JP2014003116A

JP2014003116A - 撮像素子

Info

Publication number: JP2014003116A
Application number: JP2012136740A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Suzuki; 智鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】画素内で回折または反射する迷光を吸収してノイズを生じさせる。
【解決手段】光学系により結像する光を電荷に変換する光電変換素子と、光電変換素子に入射する光束を規定する開口が設けられた遮光部と、を有する画素を複数備えた撮像素子であって、複数の画素のうちの第１の画素の開口は、光学系の射出瞳の中心に対して偏った光束を通過するように位置づけられ、第１の画素は、光電変換素子と隔離して形成され、迷光を電荷に変換して排出する光吸収領域をさらに有し、複数の画素のうちの第２の画素の開口は、光学系の射出瞳の中心に対して第１の画素の開口とは異なる方向に偏った光束を通過するように位置づけられており、第１の画素内と第２の画素内との互いに対応する位置において、第２の画素の光電変換素子が配された領域に対応する第１の画素の領域に、第１の画素の光吸収領域の少なくとも一部が配される。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像素子に関する。

光学系により結像する光を電荷に変換する光電変換素子と、光電変換素子に入射する光束を規定する開口が設けられた遮光部とを有する撮像素子が知られている。更に、光学系の射出瞳の中心に対して互いに異なる方向に偏った光束を通過する複数種類の開口を有する撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］特開２０１１−２４３７３５号公報

しかしながら、遮光部により遮蔽されているにも関わらず、他の開口等から入射して画素内を反射してきた迷光を光電変換素子が吸収してノイズを生じるといった課題がある。

本発明の第１の態様においては、光学系により結像する光を電荷に変換する光電変換素子を有する複数の画素と、光電変換素子に入射する光束を規定する開口が設けられた遮光部と、を備えた撮像素子であって、複数の画素のうちの第１の画素の開口は、光学系の射出瞳の中心に対して偏った光束を通過するように位置づけられ、第１の画素は、光電変換素子と隔離して形成され、迷光を電荷に変換して排出する光吸収領域をさらに有し、複数の画素のうちの第２の画素の開口は、光学系の射出瞳の中心に対して第１の画素の開口とは異なる方向に偏った光束を通過するように位置づけられており、第１の画素内と第２の画素内との互いに対応する位置において、第２の画素の光電変換素子が配された領域に対応する第１の画素の領域に、第１の画素の光吸収領域の少なくとも一部が配される。

本発明の第２の態様においては、光学系により結像する光を電荷に変換する光電変換素子を有する複数の画素が二次元的に配され、光電変換素子に入射する光束を規定する開口が設けられた遮光部を有する撮像素子であって、複数の画素のうちの少なくとも一つは、開口が光学系の射出瞳の中心に対して偏った光束を光電変換素子に入射するように位置づけられ、光電変換素子の周囲に配され、光電変換素子に生じた電荷を転送する周辺回路部と、光電変換素子と隔離して形成され、迷光を電荷に変換して周辺回路を介して電荷を排出する光吸収領域とを有する。

本発明の第３の態様においては、上記撮像素子を備える電子カメラが提供される。

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。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラの構成を説明する図である。本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。画素の平面図である。撮像素子の回路図の概略を示す。視差画素の回路図である。撮像素子一部を拡大した様子を表す概略図である。視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。視差画像を生成する処理を説明する概念図である。繰り返しパターンの他の例を示す図である。二次元的な繰り返しパターンの例を示す図である。開口の他の形状を説明する図である。ベイヤー配列を説明する図である。ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。バリエーションの一例を示す図である。他のバリエーションの一例を示す図である。更に他のバリエーションの一例を示す図である。他のカラーフィルタ配列を説明する図である。図１７の他のカラーフィルタ配列を採用する場合の、Ｗ画素と視差画素の配列の一例を示す図である。光吸収領域の他の例を説明する平面図である。光電変換素子および光吸収領域の他の例を示す平面図である。

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。

本実施形態に係るデジタルカメラは、複数の視点の画像を一度の撮影により生成する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１０の構成を説明する図である。デジタルカメラ１０は、撮影光学系としての撮影レンズ２０及び絞り５０を備える。撮影レンズ２０は、光軸２１に沿って入射する被写体光束を撮像素子１００へ導く。絞り５０は、面積を変更可能な開口の大きさを変化させることによって、被写体光束である入射光の光量を変化させる。絞り５０は、撮影レンズ２０の射出瞳の位置、またはその近傍に配置されている。撮影レンズ２０は、デジタルカメラ１０に対して絞り５０とともに着脱できる交換式レンズであっても構わない。デジタルカメラ１０は、撮像素子１００、制御部２０１、Ａ／Ｄ変換回路２０２、メモリ２０３、駆動部２０４、絞り５０を制御する絞り駆動部２０６、画像処理部２０５、メモリカードＩＦ２０７、操作部２０８、表示部２０９、ＬＣＤ駆動回路２１０、ＡＦセンサ２１１および保存制御部２３８を備える。

なお、図示するように、撮像素子１００へ向かう光軸２１に平行な方向をｚ軸プラス方向と定め、ｚ軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をｘ軸プラス方向、紙面上方向をｙ軸プラス方向と定める。撮影における構図との関係はｘ軸が水平方向、ｙ軸が垂直方向となる。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。

撮影レンズ２０は、複数の光学レンズ群から構成され、被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図１では撮影レンズ２０を説明の都合上、瞳近傍に配置された仮想的な１枚のレンズで代表して表している。撮像素子１００は、撮影レンズ２０の焦点面近傍に配置されている。撮像素子１００は、二次元的に複数の光電変換素子が配列された、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。撮像素子１００は、駆動部２０４によりタイミング制御されて、受光面上に結像された被写体像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力する。

Ａ／Ｄ変換回路２０２は、撮像素子１００が出力する画像信号をデジタル信号に変換してメモリ２０３へ出力する。画像処理部２０５は、メモリ２０３をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。

