(57)【要約】【課題】光学的黒色画素の新規な配置構成を提供する。【解決手段】複数のマイクロレンズと、複数のマイクロレンズの各々に対応して設けられ、予め定められた分光特性を有するフィルタを介して入射した光を光電変換する光電変換部を各々有する複数の画素部と、少なくとも一つのマイクロレンズについて、複数の画素部のうち１つに代えて、入射した光の量に依存しない電圧基準レベルを生成する基準画素部とを備える撮像素子を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マイクロレンズと第１分光特性を有する第１フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部の電荷を第１電荷電圧変換部に転送する第１転送部と、を有する第１画素と、
前記第１マイクロレンズと前記第１分光特性とは異なる第２分光特性を有する第２フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部とは異なる第２電荷電圧変換部に転送する第２転送部と、を有する第２画素と、
前記第１マイクロレンズとは異なる第２マイクロレンズと前記第１分光特性を有する第３フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第３光電変換部と、前記第３光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送する第３転送部と、を有する第３画素と、
前記第２マイクロレンズを透過した光を遮光する遮光部と、前記第１画素と前記第２画素と前記第３画素との少なくとも１つのノイズを除去するために用いる電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送する第４転送部と、を有し、前記第２画素と隣り合うように配置される第４画素と、
を備える撮像素子。
【請求項２】
前記第１マイクロレンズ及び前記第２マイクロレンズとは異なる第３マイクロレンズと前記第２分光特性を有する第４フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第４光電変換部と、前記第４光電変換部の電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送する第５転送部と、を有する第５画素を備える請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第１マイクロレンズ、前記第２マイクロレンズ及び前記第３マイクロレンズとは異なる第４マイクロレンズと前記第２分光特性を有する第５フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第５光電変換部と、前記第５光電変換部の電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送する第６転送部と、を有する第６画素を備える請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記第３マイクロレンズと前記第１分光特性を有する第６フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第６光電変換部と、前記第６光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部及び前記第２電荷電圧変換部とは異なる第３電荷電圧変換部に転送する第７転送部と、を有する第７画素と、
前記第４マイクロレンズと前記第１分光特性を有する第７フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第７光電変換部と、前記第７光電変換部の電荷を前記第３電荷電圧変換部に転送する第８転送部と、を有する第８画素と、
を備える請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第１画素及び前記第３画素、前記第２画素及び前記第４画素、前記第５画素及び前記第６画素及び前記第７画素及び前記第８画素は、第１方向においてそれぞれ互いに隣り合うように配置されている請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１画素、前記第２画素、前記第５画素及び前記第７画素は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１画素、前記第２画素、前記第５画素及び前記第７画素の順に配置され、
前記第３画素、前記第４画素、前記第６画素及び前記第８画素は、前記第２方向において前記第３画素、前記第４画素、前記第６画素及び前記第８画素の順に配置される請求項５に記載の撮像素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。
