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JP6362511B2 - Imaging apparatus and control method thereof - Google Patents

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JP6362511B2
JP6362511B2 JP2014224558A JP2014224558A JP6362511B2 JP 6362511 B2 JP6362511 B2 JP 6362511B2 JP 2014224558 A JP2014224558 A JP 2014224558A JP 2014224558 A JP2014224558 A JP 2014224558A JP 6362511 B2 JP6362511 B2 JP 6362511B2
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Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus and a control method thereof.

固体撮像素子に位相差検出機能を付与して、専用のAF(Auto Focus)センサを不要とし、かつ高速の位相差AFを実現する技術が提案されている。例えば、特許文献1では、固体撮像素子の一部の受光素子(画素)において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与する。これらの画素を焦点検出用画素として撮像用画素群の間に所定の行間隔で離散的に配置し、位相差式焦点検出を行う。   A technique has been proposed in which a phase difference detection function is added to a solid-state imaging device so that a dedicated AF (Auto Focus) sensor is unnecessary and high-speed phase difference AF is realized. For example, in Patent Document 1, in some light receiving elements (pixels) of a solid-state imaging element, a pupil division function is provided by decentering the sensitivity region of the light receiving unit with respect to the optical axis of the on-chip microlens. These pixels are used as focus detection pixels and are discretely arranged between the imaging pixel groups at predetermined row intervals to perform phase difference focus detection.

また、被写体(対象物)にパルス光を投射して、その反射光を固体撮像素子で受光し、このパルス光の飛行時間(遅れ時間)を測定することで被写体距離(対象物までの距離)を測るTOF(Time-Of-Flight)法がある。このTOF法の原理を応用して、電荷振り分け方式の画素構造を有するCMOS型固体撮像素子を用いて距離情報を取得する技術が提案されている。例えば、照射パルス光が物体に反射して遅れて到達する反射パルス光の先行部分に対応する信号成分と後行部分に対応する信号成分とをスイッチで振り分け、その比率を画素毎に求めることで、画素毎の距離情報を得ることができる(特許文献2参照)。また、TOF法で偶数行の画素と奇数行の画素とで転送タイミングを変えることで、異なる画素出力を用いて距離情報を得る方法も提案されている(特許文献3参照)。   The subject distance (distance to the object) is measured by projecting pulsed light onto the subject (object), receiving the reflected light with a solid-state imaging device, and measuring the flight time (delay time) of this pulsed light. There is a TOF (Time-Of-Flight) method for measuring the time. By applying the principle of the TOF method, a technique for acquiring distance information using a CMOS type solid-state imaging device having a charge distribution type pixel structure has been proposed. For example, the signal component corresponding to the preceding part and the signal part corresponding to the following part of the reflected pulse light that arrives after the irradiation pulse light is reflected by the object is distributed by the switch, and the ratio is obtained for each pixel. Distance information for each pixel can be obtained (see Patent Document 2). In addition, a method has been proposed in which distance information is obtained using different pixel outputs by changing the transfer timing between even-numbered pixels and odd-numbered pixels using the TOF method (see Patent Document 3).

特開2010−219958号公報JP 2010-219958 A 特開2004−294420号公報JP 2004-294420 A 特開2010−213231号公報JP 2010-213231 A

前記特許文献1では、固体撮像素子が有する焦点検出用画素は離散的に配置されており、画素信号の読み出しは画素行単位で行われる。そのため、動画撮影時の焦点検出用画素が配置された画素行における画素信号の読み出しの際には、焦点検出用画素の画素信号に加え、同じ画素行に配置された非焦点検出用画素の画素信号も同時に読み出される。しかしながら、このとき読み出される非焦点検出用画素の画素信号は、画像生成にも焦点検出にも用いられず、画素信号の読み出しのための時間や読み出し回路の消費電力などが冗長となり無駄が生じていた。本発明の目的は、固体撮像素子の焦点検出用画素と同じ画素行に配置された非焦点検出用画素を有効に活用し、距離検出精度を向上させることを可能にした撮像装置を提供することである。   In Patent Document 1, focus detection pixels included in a solid-state image sensor are discretely arranged, and pixel signals are read out in units of pixel rows. Therefore, when reading a pixel signal in a pixel row in which a focus detection pixel is arranged at the time of moving image shooting, in addition to a pixel signal of the focus detection pixel, a pixel of a non-focus detection pixel arranged in the same pixel row The signal is also read out simultaneously. However, the pixel signal of the non-focus detection pixel read out at this time is not used for image generation or focus detection, and the time for reading the pixel signal and the power consumption of the readout circuit are redundant, resulting in waste. It was. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can effectively use distance detection accuracy by effectively using non-focus detection pixels arranged in the same pixel row as focus detection pixels of a solid-state imaging device. It is.

本発明に係る撮像装置は、複数の画素が2次元状に配置され、前記複数の画素として、撮影レンズにより結像される被写体像を光電変換して画像生成用の信号を生成する複数の第1の画素、及び前記第1の画素の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの瞳領域を分割した領域からの被写体像を光電変換して位相差検出用の信号を生成する複数の第2の画素を有する固体撮像素子と、被写体にパルス光を投射する投光手段と、複数の前記第1の画素からの信号に基づいて画像を生成し、複数の前記第2の画素からの信号に基づいて焦点検出を行い、前記第2の画素と同じ行に配置された前記第2の画素とは異なる複数の第3の画素によって前記投光手段が投射した前記パルス光の被写体により反射された光を光電変換して得られた複数の前記第3の画素からの信号に基づいて被写体までの距離検出を行う処理手段とを有することを特徴とする。   The imaging apparatus according to the present invention includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional manner, and a plurality of second pixels that generate a signal for image generation by photoelectrically converting a subject image formed by a photographing lens as the plurality of pixels. A plurality of second pixels which are discretely arranged between one pixel and the first pixel, and which photoelectrically convert a subject image from a region obtained by dividing the pupil region of the photographing lens to generate a phase difference detection signal. An image is generated based on signals from a plurality of first pixels, a solid-state imaging device having two pixels, a light projecting unit that projects pulsed light onto a subject, and signals from the plurality of second pixels The focus detection is performed on the basis of the second pixel and the pulsed light projected by the light projecting means is reflected by the plurality of third pixels different from the second pixels arranged in the same row as the second pixels. A plurality of the above-mentioned obtained by photoelectric conversion Based on the signal from 3 pixels and having a processing means for performing a distance detection to the object.

本発明によれば、複数の第2の画素からの信号を用いて位相差AFによる焦点検出を行うことができるとともに、第2の画素と同じ行に配置された第3の画素からの信号を用いて被写体までの距離検出を行うことができる。これにより、焦点検出に用いる画素と同じ行に配置された焦点検出に用いられない画素を有効に活用でき、距離検出精度を向上させることができる。   According to the present invention, focus detection by phase difference AF can be performed using signals from a plurality of second pixels, and signals from third pixels arranged in the same row as the second pixels can be detected. It is possible to detect the distance to the subject. Thereby, pixels that are not used for focus detection arranged in the same row as the pixels used for focus detection can be effectively used, and the distance detection accuracy can be improved.

