公開特許公報

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎない。つまり、当業者が、発明の主旨を保ちつつ適宜変更することで容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される構成である。図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。しかし、これらはあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号の後に大文字のアルファベットを付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0018】

本明細書および特許請求の範囲において、第１構造体の上に第２構造体が配置された態様を表現する際に、単に「上」又は「上方」と表記する場合、特に断りの無い限りは、第１構造体に接するように、第１構造体の直上に第２構造体が配置される場合と、第１構造体の上方に、さらに別の第３構造体を介して第２構造体が配置される場合と、の両方を含むものと定義される。なお、以下の説明において、受光素子から光学素子に向かう方向を「上」又は「上方」といい、その逆の方向を「下」又は「下方」という。

【0019】

以下の説明において、受光素子として、光によって起電力が発生する光電変換素子が用いられた構成について例示するが、この構成に限定されない。例えば、受光素子として、光によって電気伝導度が変化する光電変換素子が用いられてもよい。又は、受光素子として、受光した光の特性（例えば、光の波長）を電気的な信号に変換するタイプの光電変換素子が用いられてもよい。又は、受光素子として、受光した光を電気的な情報ではない情報に変換する素子が用いられてもよい。

【0020】

本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ〜Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。

【0021】

なお、以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。

【0022】

〈第１実施形態〉
［イメージセンサ１０の構成］
図１〜７を用いて、第１実施形態に係るイメージセンサ１０の概要について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの光学素子及び受光素子を個別に示す平面図である。図１に示すように、イメージセンサ１０は、光学素子１００及び受光素子２００を有する。光学素子１００及び受光素子２００はそれぞれ複数設けられている。複数の光学素子１００及び受光素子２００は、それぞれ同じ間隔で配置されている。換言すると、光学素子１００の大きさと受光素子２００の大きさは略同一である。図１の例では、複数の光学素子１００及び複数の受光素子２００の各々は、マトリックス状に同じピッチで配置されている。

【0023】

光学素子１００は、互いに異なる光学特性を備えた第１領域１０１、第２領域１０３、第３領域１０５、及び第４領域１０７を有する。第１領域１０１は、偏光フィルタが設けられていない領域である。なお、本実施形態では、第１領域１０１には光学的なフィルタは設けられておらず、光学素子１００の反射又は吸収などの影響を除き、第１領域１０１に入射された光は光学素子１００を透過する。第２領域１０３は、Ｄ１方向に延びた第１偏光フィルタが設けられた領域である。第３領域１０５は、Ｄ２方向に延びた第２偏光フィルタが設けられた領域である。

【0024】

第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタは偏光特性が異なる。本実施形態では、Ｄ２方向はＤ１方向に直交する方向である。つまり、第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタは偏光軸が異なる偏光フィルタである。なお、Ｄ１方向とＤ２方向とは交差する方向であればよく、直交する方向でなくてもよい。本実施形態では、第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタの各々が直線偏光のフィルタである構成を例示したが、円偏光フィルタなどの他の偏光フィルタが用いられてもよい。

【0025】

第４領域１０７は、光を遮光する遮光フィルタが設けられた領域である。第１偏光フィルタは、Ｄ２方向の偏光を遮蔽し、Ｄ１方向の偏光だけを透過する。第２偏光フィルタは、Ｄ１方向の偏光を遮蔽しＤ２方向の偏光だけを透過する。換言すると、光学素子１００は、互いに異なる光学特性を備えた複数のフィルタ（第１偏光フィルタ、第２偏光フィルタ、及び遮光フィルタ）を有する。

【0026】

受光素子２００は受光部２０１及び遮光部２０３を有する。受光部２０１は遮光部２０３から露出された領域である。受光部２０１に入射した光の強度によって起電力が生成される。遮光部２０３は、受光素子２００を構成する回路の上に遮光部材が設けられた領域であり、遮光部２０３に入射した光が反射して受光部２０１に入射されることを抑制する。詳細は後述するが、受光素子２００はトランジスタ及び容量素子などの複数の機能素子、並びにこれらの機能素子を接続する配線を含む。遮光部２０３は、機能素子及び配線を構成する金属層による反射を抑制する。