【請求項８】
第１マイクロレンズと第１分光特性を有する第１フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部の電荷を第１電荷電圧変換部に転送するための第１転送部と、を有する第１画素と、
第２マイクロレンズと前記第１分光特性を有する第２フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送するための第２転送部と、を有する第２画素と、
第３マイクロレンズと前記第１分光特性を有する第３フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第３光電変換部と、前記第３光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送するための第３転送部と、を有する第３画素と、
第４マイクロレンズを透過した光を遮光する遮光部と、前記第１画素と前記第２画素と前記第３画素との少なくとも１つのノイズを除去するために用いる電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送する第４転送部と、を有する第４画素と、を備え、
前記第１画素及び前記第２画素と、前記第３画素及び前記第４画素と、は、第１方向においてそれぞれ互いに隣り合うように配置され、
前記第１画素及び前記第３画素と、前記第２画素及び前記第４画素と、は、前記第１方向と交差する第２方向においてそれぞれ互いに隣り合うように配置される
撮像素子。
【請求項９】
前記第１マイクロレンズと前記第１分光特性とは異なる第２分光特性を有する第４フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第４光電変換部と、前記第４光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部とは異なる電荷電圧変換部に転送するための第５転送部と、を有する第５画素を備える請求項８に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記第２マイクロレンズと前記第２分光特性を有する第５フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第５光電変換部と、前記第５光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部とは異なる電荷電圧変換部に転送するための第６転送部と、を有する第６画素を備える請求項９に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記第３マイクロレンズと前記第２分光特性を有する第６フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第６光電変換部と、前記第６光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部とは異なる電荷電圧変換部に転送するための第７転送部と、を有する第７画素を備える請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記第４マイクロレンズと前記第２分光特性を有する第７フィルタとを介して入射した光を電荷に変換する第７光電変換部と、前記第７光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部とは異なる電荷電圧変換部に転送するための第８転送部と、を有する第８画素を備える請求項１１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記第５画素及び前記第７画素と、前記第６画素及び前記第８画素と、は、前記第２方向においてそれぞれ互いに隣り合うように配置される請求項１２に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記第５転送部は、前記第４光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部とは異なる第２電荷電圧変換部に転送し、
前記第７転送部は、前記第６光電変換部の電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送する請求項１２に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記第６転送部は、前記第５光電変換部の電荷を前記第１電荷電圧変換部及び前記第２電荷電圧変換部とは異なる第３電荷電圧変換部に転送し、
