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JP5329348B2 - Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same - Google Patents
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JP5329348B2 - Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same - Google Patents

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Description

本発明は固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に係り、特に焦点検出用の位相差信号を検出するための画素が撮像面に複数配置された固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device using the same, and more particularly to a solid-state imaging device in which a plurality of pixels for detecting a phase difference signal for focus detection are arranged on an imaging surface and an imaging device using the same.

デジタルカメラ等に用いられる固体撮像素子は、受光した被写体光の光量に応じた信号電荷を生成するための光電変換素子(受光素子)を有する画素が、二次元的に配列されている。これらの画素の光路上流側には、固体撮像素子の受光面に入射した光を受光素子に集光させるためのマイクロレンズが画素毎に配置されている。   2. Description of the Related Art A solid-state imaging device used for a digital camera or the like has a two-dimensional array of pixels each having a photoelectric conversion element (light receiving element) for generating a signal charge corresponding to the amount of received subject light. On the upstream side of the optical path of these pixels, a microlens for condensing the light incident on the light receiving surface of the solid-state imaging device on the light receiving device is arranged for each pixel.

ここで、固体撮像素子を用いて位相差信号を検出する方法として、二次元的に配列された画素のうち、一部の複数の画素を位相差検出用の画素とし、この位相差検出用の画素のマイクロレンズを受光面に対して縮小及び移動(シフト)させて配置する方法が知られている。   Here, as a method of detecting a phase difference signal using a solid-state imaging device, some of the two-dimensionally arranged pixels are used as phase difference detection pixels, and this phase difference detection pixel is detected. A method is known in which a microlens of a pixel is arranged while being reduced and moved (shifted) with respect to a light receiving surface.

例えば、特許文献1には、マイクロレンズを受光素子に対してずらして配置することにより、位相差信号を検出する技術が記載されている。この技術によれば、隣接する第1、第2の撮像素子に入力角度による受光状態の選択性を持たせることができるので、第1、第2の撮像素子の出力信号の位相から合焦状態を検出することが可能となる。   For example, Patent Document 1 describes a technique for detecting a phase difference signal by disposing a micro lens with respect to a light receiving element. According to this technique, the adjacent first and second image sensors can be given light-receiving state selectivity depending on the input angle, so that the in-focus state is determined from the phase of the output signals of the first and second image sensors. Can be detected.

特許第2959142号Patent No. 2959142

しかしながら、上記のように位相差検出用の画素のマイクロレンズを縮小、シフトすると、マイクロレンズ間の隙間からの漏れ光や、隣接画素のマイクロレンズの形状変化によって、位相差検出用の画素に隣接する画素の受光量が増加してしまうという問題が発生する。その結果、位相差検出用の画素に隣接する撮影用の画素に混色や感度ムラが発生してしまうが、この問題に対し、特許文献1では何らの考慮もされていない。   However, if the microlens of the phase difference detection pixel is reduced or shifted as described above, it is adjacent to the phase difference detection pixel due to leakage light from the gap between the microlenses or the shape change of the microlens of the adjacent pixel. This causes a problem that the amount of light received by the pixels to be increased. As a result, color mixture and sensitivity unevenness occur in the photographic pixels adjacent to the phase difference detection pixels. However, Patent Document 1 does not take any consideration into this problem.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することにより混色や感度ムラを防止する固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a solid-state imaging device that prevents color mixing and sensitivity unevenness by preventing an increase in the amount of light received by pixels adjacent to a phase difference detection pixel, and imaging using the same An object is to provide an apparatus.

前記目的を達成するために請求項1に記載の固体撮像素子は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換素子であって、行方向及び列方向に二次元状に等間隔に配置された複数の光電変換素子と、それぞれ対応する光電変換素子の光路上流側に配置された複数のマイクロレンズであって、撮影レンズを介して受光した光をそれぞれ対応する光電変換素子に集光させるための複数のマイクロレンズとを備えた固体撮像素子において、前記光電変換素子は、撮影画像を形成するための画像信号を得るための第1の光電変換素子と、少なくとも位相差検出方式の自動焦点検出信号を得るための第2の光電変換素子及び第3の光電変換素子とを含み、前記複数のマイクロレンズは、前記撮影レンズのレンズ瞳の全域を通る光を対応する第1の光電変換素子に受光させる第1のマイクロレンズであって、対応する光電変換素子に対して所定の位置に配置された第1のマイクロレンズと、前記撮影レンズのレンズ瞳を所定の中心線で分割した領域のうち一方の領域を通る光を対応する第2の光電変換素子に受光させる第2のマイクロレンズであって、前記第1のマイクロレンズよりも小さく形成されるとともに対応する光電変換素子に対して前記所定の位置から第1の方向へずらして配置された第2のマイクロレンズと、前記分割した領域のうち他方の領域を通る光を対応する第3の光電変換素子に受光させる第3のマイクロレンズであって、前記第1のマイクロレンズよりも小さく形成されるとともに対応する光電変換素子に対して前記所定の位置から前記第1の方向とは逆の方向にずらして配置された第3のマイクロレンズとを含み、前記複数のマイクロレンズ間の隙間であって、前記第2のマイクロレンズ又は前記第3のマイクロレンズの周辺に形成された隙間に、該隙間への入射光による第1の光電変換素子の受光量増加を低減するための所定の形状を形成することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the solid-state imaging device according to claim 1 is a photoelectric conversion device that converts received light into a signal charge, and is arranged in a two-dimensional manner at equal intervals in a row direction and a column direction. A plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of microlenses arranged on the upstream side of the corresponding optical path of the corresponding photoelectric conversion elements, respectively, for condensing the light received through the photographing lens on the corresponding photoelectric conversion elements In the solid-state imaging device including a plurality of microlenses, the photoelectric conversion element includes a first photoelectric conversion element for obtaining an image signal for forming a captured image, and an autofocus detection signal of at least a phase difference detection method. A second photoelectric conversion element and a third photoelectric conversion element for obtaining a first photoelectric conversion corresponding to light passing through the entire lens pupil of the photographing lens. A first microlens to be received by a child, a first microlens disposed at a predetermined position with respect to a corresponding photoelectric conversion element, and a region obtained by dividing a lens pupil of the photographing lens by a predetermined center line A second microlens that causes the corresponding second photoelectric conversion element to receive light passing through one of the regions, and is formed smaller than the first microlens and corresponds to the corresponding photoelectric conversion element A second microlens arranged to be shifted in the first direction from the predetermined position, and a third microlens that causes the corresponding third photoelectric conversion element to receive light passing through the other region among the divided regions. A lens formed smaller than the first microlens and shifted from the predetermined position to a direction opposite to the first direction with respect to a corresponding photoelectric conversion element. A gap between the plurality of microlenses, and a gap formed around the second microlens or the third microlens. A predetermined shape is formed to reduce an increase in the amount of light received by the first photoelectric conversion element due to incident light.