本発明の実施形態における固体撮像素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the solid-state image sensor in embodiment of this invention. 本実施形態における撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the imaging device in this embodiment. 本実施形態における固体撮像素子の画素配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of pixel arrangement | positioning of the solid-state image sensor in this embodiment. 本実施形態における固体撮像素子の画素の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the pixel of the solid-state image sensor in this embodiment. 本実施形態における固体撮像素子の読み出し部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the read-out part of the solid-state image sensor in this embodiment. 本実施形態における静止画撮影の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of still image photography in this embodiment. 本実施形態における動画撮影の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the moving image photography in this embodiment. 本実施形態における動画撮影時の距離検出に係る画素信号の読み出し動作の例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the example of the read-out operation | movement of the pixel signal which concerns on the distance detection at the time of the video recording in this embodiment. 本実施形態における動画撮影での信号読み出し動作の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the signal read-out operation | movement in the moving image photography in this embodiment. 本実施形態における撮像装置の制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of control of the imaging device in this embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態における固体撮像素子の構成例を示す図である。本実施形態における固体撮像素子100は、画素部101、垂直走査部102、読み出し部103、水平走査部104、及び差分出力回路(読み出しアンプ)110を有する。なお、固体撮像素子100は、各回路にタイミング信号等を供給するタイミングジェネレータ(タイミング発生回路)等を備えていても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The solid-state imaging device 100 according to the present embodiment includes a pixel unit 101, a vertical scanning unit 102, a reading unit 103, a horizontal scanning unit 104, and a difference output circuit (reading amplifier) 110. Note that the solid-state imaging device 100 may include a timing generator (timing generation circuit) that supplies a timing signal or the like to each circuit.

画素部101は、複数の単位画素が2次元状に(行方向及び列方向に)配置されており、撮影レンズを含む光学系により結像された被写体像を受光する。画素部101の各画素は、被写体像を光電変換して画素信号を生成する。垂直走査部102は、信号PTX、信号PRES、及び信号PSELを駆動することにより、画素部101の行を指定された順に選択する。水平走査部104は、信号phを駆動することにより、画素部101の複数の列を順に選択する。   The pixel unit 101 has a plurality of unit pixels arranged two-dimensionally (in a row direction and a column direction), and receives a subject image formed by an optical system including a photographing lens. Each pixel of the pixel unit 101 photoelectrically converts the subject image to generate a pixel signal. The vertical scanning unit 102 selects the rows of the pixel units 101 in the designated order by driving the signal PTX, the signal PRES, and the signal PSEL. The horizontal scanning unit 104 sequentially selects a plurality of columns of the pixel unit 101 by driving the signal ph.

読み出し部103は、垂直走査部102により画素部101から列毎に出力されるアナログ信号を増幅し保持する信号保持部及びスイッチと、信号保持部に保持されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換部(AD変換部)とを有する。また、読み出し部103は、AD変換部により変換されたデジタル信号をラッチして、水平走査部104から供給されるパルス信号phによって、デジタル信号を差分出力回路110に順次読み出す。差分出力回路110は、読み出されたS信号(光信号成分及びノイズ成分)とN信号(ノイズ成分)との差分信号を出力する。   The reading unit 103 amplifies and holds an analog signal output for each column from the pixel unit 101 by the vertical scanning unit 102 and a switch, and an analog that converts the analog signal held in the signal holding unit into a digital signal. -It has a digital conversion part (AD conversion part). Further, the reading unit 103 latches the digital signal converted by the AD conversion unit, and sequentially reads the digital signal to the difference output circuit 110 by the pulse signal ph supplied from the horizontal scanning unit 104. The difference output circuit 110 outputs a difference signal between the read S signal (optical signal component and noise component) and N signal (noise component).

図2は、本実施形態における固体撮像素子を有する撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態における撮像装置は、固体撮像素子100を用いてTOF(Time-Of-Flight)法による被写体距離情報(距離画像)を生成可能である。本実施形態における撮像装置は、固体撮像素子100、撮影レンズ201、発光素子202、タイミング発生回路203、信号処理部204、及び制御部205を有する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus having a solid-state imaging device in the present embodiment. The imaging apparatus according to the present embodiment can generate subject distance information (distance image) by the TOF (Time-Of-Flight) method using the solid-state imaging device 100. The imaging apparatus according to the present embodiment includes a solid-state imaging device 100, a photographing lens 201, a light emitting device 202, a timing generation circuit 203, a signal processing unit 204, and a control unit 205.

固体撮像素子100は、図1に示した固体撮像素子であり、受光した光学像(被写体像)を光電変換する。撮影レンズ201は、被写界からの光を固体撮像素子100に集光する。投光手段としての発光素子202は、被写体に対してパルス光を照射する。例えば、発光素子202は、タイミング発生回路203から供給されるパルス信号pledがハイレベルになることで、被写体に対して光を投射するように駆動される。タイミング発生回路203は、制御部205による制御に従って、固体撮像素子100や発光素子203を駆動する。   The solid-state imaging device 100 is the solid-state imaging device shown in FIG. 1 and photoelectrically converts a received optical image (subject image). The taking lens 201 collects light from the object scene onto the solid-state imaging device 100. A light emitting element 202 as a light projecting unit irradiates a subject with pulsed light. For example, the light emitting element 202 is driven to project light onto the subject when the pulse signal pled supplied from the timing generation circuit 203 becomes high level. The timing generation circuit 203 drives the solid-state imaging element 100 and the light emitting element 203 according to control by the control unit 205.

信号処理部204は、制御部205による制御に従って、固体撮像素子100からの信号を用いて各種の信号処理を行う。信号処理部204は、例えば固体撮像素子100が有する撮像用画素からの画素信号に基づいて撮像画像を生成する。また、信号処理部204は、例えば固体撮像素子100が有する焦点検出用画素からの画素信号に基づいて焦点検出処理を行ったり、焦点検出用画素と同じ行に配置された非焦点検出用画素からの画素信号に基づいてTOF法による距離検出処理を行ったりする。すなわち、発光素子202から照射された光が被写体に反射して固体撮像素子100で受光されるまでの時間を測定することで、被写体までの距離情報(距離画像)を生成する。   The signal processing unit 204 performs various types of signal processing using signals from the solid-state imaging device 100 according to control by the control unit 205. For example, the signal processing unit 204 generates a captured image based on a pixel signal from an imaging pixel included in the solid-state imaging device 100. The signal processing unit 204 performs focus detection processing based on, for example, a pixel signal from a focus detection pixel included in the solid-state imaging device 100, or from a non-focus detection pixel arranged in the same row as the focus detection pixel. A distance detection process by the TOF method is performed based on the pixel signal. That is, distance information (distance image) to the subject is generated by measuring the time until the light emitted from the light emitting element 202 is reflected by the subject and received by the solid-state imaging device 100.

制御部205は、撮像装置が有する各部を制御する。制御部113は、例えば制御方法を記載したプログラム等を実行することにより撮像装置の各部の制御を行うマイクロコントローラや演算処理装置(CPU)を有する。例えば、制御部205は、撮影モード等に応じて信号処理部204やタイミング発生回路203を制御したり、信号処理部204での処理結果等に応じて撮影レンズ201を駆動制御したりする。   The control unit 205 controls each unit included in the imaging apparatus. The control unit 113 includes a microcontroller and an arithmetic processing unit (CPU) that control each unit of the imaging apparatus by executing a program describing a control method, for example. For example, the control unit 205 controls the signal processing unit 204 and the timing generation circuit 203 according to the shooting mode and the like, and controls the driving of the shooting lens 201 according to the processing result at the signal processing unit 204 and the like.

図3は、本実施形態における固体撮像素子の画素配置の一例を示す図である。近年の固体撮像素子は、数百万画素から一千万画素を超える画素を有する高画素数の撮像素子が実用化されているが、説明を簡略化するため、本実施形態では、水平方向に24画素、垂直方向に12画素の配置で説明する。また、固体撮像素子には、通常、画素出力の基準となる遮光されたオプティカルブラック画素(OB画素)が、適宜配置されるが、これも説明の簡略化のため、図中からは省略している。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a pixel arrangement of the solid-state imaging device in the present embodiment. In recent years, as a solid-state imaging device, an imaging device having a high pixel count having pixels from millions of pixels to more than 10 million pixels has been put into practical use. A description will be given with an arrangement of 24 pixels and 12 pixels in the vertical direction. In addition, normally, a solid-state image sensor is appropriately provided with a light-shielded optical black pixel (OB pixel) that serves as a reference for pixel output, but this is also omitted from the drawing for the sake of simplicity. Yes.