【0027】

第１領域１０１、第２領域１０３、第３領域１０５、及び第４領域１０７の大きさは略同一である。受光部２０１の大きさは、上記の４つの領域の各々より小さい。

【0028】

図２は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの光学素子及び受光素子を重ねた状態で示す平面図である。図２は、イメージセンサ１０の使用時の一態様における光学素子１００及び受光素子２００の位置関係を示す図である。上記のように光学素子１００及び受光素子２００は同じピッチで配置されているので、ある光学素子１００の第１領域１０１が受光部２０１に重なっているとき、他の光学素子１００の第１領域１０１も、それぞれに対応する受光部２０１に重なる。上記のように受光部２０１の大きさは第１領域１０１の大きさより小さいため、図２に示す状態において、受光部２０１の外縁は第１領域１０１の外縁によって囲まれている。図２の状態は、受光部２０１と偏光フィルタ又は遮光フィルタとが重なっていないため、フィルタがかけられていない状態である。図２のように受光部２０１と第１領域１０１とが重なる状態を「第１状態」という場合がある。

【0029】

図３は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの概略を示す断面図である。図３は、イメージセンサ１０の使用時の一態様における光学素子１００及び受光素子２００の位置関係を示す図である。図３に示すように、イメージセンサ１０は光学素子１００及び受光素子２００に加えて、プリント配線基板１１０、カラーフィルタ１２０、マイクロレンズアレイ１３０、及びＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）ユニット３００を有している。光学素子１００は受光素子２００の上に設けられている。受光素子２００はプリント配線基板１１０の上に設けられている。受光素子２００とプリント配線基板１１０とはワイヤボンディング１１１で接続されている。受光素子２００の上にカラーフィルタ１２０及びマイクロレンズアレイ１３０が設けられている。受光素子２００の上にＭＥＭＳユニット３００が設けられている。

【0030】

ＭＥＭＳユニット３００は、第１可動ユニット３１０、第２可動ユニット３２０、第３可動ユニット３３０（図４参照）、及びカバー部材３９０を有する。カバー部材３９０は受光素子２００に対して平面視における位置が固定されている。カバー部材３９０として、例えば樹脂で形成された枠部材を用いることができる。カバー部材３９０の上面側において、上方から見て光学素子１００、カラーフィルタ１２０、及びマイクロレンズアレイ１３０と重なる位置にカバーガラス３９１が設けられている。カバーガラス３９１はカバー部材３９０の上方に接着されている。なお、カバーガラス３９１の代わりに、例えば樹脂や石英など、ガラス以外の材料を用いたカバーが用いられてもよい。カバー部材３９０の内側には第１可動ユニット３１０、第２可動ユニット３２０、及び第３可動ユニット３３０（図４参照）が設けられている。第１可動ユニット３１０はカバー部材３９０に固定されている。第２可動ユニット３２０は光学素子１００に接続されており、第１可動ユニット３１０及びカバー部材３９０に対して、光学素子１００と共に移動する。第１可動ユニット３１０及び第２可動ユニット３２０はＭＥＭＳによって構成されている。なお、ＭＥＭＳを用いた可動ユニットとして一般的なＭＥＭＳを用いることができるので、詳細な説明は省略する。

【0031】

図４は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの概略を示す平面図である。図４は、イメージセンサ１０の使用時の一態様における光学素子１００及び受光素子２００の位置関係を示す図である。図４に示すように、第３可動ユニット３３０は光学素子１００に固定されている。第１可動ユニット３１０と第２可動ユニット３２０とが相互作用することによって、光学素子１００、第２可動ユニット３２０、及び第３可動ユニット３３０がカバー部材３９０（又は光学素子１００）に対してＤ２方向に動く。第２可動ユニット３２０と第３可動ユニット３３０とが相互作用することによって、光学素子１００及び第３可動ユニット３３０がカバー部材３９０（又は受光素子２００）に対してＤ１方向に動く。上記のように、光学素子１００は、ＭＥＭＳユニット３００によって受光素子２００に対してＤ１方向及びＤ２方向にシフトする。ＭＥＭＳユニット３００は光学素子１００の動きを制御するため、ＭＥＭＳユニット３００を制御機構という場合がある。

【0032】

なお、本実施形態では、制御機構としてＭＥＭＳユニット３００が用いられた構成を例示するが、この構成に限定されない。制御機構は、受光素子２００に対する光学素子１００の位置を可動に制御できる機構であればよく、ＭＥＭＳ以外の構成が用いられてもよい。

