(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を受光して光電変換する光電変換部を有する複数の第１の画素と、
一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し互いに独立して信号が読み出される第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、前記第１の光電変換部は入射光を受光して光電変換する一方で、前記第２の光電変換部は遮光された複数の第２の画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記複数の第２の画素のうち隣接する一対の画素の前記第２の光電変換部同士が互いに電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記互いに電気的に接続された前記第２の光電変換部の平面視における面積の合計が、前記第１の画素の前記光電変換部の平面視における面積と同一であることを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子と、
被写体像を前記固体撮像素子に結像させる光学系と、
前記第１の光電変換部からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、
前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、
前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、前記第１の画素の前記光電変換部からの信号を、その暗電流成分が低減するように補正する補正処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記複数の第１の画素及び前記複数の第２の画素が２次元状に配置された領域を構成する複数の区画にそれぞれ、前記複数の第１の画素のうちの１つ以上の画素及び前記第２の画素のうちの１つ以上の画素が配置され、
前記補正処理部は、前記区画毎に、当該区画内の前記第２の画素の前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、当該区画内の前記第１の画素の前記光電変換部からの信号を、その暗電流成分が低減するように補正する、
ことを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記補正処理部は、遮光状態にされたときに得られた前記第１の画素の前記光電変換部からの信号と前記第２の画素の前記第２の光電変換部からの信号との比に基づいて、前記補正を行うことを特徴とする請求項４又は５記載の撮像装置。
【請求項７】
入射光を受光して光電変換する光電変換部を有する第１の画素と、
一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ配置され、独立して信号が読み出される第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、前記第１の光電変換部は入射光を受光して光電変換し、前記第２の光電変換部は遮光された第２の画素と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
前記第２の画素を複数備え、
前記複数の第２の画素のうち隣接する一対の画素の前記第２の光電変換部同士が互いに電気的に接続されたことを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記互いに電気的に接続された前記第２の光電変換部の平面視における面積の合計が、前記第１の画素の前記光電変換部の平面視における面積と同一であることを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかに記載の固体撮像素子と、
被写体像を前記固体撮像素子に結像させる光学系と、
前記第１の光電変換部からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、
前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、
前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、前記第１の画素の前記光電変換部からの信号を、その暗電流成分が低減するように補正する補正処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
前記補正処理部は、遮光状態にされたときに得られた前記第１の画素の前記光電変換部からの信号と前記第２の画素の前記第２の光電変換部からの信号との比に基づいて、前記補正を行うことを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示された固体撮像素子では、分割されていない光電変換部を有する撮像用画素の他に、２分割された光電変換部を有する焦点検出用画素が、設けられている。焦点検出用画素の２分割光電変換部の一方部分及び他方部分は、両方ともそれぞれ入射光を受光して光電変換する。この固体撮像素子では、焦点検出時には、焦点検出用画素の２分割光電変換部の一方部分の信号及び他方部分の信号が、それぞれ個別に読み出される。そして、瞳分割位相差方式の原理に従って、それらの信号に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態が検出される。
【０００３】
また、固体撮像素子では、一般的に、有効画素領域に対する上下や左右に、有効画素と同一の構成を有するが遮光された遮光画素（いわゆるＯＢ画素）が設けられている。そして、遮光画素からの信号を有効画素からの信号に含まれた暗電流成分であると見なして、有効画素からの信号から遮光画素からの信号を差し引くことで、その暗電流成分が低減するように補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
