以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。
[実施形態1]図1を参照して、本発明に係る実施形態の撮像装置の構成について説明する。
図1において、CMOS型の固体撮像素子101は、不図示の光学系で結像された光学像を受光する。アナログフロントエンド(AFE)102は、基準レベルの調整(クランプ処理)およびアナログデジタル変換処理を行う。デジタルフロントエンド(DFE)103は、各画素のデジタル出力を受けて画像信号の補正や画素の並び替え等のデジタル処理を行う。画像処理部104は、DFE103からのデジタル出力に対して現像処理を行う。メモリ回路105は画像処理部104の作業用メモリであり、連続撮影等においてはバッファメモリとしても使用される。制御回路106は、撮像装置全体を統括的に制御し、周知のCPUなどを内蔵する。操作回路107は、撮像装置の操作部材による操作入力を電気的に受け付ける。表示部108は画像等を表示するLCD等である。記録回路109は、具体的にはメモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。タイミング発生回路(TG)110は、固体撮像素子101を駆動する各種タイミングを生成する。
図2は、本実施形態の固体撮像素子101の構成を示す概略図である。
図2に示すように、固体撮像素子101は、画素部201、垂直走査部202、読み出し部203、水平走査部204を有する。画素部201は、複数の単位画素が行列状に配置されており、不図示の光学系により結像された光学像を受光する。垂直走査部202は、画素部201の複数の行を順に選択し、水平走査部204は、画素部201の複数の列を順に選択することによって、画素部201の複数の画素が順に選択される。読み出し部203は、垂直走査部202および水平走査部204によって選択される画素の信号を読み出し、読み出した信号をAFE102へ出力する。
図3は、固体撮像素子101における画素部201の構成を示している。説明の便宜のため、9画素のみを示しているが、実際には、このような画素がさらに複数配置されて画素部201を構成する。
図3に示すように、画素部201は、1つのマイクロレンズ301、305に対し、1つの単位画素302、306が設けられている。さらに画素302、306は、2×2に分割された4つの光電変換部303a〜303d、307a〜307dを含んでいる。各光電変換部303a〜303d、307a〜307dは、光学系を介して受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。
各光電変換部303a〜303d、307a〜307dで蓄積された信号電荷は、それぞれフローティングディフュージョン部(FD)304を介して読み出し部へ読み出される。本実施形態では、FD304を複数の光電変換部303b、303d、307a、307cが共有している。但し、実際には、各光電変換部とFDとの間には、光電変換部からFDへの信号電荷の転送を制御するための信号電荷転送スイッチが配置されているが、図3では説明の便宜のため省略し、詳細な構成については後述する。
図4は、本実施形態のFD304を共有する光電変換部の配置を示している。説明の便宜のため、2画素のみを示している。図4(a)は、図4(b)のI−I断面図であり、光電変換部が撮影レンズの射出瞳404から出た光をマイクロレンズ301を介して受光する様子を示している。分割された光電変換部は射出瞳404の異なる領域から出た光をそれぞれ受光する。
本実施形態では、FD304を、画素302の光電変換部303b、303dと、画素306の光電変換部307a、307cという、異なる画素の4つの光電変換部で共有している。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷はこの共有されたFD304を介して読み出される。但し、実際には、各光電変換部とFDとの間には、光電変換部からFDへの信号電荷の転送を制御するための信号電荷転送スイッチが配置されているが、図4では説明の便宜のため省略し、詳細な構成については後述する。
図4に示すように、FD304は、画素302と画素306の間に配置されている。この構成により、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができる。また、構造体403は、FD304に伴って画素の間の領域402に構成されるため、構造体によって光電変換部への入射を遮られる光束も少なくなる。
このように、異なる画素の複数の光電変換部で、画素の間に配置したFDを共有することによって、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができるだけでなく、構造体によって光電変換部への入射が遮られる光束も少なくなる。画素302の各光電変換部を分離するための領域は不感帯となるが、その幅は領域402の幅と比較して狭い幅である。また、FD304を半導体領域で分離する必要はないので、領域402の水平幅を狭く構成できる。すなわち、光電変換部の領域401の水平幅を広く確保することも可能となり、撮像素子の感度を向上させることができる。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素302、第2の単位画素は画素306、フローティングディフュージョン部はFD304にそれぞれ対応する。
図5は、画素部201の等価回路図である。説明の便宜のため、FD304を共有する光電変換部を含む2つの画素302、306のみ示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。また、1列の読み出し部のみ示しているが、読み出し部は列ごとに複数配置されて、読み出し部203を構成する。
図5に示すように、画素302における光電変換部303a〜303d、及び、画素306における光電変換部307a〜307dは、図5ではフォトダイオード(PD)として示されている。各光電変換部は、射出瞳の各領域の光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する機能を備えている。
信号電荷転送スイッチ501は、転送パルス信号φTX1によって駆動され、光電変換部303bで生成した信号電荷を、FD304に転送する。信号電荷転送スイッチ502は、転送パルス信号φTX2によって駆動され、光電変換部303dで生成した信号電荷を、FD304に転送する。信号電荷転送スイッチ503は、転送パルス信号φTX3によって駆動され、光電変換部307aで生成した信号電荷を、FD304に転送する。信号電荷転送スイッチ504は、転送パルス信号φTX4によって駆動され、光電変換部307cで生成した信号電荷を、FD304に転送する。
FD304では、転送された信号電荷を保持可能な構成となっている。
画素302における光電変換部303a、光電変換部303cおよび、画素306における光電変換部307b、307dは、不図示の隣接画素とFDを共有している。