本実施形態における固体撮像素子の画素配列は、2×2のベイヤー配列を基本としている。図中に記載されたG、R、Bの記号は、それぞれグリーン(緑)、レッド(赤)、ブルー(青)のカラーフィルターを示している。ベイヤー配列されたG画素、R画素、B画素は、撮影レンズにより結像される被写体像を光電変換して画像生成用の信号を生成する。さらに、ベイヤー配列された固体撮像素子の一部分に焦点検出用画素であるA画素及びB画素が所定の割合で規則的に混入されている。焦点検出用画素であるA画素及びB画素は、フォトダイオードの一部を遮光することによって撮影レンズの瞳領域を分割した領域からの被写体像を光電変換して位相差検出用の信号を生成する。   The pixel array of the solid-state imaging device in the present embodiment is based on a 2 × 2 Bayer array. The symbols G, R, and B described in the figure indicate green (green), red (red), and blue (blue) color filters, respectively. The Bayer-arranged G pixel, R pixel, and B pixel photoelectrically convert a subject image formed by the photographing lens to generate a signal for image generation. Further, A pixels and B pixels, which are focus detection pixels, are regularly mixed at a predetermined ratio in a part of the solid-state imaging device arranged in the Bayer array. The focus detection pixels A and B generate light to detect a phase difference by photoelectrically converting a subject image from a region obtained by dividing the pupil region of the photographing lens by shielding a part of the photodiode. .

焦点検出用画素は、動画撮影時の固体撮像素子からの行間引き読み出しにおいて、画素信号が読み出されない、すなわち間引かれる画素行に配置されている。図3に示す例では、焦点検出用画素は、v4行目に位相差AF用の基準画素であるA画素が、瞳分割方向に1画素毎に離散的に配置され、v5行目に位相差AF用の参照画素であるB画素が、瞳分割方向に1画素毎に離散的に配置されている。v4行目のA画素とv5行目のB画素との像ずれ量を求めることにより、撮影レンズのデフォーカス量を得ることができる。また、v10行目及びv11行目にも、同様の規則でA画素及びB画素がそれぞれ配置されている。   The focus detection pixels are arranged in pixel rows from which pixel signals are not read out, that is, thinned out in row thinning readout from the solid-state imaging device during moving image shooting. In the example shown in FIG. 3, the focus detection pixels are arranged such that the A pixels, which are reference pixels for phase difference AF, are arranged discretely in the pupil division direction in the v4th row, and the phase difference is in the v5th row. B pixels which are AF reference pixels are discretely arranged for each pixel in the pupil division direction. The defocus amount of the photographing lens can be obtained by obtaining the image shift amount between the A pixel in the v4 row and the B pixel in the v5 row. Also, the A pixel and the B pixel are arranged in the same rule in the v10 and v11 lines, respectively.

A画素、B画素を離散的に配置する目的は、焦点検出用画素が、欠陥画素とみなされ、周辺の通常画素の情報を用いて補間されるので、焦点検出用画素の周囲に補間用の通常画素を配置すること、及び補間による画像の劣化を抑制するためである。したがって、瞳分割方向に離散的に配置するとともに、瞳分割と垂直方向、本実施形態では、行方向にも離散的に配置される。v4行目及びv5行目の基準画素及び参照画素のペアと、v10行目及びv11行目の基準画素及び参照画素のペアとは、5行離されて配置されている。なお、図3に示した本実施形態における画素配置は、配置の一例を示したものであり、この配置に限定されるものではない。   The purpose of discretely arranging the A pixel and the B pixel is that the focus detection pixel is regarded as a defective pixel and is interpolated using information on the surrounding normal pixels. This is because normal pixels are arranged and image deterioration due to interpolation is suppressed. Therefore, it is discretely arranged in the pupil division direction, and is also discretely arranged in the pupil division and the vertical direction, in the present embodiment, in the row direction. The pair of reference pixels and reference pixels in the v4 and v5 rows and the reference pixel and reference pixel pair in the v10 and v11 rows are arranged 5 rows apart. Note that the pixel arrangement in the present embodiment shown in FIG. 3 shows an example of the arrangement, and is not limited to this arrangement.

図4は、本実施形態における固体撮像素子が有する画素(単位画素)の構成例を示す図である。図4に示す単位画素400が1画素を構成しており、画素部101には図4に示す単位画素400が2次元状に(行方向及び列方向に)複数配置されている。単位画素400は、フォトダイオード(PD)401、転送トランジスタ(tx)402、リセットトランジスタ(tres)403、増幅トランジスタ(tsf)404、及び選択トランジスタ(tsel)405を有する。転送トランジスタ402、リセットトランジスタ403、増幅トランジスタ404、及び選択トランジスタ405は、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが用いられる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of pixels (unit pixels) included in the solid-state imaging device according to the present embodiment. 4 constitutes one pixel, and a plurality of unit pixels 400 shown in FIG. 4 are arranged two-dimensionally (in the row direction and the column direction) in the pixel portion 101. The unit pixel 400 includes a photodiode (PD) 401, a transfer transistor (tx) 402, a reset transistor (tres) 403, an amplifying transistor (tsf) 404, and a selection transistor (tsel) 405. As the transfer transistor 402, the reset transistor 403, the amplification transistor 404, and the selection transistor 405, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor is used.

図4に示す例では、光信号電荷を発生するフォトダイオード401は、アノード側が接地されている。フォトダイオード401のカソード側は、転送トランジスタ402を介して、フローティングディフュージョン(Cfd)及び増幅トランジスタ404のゲートに接続されている。また、増幅トランジスタ404のゲートには、フォトダイオード401及びフローティングディフュージョン(Cfd)をリセットするためのリセットトランジスタ403のソースが接続されている。リセットトランジスタ403のドレインは、電源電圧VDDに接続されている。増幅トランジスタ404は、ドレインが電源電圧VDDに接続され、ソースが選択トランジスタ405のドレインに接続されている。   In the example shown in FIG. 4, the anode side of the photodiode 401 that generates the optical signal charge is grounded. The cathode side of the photodiode 401 is connected to the floating diffusion (Cfd) and the gate of the amplification transistor 404 via the transfer transistor 402. The gate of the amplification transistor 404 is connected to the source of the reset transistor 403 for resetting the photodiode 401 and the floating diffusion (Cfd). The drain of the reset transistor 403 is connected to the power supply voltage VDD. The amplification transistor 404 has a drain connected to the power supply voltage VDD and a source connected to the drain of the selection transistor 405.

転送トランジスタ402は、ゲート端子に信号PTXが供給され、フォトダイオード401の信号をフローティングディフュージョン及び増幅トランジスタ404のゲートに転送する。リセットトランジスタ403は、ゲート端子に信号PRESが供給され、フローティングディフュージョン及びフォトダイオード401をリセットする。選択トランジスタ405は、ゲート端子に信号PSELが供給され、信号を端子outから出力する。端子outは、不図示の垂直出力線(列出力線)に接続されている。増幅トランジスタ404は、選択トランジスタ405を介して電流源負荷と接続されることで、ソースフォロワアンプとして機能する。   The transfer transistor 402 is supplied with the signal PTX at its gate terminal, and transfers the signal of the photodiode 401 to the floating diffusion and the gate of the amplification transistor 404. The reset transistor 403 is supplied with a signal PRES at its gate terminal, and resets the floating diffusion and the photodiode 401. In the selection transistor 405, the signal PSEL is supplied to the gate terminal, and the signal is output from the terminal out. The terminal out is connected to a vertical output line (column output line) (not shown). The amplification transistor 404 functions as a source follower amplifier by being connected to the current source load via the selection transistor 405.