画像処理部２０５は、他にも選択された画像フォーマットに従って画像データを調整するなどの画像処理一般の機能も担う。生成された画像データは、ＬＣＤ駆動回路２１０により表示信号に変換され、表示部２０９に表示される。また、上記種々の画像データは保存制御部２３８によりメモリカードＩＦ２０７に装着されているメモリカード２２０に記録される。

ＡＦセンサ２１１は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部２０８がユーザの操作を受け付けて、制御部２０１へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するＡＦ，ＡＥ等の各種動作は、制御部２０１に制御されて実行される。例えば、制御部２０１は、ＡＦセンサ２１１の検出信号を解析して、撮影レンズ２０の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦制御を実行する。尚、後述する視差画素が、ＡＦセンサ２１１の機能を兼用するように構成してもよい。この場合、ＡＦセンサ２１１は、省略できる。

図２は、本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。図２は、カラーフィルタ１０２と遮光部１０３が別体で構成される撮像素子１００の断面概略図である。図３は、画素の平面図である。図３は、図２における領域ＩＩＩの平面図であって、マイクロレンズ１０１及び多層構造１０５は、省略している。

図２に示すように、撮像素子１００は、被写体側から順に、マイクロレンズ１０１、カラーフィルタ１０２、遮光部１０３、多層構造１０５、光電変換素子１０８が配列されて構成されている。光電変換素子１０８は、入射する光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。光電変換素子１０８は、基板１０９の表面に二次元的に複数配列されている。

基板１０９は、ｐ型半導体、例えば、ｐ型シリコンである。光電変換素子１０８の一例は、ｎ型不純物が拡散されたｎ＋導電型半導体、および、基板１０９に形成されたｐ型領域の一部により形成されるフォトダイオードである。

カラーフィルタ１０２と、視差特性を持たせる開口部１０４を有する遮光部１０３とが、同一の光電変換素子１０８上に積層されている。開口部１０４は、後述するように、対応する光電変換素子１０８ごとにシフトさせて、相対的な位置が厳密に定められている。詳しくは後述するが、この開口部１０４を備える遮光部１０３の作用により、光電変換素子１０８が受光する被写体光束１５２に視差が生じる。

カラーフィルタ１０２は、多層構造１０５上に設けられている。カラーフィルタ１０２は、各光電変換素子１０８に対して特定の波長帯域を透過させるように着色された、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられるフィルタである。カラー画像を出力するには、互いに異なる少なくとも３種類のカラーフィルタが配列されれば良い。これらのカラーフィルタは、カラー画像を生成するための原色フィルタと言える。原色フィルタの組み合わせは、例えば赤色波長帯を透過させる赤フィルタ、緑色波長帯を透過させる緑フィルタ、および青色波長帯を透過させる青フィルタである。これらのカラーフィルタは、後述するように、光電変換素子１０８に対応して格子状に配列される。カラーフィルタは原色ＲＧＢの組合せのみならず、ＹＣＭＧの補色フィルタの組合せであっても良い。

マイクロレンズ１０１は、カラーフィルタ１０２上に設けられている。マイクロレンズ１０１は、入射する被写体光束１５２を光電変換素子１０８へ結像する結像レンズである。マイクロレンズ１０１は、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられている。マイクロレンズ１０１は、撮影レンズ２０の瞳中心と光電変換素子１０８の相対的な位置関係を考慮して、より多くの被写体光束１５２が光電変換素子１０８に導かれるようにその光軸がシフトされていることが好ましい。さらには、遮光部１０３の開口部１０４の位置と共に、後述の特定の被写体光束１５２がより多く入射するように配置位置が調整されても良い。

このように、各々の光電変換素子１０８に対応して一対一に設けられる遮光部１０３、カラーフィルタ１０２およびマイクロレンズ１０１の一単位を画素と呼ぶ。特に、視差を生じさせる開口部１０４を有する遮光部１０３が設けられた画素を視差画素、視差を生じさせる開口部１０４を有する遮光部１０３が設けられていない画素を視差なし画素と呼ぶ。例えば、撮像素子１００の有効画素領域が２４ｍｍ×１６ｍｍ程度の場合、画素数は１２００万程度に及ぶ。

多層構造１０５は、アルミニウム等の導電性金属により形成された配線１０６と絶縁膜とが多層に積層されて形成されている。光電変換素子１０８により光から電気に変換された画像信号、各画素を制御する制御信号等は、配線１０６を介して送受信される。遮光部１０３も当該多層構造１０５内に設けられている。

遮光部１０３は、多層構造１０５のうち光電変換素子１０８に近い層に設けられている。当該遮光部１０３は例えば多層構造１０５のうち光電変換素子１０８にもっとも近い層に配線と同じ材料で設けられる。これにより、遮光部１０３が配線１０６の上方に形成された場合よりも、光電変換素子１０８へ入射する被写体光束１５２を精度よく通過させることができる。

なお、集光効率、光電変換効率が良いイメージセンサの場合には、画素に対して一体一のマイクロレンズ１０１を設けなくても良いが、その場合には視差画素における遮光部１０３の開口部１０４がマイクロレンズ１０１を設けない光学系の射出瞳の中心から偏った位置からの光束を光電変換素子１０８に入射するように当該光学系が配される。また、裏面照射型イメージセンサの場合は、遮光部１０３は光電変換素子１０８側に配されるが、多層構造１０５は光電変換素子１０８とは反対側に設けられる。

カラーフィルタ１０２と遮光部１０３の組み合わせには、さまざまなバリエーションが存在する。また、遮光部１０３は配線とは別の層に別の材料で形成されてもよい。また、特定の画素を被写体の輝度情報を取得する画素とする場合、その画素には、対応するカラーフィルタ１０２を設けなくても良い。あるいは、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタを配列しても良い。

光吸収領域１０７は、基板１０９の表面であって、視差画素に形成されている。光吸収領域１０７は、光電変換素子１０８と隔離して配されている。さらに、光吸収領域１０７は、光電変換素子１０８と直接には電気的に接続されていない。

