WO2021210060A1

WO2021210060A1 - 固体撮像素子、撮像装置、内視鏡装置、および手術用顕微鏡システム

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Publication number: WO2021210060A1
Application number: PCT/JP2020/016407
Authority: WO
Inventors: 理足立
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-10-21

Abstract

固体撮像素子は、複数の受光素子およびマイクロレンズを有する。受光素子グループは、１つ以上の第１の受光素子および２つ以上の第２の受光素子を有する。前記第１の受光素子は、被写体の光像を前記複数の受光素子上に形成する結像レンズを通過した光を受光する。前記２つ以上の第２の受光素子は、前記結像レンズの互いに異なる領域を通過した光を受光する。前記第１の受光素子は、前記結像レンズの中心を含む前記結像レンズの第１の領域を通過した光を受光する。前記第２の受光素子は、前記第１の領域よりも外側の位置を含む前記結像レンズの第２の領域を通過した光を受光する。

Description

固体撮像素子、撮像装置、内視鏡装置、および手術用顕微鏡システム

　本発明は、固体撮像素子、撮像装置、内視鏡装置、および手術用顕微鏡システムに関する。

　特許文献１に開示されているように、市販のデジタルカメラなどでは、撮像面における視差を検出するための像面位相差画素などを用いたＡＦ制御を実行することによりＡＦ精度の向上が図られている。この機能を用いると距離情報が得られる。そのため、像面位相差画素を用いた凹凸形状の計測への応用が期待される。

　図１３および図１４は、視差を検出する原理を示す。被写体ＳＢ１０から発生した光は、結像レンズ５００を通過し、撮像素子の画素アレイ上に設けられたマイクロレンズ５１０を通過する。結像レンズ５００の瞳の像が、マイクロレンズ５１０によって画素の受光素子（ＰＤ）へ投影される。被写体ＳＢ１０上の同じ位置から発生した光は、結像レンズ５００の瞳を通過する位置に応じて、受光素子の左側の領域または右側の領域に入射する。２つの領域に入射した光を分離できれば、瞳の右半分と左半分とから見た、視差がある２つの像を再生できる。そのため、１つの結像レンズ５００を使用することにより、２つのレンズで立体視を実施した場合と同じ状況を実現できる。２つの領域の信号に基づいて視差を検出できる。

　図１３は、結像レンズ５００のＦ値が小さい場合を示す。この場合、結像レンズ５００の中心から離れた結像レンズ５００の瞳位置を通った光の成分が多い。図１４は、結像レンズ５００のＦ値が大きい場合を示す。この場合、結像レンズ５００の中心に近い瞳位置を通った光の成分が多い。図１３に示すＦ値が小さい場合は、図１４に示すＦ値が大きい場合よりも視差の検出に適している。

　視差を検出するための画素を実現する方法として、例えば２つの方法がある。第１の方法では、２つの画素のペアが使用される。２つの画素の一方の右半分が遮光され、２つの画素の他方の左半分が遮光される。第２の方法では、２つの画素にまたがったマイクロレンズが形成される。

日本国特開２０１９－１５２８０７号公報

　撮像素子の小型化と画質の向上とを実現するために、画素を微細化し、かつチップを積層する技術が開発されている。しかしながら、微細化した画素に合わせて結像レンズのＦ値が小さくなり、多画素化により高くなる像高に合わせて焦点距離が長くなった場合、一般的に被写界深度は浅くなる。また、画素の微細化に伴い、許容錯乱円径が小さくなる。

　手前側から奥側までの被写体に焦点を合わせるパンフォーカスを用いた撮像が理想的な状況では、浅い被写界深度は好ましくない。一般的に、結像レンズのＦ値は、解像感が得られる範囲内で、できるだけ大きくなるように設計される。Ｆ値が大きい場合、結像レンズの中心に近い位置を通った光の成分が多く、像面位相差画素に基づいて検出される距離情報の精度が低下する。そのため、深い被写界深度と高精度な距離測定とを両立させることが難しい。

　像面位相差を検出するための画素を実現する第１の方法および第２の方法では、大きなＦ値を持つ結像レンズが使用された場合、上記と同様に距離情報の精度が低下する。一方、小さなＦ値を持つ結像レンズが使用された場合、被写界深度が浅くなり、パンフォーカスを用いた撮像の実施が難しい。

　本発明は、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる固体撮像素子、撮像装置、内視鏡装置、および手術用顕微鏡システムを提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様によれば、固体撮像素子は、複数の受光素子およびマイクロレンズを有する。前記複数の受光素子は、行列状に配置されている。前記マイクロレンズは、前記複数の受光素子上において、受光素子グループに対して配置されている。前記受光素子グループは、前記複数の受光素子に含まれる１つ以上の第１の受光素子および前記複数の受光素子に含まれる２つ以上の第２の受光素子を有する。前記第１の受光素子は、被写体の光像を前記複数の受光素子上に形成する結像レンズを通過した光を受光し、受光した前記光に基づいて第１の信号電荷を生成する。前記２つ以上の第２の受光素子は、前記結像レンズの互いに異なる瞳領域を通過した光を受光し、受光した前記光に基づいて第２の信号電荷を生成する。前記第１の受光素子は、前記結像レンズの中心を含む前記結像レンズの第１の領域を通過した光を受光する。前記第２の受光素子は、前記第１の領域よりも外側の位置を含む前記結像レンズの第２の領域を通過した光を受光する。

　本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像素子は、前記マイクロレンズと前記複数の受光素子との間に配置された遮光層をさらに備えてもよい。前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した光を前記第１の受光素子に入射させる第１の開口と、前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した光を前記第２の受光素子に入射させる第２の開口とが前記遮光層に形成されてもよい。前記第２の開口は前記第１の開口よりも大きくてもよい。

　本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記受光素子グループに含まれる前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、行数および列数が２以上である配列を形成してもよい。前記配列を平面的に見たときに、前記配列が形成する図形は、前記第１の受光素子を通る第１の対角線および前記第２の受光素子を通る第２の対角線を含んでもよい。前記第２の対角線と平行な方向における前記第２の開口の幅は、前記第１の対角線と平行な方向における前記第１の開口の幅よりも大きくてもよい。

　本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記受光素子グループは、２つ以上の前記第１の受光素子を有してもよい。前記固体撮像素子は、前記受光素子グループに含まれる２つ以上の前記第１の受光素子によって生成された前記第１の信号電荷を混合し、かつ電圧に変換し、前記受光素子グループに含まれる前記第２の受光素子によって生成された前記第２の信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換素子を有してもよい。

　本発明の第５の態様によれば、第１の態様において、前記受光素子グループに含まれる前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、行数および列数の一方が３以上であり、かつ前記行数および前記列数の他方が１以上である配列を形成してもよい。前記第１の受光素子は前記配列の中心部に配置され、前記第２の受光素子は前記配列の外周部に配置されてもよい。