下記特許文献１に開示された固体撮像素子おいても、有効画素領域に対する上下や左右に前記遮光画素（ＯＢ画素）を設け、有効画素からの信号から遮光画素からの信号を差し引くことで、その暗電流成分が低減するように補正することが、考えられる。
【０００６】
しかしながら、この場合、有効画素領域の各箇所の画素において暗電流にばらつき（以下、「暗電流ムラ」と呼ぶ。）が存する場合、有効画素領域に対する上下や左右に配置された遮光画素からの信号を、有効画素からの信号に含まれた暗電流成分であると見なしているので、遮光画素からの信号が、有効画素からの信号に含まれた暗電流成分を示す精度が低下してしてしまう。このため、前記遮光画素からの信号に基づいて暗電流成分を低減させる補正を行っても、暗電流成分を必ずしも十分に低減させることができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焦点検出用信号を得るための画素を活用しつつ、暗電流成分をより低減させることができる補正を行うことができる固体撮像素子、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像素子は、入射光を受光して光電変換する光電変換部を有する複数の第１の画素と、平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し互いに独立して信号が読み出される第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、前記第１の光電変換部は入射光を受光して光電変換する一方で、前記第２の光電変換部は遮光された複数の第２の画素と、を備えたものである。
【０００９】
第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記複数の第２の画素のうち隣接する一対の画素の前記第２の光電変換部同士が互いに電気的に接続されたものである。
【００１０】
第３の態様による固体撮像素子は、前記第２の態様において、前記互いに電気的に接続された前記第２の光電変換部の平面視における面積の合計が、前記第１の画素の前記光電変換部の平面視における面積と同一であるものである。
【００１１】
第４の態様による撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる光学系と、前記第１の光電変換部からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、前記第１の画素の前記光電変換部からの信号を、その暗電流成分が低減するように補正する補正処理部と、を備えたものである。
【００１２】
第５の態様による撮像装置は、前記第４の態様において、前記複数の第１の画素及び前記複数の第２の画素が２次元状に配置された領域を構成する複数の区画にそれぞれ、前記複数の第１の画素のうちの１つ以上の画素及び前記第２の画素のうちの１つ以上の画素が配置され、前記補正処理部は、前記区画毎に、当該区画内の前記第２の画素の前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、当該区画内の前記第１の画素の前記光電変換部からの信号を、その暗電流成分が低減するように補正するものである。
【００１３】
第６の態様による撮像装置は、前記第４又は第５の態様において、前記補正処理部は、遮光状態にされたときに得られた前記第１の画素の前記光電変換部からの信号と前記第２の画素の前記第２の光電変換部からの信号との比に基づいて、前記補正を行うものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、焦点検出用信号を得るための画素を活用しつつ、暗電流成分をより低減させることができる補正を行うことができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態による撮像装置としての電子カメラを示す概略ブロック図である。
【図２】図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】図１中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図４】図３中の一部を拡大した概略拡大図である。
【図５】図４中の撮像用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図６】図４中の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図７】図４中の他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図８】図１中の固体撮像素子の撮像用画素を示す回路図である。
【図９】図１中の固体撮像素子のＡＦ用画素を示す回路図である。
【図１０】図１中の固体撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の一部拡大概略平面図である。
【図１２】図１１中の隣接する一対のＡＦ用画素を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、被写体像を結像する光学系としての撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、固体撮像素子３の撮像面が配置される。
【００１８】
固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号、及び、暗電流成分を検出する暗電流成分検出信号のいずれかである。本実施の形態では、いずれにおいても信号は、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部（検出処理部）１０、記録部１１、画像圧縮部１２及び画像処理部１３なども接続される。本実施の形態では、画像処理部１３は、後述する補正処理部１３ａとしての機能も担う。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。なお、例えば、撮像制御部４、信号処理部５及びＡ／Ｄ変換部６は、固体撮像素子３と同一のチップに搭載してもよい。
【００１９】