図5は、本実施形態における固体撮像素子の読み出し部の一部を示す図である。図5においては、単位画素として、図3に示したv0行目h0列目の『00』、v1行目h0列目の『10』、v0行目h1列目の『01』、及びv1行目h1列目の『11』の4画素(2×2)のみを示している。実際には、このような単位画素群が行方向及び列方向にさらに複数配置されている。   FIG. 5 is a diagram illustrating a part of the reading unit of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In FIG. 5, as unit pixels, “00” in the v0 row h0 column, “10” in the v1 row h0 column, “01” in the v0 row h1 column, and the v1 row shown in FIG. Only four pixels (2 × 2) of “11” in the eye h1 column are shown. Actually, a plurality of such unit pixel groups are arranged in the row direction and the column direction.

単位画素の出力は、電流源負荷501、503が接続された垂直出力線(列出力線)500、502に接続されている。垂直出力線500、502は、画素列毎に2本配置されている。垂直出力線に読み出された単位画素出力は、増幅アンプ504で増幅され、制御パルスPTS、PTNにより駆動されるMOSスイッチ505、507を介して保持容量506、508に保持される。ここで、保持容量508には単位画素のリセット解除後の出力(N信号)を保持し、保持容量506には単位画素からの信号出力(S信号)を保持する。   The output of the unit pixel is connected to vertical output lines (column output lines) 500 and 502 to which current source loads 501 and 503 are connected. Two vertical output lines 500 and 502 are arranged for each pixel column. The unit pixel output read to the vertical output line is amplified by the amplification amplifier 504 and held in the holding capacitors 506 and 508 via the MOS switches 505 and 507 driven by the control pulses PTS and PTN. Here, the holding capacitor 508 holds an output (N signal) after the reset of the unit pixel is released, and the holding capacitor 506 holds a signal output (S signal) from the unit pixel.

このように保持された信号(S信号及びN信号)は、不図示のAD変換部によりAD変換された後、水平走査部104によって差分出力回路110に転送され、S信号とN信号との差分信号が出力される。本実施形態における固体撮像素子は、図5に示すように、1列の単位画素に対して2本の垂直出力線500、502を有し、それぞれ偶数行と奇数行の単位画素が接続されている。すなわち、1行分の信号読み出し動作で2行分の単位画素出力を得ることが可能となっている。   The signals (S signal and N signal) held in this way are AD-converted by an AD converter (not shown) and then transferred to the differential output circuit 110 by the horizontal scanning unit 104, and the difference between the S signal and the N signal A signal is output. As shown in FIG. 5, the solid-state imaging device according to the present embodiment includes two vertical output lines 500 and 502 for one column of unit pixels, and unit pixels of even and odd rows are connected to each other. Yes. That is, it is possible to obtain unit pixel outputs for two rows by a signal reading operation for one row.

図6は、図1〜図5に示した本実施形態における固体撮像素子において、静止画を撮影するためにフォトダイオード(PD)401に蓄積された信号を1画面の全画素分読み出す様子を説明するタイミングチャートである。図6においては、横方向に時間の経過を示している。また、図6においては、図3に示したv0行目〜v3行目の画素からの読み出し動作を示しており、焦点検出画素行を含む以降の行の画素の画素信号も同様の動作により読み出される。   FIG. 6 illustrates how the signal accumulated in the photodiode (PD) 401 is read for all pixels of one screen in order to capture a still image in the solid-state imaging device according to the present embodiment illustrated in FIGS. 1 to 5. It is a timing chart to do. In FIG. 6, the passage of time is shown in the horizontal direction. FIG. 6 shows the read operation from the pixels in the v0-th to v3-th rows shown in FIG. 3, and the pixel signals of the pixels in the subsequent rows including the focus detection pixel row are also read out by the same operation. It is.

信号HDがローレベルからハイレベルになることで垂直走査部102による画素選択行が切り替えられるとともに、信号HDの位相が選択行の画素に供給される信号PSELの位相を示している。各パルス信号はハイレベルで対応するトランジスタをオンさせる。   When the signal HD changes from the low level to the high level, the pixel selection row by the vertical scanning unit 102 is switched, and the phase of the signal HD indicates the phase of the signal PSEL supplied to the pixels of the selection row. Each pulse signal turns on the corresponding transistor at a high level.

また、同時に読み出される2行の画素の転送トランジスタ(tx)402は、信号PTXにより2行毎に駆動される。例えば、v0行目及びv1行目の画素からの画素信号の読み出しでは、v0行目の画素に供給される信号PTX_0i(iは添え字であり、i=0、1、2、3、・・・)、及びv1行目の画素に供給されるPTX_1iが同時に駆動される。また、例えば、v2行目及びv3行目の画素からの画素信号の読み出しでは、v2行目の画素に供給される信号PTX_2i及びv3行目の画素に供給されるPTX_3iが同時に駆動される。   Further, the transfer transistors (tx) 402 of the pixels in two rows that are read simultaneously are driven every two rows by the signal PTX. For example, when pixel signals are read from the pixels in the v0 and v1 rows, the signal PTX_0i (i is a subscript, i = 0, 1, 2, 3,. )) And PTX_1i supplied to the pixels in the v1th row are driven simultaneously. Further, for example, in reading out pixel signals from the pixels in the v2 row and the v3 row, the signal PTX_2i supplied to the v2 row pixel and the PTX_3i supplied to the v3 row pixel are driven simultaneously.

ここでは説明を簡略化するために、時刻T1以前に露光が行われ固体撮像素子のフォトダイオード(PD)401での信号電荷の蓄積が行われているものとし、時刻T1以降の説明を行う。まず、時刻T1〜時刻T2において、信号HD(PSEL)がローレベルからハイレベルになることで、垂直走査部102によりv0行目及びv1行目の画素が選択され、v0行目及びv1行目の単位画素出力が垂直出力線に接続される。このとき、信号PRESはハイレベルであり、画素のフローティングディフュージョン(Cfd)はリセット状態である。   Here, in order to simplify the description, it is assumed that exposure is performed before time T1 and signal charges are accumulated in the photodiode (PD) 401 of the solid-state imaging device, and the description after time T1 will be described. First, at time T1 to time T2, the signal HD (PSEL) changes from the low level to the high level, whereby the pixels in the v0 and v1 rows are selected by the vertical scanning unit 102, and the v0 and v1 rows are selected. Are output to the vertical output line. At this time, the signal PRES is at a high level, and the floating diffusion (Cfd) of the pixel is in a reset state.

時刻T3〜時刻T4において、制御パルスPTS、PTNがハイレベルになることで、保持容量506及び保持容量508がリセットされる。時刻T5において、信号PRESがローレベルになり、フローティングディフュージョン(Cfd)のリセットが解除される。その後、時刻T6〜時刻T7において、制御パルスPTNが再びハイレベルになることで、単位画素のリセット解除後の出力(N信号、ノイズ成分)が保持容量508に保持される。   From time T3 to time T4, when the control pulses PTS and PTN are at a high level, the storage capacitor 506 and the storage capacitor 508 are reset. At time T5, the signal PRES goes low, and the reset of the floating diffusion (Cfd) is released. After that, at time T6 to time T7, the control pulse PTN becomes high level again, so that the output (N signal, noise component) after reset release of the unit pixel is held in the holding capacitor 508.