前記第８転送部は、前記第７光電変換部の電荷を前記第３電荷電圧変換部に転送する請求項１４に記載の撮像素子。
【請求項１６】
請求項８から請求項１５のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。
【０００２】
従来、有効画素領域中に少なくとも一つの光学的黒色（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）画素を設けることが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１３−１１８５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、有効画素領域中に光学的黒色画素を少なくとも一つ設けることが提案されているに過ぎず、有効画素領域において通常の画素、光学的黒色画素およびマイクロレンズをどのように配置するかについて、何ら開示されていない。そこで、光学的黒色画素の新規な配置構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、複数のマイクロレンズと、複数のマイクロレンズの各々に対応して設けられ、予め定められた分光特性を有するフィルタを介して入射した光を光電変換する光電変換部を各々有する複数の画素部と、少なくとも一つのマイクロレンズについて、複数の画素部のうち１つに代えて、入射した光の量に依存しない電圧基準レベルを生成する基準画素部とを備える撮像素子を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、上記記載の撮像素子を備える撮像装置を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一眼レフカメラ４００の断面図である。
【図２】第１実施形態における撮像素子１０の光電変換領域１１および光電変換領域１１の部分領域１４を示す図である。
【図３】画素部領域２４−１、画像処理ＡＳＩＣ６２４の一部およびＣＰＵ６２２の一部を示す回路模式図である。
【図４】図３における画素部領域２４−１の模式図である。
【図５Ａ】画素部領域３０の拡大図である。
【図５Ｂ】Ｂ−Ｂ断面における、第３画素部２０−３、第２画素部２０−２および基準画素部２２−２を示す模式図である。
【図６】第２実施形態における光電変換領域１１の部分領域１４を示す図である。
【図７】第３実施形態における光電変換領域１１の部分領域１４を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、一眼レフカメラ４００の断面図である。撮像装置としての一眼レフカメラ４００は、撮像素子部２００を有する。撮像素子部２００は、撮像素子を含む。一眼レフカメラ４００は、レンズユニット５００およびカメラボディ６００を備える。カメラボディ６００には、レンズユニット５００が装着される。レンズユニット５００は、その鏡筒内に、光軸４１０に沿って配列された光学系を備え、入射する被写体光束をカメラボディ６００の撮像素子部２００へ導く。
【００１０】
なお、本明細書において、第１の方向は、第２の方向と垂直である。第１方向は撮像素子部２００における撮像素子の列方向であってよく、第２方向は撮像素子部２００における撮像素子の行方向であってよい。また、第１方向は撮像素子のいわゆるｘ方向であってよく、第２方向は撮像素子のいわゆるｙ方向であってよい。さらには、第１方向は撮像素子の垂直方向と読み替えてよく、第２方向は撮像素子の水平方向と読み替えてもよい。第３の方向は、第１の方向および第２の方向により規定される平面に垂直な方向である。第３の方向は、光軸４１０に平行である。第３の方向はｚ方向と読み替えてもよい。
【００１１】
カメラボディ６００は、レンズマウント５５０に結合されるボディマウント６６０の後方にメインミラー６７２およびサブミラー６７４を備える。メインミラー６７２は、レンズユニット５００から入射した被写体光束に斜設される斜設位置と、被写体光束から退避する退避位置との間で回動可能に軸支される。サブミラー６７４は、メインミラー６７２に対して回動可能に軸支される。
【００１２】
メインミラー６７２が斜設位置にある場合、レンズユニット５００を通じて入射した被写体光束の多くはメインミラー６７２に反射されてピント板６５２に導かれる。ピント板６５２は、撮像素子の受光面と共役な位置に配されて、レンズユニット５００の光学系が形成した被写体像を可視化する。ピント板６５２に形成された被写体像は、ペンタプリズム６５４およびファインダ光学系６５６を通じてファインダ６５０から観察される。斜設位置にあるメインミラー６７２に入射した被写体光束の一部は、メインミラー６７２のハーフミラー領域を透過しサブミラー６７４に入射する。サブミラー６７４は、ハーフミラー領域から入射した光束の一部を、合焦光学系６８０に向かって反射する。合焦光学系６８０は、入射光束の一部を焦点検出センサ６８２に導く。
