CN105594198B - 摄像元件以及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

提供光学黑体像素的新型配置结构。提供一种摄像元件，该摄像元件具有：微透镜；与微透镜对应设置的像素，其对经由具有预先决定的分光特性的滤光片入射的光进行光电转换，生成图像数据；以及与微透镜对应设置的修正用像素，其生成用于将图像数据中包含的噪声去除的修正数据。另外，提供具有上述摄像元件的摄像装置。

Description

摄像元件以及摄像装置
技术领域
本发明涉及一种摄像元件以及摄像装置。
背景技术
以往，在与摄像元件的有效像素区域接近且与该有效像素区域不同的区域设有光学黑体(Optical Black)区域(例如，参照专利文献1)。另外，提出了在有效像素区域中设置至少一个光学黑体像素的方案(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2012-124213号公报
专利文献2：JP特开2013-118573号公报
发明内容
发明想要解决的问题
但是，若在与有效像素区域不同的区域设置光学黑体区域，则摄像元件的面积会增大。另外，由于读取像素信号的像素的位置与光学黑体区域的位置在空间上分离，所以在通过区块划分方式读取像素信号的情况下，存在下述的问题。
首先，存在光学黑体区域的输出基准电平与在读取像素信号的像素的位置应检测的输出基准电平之间产生差异的问题。还存在在针对每一个区块使电荷蓄积时间变化的情况下，必须根据电荷蓄积时间的变化对光学黑体区域的输出基准电平进行修正，以用来作为输出基准电平的问题。
用于解决问题的手段
本发明的第一方面提供一种摄像元件，该摄像元件具有：微透镜；与微透镜对应设置的像素，其对经由具有预先决定的分光特性的滤光片入射的光进行光电转换，生成图像数据；以及与微透镜对应设置的修正用像素，其生成用于将图像数据中包含的噪声去除的修正数据。
本发明的第二方面提供一种摄像元件，该摄像元件具有：第一像素，其在第一摄像条件下进行摄像动作，生成第一图像数据；第一修正用像素，其在第一摄像条件下进行摄像动作，生成用于将第一图像数据中包含的噪声去除的第一修正数据；第二像素，其在与第一摄像条件不同的第二摄像条件下进行摄像动作，生成第二图像数据；以及第二修正用像素，其在第二摄像条件下进行摄像动作，来生成用于将第二图像数据中包含的噪声去除的第二修正数据。
本发明的第三方面提供一种摄像装置，该摄像装置具有上述记载的摄像元件。
此外，上述的发明内容并非列举本发明的全部必要特征。另外，这些特征组的子组合也可以构成发明。
附图说明
图1是单镜头反光相机400的剖视图。
图2是示出第一实施方式中的摄像元件10的光电转换区域11以及光电转换区域11的局部区域14的图。
图3是示出像素部区域24-1、图像处理ASIC624的一部分以及CPU622的一部分的电路示意图。
图4是图3中的像素部区域24-1的示意图。
图5a是像素部区域30的放大图。
图5b是示出B-B截面中的第三分光特性的像素20-3、第二分光特性的像素20-2以及修正用像素22-2的示意图。
图6是示出第二实施方式中的光电转换区域11的局部区域14的图。
图7是示出第三实施方式中的光电转换区域11的局部区域14的图。
图8是示出第四实施方式中的摄像元件110的光电转换区域111以及像素块112的局部区域114的图。
图9是示出摄像元件部200的一部分、图像处理ASIC624的一部分以及CPU622的一部分的示意图。
图10是示出一个像素块112的动作的时序图。
图11是示出第五实施方式中的像素块112的局部区域114的图。
图12是示出第六实施方式中的像素块112的局部区域114的图。
图13是示出第七实施方式中的像素块112的局部区域114的图。
图14a是区域130的放大图。
图14b是示出B-B截面中的修正用像素124以及修正用像素126的示意图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但以下的实施方式并不限定权利要求书所述的发明。另外，在实施方式中说明的特征的全部组合不一定都是发明的解决方式所必需的。
图1是单镜头反光相机400的剖视图。作为摄像装置的单镜头反光相机400具有摄像元件部200。摄像元件部200包含摄像元件。单镜头反光相机400具有镜头单元500以及相机机身600。在相机机身600上安装有镜头单元500。在镜头单元500的镜筒内具有沿着光轴410排列的光学***，将入射的被摄体光束引导至相机机身600的摄像元件部200。
此外，在本说明书中，第一方向与第二方向垂直。第一方向可以是摄像元件部200中的摄像元件的列方向，第二方向可以是摄像元件部200中的摄像元件的行方向。另外，第一方向可以是摄像元件的所谓的x方向，第二方向可以是摄像元件的所谓的y方向。而且，第一方向可以说成摄像元件的垂直方向，第二方向可以说成摄像元件的电平方向。第三方向是与由第一方向以及第二方向规定的平面相垂直的方向。第三方向与光轴410平行。第三方向可以说成z方向。
相机机身600在与镜头安装部550相结合的机身安装部660的后方具有主反射镜672以及副反射镜674。主反射镜672以能够在相对于从镜头单元500入射的被摄体光束倾斜设置的斜设位置与避让被摄体光束的避让位置之间转动的方式轴支承。副反射镜674以能够相对于主反射镜672转动的方式轴支承。
在主反射镜672位于斜设位置的情况下，通过镜头单元500入射的被摄体光束中的大部分被主反射镜672反射并引导至对焦板652。对焦板652配置在与摄像元件的受光面共轭的位置，使得镜头单元500的光学***所形成的被摄体像可视化。通过五棱镜654以及取景器光学***656，从取景器650观察形成于对焦板652的被摄体像。入射至位于斜设位置的主反射镜672的被摄体光束的一部分从主反射镜672的半透明反射镜区域透射而入射至副反射镜674。副反射镜674将从半透明反射镜区域入射的光束的一部分反射至聚焦光学***680。聚焦光学***680将入射光束的一部分引导至焦点检测传感器682。
此外，在本例中采用了相位差自动对焦方式。但是，在采用像面相位差自动对焦方式的情况下，能够省略副反射镜674、聚焦光学***680以及焦点检测传感器682。由此，与相位差自动对焦方式的情况相比，能够缩小相机机身600的体积。
