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JP2015108759A - IMAGING DEVICE, IMAGING SYSTEM, IMAGING DEVICE CONTROL METHOD, PROGRAM, AND STORAGE MEDIUM - Google Patents

IMAGING DEVICE, IMAGING SYSTEM, IMAGING DEVICE CONTROL METHOD, PROGRAM, AND STORAGE MEDIUM Download PDF

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JP2015108759A
JP2015108759A JP2013252041A JP2013252041A JP2015108759A JP 2015108759 A JP2015108759 A JP 2015108759A JP 2013252041 A JP2013252041 A JP 2013252041A JP 2013252041 A JP2013252041 A JP 2013252041A JP 2015108759 A JP2015108759 A JP 2015108759A
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Japan
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focus detection
mode
photoelectric conversion
conversion unit
pixels
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JP2013252041A
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Japanese (ja)
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敏治 上田
Toshiharu Ueda
敏治 上田
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device that enables a highly accurate focus detection.SOLUTION: An imaging device comprises: an image pickup element that has a pixel including a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit with respect to one microlens and has the pixels arrayed two-dimensionally; focus detection means for performing a focus detection in any mode including a first mode and a second mode; and control means for setting the mode to be executed by the focus detection means. The first mode is configured to be a mode that performs the focus detection by a phase difference method on the basis of output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and the second mode is configured to be a mode that performs the focus detection by a light travel time method on the basis of an output signal of a plurality of pixels.

Description

本発明は、位相差方式の焦点検出を行う撮像素子を備えた撮像装置に関する。   The present invention relates to an image pickup apparatus including an image pickup element that performs phase difference type focus detection.

特許文献1には、1つの画素に含まれるフォトダイオードを2つに分割し、各々のフォトダイオードが撮像レンズの互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光するように構成された撮像素子が開示されている。このような構成において、2つのフォトダイオードの出力を比較することにより、位相差方式の焦点検出を行うことが可能である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-228561 discloses an image pickup device configured such that a photodiode included in one pixel is divided into two, and each photodiode receives a light beam that passes through different pupil regions of the image pickup lens. ing. In such a configuration, phase difference type focus detection can be performed by comparing the outputs of two photodiodes.

このように、焦点検出時には2つのフォトダイオードの信号を独立して撮像素子から読み出し、位相差を検出することにより焦点検出を行うことができる。また、分割されたフォトダイオードの信号を加算することにより、1つの画素の出力信号を得て、撮影画像を生成するために用いることも可能である。   As described above, at the time of focus detection, the signals of the two photodiodes can be independently read from the image sensor, and the focus detection can be performed by detecting the phase difference. Further, by adding the divided photodiode signals, an output signal of one pixel can be obtained and used to generate a photographed image.

ところで、前記1画素2フォトダイオード構成の位相差方式の焦点検出を行う場合、暗所やコントラストの少ない被写体に対しての検出性能が低いという問題がある。このような問題を解決するため、位相差方式に加え、それとは異なる方式の焦点検出を併用することが考えられる。例えば、撮像素子を用いたTOF(Time−Of−Flight)法などがある。TOF法とは、対象物に向かってパルス光を投光した時間と、対象物からの反射光を受けた時間からパルス光の遅延時間を計測することで対象物までの距離を計測する方法である。   By the way, when performing the phase difference type focus detection of the one-pixel two-photodiode configuration, there is a problem that the detection performance for a dark place or a subject with little contrast is low. In order to solve such a problem, it is conceivable to use focus detection of a different system in addition to the phase difference system. For example, there is a TOF (Time-Of-Flight) method using an image sensor. The TOF method is a method of measuring the distance to the object by measuring the delay time of the pulsed light from the time when the pulsed light is projected toward the object and the time when the reflected light from the object is received. is there.

特許文献2には、1つの画素に少なくとも2つの転送スイッチとそれに対応する2つの電荷蓄積部を備え、TOF法を応用する構成が開示されている。このような構成において、反射パルス光により発生した電荷を2つの転送スイッチによりそれぞれの電荷蓄積部に振り分け、2つの電荷蓄積部の電荷量の比を求めることにより画素ごとの距離情報を取得することができる。   Patent Document 2 discloses a configuration in which at least two transfer switches and two charge storage units corresponding thereto are provided in one pixel, and the TOF method is applied. In such a configuration, the charge information generated by the reflected pulse light is distributed to the respective charge storage units by the two transfer switches, and distance information for each pixel is obtained by calculating the ratio of the charge amounts of the two charge storage units. Can do.

特許第3774597号Japanese Patent No. 3774597 特開2004−294420号公報JP 2004-294420 A

しかしながら、TOF法を応用する際に2つの電荷蓄積部を使用する構成は、面積の増大が問題となる。この問題に対応するため、隣接画素を用いたTOF法が考えられるが、1つの画素に2つのフォトダイオードが含まれる構成の撮像素子である場合、特有の問題が生じる可能性がある。例えば、同一マイクロレンズ内の2つのフォトダイオードの出力であるA像とB像は、ピントが合っていない場合には視差が生じる。このため、信号の強度(フォトダイオード出力のレベル)に差が生じ、正しい距離情報を算出することができないことがある。   However, an increase in area becomes a problem in the configuration using two charge storage portions when applying the TOF method. In order to cope with this problem, a TOF method using adjacent pixels can be considered. However, in the case of an image pickup device having a configuration in which two photodiodes are included in one pixel, a specific problem may occur. For example, parallax occurs when the A and B images, which are the outputs of two photodiodes in the same microlens, are not in focus. For this reason, a difference occurs in signal strength (photodiode output level), and correct distance information may not be calculated.

そこで本発明は、高精度な焦点検出が可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。   Therefore, the present invention provides an imaging apparatus, an imaging system, an imaging apparatus control method, a program, and a storage medium that can perform focus detection with high accuracy.

本発明の一側面としての撮像装置は、1つのマイクロレンズに対して第1の光電変換部および第2の光電変換部を備えた画素を有し、当該画素が2次元状に配列されている撮像素子と、第1のモードおよび第2のモードを含むいずれかのモードで焦点検出を行う焦点検出手段と、前記焦点検出手段により実行される前記モードを設定する制御手段とを有し、前記第1のモードは、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、前記第2のモードは、複数の前記画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである。   An imaging device according to one aspect of the present invention includes a pixel including a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit for one microlens, and the pixels are two-dimensionally arranged. An imaging device, a focus detection unit that performs focus detection in any mode including the first mode and the second mode, and a control unit that sets the mode executed by the focus detection unit, The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and the second mode is a plurality of the pixels. In this mode, focus detection is performed by the light travel time method based on the output signal.

本発明の他の側面としての撮像装置は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の信号を出力する複数の画素を備えた撮像素子と、第1のモードおよび第2のモードを含むいずれかのモードで焦点検出を行う焦点検出手段と、前記焦点検出手段により実行される前記モードを設定する制御手段と、を有し、前記第1のモードは、前記撮像素子から出力された一対の信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、前記第2のモードは、前記複数の画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである。   An imaging device according to another aspect of the present invention includes an imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert light beams that have passed through different pupil regions of the imaging optical system and output a pair of signals, and a first mode And a focus detection means for performing focus detection in any mode including the second mode, and a control means for setting the mode executed by the focus detection means. In this mode, focus detection is performed by a phase difference method based on a pair of signals output from the image sensor, and in the second mode, focus detection is performed by an optical transit time method based on output signals of the plurality of pixels. Mode.

本発明の他の側面としての撮像システムは、撮影光学系を備えたレンズ装置と、前記撮像装置とを有する。   An imaging system according to another aspect of the present invention includes a lens device including a photographing optical system and the imaging device.

本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、1つのマイクロレンズに対して第1の光電変換部および第2の光電変換部を備えた画素を有し、当該画素が2次元状に配列されている撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、第1のモードで焦点検出を行い第1の焦点検出結果を取得するステップと、第2のモードで焦点検出を行い第2の焦点検出結果を取得するステップとを有し、前記第1のモードは、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、前記第2のモードは、複数の前記画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an imaging apparatus including a pixel including a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit for one microlens, and the pixel is two-dimensionally formed. A method for controlling an imaging apparatus including an arrayed imaging device, the step of performing focus detection in a first mode to obtain a first focus detection result, and the second in which focus detection is performed in a second mode. The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. The second mode is a mode in which focus detection is performed by the light travel time method based on the output signals of the plurality of pixels.

本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の信号を出力する複数の画素を備えた撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、第1のモードで焦点検出を行い第1の焦点検出結果を取得するステップと、第2のモードで焦点検出を行い第2の焦点検出結果を取得するステップと、を有し、前記第1のモードは、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、前記第2のモードは、前記複数の画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an imaging apparatus including an imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert light beams that have passed through different pupil regions of a photographing optical system and output a pair of signals. A method for controlling an imaging apparatus, the step of performing focus detection in a first mode and acquiring a first focus detection result, the step of performing focus detection in a second mode and acquiring a second focus detection result, The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and the second mode. Is a mode in which focus detection is performed by the light travel time method based on the output signals of the plurality of pixels.

本発明の他の側面としてのプログラムは、コンピュータに、前記撮像装置の制御方法を実行するように構成されている。   A program according to another aspect of the present invention is configured to execute a method for controlling the imaging apparatus on a computer.

本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。   A storage medium according to another aspect of the present invention stores the program.

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。   Other objects and features of the present invention are illustrated in the following examples.

本発明によれば、高精度な焦点検出が可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus, an imaging system, an imaging apparatus control method, a program, and a storage medium that can perform focus detection with high accuracy.

