KR20140021006A - 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템 - Google Patents

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Abstract

필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제하는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템을 제공한다. 광전변환 기능을 포함하는 복수의 화소가 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부를 가지며, 화소 어레이부의 각 화소는, 적어도 수광 기능을 포함하는 제1 화소부와, 적어도 광전변환된 전하를 검출하는 기능을 포함하는 제2 화소부를 포함하고, 제1 화소부와 제2 화소부는 서로 적층 상태가 되도록 형성되고, 또한, 제1 화소부는, 제1 방향 및 1 방향에 직교하는 제2 방향을 기준으로 하여, 기준과 다른 방향으로 천이시킨 상태의 배열로서 형성되고, 제2 화소부는, 제1 방향 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향에 정대(正對)하는 정방(正方) 배열로서 형성되어 있다.

Description

고체 촬상 소자 및 카메라 시스템{SOLID-STATE IMAGING ELEMENT AND CAMERA SYSTEM}
본 기술은, 예를 들면 라이트 필드(Light Field) 기술을 적용한 스테레오 카메라나 단안(單眼) 3차원(3D) 스테레오 카메라에 적용 가능한 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템에 관한 것이다.
라이트 필드 카메라(Light Field Camera)로서는, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 개시된 기술이 알려져 있다.
특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 색(色) 필터 어레이의 컬러 코딩(색 배열)을, RGB 베이어 배열을 45도 회전시킨 체크무늬 배열(지그재그 배열)로, 상하 좌우 인접 4화소가 동일색으로 한다. 즉, 동색(同色) 4화소 단위로 RGB의 각 필터가 정방(正方) 배열된 컬러 코딩으로 한다.
그리고, 다른 색을 타고넘도록 4화소(상하 2화소×좌우 2화소) 단위로 하나의 멀티 렌즈 어레이를 공유한다.
또한, 특허 문헌 2에 개시된 기술에서도, 화소는 수평 방향 및 수직 방향으로부터 각각 45° 회전한 2방향에 따라 2차원형상으로 지그재그 배열되어 있다.
그리고, 마이크로 렌즈 어레이에 의해, 촬상 대상물의 광선이 촬상 소자에서 서로 시점(視點)이 다른 광선 벡터로서 기록되고, 시차 정보를 얻을 수 있다. 촬상 소자가 상기한 바와 같은 화소 배열임에 의해, 동일 사이즈의 화소를 수평 및 수직 방향에 따라 2차원 배열시킨 경우에 비하여, 수평 방향 및 수직 방향에서의 화소 피치가 좁아진다.
일본 특개2010-239337호 공보 일본 특개2010-154493호 공보
그런데, 특허 문헌 1 및 2에 개시된 기술에서는, 4화소 단위의 지그재그 라이트 필드이기 때문에, 스테레오 기능만으로는 상하 화소가 필요 없고, 해상도가 열화 된다는 불이익이 있다.
또한, 정방 화소에서는, 좌우 2시차의 스테레오 라이트 필드를 실현하는 것은 곤란하다.
그리고, 현재 상태의 화소 구조에서는, 수광면과 검출면은 동일면이기 때문에, 정방이라면 정방의 같은 조합밖에 실현할 수가 없다.
따라서 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제하는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 기술의 한 실시 형태의 고체 촬상 소자는, 광전변환 기능을 포함하는 복수의 화소가 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부를 가지며, 상기 화소 어레이부의 각 화소는, 적어도 마이크로 렌즈를 포함하는 제1 화소부와, 전하 검출 소자를 포함하는 제2 화소부와, 제1 화소부 또는 제2 화소부에 포함되는 광전변환 소자를 포함하고, 제1 화소부와 제2 화소부는 서로 적층 상태가 되도록 형성되고, 제2 화소부는, 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향에 따른 2차원 배열을 가지며, 제1 화소부는, 제1 방향 및 제2 방향과는 다른 방향에 따른 2차원 배열을 갖는 것이다.
본 기술의 한 실시 형태의 카메라 시스템은, 고체 촬상 소자와, 상기 본 기술의 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계를 갖는 것이다.
본 발명의 한 실시 형태에 의하면, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 구성의 개략을 도시하는 시스템 구성도.
도 2는 단위화소의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도.
도 3은 이면조사형 고체 촬상 소자의 기본적인 화소 구조례를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 반도체 기판의 웰 구조례를 도시하는 도면.
도 5는 인접 4화소 가산을 화소 내에서 행하는 경우의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도.
도 6은 화소 배열례로서 베이어 배열을 도시하는 도면.
도 7은 본 실시 형태에 관한 화소 분할의 개념도.
도 8은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제1의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제2의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 10은 도 9의 화소 배열에서 솎아냄 동작을 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면.
도 11은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제3의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 12는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제4의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 13은 도 12의 화소 배열에서 비닝 동작을 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면.
도 14는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제5의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 15는 도 14의 화소 배열에서 비닝 동작을 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면.
도 16은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제6의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 17은 도 16의 화소 배열에서 가산 처리를 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면.
도 18은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제7의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 19는 도 18의 예에서 베이어 배열의 다시점의 관점에서 고찰하기 위한 도면.
도 20은 도 18의 예에서 비닝 처리를 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면.
도 21은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제8의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 22는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제9의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 23은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제10의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 24는 도 23의 예에서 비닝 처리를 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면.
도 25는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제11의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 26은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제12의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 27은 일반적인 화소 구조 및 도 26의 화소 구조에서의 수광면의 전위 분포의 한 예를 도시하는 도면.
도 28은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제13의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 29는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제14의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 30은 본 실시 형태에 관한 적층형 화소의 구성례를 도시하는 회로도.
도 31은 본 실시 형태에 관한 적층형 화소의 구성례를 도시하는 일부 생략 간략 단면도.
도 32는 도 30 및 도 31의 화소의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 33은 도 30 및 도 31의 동작 타이밍마다의 포텐셜도를 도시하는 제1도.
도 34는 도 30 및 도 31의 동작 타이밍마다의 포텐셜도를 도시하는 제2도.
도 35는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제15의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 36은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제16의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 37은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제17의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 38은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제18의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 39는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제19의 특징적 구성례를 도시하는 도면.
도 40은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)가 적용되는 단안 3D 스테레오 카메라의 구성례를 도시하는 도면.
도 41은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)를 적용한 단안 3D 스테레오 카메라에서의 상고 변화량의 피사체 거리 의존성을 도시하는 도면.
도 42는 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)를 적용한 단안 3D 스테레오 카메라에서의 피사체 거리에 대한 결상 변화량을 도시하는 도면.
도 43은 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 관련지어서 설명한다.
또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 고체 촬상 소자의 구성례(CMOS 이미지 센서의 예)
2. 본 실시 형태의 특징적 구성
2-1. 제1의 특징적 구성례
2-2. 제2의 특징적 구성례
2-3. 제3의 특징적 구성례
2-4. 제4의 특징적 구성례
2-5. 제5의 특징적 구성례
2-6. 제6의 특징적 구성례
2-7. 제7의 특징적 구성례
2-8. 제8의 특징적 구성례
2-9. 제9의 특징적 구성례
2-10. 제10의 특징적 구성례
2-11. 제11의 특징적 구성례
2-12. 제12의 특징적 구성례
2-13. 제13의 특징적 구성례
2-14. 제14의 특징적 구성례
2-15. 제15의 특징적 구성례
2-16. 제16의 특징적 구성례
2-17. 제17의 특징적 구성례
2-18. 제18의 특징적 구성례
2-19. 제19의 특징적 구성례
3. 적용 가능한 단안 3D 스테레오 카메라의 구성례
4. 카메라 시스템의 구성례
<1.고체 촬상 소자의 구성례>
[시스템 구성]
도 1은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자, 예를 들면 X-Y 어드레스형 고체 촬상 장치의 일종인 CMOS 이미지 센서의 구성의 개략을 도시하는 시스템 구성도이다.
본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(10)는, 반도체 기판(이하, 단지 「센서 칩」이라고 기술하는 경우도 있다)(11)에 형성된 화소 어레이부(12)와, 화소 어레이부(12)와 같은 반도체 기판(11)에 집적된 주변 회로부를 갖는다.
주변 회로부로서는, 예를 들면, 수직 구동부(13), 칼럼 처리부(14), 수평 구동부(15) 및 시스템 제어부(16)가 배치되어 있다. 또한, 센서 칩(11)의 외부에는, 신호 처리계를 구성하는 DSP(Digital Signal Processor ; 디지털 신호 처리 회로) 회로(31) 및 화상 메모리(32)가 배치되어 있다.
화소 어레이부(12)에는, 입사하는 가시광을 그 광량에 응한 전하량에 광전변환하는 광전변환 소자 또는 광전변환막을 포함하는 도시하지 않은 단위화소(이하, 단지 「화소」라고 기술하는 경우도 있다)가 어레이형상으로 배치되어 있다.
화소 어레이부(12)는, 기본적으로, 단위화소의 일부가 정방(正方) 배열(장방(長方) 배열)를 기준으로 하여, 예를 들면 45°만큼 각 단위화소를 회전시킨 체크무늬와 같은 지그재그 배열이 적용된다.
각 단위화소는, 입사광을 수광하고, 수광한 광의 광전변환 기능, 전하 축적 기능, 및, 축적 전하를 검출하는 전하 축적 기능를 포함하여 구성된다.
각 단위화소는, 후술하는 바와 같이, 적어도 수광 기능을 포함하는 제1 화소부와, 제1 화소부에 대향하도록 형성되고, 적어도 전하 검출 기능을 포함하는 제2 화소부가 적층(중첩)하도록 구성된다.
화소의 구조로서는, 예를 들면 기판의 일방의 면측(이면측(裏面側))부터 광을 입사하고, 타방의 면측(표면측)에 전하 검출용 트랜지스터 등의 소자가 형성되는 이면조사형 고체 촬상 소자의 구조 또는 수광부에 광전변환막이 형성되는 적층형 고체 촬상 소자의 구조가 채용된다.
단위화소의 구체적인 회로 구성 및 적층 구조에 관해서는 후술한다. 도 1의 예에서는, 화소 어레이부(12)의 수광면(광입사면)측에는, 색 필터 어레이(33)나 광전변환막이 형성되고, 그 상부측에 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array ; MLA)(34)가 배치되어 있다. 또한, 색 필터 어레이(33)나 광전변환막상에는 온 칩 렌즈(OCL)가 배치된다.
