特開 2024-141221 撮像素子および撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141221

(43)【公開日】2024-10-10

(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 25/77 20230101AFI20241003BHJP

   H04N 25/704 20230101ALI20241003BHJP

   H04N 25/702 20230101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H04N25/77

H04N25/704

H04N25/702

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023052740

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【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】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 弘喜

(72)【発明者】

【氏名】森岡 優

(72)【発明者】

【氏名】東川 哲之

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CY17

5C024EX12

5C024EX43

5C024EX52

5C024GX03

5C024GX16

5C024GX18

5C024GY39

5C024GY41

(57)【要約】      （修正有）

【課題】位相差検出画素を備えた撮像素子であって、焦点検出の精度が向上した撮像素子を提供する。
【解決手段】撮像素子が備える画素アレイは、撮像画素Ｐｉ及び遮光画素Ｐｓを含み、マイクロレンズを透過した光を電荷に変換する第２光電変換部（フォトダイオードＰＤｓ）と、マイクロレンズを透過した光を電荷に変換する第１光電変換部（フォトダイオードＰＤｉ）と、マイクロレンズと第２光電変換部との間に設けられる遮光部（黒色のカラーフィルタや遮光膜）と、第２光電変換部と第１光電変換部とを接続可能な接続部（ＰＤ転送トランジスタＴ６－２）と、第２光電変換部の電荷に基づく信号を出力する出力部（転送トランジスタＴ１－２及びフローティングディフュージョンＦＤｓ）と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロレンズを透過した光を電荷に変換する第１光電変換部と、
前記マイクロレンズを透過した光を電荷に変換する第２光電変換部と、
前記マイクロレンズと前記第１光電変換部との間に設けられる遮光部と、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを接続可能な接続部と、
前記第１光電変換部の電荷に基づく信号を出力する出力部と、
を備える撮像素子。

【請求項2】

前記第１光電変換部の電荷を排出する排出部を備える、
請求項１に記載の撮像素子。

【請求項3】

前記第１光電変換部は、前記接続部により前記第２光電変換部と接続され、前記第２光電変換部で変換された電荷を蓄積する、
請求項１に記載の撮像素子。

【請求項4】

前記出力部は、
前記第１光電変換部に蓄積された電荷を転送する転送部と、
前記転送部により転送された電荷を蓄積する蓄積部と、
を備える、
請求項１に記載の撮像素子。

【請求項5】

前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とは、
前記光を受光する領域が同じ面積である、
請求項１に記載の撮像素子。

【請求項6】

前記第１光電変換部は、
２次元の行列状の有効画素領域内に複数配置される前記第２光電変換部の内、所定の箇所に配置された前記第２光電変換部を置き換えて配置される、
請求項１に記載の撮像素子。

【請求項7】

前記マイクロレンズは、
前記有効画素領域において行方向に隣接する前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とで共用される、
請求項６に記載の撮像素子。

【請求項8】

前記第１光電変換部は、
前記有効画素領域において所定の行に配置された複数の前記第２光電変換部のそれぞれを置き換えて複数配置される、
請求項６に記載の撮像素子。

【請求項9】

前記第１光電変換部は、
前記有効画素領域の複数行に配置される、
請求項６に記載の撮像素子。

【請求項10】

前記第１光電変換部は、
緑色以外のカラーフィルタが形成された画素と置き換えて配置され、
前記第２光電変換部は、
緑色のカラーフィルタが形成された画素として配置される、
請求項１に記載の撮像素子。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記接続部により前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを接続状態にし、前記第２光電変換部で変換された電荷を前記第１光電変換部に蓄積させる第１動作、または前記接続部により前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを非接続状態にさせる第２動作で前記撮像素子の駆動を制御する制御部と、
を備える撮像装置。

【請求項12】

前記制御部は、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とに蓄積された電荷に応じた電気信号を画素信号として出力させる、
請求項１１に記載の撮像装置。

【請求項13】

前記第１動作によって出力された前記画素信号に含まれる前記第１光電変換部に対応する前記画素信号である第１画素信号に基づいた第１処理、または前記第２動作によって出力された前記画素信号に含まれる前記第１光電変換部に対応する前記画素信号である第２画素信号に基づいた第２処理を行う画処理部、をさらに備える、
請求項１２に記載の撮像装置。

【請求項14】

前記第１処理は、
２次元の行列状の有効画素領域内の異なる行に配置されたそれぞれの前記第１光電変換部に対応する前記第１画素信号に基づいて、レンズ部が備える焦点位置を調整するための処理であり、
前記第２処理は、
前記有効画素領域内のそれぞれの前記第１光電変換部に対応する前記第２画素信号に基づいて、前記第２動作によって出力された前記有効画素領域内のそれぞれの前記第２光電変換部に対応する前記画素信号に基づいて生成した第１画像における暗部の明るさのムラを補正する処理である、
請求項１３に記載の撮像装置。

【請求項15】

前記画処理部は、
前記第１処理において、それぞれの前記第１画素信号の位相差に基づいて、前記第１動作によって出力された前記有効画素領域内のそれぞれの前記第２光電変換部に対応する前記画素信号に基づいて生成した第２画像における合焦度合いを求め、求めた前記合焦度合いを表す情報を、前記レンズ部を制御するレンズ制御部に出力し、
前記第２処理において、前記有効画素領域内のそれぞれの前記第１光電変換部に対応する前記第２画素信号に基づいて第３画像を生成し、前記第１画像から前記第３画像を差し引いた第４画像を生成する、
請求項１４に記載の撮像装置。

【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。

【背景技術】

【0002】

位相差検出画素を備えた撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来から、焦点検出の精度向上が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０３５３７４号

【発明の概要】

【0004】

本発明の一態様に係る撮像素子は、マイクロレンズを透過した光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記マイクロレンズを透過した光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記マイクロレンズと前記１光電変換部との間に設けられる遮光部と、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを接続可能な接続部と、前記第１光電変換部の電荷に基づく信号を出力する出力部と、を備える。

【0005】

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記一態様の撮像素子と、前記接続部により前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを接続状態にし、前記第２光電変換部で変換された電荷を前記第１光電変換部に蓄積させる第１動作、または前記接続部により前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とを非接続状態にさせる第２動作で前記撮像素子の駆動を制御する制御部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】実施形態の撮像素子が備える画素アレイにおける画素の配置の一例を示す図である。

【図3】実施形態の撮像素子が備える画素アレイの構造の一例を示す断面図である。

【図4】実施形態の撮像素子が備える画素アレイに配置される画素の概略構成の一例を示す回路図である。

【図5】実施形態の撮像装置の撮影動作における撮像素子の駆動シーケンスの概略を示すシーケンス図である。

【図6】実施形態の撮像素子が備える画素アレイ内の遮光画素の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

【図7】実施形態の撮像素子が備える画素アレイ内の遮光画素を駆動タイミングで駆動した場合における電荷の移動と電気信号の出力の様子を模式的に示す図である。

【図8】実施形態の撮像素子が備える画素アレイ内の遮光画素の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

【図9】実施形態の撮像素子から読み出した画素信号と生成する画像との関係の一例を模式的に示す図である。

【図10】実施形態の撮像装置の撮影動作における撮像素子の別の駆動シーケンスの概略を示すシーケンス図である。

【図11】実施形態の撮像素子が備える画素アレイ内の遮光画素の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0008】

図１は、実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１は、例えば、レンズ部Ｌと、撮像素子１０と、画像処理エンジン２０と、レリーズボタンＲと、開始ボタンＢと、を備える。撮像装置１は、例えば、ミラーレスカメラなどのようなデジタルカメラである。撮像装置１は、撮像装置１の使用者（ユーザー）によるレリーズボタンＲまたは開始ボタンＢの操作に応じて、レンズ部Ｌを介して撮像素子１０に入射した被写体の光（被写体光）を撮像した画像（動画像や静止画像）を生成する。

【0009】

レリーズボタンＲは、撮像装置１のユーザーが静止画像の撮影を指示する操作部である。レリーズボタンＲは、押下の度合いに応じて２段階で撮影の指示をする構成である。以下の説明においては、レリーズボタンＲを１段階目まで押下する操作を「半押し」といい、２段階目まで押下する操作を「全押し」という。撮像装置１は、レリーズボタンＲが半押しされると、静止画像を撮影するための撮影条件を決定し、レリーズボタンＲが全押しされると、決定した撮影条件で撮影を行って静止画像を生成する。

【0010】

開始ボタンＢは、撮像装置１のユーザーが動画像の撮影を指示する操作部である。撮像装置１は、動画像の生成をしていない状態で開始ボタンＢが押下されると動画像の生成を開始し、動画像の生成をしている状態で開始ボタンＢが押下されると動画像の生成を終了する。

【0011】

レンズ部Ｌは、被写体光を集光して透過させることにより、撮像素子１０に被写体像を結像させる。レンズ部Ｌは、例えば、焦点距離を変更させるためのズーム機構、焦点位置（ピント）を調整するためのフォーカス機構、透過させる被写体光の光量を調整するための絞り機構などを備える。レンズ部Ｌが備えるそれぞれの機構の動作は、画像処理エンジン２０によって制御される。レンズ部Ｌは、撮像装置１に対して容易に着脱可能な構成であってもよい。

【0012】

撮像素子１０は、画像処理エンジン２０からの制御に応じてレンズ部Ｌを介して入射した被写体光を露光し、露光した被写体光の光量を表す画素信号を画像処理エンジン２０に出力する。撮像素子１０は、例えば、画素アレイ１１と、走査回路１２と、アナログ・デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）１３と、出力部１４と、温度センサ１５と、を備える。

【0013】

画素アレイ１１は、入射した被写体光を電気信号に光電変換する光電変換部を備える画素が、二次元の行列状に複数配置されている。画素アレイ１１には、有効画素の領域内に、入射した被写体光の光量に応じた電気信号を出力する通常の画素（以下、「撮像画素」という）と、入射する被写体光が遮光された画素（以下、「遮光画素」という）とが配置されている。言い換えれば、画素アレイ１１では、所定の位置（所定の箇所）に配置された撮像画素が遮光画素に置き換わっている。遮光画素は、像面位相差を利用した自動焦点（オートフォーカス：Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ：ＡＦ）制御に用いられる位相差ＡＦ用の画素、あるいは撮像装置１が生成する画像における暗部の明るさのムラ（黒レベルのばらつき）を補正するダークシェーディング補正に用いられる暗部補正用の画素として機能する。画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素は、走査回路１２により駆動され、被写体光を光電変換した電気信号（アナログの電気信号）をＡＤＣ１３に出力する。