次に、時刻T8〜時刻T9において、信号PTX_0i及び信号PTX_1iがハイレベルになることで、選択行におけるすべての画素のフォトダイオード(PD)401からの信号がフローティングディフュージョン(Cfd)に転送される。その後、時刻T9〜時刻T10において、制御パルスPTSが再びハイレベルになることで、単位画素からの信号出力(S信号、光信号成分及びノイズ成分)が保持容量506に保持される。   Next, from time T8 to time T9, the signal PTX_0i and the signal PTX_1i are at a high level, so that the signals from the photodiodes (PD) 401 of all the pixels in the selected row are transferred to the floating diffusion (Cfd). Thereafter, the signal output (S signal, optical signal component, and noise component) from the unit pixel is held in the holding capacitor 506 when the control pulse PTS again becomes high level from time T9 to time T10.

続く、時刻T10〜時刻T11の間に、保持容量506、508に保持されたS信号及びN信号がAD変換された後、水平走査部104により信号phを駆動することで差分出力回路110に転送され、S信号とN信号の差分信号が出力される。時刻T11において、信号PRESがハイレベルになり、時刻T11〜時刻T12において再び信号HD(PSEL)がローレベルからハイレベルになることで、次の行(ここではv2行目とv3行目)の単位画素出力の読み出しが開始される。   Subsequently, after the S signal and the N signal held in the holding capacitors 506 and 508 are AD-converted between time T10 and time T11, the signal ph is driven by the horizontal scanning unit 104 and transferred to the differential output circuit 110. Then, a differential signal between the S signal and the N signal is output. At time T11, the signal PRES becomes high level, and at time T11 to time T12, the signal HD (PSEL) changes from low level to high level again, so that the next row (here, the v2 row and the v3 row). Reading of the unit pixel output is started.

このように2行づつの読み出し動作を繰り返すことにより、固体撮像素子における1画面分のすべての単位画素出力の読み出しを行うことができる。これにより被写体を撮像するための1画面分の画素信号が得られる。また、静止画撮影ではTOF法による距離検出を行わないので、パルス信号pledはローレベルのままであり、発光素子202は発光駆動されない。   By repeating the readout operation for every two rows in this way, it is possible to read out all the unit pixel outputs for one screen in the solid-state imaging device. Thereby, a pixel signal for one screen for imaging the subject is obtained. In addition, since distance detection by the TOF method is not performed in still image shooting, the pulse signal pred remains at a low level, and the light emitting element 202 is not driven to emit light.

図7は、図1〜図5に示した本実施形態における固体撮像素子において、動画を撮影するために撮像行のフォトダイオード(PD)401に蓄積された信号を、間引いて読み出す様子を説明するタイミングチャートである。なお、撮像行は、画像生成用の信号を生成する撮像用画素が配置された画素行である。   FIG. 7 illustrates how the signal accumulated in the photodiode (PD) 401 in the imaging row is read out in order to capture a moving image in the solid-state imaging device according to the present embodiment illustrated in FIGS. 1 to 5. It is a timing chart. The imaging row is a pixel row in which imaging pixels that generate an image generation signal are arranged.

各信号の駆動動作は図6に示した動作例と同様であり、図7に示す時刻T21〜時刻T32が図6に示した時刻T1〜時刻T12にそれぞれ対応するが、図7に示す動作では間引き読み出しを行うために選択される行が異なる。図7に示した例において、時刻T21〜時刻T32の間に選択される行はv0行目及びv3行目であり、続いて選択される行はv6行目及びv9行目であり、焦点検出用画素が配置された行(例えばv4行目及びv5行目)は、ここでは読み出されない。   The driving operation of each signal is the same as the operation example shown in FIG. 6, and time T21 to time T32 shown in FIG. 7 correspond to time T1 to time T12 shown in FIG. 6, respectively. Different rows are selected to perform decimation readout. In the example shown in FIG. 7, the rows selected between time T21 and time T32 are the v0th and v3th rows, and the subsequent selected rows are the v6th and v9th rows, and focus detection is performed. The rows in which the pixels are arranged (for example, the v4th and v5th rows) are not read out here.

図7に示した動作により、固体撮像素子における全画素行のうちの1/3の画素行分の動画撮影用画素信号を読み出すことができる。また、ここではTOF法による距離検出を行わないので、パルス信号pledはローレベルのままであり、発光素子202は発光駆動されない。   With the operation shown in FIG. 7, the moving image capturing pixel signal for 1/3 of all the pixel rows in the solid-state imaging device can be read. Here, since distance detection by the TOF method is not performed, the pulse signal pred remains at a low level, and the light emitting element 202 is not driven to emit light.

図8は、図1〜図5に示した本実施形態における固体撮像素子において、焦点検出用画素を用いた焦点検出及び非焦点検出用画素を用いたTOF法による距離検出を行うための、焦点検出用画素行の読み出し動作を説明する。この動作は、図7で説明した、全画素行のうちの1/3の画素行分の動画撮影用画素信号の読み出し動作後に引き続いて行われる。なお、焦点検出用画素行は、位相差検出用の信号を生成する焦点検出用画素が配置された画素行であり、焦点検出用画素だけでなく、焦点検出には用いられない非焦点検出用画素も配置されている。   FIG. 8 shows a focus for performing focus detection using a focus detection pixel and distance detection by a TOF method using a non-focus detection pixel in the solid-state imaging device according to the present embodiment shown in FIGS. A reading operation of the detection pixel row will be described. This operation is performed subsequently after the readout operation of the moving image capturing pixel signal for one third of the pixel rows described in FIG. The focus detection pixel row is a pixel row in which focus detection pixels for generating a phase difference detection signal are arranged, and is not only used for focus detection pixels but also used for focus detection. Pixels are also arranged.

なお、図8に示す例においては、図3に示した焦点検出用画素行の画素において、2×2のベイヤー配列を基本とし、焦点検出用画素であるA画素とB画素により位相差AFを行わせるものとする。また、焦点検出用画素と同じ行に配置された残りの非焦点検出用画素の2画素(例えば、v4行目h1列目の画素とv5行目h0列目の画素)によりTOF法による被写体までの距離検出を行わせるものとする。   In the example shown in FIG. 8, the pixels in the focus detection pixel row shown in FIG. 3 are based on a 2 × 2 Bayer array, and the phase difference AF is set by the A pixel and the B pixel that are focus detection pixels. Let it be done. Further, the remaining two non-focus detection pixels (for example, a pixel in the v4th row h1 column and a pixel in the v5th row h0 column) arranged in the same row as the focus detection pixel reach the subject by the TOF method. It is assumed that distance detection is performed.

ここでは説明を簡略化するため、時刻T41以前に焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401での信号電荷の蓄積が行われているものとし、時刻T41以降の説明を行う。まず、時刻T41〜時刻T42において、信号HD(PSEL)がローレベルからハイレベルになることで、垂直走査部102によりv4行目及びv5行目の画素が選択され、v4行目及びv5行目の単位画素出力が垂直出力線に接続される。   Here, in order to simplify the description, it is assumed that signal charges are accumulated in the photodiode (PD) 401 of the focus detection pixel before the time T41, and the description after the time T41 is given. First, at time T41 to time T42, the signal HD (PSEL) is changed from the low level to the high level, so that the pixels in the v4 and v5 rows are selected by the vertical scanning unit 102, and the v4 and v5 rows are selected. Are output to the vertical output line.

このとき、信号PRESはハイレベルであり、焦点検出用画素行のすべての画素のフローティングディフュージョン(Cfd)はリセット状態である。また、信号PTX_41、PTX_101及び信号PTX_50、信号PTX_110等の非焦点検出用画素に供給される信号PTXはハイレベルであり、非焦点検出用画素はフォトダイオード(PD)401もリセット状態である。   At this time, the signal PRES is at a high level, and the floating diffusion (Cfd) of all the pixels in the focus detection pixel row is in a reset state. Further, the signal PTX supplied to the non-focus detection pixels such as the signals PTX_41, PTX_101, the signal PTX_50, and the signal PTX_110 is at a high level, and the photodiode (PD) 401 is also in a reset state in the non-focus detection pixels.