기본적으로, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 라이트 필드(Light Field)의 스테레오판(版)으로서, 멀티 렌즈 어레이(MLA)로 LR 시차(視差) 분리를 행하는 구성이 채용된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 단안으로 3D 스테레오의 WDR 화상을 얻는 것이 가능하게 구성된다.
상, 본 명세서에서는, 색 필터를 이용하여 컬러 촬영을 행하는 고체 촬상 소자를 예시하지만, 용도에 응하여, 색 필터를 마련하지 않는 구성(모노클로 촬영을 행하는 고체 촬상 소자)라도 좋다.
화소 어레이부(12)에는 또한, 행렬형상의 화소 배열에 대해 행마다 화소 구동선(18)이 도면의 좌우 방향(화소행의 화소 배열 방향/수평 방향)에 따라 배선되고, 열마다 수직 신호선(17)이 도면의 상하 방향(화소열의 화소 배열 방향/수직 방향)에 따라 형성되어 있다.
화소 구동선(18)의 일단은, 수직 구동부(13)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다. 도 1에서는, 화소 구동선(18)에 관해 1개로 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다.
수직 구동부(13)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되어 있다. 여기서는, 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 수직 구동부(13)는, 판독 주사계와 소출(掃出) 주사계를 포함하는 구성을 갖는다. 판독 주사계는, 신호를 판독하는 단위화소에 관해 행 단위로 차례로 선택 주사를 행한다.
한편, 소출 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 그 판독행의 단위화소의 광전변환 소자로부터 불필요한 전하를 소출하는(리셋하는) 소출 주사를 행한다.
이 소출 주사계에 의한 불필요 전하의 소출(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다.
여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전변환 소자 등의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는(광전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독된 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사한 광량에 대응한다.
그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍으로부터, 이번의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 단위화소에서의 광전하의 축적 시간(노광 시간)이 된다.
본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 이 노광 시간의 제어나 색 필터의 투과율을 바꾸는 디바이스를 채용함에 의해 와이드 다이내믹 레인지를 얻는 것이 가능해진다.
수직 구동부(13)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위화소로부터 출력된 신호는, 수직 신호선(17)의 각각을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다.
칼럼 처리부(14)는, 화소 어레이부(12)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 출력된 아날로그의 화소 신호에 대해 미리 정해진 신호 처리를 행한다.
칼럼 처리부(14)에서의 신호 처리로서는, 예를 들면 CDS(Correlated Double Sampling ; 상관 이중 샘플링) 처리를 들 수 있다.
CDS 처리는, 선택행의 각 화소로부터 출력되는 리셋 레벨과 신호 레벨을 받아들이고, 이들 레벨 차(差)를 취함에 의해 1행분의 화소의 신호를 얻음과 함께, 화소의 고정 패턴 노이즈를 제거하는 처리이다.
칼럼 처리부(14)에, 아날로그의 화소 신호를 디지털화하는 A/D 변환 기능을 갖게 하는 것도 가능하다.
수평 구동부(15)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(14)의 화소열에 대응한 회로부분을 순번대로 선택 주사한다.
이 수평 구동부(15)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(14)에서 화소열마다 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 센서 칩(11)의 외부에 출력된다.
즉, 센서 칩(11)으로부터는, 색 필터 어레이(33)나 광전변환막의 컬러 코딩(색 배열)에 대응한 화소 신호가 그대로 RAW 데이터(생(生) 데이터)로서 출력된다.
시스템 제어부(16)는, 센서 칩(11)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 본 CMOS 이미지 센서(10)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다.
시스템 제어부(16)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 수직 구동부(13), 칼럼 처리부(14), 수평 구동부(15) 등의 구동 제어를 행한다.
센서 칩(11)의 외부 회로인 DSP 회로(31)는, 센서 칩(11)으로부터 출력되는 예를 들면 1프레임분의 화상 데이터를 화상 메모리(32)에 일시적으로 축적하고, 화상 메모리(32)에 축적된 화소 정보를 기초로 디모자이크 처리 등을 실행한다.
디모자이크 처리란, 단색의 색정 보답하든지 갖지 않는 각 화소의 신호에 대해, 그 주변 화소의 신호로부터 부족한 색정보를 모아줌으로써 색정보를 보완하여 풀 컬러 화상을 만들어 내는 처리이다.
(단위화소의 제1의 구성례)
도 2는, 단위화소(20)의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 단위화소(20)는, 광전변환 소자, 예를 들면 포토 다이오드(PD)(21)와, 예를 들면 전송 트랜지스터(22), 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24) 및 선택 트랜지스터(25)의 4개의 트랜지스터를 갖는다. 또한, 이들의 전송 트랜지스터(22), 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24) 및 선택 트랜지스터(25) 등의 각종 트랜지스터가, 본 기술에서의 전하 검출 소자의 한 구체례에 상당한다.
여기서는, 4개의 전송 트랜지스터(22), 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24) 및 선택 트랜지스터(25)로서, 예를 들면 N채널의 MOS 트랜지스터를 이용하고 있다. 단, 여기서 예시한 전송 트랜지스터(22), 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24) 및 선택 트랜지스터(25)의 도전형의 조합은 한 예에 지나지 않고, 이들의 조합으로 한정되는 것이 아니다.
이 단위화소(20)에 대해, 화소 구동선(18)으로서, 예를 들면, 전송선(181), 리셋선(182) 및 선택선(183)의 3개의 구동 배선이 동일 화소행의 각 화소에 관해 공통으로 배선되어 있다.
이들 전송선(181), 리셋선(182) 및 선택선(183)의 각 일단은, 수직 구동부(13)의 각 화소행에 대응한 출력단에, 화소행 단위로 접속되어 있다.
포토 다이오드(21)는, 애노드 전극이 부측 전원(예를 들면, 그라운드)에 접속되어 있고, 수광한 광을 그 광량에 응한 전하량의 광전하(여기서는, 광전자)로 광전변환한다.
포토 다이오드(21)의 캐소드 전극은, 전송 트랜지스터(22)를 통하여 증폭 트랜지스터(24)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되어 있다.
증폭 트랜지스터(24)의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 노드(26)를 FD(플로팅 디퓨전)부라고 부른다.
전송 트랜지스터(22)는, 포토 다이오드(21)의 캐소드 전극과 FD부(26)와의 사이에 접속되어 있다.
전송 트랜지스터(22)의 게이트 전극에는, 고레벨(예를 들면, Vdd 레벨)이 액티브(이하, 「High 액티브」라고 기술한다)의 전송 펄스(φTRF)가 전송선(181)을 통하여 주어진다.
전송 펄스(φTRF)가 주어짐으로써, 전송 트랜지스터(22)는 온 상태가 되어 포토 다이오드(21)에서 광전변환된 광전하를 FD부(26)에 전송한다.
리셋 트랜지스터(23)는, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에, 소스 전극이 FD부(26)에 각각 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(23)의 게이트 전극에는, 포토 다이오드(21)로부터 FD부(26)에의 신호 전하의 전송에 앞서서, High 액티브의 리셋 펄스(φRST)가 리셋선(182)을 통하여 주어진다.
리셋 펄스(φRST)가 주어짐으로써, 리셋 트랜지스터(23)는 온 상태가 되고, FD부(26)의 전하를 화소 전원(Vdd)에 버림에 의해 FD부(26)를 리셋한다.
증폭 트랜지스터(24)는, 게이트 전극이 FD부(26)에, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에 각각 접속되어 있다.
그리고, 증폭 트랜지스터(24)는, 리셋 트랜지스터(23)에 의해 리셋한 후의 FD부(26)의 전위를 리셋 신호(리셋 레벨)(Vreset)로서 출력한다.
증폭 트랜지스터(24)는, 전송 트랜지스터(22)에 의해 신호 전하를 전송한 후의 FD부(26)의 전위를 광 축적 신호(신호 레벨)(Vsig)로서 출력한다.
선택 트랜지스터(25)는, 예를 들면, 드레인 전극이 증폭 트랜지스터(24)의 소스 전극에, 소스 전극이 수직 신호선(17)에 각각 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(25)의 게이트 전극에는, High 액티브의 선택 펄스(φSEL)가 선택선(183)을 통하여 주어진다.
선택 펄스(φSEL)가 주어짐으로써, 선택 트랜지스터(25)는 온 상태가 되어 단위화소(20)를 선택 상태로 하여, 증폭 트랜지스터(24)로부터 출력되는 신호를 수직 신호선(17)에 중계한다.
또한, 선택 트랜지스터(25)에 관해서는, 화소 전원(Vdd)와 증폭 트랜지스터(24)의 드레인과의 사이에 접속한 회로 구성을 취하는 것도 가능하다.
또한, 단위화소(20)로서는, 상기 구성의 4개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것으로 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 증폭 트랜지스터(24)와 선택 트랜지스터(25)를 겸용한 3개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것 등이라도 좋고, 그 화소 회로의 구성은 불문한다.
(이면조사형의 화소 구조)
상술한 구성의 단위화소를 포함하는 고체 촬상 소자는, 예를 들면 기판의 일방의 면측(이면측)으로부터 광을 입사하고, 타방의 면측(표면측)에 전하 검출용 트랜지스터 등의 소자가 형성된 이면조사형 고체 촬상 소자로서 형성된다.
도 3(A)는, 이면조사형 고체 촬상 소자의 기본적인 화소 구조례를 도시하는 도면이다.
도 4는, 도 3의 반도체 기판의 웰 구조례를 도시하는 도면이다.
도 3 및 도 4는, 화소가 형성되는 화소 영역(화소 어레이부)과 주변 회로 영역(주변 회로부)이 병렬에 형성되어 있는 구성을 간략적으로 도시하고 있다.
또한, 도면의 간단화를 위해, 화소 영역에는 1개의 화소만이 나타나 있다.
도 3(A)에서, 웨이퍼를 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 연마함에 의해, 10 내지 20㎛ 정도의 두께의 실리콘(Si)층(소자층)(41)이 형성된다. 그 두께의 바람직한 범위는, 가시광에 대해 5 내지 15㎛, 적외광에 대해 15 내지 50㎛, 자외역에 대해 3 내지 7㎛이다. 이 실리콘층(41)의 일방의 면측(이면측)에는 SiO2막(42)을 끼우고 차광막(43)(BLD)이 형성되어 있다.
