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JP2015195235A - 固体撮像素子、電子機器、および撮像方法 - Google Patents

固体撮像素子、電子機器、および撮像方法 Download PDF

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Keiji Taya
圭司 田谷
知治 荻田
Tomoharu Ogita
知治 荻田
永野　隆史
Takashi Nagano
隆史 永野
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Abstract

【課題】通常の撮像以外の特定の処理を行う時の駆動の高速化および低消費電力化を図る。【解決手段】画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、画素を駆動するためのロジック回路とを備え、複数の画素が形成される第１の半導体基板と、ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成される。そして、複数の画素のうち、画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される画素信号を出力する画素である特定画素が、特定画素以外の画素である通常画素と独立して、ロジック回路に接続される。本技術は、例えば、積層型の固体撮像素子に適用できる。【選択図】図４

Description

本開示は、固体撮像素子、電子機器、および撮像方法に関し、特に、通常の撮像以外の特定の処理を行う時の駆動の高速化および低消費電力化を図ることができるようにした固体撮像素子、電子機器、および撮像方法に関する。
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像機能を備えた電子機器においては、例えば、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子が使用されている。固体撮像素子は、光電変換を行うＰＤ（photodiode：フォトダイオード）と複数のトランジスタとが組み合わされた画素を有しており、平面的に配置された複数の画素から出力される画素信号に基づいて画像が構築される。
また、近年、固体撮像素子を搭載する電子機器の小型化に伴って、固体撮像素子の小型化または小面積化が進められている。
例えば、特許文献１には、複数の画素がアレイ状に配置された画素アレイ部などを形成する基板と、画素信号に対する信号処理などを行う基板とを積層する構成により、小面積化が図られた積層型の固体撮像素子が開示されている。
特開２０１０−２４５５０６号公報
ところで、CMOSイメージセンサでは、一般的に、画素からの信号の読み出しを、行または列ごとにスキャンする形式が採用されている。従って、従来のCMOSイメージセンサでは、一部の画素のみにランダムでアクセスするような処理であっても、最低限でも、その一部の画素が配置されている行または列ごとに駆動させる必要があった。
そのため、通常の撮像以外の特定の処理、例えば、動きを検出する処理や、照度センサとして機能する処理、位相差オートフォーカスを行う処理のように、一部の画素のみを駆動する場合であっても、その一部の画素が配置されている行または列ごとの駆動が行われることになる。そのため、それらの特定の処理を行う時の駆動を高速化することが困難であり、それらの特定の処理を行う際の消費電力が増加することがあった。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、通常の撮像以外の特定の処理を行う時の駆動の高速化および低消費電力化を図ることができるようにするものである。
本開示の一側面の固体撮像素子は、画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、前記画素を駆動するためのロジック回路とを備え、複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される。
本開示の一側面の電子機器は、画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、前記画素を駆動するためのロジック回路とを有し、複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される固体撮像素子を備える。
本開示の一側面の撮像方法は、画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する複数の画素と、前記画素を駆動するためのロジック回路とを有し、複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される固体撮像素子の撮像方法において、前記通常画素に対して所定の割合で配置される所定数の前記特定画素から出力される画素信号に基づいて前記特定処理を行い、前記画像の撮像を指示する所定操作が行われると、複数の前記画素の全てから出力される画素信号に基づいて前記撮像処理を行うステップを含む。
本開示の一側面においては、画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する複数の画素と、画素を駆動するためのロジック回路とを有し、複数の画素が形成される第１の半導体基板と、ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成される。そして、複数の画素のうち、画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される画素信号を出力する画素である特定画素が、その特定画素以外の画素である通常画素と独立して、ロジック回路に接続される。
本開示の一側面によれば、通常の撮像以外の特定の処理を行う時の駆動の高速化および低消費電力化を図ることができる。
本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 通常画素および特定画素の平面的な配置を示す図である。 固体撮像素子の回路的な構成を示す図である。 固体撮像素子の断面的な構成を示す図である。 撮像装置の第１の構成例を示すブロック図である。 第１の撮像方法について説明するフローチャートである。 撮像装置の第２の構成例を示すブロック図である。 第２の撮像方法について説明するフローチャートである。 固体撮像素子の第１の変形例における断面的な構成を示す図である。 固体撮像素子の第２の変形例における断面的な構成を示す図である。 固体撮像素子の第３の変形例における断面的な構成を示す図である。 撮像装置の第３の構成例を示すブロック図である。 第３の撮像方法について説明するフローチャートである。 特定画素の補正処理について説明する図である。 固体撮像素子の第４の変形例における断面的な構成を示す図である。 固体撮像素子の第５の変形例における断面的な構成を示す図である。 第４の撮像方法について説明するフローチャートである。 第５の撮像方法について説明するフローチャートである。
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
図１において、固体撮像素子１１は、画素領域１２、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、水平駆動回路１５、出力回路１６、および制御回路１７を備えて構成される。
画素領域１２には、複数の画素２１がアレイ状に配置されており、それぞれの画素２１は、水平信号線２２を介して垂直駆動回路１３に接続されるとともに、垂直信号線２３を介してカラム信号処理回路１４に接続される。複数の画素２１は、図示しない光学系を介して照射される光の光量に応じた画素信号をそれぞれ出力し、それらの画素信号から、画素領域１２に結像する被写体の画像が構築される。