对焦板652、五棱镜654、主反射镜672、副反射镜674由作为结构体的镜箱670支承。摄像元件部200安装于镜箱670上。若主反射镜672以及副反射镜674避让至避让位置，使快门单元340的前帘幕以及后帘幕处于打开状态，则透射镜头单元500的被摄体光束到达摄像元件的受光面。
在摄像元件部200的后方依次配置有机身基板620以及背面显示部634。采用液晶面板等背面显示部634显示在相机机身600的背面。在机身基板620上安装有CPU622、图像处理ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)624等电子电路。将摄像元件的输出经由与上述的玻璃基板电连接的挠性基板传递至图像处理ASIC624。
在上述的实施方式中，说明了以单镜头反光相机400作为摄像装置的例子，但是也可以将相机机身600理解为摄像装置。另外，摄像装置不限于具有反射镜单元的镜头更换式相机，也可以是不具有反射镜单元的镜头更换式相机、与有无反射镜单元无关的镜头一体式相机。
图2是示出第一实施方式中的摄像元件10的光电转换区域11以及光电转换区域11的局部区域14的图。摄像元件10具有光电转换区域11。光电转换区域11具有多个微透镜18、多个像素20、以及修正用像素22。此外，将与一个微透镜18对应设置的3个像素20以及一个修正用像素22或者4个像素20作为像素单元16。另外，将具有相同的分光特性的3个像素20以及一个修正用像素22或者4个像素20作为像素部区域24。在后面的附图中针对像素部区域30进行说明。
多个微透镜18中的每一个使入射至光电转换区域11的光会聚于像素20。多个微透镜18设置在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上。在本例中，多个微透镜18在由第一方向以及第二方向规定的平面上设置为矩阵状。另外，与多个微透镜18中的每一个相对应地设置多个像素20。在本例中，与多个微透镜18中的每一个相对应地，以沿着第一方向配置两个以及沿着第二方向配置两个的方式设置有4个像素。即，与一个微透镜18相对应地，将4个像素设置为矩阵状。
像素20是将入射的光进行光电转换来生成图像数据的像素的一个例子。像素20具有滤光片以及光电转换部，该滤光片具有预先决定的分光特性。此外，在像素20中，光电转换部对经由滤光片入射的光进行光电转换。此外，在由第一方向以及第二方向规定的平面上的光电转换部的形状可以是例如对四边形的一角取倒角得到的形状，以便于经由微透镜18接收从第三方向入射的光。
在本说明书中，多个像素20具有：第一分光特性的像素20-1，其包括对经由具有第一分光特性的第一滤光片入射的光进行光电转换的光电转换部；第二分光特性的像素20-2，其包括对经由具有第二分光特性的第二滤光片入射的光进行光电转换的光电转换部；以及第三分光特性的像素20-3，其包括对经由具有第三分光特性的第三滤光片入射的光进行光电转换的光电转换部。第一、第二以及第三分光特性可以分别是红色、绿色以及蓝色。在本例中，第一分光特性的像素20-1具有红色(R)的滤光片，第二分光特性的像素20-2具有绿色(G)的滤光片，第三分光特性的像素20-3具有蓝色(B)的滤光片。
第一分光特性的像素以及第三分光特性的像素设于4个像素的一条对角线上。另外，两个第二分光特性的像素设于4个像素的另一条对角线上。在本例中，第一分光特性的像素20-1(R)和第三分光特性的像素20-3(B)设于一条对角线上，两个第二分光特性的像素像素20-2(G)设于另一条对角线上。
此外，与一个微透镜18对应设置的4个像素20的配置和在第一方向上相邻的微透镜18的两组4个像素20的配置成镜像对称。另外，与一个微透镜18对应设置的4个像素20的配置和在第二方向上相邻的微透镜18的两组4个像素20的配置成镜像对称。
即，在本例中，像素单元16-1与像素单元16-2关于在像素单元16-1和像素单元16-2之间的平行于第一方向的直线成镜像对称。同样地，像素单元16-1与像素单元16-4关于在像素单元16-1和像素单元16-4之间的平行于第二方向的直线成镜像对称。另外，像素单元16-3也分别与像素单元16-2以及16-4成镜像对称。
由此，第一分光特性的像素20-1、第二分光特性的像素20-2以及第三分光特性的像素20-3分别以与相邻的多个微透镜18对应设置的具有相同的分光特性的像素彼此之间相邻的方式配置。在像素单元16-1、16-2、16-3以及16-4中，以与相邻的4个微透镜18对应设置的4个第三分光特性的像素20-3相邻的方式配置。
当以像素单元16-1、16-2、16-3以及16-4作为起点时，在第一方向上重复配置4个第二分光特性的像素20-2以及4个第三分光特性的像素20-3。另外，当以像素单元16-1、16-2、16-3以及16-4作为起点时，在第二方向上也重复配置4个第二分光特性的像素20-2以及4个第三分光特性的像素20-3。
另外，当以4个第一分光特性的像素20-1(像素部区域24-1)作为起点时，在第一方向上重复配置4个第二分光特性的像素20-2以及4个第一分光特性的像素20-1。而且，当以4个第一分光特性的像素20-1(像素部区域24-1)作为起点时，在第一方向上重复配置4个第二分光特性的像素20-2以及4个第三分光特性的像素20-3。即，光电转换区域11由具有红色(R)的滤光片的4个第一分光特性的像素20-1(像素部区域24-1)、具有绿色(G)的滤光片的4个第二分光特性的像素20-2(像素部区域24-2)以及具有蓝色(B)的滤光片的4个第三分光特性的像素20-3(像素部区域24-3)铺满。
修正用像素22以至少针对一个微透镜18替换多个像素20中的一个的方式而设置。修正用像素22生成不依赖于入射的光的量的电压基准电平。例如，修正用像素22具有使像素20的光电转换部的输出端与输入端短路的结构。修正用像素22可以设为在像素20中在滤光片与光电转换部之间具有遮光层。此外，遮光层与用于所谓的像面相位差的遮光层不同。遮光层是以将入射至修正用像素22的光全部遮挡为目的而设置的。
通过设置修正用像素22，能够检测在摄像元件10中产生的暗电流。暗电流是因摄像元件10的热量或者电荷蓄积时间等导致产生的噪声。通过从由像素20输出的信号值中减去由修正用像素22输出的信号值，能够去除噪声电流的影响。