請求項1に記載の発明によれば、第2のマイクロレンズ及び第3のマイクロレンズを第1のマイクロレンズよりも小さく形成してずらして配置したことにより形成された隙間に、該隙間への入射光による第1の光電変換素子の受光量増加を低減するための所定の形状を形成するようにしたので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   According to the first aspect of the present invention, the gap formed by shifting the second microlens and the third microlens smaller than the first microlens is arranged in the gap. Since the predetermined shape for reducing the increase in the amount of light received by the first photoelectric conversion element due to the incident light is formed, an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels can be prevented.

請求項2に示すように請求項1に記載の固体撮像素子において、前記所定の形状は、前記第1のマイクロレンズの広がりを抑制するための第4のマイクロレンズ形状であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the predetermined shape is a fourth microlens shape for suppressing the spread of the first microlens. .

これにより、第1のマイクロレンズの広がりを抑制することができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the spread of the first microlens can be suppressed, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels.

請求項3に示すように請求項1に記載の固体撮像素子において、前記所定の形状は、該隙間への入射光を隣接する光電変換素子に集光させないための形状であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the predetermined shape is a shape for preventing incident light to the gap from being condensed on an adjacent photoelectric conversion element. .

これにより、隙間への入射光を隣接する光電変換素子に集光させないことができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, the incident light to the gap can be prevented from being condensed on the adjacent photoelectric conversion element, so that an increase in the amount of light received by the pixel adjacent to the phase difference detection pixel can be prevented.

請求項4に示すように請求項3に記載の固体撮像素子において、前記所定の形状は、該隙間への入射光を前記光電変換素子以外の位置に集光させるための所定の曲率の凸レンズ形状であることを特徴とする。   4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the predetermined shape is a convex lens shape having a predetermined curvature for condensing incident light to the gap at a position other than the photoelectric conversion element. It is characterized by being.

これにより、隙間への入射光を前記光電変換素子以外の位置に集光させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be condensed at a position other than the photoelectric conversion element, an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels can be prevented.

請求項5に示すように請求項4に記載の固体撮像素子において、前記凸レンズ形状が1つの隙間に複数形成されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the fourth aspect, a plurality of the convex lens shapes are formed in one gap.

これにより、隙間への入射光を前記光電変換素子以外の位置に集光させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be condensed at a position other than the photoelectric conversion element, an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels can be prevented.

請求項6に示すように請求項3に記載の固体撮像素子において、前記所定の形状は、該隙間への入射光を発散させるための所定の曲率の凹レンズ形状であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the third aspect, the predetermined shape is a concave lens shape having a predetermined curvature for diverging incident light into the gap.

これにより、隙間への入射光を発散させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be diverged, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels.

請求項7に示すように請求項6に記載の固体撮像素子において、前記凹レンズ形状が1つの隙間に複数形成されていることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the sixth aspect, a plurality of the concave lens shapes are formed in one gap.

これにより、隙間への入射光を発散させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be diverged, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels.

請求項8に示すように請求項3に記載の固体撮像素子において、前記所定の形状は、該隙間への入射光を発散させるための凹凸の繰り返し形状であることを特徴とする。   As described in claim 8, in the solid-state imaging device according to claim 3, the predetermined shape is a repeated shape of unevenness for diverging light incident on the gap.

これにより、隙間への入射光を発散させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be diverged, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels.

請求項9に示すように請求項8に記載の固体撮像素子において、前記凹凸の繰り返し形状が一方向に沿って配置されていることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the eighth aspect of the present invention, the repeated shape of the unevenness is arranged along one direction.

これにより、隙間への入射光を発散させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be diverged, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels.

請求項10に示すように請求項8に記載の固体撮像素子において、前記凹凸の繰り返し形状がランダムに形成されていることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the eighth aspect, the concavo-convex repetitive shape is randomly formed.

これにより、隙間への入射光を発散させることができるので、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができる。   Thereby, since the incident light to the gap can be diverged, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by the pixels adjacent to the phase difference detection pixels.

前記目的を達成するために請求項1から10のいずれかに記載の固体撮像素子を用いた撮像装置において、前記第2の光電変換素子及び第3の光電変換素子の出力信号に基づいて、フォーカスレンズを合焦位置へ移動させる自動合焦手段を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the imaging apparatus using the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 10, focusing is performed based on output signals of the second photoelectric conversion device and the third photoelectric conversion device. An automatic focusing means for moving the lens to the in-focus position is provided.

これにより、適切にオートフォーカスを実現するとともに、混色や感度ムラの無い画像を提供することができる。   As a result, it is possible to appropriately realize autofocus and provide an image free from color mixing and sensitivity unevenness.

