートである。
<Example 1>
FIG. 7 is a flowchart showing an example of line selection processing using chief ray angle information of the photographic lens 300.

まずステップS101において、メインCPU250は装着されている撮影レンズ300のレンズCPU340から主光線角情報を取得する。主光線角情報を取得するタイミングは、例えば、撮影レンズ300を装着したときやカメラ本体200の電源を入れたときが考えられるが、これらに限られない。 First, in step S101, the main CPU 250 acquires principal ray angle information from the lens CPU 340 of the attached photographic lens 300. The timing for acquiring the principal ray angle information may be, for example, when the photographic lens 300 is attached or when the camera body 200 is turned on, but is not limited to these timings.

次にステップS102において、メインCPU250は取得した主光線角があらかじめ設定された閾値未満であるか否かを判定する。ここで、主光線角が閾値未満である場合にはステップS103に進み、主光線角が閾値以上である場合にはステップS104に進む。 Next, in step S102, the main CPU 250 determines whether the acquired chief ray angle is less than a preset threshold. Here, if the principal ray angle is less than the threshold value, the process proceeds to step S103, and if the principal ray angle is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S104.

ステップS103では、メインCPU250は位相差検出処理に用いるラインとして、5:5ペアを有する第1のラインを選択する。 In step S103, the main CPU 250 selects a first line having a 5:5 pair as a line used for phase difference detection processing.

一方、ステップS104では、メインCPU250は位相差検出処理に用いるラインとして、シフトペアを有する第2のラインを選択する。 On the other hand, in step S104, the main CPU 250 selects the second line having the shift pair as the line used for the phase difference detection process.

以上のフローチャートによって、後段の位相差検出処理に用いられる画素ペアのラインが決定される。本フローチャートには記載していないが、読み出すラインの決定後、撮影者によるレリーズボタン半押しの検知を行い、これが検知されると本フローチャートで選択されたラインを用いて公知の焦点検出が行われる。これにより、撮影レンズの主光線角に適した焦点検出が行えると共に、読み出すラインを削減できるので焦点検出に係る演算処理が高速化される。そして、さらに撮影者によるレリーズボタン全押しが検知されると、公知の焦点調節処理が行われた後に撮像処理が行われる。 According to the above flowchart, lines of pixel pairs used in the subsequent phase difference detection process are determined. Although not described in this flowchart, after determining the readout line, it is detected that the photographer presses the release button halfway, and when this is detected, known focus detection is performed using the line selected in this flowchart. . As a result, focus detection suitable for the principal ray angle of the photographic lens can be performed, and the number of lines to be read out can be reduced, so that calculation processing related to focus detection can be speeded up. Then, when it is further detected that the photographer fully presses the release button, known focus adjustment processing is performed, and then imaging processing is performed.

<実施例2>
次に、位相差検出処理に利用するラインの選択についての他の実施例を説明する。図8は、撮影レンズ300の主光線角情報を利用したライン選択処理の他の一例を示したフローチャートである。
<Example 2>
Next, another example regarding selection of lines used for phase difference detection processing will be described. FIG. 8 is a flowchart showing another example of line selection processing using principal ray angle information of the photographic lens 300.

まずステップS201において、メインCPU250は測距枠の設定が所定の中央領域内にあるか否かを判定する。具体的には、メインCPU250は撮影者によるユーザI/F270の操作によって測距枠が移動されているかを検知し、移動が行われている場合にその測距枠が所定の中央領域内に位置しているか否かを判定する。ここで、測距枠が中央領域内に設定されている場合にはステップS202に進み、測距枠が中央領域外に設定されている場合にはステップS203に進む。 First, in step S201, the main CPU 250 determines whether the distance measurement frame is set within a predetermined central area. Specifically, the main CPU 250 detects whether the distance measurement frame is moved by the photographer's operation of the user I/F 270, and if the distance measurement frame is moved, the main CPU 250 determines whether the distance measurement frame is located within a predetermined central area. Determine whether or not. Here, if the ranging frame is set within the central area, the process advances to step S202, and if the ranging frame is set outside the central area, the process advances to step S203.