画素２１は、例えば、図１の右側に拡大して示されているように構成されており、光電変換部であるＰＤ２４で発生した電荷は、垂直駆動回路１３による駆動に従って転送トランジスタ２５を介して、浮遊拡散領域であるＦＤ２６に転送される。その後、画素２１が読み出し対象となると、垂直駆動回路１３による駆動に従って選択トランジスタ２８がオンにされ、ＦＤ２６に蓄積されている電荷に応じたレベルの画素信号が、増幅トランジスタ２７から選択トランジスタ２８を介して垂直信号線２３に出力される。また、リセットトランジスタ２９をオンにすることでＦＤ２６に蓄積されている電荷がリセットされ、リセットレベルの画素信号が、増幅トランジスタ２７から選択トランジスタ２８を介して垂直信号線２３に出力される。
垂直駆動回路１３は、画素領域１２に配置される複数の画素２１の行ごとに、それぞれの画素２１を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、水平信号線２２を介して画素２１に供給する。カラム信号処理回路１４は、複数の画素２１から垂直信号線２３を介して出力される画素信号に対してCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)処理を施すことで、画素信号のアナログディジタル変換を行うとともにリセットノイズを除去する。
水平駆動回路１５は、画素領域１２に配置される複数の画素２１の列ごとに、カラム信号処理回路１４から画素信号を出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路１４に供給する。出力回路１６は、水平駆動回路１５の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路１４から供給される画素信号を増幅し、後段の画像処理回路に出力する。
制御回路１７は、固体撮像素子１１の内部の各ブロックの駆動を制御する。例えば、制御回路１７は、各ブロックの駆動周期に従ったクロック信号を生成して、それぞれのブロックに供給する。
このように構成される固体撮像素子１１は、全ての画素２１から出力される画素信号を用いて、高精細な画像を撮像することができる。一方、固体撮像素子１１は、このような全画素駆動を行うのではなく、一部の画素２１から出力される画素信号を用いて、通常の撮像処理以外の特定の処理、例えば、動きを検出する処理や、照度センサとして機能する処理、位相差オートフォーカスを行う処理などの処理（以下適宜、これらの処理を特定処理と称する）を行うことができる。
例えば、一般的な固体撮像素子では、一部の画素の画素信号を用いて特定処理を行う場合であっても、その一部の画素が配置されている列または行ごとに駆動する必要があった。これに対し、固体撮像素子１１は、特定処理を行う際に、一部の画素２１のみを駆動することができるように構成される。以下、適宜、通常の撮像処理において画素信号を出力する画素２１を通常画素２１と称し、特定処理において画素信号を出力する画素２１を特定画素２１Ｘと称する。
このような通常画素２１および特定画素２１Ｘの平面的な配置について、図２を参照して説明する。
図２には、平面的に見た画素領域１２の一部が示されている。画素領域１２の各画素２１には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタが、いわゆるベイヤー配列で配置されており、図２において、それぞれの色に対応する升目が画素２１を表している。
また、図２には、太枠に囲われた４つの特定画素２１Ｘ−１乃至特定画素２１Ｘ−４が示されている。特定画素２１Ｘ−１乃至特定画素２１Ｘ−４は、特定処理を行う際に、それぞれが配置される所定範囲３１−１乃至３１−４にある複数の通常画素２１を代表するもののして扱われる。即ち、図示するように、５×５で配置される２５個の画素２１ごとに正方形の所定範囲３１−１乃至３１−４が設定され、２４個の通常画素２１に対して１個の特定画素２１Ｘの割合で、特定画素２１Ｘが埋め込まれている。
そして、固体撮像素子１１は、通常の撮像を行うときには全画素動作を行って全ての画素２１（通常画素２１および特定画素２１Ｘ）から画素信号を出力して高精細な画像を撮像する。一方、固体撮像素子１１は、特定処理を行う際には、間引き動作を行って、所定の割合で配置された特定画素２１Ｘからのみ画素信号を出力する。
次に、図３を参照して、固体撮像素子１１の回路的な構成について説明する。
図３には、Ｎ個の通常画素２１−１乃至２１−Ｎに対して、１個の特定画素２１Ｘが配置される構成が示されている。また、固体撮像素子１１では、画素２１などのセンサが形成されるセンサ基板４１と、垂直駆動回路１３や、水平駆動回路１５、制御回路１７などのロジック回路が形成されるロジック基板４２とが積層して構成される積層構造が採用されている。
つまり、図３に示すように、固体撮像素子１１では、通常画素２１−１乃至２１−Ｎおよび特定画素２１Ｘがセンサ基板４１に形成され、例えば、ソースフォロワの定電流源として機能するバイアストランジスタ４５−１および４５−２がロジック基板４２に形成される。また、バイアストランジスタ４５−１および４５−２は、バイアス電圧Ｖｂがゲートに入力され一定電流を出力する。
通常画素２１−１乃至２１−Ｎは、図１を参照して上述したように、ＰＤ２４−１乃至２４−Ｎ、転送トランジスタ２５−１乃至２５−Ｎ、ＦＤ２６−１乃至２６−Ｎ、増幅トランジスタ２７−１乃至２７−Ｎ、選択トランジスタ２８−１乃至２８−Ｎ、およびリセットトランジスタ２９−１乃至２９−Ｎをそれぞれ備えて構成される。そして、通常画素２１−１乃至２１−Ｎの選択トランジスタ２８−１乃至２８−Ｎが、センサ基板４１の接合面に形成される接続端子４３−１に接続されている。一方、ロジック基板４２では、バイアストランジスタ４５−１が、ロジック基板４２の接合面に形成される接続端子４４−１に接続されている。
特定画素２１Ｘは、同様に、ＰＤ２４Ｘ、転送トランジスタ２５Ｘ、ＦＤ２６Ｘ、増幅トランジスタ２７Ｘ、選択トランジスタ２８Ｘ、およびリセットトランジスタ２９Ｘを備えて構成される。そして、特定画素２１Ｘの選択トランジスタ２８Ｘが、センサ基板４１の接合面に形成される接続端子４３−２に接続されている。一方、ロジック基板４２では、バイアストランジスタ４５−２が、ロジック基板４２の接合面に形成される接続端子４４−２に接続されている。
そして、センサ基板４１とロジック基板４２とは、基板どうしを直接的に接合するダイレクト接合技術を用いて接合される。なお、ダイレクト接合技術については、本願出願人により出願済みの特許文献（特開２０００−２９９３７９号公報）に詳細に開示されている。
このように、センサ基板４１およびロジック基板４２を接合することで、接続端子４３−１と接続端子４４−１とが電気的に接続されるとともに、接続端子４３−２と接続端子４４−２とが電気的に接続される。これにより、通常画素２１−１乃至２１−Ｎが、接続端子４３−１および接続端子４４−１を介してバイアストランジスタ４５−１に接続され、特定画素２１Ｘが、接続端子４３−２および接続端子４４−２を介してバイアストランジスタ４５−２に接続される。
このように構成される固体撮像素子１１は、通常画素２１−１乃至２１−Ｎとは別に、特定画素２１Ｘを個別に駆動することができる。
次に、図４には、固体撮像素子１１の断面的な構成例が示されている。
図４に示すように、固体撮像素子１１は、センサ基板４１およびロジック基板４２が積層されて構成される。
ロジック基板４２は、図４の下側から順に、半導体層５１および配線層５２が積層されて構成されている。半導体層５１には、ロジック回路を構成するトランジスタなどの素子（図示せず）が形成され、配線層５２には、それらの各素子と接続端子４４−１および４４−２とを接続する配線が形成される。
センサ基板４１は、図４の下側から順に、配線層５３、半導体基板５４、絶縁層５５、カラーフィルタ層５６、オンチップレンズ層５７が積層されて構成される。図4の例では、センサ基板４１に形成される複数の画素２１のうち、５つの通常画素２１−１乃至２１−５および特定画素２１Ｘが示されている。
配線層５３には、接続端子４３−１および４３−２に接続される配線が形成され、図示するように、通常画素２１−１乃至２１−５が配線を介して接続端子４３−１に接続されるとともに、特定画素２１Ｘが配線を介して接続端子４３−２に接続されている。
半導体基板５４には、通常画素２１−１乃至２１−５および特定画素２１Ｘごとに、ＰＤ２４−１乃至２４−５およびＰＤ２４Ｘが形成される。絶縁層５５は、半導体基板５４の受光面（図４の上側の面）を絶縁する。