在本例中，修正用像素22以满足下述的两个条件的方式配置。第一条件是：在多个微透镜18中的相邻的两个微透镜18中，修正用像素22不相邻。第二条件是：相邻配置的具有相同的分光特性的像素之间中仅有一个是修正用像素22。在本例中，可以仅将像素单元16-4的中央的4个第一分光特性的像素20-1中的一个作为修正用像素22-1。
在本例中，修正用像素22满足上述的两个条件，在光电转换区域11设置有多个。因此，与在接近于光电转换区域11且不同于该光电转换区域11的区域设置光学黑体区域的情况相比，能够缩小摄像元件10的面积。再加上，由于修正用像素22以满足上述的两个条件的方式分散地设置，所以与在光电转换区域11的特定的区域设置光学黑体区域的情况相比，在光电转换区域11整体的像素20中，修正用像素22位于该像素20的附近的概率升高。因此，修正用像素22能够更加高精度地检测像素20的暗电流。
将沿着第一方向以及第二方向将微透镜18四等分而得到的区域称为第一～第四象限。在本例的局部区域14中，修正用像素22以均等地分配到第一～第四象限的方式配置。另外，设有修正用像素22的彩色滤光片的颜色也均等地分配。由此，即使在入射光不是远心的情况下，也能够防止入射光完全没有入射至修正用像素22或者由于入射光偏向于入射至修正用像素22因而导致射向像素20的入射光减少的情况。
图3是示出像素部区域24-1、图像处理ASIC624的一部分以及CPU622的一部分的电路示意图。摄像元件部200具有摄像元件10以及驱动电路70。图像处理ASIC624具有信号处理部60。CPU622具有控制部80。在本例中，着眼于摄像元件10的光电转换区域11中的具有红色(R)的滤光片的4个第一分光特性的像素20-1(像素部区域24-1)来进行说明。
在像素部区域24-1中，具有相同的分光特性的4个第一分光特性的像素20-1相邻配置。此外，4个第一分光特性的像素20-1是与相邻的多个微透镜18对应设置的第一分光特性的像素20-1。4个第一分光特性的像素20-1分别相当于第一象限的像素32、第二象限的像素34、第三象限的像素36以及第四象限的像素38。
像素部区域24-1具有电路部39。电路部39具有像素20、传送部44、电荷电压转换部46、电荷排除部48、放大部49、输出部50、高电位部52以及信号线54。各第一分光特性的像素20-1具有彩色滤光片40以及光电转换部42。
红色(R)的彩色滤光片40与光电转换部42接近地设置。光电转换部42根据经由红色(R)彩色滤光片40入射的光的光量来生成电荷。另外，光电转换部42蓄积通过光电转换得到的电荷。此外，蓄积的电荷例如是电子。
传送部44设于光电转换部42与电荷电压转换部46之间。在本例中，传送部44是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。当从驱动电路70向传送部44的栅极赋予控制信号(TX)时，传送部44将光电转换部42所蓄积的电荷传送至电荷电压转换部46。
电荷排除部48设于高电位部52与电荷电压转换部46之间。在本例中，电荷排除部48是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。当从驱动电路70向电荷排除部48的栅极赋予控制信号(RST)时，电荷排除部48将电荷电压转换部46的电位设为与高电位部52大致相同的电位。在本例中，电荷排除部48排除电荷电压转换部46所蓄积的电子。
放大部49设于输出部50与高电位部52之间。在本例中，放大部49是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。放大部49的栅极与电荷电压转换部46电连接。由此，放大部49利用将电荷电压转换部46的电压放大后的电压来向输出部50输出电流。
输出部50设于放大部49与信号线54之间。在本例中，输出部50是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。当从驱动电路70向输出部50的栅极赋予控制信号(SEL)时，输出部50利用放大部49放大后的电压来向信号线54输出电流。由此，将与放大后的电荷电压转换部46的电压相对应的信号作为信号而输出至信号线54。
高电位部52与电源电压(VDD)电连接。高电位部52向电荷排除部48以及放大部49供给高电位。该高电位只要能够进行电荷排除部48的电荷排除动作以及放大部49的放大动作即可，可以设为任意的电位。
电荷电压转换部46接收各个光电转换部42所蓄积的电荷并转换为电位。在本例中，在相邻的4个第一分光特性的像素20-1中，电荷电压转换部46被设为供4个像素共用。即，各传送部44-1、44-2、44-3以及44-4的输出与电荷电压转换部46电连接。
在电荷电压转换部46中蓄积有从传送部44传送的电荷。在本例中，电荷电压转换部46是所谓的浮动扩散(Floating Diffusion)区域。电荷电压转换部46可以是一端与传送部44的输出电连接且另一端接地的电容。从传送部44传送的电荷蓄积于电荷电压转换部46的该另一端。由此，在电荷电压转换部46中，所蓄积的电荷被转换为电位。此外，放大部49的栅极的电位与电荷电压转换部46的该一端的电位相等。
从各个输出部50向信号线54输出信号。信号线54经由CDS电路以及AD转换电路等与信号处理部60连接。
向信号处理部60输出与在像素20中通过光电转换得到的电荷量相对应的信号。另外，向信号处理部60输出与在修正用像素22中检测到的暗电流相对应的信号。信号处理部60将与暗电流相对应的信号用作电压基准电平。信号处理部60将在修正用像素22中生成的电压基准电平用作修正数据，对从第一分光特性的像素20-1、第二分光特性的像素20-2、第三分光特性的像素20-3中的至少一个输出的信号或者像素值进行修正。
信号处理部60使用从与各个修正用像素22相邻的第一分光特性的像素20-1、第二分光特性的像素20-2以及第三分光特性的像素20-3中的至少两个输出的信号，以插补方式生成修正用像素22的位置上的信号。信号处理部60所使用的插补方法可以使用基于中值处理的插补方法、基于斜率的插补方法或者自适应颜色平面插补(Adaptive Color PlaneInterpolation)法。