【0014】

走査回路１２は、画像処理エンジン２０により出力された制御信号に応じて、画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素を駆動するための駆動信号を生成する。走査回路１２は、生成した駆動信号を画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素に出力する。走査回路１２は、例えば、垂直走査回路と、水平走査回路とを備える。垂直走査回路は、画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素を行（画素行）の単位で駆動する垂直駆動信号を生成し、被写体光を光電変換したアナログの電気信号を、画素行ごとに順次、それぞれの画素が対応する垂直信号線に出力させる。水平走査回路は、画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素の列（画素列）の単位で駆動する水平駆動信号を生成し、垂直駆動信号に従って対応する垂直信号線に出力されたそれぞれの画素行のアナログの電気信号を、画素列ごとに順次、つまり、画素ごとに順次、ＡＤＣ１３に出力させる。

【0015】

ＡＤＣ１３は、画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素から順次出力されたアナログの電気信号を、デジタルの電気信号に変換する。ＡＤＣ１３は、変換したデジタルの電気信号を、出力部１４に順次出力する。

【0016】

出力部１４は、ＡＤＣ１３により出力されたデジタルの電気信号を、撮像素子１０が撮像した画素信号として、画像処理エンジン２０に出力する。出力部１４は、例えば、アンプ回路を備える。

【0017】

温度センサ１５は、撮像素子１０（特に、画素アレイ１１に配置されたそれぞれの画素）が動作しているときの温度を計測する。温度センサ１５は、計測した撮像素子１０の温度を表す情報を、画像処理エンジン２０に出力する。

【0018】

撮像素子１０の構成は、図１に示した構成に限定されない。つまり、図１に示す撮像素子１０の構成はあくまで一例であり、構成要素の一部が省略されてもよいし、さらに別の構成要素が追加されてもよい。例えば、図１に示す撮像素子１０から温度センサ１５が省略されてもよいし、電気信号に含まれるノイズを抑圧する相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）回路などのノイズ抑圧処理回路をさらに備えてもよい。ＣＤＳ回路は、例えば、画素アレイ１１とＡＤＣ１３との間の位置に配置されてもよい。この場合、画素アレイ１１により出力されたそれぞれのアナログの電気信号は、ＣＤＳ回路を介してＡＤＣ１３に出力され、ＡＤＣ１３は、ＣＤＳ回路によってノイズ抑圧処理がされたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換して出力部１４にする。ＣＤＳ回路は、例えば、ＡＤＣ１３と出力部１４との間の位置に配置されてもよい。この場合、ＡＤＣ１３により出力されたそれぞれのデジタルの電気信号は、ＣＤＳ回路を介して出力部１４に出力され、出力部１４は、ＣＤＳ回路によってノイズ抑圧処理がされたデジタルの電気信号を画素信号として、画像処理エンジン２０に出力する。

【0019】

＜撮像素子の構成＞
ここで、画素アレイ１１における画素の配置、および画素の構成の一例について説明する。図２は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１における画素の配置の一例を示す図である。

【0020】

図２には、画素が１０行、１２列に配置された画素アレイ１１の一例を示している。画素アレイ１１において、それぞれの撮像画素Ｐｉには、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、あるいは青色（Ｂ）の可視光を透過させるオンチップカラーフィルタ（Ｏｎｃｈｉｐ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）が形成されている。図２に示した画素アレイ１１は、オンチップカラーフィルタ（以下、単に「カラーフィルタ」という）がベイヤー配列に形成された場合の一例を示している。図２において、「Ｓ」は、遮光画素であることを表している。図２に示した画素アレイ１１では、４行目と１０行目とのそれぞれの画素行において、青色（Ｂ）のカラーフィルタが形成された撮像画素Ｐｉが、例えば、黒色（ＢＬ）のカラーフィルタが形成された遮光画素Ｐｓに置き換わっている。遮光画素Ｐｓは、緑色（Ｇ）のカラーフィルタが形成された撮像画素Ｐｉ以外であれば、一部または全部が、例えば、赤色（Ｒ）のカラーフィルタが形成された撮像画素Ｐｉと置き換わってもよい。

【0021】

画素アレイ１１において、それぞれの画素には、マイクロレンズが形成されている。マイクロレンズは、撮像画素Ｐｉでは、それぞれの画素に対して形成され、遮光画素Ｐｓでは、近傍に配置される撮像画素Ｐｉと共用するように形成される。つまり、画素アレイ１１においては、撮像画素Ｐｉと近傍に配置される遮光画素Ｐｓとの二つの画素で一つのマイクロレンズが形成される。図２には、それぞれの撮像画素ＰｉにマイクロレンズＭＬ－１が形成され、遮光画素Ｐｓと、この遮光画素Ｐｓの行方向に隣接する撮像画素Ｐｉとで共用されるマイクロレンズＭＬ－２が形成されている状態を示している。

【0022】

図２に示した画素の配置の一例では、同じ列の４行目に配置された遮光画素Ｐｓと１０行目に配置された遮光画素Ｐｓとの二つの遮光画素Ｐｓに対応する画素信号に基づいて、ＡＦ制御を行うための位相差ＡＦの処理をすることができる。図２に示した画素の配置の一例では、それぞれの遮光画素Ｐｓに対応する画素信号に基づいて、ダークシェーディング補正の処理をすることができる。

【0023】

図３は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１の構造の一例を示す断面図である。図３の（ａ）には、緑色（Ｇ）のカラーフィルタＣＦが形成された撮像画素Ｐｉと、青色（Ｂ）のカラーフィルタＣＦが形成された撮像画素Ｐｉとが配置された画素行（例えば、２行目の画素行）の断面図を示し、図３の（ｂ）には、遮光画素Ｐｓが配置された画素行（例えば、４行目の画素行）の断面図を示している。図３の（ａ）および図３の（ｂ）には、それぞれの画素が備える光電変換部ＰＤも併せて示している。上述したように、遮光画素Ｐｓが配置されない画素行では、それぞれの画素に対して一つのマイクロレンズＭＬ－１が形成され（図３の（ａ）参照）、遮光画素Ｐｓが配置される画素行では、遮光画素Ｐｓと行方向に隣接する撮像画素Ｐｉとで共用される一つのマイクロレンズＭＬ－２が形成される（図３の（ｂ）参照）。

【0024】

図３の（ｂ）に示した画素行では、黒色（ＢＬ）のカラーフィルタＣＦによって遮光画素Ｐｓに入射する被写体光を遮光する構成を示しているが、遮光画素Ｐｓに入射する被写体光を遮光する構成は、カラーフィルタＣＦによる構成に限定されない。遮光画素Ｐｓは、例えば、撮像素子１０を製造する際の半導体プロセスにおいて、光電変換部ＰＤに光が入射する側（つまり、光電変換部ＰＤとマイクロレンズＭＬ－２との間）に遮光膜を形成することによって入射する被写体光を遮光する構成であってもよい。黒色（ＢＬ）のカラーフィルタＣＦや遮光膜は、「遮光部」の一例である。

【0025】

図４は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１に配置される画素の概略構成の一例を示す回路図である。図４には、遮光画素Ｐｓと、この遮光画素Ｐｓの行方向に隣接する撮像画素Ｐｉ、つまり、一つのマイクロレンズＭＬ－２を共用する二つの画素の構成を示している。

【0026】

まず、撮像画素Ｐｉの構成の一例について説明する。撮像画素Ｐｉは、入射した被写体光を光電変換した電気信号を、垂直信号線Ｖ－１に出力する。撮像画素Ｐｉは、例えば、フォトダイオードＰＤｉと、フローティングディフュージョンＦＤｉと、転送トランジスタＴ１－１と、リセットトランジスタＴ２－１と、増幅トランジスタＴ３－１と、選択トランジスタＴ４－１と、を備える。

【0027】

フォトダイオードＰＤｉは、入射した光を光電変換して電荷を発生して蓄積する光電変換素子である。フォトダイオードＰＤｉは、「第２光電変換部」の一例である。

【0028】

フローティングディフュージョンＦＤｉは、フォトダイオードＰＤｉが蓄積した電荷を一時的に保持・蓄積する容量である。フローティングディフュージョンＦＤｉは、増幅トランジスタＴ３－１のゲート端子に接続されたノードに付随する容量である。

【0029】

転送トランジスタＴ１－１は、走査回路１２により出力された転送駆動信号ＴＸに応じて、フォトダイオードＰＤｉが蓄積した電荷をフローティングディフュージョンＦＤｉに転送する。転送トランジスタＴ１－１によって転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤｉに蓄積される。

【0030】

リセットトランジスタＴ２－１は、走査回路１２により出力された第１リセット駆動信号ＲＳＴ１に応じて、フローティングディフュージョンＦＤｉに蓄積された電荷を電源電位ＶＤＤのレベルにする。つまり、リセットトランジスタＴ２－１は、フローティングディフュージョンＦＤｉに蓄積された電荷を電源電位ＶＤＤ側に排出（リセット）させる。

【0031】

増幅トランジスタＴ３－１は、フローティングディフュージョンＦＤｉに蓄積された電荷に応じた電圧を出力する。

【0032】

選択トランジスタＴ４－１は、走査回路１２により出力された選択駆動信号ＳＥＬに応じて、増幅トランジスタＴ３－１が出力した電圧を、撮像画素Ｐｉに入射した被写体光の光量を表す電気信号として垂直信号線Ｖ－１に出力させる。垂直信号線Ｖ－１に出力された電気信号は、ＡＤＣ１３に出力される。

【0033】

遮光画素ＰｓとマイクロレンズＭＬ－２を共用しない撮像画素Ｐｉ、つまり、マイクロレンズＭＬ－１が形成された撮像画素Ｐｉの構成は、図４に示した撮像画素Ｐｉと同様の構成である。ただし、マイクロレンズＭＬ－１が形成された撮像画素Ｐｉでは、後述するＰＤ転送トランジスタＴ６－２がフォトダイオードＰＤｉに接続されていない。

【0034】

続いて、遮光画素Ｐｓの構成の一例について説明する。遮光画素Ｐｓは、撮像画素Ｐｉにより転送されたフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷、あるいは暗電流に応じて発生して蓄積した電荷を表す電気信号を、垂直信号線Ｖ－２に出力する。遮光画素Ｐｓは、例えば、フォトダイオードＰＤｓと、フローティングディフュージョンＦＤｓと、転送トランジスタＴ１－２と、リセットトランジスタＴ２－２と、増幅トランジスタＴ３－２と、選択トランジスタＴ４－２と、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２と、ＰＤ転送トランジスタＴ６－２と、を備える。遮光画素Ｐｓは、撮像画素Ｐｉに、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２と、ＰＤ転送トランジスタＴ６－２とが追加された構成である。

【0035】

フォトダイオードＰＤｓは、フォトダイオードＰＤｉと同様に、入射した光を光電変換して電荷を発生して蓄積する光電変換素子である。フォトダイオードＰＤｓは、入射した光を受光する領域（受光面積）がフォトダイオードＰＤｉと同じ広さの光電変換素子である。ただし、フォトダイオードＰＤｓに入射する光は遮光されている。このため、フォトダイオードＰＤｓが発生する電荷は、遮光された状態で流れる微弱な暗電流に基づく電荷である。暗電流は、例えば、撮像素子１０の温度上昇などに起因するものであり、撮像素子１０にとっては、露光した被写体光の光量を表す画素信号に含まれるノイズの要因となるものである。フォトダイオードＰＤｓは、「第１光電変換部」の一例である。以下の説明においてフォトダイオードＰＤｉとフォトダイオードＰＤｓとを区別せずに表す場合には、単に「フォトダイオードＰＤ」という。

