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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6973561
(24)【登録日】2021年11月8日
(45)【発行日】2021年12月1日
(54)【発明の名称】撮像素子および撮像装置
(51)【国際特許分類】
H04N 5/347 20110101AFI20211118BHJP
H04N 5/374 20110101ALI20211118BHJP
【ＦＩ】
H04N5/347
H04N5/374
【請求項の数】25
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2020-82238(P2020-82238)
(22)【出願日】2020年5月7日
(62)【分割の表示】特願2018-131819(P2018-131819)の分割
【原出願日】2013年11月28日
(65)【公開番号】特開2020-115697(P2020-115697A)
(43)【公開日】2020年7月30日
【審査請求日】2020年5月7日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】有井 卓
【審査官】
松永 隆志
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１０−２１２７６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−２３９０７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１３８３２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｎ ５／２２５−５／３７８
Ｈ０４Ｎ ９／００−９／１１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光が入射される第１領域において隣りに並んで配置され、第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第１光電変換部と、
前記複数の第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、
光が入射される第２領域において隣りに並んで配置され、前記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、
前記複数の第２光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、
前記複数の第１光電変換部のうち、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数とが異なる数となるように前記第１光電変換部から前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する動作と、前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する動作とを制御する駆動回路と、
を備える撮像素子。
前記複数の第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、
光が入射される第２領域において隣りに並んで配置され、前記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、
前記複数の第２光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、
前記複数の第１光電変換部のうち、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数とが異なる数となるように前記第１光電変換部から前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する動作と、前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する動作とを制御する駆動回路と、
を備える撮像素子。
【請求項2】
前記駆動回路は、前記第１光電変換部からの電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送している期間に、前記第２光電変換部からの電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送する請求項１に記載の撮像素子。
【請求項3】
前記駆動回路は、
前記複数の第１光電変換部のうち２以上の前記第１光電変換部から前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第１電荷電圧変換部に転送し、
前記複数の第２光電変換部のうち２以上の前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第２電荷電圧変換部に転送する請求項１又は請求項２に記載の撮像素子。
前記複数の第１光電変換部のうち２以上の前記第１光電変換部から前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第１電荷電圧変換部に転送し、
前記複数の第２光電変換部のうち２以上の前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第２電荷電圧変換部に転送する請求項１又は請求項２に記載の撮像素子。
【請求項4】
前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続する接続部を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項5】
前記接続部は、前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続するためのトランジスタを有する請求項４に記載の撮像素子。
【請求項6】
前記駆動回路は、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数とが異なる数となる場合、前記接続部により前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続させる請求項４又は請求項５に記載の撮像素子。
【請求項7】
光が入射される第３領域において隣りに並んで配置され、第２分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第３光電変換部と、
前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部とを備え、
前記第３領域は、列方向において前記第１領域と前記第２領域との間に配置される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像素子。
前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部とを備え、
前記第３領域は、列方向において前記第１領域と前記第２領域との間に配置される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項8】
光が入射される第４領域において隣りに並んで配置され、前記第２分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第４光電変換部と、
前記複数の第４光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第４電荷電圧変換部とを備え、
前記第２領域は、前記列方向において前記第３領域と前記第４領域との間に配置される請求項７に記載の撮像素子。
前記複数の第４光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第４電荷電圧変換部とを備え、
前記第２領域は、前記列方向において前記第３領域と前記第４領域との間に配置される請求項７に記載の撮像素子。
【請求項9】
前記複数の第１光電変換部は、前記第１領域において前記列方向に並んで配置され、
前記複数の第２光電変換部は、前記第２領域において前記列方向に並んで配置され、
前記複数の第３光電変換部は、前記第３領域において前記列方向に並んで配置され、
前記複数の第４光電変換部は、前記第４領域において前記列方向に並んで配置される請求項８に記載の撮像素子。
前記複数の第２光電変換部は、前記第２領域において前記列方向に並んで配置され、
前記複数の第３光電変換部は、前記第３領域において前記列方向に並んで配置され、
前記複数の第４光電変換部は、前記第４領域において前記列方向に並んで配置される請求項８に記載の撮像素子。
【請求項10】