カラーフィルタ層５６には、通常画素２１−１乃至２１−５および特定画素２１Ｘごとに、それぞれ対応する色の光を透過するフィルター６１−１乃至６１−５およびフィルター６１Ｘが形成される。オンチップレンズ層５７には、通常画素２１−１乃至２１−５および特定画素２１Ｘごとに、それらに照射される光を集光するオンチップレンズ６２−１乃至６２−５およびオンチップレンズ６２Ｘが形成される。
このように、固体撮像素子１１では、センサ基板４１およびロジック基板４２を接合することにより、通常画素２１−１乃至２１−５が接続端子４３−１および接続端子４４−１を介して、ロジック基板４２に電気的に接続されるとともに、特定画素２１Ｘが接続端子４３−２および接続端子４４−２を介して、ロジック基板４２に電気的に接続される。即ち、固体撮像素子１１では、通常画素２１−１乃至２１−５と特定画素２１Ｘとが個別に、ロジック基板４２に接続される構成となっている。
従って、固体撮像素子１１では、特定画素２１Ｘから出力される画素信号を、通常画素２１−１乃至２１−５とは独立して読み出すことができる。即ち、固体撮像素子１１では、特定画素２１Ｘが配置される列ごとに駆動するのではなく、特定画素２１Ｘを列から独立して駆動することができる。このように、特定画素２１Ｘを列から独立して駆動することで、固体撮像素子１１は、例えば、画素信号を読み出す処理を高速動作で行うことができる。
次に、図５は、固体撮像素子１１が搭載される撮像装置の第１の構成例を示すブロック図である。
図５に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像部１０３、信号処理回路１０４、ディスプレイ１０５、記録媒体１０６、および動作検出部１０７を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像部１０３に導き、撮像部１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
撮像部１０３は、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子を蓄積し、その蓄積された電子に応じた信号を信号処理回路１０４および動作検出部１０７に供給する。撮像部１０３には、上述した固体撮像素子１１を適用することができ、以下、撮像部１０３のことを固体撮像素子１１とも称する。固体撮像素子１１は、画像を保存するタイミングとなるまで特定画素２１Ｘのみ画素信号を出力し、画像を保存するタイミングに従って、全ての画素２１（通常画素２１および特定画素２１Ｘ）から出力される画素信号を信号処理回路１０４に供給する。
信号処理回路１０４は、固体撮像素子１１から出力される画素信号から画像を構築し、ホワイトバランス調整処理やガンマ補正処理などの各種の信号処理を施す。例えば、信号処理回路１０４は、特定画素２１Ｘの画素信号のみが供給された場合、それらの画素信号により構築される低解像度の画像をディスプレイ１０５に供給してライブビュー表示を行う。また、信号処理回路１０４は、全ての画素２１から出力される画素信号が供給された場合、それらの画素信号により構築される高精細な画像を、記録媒体１０６に供給して保存（記録）させる。
動作検出部１０７は、例えば、ユーザの動作を検出する動き検出処理を行い、画像を保存するトリガーとなる所定の動作である撮像動作が行われたか否かを判定する。動作検出部１０７には、固体撮像素子１１から特定画素２１Ｘの画素信号のみが供給され、動作検出部１０７は、特定画素２１Ｘのみの画素信号により構成される画像に基づいて、画像に写されているユーザの動作を検出する。
なお、上述したように、固体撮像素子１１は、センサ基板４１およびロジック基板４２が積層されて構成されており、ロジック基板４２に、信号処理回路１０４や動作検出部１０７などが形成される構成とすることができる。即ち、撮像部１０３のみが固体撮像素子１１に対応する構成ではなく、１枚のチップからなる固体撮像素子１１に、撮像部１０３、信号処理回路１０４、および動作検出部１０７が組み込まれる構成とすることができる。
次に、図６は、撮像装置１０１が、ユーザにより撮像動作が行われたときに画像を保存する撮像処理（第１の撮像方法）を説明するフローチャートである。
例えば、ユーザが撮像装置１０１を操作して、撮像動作が行われたときに画像を保存するモードを選択すると処理が開始される。そして、ステップＳ１１において、固体撮像素子１１は、特定画素２１Ｘのみ画素信号を、信号処理回路１０４および動作検出部１０７に出力する。
ステップＳ１２において、動作検出部１０７は、固体撮像素子１１から供給される特定画素２１Ｘの画素信号のみにより構成される画像に基づき、ユーザの動作を検出する動き検出処理を行う。例えば、動作検出部１０７は、特定画素２１Ｘの画素信号のみにより構成される画像を保持し、所定枚数の画像が蓄積された段階で、それらの画像どうしの差分を求めることで、ユーザの動作を検出する。
ステップＳ１３において、動作検出部１０７は、ステップＳ１２の動き検出処理の結果、ユーザが、画像の撮像を指示する所定の撮像動作（例えば、手を振る動作など）を行ったか否かを判定する。
ステップＳ１３において、動作検出部１０７が、ユーザが所定の撮像動作を行っていないと判定した場合、処理はステップＳ１１に戻り、以下、同様の処理が繰り返され、動作検出部１０７に順次、特定画素２１Ｘのみの画素信号が供給される。一方、ステップＳ１３において、動作検出部１０７が、ユーザが所定の撮像動作を行ったと判定した場合、処理はステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４において、動作検出部１０７は、固体撮像素子１１に対して、全画素駆動するように指示し、固体撮像素子１１は、全ての画素２１（通常画素２１および特定画素２１Ｘ）から出力される画素信号を信号処理回路１０４に供給する。
ステップＳ１５において、信号処理回路１０４は、ステップＳ１４で固体撮像素子１１から供給される画素信号により構築される画像を、記録媒体１０６に供給して保存させる。その後、処理はステップＳ１１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
以上のように、撮像装置１０１では、特定画素２１Ｘを個別に駆動することができるように固体撮像素子１１が構成されていることより、ユーザにより撮像動作が行われたと判定されるまでは、特定画素２１Ｘのみから画素信号を出力させることができる。そして、撮像装置１０１では、ユーザにより撮像動作が行われると、複数の画素２１の全てから出力される画素信号に基づいて画像を撮像する撮像処理が行われる。従って、撮像装置１０１では、特定画素２１Ｘから出力される画素信号のみにより構成される画像を用いて動き検出処理を行うことができ、例えば、全ての画素２１を駆動させる構成と比較して、処理を高速化することができ、低消費電力で駆動することができる。
次に、図７は、固体撮像素子１１が搭載される撮像装置の第２の構成例を示すブロック図である。
図７に示す撮像装置１０１Ａにおいて、図５の撮像装置１０１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち、撮像装置１０１Ａは、光学系１０２、撮像部１０３（例えば、固体撮像素子１１を適用）、信号処理回路１０４、ディスプレイ１０５、および記録媒体１０６を備える点で、図５の撮像装置１０１と共通する。但し、撮像装置１０１Ａは、輝度検出部１０８を備える点で、図５の撮像装置１０１と異なる構成となっている。
輝度検出部１０８は、例えば、固体撮像素子１１から供給される特定画素２１Ｘの画素信号の輝度に基づいて、撮像装置１０１Ａが置かれている周囲の環境における照度を検出する照度検出処理を行い、その照度に基づいた動作を行う。例えば、輝度検出部１０８は、照度検出処理により検出された照度の変化に従って、照度が低下したときにはディスプレイ１０５の輝度を下げ、照度が上昇したときにはディスプレイ１０５の輝度を上げる動作を行う。なお、上述したように、１枚のチップからなる固体撮像素子１１に、撮像部１０３、信号処理回路１０４、および輝度検出部１０８が組み込まれる構成とすることができる。
次に、図８は、撮像装置１０１Ａが、撮像装置１０１Ａが置かれている周囲の環境における照度に基づいた動作を行う処理（第２の撮像方法）を説明するフローチャートである。