反射防止膜１１１は、基板１０９の表面に形成されている。反射防止膜１１１は、平面視において、光電変換素子１０８と光吸収領域１０７との間に設けられている。これにより、反射防止膜１１１は、光吸収領域１０７を形成できない領域に達する光を吸収する。この結果、多層構造１０５内で回折または反射する迷光１５０を低減でき、光電変換素子１０８が受光する迷光１５０を低減できる。

図３に示すように、各画素１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃは、光電変換素子１０８の周囲に、転送トランジスタ１３０と、増幅トランジスタ１３２と、選択トランジスタ１３４と、リセットトランジスタ１３６とを更に備える。転送トランジスタ１３０、増幅トランジスタ１３２、選択トランジスタ１３４及びリセットトランジスタ１３６は、光電変換素子１０８と直接的または間接的に接続されたｎＭＯＳトランジスタである。なお、図３には図を簡略化すべく、増幅トランジスタ１３２のゲート電極１３３、選択トランジスタ１３４のゲート電極１３５、リセットトランジスタ１３６のゲート電極１３７に参照番号が付されている。また、接続線路１４３は図中ではＵ字型に描かれているが、形はこれに限られない。これらの等価回路については後述する。

視差画素１４８ａと視差画素１４８ｃの開口部１０４は、それぞれ、射出瞳の中心を通る光線１５４に対して異なった方向に偏った位置に配される。これにより、視差画素１４８ａと視差画素１４８ｃの開口部１０４は、それぞれ、光学系の射出瞳の中心に対して互いに異なる方向に偏った光束を通過する。一方、視差なし画素１４８ｂの開口部１０４は、射出瞳の中心を通る光線１５４に対していずれかの方向に偏ってはいない。

上記各開口部１０４の位置に対応して、各画素１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃにおいて、光電変換素子１０８は、対応する開口部１０４を通過した被写体光束が直接達する受光領域１３８と重なるように形成されている。一方、光吸収領域１０７は、遮光部１０３で遮光されている領域に形成されている。尚、光吸収領域１０７及び反射防止膜１１１は、視差画素１４８ａ、１４８ｃに設けられているが、視差なし画素１４８ｂには設けられていない。

視差画素１４８ａの光吸収領域１０７は画素内の位置において図中左側に配されており、画素内における当該左側の領域は、他の視差画素１４８ｃにおいて光電変換素子１０８が配されている領域である。すなわち、視差画素１４８ａ内と視差画素１４８ｃ内との互いに対応する位置において、視差画素１４８ｃの光電変換素子１０８が配された領域に対応する視差画素１４８ａの領域に、視差画素１４８ａの光吸収領域１０７の少なくとも一部が配される。言い換えれば、視差画素１４８ａと視差画素１４８ｃとを対応する位置で重ねて見た場合に、視差画素１４８ａの光吸収領域１０７と視差画素１４８ｃの光電変換素子１０８とは少なくとも一部が重なった位置に来る。なお、視差画素１４８ｃの光吸収領域１０７と視差画素１４８ａの光電変換素子１０８との位置関係も同様である。

また、視差画素１４８ａ内と視差なし画素１４８ｂ内との互いに対応する位置において、視差なし画素１４８ｂの光電変換素子１０８が配された領域は、視差画素１４８ａの光電変換素子１０８および光吸収領域１０７が配された領域に対応する。言い換えれば、視差画素１４８ａと視差なし画素１４８ｂとを対応する位置で重ねて見た場合に、視差なし画素１４８ｂの光電変換素子１０８は、視差画素１４８ａの光電変換素子１０８および光吸収領域１０７の両方と少なくとも一部が重なった位置に来る。なお、視差なし画素１４８ｂの光電変換素子１０８と視差画素１４８ｃの光電変換素子１０８および光吸収領域１０７との位置関係も同様である。

光吸収領域１０７は、リセットトランジスタ１３６のドレイン領域１４０に接続領域１４２を介して接続されている。接続領域１４２は、光吸収領域１０７と同じｎ＋導電型半導体であるが、これに代えて導電性の金属配線であってもよい。リセットトランジスタ１３６のドレイン領域１４０および増幅トランジスタ１３２のドレイン領域は接点１４１において図示しない電源線に電気的に接続されている。なお、光吸収領域１０７は、光電変換素子１０８からの画像信号の出力のノイズにならなければ、他のトランジスタの他の領域に電気的に接続されていてもよい。

光吸収領域１０７の一例は、ｎ型不純物が拡散されたｎ⁺導電型半導体層である。ｎ⁺導電型半導体層である光吸収領域１０７は、基板１０９に形成されたｐ型領域と合わせて、フォトダイオードを形成する。従って、光吸収領域１０７が、画素内で回折または反射した迷光１５０を吸収すると、迷光１５０が光電変換された電荷、例えば、電子が生じる。しかしながら、光吸収領域１０７は、光電変換素子１０８と離隔しているので、光電変換素子１０８が出力する画像信号に影響しない。

図４は、撮像素子１００回路図の概略を示す。撮像素子１００は、二次元状に配置された上記画素１４８ａ等と、画素１４８ａ等から信号を出力するための周辺回路とを有する。これらの周辺回路は、駆動部２０４を形成する。図４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、画素数は特に限定されるものではない。

撮像素子１００は、周辺回路として、垂直走査回路１６０、水平走査回路１６２、これらと接続される駆動用配線１６３、１６４を有する。駆動用配線１６３は、画素１４８ａ等に配置される転送トランジスタ１３０、選択トランジスタ１３４等のゲートに接続されている。

撮像素子１００はさらに、画素１４８ａ等からの電気信号を受け取る垂直出力線１６５、当該垂直出力線１６５と接続される定電流源１６６及び相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）１６７、ＣＤＳ回路１６７から出力される信号を受け取る水平出力線１６８、出力アンプ１６９等を有する。

垂直走査回路１６０及び水平走査回路１６２は、デジタルカメラ１０の制御部２０１からの指令に基づいて駆動信号を駆動用配線１６３、１６４に出力する。各画素１４８ａ等は、垂直走査回路１６０から出力される駆動信号を、対応する駆動用配線１６３から受け取って駆動され、画像信号を垂直出力線１６５に出力する。