本発明によれば、位相差検出用画素に隣接する画素の受光量の増加を防止することができるので、混色や感度ムラの無い画像を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent an increase in the amount of light received by a pixel adjacent to a phase difference detection pixel, and thus it is possible to provide an image free from color mixing or sensitivity unevenness.

従来の固体撮像素子を示す図The figure which shows the conventional solid-state image sensor 第1の実施形態の固体撮像素子を示す図The figure which shows the solid-state image sensor of 1st Embodiment. 第2の実施形態の固体撮像素子を示す図The figure which shows the solid-state image sensor of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の固体撮像素子を示す図The figure which shows the solid-state image sensor of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の固体撮像素子を示す図The figure which shows the solid-state image sensor of 4th Embodiment. 本発明に係る固体撮像素子を用いたデジタルカメラの電気的構成を示す図The figure which shows the electrical constitution of the digital camera using the solid-state image sensor which concerns on this invention

以下、添付図面に従って本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<従来の固体撮像素子の構造>
図1(a)は、従来の固体撮像素子10の受光面の上面図であり、図1(b)は、図1(a)の破線A−A´における断面図である。
<Construction of a conventional solid-state imaging device>
FIG. 1A is a top view of a light receiving surface of a conventional solid-state imaging device 10, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG.

図1(a)に示すように、固体撮像素子10は、受光面にアレイ状に形成された多数の光電変換素子(フォトダイオード)PDを備えている。各フォトダイオードPDは、行方向及び列方向に均等に配置されており、その周囲に設けられた図示しない画素分離領域により、画素毎に分離されている。また、各画素の間には図示しない垂直転送路(VCCD)が配置されており、各フォトダイオードPDに蓄積された信号電荷は、垂直転送路により垂直方向に転送される。これらのフォトダイオードPDは、半導体基板に埋設されている。   As shown in FIG. 1A, the solid-state imaging device 10 includes a large number of photoelectric conversion elements (photodiodes) PD formed in an array on the light receiving surface. Each photodiode PD is equally arranged in the row direction and the column direction, and is separated for each pixel by a pixel separation region (not shown) provided around the photodiode PD. In addition, a vertical transfer path (VCCD) (not shown) is arranged between the pixels, and the signal charge accumulated in each photodiode PD is transferred in the vertical direction through the vertical transfer path. These photodiodes PD are embedded in the semiconductor substrate.

フォトダイオードPDの光路上流側には、図示しない絶縁膜、カラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層は、ベイヤー配列等の所定の配列構造で配置された、赤(R)、緑(G)、青(B)の原色カラーフィルタから構成されており、各フォトダイオードPDに対していずれか1色のカラーフィルタが対応するように配置される。   An insulating film and a color filter layer (not shown) are formed on the upstream side of the optical path of the photodiode PD. The color filter layer is composed of red (R), green (G), and blue (B) primary color filters arranged in a predetermined arrangement structure such as a Bayer arrangement. Or one color filter is arranged to correspond.

さらに、カラーフィルタ層の光路上流側には、各フォトダイオードPDに対応して被写体像を結像させるためのマイクロレンズL1、L2、及びL3が形成されている。   Further, microlenses L1, L2, and L3 for forming a subject image corresponding to each photodiode PD are formed on the upstream side of the optical path of the color filter layer.

固体撮像素子10は、画像を形成するための通常の画素の他に、位相差検出方式の自動焦点検出信号を得るための画素を有している。   The solid-state imaging device 10 has pixels for obtaining an automatic focus detection signal of a phase difference detection method in addition to normal pixels for forming an image.

通常の画素は、図示しない撮影レンズのレンズ瞳の全域を通る光を対応するフォトダイオードPDに受光させるための第1のマイクロレンズL1を備えている。第1のマイクロレンズL1は、その中心が、対応するフォトダイオードPDの中心と受光面上面から見て一致するように配置されている。なお、第1のマイクロレンズL1は、固体撮像素子10の受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオードPDの配列ピッチに対して微小スケーリングをかけて配列されていてもよい。   A normal pixel includes a first microlens L1 for causing a corresponding photodiode PD to receive light passing through the entire lens pupil of a photographing lens (not shown). The first microlens L1 is arranged so that the center thereof coincides with the center of the corresponding photodiode PD when viewed from the upper surface of the light receiving surface. Note that the first microlens L1 may be arranged by slightly scaling the arrangement pitch of the photodiodes PD from the center to the periphery of the light receiving surface of the solid-state imaging device 10.

また、位相差検出用の画素は2種類あり、その一方の画素は、図示しない撮影レンズのレンズ瞳の受光面上面から見て右側半分を通る光を対応するフォトダイオードPDに受光させるための第2のマイクロレンズL2を備えている。第2のマイクロレンズL2は、第1のマイクロレンズL1よりもその直径が小さく形成され、対応するフォトダイオードPDに対して受光面上面から見て右側へずらされて配置されている。   There are two types of pixels for detecting the phase difference, and one of the pixels is a first pixel for causing the corresponding photodiode PD to receive light passing through the right half when viewed from the upper surface of the light receiving surface of the lens pupil of the photographing lens (not shown). Two microlenses L2 are provided. The second microlens L2 is formed to have a smaller diameter than the first microlens L1, and is shifted from the corresponding photodiode PD to the right side when viewed from the upper surface of the light receiving surface.