例えば、ユーザが撮像装置１０１Ａを操作して、撮像装置１０１Ａが置かれている周囲の環境における照度に基づいた動作を行うモードを選択すると処理が開始される。そして、ステップＳ２１において、固体撮像素子１１は、特定画素２１Ｘのみ画素信号を、信号処理回路１０４および輝度検出部１０８に出力する。
ステップＳ２２において、輝度検出部１０８は、固体撮像素子１１から供給される特定画素２１Ｘの画素信号の輝度に基づき、撮像装置１０１Ａが置かれている周囲の環境における照度を検出する照度検出処理を行う。
ステップＳ２３において、輝度検出部１０８は、ステップＳ１２の照度検出処理で検出された照度に基づいた動作を行う。例えば、輝度検出部１０８は、照度検出処理により検出された照度の変化に従って、照度が低下したときにはディスプレイ１０５の輝度を下げ、照度が上昇したときにはディスプレイ１０５の輝度を上げる動作を行う。
ステップＳ２４において、画像の撮像を指示する操作として、ユーザによりシャッタが操作されたか否かが判定される。例えば、撮像装置１０１Ａでは、ユーザにより撮像装置１０１Ａのシャッタが操作されると、図示しない操作制御部からシャッタが操作されたことを示す操作信号が出力され、これにより、ユーザによりシャッタが操作されたと判定される。
ステップＳ２４において、ユーザによりシャッタが操作されていないと判定された場合、処理はステップＳ２１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ２４において、ユーザによりシャッタが操作されたと判定された場合、処理はステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５において、固体撮像素子１１は、全ての画素２１（通常画素２１および特定画素２１Ｘ）から出力される画素信号を信号処理回路１０４に供給する。
ステップＳ２６において、信号処理回路１０４は、ステップＳ２５で固体撮像素子１１から供給される画素信号により構築される画像を、記録媒体１０６に供給して保存させる。その後、処理はステップＳ２１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
以上のように、撮像装置１０１Ａでは、特定画素２１Ｘから出力される画素信号の輝度に基づいて照度検出処理を行うことができる。これにより、撮像装置１０１Ａは、例えば、全ての画素２１を駆動させ、全ての画素２１から出力される画素信号の輝度に基づいて照度検出処理を行う構成と比較して、処理を高速化することができ、低消費電力で駆動することができる。さらに、撮像装置１０１Ａでは、照度を検出することができればよいので、固体撮像素子１１の加算処理などを、動作検出よりも多く行うことができ、また、照度を検出するためだけの照度センサの搭載を省略することができる。
次に、図９には、固体撮像素子の第１の変形例における断面的な構成が示されている。
図９に示す固体撮像素子１１Ａの断面構造において、図４の固体撮像素子１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち、固体撮像素子１１Ａは、センサ基板４１およびロジック基板４２が積層されて構成され、ロジック基板４２は、半導体層５１および配線層５２が積層されて構成され、センサ基板４１は、配線層５３、半導体基板５４、絶縁層５５、カラーフィルタ層５６、オンチップレンズ層５７が積層されて構成される点で、図４の固体撮像素子１１と共通する。また、固体撮像素子１１Ａでは、画素２１ごとに、ＰＤ２４、フィルター６１、およびオンチップレンズ６２が配置される点で、図４の固体撮像素子１１と共通する。
但し、固体撮像素子１１Ａでは、絶縁層５５において、隣り合う画素２１どうしの間に、隣接する画素２１からの入射光を遮光する遮光膜７１が形成されているとともに、特定画素２１Ｘａでは、遮光膜７１ａにより開口の左側の略半分が遮光され、特定画素２１Ｘｂでは、遮光膜７１ｂにより開口の右側の略半分が遮光される点で、図４の固体撮像素子１１と異なる構成とされる。
即ち、固体撮像素子１１Ａでは、一対の特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂが、撮像面において検出される位相差に基づいてＡＦ（Auto Focus）処理を行う像面位相差ＡＦに用いられる。例えば、固体撮像素子１１Ａの複数個所に組み込まれている特定画素２１Ｘａから出力される開口の左側半分が遮光された光による画素信号により第１の位相差画像が構成される。同様に、固体撮像素子１１Ｂの複数個所に組み込まれている特定画素２１Ｘｂから出力される開口の右側半分が遮光された光による画素信号により第２の位相差画像が構成される。そして、第１の位相差画像に写されている被写体の位置と、第２の位相差画像に写されている被写体の位置との差分に基づいて、被写体までの距離が計測され、ＡＦ制御することができる。
そして、固体撮像素子１１Ａでは、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂが、図４の特定画素２１Ｘと同様に、通常画素２１とは個別にロジック基板４２に接続される構成となっている。なお、一対の特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂが、図示しない配線により接続された構成で共通の接続端子を介して、通常画素２１とは個別にロジック基板４２に接続される構成としてもよい。また、特定画素２１Ｘａの遮光膜７１ａおよび特定画素２１Ｘｂの遮光膜７１ｂは、画素２１における遮光領域とは異なって、位相差画像を取得することができる程度に開口の少なくとも一部を遮光する構成であればよい。
次に、図１０には、固体撮像素子の第２の変形例における断面的な構成が示されている。
図１０に示す固体撮像素子１１Ｂの断面構造において、図９の固体撮像素子１１Ａと共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
即ち、固体撮像素子１１Ｂでは、特定画素２１Ｘａ’および特定画素２１Ｘｂ’に、無色（クリア）のフィルター６１Ｘａ’およびフィルター６１Ｘｂ’が配置されている点で、図９の固体撮像素子１１Ａと異なる構成とされる。このように、固体撮像素子１１Ｂでは、所定の色の光を透過させる通常画素２１のフィルター６１とは異なり、例えば、光の透過性の良好なフィルター６１Ｘａ’およびフィルター６１Ｘｂ’を用いることで、特定画素２１Ｘａ’および特定画素２１Ｘｂ’の感度を向上させることができる。これにより、像面位相差ＡＦの合焦精度を向上させることができ、例えば、低照度な環境でも正確にフォーカスを制御することができる。
次に、図１１には、固体撮像素子の第３の変形例における断面的な構成が示されている。
図１１に示す固体撮像素子１１Ｃの断面構造において、図９の固体撮像素子１１Ａと共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
即ち、固体撮像素子１１Ｃでは、特定画素２１Ｘａ’’および特定画素２１Ｘｂ’’に、通常画素２１のオンチップレンズ６２とは光学特性の異なるオンチップレンズ６２Ｘａ’およびオンチップレンズ６２Ｘｂ’が配置されている点で、図９の固体撮像素子１１Ａと異なる構成とされる。例えば、固体撮像素子１１Ｃでは、遮光膜７１ａおよび遮光膜７１ｂにより遮光される端面に光が集光されるように、オンチップレンズ６２Ｘａ’およびオンチップレンズ６２Ｘｂ’の曲率が調整される。または、固体撮像素子１１Ｃでは、遮光膜７１ａおよび遮光膜７１ｂにより遮光される端面に光が集光されるように、オンチップレンズ６２Ｘａ’およびオンチップレンズ６２Ｘｂ’が配置される高さが調整される。例えば、特定画素２１Ｘと通常画素２１とで、半導体基板５４に積層される絶縁層５５の厚みが異なるものとし、遮光膜７１ａおよび遮光膜７１ｂにより遮光される端面に光が集光されるように調整することができる。これにより、固体撮像素子１１Ｃでは、より正確な位相差画像を得ることができ、像面位相差ＡＦの合焦精度を向上させることができる。