光が入射される第３領域において隣りに並んで配置され、前記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第３光電変換部と、前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部を有し、
前記駆動回路は、前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数と、前記複数の第３光電変換部のうち、前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第３光電変換部の数とが異なる数となるように前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する動作と、前記第３光電変換部から前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する動作とを制御する請求項１に記載の撮像素子。
前記駆動回路は、前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数と、前記複数の第３光電変換部のうち、前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第３光電変換部の数とが異なる数となるように前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する動作と、前記第３光電変換部から前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する動作とを制御する請求項１に記載の撮像素子。
【請求項11】
前記駆動回路は、
前記第１光電変換部からの電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送している期間に、前記第３光電変換部からの電荷を前記第３電荷電圧変換部に転送し、
前記第２光電変換部からの電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送している期間に、前記第３光電変換部からの電荷を前記第３電荷電圧変換部に転送する請求項１０に記載の撮像素子。
前記第１光電変換部からの電荷を前記第１電荷電圧変換部に転送している期間に、前記第３光電変換部からの電荷を前記第３電荷電圧変換部に転送し、
前記第２光電変換部からの電荷を前記第２電荷電圧変換部に転送している期間に、前記第３光電変換部からの電荷を前記第３電荷電圧変換部に転送する請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項12】
前記駆動回路は、
前記複数の第１光電変換部のうち２以上の前記第１光電変換部から前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第１電荷電圧変換部に転送し、
前記複数の第２光電変換部のうち２以上の前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第２光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第２電荷電圧変換部に転送し、
前記複数の第３光電変換部のうち２以上の前記第３光電変換部から前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第３電荷電圧変換部に転送する請求項１０又は請求項１１に記載の撮像素子。
前記複数の第１光電変換部のうち２以上の前記第１光電変換部から前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第１電荷電圧変換部に転送し、
前記複数の第２光電変換部のうち２以上の前記第２光電変換部から前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第２光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第２電荷電圧変換部に転送し、
前記複数の第３光電変換部のうち２以上の前記第３光電変換部から前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する場合、２以上の前記第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷を同じタイミングで前記第３電荷電圧変換部に転送する請求項１０又は請求項１１に記載の撮像素子。
【請求項13】
前記撮像素子は、前記第１電荷電圧変換部、前記第２電荷電圧変換部及び前記第３電荷電圧変換部を接続する接続部を有する請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項14】
前記接続部は、前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続するための第１トランジスタと、前記第２電荷電圧変換部と前記第３電荷電圧変換部とを接続するための第２トランジスタとを有する請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項15】
前記駆動回路は、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数と、が異なる数となる場合、前記接続部により前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続させる請求項１３又は請求項１４に記載の撮像素子。
【請求項16】
前記駆動回路は、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数と、前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第３光電変換部の数と、が異なる数となる場合、前記接続部により前記第２電荷電圧変換部と前記第３電荷電圧変換部とを接続させる請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項17】
光が入射される第１領域において隣りに並んで配置され、第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第１光電変換部と、
前記複数の第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、
光が入射される第２領域において隣りに並んで配置され、前記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、
前記複数の第２光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、を備え、
前記複数の第１光電変換部のうち、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数とは異なる撮像素子。
前記複数の第１光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、
光が入射される第２領域において隣りに並んで配置され、前記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、
前記複数の第２光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、を備え、
前記複数の第１光電変換部のうち、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数とは異なる撮像素子。
【請求項18】
前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続する接続部を備える請求項１７に記載の撮像素子。
【請求項19】
前記接続部は、前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続するトランジスタを有する請求項１８に記載の撮像素子。
【請求項20】
前記第１電荷電圧変換部は、前記第１電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第１光電変換部の数と、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数とが異なる場合、前記接続部により前記第２電荷電圧変換部と接続される請求項１８又は請求項１９に記載の撮像素子。
【請求項21】
光が入射される第３領域において隣りに並んで配置され、第２分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第３光電変換部と、
前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部とを備え、