【0036】

フローティングディフュージョンＦＤｓは、フローティングディフュージョンＦＤｉと同様に、フォトダイオードＰＤｓが蓄積した電荷を一時的に保持・蓄積する容量である。フローティングディフュージョンＦＤｓも、増幅トランジスタＴ３－２のゲート端子に接続されたノードに付随する容量である。フローティングディフュージョンＦＤｓは、「蓄積部」の一例である。以下の説明においてフローティングディフュージョンＦＤｉとフローティングディフュージョンＦＤｓとを区別せずに表す場合には、単に「フローティングディフュージョンＦＤ」という。

【0037】

転送トランジスタＴ１－２は、転送トランジスタＴ１－１と同様に、走査回路１２により出力された転送駆動信号ＴＸに応じて、フォトダイオードＰＤｓが蓄積した電荷をフローティングディフュージョンＦＤｓに転送する。転送トランジスタＴ１－２によって転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤｓに蓄積される。転送トランジスタＴ１－２は、「転送部」の一例である。

【0038】

リセットトランジスタＴ２－２は、リセットトランジスタＴ２－１と同様に、走査回路１２により出力された第１リセット駆動信号ＲＳＴ１に応じて、フローティングディフュージョンＦＤｓに蓄積された電荷を電源電位ＶＤＤのレベルにする。つまり、リセットトランジスタＴ２－２も、リセットトランジスタＴ２－１と同様に、フローティングディフュージョンＦＤｓに蓄積された電荷を電源電位ＶＤＤ側に排出（リセット）させる。

【0039】

増幅トランジスタＴ３－２は、増幅トランジスタＴ３－１と同様に、フローティングディフュージョンＦＤｓに蓄積された電荷に応じた電圧を出力する。

【0040】

選択トランジスタＴ４－２は、選択トランジスタＴ４－１と同様に、走査回路１２により出力された選択駆動信号ＳＥＬに応じて、増幅トランジスタＴ３－２が出力した電圧を、遮光画素Ｐｓが出力する電気信号として垂直信号線Ｖ－２に出力させる。垂直信号線Ｖ－２に出力された電気信号も、ＡＤＣ１３に出力される。転送トランジスタＴ１－２およびフローティングディフュージョンＦＤｓ（増幅トランジスタＴ３－２および選択トランジスタＴ４－２を含めてもよい）は、「出力部」の一例である。

【0041】

ＰＤリセットトランジスタＴ５－２は、走査回路１２により出力された第２リセット駆動信号ＲＳＴ２に応じて、フォトダイオードＰＤｓが蓄積した電荷を電源電位ＶＤＤのレベルにする。つまり、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２は、フォトダイオードＰＤｓが蓄積した電荷を電源電位ＶＤＤ側に排出（リセット）させる。ＰＤリセットトランジスタＴ５－２は、「排出部」の一例である。

【0042】

ＰＤ転送トランジスタＴ６－２は、走査回路１２により出力されたＰＤ転送駆動信号ＧＳに応じて、撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉとフォトダイオードＰＤｓとを接続可能にする。つまり、ＰＤ転送トランジスタＴ６－２は、ＰＤ転送駆動信号ＧＳに応じて非接続状態となった場合には、フォトダイオードＰＤｉとフォトダイオードＰＤｓとをそれぞれのフォトダイオードＰＤとして機能させ、ＰＤ転送駆動信号ＧＳに応じて接続状態となった場合には、フォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷をフォトダイオードＰＤｓに転送させる。ＰＤ転送トランジスタＴ６－２によって転送された電荷は、フォトダイオードＰＤｓが発生して蓄積した電荷として扱われる。つまり、フォトダイオードＰＤｉが発生した電荷が、フォトダイオードＰＤｓに蓄積される。言い換えれば、フォトダイオードＰＤｓは、フォトダイオードＰＤｉが発生した電荷のメモリとして機能する。ＰＤ転送トランジスタＴ６－２は、「接続部」の一例である。

【0043】

このような構成によって、実施形態の撮像素子１０では、画素アレイ１１における有効画素の領域内に遮光画素Ｐｓを配置し、画像処理エンジン２０からの制御に応じて、撮像画素Ｐｉと遮光画素Ｐｓとのそれぞれに対応する画素信号を出力する。これにより、画像処理エンジン２０は、遮光画素Ｐｓに対応する画素信号に基づいて、ＡＦ制御を行うための処理と、ダークシェーディング補正の処理とを行うことができる。

【0044】

画素アレイ１１に配置される画素（撮像画素Ｐｉや遮光画素Ｐｓ）の構成は、図４に示した構成に限定されない。例えば、画素アレイ１１において他の画素行に配置された画素（複数の画素であってもよい）と、フローティングディフュージョンＦＤを共用する構成であってもよい。

【0045】

図１に戻り、画像処理エンジン２０は、撮像装置１のユーザーによる撮影の指示（レリーズボタンＲや開始ボタンＢの押下）に応じて、撮像素子１０により出力された画素信号に基づいた動画像や静止画像を生成する。画像処理エンジン２０が生成する動画像は、記録用の動画像、あるいはユーザーが撮影する被写体を確認するための動画像、いわゆる、ライブビュー画像である。画像処理エンジン２０は、ライブビュー画像を生成した場合、生成したライブビュー画像を、例えば、撮像装置１が備える表示装置（不図示）に表示させる。画像処理エンジン２０は、記録用の動画像、あるいは静止画像を生成した場合、生成した画像を、例えば、撮像装置１が備えるメモリ、あるいは撮像装置１に対して容易に着脱可能なメモリカードなどの記憶媒体に記録させる。画像処理エンジン２０は、例えば、制御部２１と、演算部２２と、入力部２３と、画処理部２４と、メモリ２５と、レンズ制御部２６と、を備える。

【0046】

画像処理エンジン２０や、画像処理エンジン２０が備える制御部２１、演算部２２、入力部２３、画処理部２４、レンズ制御部２６は、それぞれ、例えば、ハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより以下の機能を実現するものである。ハードウェアプロセッサとは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ＬＳＩ）、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）または複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））などのハードウェア（回路部；ｃｉｒｃｕｉｔｒｙを含む）を意味する。画像処理エンジン２０や、画像処理エンジン２０が備えるそれぞれの構成要素の機能のうち一部または全部は、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め撮像装置１が備える、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）などの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ハードウェアプロセッサの回路内に直接組み込まれてもよい。ハードウェアプロセッサは、格納されたプログラムを読み出して実行することにより各機能を実現する。

【0047】

制御部２１は、撮像装置１における撮影の動作を制御する。制御部２１は、ユーザーが開始ボタンＢやレリーズボタンＲを押下したことにより撮影の指示を受け付けると、受け付けた撮影の指示に応じた露光をさせるための制御信号を撮像素子１０（より具体的には、走査回路１２）に出力する。このとき、制御部２１は、演算部２２により出力された撮像素子１０の現在の温度の情報も参照して、撮像素子１０の露光を制御する。制御部２１は、撮像素子１０により出力された画素信号に基づいた動画像（ライブビュー画像を含む）や静止画像の生成を制御する。制御部２１は、「制御部」の一例である。

【0048】

演算部２２は、撮像素子１０により出力された温度を表す情報を取得し、撮像素子１０の現在の温度を演算する。演算部２２は、演算した撮像素子１０の現在の温度の情報（以下、「温度情報」という）を、制御部２１に出力する。

【0049】

入力部２３は、制御部２１からの制御に応じて、撮像素子１０により出力された画素信号を取得する。入力部２３は、取得した画素信号を画処理部２４に出力する。

【0050】

画処理部２４は、入力部２３により出力された画素信号に対して、予め定められた種々の画像処理を施す。種々の画像処理には、例えば、ＡＦ制御や、撮影時のシャッタースピードと絞りとの最適な組合せを決定する自動露出（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ：ＡＥ）制御、画像の色味を最適化させるオートホワイトバランス（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ：ＡＷＢ）処理、画素アレイ１１に配置された画素に含まれる欠陥画素が出力した画素信号を補正する欠陥画素補正の処理、ダークシェーディング補正の処理、生成した画像のデータを圧縮する圧縮処理なども含まれる。画処理部２４は、生成した画像（圧縮処理を行った画像も含む）をメモリ２５に記憶させる。画処理部２４は、入力部２３により出力された画素信号に対する画像処理の処理過程において生成する画像データや処理データを一時的に記憶させる一時記憶手段として、メモリ２５を利用してもよい。

【0051】

以下の説明においては、撮像素子１０が備える画素アレイ１１に配置された遮光画素Ｐｓにより出力された画素信号に基づいて実施するＡＦ制御とダークシェーディング補正の処理とに着目して説明する。画処理部２４は、例えば、ＡＦ処理部２４２と、ダークシェーディング補正部２４４と、を備える。

【0052】

ＡＦ処理部２４２は、入力部２３により出力された画素信号に含まれる遮光画素Ｐｓの画素信号に基づいて、撮像した画像における合焦度合いを求める。ＡＦ処理部２４２が合焦度合いを求める位相差ＡＦの処理方法は、位相差ＡＦセンサを用いた位相差ＡＦの処理方法やオートフォーカス制御と同様である。ＡＦ処理部２４２は、求めた合焦度合いを表す情報を、レンズ制御部２６に出力する。ＡＦ処理部２４２における位相差ＡＦの処理（合焦度合いを求める処理や、求めた合焦度合いを表す情報をレンズ制御部２６に出力する処理）は、「第１処理」の一例である。合焦度合いを求める画像は、「第２画像」の一例である。

【0053】

ダークシェーディング補正部２４４は、入力部２３により出力された画素信号に含まれる遮光画素Ｐｓの画素信号に基づいて、撮像した画像全体の黒レベルのばらつき（変動）を補正する。より具体的には、ダークシェーディング補正部２４４は、遮光画素Ｐｓの画素信号に基づいて、画像全体の領域の黒レベルのばらつきを表す黒レベル画像を生成する。そして、ダークシェーディング補正部２４４は、入力部２３により出力された画素信号に含まれる撮像画素の画素信号に基づいて画処理部２４が生成した被写体の画像から、生成した黒レベル画像を差し引いて、ダークシェーディング補正を施した補正画像を生成する。被写体の画像から黒レベル画像を差し引く処理は、例えば、それぞれの画像における同じ位置の画像情報の値（画像データ）同士で演算することによって行う。ダークシェーディング補正部２４４は、生成した補正画像をメモリ２５に記憶させる。これにより、画処理部２４が備えるその他の構成要素は、ダークシェーディング補正部２４４がダークシェーディング補正を行った補正画像に対して、引き続き所定の画像処理を行うことができる。ＡＦ処理部２４２におけるダークシェーディング補正の処理（被写体の画像から黒レベル画像を差し引く処理）は、「第２処理」の一例である。被写体の画像は、「第１画像」の一例であり、黒レベル画像は、「第３画像」の一例であり、補正画像は、「第４画像」の一例である。