リセットスイッチ505は、リセットパルス信号φRESによって駆動され、FD304に基準電位VDDを供給可能な構成となっている。
FD304は、光電変換部303b、303d、307a、307cから、信号電荷転送スイッチ501、502、503、504を介して、各々転送された電荷を保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。
増幅部506は、FD304に保持した電荷に基づく電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。ここでは例として、MOSトランジスタと定電流源509を用いたソースフォロワ回路を示している。
選択スイッチ507は、垂直選択パルス信号φSELによって駆動され、増幅部506で増幅された信号が、垂直信号線508に出力される。垂直信号線508に出力された信号は、列毎の読み出し部203で読み出されたのち、AFE102へ出力される。
図6は、FDと信号電荷転送スイッチの詳細な構成を示している。説明の便宜のため、FD304と信号電荷転送スイッチ501、502、503、504のみを示しているが、図示のような各FDと信号電荷転送スイッチが画素部全体に構成されている。
図6において、高不純物濃度領域601、602、604が半導体基板上に形成されている。配線603は、領域601と領域602を接続している。
図6(a)に示すように、FD304aは、配線603により電気的に接続された2つの領域601、602からなる。転送スイッチ501は、光電変換部303bと領域601の間に配置されており、光電変換部303bで生成された信号電荷を領域601へ転送する。転送スイッチ502は、光電変換部303dと領域602の間に配置されており、光電変換部303dで生成された信号電荷を領域602へ転送する。転送スイッチ503は、光電変換部307aと領域601の間に配置されており、光電変換部307aで生成された信号電荷を領域601へ転送する。転送スイッチ504は、光電変換部307cと領域602の間に配置されており、光電変換部307cで生成された信号電荷を領域602へ転送する。
図6(b)に示すように、FD304は1つの領域604で構成してもよい。この場合、各転送スイッチ501、502、503、504が、光電変換部303b、303d、307a、307cで各々生成された信号電荷を領域604へ転送する。
本実施形態は、FD304、リセットスイッチ505、増幅部506、選択スイッチ507を、異なる画素302、306の4つの光電変換部で共有している。この構成によれば、前述したように、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができ、画素の内部の構造体によって光電変換部への入射が遮られる光束も少なくなる。そして、光電変換部の面積を広く確保することも可能となり、撮像素子の感度を向上させることができる。
ここで、画素部201における、リセットスイッチ505、増幅部506、選択スイッチ507、などの配置については、それぞれ画素の間の適切な位置に構成してよく、また、領域402に構成してもよい。
また、本実施形態の撮像装置では、焦点検出或いは3次元映像撮影のための駆動を行う場合など、左側2つの光電変換部303aと303cの出力を加算し、右側2つの光電変換部303bと303dの出力を加算して、それぞれの信号を得る。
一方で、撮像駆動時には、画素ごとに4つの光電変換部の出力を加算した信号を得る必要がある。本実施形態は、その機能を実現するものであれば、如何なるものでもよい。例えば、その加算はFD304で行ってもよく、また、出力経路の任意の位置で行ってもよく、さらに、後段のAFE102、DFE103、画像処理部104などで行ってもよい。
また、本実施形態の固体撮像素子では、焦点検出の駆動をさせる場合、左右の光電変換部へ同時刻に入射した光を光電変換して、左右の光電変換部の信号電荷を同時に出力して、読み出すことも可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、光電変換部の間の不感帯を減らし、かつ、光電変換部の面積を広くすることができる固体撮像素子を実現できる。
[実施形態2]次に、実施形態2の固体撮像素子について説明する。
図7は、実施形態2の画素部201の構成を示している。4画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態2の画素部201は、1つのマイクロレンズ701に対し、1つの単位画素702が設けられている。画素702は、実施形態1とは異なり、2×1に分割された2つの光電変換部703a、703bを含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、隣り合う2つの単位画素702、706の各光電変換部703b、707がFD704を共有している。
ここで、図7におけるFD704に着目すると、本実施形態では、FD704と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図7に示すように、FD704は、画素702と画素706という、2つの画素の間に配置されている。また、FD704は、画素702の光電変換部703bと、画素706の光電変換部707という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD704を介して、読み出される。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素702、第1の光電変換部は光電変換部703b、第2の単位画素は画素706、第2の光電変換部は光電変換部707、フローティングディフュージョン部はFD704にそれぞれ対応する。
[実施形態3]次に、実施形態3の固体撮像素子について説明する。
図8は、実施形態3の画素部201の構成を示している。4画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態3の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ801に対し、1つの単位画素802が設けられている。画素802は、2×2に分割された4つの光電変換部803a、803b、803c、803d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、隣り合う4つの単位画素802、806、809、812の各光電変換部803d、807、810、813がFD804を共有している。