図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、２次元マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。画素２０がマトリクス状に配置されている有効画素領域（撮像領域）を符号３１で示している。図２において、画素数は、横に４行縦に４行の１６個の画素を示している。しかし、本実施の形態では、画素数はそれよりもはるかに多くなっている。もっとも、本発明では、画素数は特に限定されるものではない。
【００２０】
本実施の形態では、固体撮像素子３は、画素として後述する３種類の画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒを有しているが、図２ではそれらのいずれであるかを区別することなく、符号２０で示している。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って撮像用信号、焦点検出用信号、及び、暗電流成分検出信号のいずれかを出力する。また、すべての画素２０は、同時に光電変換部がリセットされて露光の時間とタイミングが同一にされることも、１行ずつ読み出す所謂ローリングシャッタも可能となっている。
【００２１】
周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２３，２４、画素２０からの信号を受け取る垂直信号線２５、垂直信号線２５と接続される定電流源２６及び相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）２７、ＣＤＳ回路２７から出力される信号を受け取る水平信号線２８、出力アンプ２９等からなる。
【００２２】
垂直走査回路２１及び水平走査回路２２は、電子カメラ１の撮像制御部４からの指令に基づいて駆動信号を出力する。各画素２０は、垂直走査回路２１から出力される駆動信号を所定の駆動信号線２３から受け取って駆動され、撮像用信号、焦点検出用信号又は暗電流成分検出信号を垂直信号線２５に出力する。垂直走査回路２１から出力される駆動信号は複数あり、それに伴い駆動配線２３も複数ある。これらについては後述する。
【００２３】
画素２０から出力された信号は、ＣＤＳ回路２７にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路２２の駆動信号により水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して外部に信号が出力される。
【００２４】
図３は、図１中の固体撮像素子３（特にその有効画素領域３１）を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図３に示すように、固体撮像素子３の有効画素領域３１には、Ｘ軸方向に直線状に延びた４つの焦点検出領域３２〜３５が上下に並列するように設けられている。
【００２５】
なお、図３に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。また、Ｘ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｘ方向又は＋Ｘ側、その反対の向きを−Ｘ方向又は−Ｘ側と呼び、Ｙ軸方向についても同様とする。ＸＹ平面と平行な平面が固体撮像素子３の撮像面（受光面）と一致している。Ｘ軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図３の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図についても同様である。
【００２６】
図４は、図３における焦点検出領域３２の付近を拡大した概略拡大図である。前述したように、固体撮像素子３は、画素２０として、３種類の画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒを有している。図４において、遮光されていないフォトダイオード４１，４５，４６を白抜きの四角形で示し、遮光されている光電変換部４５，４６をハッチングを付した四角形で示している。この点は、後述する図５（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）についても同様である。
【００２７】
画素２０Ａは、撮影レンズ２によって結像される被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素（第１の画素）である。図５（ａ）は撮像用画素２０Ａの主要部を模式的に示す概略平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【００２８】
撮像用画素２０Ａは、光電変換部としてのフォトダイオード４１と、フォトダイオード４１上にオンチップで形成されたマイクロレンズ４２と、フォトダイオード４１の光入射側に設けられたＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のいずれかのカラーフィルタ６０とを備えている。図面には示していないが、カラーフィルタ６０の色は、ベイヤー配列等に従って設定されている。図５に示すように、マイクロレンズ４２の略焦点面には、遮光部としての金属層等の遮光層４３が形成されている。遮光層４３は、必要に応じて配線層を兼ねる。遮光層４３には、撮像用画素２０Ａにおいて、当該撮像用画素２０Ａのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形の開口４３ａが形成されている。画素２０Ａのフォトダイオード４１は、開口４３ａを通過した光を全て有効に受光し得る大きさを有している。なお、遮光層４３とマイクロレンズ４２との間や、基板４４と遮光層４３との間には、層間絶縁膜等が形成されている。
【００２９】
本実施の形態では、撮像用画素２０Ａにおいて、マイクロレンズ４２の略焦点面に配置された遮光層４３に前記開口４３ａが形成されていることによって、画素２０Ａのフォトダイオード４１は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の領域（開口４３ａのマイクロレンズ４２による投影像に相当）からの光束を受光して光電変換することになる。