【0033】

図５は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの光学素子を受光素子に対して第１方向にずらした状態の平面図である。図３及び図４に示したＭＥＭＳユニット３００を用いて光学素子１００をＤ１方向に移動させることで、受光部２０１と第２領域１０３（第１偏光フィルタ）とを重ねる。本実施形態では、図４の第２可動ユニット３２０と第３可動ユニット３３０とが相互作用することによって光学素子１００をＤ１方向に移動させることができる。図５の状態において、Ｄ２方向に偏光した光は第１偏光フィルタによって遮蔽され、受光部２０１にＤ１方向に偏光した光だけが入射される。図５のように受光部２０１と第２領域１０３とが重なる状態を「第２状態」という場合がある。

【0034】

自動車の車載カメラに搭載されたイメージセンサにおいて、例えば夜間の運転中に他の自動車のライトからの光によって白飛びが発生する場合がある。このような場合において、イメージセンサに入射される光は横方向（Ｄ２方向）に入射されるので、入射される光の偏光成分はＤ２方向の偏光成分が主である。このような場合、第１偏光フィルタによってＤ２方向に偏光した光を遮蔽することで、白飛びを抑制することができる。

【0035】

図６は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの光学素子を受光素子に対して第２方向にずらした状態の平面図である。図３及び図４に示したＭＥＭＳユニット３００を用いて光学素子１００をＤ２方向に移動させることで、受光部２０１と第３領域１０５（第２偏光フィルタ）とを重ねる。本実施形態では、図４の第１可動ユニット３１０と第２可動ユニット３２０とが相互作用することによって光学素子１００をＤ２方向に移動させることができる。図６の状態において、Ｄ１方向に偏光した光は第２偏光フィルタによって遮蔽され、受光部２０１にＤ２方向に偏光した光だけが入射される。図６のように受光部２０１と第３領域１０５とが重なる状態を「第３状態」という場合がある。

【0036】

自動車の車載カメラに搭載されたイメージセンサにおいて、例えばトンネルの中から外に出たときに、外光によって白飛びが発生する場合がある。このような場合において、イメージセンサに入射される光は縦方向（Ｄ１方向）に入射されるので、入射される光の偏光成分はＤ１方向の偏光成分が主である。このような場合、第１偏光フィルタによってＤ１方向に偏光した光を遮蔽することで、白飛びを抑制することができる。

【0037】

図７は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの光学素子を受光素子に対して第１方向及び第２方向にずらした状態の平面図である。図３及び図４に示したＭＥＭＳユニット３００を用いて光学素子１００をＤ１方向及びＤ２方向に移動させることで、受光部２０１と第４領域１０７（遮光フィルタ）とを重ねる。本実施形態では、図４の第２可動ユニット３２０と第３可動ユニット３３０とが相互作用することによって光学素子１００をＤ１方向に移動させることができ、第１可動ユニット３１０と第２可動ユニット３２０とが相互作用することによって光学素子１００をＤ２方向に移動させることができる。図７の状態において、遮光フィルタによって光が遮蔽されるため、受光部２０１に光は入射しない。図７のように受光部２０１と第４領域１０７とが重なる状態を「第４状態」という場合がある。

【0038】

上記の遮光フィルタは、イメージセンサの黒レベルを較正するためなどに用いられる。

【0039】

上記のように、ＭＥＭＳユニット３００（制御機構）は、光学素子１００をシフトさせ、上記の第１状態、第２状態、及び第３状態に制御する。

【0040】

以上のように、本実施形態のイメージセンサ１０によると、ＭＥＭＳユニット３００によって光学素子１００の位置が制御され、受光部２０１に異なるフィルタを重ねることで、状況に応じて白飛びなどの撮像異常を抑制することができる。

【0041】

〈第２実施形態〉
図８を用いて、第２実施形態に係るイメージセンサ１０Ａの概要について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの受光素子及び光学素子を個別に示す平面図である。第２実施形態に係るイメージセンサ１０Ａは、第１実施形態に係るイメージセンサ１０に類似しているが、イメージセンサ１０Ａの光学素子１００Ａ及び受光素子２００Ａの構成がイメージセンサ１０の光学素子１００及び受光素子２００の構成と相違する。