そしてステップS202では、メインCPU250は位相差検出処理に用いるラインとして、第1のライン及び第2のライン双方を選択する。 Then, in step S202, the main CPU 250 selects both the first line and the second line as lines to be used in the phase difference detection process.

一方、ステップS203では、メインCPU250は装着されている撮影レンズ300のレンズCPU340から主光線角情報を取得する。以降の各ステップは上記した実施例1と同じなので、説明は省略する。 On the other hand, in step S203, the main CPU 250 acquires principal ray angle information from the lens CPU 340 of the attached photographic lens 300. Since each subsequent step is the same as in the first embodiment described above, a description thereof will be omitted.

以上から、本実施例2では前述した実施例1の主光線角情報を用いた分岐の前に測距枠位置による分岐を挿入し、ラインを2種類とも利用する場合を追加した。すなわち、測距枠が中央領域内に設定されている場合であれば当該測距枠位置における光線入射角は緩いと想定できるので、第1と第2のラインを両方とも用いることで高精度の焦点検出を行うことが可能となる。 From the above, in the second embodiment, a branch based on the distance measuring frame position is inserted before the branch using the chief ray angle information of the first embodiment described above, and a case where both types of lines are used is added. In other words, if the distance measurement frame is set within the central area, it can be assumed that the angle of incidence of the ray at the distance measurement frame position is gentle, so by using both the first and second lines, high accuracy can be achieved. It becomes possible to perform focus detection.

一方で、測距枠が中央領域内に設定されていなければ、前述した実施例1と同様の主光線角情報を用いた分岐を行って位相差検出処理に利用するラインを選択することで、位相差検出のために読み出すデータ量を削減でき、演算処理等の高速化が可能となる。 On the other hand, if the distance measurement frame is not set within the central area, branching using principal ray angle information similar to the first embodiment described above is performed to select a line to be used for phase difference detection processing. The amount of data read out for phase difference detection can be reduced, making it possible to speed up arithmetic processing, etc.

なお、図6にも示したように、上述してきた位相差検出画素では遮光マスクを用いて開口面積の規定や開口比率の変化を行う例を示したが、これに限られない。例えば、位相差検出画素内のPDの形状を変化させて製造することで、遮光マスクを用いずに受光面積を位相差検出画素ペアの位置に応じて変化させるようにしてもいい。この場合、開口比率は受光面積比率に置き換わることになる。また、PDを有機光電変換膜で代用し、変換膜自体の面積或いは透明電極の開口面積を変化させるようにしてもいい。 Note that, as shown in FIG. 6, an example has been shown in which the aperture area is defined and the aperture ratio is changed using a light-shielding mask in the phase difference detection pixel described above, but the present invention is not limited to this. For example, the light receiving area may be changed according to the position of the phase difference detection pixel pair without using a light-shielding mask by manufacturing the PD with a different shape within the phase difference detection pixel. In this case, the aperture ratio will be replaced by the light-receiving area ratio. Alternatively, an organic photoelectric conversion film may be substituted for the PD, and the area of the conversion film itself or the opening area of the transparent electrode may be changed.

また、図3にも示したように、上述してきた位相差検出画素を含むラインは撮像素子210のX方向に設けられる例を示したが、これに限られない。例えば、撮像素子210の撮像面を複数の領域に分割し、一部の領域ではラインをX方向に設け、その他の領域ではラインをY方向に設けるようにしてもいい。この場合、各領域において、第1と第2のラインの各画素ペアがラインと直交する方向には重ならないよう配置される。 Further, as shown in FIG. 3, although the above-described line including the phase difference detection pixels is provided in the X direction of the image sensor 210, the line is not limited to this. For example, the imaging surface of the image sensor 210 may be divided into a plurality of regions, and lines may be provided in the X direction in some regions, and lines may be provided in the Y direction in other regions. In this case, in each region, each pixel pair of the first and second lines is arranged so as not to overlap in a direction perpendicular to the lines.