【００３０】
画素２０Ｌ，２０Ｒは、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号、及び、暗電流成分を検出する暗電流成分検出信号を出力する焦点検出用画素（第２の画素。以下、「ＡＦ用画素」という。）である。図６（ａ）はＡＦ用画素２０Ｌの主要部を模式的に示す概略平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図である。図７（ａ）はＡＦ用画素２０Ｒの主要部を模式的に示す概略平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＸ５−Ｘ６線に沿った概略断面図である。図６及び図７において、図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００３１】
ＡＦ用画素２０Ｌは、１つの光電変換部としての１つのフォトダイオード４１に代えて、それを２つに分割したような２つの光電変換部としての２つのフォトダイオード４５，４６を有している。２つのフォトダイオード４５，４６は、基板４４の法線方向（Ｚ軸方向）から見た平面視においてＹ軸方向の分割線Ｙ３−Ｙ４により分割される−Ｘ側の領域及び＋Ｘ側の領域に、それぞれ配置されている。マイクロレンズ４２は、その光軸Ｏが分割線Ｙ３−Ｙ４とフォトダイオード４５，４６のＹ軸方向の中心線との交点を通るように、配置されている。そして、ＡＦ用画素２０Ｌにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０Ｌのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど左側（−Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｂが形成されている。このため、マイクロレンズ４２から導かれる入射光は瞳分割され、その一方の光束のみがフォトダイオード４５に入射され、他方の光束は遮光層４３により遮光されてフォトダイオード４６に入射されない。すなわち、画素２０Ｌでは、フォトダイオード４５は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｘ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、フォトダイオード４６は、遮光層４３により遮光されて受光しない。なお、例えば、有効画素領域の中心部の画素では、マイクロレンズ４２をその光軸Ｏが前記交点を通るように配置する一方、有効画素領域の周辺部の画素では、マイクロレンズ４２をその光軸Ｏが前記交点からずれた位置を通るように配置してもよい。
【００３２】
また、ＡＦ用画素２０Ｌには、カラーフィルタ６０は設けられていない。ＡＦ用画素２０Ｌに対する入射光量を増大させ焦点検出精度を高めるためには、画素２０Ｌにはカラーフィルタ６０を設けないことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３３】
ＡＦ用画素２０ＲがＡＦ用画素２０Ｌと異なる所は、ＡＦ用画素２０Ｒでは、ＡＦ用画素２０Ｌのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど左側（−Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｂが形成されているのに対し、ＡＦ用画素２０Ｒでは、ＡＦ用画素２０Ｌのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど右側（＋Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｃが形成されている点のみである。したがって、ＡＦ用画素２０Ｒでは、フォトダイオード４６は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｘ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、フォトダイオード４５は、遮光層４３により遮光されて受光しない。
【００３４】
本実施の形態では、図４に示すように、焦点検出領域３２において、ＡＦ用画素２０Ｌ，２０ＲがＸ軸方向に交互に配置されている。焦点検出領域３３〜３５についても、焦点検出領域３２と同様である。有効画素領域３１における焦点検出領域３２〜３５以外の領域には、撮像用画素２０Ａが配置されている。そして、図３に示すように、有効画素領域３１は、４×４個の区画１〜１６から構成され、各区画１〜１６内には、焦点検出領域３２〜３５のいずれかが配置されている。したがって、区画１〜１６にそれぞれ、１つ以上（２つ以上でもよい。）の撮像用画素２０Ａ及び１つ以上（２つ以上でもよい。）のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒが配置されている。なお、本発明では、有効画素領域３１を２つ以上の任意の数の区画に分けてもよいし、各区画の形状も必ずしも長方形状に限定されるものではない。また、焦点検出領域３２〜３５の本数や配置は、前述した例に限定されるものではないし、ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの配置も、必ずしも一直線状の交互配置に限定されるものではない。
【００３５】
図８は、図１中の固体撮像素子３の撮像用画素２０Ａを示す回路図である。各撮像用画素２０Ａは、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオード４１と、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティング容量部４７と、フォトダイオード４１からフローティング容量部４７へ電荷を転送する転送トランジスタ４８と、フローティング容量部４７の電圧に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ４９と、フローティング容量部４７の電圧をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタ５０と、当該画素２０Ａを選択するための選択部としての選択トランジスタ５１とを有している。なお、図８において、ＶＤＤは電源であり、２３５は電源ＶＤＤに接続するための電源配線である。