前記第３領域は、列方向において前記第１領域と前記第２領域との間に配置される請求項１７に記載の撮像素子。
前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部とを備え、
前記第３領域は、列方向において前記第１領域と前記第２領域との間に配置される請求項１７に記載の撮像素子。
【請求項22】
光が入射される第４領域において隣りに並んで配置され、前記第２分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第４光電変換部と、
前記複数の第４光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第４電荷電圧変換部とを備え、
前記第２領域は、前記列方向において前記第３領域と前記第４領域との間に配置される請求項２１に記載の撮像素子。
前記複数の第４光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第４電荷電圧変換部とを備え、
前記第２領域は、前記列方向において前記第３領域と前記第４領域との間に配置される請求項２１に記載の撮像素子。
【請求項23】
前記第１電荷電圧変換部と前記第２電荷電圧変換部とを接続する第１接続部と、
前記第３電荷電圧変換部と前記第４電荷電圧変換部とを接続する第２接続部と
を備える請求項２２に記載の撮像素子。
前記第３電荷電圧変換部と前記第４電荷電圧変換部とを接続する第２接続部と
を備える請求項２２に記載の撮像素子。
【請求項24】
光が入射される第３領域において隣りに並んで配置され、前記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第３光電変換部と、
前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部とを備え、
前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数と、前記複数の第３光電変換部のうち、前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第３光電変換部の数とは異なる請求項１７に記載の撮像素子。
前記複数の第３光電変換部でそれぞれ変換された電荷が転送される第３電荷電圧変換部とを備え、
前記複数の第２光電変換部のうち、前記第２電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第２光電変換部の数と、前記複数の第３光電変換部のうち、前記第３電荷電圧変換部に電荷を転送する前記第３光電変換部の数とは異なる請求項１７に記載の撮像素子。
【請求項25】
請求項１から請求項２４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】
撮像素子の光電変換部において光電変換された電荷は、電圧信号に変換されて、信号線に出力される。当該電圧信号は、光電変換部が設けられていない領域にある処理回路に送られる。従来、当該処理回路において、間引きおよび加算等の処理が施されていた（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２０１２−１９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
光電変換部から処理回路に送られる電圧信号の情報量が多くなると、情報を処理する処理回路の負担が大きくなる。例えば、一つの光電変換部の情報を受け取る場合よりも三つの光電変換部の情報をそれぞれ受け取る場合の方が、間引きおよび加算等の処理をする処理回路の負担は大きい。そこで、処理回路の処理負担を軽減することが求められる。
【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、光を電荷に変換する複数の第１光電変換部と、第１光電変換部毎に１つずつ配置され、第１光電変換部の電荷を転送するための複数の第１転送ゲートと、光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、第２光電変換部毎に１つずつ配置され、第２光電変換部の電荷を転送するための複数の第２転送ゲートと、を有する撮像素子と、複数の第１光電変換部のうち、第１転送ゲートにより電荷が転送される第１光電変換部の数と、複数の第２光電変換部のうち、第２転送ゲートにより電荷が転送される第２光電変換部の数と、が異なる数となるように第１転送ゲートと第２転送ゲートとを駆動する駆動回路と、を備える撮像装置を提供する。
【0005】
本発明の第２の態様においては、光を電荷に変換する複数の第１光電変換部と、第１光電変換部毎に１つずつ配置され、第１光電変換部の電荷を転送するための複数の第１転送ゲートと、光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、第２光電変換部毎に１つずつ配置され、第２光電変換部の電荷を転送するための複数の第２転送ゲートと、を備え、複数の第１光電変換部のうち、第１転送ゲートにより電荷が転送される第１光電変換部の数と、複数の第２光電変換部のうち、第２転送ゲートにより電荷が転送される第２光電変換部の数と、は異なる撮像素子を提供する。
【0006】
本発明の第３の態様においては、第２の態様に係る撮像素子を有する撮像装置を提供する。
【0007】
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】
【0008】
【図1】一眼レフカメラ４００の断面図である。
【図2】第１の実施形態における撮像素子１０の回路構成を示す模式図である。
【図3】撮像素子１０における回路構成を部分的に拡大した図である。
【図4】撮像素子１０におけるカラーフィルタの配置を示す図である。
【図5】撮像素子１０の領域３７において重み付けモードの例を示す図である。
【図6】撮像素子１０の領域３８において重み付けモードの例を説明するタイミングチャート図である。
【図7】撮像素子１０の領域３７においてダイナミックレンジモードの例を説明する図である。
【図8】第２の実施形態における撮像素子４０の回路構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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。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。
【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、撮像チップ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】
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、撮像チップの受光面に到達する。
【0014】
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。撮像チップの出力は、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。
【0015】
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。
【0016】
図２は、第１の実施形態における撮像素子１０の回路構成を示す模式図である。撮像素子１０は、第１の光電変換ユニット２６、第２の光電変換ユニット２７、第３の光電変換ユニット２９、第４の光電変換ユニット２８、信号線２５、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路３２と略記する）およびＡＤ変換回路３４を複数備える。また、撮像素子１０は、駆動回路３０および制御部３５を備える。
【0017】
第１の光電変換ユニット２６、第２の光電変換ユニット２７、第３の光電変換ユニット２９および第４の光電変換ユニット２８の各々は、特に、光電変換された電荷を蓄積する複数の光電変換部を有する。本例では、第１の光電変換ユニット２６、第２の光電変換ユニット２７、第３の光電変換ユニット２９および第４の光電変換ユニット２８は、第１の方向に沿って設けられた２つの光電変換部を各々有する。
【0018】
なお、本明細書において第１の方向とは、いわゆる列方向または垂直方向であってよい。また、当該第１の方向に垂直な第２方向は、いわゆる行方向または水平方向であってよい。
【0019】
少なくとも２以上の光電変換ユニットに設けられた光電変換部１２に対応して、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる。本例では、第１の光電変換ユニット２６、第２の光電変換ユニット２７、第３の光電変換ユニット２９および第４の光電変換ユニット２８の各々には、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる。