画素１４８ａ等から出力された画像信号は、ＣＤＳ回路１６７にてノイズ除去が施される。そして、当該画像信号は、水平走査回路１６２の駆動信号により水平出力線１６８及び出力アンプ１６９を介してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力される。なお、Ａ／Ｄ変換回路２０２は垂直出力線１６５毎に設けられ、列ごとに、ＣＤＳ回路１６７によりノイズ除去された後にＡ／Ｄ変換回路２０２でデジタル化された画像信号が出力されてもよい。さらに、これらに代えて、Ａ／Ｄ変換回路２０２による変換の後にデジタル的にＣＤＳによりノイズが除去されて出力されてもよい。

図５は、視差画素１４８ａ、１４８ｃの回路図である。視差無し画素１４８ｂは、光吸収領域１０７を有さないが、それ以外は図５に示す回路と同じ回路構成であるので図５では単に画素１４８として示した。図５に示すように、各画素は、図３に示した各トランジスタに加え、フローティングディフュージョン１４４を更に備える。

転送トランジスタ１３０のソース、ドレインはそれぞれ光電変換素子１０８、フローティングディフュージョン１４４に接続されている。これにより転送トランジスタ１３０は、ゲートに駆動信号が与えられた場合に、光電変換素子１０８によって光電変換された電荷、例えば、電子をフローティングディフュージョン１４４へと転送する。フローティングディフュージョン１４４は、光電変換素子１０８から転送された電荷を電圧の信号に変換する。

増幅トランジスタ１３２は、ドレイン、ソースがそれぞれ高電位Ｖｄｄ、選択トランジスタ１３４に接続され、フローティングディフュージョン１４４により変換された電圧の信号を増幅する。選択トランジスタ１３４は、ドレイン、ソースがそれぞれ増幅トランジスタ、出力線に接続され、ゲートに駆動信号が与えられた場合に増幅トランジスタ１３２により増幅された電圧の信号を画像信号として出力する。リセットトランジスタ１３６は、ドレイン、ソースがそれぞれ高電位Ｖｄｄ、フローティングディフュージョン１４４に接続されて、ゲートに駆動信号が与えられた場合に光電変換素子１０８の電荷を排出してリセットする。

リセットトランジスタ１３６のドレイン領域１４０は、高電圧Ｖｄｄに接続されている。従って、光吸収領域１０７が迷光１５０を受光した場合に、光電変換により電荷が生成されるが、この電荷はドレイン領域１４０を介して排出される。これにより、光吸収領域１０７は、光電変換素子１０８へ迷光１５０が入射することによるノイズを低減することができる。

次に、遮光部１０３の開口部１０４と、生じる視差の関係について説明する。図６は、撮像素子１００の一部を拡大した様子を表す概略図である。ここでは、説明を簡単にすべく、カラーフィルタ１０２の配色については後に言及を再開するまで考慮しない。カラーフィルタ１０２の配色に言及しない以下の説明においては、同色（透明である場合を含む）のカラーフィルタ１０２を有する視差画素のみを寄せ集めたイメージセンサであると捉えることができる。したがって、以下に説明する繰り返しパターンは、同色のカラーフィルタ１０２における隣接画素として考えても良い。

図６に示すように、遮光部１０３の開口部１０４は、それぞれの画素に対して相対的にシフトして設けられている。そして、隣接する画素同士においても、それぞれの開口部１０４は互いに変位した位置に設けられている。

図の例においては、それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いに左右方向にシフトした６種類の遮光部１０３が用意されている。そして、撮像素子１００の全体は、紙面左側から右側へ徐々にシフトする遮光部１０３をそれぞれ有する６つの視差画素を一組とする光電変換素子群が、二次元的かつ周期的に配列されている。つまり、撮像素子１００は、一組の光電変換素子群を含む繰り返しパターン１１０が、周期的に敷き詰められて構成されていると言える。

図７は、視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。特に図７（ａ）は撮像素子１００のうち撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔの光電変換素子群を示し、図７（ｂ）は周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕの光電変換素子群を模式的に示している。図７（ａ）、（ｂ）における被写体３０は、撮影レンズ２０に対して合焦位置に存在する。図７（ｃ）は、図７（ａ）に対応して、撮影レンズ２０に対して非合焦位置に存在する被写体３１を捉えた場合の関係を模式的に示している。

まず、撮影レンズ２０が合焦状態に存在する被写体３０を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して撮像素子１００へ導かれるが、被写体光束が通過する全体の断面領域に対して、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆが規定されている。そして、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕを構成する光電変換素子群の紙面左端の画素は、拡大図からもわかるように、部分領域Ｐｆから射出された被写体光束のみが光電変換素子１０８へ到達するように、遮光部１０３の開口部１０４ｆの位置が定められている。同様に、紙面右端の画素に向かって、部分領域Ｐｅに対応して開口部１０４ｅの位置が、部分領域Ｐｄに対応して開口部１０４ｄの位置が、部分領域Ｐｃに対応して開口部１０４ｃの位置が、部分領域Ｐｂに対応して開口部１０４ｂの位置が、部分領域Ｐａに対応して開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められている。

別言すれば、例えば部分領域Ｐｆと紙面左端画素の相対的な位置関係によって定義される、部分領域Ｐｆから射出される被写体光束の主光線Ｒｆの傾きにより、開口部１０４ｆの位置が定められていると言っても良い。そして、合焦位置に存在する被写体３０からの被写体光束を、開口部１０４ｆを介して光電変換素子１０８が受光する場合、その被写体光束は、点線で図示するように、光電変換素子１０８上で結像する。同様に、紙面右端の画素に向かって、主光線Ｒｅの傾きにより開口部１０４ｅの位置が、主光線Ｒｄの傾きにより開口部１０４ｄの位置が、主光線Ｒｃの傾きにより開口部１０４ｃの位置が、主光線Ｒｂの傾きにより開口部１０４ｂの位置が、主光線Ｒａの傾きにより開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められていると言える。