　本発明の第６の態様によれば、撮像装置は、前記固体撮像素子および前記結像レンズを有する。

　本発明の第７の態様によれば、第６の態様において、前記撮像装置は、前記第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号を前記第１の受光素子から読み出し、かつ前記第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号を前記第２の受光素子から読み出す読み出し回路をさらに備えてもよい。前記受光素子グループに含まれる前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、行数および列数が２以上である配列を形成してもよい。前記読み出し回路は、前記配列の各行に割り当てられた期間内で前記第１の信号および前記第２の信号を出力するレートが前記配列の行間で平準化されるように前記第１の信号および前記第２の信号を読み出してもよい。

　本発明の第８の態様によれば、第６の態様において、前記撮像装置は、可視光を発生する第１の状態と、赤外光を発生する第２の状態とを切り替え可能な光源装置をさらに備えてもよい。前記固体撮像素子は、前記マイクロレンズと前記複数の受光素子との間に配置され、前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した前記赤外光を透過させ、前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した前記可視光を遮光する材料を含む赤外透過層をさらに備えてもよい。前記受光素子グループは、２つ以上の受光素子を有してもよい。前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した光を前記２つ以上の受光素子に入射させる開口が前記赤外透過層に形成されてもよい。前記光源装置の状態が前記第１の状態であるとき、前記２つ以上の受光素子は、前記第１の受光素子として機能し、前記結像レンズ、前記マイクロレンズ、および前記開口を通過した前記可視光を受光し、受光した前記可視光に基づいて前記第１の信号電荷を生成してもよい。前記光源装置の状態が前記第２の状態であるとき、前記２つ以上の受光素子は、前記第２の受光素子として機能し、前記結像レンズ、前記マイクロレンズ、および前記赤外透過層を通過した前記赤外光を受光し、受光した前記赤外光に基づいて前記第２の信号電荷を生成してもよい。

　本発明の第９の態様によれば、内視鏡装置は、前記固体撮像素子が先端に配置されたスコープと、コントロールユニットとを備える。前記コントロールユニットは、前記第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号と、前記第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号とを受信し、前記第１の信号に基づいて前記被写体の映像信号を生成し、互いに異なる２つの前記第２の受光素子によって生成された前記第２の信号電荷に対応する２つの前記第２の信号間の視差を算出する。

　本発明の第１０の態様によれば、手術用顕微鏡システムは、前記固体撮像素子およびコントロールユニットを備える。前記コントロールユニットは、前記第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号と、前記第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号とを受信し、前記第１の信号に基づいて前記被写体の映像信号を生成し、互いに異なる２つの前記第２の受光素子によって生成された前記第２の信号電荷に対応する２つの前記第２の信号間の視差を算出する。

　上記の各態様によれば、固体撮像素子、撮像装置、内視鏡装置、および手術用顕微鏡システムは、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の撮像素子の平面図である。本発明の第１の実施形態の撮像素子の断面図である。本発明の第１の実施形態の撮像素子の断面図である。本発明の第１の実施形態における受光素子から信号を読み出す方法を示す図である。本発明の第１の実施形態の第１の変形例の撮像素子の平面図である。本発明の第１の実施形態の第２の変形例の撮像素子の平面図である。本発明の第２の実施形態の撮像素子の平面図である。本発明の第３の実施形態の撮像素子の平面図である。本発明の第３の実施形態における発光と信号の読み出しとの各々のタイミングを示す図である。本発明の第４の実施形態の内視鏡装置の構成を示すブロック図である。本発明の第５の実施形態の手術用顕微鏡システムの構成を示す図である。本発明の第５の実施形態の手術用顕微鏡システムが有する鏡体部および支持部の構成を示す図である。視差を検出する原理を示す図である。視差を検出する原理を示す図である。

　図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態の撮像素子１（固体撮像素子）の平面図である。図１に示す撮像素子１は、複数のマイクロレンズ１０、遮光層２０、複数の受光素子、および複数の電荷電圧変換素子４０を有する。撮像素子１を構成する半導体基板をその半導体基板の主面に垂直な方向に平面的に見たときの状態が図１に示されている。撮像素子１は、複数の層が積層された構造を有する。その複数の層の状態が図１に示されている。

　複数の受光素子グループが配置されている。図１に示す例では、受光素子グループＰＧ１、受光素子グループＰＧ２、および受光素子グループＰＧ３が配置されている。受光素子グループＰＧ１は、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ２、受光素子３０ｒ３、および受光素子３０ｒ４を有する。受光素子グループＰＧ２は、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｇ３、および受光素子３０ｇ４を有する。受光素子グループＰＧ３は、受光素子３０ｂ１、受光素子３０ｂ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｂ４を有する。各受光素子は、画素に対応する。各受光素子グループは、１つのマイクロレンズ１０と対応する位置に配置されている。

　各受光素子グループに含まれる４つの受光素子は、フォトダイオード（光センサ）であり、半導体材料で形成されている。受光素子グループＰＧ１に含まれる４つの受光素子は、赤の波長帯域の光（赤色光）を受光し、受光した赤色光に基づいて信号電荷を生成する。受光素子グループＰＧ２に含まれる４つの受光素子は、緑の波長帯域の光（緑色光）を受光し、受光した緑色光に基づいて信号電荷を生成する。受光素子グループＰＧ３に含まれる４つの受光素子は、青の波長帯域の光（青色光）を受光し、受光した青色光に基づいて信号電荷を生成する。

　１６個の受光素子が行列状に配置されている。１６個の受光素子の配列の行数および列数は４である。各受光素子グループは、４つの受光素子を有する。各受光素子グループに含まれる４つの受光素子の配列の行数および列数は２である。図１に示す１６個の受光素子の各々は、複数の受光素子グループのいずれか１つに含まれる。

　各受光素子グループに含まれる４つの受光素子の配列は、ほぼ正方形を形成する。その正方形は、２つの頂点を通る対角線Ｌ１と、他の２つの頂点を通る対角線Ｌ２とを有する。

　４つの電荷電圧変換素子４０が配置されている。電荷電圧変換素子４０は、各受光素子グループに配置されている。電荷電圧変換素子４０は、受光素子によって生成された信号電荷を電圧に変換する。各受光素子グループに含まれる４つの受光素子は、１つの電荷電圧変換素子４０を共有する。