驱动电路70向传送部44、电荷排除部48以及输出部50的栅极供给信号脉冲。由此，传送部44、电荷排除部48以及输出部50的晶体管导通(ON)。
控制部80控制驱动电路70。即，控制部80通过控制向传送部44、电荷排除部48以及输出部50的栅极的脉冲时序来控制传送部44、电荷排除部48以及输出部50。控制部80还控制信号处理部60的动作。
根据图3的电路结构，驱动电路70能够逐个读取在各个光电转换部42中蓄积的电荷。除此之外，驱动电路70也能够在电荷电压转换部46累加了4个光电转换部42的电荷之后将其读取。因此，驱动电路70能够选择性地进行逐个读取以及在累加之后的读取中的某一方。
作为变形例，也可以取代具有红色(R)的滤光片的4个第一分光特性的像素20-1(像素部区域24-1)，而是在至少与一个微透镜18对应设置的具有一个第一分光特性的像素20-1、两个第二分光特性的像素20-2以及一个第三分光特性的像素20-3的像素单元16中，将电荷电压转换部46设为共用。在这种情况下，驱动电路70通过对向各传送部44的控制信号(TX1～TX4)、向电荷排除部48的控制信号(RST)以及向输出部50的控制信号(SEL)进行调节，来防止各像素20中的电荷在电荷电压转换部46中混同。
图4是图3中的像素部区域24-1的示意图。如利用图3的说明所述，像素部区域24-1具有第一象限的像素32、第二象限的像素34、第三象限的像素36、第四象限的像素38以及电路部39。第一象限的像素32、第二象限的像素34、第三象限的像素36以及第四象限的像素38以包围电路部39的方式设置。由此，能够在未设置光电转换部42的位置设置电路部39。因此，在由第一方向以及第二方向规定的平面上，光电转换部42的面积不被电路部39侵占。因此，能够使光电转换部42的该面积最大化。
另外，在本例中，能够将第一象限的像素32以及第三象限的像素36还有第二象限的像素34以及第四象限的像素38用作在第一方向上的像面相位差自动对焦用的像素。同样地，能够将第一象限的像素32以及第二象限的像素34还有第三象限的像素36以及第四象限的像素38用作在第二方向上的像面相位差自动对焦用的像素。
由此，不需要为了进行像面相位差自动对焦而划分一个光电转换部42。因此，也不需要为了划分光电转换部42而设置遮光层。因此，与以划分的方式设置光电转换部42的情况相比，能够增大由第一方向以及第二方向规定的平面上的光电转换部42的面积。另外，与以划分的方式设置光电转换部42的情况相比，能够简化光电转换部的制造工艺。
图5a是像素部区域30的放大图。像素部区域30具有带有绿色(G)的滤光片的第二分光特性的像素20-2以及带有蓝色(B)的滤光片的第三分光特性的像素20-3。而且，像素部区域30具有修正用像素22-2。用B-B示出通过两个第三分光特性的像素20-3、一个第二分光特性的像素20-2以及一个修正用像素22-2并与第二方向平行地截断摄像元件10的位置。
图5b是示出在B-B截面上的第三分光特性的像素20-3、第二分光特性的像素20-2以及修正用像素22-2的示意图。修正用像素22-2在彩色滤光片40-2与光电转换部42-2之间具有遮光层90。如上所述，遮光层90是以将入射至修正用像素22-2的光电转换部42-2的光全部遮挡为目的而设置的。此外，取代设置遮光层90，也可以将光电转换部42-2以及传送部44-2之间接地短路。
除了在设有遮光层90方面或者在使电转换部42-2以及传送部44-2之间接地短路方面以外，图3中记载的传送部44、电荷电压转换部46、电荷排除部48、放大部49、输出部50、高电位部52以及信号线54设置为与图3的例子同样。能够使用修正用像素22来检测暗电流。
图6是示出第二实施方式中的光电转换区域11的局部区域14的图。局部区域14具有多个修正用像素22。在局部区域14中，多个修正用像素22中的每一个满足上述的两个条件并配置在随机的位置。在局部区域14中，将具有红色的滤光片的修正用像素22图示为修正用像素22-1，将具有绿色的滤光片的修正用像素22图示为修正用像素22-2，将具有蓝色的滤光片的修正用像素22图示为修正用像素22-3。
优选地，随机配置的多个修正用像素22的图案在光电转换区域11整体上是随机的。由此，能够防止在周期性地设置修正用像素22的排列图案的情况下产生的伪(alias)信号。
图7是示出第三实施方式中的光电转换区域11的局部区域14的图。局部区域14具有多个修正用像素22。在局部区域14中，多个修正用像素22沿着与第一方向平行的多条线配置，且，多个修正用像素22沿着与第二方向平行的多条线配置。
配置有多个修正用像素22的与第一方向平行的多条线的间隔不是固定的，另外，配置有多个修正用像素22的与第二方向平行的多条线的间隔也不是固定的。在本例中，修正用像素22在第一方向上以间隔1、3、5个像素、间隔1、3、5个像素、又间隔1、3、5个像素……的方式配置。进一步地，在第二方向上也以间隔1、2、4个像素、间隔1、2、4个像素、又间隔1、2、4个像素……的方式配置。
局部区域14中的修正用像素22的配置的图案最好设于摄像元件10的光电转换区域11整体。此外，在以特定的图案来配置修正用像素22的情况下，必然会产生伪信号。但是，在图7中，通过在光电转换区域11的整体上设置上述的间隔不固定的修正用像素22的配置图案，与在光电转换区域11的整体设置相同的配置图案的情况相比较，能够抑制产生的伪信号的强度。
图8是示出第四实施方式中的摄像元件110的光电转换区域111以及像素块112的局部区域114的图。摄像元件110具有光电转换区域111。光电转换区域111具有一个以上的像素块112。
在图8中，通过使用了第一方向以及第二方向的坐标显示来示出多个像素块112。在本例中，可以在至少两个像素块112中彼此独立地读取信号。在像素块112之间彼此独立地读取在像素块112中通过光电转换而生成的信号。即，通过所谓的区块划分读取方式，针对每一个像素块112读取在像素块112中生成的信号。另外，在多个像素块112中，能够有至少两个像素块112(称为第一像素块112以及第二像素块112)以不同的摄像条件进行摄像动作。此处，摄像条件包含例如曝光时间、ISO灵敏度以及帧率中的至少一个。