図７（ａ）で示すように、合焦位置に存在する被写体３０のうち、光軸２１と交差する被写体３０上の微小領域Ｏｔから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｔから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｔは、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。同様に、図７（ｂ）で示すように、合焦位置に存在する被写体３０のうち、光軸２１から離間した被写体３０上の微小領域Ｏｕから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｕから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｕも、微小領域Ｏｔと同様に、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。

つまり、被写体３０が合焦位置に存在する限りは、撮像素子１００上における繰り返しパターン１１０の位置に応じて、光電変換素子群が捉える微小領域が異なり、かつ、光電変換素子群を構成する各画素は互いに異なる部分領域を介して同一の微小領域を捉えている。そして、それぞれの繰り返しパターン１１０において、対応する画素同士は同じ部分領域からの被写体光束を受光している。つまり、図においては、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕのそれぞれの紙面左端の画素は、同じ部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光している。

撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔにおいて紙面左端画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置と、周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいて紙面左端画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置は厳密には異なる。しかしながら、機能的な観点からは、部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光するための遮光部という点で、これらを同一種類の遮光部として扱うことができる。したがって、図７の例では、撮像素子１００上に配列される視差画素のそれぞれは、６種類の遮光部の一つを備えると言える。

次に、撮影レンズ２０が非合焦状態に存在する被写体３１を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。この場合も、非合焦位置に存在する被写体３１からの被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳の６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを通過して、撮像素子１００へ到達する。ただし、非合焦位置に存在する被写体３１からの被写体光束は、光電変換素子１０８上ではなく他の位置で結像する。例えば、図７（ｃ）に示すように、被写体３１が被写体３０よりも撮像素子１００に対して遠い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体３１側で結像する。逆に、被写体３１が被写体３０よりも撮像素子１００に対して近い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体３１とは反対側で結像する。

したがって、非合焦位置に存在する被写体３１のうち、微小領域Ｏｔ'から放射される被写体光束は、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれを通過するかにより、異なる組の繰り返しパターン１１０における対応画素に到達する。例えば、部分領域Ｐｄを通過した被写体光束は、図７（ｃ）の拡大図に示すように、主光線Ｒｄ'として、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる、開口部１０４ｄを有する光電変換素子１０８へ入射する。そして、微小領域Ｏｔ'から放射された被写体光束であっても、他の部分領域を通過した被写体光束は、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる光電変換素子１０８へは入射せず、他の繰り返しパターンにおける対応する開口部を有する光電変換素子１０８へ入射する。換言すると、繰り返しパターン１１０ｔ'を構成する各光電変換素子１０８へ到達する被写体光束は、被写体３１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。すなわち、開口部１０４ｄに対応する１０８へは主光線をＲｄ'とする被写体光束が入射し、他の開口部に対応する光電変換素子１０８へは主光線をＲａ＋、Ｒｂ＋、Ｒｃ＋、Ｒｅ＋、Ｒｆ＋とする被写体光束が入射するが、これらの被写体光束は、被写体３１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。このような関係は、図７（ｂ）における周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいても同様である。

すると、撮像素子１００の全体で見た場合、例えば、開口部１０４ａに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ａと、開口部１０４ｄに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ｄは、合焦位置に存在する被写体に対する像であれば互いにずれが無く、非合焦位置に存在する被写体に対する像であればずれが生じることになる。そして、そのずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、また、部分領域Ｐａと部分領域Ｐｄの距離により、方向と量が定まる。つまり、被写体像Ａと被写体像Ｄは、互いに視差像となる。この関係は、他の開口部に対しても同様であるので、開口部１０４ａから１０４ｆに対応して、６つの視差像が形成されることになる。また、互いに異なる部分領域Ｐａ〜Ｐｆの配列方向を視差方向と呼ぶ。この例の場合はｘ軸方向である。

したがって、このように構成されたそれぞれの繰り返しパターン１１０において、互いに対応する画素の出力を寄せ集めると、視差画像が得られる。つまり、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆうちの特定の部分領域から射出された被写体光束を受光した画素の出力は、視差画像を形成する。これにより、複雑な光学系を必要とすることなく、一の撮影レンズ２０によって、互いに異なる部分領域Ｐａ〜Ｐｆの配列方向を視差方向とする視差画像を撮像することができる。

図８は、視差画像を生成する処理を説明する概念図である。図は、紙面左列から順に、開口部１０４ｆに対応する視差画素の出力を集めて生成される視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子、開口部１０４ｅの出力による視差画像データＩｍ＿ｅの生成の様子、開口部１０４ｄの出力による視差画像データＩｍ＿ｄの生成の様子、開口部１０４ｃの出力による視差画像データＩｍ＿ｃの生成の様子、開口部１０４ｂの出力による視差画像データＩｍ＿ｂの生成の様子、開口部１０４ａの出力による視差画像データＩｍ＿ａの生成の様子を表す。まず開口部１０４ｆの出力による視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子について説明する。

６つの視差画素を一組とする光電変換素子群から成る繰り返しパターン１１０は、ｘ軸方向に平行な紙面横一列に配列されている。したがって、開口部１０４ｆを有する視差画素は、撮像素子１００上において、ｘ軸方向に６画素おき、かつ、ｙ軸方向に連続して存在する。これら各画素は、上述のようにそれぞれ異なる微小領域からの被写体光束を受光している。したがって、これらの視差画素の出力を寄せ集めて配列すると、ｘ軸方向、つまり水平視差画像が得られる。

しかし、本実施形態における撮像素子１００の各画素は正方画素であるので、単に寄せ集めただけでは、ｘ軸方向の画素数が１／６に間引かれた結果となり、ｙ軸方向に縦長の画像データが生成されてしまう。そこで、補間処理を施してｘ軸方向に６倍の画素数とすることにより、本来のアスペクト比の画像として視差画像データＩｍ＿ｆを生成する。ただし、そもそも補間処理前の視差画像データがｘ軸方向に１／６に間引かれた画像であるので、ｘ軸方向の水平解像度は、ｙ軸方向の垂直解像度よりも低下している。つまり、生成される視差画像データの数と、解像度は相反関係にあると言える。