【0020】
複数の第１の光電変換ユニット２６には、第１の分光特性を有する第１フィルタが対応して各々設けられる。本例では、第１フィルタは赤色のカラーフィルタであってよい。また、第１の分光特性は、６２０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長帯域の電磁波だけを透過する特性であってよい。
【0021】
複数の第２の光電変換ユニット２７および複数の第４の光電変換ユニット２８には、第２の分光特性を有する第２フィルタが対応して各々設けられる。本例では、第２フィルタは緑色のカラーフィルタであってよい。また、第２の分光特性は、４９５ｎｍから５７０ｎｍまでの波長帯域の電磁波だけを透過する特性であってよい。
【0022】
複数の第３の光電変換ユニット２９には、第３の分光特性を有する第３フィルタが対応して各々設けられる。本例では、第３フィルタは青色のカラーフィルタであってよい。また、第３の分光特性は、４５０ｎｍから４９５ｎｍまでの波長帯域の電磁波だけを透過する特性であってよい。
【0023】
第１の光電変換ユニット２６と第２の光電変換ユニット２７とは、第１の方向に沿って交互に配置される。したがって、第１の方向において最も近接する３つの第１の光電変換ユニット２６において、第２番目の第１の光電変換ユニット２６−２は、第１番目の第１のユニット２６−１と第３番目の第１のユニット２６−３との間に設けられる。つまり本例では、第１の方向に沿って、第１の光電変換ユニット２６−１、第２の光電変換ユニット２７−１、第１の光電変換ユニット２６−２、第２の光電変換ユニット２７−２、および、第１の光電変換ユニット２６−３の順に設けられる。
【0024】
第４の光電変換ユニット２８−１は、第１の方向と垂直な第２の方向において、第１のユニット２６−１に隣接して設けられる。第４の光電変換ユニット２８−１と第３の光電変換ユニット２９−１とは、第１の方向に沿って交互に配置される。つまり本例では、第１の方向に沿って、第４の光電変換ユニット２８−１、第３の光電変換ユニット２９−１、第４の光電変換ユニット２８−２、第３の光電変換ユニット２９−２、および、第４の光電変換ユニット２８−３の順に設けられる。
【0025】
なお、光電変換ユニットは、第１の方向において５個ずつ設けられるように描かれているが、第１の方向に沿って配置される光電変換ユニットの数は５つには限定されない。
【0026】
図３は、撮像素子１０の回路構成を部分的に拡大した図である。本図は特に、第１の光電変換ユニット２６と第２の光電変換ユニット２７とが第１の方向に沿って交互に配置された部分の拡大図である。本例では、光電変換部１２において蓄積した電荷を重み付けして出力する重み付けモードについて説明する。
【0027】
第１の光電変換ユニット２６および第２の光電変換ユニット２７の各々は、光電変換部１２、転送部１４、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０、高電位部２１および電荷電圧変換部２３を有する。
【0028】
光電変換部１２には、予め定められた分光特性を有するフィルタが近接して設けられる。光電変換部１２は、当該フィルタを介して入射した光の光量に応じて電荷を生成（光電変換）する。また、光電変換部１２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。
【0029】
転送部１４は、光電変換部１２と電荷電圧変換部２３との間に設けられる。本例では、転送部１４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３０から転送部１４のゲートに制御信号が与えられると、転送部１４は、光電変換部１２に蓄積された電荷を電荷電圧変換部２３に転送する。
【0030】
転送部１４は、対応する光電変換部に電気的に接続される。本例では、２つの第１の転送部１４−１および１４−２は、第１番目の第１の光電変換ユニット２６−１にある２つの光電変換部１２−１および１２−２に各々電気的に接続される。また、２つの第２の転送部１４−５および１４−６は、第２番目の第１の光電変換ユニット２６−２にある２つの光電変換部１２−５および１２−６に各々電気的に接続される。さらに、２つの第３の転送部１４−９および１４−１０は、第３番目の第１の光電変換ユニット２６−３にある２つの光電変換部１２−９および１２−１０に各々電気的に接続される。
【0031】
転送部１４は、光電変換部１２で蓄積された電荷を光電変換ユニットの電荷電圧変換部２３へ転送する。２つの第１の転送部１４−１および１４−２は、第１番目の第１の光電変換ユニット２６−１にある２つの光電変換部１２−１および１２−２で蓄積された電荷を各々第１電荷電圧変換部２３−１へ転送する。また、２つの第２の転送部１４−５および１４−６は、第２番目の第１の光電変換ユニット２６−２にある２つの光電変換部で蓄積された電荷を各々第２電荷電圧変換部２３−２へ転送する。さらに、２つの第３の転送部１４−９および１４−１０は、第３番目の第１の光電変換ユニットにある２つの光電変換部１２−９および１２−１０で蓄積された電荷を各々第３電荷電圧変換部２３−３へ転送する。
【0032】
電荷排除部１６は、高電位部２１と電荷電圧変換部２３との間に設けられる。本例では、電荷排除部１６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３０から電荷排除部１６のゲートに制御信号が与えられると、電荷排除部１６は、電荷電圧変換部２３の電位を高電位部２１とほぼ同じ電位にする。本例では、電荷排除部１６は、電荷電圧変換部２３に蓄積された電子を排除する。
【0033】
増幅部１８は、出力部２０と高電位部２１との間に設けられる。本例では、増幅部１８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１８のゲートは、電荷電圧変換部２３に電気的に接続される。これにより、増幅部１８は、電荷電圧変換部２３の電圧を、増幅した電圧で電流を出力部２０に出力する。
【0034】
出力部２０は、増幅部１８と信号線２５−１との間に設けられる。本例では、出力部２０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３０から出力部２０のゲートに制御信号が与えられると、出力部２０は、増幅部１８が増幅した電圧で電流を信号線２５−１に出力する。これにより、増幅された電荷電圧変換部２３の電圧に応じた信号が、信号線２５−１に信号として出力される。これにより、出力部２０は、光電変換部１２で蓄積された電荷に応じた信号を信号線２５−１へ出力する。
【0035】
第１の出力部２０−１は、第１の光電変換ユニット２６−１にある２つの光電変換部１２−１および１２−２に蓄積された電荷に応じた信号を信号線２５−１へ出力する。また、第２の出力部２０−２は、第２の光電変換ユニット２７−１にある２つの光電変換部１２−３および１２−４に蓄積された電荷に応じた信号を信号線２５−１へ出力する。
【0036】
高電位部２１は、電源電圧（ＶＤＤ）に電気的に接続される。高電位部２１は、電荷排除部１６および増幅部１８に高電位を供給する。当該高電位は、電荷排除部１６の電荷排除動作および増幅部１８の増幅動作を実行できれば任意の電位としてよい。なお、光電変換ユニット２６−１、２７−１、２６−２、２７−２および２６−３には、共通の電源電圧（ＶＤＤ）が電気的に接続される。
【0037】
電荷電圧変換部２３には、転送部１４から転送された電荷が蓄積される。第１電荷電圧変換部２３−１には、２つの第１の転送部１４−１および１４−２が電気的に接続される。また、第２電荷電圧変換部２３−３には、２つの第２の転送部１４−５および１４−６が電気的に接続される。さらに、第３電荷電圧変換部２３−５には、２つの第３の転送部１４−９および１４−１０が電気的に接続される。
【0038】
本例では、電荷電圧変換部２３は、いわゆる浮遊拡散（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域である。電荷電圧変換部２３は、一端が転送部１４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１４から転送された電荷は、電荷電圧変換部２３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２３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１８のゲートの電位は、電荷電圧変換部２３の当該一端の電位と等しくなる。
【0039】