【００３６】
図９は、図１中の固体撮像素子３のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒを示す回路図である。これらの画素２０Ｌ，２０Ｒは同一の回路構成を有している。図９において、図８中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒが撮像用画素２０Ａと回路構成上異なる所は、１つの光電変換部としての１つのフォトダイオード４１に代えて、それを２つに分割したような２つの光電変換部としての２つのフォトダイオード４５，４６を有する点と、これに伴い、１つの転送トランジスタ４８に代えて、互いに独立して作動し得る２つの転送トランジスタ５２，５３を有する点のみである。転送トランジスタ５２はフォトダイオード４５からフローティング容量部４７へ電荷を転送し、転送トランジスタ５３はフォトダイオード４６からフローティング容量部４７へ電荷を転送する。これにより、フォトダイオード４５，４６の信号は、互いに独立して読み出される。
【００３７】
撮像用画素２０Ａの転送トランジスタ４８及びＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの一方の転送トランジスタ５２のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３１を介して駆動信号φＴＧＡが供給される。ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの他方の転送トランジスタ５３のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３２を介して駆動信号φＴＧＢが供給される。
【００３８】
画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒの選択トランジスタ５１のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３３を介して駆動信号φＳが供給される。画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒのリセットトランジスタ５０のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３４を介して駆動信号φＲが供給される。
【００３９】
図１０は、固体撮像素子３の動作例を示すタイミングチャートである。この動作例では、撮像用画素２０Ａのフォトダイオード４１からの信号（撮像用信号）、ＡＦ用画素２０Ｌの遮光されていないフォトダイオード４５からの信号（焦点検出用信号）、ＡＦ用画素２０Ｒの遮光されていないフォトダイオード４６からの信号（焦点検出用信号）、ＡＦ用画素２０Ｌの遮光されたフォトダイオード４６からの信号（暗電流成分検出信号）、及び、ＡＦ用画素２０Ｒの遮光されたフォトダイオード４５からの信号（暗電流成分検出信号）を全て読み出す。なお、各画素に含まれるトランジスタはＮＭＯＳトランジスタであり、ハイレベル（ハイ）の駆動信号を受けてオン状態とされる。
【００４０】
まず、期間Ｔ１において、全行のφＴＧＡ，φＴＧＢがハイにされ、全画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒの転送トランジスタ４８，５２，５３がオンにされる。このとき、全行のφＲがハイにされて全画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒのリセットトランジスタ５０がオンにされているので、期間Ｔ１において、全画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒのフォトダイオード４１，４５，４６及びフローティング容量部４７がリセットされる。全行のφＴＧＡ，φＴＧＢは、期間Ｔ１後にローにされ、全画素２０Ａ，２０Ｌ，２０Ｒの転送トランジスタ４８，５２，５３がオフにされる。
【００４１】
期間Ｔ１の後の期間Ｔ２において、メカニカルシャッタ（図示せず）が開かれる。この期間Ｔ２が露光期間となる。
【００４２】
次いで、期間Ｔ３において、１行目のφＳがハイにされる。これにより、１行目の選択トランジスタ５１がオンにされ、１行目の行選択が開始され、１行目の画素アンプ４９によるソースフォロワ読み出しが開始される。
【００４３】
期間Ｔ３の開始時点から所定期間経過した後に期間Ｔ１１が開始される。期間Ｔ１１では、１行目のφＲがローにされて１行目のリセットトランジスタ５０がオフにされ、１行目のフローティング容量部４７のリセットが終了される。期間Ｔ１１の開始時点から期間Ｔ１４の開始時点までの間に、１行目のダークレベル（フローティング容量部４７のリセット状態に対応して１行目の画素アンプ４９から出力される信号）が、画素アンプ４９から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が１行目のφＴＧＡに応答してフォトダイオード４１，４５（図１０では、ＰＤＡと表記）から転送されて来る信号電荷によるものであるため、フォトダイオード４１，４５（ＰＤＡ）に関するダークレベルとして用いられる。
【００４４】