【００１３】
なお、本例では位相差オートフォーカス方式を採用した。しかしながら、像面位相差オートフォーカス方式を採用する場合は、サブミラー６７４、合焦光学系６８０および焦点検出センサ６８２を省略することができる。これにより、位相差オートフォーカス方式の場合と比較してカメラボディ６００の体積を小さくすることができる。
【００１４】
ピント板６５２、ペンタプリズム６５４、メインミラー６７２、サブミラー６７４は、構造体としてのミラーボックス６７０に支持される。撮像素子部２００は、ミラーボックス６７０に取り付けられる。メインミラー６７２およびサブミラー６７４が退避位置に退避し、シャッタユニット３４０の先幕および後幕が開状態となれば、レンズユニット５００を透過する被写体光束は、撮像素子の受光面に到達する。
【００１５】
撮像素子部２００の後方には、ボディ基板６２０および背面表示部６３４が順次配置される。液晶パネル等が採用される背面表示部６３４は、カメラボディ６００の背面に現れる。ボディ基板６２０には、ＣＰＵ６２２、画像処理ＡＳＩＣ６２４等の電子回路が実装される。撮像素子の出力は、上述のガラス基板に電気的に接続された可撓性基板を介して画像処理ＡＳＩＣ６２４へ引き渡される。
【００１６】
上述の実施形態においては、撮像装置として一眼レフカメラ４００を例に説明したが、カメラボディ６００を撮像装置と捉えても良い。また、撮像装置は、ミラーユニットを備えるレンズ交換式カメラに限らず、ミラーユニットを持たないレンズ交換式カメラ、ミラーユニットの有無に関わらずレンズ一体式カメラであっても良い。
【００１７】
図２は、第１実施形態における撮像素子１０の光電変換領域１１および光電変換領域１１の部分領域１４を示す図である。撮像素子１０は、光電変換領域１１を有する。光電変換領域１１は、複数のマイクロレンズ１８と、複数の画素部２０と、基準画素部２２とを有する。なお、１つのマイクロレンズ１８に対応して設けられた、３つの画素部２０および１つの基準画素部２２または４つの画素部２０を、画素部ユニット１６とする。また、同一の分光特性を有する、３つの画素部２０および１つの基準画素部２２または４つの画素部２０を、画素部領域２４とする。画素部領域３０については後の図面において説明する。
【００１８】
複数のマイクロレンズ１８の各々は、光電変換領域１１に入射する光を画素部２０へ集光する。複数のマイクロレンズ１８は、第１方向および第１方向に垂直な第２方向に設けられる。本例では、複数のマイクロレンズ１８は、第１方向および第２方向で規定される平面上において、マトリクス状に設けられる。また、複数のマイクロレンズ１８の各々に対応して、複数の画素部２０が設けられる。本例では、複数のマイクロレンズ１８の各々に対応して、４つの画素部が、第１方向に２つおよび第２方向に２つ配置されて設けられる。すなわち、１つのマイクロレンズ１８に対応して、４つの画素部がマトリクス状に設けられる。
【００１９】
画素部２０は、予め定められた分光特性を有するフィルタおよび光電変換部を有する。なお、画素部２０において、光電変換部は、フィルタを介して入射した光を光電変換する。なお、第１方向および第２方向で規定される平面における光電変換部の形状は、マイクロレンズ１８を介して第３方向から入射した光を受光するように、例えば四角形の一角を面取りした形状であってよい。
【００２０】
複数の画素部２０は、第１分光特性を有する第１フィルタを介して入射した光を光電変換する光電変換部を含む第１画素部２０−１、第２分光特性を有する第２フィルタを介して入射した光を光電変換する光電変換部を含む第２画素部２０−２、および、第３分光特性を有する第３フィルタを介して入射した光を光電変換する光電変換部を含む第３画素部２０−３を有する。第１分、第２および第３分光特性は、それぞれ赤色、緑色および青色であってよい。本例では、第１画素部２０−１は赤色（Ｒ）のフィルタを有し、第２画素部２０−２は緑色（Ｇ）のフィルタを有し、第３画素部２０−３は青色（Ｂ）のフィルタを有する。
【００２１】
第１画素部および第３画素部は、４つの画素部における一の対角線上に設けられる。また、２つの第２画素部は、４つの画素部における他の対角線上に設けられる。本例では、画素部２０−１（Ｒ）と２０−３（Ｂ）とが一の対角線上に設けられ、２つの画素部２０−２（Ｇ）が他の対角線上に設けられる。
【００２２】
なお、１つのマイクロレンズ１８に対応して設けられる４つの画素部２０の配置は、第１方向に隣接するマイクロレンズ１８の４つの画素部２０の配置に対して、鏡映対称である。また、１つのマイクロレンズ１８に対応して設けられる４つの画素部２０の配置は、第２方向に隣接するマイクロレンズ１８の４つの画素部２０の配置に対して、鏡映対称である。