차광막(43)은 배선과 달리, 광학적인 요소만을 고려하여 레이아웃 된다. 이 차광막(43)에는 개구부(43A)가 형성되어 있다. 차광막(43)의 더욱 이면측에는, 패시베이션막으로서 실리콘 질화막(SiN)(44)이 형성되고, 또한 개구부(43A)의 이면측의 광 입사 경로에 색 필터(45) 및 온 칩 렌즈(마이크로 렌즈)(46)가 형성되어 있다.
즉, 실리콘층(41)의 일방의 면측부터 입사하는 광은, 온 칩 렌즈(마이크로 렌즈)(46) 및 색 필터(45)를 경유하여, 실리콘층(41)에 형성된 포토 다이오드(PD)(47)의 수광면에 유도되는 화소 구조로 되어 있다.
포토 다이오드(47)는, 도 2의 포토 다이오드(21)에 상당하고, 광전변환 기능 및 전하 축적 기능을 가지며, 여기서는, 온 칩 렌즈(46), 색 필터(45)와 함께, 수광부(제1 화소부)를 형성한다.
실리콘층(41)의 타방의 면측(표면측)에는, 트랜지스터나 금속 배선이 형성된 배선층(48)이 형성되고, 그 아래에는 또한 기판 지지재(49)가 부착되어 있다.
통상의 CMOS 이미지 센서에서는, 배선층측을 표면측으로 하고, 이 배선층측부터 입사광을 받아들이는 표면 수광형의 화소 구조를 채택하고 있다.
이에 대해, 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서에서는, 배선층(48)과 반대측의 면(이면)측부터 입사광을 받아들임으로써, 이면조사(수광)형의 화소 구조로 되어 있다.
이 이면조사(수광)형 화소 구조로부터 분명한 바와 같이, 온 칩 렌즈(마이크로 렌즈)(46)로부터 포토 다이오드(47)까지의 사이에는 차광막(43)이 금속층으로서 존재할뿐이다. 또한 이 차광막(43)의 포토 다이오드(47)로부터의 높이가 SiO2막(42)의 막두께(예를 들면, 약 0.5㎛)로 낮기 때문에, 금속층에서의 비네팅에 의한 집광의 제한을 없앨 수 있다.
또한, 여기서 나타내는 이면조사형 화소 구조는 어디까지나 한 예이고, 여러 가지의 형태의 화소 구조를 채용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 3(B)에 도시한 바와 같은 표면조사형의 것을 들 수 있다. 이 표면조사형의 화소 구조에서는, 포토 다이오드(47)를 포함하는 실리콘층(41)상에, 배선층(48), 색 필터(45) 및 온 칩 렌즈(46)를 이 순서로 구비하고 있다. 배선층(48)에는, 다층에 걸쳐서 배선(48B)가 마련됨과 함께, 온 칩 렌즈(46)에 의해 집광된 광을 하층의 포토 다이오드(47)에 유도하는 도파로(48A)가 형성되어 있다. 배선층(48)의 실리콘층(41)과의 계면 부근에는, 각종 트랜지스터의 게이트가 마련되고, 실리콘층(41)의 배선층(48)과의 계면 부근에는, FD(플로팅 디퓨전)가 형성되어 있다.
도 4는, 도 3(A)의 실리콘층(41)의 웰 구조의 한 예를 도시하는 간략 단면 구조도이고, 도면 중, 도 3(A)와 동등 부분에는 동일 부호를 붙여서 나타내고 있다.
본 예에서는, N-형 기판(51)를 이용하고 있다. 실리콘층(41)의 두께는, 선술한 바와 같이, 가시광에 대해서는 5 내지 15㎛가 바람직하고, 본 예에서는 10㎛로 하고 있다. 이에 의해, 가시광을 양호하게 광전변환할 수 있다. 실리콘층(41)의 일방의 면에는, 얕은 P+층(52)이 화소부의 전면에 걸쳐서 형성되어 있다.
화소 분리 영역은 깊은 P웰(53)에 의해 형성되어 있고, 일방의 면의 P+층(52)과 연결되어 있다.
포토 다이오드(47)는 P웰을 형성하지 않음으로써, N-형 기판(51)를 이용하여 형성되어 있다. 이 N-형 영역(기판)(51)이 광전변환 영역이고, 그 면적이 작고 농도가 묽기 때문에 완전 공핍화(空乏化)하고 있다.
그 위에, 신호 전하(본 예에서는, 전자)를 축적한 N+영역(54)이 형성되고, 그 위에 또한, 매입 포토 다이오드로 하기 위한 P+층(55)이 형성되어 있다.
또한, 포토 다이오드(47)는, 도 4로부터 분명한 바와 같이, 수광면측의 표면적이 배선층(48)측의 표면적보다도 넓게 되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 입사광을 효율 좋게 받아들일 수 있게 된다.
이 포토 다이오드(47)로 광전변환되며 또한 N+영역(54)에 축적된 신호 전하는, 전송 트랜지스터(56)(도 2의 전송 트랜지스터(22))에 의해 N+형 영역의 FD(플로팅 디퓨전)(57)에 전송된다.
포토 다이오드(47)측과 FD(57)는 P-층(48)에 의해 전기적으로 분리되어 있다.
화소 내의 전송 트랜지스터(22) 이외의 트랜지스터(도 2의 증폭 트랜지스터(24), 선택 트랜지스터(25) 및 리셋 트랜지스터(23))는, 깊은 P웰(53)에 통상과 같가 형성되어 있다.
한편, 주변 회로 영역에 관해서는, 이면의 P+층(52)에 도달하지 않는 깊이에 P웰(59)가 형성되고, 이 P웰(59)의 내측에 또한 N웰(60)이 형성되고, 이들 웰(59, 60)의 영역에 CMOS 회로가 형성된다.
(화소 가산(加算))
그런데, 일반적으로, 동화 촬상일 때에는 프레임 레이트를 올려, 고속 동화 촬상을 실현하기 위해, 인접하는 복수의 화소의 신호를 가산하여 판독하는 화소 가산이 행하여진다.
이 화소 가산에 관해서는, 화소 내나, 수직 신호선(17)상이나, 칼럼 처리부(14)나, 후단의 신호 처리부 등에서 행할 수 있다.
여기서, 한 예로서, 예를 들면 2×2의 정방배열에서의 상하 좌우로 인접하는 4화소의 신호를 화소 내에서 가산하는 경우의 화소 구성에 관해 설명한다.
도 5는, 인접 4화소 가산을 화소 내에서 행하는 경우의 회로 구성의 한 예를 도시하는 회로도이고, 도면 중, 도 2와 동등 부분에는 동일 부호를 붙여서 나타내고 있다.
도 5에서, 상하 좌우로 인접하는 4화소의 포토 다이오드(21)를, 포토 다이오드(21-1, 21-2, 21-3, 21-4)로 한다.
이들 포토 다이오드(21-1, 21-2, 21-3, 21-4)에 대해, 4개의 전송 트랜지스터(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)가 마련되고, 리셋 트랜지스터(23), 증폭 트랜지스터(24) 및 선택 트랜지스터(25)가 1개씩 마련되어 있다.
즉, 전송 트랜지스터(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)는, 각 일방의 전극이 포토 다이오드(21-1, 21-2, 21-3, 21-4)의 각 캐소드 전극에 접속되고, 각 타방의 전극이 증폭 트랜지스터(24)의 게이트 전극에 공통으로 접속되어 있다.
이 증폭 트랜지스터(24)의 게이트 전극에는, 포토 다이오드(21-1, 21-2, 21-3, 21-4)에 대해 공통의 FD부(26)가 전기적으로 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(23)는, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에, 소스 전극이 FD부(26)에 각각 접속되어 있다.
상기 구성의 인접 4화소 가산에 대응한 화소 구성에서, 4개의 전송 트랜지스터(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)에 대해 같은 타이밍에서 전송 펄스(φTRF)를 줌으로써, 인접하는 4화소 사이에서의 화소 가산을 실현할 수 있다.
즉, 포토 다이오드(21-1, 21-2, 21-3, 21-4)로부터 전송 트랜지스터(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)에 의해 FD부(26)에 전송된 신호 전하는, FD부(26)에서 가산(FD 가산이라고 기술하는 경우도 있다)되게 된다.
한편, 전송 트랜지스터(22-1, 22-2, 22-3, 22-4)에 대해 다른 타이밍에서 전송 펄스(φTRF)를 줌으로써, 화소 단위로의 신호 출력도 실현할 수 있다.
즉, 동화 촬상시에는 화소 가산을 행함에 의해 프레임 레이트의 향상을 도모할 수 있음에 대해, 정지화 촬상시에는 전 화소의 신호를 독립하여 판독함으로써, 해상도의 향상을 도모할 수 있다.
[화소 배열]
상술한 바와 같이, 화소 어레이부(12)는, 기본적으로는, 복수의 화소가 매트릭스형상(행렬형상)으로 배치되어 구성된다.
화소 어레이부(12)는, 그 화소 배열로서, 예를 들면 도 6에 도시하는 바와 같은 베이어 배열이 채용된다.
본 실시 형태의 화소 어레이부(12)는, 하나의 화소가 예를 들면 포토 다이오드에 의해 형성된 광전변환 소자를 포함하는 복수의 분할 화소 셀(DPC)로 분할되어 있다.
구체적으로는, 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)(10)에서, 베이어 배열의 동일색 필터하의 1화소에 관해, 2개 이상 복수개의 분할 화소 셀(DPC)로 분할되어 있다. 이 경우, 감도 또는 축적 시간을 바꾸어서 2개 이상 복수개로 분할되어 있는 분할 화소 셀(DPC)은, 감도 또는 축적 시간(노광 시간)를 바꾸어서 분할되는 것이 가능하다.
이하의 설명에서는, 하나의 화소가 4개의 분할 화소 셀(DPC-A 내지 DPCD)로 분할되어 있는 경우를 예로 설명한다.
도 7은, 본 실시 형태에 관한 화소 분할의 개념도이다.
도 7에는 베이어 배열인 경우의 분할 방법이 도시되어 있고, 같은 색 필터의 아래에 있는(색 필터에 대향하여 배치된) 1화소를 4분할한 예로, 예를 들면 분할된 개개의 화소에서는 감도 또는 축적 시간이 각각 다르다.