【0054】

メモリ２５は、画処理部２４が生成した最終的な画像（動画像や静止画像）のデータや、画処理部２４における画像処理の処理過程の画像データや処理データを記憶する。メモリ２５は、例えば、ＲＡＭやフラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、ハードディスクドライブＨＤＤなどの記憶装置である。メモリ２５は、メモリカードであってもよい。

【0055】

レンズ制御部２６は、ＡＦ処理部２４２により出力された合焦度合いを表す情報に基づいて、レンズ部Ｌが備えるフォーカス機構を制御するためのＡＦ制御信号を生成する。レンズ制御部２６は、生成したＡＦ制御信号をレンズ部Ｌに出力する。これにより、レンズ部Ｌが備えるフォーカス用レンズが移動され、撮像素子１０に入射する被写体光の焦点位置が変更される。レンズ制御部２６は、例えば、画処理部２４が行ったＡＥ制御の結果を表す情報に基づいて、レンズ部Ｌが備える絞り機構を制御するための絞り制御信号を生成してレンズ部Ｌに出力してもよい。この場合、レンズ部Ｌが備える絞り機構が駆動され、撮像素子１０に入射する被写体光の光量が変更される。

【0056】

＜動作シーケンスの一例＞
ここで、撮像装置１における撮影動作の一例について説明する。図５は、実施形態の撮像装置１の撮影動作における撮像素子１０の駆動シーケンスの概略を示すシーケンス図である。図５には、撮像装置１において動画像を生成しながらＡＦ制御を行い、ユーザーによる撮影の指示に応じて静止画像を生成する場合における撮像素子１０の駆動シーケンスの一例を示している。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は駆動させる画素アレイ１１の画素行を示している。

【0057】

図５において、シーケンス１０１は、画素アレイ１１に配置された画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）をリセットするリセット動作を示している。シーケンス１０２およびシーケンス１０３は、画素アレイ１１に配置された画素から、露光量に応じた画素信号を出力させる（読み出す）読み出し動作を示している。

【0058】

撮像装置１における撮影動作では、撮像装置１が起動されると、画像処理エンジン２０は、動画像の生成を開始する。このとき、画像処理エンジン２０は、ユーザーによって開始ボタンＢが押下されている、つまり、動画像の撮影の指示がある場合には、記録用の動画像の生成を開始し、開始ボタンＢが押下されていない場合には、ライブビュー画像の生成を開始する。

【0059】

撮像装置１の撮影動作において動画像の生成を開始すると、画像処理エンジン２０は、動画像の撮像（露光）と同時に、ＡＦ制御を行うためのＡＦ情報を取得する露光を撮像素子１０に行わせる。動画像の撮影動作では、まず、時刻ｔ１において、制御部２１は、画素アレイ１１の画素行ごとにシーケンス１０１のリセット動作を順次行わせる。シーケンス１０１において制御部２１は、シーケンス１０１のリセット動作を行わせる画素行に配置された全ての画素（撮像画素Ｐｉや遮光画素Ｐｓ）が備えるフォトダイオードＰＤおよびフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷をリセットさせる。

【0060】

より具体的には、撮像画素Ｐｉに対するリセット動作では、走査回路１２が、制御部２１からの制御に応じて、転送駆動信号ＴＸおよび第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を、例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルにする。これにより、同じ画素行の全ての撮像画素Ｐｉでは、転送トランジスタＴ１－１およびリセットトランジスタＴ２－１が同時にオン状態になり、フォトダイオードＰＤｉおよびフローティングディフュージョンＦＤｉに蓄積されている電荷がリセットされる。遮光画素Ｐｓに対するリセット動作も、撮像画素Ｐｉに対するリセット動作と同様である。遮光画素Ｐｓに対するリセット動作では、走査回路１２が、さらに第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を、例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルにしてもよい。これにより、同じ画素行の全ての遮光画素Ｐｓでは、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２が同時にオン状態になり、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２を介した経路でも、フォトダイオードＰＤｓに蓄積されている電荷がリセットされる。その後、走査回路１２は、制御部２１からの制御に応じて、転送駆動信号ＴＸおよび第１リセット駆動信号ＲＳＴ１、さらには第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を、例えば、“Ｌｏｗ”レベルにする。これにより、同じ画素行の全ての撮像画素Ｐｉでは、転送トランジスタＴ１－１およびリセットトランジスタＴ２－１が同時にオフ状態になり、さらに全ての遮光画素Ｐｓでは、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２が同時にオフ状態になり、同じ画素行の全ての画素が備えるフォトダイオードＰＤおよびフローティングディフュージョンＦＤのリセットを終了する。これにより、シーケンス１０１のリセット動作を行った画素行に配置された全ての撮像画素Ｐｉは、入射した被写体光の露光（光電変換した電荷の発生と蓄積）を開始する。図５において、露光期間ＥＭは、１回の露光期間を表している。

【0061】

続いて、予め定めた露光期間ＥＭが経過した時刻ｔ２のときに、制御部２１は、シーケンス１０２の読み出し動作を行わせる。シーケンス１０２において制御部２１は、シーケンス１０２の読み出し動作を行わせる画素行に配置された全ての遮光画素ＰｓのフォトダイオードＰＤｓに、マイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷を同時に転送させた後、同じ画素行の全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）から画素信号を出力させる（読み出す）。

【0062】

ここで、制御部２１からの制御に応じて走査回路１２が行うシーケンス１０２の読み出し動作における画素の駆動タイミングの一例について説明する。図６は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１内の遮光画素Ｐｓの駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図６には、画素アレイ１１において遮光画素Ｐｓが配置されたいずれかの画素行におけるシーケンス１０２の駆動タイミング（以下、「第１の駆動タイミング」という）を示している。図７は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１内の遮光画素Ｐｓを駆動タイミング（第１の駆動タイミング）で駆動した場合における電荷の移動と電気信号の出力の様子を模式的に示す図である。図６に示したタイミングチャートの説明においては、図７を適宜参照して説明する。第１の駆動タイミングは、「第１動作」の一例である。

【0063】

時刻ｔ２においてシーケンス１０２の読み出し動作を開始すると、走査回路１２は、時刻ｔ２１において、第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２をオン状態にさせる。これにより、遮光画素Ｐｓが備えるフォトダイオードＰＤｓに蓄積されている電荷が（再度）リセットされる。その後、走査回路１２は、第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を“Ｌｏｗ”レベルにして、フォトダイオードＰＤｓのリセットを解除させる。

【0064】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２２において、ＰＤ転送駆動信号ＧＳを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、ＰＤ転送トランジスタＴ６－２をオン状態にさせる。これにより、遮光画素ＰｓとマイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷が、フォトダイオードＰＤｓに転送されて蓄積される。図７の（ａ）には、マイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉから遮光画素Ｐｓに、フォトダイオードＰＤｉの電荷が転送されている様子を示している。その後、走査回路１２は、ＰＤ転送駆動信号ＧＳを“Ｌｏｗ”レベルにして、フォトダイオードＰＤｉからフォトダイオードＰＤｓへの電荷の転送を終了させる。

【0065】

そして、走査回路１２は、時刻ｔ２３において、選択駆動信号ＳＥＬを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、選択トランジスタＴ４－２をオン状態にさせる。これにより、選択トランジスタＴ４－２は、増幅トランジスタＴ３－２により出力された電圧の電気信号を垂直信号線Ｖ－２に出力する状態になる。このとき、遮光画素ＰｓとマイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉ、つまり、同じ画素行の撮像画素Ｐｉが備える選択トランジスタＴ４－１も、選択駆動信号ＳＥＬの“Ｈｉｇｈ”レベルに応じてオン状態になる。これにより、選択トランジスタＴ４－１も、増幅トランジスタＴ３－１により出力された電圧の電気信号を垂直信号線Ｖ－１に出力する状態になる。

【0066】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２４において、第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を“Ｈｉｇｈ”レベルにして、リセットトランジスタＴ２－２をオン状態にさせる。これにより、フローティングディフュージョンＦＤｓに蓄積されている電荷が（再度）リセットされ、増幅トランジスタＴ３－２から、フローティングディフュージョンＦＤｓのリセットレベルの電荷に応じた電圧の電気信号が出力され、選択トランジスタＴ４－２を介して垂直信号線Ｖ－２に出力される。このとき、遮光画素Ｐｓと同じ画素行のそれぞれの撮像画素Ｐｉが備えるリセットトランジスタＴ２－１も、第１リセット駆動信号ＲＳＴ１の“Ｈｉｇｈ”レベルに応じてオン状態になり、それぞれの撮像画素Ｐｉの垂直信号線Ｖ－１に、増幅トランジスタＴ３－１により出力されたフローティングディフュージョンＦＤｉのリセットレベルの電荷に応じた電圧の電気信号が、選択トランジスタＴ４－１を介して出力される。

【0067】

撮像素子１０がＣＤＳ回路を備え、ＣＤＳ回路が画素アレイ１１とＡＤＣ１３との間の位置に配置されている場合、ＣＤＳ回路は、それぞれの垂直信号線に出力されたフローティングディフュージョンＦＤのリセットレベルの電気信号をサンプリングして保持（クランプ）してもよい。

【0068】

その後、走査回路１２は、第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を“Ｌｏｗ”レベルにして、それぞれのフローティングディフュージョンＦＤのリセットを解除させ、リセットレベルの電気信号の出力を終了させる。

【0069】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２５において、転送駆動信号ＴＸを“Ｈｉｇｈ”レベルにして、転送トランジスタＴ１－２をオン状態にさせる。これにより、フォトダイオードＰＤｓに蓄積されている電荷、つまり、時刻ｔ２２において転送された撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷が、フローティングディフュージョンＦＤｓに転送されて蓄積される。これにより、増幅トランジスタＴ３－２から、フローティングディフュージョンＦＤｓに転送されたフォトダイオードＰＤｉが露光した被写体光の光量を表す信号レベルの電圧の電気信号が出力され、選択トランジスタＴ４－２を介して垂直信号線Ｖ－２に出力される。ここで垂直信号線Ｖ－２に出力される電気信号は、ＡＦ情報の電気信号である。このとき、遮光画素Ｐｓと同じ画素行のそれぞれの撮像画素Ｐｉが備える転送トランジスタＴ１－１も、転送駆動信号ＴＸの“Ｈｉｇｈ”レベルに応じてオン状態になり、それぞれの撮像画素Ｐｉの垂直信号線Ｖ－１に、増幅トランジスタＴ３－１により出力されたフローティングディフュージョンＦＤｉに転送された信号レベルの電荷に応じた電圧の電気信号が、選択トランジスタＴ４－１を介して出力される。ただし、遮光画素Ｐｓと同じ画素行のそれぞれの撮像画素Ｐｉにおいて垂直信号線Ｖ－１に出力される電気信号は、時刻ｔ２２においてフォトダイオードＰＤｓに転送された後の信号レベルを表す電気信号であるため、動画像の生成やＡＦ制御には無効な電気信号である。