各実施例における撮像装置のブロック図である。It is a block diagram of the imaging device in each embodiment. 各実施例における撮像素子の画素配置図である。It is a pixel arrangement | positioning figure of the image pick-up element in each Example. 各実施例における撮影レンズの射出瞳から出た光束が単位画素に入射する状況を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the condition where the light beam which came out of the exit pupil of the imaging lens in each Example injects into a unit pixel. 実施例1における単位画素の回路構成図である。3 is a circuit configuration diagram of a unit pixel in Embodiment 1. FIG. 実施例1における撮像素子の読み出し回路の一例である。3 is an example of a readout circuit of the image sensor in Embodiment 1. 実施例1における第1の駆動方法を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart illustrating a first driving method according to the first exemplary embodiment. 実施例1における第1の駆動方法を用いた場合の焦点検出時の撮像素子からの出力信号の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an output signal from an image sensor at the time of focus detection when the first driving method in Embodiment 1 is used. 実施例1における第2の駆動方法を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart illustrating a second driving method according to the first exemplary embodiment. 実施例1における第2の駆動方法において用いられる光電変換部の選択図である。6 is a selection diagram of photoelectric conversion units used in the second driving method in Embodiment 1. FIG. 各実施例における焦点検出の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the focus detection in each Example. 実施例2における第2の駆動方法を示すタイミングチャートである。12 is a timing chart illustrating a second driving method according to the second embodiment. 実施例2における第2の駆動方法において用いられる光電変換部の選択図である。6 is a selection diagram of photoelectric conversion units used in the second driving method in Embodiment 2. FIG. 実施例3における単位画素の回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a unit pixel in Embodiment 3. 実施例3における撮像素子の読み出し回路の一例である。10 is an example of a readout circuit of an image sensor in Embodiment 3. 実施例3における第1の駆動方法を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart illustrating a first driving method according to Embodiment 3. 実施例3における第2の駆動方法を示すタイミングチャートである。12 is a timing chart illustrating a second driving method according to the third embodiment. 実施例3における第2の駆動方法において用いられる光電変換部の選択図である。FIG. 10 is a selection diagram of photoelectric conversion units used in the second driving method in Example 3.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、図1を参照して、本発明の実施例1における撮像装置について説明する。図1は、本実施例における撮像装置100のブロック図である。   First, with reference to FIG. 1, an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of an imaging apparatus 100 in the present embodiment.

図1において、101は撮影レンズ(撮影光学系)、204は絞り、102はマイクロレンズアレイ、103は撮像素子である。撮影レンズ101を通過した光は、撮影レンズ101の焦点位置の近傍に結像する。マイクロレンズアレイ102は、複数のマイクロレンズ1020を備えて構成されており、撮影レンズ101の焦点位置の近傍に配置される。これにより、マイクロレンズアレイ102は、撮影レンズ101の互いに異なる瞳領域を通過した光を瞳領域ごとに分割して出射する機能を有する。   In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a photographic lens (photographic optical system), 204 denotes a diaphragm, 102 denotes a microlens array, and 103 denotes an image sensor. The light that has passed through the photographic lens 101 forms an image near the focal position of the photographic lens 101. The microlens array 102 includes a plurality of microlenses 1020 and is disposed in the vicinity of the focal position of the photographing lens 101. Accordingly, the microlens array 102 has a function of dividing and emitting light that has passed through different pupil regions of the photographing lens 101 for each pupil region.

撮像素子103は、CMOSイメージセンサなどの固体撮像素子であり、撮影レンズ101を介して得られた被写体像(光学像)を光電変換して画像信号を出力する。撮像素子103には、1つのマイクロレンズ1020に対して複数の画素が対応するように、複数の画素が2次元状に配置されている。これにより、マイクロレンズ1020で瞳領域ごとに分割して射出された光を、分割情報を保持したまま受光し、データ処理可能な画像信号に変換することができる。撮像素子103は、撮影レンズ101の互いに異なる瞳領域を通過した光束を受光する第1の光電変換部および第2の光電変換部(複数の分割画素)を含む複数の画素を備えている。撮像素子103に含まれる複数の画素のそれぞれは、第1の光電変換部および第2の光電変換部に共有された一つのマイクロレンズ1020を有する。なお撮影レンズ101は、後述する焦点検出結果(測距結果)に応じて焦点を合わせる動作を行う焦点駆動機構(不図示)を備えている。   The image sensor 103 is a solid-state image sensor such as a CMOS image sensor and photoelectrically converts a subject image (optical image) obtained via the photographing lens 101 and outputs an image signal. In the imaging element 103, a plurality of pixels are two-dimensionally arranged so that a plurality of pixels correspond to one microlens 1020. As a result, the light emitted after being divided for each pupil region by the microlens 1020 can be received while retaining the division information and converted into an image signal that can be processed. The imaging element 103 includes a plurality of pixels including a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit (a plurality of divided pixels) that receive light beams that have passed through different pupil regions of the photographing lens 101. Each of the plurality of pixels included in the image sensor 103 has one microlens 1020 shared by the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. The photographic lens 101 includes a focus driving mechanism (not shown) that performs an operation of focusing according to a focus detection result (range measurement result) described later.

104はアナログ信号処理回路(AFE)、105はデジタル信号処理回路(DFE)である。アナログ信号処理回路104は、撮像素子103から出力される画像信号(アナログ信号)に対して、相関二重サンプリング処理、信号増幅、基準レベル調整、A/D変換処理などの信号処理を行う。デジタル信号処理回路105は、アナログ信号処理回路104から出力される画像信号(デジタル信号)に対して基準レベル調整などのデジタル画像処理を行う。   Reference numeral 104 denotes an analog signal processing circuit (AFE), and 105 denotes a digital signal processing circuit (DFE). The analog signal processing circuit 104 performs signal processing such as correlated double sampling processing, signal amplification, reference level adjustment, and A / D conversion processing on the image signal (analog signal) output from the image sensor 103. The digital signal processing circuit 105 performs digital image processing such as reference level adjustment on the image signal (digital signal) output from the analog signal processing circuit 104.

106は画像処理回路、107はメモリ回路、108は記録回路である。画像処理回路106は、デジタル信号処理回路105から出力された画像信号に対して、後述するA像、B像の相関演算や焦点検出、また所定の画像処理や欠陥補正などを施す。画像処理回路106(焦点検出手段)は、第1のモードおよび第2のモードを含むいずれかのモードで焦点検出を行う。第1のモードは、第1の光電変換部および第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードである。第2のモードは、複数の画素の出力信号に基づいてTOF法(光走行時間法)による焦点検出を行うモードである。メモリ回路107および記録回路108は、それぞれ、画像処理回路106から出力された画像信号などを記録して保持する不揮発性メモリやメモリカードなどの記録媒体である。   Reference numeral 106 denotes an image processing circuit, 107 denotes a memory circuit, and 108 denotes a recording circuit. The image processing circuit 106 performs correlation calculation and focus detection of A and B images, which will be described later, and predetermined image processing and defect correction, for the image signal output from the digital signal processing circuit 105. The image processing circuit 106 (focus detection means) performs focus detection in any mode including the first mode and the second mode. The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. The second mode is a mode in which focus detection is performed by the TOF method (light travel time method) based on the output signals of a plurality of pixels. Each of the memory circuit 107 and the recording circuit 108 is a recording medium such as a nonvolatile memory or a memory card that records and holds the image signal output from the image processing circuit 106.

109は制御回路(制御手段)、110は操作回路、111は表示回路である。制御回路109は、撮像素子103および画像処理回路106などの撮像装置100の全体を統括的に駆動および制御する。操作回路110は、撮像装置100に備え付けられた操作部材からの信号を受け付け、制御回路109に対してユーザからの命令を反映させる。また制御回路109は、画像処理回路106(焦点検出手段)により実行されるモード(第1のモードまたは第2のモード)を設定する。表示回路111は、撮影後の画像やライブビュー画像、各種設定画面などを表示する。112は発光装置である。発光装置112は、制御回路109からの命令に同期し、制御回路109から出力されるPLIGHT信号に応じて発光する。   Reference numeral 109 denotes a control circuit (control means), 110 denotes an operation circuit, and 111 denotes a display circuit. The control circuit 109 generally drives and controls the entire imaging apparatus 100 such as the imaging element 103 and the image processing circuit 106. The operation circuit 110 receives a signal from an operation member provided in the imaging apparatus 100 and reflects a command from the user to the control circuit 109. The control circuit 109 sets a mode (first mode or second mode) executed by the image processing circuit 106 (focus detection unit). The display circuit 111 displays an image after shooting, a live view image, various setting screens, and the like. Reference numeral 112 denotes a light emitting device. The light emitting device 112 emits light in response to a PLIGHT signal output from the control circuit 109 in synchronization with a command from the control circuit 109.

なお本実施例において、撮像装置100は、撮影光学系(撮影レンズ101)と、撮像素子103を備えた撮像装置本体とが一体的に構成されている。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置(撮影光学系)とを備えて構成される撮像システムにも適用可能である。   In the present embodiment, the imaging apparatus 100 is configured integrally with an imaging optical system (imaging lens 101) and an imaging apparatus main body including the imaging element 103. However, the present embodiment is not limited to this, and can also be applied to an imaging system including an imaging apparatus main body and a lens device (imaging optical system) that can be attached to and detached from the imaging apparatus main body.

続いて図2を参照して、撮像素子103の構成、および、撮像素子103の画素の定義について説明する。図2は、撮像素子103の画素配置図であり、撮像素子103およびマイクロレンズアレイ102を図1の光軸Zの方向(光軸方向)から観察した図を示している。   Next, the configuration of the image sensor 103 and the definition of the pixels of the image sensor 103 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a pixel arrangement diagram of the image sensor 103, and shows the image sensor 103 and the microlens array 102 observed from the direction of the optical axis Z (optical axis direction) in FIG.

本実施例において、マイクロレンズアレイ102を構成する各々のマイクロレンズ1020を1つの画素と定義し、これを単位画素200とする。また、1つのマイクロレンズ1020に対して複数の分割画素201(複数の光電変換部)が対応するように配置されている。なお本実施例において、単位画素200には2つの分割画素201(2つの光電変換部)が水平方向(X軸方向)に設けられている。2つの分割画素201は、分割画素201A、201B(第1の光電変換部、第2の光電変換部)とそれぞれ定義される。   In this embodiment, each microlens 1020 constituting the microlens array 102 is defined as one pixel, and this is defined as a unit pixel 200. In addition, a plurality of divided pixels 201 (a plurality of photoelectric conversion units) are arranged so as to correspond to one microlens 1020. In this embodiment, the unit pixel 200 is provided with two divided pixels 201 (two photoelectric conversion units) in the horizontal direction (X-axis direction). The two divided pixels 201 are defined as divided pixels 201A and 201B (first photoelectric conversion unit and second photoelectric conversion unit), respectively.