同様にして、視差画像データＩｍ＿ｅ〜視差画像データＩｍ＿ａが得られる。すなわち、デジタルカメラ１０は、ｘ軸方向に視差を有する６視点の水平視差画像を生成することができる。

上記の例では、ｘ軸方向に平行な横一列を繰り返しパターン１１０として周期的に配列される例を説明したが、繰り返しパターン１１０はこれに限らない。図９は、繰り返しパターン１１０の他の例を示す図である。

図９（ａ）は、ｙ軸方向６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。ただし、それぞれの開口部１０４は、紙面上端の視差画素から下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、ｘ軸方向に視差を与える６視点の水平視差画像を生成することができる。この場合は、図６の繰り返しパターン１１０に比較すると、ｙ軸方向の垂直解像度を犠牲にする代わりにｘ軸方向の水平解像度を維持する繰り返しパターンであると言える。

図９（ｂ）は、紙面斜め方向に隣接する６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。それぞれの開口部１０４は、紙面左上端の視差画素から右下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、ｘ軸方向に視差を与える６視点の水平視差画像を生成することができる。この場合は、図６の繰り返しパターン１１０に比較すると、ｙ軸方向の垂直解像度およびｘ軸方向の水平解像度をある程度維持しつつ、水平視差画像の数を増やす繰り返しパターンであると言える。

図６の繰り返しパターン１１０、および図９（ａ）（ｂ）の繰り返しパターン１１０をそれぞれ比較すると、いずれも６視点の視差画像を生成する場合において、視差画像でない全体から一枚の画像を出力する場合の解像度に対し、ｙ軸方向、ｘ軸方向のいずれの方向の解像度を犠牲にするかの違いであると言える。図６の繰り返しパターン１１０の場合は、ｘ軸方向の水平解像度を１／６とする構成である。図９（ａ）の繰り返しパターン１１０の場合は、ｙ軸方向の垂直解像度を１／６とする構成である。また、図９（ｂ）の繰り返しパターン１１０の場合は、ｙ軸方向を１／３、ｘ軸方向を１／２とする構成である。いずれの場合も、一つのパターン内には、各画素に対応して開口部１０４ａ〜１０４ｆが一つずつ設けられており、それぞれが対応する部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれかから被写体光束を受光するように構成されている。したがって、いずれの繰り返しパターン１１０であっても視差量は同等である。

上述の例では、水平方向に視差を与える水平視差画像を生成する場合について説明したが、もちろん垂直方向に視差を与える垂直視差画像を生成することもできるし、水平垂直の二次元方向に視差を与える水平垂直視差画像を生成することもできる。図１０は、二次元的な繰り返しパターン１１０の例を示す図である。

図１０の例によれば、ｙ軸６画素、ｘ軸６画素の３６画素を一組の光電変換素子群として繰り返しパターン１１０を形成する。それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いにｙ軸ｘ軸方向にシフトした３６種類の遮光部１０３が用意されている。具体的には、各開口部１０４は、繰り返しパターン１１０の紙面上端画素から下端画素に向かって、紙面上側から下側へ徐々にシフトすると同時に、紙面左端画素から右端画素に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置決めされている。

このような繰り返しパターン１１０を有する撮像素子１００は、垂直方向および水平方向に視差を与える、３６視点の視差画像を出力することができる。もちろん図１０の例に限らず、さまざまな視点の視差画像を出力するように繰り返しパターン１１０を定めることができる。

以上の説明においては、開口部１０４の形状として矩形を採用した。特に、水平方向に視差を与える配列においては、シフトさせる方向であるｘ軸方向の幅よりも、シフトさせないｙ軸方向の幅を広くすることにより、光電変換素子１０８へ導く光量を確保している。しかし、開口部１０４の形状は矩形に限定されない。

図１１は、開口部１０４の他の形状を説明する図である。図においては、開口部１０４の形状を円形とした。円形とした場合、半球形状であるマイクロレンズ１０１との相対的な関係から、予定外の被写体光束が迷光となって光電変換素子１０８へ入射することを防ぐことができる。

次に、カラーフィルタ１０２と視差画像について説明する。図１２は、ベイヤー配列を説明する図である。図示するように、ベイヤー配列は、緑フィルタが紙面左上と右下の２画素に、赤フィルタが紙面左下の１画素に、青フィルタが紙面右上の１画素に割り当てられる配列である。ここでは、緑フィルタが割り当てられた紙面左上の画素をＧｂ画素と、同じく緑色フィルタが割り当てられた紙面右下の画素をＧｒ画素とする。また、赤色フィルタが割り当てられた画素をＲ画素と、青色が割り当てられた画素をＢ画素とする。そして、Ｇｂ画素およびＢ画素が並ぶ紙面横方向をＧｂ行とし、Ｒ画素およびＧｒ画素が並ぶ紙面横方向をＧｒ行とする。また、Ｇｂ画素およびＲ画素が並ぶ紙面縦方向をＧｂ列とし、Ｂ画素およびＧｒ画素が並ぶ紙面縦方向をＧｒ列とする。

このようなカラーフィルタ１０２の配列に対して、視差画素と視差なし画素を、何色の画素にどのような周期で割り振っていくかにより、膨大な数の繰り返しパターン１１０が設定され得る。視差なし画素の出力を集めれば、通常の撮影画像と同じく視差のない撮影画像データを生成することができる。したがって、相対的に視差なし画素の割合を増やせば、解像度の高い２Ｄ画像を出力させることができる。この場合、視差画素は相対的に少ない割合となるので、複数の視差画像からなる３Ｄ画像としては立体情報が減少する。逆に、視差画素の割合を増やせば、３Ｄ画像としては立体情報が増加するが、視差なし画素は相対的に減少するので、解像度の低い２Ｄ画像が出力される。