　遮光層２０は、複数のマイクロレンズ１０と複数の受光素子との間に配置されている。例えば、遮光層２０は、金属で形成された薄膜である。マイクロレンズ１０と重なり、かつ各受光素子グループと重なる位置に開口ＯＰ１が形成されている。４つの開口ＯＰ１が図１に示されている。４つの開口ＯＰ１の形状は同じであり、４つの開口ＯＰ１の大きさは同じである。対角線Ｌ２と平行な方向における開口ＯＰ１の幅Ｗ２は、対角線Ｌ１と平行な方向における開口ＯＰ１の幅Ｗ１よりも大きい。遮光層２０は、マイクロレンズ１０を通過した光の一部を遮光する。マイクロレンズ１０を通過した光の一部は、開口ＯＰ１を通過し、受光素子に入射する。

　複数のマイクロレンズ１０は、図２に示す結像レンズ５０と複数の受光素子との間に配置されている。マイクロレンズ１０は、結像レンズ５０を通過した光の一部を受光素子に照射する。

　各受光素子グループは、２つの第１の受光素子および２つの第２の受光素子を有する。２つの第１の受光素子は、対角線Ｌ１に沿って配置されている。２つの第２の受光素子は、対角線Ｌ２に沿って配置されている。例えば、受光素子グループＰＧ２における２つの第１の受光素子は受光素子３０ｇ１および受光素子３０ｇ３である。受光素子グループＰＧ２における２つの第２の受光素子は受光素子３０ｇ２および受光素子３０ｇ４である。

　撮像素子１は、１つ以上の受光素子グループを含む必要がある。各受光素子グループは、１つ以上の第１の受光素子および２つ以上の第２の受光素子を有する必要がある。受光素子グループの数および受光素子グループに含まれる受光素子の数は、図１に示す例に限らない。

　開口ＯＰ１は、仮想的に開口ＯＰ１ａ、開口ＯＰ１ｂ、開口ＯＰ１ｃ、および開口ＯＰ１ｄに分割される。開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂは、対角線Ｌ１に沿って配置されている。開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄは、対角線Ｌ２に沿って配置されている。

　開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂを通過した光は、第１の受光素子に入射する。例えば、受光素子グループＰＧ２における開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂを通過した光は、受光素子３０ｇ１および受光素子３０ｇ３にそれぞれ入射する。受光素子３０ｇ１に入射した光が通過する結像レンズ５０の領域と、受光素子３０ｇ３に入射した光が通過する結像レンズ５０の領域とは、互いに異なる。開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄを通過した光は、第２の受光素子に入射する。例えば、受光素子グループＰＧ２における開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄを通過した光は、受光素子３０ｇ２および受光素子３０ｇ４にそれぞれ入射する。受光素子３０ｇ２に入射した光が通過する結像レンズ５０の領域と、受光素子３０ｇ４に入射した光が通過する結像レンズ５０の領域とは、互いに異なる。

　第１の開口および第２の開口が遮光層２０に形成されている。第１の開口は、開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂであり、結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光を第１の受光素子に入射させる。第２の開口は、開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄであり、結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光を第２の受光素子に入射させる。開口ＯＰ１の幅Ｗ２が開口ＯＰ１の幅Ｗ１よりも大きいため、開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄは、開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂよりも大きい。

　各受光素子グループに含まれる第１の受光素子および第２の受光素子は、行数および列数が２以上である配列を形成する。その配列を平面的に見たときに、その配列が形成する図形は、第１の受光素子を通る対角線Ｌ１（第１の対角線）および第２の受光素子を通る対角線Ｌ２（第２の対角線）を含む。対角線Ｌ２と平行な方向における開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄの幅（幅Ｗ２の半分）は、対角線Ｌ１と平行な方向における開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂの幅（幅Ｗ１の半分）よりも大きい。

　光は、結像レンズ５０の第１の領域およびマイクロレンズ１０を通過し、開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂを通過する。また、光は、結像レンズ５０の第２の領域およびマイクロレンズ１０を通過し、開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄを通過する。開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂの大きさ（面積）と開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄの大きさ（面積）とが互いに異なる。そのため、結像レンズ５０の第１の領域の大きさ（瞳径）と結像レンズ５０の第２の領域の大きさ（瞳径）とが互いに異なる。

　開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄが開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂよりも大きいため、結像レンズ５０の第２の領域は結像レンズ５０の第１の領域よりも大きい。第１の受光素子は、開口ＯＰ１ａおよび開口ＯＰ１ｂを通過した光を受光し、第２の受光素子は、開口ＯＰ１ｃおよび開口ＯＰ１ｄを通過した光を受光する。

　第１の受光素子を使用する撮像は、実質的に大きなＦ値を持つ結像レンズを使用する撮像と同じである。第１の受光素子で得られた信号電荷は、高精度な距離測定に適していないが、第１の受光素子を使用する撮像では被写界深度が深い。例えば、第１の受光素子で得られた信号電荷は、カラー画像を生成するために使用される。

　第２の受光素子を使用する撮像は、実質的に小さなＦ値を持つ結像レンズを使用する撮像と同じである。第２の受光素子を使用する撮像では、被写界深度は浅くなるが、第２の受光素子で得られた信号電荷は、高精度な距離測定に適している。例えば、第２の受光素子で得られた信号電荷は、位相差を検出するために使用される。

　図２は、図１に示す線Ａ－Ａ’の位置における撮像素子１の断面図である。受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ３、受光素子３０ｂ１、および受光素子３０ｂ３を通る断面における撮像素子１の構成が図２に示されている。また、結像レンズ５０が図２に示されている。結像レンズ５０および撮像素子１は、撮像装置に含まれる。

　図２に示す各受光素子は、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子である。各受光素子の表面上に絶縁層ＩＬ１が形成されている。絶縁層ＩＬ１の内部に遮光層２０が形成されている。複数の受光素子と部分的に重なる位置に開口ＯＰ１が形成されている。図２に示す断面における開口ＯＰ１の幅はＷ１である。

　絶縁層ＩＬ１上にカラーフィルタＣＦｒおよびカラーフィルタＣＦｂが形成されている。カラーフィルタＣＦｒおよびカラーフィルタＣＦｂは、複数のマイクロレンズ１０と遮光層２０との間に配置されている。カラーフィルタＣＦｒは、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ２、受光素子３０ｒ３、および受光素子３０ｒ４と重なる位置に配置されている。カラーフィルタＣＦｂは、受光素子３０ｂ１、受光素子３０ｂ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｂ４と重なる位置に配置されている。

　結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光がカラーフィルタＣＦｒおよびカラーフィルタＣＦｂに入射する。赤色光がカラーフィルタＣＦｒを透過し、青色光がカラーフィルタＣＦｂを透過する。カラーフィルタＣＦｒを透過した光の一部は、開口ＯＰ１を通過し、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ２、受光素子３０ｒ３、および受光素子３０ｒ４に入射する。カラーフィルタＣＦｂを透過した光の一部は、開口ＯＰ１を通過し、受光素子３０ｂ１、受光素子３０ｂ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｂ４に入射する。