続いて、図3を参照して、撮像装置100の撮影レンズ101、マイクロレンズアレイ102と撮像素子103(単位画素200)との関係、および、瞳分割方式による焦点検出の原理について説明する。図3は、撮影レンズ101の射出瞳から出た光束が単位画素に入射する状況を示す概念図である。図3は、撮影レンズ101から射出された光が1つのマイクロレンズ1020を通過して撮像素子103で受光される様子を光軸Zに対して垂直方向(Y軸方向)から観察した図を示している。   Next, with reference to FIG. 3, the relationship between the photographing lens 101, the microlens array 102 and the image sensor 103 (unit pixel 200) of the image capturing apparatus 100, and the principle of focus detection by the pupil division method will be described. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a situation in which a light beam emitted from the exit pupil of the photographing lens 101 enters a unit pixel. FIG. 3 shows a view in which the light emitted from the photographing lens 101 passes through one microlens 1020 and is received by the image sensor 103 from the direction perpendicular to the optical axis Z (Y-axis direction). ing.

図3において、202、203は撮影レンズ101の射出瞳(瞳領域)である。射出瞳202、203(互いに異なる瞳領域)を通過した光束は、光軸Zを中心として単位画素200に入射する。図3に示されるように、射出瞳202を通過する光束は、マイクロレンズ1020を介して分割画素201Aで受光される。一方、射出瞳203を通過した光束は、マイクロレンズ1020を介して分割画素201Bで受光される。このように分割画素201A、201Bは、撮影レンズ101の互いに異なる射出瞳(瞳領域)からの光束を受光している。   In FIG. 3, 202 and 203 are exit pupils (pupil regions) of the photographing lens 101. The light beams that have passed through the exit pupils 202 and 203 (different pupil regions) enter the unit pixel 200 with the optical axis Z as the center. As shown in FIG. 3, the light beam passing through the exit pupil 202 is received by the divided pixel 201 </ b> A via the microlens 1020. On the other hand, the light beam that has passed through the exit pupil 203 is received by the divided pixel 201 </ b> B via the microlens 1020. As described above, the divided pixels 201 </ b> A and 201 </ b> B receive light beams from different exit pupils (pupil regions) of the photographing lens 101.

このように瞳分割された分割画素201Aの出力信号をX軸方向に配列された複数の単位画素200から取得し、これらの出力信号群(第1の焦点検出信号)で構成された被写体像をA像(A像信号)とする。同様に、瞳分割された分割画素201Bの出力信号をX軸方向に配列された複数の単位画素200から取得し、これらの出力信号群(第2の焦点検出信号)で構成された被写体像をB像(B像信号)とする。   The output signal of the divided pixel 201A divided in this way is acquired from the plurality of unit pixels 200 arranged in the X-axis direction, and a subject image composed of these output signal groups (first focus detection signals) is obtained. Let it be A image (A image signal). Similarly, an output signal of the divided pixel 201B obtained by pupil division is acquired from a plurality of unit pixels 200 arranged in the X-axis direction, and a subject image composed of these output signal groups (second focus detection signals) is obtained. Let it be B image (B image signal).

画像処理回路106は、A像およびB像に対して相関演算を実施し、A像とB像との間の像ずれ量(瞳分割位相差)を検出する。また画像処理回路106は、像ずれ量に対して、撮影レンズ101の焦点位置と光学系から決定される変換係数を乗じることにより、画面内の任意の被写体位置に対応する焦点位置(焦点位置情報)を算出することができる。制御回路109は、画像処理回路106により算出された焦点位置情報に基づいて撮影レンズ101のフォーカス制御を行うことにより、撮像面位相差AFが可能となる。また画像処理回路106は、A像信号とB像信号との加算信号であるA+B像信号を得ることができる。A+B像信号は、通常の撮影画像(撮影画像信号)として用いられる。   The image processing circuit 106 performs a correlation operation on the A image and the B image, and detects an image shift amount (pupil division phase difference) between the A image and the B image. Further, the image processing circuit 106 multiplies the image shift amount by the focal position of the photographing lens 101 and a conversion coefficient determined from the optical system to thereby obtain a focal position (focal position information corresponding to an arbitrary subject position on the screen). ) Can be calculated. The control circuit 109 performs the focus control of the photographing lens 101 based on the focal position information calculated by the image processing circuit 106, thereby enabling the imaging surface phase difference AF. The image processing circuit 106 can obtain an A + B image signal that is an addition signal of the A image signal and the B image signal. The A + B image signal is used as a normal captured image (captured image signal).

続いて、図4を参照して、単位画素200の回路構成について説明する。図4は、撮像素子103の単位画素200の回路構成図である。単位画素200は、フォトダイオード301A、301B、転送スイッチ302A、302B、フローティングディフュージョン領域303、増幅部304、リセットスイッチ305、および、選択スイッチ306を備えて構成される。   Next, the circuit configuration of the unit pixel 200 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the unit pixel 200 of the image sensor 103. The unit pixel 200 includes photodiodes 301A and 301B, transfer switches 302A and 302B, a floating diffusion region 303, an amplifying unit 304, a reset switch 305, and a selection switch 306.

フォトダイオード301A、301Bは、同一のマイクロレンズを通過した光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部である。転送スイッチ302A、302Bは、それぞれ、フォトダイオード301A、301Bで発生した電荷を共通のフローティングディフュージョン領域303に転送する。転送スイッチ302A、302Bは、それぞれ、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2により制御される。具体的には、奇数列の画素は転送パルス信号PTXA1、PTXB1で制御され、偶数列の画素は転送パルス信号PTXA2、PTXB2で制御される。   The photodiodes 301 </ b> A and 301 </ b> B are photoelectric conversion units that receive light that has passed through the same microlens and generate signal charges corresponding to the amount of light received. The transfer switches 302A and 302B transfer the charges generated in the photodiodes 301A and 301B to the common floating diffusion region 303, respectively. The transfer switches 302A and 302B are controlled by transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2, respectively. Specifically, the pixels in the odd columns are controlled by the transfer pulse signals PTXA1 and PTXB1, and the pixels in the even columns are controlled by the transfer pulse signals PTXA2 and PTXB2.

フローティングディフュージョン領域303は、フォトダイオード301A、301Bから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部である。増幅部304は、ソースフォロワMOSトランジスタであり、フローティングディフュージョン領域303に保持した電荷に基づく電圧信号を増幅し、画素信号として出力する。リセットスイッチ305は、リセットパルス信号PRESにより制御され、フローティングディフュージョン領域303の電位を基準電位VDDにリセットする。選択スイッチ306は、垂直選択パルス信号PSELにより制御され、増幅部304で増幅された画素信号を垂直出力線307に出力する。308は、共通電源VDDである。   The floating diffusion region 303 is a charge-voltage converter that temporarily holds the charges transferred from the photodiodes 301A and 301B and converts the held charges into a voltage signal. The amplifying unit 304 is a source follower MOS transistor, amplifies a voltage signal based on the charge held in the floating diffusion region 303, and outputs it as a pixel signal. The reset switch 305 is controlled by the reset pulse signal PRES, and resets the potential of the floating diffusion region 303 to the reference potential VDD. The selection switch 306 is controlled by the vertical selection pulse signal PSEL, and outputs the pixel signal amplified by the amplification unit 304 to the vertical output line 307. Reference numeral 308 denotes a common power supply VDD.

続いて図5を参照して、撮像素子103の読み出し回路の構成について説明する。図5は、撮像素子103の読み出し回路の一例である。1200は画素領域である。画素領域1200には、複数の単位画素200が行列状に配置されている。なお説明の簡略化のため、画素領域1200には8×4画素が含まれるように示されているが、実際にはさらに多数の画素が配置されている。   Next, the configuration of the readout circuit of the image sensor 103 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an example of a readout circuit of the image sensor 103. Reference numeral 1200 denotes a pixel area. In the pixel region 1200, a plurality of unit pixels 200 are arranged in a matrix. For simplification of description, the pixel region 1200 is shown to include 8 × 4 pixels, but in reality, a larger number of pixels are arranged.

1201は垂直シフトレジスタであり、各行の画素ごとに共通の駆動信号線1222を介して、駆動パルスが送出される。なお駆動信号線1222としては、簡略化のため、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2のみが示されているが、実際には行ごとに前記転送パルス以外の複数の駆動信号線が接続される。本実施例において、奇数列の画素は転送パルス信号PTXA1、PTXB1で制御され、偶数列の画素は転送パルス信号PTXA2、PTXB2で制御される。このため、単位画素200の同一象限(第1の側または第2の側)に配置されているフォトダイオード301Aまたはフォトダイオード302Bを、奇数列の単位画素と偶数列の単位画素との間において互いに異なるタイミングで制御することが可能となる。   Reference numeral 1201 denotes a vertical shift register, and a drive pulse is transmitted via a common drive signal line 1222 for each pixel in each row. Note that only the transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2 are shown as the drive signal lines 1222 for simplification, but actually, a plurality of drive signal lines other than the transfer pulses are connected for each row. The In this embodiment, the pixels in the odd columns are controlled by the transfer pulse signals PTXA1 and PTXB1, and the pixels in the even columns are controlled by the transfer pulse signals PTXA2 and PTXB2. For this reason, the photodiode 301A or the photodiode 302B arranged in the same quadrant (the first side or the second side) of the unit pixel 200 is arranged between the odd-numbered unit pixels and the even-numbered unit pixels. It is possible to control at different timings.

同じ列の単位画素200は、共通の垂直出力線307に接続されており、各画素からの信号は、垂直出力線307を介して共通の読み出し回路1203に入力される。そして、読み出し回路1203で処理された信号は、水平シフトレジスタ1220により順次出力アンプ1221に出力される。1202は、垂直出力線307に接続される電流源負荷である。   The unit pixels 200 in the same column are connected to a common vertical output line 307, and a signal from each pixel is input to a common readout circuit 1203 via the vertical output line 307. The signals processed by the reading circuit 1203 are sequentially output to the output amplifier 1221 by the horizontal shift register 1220. Reference numeral 1202 denotes a current source load connected to the vertical output line 307.