光电转换区域111具有多个像素120以及多个修正用像素122。在多个像素120中包括：在第一摄像条件下进行摄像动作来生成第一图像数据的第一像素、在与第一摄像条件不同的第二摄像条件下进行摄像动作来生成第二图像数据的第二像素。在本例中，在第一摄像条件下进行摄像动作的第一像素块112中包含的像素120是第一像素的一个例子，在第二摄像条件下进行摄像动作的第二像素块112中包含的像素120是第二像素的一个例子。另外，在多个修正用像素122中包括：第一修正用像素，其在第一摄像条件下进行摄像动作来生成用于将第一图像数据中所包含的噪声去除的第一修正数据；和第二修正用像素，其在第二摄像条件下进行摄像动作来生成用于将第二图像数据中所包含的噪声去除的第二修正数据。在本例中，第一像素块112中包含的修正用像素122是第一修正用像素的一个例子，第二像素块112中包含的修正用像素122是第二修正用像素的一个例子。该修正数据可以是表示后述的电压基准电平的数据。局部区域114是将像素块112的一部分放大的部分。此外，多个像素120中的每一个都配置有光电转换部。该光电转换部蓄积根据向光电转换区域111的入射光量而光电转换所得到的电荷。
一个像素120包括具有预先决定的分光特性的滤光片和一个光电转换部。但是，在以像面相位差自动对焦方式来进行焦点检测的情况下，一个像素120被划分给多个光电转换部。即，在像面相位差自动对焦方式的情况下，像素120在由第一方向以及第二方向规定的平面上具有多个比不进行焦点检测的光电转换部的面积更小的光电转换部。
在光电转换区域111中，按照拜耳(Bayer)图案，将具有红色的滤光片的像素120配置为像素120-1(或者简称为R像素)，将具有绿色的滤光片的像素120配置为像素120-2(或者简称为G像素)，将具有蓝色的滤光片的像素120配置为像素120-3(或者简称为B像素)。但是，滤光片的颜色是一个例子。也可以使用所谓的青色、品红以及黄色等。另外，也可以取代拜耳图案，按照条纹图案来配置像素120-1、120-2以及120-3。
各个像素块112具有至少一个修正用像素122。至少一个修正用像素122生成与向光电转换区域111的入射光量无关的电压基准电平。在本例中，修正用像素122最好在滤光片光电转换部之间具有遮光层。此外，遮光层与用于产生所谓的像面相位差的遮光层不同。遮光层是以将入射至修正用像素122的光全部遮挡为目的而设置的。
通过设置修正用像素122，能够检测出在摄像元件110中产生的暗电流。暗电流是因摄像元件110的热量或者电荷蓄积时间等而产生的噪声。通过从由像素120输出的信号值中减去由修正用像素122输出的信号值，能够去除噪声电流的影响。
在本例中，在像素块112中至少设置一个修正用像素122。因此，与在像素块112与光学黑体区域或者修正用像素122在空间上分离地设置的情况相比，或者，与在像素块112内没有修正用像素122的情况相比，像素120设于更加靠近修正用像素122的位置。因此，修正用像素122能够更加高精度地检测像素120的暗电流。
在区块划分读取方式下，有时针对每一个像素块112改变电荷蓄积时间。在这种情况下，由于修正用像素122设于像素块112内，所以修正用像素122能够根据电荷蓄积时间的改变来检测各像素块112中的暗电流。因此，能够针对每一个像素块112高精度地去除暗电流的影响。
发挥修正用像素122的功能的B像素是修正用像素122-3。在本例中，在像素块112中的第一方向以及第二方向上分别每隔3个像素配置修正用像素122-3。因此，可以以设有修正用像素122-3的第二方向上的一行作为遮光线。此外，在像素块112中设有多条该遮光线。
而且，在设有像素120-1以及120-2的第二方向上的一行中，像素120-1或者120-2可以是相位差检测像素。即，设有像素120-1以及120-2的第二方向上的一行可以是使用像面相位差自动对焦的焦点检测线。此外，可以在像素块112中设有多条该焦点检测线。
作为变形例，也可以仅将多个R像素作为修正用像素122。在将R像素作为修正用像素122的情况下，将设有修正用像素122的第二方向上的一行作为遮光线。此外，可以在像素块112设有多条该遮光线。而且，在设有像素120-2以及120-3的第二方向上的一行中，像素120-2或者120-3可以是相位差检测像素。即，设有像素120-2以及120-3的第二方向上的一行可以是使用像面相位差自动对焦的焦点检测线。此外，可以在像素块112中设有多条该焦点检测线。
图9是示出摄像元件部200的一部分、图像处理ASIC624的一部分以及CPU622的一部分的示意图。摄像元件部200具有摄像元件110以及驱动电路170。图像处理ASIC624具有信号处理部160。CPU622具有控制部180。
摄像元件110具有像素120、传送部144、电荷电压转换部146、电荷排除部148、放大部149、输出部150、高电位部152以及信号线154。像素120具有彩色滤光片140以及光电转换部142。此外，在图9中，例示性地示出在摄像元件110中的3个像素120、传送部144、电荷电压转换部146、电荷排除部148、放大部149、输出部150、高电位部152以及信号线154。但是，在摄像元件110中，像素120等不限于3个。
具有分光特性的彩色滤光片140与光电转换部142接近地设置。光电转换部142根据经由彩色滤光片140入射的光的光量来生成电荷。另外，光电转换部142蓄积通过光电转换得到的电荷。此外，蓄积的电荷例如是电子。
此外，在本例中，像素120-1(R像素)以及120-2(G像素)根据经由彩色滤光片140入射的光的光量来生成电荷。另一方面，由于修正用像素122-3(B像素)在彩色滤光片140-3与光电转换部142-3之间具有遮光层190，所以不根据入射的光的光量而生成电荷。
传送部144设于光电转换部142与电荷电压转换部146之间。在本例中，传送部144是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。当从驱动电路170向传送部144的栅极赋予控制信号(TX)时，传送部144向电荷电压转换部146传送光电转换部142所蓄积的电荷。