【0042】

光学素子１００Ａは、第１領域１０１Ａ、第２領域１０３Ａ、第３領域１０５Ａ、第４領域１０７Ａ、第５領域１４１Ａ、第６領域１４３Ａ、第７領域１４５Ａ、第８領域１４７Ａ、及び第９領域１４９Ａを有する。第１領域１０１Ａ〜第４領域１０７Ａは、図１の第１領域１０１〜第４領域１０７と同様なので、説明を省略する。

【0043】

第５領域１４１Ａは、第１ＮＤ（ＮｅｕｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）フィルタが設けられた領域である。第６領域１４３Ａは、第２ＮＤフィルタが設けられた領域である。第７領域１４５Ａは、第３ＮＤフィルタが設けられた領域である。第２ＮＤフィルタは第１ＮＤフィルタよりも高濃度のフィルタである。第３ＮＤフィルタは第２ＮＤフィルタよりも高濃度のフィルタである。つまり、第２ＮＤフィルタは第１ＮＤフィルタよりも光量の減少量が大きく、第３ＮＤフィルタは第２ＮＤフィルタよりも光量の減少量が大きい。上記のように、光学素子１００Ａは、異なる濃度のＮＤフィルタを備えている。

【0044】

第８領域１４７Ａは、右上から左下に延びる斜め方向の第３偏光フィルタが設けられた領域である。第９領域１４９Ａは、左上から右下に延びる斜め方向の第４偏光フィルタが設けられた領域である。第４偏光フィルタの偏光方向は第３偏光フィルタの偏光方向と直交する。

【0045】

図８に示すように、受光素子２００Ａの受光部２０１Ａは、第１領域１０１Ａに対応する位置に設けられている。偏光フィルタが設けられていない第１領域１０１Ａを中心に、各偏光フィルタ、各ＮＤフィルタ、及び遮光フィルタが設けられていることで、光学素子１００ＡがＤ１方向及びＤ２方向の各々のプラス方向又はマイナス方向に移動するだけで８種類のフィルタを受光部２０１Ａに重ねることができる。

【0046】

以上のように、本実施形態のイメージセンサ１０Ａによると、第１実施形態のイメージセンサ１０と同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態のイメージセンサ１０よりも多くの種類のフィルタを用いることができる。

【0047】

〈第３実施形態〉
図９を用いて、第３実施形態に係るイメージセンサ１０Ｂの概要について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの概略を示す断面図である。第３実施形態に係るイメージセンサ１０Ｂは、第１実施形態に係るイメージセンサ１０に類似しているが、イメージセンサ１０Ｂの光学素子１００Ｂ及びＭＥＭＳユニット３００Ｂの構成がイメージセンサ１０の光学素子１００及びＭＥＭＳユニット３００の構成と相違する。

【0048】

図９に示すように、イメージセンサ１０Ｂの光学素子１００Ｂは、第１光学素子１５０Ｂ及び第２光学素子１６０Ｂを含む。第１光学素子１５０Ｂと第２光学素子１６０Ｂとは平面視で重ねて配置される。第１光学素子１５０Ｂ及び第２光学素子１６０Ｂの各々の動きは、ＭＥＭＳユニット３００Ｂによって制御される。詳細は後述するが、第１光学素子１５０Ｂは、第１光学特性の第１フィルタを有する。第２光学素子１６０Ｂは、第１光学特性とは異なる特性である第２光学特性の第２フィルタを有する。その他の構成は図３に示す構成と同様なので、詳細な説明は省略する。

【0049】

図１０は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの受光素子及び光学素子を個別に示す平面図である。図１０に示すように、第１光学素子１５０Ｂは第１領域１０１Ｂ−１及び第２領域１０３Ｂを有する。第２光学素子１６０Ｂは第１領域１０１Ｂ−２及び第３領域１０５Ｂを有する。第１領域１０１Ｂ−１、１０１Ｂ−２、第２領域１０３Ｂ、及び第３領域１０５Ｂは、それぞれ図１の第１領域１０１、第２領域１０３、及び第３領域１０５と同様の機能を有するので、説明を省略する。

【0050】

図１０に示すように、受光素子２００Ｂの受光部２０１Ｂは、第１光学素子１５０Ｂの第１領域１０１Ｂ−１及び第２光学素子１６０Ｂの第１領域１０１Ｂ−２に対応する位置に設けられている。受光部２０１Ｂは受光素子２００Ｂの約半分の領域を占めている。第１領域１０１Ｂ−１は第１光学素子１５０Ｂの約半分の領域を占めている。第１領域１０１Ｂ−２は第２光学素子１６０Ｂの約半分の領域を占めている。