さらに、位相差検出用の他方の画素は、図示しない撮影レンズのレンズ瞳の受光面上面から見て左側半分を通る光を対応するフォトダイオードPDに受光させるための第3のマイクロレンズL3を備えている。第3のマイクロレンズL3は、第2のマイクロレンズL2と同様の大きさに形成され、対応するフォトダイオードPDに対して受光面上面から見て左側へずらされて配置されている。   Further, the other pixel for phase difference detection includes a third microlens L3 for causing the corresponding photodiode PD to receive the light passing through the left half when viewed from the upper surface of the light receiving surface of the lens pupil of the photographing lens (not shown). ing. The third microlens L3 is formed to have the same size as the second microlens L2, and is shifted from the corresponding photodiode PD to the left when viewed from the upper surface of the light receiving surface.

このように、第2のマイクロレンズL2を介してレンズ瞳の右側半分を通る光を受光するフォトダイオードPDの出力信号と、第3のマイクロレンズL3を介してレンズ瞳の右側半分を通る光を受光するフォトダイオードPDの出力信号との位相差を検出することにより、フォーカスレンズのデフォーカス量を算出し、オートフォーカスを実現することができる。   In this way, the output signal of the photodiode PD that receives the light passing through the right half of the lens pupil via the second microlens L2, and the light passing through the right half of the lens pupil via the third microlens L3. By detecting the phase difference from the output signal of the photodiode PD that receives light, it is possible to calculate the defocus amount of the focus lens and realize autofocus.

ここで、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3は、第1のマイクロレンズL1よりもその直径が縮小され、さらに位置がシフトされて配置されているために、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3の周辺には、それぞれ隙間SPが形成される。   Here, the second microlens L2 and the third microlens L3 are arranged such that the diameters of the second microlens L2 and the third microlens L3 are smaller than those of the first microlens L1, and the positions thereof are shifted. A gap SP is formed around each of L2 and the third microlens L3.

図1に示すように、この隙間SPに隣接する第1のマイクロレンズL1は、マイクロレンズL1を形成する際にその直径方向への広がりに対してストッパとしての役割を果たす隣接するマイクロレンズが存在しないために、点線で示した本来形成されるべき形状よりも、その直径が大きく形成されてしまう。   As shown in FIG. 1, the first microlens L1 adjacent to the gap SP has an adjacent microlens that serves as a stopper against the spread in the diameter direction when the microlens L1 is formed. Therefore, the diameter is formed larger than the shape to be originally formed shown by the dotted line.

その結果、本来フォトダイオードPDに集光されないはずの図1(b)に示す光aが、フォトダイオードPDに集光されてしまう。即ち、本来マイクロレンズが形成されるべき形状よりも外側の部分に入射した光であって、マイクロレンズが大きく形成された部分に入射した光は、本来フォトダイオードPDに集光されるべきでない光であるが、実際にはフォトダイオードPDに集光され、その結果、隙間SPの隣接画素の受光量が増加してしまう。また、隙間SPに配置されたカラーフィルタの色と隣接画素のカラーフィルタの色が異なる場合には、隣接画素に混色が発生してしまう。   As a result, the light a shown in FIG. 1B that should not be collected on the photodiode PD is collected on the photodiode PD. That is, the light that is incident on the portion outside the shape where the microlens is supposed to be formed, and the light that is incident on the portion where the microlens is formed large should not be condensed on the photodiode PD. However, in practice, the light is condensed on the photodiode PD, and as a result, the amount of light received by the adjacent pixels in the gap SP increases. In addition, when the color of the color filter arranged in the gap SP and the color filter of the adjacent pixel are different, color mixing occurs in the adjacent pixel.

さらに、図1(b)に示す隙間SPに入射する光bについても、フォトダイオードPDに入射される。その結果隙間SPの隣接画素の受光量が増加してしまう。   Furthermore, the light b incident on the gap SP shown in FIG. 1B is also incident on the photodiode PD. As a result, the amount of light received by adjacent pixels in the gap SP increases.

このように、隣接画素の受光量が増加することにより、撮影画像に混色や感度ムラが発生してしまう。   As described above, when the amount of light received by adjacent pixels increases, color mixture and sensitivity unevenness occur in the captured image.

本願出願人は、これらの問題点が発生することを見出し、さらに、以下の手段にて上記問題点を解決しうることを見出した。   The present applicant has found that these problems occur, and has further found that the above problems can be solved by the following means.

<第1の実施形態>
図2は、第1の実施形態の固体撮像素子11の断面図である。同図に示すように、本実施形態の固体撮像素子11は、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3の周辺に形成された隙間部分に、ダミーマイクロレンズ21が形成されている。
<First Embodiment>
FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 11 of the first embodiment. As shown in the figure, in the solid-state imaging device 11 of the present embodiment, dummy microlenses 21 are formed in a gap portion formed around the second microlens L2 and the third microlens L3.

このダミーマイクロレンズ21が、マイクロレンズL1を形成する際にその直径方向への広がりに対してストッパとしての役割を果たすため、マイクロレンズL1は、本来形成されるべき形状で形成される。   Since the dummy microlens 21 serves as a stopper against the spread in the diameter direction when the microlens L1 is formed, the microlens L1 is formed in a shape to be originally formed.

したがって、本来形成されるべき形状よりも外側の部分に入射した光aは、フォトダイオードPDに集光されることがなくなり、その結果、ダミーマイクロレンズ21の隣接画素の受光量が増加する問題を防止することができる。   Therefore, the light a incident on the portion outside the shape to be originally formed is not condensed on the photodiode PD, and as a result, the amount of light received by the adjacent pixels of the dummy microlens 21 increases. Can be prevented.

<第2の実施形態>
図3(a)は、第2の実施形態の固体撮像素子12の断面図であり、図3(b)はその受光面の斜視図である。同図に示すように、固体撮像素子12は、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3の周辺に形成された隙間部分に、凸レンズ22が形成されている。
<Second Embodiment>
FIG. 3A is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 12 according to the second embodiment, and FIG. 3B is a perspective view of the light receiving surface thereof. As shown in the figure, the solid-state imaging device 12 has a convex lens 22 formed in a gap portion formed around the second microlens L2 and the third microlens L3.