ここで、図8におけるFD804に着目すると、本実施形態では、FD804と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図8に示すように、FD804は、画素802と、画素806と、画素809と、画素812という、4つの画素の間に配置されている。また、本実施形態のFD804は、画素802の光電変換部803dと、画素806の光電変換部807と、画素809の光電変換部810と、画素812の光電変換部813という、異なる4つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD804を介して、読み出される。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素802、第1の光電変換部は光電変換部803dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素809、第2の光電変換部は光電変換部810にそれぞれ対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素812、第3の光電変換部は光電変換部813にそれぞれ対応する。第3の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素806、第4の光電変換部は光電変換部807にそれぞれ対応する。フローティングディフュージョン部はFD804に対応する。
[実施形態4]次に、実施形態4の固体撮像素子について説明する。
図9は、実施形態4の画素部201の構成を示している。4画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態4の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ901に対し、1つの単位画素902が設けられている。画素902は、2×2に分割された4つの光電変換部903a、903b、903c、903d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。隣り合う2つの単位画素902、909の各光電変換部903d、910がFD904を共有し、隣り合う他の2つの単位画素906、913の各光電変換部907、914がFD911を共有している。
ここで、図9におけるFD904、911に着目すると、本実施形態では、FD904、911の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図9に示すように、FD904、911が、画素902と、画素906と、画素909と、画素913という、4つの画素の間に配置されている。また、FD904は、画素902の光電変換部903dと、画素909の光電変換部910、という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。また、FD911は、画素906の光電変換部907と、画素913の光電変換部914という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD904、911を介して、読み出される。
本実施形態では、FD904とFD911は、隣接して配置されているが、4つの画素の間の領域に配置することで、2つの画素の間に配置する構成に対して、2つのFD間の十分な分離領域を確保しつつ、光電変換部の面積を広く構成することができる。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素902、第1の光電変換部は光電変換部903dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素909、第2の光電変換部は光電変換部910にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD904に対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素913、第3の光電変換部は光電変換部914にそれぞれ対応する。第3の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素906、第4の光電変換部は光電変換部907にそれぞれ対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD911に対応する。
[実施形態5]次に、実施形態5の固体撮像素子について説明する。
図10は、実施形態5の画素部201の構成を示している。6画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態5の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ1001に対し、1つの単位画素1002が設けられている。画素1002は、2×2に分割された4つの光電変換部1003a、1003b、1003c、1003d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、縦方向に隣り合う2つの単位画素1002、1011の各光電変換部1003d、1012がFD1004を共有している。また、単位画素1002と横方向に隣り合う単位画素1006の縦方向に隣り合う光電変換部1007、1008がFD1009を共有している。さらに、単位画素1011と横方向に隣り合う単位画素1014の縦方向に隣り合う光電変換部1015、1016がFD1017を共有している。
ここで、図10におけるFD1004、1009、1017に着目すると、本実施形態では、FD1004、1009、1017の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図10に示すように、FD1004は、画素1002と、画素1011の間に配置されている。FD1009は、画素1002と、画素1006の間に配置されており、FD1017は、画素1011と、画素1014の間に配置されている。また、FD1004は、画素1002の光電変換部1003dと、画素1011の光電変換部1012という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。FD1009は、光電変換部1007と、光電変換部1008という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。FD1017は、光電変換部1015と、光電変換部1016という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD1004、1009、1017を介して、読み出される。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1002、第1の光電変換部は光電変換部1003dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1011、第2の光電変換部は光電変換部1012にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD1004に対応する。第1の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素1006に対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD1009に対応する。第2の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素1014に対応する。第3のフローティングディフュージョン部は1017に対応する。