电荷排除部148设于高电位部152与电荷电压转换部146之间。在本例中，电荷排除部148是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。当从驱动电路170向电荷排除部148的栅极赋予控制信号(RST)时，电荷排除部148将电荷电压转换部146的电位设为与高电位部152大致相同的电位。在本例中，电荷排除部148排除电荷电压转换部146所蓄积的电子。
放大部149设于输出部150与高电位部152之间。在本例中，放大部149是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。将放大部149的栅极与电荷电压转换部146电连接。由此，放大部149以将电荷电压转换部146的电压放大了的电压来向输出部150输出电流。
输出部150设于放大部149与信号线154之间。在本例中，输出部150是具有栅极、源极以及漏极的晶体管。当从驱动电路170向输出部150的栅极赋予控制信号(SEL)时，输出部150以放大部149放大了的电压来向信号线154输出电流。由此，将与放大的电荷电压转换部146的电压相对应的信号作为信号输出至信号线154。
高电位部152与电源电压(VDD)电连接。高电位部152向电荷排除部148以及放大部149供给高电位。该高电位只要能够进行电荷排除部148的电荷排除动作以及放大部149的放大动作即可，可以设为任意的电位。
在电荷电压转换部146中蓄积有从传送部144传送来的电荷。在本例中，电荷电压转换部146是所谓的浮动扩散(Floating Diffusion)区域。电荷电压转换部146可以是一端与传送部144的输出电连接且另一端接地的电容。从传送部144传送来的电荷蓄积在电荷电压转换部146的该另一端。由此，在电荷电压转换部146中，将蓄积的电荷转换为电位。此外，放大部149的栅极的电位与电荷电压转换部146的该一端的电位相等。
信号从各个输出部150输出至信号线154。在本例中，像素信号分别从像素120-1(R像素)的输出部150-1以及像素120-2(G像素)的输出部150-2输出至信号线154-1以及154-2。另一方面，根据与暗电流相对应的电压电平的信号从修正用像素122-3(B像素)的输出部150-3输出至信号线154-3。信号线154经由CDS电路以及AD转换电路等与信号处理部160连接。
与像素120中通过光电转换得到的电荷量相对应的信号输出至信号处理部160。另外，与修正用像素122中检测到的暗电流相对应的信号输出至信号处理部160。信号处理部160使用与暗电流相对应的信号作为电压基准电平。信号处理部160使用在多个修正用像素122中生成的电压基准电平，来修正由多个像素120输出的信号。
此外，信号处理部160使用从与多个修正用像素122中的每一个相邻的多个像素120输出的信号，通过插补的方式生成在多个修正用像素122的位置上的信号。信号处理部160使用的插补方法可以是基于中值处理的插补方法、基于斜率的插补方法或者自适应颜色平面插补(Adaptive Color Plane Interpolation)法。
驱动电路170向传送部144、电荷排除部148以及输出部150的栅极供给信号脉冲。由此，传送部144、电荷排除部148以及输出部150的晶体管导通(ON)。
控制部180控制驱动电路170。即，控制部180通过控制向传送部144、电荷排除部148以及输出部150的栅极的脉冲时序来控制传送部144、电荷排除部148以及输出部150。控制部180还控制信号处理部160的动作。
图10是示出像素块112的动作的时序图。驱动电路170在一个像素块112中，以相同的时间控制与像素120以及修正用像素122连接的传送部144以及电荷排除部148。但是，关于设有相同的分光特性的滤光片的像素120以及修正用像素122，驱动电路170使每个像素错开时间地从输出部150输出像素信号。
例如，在时刻t2，驱动电路170使一个像素块112的各电荷排除部148(RST)导通(ON)。由此，将各放大部149的栅极的电位复位。在从时刻t2到时刻t5之间，驱动电路170将各电荷排除部148(RST)的晶体管保持在导通(ON)的状态。
在时刻t3，驱动电路170使一个像素块112中的全部的像素120以及修正用像素122(R像素、G像素以及B像素)的传送部144(TX＿R、TX＿G以及TX＿G)导通(ON)。由此，首先，排除各像素120所蓄积的电荷。
在时刻t5，驱动电路170使各电荷排除部148(RST)关闭(OFF)。然后，在时刻t7，驱动电路170使一个像素块112中的全部的像素120以及修正用像素122(R像素、G像素以及B像素)的传送部144(TX＿R、TX＿G以及TX＿G)再次导通(ON)。由此，将一个像素块112中的全部光电转换部142(R像素、G像素以及B像素)所蓄积的电荷分别传送至各自对应的电荷电压转换部146-1、146-2以及146-3。
在从时刻t3到时刻t7的期间内，一个像素块112中的全部像素120(R像素、G像素以及B像素)均蓄积电荷。即，从时刻t3到时刻t7的期间是各像素120的电荷蓄积期间。
在时刻t8以后，驱动电路170依次使各像素120以及修正用像素122的传送部144导通(ON)。在本例中，在时刻t8，将一个像素块112中的一个光电转换部142-1(R1像素)、一个光电转换部142-2(G1像素)以及一个光电转换部142-3(B1像素)所蓄积的电荷分别传送至信号线154-1、154-2以及154-3。
另外，在时刻t9，将另一像素块112中的另一光电转换部142-1(R2像素)、另一光电转换部142-2(G2像素)以及另一光电转换部142-3(B2像素)所蓄积的电荷分别传送至信号线154-1、154-2以及154-3。针对一个像素块112中的全部像素120以及修正用像素122进行该传送动作。由此，将一个像素块112中包含的各像素的像素信号分别输出至信号线154。
图11是示出第五实施方式中的像素块112的局部区域114的图。局部区域114具有多个修正用像素122。在局部区域114中，多个修正用像素122中的每一个配置在随机的位置。在局部区域114中，将具有红色的滤光片的修正用像素122记载为修正用像素122-1，将具有绿色的滤光片的修正用像素122记载为修正用像素122-2，将具有蓝色的滤光片的修正用像素122记载为修正用像素122-3。