電荷加算部２２は、２以上の光電変換ユニットを電気的に接続する。電荷加算部２２−１は、駆動回路３０により選択された１以上の光電変換部１２において蓄積された電荷を、少なくとも２以上の第１の光電変換ユニット２６間で加算する。同様に電荷加算部２２−２は、駆動回路３０により選択された１以上の光電変換部１２において蓄積された電荷を、少なくとも２以上の第２の光電変換ユニット２７間で加算する。
【0040】
電荷加算部２２−１は、第１電荷電圧変換部２３−１と、第２電荷電圧変換部２３−３と、第１電荷電圧変換部２３−１および第２電荷電圧変換部２３−３を接続する第１接続部と、第２電荷電圧変換部２３−３および第３電荷電圧変換部２３−５を接続する第２接続部とを有する。同様に、電荷加算部２２−２は、電荷電圧変換部２３−２と、電荷電圧変換部２３−４と、電荷電圧変換部２３−２よび電荷電圧変換部２３−４を接続する接続部等を有する。
【0041】
なお、接続部とは、複数の電荷電圧変換部２３ならびに複数の電荷電圧変換部２３を接続する配線および切替部を含む概念である。本例では、第１接続部は、電荷電圧変換部２３−１および２３−３、電荷電圧変換部２３−１および２３−３を接続する配線、ならびに、第１切替部２４−１を含む。また、第２接続部は、荷電圧変換部２３−３および２３−５、電荷電圧変換部２３−３および２３−５を接続する配線、ならびに、第２切替部２４−３を含む。
【0042】
第１切替部２４−１は、第１電荷電圧変換部２３−１および第２電荷電圧変換部２３−３が電気的に接続される接続状態と、第１電荷電圧変換部２３−１および第２電荷電圧変換部２３−３が電気的に切断される切断状態とを切り替える。同様に、第２切替部２４−３は、第２電荷電圧変換部２３−３および第３電荷電圧変換部２３−５が電気的に接続される接続状態と、第２電荷電圧変換部２３−３および第３電荷電圧変換部２３−５が電気的に切断される切断状態とを切り替える。
【0043】
切替部２４がオン状態の場合、複数の光電変換ユニットの各々における電荷電圧変換部２３は電気的に接続されてほぼ同電位となる。一方、切替部２４がオフ状態の場合、複数の光電変換ユニットの各々における電荷電圧変換部２３は電気的に接続されない。
【0044】
信号線２５には、第１の方向に沿って配置された複数の光電変換ユニットにおける各出力部２０から画素信号が出力される。出力された画素信号は、ＣＤＳ回路へ入力される。
【0045】
ＣＤＳ回路３２は、一つの信号線２５に対応して一つ設けられる。ＣＤＳ回路３２は、あるタイミングにおいて、電荷排除部１６をオンすることにより電荷電圧変換部２３に一旦蓄積された電荷が排除された状態（リセット状態）の出力部２０の出力信号（ＳＲ）を記録する。次に、電荷排除部１６をオフ、かつ、転送部１４、増幅部１８および出力部２０をオンすることにより、リセット状態の後、ＣＤＳ回路３２は電荷電圧変換部２３に電荷が蓄積された状態（蓄積状態）における出力部２０の出力信号（ＳＳ）を記録する。
【0046】
そして、ＣＤＳ回路３２は、ＳＲとＳＳとの差を計算する。当該ＳＲとＳＳとの差を画像の信号として用いることにより、複数の光電変換ユニット間での増幅部１８の閾値バラつきに起因する画像劣化を低減することができる。なお、以降の実施例の説明において、ＣＤＳ回路の動作について言及しないが、各実施例の撮像素子はＣＤＳ回路３２を利用して動作してよい。
【0047】
ＡＤ変換回路３４は、ＣＤＳ回路３２ごとに一つ設けられる。ＡＤ変換回路３４は、ＣＤＳ回路３２が出力したアナログ信号（ＳＲとＳＳとの差）をデジタル信号に変換する。これにより、光電変換部１２への入射光量に応じたアナログ情報が、デジタル情報に変換される。最終的には、各光電変換部１２に対応するデジタル情報が、画像としてディスプレイに表示される。
【0048】
制御部３５は、駆動回路３０を制御することにより、転送部１４、電荷排除部１６、出力部２０および切替部２４を動作させる。つまり、制御部３５は、転送部１４、電荷排除部１６、出力部２０および切替部２４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１４、電荷排除部１６、出力部２０および切替部２４を制御する。
【0049】
制御部３５は、複数の光電変換ユニットのうち少なくとも２以上の光電変換ユニットの各々において１以上の光電変換部１２を選択する。同様に、制御部３５は、複数の光電変換ユニットのうち少なくとも２以上のユニットの各々において１以上の光電変換部１２を選択する。以下では、複数の光電変換ユニットにおける光電変換部１２を選択する場合について述べる。
【0050】
制御部３５は、第１番目の第１の光電変換ユニット２６−１にある１つの光電変換部１２、第２番目の第１の光電変換ユニット２６−２にある２つの光電変換部１２、および、第３番目の第１の光電変換ユニット２６−３にある１つの光電変換部１２をそれぞれ選択して電荷を出力させる。光電変換部１２各々は、ほぼ同一の機能および性能を有する。したがって、第１電荷電圧変換部２３−１、第２電荷電圧変換部２３−３および、第３電荷電圧変換部２３−５には、１：２：１の比で電荷が出力される。
【0051】
制御部３５は、第１切替部２４−１および第２切替部２４−３の切替動作を行うタイミングを制御する。制御部３５は、切替部２４−１および２４−３をオン状態にすることにより、選択された光電変換部１２から電荷加算部２２−１の電荷電圧変換部２３−１、２３−３および２３−５に出力された電荷を加算させる。
【0052】
例えば、それぞれの光電変換部１２は予め定められた電荷蓄積期間に電荷（Ｑ）を蓄積するとする。ここで、第１電荷電圧変換部２３−１および第２電荷電圧変換部２３−３の容量はそれぞれ等しいＣであると仮定する。転送部１４−１、転送部１４−５および１４−６、ならびに１４−１０が同時にオンされることにより、第１電荷電圧変換部２３−１に電荷（Ｑ）、第２電荷電圧変換部２３−３に電荷（２Ｑ）、および、第２電荷電圧変換部２３−５に電荷（Ｑ）がそれぞれ転送される。なお、転送部１４および切替部２４におけるトランジスタのオン抵抗は無視できると仮定する。第１電荷電圧変換部２３−１、第２電荷電圧変換部２３−３、および第３電荷電圧変換部２３−５の電圧は、それぞれＶ（＝Ｑ／Ｃ）、２Ｖ（＝２Ｑ／Ｃ）、および、Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）となる。
【0053】
ここで、切替部２４−１および切替部２４−３がオンされることにより、電荷加算部２２において電荷（Ｑ）、電荷（２Ｑ）、および、電荷（Ｑ）が混合される。電荷加算部２２において電荷は合計４Ｑ存在する。第１電荷電圧変換部２３−１、第２電荷電圧変換部２３−３、および、第３電荷電圧変換部２３−５の合計容量は３Ｃであるので、第１電荷電圧変換部２３−１、第２電荷電圧変換部２３−３、および、第３電荷電圧変換部２３−５はそれぞれ４Ｖ／３（＝４Ｑ／３Ｃ）の電圧となる。そして、増幅部１８−３および出力部２０−３がオンされると、電荷電圧変換部２３−３の電圧に応じた電流が、信号線２５−１に信号として出力される。
【0054】
ここで、制御部３５は、ＡＤ変換回路３４よりも後段に設けられる処理回路に、切替部２４−１および２４−３をオンにしたことを伝えてよい。これにより処理回路は、第１の光電変換ユニット２６−１、２６−２および２６−５において電荷混合がされたこと、および、電荷電圧変換部２３−３に蓄積された電荷についての信号が出力されたことがわかる。
【0055】
したがって、信号線２５−１に信号を入力する段階において、第１の光電変換ユニット２６−２に蓄積された電荷を、第１の光電変換ユニット２６−１に蓄積された電荷および第１の光電変換ユニット２６−３に蓄積された電荷に対して重み付けることができる。隣接する３つの光電変換ユニットにおいて、電荷を読み込む光電変換部１２の数が１：２：１である本例では、第１の光電変換ユニット２６−１：第１の光電変換ユニット２６−２：第１の光電変換ユニット２６−３の重み付けの比が１：２：１となる。これにより、重み付け処理をするに当たり、後段回路の処理を簡単にすることができる。また、読み出すべき信号が少なくなるので、後段回路が高速に動作することができる。
【0056】
制御部３５は、第１の方向および第２の方向において、複数の光電変換ユニットを同様に重み付け動作させてよい。また、制御部３５は、ＣＤＳ回路３２およびＡＤ変換回路３４等の動作を制御する。
【0057】
（変形例：全画素読み出しモード）制御部３５は、全画素読み出しモードで撮像素子１０を制御してもよい。当該全画素読み出しモードでは、光電変換ユニット間での画素加算はしない点が、第１の実施形態と異なる。
【0058】
全画素読み出しモードでは、１つの光電変換ユニット内の２つの光電変換部１２をそれぞれ独立に読み出す。例えば合制御部３５は、第１の光電変換ユニット２６−１にある２つの光電変換部１２−１および１２−２を各々異なるタイミングで選択する。そして制御部３５は、電荷電圧変換部２３−１に蓄積された電荷を各々独立に出力部２０−１へ出力させる。
【0059】