【0051】

第１光学素子１５０Ｂ及び第２光学素子１６０Ｂの各々は、ＭＥＭＳユニット３００によってＤ２方向に移動する。第１光学素子１５０ＢだけがＤ２方向に移動した場合、受光部２０１Ｂと第２領域１０３Ｂの第１偏光フィルタとが重なる。したがって、Ｄ２方向に偏光した光は第１偏光フィルタによって遮蔽され、受光部２０１ＢにＤ１方向に偏光した光だけが入射される。第２光学素子１６０ＢだけがＤ２方向に移動した場合、受光部２０１Ｂと第３領域１０５Ｂの第２偏光フィルタとが重なる。したがって、Ｄ１方向に偏光した光は第２偏光フィルタによって遮蔽され、受光部２０１ＢにＤ２方向に偏光した光だけが入射される。第１光学素子１５０Ｂ及び第２光学素子１６０Ｂの両方がＤ２方向に移動した場合、受光部２０１Ｂと第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタの両方が重なる。したがって、受光部２０１Ｂに光は入射しない。

【0052】

上記のように、２つの光学素子を重ねて配置し、これらを組み合わせることで偏光フィルタの機能及び遮光フィルタの機能の両方の機能を実現させることができる。このような構成によって、受光部２０１Ｂの面積を大きくすることができるため、受光感度を向上させることができる。

【0053】

なお、本実施形態では、光学素子１００Ｂは２つの光学素子が上下に重ねられた構成である例を示したが、この構成に限定されない。例えば、光学素子１００Ｂは３つ以上の光学素子が上下に重ねられた構成であってもよい。また、本実施形態では、光学素子１００Ｂを構成する２つの光学素子（１５０Ｂ、１６０Ｂ）がいずれも偏光フィルタを備えた構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、上記の２つの光学素子又は３つ以上の光学素子として、偏光フィルタ、遮光フィルタ、ＮＤフィルタ、及びカラーフィルタの各々が用いられてもよい。例えば、光学素子１００Ｂが３つの光学素子で構成される場合、上記の第１光学素子１５０Ｂ（第１偏光フィルタ）及び第２光学素子１６０Ｂ（第２偏光フィルタ）に加えてＮＤフィルタが用いられてもよい。

【0054】

〈第４実施形態〉
図１１を用いて、第１実施形態〜第３実施形態に係るイメージセンサの全体構成について説明する。上記の第１実施形態〜第３実施形態に係るイメージセンサ１０〜１０Ｂは、以下の第４実施形態に係るイメージセンサ１０Ｃの各画素回路４００Ｃに相当する。

【0055】

［イメージセンサ１０Ｃの回路構成］
図１１は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの概略を示す平面図である。図１１に示すように、イメージセンサ１０Ｃは、画素回路４００Ｃ、行選択走査回路５００Ｃ、読み出し回路６００Ｃ、及び信号処理回路７００Ｃを有する。イメージセンサ１０Ｃは、撮像領域４０１Ｃ及び周辺領域４０３Ｃに区分される。撮像領域４０１Ｃは、画素回路４００Ｃが配置された領域である。周辺領域４０３Ｃは撮像領域４０１Ｃに周辺の領域であり、行選択走査回路５００Ｃ、読み出し回路６００Ｃ、及び信号処理回路７００Ｃが配置された領域である。なお、図１１の１つの画素回路４００Ｃが図１の１つの受光素子２００に相当する。図１１では、図１の光学素子１００は省略されている。

【0056】

画素回路４００Ｃは、矩形の撮像領域４０１Ｃにマトリクス状に配列されている。画素回路４００ＣはＮ行Ｍ列のマトリクス状に配列される。図１１の例ではＮ＝Ｍ＝１０であるが、Ｎ及びＭはこの値に限定されない。画素回路４００Ｃは、光電変換素子を有している。光電変換素子は、撮像した画像によって電力を生成する。画素回路４００Ｃは、生成された電力に対応した信号（例えば階調信号）を生成する。画素回路４００Ｃの詳細な回路構成は後述する。