この凸レンズ22が、マイクロレンズL1を形成する際にその直径方向への広がりに対してストッパとしての役割を果たすため、マイクロレンズL1は、本来形成されるべき形状で形成される。   Since the convex lens 22 serves as a stopper against the spread in the diameter direction when the microlens L1 is formed, the microlens L1 is formed in a shape to be originally formed.

したがって、本来形成されるべき形状よりも外側の部分に入射した光aは、フォトダイオードPDに集光されることがなくなり、その結果、凸レンズ22の隣接画素の受光量が増加する問題を防止することができる。   Therefore, the light a incident on the portion outside the shape to be originally formed is not condensed on the photodiode PD, and as a result, the problem of an increase in the amount of light received by the adjacent pixels of the convex lens 22 is prevented. be able to.

また、凸レンズ22に入射した光bは、凸レンズ22によりフォトダイオードPDが形成されていない部分に集光される。   Further, the light b incident on the convex lens 22 is condensed by the convex lens 22 onto a portion where the photodiode PD is not formed.

したがって、光bは凸レンズ22に隣接したフォトダイオードPDに入射されず、隣接画素の受光量が増加してしまう問題を防止することができる。   Therefore, the light b is not incident on the photodiode PD adjacent to the convex lens 22, and the problem that the amount of light received by the adjacent pixels increases can be prevented.

なお、凸レンズは、図3(c)の22aに示す形状のように形成してもよい。このように構成した場合は、マイクロレンズL1が形成される際の広がりを防止することはできないが、凸レンズ22aに入射した光をフォトダイオードPDが形成されていない部分に集光させることができる。   In addition, you may form a convex lens like the shape shown to 22a of FIG.3 (c). In such a configuration, it is impossible to prevent the microlens L1 from spreading when formed, but the light incident on the convex lens 22a can be condensed on a portion where the photodiode PD is not formed.

また、図3(d)に示すように、複数の凸レンズ22bを形成してもよい。このように凸レンズ22bを形成した場合も、凸レンズ22bに入射した光をフォトダイオードPDが形成されていない部分に集光させることができる。   Further, as shown in FIG. 3D, a plurality of convex lenses 22b may be formed. Even when the convex lens 22b is formed in this way, the light incident on the convex lens 22b can be condensed on a portion where the photodiode PD is not formed.

<第3の実施形態>
図4(a)は、第3の実施形態の固体撮像素子13の断面図であり、図4(b)はその受光面の斜視図である。同図に示すように、固体撮像素子13は、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3の周辺に形成された隙間部分に、凹レンズ23が形成されている。
<Third Embodiment>
FIG. 4A is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 13 of the third embodiment, and FIG. 4B is a perspective view of the light receiving surface thereof. As shown in the figure, the solid-state imaging device 13 has a concave lens 23 formed in a gap portion formed around the second microlens L2 and the third microlens L3.

この凹レンズ23に入射した光bは、凹レンズ23により発散されるため、図1(b)に示した隙間SPに光bが入射した場合と比較し、隣接するフォトダイオードPDへの入射光量が低減される。したがって、隣接画素の受光量が増加してしまう問題を低減することができる。   Since the light b incident on the concave lens 23 is diffused by the concave lens 23, the amount of light incident on the adjacent photodiode PD is reduced as compared with the case where the light b is incident on the gap SP shown in FIG. Is done. Therefore, it is possible to reduce the problem that the amount of light received by adjacent pixels increases.

なお、凹レンズは、図4(c)の23aに示す形状のように形成してもよい。このように凹レンズ23aを形成した場合も、凹レンズ23aへ入射した光は各凹レンズ23により発散されるため、隣接するフォトダイオードPDへの入射光量が低減される。   In addition, you may form a concave lens like the shape shown to 23a of FIG.4 (c). Even when the concave lens 23a is formed in this way, the light incident on the concave lens 23a is diverged by each concave lens 23, so that the amount of light incident on the adjacent photodiode PD is reduced.

<第4の実施形態>
図5(a)は、第4の実施形態の固体撮像素子14の断面図であり、図5(b)はその受光面の斜視図である。同図に示すように、固体撮像素子14は、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3の周辺に形成された隙間部分に、拡散板形状24が形成されている。
<Fourth Embodiment>
FIG. 5A is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 14 of the fourth embodiment, and FIG. 5B is a perspective view of the light receiving surface thereof. As shown in the figure, in the solid-state imaging device 14, a diffusion plate shape 24 is formed in a gap portion formed around the second microlens L2 and the third microlens L3.

拡散板形状24は、隙間部分の短辺方向に沿って凹凸形状が形成されており、この拡散板形状24に入射した光bは、拡散板形状24により発散されるため、隣接するフォトダイオードPDへの入射光量が低減される。したがって、隣接画素の受光量が増加してしまう問題を低減することができる。   The diffuser plate shape 24 has an uneven shape along the short side direction of the gap portion, and the light b incident on the diffuser plate shape 24 is diverged by the diffuser plate shape 24, so that the adjacent photodiode PD The amount of light incident on is reduced. Therefore, it is possible to reduce the problem that the amount of light received by adjacent pixels increases.

なお、拡散板形状は、隙間部分の長辺方向に沿って凹凸形状を形成してもよいし、図5(c)の24aに示す形状のように凹凸形状をランダムに多数形成してもよい。このように拡散板24aを形成した場合も、拡散板24aへ入射した光は各凹凸形状により発散されるため、フォトダイオードPDへの入射光量が低減される。   Note that the diffuser plate shape may be formed in an uneven shape along the long side direction of the gap portion, or a large number of uneven shapes may be randomly formed such as the shape shown by 24a in FIG. . Even when the diffusing plate 24a is formed in this way, the light incident on the diffusing plate 24a is diverged by the uneven shapes, so that the amount of light incident on the photodiode PD is reduced.