【0070】

撮像素子１０がＣＤＳ回路を備え、ＣＤＳ回路が画素アレイ１１とＡＤＣ１３との間の位置に配置されている場合、ＣＤＳ回路は、それぞれの垂直信号線に出力されたフォトダイオードＰＤの信号レベルの電気信号をサンプリングし、保持（クランプ）しているフローティングディフュージョンＦＤのリセットレベルの電気信号との差分をとることによって、ノイズ抑圧処理をしてもよい。

【0071】

その後、走査回路１２は、転送駆動信号ＴＸを“Ｌｏｗ”レベルにして、それぞれのフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送を終了させ、信号レベルの電気信号の出力を終了させる。

【0072】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２６において、選択駆動信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルにして、選択トランジスタＴ４－２が増幅トランジスタＴ３－２により出力された電圧の電気信号を垂直信号線Ｖ－２に出力する状態を終了させる。遮光画素Ｐｓと同じ画素行のそれぞれの撮像画素Ｐｉが備える選択トランジスタＴ４－１も、選択駆動信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルによって、増幅トランジスタＴ３－１により出力された電圧の電気信号を垂直信号線Ｖ－１に出力する状態が終了される。そして、走査回路１２は、垂直信号線Ｖ－１および垂直信号線Ｖ－２のそれぞれに出力された現在の画素行の電気信号を、画素ごと（画素列ごと）に順次出力させる。走査回路１２は、現在の画素行の全ての電気信号を出力させると、現在の画素行におけるシーケンス１０２の読み出し動作を終了する。図７の（ｂ）には、遮光画素Ｐｓが配置された画素行から画素ごとの電気信号（ＡＦ情報を含む）が出力されている様子を示している。ＡＦ情報は、「第１画素信号」の一例である。

【0073】

図６に示したタイミングチャートでは、走査回路１２における遮光画素Ｐｓが配置された画素行の第１の駆動タイミングを示した。走査回路１２は、第２リセット駆動信号ＲＳＴ２およびＰＤ転送駆動信号ＧＳの制御を行わない、つまり、時刻ｔ２３～時刻ｔ２６の間の駆動タイミングと同様の駆動タイミングでそれぞれの画素を駆動することによって、遮光画素Ｐｓが配置されていない画素行に配置されたそれぞれの撮像画素Ｐｉから、リセットレベルおよび信号レベルのそれぞれの電気信号を垂直信号線Ｖ－１に出力させる。走査回路１２は、シーケンス１０２において、遮光画素Ｐｓが配置された画素行では、図６に示した第１の駆動タイミングでそれぞれの画素を駆動し、遮光画素Ｐｓが配置されていない画素行では、時刻ｔ２３～時刻ｔ２６の間の駆動タイミングでそれぞれの画素を駆動することによって、それぞれの画素行に配置された画素により出力された電気信号を、画素ごとに順次出力させる。図７の（ｃ）には、図７の（ｂ）に示した遮光画素Ｐｓが配置された画素行と異なる、遮光画素Ｐｓが配置された画素行から画素ごとの電気信号（ＡＦ情報を含む）が出力されている様子を示している。

【0074】

このようにして走査回路１２は、制御部２１からの制御に応じて、シーケンス１０１のリセット動作（言い換えれば、露光開始動作）と、シーケンス１０２の読み出し動作とを、画素行ごとに行う。これにより、撮像素子１０は、動画像を生成するための画素信号と同時に、ＡＦ制御を行うためのＡＦ情報を画像処理エンジン２０に出力する。

【0075】

図５に戻り、時刻ｔ３において、シーケンス１０２の読み出し動作による撮像素子１０からの全ての画素行の画素信号の読み出し動作が完了すると、画処理部２４は、読み出した画素信号の内、遮光画素Ｐｓが配置されていない画素行のそれぞれの撮像画素Ｐｉに対応する画素信号に基づいて、動画像のフレームを生成する。図５では、最初のシーケンス１０２で読み出した画素信号に基づいて動画像の最初のフレームＦ１を生成するものとしている。

【0076】

さらに、画処理部２４（より具体的には、ＡＦ処理部２４２）は、読み出した画素信号の内、遮光画素Ｐｓが配置されている画素行のそれぞれの遮光画素Ｐｓに対応する画素信号（ＡＦ情報）に基づいて位相差ＡＦの処理を行って、生成したフレームＦ１における被写体の合焦度合いを求め、求めた合焦度合いを表す情報をレンズ制御部２６に出力する。これにより、レンズ制御部２６は、ＡＦ処理部２４２により出力された合焦度合いを表す情報に基づくＡＦ制御信号をレンズ部Ｌに出力して、撮像装置１におけるＡＦ制御を行う。図５では、ＡＦ制御ＡＦを、合焦度合いを求めたフレームＦ１の二つ後に生成する動画像の三つ目のフレームＦ３の撮像（露光）に反映させるものとしている。求めた合焦度合いに応じてＡＦ制御を行うタイミングは、動画像のフレームの露光期間ＥＭが終了してから次のフレームの露光期間ＥＭが開始されるまでの間であれば、いかなるタイミングであってもよい。

【0077】

撮像装置１における撮影動作では、ユーザーによって開始ボタンＢが再び押下される（つまり、動画像の撮影の終了の指示がある）、あるいはユーザーによってレリーズボタンＲが押下される（つまり、静止画像の撮影の指示がある）まで、動画像の撮像とＡＦ情報の取得およびＡＦ制御とを繰り返す。図５では、動画像の撮像をさらに３回繰り返している。より具体的には、時刻ｔ４において完了したシーケンス１０２の読み出し動作によって出力された画素信号に基づいて動画像のフレームＦ２の生成およびＡＦ制御を行い、時刻ｔ５において完了したシーケンス１０２の読み出し動作によって出力された画素信号に基づいて動画像のフレームＦ３の生成およびＡＦ制御を行っている。さらに、時刻ｔ６において完了したシーケンス１０２の読み出し動作によって出力された画素信号に基づいて動画像のフレームＦ４の生成を行っている。そして、図５では、動画像のフレームＦ４を生成するための動画像の撮像を行っている途中で、ユーザーによりレリーズボタンＲが半押しされたものとしている。

【0078】

この場合、撮像装置１における撮影動作において画像処理エンジン２０は、静止画像の生成を開始する。撮像装置１において静止画像の生成を開始すると、制御部２１は、最後に生成した動画像のフレーム（ここでは、フレームＦ４）に基づいて、静止画像を撮影するための撮影条件を決定する。撮影条件とは、例えば、静止画像の撮像（露光）を行うためのＩＳＯ感度や、シャッタースピード（露光期間）、絞りなど条件である。このとき、制御部２１は、演算部２２により出力された温度情報も用いて、撮影条件を決定する。ただし、ユーザーによって撮影条件が設定されている場合には、制御部２１は、ユーザーによって設定された撮影条件を、決定した撮影条件とする。さらに、制御部２１は、最後に生成した動画像のフレーム（ここでは、フレームＦ４）に基づいて、撮像した静止画像に対してダークシェーディング補正の処理が必要であるか否かを判断する。

【0079】

そして、画像処理エンジン２０は、ユーザーによりレリーズボタンＲが全押しされた場合に、決定した（あるいはユーザーにより設定された）撮影条件で静止画像の撮像（露光）を開始する。このとき、フレームＦ４に基づいたＡＦ制御も行う。図５では、フレームＦ４に基づくＡＦ制御と決定した撮影条件の設定が完了した時刻ｔ７から静止画像の撮像（露光）を開始するものとしている。ここでは、ダークシェーディング補正の処理が必要であると判断したものとする。

【0080】

静止画像の撮像（露光）を開始すると、制御部２１は、まず、シーケンス１０１のリセット動作を順次行わせる。そして、制御部２１は、撮影条件として決定した露光期間ＥＳが経過した時刻ｔ８から、シーケンス１０３の読み出し動作を行わせる。シーケンス１０３において制御部２１は、シーケンス１０３の読み出し動作を行わせる画素行に配置された全ての遮光画素Ｐｓを撮像画素Ｐｉであるものとして、同じ画素行の全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）から画素信号を出力させる（読み出す）。

【0081】

ここで、制御部２１からの制御に応じて走査回路１２が行うシーケンス１０３の読み出し動作における画素の駆動タイミングの一例について説明する。図８は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１内の遮光画素Ｐｓの駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図８には、画素アレイ１１において遮光画素Ｐｓが配置されたいずれかの画素行におけるシーケンス１０３の駆動タイミング（以下、「第２の駆動タイミング」という）を示している。第２の駆動タイミングは、「第２動作」の一例である。

【0082】

時刻ｔ８においてシーケンス１０３の読み出し動作を開始すると、走査回路１２は、時刻ｔ８１から、同じ画素行の全ての画素を駆動する。図８に示したように、第２の駆動タイミングにおいて走査回路１２は、第２リセット駆動信号ＲＳＴ２およびＰＤ転送駆動信号ＧＳを“Ｈｉｇｈ”レベルにして制御を行わない。このため、第２の駆動タイミングでは、同じ画素行の全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）が同様に駆動される。つまり、第２の駆動タイミングでは、遮光画素Ｐｓの駆動タイミングと撮像画素Ｐｉの駆動タイミングとに差がない。そして、第２の駆動タイミングは、図５に示した第１の駆動タイミングにおける時刻ｔ２３～時刻ｔ２６の間の駆動タイミングと同様である。より具体的には、走査回路１２は、時刻ｔ８１において、第１の駆動タイミングの時刻ｔ２３と同様に選択駆動信号ＳＥＬを制御し、時刻ｔ８２において、第１の駆動タイミングの時刻ｔ２４と同様に第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を制御し、時刻ｔ８３において、第１の駆動タイミングの時刻ｔ２５と同様に転送駆動信号ＴＸを制御し、時刻ｔ８４において、第１の駆動タイミングの時刻ｔ２６と同様に選択駆動信号ＳＥＬを制御する。このため、第２の駆動タイミングのそれぞれの時刻における遮光画素Ｐｓおよび撮像画素Ｐｉ内のそれぞれの構成要素の動作は、第１の駆動タイミングにおいて対応する時刻におけるそれぞれの構成要素の動作と同様である。従って、第２の駆動タイミングのそれぞれの時刻におけるそれぞれの動作に関する詳細な説明は省略する。