도 7에서는, 한 예로서, G(녹)화소(PCG)를 DPC-A, DPC-B, DPC-C, DPC-D의 4개의 화소로 분할한 경우가 도시되어 있다. 예를 들면 DPC-A와 DPC-B의 2개의 화소로 분할하는 것도 가능하다.
<2. 본 실시 형태의 특징적 구성>
본 실시 형태에서, 상기 구성을 갖는 CMOS 이미지 센서(10)는, 라이트 필드(Light Field) 기술을 적용하는 스테레오 카메라나 단안 3차원(3D) 스테레오 카메라에 적용 가능한 고체 촬상 소자로서 구성되어 있다.
이하, 스테레오 카메라나 단안 3차원(3D) 스테레오 카메라에 적용 가능한 고체 촬상 소자로서의 특징적인 구성에 관해 구체적으로 설명한다.
이하에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 정방배열(장방배열)의 기본적인 구성례를 설명하고, 그 후, 체크무늬와 같이 지그재그 배열의 구성례에 관해 설명한다.
또한, 이하의 설명에서는, 도면 중에 도시하는 X-Y좌표에서, X방향이 제1 방향에 상당하고, Y방향이 제2 방향에 상당하고, X방향을 수평 방향 또는 횡방향이라 하고, Y방향을 수직 방향 또는 종방향이라 하는 경우도 있다.
<2-1. 제1의 특징적 구성례>
도 8은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제1의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 8의 CMOS 이미지 센서(10A)는, 스테레오 카메라에 적용 가능하고, 라이트 필드(Light Field)의 스테레오판으로서, 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array)(34)로 LR 시차 분리를 행한다.
이 구성에서는, 수평 해상도는 1/2이 되지만, 사이드 바이 사이드(Side by Side) 기록 방식과 매치하기 때문에 유용(有用)하다.
여기서, L은 스테레오에서의 좌(Left)를 나타내고, R은 스테레오에서의 우(Right)를 나타낸다. 광학 특성에 의해서는, L과 R이 반전하는 케이스도 있고, 그 경우는 L과 R을 교체하여서 파악함으로써 대응 가능하다.
CMOS 이미지 센서(10A)에서, 화소 어레이부(12A)는, 정방배열(장방배열)이며 또한 베이어 배열인 경우의 각 화소의 분할 방법이 채용되어 있다.
도 8에서는, G화소(PCG11-1), R화소(PCR11), G화소(PCG11-2), 및 B화소(PCB11)가 2×2의 베이어 배열이 되도록, 색 필터 어레이(33)가 형성되어 있다. 이 배열이 행렬형상으로 형성되어 있다.
도 8의 예에서는, 일부만을 나타내고, B화소(PCB11)의 횡방향에 인접하여, 인접의 베이어 배열의 G화소(PCG12-1)가 배치되고, G화소(PCG11-2)의 횡방향에 인접하여, 인접의 베이어 배열의 R화소(PCR12)가 배치되어 있는 예를 도시하고 있다.
도 8의 예에서는, 제1행에 G화소(PCG11-1), B화소(PCB11), G화소(PCG12-1)가 배치되고, 제2행에 R화소(PCR11), G화소(PCG11-2), R화소(PCR12)가 배열되어 있다.
그리고, 도 8의 예에서는, 각 G화소(PCG11-1), R화소(PCR11), G화소(PCG11-2), 및 B화소(PCB11), G화소(PCG11-2), R화소(PCR12)는 각각 횡방향(X방향)으로 2분할되어 있다.
G화소(PCG11-1)는, 화소(DPC-AG1, DPC-BG1)의 2개의 분할 화소를 포함하여 구성되어 있다. 이 예에서는, 분할 화소(DPC-AG1)는 스테레오의 R용으로 할당되고, 분할 화소(DPC-BG1)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
R화소(PCR11)는, 화소(DPC-AR1, DPC-BR1)의 2개의 분할 화소를 포함하여 구성되어 있다. 이 예에서는, 분할 화소(DPC-AR1)는 스테레오의 R용으로 할당되고, 분할 화소(DPC-BR1)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
B화소(PCB11)는, 화소(DPC-AB1, DPC-BB1)의 2개의 분할 화소를 포함하여 구성되어 있다. 이 예에서는, 분할 화소(DPC-AB1)는 스테레오의 R용으로 할당되고, 분할 화소(DPC-BB1)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
G화소(PCG11-2)는, 화소(DPC-AG1, DPC-BG1)의 2개의 분할 화소를 포함하여 구성되어 있다. 이 예에서는, 분할 화소(DPC-AG1)는 스테레오의 R용으로 할당되고, 분할 화소(DPC-BG1)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
G화소(PCG12-1)는, 화소(DPC-AG1, DPC-BG1)의 2개의 분할 화소를 포함하여 구성되어 있다. 이 예에서는, 분할 화소(DPC-AG1)는 스테레오의 R용으로 할당되고, 분할 화소(DPC-BG1)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
R화소(PCR12)는, 화소(DPC-AR1, DPC-BR1)의 2개의 분할 화소를 포함하여 구성되어 있다. 이 예에서는, 분할 화소(DPC-AR1)는 스테레오의 R용으로 할당되고, 분할 화소(DPC-BR1)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
본 예에서는, 화소 배열의 동일렬(Y방향의 배열)의 각 분할 화소는, 동일한 스테레오용의 R 및 L의 기능이 할당되어 있다.
환언하면, 화소 배열의 동일행(X방향의 배열)의 각 분할 화소는, 스테레오용의 R 및 L의 기능이 교대로 할당되어 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)에는, 차광부(BLD)나 배선이 형성되고, 그 상층에 색 필터 어레이(33)가 형성되고, 색 필터 어레이(33)의 상층에 온 칩 렌즈(OCL) 어레이(35)가 형성되어 있다.
온 칩 렌즈 어레이(35)의 각 온 칩 렌즈(OCL)는, 화소 어레이부(12A)에서의 각 분할 화소에 대응하도록 행렬형상으로 형성되어 있다.
그리고, 온 칩 렌즈 어레이(35)의 광 입사측에 대향하여, 멀티 렌즈(ML)가 행렬형상으로 형성된 멀티 렌즈 어레이(34)가 배치되어 있다.
도 8의 예에서는, 멀티 렌즈 어레이(34)의 각 멀티 렌즈(ML)의 횡방향(X방향)으로 공유하는 화소의 색이 통상의 배열과 달리, 공유하는 화소가 동색이 아니라, 이색(異色)이 되도록 배치되어 있다.
도 8의 예에서는, 2개의 제1 멀티 렌즈계(ML1), 제2 멀티 렌즈계(ML2)가 나타나고 있다.
제1 멀티 렌즈계(ML1)는, 제1행에서, G화소(PCG11-1)의 스테레오의 L용 분할 화소(DPC-BG1)와, G화소(PCG11-1)의 인접 B화소(PCB11)의 스테레오의 R용 분할 화소(DPC-AB1)에서 공유하도록 배치되어 있다.
마찬가지로, 제1 멀티 렌즈계(ML1)는, 제2행에서, R화소(PCR11)의 스테레오의 L용 분할 화소(DPC-BR1)와, R화소(PCR11)의 인접 G화소(PCG11-2)의 스테레오의 R용 분할 화소(DPC-AG1)에서 공유하도록 배치되어 있다.
제2 멀티 렌즈계(ML2)는, 제1행에서, B화소(PCB11)의 스테레오의 L용 분할 화소(DPC-BB1)와, B화소(PCB11)의 인접 G화소(PCG12-1)의 스테레오의 R용 분할 화소(DPC-AG1)에서 공유하도록 배치되어 있다.
마찬가지로, 제2 멀티 렌즈계(ML2)는, 제2행에서, G화소(PCG11-2)의 스테레오의 L용 분할 화소(DPC-BG1)와, G화소(PCG11-2)의 인접 R화소(PCR12)의 스테레오의 R용 분할 화소(DPC-AR1)에서 공유하도록 배치되어 있다.
이와 같이, 하나의 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 함으로써 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 종방향(Y방향)를, 디스크리트 렌즈(DSCL)로 하는지 원통 렌즈(CYLDL)로 하는지는 선택 가능하다.
온 칩 렌즈(OCL)가 없는 경우에는 디스크리트 렌즈(DSCL)로 하는 것에 보다 집광률의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 도 8의 예에서는, 2개의 분할 화소에 걸치는 렌즈 형상은, 종방향(Y방향)으로 인접하는 공유되는 분할 화소의 렌즈와의 영향을 피하기 위해, 횡방향(X방향)에 길은 평평한 형상으로 된다.
<2-2. 제2의 특징적 구성례>
도 9는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제2의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 9의 CMOS 이미지 센서(10B)는, 화소 배열의 일부가, 지그재그 배열(사방(斜方) 배열, 허니컴 배열)를 갖고 있다. 여기서, 지그재그 배열이란, 정방배열에서 서로 직교하는 2개의 방향(제1 방향 및 제2 방향)과는 다른 방향에 따른 2차원 배열이다. 구체적으로는, 정방배열(장방배열)을 기준으로 하여, 예를 들면 45°만큼 각 단위화소를 천이(회전)기킨 체크무늬와 같은 배열이다.
그리고, 각 단위화소가, 적어도 수광 기능을 포함하는(마이크로 렌즈(온 칩 렌즈(46))를 포함하는) 제1 화소부(60)와, 제1 화소부에 대향하도록 형성되고, 적어도 축적 전하의 검출 기능을 포함하는(전하 검출 소자를 포함하는) 제2 화소부(70)가 적층(중첩)하도록 구성된다.
예를 들면, 이면조사형의 경우에는, 도 3(A)에 도시한 바와 같이, 배선층(48)상에 실리콘층(41)(포토 다이오드(47)), 색 필터(45) 및 온 칩 렌즈(46)를 이 순서로 갖는데, 이와 같은 구성에서, 제1 화소부(60) 및 제2 화소부(70)의 조합으로서는, 다음의 것을 들 수 있다. 즉, 제1 화소부(60)가 온 칩 렌즈(46)를 포함하고, 제2 화소부(70)가 상기 전하 검출 소자와 함께, 배선층(48) 및 포토 다이오드(47)를 포함한다. 또는, 제1 화소부(60)가 온 칩 렌즈(46)와 함께 색 필터(45)를 포함하고, 제2 화소부(70)가 상기 전하 검출 소자와 함께, 배선층(48) 및 포토 다이오드(47)를 포함하고 있어도 좋다. 또한, 제1 화소부(60)가 온 칩 렌즈(46)와 함께, 색 필터(45) 및 포토 다이오드(47)를 포함하고, 제2 화소부(70)가 상기 전하 검출 소자와 함께, 배선층(48)을 포함하는 구성이라도 좋다.