[実施形態6]次に、実施形態6の固体撮像素子について説明する。
図11は、実施形態6の画素部201の構成を示している。6画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態6の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ1101に対し、1つの単位画素1102が設けられている。画素1102は、2×2に分割された4つの光電変換部1103a、1103b、1103c、1103d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、対角に隣り合う2つの単位画素1102、1116の各光電変換部1103d、1117がFD1104を共有している。また、単位画素1102及び1116と隣り合う単位画素1106の縦方向に隣り合う複数の光電変換部1107、1108がFD1109を共有している。さらに、単位画素1102及び1116と隣り合う単位画素1111の縦方向に隣り合う光電変換部1112、1113がFD1114を共有している。
ここで、図11におけるFD1104、1109、1114に着目すると、本実施形態では、FD1104、1109、1114の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図11に示すように、FD1104は、画素1102と、画素1116の間に配置されている。FD1109は、画素1102と、画素1106の間に配置されており、FD1114は、画素1111と、画素1116の間に配置されている。また、FD1104は、画素1102の光電変換部1103dと、画素1116の光電変換部1117という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。FD1109は、光電変換部1107と、光電変換部1108という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。FD1114は、光電変換部1112と、光電変換部1113という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷はこの共有されたFD1104、1109、1114を介して、読み出される。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1102、第1の光電変換部は光電変換部1103dにそれぞれ対応する。第1の単位画素と対角に隣接する第3の単位画素は画素1116、第3の光電変換部は光電変換部1117にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD1104に対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1106に対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD1109に対応する。第2の単位画素と対角に隣接する第4の単位画素は画素1111に対応する。第3のフローティングディフュージョン部はFD1114に対応する。
[実施形態7]次に、実施形態7の固体撮像素子について説明する。
図12は、実施形態7の画素部201の構成を示している。6画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態7の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ1201に対し、1つの単位画素1202が設けられている。画素1202は、2×2に分割された4つの光電変換部1203a、1203b、1203c、1203d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、対角に隣り合う2つの単位画素1206、1211の各光電変換部1208、1212がFD1209を共有している。また、単位画素1206と横方向に隣り合う単位画素1202の光電変換部1203dと単位画素1206の光電変換部1208と縦方向に隣り合う光電変換部1207とがFD1204を共有している。さらに、単位画素1211と横方向に隣り合う単位画素1216の光電変換部1217と単位画素1211の光電変換部1212と縦方向に隣り合う光電変換部1213がFD1214を共有している。
ここで、図12におけるFD1204、1209、1214に着目すると、本実施形態では、FD1204、1209、1214の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図12に示すように、FD1204は、画素1202と、画素1206の間に配置されている。FD1209は、画素1206と、画素1211の間に配置されており、FD1214は、画素1211と、画素1216の間に配置されている。また、FD1204は、光電変換部1203bと、光電変換部1207という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。FD1209は、光電変換部1208と、光電変換部1212という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。FD1214は、光電変換部1213と、光電変換部1217という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷はこの共有されたFD1204、1209、1214を介して、読み出される。
本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1202、第1の光電変換部は光電変換部1203dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素1206、第4の光電変換部は光電変換部1207にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD1204に対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1211、第2の光電変換部は光電変換部1212にそれぞれ対応する。第2の単位画素と対角に隣接する第4の単位画素に含まれる別の第4の光電変換部は光電変換部1208に対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD1209に対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素1216、第3の光電変換部は光電変換部1217にそれぞれ対応する。第3のフローティングディフュージョン部はFD1214に対応する。
[実施形態8]次に、実施形態8の固体撮像素子について説明する。