【0057】

行選択走査回路５００Ｃは、周辺領域４０３Ｃのうち撮像領域４０１Ｃに対して行方向に隣接する位置に配置されている。行選択走査回路５００Ｃには水平信号線５１０Ｃが接続されている。水平信号線５１０Ｃは、行選択走査回路５００Ｃから撮像領域４０１Ｃに向かって行方向に延びている。水平信号線５１０Ｃは、同じ行に配列された複数の画素回路４００Ｃに接続されている。詳細は後述するが、水平信号線５１０Ｃには、各画素回路４００Ｃを制御する制御信号が入力される。当該制御信号は、各行の水平信号線５１０Ｃ毎に順次入力される。例えば、当該制御信号は、１行目、２行目、３行目、・・・のように、各行の水平信号線５１０Ｃ毎に順次入力される。ただし、当該制御信号は、上記のように順次的に入力されず、ランダムに入力されてもよい。

【0058】

読み出し回路６００Ｃは、周辺領域４０３Ｃのうち撮像領域４０１Ｃに対して列方向に隣接する位置に配置されている。読み出し回路６００Ｃには垂直信号線６１０Ｃが接続されている。垂直信号線６１０Ｃは、読み出し回路６００Ｃから撮像領域４０１Ｃに向かって列方向に延びている。垂直信号線６１０Ｃは、同じ列に配列された複数の画素回路４００Ｃに接続されている。詳細は後述するが、垂直信号線６１０Ｃには、行選択走査回路５００Ｃによって選択された行に配置された画素回路４００Ｃから信号が供給される。具体的には、各画素回路４００Ｃに備えられた光電変換素子によって生成された電力に対応した階調信号（電圧）が垂直信号線６１０Ｃに供給される。垂直信号線６１０Ｃに供給された階調信号は、読み出し回路６００Ｃによってデジタル信号に変換される。

【0059】

読み出し回路６００Ｃは、比較回路６２０Ｃ、カウンタ回路６３０Ｃ、及び水平転送走査回路６４０Ｃを有する。比較回路６２０Ｃ及びカウンタ回路６３０Ｃは、各列に対応して設けられている。つまり、比較回路６２０Ｃ及びカウンタ回路６３０Ｃは、行方向にＭ個ずつ配列されている。

【0060】

比較回路６２０Ｃは、その入力端子に接続された垂直信号線６１０Ｃを介して受信した階調信号とランプ波形６２３Ｃとに基づき、出力信号を出力する。ランプ波形６２３Ｃはランプ波形発生回路６２１Ｃで生成された波形である。図１１のように、ランプ波形６２３Ｃは三角波形であり、当該三角波形の傾斜部は、一定の傾斜角で傾斜している。比較回路６２０Ｃは、当該三角波形と上記階調信号とを比較し、両者の電圧が一致したときに出力信号を切り替える（例えば、出力信号をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替える）。

【0061】

カウンタ回路６３０Ｃは、クロック発生回路６３１Ｃで生成されたクロック波形６３３Ｃ及び比較回路６２０Ｃからの出力信号に基づき、上記三角波形の開始から比較回路６２０Ｃの出力信号の切り替わりまでをカウントする。上記のように、比較回路６２０Ｃの出力信号の切り替え及びカウンタ回路６３０Ｃのカウントによって、上記階調信号は階調デジタル信号に変換される。換言すると、読み出し回路６００ＣはＡ／Ｄ変換の機能を有する。

【0062】

水平転送走査回路６４０Ｃは、カウンタ回路６３０Ｃによってカウントされた階調デジタル信号を列毎に順次読み出す。水平転送走査回路６４０Ｃが１行分の階調デジタル信号を読み出すことで、行選択走査回路５００Ｃによって選択された行の階調信号を階調デジタル信号として読み出すことができる。

【0063】

信号処理回路７００Ｃは、読み出し回路６００Ｃの水平転送走査回路６４０Ｃに接続されている。詳細は後述するが、信号処理回路７００Ｃは、それぞれ異なる状態で撮像された画像に対する第１判定機能、第２判定機能、及び第３判定機能を備えた判定部を有している。また、信号処理回路７００Ｃは第１判定及び第２判定の結果に基づいて光学素子１００Ｃを動作させてフィルタをかける又は切り換える機能を備えている。また、信号処理回路７００Ｃは、水平転送走査回路６４０Ｃから受信した、各画素回路４００Ｃに対応する階調デジタル信号に対して、ノイズ除去処理を行う。例えば、信号処理回路７００Ｃは、特定の行又は列の画素回路４００Ｃに対応する階調デジタル信号の値が異常値を示す現象、いわゆる「横筋」又は「縦筋」を除去する処理を行う。その他にも、信号処理回路７００Ｃは、欠陥画素の補正やランダムノイズの低減などの処理を行う。信号処理回路７００Ｃは、ノイズ除去処理が行われた信号を外部機器に送信する。