여기서는, 한 예로서, 제1 화소부(60)는, 이면측에 배치되고, 예를 들면 도 3(A)의 색 필터(45), 온 칩 렌즈(46)를 포함하고, 또는 색 필터(45), 온 칩 렌즈(46)를 포함하여 구성된다.
제2 화소부(70)는, 표면측에 배치되고, 예를 들면 도 3(A)의 포토 다이오드(47), 배선층(48)을 포함하고, 또는, 전하 검출 트랜지스터(증폭 트랜지스터 등)나 배선층(48)을 포함하여 구성된다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 제1 화소부(60)가 지그재그 배열로서 형성되고, 제2 화소부(70)는 정방배열(장방배열)로서 형성되어 있다.
또한, 도 9에서는, 도면의 간단화를 위해, 색 필터 어레이나 온 칩 렌즈 어레이 등은 생략하고 있다.
또한, 도 3(B)에 도시한 바와 같은 표면조사형의 경우에는, 실리콘층(41)상에 배선층(48)(도파로(48A), 배선(48B)), 색 필터(45) 및 온 칩 렌즈(46)를 이 순서로 갖는데, 이와 같은 구성에서의 제1 화소부(60) 및 제2 화소부(70)의 조합으로서는, 다음의 것을 들 수 있다. 즉, 제1 화소부(60)가 온 칩 렌즈(46)를 포함하고, 제2 화소부(70)가 상기 전하 검출 소자와 함께, 배선층(48) 및 포토 다이오드(47)를 포함한다. 또는, 제1 화소부(60)가 온 칩 렌즈(46)와 함께 색 필터(45)를 포함하고, 제2 화소부(70)가 상기 전하 검출 소자와 함께, 배선층(48) 및 포토 다이오드(47)를 포함하고 있어도 좋다. 또한, 제1 화소부(60)가 온 칩 렌즈(46)와 함께, 색 필터(45) 및 배선층(48)을 포함하고, 제2 화소부(70)가 상기 전하 검출 소자와 함께, 포토 다이오드(47)를 포함하는 구성이라도 좋다.
또한, 본 명세서에서는, 제1 화소부가 지그재그 배열(사방배열)이고, 제2 화소부가 정방배열인 경우를 예시하였지만, 역으로, 제1 화소부가 정방배열, 제2 화소부가 지그재그 배열이라도 좋다. 제1 화소부에서의 2차원 배열의 각 배열 방향과, 제2 화소부에서의 2차원 배열의 각 배열 방향이 서로(상대적으로) 다르면, 본 기술의 효과를 얻을 수 있다.
도 9의 예에서, 제2 화소부(70)는 제p행부터 제(p+4)행의 5행 또한, 제q열부터 제(q+5)열의 6열의 5행6열의 정방배열로서 형성되어 있다.
도 9의 예에서는, 제p행부터 제(p+4)행의 5행 또한, 제(q-1)열부터 제(q+6)열의 8열의 지그재그 배열이 나타나 있다.
제1 화소부(60)의 행배열 및 열배열과 제2 화소부(70)의 행배열 및 열배열은 서로 대응하도록 형성되어 있다.
제1 화소부(60)는 G화소, R화소, B화소가 다음과 같이 배열되어 있다.
여기서는, 이해를 용이하게 하기 위해 p=q=1로 하여 설명한다.
제1행째에는, G화소(PCG1-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG1-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-12AG, DPC1-12BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-12AG)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-12BG)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-12AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-12BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-12AG, DPC1-12BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-12)가 배치되어 있다.
제1행째에는, G화소(PCG1-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG1-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-34AG, DPC1-34BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-34AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-34BG)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-34AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-34BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-34AG, DPC1-34BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-34)가 배치되어 있다.
제1행째에는, G화소(PCG1-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG1-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-56AG, DPC1-56BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-56AG)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-56BG)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-56AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-56BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-56AG, DPC1-56BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-56)가 배치되어 있다.
제2행째에는, R화소(PCR2-01)가 제0열 및 제1열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCR2-01)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-01AR, DPC2-01BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-01AR)는 제0열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-01BR)는 제1열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-01AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-01BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-01AR, DPC2-01BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-01)가 배치되어 있다.
제2행째에는, G화소(PCG2-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG2-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-23AG, DPC2-23BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-23AG)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-23BG)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-23AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-23BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-23AG, DPC2-23BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-23)가 배치되어 있다.
제2행째에는, R화소(PCR2-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCR2-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-45AR, DPC2-45BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-45AR)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-45BR)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-45AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-45BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-45AR, DPC2-45BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-45)가 배치되어 있다.
제2행째에는, G화소(PCG2-67)가 제6열 및 제7열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG2-67)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-67AG, DPC2-67BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-67AG)는 제6열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-67BG)는 제7열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-67AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-67BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-67AG, DPC2-67BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-67)가 배치되어 있다.
제3행째에는, G화소(PCG3-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG3-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-12AG, DPC3-12BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-12AG)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-12BG)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-12AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-12BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-12AG, DPC3-12BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-12)가 배치되어 있다.
제3행째에는, G화소(PCG3-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG3-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-34AG, DPC3-34BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-34AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-34BG)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-34AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-34BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-34AG, DPC3-34BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-34)가 배치되어 있다.
제3행째에는, G화소(PCG3-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG3-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-56AG, DPC3-56BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-56AG)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-34BG)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-56AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-56BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-56AG, DPC3-56BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-56)가 배치되어 있다.
제4행째에는, G화소(PCG4-01)가 제0열 및 제1열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG4-01)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-01AG, DPC4-01BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-01AG)는 제0열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-01BG)는 제1열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-01AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-01BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-01AG, DPC4-01BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-01)가 배치되어 있다.
제4행째에는, B화소(PCB4-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB4-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-23AB, DPC4-23BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-23AB)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-23BB)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-23AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-23BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-23AB, DPC4-23BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-23)가 배치되어 있다.
제4행째에는, G화소(PCG4-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG4-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-45AG, DPC4-45BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-45AG)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-45BG)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-45AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-45BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-45AG, DPC4-45BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-45)가 배치되어 있다.
제4행째에는, B화소(PCB4-67)가 제6열 및 제7열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB4-67)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-67AB, DPC4-67BB) 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-67AB)는 제6열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-67BB)는 제7열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-67AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-67BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-67AB, DPC4-67BB) 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-67)가 배치되어 있다.
제5행째에는, G화소(PCG5-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG5-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-12AG, DPC5-12BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-12AG)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-12BG)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-12AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-12BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-12AG, DPC5-12BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-12)가 배치되어 있다.
제5행째에는, G화소(PCG5-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG5-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-34AG, DPC5-34BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-34AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-34BG)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-34AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-34BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-34AG, DPC5-34BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-34)가 배치되어 있다.
제5행째에는, G화소(PCG5-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG5-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-56AG, DPC5-56BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-56AG)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-56BG)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-56AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-56BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-56AG, DPC5-56BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-56)가 배치되어 있다.
도 9의 화소 배열에서는, 제1행, 제3행, 및 제5행에는 G화소만이 배치되고, 제2행에는 R화소와 G화소가 교대로 배치되고, 제4행에는 G화소와 B화소가 교대로 배치되어 있다.
도 9의 구성에서는, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
도 10은, 도 9의 화소 배열에서 솎아냄 동작을 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면이다.
이 예에서는, 제1행, 제3행, 및 제5행의 G화소 전부 솎아내여지고, 결과로서, 라인 솎아냄으로, 베이어 스테레오 배열로서 형성된다. 그리고, 전술한 바와 같이, FD가 4화소에서 공유된다.
이와 같이, 솎아냄 동작시에는, 베이어 스테레오 배열로서 형성되기 때문에, 통상의 베이어 배열의 대응한 화소 가산계를 그대로 적용하는 것이 가능해진다.
도 9의 화소 배열에 대응한 판독 화소 신호는, 화상 메모리(32)에 일시적으로 기록한 화소 신호를 기초로 DSP 회로(31)에서 정방배열(장방배열)을 45° 회전시킨 지그재그 배열(체크무늬 배열)을 정방배열(장방배열)로 하는 디모자이크 처리가 행하여진다.
<2-3. 제3의 특징적 구성례>
도 11은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제3의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 11에서는, 도면의 간략화를 위해, 제1 화소부(60C)만 나타내고, 멀티 렌즈 및 제2 화소부는 도 9와 마찬가지이고, 생략하고 있다.
도 11의 CMOS 이미지 센서(10C)가 도 9의 CMOS 이미지 센서(10B)와 다른 점은, 다음과 같다.
도 11의 CMOS 이미지 센서(10C)는, 각 G화소, R화소, B화소는 2분할이 아니고, 2×2의 4분할로 하여, 동색 4화소를 시차와 와이드 다이내믹 레인지(WDR)의 2 조건을 배분하고 있다.
또한, 동색 4개의 삼각형상의 분할 화소에서 도시하지 않은 하나의 멀티 렌즈(ML)를 공유한다.
제1행에서, G화소(PCG1-12)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC1-12AG, DPC1-12BG, DPC1-12CG, DPC1-12DG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG1-34)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC1-34AG, DPC1-34BG, DPC1-34CG, DPC1-34DG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG1-56)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC1-56AG, DPC1-56BG, DPC1-56CG, DPC1-56DG)를 포함하여 구성되어 있다.
제2행에서, R화소(PCR2-01)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC2-01AR, DPC2-01BR, DPC2-01CR, DPC2-01DR)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG2-23)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC2-23AG, DPC2-23BG, DPC2-23CG, DPC2-23DG)를 포함하여 구성되어 있다.
R화소(PCR2-45)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC2-45AR, DPC2-45BR, DPC2-45CR, DPC2-45DR)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG2-67)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC2-67AG, DPC2-67BG, DPC2-67CG, DPC2-67DG)를 포함하여 구성되어 있다.