<デジタルカメラの構成>
次に、前述した固体撮像素子を用いた撮像装置の具体的な適用例としてのデジタルカメラ100について説明する。
<Configuration of digital camera>
Next, a digital camera 100 will be described as a specific application example of an imaging apparatus using the above-described solid-state imaging device.

図6は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラ100の電気的構成を示す図である。同図に示すように、デジタルカメラ100は、撮像部51、信号処理部54、画像入力コントローラ55、CPU56、操作部57、バス58、メモリ制御部59、メモリ60、デジタル信号処理部61、圧縮伸張処理部62、記録媒体制御部63、記録媒体64、表示制御部65、表示部66、位相差検出部67、デフォーカス量算出部68、及びレンズ駆動部69等から構成される。   FIG. 6 is a diagram showing an electrical configuration of the digital camera 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the digital camera 100 includes an imaging unit 51, a signal processing unit 54, an image input controller 55, a CPU 56, an operation unit 57, a bus 58, a memory control unit 59, a memory 60, a digital signal processing unit 61, and a compression. The expansion processing unit 62, the recording medium control unit 63, the recording medium 64, the display control unit 65, the display unit 66, the phase difference detection unit 67, the defocus amount calculation unit 68, and the lens driving unit 69 are configured.

各部はCPU56に制御されて動作し、CPU56は、操作部57からの入力に基づき所定の制御プログラムを実行することにより、デジタルカメラ100の各部を制御する。操作部57は、ユーザがデジタルカメラ100に各種の指令を入力するための操作部材であり、シャッターボタン、モード切換スイッチ等から構成される。   Each unit operates under the control of the CPU 56, and the CPU 56 controls each unit of the digital camera 100 by executing a predetermined control program based on an input from the operation unit 57. The operation unit 57 is an operation member for a user to input various commands to the digital camera 100, and includes a shutter button, a mode switch, and the like.

撮像部51は、撮影レンズ52及び固体撮像素子11から構成される。ここでは固体撮像素子11を用いているが、前述した固体撮像素子12、12a、12b、13、13a、14、14aのいずれを使用してもよい。   The imaging unit 51 includes a photographic lens 52 and a solid-state imaging device 11. Here, the solid-state imaging device 11 is used, but any of the solid-state imaging devices 12, 12a, 12b, 13, 13a, 14, and 14a described above may be used.

撮影レンズ52は、ズームレンズ、フォーカスレンズを含み、レンズ駆動部に駆動されて、ズーミング、フォーカシングを行う。   The photographing lens 52 includes a zoom lens and a focus lens, and is driven by a lens driving unit to perform zooming and focusing.

固体撮像素子11は、画像を形成するための通常の画素の他に、位相差検出方式の自動焦点検出信号を得るための画素を有している。この位相差検出用画素は、受光面の所定の範囲において、所定の間隔で配置されている。   The solid-state image sensor 11 has pixels for obtaining a phase difference detection type auto focus detection signal in addition to normal pixels for forming an image. The phase difference detection pixels are arranged at predetermined intervals in a predetermined range of the light receiving surface.

固体撮像素子11の各フォトダイオードPDに蓄積された電気信号は、垂直転送路に読み出される。垂直転送路は、この信号をタイミングジェネレータから供給されるクロックに同期して、1ラインずつ水平転送路に転送する。さらに水平転送路は、垂直転送路から転送された1ライン分の信号を、タイミングジェネレータから供給されるクロックに同期して信号処理部54へ出力する。   The electric signal accumulated in each photodiode PD of the solid-state image sensor 11 is read out to the vertical transfer path. The vertical transfer path transfers this signal to the horizontal transfer path line by line in synchronization with the clock supplied from the timing generator. Further, the horizontal transfer path outputs the signal for one line transferred from the vertical transfer path to the signal processing unit 54 in synchronization with the clock supplied from the timing generator.

信号処理部54には、撮像部51から出力される画像信号が入力される。信号処理部54は、画像信号に含まれるリセットノイズを除去するための相関2重サンプリング回路と、設定された撮影感度(ISO感度)に応じた所定のゲインで画像信号をアナログ的に増幅するための可変ゲインアンプ回路とを含み、固体撮像素子11から出力された画像信号のリセットノイズを除去して増幅する。さらに、信号処理部54はA/D変換器を備えており、所要の信号処理が施されたアナログの画像信号は、A/D変換部において所定ビットの階調幅を持ったデジタルの画像信号に変換される。この画像信号は、いわゆるRAWデータであり、画素毎にR、G、Bの濃度を示す階調値を有している。   An image signal output from the imaging unit 51 is input to the signal processing unit 54. The signal processing unit 54 performs analog amplification of the image signal with a predetermined gain corresponding to the set photographing sensitivity (ISO sensitivity) and a correlated double sampling circuit for removing reset noise included in the image signal. And a variable gain amplifier circuit for removing the reset noise of the image signal output from the solid-state imaging device 11 and amplifying the image signal. Further, the signal processing unit 54 includes an A / D converter, and the analog image signal subjected to the required signal processing is converted into a digital image signal having a predetermined bit gradation width in the A / D conversion unit. Converted. This image signal is so-called RAW data, and has a gradation value indicating the density of R, G, and B for each pixel.

信号処理部54から出力されたRAWデータは、画像入力コントローラ55に入力される。画像入力コントローラ55は、所定容量のラインバッファを内蔵しており、信号処理部54から出力された画像信号を蓄積する。これらの画像信号は、バス58、メモリ制御部59を介してメモリ60に格納される。   The RAW data output from the signal processing unit 54 is input to the image input controller 55. The image input controller 55 has a built-in line buffer having a predetermined capacity, and stores the image signal output from the signal processing unit 54. These image signals are stored in the memory 60 via the bus 58 and the memory control unit 59.