【0064】

図１１では、画素回路が撮像領域４０１Ｃだけに配置された構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、画素回路４００Ｃと同じ構成又は類似した構成のダミー画素回路が周辺領域４０３Ｃに設けられていてもよい。この場合、当該ダミー画素回路は画素回路４００Ｃに隣接した位置において、画素回路４００Ｃが接続された水平信号線５１０Ｃ又は垂直信号線６１０Ｃに接続されていてもよい。なお、ダミー画素回路には光電変換素子が配置されていてもよく、画素回路４００Ｃにおいて光電変換素子が配置される位置に対応するノードがオープン状態であってもよい。ダミー画素回路に光電変換素子が配置される場合は、当該光電変換素子は遮光されてもよい。光学素子１００Ｃがダミー画素回路に対して設けられていてもよい。

【0065】

図１１では、画素回路４００Ｃがマトリクス状に配置された構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、画素回路４００Ｃが図１１に示すマトリクス状とは異なる周期性を有する形状で配置されていてもよく、不規則に配置されていてもよい。また、図１１では、撮像領域４０１Ｃが矩形である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、撮像領域４０１Ｃは多角形であってもよく、円形（真円及び楕円を含む）であってもよく、湾曲形状であってもよい。

【0066】

［画素回路及び出力回路の回路構成］
図１２を用いて、本実施形態に用いられる画素回路及び出力回路の回路構成について説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの画素回路を示す回路構成図である。以下に詳細を示すが、図１２に示す画素回路９００Ｃは、本実施形態の複数の画素回路４００Ｃに共通する回路構成である。以下の説明において、図１２の光電変換素子９０３Ｃが設けられた領域が図１の受光部２０１に相当し、光電変換素子９０３Ｃ以外の素子が設けられた領域が図１の遮光部２０３に相当する。図１２に示す出力回路９２０Ｃは、各画素回路４００Ｃに対して設けられていてもよく、複数の画素回路４００Ｃに対して設けられていてもよい。なお、図１２に示す画素回路は一例であり、本発明はこの画素回路に限定されない。

【0067】

画素回路９００Ｃは、読み出しトランジスタ９０１Ｃ、光電変換素子９０３Ｃ、転送トランジスタ９０５Ｃ、リセットトランジスタ９０７Ｃ、保持容量９０９Ｃ、及び選択トランジスタ９１３Ｃを有する。読み出しトランジスタ９０１Ｃの第１端子９０１Ｃａと第１電源線４１０Ｃとの間には寄生容量９１１Ｃが形成されている。読み出しトランジスタ９０１Ｃの第２端子９０１Ｃｂは第１電源線４１０Ｃに接続されている。光電変換素子９０３Ｃの第１端子９０３Ｃａは、転送トランジスタ９０５Ｃを介して第１端子９０１Ｃａに接続されている。光電変換素子９０３Ｃの第２端子９０３Ｃｂは第１電源線４１０Ｃとは異なる電圧が供給される第２電源線９９０Ｃに接続されている。リセットトランジスタ９０７Ｃは第１端子９０１Ｃａと第１電源線４１０Ｃとの間に配置されている。保持容量９０９Ｃは第１端子９０１Ｃａと第２電源線９９０Ｃとの間に配置されている。選択トランジスタ９１３Ｃは読み出しトランジスタ９０１Ｃの第３端子９０１Ｃｃに接続されている。換言すると、選択トランジスタ９１３Ｃは、読み出しトランジスタ９０１Ｃと出力端子９５０Ｃとの間に配置されている。

【0068】

出力回路９２０Ｃは、読み出しトランジスタ９０１Ｃ、選択トランジスタ９１３Ｃ、及び定電流回路９２１Ｃを有する。読み出しトランジスタ９０１Ｃ及び選択トランジスタ９１３Ｃは、画素回路９００Ｃ及び出力回路９２０Ｃに共通するトランジスタである。定電流回路９２１Ｃは第２電源線９９０Ｃと出力端子９５０Ｃとの間に配置されている。