【0083】

このようにして走査回路１２は、制御部２１からの制御に応じて、シーケンス１０１のリセット動作（言い換えれば、露光開始動作）と、シーケンス１０３の読み出し動作とを、画素行ごとに行う。これにより、撮像素子１０は、静止画像を生成するための画素信号を画像処理エンジン２０に出力する。このとき、撮像素子１０が備える画素アレイ１１において遮光画素Ｐｓが配置されている画素行の画素信号には、被写体光が遮光されている状態の画素信号が含まれている。この画素信号は、上述したように、フォトダイオードＰＤｓが、遮光された状態で流れる微弱な暗電流の大きさを表す画素信号である。

【0084】

図５に戻り、時刻ｔ９において、シーケンス１０３の読み出し動作による撮像素子１０からの全ての画素行の画素信号の読み出し動作が完了すると、画処理部２４は、読み出した画素信号に基づいて、静止画像を生成する。図５では、シーケンス１０３で読み出した画素信号に基づいて静止画像Ｓ１を生成するものとしている。このとき、画処理部２４（より具体的には、ダークシェーディング補正部２４４）は、読み出した画素信号の内、遮光画素Ｐｓが配置されている画素行のそれぞれの遮光画素Ｐｓに対応する画素信号（以下、「暗時情報」という）に基づいて、ダークシェーディング補正の処理を行う。暗時情報は、「第２画素信号」の一例である。

【0085】

ここで、ダークシェーディング補正部２４４が行うダークシェーディング補正の処理の一例について説明する。図９は、実施形態の撮像素子１０から読み出した画素信号と生成する画像との関係の一例を模式的に示す図である。静止画像の撮像において、撮像素子１０は、図９の（ａ）に示したように、撮像画素Ｐｉが発生した被写体光の光量を表す画素信号と、遮光画素Ｐｓが発生した暗電流を表す画素信号（暗時情報）とのそれぞれの画素信号を出力する。

【0086】

画処理部２４は、撮像画素Ｐｉに対応する画素信号に基づいて、図９の（ｂ）に示したような静止画像を生成する。このとき、画処理部２４は、遮光画素Ｐｓが配置された画素行の画素信号を、例えば、周辺の撮像画素Ｐｉが配置された画素行の画素信号で補間して、静止画像を生成する。図９の（ｂ）には、遮光画素Ｐｓが配置された画素行の画素信号を、列方向に上下の画素行において緑色（Ｇ）のカラーフィルタＣＦが形成された撮像画素Ｐｉと、青色（Ｂ）のカラーフィルタＣＦが形成された撮像画素Ｐｉとが配置された画素行の画素信号で補間している場合を示している。静止画像を生成する際に行う補間は、例えば、線形補間である。

【0087】

ダークシェーディング補正部２４４は、遮光画素Ｐｓに対応する画素信号に基づいて、図９の（ｃ）に示したような暗時情報で構成される画像（黒レベル画像）を生成する。このとき、ダークシェーディング補正部２４４は、撮像画素Ｐｉが配置されている位置の暗時情報を、例えば、周辺の遮光画素Ｐｓの暗時情報で補間して、黒レベル画像を生成する。図９の（ｃ）には、遮光画素Ｐｓが配置された画素行の撮像画素Ｐｉに対応する暗時情報を、行方向に左右に隣接する二つの遮光画素Ｐｓの暗時情報で補間している場合を示している。さらに、図９の（ｃ）には、遮光画素Ｐｓが配置されていない画素行の暗時情報を、列方向に上下の画素行において遮光画素Ｐｓが配置された画素行の暗時情報で補間している場合を示している。黒レベル画像を生成する際に行う補間も、例えば、線形補間である。そして、ダークシェーディング補正部２４４は、画処理部２４が生成した静止画像におけるそれぞれの画素に対応する画像データから、黒レベル画像において同じ位置の画素に対応する暗時情報のデータ（画像データ）を差し引くことによって、ダークシェーディング補正を施した補正画像を生成する。

【0088】

このようにして画像処理エンジン２０では、ダークシェーディング補正の処理が必要であると判断した場合、撮像素子１０により出力された画素信号に含まれる暗時情報に基づいて、画処理部２４が備えるダークシェーディング補正部２４４が黒レベル画像を生成し、画処理部２４が生成した静止画像に対してダークシェーディング補正の処理を行った補正画像を生成する。ところで、ユーザーによりレリーズボタンＲが全押しされて静止画像の撮影を行う場合、必ずしもダークシェーディング補正の処理が必要であるとは限らない。例えば、ＩＳＯ感度が低い場合や、シャッタースピードが速い（露光期間が短い）場合、撮像素子１０の温度が低い場合など、暗電流が問題にはならない条件での撮影では、ダークシェーディング補正の処理を行う必要はない。ダークシェーディング補正の処理が必要ではないと判断した場合、制御部２１は、動画像の撮影と同様の駆動タイミングで撮像素子１０を駆動してもよい。この場合、静止画像の撮影においても、例えば、次に撮影する静止画像のためのＡＦ処理を行うことができる。

【0089】

このように、実施形態の撮像装置１では、画像処理エンジン２０が動画像を生成する場合には、制御部２１が、動画像の撮像（露光）と同時にＡＦ情報を取得するように撮像素子１０を駆動し、静止画像を生成する場合には、制御部２１が、静止画像の撮像（露光）と同時に暗時情報を取得するように撮像素子１０を駆動する。これにより、実施形態の撮像装置１では、撮像素子１０が備える画素アレイ１１の有効画素の領域内に配置された遮光画素Ｐｓを有効に活用することができる。そして、実施形態の撮像装置１では、より好適なＡＦ制御と、より好適なダークシェーディング補正の処理とを両立させることができる。

【0090】

ところで、実施形態の撮像素子１０のように、有効画素の領域内に遮光画素を配置した撮像素子は、従来から知られている。しかし、この従来の撮像素子では、遮光画素は、被写体光を受光する受光領域（受光面積）の半分を遮光する構成である。このため、従来の撮像素子では、実施形態の撮像素子１０と同様に、遮光画素の画素信号に基づいてＡＦ処理を行うことができるが、従来の撮像素子の遮光画素は完全に遮光されている構成でないため、実施形態の撮像素子１０のように、遮光画素Ｐｓの画素信号をダークシェーディング補正の処理にも利用することはできない。

【0091】

さらに、有効画素の領域内に完全に遮光されている遮光画素を配置した撮像素子も、従来から知られている。しかし、この従来の撮像素子では、撮像画素と遮光画素とのそれぞれにマイクロレンズが形成されている。つまり、従来の撮像素子では、実施形態の撮像素子１０におけるマイクロレンズＭＬ－２のように、遮光画素Ｐｓと、この遮光画素Ｐｓの近傍に配置される撮像画素Ｐｉ（ここでは、行方向に隣接する撮像画素Ｐｉ）とでマイクロレンズが共用されるように形成されておらず、マイクロレンズＭＬ－１のように、遮光画素も含めて、それぞれの画素に対してマイクロレンズが形成されている。このため、従来の撮像素子では、実施形態の撮像素子１０と同様に、遮光画素の画素信号に基づいてダークシェーディング補正の処理を行うことができるが、従来の撮像素子の遮光画素の画素信号は、撮像素子１０が備える遮光画素Ｐｓの画素信号のように、位相差ＡＦの処理には利用することができない。つまり、静止画像を生成する際にダークシェーディング補正を行う必要がない場合には、従来の撮像素子の遮光画素の画素信号は、単に静止画像の生成には用いられない無効な画素信号である。

【0092】

しかも、実施形態の撮像素子１０では、従来からある、遮光画素を有効画素領域の外側、いわゆる、オプティカルブラック（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ：ＯＢ）領域に遮光画素を複数（複数行または複数列）配置した構成の一般的な撮像素子よりも、より適切なダークシェーディング補正を行うことができる。より具体的には、ＯＢ領域に配置された遮光画素の画素信号に基づくダークシェーディング補正では、遮光画素に近い位置に配置された撮像画素に対しては適切な補正となるが、遮光画素から遠い位置に配置された撮像画素では適切な補正とはならない場合があるため、ＯＢ領域と画素行あるいは画素列との間の距離によって補正の精度が低下する可能性がある。これに対して、実施形態の撮像素子１０では、遮光画素Ｐｓを有効画素領域内に配置しているため、ダークシェーディング補正を有効画素領域の全体に対して一律に行うことができる。

【0093】

これらのことから、実施形態の撮像素子１０は、画素アレイ１１に配置した遮光画素Ｐｓを、従来の撮像素子よりも、より有効に活用することができる。

【0094】

＜動作シーケンスの別の一例＞
撮像装置１では、図５に示した動作シーケンスと異なる動作シーケンスで撮影動作を行うこともできる。ここで、撮像装置１における撮影動作の別の一例について説明する。図１０は、実施形態の撮像装置１の撮影動作（以下、「第２の撮影動作」という）における撮像素子１０の別の駆動シーケンスの概略を示すシーケンス図である。図１０にも、撮像装置１において動画像を生成しながらＡＦ制御を行い、ユーザーによる撮影の指示に応じて静止画像を生成する場合における撮像素子１０の駆動シーケンスの一例を示している。図１０においても、横軸は時間を示し、縦軸は駆動させる画素アレイ１１の画素行を示している。

【0095】

図１０において、シーケンス２０１は、画素アレイ１１に配置された画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）をリセットするリセット動作を示している。シーケンス２０２およびシーケンス２０４は、画素アレイ１１に配置された画素に、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させる転送動作を示している。シーケンス２０３およびシーケンス２０５は、画素アレイ１１に配置された画素から画素行ごとに順次、露光量に応じた画素信号を出力させる（読み出す）読み出し動作を示している。

【0096】

撮像装置１における第２の撮影動作でも、撮像装置１が起動されると、画像処理エンジン２０は、図５に示した動作シーケンスの撮影動作（以下、「第１の撮影動作」という）と同様に、動画像の生成を開始する。

【0097】

第２の撮影動作でも、撮像装置１が動画像の生成を開始すると、画像処理エンジン２０は、動画像の撮像（露光）と同時に、ＡＦ制御を行うためのＡＦ情報を取得する露光を撮像素子１０に行わせる。動画像の第２の撮影動作では、まず、時刻ｔ１において、制御部２１は、撮像素子１０に配置された全ての画素に対して同時に、シーケンス２０１のリセット動作を行わせる。シーケンス２０１において制御部２１は、画素アレイ１１に配置された全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）が備えるフォトダイオードＰＤおよびフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷を同時にリセットさせる。