デジタル信号処理部61は、AWBゲイン算出部、AWB処理部、光源推定部、RGB/YC変換部、コントラスト補正部、彩度補正部等を含んで構成されており、メモリ60に格納されたR、G、BのRAWデータを読み出し、これらに光源種に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行うとともに、ガンマ(階調特性)処理及びシャープネス処理を行ってR、G、B信号を生成し、更にYC信号処理して輝度信号Yとクロマ信号Cr、Cb(YC信号)を生成し、そのYC信号を再びメモリ60に格納する。また、コントラスト補正部、彩度補正部は、必要に応じて画像のコントラストや彩度の補正を行う。   The digital signal processing unit 61 includes an AWB gain calculation unit, an AWB processing unit, a light source estimation unit, an RGB / YC conversion unit, a contrast correction unit, a saturation correction unit, and the like, and is stored in the memory 60. , G, B RAW data is read out, and a white balance is adjusted by applying a digital gain corresponding to the light source type to these, and a gamma (gradation characteristic) process and a sharpness process are performed to obtain R, G, B signals. Then, the luminance signal Y and chroma signals Cr and Cb (YC signal) are generated by further YC signal processing, and the YC signal is stored in the memory 60 again. The contrast correction unit and the saturation correction unit correct the contrast and saturation of the image as necessary.

圧縮伸張処理部62は、CPU56からの圧縮指令に従い、入力されたYC信号に所定形式(たとえば、JPEG)の圧縮処理を施し、圧縮画像データを生成する。また、CPU56からの伸張指令に従い、入力された圧縮画像データに所定形式の伸張処理を施して、非圧縮の画像データを生成する。   The compression / decompression processing unit 62 performs compression processing of a predetermined format (for example, JPEG) on the input YC signal in accordance with a compression command from the CPU 56 to generate compressed image data. Further, in accordance with a decompression command from the CPU 56, the input compressed image data is subjected to decompression processing in a predetermined format to generate uncompressed image data.

記録媒体制御部63は、CPU56からの指令に従い、記録媒体64に対してデータの読み/書きを制御する。なお、記録媒体64は、メモリカードのようにカメラ本体に対して着脱自在なものでもよいし、また、カメラ本体に内蔵されたものでもよい。着脱自在とする場合は、カメラ本体にカードスロットを設け、このカードスロットに装填して使用する。   The recording medium control unit 63 controls reading / writing of data with respect to the recording medium 64 in accordance with an instruction from the CPU 56. The recording medium 64 may be detachable from the camera body such as a memory card, or may be built in the camera body. In the case of detachable, a card slot is provided in the camera body, and the card slot is used by being loaded.

表示制御部65は、CPU16からの指令に従い、表示部66への表示を制御する。表示部66は、撮像部51において撮影された画像信号に基づいた画像を表示することが可能な液晶モニタであり、記録媒体64に記録された撮影済み画像を、圧縮伸張処理部62による伸張処理後に表示することも可能である。   The display control unit 65 controls display on the display unit 66 in accordance with a command from the CPU 16. The display unit 66 is a liquid crystal monitor capable of displaying an image based on the image signal captured by the imaging unit 51. The captured image recorded on the recording medium 64 is decompressed by the compression / decompression processing unit 62. It can also be displayed later.

位相差検出部67は、固体撮像素子11の各フォトダイオードの出力信号のうち、第2のマイクロレンズL2及び第3のマイクロレンズL3に対応する画素(位相差検出用の画素)の信号をメモリ60から取得し、それぞれの信号の位相差を算出する。   The phase difference detection unit 67 stores signals of pixels (phase difference detection pixels) corresponding to the second microlens L2 and the third microlens L3 among the output signals of the photodiodes of the solid-state imaging device 11. 60, and the phase difference of each signal is calculated.

デフォーカス量算出部68は、位相差検出部67の算出結果に基づいて、撮影レンズ52のフォーカスレンズのデフォーカス量(移動量)を算出する。   The defocus amount calculation unit 68 calculates the defocus amount (movement amount) of the focus lens of the photographing lens 52 based on the calculation result of the phase difference detection unit 67.

さらに、レンズ駆動部69は、デフォーカス量算出部68の算出結果に基づいて撮影レンズ52のフォーカスレンズを駆動し、撮影レンズ52を合焦させる。   Further, the lens driving unit 69 drives the focus lens of the photographing lens 52 based on the calculation result of the defocus amount calculating unit 68 to focus the photographing lens 52.

以上のように構成することで、第1〜第4の実施形態に示した固体撮像素子を用いた撮像装置を実現することができる。したがって、適切にオートフォーカスを実現するとともに、混色や感度ムラの無い画像を提供することができる。   With the configuration as described above, it is possible to realize an imaging apparatus using the solid-state imaging device shown in the first to fourth embodiments. Therefore, it is possible to appropriately realize autofocus and provide an image free from color mixing and sensitivity unevenness.