なお、このように、通常画素２１とは異なる光を透過するフィルター６１や、通常画素２１とは異なる光学特性のオンチップレンズ６２を、特定画素２１Ｘに配置する他にも、特定画素２１Ｘの構造などを通常画素２１とは異なるものとしてもよい。例えば、特定画素２１ＸのＰＤ２４Ｘにおいて光電変換を行って電荷を蓄積する電荷蓄積時間を、通常画素２１のＰＤ２４における電荷蓄積時間と異なるものとすることができる。例えば、高速駆動を行う特定画素２１Ｘでは電荷蓄積時間を短くする一方、通常画素２１では電荷蓄積時間を長くして、より高感度な画像を得るようにすることができる。また、例えば、特定画素２１ＸのＰＤ２４Ｘのポテンシャルを通常画素２１のＰＤ２４のポテンシャルと異なるものとすることができる。例えば、特定画素２１ＸのＰＤ２４Ｘのポテンシャルを浅く形成することで、高速駆動する際にも、電荷の転送をより確実に行うことができる。
次に、図１２は、例えば、図９の固体撮像素子１１Ａが搭載される撮像装置の第３の構成例を示すブロック図である。
図１２に示す撮像装置１０１Ｂにおいて、図５の撮像装置１０１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち、撮像装置１０１Ｂは、光学系１０２、撮像部１０３（例えば、固体撮像素子１１Ａを適用する）、信号処理回路１０４、ディスプレイ１０５、および記録媒体１０６を備える点で、図５の撮像装置１０１と共通する。但し、撮像装置１０１Ｂは、ＡＦ制御部１０９および駆動部１１０を備える点で、図５の撮像装置１０１と異なる構成となっている。
ＡＦ制御部１０９には、固体撮像素子１１Ａから特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂの画素信号が供給される。ＡＦ制御部１０９は、特定画素２１Ｘａの画素信号から構成される位相差画像に写されている被写体と、特定画素２１Ｘｂの画素信号から構成される位相差画像に写されている被写体との差分を求め、その被写体までの距離を算出する。そして、ＡＦ制御部１０９は、算出した被写体までの距離に基づいて、被写体にフォーカスが合うように、駆動部１１０に対する制御を行うＡＦ処理（合焦処理）を行う。
駆動部１１０は、ＡＦ制御部１０９の制御に従って、光学系１０２が有するＡＦ用のレンズを駆動する。なお、１枚のチップからなる固体撮像素子１１に、撮像部１０３、信号処理回路１０４、およびＡＦ制御部１０９が組み込まれる構成とすることができる。
次に、図１３は、撮像装置１０１Ｂが、像面位相差ＡＦを行う処理（第３の撮像方法）を説明するフローチャートである。
例えば、ユーザが撮像装置１０１Ｂを操作して、ＡＦモードを選択すると処理が開始され、ステップＳ３１において、固体撮像素子１１Ａは、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂのみ画素信号をＡＦ制御部１０９に出力する。
ステップＳ３２において、ＡＦ制御部１０９は、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂの画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて、その被写体までの距離を算出する。そして、ＡＦ制御部１０９は、算出した被写体までの距離に基づいて、被写体にフォーカスが合うように、駆動部１１０に対する制御を行い、駆動部１１０は、ＡＦ制御部１０９の制御に従って、光学系１０２が有するＡＦ用のレンズを駆動するＡＦ処理を行う。
ステップＳ３３において、ＡＦ制御部１０９は、ステップＳ３２でＡＦ処理を行った後に得られる位相差画像に基づいて、被写体に合焦したか否かを判定する。そして、ＡＦ制御部１０９は、被写体に合焦していないと判定した場合、処理はステップＳ３１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ３３において、ＡＦ制御部１０９は、被写体に合焦したと判定した場合、処理はステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４において、ＡＦ制御部１０９は、固体撮像素子１１Ａに対して、全画素駆動するように指示し、固体撮像素子１１Ａは、全ての画素２１（通常画素２１並びに特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂ）から出力される画素信号を信号処理回路１０４に供給する。
ステップＳ３５において、信号処理回路１０４は、ステップＳ３４で固体撮像素子１１から供給される画素信号により構築される画像を、記録媒体１０６に供給して保存させる。その後、処理はステップＳ３１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
以上のように、撮像装置１０１Ｂでは、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂから出力される画素信号のみにより構成される画像を用いてＡＦ処理を行うことができる。これにより、例えば、全ての画素２１を駆動させ、全ての画素から出力される画素信号により構成される画像を用いたＡＦ処理よりも、ＡＦ処理を高速化することができ、より短時間で、被写体に合焦させることができる。また、低消費電力で駆動することができる。
次に、図１４を参照して、特定画素２１Ｘの補正処理について説明する。
例えば、固体撮像素子１１において、特定画素２１Ｘは、ロジック基板４２との接続構成が通常画素２１とは異なるため、その画素特性も通常画素２１とは異なるものとなる。これにより、例えば、同一の照度の光を受光しても、特定画素２１Ｘの画素信号は、通常画素２１の画素信号と異なるものとなり、正確な画像を構築するには補正を行う必要がある。そこで、固体撮像素子１１は、特定画素２１Ｘの近傍にあり、特定画素２１Ｘと同色の光を受光する通常画素２１の画素信号から、特定画素２１Ｘの画素信号を補正する補正処理を行うことで、より正確な画像を構築することができる。
例えば、図１４に示すように、補正の対象となる緑色の光を受光する特定画素２１Ｘ（Ｇ）は、１画素離れた上側にある緑色の光を受光する通常画素２１−１（Ｇ）から出力される画素信号、１画素離れた下側にある緑色の光を受光する通常画素２１−２（Ｇ）から出力される画素信号、１画素離れた右側にある緑色の光を受光する通常画素２１−３（Ｇ）から出力される画素信号、および１画素離れた左側にある緑色の光を受光する通常画素２１−４（Ｇ）から出力される画素信号を用いて、画素特性を補正する補正処理を行うことができる。なお、他の通常画素２１を使用したり、他の補正方法で補正処理をおこなってもよい。また、このような画素信号に対する補正処理を、例えば、図５の信号処理回路１０４が行う他、補正処理を行う回路を固体撮像素子１１のロジック基板４２に組み込むことができる。
さらに、例えば、特定画素２１Ｘの周辺にある通常画素２１に対して、それらの通常画素２１の近傍にあり、同色の光を受光する他の通常画素２１の画素信号を用いた補正処理を行ってもよい。即ち、特定画素２１Ｘの影響が、その周辺にある通常画素２１にも及ぶことが想定され、そのような場合には、特定画素２１Ｘの周辺にある通常画素２１に対して補正処理を行うことで、より正確な画像を構築することができる。
次に、図１５は、固体撮像素子の第４の変形例における断面的な構成を示す図である。
図１５に示す固体撮像素子１１Ｄの断面構造において、図４の固体撮像素子１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち、固体撮像素子１１Ｄは、センサ基板４１およびロジック基板４２を有し、ロジック基板４２は半導体層５１および配線層５２が積層され、センサ基板４１は、配線層５３、半導体基板５４、絶縁層５５、カラーフィルタ層５６、オンチップレンズ層５７が積層されて構成される点で、図４の固体撮像素子１１と共通する。また、固体撮像素子１１Ｄでは、画素２１ごとに、ＰＤ２４、フィルター６１、およびオンチップレンズ６２が配置される点で、図４の固体撮像素子１１と共通する。
但し、固体撮像素子１１Ｄは、センサ基板４１およびロジック基板４２の間に赤外センサ基板８１が配置されている点で、図４の固体撮像素子１１と異なる構成とされる。
赤外センサ基板８１は、図１５の下側から順に、配線層８２、半導体層８３、および配線層８４が積層されて構成され、半導体層８３に赤外ＰＤ８５および８６が形成されている。赤外ＰＤ８５および８６は、固体撮像素子１１Ｄの深い領域まで届く赤外光を検出する。赤外ＰＤ８５および８６から出力される赤外光の画素信号は、例えば、監視カメラとして利用したり、物体の距離を計測するセンサとして利用したりすることができる。また、固体撮像素子１１Ｄの周辺部分には、赤外センサ基板８１を貫通するように、貫通電極８７が形成され、貫通電極８７によりセンサ基板４１およびロジック基板４２が電気的に接続される。