図13(a)は、実施形態8の画素部201の第1の構成例を示している。9画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態8の画素部201は、1つのマイクロレンズ1301に対し、1つの単位画素1302が設けられている。画素1302は、2×1に分割された2つの光電変換部1303a、1303bを含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、図8の実施形態3と同様に、隣り合う4つの単位画素1302、1306、1309、1312の各光電変換部1303b、1307a、1310b、1313bがFD1304を共有している。
ここで、図13(a)におけるFD1304に着目すると、本実施形態では、FD1304と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図13(a)に示すように、FD1304は、画素1302と、画素1306と、画素1309と、画素1312という、4つの画素の間に配置されている。また、FD1304は、光電変換部1303bと、光電変換部1307aと、光電変換部1310bと、光電変換部1313aという、異なる4つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD1304を介して、読み出される。
図13(b)は、実施形態8の画素部201の第2の構成例を示している。第2の構成例では、隣り合う列のFDの配置が第1の構成例と異なる。
第1の構成例では、図13(a)のFD1304、1314に着目すると、隣り合う2列のFDが、同じ行間に配置されている。従って、画素1302を含む行と、画素1309を含む行間にはFDが密集する。一方でFDが配置されない行間もできる。
これに対して、第2の構成例では、図13(b)のFD1304、1315に着目すると、隣り合う2列のFDが、異なる行間に配置されている。従って、画素部201の面内に、均一な密度でFDを配置することができる。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1302、第1の光電変換部は光電変換部1303bにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1309、第2の光電変換部は光電変換部1310bにそれぞれ対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素1312、第3の光電変換部は光電変換部1313aにそれぞれ対応する。第4の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素1306、第4の光電変換部は光電変換部1307aにそれぞれ対応する。フローティングディフュージョン部はFD1304に対応する。
[実施形態9]次に、実施形態9の固体撮像素子について説明する。
図14(a)は、実施形態9の画素部201の第1の構成例を示している。9画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。
実施形態9の画素部201は、1つのマイクロレンズ1401に対し、1つの単位画素1402が設けられている。画素1402は、2×1に分割された2つの光電変換部1403a、1403bを含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、図3の実施形態1と同様に、単位画素1402の複数の光電変換部1403a、1403bと隣り合う単位画素1406の複数の光電変換部1407a、1407bがFD1404を共有している。
ここで、図14(a)におけるFD1404に着目すると、本実施形態では、FD1404と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。
具体的には、図14(a)に示すように、FD1404は、画素1402と画素1406の間に配置されている。また、FD1404は、画素1402の光電変換部1403a、1403bと、画素1406の光電変換部1407a、1407bという、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD1404を介して読み出される。
また、図14(b)は、実施形態9の画素部201の第2の構成例を示している。第2の構成例は、隣り合う列のFDの配置が第1の構成例と異なる。
第1の構成例では、図14(a)のFD1404、1408に着目すると、隣り合う2列のFDが、同じ行間に配置されている。従って、画素1402を含む行と、画素1406を含む行間にはFDが密集する。一方でFDが配置されない行間もできる。
これに対して、第2の構成例では、図14(b)のFD1404、1409に着目すると、隣り合う2列のFDが、異なる行間に配置されている。従って、画素部201の面内に、均一な密度でFDを配置することができる。
なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1402、複数の光電変換部は光電変換部1403a、1403bにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1406、複数の光電変換部は光電変換部1407a、1407bにそれぞれ対応する。フローティングディフュージョン部はFD1404に対応する。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、実施形態2〜9においても、実施形態1と同様、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができるだけでなく、構造体によって光電変換部への入射が遮られる光束も少なくなる。さらには、光電変換部を広く確保することも可能となり、撮像素子の感度を向上させることができる。
各実施形態において、光電変換部に入射する光の色分離を行うカラーフィルタ(CF)の構成については、固体撮像素子のその使途に応じて、自由に構成することが可能である。例えば、ある1つの画素内で、複数の光電変換部が全て同じ色の分光透過率のCFを備えていてもよいし、異なる色の分光透過率を備えていてもよい。また、画素内の複数の光電変換部に対応するCFの色が、全て同じ色である画素と、異なる色を含む画素が、画素部の中に混在していてもよい。
例えば、実施形態8(図13(a))において、光電変換部1307a、1307b、1310a、1310bを第1の色として、光電変換部1303a、1303bを第2の色として、光電変換部1313a、1313bを第3の色としてもよい。また、別の例では、光電変換部1303b、1307a、1310a、1313bを第1の色として、光電変換部1303a、1307bを第2の色として、光電変換部1310b、1313aを第3の色としてもよい。
さらに、各実施形態において同じFDを共有する光電変換部に、同一色のCFを構成すれば、撮像駆動時に、FDで同じ色成分の信号を加算することも可能となり、読み出しの走査にかかる時間を短縮することも可能となる。