【００２３】
すなわち、本例では、画素部ユニット１６−１と画素部ユニット１６−２とは、画素部ユニット１６−１と画素部ユニット１６−２との間の第１方向に平行な直線に対して、鏡映対称である。同様に、画素部ユニット１６−１と画素部ユニット１６−４とは、画素部ユニット１６−１と画素部ユニット１６−４との間の第２方向に平行な直線に対して、鏡映対称である。画素部ユニット１６−３もまた、画素部ユニット１６−２および１６−４に対してそれぞれ鏡映対称である。
【００２４】
これにより、第１画素部２０−１、第２画素部２０−２および第３画素部２０−３の各々は、隣接する複数のマイクロレンズ１８に対応して設けられた同じ分光特性を有する画素部同士が隣接するよう配置される。画素部ユニット１６−１、１６−２、１６−３および１６−４においては、隣接する４つのマイクロレンズ１８に対応して設けられた４つの第３画素部２０−３が隣接するように配置されている。
【００２５】
画素部ユニット１６−１、１６−２、１６−３および１６−４を起点とすると、第１方向に４つの第２画素部２０−２および４つの第３画素部２０−３が繰り返し配置される。また、画素部ユニット１６−１、１６−２、１６−３および１６−４を起点とすると、第２方向においても、４つの第２画素部２０−２および４つの第３画素部２０−３が繰り返し配置される。
【００２６】
また、４つの第１画素部２０−１（画素部領域２４−１）を起点とすると、第１方向に４つの第２画素部２０−２および４つの第１画素２０−１が繰り返し配置される。さらに、４つの第１画素部２０−１（画素部領域２４−１）を起点とすると、第１方向に４つの第２画素部２０−２および４つの第３画素部２０−３が繰り返し配置される。つまり、光電変換領域１１は、赤色（Ｒ）のフィルタを有する４つの第１画素部２０−１（画素部領域２４−１）、緑色（Ｇ）のフィルタを有する４つの第２画素部２０−２（画素部領域２４−２）、および青色（Ｂ）のフィルタを有する４つの第３画素部２０−３（画素部領域２４−３）で敷き詰められる。
【００２７】
基準画素部２２は、少なくとも１つのマイクロレンズ１８について、複数の画素部２０のうち１つに代えてが設けられる。基準画素部２２は、入射した光の量に依存しない電圧基準レベルを生成する。基準画素部２２は、例えば、画素部２０の光電変換部の出力端と入力端とを短絡した構造を有する。基準画素部２２は、画素部２０において、フィルタと光電変換部との間に遮光層を有するとしてもよい。なお、遮光層は、いわゆる像面位相差のための遮光層とは異なる。遮光層は、基準画素部２２に入射する光を全て遮ることを目的として設けられる。
【００２８】
基準画素部２２を設けることにより、撮像素子１０において発生する暗電流を検出することができる。暗電流は、撮像素子１０の熱または電荷蓄積時間などに起因して発生するノイズである。画素部２０から出力される信号値から、基準画素部２２から出力される信号値を差し引くことにより、ノイズ電流の影響を除去することができる。
【００２９】
本例において、基準画素部２２は、下記の２つの条件を満たすように配置される。第１の条件は、複数のマイクロレンズ１８のうち隣接する２つのマイクロレンズにおいて、基準画素部２２が隣接しない、という条件である。第２の条件は、隣接して配置される同じ分光特性を有する画素部同士のうち１つだけが、基準画素部である、という条件である。本例では、画素部ユニット１６−４において、中央の４つの第１画素２０−１のうち、１つだけを基準画素２２−１とする。
【００３０】
本例において、基準画素部２２は、上述の２つの条件を満たして、光電変換領域１１に複数個設けられる。それゆえ、光電変換領域１１に近接して、かつ、当該光電変換領域１１と異なる領域に光学的黒領域を設ける場合と比較して、撮像素子１０の面積を小さくすることができる。加えて、基準画素部２２は、上述の２つの条件を満たすように分散して設けられるので、光電変換領域１１の特定の領域に光学的黒色領域を設ける場合と比較して、光電変換領域１１全体の画素部２０において、当該画素部２０の近傍に基準画素部２２が存在する確率が高くなる。それゆえ、基準画素部２２は、画素部２０の暗電流をより精度よく検出することができる。
【００３１】
マイクロレンズ１８を第１方向おおよび第２方向において４分割した領域を第１から第４象限と呼ぶことにする。本例の部分領域１４では、基準画素部２２は、第１から第４象限に均等に分配に配置した。また、基準画素部２２を設けたカラーフィルタの色も均等に分配した。これにより、入射光がテレセントリックでない場合であっても、基準画素部２２に全く入射光が入射しないこと、または、基準画素部２２に偏って入射光が入射した結果画素部２０への入射光が減少することを防ぐことができる。