제3행에서, G화소(PCG3-12)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC3-12AG, DPC3-12BG, DPC3-12CG, DPC3-12DG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG3-34)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC3-34AG, DPC3-34BG, DPC3-34CG, DPC3-34DG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG3-56)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC3-56AG, DPC3-56BG, DPC3-56CG, DPC3-56DG)를 포함하여 구성되어 있다.
제4행에서, G화소(PCG4-01)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC4-01AG, DPC4-01BG, DPC4-01CG, DPC4-01DG)를 포함하여 구성되어 있다.
B화소(PCB4-23)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC4-23AB, DPC4-23BB, DPC4-23CB, DPC4-23DB)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG4-45)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC4-45AG, DPC4-45BG, DPC4-45CG, DPC4-45DG)를 포함하여 구성되어 있다.
B화소(PCB4-67)은, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC4-67AB, DPC4-67BB, DPC4-67CB, DPC4-67DB)를 포함하여 구성되어 있다.
제5행에서, G화소(PCG5-12)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC5-12AG, DPC5-12BG, DPC5-12CG, DPC5-12DG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG5-34)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC5-34AG, DPC5-34BG, DPC5-34CG, DPC5-34DG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG5-56)는, Y축 및 X축을 중심으로 4개의 분할 화소(DPC5-56AG, DPC5-56BG, DPC5-56CG, DPC5-56DG)를 포함하여 구성되어 있다.
도 11의 화소 배열에 대응한 판독 화소 신호는, 화상 메모리(32)에 일시적으로 기록한 화소 신호를 기초로 DSP 회로(31)에서 정방배열(장방배열)을 45° 회전시킨 지그재그 배열(체크무늬 배열)을 정방배열(장방배열)로 하는 디모자이크 처리가 행하여진다.
<2-4. 제4의 특징적 구성례>
도 12는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제4의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 12의 CMOS 이미지 센서(10D)가 도 9의 CMOS 이미지 센서와 다른 점은, 솎아내기 전의 화소 배열을 지그재그의 베이어 스테레오 배열로 한 것에 있다.
도 12의 예에서도, 도 9의 예와 마찬가지로, 제2 화소부(70)는 제p행부터 제(p+4)행의 5행 또한, 제q열부터 제(q+5)열의 6열의 5행6열의 정방배열로서 형성되어 있다.
도 12의 예에서는, 제p행부터 제(p+4)행의 5행 또한, 제q열부터 제(q+5)열의 6열의 지그재그 배열이 도시되어 있다.
제1 화소부(60)의 행배열 및 열배열과 제2 화소부(70)의 행배열 및 열배열은 서로 대응하도록 형성되어 있다.
제1 화소부(60D)는 G화소, R화소, B화소가 다음과 같이 배열되어 있다.
여기서는, 도 9의 예의 경우와 마찬가지로, 이해를 용이하게 하기 위해 p=q=1로 하여 설명한다.
제1행째에는, B화소(PCB1-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB1-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-23AB, DPC1-23BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-23AB)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-23BB)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-23AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-23BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-23AB, DPC1-23BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-23)가 배치되어 있다.
제1행째에는, R화소(PCR1-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCR1-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-45AR, DPC1-45BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-45AR)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-45BR)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-45AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-45BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-45AR, DPC1-45BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-45)가 배치되어 있다.
제2행째에는, G화소(PCG2-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG2-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-12AG, DPC2-12BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-12AG)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-12BG)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-12AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-12BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-12AG, DPC2-12BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-12)가 배치되어 있다.
제2행째에는, G화소(PCG2-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG2-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-34AG, DPC2-34BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-34AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-34BG)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-34AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-34BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-34AG, DPC2-34BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-34)가 배치되어 있다.
제2행째에는, G화소(PCG2-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG2-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-56AG, DPC2-56BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-56AG)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-56BG)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-56AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-56BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-56AG, DPC2-56BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-56)가 배치되어 있다.
제3행째에는, R화소(PCR3-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCR3-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-23AR, DPC3-23BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-23AR)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-23BR)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-23AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-23BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-23AR, DPC3-23BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-23)가 배치되어 있다.
제3행째에는, B화소(PCRB-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB3-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-45AB, DPC3-45BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-45AB)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-45BB)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-45AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-45BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-45AB, DPC3-45BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-45)가 배치되어 있다.
제4행째에는, G화소(PCG4-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG4-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-12AG, DPC4-12BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-12AG)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-12BG)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-12AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-12BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-12AG, DPC4-12BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-12)가 배치되어 있다.
제4행째에는, G화소(PCG4-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG4-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-34AG, DPC4-34BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-34AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-34BG)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-34AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-34BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-34AG, DPC4-34BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-34)가 배치되어 있다.
제4행째에는, G화소(PCG4-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG4-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-56AG, DPC4-56BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-56AG)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-56BG)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-56AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-56BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-56AG, DPC4-56BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-56)가 배치되어 있다.
제5행째에는, B화소(PCB5-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB5-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-23AB, DPC5-23BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-23AB)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-23BB)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-23AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-23BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-23AB, DPC5-23BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-23)가 배치되어 있다.
제5행째에는, R화소(PCR5-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCR5-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-45AR, DPC5-45BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-45AR는) 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-45BR)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-45AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-45BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-45AR, DPC5-45BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-45)가 배치되어 있다.
도 12의 화소 배열에서는, 제2행 및 제4행에는 G화소만이 배치되고, 제1행에는 B화소와 R화소가 교대로 배치되고, 제3행에는 R화소와 B화소가 교대로 배치되고, 제5행에는 B화소와 R화소가 교대로 배치되어 있다.
도 12의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
도 13은, 도 12의 화소 배열에서 비닝 동작을 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면이다.
이 예에서는, 솎아냄이나 가산 등의 비닝(Binning)은, 4행 건너뜀에 의해 처리 가능한, 이 예에서도, FD가 4화소에서 공유된다.
이와 같이, 베이어 스테레오 배열로서 형성되기 때문에, 통상의 베이어 배열의 대응한 화소 가산계를 그대로 적용하는 것이 가능해진다.
도 12의 화소 배열에 대응한 판독 화소 신호는, 화상 메모리(32)에 일시적으로 기록한 화소 신호를 기초로 DSP 회로(31)에서 정방배열(장방배열)을 45° 회전시킨 지그재그 배열(체크무늬 배열)을 정방배열(장방배열)로 하는 디모자이크 처리가 행하여진다.
<2-5. 제5의 특징적 구성례>
도 14는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제5의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 14의 CMOS 이미지 센서(10E)가 도 12의 CMOS 이미지 센서(10D)와 다른 점은, 하나의 멀티 렌즈를 공유하는 삼각형상의 2개의 분할 화소가 동색이 아니라 이색으로 되어 있는 것에 있다.
제1행째에서, B화소의 분할 화소(DPC1-23AB)와 멀티 렌즈(ML1-23)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC1-23BB) 대신에, 이색의 G화소의 분할 화소(DPC1-23BG)가 배치되어 있다.
R화소의 분할 화소(DPC1-45AR)와 멀티 렌즈(ML1-45)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC1-45BR) 대신에, 이색의 G화소의 분할 화소(DPC1-45BG)가 형성되어 있다.
제2행째에서, G화소의 분할 화소(DPC2-12AG)와 멀티 렌즈(ML2-12)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC2-12BG) 대신에, 이색의 R화소의 분할 화소(DPC2-12BR)가 배치되어 있다.
G화소의 분할 화소(DPC2-34AG)와 멀티 렌즈(ML2-34)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC2-34BG) 대신에, 이색의 B화소의 분할 화소(DPC2-34BB)가 배치되어 있다.
G화소의 분할 화소(DPC2-56AG)와 멀티 렌즈(ML2-56)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC2-56BG) 대신에, 이색의 R화소의 분할 화소(DPC2-56BR)가 배치되어 있다.
제3행째에서, R화소의 분할 화소(DPC3-23AR)와 멀티 렌즈(ML3-23)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC3-23BR) 대신에, 이색의 G화소의 분할 화소(DPC3-23BG)가 배치되어 있다.
B화소의 분할 화소(DPC3-45AB)와 멀티 렌즈(ML3-45)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC3-45BB) 대신에, 이색의 G화소의 분할 화소(DPC3-45BG)가 형성되어 있다.
제4행째에서, G화소의 분할 화소(DPC4-12AG)와 멀티 렌즈(ML4-12)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC4-12BG) 대신에, 이색의 B화소의 분할 화소(DPC4-12BB)가 배치되어 있다.
G화소의 분할 화소(DPC4-34AG)와 멀티 렌즈(ML4-34)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC4-34BG) 대신에, 이색의 R화소의 분할 화소(DPC4-34BR)가 배치되어 있다.
G화소의 분할 화소(DPC4-56AG)와 멀티 렌즈(ML4-56)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC4-56BG) 대신에, 이색의 B화소의 분할 화소(DPC4-56BB)가 배치되어 있다.
제5행째에서, B화소의 분할 화소(DPC5-23AB)와 멀티 렌즈(ML5-23)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC5-23BB) 대신에, 이색의 G화소의 분할 화소(DPC5-23BG)가 배치되어 있다.
R화소의 분할 화소 DPC5-45AR과 멀티 렌즈(ML5-45)를 공유하는 분할 화소로서, 동색의 분할 화소(DPC5-45BR) 대신에, 이색의 G화소의 분할 화소(DPC5-45BG)가 형성되어 있다.
도 14의 화소 배열에서는, 제1행부터 제5행에는 B화소, G화소, R화소가 혼재하도록 교대로 배치되어 있다.
그리고, 도 14의 화소 배열에서는, 제1열, 제3, 및 제5열에서 G화소만이 배치되고, 이른바 G화소의 세로 스트라이프로서 형성되어 있다.
도 14의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
또한, 하나의 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 함으로써 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
도 15는, 도 14의 화소 배열에서 비닝 동작을 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면이다.
이 예에서는, 솎아냄이나 가산 등의 비닝(Binning)은, 4행 건너뜀에 의해 처리 가능하다. 이 예에서도, FD가 4화소에서 공유된다.
이와 같이, 베이어 스테레오 배열로서 형성되기 때문에, 통상의 베이어 배열의 대응한 화소 가산계를 그대로 적용하는 것이 가능해진다.