時刻T43において、信号PRESがローレベルになり、焦点検出画素行のすべての画素のフローティングディフュージョン(Cfd)のリセットが解除される。また、時刻T43において、非焦点検出用画素に供給される信号PTXがローレベルになり、非焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401のリセットが解除される。時刻T44〜時刻T45において、信号PTX_40、PTX_100及び信号PTX_51、PTX_111等の焦点検出用画素に供給される信号PTXがハイレベルになる。これにより、すべての焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401からの信号がフローティングディフュージョン(Cfd)に転送される。   At time T43, the signal PRES becomes low level, and the reset of the floating diffusion (Cfd) of all the pixels in the focus detection pixel row is released. At time T43, the signal PTX supplied to the non-focus detection pixel becomes low level, and the reset of the photodiode (PD) 401 of the non-focus detection pixel is released. From time T44 to time T45, the signals PTX supplied to the focus detection pixels such as the signals PTX_40 and PTX_100 and the signals PTX_51 and PTX_111 are at a high level. As a result, signals from the photodiodes (PD) 401 of all focus detection pixels are transferred to the floating diffusion (Cfd).

続いて、時刻T46〜時刻T48の期間において、信号PTX_41、PTX_101等のA画素が配置されている焦点検出用画素行の非焦点検出用画素に供給される信号PTXがハイレベルになる。これにより、v4行目及びv10行目の非焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401からの信号がフローティングディフュージョン(Cfd)に転送される。   Subsequently, during the period from time T46 to time T48, the signal PTX supplied to the non-focus detection pixels in the focus detection pixel row in which the A pixels such as the signals PTX_41 and PTX_101 are arranged is at a high level. As a result, the signal from the photodiode (PD) 401 of the non-focus detection pixels on the v4th and v10th rows is transferred to the floating diffusion (Cfd).

また、時刻T48〜時刻T50の期間において、信号PTX_50、PTX_110等のB画素が配置されている焦点検出用画素行の非焦点検出用画素に供給される信号PTXがハイレベルになる。これにより、v5行目及びv11行目の非焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401からの信号がフローティングディフュージョン(Cfd)に転送される。また、時刻T47〜時刻T49の期間において、パルス信号pledがハイレベルになることにより、発光素子202が発光駆動され被写体にパルス光が投射される。
つまり、時刻T46〜時刻T50の期間において、TOF法による距離検出を行うための投光と信号蓄積が行われる。
In the period from time T48 to time T50, the signal PTX supplied to the non-focus detection pixels in the focus detection pixel row in which the B pixels such as the signals PTX_50 and PTX_110 are arranged is at a high level. As a result, the signal from the photodiode (PD) 401 of the non-focus detection pixels on the v5th and v11th lines is transferred to the floating diffusion (Cfd). In the period from time T47 to time T49, when the pulse signal pled is at a high level, the light emitting element 202 is driven to emit light, and pulse light is projected onto the subject.
That is, during the period from time T46 to time T50, light projection and signal accumulation for distance detection by the TOF method are performed.

その後、時刻T51〜時刻T52において、制御パルスPTSがハイレベルになることで、v4行目及びv5行目の焦点検出用画素及び非焦点検出用画素の信号出力(S信号)が保持容量506に保持される。続いて時刻T52〜時刻T53において、v4行目及びv5行目の信号PRESがハイレベルになることで、v4行目及びv5行目の焦点検出用画素及び非焦点検出用画素のフローティングディフュージョン(Cfd)がリセットされる。その後、時刻T53〜時刻T54において、制御パルスPTNがハイレベルになることで、v4行目及びv5行目の焦点検出用画素及び非焦点検出用画素のリセット解除後の出力(N信号)が保持容量508に保持される。   After that, at time T51 to time T52, the control pulse PTS becomes high level, so that the signal outputs (S signals) of the focus detection pixels and the non-focus detection pixels in the v4th and v5th rows are stored in the storage capacitor 506. Retained. Subsequently, at time T52 to time T53, when the signal PRES in the v4th and v5th rows becomes high level, the floating diffusion (Cfd) of the focus detection pixels and the non-focus detection pixels in the v4th and v5th rows. ) Is reset. After that, at time T53 to time T54, the output (N signal) after the reset release of the focus detection pixels and the non-focus detection pixels in the v4th and v5th rows is held by the control pulse PTN becoming a high level. The capacity 508 is held.

続く、時刻T54〜時刻T55の間に、保持容量506、508に保持されたS信号及びN信号がAD変換された後、水平走査部104により信号phを駆動することで差分出力回路110に転送され、S信号とN信号の差分信号が出力される。時刻T55〜時刻T56において再び信号HD(PSEL)がローレベルからハイレベルになることで、次の行(ここではv10行目とv11行目)の単位画素出力の読み出しが開始される。ここで時刻T56以降では、焦点検出用画素行の画素の画素信号は、すでにフローティングデフュージョン(Cfd)に転送されているので、時刻T51〜時刻T55と同様の垂直転送及び水平走査を行う。   Subsequently, after the S and N signals held in the holding capacitors 506 and 508 are AD-converted between time T54 and time T55, the signal ph is driven by the horizontal scanning unit 104 and transferred to the differential output circuit 110. Then, a differential signal between the S signal and the N signal is output. At time T55 to time T56, the signal HD (PSEL) is changed from the low level to the high level again, whereby reading of the unit pixel output of the next row (here, the v10th row and the v11th row) is started. Here, after time T56, since the pixel signal of the pixel in the focus detection pixel row has already been transferred to the floating diffusion (Cfd), vertical transfer and horizontal scanning similar to those at time T51 to time T55 are performed.

このような読み出し動作を行うことにより、固体撮像素子における焦点検出用画素行の画素信号の読み出しを行うことができ、焦点検出用画素から読み出された画素信号を用いて焦点検出を行うことが可能となる。また、非焦点検出用画素から読み出された画素信号を用いて、組となる2つの非焦点検出用画素のうちの一方の画素からの画素信号と他方の画素からの画素信号の比率を組毎に求めることで、TOF法により被写体までの距離を算出することが可能となる。   By performing such a reading operation, the pixel signal of the focus detection pixel row in the solid-state imaging device can be read, and focus detection can be performed using the pixel signal read from the focus detection pixel. It becomes possible. Also, using the pixel signal read out from the non-focus detection pixel, the ratio of the pixel signal from one of the two non-focus detection pixels to be paired and the pixel signal from the other pixel is combined. By calculating each time, the distance to the subject can be calculated by the TOF method.

ここで、時刻T44〜時刻T45の期間に、すべての焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401からの信号がフローティングディフュージョン(Cfd)に転送された後、非焦点検出画素からの信号の転送を行っている。すなわち、時刻T46〜時刻T48の期間及び時刻T48〜時刻T50の期間に、非焦点検出用画素のフォトダイオード(PD)401からの信号をフローティングディフュージョン(Cfd)に転送している。これは、TOF法による距離検出で使用される投射光が焦点検出用画素に影響を与えないようにするためである。   Here, during the period from time T44 to time T45, after the signals from the photodiodes (PD) 401 of all focus detection pixels are transferred to the floating diffusion (Cfd), the signals from the non-focus detection pixels are transferred. Is going. That is, during the period from time T46 to time T48 and the period from time T48 to time T50, the signal from the photodiode (PD) 401 of the non-focus detection pixel is transferred to the floating diffusion (Cfd). This is to prevent projection light used in distance detection by the TOF method from affecting the focus detection pixels.