　カラーフィルタＣＦｒおよびカラーフィルタＣＦｂ上に絶縁層ＩＬ２が形成されている。絶縁層ＩＬ２の表面に複数のマイクロレンズ１０が形成されている。複数のマイクロレンズ１０の光学的に前方に結像レンズ５０が配置されている。受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ２、受光素子３０ｒ３、および受光素子３０ｒ４は、結像レンズ５０の光軸に垂直な方向に結像レンズ５０の中心Ｃ１から距離Ｄ１だけ離れた位置Ｐ１および位置Ｐ２よりも内側の領域Ｒ１を通過した光を受光する。

　図２に示す各受光素子（第１の受光素子）は、結像レンズ５０の中心Ｃ１に近い位置を通過した光を受光する。そのため、第１の受光素子は、実質的に大きなＦ値を持つ結像レンズを通過した光を受光する。これにより、深い被写界深度で撮像が実施される。

　大きなＦ値を持つ結像レンズを通過した光は相対的に暗いため、第１の受光素子で生成される信号電荷は相対的に少ない。その信号電荷は位相差の検出に使用されないため、電荷電圧変換素子４０は、受光素子グループに含まれる２つ以上の第１の受光素子によって生成された第１の信号電荷を混合し、かつ電圧に変換する。これにより、信号を読み出す時間が短縮され、高いＳ／Ｎ比が実現される。

　図３は、図１に示す線Ｂ－Ｂ’の位置における撮像素子１の断面図である。２つの受光素子３０ｇ２および２つの受光素子３０ｇ４を通る断面における撮像素子１の構成が図３に示されている。また、結像レンズ５０が図３に示されている。図２に示す構成と同じ構成の説明を省略する。

　図３に示す各受光素子は、位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子である。図３に示す断面における開口ＯＰ１の幅はＷ２である。絶縁層ＩＬ１上にカラーフィルタＣＦｇが形成されている。カラーフィルタＣＦｇは、複数のマイクロレンズ１０と遮光層２０との間に配置されている。カラーフィルタＣＦｇは、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｇ３、および受光素子３０ｇ４と重なる位置に配置されている。

　結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光がカラーフィルタＣＦｇに入射する。緑色光がカラーフィルタＣＦｇを透過する。カラーフィルタＣＦｇを透過した光の一部は、開口ＯＰ１を通過し、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｇ３、および受光素子３０ｇ４に入射する。受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｇ３、および受光素子３０ｇ４は、結像レンズ５０の光軸に垂直な方向に結像レンズ５０の中心Ｃ１から距離Ｄ２だけ離れた位置Ｐ３および位置Ｐ４よりも内側の領域Ｒ２を通過した光を受光する。

　位置Ｐ３（位置Ｐ４）と中心Ｃ１との間の距離Ｄ２は、図２に示す位置Ｐ１（位置Ｐ２）と中心Ｃ１との間の距離Ｄ１よりも大きい。そのため、領域Ｒ２は、図１に示す領域Ｒ１を含み、領域Ｒ１よりも大きい。領域Ｒ２は、領域Ｒ１よりも外側の位置を含む。

　図３に示す各受光素子（第２の受光素子）は、結像レンズ５０の中心Ｃ１から遠い位置を通過した光を受光する。そのため、第２の受光素子は、実質的に小さなＦ値を持つ結像レンズを通過した光を受光する。これにより、高精度な距離測定に適した信号電荷が得られる。

　小さなＦ値を持つ結像レンズを通過した光は相対的に明るいため、第２の受光素子で生成される信号電荷は相対的に多い。電荷電圧変換素子４０は、受光素子グループに含まれる第２の受光素子によって生成された第２の信号電荷を個別に電圧に変換する。これにより、電荷電圧変換素子４０の飽和が回避され、高精度な距離測定を実施するための信号が得られる。

　図４は、各受光素子から信号を読み出す方法を示す。撮像装置は、図４に示す読み出し回路６０を有する。読み出し回路６０は、第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号を第１の受光素子から読み出し、かつ第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号を第２の受光素子から読み出す。読み出し回路６０は、第１の信号を受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ３、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｇ３、受光素子３０ｂ１、および受光素子３０ｂ３から読み出す。読み出し回路６０は、第２の信号を受光素子３０ｒ２、受光素子３０ｒ４、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｇ４、受光素子３０ｂ２、および受光素子３０ｂ４から読み出す。読み出し回路６０は、複数の受光素子の配列の各行に割り当てられた期間内で第１の信号および第２の信号を出力するレートがその配列の行間で平準化されるように第１の信号および第２の信号を読み出す。

　数字を含む文字列（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１等）が図４に示す各受光素子上に示されている。各文字列は、各受光素子において信号電荷に基づいて生成された信号を示す。

　奇数に対応する受光素子は第１の信号電荷を生成する。電荷電圧変換素子４０は、受光素子グループに含まれる２つ以上の第１の受光素子によって生成された第１の信号電荷を混合し、かつ第１の信号に変換する。読み出し回路６０は、第１の信号を読み出す。第１の信号はカラー画像の生成に使用される。偶数に対応する受光素子は第２の信号電荷を生成する。電荷電圧変換素子４０は、第２の信号電荷を第２の信号に変換する。読み出し回路６０は、第２の信号を個別に読み出す。第２の信号は位相差の検出に使用される。

　例えば、読み出し回路６０は、第１行に割り当てられた第１の期間において、受光素子３０ｇ４の信号Ｇ４、受光素子３０ｇ１および受光素子３０ｇ３の信号（Ｇ１＋Ｇ３）、および受光素子３０ｂ４の信号Ｂ４を読み出す。読み出し回路６０は、第２行に割り当てられた第２の期間において、受光素子３０ｇ２の信号Ｇ２、受光素子３０ｂ１および受光素子３０ｂ３の信号（Ｂ１＋Ｂ３）、および受光素子３０ｂ２の信号Ｂ２を読み出す。

　読み出し回路６０は、第３行に割り当てられた第３の期間において、受光素子３０ｒ４の信号Ｒ４、受光素子３０ｒ１および受光素子３０ｒ３の信号（Ｒ１＋Ｒ３）、および受光素子３０ｇ４の信号Ｇ４を読み出す。読み出し回路６０は、第４行に割り当てられた第４の期間において、受光素子３０ｒ２の信号Ｒ２、受光素子３０ｇ１および受光素子３０ｇ３の信号（Ｇ１＋Ｇ３）、および受光素子３０ｇ２の信号Ｇ２を読み出す。

　読み出し回路６０は、各行に割り当てられた期間において、３つの信号を読み出す。その３つの信号のうちの１つは、２つの第１の受光素子の信号電荷を混合することにより生成された信号電荷に対応する。各期間において読み出される信号の数が一定であるため、信号を出力するレートが平準化される。