도 14의 화소 배열에 대응한 판독 화소 신호는, 화상 메모리(32)에 일시적으로 기록한 화소 신호를 기초로 DSP 회로(31)에서 정방배열(장방배열)을 45° 회전시킨 지그재그 배열(체크무늬 배열)을 정방배열(장방배열)로 하는 디모자이크 처리가 행하여진다.
<2-6. 제6의 특징적 구성례>
도 16은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제6의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 16의 CMOS 이미지 센서(10F)가 도 12의 CMOS 이미지 센서(10D)와 다른 점은, 휘도 신호의 주성분이 되는 색, 예를 들면 백색 화소(W(White)화소)를 포함하는 화소 배열로 되어 있는 것에 있다.
백색을 포함하는 컬러 코딩의 색 필터 어레이는, RGB 베이어 배열의 색 필터 어레이에 비하여 출력 전압이 높아지기 때문에, CMOS 이미지 센서(10F)의 고감도를 도모할 수 있다.
도 16의 예에서, 제2 화소부(70)는 제p행부터 제(p+4)행의 5행 또한, 제q열부터 제(q+5)열의 6열의 5행6열의 정방배열로서 형성되어 있다.
도 16의 예에서는, 제p행부터 제(p+4)행의 5행 또한, 제(q-1)열부터 제(q+6)열의 8열의 지그재그 배열이 나타나 있다.
제1 화소부(60F)의 행배열 및 열배열과 제2 화소부(70)의 행배열 및 열배열은 서로 대응하도록 형성되어 있다.
제1 화소부(60F)는 W화소, G화소, R화소, B화소가 다음과 같이 배열되어 있다.
여기서는, 도 9의 예의 경우와 마찬가지로, 이해를 용이하게 하기 위해 p=q=1로 하여 설명한다.
제1행째에는, B화소(PCB1-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB1-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-23AB, DPC1-23BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-23AB)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-23BB)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-23AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-23BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-23AB, DPC1-23BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-23)가 배치되어 있다.
제1행째에는, G화소(PCG1-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG1-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-45AG, DPC1-45BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-45AG)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-45BG)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC1-45AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC1-45BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC1-45AG, DPC1-45BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML1-45)가 배치되어 있다.
제2행째에는, W화소(PCW2-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
W화소(PCW2-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-12AW, DPC2-12BW)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-12AW)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-12BW)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-12AW)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-12BW)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-12AW, DPC2-12BW)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-12)가 배치되어 있다.
제2행째에는, W화소(PCW2-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
W화소(PCW2-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-34AW, DPC2-34BW)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-34AW)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-34BW)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-34AW)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-34BW)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-34AW, DPC2-34BW)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-34)가 배치되어 있다.
제2행째에는, W화소(PCW2-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
W화소(PCW2-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-56AW, DPC2-56BW)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-56AW)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-56BW)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC2-56AW)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC2-56BW)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC2-56AW, DPC2-56BW)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML2-56)가 배치되어 있다.
제3행째에는, R화소(PCR3-01)가 제0열 및 제1열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCR3-01)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-01AR, DPC3-01BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-01AR)는 제0열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-01BR)는 제1열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-01AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPCR-01BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-01AR, DPC3-01BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-01)가 배치되어 있다.
제3행째에는, G화소(PCG3-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG3-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-23AG, DPC3-23BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-23AG)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-23BG)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-23AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-23BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-23AG, DPC3-23BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-23)가 배치되어 있다.
제3행째에는, R화소(PCR3-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
R화소(PCB3-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-45AR, DPC3-45BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-45AR)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-45BR)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-45AR)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-45BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-45AR, DPC3-45BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-45)가 배치되어 있다.
제3행째에는, G화소(PCG3-67)가 제6열 및 제7열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG3-67)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-67AG, DPC3-67BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-67AG)는 제6열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-67BG)는 제7열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC3-67AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC3-667G)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC3-67AG, DPC3-67BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML3-67)가 배치되어 있다.
제4행째에는, W화소(PCW4-12)가 제1열 및 제2열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
W화소(PCW4-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-12AW, DPC4-12BW)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-12AW)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-12BW)는 제2열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-12AW)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-12BW)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-12AW, DPC4-12BW)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-12)가 배치되어 있다.
제4행째에는, W화소(PCW4-34)가 제3열 및 제4열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
W화소(PCW4-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-34AW, DPC4-34BW)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-34AW)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-34BW)는 제4열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-34AW)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-34BW)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-34AW, DPC4-34BW)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-34)가 배치되어 있다.
제4행째에는, W화소(PCW4-56)가 제5열 및 제6열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
W화소(PCW4-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-56AW, DPC4-56BW)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-56AW)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-56BW)는 제6열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC4-56AW)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC4-56BW)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC4-56AW, DPC4-56BW)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML4-56)가 배치되어 있다.
제5행째에는, B화소(PCB5-23)가 제2열 및 제3열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
B화소(PCB5-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-23AB, DPC5-23BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-23AB)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-23BB)는 제3열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-23AB)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-23BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-23AB, DPC5-23BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-23)가 배치되어 있다.
제5행째에는, G화소(PCG5-45)가 제4열 및 제5열에 걸치도록 정방배열을 기준으로, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
G화소(PCG5-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-45AG, DPC5-45BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-45AG)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-45BG)는 제5열에 배치되어 있다.
분할 화소(DPC5-45AG)는 스테레오의 L용으로 할당되고, 분할 화소(DPC5-45BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
그리고, 동색의 2개의 분할 화소(DPC5-45AG, DPC5-45BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML5-45)가 배치되어 있다.
도 16의 화소 배열에서는, 제2행 및 제4행에는 W화소만이 배치되고, 제1행에는 B화소와 G화소가 교대로 배치되고, 제3행에는 R화소와 G화소가 교대로 배치되고, 제5행에는 B화소와 G화소가 교대로 배치되어 있다.
도 16의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
도 17은, 도 16의 화소 배열로부터 가산 처리를 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면이다.
이 예에서는, 가산 처리는, 종방향으로 동색끼리에서의 가산을 행하고, DSP 회로(31)로 횡방향의 디지털 가산을 행한다. 또한, 도 17에는, 가산 후의 화소 중심(重心)이 개념적으로 도시되어 있다.
도 16의 화소 배열에 대응한 판독 화소 신호는, 화상 메모리(32)에 일시적으로 기록한 화소 신호를 기초로 DSP 회로(31)에서 정방배열(장방배열)을 45° 회전시킨 지그재그 배열(체크무늬 배열)을 정방배열(장방배열)로 하는 디모자이크 처리가 행하여진다.
<2-7. 제7의 특징적 구성례>
도 18은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제7의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 18의 CMOS 이미지 센서(10G)가 도 12의 CMOS 이미지 센서(10D)와 다른 점은, 베이어 배열의 다시점(多視點)의 관점에서, 화소를 풀로 배치하는 구성을 채용하고 있는 것에 있다.
도 18의 예에서는, 4개의 풀 화소(FPC1, FPC2, FPC3, FPC4)가 2×2의 매트릭스형상으로 배치되고, 또한, 예를 들면 Y방향부터 X방향으로 45° 회전된 상태로 형성되어 있다.
그리고, 각 풀 화소(FPC1, FPC2, FPC3, FPC4)의 각 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML1, FML2, FML3, FML4)가 배치되어 있다.
도 18의 예에서는, 풀 화소(FPC1)는, G화소(PCG1-23, PCG1-45, PCG0-34, PCG2-34)가 2×2의 매트릭스형상으로 배열되어 형성되어 있다.
G화소(PCG1-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-2AG, DPC1-3BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-2AG)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-3BG)는 제3열에 배치되어 있다.
G화소(PCG1-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC1-4AG, DPC1-5BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC1-4AG)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC1-5BG)는 제5열에 배치되어 있다.
G화소(PCG0-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC0-3AG, DPC0-4BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC0-3AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC0-4BG)는 제4열에 배치되어 있다.
G화소(PCG2-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-3AG, DPC2-4BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-3AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-4BG)는 제4열에 배치되어 있다.
멀티 렌즈(FML1)는, 8개의 분할 화소(DPC1-2AG, DPC1-3BG, DPC1-4AG, DPC1-5BG, DPC0-3AG, DPC0-4BG, DPC2-3AG, DPC2-4BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서는, 동색의 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML1)가 배치되어 있다.
여기서는, 풀 화소(FPC1)는, Y축을 중심으로 하여 도면 중 좌측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 L용으로 할당되고, 우측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
구체적으로는, 분할 화소(DPC1-2AG, DPC1-3BG, DPC0-3AG, DPC2-3AG)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
분할 화소(DPC1-4AG, DPC1-5BG, DPC0-4BG, DPC2-4BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
풀 화소(FPC2)는, G화소(PCG5-23, PCG5-45, PCG4-34, PCG6-34)가 2×2의 매트릭스형상으로 배열되어 형성되어 있다.
G화소(PCG5-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC5-2AG, DPC5-3BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-2AG)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-3BG)는 제3열에 배치되어 있다.
G화소(PCG5-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소 DPC5-4AG, DPC5-5BG를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC5-4AG)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC5-5BG)는 제5열에 배치되어 있다.
G화소(PCG4-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-3AG, DPC4-4BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-3AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-4BG)는 제4열에 배치되어 있다.
G화소(PCG6-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC6-3AG, DPC6-4BG)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC6-3AG)는 제3열에 배치되고, 분할 화소(DPC6-4BG)는 제4열에 배치되어 있다.
멀티 렌즈(FML2)는, 8개의 분할 화소(DPC5-2AG, DPC5-3BG, DPC5-4AG, DPC5-5BG, DPC4-3AG, DPC4-4BG, DPC6-3AG, DPC6-4BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서는, 동색의 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML2)가 배치되어 있다.
여기서는, 풀 화소(FPC2)는, Y축을 중심으로 하여 도면 중 좌측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 L용으로 할당되고, 우측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
구체적으로는, 분할 화소(DPC5-2AG, DPC5-3BG, DPC4-3AG, DPC6-3AG)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
분할 화소(DPC5-4AG, DPC5-5BG, DPC4-4BG, DPC6-4BG)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
풀 화소(FPC3)는, B화소(PCB3-01, PCB3-23, PCB2-12, PCB4-12)가 2×2의 매트릭스형상으로 배열되어 형성되어 있다.