また、フォトダイオード(PD)401からの信号をフローティングディフュージョン(Cfd)に転送した後、保持容量506、508に転送すると、リーク成分等により、後から保持容量に転送される信号にノイズが重畳されることが懸念される。しかし、撮像用画素の画素行数に比べて焦点検出用画素の画素行数が少ないため、その影響は最小限に抑えられる。   In addition, when the signal from the photodiode (PD) 401 is transferred to the floating diffusion (Cfd) and then transferred to the holding capacitors 506 and 508, noise is superimposed on the signal transferred to the holding capacitor later due to a leak component or the like. There is a concern. However, since the number of pixel rows of the focus detection pixels is smaller than the number of pixel rows of the imaging pixels, the influence is minimized.

図9は、図7及び図8を参照して説明した動画撮影時における、動画撮影用画素信号及び焦点検出用画素行の信号読み出し動作の例を示す図である。図9において、垂直方向は垂直走査(読み出し画素行)を示しており、水平方向は時間を示している。図7及び図8においては、1フレーム期間中の画素信号転送と垂直転送及び水平転送とについてのみ説明した。TOF法による距離検出では被写体に対して投光するため、その影響が動画撮影用画素信号に及ばないように、被写体へのパルス光の投射が終了した後、フォトダイオード(PD)401のリセットを行う必要がある。すなわち、パルス信号pledがローレベルになった後、フォトダイオード(PD)401のリセット(図9に示す画素リセット)を行う必要がある。そこで本実施形態では、これらの走査を図9に示すように2行毎に行順次に行う。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a moving image capturing pixel signal and a focus detection pixel row signal reading operation at the time of moving image capturing described with reference to FIGS. 7 and 8. In FIG. 9, the vertical direction indicates vertical scanning (read pixel row), and the horizontal direction indicates time. 7 and 8, only pixel signal transfer, vertical transfer, and horizontal transfer during one frame have been described. In the distance detection by the TOF method, since the light is projected onto the subject, the reset of the photodiode (PD) 401 is performed after the projection of the pulsed light to the subject is finished so that the influence does not affect the pixel signal for moving image shooting. There is a need to do. That is, it is necessary to reset the photodiode (PD) 401 (pixel reset shown in FIG. 9) after the pulse signal pled becomes low level. Therefore, in the present embodiment, these scans are performed row by row every two rows as shown in FIG.

次に、本実施形態における撮像装置の制御例として、動画撮影時における焦点検出用画素行の信号読み出しによって得られた画素信号を基に撮影レンズの駆動制御を行う例を説明する。図10は、本実施形態における撮像装置において、図7〜図9を参照して説明した動画撮影時における焦点検出用画素行の信号読み出しによって得られた画素信号を基にした撮影レンズの駆動方法を説明するフローチャートである。   Next, as an example of control of the imaging apparatus according to the present embodiment, an example in which driving control of the imaging lens is performed based on pixel signals obtained by reading signals of focus detection pixel rows during moving image shooting will be described. FIG. 10 shows a method for driving a photographing lens based on pixel signals obtained by reading signals from focus detection pixel rows during moving image photographing described with reference to FIGS. 7 to 9 in the imaging apparatus according to the present embodiment. It is a flowchart explaining these.

ステップ1001にて、図7〜図9を参照して説明したように固体撮像素子100から画素信号を読み出す。すなわち、撮像行の行間引き読み出しを行って動画撮影用画素信号を読み出し、その後に焦点検出用画素行の画素(焦点検出用画素及び非焦点検出用画素)から画素信号を読み出す。   In step 1001, a pixel signal is read from the solid-state imaging device 100 as described with reference to FIGS. That is, row-thinning readout of the imaging row is performed to read out the moving image capturing pixel signal, and then the pixel signal is read out from the pixels (focus detection pixel and non-focus detection pixel) in the focus detection pixel row.

ステップ1002にて、信号処理部204は、図8に示した駆動により読み出された非焦点検出用画素の画素信号を用いてTOF法により被写体までの距離を算出する。ステップ1003にて、信号処理部204は、図8に示した駆動により読み出された焦点検出用画素の画素信号を用いて位相差AF方式で焦点検出を行う。続く、ステップ1004にて、信号処理部204は、ステップ1003において得られた焦点検出情報(いわゆるデフォーカス量)から被写体までの距離を算出する。   In step 1002, the signal processing unit 204 calculates the distance to the subject by the TOF method using the pixel signals of the non-focus detection pixels read out by the driving shown in FIG. In step 1003, the signal processing unit 204 performs focus detection by the phase difference AF method using the pixel signals of the focus detection pixels read out by the driving shown in FIG. In step 1004, the signal processing unit 204 calculates the distance to the subject from the focus detection information (so-called defocus amount) obtained in step 1003.

ステップ1005にて、制御部205は、ステップ1002及びステップ1004のそれぞれにおいて信号処理部204により算出された被写体距離が所定の距離範囲内であるか否かを判定する。すなわち、ステップ1002において求めたTOF法による被写体距離とステップ1004においてデフォーカス量から求めた被写体距離との差が、所定の範囲内であるか否か、つまり2つの方式による距離検出結果が近似しているか否かを判定する。   In step 1005, the control unit 205 determines whether the subject distance calculated by the signal processing unit 204 in each of step 1002 and step 1004 is within a predetermined distance range. That is, whether the difference between the subject distance obtained by the TOF method obtained in step 1002 and the subject distance obtained from the defocus amount in step 1004 is within a predetermined range, that is, the distance detection results by the two methods are approximated. It is determined whether or not.

判定の結果、2つの方式による距離検出結果が近似している(所定距離範囲内)であれば、ステップ1006にて、制御部205は、ステップ1003において求めた焦点検出結果が信頼できるものとして、焦点検出結果に応じて撮影レンズ201の駆動を行う。一方、判定の結果、2つの方式による距離検出結果が近似していない(所定距離範囲外)である場合には、ステップ1007にて、制御部205は、被写体輝度が暗いかどうかを判定する。   As a result of the determination, if the distance detection results by the two methods are approximate (within a predetermined distance range), in step 1006, the control unit 205 assumes that the focus detection result obtained in step 1003 is reliable. The photographing lens 201 is driven according to the focus detection result. On the other hand, if the distance detection results by the two methods are not approximate (outside the predetermined distance range) as a result of the determination, in step 1007, the control unit 205 determines whether the subject brightness is dark.

ここで、一般的に位相差AF方式は暗いシーンでは精度が悪いが、TOF法は暗いシーンの方が外光による影響が低いために精度が良いことが知られている。したがって、ステップ1007での判定の結果、被写体が暗い場合にはステップ1008にて、制御部205は、TOF法の結果に従って撮影レンズ201の駆動を行う。一方、ステップ1007での判定の結果、被写体が暗くない場合にはステップ1006にて、制御部205は、焦点検出結果に応じて撮影レンズ201の駆動を行う。その後、ステップ1009で動作を終了する。   Here, it is generally known that the phase difference AF method has a low accuracy in a dark scene, but the TOF method has a high accuracy because a dark scene is less affected by external light. Therefore, if the result of determination in step 1007 is that the subject is dark, in step 1008 the control unit 205 drives the taking lens 201 in accordance with the result of the TOF method. On the other hand, if the result of determination in step 1007 is that the subject is not dark, in step 1006 the control unit 205 drives the photographic lens 201 in accordance with the focus detection result. Thereafter, the operation is terminated at step 1009.