　上記のように、撮像素子１は、複数の受光素子（受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｂ１等）およびマイクロレンズ１０を有する。複数の受光素子は、行列状に配置されている。マイクロレンズ１０は、複数の受光素子上において、受光素子グループ（受光素子グループＰＧ１、受光素子グループＰＧ２、および受光素子グループＰＧ３）に対して配置されている。受光素子グループは、複数の受光素子に含まれる１つ以上の第１の受光素子（受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ３等）および複数の受光素子に含まれる２つ以上の第２の受光素子（受光素子３０ｒ２、受光素子３０ｒ４等）を有する。第１の受光素子は、被写体の光像を複数の受光素子上に形成する結像レンズ５０を通過した光を受光し、受光した光に基づいて第１の信号電荷を生成する。２つ以上の第２の受光素子は、結像レンズ５０の互いに異なる領域を通過した光を受光し、受光した光に基づいて第２の信号電荷を生成する。第１の受光素子は、結像レンズ５０の中心Ｃ１を含む結像レンズ５０の第１の領域（領域Ｒ１）を通過した光を受光する。第２の受光素子は、第１の領域よりも外側の位置（位置Ｐ３および位置Ｐ４）を含む結像レンズ５０の第２の領域（領域Ｒ２）を通過した光を受光する。

　第１の受光素子を使用することにより、深い被写界深度で撮像が実施され、第１の信号電荷が得られる。これと同時に、第２の信号電荷が第２の受光素子において得られる。第２の信号電荷は、高精度な距離測定に適している。そのため、撮像素子１は、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

　（第１の実施形態の第１の変形例）
　図５は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例の撮像素子１ａの平面図である。図５に示す撮像素子１ａは、複数のマイクロレンズ１０、遮光層２０、複数の受光素子、および複数の電荷電圧変換素子４０を有する。撮像素子１ａを構成する半導体基板をその半導体基板の主面に垂直な方向に平面的に見たときの状態が図５に示されている。マイクロレンズ１０および遮光層２０は図５に示されていない。

　複数の受光素子グループが配置されている。図５に示す例では、受光素子グループＰＧ１、受光素子グループＰＧ２、受光素子グループＰＧ３、および受光素子グループＰＧ４が配置されている。図１に示す受光素子グループと同じ受光素子グループの説明を省略する。

　受光素子グループＰＧ４は、受光素子３０ｃ１、受光素子３０ｃ２、受光素子３０ｃ３、および受光素子３０ｃ４を有する。受光素子グループＰＧ４は、縦方向および横方向に所定の間隔で配置されている。受光素子グループＰＧ４に含まれる４つの受光素子は、緑色光および青色光を受光し、受光した緑色光および青色光に基づいて信号電荷を生成する。

　受光素子３０ｃ１および受光素子３０ｃ３は、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子である。受光素子３０ｃ２および受光素子３０ｃ４は、位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子である。

　撮像素子１ａの複数の受光素子は、図１に示す撮像素子１の複数の受光素子が受光する光の帯域よりも広い帯域の光を受光する。そのため、撮像素子１ａは、フレーム毎に異なる狭帯域光を被写体に照射して被写体の分光特性を得たり、白色光を被写体に照射して高感度撮像を実施したりすることができる。

　（第１の実施形態の第２の変形例）
　図６は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例の撮像素子１ｂの平面図である。図６に示す撮像素子１ｂは、複数のマイクロレンズ１０、遮光層２０、複数の受光素子、および複数の電荷電圧変換素子４０を有する。撮像素子１ｂを構成する半導体基板をその半導体基板の主面に垂直な方向に平面的に見たときの状態が図６に示されている。マイクロレンズ１０および遮光層２０は図６に示されていない。

　複数の受光素子グループが配置されている。図６に示す例では、受光素子グループＰＧ１１、受光素子グループＰＧ１２、および受光素子グループＰＧ１３が配置されている。受光素子グループＰＧ１１は、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｃ２、受光素子３０ｒ３、および受光素子３０ｃ４を有する。受光素子グループＰＧ１２は、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｃ２、受光素子３０ｇ３、および受光素子３０ｃ４を有する。受光素子グループＰＧ１３は、受光素子３０ｂ１、受光素子３０ｃ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｃ４を有する。各受光素子は、図１または図５に示す受光素子と同じである。

　受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｒ３、受光素子３０ｇ１、受光素子３０ｇ３、受光素子３０ｂ１、および受光素子３０ｂ３は、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子である。受光素子３０ｃ２および受光素子３０ｃ４は、位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子である。受光素子３０ｃ２および受光素子３０ｃ４は、緑色光および青色光だけでなく、全波長領域に感度を持っていてもよい。

　電荷電圧変換素子４０は、第２の受光素子によって生成された信号電荷を個別に電圧に変換する。第２の受光素子は、第１の受光素子が受光する光の波長領域よりも広い波長領域の光を受光する。そのため、第２の受光素子で生成される信号電荷は相対的に多い。したがって、高いＳ／Ｎ比が実現され、距離測定の精度が向上する。

　電荷電圧変換素子４０は、受光素子グループに含まれる２つの第１の受光素子によって生成された信号電荷を混合し、かつ電圧に変換する。これにより、高いＳ／Ｎ比が実現され、カラー画像の画質が向上する。

　ＮＢＩ（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ばれる撮像方法では、青の画像に基づいて浅い位置の血管が検出され、緑の画像に基づいて深い位置の血管が検出される。この撮像方法では赤のカラーフィルタは不要であるため、例えば受光素子３０ｒ１および受光素子３０ｒ３は受光素子３０ｇ１または受光素子３０ｂ１と同様の受光素子で置き換えられてもよい。

　（第２の実施形態）
　図７は、本発明の第２の実施形態の撮像素子１ｃの平面図である。図７に示す撮像素子１ｃは、複数のマイクロレンズ１０、複数の受光素子、および複数の電荷電圧変換素子４０を有する。撮像素子１ｃは、図１に示す遮光層２０を有していない。撮像素子１ｃを構成する半導体基板をその半導体基板の主面に垂直な方向に平面的に見たときの状態が図７に示されている。撮像素子１ｃは、複数の層が積層された構造を有する。その複数の層の状態が図７に示されている。

　複数の受光素子グループが配置されている。図７に示す例では、受光素子グループＰＧ２１、受光素子グループＰＧ２２、および受光素子グループＰＧ２３が配置されている。受光素子グループＰＧ２１は、９個の受光素子３０ｒを有する。受光素子グループＰＧ２２は、９個の受光素子３０ｇを有する。受光素子グループＰＧ２３は、９個の受光素子３０ｂを有する。