1203は読み出し回路である。以下、読み出し回路1203の具体的な回路構成を説明する。1204は、クランプ容量C0、1205はフィードバック容量Cf、1206はオペアンプ、1207は基準電圧Vrefを供給する基準電圧源、1223はフィードバック容量Cfの両端をショートさせるためのスイッチである。スイッチ1223は、PC0R信号により制御される。1208、1209、1210、1211は、信号電圧を保持するための容量であり、1208を容量CTSAB、1210を容量CTSA、1209、1211を容量CTNとそれぞれ表記している。   Reference numeral 1203 denotes a reading circuit. Hereinafter, a specific circuit configuration of the reading circuit 1203 will be described. Reference numeral 1204 denotes a clamp capacitor C0, 1205 denotes a feedback capacitor Cf, 1206 denotes an operational amplifier, 1207 denotes a reference voltage source for supplying a reference voltage Vref, and 1223 denotes a switch for short-circuiting both ends of the feedback capacitor Cf. The switch 1223 is controlled by the PC0R signal. Reference numerals 1208, 1209, 1210, and 1211 denote capacitors for holding a signal voltage. Reference numeral 1208 denotes a capacitor CTSAB, 1210 denotes a capacitor CTSA, and 1209 and 1211 denote a capacitor CTN.

1212、1213、1214、1215は、容量1208、1209、1210、1211への書き込みをそれぞれ制御するスイッチである。スイッチ1212はPTSAB信号で制御され、スイッチ1210はPTSA信号で制御される。スイッチ1213、1215はPTN信号で制御される。1216、1217、1218、1219は、水平シフトレジスタ1220からの信号を受けて出力アンプ1221に信号を出力するためのスイッチである。スイッチ1216、1217は、水平シフトレジスタ1220のHAB(n)信号で制御され、スイッチ1218、1219はHA(n)信号で制御される。ここで、nは制御信号線が接続されている読み出し回路の列数を表す。容量CTSAB1208、CTSA1218に書き込まれた信号は、共通出力線1223を介して出力アンプ1221に出力される。また、容量CTN1209、1211に書き込まれた信号は、共通出力線1224を介して、出力アンプ1221に出力される。   Reference numerals 1212, 1213, 1214, and 1215 denote switches that control writing to the capacitors 1208, 1209, 1210, and 1211, respectively. The switch 1212 is controlled by the PTSAB signal, and the switch 1210 is controlled by the PTSA signal. The switches 1213 and 1215 are controlled by the PTN signal. Reference numerals 1216, 1217, 1218, and 1219 are switches for receiving a signal from the horizontal shift register 1220 and outputting a signal to the output amplifier 1221. The switches 1216 and 1217 are controlled by the HAB (n) signal of the horizontal shift register 1220, and the switches 1218 and 1219 are controlled by the HA (n) signal. Here, n represents the number of columns of the readout circuit to which the control signal line is connected. Signals written in the capacitors CTSAB 1208 and CTSA 1218 are output to the output amplifier 1221 through the common output line 1223. Further, signals written in the capacitors CTN 1209 and 1211 are output to the output amplifier 1221 via the common output line 1224.

次に、図6を参照して、位相差方式による焦点検出を行う際に、制御回路109が撮像素子103から画素信号を読み出す駆動方法(第1の駆動方法)について説明する。図6は、第1の駆動方法を示すタイミングチャートである。図6の各信号は、主に、制御回路109からの指令に基づいて出力される。   Next, a driving method (first driving method) in which the control circuit 109 reads pixel signals from the image sensor 103 when performing focus detection by the phase difference method will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a timing chart showing the first driving method. Each signal in FIG. 6 is mainly output based on a command from the control circuit 109.

まず時刻T=t1で、転送スイッチ302A、302Bの制御信号である転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2をH(ハイ)にして、フォトダイオード301A、301Bをリセットする。続いて時刻T=t2で、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2をL(ロー)にして、フォトダイオード301A、301Bに光電荷の蓄積を開始する。   First, at time T = t1, transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2 that are control signals of the transfer switches 302A and 302B are set to H (high), and the photodiodes 301A and 301B are reset. Subsequently, at time T = t2, transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2 are set to L (low), and accumulation of photocharges in the photodiodes 301A and 301B is started.

必要時間だけ蓄積を行った後、時刻T=t3で選択スイッチ306の制御信号である垂直選択パルス信号PSELをHにして、増幅部304をオンする。続いて時刻T=t4で、リセットスイッチ305の制御信号であるリセットパルス信号PRESをLとすることにより、フローティングディフュージョン領域303のリセットを解除する。このときのフローティングディフュージョン領域303の電位を垂直出力線307に増幅部304を介してリセット信号レベルとして読み出し、読み出し回路1203に入力する。読み出し回路1203では、オペアンプ1206が基準電圧Vrefの出力をバッファする状態(PC0R信号がHでスイッチ1223がオンの状態)でリセット信号レベルが入力される。   After accumulation for the necessary time, the vertical selection pulse signal PSEL, which is the control signal of the selection switch 306, is set to H at time T = t3 to turn on the amplifier 304. Subsequently, at time T = t4, the reset pulse signal PRES, which is a control signal for the reset switch 305, is set to L to release the reset of the floating diffusion region 303. At this time, the potential of the floating diffusion region 303 is read as a reset signal level to the vertical output line 307 via the amplifier 304 and is input to the reading circuit 1203. In the readout circuit 1203, the reset signal level is input in a state where the operational amplifier 1206 buffers the output of the reference voltage Vref (PC0R signal is H and switch 1223 is on).

その後、T=t5でPC0R信号をLとし、そのときのVrefの出力を容量CTN1209、1211へ書き込むため、時刻T=t6でPTN信号をHにして、スイッチ1213、1215をオンする。そして時刻T=t7でPTN信号をHにして、スイッチ1213、1215をオフして書き込みを終了する。   Thereafter, the PC0R signal is set to L at T = t5, and the output of Vref at that time is written into the capacitors CTN 1209 and 1211. Therefore, at time T = t6, the PTN signal is set to H and the switches 1213 and 1215 are turned on. At time T = t7, the PTN signal is set to H, the switches 1213 and 1215 are turned off, and the writing is completed.

次に、時刻T=t8で転送パルス信号PTXA1、PTXA2をHにして、フォトダイオード301Aの光電荷をフローティングディフュージョン領域303へ転送する。そして時刻T=t9で、転送パルス信号PTXA1、PTXA2をLにする。この動作により、フォトダイオード301Aに蓄積された電荷は、フローティングディフュージョン領域303に読み出される。そして、その変化に応じた出力が、増幅部304および垂直出力線307を介して、読み出し回路1203に供給される。   Next, at time T = t8, the transfer pulse signals PTXA1 and PTXA2 are set to H, and the photoelectric charge of the photodiode 301A is transferred to the floating diffusion region 303. At time T = t9, the transfer pulse signals PTXA1 and PTXA2 are set to L. With this operation, the charge accumulated in the photodiode 301 </ b> A is read out to the floating diffusion region 303. Then, an output corresponding to the change is supplied to the reading circuit 1203 via the amplification unit 304 and the vertical output line 307.

読み出し回路1203では、クランプ容量1204(C0)とフィードバック容量1205(Cf)の比率で、電圧変化に対して反転ゲインがかかり出力される。この電圧を容量CTSA1210へ書き込むため、時刻T=t10でPTSAをLからHへ切り替え、スイッチ1214をオンする。また、時刻T=t11でPTSAをHからLへ切り替え、スイッチ1214をオフして書き込みを終了する。   In the readout circuit 1203, an inversion gain is applied to the voltage change at a ratio of the clamp capacitor 1204 (C 0) and the feedback capacitor 1205 (Cf), and output. In order to write this voltage to the capacitor CTSA 1210, PTSA is switched from L to H at time T = t10, and the switch 1214 is turned on. At time T = t11, the PTSA is switched from H to L, the switch 1214 is turned off, and the writing is completed.

次に、時刻T=t12で、再び、転送パルス信号PTXA1、PTXA2をHにすると同時に、転送パルス信号PTXB1、PTXB2もHにする。この動作により、フォトダイオード301A、301Bの双方の光電荷を同時にフローティングディフュージョン領域303へ読み出すことができる。時刻T=t13で、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2をオフする。読み出された電荷は、フォトダイオード301Aのみを読み出す際と同様に読み出し回路1203へ供給され、オペアンプを介して出力される。この電圧を容量CTSABへ書き込むため、時刻T=t14でPTSABをLからHに切り替え、スイッチ1212をオンする。また、時刻T=t15でPTSABをHからLに切り替え、スイッチ1212をオフして書き込みを終了する。   Next, at time T = t12, the transfer pulse signals PTXA1 and PTXA2 are again set to H, and the transfer pulse signals PTXB1 and PTXB2 are also set to H again. With this operation, the photoelectric charges of both the photodiodes 301 </ b> A and 301 </ b> B can be simultaneously read out to the floating diffusion region 303. At time T = t13, the transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2 are turned off. The read charge is supplied to the read circuit 1203 as in the case of reading only the photodiode 301A, and is output via the operational amplifier. In order to write this voltage to the capacitor CTSAB, PTSAB is switched from L to H at time T = t14, and the switch 1212 is turned on. At time T = t15, PTSAB is switched from H to L, the switch 1212 is turned off, and the writing is completed.

この動作により、容量CTSAB1208と容量CTN1213との差電圧が算出され、フォトダイオード301A、301Bからの出力信号(画素信号)の和であるA+B像信号(加算信号)が得られる。A+B像信号は撮影画像信号であり、撮影画像を生成するために用いられる。また、容量CTSA1214と容量CTN1215との差電圧を算出することにより、フォトダイオード301Aからの出力信号(画素信号)であるA像信号(第1の焦点検出信号)が得られる。A像信号により、撮影レンズ101の瞳領域の一部を通過する光束の情報が得られる。また、A+B像信号とA像信号との差を算出することにより、フォトダイオード301Bからの出力信号(画素信号)であるB像信号(第2の焦点検出信号)が得られる。B像信号により、A像信号とは異なる瞳領域を通過する光束の情報が得られる。制御回路109は、これらの2つの光束の情報に基づいて、距離情報を得ることができる。   By this operation, a differential voltage between the capacitor CTSAB 1208 and the capacitor CTN 1213 is calculated, and an A + B image signal (addition signal) that is the sum of output signals (pixel signals) from the photodiodes 301A and 301B is obtained. The A + B image signal is a captured image signal and is used for generating a captured image. Further, by calculating the voltage difference between the capacitor CTSA 1214 and the capacitor CTN 1215, an A image signal (first focus detection signal) that is an output signal (pixel signal) from the photodiode 301A is obtained. Information on the light beam passing through a part of the pupil region of the photographing lens 101 is obtained by the A image signal. Also, by calculating the difference between the A + B image signal and the A image signal, a B image signal (second focus detection signal) that is an output signal (pixel signal) from the photodiode 301B is obtained. Information on the light beam passing through a pupil region different from that of the A image signal is obtained by the B image signal. The control circuit 109 can obtain distance information based on the information of these two light beams.