此外，如上所述，局部区域114设于摄像元件110的光电转换区域111的像素块112。因此，与本例的局部区域114同样地，在各个像素块112中，修正用像素122随机配置。
优选地，随机配置的多个修正用像素122的图案在两个像素块112之间是不同的。即，在摄像元件110的光电转换区域111的整体上，修正用像素122随机配置。由此，能够防止在周期性地设置修正用像素122的排列图案的情况下产生的伪信号。
图12是示出第六实施方式中的像素块112的局部区域114的图。局部区域114具有多个修正用像素。在局部区域114中，多个修正用像素122沿着与第一方向平行的多条线配置，且，多个修正用像素122沿着与垂直于第一方向的第二方向平行的多条线配置。在本例中，修正用像素122在第一方向上以分隔1、2、3、4个像素、分隔1、2、3、4个像素、又分隔1、2、3、4个像素……的方式配置，且，在第二方向上也以分隔1、2、3、4个像素、分隔1、2、3、4个像素、又分隔1、2、3、4个像素……的方式配置。
此处，配置有多个修正用像素122的与第一方向平行的多条线的间隔不是固定的，配置有多个修正用像素122的与第二方向平行的多条线的间隔也不是固定的。此外，如上所述，局部区域114设于摄像元件110的光电转换区域111的像素块112。因此，与本例的局部区域114同样地，在各个像素块112中配置修正用像素122。
优选地，本例的多个修正用像素122中配置的图案在至少两个像素块112中相同。而且，更优选地，在摄像元件110的光电转换区域111整体上，修正用像素122具有相同的配置图案。此外，在以特定的图案来配置修正用像素122的情况下，必然产生伪信号。但是，在图13中，通过在光电转换区域111的整体上设置修正用像素122的配置图案，与在光电转换区域111的整体上设置相同的配置图案的情况相比，能够抑制产生的伪信号的强度。
图13是示出第七实施方式中的像素块112的局部区域114的图。本例在取代多个修正用像素122而使用多个修正用像素124以及多个修正用像素126这一方面，与图12不同。此外，在后文说明在局部区域114的左下方用虚线圈出的区域130。
在此，修正用像素124具有光电转换部142，且，通过光电转换得到的电荷不作为信号被读取。另外，修正用像素126不具有光电转换部142。
在本例中，在第一方向上多个修正用像素124和多个修正用像素126交替配置。另外，在垂直于第一方向的第二方向上多个修正用像素124和多个修正用像素126也交替配置。此外，多个修正用像素124和多个修正用像素126也可以随机配置。
此外，如上所述，局部区域114设于摄像元件110的光电转换区域111的像素块112。因此，与本例的局部区域114同样地，在各个像素块112中配置有具有光电转换部142的修正用像素124以及不具有光电转换部142的修正用像素126。
图14a是区域130的放大图。区域130包括具有红色的滤光片的修正用像素124-1以及具有绿色的滤光片的修正用像素124-2、具有红色的滤光片的修正用像素126-1以及像素120-1、120-2以及120-3。
用B-B示出通过修正用像素124-1、像素120-2、修正用像素126-1以及修正用像素124并与第二方向平行地截断摄像元件110的位置。
图14b是示出在B-B截面上的修正用像素124以及修正用像素126的示意图。此外，修正用像素124-1、124-2以及修正用像素126-1是修正用像素122的具体例子。像素120-2是为了输出通过光电转换得到的像素信号而使用的所谓的通常像素。
在修正用像素124-1中，光电转换部142-1的输出与光电转换部142-1的输入连接。在修正用像素124-2中，光电转换部142-2的输出也与光电转换部142-2的输入连接。此外，除了光电转换部142以及传送部144之间接地短路这一方面以外，图9中记载的传送部144、电荷电压转换部146、电荷排除部148、放大部149、输出部150、高电位部152以及信号线154与图9的例子同样地设置。
因此，修正用像素124-1以及124-2的光电转换部142基本上不蓄积因光电转换而产生的电荷。此外，假设在光电转换部142中蓄积，该电荷也不会作为像素信号而被读取。电荷电压转换部146蓄积因暗电流而产生的电荷。因此，能够使用修正用像素124修正暗电流。
修正用像素126-1不具有光电转换部142。即，将传送部144的一端设为接地电位。因此，能够与修正用像素124同样地，使用修正用像素126来修正暗电流。
由于在光电转换区域111中设有修正用像素124以及修正用像素126，所以即使没有遮光层190也能够检测暗电流。由于在光电转换区域111中未设置遮光层190，所以能够提高光电转换区域111的平坦性。
以上，虽然使用实施方式说明了本发明，但是本发明的技术的范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。本领域的技术人员得知能够对上述实施方式施加各种各样的变更或者改良。根据权利要求的保护范围的记载得知，本发明的技术的范围也能够包含该施加有各种各样的变更或者改良的方式。
应该注意的是，权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、***、程序以及方法中的动作、顺序、步骤、以及阶段等各处理的执行顺序并未特别明示为“此前”、“之前”等，另外，只要不是在后面的处理中使用前面的处理的输出，就能够按照任意的顺序来实现。针对权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便而使用“首先”、“接着”等进行了说明，也不意味着必须按照该顺序来实施。
附图标记说明
10摄像元件，11光电转换区域，14局部区域，16像素单元，18微透镜，20像素，22修正用像素，24像素部区域，30像素部区域，32第一象限的像素，34第二象限的像素，36第三象限的像素，38第四象限的像素，39电路部，40彩色滤光片，42光电转换部，44传送部，46电荷电压转换部，48电荷排除部，49放大部，50输出部，52高电位部，54信号线，60信号处理部，70驱动电路，80控制部，90遮光层，110摄像元件，111光电转换区域，112像素块，114局部区域，120像素，122修正用像素，124修正用像素，126修正用像素，130区域，140彩色滤光片，142光电转换部，144传送部，146电荷电压转换部，148电荷排除部，149放大部，150输出部，152高电位部，154信号线，160信号处理部，170驱动电路，180控制部，190遮光层，200摄像元件部，340快门单元，410光轴，400单镜头反光相机，500镜头单元，550镜头安装部，600相机机身，620机身基板，622CPU，624图像处理ASIC，634背面显示部，650取景器，652对焦板，654五棱镜，656取景器光学***，660机身安装部，670镜箱，672主反射镜，674副反射镜，680聚焦光学***，682焦点检测传感器。