　受光素子３０ｒｃが、受光素子グループＰＧ２１に含まれる９個の受光素子３０ｒの中心にある。受光素子３０ｇｃが、受光素子グループＰＧ２２に含まれる９個の受光素子３０ｇの中心にある。受光素子３０ｂｃが、受光素子グループＰＧ２３に含まれる９個の受光素子３０ｂの中心にある。受光素子３０ｒｃ、受光素子３０ｇｃ、および受光素子３０ｂｃは、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子である。受光素子３０ｒｃを囲む８個の受光素子３０ｒ、受光素子３０ｇｃを囲む８個の受光素子３０ｇ、および受光素子３０ｂｃを囲む８個の受光素子３０ｂは、位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子である。

　電荷電圧変換素子４０は、第１の受光素子によって生成された信号電荷を電圧に変換する。第１の受光素子は、結像レンズ５０の中心に近い位置を通過した光を受光するため、深い被写界深度で撮像が実施される。

　電荷電圧変換素子４０は、第２の受光素子によって生成された信号電荷を個別に電圧に変換する。信号が各受光素子グループの８個の第２の受光素子から読み出され、平均化される。これにより、高精度な距離測定に適した信号が得られる。

　各受光素子グループに含まれる第１の受光素子および第２の受光素子は、行数および列数の一方が３以上であり、かつ行数および列数の他方が１以上である配列を形成する必要がある。第１の受光素子はその配列の中心部に配置され、第２の受光素子はその配列の外周部に配置されている。

　受光素子グループの数および受光素子グループに含まれる受光素子の数は、図７に示す例に限らない。受光素子の配列の行数が１であり、その配列の列数が３であってもよい。この場合、３つの受光素子が一列に配置される。１つの第１の受光素子が配列の中心に配置され、２つの第２の受光素子が第１の受光素子の両側に配置される。

　第１の受光素子を使用することにより、深い被写界深度で撮像が実施され、第１の信号電荷が得られる。これと同時に、第２の信号電荷が第２の受光素子において得られる。第２の信号電荷は、高精度な距離測定に適している。そのため、撮像素子１ｃは、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

　（第３の実施形態）
　図８は、本発明の第３の実施形態の撮像素子１ｄの平面図である。図８に示す撮像素子１ｄは、複数のマイクロレンズ１０、複数の受光素子、複数の電荷電圧変換素子４０、および赤外透過層７０を有する。撮像素子１ｄを構成する半導体基板をその半導体基板の主面に垂直な方向に平面的に見たときの状態が図８に示されている。撮像素子１ｄは、複数の層が積層された構造を有する。その複数の層の状態が図８に示されている。

　複数の受光素子グループが配置されている。図８に示す例では、４つの受光素子グループＰＧ３１が配置されている。受光素子グループＰＧ３１は、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｇ４を有する。各受光素子は、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子として機能し、かつ位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子として機能する。

　赤外透過層７０は、複数のマイクロレンズ１０と複数の受光素子との間に配置されている。例えば、赤外透過層７０は、赤外光を透過させ、可視光を遮光する材料で形成された薄膜である。マイクロレンズ１０と重なり、かつ受光素子グループＰＧ３１と重なる位置に開口ＯＰ２が形成されている。開口ＯＰ２は、受光素子グループＰＧ３１の中心部と重なる。開口ＯＰ２は、受光素子グループＰＧ３１に含まれる４つの受光素子の各々の一部と重なる。赤外透過層７０は、マイクロレンズ１０を通過した赤外光を透過させる。赤外透過層７０を透過した赤外光は、各受光素子グループＰＧ３１に含まれる４つの受光素子に入射する。赤外透過層７０は、マイクロレンズ１０を通過した可視光の一部を遮光する。マイクロレンズ１０を通過した光の一部は、開口ＯＰ２を通過し、各受光素子グループＰＧ３１に含まれる４つの受光素子に入射する。

　図２に示す結像レンズ５０、撮像素子１ｄ、および光源装置が撮像装置に含まれる。光源装置は図８に示されていない。後述する第４の実施形態における図１０に示す光源装置１０１が使用されてもよい。光源装置は、可視光を発生する第１の状態と、赤外光を発生する第２の状態とを切り替え可能である。光源装置の状態は、第１の状態と第２の状態とのいずれか１つになる。赤外透過層７０は、結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した赤外光を透過させ、結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した可視光を遮光する材料を含む。

　受光素子グループＰＧ３１は、２つ以上の受光素子を有する。結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光を２つ以上の受光素子に入射させる開口ＯＰ２が赤外透過層７０に形成されている。光源装置の状態が第１の状態であるとき、２つ以上の受光素子は第１の受光素子として機能する。２つ以上の受光素子は、結像レンズ５０、マイクロレンズ１０、および開口ＯＰ２を通過した可視光を受光し、受光した可視光に基づいて第１の信号電荷を生成する。光源装置の状態が第２の状態であるとき、２つ以上の受光素子は第２の受光素子として機能する。２つ以上の受光素子は、結像レンズ５０、マイクロレンズ１０、および赤外透過層７０を通過した赤外光を受光し、受光した赤外光に基づいて第２の信号電荷を生成する。受光素子グループの数および受光素子グループに含まれる受光素子の数は、図８に示す例に限らない。

　図９は、発光と信号の読み出しとの各々のタイミングを示す。光源装置の状態が第１の状態であるとき、光源装置は可視光を発生する。例えば、光源装置は白色光を発生する。このとき、赤外透過層７０は遮光層として機能する。結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光の一部は赤外透過層７０によって遮光される。結像レンズ５０およびマイクロレンズ１０を通過した光の一部は、開口ＯＰ２を通過し、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｇ４に入射する。各受光素子は、第１の信号電荷を生成する。

　光源装置が可視光を発生した後、第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号が読み出される。各受光素子は、結像レンズ５０の中心に近い位置を通過した光を受光する。そのため、各受光素子は、実質的に大きなＦ値を持つ結像レンズを通過した光を受光する。これにより、深い被写界深度で撮像が実施される。

　第１の信号が読み出された後、光源装置の状態が第２の状態になり、光源装置は赤外光を発生する。例えば、光源装置は、８５０ｎｍ付近の波長を持つ近赤外光を発生する。赤外光は、結像レンズ５０、マイクロレンズ１０、および赤外透過層７０を通過し、受光素子３０ｒ１、受光素子３０ｇ２、受光素子３０ｂ３、および受光素子３０ｇ４に入射する。各受光素子は、第２の信号電荷を生成する。

　光源装置が赤外光を発生した後、第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号が読み出される。各受光素子は、結像レンズ５０の中心から遠い位置を通過した光を受光する。そのため、各受光素子は、実質的に小さなＦ値を持つ結像レンズを通過した光を受光する。これにより、高精度な距離測定に適した信号電荷が得られる。