次に、時刻T=t16でリセットパルス信号PRESをHにして、フローティングディフュージョン領域303をリセット状態にする。その後、容量CTSA1210、CTN1215に保持された信号は、時刻T=t17〜t18の間に、水平シフトレジスタ1220の駆動パルスHA(n)が読み出し回路1203ごとに順次L→H→Lとなる。また、それに伴い、スイッチ1218、1219がOFF→ON→OFFとなる。スイッチ1218、1219がOFF→ON→OFFとなった列の容量CTSA1210、CTN1211に保持された信号は、共通出力線1223、1224へそれぞれ読み出され、出力アンプ1221で差電圧として出力される。この差電圧がA像信号となる。   Next, at time T = t16, the reset pulse signal PRES is set to H, and the floating diffusion region 303 is reset. After that, in the signals held in the capacitors CTSA 1210 and CTN 1215, the drive pulse HA (n) of the horizontal shift register 1220 is sequentially changed from L → H → L for each readout circuit 1203 between times T = t17 and t18. Accordingly, the switches 1218 and 1219 are changed from OFF to ON to OFF. The signals held in the capacitors CTSA 1210 and CTN 1211 in the column in which the switches 1218 and 1219 are changed from OFF → ON → OFF are read to the common output lines 1223 and 1224, respectively, and output as a differential voltage by the output amplifier 1221. This difference voltage becomes the A image signal.

次に、時刻T=t18〜t19の間に、水平シフトレジスタ1220の駆動パルスHAB(n)が読み出し回路1203ごとに順次L→H→Lとなり、それに伴い、スイッチ1216、1217はOFF→ON→OFFとなる。スイッチ1216、1217がOFF→ON→OFFとなった列の容量CTSAB1208、CTN1209に保持された信号は、共通出力線1223、1224へそれぞれ読み出され、出力アンプ1221で差電圧として出力される。この差電圧がA+B像信号となる。以上の動作が行ごとに順次行われ、A像信号(第1の焦点検出信号)およびA+B像信号(撮影画像信号)の読み出しが完了する。   Next, during time T = t18 to t19, the drive pulse HAB (n) of the horizontal shift register 1220 is sequentially changed from L → H → L for each readout circuit 1203, and accordingly, the switches 1216 and 1217 are turned OFF → ON → It becomes OFF. The signals held in the capacitors CTSAB 1208 and CTN 1209 in the column in which the switches 1216 and 1217 are changed from OFF to ON to OFF are read out to the common output lines 1223 and 1224, respectively, and output as a differential voltage by the output amplifier 1221. This difference voltage becomes an A + B image signal. The above operation is sequentially performed for each row, and reading of the A image signal (first focus detection signal) and the A + B image signal (captured image signal) is completed.

次に、図7を参照して、位相差方式による焦点検出時の撮像素子103からの出力信号について説明する。図7は、第1の駆動である位相差方式による焦点検出時の撮像素子103からの出力信号の模式図(デフォーカス状態における出力信号の模式図)である。大デフォーカス状態の場合、図7(a)に示されるように被写体像a、bの崩れ方が大きい。中デフォーカス状態では、図7(b)に示されるようなる。また、小デフォーカス状態では、図7(c)に示されるようになる。このように図7(a)〜(c)に示されるように、デフォーカス量に応じて被写体像の崩れ方は小さくなる。ここで、一般にデフォーカス量に影響を与える要素として、光学系の絞り(Fナンバー)が考えられる。   Next, an output signal from the image sensor 103 at the time of focus detection by the phase difference method will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of an output signal from the image sensor 103 at the time of focus detection by the phase difference method that is the first driving (a schematic diagram of the output signal in the defocused state). In the large defocus state, the subject images a and b are greatly distorted as shown in FIG. In the middle defocus state, as shown in FIG. Further, in the small defocus state, as shown in FIG. As described above, as shown in FIGS. 7A to 7C, the manner in which the subject image is collapsed becomes smaller in accordance with the defocus amount. Here, an aperture (F number) of the optical system is generally considered as an element that affects the defocus amount.

例えば、絞りが開放状態に近い場合、撮影レンズ101のより広範囲な瞳領域を通過する光線を取り込むため、一般に合焦状態から離れたときに大デフォーカスになりやすい。一方、小絞り撮影時には、撮影レンズ101の瞳領域を通過する光線を制限されることで、被写界深度が深い状態となり、一般に合焦状態から離れたときに大デフォーカスになりにくい。このため、合焦性能が劣化するという難点がある。また、位相差方式の焦点検出では、暗所または低コントラスト被写体の場合、S/Nの観点で、被写体信号を分離しにくいため、合焦性能が劣化することが多い。このように位相差方式では、条件に応じて焦点検出が困難になる場合がある。そこで本実施例では、以下に述べるようなTOF法(Time−of−Fight:光走行時間法)による焦点検出を行う。   For example, when the aperture is close to the open state, a light beam that passes through a wider pupil region of the photographing lens 101 is captured, so that generally large defocusing tends to occur when the focus lens is moved away from the focused state. On the other hand, at the time of small-aperture shooting, the light passing through the pupil region of the taking lens 101 is limited, so that the depth of field becomes deep, and generally it is difficult for large defocusing to occur when moving away from the focused state. For this reason, there exists a difficulty that focusing performance deteriorates. Also, in the focus detection using the phase difference method, in the case of a dark place or a low-contrast subject, it is difficult to separate subject signals from the viewpoint of S / N, so that focusing performance often deteriorates. Thus, with the phase difference method, focus detection may be difficult depending on conditions. Therefore, in this embodiment, focus detection is performed by the TOF method (Time-of-Fight) as described below.

図8を参照して、TOF法による焦点検出を行う際において、画素信号を読み出す駆動方法(第2の駆動方法)を説明する。図8は、第2の駆動方法を示すタイミングチャートである。なお本実施例において、図9に示されるように、奇数列および偶数列の隣接画素の加算信号(A+B像)に対してTOF法を実施する。   With reference to FIG. 8, a driving method (second driving method) for reading out pixel signals when performing focus detection by the TOF method will be described. FIG. 8 is a timing chart showing the second driving method. In this embodiment, as shown in FIG. 9, the TOF method is performed on the addition signal (A + B image) of the adjacent pixels in the odd and even columns.

図9は、第2の駆動方法において用いられる光電変換部の選択図である。図9に示されるように、太枠に囲まれた一対の画素のうち着色領域(A像+B像)が、TOF法による焦点検出の際の出力信号として用いられる。   FIG. 9 is a selection diagram of photoelectric conversion units used in the second driving method. As shown in FIG. 9, a colored region (A image + B image) of a pair of pixels surrounded by a thick frame is used as an output signal at the time of focus detection by the TOF method.

図8において、まず時刻T=t21で、転送スイッチ302A、302Bの制御信号である転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2をHにし、フォトダイオード301A、301Bをリセットする。続いて時刻T=t22で、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB1、PTXB2をLにし、フォトダイオード301A、301Bにおける光電荷の蓄積を開始する。   In FIG. 8, first, at time T = t21, transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2 that are control signals of the transfer switches 302A and 302B are set to H, and the photodiodes 301A and 301B are reset. Subsequently, at time T = t22, transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB1, and PTXB2 are set to L, and photocharge accumulation in the photodiodes 301A and 301B is started.

必要時間だけ蓄積を行った後、時刻T=t23で選択スイッチ306の制御信号である垂直選択パルス信号PSELをHにして、増幅部304をオンする。続いて時刻T=t24で、リセットスイッチ305の制御信号であるリセットパルス信号PRESをLにすることにより、フローティングディフュージョン領域303のリセットを解除する。このときのフローティングディフュージョン領域303の電位を垂直出力線307に増幅部304を介してリセット信号レベルとして読み出し、読み出し回路1203に入力する。読み出し回路1203では、オペアンプ1206が基準電圧Vrefの出力をバッファする状態(PC0R信号がHでスイッチ1223がオンの状態)で、リセット信号レベルが入力される。   After accumulation for the necessary time, the vertical selection pulse signal PSEL, which is the control signal of the selection switch 306, is set to H at time T = t23, and the amplifying unit 304 is turned on. Subsequently, at time T = t24, the reset of the floating diffusion region 303 is released by setting the reset pulse signal PRES that is the control signal of the reset switch 305 to L. At this time, the potential of the floating diffusion region 303 is read as a reset signal level to the vertical output line 307 via the amplifier 304 and is input to the reading circuit 1203. In the readout circuit 1203, the reset signal level is input in a state where the operational amplifier 1206 buffers the output of the reference voltage Vref (the PC0R signal is H and the switch 1223 is on).

その後、時刻T=t25でPC0R信号をLとし、そのときのVrefの出力を容量CTN1209、1211へ書き込むため、時刻T=t26でPTN信号をHにし、スイッチ1213、1215をオンする。そして時刻T=t27で、PTN信号をLにして、スイッチ1213、1215をオフして書き込みを終了する。   Thereafter, the PC0R signal is set to L at time T = t25, and the output of Vref at that time is written to the capacitors CTN 1209 and 1211. Therefore, the PTN signal is set to H at time T = t26 and the switches 1213 and 1215 are turned on. At time T = t27, the PTN signal is set to L, the switches 1213 and 1215 are turned off, and the writing is completed.

次に、時刻T=t28で、転送パルス信号PTXA1、PTXB1をHにして、奇数列のフォトダイオード301A、301Bの光電荷をフローティングディフュージョン領域303へ転送することを開始する。続いて、時刻T=t29でPLIGHT信号をHにして、発光装置112から光を投射する。   Next, at time T = t28, the transfer pulse signals PTXA1 and PTXB1 are set to H, and transfer of the photoelectric charges of the odd-numbered photodiodes 301A and 301B to the floating diffusion region 303 is started. Subsequently, the PLIGHT signal is set to H at time T = t29, and light is projected from the light emitting device 112.