【0098】

シーケンス２０１のリセット動作は、全ての画素を同時に駆動する以外は、第１の撮影動作におけるシーケンス１０１のリセット動作と同様である。つまり、走査回路１２は、制御部２１からの制御に応じて、全ての画素行の転送駆動信号ＴＸおよび第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を、例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全ての画素が備えるフォトダイオードＰＤおよびフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷をリセットさせる。走査回路１２は、第１の撮影動作におけるシーケンス１０１のリセット動作と同様に、さらに全ての画素行の第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を、例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全ての遮光画素ＰｓのフォトダイオードＰＤｓに蓄積されている電荷を、ＰＤリセットトランジスタＴ５－２を介した経路でも、リセットさせてもよい。その後、走査回路１２は、全ての画素行の転送駆動信号ＴＸおよび第１リセット駆動信号ＲＳＴ１、さらには全ての画素行の第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を、例えば、“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、全ての画素が備えるフォトダイオードＰＤおよびフローティングディフュージョンＦＤのリセットを終了する。これにより、画素アレイ１１に配置された全ての撮像画素Ｐｉは同時に、入射した被写体光の露光（光電変換した電荷の発生と蓄積）を開始する。図１０においても、露光期間ＥＭは、１回の露光期間を表している。

【0099】

続いて、予め定めた露光期間ＥＭが経過した時刻ｔ２のときに、制御部２１は、全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）に対して同時に、シーケンス２０２の転送動作を行わせる。シーケンス２０２において走査回路１２は、画素アレイ１１に配置された全ての遮光画素ＰｓのフォトダイオードＰＤｓに、マイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷を同時に転送させた後、画素アレイ１１に配置された全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）を同時に、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させる。その後、制御部２１は、画素信号を出力させる（読み出す）タイミングになると、画素アレイ１１の画素行ごとに、シーケンス２０３の読み出し動作を順次行わせる。

【0100】

ここで、制御部２１からの制御に応じて走査回路１２が行うシーケンス２０２およびシーケンス２０３における画素の駆動タイミングについて説明する。図１１は、実施形態の撮像素子１０が備える画素アレイ１１内の遮光画素Ｐｓの駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図１１には、いずれかの画素行に配置された遮光画素Ｐｓに対するシーケンス２０２およびシーケンス２０３における駆動タイミング（以下、「第３の駆動タイミング」という）を示している。撮像素子１０が備える画素アレイ１１内の遮光画素Ｐｓを第３の駆動タイミングで駆動した場合における電荷の移動と電気信号の出力の様子は、図７に示した第１の撮影動作における電荷の移動と電気信号の出力の様子と同様である。図１１に示したタイミングチャートの説明においては、図７を適宜参照して説明する。第３の駆動タイミングは、「第１動作」の一例である。

【0101】

時刻ｔ２においてシーケンス２０２の転送動作を開始すると、走査回路１２は、時刻ｔ２１において、遮光画素Ｐｓが配置された全ての画素行の第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全ての遮光画素Ｐｓが備えるフォトダイオードＰＤｓに蓄積されている電荷を（再度）リセットさせる。その後、走査回路１２は、遮光画素Ｐｓが配置された全ての画素行の第２リセット駆動信号ＲＳＴ２を“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、全ての遮光画素Ｐｓが備えるフォトダイオードＰＤｓのリセットを解除させる。

【0102】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２２において、遮光画素Ｐｓが配置された全ての画素行のＰＤ転送駆動信号ＧＳを“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全ての遮光画素Ｐｓにおいて、マイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷を、フォトダイオードＰＤｓに転送させて蓄積させる（図７の（ａ）参照）。その後、走査回路１２は、遮光画素Ｐｓが配置された全ての画素行のＰＤ転送駆動信号ＧＳを“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、全ての遮光画素ＰｓにおけるフォトダイオードＰＤｉからフォトダイオードＰＤｓへの電荷の転送を終了させる。

【0103】

そして、走査回路１２は、時刻ｔ２３において、全ての画素行の転送駆動信号ＴＸを“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）を同時に、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させて蓄積させる。これにより、撮像画素Ｐｉでは、フォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷が、フローティングディフュージョンＦＤｉに転送されて蓄積され、遮光画素Ｐｓでは、時刻ｔ２２において転送された、マイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉ（同じ画素行の撮像画素Ｐｉ）が備えるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷が、フローティングディフュージョンＦＤｓに転送されて蓄積される。ただし、遮光画素Ｐｓが配置された画素行の撮像画素ＰｉにおけるフォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷は、時刻ｔ２２においてすでにフォトダイオードＰＤｓに転送された後であるため、フローティングディフュージョンＦＤｉには、無効な電荷が転送される。この時点では、走査回路１２は、全ての画素行の選択駆動信号ＳＥＬは“Ｌｏｗ”レベルにしている。このため、この時点では、いずれの画素からも画素信号は出力されない。その後、走査回路１２は、全ての画素行の転送駆動信号ＴＸを“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、全ての画素におけるフォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへの電荷の転送（シーケンス２０２の転送動作）を終了させる。

【0104】

そして、走査回路１２は、遮光画素Ｐｓが配置された画素行の画素信号を出力させる（読み出す）タイミングになると、時刻ｔ２４において、シーケンス２０３の読み出し動作を行わせる画素行の選択駆動信号ＳＥＬを“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、同じ画素行のそれぞれの画素から垂直信号線Ｖに電気信号（ＡＦ情報を含む）を出力させる。これにより、撮像画素Ｐｉでは、増幅トランジスタＴ３－１から、フローティングディフュージョンＦＤｉに転送されたフォトダイオードＰＤｉが露光した被写体光の光量を表す信号レベルの電圧の電気信号が出力され、選択トランジスタＴ４－１を介して垂直信号線Ｖ－１に出力される。ただし、遮光画素Ｐｓと同じ画素行のそれぞれの撮像画素Ｐｉにおいて垂直信号線Ｖ－１に出力される信号レベルの電気信号は、上述したように、動画像の生成やＡＦ制御には無効な信号レベルの電気信号である。遮光画素Ｐｓでは、増幅トランジスタＴ３－２から、フローティングディフュージョンＦＤｓに転送された、マイクロレンズＭＬ－２を共用する撮像画素Ｐｉが備えるフォトダイオードＰＤｉが露光した被写体光の光量を表す信号レベルの電圧の電気信号（ＡＦ情報）が出力され、選択トランジスタＴ４－２を介して垂直信号線Ｖ－２に出力される。

【0105】

撮像素子１０がＣＤＳ回路を備え、ＣＤＳ回路が画素アレイ１１とＡＤＣ１３との間の位置に配置されている場合、ＣＤＳ回路は、それぞれの垂直信号線に出力されたフォトダイオードＰＤの信号レベルの電気信号をサンプリングして保持（クランプ）してもよい。

【0106】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２５において、第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を“Ｈｉｇｈ”レベルにすることによって、同じ画素行のそれぞれの画素から垂直信号線Ｖに電気信号を出力させる。これにより、撮像画素Ｐｉでは、増幅トランジスタＴ３－１から、フローティングディフュージョンＦＤｉのリセットレベルの電荷に応じた電圧の電気信号が、選択トランジスタＴ４－１を介して垂直信号線Ｖ－１に出力される。遮光画素Ｐｓでは、増幅トランジスタＴ３－２から、フローティングディフュージョンＦＤｓのリセットレベルの電荷に応じた電圧の電気信号が、選択トランジスタＴ４－２を介して垂直信号線Ｖ－２に出力される。

【0107】

撮像素子１０がＣＤＳ回路を備え、ＣＤＳ回路が画素アレイ１１とＡＤＣ１３との間の位置に配置されている場合、ＣＤＳ回路は、それぞれの垂直信号線に出力されたフローティングディフュージョンＦＤのリセットレベルの電気信号をサンプリングし、保持（クランプ）しているフォトダイオードＰＤの信号レベルの電気信号との差分をとることによって、ノイズ抑圧処理をしてもよい。

【0108】

その後、走査回路１２は、第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、それぞれのフローティングディフュージョンＦＤのリセットを解除させ、リセットレベルの電気信号の出力を終了させる。

【0109】

続いて、走査回路１２は、時刻ｔ２６において、選択駆動信号ＳＥＬを“Ｌｏｗ”レベルにして、シーケンス２０３の読み出し動作を行わせる画素行からの画素信号の出力（読み出し）を終了させる。そして、走査回路１２は、垂直信号線Ｖ－１および垂直信号線Ｖ－２のそれぞれに出力された現在の画素行の電気信号を、画素ごと（画素列ごと）に順次出力させる。走査回路１２は、現在の画素行の全ての電気信号を出力させると、現在の画素行におけるシーケンス２０３の読み出し動作を終了する（図７の（ｂ）および図７の（ｃ）参照）。

【0110】

図１１に示したタイミングチャートでは、第１の撮影動作と同様に、走査回路１２における遮光画素Ｐｓが配置された画素行の第３の駆動タイミングを示した。走査回路１２は、第１の撮影動作と同様に、第２リセット駆動信号ＲＳＴ２およびＰＤ転送駆動信号ＧＳの制御を行わない、つまり、時刻ｔ２３～時刻ｔ２６の間の駆動タイミングと同様の駆動タイミングでそれぞれの画素を駆動することによって、遮光画素Ｐｓが配置されていない画素行に配置されたそれぞれの撮像画素Ｐｉから、信号レベルおよびリセットレベルのそれぞれの電気信号を垂直信号線Ｖ－１に出力させる。つまり、走査回路１２は、第１の撮影動作と同様に、シーケンス２０２およびシーケンス２０３において、遮光画素Ｐｓが配置された画素行では、図１１に示した第３の駆動タイミングでそれぞれの画素を駆動し、遮光画素Ｐｓが配置されていない画素行では、時刻ｔ２３～時刻ｔ２６の間の駆動タイミングでそれぞれの画素を駆動することによって、それぞれの画素行に配置された画素により出力された電気信号を、画素ごとに順次出力させる。

【0111】

このようにして走査回路１２は、制御部２１からの制御に応じて、全画素に対して同時にシーケンス２０１のリセット動作（言い換えれば、露光開始動作）と、シーケンス２０２の転送動作とを行い、シーケンス２０３の読み出し動作を、画素行ごとに行う。これにより、撮像素子１０は、動画像を生成するための画素信号と同時に、ＡＦ制御を行うためのＡＦ情報を画像処理エンジン２０に出力する。

【0112】

図１０に戻り、時刻ｔ３において、シーケンス２０３の読み出し動作による撮像素子１０からの全ての画素行の画素信号の読み出し動作が完了すると、画処理部２４は、第１の撮影動作と同様に、読み出した画素信号に基づいて、動画像のフレームの生成と、生成したフレームに基づくＡＦ制御とを行う。図１０でも、第１の撮影動作と同様に、それぞれの動画像の撮影に対応するシーケンス２０３の読み出し動作が完了したときに、動画像のフレームの生成と、生成した動画像のフレームに基づくＡＦ制御とを行っている。