また、図4にも示したように、上述してきた位相差検出画素では、各画素とマイクロレンズMLとでそれぞれの中心軸が一致するように構成されていた。しかし、このマイクロレンズMLに対して公知のいわゆるマイクロレンズシフトを行い、画素の撮像面中央からの増高に応じてマイクロレンズMLの中心軸をシフトさせて構成するようにしてもよい。この構成とした場合には、図7及び図8に示したフローチャートの分岐(ステップS102及びステップS204)の主光線角閾値は、適宜好適なものに変更する必要がある。 Furthermore, as shown in FIG. 4, the phase difference detection pixels described above are configured such that the central axes of each pixel and the microlens ML coincide with each other. However, it is also possible to perform a known so-called microlens shift on this microlens ML, and shift the central axis of the microlens ML in accordance with the increase in height of the pixel from the center of the imaging surface. In this configuration, the principal ray angle thresholds of the branches (steps S102 and S204) in the flowcharts shown in FIGS. 7 and 8 need to be appropriately changed.

また、上述してきた実施例では位相差検出画素ペアとして5:5ペアを含む第1のラインLN1と、シフトペアを含む第2のラインLN2とを備えていたが、これらのラインに異なる構成の画素ペアを配してもいい。例えば、第1のラインLN1の画素ペアも遮光マスクをシフトさせ、第2のラインLN2とは異なる3:7~7:3まで開口比率を変化させるようにする。これにより、より幅広い入射角に対応することが可能となり、例えば同一撮像素子を異なるマウントシステムの撮像装置に組み込むような場合により好適となり得る。 Further, in the embodiments described above, the first line LN1 including a 5:5 pair as a phase difference detection pixel pair and the second line LN2 including a shift pair are provided, but these lines have pixels with different configurations. You can also arrange pairs. For example, the light-shielding mask is also shifted for the pixel pair of the first line LN1, and the aperture ratio is changed from 3:7 to 7:3, which is different from that of the second line LN2. This makes it possible to accommodate a wider range of incident angles, which may be more suitable for cases where, for example, the same imaging element is incorporated into imaging devices with different mount systems.

以上で説明したように、本発明に記載の撮像素子及び撮像装置によれば、位相差検出画素ペアの位置に応じて開口比率を変化させることで、幅広い入射角の光線を正しく遮光してPDに導くことが可能となる。それにより、特にきつい入射角の光線に対して焦点検出精度が大きく向上する。さらに、開口比率の変化の割合が異なる位相差検出画素ペアを有するラインを複数備えることで、位相差検出の際に読み出すラインを選択できてデータ量が削減できるので処理の高速化が可能となる。 As explained above, according to the image sensor and the imaging device according to the present invention, by changing the aperture ratio according to the position of the phase difference detection pixel pair, light rays with a wide range of incident angles can be correctly blocked and PD It becomes possible to lead to As a result, focus detection accuracy is greatly improved, especially for light rays with a steep angle of incidence. Furthermore, by providing multiple lines with phase difference detection pixel pairs with different rates of change in aperture ratio, it is possible to select the line to be read out during phase difference detection, reducing the amount of data and speeding up processing. .

100 撮像装置、200 カメラ本体、210 撮像素子、PD_B Bフォトダイオード、PD_G Gフォトダイオード、PD_R Rフォトダイオード、LN1 第1のライン、211 第1の画素ペア、211L L画素、212L 遮光マスク、213L 開口部、211R R画素、212R 遮光マスク、213R 開口部、LN2 第2のライン、221 第2の画素ペア、221L L画素、222L 遮光マスク、223L 開口部、221R R画素、222R 遮光マスク、223R 開口部、230 信号処理部、240 画像処理部、250 メインCPU、251 ROM、252 RAM、260 記録媒体インターフェース(I/F)、270 ユーザインターフェース(I/F)、280 画像表示部、300 撮影レンズ、310 ズーム制御部、311 ズームレンズ、320 フォーカス制御部、321 フォーカスレンズ、330 絞り制御部、331 絞りユニット、340 レンズCPU 100 imaging device, 200 camera body, 210 imaging element, PD_B B photodiode, PD_G G photodiode, PD_R R photodiode, LN1 first line, 211 first pixel pair, 211L L pixel, 212L light shielding mask, 213L aperture part, 211R R pixel, 212R light shielding mask, 213R opening, LN2 second line, 221 second pixel pair, 221L L pixel, 222L light shielding mask, 223L opening, 221R R pixel, 222R light shielding mask, 223R opening , 230 signal processing unit, 240 image processing unit, 250 main CPU, 251 ROM, 252 RAM, 260 recording medium interface (I/F), 270 user interface (I/F), 280 image display unit, 300 photographing lens, 310 zoom control section, 311 zoom lens, 320 focus control section, 321 focus lens, 330 aperture control section, 331 aperture unit, 340 lens CPU