　第１の受光素子を使用することにより、深い被写界深度で撮像が実施され、第１の信号電荷が得られる。これと同時に、第２の信号電荷が第２の受光素子において得られる。第２の信号電荷は、高精度な距離測定に適している。そのため、撮像素子１ｄは、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

　（第４の実施形態）
　図１０は、本発明の第４の実施形態の内視鏡装置２の構成を示す。図１０に示す内視鏡装置２は、光源部１００、スコープ１１０、コントロールユニット１２０、およびモニタ１３０を有する。

　光源部１００は、光源装置１０１およびレンズ１０２を有する。光源装置１０１は、光を発生する。光源装置１０１は、可視光および赤外光を発生する第３の実施形態の光源装置として機能してもよい。レンズ１０２は、光源装置１０１から発生した光をスコープ１１０に入射させる。

　スコープ１１０は、ライトガイド１１１、照明レンズ１１２、結像レンズ１１３、および撮像素子１１４を有する。照明レンズ１１２、結像レンズ１１３、および撮像素子１１４は、スコープ１１０の先端１１０ａに配置されている。光源装置１０１から発生した光は、レンズ１０２を経由して、ライトガイド１１１に入射する。ライトガイド１１１は、光源装置１０１から発生した光をスコープ１１０の先端１１０ａに伝送する。ライトガイド１１１によって伝送された光は、照明レンズ１１２により被写体ＳＢ１に照射される。

　スコープ１１０の先端１１０ａにおいて、照明レンズ１１２に隣接して結像レンズ１１３が配置されている。被写体ＳＢ１によって反射された光が結像レンズ１１３に入射する。結像レンズ１１３は、被写体ＳＢ１からの光を撮像素子１１４に入射させる。

　撮像素子１１４は、第１から第３の実施形態のいずれか１つの撮像素子と同じである。撮像素子１１４は、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子と、位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子とを有する。撮像素子１１４は、第１の信号電荷に基づいて第１の信号を生成し、第２の信号電荷に基づいて第２の信号を生成する。

　コントロールユニット１２０は、プロセッサおよび論理回路の少なくとも１つを有する。例えば、プロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、およびＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）の少なくとも１つである。例えば、論理回路は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）およびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）の少なくとも１つである。コントロールユニット１２０は、１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。コントロールユニット１２０は、１つまたは複数の論理回路を含むことができる。

　コントロールユニット１２０は、第１の信号および第２の信号を撮像素子１１４から受信する。コントロールユニット１２０は、第１の信号に基づいて被写体ＳＢ１の映像信号を生成する。コントロールユニット１２０は、互いに異なる２つの第２の受光素子によって生成された第２の信号電荷に対応する２つの第２の信号間の位相差（視差）を算出する。コントロールユニット１２０は、算出された位相差に基づいて被写体ＳＢ１までの距離を算出し、算出された距離に基づいてＡＦ制御を実行する。コントロールユニット１２０は、被写体ＳＢ１までの距離を算出することにより被写体ＳＢ１の形状を計測してもよい。

　モニタ１３０は、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等である。モニタ１３０は、コントロールユニット１２０によって生成された映像信号に基づいてカラー画像を表示する。

　内視鏡装置２は、第１から第３の実施形態のいずれか１つの撮像素子と同じ撮像素子１１４を有する。そのため、内視鏡装置２は、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

　（第５の実施形態）
　図１１は、本発明の第５の実施形態の手術用顕微鏡システム３の構成を示す。図１１に示す手術用顕微鏡システム３は、鏡体部１５０、支持部１６０、モニタ１７０、モニタアーム１８０、コントロールユニット１９０、およびフットスイッチ２００を有する。

　鏡体部１５０は、被写体ＳＢ２を撮像するための撮像部の本体である。支持部１６０は、鏡体部１５０を支持する。モニタ１７０は、被写体のカラー画像を表示する。モニタアーム１８０は、モニタ１７０が移動できるようにモニタ１７０を支持する。フットスイッチ２００は、ユーザＵ１によって操作される操作部である。

　図１２は、鏡体部１５０および支持部１６０の構成を示す。鏡体部１５０は、結像レンズ１５１および撮像素子１５２を有する。結像レンズ１５１は、被写体ＳＢ２からの光を撮像素子１５２に入射させる。撮像素子１５２は、第１から第３の実施形態のいずれか１つの撮像素子と同じである。撮像素子１５２は、カラー画像を生成するための第１の信号電荷を生成する第１の受光素子と、位相差を検出するための第２の信号電荷を生成する第２の受光素子とを有する。撮像素子１５２は、第１の信号電荷に基づいて第１の信号を生成し、第２の信号電荷に基づいて第２の信号を生成する。

　鏡体部１５０の外装には、ユーザＵ１が鏡体部１５０を移動しやすくするためのグリップ２１０が取り付けられている。押しボタン式のグリップスイッチ２１１がグリップ２１０に配置されている。ユーザＵ１は、鏡体部１５０を移動させるために、グリップ２１０を保持し、グリップスイッチ２１１を押下する。これにより、ユーザＵ１は、支持部１６０を移動させる。ユーザＵ１がグリップスイッチ２１１を離したとき、支持部１６０がその時点の形態で固定される。これにより、ユーザＵ１が所望する位置および向きで鏡体部１５０が固定される。

　支持部１６０は、所定位置に固定される架台１６１と、複数のアームロッド１６２と、アームロッド１６２を屈曲自在に連結する複数の関節１６３とを有する。アームロッド１６２は、図１２に示されていない電磁ブレーキを有する。グリップスイッチ２１１のオン状態とオフ状態との切り替えにより、電磁ブレーキの状態が動作状態または停止状態に設定される。電磁ブレーキの状態が動作状態であるとき、支持部１６０は固定される。電磁ブレーキの状態が停止状態であるとき、各関節１６３は回転可能となる。

　コントロールユニット１９０が架台１６１に配置されている。コントロールユニット１９０は、プロセッサおよび論理回路の少なくとも１つを有する。コントロールユニット１９０は、１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。コントロールユニット１９０は、１つまたは複数の論理回路を含むことができる。

　コントロールユニット１９０は、第１の信号および第２の信号を撮像素子１５２から受信する。コントロールユニット１９０は、第１の信号に基づいて被写体ＳＢ２の映像信号を生成する。コントロールユニット１９０は、互いに異なる２つの第２の受光素子によって生成された第２の信号電荷に対応する２つの第２の信号間の位相差（視差）を算出する。コントロールユニット１９０は、算出された位相差に基づいて被写体ＳＢ２までの距離を算出し、算出された距離に基づいてＡＦ制御を実行する。コントロールユニット１９０は、被写体ＳＢ２までの距離を算出することにより被写体ＳＢ２の形状を計測してもよい。