本実施形態では、焦点検出用画素の画素信号を用いた位相差AFによる焦点検出と非焦点検出用画素の画素信号を用いたTOF法による被写体までの距離検出により被写体までの距離が得られる。この2つの方式により得られる被写体までの距離の算出結果に応じて、図10に示したように動作させることにより、撮影レンズを最適な位置に駆動することができ、ピンボケのない良好な撮影画像を生成することができる。   In this embodiment, the distance to the subject is obtained by focus detection by phase difference AF using the pixel signal of the focus detection pixel and distance detection to the subject by the TOF method using the pixel signal of the non-focus detection pixel. According to the calculation result of the distance to the subject obtained by these two methods, the photographing lens can be driven to the optimum position by operating as shown in FIG. Can be generated.

本実施形態によれば、焦点検出用画素の画素信号を用いて位相差AFによる焦点検出を行うことができるとともに、焦点検出用画素と同じ行に配置された非焦点検出用画素の画素信号からTOF法による被写体までの距離を算出することができる。これにより、焦点検出用画素と同じ行に配置された非焦点検出用画素を有効に活用でき、距離検出精度を向上させることができる。また、例えば、得られた位相差AFによる焦点検出結果とTOF法による距離検出結果とを用いて、撮影レンズを最適な位置に駆動することができるため、ピンボケのない良好な撮影画像を生成することが可能となる。   According to this embodiment, it is possible to perform focus detection by phase difference AF using the pixel signal of the focus detection pixel, and from the pixel signal of the non-focus detection pixel arranged in the same row as the focus detection pixel. The distance to the subject can be calculated by the TOF method. Thereby, the non-focus detection pixels arranged in the same row as the focus detection pixels can be effectively used, and the distance detection accuracy can be improved. In addition, for example, since the photographing lens can be driven to an optimal position using the obtained focus detection result by the phase difference AF and the distance detection result by the TOF method, a good photographic image without blur is generated. It becomes possible.

(本発明の他の実施形態)
また、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。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(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(または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。
(Other embodiments of the present invention)
The present invention can also be 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 a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.

なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

100:固体撮像素子 201:撮影レンズ 202:発光素子 203:タイミング発生回路 204:信号処理回路 205:制御部 401:フォトダイオード 402:転送トランジスタ 403:リセットトランジスタ 404:増幅トランジスタ 405:選択トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Solid-state image sensor 201: Shooting lens 202: Light emitting element 203: Timing generation circuit 204: Signal processing circuit 205: Control part 401: Photodiode 402: Transfer transistor 403: Reset transistor 404: Amplification transistor 405: Selection transistor

Claims (7)

複数の画素が2次元状に配置され、前記複数の画素として、撮影レンズにより結像される被写体像を光電変換して画像生成用の信号を生成する複数の第1の画素、及び前記第1の画素の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの瞳領域を分割した領域からの被写体像を光電変換して位相差検出用の信号を生成する複数の第2の画素を有する固体撮像素子と、
被写体にパルス光を投射する投光手段と、
複数の前記第1の画素からの信号に基づいて画像を生成し、複数の前記第2の画素からの信号に基づいて焦点検出を行い、前記第2の画素と同じ行に配置された前記第2の画素とは異なる複数の第3の画素によって前記投光手段が投射した前記パルス光の被写体により反射された光を光電変換して得られた複数の前記第3の画素からの信号に基づいて被写体までの距離検出を行う処理手段とを有することを特徴とする撮像装置。
A plurality of pixels are two-dimensionally arranged. As the plurality of pixels, a plurality of first pixels that photoelectrically convert a subject image formed by a photographing lens to generate an image generation signal, and the first A solid-state imaging device having a plurality of second pixels that are discretely arranged between the pixels and generate a signal for phase difference detection by photoelectrically converting a subject image from a region obtained by dividing the pupil region of the photographing lens When,
A light projecting means for projecting pulsed light onto a subject;
An image is generated based on signals from the plurality of first pixels, focus detection is performed based on signals from the plurality of second pixels, and the first pixels arranged in the same row as the second pixels Based on signals from the plurality of third pixels obtained by photoelectric conversion of the light reflected by the subject of the pulsed light projected by the light projecting means by a plurality of third pixels different from the second pixel. And a processing means for detecting the distance to the subject.
前記処理手段は、組となる2つの前記第3の画素のうちの一方の画素からの信号と他方の画素からの信号との比率に基づいて被写体までの距離を検出することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The processing means detects a distance to a subject based on a ratio of a signal from one of the two pixels in the pair and a signal from the other pixel. Item 2. The imaging device according to Item 1. それぞれの前記画素は、フォトダイオード、フローティングディフュージョン、及び前記フォトダイオードからの信号を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタを有し、
前記画素からの信号読み出しでは、前記第2の画素の前記転送トランジスタを駆動して前記フォトダイオードからの信号を前記フローティングディフュージョンに転送した後、前記第3の画素の前記転送トランジスタを駆動して前記フォトダイオードからの信号を前記フローティングディフュージョンに転送することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。
Each of the pixels includes a photodiode, a floating diffusion, and a transfer transistor that transfers a signal from the photodiode to the floating diffusion.
In the signal readout from the pixel, the transfer transistor of the second pixel is driven to transfer the signal from the photodiode to the floating diffusion, and then the transfer transistor of the third pixel is driven to 3. The imaging apparatus according to claim 1, wherein a signal from a photodiode is transferred to the floating diffusion.
前記第2の画素は、前記固体撮像素子から行間引きして信号を読み出す際に、信号の読み出しが行われない行に配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の撮像装置。   The said 2nd pixel is arrange | positioned in the row | line | column which is not read out of a signal, when reading a signal by carrying out line thinning from the said solid-state image sensor, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The imaging device described in 1. 前記投光手段による前記被写体へのパルス光の投射が終了した後、前記第1の画素をリセットすることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first pixel is reset after the projection of the pulsed light onto the subject by the light projecting unit is completed. 前記処理手段での前記焦点検出の結果による被写体までの距離及び前記距離検出の結果による被写体までの距離に応じて前記撮影レンズを駆動制御することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の撮像装置。   6. The driving control of the photographing lens according to claim 1, wherein the photographing lens is driven and controlled according to a distance to a subject based on a result of the focus detection by the processing means and a distance to the subject based on a result of the distance detection. The imaging device according to item. 複数の画素が2次元状に配置され、前記複数の画素として、撮影レンズにより結像される被写体像を光電変換して画像生成用の信号を生成する複数の第1の画素、及び前記第1の画素の間に離散的に配置され、前記撮影レンズの瞳領域を分割した領域からの被写体像を光電変換して位相差検出用の信号を生成する複数の第2の画素を有する固体撮像素子を備え、複数の前記第1の画素からの信号に基づいて画像を生成する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像装置の投光手段により被写体にパルス光を投射する工程と、
複数の前記第2の画素からの信号に基づいて焦点検出を行う工程と、
前記パルス光の被写体により反射された光を、前記第2の画素と同じ行に配置された前記第2の画素とは異なる複数の第3の画素によって光電変換して得られた信号に基づいて被写体までの距離検出を行う工程とを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
A plurality of pixels are two-dimensionally arranged. As the plurality of pixels, a plurality of first pixels that photoelectrically convert a subject image formed by a photographing lens to generate an image generation signal, and the first A solid-state imaging device having a plurality of second pixels that are discretely arranged between the pixels and generate a signal for phase difference detection by photoelectrically converting a subject image from a region obtained by dividing the pupil region of the photographing lens A method of controlling an imaging apparatus that generates an image based on signals from a plurality of the first pixels,
Projecting pulsed light onto the subject by the light projecting means of the imaging device;
Performing focus detection based on signals from the plurality of second pixels;
Based on a signal obtained by photoelectrically converting the light reflected by the subject of the pulsed light by a plurality of third pixels different from the second pixels arranged in the same row as the second pixels. And a method of detecting a distance to a subject.
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