また、制御部３５は、第２の光電変換ユニット２７−１にある２つの光電変換部１２−３および１２−４を、第１の光電変換ユニット２６−１を選択したタイミングとはさらに各々異なるタイミングで選択する。そして制御部３５は、電荷電圧変換部２３−２蓄積された電荷を各々独立に出力部へ出力させる。
【0060】
なお、制御部３５は、重み付けモードと全画素読み出しモードとを組み合わせて、撮像素子１０を制御してもよい。重み付けモードと全画素読み出しモードとを組み合わせることによっても、後段処理回路の負担を軽減させることができる。
【0061】
なお、制御部３５は、出力部２０から出力された各々のアナログ信号を、ＣＤＳ回路およびＡＤ変換回路で処理した後に、信号処理部３６において加算処理させてもよい。例えば制御部３５は、光電変換ユニットにおいて選択された１以上の光電変換部１２で蓄積された電荷を、電荷電圧変換部２３を介して出力部２０に出力させて、出力された各々の電荷に応じた各々のアナログ信号を出力部２０から信号線２５へ出力させる。そして、制御部３５は、各光電変換部１２の電荷蓄積量に対応するアナログ信号を、信号処理部３６に加算処理させてもよい。
【0062】
図４は、撮像素子１０におけるカラーフィルタの配置を示す図である。各光電変換ユニットを太線で囲んで示す。
【0063】
第１の光電変換ユニット２６−１には、２つの赤色（Ｒ）フィルタが設けられる。第２の光電変換ユニット２７−１には、２つの緑色（Ｇ）フィルタが設けられる。第３の光電変換ユニット２９−１には、２つの青色（Ｂ）フィルタが設けられる。第４の光電変換ユニット２８−１には、２つの緑色（Ｇ）フィルタが設けられる。第１の光電変換ユニット２６−１および第２の光電変換ユニット２７−１は、第１の方向において隣接する。第１の光電変換ユニット２６−１および第４の光電変換ユニット２８−１は、第２方向において隣接する。また、第２の光電変換ユニット２７−１および第３の光電変換ユニット２９−１は、第２方向において隣接する。
【0064】
本例において、２つの赤色（Ｒ）フィルタ、２つの緑色（Ｇ）フィルタ、２つの緑色（Ｇ）フィルタ、および、２つの青色（Ｂ）フィルタを有するブロック３９（点線）は、撮像素子１０のフィルタが設けられる表面を詰められる単位ユニットである。なお、ブロック３９を第１の方向に並べた領域を領域３７と表記する。
【0065】
図５は、撮像素子１０の領域３７において重み付けモードの例を示す図である。なお、光電変換部１２の位置については、図３も合わせて参照する。制御部３５は、第１番目の第１の光電変換ユニット２６−１において、第２番目の第１の光電変換ユニット２６−２側にある光電変換部１２−２を選択して電荷を出力させ、第３番目の第１の光電変換ユニット２６−３において、第２番目の第１の光電変換ユニット２６−２側にある光電変換部１２−９を選択して電荷を出力させる。そして、電荷加算部２２−１は、出力された電荷を加算する。当該制御方法により、各色の画素情報に対応する信号を１：２：１で重み付けることができる。
【0066】
第１の光電変換ユニット２６−１において、第１の光電変換ユニット２６−２とは逆側の光電変換部１２−１を選択する場合には、第１の光電変換ユニット２６−２側の光電変換部１２−２は重み付けに寄与することができなくなる。つまり、光電変換部１２−２は無駄になる。これに対して、第１の光電変換ユニット２６−１において、第１の光電変換ユニット２６−２側の光電変換部１２−２を選択し、かつ、第１の光電変換ユニット２６−３において、第１の光電変換ユニット２６−２側の光電変換部１２−９を選択することにより、重み付けに寄与しない光電変換部１２を減らすことができる。
【0067】
なお、第１の方向に等間隔で並ぶ第１の光電変換ユニット２６−１、２６−２および２６−３において、それぞれ第１の光電変換ユニット２６−２側の１つの赤色（Ｒ２）フィルタ、２つの赤色（Ｒ３およびＲ４）フィルタおよび第１の光電変換ユニット２６−２側の１つの赤色（Ｒ９）フィルタが設けられた領域を領域３８とする。
【0068】
制御部３５は、青色（Ｂ）フィルタおよび緑色（Ｇ）フィルタについても同様に、上述の赤色（Ｒ）フィルタにおける領域３８の例と同様に、光電変換部１２を選択することにより、画素領域全体において、重み付けに寄与しない光電変換部１２を減らすことができる。
【0069】
図６は、撮像素子１０の領域３８において重み付けモードの例を説明するタイミングチャート図である。なお、光電変換部１２、転送部１４、電荷排除部１６および出力部２０の位置については、図３も合わせて参照する。ここでは、特に赤色（Ｒ）フィルタＲ２、Ｒ５、Ｒ６、および、Ｒ９に対応して設けられた光電変換部１２−２、１２−５、１２−６および１２−９に蓄積された電荷が電荷加算される例を説明する。
【0070】
制御部３５は、駆動回路３０を通じて転送部１４−２（ＴＸ＿Ｒ２）、転送部１４−５（ＴＸ＿Ｒ５）、転送部１４−６（ＴＸ＿Ｒ６）および転送部１４−９（ＴＸ＿Ｒ９）のゲートにパルス信号を与える。当該パルス信号により、各転送部１４はオンまたはオフする。
【0071】
制御部３５は、駆動回路３０を通じて電荷排除部１６−１、１６−３および１６−５（ＲＳＴ １，ＲＳＴ ３，ＲＳＴ ５）のゲートにパルス信号を与える。電荷排除部１６は、電荷電圧変換部２３に蓄積された電荷を排除する。
【0072】
制御部３５は、駆動回路３０を通じて出力部２０のゲートにパルス信号を与える。当該パルス信号により、出力部２０はオンまたはオフする。本例では、オンされる出力部は、光電変換部１２−２、１２−５、１２−６および１２−９に対応して設けられたいずれかの出力部２０であればよい。例えば、出力部２０−３（ＳＥＬ ３）のゲートがオンする。
【0073】
制御部３５は、駆動回路３０を通じて切替部２４−１および２４−３のゲートにパルス信号を与える。当該パルス信号により、切替部２４―１および２４−３のゲートはオンまたはオフする。切替部２４―１および２４−３は、赤色（Ｒ）フィルタＲ２、Ｒ５、Ｒ６、および、Ｒ９に対応して設けられた光電変換部１２−２、１２−５、１２−６および１２−９に蓄積された電荷を電荷加算する。
【0074】
光電変換部１２−２に電気的に接続された転送部１４−２（ＴＸ＿Ｒ２）は、タイミングｔ１でオンする。これにより転送部１４−２は、光電変換部１２−２に蓄積された電荷を電荷電圧変換部２３−１に排除する（電荷排除動作）。そして、当該電荷は、電荷電圧変換部２３−１に蓄積される。当該電荷排除動作のタイミングから、光電変換部１２−１における電荷蓄積期間が開始する。
【0075】
電荷排除部１６−１（ＲＳＴ １）は、タイミングｔ５でオンする。これにより電荷排除部１６−１は、電荷排除動作により電荷電圧変換部２３−１に排除された電荷を排除する。
【0076】
転送部１４−２（ＴＸ＿Ｒ２）は、タイミングｔ８で再びオンする。これにより転送部１４−１は、光電変換部１２−１に蓄積された電荷を電荷電圧変換部２３−１に転送する（電荷転送動作）。タイミングｔ８までで、光電変換部１２−１における電荷蓄積期間が終了するする。つまり、転送部１４−２（ＴＸ＿Ｒ２）がオンするタイミング（タイミングｔ１）から転送部１４−１（ＴＸ＿Ｒ２）が次にオンするタイミング（タイミングｔ８）までの期間が、赤色（Ｒ）フィルタＲ２に対応して設けられた光電変換部１２−１の電荷蓄積期間となる。
【0077】
同様に、光電変換部１２−５、１２−６および１２−９における電荷蓄積期間もまた、転送部１４がオンするタイミング（タイミングｔ１）から、転送部１４が次にオンするタイミング（タイミングｔ８）までの期間となる。本例では、光電変換部１２−２、１２−５、１２−６および１２−９における電荷蓄積期間は同一である。
【0078】
タイミングｔ８においては、切替部２４−１（ＣＯＮ １，２＿５，６）および切替部２４−３（ＣＯＮ ５，６＿７，８）が同時にオンする。したがって、電荷電圧変換部２３−１および２３−３に蓄積された電荷は互いに加算される。よって、電荷電圧変換部２３−１および２３−３の電圧は等しくなる。
【0079】
なお、タイミングｔ８においては、出力部２０−３（ＳＥＬ ３）がオン状態である。したがって、混合された電荷に応じた信号が信号線２５−１へ出力される。これにより、赤色（Ｒ）フィルタＲ２、Ｒ５、Ｒ６、および、Ｒ９に対応して設けられた光電変換部１２−２、１２−５、１２−６および１２−９に蓄積された電荷を加算することができる。よって、Ｒ２、Ｒ５およびＲ６、ならびにＲ９を用いて、赤色（Ｒ）フィルタに対応する画素信号を１：２：１の比で重み付けすることができる。
【0081】
本例において、制御部３５は、第１の光電変換ユニット２６−１にある２つの光電変換部１２−１および１２−２を選択し、各々の光電変換部１２−１および１２−２に蓄積された電荷を加算する。なお、撮像素子１０において転送部１４−１および１４−２は、ともに電荷電圧変換部２３に電気的に接続されている。したがって、転送部１４−１および１４−２のトランジスタがオンすれば、光電変換部１２−１および１２−２に蓄積された電荷は、電荷電圧変換部２３−１へ出力されて、かつ、加算される。制御部３５は、増幅部１８−１のトランジスタをオンさせることにより、当該加算された電荷を第１の出力部２０−１に出力させる。