【0113】

撮像装置１における第２の撮影動作でも、ユーザーによって開始ボタンＢが再び押下される（つまり、動画像の撮影の終了の指示がある）、あるいはユーザーによってレリーズボタンＲが押下される（つまり、静止画像の撮影の指示がある）まで、動画像の撮像とＡＦ情報の取得およびＡＦ制御とを繰り返す。図１０でも、動画像のフレームＦ４を生成するための動画像の撮像を行っている途中で、ユーザーによりレリーズボタンＲが半押しされたものとしている。

【0114】

この場合、撮像装置１における第２の撮影動作でも、画像処理エンジン２０は、静止画像の生成を開始する。第２の撮影動作でも、撮像装置１において静止画像の生成を開始すると、第１の撮影動作と同様に、制御部２１は、最後に生成した動画像のフレーム（ここでは、フレームＦ４）に基づいて、静止画像を撮影するための撮影条件を決定する。さらに、第２の撮影動作でも第１の撮影動作と同様に、制御部２１は、最後に生成した動画像のフレーム（ここでは、フレームＦ４）に基づいて、撮像した静止画像に対してダークシェーディング補正の処理が必要であるか否かを判断する。そして、第２の撮影動作でも第１の撮影動作と同様に、画像処理エンジン２０は、ユーザーによりレリーズボタンＲが全押しされた場合に、決定した（あるいはユーザーにより設定された）撮影条件で静止画像の撮像（露光）を開始する。このとき、フレームＦ４に基づいたＡＦ制御も行う。図１０では、フレームＦ４に基づくＡＦ制御と決定した撮影条件の設定が完了した時刻ｔ７から静止画像の撮像（露光）を開始するものとしている。

【0115】

撮像装置１における第２の撮影動作でも、静止画像の撮像（露光）を開始すると、制御部２１は、まず、シーケンス２０１のリセット動作を順次行わせる。そして、制御部２１は、撮影条件として決定した露光期間ＥＳが経過した時刻ｔ８のときに、全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）に対して同時に、シーケンス２０４の転送動作を行わせる。その後、画素信号を出力させる（読み出す）タイミングになると、制御部２１は、画素アレイ１１の画素行ごとに、シーケンス２０５の読み出し動作を順次行わせる。

【0116】

シーケンス２０４の転送動作の駆動タイミングは、図１１に示した第３の駆動タイミングにおける時刻ｔ２３の駆動タイミングと同様である。つまり、走査回路１２は、第２リセット駆動信号ＲＳＴ２およびＰＤ転送駆動信号ＧＳを“Ｈｉｇｈ”レベルにして制御を行わない。このため、シーケンス２０４の転送動作では、全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）において、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷が転送されるように駆動される。より具体的には、走査回路１２は、時刻ｔ８において、第３の駆動タイミングの時刻ｔ２３と同様に転送駆動信号ＴＸを制御して、それぞれのフォトダイオードＰＤからそれぞれのフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送させる。このときの遮光画素Ｐｓおよび撮像画素Ｐｉ内のそれぞれの構成要素の動作は、第３の駆動タイミングの時刻ｔ２３のそれぞれの構成要素の動作と同様である。これにより、撮像画素Ｐｉでは、フォトダイオードＰＤｉが発生して蓄積した電荷が、フローティングディフュージョンＦＤｉに転送されて蓄積され、遮光画素Ｐｓでは、フォトダイオードＰＤｓが発生して蓄積した暗電流を表す電荷が、フローティングディフュージョンＦＤｓに転送されて蓄積される。この時点でも、第３の駆動タイミングと同様に、いずれの画素からも画素信号は出力されない。

【0117】

シーケンス２０５の読み出し動作の駆動タイミングは、図１１に示した第３の駆動タイミングにおける時刻ｔ２４～時刻ｔ２６の間の駆動タイミングと同様である。より具体的には、走査回路１２は、画素信号を出力させる（読み出す）タイミングになると、第３の駆動タイミングの時刻ｔ２４と同様に選択駆動信号ＳＥＬを制御し、続いて第３の駆動タイミングの時刻ｔ２５と同様に第１リセット駆動信号ＲＳＴ１を制御し、その後、第３の駆動タイミングの時刻ｔ２６と同様に選択駆動信号ＳＥＬを制御する。このときの遮光画素Ｐｓおよび撮像画素Ｐｉ内のそれぞれの構成要素の動作は、第３の駆動タイミングにおいて対応する時刻におけるそれぞれの構成要素の動作と同様である。これにより、撮像画素Ｐｉでは、まず、フローティングディフュージョンＦＤｉに転送されたフォトダイオードＰＤｉが露光した被写体光の光量を表す信号レベルの電圧の電気信号が垂直信号線Ｖ－１に出力され、次に、フローティングディフュージョンＦＤｉのリセットレベルの電荷に応じた電圧の電気信号が垂直信号線Ｖ－１に出力される。遮光画素Ｐｓでは、まず、フローティングディフュージョンＦＤｓに転送されたフォトダイオードＰＤｓが発生した暗電流を表す信号レベルの電圧の電気信号（暗時情報）が垂直信号線Ｖ－２に出力され、次に、フォトダイオードＰＤｓのリセットレベルの電荷に応じた電圧の電気信号が垂直信号線Ｖ－２に出力される。

【0118】

シーケンス２０４の転送動作およびシーケンス２０５の読み出し動作における駆動タイミングは、「第２動作」の一例である。

【0119】

このようにして走査回路１２は、撮像装置１における第２の撮影動作において、制御部２１からの制御に応じて、全画素に対して同時にシーケンス２０１のリセット動作（言い換えれば、露光開始動作）と、シーケンス２０４の転送動作とを行い、シーケンス２０５の読み出し動作を、画素行ごとに行う。これにより、撮像素子１０は、静止画像を生成するための画素信号を画像処理エンジン２０に出力する。このとき、撮像素子１０が備える画素アレイ１１において遮光画素Ｐｓが配置されている画素行の画素信号には、被写体光が遮光されている状態の画素信号が含まれている。この画素信号は、上述したように、フォトダイオードＰＤｓが、遮光された状態で流れる微弱な暗電流の大きさを表す画素信号である。

【0120】

時刻ｔ９において、シーケンス２０５の読み出し動作による撮像素子１０からの全ての画素行の画素信号の読み出し動作が完了すると、画処理部２４は、第１の撮影動作と同様に、読み出した画素信号に基づいて、静止画像を生成する。図１０でも、第１の撮影動作と同様に、シーケンス２０５で読み出した画素信号に基づいて静止画像Ｓ１を生成するものとしている。このとき、画処理部２４（より具体的には、ダークシェーディング補正部２４４）は、第１の撮影動作と同様に、読み出した画素信号に基づいて、ダークシェーディング補正の処理を行う。撮像装置１における第２の撮影動作におけるダークシェーディング補正の処理は、図９に示した第１の撮影動作におけるダークシェーディング補正の処理と同様である。従って、撮像装置１における第２の撮影動作におけるダークシェーディング補正の処理に関する詳細な説明は省略する。

【0121】

このように、実施形態の撮像装置１では、第２の撮影動作でも、画像処理エンジン２０が動画像を生成する場合には、制御部２１が、動画像の撮像（露光）と同時にＡＦ情報を取得するように撮像素子１０を駆動し、静止画像を生成する場合には、制御部２１が、静止画像の撮像（露光）と同時に暗時情報を取得するように撮像素子１０を駆動する。これにより、実施形態の撮像装置１では、第２の撮影動作でも、撮像素子１０が備える画素アレイ１１の有効画素の領域内に配置された遮光画素Ｐｓを有効に活用することができる。そして、実施形態の撮像装置１では、第２の撮影動作でも、より好適なＡＦ制御と、より好適なダークシェーディング補正の処理とを両立させることができる。

【0122】

しかも、第２の撮影動作では、それぞれの画素におけるシーケンス２０１のリセット動作（露光開始動作）と、シーケンス２０２やシーケンス２０４の転送動作とを、全ての画素（撮像画素Ｐｉおよび遮光画素Ｐｓ）に対して同時に行う。このため、第２の撮影動作では、撮像素子１０が出力する全ての画素信号において、露光期間の開始と終了とのタイミング（露光タイミング）が同じである。さらに、第２の撮影動作では、シーケンス２０２の転送動作を終了してからシーケンス２０３の読み出し動作を開始するまでの時間が画素行ごとに異なる。つまり、それぞれのフローティングディフュージョンＦＤにおいて転送された電荷を保持している時間が画素行ごとに異なる。しかしながら、少なくとも遮光画素Ｐｓは遮光されているため、電荷を保持している期間に、例えば、光に起因するノイズがフローティングディフュージョンＦＤで発生してしまうことはない。これらのことから、第２の撮影動作では、同じ露光タイミングで露光した画素信号を利用して、より精度が高い位相差ＡＦの処理およびダークシェーディング補正の処理を行うことができる。

【0123】

上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、撮像素子が備える画素アレイにおいて、被写体を撮像するための撮像画素が配置された有効画素の領域内に、ＡＦ制御あるいはダークシェーディング補正の処理に用いられる遮光画素が配置する。そして、本発明を実施するための形態では、撮像装置が備える画像処理エンジンが、動画像の撮像と同時にＡＦ制御を行うためのＡＦ情報を取得する、あるいは、静止画像の撮像と同時にダークシェーディング補正の処理を行うための暗時情報を取得する。これにより、本発明を実施するための形態では、撮像素子が備える遮光画素を有効に活用することができる。

【0124】

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。

【符号の説明】

【0125】

１・・・撮像装置、１０・・・撮像素子、１１・・・画素アレイ、ＭＬ－１・・・マイクロレンズ、ＭＬ－２・・・マイクロレンズ、ＣＦ・・・カラーフィルタ、Ｐｉ・・・撮像画素、Ｖ－１・・・垂直信号線、ＰＤｉ・・・フォトダイオード、ＦＤｉ・・・フローティングディフュージョン、Ｔ１－１・・・転送トランジスタ、Ｔ２－１・・・リセットトランジスタ、Ｔ３－１・・・増幅トランジスタ、Ｔ４－１・・・選択トランジスタ、Ｐｓ・・・遮光画素、Ｖ－２・・・垂直信号線、ＰＤｓ・・・フォトダイオード、ＦＤｓ・・・フローティングディフュージョン、Ｔ１－２・・・転送トランジスタ、Ｔ２－２・・・リセットトランジスタ、Ｔ３－２・・・増幅トランジスタ、Ｔ４－２・・・選択トランジスタ、Ｔ５－２・・・ＰＤリセットトランジスタ、Ｔ６－２・・・ＰＤ転送トランジスタ、１２・・・走査回路、１３・・・ＡＤＣ、１４・・・出力部、１５・・・温度センサ、２０・・・画像処理エンジン、２１・・・制御部、２２・・・演算部、２３・・・入力部、２４・・・画処理部、２４２・・・ＡＦ処理部、２４４・・・ダークシェーディング補正部、２５・・・メモリ、２６・・・レンズ制御部、Ｌ・・・レンズ部、Ｒ・・・レリーズボタン、Ｂ・・・開始ボタン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】