期間Ｔ１４において、１行目のφＴＧＡがハイにされて１行目の転送トランジスタ４８，５２がオンにされる。これにより、１行目の撮像用画素２０Ａのフォトダイオード４１に蓄積されていた信号電荷及び１行目のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの一方のフォトダイオード４５に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング容量部４７に転送される。そして、期間Ｔ１４の終了時に、１行目のφＴＧＡがローにされて１行目の転送トランジスタ４８，５２がオフにされる。期間Ｔ１４の終了時点から期間Ｔ１１の終了時点（期間Ｔ１２の開始時点）までの間に、１行目のフローティング容量部４７に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４９から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、フォトダイオード４１，４５（ＰＤＡ）の信号読出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、フォトダイオード４１，４５（ＰＤＡ）に関するこの信号と、フォトダイオード４１，４５（ＰＤＡ）に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号のうち撮像用画素２０Ａのフォトダイオード４１に関する信号が、撮像用信号である。前記差分信号のうちＡＦ用画素２０Ｌのフォトダイオード４５（すなわち、遮光されていないフォトダイオード４５）に関する信号が、焦点検出用信号である。前記差分信号のうちＡＦ用画素２０Ｒのフォトダイオード４５（すなわち、遮光されたフォトダイオード４５）に関する信号が、暗電流成分検出信号である。
【００４５】
期間Ｔ１２において、１行目のφＲがハイにされて１行目のリセットトランジスタ５０がオンにされ、１行目のフローティング容量部４７がリセットされる。
【００４６】
期間Ｔ１２の終了時点から期間Ｔ１３が開始される。期間Ｔ１３では、１行目のφＲがローにされて１行目のリセットトランジスタ５０がオフにされ、フローティング容量部４７のリセットが終了される。期間Ｔ１３の開始時点（期間Ｔ１２の終了時点）から期間Ｔ１５の開始時点までの間に、１行目のダークレベル（フローティング容量部４７のリセット状態に対応して１行目の画素アンプ４９から出力される信号）が、画素アンプ４９から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が１行目のφＴＧＢに応答してフォトダイオード４６（図１０では、ＰＤＢと表記）から転送されて来る信号電荷によるものであるため、フォトダイオード４６（ＰＤＢ）に関するダークレベルとして用いられる。
【００４７】
期間Ｔ１５において、１行目のφＴＧＢがハイにされて１行目の転送トランジスタ５３がオンにされる。これにより、１行目のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの他方のフォトダイオード４６に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング容量部４７に転送される。そして、期間Ｔ１５の終了時に、１行目のφＴＧＢがローにされて１行目の転送トランジスタ５３がオフにされる。期間Ｔ１５の終了時点から期間Ｔ１３の終了時点（期間Ｔ３の終了時点）までの間に、１行目のフローティング容量部４７に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４９から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、フォトダイオード４６（ＰＤＢ）の信号読出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、フォトダイオード４６（ＰＤＢ）に関するこの信号と、フォトダイオード４６（ＰＤＢ）に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号のうちＡＦ用画素２０Ｒのフォトダイオード４６（すなわち、遮光されていないフォトダイオード４６）に関する信号が、焦点検出用信号である。前記差分信号のうちＡＦ用画素２０Ｌのフォトダイオード４６（すなわち、遮光されたフォトダイオード４６）に関する信号が、暗電流成分検出信号である。
【００４８】
その後、期間Ｔ３の終了時点（期間Ｔ１３の終了時点）において、１行目のφＲがハイにされて１行目のリセットトランジスタ５０がオンにされ、１行目のフローティング容量部４７のリセットが開始されるとともに、１行目のφＳがローにされて１行目の選択トランジスタ５１がオフにされ、１行目の行選択が終了される。
【００４９】
次に、水平帰線期間を経て次の２行目の選択動作の期間Ｔ４へと移行する。２行目以降も１行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、読み出し動作を終了する。
【００５０】
以上説明した図１０に示す動作例では、前述したように、撮像用信号、焦点検出用信号及び暗電流成分検出信号のすべてが読み出される。しかしながら、焦点検出モード時には焦点検出用信号のみが読み出せれば良く、撮像モード時には撮像用信号及び暗電流成分検出信号のみが読み出せれば良い。したがって、それぞれモードにおいて、無用な信号読み出しを極力避けて高速化を図るべく、前述した図１０に示す動作例を適宜変形してもよい。
【００５１】
ここで、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例について、説明する。
【００５２】
操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作が行われると、電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、その半押し操作に同期して撮像制御部４を駆動する。撮像制御部４は、被写体の確認を行うために予め定めた公知の手法により、撮像用画素２０Ａのうちの全画素又は所定画素から被写体確認用の撮像信号を読み出し、メモリ７に蓄積する。このとき、全画素を読み出す場合は、例えば、前記図１０に示す動作と同様の動作を行う。そして、画像処理部１３は、その信号から、画像認識技術を利用して被写体を認識する。例えば、顔認識モードの場合、被写体として顔を認識する。このとき、画像処理部１３は、被写体の位置及び形状を得る。
【００５３】
その後、マイクロプロセッサ９は、先に得られた被写体の位置及び形状に従って、焦点検出領域３２〜３５のうちから、被写体に対する焦点調節状態を精度良く検出するのに最適な、焦点検出に用いるべき、オートフォーカス用ラインセンサに相当する焦点検出領域を設定する。また、マイクロプロセッサ９は、前記認識結果等に基づいて、焦点検出用の撮影条件（絞り、焦点調節状態、シャッタ時間等）を設定する。