【0082】
同様に、制御部３５は、第２の光電変換ユニット２７−１にある２つの光電変換部１２−３および１２−４を選択し、各々の光電変換部１２−３および１２−４に蓄積された電荷を加算する。制御部３５は、増幅部１８−２のトランジスタをオンさせることにより、当該加算された電荷を第２の出力部２０−２に出力させる第１の出力部２０−１および第２の出力部２０−２からそれぞれ出力される画素信号は、異なるタイミングで、ともに信号線２５−１へ出力される。
【0083】
図８は、第２の実施形態における撮像素子４０の回路構成を示す模式図である。第２の実施形態の撮像素子４０において、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０および電荷電圧変換部２３の各１つに対して、同一の分光特性を有するフィルタが設けられた光電変換部１２が４つずつ設けられる点が、第１の実施形態の撮像素子１０と異なる。加えて、当該４つの光電変換部１２は、第１の方向において、２つの光電変換部１２を有する２つの第１の光電変換ユニット２６の間に、２つの光電変換部１２を有する第２の光電変換ユニット２７を備える点が異なる。
【0084】
本例では、第１の方向において順に、第１の光電変換ユニット２６−１、第２の光電変換ユニット２７−１、第１の光電変換ユニット２６−２、および、第２の光電変換ユニット２７−２が設けられている。第１の光電変換ユニット２６−１は、赤色（Ｒ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−１および１２−２を有する。第２の光電変換ユニット２７−１は、緑色（Ｇ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−３および１２−４を有する。第１の光電変換ユニット２６−２は、赤色（Ｒ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−５および１２−６を有する。第２の光電変換ユニット２７−２は、緑色（Ｇ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−７および１２−８を有する。
【0085】
光電変換部１２−１、１２−２、１２−５および１２−６は、それぞれ転送部１４−１、１４−２、１４−５および１４−６に接続される。転送部１４−１、１４−２、１４−５および１４−６は、電荷電圧変換部２３−１に共通に接続される。電荷排除部１６−１、増幅部１８−１、出力部２０−１および高電位部２１の構成は、第１の実施形態における撮像素子１０と同様である。
【0086】
光電変換部１２−３、１２−４、１２−７および１２−８は、それぞれ転送部１４−３、１４−４、１４−７および１４−８に接続される。転送部１４−３、１４−４、１４−７および１４−８は、電荷電圧変換部２３−２に共通に接続される。電荷排除部１６−２、増幅部１８−２、出力部２０−２および高電位部２１の構成は、第１の実施形態における撮像素子１０と同様である。
【0087】
また、第１の方向において順に、第１の光電変換ユニット２６−３、第２の光電変換ユニット２７−３、第１の光電変換ユニット２６−４、および、第２の光電変換ユニット２７−４が設けられている。第１の光電変換ユニット２６−３は、赤色（Ｒ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−９および１２−１０を有する。第２の光電変換ユニット２７−３は、緑色（Ｇ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−１１および１２−１２を有する。第１の光電変換ユニット２６−４は、赤色（Ｒ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−１３および１２−１４を有する。第２の光電変換ユニット２７−４は、緑色（Ｇ）のフィルタが設けられた光電変換部１２−１５および１２−１６を有する。
【0088】
光電変換部１２−９、１２−１０、１２−１３および１２−１４は、それぞれ転送部１４−９、１４−１０、１４−１３および１４−１４に接続される。転送部１４−９、１４−１０、１４−１３および１４−１４は、電荷電圧変換部２３−３に共通に接続される。電荷排除部１６−３、増幅部１８−３、出力部２０−３および高電位部２１の構成は、第１の実施形態における撮像素子１０と同様である。
【0089】
光電変換部１２−１１、１２−１２、１２−１５および１２−１６は、それぞれ転送部１４−１１、１４−１２、１４−１５および１４−１６に接続される。転送部１４−１１、１４−１２、１４−１５および１４−１６は、電荷電圧変換部２３−４に共通に接続される。電荷排除部１６−４、増幅部１８−４、出力部２０−４および高電位部２１の構成は、第１の実施形態における撮像素子１０と同様である。
【0090】
電荷加算部２２は、同色のカラーフィルタが設けられた第１の光電変換ユニット２６同士または第２の光電変換ユニット２７同士を電気的に接続する。本例では、電荷加算部２２−１は、電荷電圧変換部２３−１、切替部２４−１および電荷電圧変換部２３−３を有する。切替部２４−１は、電荷電圧変換部２３−１および電荷電圧変換部２３−３の間に設けられる。電荷加算部２２−１は、電荷電圧変換部２３−１および２３−３に蓄積された電荷を、切替部２４−１を通じて加算する。これにより、光電変換部１２−１、１２−２、１２−５および１２−６、ならびに、光電変換部１２−９、１２−１０、１２−１３および１２−１４において蓄積された電荷が加算される。
【0091】
電荷加算部２２−２は、電荷電圧変換部２３−２、切替部２４−２および電荷電圧変換部２３−４を有する。切替部２４−２は、電荷電圧変換部２３−２および電荷電圧変換部２３−４の間に設けられる。電荷加算部２２−２は、電荷電圧変換部２３−２および２３−４に蓄積された電荷を切替部２４−２を通じて加算する。これにより、光電変換部１２−３、１２−４、１２−７および１２−８、ならびに、光電変換部１２−１１、１２−１２、１２−１５および１２−１６において蓄積された電荷が加算される。
【0092】
なお、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０、電荷電圧変換部２３、高電位部２１、信号線２５、駆動回路３０、ＣＤＳ回路３２、ＡＤ変換回路３４および制御部３５の接続関係および機能は、第１の実施形態の撮像素子１０と同じである。
【0093】
本例では、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０および電荷電圧変換部２３の各１つに対して、４つの光電変換部１２を設けた。４つの光電変換部１２からの信号を出力するために７つのトランジスタ（光電変換部１２に４つのトランジスタ、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０および電荷電圧変換部２３の各１つのトランジスタ）を用いた、いわゆる１．７５トランジスタの構成である。
【0094】
なお、第１の実施形態は、２つの光電変換部１２からの信号を出力するために５つのトランジスタ（光電変換部１２に２つのトランジスタ、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０および電荷電圧変換部２３の各１つのトランジスタ）を用いたので、いわゆる２．５トランジスタの構成である。本例のように、１．７５トランジスタの構成にすることにより、光電変換部１２一つあたりに必要なトランジスタの数を減らすことができる。また、これにより、消費電力を減らすことができる。
【0095】
なお本例では、電荷排除部１６、増幅部１８、出力部２０および電荷電圧変換部２３の各１つずつに対して、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる４つの光電変換部１２が配置された。しかし、同一の分光特性を有するフィルタが設けられる光電変換部１２の数は、４つに限定されない。例えば、４つではなく５つとしてもよい。
【0096】
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。
【0097】
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。［項目１］
光が入射される第１領域において並んで配置され、第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第１光電変換部と、上記第１光電変換部毎に配置され、上記第１光電変換部の電荷を転送するための第１転送ゲートと、光が入射される第２領域において並んで配置され、上記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、上記第２光電変換部毎に配置され、上記第２光電変換部の電荷を転送するための第２転送ゲートと、を有する撮像素子と、