次に、時刻T=t30で、転送パルス信号PTXA1、PTXB1をLにして、奇数列のフォトダイオード301A、301Bの光電荷をフローティングディフュージョン領域303へ転送することを終了する。これとともに、転送パルス信号PTXA2、PTXB2をHにして、偶数列のフォトダイオード301A、301Bの光電荷をフローティングディフュージョン領域303への転送を開始する。   Next, at time T = t30, the transfer pulse signals PTXA1 and PTXB1 are set to L, and the transfer of the photoelectric charges of the odd-numbered photodiodes 301A and 301B to the floating diffusion region 303 is completed. At the same time, the transfer pulse signals PTXA2 and PTXB2 are set to H, and the photocharges of the photodiodes 301A and 301B in the even columns are started to be transferred to the floating diffusion region 303.

その後、時刻T=t31でPLIGHTをLにして、発光装置112からの光の投射を終了する。そして時刻T=t32で、転送パルス信号PTXA2、PTXB2をLとして、偶数列のフォトダイオード301A、301Bの光電荷をフローティングディフュージョン領域303へ転送することを終了する。また時刻T=t32でPTSAB信号をLからHに切り替え、スイッチ1212をオンする。また、時刻T=t33でPTSAB信号をHからLに切り替え、スイッチ1212をオフする。   After that, at time T = t31, PLIGHT is set to L, and the projection of light from the light emitting device 112 is finished. At time T = t32, the transfer pulse signals PTXA2 and PTXB2 are set to L, and the transfer of the photocharges of the photodiodes 301A and 301B in the even-numbered columns to the floating diffusion region 303 is completed. At time T = t32, the PTSAB signal is switched from L to H, and the switch 1212 is turned on. At time T = t33, the PTSAB signal is switched from H to L, and the switch 1212 is turned off.

次に、時刻T=t34でリセットパルス信号PRESをHにして、フローティングディフュージョン領域303をリセット状態にする。そして時刻T=t35〜t36の間に、水平シフトレジスタ1220の駆動パルスHAB(n)が読み出し回路ごとに順次L→H→Lとなる。それに伴い、スイッチ1216、1217がOFF→ON→OFFとなる。スイッチ1216、1217がOFF→ON→OFFとなった列の容量CTSAB1208、CTN1209に保持された信号は、共通出力線1223、1224へそれぞれ読み出され、出力アンプ1221で差電圧として出力される。   Next, at time T = t34, the reset pulse signal PRES is set to H, and the floating diffusion region 303 is reset. Then, during time T = t35 to t36, the drive pulse HAB (n) of the horizontal shift register 1220 is sequentially changed from L → H → L for each readout circuit. Accordingly, the switches 1216 and 1217 are changed from OFF to ON to OFF. The signals held in the capacitors CTSAB 1208 and CTN 1209 in the column in which the switches 1216 and 1217 are changed from OFF to ON to OFF are read out to the common output lines 1223 and 1224, respectively, and output as a differential voltage by the output amplifier 1221.

以上の駆動により、奇数列と偶数列の隣接画素に対して、発光装置112から被写体への光投射の影響の異なる出力を得ることができ、これによる焦点検出が可能となる。具体的には、被写体までの距離がゼロである場合、反射光はPLIGHT信号と同時に受光され、奇数列のフォトダイオード301A、301Bと、偶数列のフォトダイオード301A、301Bからの出力は等しくなる。   With the above driving, it is possible to obtain outputs with different influences of light projection from the light emitting device 112 to the subject for adjacent pixels in the odd and even rows, and thereby focus detection is possible. Specifically, when the distance to the subject is zero, the reflected light is received simultaneously with the PLIGHT signal, and the outputs from the odd-numbered photodiodes 301A and 301B and the even-numbered photodiodes 301A and 301B are equal.

図8に示される駆動により、被写体までの距離がゼロでない場合、反射光は遅延して受光される。その結果、奇数列の画素出力信号と、偶数列の画素出力信号に偏りが生じる。この信号の比に基づいて反射光の投射光に対する遅延時間を推定することができ、その遅延時間と光速との積から被写体までの距離を算出することが可能である。   When the distance to the subject is not zero by the driving shown in FIG. 8, the reflected light is received with a delay. As a result, the pixel output signals in the odd columns and the pixel output signals in the even columns are biased. The delay time of the reflected light with respect to the projection light can be estimated based on the ratio of the signals, and the distance to the subject can be calculated from the product of the delay time and the speed of light.

次に、図10を参照して、本実施例における撮像装置100の焦点検出の動作について説明する。図10は、撮像装置100の焦点検出の動作を示すフローチャートである。図10の各ステップは、主に、制御回路109による指令に基づいて実行される。   Next, with reference to FIG. 10, the focus detection operation of the imaging apparatus 100 in the present embodiment will be described. FIG. 10 is a flowchart illustrating the focus detection operation of the imaging apparatus 100. Each step of FIG. 10 is mainly executed based on a command from the control circuit 109.

まずステップS1301において、制御回路109は、静止画撮影や動画撮影などのモードの設定、感度や絞り値などの撮影モードをチェックする。ユーザから操作回路110によって、または、撮像装置100により自動的に、制御回路109から得られる情報を検知する。   First, in step S1301, the control circuit 109 checks mode settings such as still image shooting and moving image shooting, and shooting modes such as sensitivity and aperture value. Information obtained from the control circuit 109 is detected by the operation circuit 110 from the user or automatically by the imaging device 100.

続いてステップS1302において、制御回路109は、ステップS1301にてチェックした撮影モードが焦点検出動作を伴うモードである否かを判定する。焦点検出動作を行わないモードである場合、本シーケンスを終了する。一方、焦点検出動作を行うモードである場合、ステップS1303に移行する。ステップS1303において、画像処理回路106は、前述の瞳分割による位相差焦点検出を行う(第1のモード)。続いてステップS1304において、制御回路109は、ステップS1303にて得られた位相差検出情報に基づいて、焦点検出結果の信頼性を判定する(信頼性判定)。信頼性判定は、従来の位相差方式で行っているものと同様の方法が適用可能であるため、その詳細については省略するが、例えば、信号出力値、コントラスト判定、輝度判定、二像の相関関係などを用いて行われる。   Subsequently, in step S1302, the control circuit 109 determines whether or not the shooting mode checked in step S1301 is a mode involving a focus detection operation. When the focus detection operation is not performed, this sequence ends. On the other hand, if the focus detection mode is set, the process proceeds to step S1303. In step S1303, the image processing circuit 106 performs phase difference focus detection by the above-described pupil division (first mode). Subsequently, in step S1304, the control circuit 109 determines the reliability of the focus detection result based on the phase difference detection information obtained in step S1303 (reliability determination). For the reliability determination, the same method as that used in the conventional phase difference method can be applied, and the details thereof are omitted. For example, the signal output value, the contrast determination, the luminance determination, and the correlation between the two images This is done using relationships.

信頼性判定の結果、信頼性が高いと判定された場合、ステップS1306に移行する。一方、信頼性が低いと判定された場合、ステップS1305に移行する。ステップS1305において、前述のようにTOF法(光走行時間法)による焦点検出(測距演算)を行う(第2のモード)。そしてステップS1306において、制御回路109は、ステップS1303またはステップS1305にて実施された焦点検出結果に基づいてフォーカス制御(撮影レンズ101の合焦動作)を行い、本シーケンスを終了する。   As a result of the reliability determination, if it is determined that the reliability is high, the process proceeds to step S1306. On the other hand, if it is determined that the reliability is low, the process proceeds to step S1305. In step S1305, focus detection (ranging calculation) is performed by the TOF method (light travel time method) as described above (second mode). In step S1306, the control circuit 109 performs focus control (focusing operation of the photographing lens 101) based on the focus detection result performed in step S1303 or step S1305, and ends this sequence.

好ましくは、制御回路109は、第1のモードで得られた画像処理回路106の第1の焦点検出結果に基づいて、第1のモードを第2のモードに変更する。より好ましくは、制御回路109は、第1のモードで得られた第1の焦点検出結果が所定の信頼性を満たしていない場合、第1のモードを第2のモードに変更する。また好ましくは、制御回路109は、第1のモードで得られた第1の焦点検出結果が所定の信頼性を満たしている場合、第1の焦点検出結果に基づいてフォーカス制御を行う。また好ましくは、画像処理回路106は、第1のモードが第2のモードに変更された場合、第2のモードで得られた焦点検出手段の第2の焦点検出結果に基づいてフォーカス制御を行う。   Preferably, the control circuit 109 changes the first mode to the second mode based on the first focus detection result of the image processing circuit 106 obtained in the first mode. More preferably, the control circuit 109 changes the first mode to the second mode when the first focus detection result obtained in the first mode does not satisfy the predetermined reliability. Preferably, the control circuit 109 performs focus control based on the first focus detection result when the first focus detection result obtained in the first mode satisfies a predetermined reliability. In addition, preferably, when the first mode is changed to the second mode, the image processing circuit 106 performs focus control based on the second focus detection result of the focus detection unit obtained in the second mode. .

好ましくは、画像処理回路106は、複数の画素のうち互いに隣接する画素の出力信号に基づいて、TOF法(光走行時間法)による焦点検出を行う。より好ましくは、画像処理回路106は、第1の光電変換部および第2の光電変換部の加算信号に基づいて、TOF法(光走行時間法)による焦点検出を行う。   Preferably, the image processing circuit 106 performs focus detection by the TOF method (light travel time method) based on output signals of pixels adjacent to each other among the plurality of pixels. More preferably, the image processing circuit 106 performs focus detection by the TOF method (light travel time method) based on the addition signal of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.

次に、本発明の実施例2について説明する。実施例1では、分割瞳を用いずに、フォトダイオード301A、301Bの合成信号(加算信号)を用いて駆動を行っている。ただし、分割瞳構成の撮像素子を用いる場合、これに限定されるものではなく、例えば、A像またはB像のいずれかを用いることもできる。以下、分割画素の一部を用いたTOF法の駆動方法の一例を示す。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, driving is performed using the combined signal (addition signal) of the photodiodes 301A and 301B without using the split pupil. However, in the case of using an imaging device having a divided pupil configuration, the present invention is not limited to this, and for example, either an A image or a B image can be used. Hereinafter, an example of a driving method of the TOF method using a part of the divided pixels will be described.