Claims (19)

1.一种摄像元件，其特征在于，具有：
第一像素，其在第一摄像条件下进行摄像动作，生成第一图像数据；
第一修正用像素，其在所述第一摄像条件下进行摄像动作，生成用于将所述第一图像数据所包含的噪声去除的第一修正数据；
第二像素，其在与所述第一摄像条件不同的第二摄像条件下进行摄像动作，生成第二图像数据；以及
第二修正用像素，其在所述第二摄像条件下进行摄像动作，生成用于将所述第二图像数据所包含的噪声去除的第二修正数据。
2.如权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一像素以及所述第二像素分别具有将入射来的光量转换成电荷的光电转换部，
所述第一修正用像素以及所述第二修正用像素分别具有遮挡光的遮光部。
3.如权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
具有：
在所述第一摄像条件下进行摄像动作的第一像素块，其包含多个所述第一修正用像素；以及
在所述第二摄像条件下进行摄像动作的第二像素块，其包含多个所述第二修正用像素。
4.如权利要求3所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一像素块中的多个所述第一修正用像素的配置图案与所述第二像素块中的多个所述第二修正用像素的配置图案不同。
5.如权利要求3所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一像素块中的多个所述第一修正用像素的配置图案与所述第二像素块中的多个所述第二修正用像素的配置图案相同。
6.如权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
还具有信号处理部，该信号处理部使用所述第一修正数据从所述第一图像数据中去除噪声，使用所述第二修正数据从所述第二图像数据中去除噪声。
7.如权利要求6所述的摄像元件，其特征在于，
所述信号处理部使用从所述第一像素输出的信号，以插补的方式生成所述第一修正用像素的位置上的信号，使用从所述第二像素输出的信号，以插补的方式生成所述第二修正用像素的位置上的信号。
8.如权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一修正用像素以及所述第二修正用像素具有光电转换部。
9.如权利要求8所述的摄像元件，其特征在于，
具有：
第三修正用像素，其在所述第一摄像条件下进行摄像动作，生成用于将所述第一图像数据所包含的噪声去除的第三修正数据；以及
第四修正用像素，其在所述第二摄像条件下进行摄像动作，生成用于将所述第二图像数据所包含的噪声去除的第四修正数据，
所述第三修正用像素以及所述第四修正用像素不具有所述光电转换部。
10.一种摄像装置，其特征在于，
具有权利要求1～9中任一项所述的摄像元件。
11.一种摄像元件，其特征在于，具有：
第一像素，其在第一摄像条件下被驱动，具有将光转换成电荷的光电转换部；
第二像素，其在所述第一摄像条件下被驱动，具有遮挡光的遮光部；
第三像素，其在与所述第一摄像条件不同的第二摄像条件下被驱动，具有所述光电转换部；以及
第四像素，其在所述第二摄像条件下被驱动，具有所述遮光部。
12.如权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，
所述第二像素以及所述第四像素具有所述光电转换部。
13.如权利要求12所述的摄像元件，其特征在于，
所述第二像素具有透射光的第一滤光片，
所述第四像素具有透射光的第二滤光片，
所述第二像素的所述遮光部配置在所述第一滤光片与所述第二像素所具有的所述光电转换部之间，
所述第四像素的所述遮光部配置在所述第二滤光片与所述第四像素所具有的所述光电转换部之间。
14.如权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，
具有多个所述第二像素和多个所述第四像素，
多个所述第二像素配置成在第一方向上彼此不相邻，
多个所述第四像素配置成在所述第一方向上彼此不相邻。
15.如权利要求14所述的摄像元件，其特征在于，
多个所述第二像素配置成在与所述第一方向交叉的第二方向上彼此不相邻，
多个所述第四像素配置成在所述第二方向上彼此不相邻。
16.如权利要求11～15中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述第二像素输出用于对来自所述第一像素的信号进行修正的信号，
所述第四像素输出用于对来自所述第三像素的信号进行修正的信号。
17.如权利要求11～15中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述第二像素输出用于将来自所述第一像素的信号所包含的噪声去除的信号，
所述第四像素输出用于将来自所述第三像素的信号所包含的噪声去除的信号。
18.一种摄像装置，其特征在于，
具有：
权利要求11～15中任一项所述的摄像元件；以及
修正部，其基于来自所述第二像素的信号来修正来自所述第一像素的信号，基于来自所述第四像素的信号来修正来自所述第三像素的信号。
19.一种摄像装置，其特征在于，
具有：
权利要求11～15中任一项所述的摄像元件；以及
信号处理部，其利用来自所述第二像素的信号进行用于将来自所述第一像素的信号所包含的噪声去除的信号处理，利用来自所述第四像素的信号进行用于将来自所述第三像素的信号所包含的噪声去除的信号处理。
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