上記複数の第１光電変換部のうち、上記第１転送ゲートにより電荷が転送される上記第１光電変換部の数と、上記複数の第２光電変換部のうち、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、が異なる数となるように上記第１転送ゲートと上記第２転送ゲートとを駆動する駆動回路と、
を備える撮像装置。
［項目２］
上記撮像素子は、上記第１転送ゲートにより上記第１光電変換部からの電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、上記第２転送ゲートにより上記第２光電変換部からの電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、を有し、
上記駆動回路は、上記第１転送ゲートにより上記第１光電変換部からの電荷を上記第１電荷電圧変換部に転送している期間に上記第２転送ゲートにより上記第２光電変換部からの電荷を上記第２電荷電圧変換部に転送するように上記第１転送ゲートと上記第２転送ゲートとを駆動する項目１に記載の撮像装置。
［項目３］
上記撮像素子は、上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続する接続部を有する項目２に記載の撮像装置。
［項目４］
上記接続部は、上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続するためのトランジスタを有する項目３に記載の撮像装置。
［項目５］
上記駆動回路は、上記第１転送ゲートにより電荷が転送される上記第１光電変換部の数と、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、が異なる数となる場合、上記接続部により上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続させる項目３又は項目４に記載の撮像装置。
［項目６］
上記撮像素子は、光が入射される第３領域において並んで配置され、光を電荷に変換する複数の第３光電変換部と、上記第３光電変換部毎に配置され、上記第３光電変換部の電荷を転送するための第３転送ゲートと、を有し、
上記駆動回路は、上記複数の第２光電変換部のうち、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、上記複数の第３光電変換部のうち、上記第３転送ゲートにより電荷が転送される上記第３光電変換部の数と、が異なる数となるように上記第２転送ゲートと上記第３転送ゲートとを駆動する項目２に記載の撮像装置。
［項目７］
上記撮像素子は、上記第１転送ゲートにより上記第１光電変換部からの電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、上記第２転送ゲートにより上記第２光電変換部からの電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、上記第３転送ゲートにより上記第３光電変換部からの電荷が転送される第３電荷電圧変換部と、を有し、
上記駆動回路は、上記第１転送ゲートにより上記第１光電変換部からの電荷を上記第１電荷電圧変換部に転送している期間に上記第３転送ゲートにより上記第３光電変換部からの電荷を上記第３電荷電圧変換部に転送し、上記第２転送ゲートにより上記第２光電変換部からの電荷を上記第２電荷電圧変換部に転送している期間に上記第３転送ゲートにより上記第３光電変換部からの電荷を上記第３電荷電圧変換部に転送するように上記第１転送ゲート、上記第２転送ゲート及び上記第３転送ゲートを駆動する項目６に記載の撮像装置。
［項目８］
上記撮像素子は、上記第１電荷電圧変換部、上記第２電荷電圧変換部及び上記第３電荷電圧変換部を接続する接続部を有する項目７に記載の撮像装置。
［項目９］
上記接続部は、上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続するための第１トランジスタと上記第２電荷電圧変換部と上記第３電荷電圧変換部とを接続するための第２トランジスタとを有する項目８に記載の撮像装置。
［項目１０］
上記駆動回路は、上記第１転送ゲートにより電荷が転送される上記第１光電変換部の数と、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、が異なる数となる場合、上記接続部により上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続させる項目８又は項目９に記載の撮像装置。
［項目１１］
上記駆動回路は、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、上記第３転送ゲートにより電荷が転送される上記第３光電変換部の数と、が異なる数となる場合、上記接続部により上記第２電荷電圧変換部と上記第３電荷電圧変換部とを接続させる項目８から項目１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
［項目１２］
光が入射される第１領域において並んで配置され、第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第１光電変換部と、
上記第１光電変換部毎に配置され、上記第１光電変換部の電荷を転送するための第１転送ゲートと、
光が入射される第２領域において並んで配置され、上記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第２光電変換部と、
上記第２光電変換部毎に配置され、上記第２光電変換部の電荷を転送するための第２転送ゲートと、を備え、
上記複数の第１光電変換部のうち、上記第１転送ゲートにより電荷が転送される上記第１光電変換部の数と、上記複数の第２光電変換部のうち、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、は異なる撮像素子。
［項目１３］
上記第１転送ゲートにより上記第１光電変換部からの電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、
上記第２転送ゲートにより上記第２光電変換部からの電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、
上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続する接続部と、
を有する項目１２に記載の撮像素子。
［項目１４］
上記接続部は、上記第１電荷電圧変換部と上記第２電荷電圧変換部とを接続するトランジスタを有する項目１３に記載の撮像素子。
［項目１５］
上記第１電荷電圧変換部は、上記第１転送ゲートにより電荷が転送される上記第１光電変換部の数と上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数とが異なる場合、上記接続部により上記第２電荷電圧変換部と接続される項目１３又は項目１４に記載の撮像素子。
［項目１６］
光が入射される第３領域において並んで配置され、上記第１分光特性を有するフィルタを透過した光を電荷に変換する複数の第３光電変換部と、
上記第３光電変換部毎に配置され、上記第３光電変換部の電荷を転送するための第３転送ゲートと、を備え、
上記複数の第１光電変換部のうち、上記第１転送ゲートにより電荷が転送される上記第１光電変換部の数と、上記複数の第３光電変換部のうち、上記第３転送ゲートにより電荷が転送される上記第３光電変換部の数と、は異なる項目１２に記載の撮像素子。
［項目１７］
上記複数の第２光電変換部のうち、上記第２転送ゲートにより電荷が転送される上記第２光電変換部の数と、上記複数の第３光電変換部のうち、上記第３転送ゲートにより電荷が転送される上記第３光電変換部の数と、は異なる項目１６に記載の撮像素子。
［項目１８］
項目１２から項目１７のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。
【符号の説明】
【0098】
１０ 撮像素子、１２ 光電変換部、１４ 転送部、１６ 電荷排除部、１８ 増幅部、２０ 出力部、２１ 高電位部、２２ 電荷加算部、２３ 電荷電圧変換部、２４ 切替部、２５ 信号線、２６ 第１の光電変換ユニット、２７ 第２の光電変換ユニット、２８ 第４の光電変換ユニット、２９ 第３の光電変換ユニット、３０ 駆動回路、３２ ＣＤＳ回路、３４ ＡＤ変換回路、３５ 制御部、３６ 信号処理部、３７ 領域、３８ 領域、３９ ブロック、４０ 撮像素子、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