【００３２】
図３は、画素部領域２４−１、画像処理ＡＳＩＣ６２４の一部およびＣＰＵ６２２の一部を示す回路模式図である。撮像素子部２００は、撮像素子１０および駆動回路７０を有する。画像処理ＡＳＩＣ６２４は、信号処理部６０を有する。ＣＰＵ６２２は、制御部８０を有する。本例では、撮像素子１０の光電変換領域１１における、赤色（Ｒ）のフィルタを有する４つの第１画素部２０−１（画素部領域２４−１）に着目して説明する。
【００３３】
画素部領域２４−１においては、同じ分光特性を有する４つの画素部２０−１が隣接するよう配置される。なお、４つの画素部２０−１は、隣接する複数のマイクロレンズに対応して設けられた画素部２０−１である。４つの画素部２０−１は、それぞれ、第１象限の画素部３２、第２象限の画素部３４、第３象限の画素部３６および第４象限の画素部３８に相当する。
【００３４】
画素部２４−１は回路部３９を有する。回路部３９は、画素部２０、転送部４４、電荷電圧変換部４６、電荷排除部４８、増幅部４９、出力部５０、高電位部５２および信号線５４を有する。各画素部２０−１は、カラーフィルタ４０および光電変換部４２を有する。
【００３５】
光電変換部４２には、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ４０が近接して設けられる。光電変換部４２は、赤色（Ｒ）カラーフィルタ４０を介して入射した光の光量に応じて電荷を生成する。また、光電変換部４２は、光電変換された電荷を蓄積する。なお、蓄積される電荷は、例えば電子である。
【００３６】
転送部４４は、光電変換部４２と電荷電圧変換部４６との間に設けられる。本例では、転送部４４は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。駆動回路７０から転送部４４のゲートに制御信号（ＴＸ）が与えられると、転送部４４は、光電変換部４２に蓄積された電荷を電荷電圧変換部４６に転送する。
【００３７】
電荷排除部４８は、高電位部５２と電荷電圧変換部４６との間に設けられる。本例では、電荷排除部４８は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。駆動回路７０から電荷排除部４８のゲートに制御信号（ＲＳＴ）が与えられると、電荷排除部４８は、電荷電圧変換部４６の電位を高電位部５２とほぼ同じ電位にする。本例では、電荷排除部４８は、電荷電圧変換部４６に蓄積された電子を排除する。
【００３８】
増幅部４９は、出力部５０と高電位部５２との間に設けられる。本例では、増幅部４９は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。増幅部４９のゲートは、電荷電圧変換部４６に電気的に接続される。これにより、増幅部４９は、電荷電圧変換部４６の電圧を、増幅した電圧で電流を出力部５０に出力する。
【００３９】
出力部５０は、増幅部４９と信号線５４との間に設けられる。本例では、出力部５０は、ゲート、ソースおよびドレインを有するトランジスタである。駆動回路７０から出力部５０のゲートに制御信号（ＳＥＬ）が与えられると、出力部５０は、増幅部４９が増幅した電圧で電流を信号線５４に出力する。これにより、増幅された電荷電圧変換部４６の電圧に応じた信号が、信号線５４に信号として出力される。
【００４０】
高電位部５２は、電源電圧（ＶＤＤ）に電気的に接続される。高電位部５２は、電荷排除部４８および増幅部４９に高電位を供給する。当該高電位は、電荷排除部４８の電荷排除動作および増幅部４９の増幅動作を実行できれば任意の電位としてよい。
【００４１】
電荷電圧変換部４６は、各々の光電変換部４２に蓄積された電荷を受け取り電位に変換する。本例では、隣接する４つの画素部２０−１において、電荷電圧変換部４６が、４つの画素部に共通に設けられる。つまり、電荷電圧変換部４６には、各転送部４４−１、４４−２、４４−３および４４−４の出力が電気的に接続される。
【００４２】
電荷電圧変換部４６には、転送部４４から転送された電荷が蓄積される。本例では、電荷電圧変換部４６は、いわゆる浮遊拡散（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域である。電荷電圧変換部４６は、一端が転送部４４の出力に電気的に接続され、かつ、他の一端が接地されたコンデンサであってよい。転送部４４から転送された電荷は、電荷電圧変換部４６の当該他の一端に蓄積される。これにより、電荷電圧変換部４６において、蓄積された電荷が電位に変換される。なお、増幅部４９のゲートの電位は、電荷電圧変換部４６の当該一端の電位と等しくなる。
【００４３】