図11を参照して、分割画素の一部を用いたTOF法による焦点検出を行う際において、画素信号を読み出す駆動方法(第2の駆動方法)を説明する。図11は、本実施例における第2の駆動方法を示すタイミングチャートである。なお、分割画素の一部を用いる場合、撮影レンズ101の光軸に対して画素の位置(マイクロレンズアレイ102の光軸)が一定ではないため、A像とB像の出力には画素位置による依存性が発生する。その影響を低減するため、分割画素の一部を用いる場合、図12に示されるように、一対の画素において、固定した象限(例えば、A像のみ)を用いる。図12は、太枠に囲まれた一対の画素のうち、着色領域(A像のみ)をTOF法による動作の際の出力信号として用いる例を示している。画素構成は前述の撮像素子103と同様であり、読み出し駆動方法も基本的には図8を参照して説明した方法と同様である。このため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。   With reference to FIG. 11, a driving method (second driving method) for reading a pixel signal when performing focus detection by the TOF method using a part of the divided pixels will be described. FIG. 11 is a timing chart showing a second driving method in the present embodiment. When a part of the divided pixels is used, the position of the pixel (the optical axis of the microlens array 102) is not constant with respect to the optical axis of the photographing lens 101. Therefore, the output of the A image and the B image depends on the pixel position. Dependency occurs. In order to reduce the influence, when a part of the divided pixels is used, as shown in FIG. 12, a fixed quadrant (for example, only the A image) is used in the pair of pixels. FIG. 12 shows an example in which a colored region (A image only) of a pair of pixels surrounded by a thick frame is used as an output signal in the operation by the TOF method. The pixel configuration is the same as that of the image sensor 103 described above, and the readout driving method is basically the same as the method described with reference to FIG. For this reason, only a different part is demonstrated here.

本実施例の駆動方法では、時刻T=t28〜t32では、転送パルス信号PTXB1、PTXB2の変化はない。これにより、B像信号は出力されない。このため、分割画素の一部を用いる際にも、入射瞳の違いによる出力差の影響を受けにくいTOF法を実現することができる。なお本実施例では、位相差検出は、A像およびA+B像検出の2種類の画像から焦点検出を行う場合について説明している。ただし本実施例はこれに限定されるものではない。例えば、A像とB像の2種類の画像から焦点検出を行うこともできる。   In the driving method of the present embodiment, there is no change in the transfer pulse signals PTXB1 and PTXB2 from time T = t28 to t32. As a result, the B image signal is not output. For this reason, even when a part of the divided pixels is used, it is possible to realize the TOF method which is not easily affected by the output difference due to the difference in the entrance pupil. In the present embodiment, the phase difference detection has been described for the case where focus detection is performed from two types of images, that is, A image and A + B image detection. However, the present embodiment is not limited to this. For example, focus detection can be performed from two types of images, an A image and a B image.

このように本実施例において、画像処理回路106は、複数の画素のそれぞれの同一象限に位置する第1の光電変換部または第2の光電変換部の出力信号に基づいて、TOF法(光走行時間法)による焦点検出を行う。   As described above, in this embodiment, the image processing circuit 106 uses the TOF method (light traveling) based on the output signal of the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit located in the same quadrant of each of the plurality of pixels. Focus detection by time method.

次に、本発明の実施例3について説明する。実施例2においては、撮像素子の分割瞳の影響を受けにくいように、一対の画素で用いられる象限を固定しているが、例えば、画面の位置に応じて、撮影レンズ101からの入射の影響が異なっている。具体例には、撮影レンズ101の光軸と画素の位置(マイクロレンズアレイ102の光軸)との関係から、A像は画面の右側での出力は高いが、画面の左側での出力は低下する。そこで本実施例では、TOF法の一対の画素で用いられる象限を画面の位置により変更する。具体的には、撮像素子103の画面中央近辺から左右振り分けし、左側はA像を使用し、右側はB像を使用する。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. In the second embodiment, the quadrant used by the pair of pixels is fixed so as not to be affected by the divided pupil of the image sensor. For example, depending on the position of the screen, the influence of incidence from the photographing lens 101 is affected. Is different. As a specific example, the output of the A image on the right side of the screen is high, but the output on the left side of the screen is reduced due to the relationship between the optical axis of the photographing lens 101 and the position of the pixel (optical axis of the microlens array 102). To do. Therefore, in this embodiment, the quadrant used by the pair of pixels in the TOF method is changed depending on the position of the screen. Specifically, the image sensor 103 is divided from the vicinity of the center of the screen, the A image is used on the left side, and the B image is used on the right side.

図13は、本実施例における撮像素子103の単位画素200の回路構成図である。図13(a)は複数の画素配列のうちの撮影レンズ101の光軸(撮影画面中心)を基準として左側に属する構成であり、図13(b)は撮影レンズ101の光軸(撮影画面中心)を基準として右側に属する構成である。これらの基本構成は同様である。   FIG. 13 is a circuit configuration diagram of the unit pixel 200 of the image sensor 103 in the present embodiment. 13A shows a configuration belonging to the left side with respect to the optical axis of the photographing lens 101 (center of the photographing screen) in the plurality of pixel arrays, and FIG. 13B shows the optical axis of the photographing lens 101 (center of the photographing screen). ) On the right side. These basic configurations are the same.

単位画素200は、フォトダイオード301A、301B、転送スイッチ302A、302B、フローティングディフュージョン領域303、増幅部304、リセットスイッチ305、および、選択スイッチ306を備えて構成される。フォトダイオード301A、301Bは、同一のマイクロレンズを通過した光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部である。   The unit pixel 200 includes photodiodes 301A and 301B, transfer switches 302A and 302B, a floating diffusion region 303, an amplifying unit 304, a reset switch 305, and a selection switch 306. The photodiodes 301 </ b> A and 301 </ b> B are photoelectric conversion units that receive light that has passed through the same microlens and generate signal charges corresponding to the amount of light received.

転送スイッチ302A、302Bは、それぞれ、フォトダイオード301A、301Bで発生した電荷を共通のフローティングディフュージョン領域303に転送する。転送スイッチ302A、302Bは、それぞれ、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB、PTXC、PTXD1、PTXD2により制御される。本実施例において、撮影画面中心を基準として左側の画素は転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB、右側の画素は転送パルス信号PTXC、PTXD1、PTXD2により制御される。また、転送パルス信号PTXA1、PTXD1は奇数列、転送パルス信号PTXA2、PTXD2は偶数列として設定している。   The transfer switches 302A and 302B transfer the charges generated in the photodiodes 301A and 301B to the common floating diffusion region 303, respectively. The transfer switches 302A and 302B are controlled by transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB, PTXC, PTXD1, and PTXD2, respectively. In the present embodiment, the left pixel is controlled by transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, and PTXB, and the right pixel is controlled by transfer pulse signals PTXC, PTXD1, and PTXD2 with reference to the center of the photographing screen. The transfer pulse signals PTXA1 and PTXD1 are set as odd columns, and the transfer pulse signals PTXA2 and PTXD2 are set as even columns.

フローティングディフュージョン領域303は、フォトダイオード301A、301Bから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部である。増幅部304は、ソースフォロワMOSトランジスタであり、フローティングディフュージョン領域303に保持した電荷に基づく電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。リセットスイッチ305は、リセットパルス信号PRESにより制御され、フローティングディフュージョン領域303の電位を基準電位VDDにリセットする。選択スイッチ306は、垂直選択パルス信号PSELにより制御され、増幅部304で増幅された画素信号を垂直出力線307に出力する。308は共通電源VDDである。   The floating diffusion region 303 is a charge-voltage converter that temporarily holds the charges transferred from the photodiodes 301A and 301B and converts the held charges into a voltage signal. The amplifying unit 304 is a source follower MOS transistor, amplifies a voltage signal based on the charge held in the floating diffusion region 303, and outputs it as a pixel signal. The reset switch 305 is controlled by the reset pulse signal PRES, and resets the potential of the floating diffusion region 303 to the reference potential VDD. The selection switch 306 is controlled by the vertical selection pulse signal PSEL, and outputs the pixel signal amplified by the amplification unit 304 to the vertical output line 307. Reference numeral 308 denotes a common power supply VDD.

続いて図14を参照して、撮像素子103の読み出し回路の構成について説明する。図14は、撮像素子103の読み出し回路の一例である。図14の基本構成は図5と同様であるが、駆動信号線1222における転送パルス信号が追加されており、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXB、PTXC、PTXD1、PTXD2の6つの転送パルス信号が用いられる。   Next, the configuration of the readout circuit of the image sensor 103 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is an example of a readout circuit of the image sensor 103. The basic configuration of FIG. 14 is the same as that of FIG. 5 except that transfer pulse signals in the drive signal line 1222 are added, and six transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, PTXB, PTXC, PTXD1, and PTXD2 are used. It is done.

次に、図15を参照して、位相差方式による焦点検出を行う際に、制御回路109が撮像素子103から画素信号を読み出す駆動方法(第1の駆動方法)について説明する。図15は、第1の駆動方法を示すタイミングチャートである。図15の各信号は、主に、制御回路109からの指令に基づいて出力される。図15の基本駆動は、図6と同様であるが、駆動信号線が追加されている。この追加信号の動作は、転送パルス信号PTXA1、PTXA2、PTXCが同じ動きをし、また、転送アルス信号PTXB、PTXD1、PTXD2が同じ動きをする。なお、他の部分に関しては図6と同様であるため、詳細な説明は割愛する。   Next, a driving method (first driving method) in which the control circuit 109 reads pixel signals from the image sensor 103 when performing focus detection by the phase difference method will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a timing chart showing the first driving method. Each signal in FIG. 15 is mainly output based on a command from the control circuit 109. The basic drive of FIG. 15 is the same as that of FIG. 6, but a drive signal line is added. In the operation of this additional signal, the transfer pulse signals PTXA1, PTXA2, and PTXC have the same movement, and the transfer pulse signals PTXB, PTXD1, and PTXD2 have the same movement. The other parts are the same as those in FIG. 6, and a detailed description thereof is omitted.