このように構成される固体撮像素子１１Ｄでは、図４の固体撮像素子１１と同様に、センサ基板４１に配置される特定画素２１Ｘ（図１５には図示せず）を個別に駆動するように構成したり、赤外センサ基板８１に形成される赤外ＰＤ８５または８６のいずれかを個別に駆動したりするように構成することができる。または、固体撮像素子１１Ｄでは、センサ基板４１に配置される特定画素２１Ｘ（図１５には図示せず）と、赤外センサ基板８１に形成される赤外ＰＤ８５または８６との両方が、個別に駆動するように構成してもよい。
次に、図１６は、固体撮像素子の第５の変形例における断面的な構成を示す図である。
図１６に示す固体撮像素子１１Ｅの断面構造において、図４の固体撮像素子１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち、固体撮像素子１１Ｅは、センサ基板４１およびロジック基板４２を有し、ロジック基板４２は半導体層５１および配線層５２が積層され、センサ基板４１は、配線層５３、半導体基板５４、絶縁層５５、カラーフィルタ層５６、オンチップレンズ層５７が積層されて構成される点で、図４の固体撮像素子１１と共通する。また、固体撮像素子１１Ｅでは、画素２１ごとに、ＰＤ２４、フィルター６１、およびオンチップレンズ６２が配置される点で、図４の固体撮像素子１１と共通する。
但し、固体撮像素子１１Ｅは、センサ基板４１およびロジック基板４２の間に赤外センサ基板９１が配置されている点で、図４の固体撮像素子１１と異なる構成とされる。
赤外センサ基板９１は、図１６の下側から順に、配線層９２、化合物半導体層９３、および配線層９４が積層されて構成される。化合物半導体層９３は、例えば、InGaAs（Indium Gallium Arsenide（インジウムガリウムヒ化物)）などにより構成され、固体撮像素子１１Ｅの深い領域まで届く赤外光を検出する。そして、化合物半導体層９３は、それぞれ対応する画素２１ごとに赤外ＰＤとして機能し、赤外ＰＤごとに赤外光の画素信号を出力する。化合物半導体層９３から出力される赤外光の画素信号は、例えば、監視カメラとして利用したり、物体の距離を計測するセンサとして利用したりすることができる。また、固体撮像素子１１Ｅの周辺部分には、赤外センサ基板９１を貫通するように、貫通電極９５が形成され、貫通電極９５によりセンサ基板４１およびロジック基板４２が電気的に接続される。
このように構成される固体撮像素子１１Ｅでは、図４の固体撮像素子１１と同様に、センサ基板４１に配置される特定画素２１Ｘ（図１６には図示せず）を個別に駆動するように構成したり、赤外センサ基板９１に形成される化合物半導体層９３の赤外ＰＤを個別に駆動したりするように構成することができる。または、固体撮像素子１１Ｄでは、センサ基板４１に配置される特定画素２１Ｘ（図１６には図示せず）と、赤外センサ基板９１に形成される化合物半導体層９３の赤外ＰＤとが、個別に駆動するように構成してもよい。
次に、図１７のフローチャートを参照して、第４の撮像方法について説明する。
例えば、図５の撮像装置１０１において、画像とともに動き情報を保存するモードを選択すると処理が開始され、ステップＳ４１において、固体撮像素子１１は、特定画素２１Ｘのみ画素信号を、信号処理回路１０４および動作検出部１０７に出力する。
ステップＳ４２において、ユーザによりシャッタが操作されたか否かが判定され、ユーザによりシャッタが操作されていないと判定された場合、処理はステップＳ４１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ４２において、ユーザによりシャッタが操作されたと判定された場合、処理はステップＳ４３およびＳ４５に進む。
ステップＳ４３およびＳ４４の処理と、ステップＳ４５乃至Ｓ４７の処理は並行して行われる。
ステップＳ４３において、固体撮像素子１１は、全ての画素２１（通常画素２１および特定画素２１Ｘ）から出力される画素信号を信号処理回路１０４に供給する。ステップＳ４４において、信号処理回路１０４は、ステップＳ４３で固体撮像素子１１から供給される画素信号により構築される画像を、記録媒体１０６に供給して保存させる。
一方、ステップＳ４５において、動作検出部１０７は、固体撮像素子１１から供給される特定画素２１Ｘの画素信号のみにより構成される画像に基づき、ユーザの動作を検出する動き検出処理を行う。
ステップＳ４６において、動作検出部１０７は、所定回数の動き検出処理を行ったか否かを判定し、動き検出処理が所定回数未満である場合には、所定回数となるまで動き検出処理が繰り返される。上述したように、動き検出処理は、高速駆動することができ、ステップＳ４３において全ての画素２１から画素信号を出力してステップＳ４４において画像を保存する間に、複数回行うことができる。
ステップＳ４６において、動作検出部１０７が、所定回数の動き検出処理を行ったと判定した場合、処理はステップＳ４７に進み、動作検出部１０７は、複数回行った動き検出処理により検出された動きから動き情報を算出する。
ステップＳ４４およびＳ４７の処理後、処理はステップＳ４８に進み、ステップＳ４７で算出された動き情報と、ステップＳ４３で構築された画像とがセットにして、記録媒体１０６に保存される。そして、ステップＳ４８の処理後、処理はステップＳ４１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
以上のように、撮像装置１０１では、特定画素２１Ｘを高速駆動することができるので、通常の撮像が行われている間に、特定画素２１Ｘから出力される画素信号に基づいて、動き情報を取得することができる。これにより、被写体が撮像されたタイミングにおける動きを、画像とともに保存することができる。なお、第４の撮像方法において、ステップＳ４１の処理を省略して、シャッタが操作されたことを検出して処理が開始されるようにしてもよい。また、第４の撮像方法において、ステップＳ４６における判定処理を行わずに、ステップＳ４５の動き検出処理を所定回数、連続的に行うようにしてもよい。
次に、図１８のフローチャートを参照して、第５の撮像方法について説明する。
例えば、図１２の撮像装置１０１Ｂにおいて、画像とともに距離情報を保存するモードを選択すると処理が開始され、ステップＳ５１において、固体撮像素子１１Ａは、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂのみ画素信号を、信号処理回路１０４およびＡＦ制御部１０９に出力する。
ステップＳ５２において、ユーザによりシャッタが操作されたか否かが判定され、ユーザによりシャッタが操作されていないと判定された場合、処理はステップＳ５１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ５２において、ユーザによりシャッタが操作されたと判定された場合、処理はステップＳ５３およびＳ５６に進む。
ステップＳ５３乃至Ｓ５５の処理と、ステップＳ５６乃至Ｓ５８の処理は並行して行われる。
ステップＳ５３において、ＡＦ制御部１０９は、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂの画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて、その被写体までの距離を算出する。そして、ＡＦ制御部１０９は、算出した被写体までの距離に基づいて、被写体にフォーカスが合うように、駆動部１１０に対する制御を行い、駆動部１１０は、ＡＦ制御部１０９の制御に従って、光学系１０２が有するＡＦ用のレンズを駆動するＡＦ処理を行う。ＡＦ処理を行った結果、被写体にフォーカスが合うと処理はステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４において、ＡＦ制御部１０９は、固体撮像素子１１Ａに対して、全画素駆動するように指示し、固体撮像素子１１Ａは、全ての画素２１（通常画素２１並びに特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂ）から出力される画素信号を信号処理回路１０４に供給する。ステップＳ５５において、信号処理回路１０４は、ステップＳ５４で固体撮像素子１１Ａから供給される画素信号により構築される画像を、記録媒体１０６に供給して保存させる。