【0069】

［イメージセンサ１０Ｃの動作フロー］
図１３は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサの撮像異常判定における動作フローを示す図である。上記のように、信号処理回路７００Ｃの判定部は、それぞれ異なる状態で撮像された画像に対する第１判定機能、第２判定機能、及び第３判定機能を備えている。図１３に示すように、撮像が開始されると、まず第１判定が行われる（ステップＳ７０１）。

【0070】

第１判定機能は、図２に示す状態（偏光フィルタが受光部２０１に重なっていない状態）で、撮像した画像において白を示す画素の数がしきい値を超えるか否かを判定する機能である。信号処理回路７００Ｃは、当該第１判定によって白を示す画素の数がしきい値を超えると判断した場合（ステップＳ７０１の「ＮＧ」の場合）、光学素子１００Ｃを動作させて受光部２０１Ｃに１番目のフィルタ（例えば、図５に示すように第１領域１０３の第１偏光フィルタ）を重ねるように設定する（ステップＳ７０３）。一方、信号処理回路７００Ｃは、上記第１判定によって白を示す画素の数がしきい値を超えないと判断した場合（ステップＳ７０１の「ＯＫ」の場合）、当該判定機能を終了する。

【0071】

第２判定機能は、図５に示す状態で撮像した画像において白を示す画素の数がしきい値を超えるか否かを判定する機能である。信号処理回路７００Ｃは、当該第２判定によって白を示す画素の数がしきい値を超えると判断した場合（ステップＳ７０５の「ＮＧ」の場合）、光学素子１００Ｃを動作させて受光部２０１Ｃに２番目のフィルタ（例えば、図６に示すように第２領域１０５の第２偏光フィルタ）を重ねるように設定する（ステップＳ７０７）。一方、信号処理回路７００Ｃは、上記第２判定によって白を示す画素の数がしきい値を超えないと判断した場合（ステップＳ７０５の「ＯＫ」の場合）、ステップＳ７１１の撮像異常判定に進む。

【0072】

第３判定機能は、図６に示す状態で撮像した画像において白を示す画素の数がしきい値を超えるか否かを判定する機能である。信号処理回路７００Ｃは、当該第３判定によって白を示す画素の数がしきい値を超えるか否かの判定（ステップＳ７０９）の結果に基づいて、ステップＳ７１１の撮像異常判定を行う。

【0073】

上記の動作フローにおいて、ステップＳ７０１の第１判定において「ＯＫ」の判定がなされた場合、撮像した画像に白飛びのような撮像異常はないと判定され、当該判定機能は終了する。一方、ステップＳ７０１の第１判定において「ＮＧ」の判定がなされた場合は、一方向からの外光による白飛びが発生している又は白い対象物を撮像している、のいずれかであることが予想される。上記のような白飛びによって白を示す画素の数がしきい値を超えた場合、上記の第１偏光フィルタが設定された状態での第２判定、又は第２偏光フィルタが設定された状態での第３判定によって「ＯＫ」の判定がなされる。一方、白い対象物を撮像することによって白を示す画素の数がしきい値を超えた場合、第２判定及び第３判定のいずれの判定でも「ＮＧ」の判定がなされる。つまり、第２判定及び第３判定に基づいてステップＳ７１１において白飛び発生（撮像異常）の有無を判定することができる。

【0074】

上記の撮像異常の有無の判定は、１フレーム全体に対してなされてもよく、１フレームの一部の領域に対してなされてもよい。

【0075】

以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、各実施形態のイメージセンサを基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。

【0076】

また、上記の実施形態において、光学素子に設けられた各領域にフィルタが配置された構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、各領域に液晶を用いたシャッタなど、フィルタ以外の機能部材が配置されてもよい。また、上記の実施形態では、各実施形態における光学素子の各領域に偏光フィルタ、遮光フィルタ、及びＮＤフィルタが用いられた構成を例示したが、例えばカラーフィルタなど、上記以外のフィルタが用いられた構成であってもよい。また、上記の実施形態において、光学素子の下方又は上方に、例えば格子状部材、スリット、及びマイクロレンズアレイなどの構造物が設けられていてもよい。

【0077】

また、上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。