続いて、図16を参照して、TOF法による焦点検出を行う際の、画素信号を読み出す駆動方法に関して説明する。図16の基本駆動は図11と同様であるが、駆動信号線が追加されている。追加信号線による動作は、転送パルス信号PTXA1、PTXD1が同じ動きをし、PTXA2とPTXD2が同じ動きをするものである。また、PTXBとPTXCも同じ動きをする。(他の部分に関しては、図11と同様であるため、詳細の説明は割愛する。   Next, a driving method for reading out pixel signals when performing focus detection by the TOF method will be described with reference to FIG. The basic drive of FIG. 16 is the same as that of FIG. 11, but a drive signal line is added. In the operation using the additional signal line, the transfer pulse signals PTXA1 and PTXD1 perform the same movement, and PTXA2 and PTXD2 perform the same movement. Also, PTXB and PTXC perform the same movement. (Other parts are the same as those in FIG. 11, and thus detailed description is omitted.

図17を参照して、分割画素の一部を用いたTOF法による焦点検出を行う際において、画素信号を読み出す駆動方法(第2の駆動方法)を説明する。図17は、本実施例における第2の駆動方法を示すタイミングチャートである。図17に示されるように、本実施例では、画面中央部から左右で使用する象限を変えている。具体的には、図17は太枠に囲まれた一対の画素のうち、画面左側はA像のみを使用し、画面右側はB像のみを使用している。   With reference to FIG. 17, a driving method (second driving method) for reading a pixel signal when performing focus detection by the TOF method using a part of the divided pixels will be described. FIG. 17 is a timing chart showing a second driving method in the present embodiment. As shown in FIG. 17, in this embodiment, the quadrants used on the left and right sides from the center of the screen are changed. Specifically, in FIG. 17, among the pair of pixels surrounded by a thick frame, only the A image is used on the left side of the screen, and only the B image is used on the right side of the screen.

このように本実施例において、画像処理回路106は、複数の画素の位置に応じて、第1の光電変換部または第2の光電変換部の出力信号に基づいて、TOF法(光走行時間法)による焦点検出を行う。好ましくは、画像処理回路106は、複数の画素が撮像素子103の中央部よりも一方側または他方側のいずれに位置しているかに応じて、第1の光電変換部または第2の光電変換部の出力信号に基づいて、TOF法(光走行時間法)による焦点検出を行う。   As described above, in this embodiment, the image processing circuit 106 uses the TOF method (light travel time method) based on the output signal of the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit according to the positions of a plurality of pixels. ) Focus detection. Preferably, the image processing circuit 106 includes the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit depending on whether the plurality of pixels are located on one side or the other side of the center of the image sensor 103. Based on the output signal, focus detection by the TOF method (light travel time method) is performed.

以上のように、分割瞳構成の撮像素子に対し、隣接する単位画素を使用してTOF法での駆動を行う際に、一対で用いられる画素の象限を位置により変更することで、分割瞳構成における入射角の影響を低減することができる。   As described above, when an image sensor having a divided pupil configuration is driven by the TOF method using adjacent unit pixels, the quadrant of the pixels used in a pair is changed depending on the position, thereby dividing the pupil configuration. The influence of the incident angle at can be reduced.

[その他の実施形態]
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
[Other Embodiments]
The present invention is also realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and the computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads the program. To be executed. In this case, a computer-executable program describing the procedure of the imaging apparatus control method and a storage medium storing the program constitute the present invention.

各実施例によれば、高精度な焦点検出が可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。   According to each embodiment, it is possible to provide an imaging apparatus, an imaging system, an imaging apparatus control method, a program, and a storage medium capable of highly accurate focus detection.

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。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

100:撮像装置
103:撮像素子
106:画像処理回路
109:制御回路
100: imaging device 103: imaging device 106: image processing circuit 109: control circuit

Claims (16)

1つのマイクロレンズに対して第1の光電変換部および第2の光電変換部を備えた画素を有し、当該画素が2次元状に配列されている撮像素子と、
第1のモードおよび第2のモードを含むいずれかのモードで焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により実行される前記モードを設定する制御手段と、を有し、
前記第1のモードは、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、
前記第2のモードは、複数の前記画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである、ことを特徴とする撮像装置。
An imaging device having a pixel including a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit for one microlens, and the pixels are two-dimensionally arranged;
Focus detection means for performing focus detection in any mode including the first mode and the second mode;
Control means for setting the mode executed by the focus detection means,
The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit,
The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the second mode is a mode in which focus detection is performed by a light travel time method based on output signals of the plurality of pixels.
前記制御手段は、前記第1のモードで得られた前記焦点検出手段の第1の焦点検出結果に基づいて、該第1のモードを前記第2のモードに変更することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The control unit changes the first mode to the second mode based on a first focus detection result of the focus detection unit obtained in the first mode. The imaging apparatus according to 1. 前記制御手段は、前記第1のモードで得られた前記第1の焦点検出結果が所定の信頼性を満たしていない場合、該第1のモードを前記第2のモードに変更することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。   The control means changes the first mode to the second mode when the first focus detection result obtained in the first mode does not satisfy a predetermined reliability. The imaging device according to claim 2. 前記制御手段は、前記第1のモードで得られた前記第1の焦点検出結果が前記所定の信頼性を満たしている場合、該第1の焦点検出結果に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。   The control means performs focus control based on the first focus detection result when the first focus detection result obtained in the first mode satisfies the predetermined reliability. The imaging apparatus according to claim 3. 前記焦点検出手段は、前記第1のモードが前記第2のモードに変更された場合、該第2のモードで得られた前記焦点検出手段の第2の焦点検出結果に基づいて前記フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。   When the first mode is changed to the second mode, the focus detection unit performs the focus control based on the second focus detection result of the focus detection unit obtained in the second mode. The imaging apparatus according to claim 4, wherein the imaging apparatus is performed. 前記焦点検出手段は、複数の前記画素のうち互いに隣接する画素の出力信号に基づいて、前記光走行時間法による焦点検出を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。   6. The focus detection unit according to claim 1, wherein the focus detection unit performs focus detection by the light travel time method based on output signals of pixels adjacent to each other among the plurality of pixels. Imaging device. 前記焦点検出手段は、複数の前記画素のそれぞれの同一象限に位置する前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部の前記出力信号に基づいて、前記光走行時間法による焦点検出を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。   The focus detection unit performs focus detection by the light travel time method based on the output signal of the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit located in the same quadrant of each of the plurality of pixels. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is performed. 前記焦点検出手段は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の加算信号に基づいて、前記光走行時間法による焦点検出を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。   7. The focus detection unit according to claim 1, wherein the focus detection unit performs focus detection by the light travel time method based on an addition signal of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. The imaging apparatus of Claim 1. 前記焦点検出手段は、複数の前記画素の位置に応じて、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部の前記出力信号に基づいて、前記光走行時間法による焦点検出を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。   The focus detection unit performs focus detection by the light travel time method based on the output signal of the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit according to the positions of the plurality of pixels. The imaging apparatus according to claim 1, wherein 前記焦点検出手段は、複数の前記画素が前記撮像素子の中央部よりも一方側または他方側のいずれに位置しているかに応じて、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部の前記出力信号に基づいて、前記光走行時間法による焦点検出を行うことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。   The focus detection unit includes the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit according to whether the plurality of pixels are located on one side or the other side of the center of the image sensor. The imaging apparatus according to claim 9, wherein focus detection is performed based on the light travel time method based on the output signal. 撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の信号を出力する複数の画素を備えた撮像素子と、
第1のモードおよび第2のモードを含むいずれかのモードで焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により実行される前記モードを設定する制御手段と、を有し、
前記第1のモードは、前記撮像素子から出力された一対の信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、
前記第2のモードは、前記複数の画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである、ことを特徴とする撮像装置。
An image sensor including a plurality of pixels that photoelectrically convert light beams that have passed through different pupil regions of the imaging optical system and output a pair of signals;
Focus detection means for performing focus detection in any mode including the first mode and the second mode;
Control means for setting the mode executed by the focus detection means,
The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on a pair of signals output from the image sensor,
The imaging apparatus according to claim 2, wherein the second mode is a mode in which focus detection is performed by an optical travel time method based on output signals of the plurality of pixels.
撮影光学系を備えたレンズ装置と、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
A lens device equipped with a photographing optical system;
An imaging system comprising: the imaging device according to claim 1.
1つのマイクロレンズに対して第1の光電変換部および第2の光電変換部を備えた画素を有し、当該画素が2次元状に配列されている撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
第1のモードで焦点検出を行い第1の焦点検出結果を取得するステップと、
第2のモードで焦点検出を行い第2の焦点検出結果を取得するステップと、を有し、
前記第1のモードは、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、
前記第2のモードは、複数の前記画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである、ことを特徴とする制御方法。
A method for controlling an imaging apparatus including an imaging device having a pixel including a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit for one microlens, and the pixels are two-dimensionally arranged. There,
Performing focus detection in a first mode to obtain a first focus detection result;
And performing focus detection in the second mode to obtain a second focus detection result,
The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit,
The control method according to claim 2, wherein the second mode is a mode in which focus detection is performed by a light travel time method based on output signals of a plurality of pixels.
撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の信号を出力する複数の画素を備えた撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
第1のモードで焦点検出を行い第1の焦点検出結果を取得するステップと、
第2のモードで焦点検出を行い第2の焦点検出結果を取得するステップと、を有し、
前記第1のモードは、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の出力信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行うモードであり、
前記第2のモードは、前記複数の画素の出力信号に基づいて光走行時間法による焦点検出を行うモードである、ことを特徴とする制御方法。
A method for controlling an imaging apparatus including an imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert light beams that have passed through different pupil regions of an imaging optical system and output a pair of signals,
Performing focus detection in a first mode to obtain a first focus detection result;
And performing focus detection in the second mode to obtain a second focus detection result,
The first mode is a mode for performing focus detection by a phase difference method based on output signals of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit,
The control method according to claim 2, wherein the second mode is a mode in which focus detection is performed by an optical travel time method based on output signals of the plurality of pixels.
コンピュータに、請求項13または14に記載の撮像装置の制御方法を実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。   A program configured to cause a computer to execute the control method of the imaging apparatus according to claim 13 or 14. 請求項15に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。   A storage medium storing the program according to claim 15.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017107132A (en) * 2015-12-11 2017-06-15 株式会社ニコン Electronics
JP2017201760A (en) * 2016-05-06 2017-11-09 株式会社ニコン Imaging device and distance measuring device

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