このようなトレードオフの関係において、何れの画素を視差画素とするか、あるいは視差なし画素とするかにより、様々な特徴を有する繰り返しパターン１１０が設定される。図１３は、ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。この場合の視差画素は、開口部１０４が中心よりもｘ軸左側に偏心した視差Ｌｔ画素と、同じくｘ軸右側に偏心した視差Ｒｔ画素を想定している。つまり、このような視差画素から出力される２視点の視差画像は、いわゆる立体視を実現する。

それぞれの繰り返しパターンに対する特徴の説明は図に示す通りである。例えば、視差なし画素が多く割り振られていれば高解像度の２Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、色ずれの少ない高画質の２Ｄ画像データとなる。一方、視差画素が多く割り振られていれば立体情報の多い３Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、３Ｄ画像でありながら、高品質のカラー画像データとなる。

以下にいくつかのバリエーションについて説明する。図１４は、バリエーションの一例を示す図である。図１４のバリエーションは、図１３における繰り返しパターン分類Ａ−１に相当する。

図の例においては、ベイヤー配列と同じ４画素を繰り返しパターン１１０とする。Ｒ画素とＢ画素は視差なし画素であり、Ｇｂ画素を視差Ｌｔ画素に、Ｇｒ画素を視差Ｒｔ画素に割り当てる。この場合、同一の繰り返しパターン１１０に含まれる視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素が、被写体が合焦位置に存在するときに、同じ微小領域から放射される光束を受光するように開口部１０４が定められる。

図の例においては、視感度の高い緑画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、コントラストの高い視差画像を得ることが期待できる。また、同じ緑色画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、これら２つの出力から視差のない出力に変換演算がし易く、視差なし画素であるＲ画素およびＢ画素の出力と共に、高画質の２Ｄ画像データを生成できる。

図１５は、他のバリエーションの一例を示す図である。図１５のバリエーションは、図１３における繰り返しパターン分類Ｂ−１に相当する。

図の例においては、ベイヤー配列の４画素が紙面左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、紙面左側のＧｂ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＧｂ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。このような配列においては、Ｇｒ画素を視差なし画素としたことにより、図１３の例よりも、更に２Ｄ画像の高画質化が望める。

図１６は、更に他のバリエーションの一例を示す図である。図１６のバリエーションは、図１３における繰り返しパターン分類Ｄ−１に相当する。

図の例においては、ベイヤー配列の４画素が紙面左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、左側のＧｂ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＧｂ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。さらに、左側のＲ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＲ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。さらに、左側のＢ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＢ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。２つのＧｒ画素には視差なし画素を割り当てる。

２つのＧｂ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、被写体が合焦位置に存在するときに、同じ微小領域から放射される光束を受光する。また、２つのＲ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、Ｇｂ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光し、２つのＢ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、Ｇｂ画素およびＲ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光する。したがって、図１５の例に比較して、３Ｄ画像としての立体情報が縦方向に３倍となる。しかも、ＲＧＢの３色の出力が得られるので、カラー画像としての３Ｄ画像として高品質である。

なお、上述のように視差画素の種類を２つにすれば２視点の視差画像が得られるが、もちろん視差画素の種類は、出力したい視差画像数に合わせて、図６、図１０、図１１などで説明したような様々な数を採用し得る。視点数が増えていっても、さまざまな繰り返しパターン１１０を形成することができる。したがって、仕様、目的等に応じた繰り返しパターン１１０を選択することができる。

上述の例では、カラーフィルタ配列としてベイヤー配列を採用した場合について説明したが、もちろん他のカラーフィルタ配列であっても差し支えない。このとき、一組の光電変換素子群を構成する視差画素のそれぞれは、互いに異なる部分領域を向く開口部１０４を有する遮光部１０３を備えると良い。

したがって、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた遮光部１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを備え、隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも２つ（３つ以上であっても良い）に対応して設けられたそれぞれの遮光部１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。

図１７は、他のカラーフィルタ配列を説明する図である。図示するように、他のカラーフィルタ配列は、図１２で示したベイヤー配列のＧｒ画素を緑フィルタが割り当てられるＧ画素として維持する一方、Ｇｂ画素をカラーフィルタが割り当てられないＷ画素に変更した配列である。なお、Ｗ画素は、上述のように、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタが配列されていても良い。

このようなＷ画素を含むカラーフィルタ配列を採用すれば、撮像素子が出力するカラー情報の精度は若干低下するものの、Ｗ画素が受光する光量はカラーフィルタが設けられている場合に比較して多いので、精度の高い輝度情報を取得できる。Ｗ画素の出力を寄せ集めれば、モノクロ画像を形成することもできる。

Ｗ画素を含むカラーフィルタ配列の場合、視差画素と視差なし画素の繰り返しパターン１１０は、さらなるバリエーションが存在する。例えば、比較的暗い環境下で撮影された画像であっても、カラー画素から出力された画像に比較してＷ画素から出力された画像であれば、被写体像のコントラストが高い。そこで、Ｗ画素に視差画素を割り振れば、複数の視差画像間で行う補間処理において、精度の高い演算結果が期待できる。後述するように、補間処理は、視差画素量を取得する処理の一環として実行される。したがって、２Ｄ画像の解像度および視差画像の画質への影響に加え、抽出される他の情報への利害得失も考慮して、視差画素と視差なし画素の繰り返しパターン１１０が設定される。

図１８は、図１７の他のカラーフィルタ配列を採用する場合の、Ｗ画素と視差画素の配列の一例を示す図である。図１８のバリエーションは、ベイヤー配列における図１５の繰り返しパターン分類Ｂ−１に類似するので、ここではＢ'−１とする。図の例においては、他のカラーフィルタ配列の４画素が紙面左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、左側のＷ画素に視差Ｌｔ画素を、右側のＷ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。このような配列において撮像素子１００は、視差画像をモノクロ画像として出力し、２Ｄ画像をカラー画像として出力する。

この場合、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた遮光部１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを有し、隣接するｎ個（ｎは４以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも２つに対応して設けられたそれぞれの遮光部１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内には含まれず、かつ、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。