一方、ステップＳ５６において、ＡＦ制御部１０９は、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂの画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて、その被写体までの距離を算出する距離検出処理を行う。
ステップＳ５７において、ＡＦ制御部１０９は、所定回数の距離検出処理を行ったか否かを判定し、距離検出処理が所定回数未満である場合には、所定回数となるまで距離検出処理が繰り返される。上述したように、距離検出処理は、高速駆動することができ、ステップＳ５３からステップＳ５５までの処理が行われる間に、複数回行うことができる。
ステップＳ５７において、ＡＦ制御部１０９が、所定回数の距離検出処理を行ったと判定した場合、処理はステップＳ５８に進み、ＡＦ制御部１０９は、複数回行った距離検出処理により検出された距離から距離情報（被写体が光軸方向に移動しているときには、被写体までの距離の変化を含む情報）を算出する。
ステップＳ５５およびＳ５８の処理後、処理はステップＳ５９に進み、ステップＳ５８で算出された距離情報と、ステップＳ５４で構築された画像とをセットにして、記録媒体１０６に保存される。そして、ステップＳ５９の処理後、処理はステップＳ５１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。なお、第５の撮像方法において、ステップＳ５１の処理を省略して、シャッタが操作されたことを検出して処理が開始されるようにしてもよい。また、第５の撮像方法において、ステップＳ５７における判定処理を行わずに、ステップＳ５６の距離検出処理を所定回数、連続的に行うようにしてもよい。
以上のように、撮像装置１０１Ｂでは、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂを高速駆動することができるので、通常の撮像が行われている間に、特定画素２１Ｘａおよび特定画素２１Ｘｂから出力される画素信号に基づいて、複数の距離情報を取得することができる。これにより、被写体が撮像されたタイミングにおける被写体までの距離の変化を、画像とともに保存することができる。例えば、ＡＦ用のレンズの動きと同期された被写体までの距離情報を、画像とセットで記録することができる。
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPU（Central Processing Unit）により処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
また、固体撮像素子１１は、撮像装置１０１以外に、例えば、撮像を主な機能とする電子機器、携帯電話機器、または、いわゆるスマートフォンやタブレットなどと呼ばれる多機能型携帯端末のように撮像機能を備えた電子機器が適応可能とされる。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、
前記画素を駆動するためのロジック回路と
を備え、
複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、
複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される
固体撮像素子。
（２）
前記通常画素に対して所定の割合で配置される所定数の前記特定画素から出力される画素信号に基づいて前記特定処理を行い、
前記画像の撮像を指示する所定操作が行われると、複数の前記画素の全てから出力される画素信号に基づいて前記撮像処理を行う
上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記特定処理は、前記画像に写されている被写体の動作を検出する動き検出処理である
上記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記特定処理は、前記撮像素子を備える電子機器が置かれている周囲の環境における照度を検出する照度検出処理である
上記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記特定画素は、照射される光を開口の一部の領域で遮光して得られる画素信号から構築される位相差画像を取得するのに用いられる位相差画素であり、
前記特定処理は、前記位相差画素から出力される画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて前記被写体にフォーカスを合わせる合焦処理である
上記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記特定画素に配置される遮光膜による遮光領域が、前記通常画素に配置される遮光膜による遮光領域とは異なって、前記特定画素の開口の少なくとも一部を遮光する
上記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記特定画素に配置されるフィルターが透過する光の色が、前記通常画素に配置されるフィルターが透過する光の色とは異なる
上記（５）または（６）に記載の固体撮像素子。
（８）
前記特定画素に配置されるオンチップレンズの光学特性が、前記通常画素に配置されるオンチップレンズの光学特性とは異なる
上記（５）から（７）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記第１の半導体基板を構成する半導体基板に積層される絶縁膜の厚みが、前記特定画素と前記通常画素とで異なる
上記（５）から（８）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
前記特定画素が有する光電変換部において光電変換を行って電荷を蓄積する蓄積時間が、前記通常画素における前記蓄積時間とは異なる
上記（１）から（９）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記特定画素が有する光電変換部のポテンシャルが、前記通常画素が有する光電変換部のポテンシャルとは異なる
上記（１）から（１０）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記特定画素から出力される画素信号に対して、その特定画素の近傍にある所定の前記通常画素の画素信号を用いた補正が行われる
上記（１）から（１１）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
前記特定画素の周辺にある前記通常画素から出力される画素信号に対して、その通常画素の近傍にある所定の前記通常画素の画素信号を用いた補正が行われる
上記（１）から（１２）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記第１の半導体基板の前記画素よりも深い位置に形成される他の画素を有する第３の半導体基板が積層される
上記（１）から（１２）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、
前記画素を駆動するためのロジック回路と
を有し、
複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、
複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される
固体撮像素子を備える電子機器。
（１６）
画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する複数の画素と、前記画素を駆動するためのロジック回路とを有し、複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される固体撮像素子の撮像方法において、
前記通常画素に対して所定の割合で配置される所定数の前記特定画素から出力される画素信号に基づいて前記特定処理を行い、
前記画像の撮像を指示する所定操作が行われると、複数の前記画素の全てから出力される画素信号に基づいて前記撮像処理を行う
ステップを含む撮像方法。
（１７）
前記特定処理は、前記画像に写されている被写体の動作を検出する動き検出処理であり、