【００５４】
引き続いて、マイクロプロセッサ９は、先に設定した絞り等の条件となるようにレンズ制御部２ａを作動させ、先に設定したシャッタ時間等の条件でかつ先に設定した焦点検出領域のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの画素列の座標に従って、撮像制御部４を駆動することで、焦点検出用信号を読み出し、メモリ７に蓄積する。このとき、焦点検出モード時の動作（例えば、前述した図１０に示す動作と同様の動作又はこれを変形した動作）によって、焦点検出用信号を読み出す。
【００５５】
次に、マイクロプロセッサ９は、先に取得されメモリ７に格納された全画素の信号のうちから、先に設定した焦点検出領域のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒからの焦点検出用信号をピックアップし、それらの信号に基づいて瞳分割位相差方式に従った演算（焦点調節状態の検出処理）を焦点検出演算部１０に行わせることで、焦点検出演算部１０にデフォーカス量を算出させる。
【００５６】
次いで、マイクロプロセッサ９は、先に算出されたデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部２ａに撮影レンズ２を調節させる。このように、レンズ制御部２ａは、撮影レンズ２の焦点調節を行う調節部としての機能を担う。引き続いて、マイクロプロセッサ９は、本撮影のための撮影条件（絞り、シャッタ時間等）を設定する。
【００５７】
次に、マイクロプロセッサ９は、本撮影のために設定した絞り等の条件となるようにレンズ制御部２ａを作動させ、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、本撮影のために設定したシャッタ時間等の条件で撮像制御部４を駆動することで、画像信号を読み出して本撮影を行う。このとき、撮像モード時の動作（例えば、前述した図１０に示す動作と同様の動作又はこれを変形した動作）によって、撮像用信号及び暗電流成分検出信号を読み出す。撮像制御部４によって、この撮像用信号及び暗電流成分検出信号は、メモリ７に蓄積される。
【００５８】
次いで、マイクロプロセッサ９は、前記暗電流成分検出信号に基づいて前記撮像用信号を、その暗電流成分が低減するように補正する補正処理部１３ａとしての機能を、画像処理部１３に行わせ、この補正後の信号を画像信号としてメモリ７に蓄積させる。
【００５９】
本実施の形態では、このとき、補正処理部１３ａは、前記区画１〜１６毎に、当該区画内のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒからの暗電流成分検出信号に基づいて、当該区画内の撮像用画素２０Ａからの撮像用信号を、その暗電流成分が低減するように補正する。より具体的には、例えば、補正処理部１３ａは、区画１内のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒからの暗電流成分検出信号の平均値を算出し、前記平均値に所定係数を乗算してなる補正値を算出し、区画１内の撮像用画素２０Ａからの各撮像用信号から前記補正値を減算し、この減算後の撮像用信号を補正後の撮像用信号とし、区画２〜１６についても区画１と同様の処理を行う。
【００６０】
本実施の形態では、先の説明からわかるように、ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒの遮光されたフォトダイオード４５，４６の面積（Ｚ軸方向から見た平面視における面積）ａは、撮像用画素２０Ａのフォトダイオード４１の面積（Ｚ軸方向から見た平面視における面積）ｂよりも小さい。したがって、暗電流成分検出信号が示す暗電流成分は、撮像用画素２０Ａの撮像用信号に含まれる暗電流成分を、両者の面積比に比例して小さくしたものに、相当することになる。これを是正するため、前記所定係数を用いている。前記所定係数として、両者の面積比（ａ／ｂ）を用いてもよいが、実際に遮光状態にされたときに得られた撮像用信号ｃと暗電流成分検出信号ｄとの比（ｃ／ｄ）を用いることが好ましい。後者の場合、実際に遮光状態にされたときに得られた撮像用信号の平均値と暗電流成分検出信号の平均値との比を用いることが好ましい。この場合、前記所定係数を、区画１〜１６毎に求めてもよい。
【００６１】
なお、補正処理部１３ａによる補正処理は、前述したような区画１〜１６毎の処理に限らない。例えば、全てのＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒからの暗電流成分検出信号の平均値を算出し、前記平均値に所定係数を乗算してなる補正値を算出し、全ての撮像用画素２０Ａからの撮像用信号について、各撮像用信号から前記補正値を減算し、この減算後の撮像用信号を補正後の撮像用信号としてもよい。
【００６２】
補正処理部１３ａによる補正処理後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部１１に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する。
【００６３】
先の説明からわかるように、本実施の形態では、有効画素領域３１内に分布しているＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒが、遮光されていないフォトダイオード（フォトダイオード４５，４６の一方）の他に、遮光されているフォトダイオード（フォトダイオード４５，４６の他方）を有し、遮光画素（ＯＢ画素）としての機能も併有している。すなわち、本実施の形態によれば、有効画素領域３１内に分布しているＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒは、焦点検出用信号の他に、暗電流成分検出信号を出力する。
【００６４】