信号線５４には、各々の出力部５０から信号が出力される。信号線５４は、ＣＤＳ回路およびＡＤ変換回路等を介して、信号処理部６０に接続される。
【００４４】
信号処理部６０には、画素部２０において光電変換された電荷量に対応する信号が出力される。また、信号処理部６０には、基準画素部２２において検出された暗電流に対応する信号が出力される。信号処理部６０は、暗電流に対応する信号を電圧基準レベルとして用いる。信号処理部６０は、基準画素部２２において生成された電圧基準レベルを用いて、第１画素部２０−１、第２画素部２０−２、第３画素部２０−３のうち少なくとも１つから出力される信号を補正する。
【００４５】
信号処理部６０は、基準画素部２２の各々に隣接する第１画素部２０−１、第２画素部２０−２、および第３画素部２０−３のうち少なくとも２つから出力される信号を用いて、基準画素部２２の位置における信号を補間して生成する。信号処理部６０が用いる補間方法は、メジアン処理による補間方法、勾配に基づく補間方法、または、適応型カラーブレーン補間（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｐｌａｎｅ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を用いてよい。
【００４６】
駆動回路７０は、転送部４４、電荷排除部４８および出力部５０におけるゲートへ信号パルスを供給する。これにより、転送部４４、電荷排除部４８および出力部５０のトランジスタはオンする。
【００４７】
制御部８０は、駆動回路７０を制御する。つまり、制御部８０は、転送部４４、電荷排除部４８および出力部５０におけるゲートへのパルスタイミングを制御することにより、転送部４４、電荷排除部４８および出力部５０を制御する。制御部８０はまた、信号処理部６０の動作を制御する。
【００４８】
図３の回路構成により、駆動回路７０は、各々の光電変換部４２において蓄積された電荷を個別に読み出すことができる。これに加えて、駆動回路７０は、４つの光電変換部４２の電荷を電荷電圧変換部４６において加算した上で読み出すこともできる。したがって、駆動回路７０は、個別の読み出しおよび加算した上での読み出しのいずれか一方を、選択的に実行することができる。
【００４９】
変形例として、赤色（Ｒ）のフィルタを有する４つの第１画素部２０−１（画素部領域２４−１）に代えて、少なくとも１つのマイクロレンズに対応して設けられる、１つの第１画素部２０−１、２つの第２画素部２０−および１つの第３画素部２０−３に対して、を有する画素部ユニット１６において、電荷電圧変換部が共通に設けられてもよい。この場合、駆動回路７０は、各転送部４４への制御信号（ＴＸ１〜ＴＸ４）、電荷排除部４８への制御信号（ＲＳＴ）および出力部への制御信号（ＳＥＬ）を調節することにより、各画素部２０における電荷が、電荷電圧変換部４６において混同されることを防ぐ。
【００５０】
図４は、図３における画素部領域２４−１の模式図である。図３での説明において述べたように、画素部領域２４−１は、第１象限の画素部３２、第２象限の画素部３４、第３象限の画素部３６、第４象限の画素部３８および回路部３９を有する。第１象限の画素部３２、第２象限の画素部３４、第３象限の画素部３６および第４象限の画素部３８は、回路部３９を囲むように設けられる。これにより、光電変換部４２が設けられていない位置に、回路部３９を設けることができる。したがって、第１方向および第２方向において規定される平面において、光電変換部４２の面積が回路部３９によって浸食されない。よって、光電変換部４２の当該面積を最大化することができる。
【００５１】
また、本例においては、第１象限の画素部３２および第４象限の画素部３８、ならびに、第２象限の画素部３４および第３象限の画素部３６を、第１方向における像面位相差オートフォーカス用の画素部として用いることができる。同様に、第１象限の画素部３２および第２象限の画素部３４、ならびに、第３象限の画素部３６および第４象限の画素部３８を、第２方向における像面位相差オートフォーカス用の画素部として用いることができる。
【００５２】
これにより、像面位相差オートフォーカスのために１つの光電変換部４２を分割する必要がなくなる。それゆえ、光電変換部４２を分割して設けるべく、遮光層を設ける必要もない。したがって、光電変換部４２を分割して設ける場合と比べて、第１方向および第２方向で規定される平面における光電変換部４２の面積を大きくすることができる。また、光電変換部４２を分割して設ける場合と比べて、光電変換部の製造プロセスを簡略化することができる。
【００５３】
図５Ａは、画素部領域３０の拡大図である。画素部領域３０は、緑色（Ｇ）のフィルタを有する第２画素部２０−２および青色（Ｂ）のフィルタを有する第３画素部２０−３を有する。さらに、画素部領域３０は、基準画素部２２−２を有する。２つの第３画素部２０−３、１つの第２画素部２０−２および１つの基準画素部２２−２を通って、第２方向と平行に撮像素子１０を切断する位置をＢ‐Ｂで示す。