図１９は、光吸収領域１０７の別の例を説明する平面図である。図３と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。

図１９に示すように、視差画素１４８ａ、１４８ｂの光吸収領域１０７が、接続領域１４２および配線１０６を介して、直接、高電圧Ｖｄｄに接続されていてもよい。図１９に示す光吸収領域１０７においても、迷光を受光して生じた電荷を高電圧Ｖｄｄへと排出することができる。

図２０は、光電変換素子１０８および光吸収領域１０７の他の例を示す平面図である。図３と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。

図２０に示すように、視差画素１４８ｄ、１４８ｅの光電変換素子１０８が画素内において中央寄りにある場合には、当該光電変換素子１０８を挟んで両側に光吸収領域１０７が設けられる。この場合も光吸収領域１０７は、視差なし画素１４８ｂにおける光電変換素子１０８の幅Ｗｎ０と略同一の領域まで設けられることが好ましい。

以上、上記実施形態によれば、光電変換素子１０８とは隔離して光吸収領域１０７を設けたので、光電変換素子１０８へ迷光１５０が入射することによるノイズを低減することができる。

上記実施形態のデジタルカメラ１０は、電子カメラの一例であって、静止画を生成するデジタルスチルカメラまたは動画を生成するカムコーダーのいずれであってもよい。また、デジタルカメラ１０は、レンズ交換式であってもよいし、レンズ交換式でなくてもよい。さらに、デジタルカメラ１０は、撮像素子１００の入光側にミラーを設けたレフレックスタイプでもよいし、ミラーを設けないノンレフレックスタイプでもよい。

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、多様な変更また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。その様な変更また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。

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。

１０デジタルカメラ、２０撮影レンズ、２１光軸、３０被写体、３１被写体、５０絞り、１００撮像素子、１０１マイクロレンズ、１０２カラーフィルタ、１０３遮光部、１０４開口部、１０５多層構造、１０６配線、１０７光吸収領域、１０８光電変換素子、１０９基板、１１０パターン、１１１反射防止膜、１３０転送トランジスタ、１３２増幅トランジスタ、１３３ゲート電極、１３４選択トランジスタ、１３５ゲート電極、１３６リセットトランジスタ、１３７ゲート電極、１３８受光領域、１４０ドレイン領域、１４１接点、１４２接続領域、１４３接続線路、１４４フローティングディフュージョン、１４８画素、１５０迷光、１５２被写体光束、１５４光線、１６０垂直走査回路、１６２水平走査回路、１６３駆動用配線、１６４駆動用配線、１６５垂直出力線、１６６定電流源、１６７ＣＤＳ回路、１６８水平出力線、１６９出力アンプ、２０１制御部、２０２Ａ／Ｄ変換回路、２０３メモリ、２０４駆動部、２０５画像処理部、２０６絞り駆動部、２０７メモリカードＩＦ、２０８操作部、２０９表示部、２１０ＬＣＤ駆動回路、２１１ＡＦセンサ、２２０メモリカード、２３８保存制御部

Claims

光学系により結像する光を電荷に変換する光電変換素子を有する複数の画素と、前記光電変換素子に入射する光束を規定する開口が設けられた遮光部と、を備えた撮像素子であって、
前記複数の画素のうちの第１の画素の開口は、前記光学系の射出瞳の中心に対して偏った光束を通過するように位置づけられ、
前記第１の画素は、前記光電変換素子と隔離して形成され、迷光を電荷に変換して排出する光吸収領域をさらに有し、
前記複数の画素のうちの第２の画素の開口は、前記光学系の射出瞳の中心に対して前記第１の画素の開口とは異なる方向に偏った光束を通過するように位置づけられており、
前記第１の画素内と前記第２の画素内との互いに対応する位置において、前記第２の画素の前記光電変換素子が配された領域に対応する前記第１の画素の領域に、前記第１の画素の前記光吸収領域の少なくとも一部が配された撮像素子。
前記第２の画素は、前記第２の画素の前記光電変換素子と隔離して形成され、迷光を電荷に変換して排出する光吸収領域をさらに有し、
前記第１の画素と前記第２の画素との画素内の対応する位置において、前記第１の画素の前記光電変換素子が配された領域に対応する前記第２の画素の領域に、前記第２の画素の前記光吸収領域の少なくとも一部が配された請求項１に記載の撮像素子。
前記第１の画素と前記第２の画素とが周期的に繰り返し配置されている請求項１または２に記載の撮像素子。
前記複数の画素のうちの第３の画素の開口は、前記光学系の射出瞳の中心に対して偏らない光束を通過するように位置づけられ、
前記第１の画素内と前記第３の画素内との互いに対応する位置において、前記第１の画素の前記光電変換素子および前記光吸収領域が配された領域に対応する前記第３の画素の領域に、前記第３の画素の前記光電変換素子が配された請求項１に記載の撮像素子。
前記第１の画素、前記第２の画素および前記第３の画素が周期的に繰り返し配置されている請求項４に記載の撮像素子。
前記光吸収領域は、ｐ型領域内に設けられたｎ型領域であって、前記ｎ型領域が電源線に接続されている請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像素子。
前記複数の画素は、前記光電変換素子の電荷をリセットする、ドレインが電源線に接続されたリセットトランジスタを有し、
前記光吸収領域は前記リセットトランジスタの前記ドレインに接続されている請求項６に記載の撮像素子。
光学系により結像する光を電荷に変換する光電変換素子を有する複数の画素が二次元的に配され、前記光電変換素子に入射する光束を規定する開口が設けられた遮光部を有する撮像素子であって、
前記複数の画素のうちの少なくとも一つは、
前記開口が前記光学系の射出瞳の中心に対して偏った光束を前記光電変換素子に入射するように位置づけられ、
前記光電変換素子の周囲に配され、前記光電変換素子に生じた電荷を転送する周辺回路部と、
前記光電変換素子と隔離して形成され、迷光を電荷に変換して前記周辺回路を介して前記電荷を排出する光吸収領域と
を有する撮像素子。
請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像素子を備える電子カメラ。