　手術用顕微鏡システム３は、第１から第３の実施形態のいずれか１つの撮像素子と同じ撮像素子１５２を有する。そのため、手術用顕微鏡システム３は、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

　本発明の各実施形態によれば、固体撮像素子、撮像装置、内視鏡装置、および手術用顕微鏡システムは、深い被写界深度で撮像を実施することができ、かつ高精度な距離測定に適した信号電荷を得ることができる。

　１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１１４，１５２　撮像素子
　２　内視鏡装置
　３　手術用顕微鏡システム
　１０　マイクロレンズ
　２０　遮光層
　３０ｒ，３０ｒｃ，３０ｒ１，３０ｒ２，３０ｒ３，３０ｒ４，３０ｇ，３０ｇｃ，３０ｇ１，３０ｇ２，３０ｇ３，３０ｇ４，３０ｂ，３０ｂｃ，３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｂ３，３０ｂ４，３０ｃ１，３０ｃ２，３０ｃ３，３０ｃ４　受光素子
　４０　電荷電圧変換素子
　５０，１１３，１５１　結像レンズ
　６０　読み出し回路
　７０　赤外透過層
　１００　光源部
　１０１　光源装置
　１０２　レンズ
　１１０　スコープ
　１１１　ライトガイド
　１１２　照明レンズ
　１２０，１９０　コントロールユニット
　１３０，１７０　モニタ
　１５０　鏡体部
　１６０　支持部
　１６１　架台
　１６２　アームロッド
　１６３　関節
　１８０　モニタアーム
　２００　フットスイッチ
　２１０　グリップ
　２１１　グリップスイッチ

Claims

　行列状に配置された複数の受光素子と、
　前記複数の受光素子上において、受光素子グループに対して配置されたマイクロレンズと、
　を備え、
　前記受光素子グループは、前記複数の受光素子に含まれる１つ以上の第１の受光素子および前記複数の受光素子に含まれる２つ以上の第２の受光素子を有し、
　前記第１の受光素子は、被写体の光像を前記複数の受光素子上に形成する結像レンズを通過した光を受光し、受光した前記光に基づいて第１の信号電荷を生成し、
　前記２つ以上の第２の受光素子は、前記結像レンズの互いに異なる領域を通過した光を受光し、受光した前記光に基づいて第２の信号電荷を生成し、
　前記第１の受光素子は、前記結像レンズの中心を含む前記結像レンズの第１の領域を通過した光を受光し、
　前記第２の受光素子は、前記第１の領域よりも外側の位置を含む前記結像レンズの第２の領域を通過した光を受光する
　固体撮像素子。
　前記マイクロレンズと前記複数の受光素子との間に配置された遮光層をさらに備え、
　前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した光を前記第１の受光素子に入射させる第１の開口と、前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した光を前記第２の受光素子に入射させる第２の開口とが前記遮光層に形成され、
　前記第２の開口は前記第１の開口よりも大きい
　請求項１に記載の固体撮像素子。
　前記受光素子グループに含まれる前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、行数および列数が２以上である配列を形成し、
　前記配列を平面的に見たときに、前記配列が形成する図形は、前記第１の受光素子を通る第１の対角線および前記第２の受光素子を通る第２の対角線を含み、
　前記第２の対角線と平行な方向における前記第２の開口の幅は、前記第１の対角線と平行な方向における前記第１の開口の幅よりも大きい
　請求項２に記載の固体撮像素子。
　前記受光素子グループは、２つ以上の前記第１の受光素子を有し、
　前記固体撮像素子は、前記受光素子グループに含まれる２つ以上の前記第１の受光素子によって生成された前記第１の信号電荷を混合し、かつ電圧に変換し、前記受光素子グループに含まれる前記第２の受光素子によって生成された前記第２の信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換素子を有する
　請求項１に記載の固体撮像素子。
　前記受光素子グループに含まれる前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、行数および列数の一方が３以上であり、かつ前記行数および前記列数の他方が１以上である配列を形成し、
　前記第１の受光素子は前記配列の中心部に配置され、前記第２の受光素子は前記配列の外周部に配置されている
　請求項１に記載の固体撮像素子。
　請求項１に記載の固体撮像素子と、
　前記結像レンズと、
　を備える撮像装置。
　前記撮像装置は、前記第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号を前記第１の受光素子から読み出し、かつ前記第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号を前記第２の受光素子から読み出す読み出し回路をさらに備え、
　前記受光素子グループに含まれる前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、行数および列数が２以上である配列を形成し、
　前記読み出し回路は、前記配列の各行に割り当てられた期間内で前記第１の信号および前記第２の信号を出力するレートが前記配列の行間で平準化されるように前記第１の信号および前記第２の信号を読み出す
　請求項６に記載の撮像装置。
　可視光を発生する第１の状態と、赤外光を発生する第２の状態とを切り替え可能な光源装置をさらに備え、
　前記固体撮像素子は、前記マイクロレンズと前記複数の受光素子との間に配置され、前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した前記赤外光を透過させ、前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した前記可視光を遮光する材料を含む赤外透過層をさらに備え、
　前記受光素子グループは、２つ以上の受光素子を有し、
　前記結像レンズおよび前記マイクロレンズを通過した光を前記２つ以上の受光素子に入射させる開口が前記赤外透過層に形成され、
　前記光源装置の状態が前記第１の状態であるとき、前記２つ以上の受光素子は、前記第１の受光素子として機能し、前記結像レンズ、前記マイクロレンズ、および前記開口を通過した前記可視光を受光し、受光した前記可視光に基づいて前記第１の信号電荷を生成し、
　前記光源装置の状態が前記第２の状態であるとき、前記２つ以上の受光素子は、前記第２の受光素子として機能し、前記結像レンズ、前記マイクロレンズ、および前記赤外透過層を通過した前記赤外光を受光し、受光した前記赤外光に基づいて前記第２の信号電荷を生成する
　請求項６に記載の撮像装置。
　請求項１に記載の固体撮像素子が先端に配置されたスコープと、
　前記第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号と、前記第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号とを受信し、前記第１の信号に基づいて前記被写体の映像信号を生成し、互いに異なる２つの前記第２の受光素子によって生成された前記第２の信号電荷に対応する２つの前記第２の信号間の位相差を算出するコントロールユニットと、
　を備える内視鏡装置。
　請求項１に記載の固体撮像素子と、
　前記第１の信号電荷に基づいて生成された第１の信号と、前記第２の信号電荷に基づいて生成された第２の信号とを受信し、前記第１の信号に基づいて前記被写体の映像信号を生成し、互いに異なる２つの前記第２の受光素子によって生成された前記第２の信号電荷に対応する２つの前記第２の信号間の位相差を算出するコントロールユニットと、
　を備える手術用顕微鏡システム。