【００５４】
図５Ｂは、Ｂ−Ｂ断面における、第３画素部２０−３、第２画素部２０−２および基準画素部２２−２を示す模式図である。基準画素部２２−２は、カラーフィルタ４０−２と光電変換部４２−２との間に遮光層９０を有する。前述のように、遮光層は、基準画素部２２−２の光電変換部２２−２に入射する光を全て遮ることを目的として設けられる。なお、遮光層９０を設ける代わりに、光電変換部４２−２および転送部４２−２の間と接地とを短絡させてもよい。
【００５５】
遮光層９０が設けられる点または電変換部４２−２および転送部４２−２の間と接地とが短絡される点以外は、図３に記載された転送部４４、電荷電圧変換部４６、電荷排除部４８、増幅部４９、出力部５０、高電位部５２および信号線５４が、図３の例と同様に設けられる。基準画素部２２を用いて暗電流を検出することができる。
【００５６】
図６は、第２実施形態における光電変換領域１１の部分領域１４を示す図である。部分領域１４は、複数の基準画素部２２を有する。部分領域１４において、複数の基準画素部２２の各々は、ランダムな位置に配置される。部分領域１４において、赤色のフィルタを有する基準画素部２２を基準画素部２２−１と、緑色のフィルタを有する基準画素部２２を基準画素部２２−２と、青色のフィルタを有する基準画素部２２を基準画素部２２−３と図示する。
【００５７】
ランダムに配置された複数の基準画素部２２のパターンは、光電変換領域１１の全体においてランダムであることが好ましい。これにより、基準画素部２２の配列パターンが周期的に設けられた場合に発生するエイリアス信号を抑制することができる。
【００５８】
図７は、第３実施形態における光電変換領域１１の部分領域１４を示す図である。部分領域１４は、複数の基準画素部２２を有する。部分領域１４において、複数の基準画素部２２は、第１方向に平行な複数の線に沿って配置され、かつ、複数の基準画素部２２は、第２方向に平行な複数の線に沿って配置される。
【００５９】
複数の基準画素部２２が配置される第１方向に平行な複数の線の間隔は一定でなく、また、複数の基準画素部２２が配置される第２方向に平行な複数の線の間隔も一定でない。本例では、基準画素部２２は、第１方向において１、３、５画素、１、３、５画素おき、および、１、３、５画素おき‥に配置される。さらに、第２方向においても１、２、４画素おき、１、２、４画素おき、および１、２、４画素おき‥に配置される。
【００６０】
部分領域１４における基準画素部２２の配置のパターンが、撮像素子１０の光電変換領域１１の全体において設けられてよい。なお、基準画素部２２を特定のパターンで配置した場合には、エイリアス信号は必ず発生することとなる。ただし、図７においては、基準画素部２２の配置パターンが光電変換領域１１の全体において設けられることにより、同一の配置パターンを光電変換領域１１の全体に設ける場合と比較して、発生するエイリアス信号の強度を抑制することができる。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６２】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０  撮像素子、１１  光電変換領域、１４  部分領域、１６  画素部ユニット、１８  マイクロレンズ、２０  画素部、２２  基準画素部、２４  画素部領域、３０  画素部領域、３２  第１象限の画素部、３４  第２象限の画素部、３６  第３象限の画素部、３８  第４象限の画素部、３９  回路部、４０  カラーフィルタ、４２  光電変換部、４４  転送部、４６  電荷電圧変換部、４８  電荷排除部、４９  増幅部、５０  出力部、５２  高電位部、５４  信号線、６０  信号処理部、７０  駆動回路、８０  制御部、９０  遮光層、２００  撮像素子部、３４０  シャッタユニット、４１０  光軸、４００  一眼レフカメラ、５００  レンズユニット、５５０  レンズマウント、６００  カメラボディ、６２０  ボディ基板、６２２  ＣＰＵ、６２４  画像処理ＡＳＩＣ、６３４  背面表示部、６５０  ファインダ、６５２  ピント板、６５４  ペンタプリズム、６５６  ファインダ光学系、６６０  ボディマウント、６７０  ミラーボックス、６７２  メインミラー、６７４  サブミラー、６８０  合焦光学系、６８２  焦点検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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