前記撮像処理で撮像される画像とともに、前記動き検出処理で取得される動き情報を保存する
ステップを含む上記（１６）に記載の撮像方法。
（１８）
前記特定画素は、照射される光を開口の一部の領域で遮光して得られる画素信号から構築される位相差画像を取得するのに用いられる位相差画素であり、
前記特定処理は、前記位相差画素から出力される画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて前記被写体にフォーカスを合わせる合焦処理であって、
前記撮像処理で撮像される画像とともに、前記合焦処理で取得される動き情報を保存する
ステップを含む上記（１６）に記載の撮像方法。
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
１１ 固体撮像素子， １２ 画素領域， １３ 垂直駆動回路， １４ カラム信号処理回路， １５ 水平駆動回路， １６ 出力回路， １７ 制御回路， ２１ 画素，通常画素 ２１ 画素，通常画素， ２１Ｘ 特定画素， ２３ 垂直信号線， ２４ ＰＤ， ２５ 転送トランジスタ， ２６ ＦＤ， ２７ 増幅トランジスタ， ２８ 選択トランジスタ， ２９ リセットトランジスタ， ３１−１乃至３１−４ 所定範囲， ４１ センサ基板， ４２ ロジック基板， ４３−１および４３−２ 接続端子， ４４−１および４４−２ 接続端子， ４５−１および４５−２ バイアストランジスタ， ５１ 半導体層， ５２ 配線層， ５３ 配線層， ５４ 半導体基板， ５５ 絶縁層， ５６ カラーフィルタ層， ５７ オンチップレンズ層， ６１ フィルター， ６２ オンチップレンズ， １０１ 撮像装置， １０２ 光学系， １０３ 撮像部， １０４ 信号処理回路， １０５ ディスプレイ， １０６ 記録媒体， １０７ 動作検出部， １０８ 輝度検出部， １０９ ＡＦ制御部， １１０ 駆動部

Claims (18)

  1. 画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、
    前記画素を駆動するためのロジック回路と
    を備え、
    複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、
    複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される
    固体撮像素子。
  2. 前記通常画素に対して所定の割合で配置される所定数の前記特定画素から出力される画素信号に基づいて前記特定処理を行い、
    前記画像の撮像を指示する所定操作が行われると、複数の前記画素の全てから出力される画素信号に基づいて前記撮像処理を行う
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記特定処理は、前記画像に写されている被写体の動作を検出する動き検出処理である
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記特定処理は、前記撮像素子を備える電子機器が置かれている周囲の環境における照度を検出する照度検出処理である
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  5. 前記特定画素は、照射される光を開口の一部の領域で遮光して得られる画素信号から構築される位相差画像を取得するのに用いられる位相差画素であり、
    前記特定処理は、前記位相差画素から出力される画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて前記被写体にフォーカスを合わせる合焦処理である
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 前記特定画素に配置される遮光膜による遮光領域が、前記通常画素に配置される遮光膜による遮光領域とは異なって、前記特定画素の開口の少なくとも一部を遮光する
    請求項５に記載の固体撮像素子。
  7. 前記特定画素に配置されるフィルターが透過する光の色が、前記通常画素に配置されるフィルターが透過する光の色とは異なる
    請求項５に記載の固体撮像素子。
  8. 前記特定画素に配置されるオンチップレンズの光学特性が、前記通常画素に配置されるオンチップレンズの光学特性とは異なる
    請求項５に記載の固体撮像素子。
  9. 前記第１の半導体基板を構成する半導体基板に積層される絶縁膜の厚みが、前記特定画素と前記通常画素とで異なる
    請求項５に記載の固体撮像素子。
  10. 前記特定画素が有する光電変換部において光電変換を行って電荷を蓄積する蓄積時間が、前記通常画素における前記蓄積時間とは異なる
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  11. 前記特定画素が有する光電変換部のポテンシャルが、前記通常画素が有する光電変換部のポテンシャルとは異なる
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  12. 前記特定画素から出力される画素信号に対して、その特定画素の近傍にある所定の前記通常画素の画素信号を用いた補正が行われる
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  13. 前記特定画素の周辺にある前記通常画素から出力される画素信号に対して、その通常画素の近傍にある所定の前記通常画素の画素信号を用いた補正が行われる
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  14. 前記第１の半導体基板の前記画素よりも深い位置に形成される他の画素を有する第３の半導体基板が積層される
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  15. 画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する画素と、
    前記画素を駆動するためのロジック回路と
    を有し、
    複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、
    複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される
    固体撮像素子を備える電子機器。
  16. 画像を構築するのに用いられる画素信号を出力する複数の画素と、前記画素を駆動するためのロジック回路とを有し、複数の前記画素が形成される第１の半導体基板と、前記ロジック回路が形成される第２の半導体基板とが接合される積層構造により構成され、複数の前記画素のうち、前記画像を撮像する撮像処理以外の処理である特定処理において使用される前記画素信号を出力する前記画素である特定画素が、前記特定画素以外の前記画素である通常画素と独立して、前記ロジック回路に接続される固体撮像素子の撮像方法において、
    前記通常画素に対して所定の割合で配置される所定数の前記特定画素から出力される画素信号に基づいて前記特定処理を行い、
    前記画像の撮像を指示する所定操作が行われると、複数の前記画素の全てから出力される画素信号に基づいて前記撮像処理を行う
    ステップを含む撮像方法。
  17. 前記特定処理は、前記画像に写されている被写体の動作を検出する動き検出処理であり、
    前記撮像処理で撮像される画像とともに、前記動き検出処理で取得される動き情報を保存する
    ステップを含む請求項１６に記載の撮像方法。
  18. 前記特定画素は、照射される光を開口の一部の領域で遮光して得られる画素信号から構築される位相差画像を取得するのに用いられる位相差画素であり、
    前記特定処理は、前記位相差画素から出力される画素信号から構築される一組の位相差画像に写されている被写体の位置の差に基づいて前記被写体にフォーカスを合わせる合焦処理であって、
    前記撮像処理で撮像される画像とともに、前記合焦処理で取得される動き情報を保存する
    ステップを含む請求項１６に記載の撮像方法。
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