10、11、12、13、14…固体撮像素子、21…ダミーマイクロレンズ、22…凸レンズ、23…凹レンズ、24…拡散板形状、52…撮影レンズ、67…位相差検出部、68…デフォーカス量算出部、69…レンズ駆動部、L1…第1のマイクロレンズ、L2…第2のマイクロレンズ、L3…第3のマイクロレンズ、PD…フォトダイオード、SP…隙間   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11, 12, 13, 14 ... Solid-state image sensor, 21 ... Dummy microlens, 22 ... Convex lens, 23 ... Concave lens, 24 ... Diffuser shape, 52 ... Shooting lens, 67 ... Phase difference detection part, 68 ... Defocus Quantity calculation unit, 69 ... lens driving unit, L1 ... first microlens, L2 ... second microlens, L3 ... third microlens, PD ... photodiode, SP ... gap

Claims (11)

受光した光を信号電荷に変換する光電変換素子であって、行方向及び列方向に二次元状に等間隔に配置された複数の光電変換素子と、それぞれ対応する光電変換素子の光路上流側に配置された複数のマイクロレンズであって、撮影レンズを介して受光した光をそれぞれ対応する光電変換素子に集光させるための複数のマイクロレンズと、を備えた固体撮像素子において、
前記光電変換素子は、
撮影画像を形成するための画像信号を得るための第1の光電変換素子と、
少なくとも位相差検出方式の自動焦点検出信号を得るための第2の光電変換素子及び第3の光電変換素子と、
を含み、
前記複数のマイクロレンズは、
前記撮影レンズのレンズ瞳の全域を通る光を対応する第1の光電変換素子に受光させる第1のマイクロレンズであって、対応する光電変換素子に対して所定の位置に配置された第1のマイクロレンズと、
前記撮影レンズのレンズ瞳を所定の中心線で分割した領域のうち一方の領域を通る光を対応する第2の光電変換素子に受光させる第2のマイクロレンズであって、前記第1のマイクロレンズよりも小さく形成されるとともに対応する光電変換素子に対して前記所定の位置から第1の方向へずらして配置された第2のマイクロレンズと、
前記分割した領域のうち他方の領域を通る光を対応する第3の光電変換素子に受光させる第3のマイクロレンズであって、前記第1のマイクロレンズよりも小さく形成されるとともに対応する光電変換素子に対して前記所定の位置から前記第1の方向とは逆の方向にずらして配置された第3のマイクロレンズと、
を含み、
前記複数のマイクロレンズ間の隙間であって、前記第2のマイクロレンズ又は前記第3のマイクロレンズの周辺に形成された隙間に、該隙間への入射光による第1の光電変換素子の受光量増加を低減するための所定の形状を形成することを特徴とする固体撮像素子。
A photoelectric conversion element that converts received light into a signal charge, and a plurality of photoelectric conversion elements that are two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction at equal intervals, and upstream of the corresponding optical path of the corresponding photoelectric conversion element In a solid-state imaging device comprising: a plurality of microlenses arranged; and a plurality of microlenses for condensing light received through a photographing lens on corresponding photoelectric conversion elements,
The photoelectric conversion element is
A first photoelectric conversion element for obtaining an image signal for forming a captured image;
A second photoelectric conversion element and a third photoelectric conversion element for obtaining at least a phase difference detection type auto focus detection signal;
Including
The plurality of microlenses are:
A first microlens that causes a corresponding first photoelectric conversion element to receive light passing through the entire area of the lens pupil of the photographing lens, the first microlens being disposed at a predetermined position with respect to the corresponding photoelectric conversion element A microlens,
A second microlens that causes a corresponding second photoelectric conversion element to receive light passing through one of the regions obtained by dividing the lens pupil of the photographing lens by a predetermined center line, the first microlens A second microlens formed smaller than the predetermined photoelectric conversion element and shifted from the predetermined position in the first direction;
A third microlens that causes the corresponding third photoelectric conversion element to receive light passing through the other region of the divided regions, and is formed smaller than the first microlens and corresponding photoelectric conversion A third microlens arranged to be shifted from the predetermined position with respect to the element in a direction opposite to the first direction;
Including
The amount of light received by the first photoelectric conversion element due to light incident on the gap in the gap between the plurality of microlenses and formed around the second microlens or the third microlens. A solid-state imaging device characterized by forming a predetermined shape for reducing an increase.
前記所定の形状は、前記第1のマイクロレンズの広がりを抑制するための第4のマイクロレンズ形状であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined shape is a fourth microlens shape for suppressing the spread of the first microlens. 前記所定の形状は、該隙間への入射光を隣接する光電変換素子に集光させないための形状であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined shape is a shape for preventing light incident on the gap from being condensed on an adjacent photoelectric conversion device. 前記所定の形状は、該隙間への入射光を前記光電変換素子以外の位置に集光させるための所定の曲率の凸レンズ形状であることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the predetermined shape is a convex lens shape having a predetermined curvature for condensing incident light to the gap at a position other than the photoelectric conversion element. 前記凸レンズ形状が1つの隙間に複数形成されていることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a plurality of the convex lens shapes are formed in one gap. 前記所定の形状は、該隙間への入射光を発散させるための所定の曲率の凹レンズ形状であることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the predetermined shape is a concave lens shape having a predetermined curvature for diverging light incident on the gap. 前記凹レンズ形状が1つの隙間に複数形成されていることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 6, wherein a plurality of the concave lens shapes are formed in one gap. 前記所定の形状は、該隙間への入射光を発散させるための凹凸の繰り返し形状であることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the predetermined shape is a repetitive shape of unevenness for diverging incident light to the gap. 前記凹凸の繰り返し形状が一方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項8に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the concave and convex repeated shapes are arranged along one direction. 前記凹凸の繰り返し形状がランダムに形成されていることを特徴とする請求項8に記載の固体撮像素子。   The solid-state image pickup device according to claim 8, wherein the uneven shape is formed at random. 請求項1から10のいずれかに記載の固体撮像素子を用いた撮像装置において、
前記第2の光電変換素子及び第3の光電変換素子の出力信号に基づいて、フォーカスレンズを合焦位置へ移動させる自動合焦手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
In the imaging device using the solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 10,
An image pickup apparatus comprising: an automatic focusing unit that moves a focus lens to a focusing position based on output signals of the second photoelectric conversion element and the third photoelectric conversion element.
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