Claims (4)

複数の通常画素と、
相対する方向に偏芯した受光面をそれぞれ有する1組の位相差検出画素からなる複数の位相差検出画素ペアと、
からなる複数のラインを有する撮像素子において、
前記各位相差検出画素ペア全体で受光面積が前記通常画素と同等となるよう構成され、
第1のラインは前記通常画素と第1の位相差検出画素ペアとからなり、
第2のラインは前記通常画素と第2の位相差検出画素ペアとからなり、前記第1のラインと平行で、
前記第1のラインと前記第2のラインとはラインと直交する方向に所定の画素分離間して交互に配置され、
前記第1の位相差検出画素ペアと前記第2の位相差検出画素ペアとはラインと直交する方向で重ならない位置関係で配置され、
前記第1の位相差検出画素ペアと前記第2の位相差検出画素ペアは、それぞれのライン内位置に応じて、前記位相差検出画素ペアを構成する2つの前記位相差検出画素間の受光面積比率が変化し、
前記第2の位相差検出画素ペアは、前記受光面積比率の上限及び下限が前記第1の位相差検出画素ペアとは異なる
こと特徴とする撮像素子。
multiple normal pixels,
a plurality of phase difference detection pixel pairs each including a pair of phase difference detection pixels each having a light receiving surface eccentric in opposite directions;
In an image sensor having a plurality of lines consisting of
The light-receiving area of each of the phase difference detection pixel pairs as a whole is configured to be equal to that of the normal pixel,
The first line consists of the normal pixel and a first phase difference detection pixel pair,
The second line consists of the normal pixel and a second phase difference detection pixel pair, and is parallel to the first line,
The first line and the second line are alternately arranged with a predetermined pixel separation in a direction perpendicular to the line,
The first phase difference detection pixel pair and the second phase difference detection pixel pair are arranged in a positional relationship that does not overlap in a direction perpendicular to the line,
The first phase difference detection pixel pair and the second phase difference detection pixel pair detect light reception between the two phase difference detection pixels constituting each phase difference detection pixel pair, depending on their respective in -line positions. The area ratio changes,
The second phase difference detection pixel pair has an upper limit and a lower limit of the light receiving area ratio different from those of the first phase difference detection pixel pair.
An image sensor with this feature.
前記第1の位相差検出画素ペアは、ライン内位置が撮像面周辺に近づくほど前記受光面積比率の差が大きくなり、ライン内位置が撮像面中央に近づくほど前記受光面積比率の差が小さくなる
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
In the first phase difference detection pixel pair, the difference in the light-receiving area ratio becomes larger as the in-line position approaches the periphery of the imaging surface, and the difference in the light-receiving area ratio becomes smaller as the in-line position approaches the center of the imaging surface. The image sensor according to claim 1, characterized in that:
前記位相差検出画素は遮光マスクを有し、
前記受光面積は前記遮光マスクにより形成される開口部の開口面積である
こと特徴とする請求項1又は2に記載の撮像素子。
The phase difference detection pixel has a light shielding mask,
3. The image sensor according to claim 1, wherein the light-receiving area is an opening area of an opening formed by the light-shielding mask.
撮影レンズと請求項に記載の撮像素子とを備えた撮像装置であって、
前記撮影レンズの特性情報に基づいて、前記第1のラインと前記第2のラインとから、位相差検出処理に用いる画素信号を読み出すラインを選択する手段をさらに備える
ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device comprising a photographing lens and the imaging element according to claim 1 ,
An imaging apparatus further comprising means for selecting a line from which a pixel signal to be used for phase difference detection processing is to be read from the first line and the second line, based on characteristic information of the photographing lens.
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