したがって、暗電流ムラが存するとき、有効画素領域３１に対する上下や左右に遮光画素（ＯＢ画素）を設ける場合における前記ＯＢ画素からの信号が、有効画素からの信号に含まれた暗電流成分を示す精度に比べて、本実施の形態において有効画素領域３１内に分布しているＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒから得られる暗電流成分検出信号が、有効画素（撮像用画素２０Ａ）からの信号に含まれた暗電流成分を示す精度の方が、高くなる。
【００６５】
このため、本実施の形態によれば、有効画素領域３１に対する上下や左右に遮光画素（ＯＢ画素）を設ける場合に比べて、暗電流成分をより低減させることができる補正を行うことができる。
【００６６】
そして、本実施の形態では、補正処理部１３ａによる補正処理として前述したような区画１〜１６毎の処理が行われるので、単に暗電流成分をより低減することができるというだけではなく、全てのＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒからの暗電流成分検出信号の平均値を用いた前述の補正処理を行う場合に比べて、暗電流ムラを低減することができる。もっとも、本発明では、前述したように、全てのＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒからの暗電流成分検出信号の平均値を用いた前述の補正処理を行ってもよく、この場合であっても、暗電流成分をより低減することができるという利点は得られる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、ＡＦ用画素２０Ｌ，２０ＲがＯＢ画素としての機能を併有しているので、ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒとは別にＯＢ画素を設ける必要がなくなり、ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒを有効に活用することができる。
【００６８】
［第２の実施の形態］
図１１は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の一部拡大概略平面図であり、図４に対応している。図１２は、図１１中の隣接する一対のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒを示す回路図であり、図９に対応している。図１１及び図１２において、図４及び図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。なお、図１１では、理解を容易にするため、配線層７０による電気的な接続関係を模式的に記載している。
【００６９】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、隣接する各一対のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒにおいて、ＡＦ用画素２０Ｌの遮光されているフォトダイオード４６とＡＦ用画素２０Ｒの遮光されているフォトダイオード４５とが、配線層７０により互いに電気的に接続され、これらのフォトダイオード４６，４５の面積（Ｚ軸方向から見た平面視における面積）の合計が、撮像用画素２０Ａのフォトダイオード４１の面積（Ｚ軸方向から見た平面視における面積）と同一にされている。
【００７０】
本実施の形態では、隣接する一対のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒのフォトダイオード４６，４５の信号の合計が、暗電流成分検出信号として読み出される。したがって、補正処理部１３ａで用いる前記所定係数を１にすることができる。もっとも、本実施の形態においても、前記所定係数として、実際に遮光状態にされたときに得られた撮像用信号ｃと暗電流成分検出信号ｄとの比（ｃ／ｄ）を用いてもよい。
【００７１】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、隣接する各一対のＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｒにおいて、フォトダイオード４６，４５間を配線層７０により電気的に接続する代わりに、フォトダイオード４６，４５を一体に連続して形成することで、両者を電気的に接続してもよい。
【００７２】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００７３】
例えば、前記各実施の形態において、有効画素領域３１内において、Ｘ軸方向に延びた焦点検出領域の他に、Ｙ軸方向に延びた焦点検出領域を追加してもよいし、Ｘ軸方向に延びた焦点検出領域を設けずに、Ｙ軸方向に延びた焦点検出領域を設けてもよい。これらの場合には、例えば、Ｙ軸方向に延びた焦点検出領域において、ＡＦ用画素２０ＬをＺ軸回りに９０゜右回転させたＡＦ用画素と、ＡＦ用画素２０ＲをＺ軸回りに９０゜右回転させたＡＦ用画素とを、Ｙ軸方向に交互に配置すればよい。
【００７４】
また、本発明では、白黒用として構成してもよく、その場合には撮像用画素２０Ａにカラーフィルタを設けなくてよい。また、カラー用として構成する場合であっても、前述したようなベイヤー配列に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７５】
３  固体撮像素子
２０Ａ  撮像用画素（第１の画素）
２０Ｌ，２０Ｒ  ＡＦ用画素（第２の画素）
フォトダイオード  ４１，４５，４６
【図１】
0005750918.tif 000002
【図２】
0005750918.tif 000003
【図３】
0005750918.tif 000004
【図４】
0005750918.tif 000005
【図５】
0005750918.tif 000006
【図６】
0005750918.tif 000007
【図７】
0005750918.tif 000008
【図８】
0005750918.tif 000009
【図９】
0005750918.tif 000010
【図１０】
0005750918.tif 000011
【図１１】
0005750918.tif 000012
【図１２】
0005750918.tif 000013