B화소(PCB3-01)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-0AB, DPC3-1BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-0AB)는 제0열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-1BB)는 제1열에 배치되어 있다.
B화소(PCB3-23)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-2AB, DPC3-3BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-2AB)는 제2열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-3BB)는 제3열에 배치되어 있다.
B화소(PCG2-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-1AB, DPC2-2BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-1AB)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-2BB)는 제2열에 배치되어 있다.
B화소(PCB4-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-1AB, DPC4-2BB)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-1AB)는 제1열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-2BB)는 제2열에 배치되어 있다.
멀티 렌즈(FML3)는, 8개의 분할 화소(DPC3-0AB, DPC3-1BB, DPC3-2AB, DPC3-3BB, DPC2-1AB, DPC2-2BB, DPC4-1AB, DPC4-2BB)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서는, 동색의 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML3)가 배치되어 있다.
여기서는, 풀 화소(FPC3)는, Y축을 중심으로 하여 도면 중 좌측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 L용으로 할당되고, 우측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
구체적으로는, 분할 화소(DPC3-0AB, DPC3-1BB, DPC2-1AB, DPC4-1AB)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
분할 화소(DPC3-2AB, DPC3-3BB, DPC2-2BB, DPC4-2BB)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
풀 화소(FPC4)는, R화소(PCR3-45, PCR3-67, PCB2-56, PCR4-56)가 2×2의 매트릭스형상으로 배열되어 형성되어 있다.
R화소(PCR3-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-4AR, DPC3-5BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-4AR)는 제4열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-5BR)는 제5열에 배치되어 있다.
R화소(PCR3-67)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-6AR, DPC3-7BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC3-6AR)는 제6열에 배치되고, 분할 화소(DPC3-7BR)는 제7열에 배치되어 있다.
R화소(PCR2-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-5AR, DPC2-6BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC2-5AR)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC2-6BR)는 제6열에 배치되어 있다.
R화소(PCR4-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-5AR, DPC4-6BR)를 포함하여 구성되어 있다. 분할 화소(DPC4-5A5)는 제5열에 배치되고, 분할 화소(DPC4-6BR)는 제6열에 배치되어 있다.
멀티 렌즈(FML4)는, 8개의 분할 화소(DPC3-4AR, DPC3-5BR, DPC3-6AR, DPC3-7BR, DPC2-5AR, DPC2-6BR, DPC4-5AR, DPC4-6BR)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서는, 동색의 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML4)가 배치되어 있다.
여기서는, 풀 화소(FPC4)는, Y축을 중심으로 하여 도면 중 좌측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 L용으로 할당되고, 우측의 4개의 각 분할 화소가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
구체적으로는, 분할 화소(DPC3-4AR, DPC3-5BR, DPC2-5AR, DPC4-5AR)가 스테레오의 L용으로 할당되어 있다.
분할 화소(DPC3-6AR, DPC3-7BR, DPC2-6BR, DPC4-6BR)가 스테레오의 R용으로 할당되어 있다.
도 19는, 도 18의 예에서 베이어 배열의 다시점의 관점에서 고찰하기 위한 도면이다.
도 18의 화소 배열은, 수평 방향(X방향)에 6개의 실(實) 시차 화상에 3개의 내삽(內揷) 시차 화상을 포함하여 9시점 화상에 대응하고, 수평 방향의 시점 화상이 많기 때문에, 단안 3차원(3D) 스테레오 카메라에 적합하고 있다.
도 20은, 도 18의 예에서 비닝 처리를 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 18의 화소 배열을 적용하여 비닝(Binning) 처리를 행한 경우, 도 20에 도시하는 바와 같이, 제1행이나 제5행의 G화소행만으로 4점 시차를 실현할 수 있다.
또한, 스테레오만으로는, Y방향(상하 방향)의 화소는 스테레오 기능에 기여하지 않는다.
<2-8. 제8의 특징적 구성례>
도 21은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제8의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 21의 CMOS 이미지 센서(10H)가 도 18의 CMOS 이미지 센서(10G)와 다른 점은, 각 풀 화소(FPC1H, FPC2H, FPC3H, FPC4H)를 구성하는 색 화소가 다른 점에 있다.
또한, 도 21에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 도 18의 구성과 다른 부분에만 부호를 붙여서 나타내고 있다.
풀 화소(FPC1H)에서는, G화소(PCG0-34) 대신에 R화소(PCR0-34)가 형성되고, G화소(PCG2-34) 대신에 B화소(PCB2-34)가 형성되어 있다.
그리고, R화소(PCR0-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC0-3AR, DPC0-4BR)를 포함하여 구성되어 있다.
B화소(PCB2-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-3AB, DPC2-4BB)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML1H)는, 8개의 분할 화소(DPC1-2AG, DPC1-3BG, DPC1-4AG, DPC1-5BG, DPC0-3AR, DPC0-4BR, DPC2-3AB, DPC2-4BB)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML1H)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC2H)에서는, G화소(PCG4-34) 대신에 B화소(PCB4-34)가 형성되고, G화소(PCG6-34) 대신에 R화소(PCR6-34)가 형성되어 있다.
그리고, B화소(PCB4-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-3AB, DPC4-4BB)를 포함하여 구성되어 있다.
R화소(PCR6-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC6-3AR, DPC6-4BR)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML1H)는, 8개의 분할 화소(DPC5-2AG, DPC5-3BG, DPC5-4AG, DPC5-5BG, DPC4-3AB, DPC4-4BB, DPC6-3AR, DPC6-4BR)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML2H)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC3H)에서는, B화소(PCB3-01) 대신에 R화소(PCR3-01)가 형성되고, B화소(PCB2-12) 대신에 G화소(PCG2-12)가 형성되고, B화소(PCB4-12) 대신에 G화소(PCG4-12)가 형성되어 있다.
그리고, R화소(PCR3-01)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-0AR, DPC3-1BR)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG2-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-1AG, DPC2-2BG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCR4-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-1AG, DPC4-2BG)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML3H)는, 8개의 분할 화소(DPC3-0AR, DPC3-1BR, DPC3-2AB, DPC3-3BB, DPC2-1AG, DPC2-2BG, DPC4-1AG, DPC4-2BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML3H)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC4H)에서는, R화소(PCR3-45) 대신에 B화소(PCB3-45)가 형성되고, R화소(PCR2-56) 대신에 G화소(PCG2-56)가 형성되고, R화소(PCR4-56) 대신에 G화소(PCG4-56)가 형성되어 있다.
그리고, B화소(PCB3-45)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC3-4AB, DPC3-5BB)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCG2-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-5AG, DPC2-6BG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCR4-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-5AG, DPC4-6BG)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML4H)는, 8개의 분할 화소(DPC3-0AB, DPC3-1BB, DPC3-6AR, DPC3-7BR, DPC2-5AG, DPC2-6BG, DPC4-5AG, DPC4-6BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML4H)가 배치되어 있다.
도 21의 화소 배열을 적용하여 비닝(Binning) 처리를 행한 경우도, 도 20에 도시하는 바와 같이, 제1행이나 제5행의 G화소행만으로 4점 시차를 실현할 수 있다.
<2-9. 제9의 특징적 구성례>
도 22는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제9의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 22의 CMOS 이미지 센서(10I)가 도 18의 CMOS 이미지 센서(10G)와 다른 점은, 각 풀 화소(FPC1I, FPC2I, FPC3I, FPC4I)를 구성하는 색 화소가 다른 점에 있다.
또한, 도 22에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 도 18의 구성과 다른 부분에만 부호를 붙여서 나타내고 있다.
풀 화소(FPC1I)에서는, G화소(PCG0-34) 대신에 R화소(PCR0-34)가 형성되고, G화소(PCG2-34) 대신에 R화소(PCR2-34)가 형성되어 있다.
그리고, R화소(PCR0-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC0-3AR, DPC0-4BR)를 포함하여 구성되어 있다.
R화소(PCR2-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-3AR, DPC2-4BR)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML1I)는, 8개의 분할 화소(DPC1-2AG, DPC1-3BG, DPC1-4AG, DPC1-5BG, DPC0-3AR, DPC0-4BR, DPC2-3AR, DPC2-4BR)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML1I)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC2I)에서는, G화소(PCG4-34) 대신에 B화소(PCB4-34)가 형성되고, G화소(PCG6-34) 대신에 B화소(PCB6-34)가 형성되어 있다.
그리고, B화소(PCB4-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-3AB, DPC4-4BB)를 포함하여 구성되어 있다.
B화소(PCB6-34)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC6-3AB, DPC6-4BB)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML2I)는, 8개의 분할 화소(DPC5-2AG, DPC5-3BG, DPC5-4AG, DPC5-5BG, DPC4-3AB, DPC4-4BB, DPC6-3AB, DPC6-4BB)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML2I)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC3I)에서는, B화소(PCB2-12) 대신에 G화소(PCG2-12)가 형성되고, B화소(PCB4-12) 대신에 G화소(PCG4-12)가 형성되어 있다.
그리고, G화소(PCG2-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-1AG, DPC2-2BG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCR4-12)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-1AG, DPC4-2BG)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML3I)는, 8개의 분할 화소(DPC3-0AB, DPC3-1BB, DPC3-2AB, DPC3-3BB, DPC2-1AG, DPC2-2BG, DPC4-1AG, DPC4-2BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML3I)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC4I)에서는, R화소(PCR2-56) 대신에 G화소(PCG2-56)가 형성되고, R화소(PCR4-56) 대신에 G화소(PCG4-56)가 형성되어 있다.
그리고, G화소(PCG2-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC2-5AG, DPC2-6BG)를 포함하여 구성되어 있다.
G화소(PCR4-56)는 Y축을 중심으로 2분할된 삼각형상의 분할 화소(DPC4-5AG, DPC4-6BG)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML4I)는, 8개의 분할 화소(DPC3-4AR, DPC3-5BR, DPC3-6AR, DPC3-7BR, DPC2-5AG, DPC2-6BG, DPC4-5AG, DPC4-6BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 8개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML4I)가 배치되어 있다.
도 22의 화소 배열을 적용하여 비닝(Binning) 처리를 행한 경우도, 도 20에 도시하는 바와 같이, 제1행이나 제5행의 G화소행만으로 4점 시차를 실현할 수 있다.
<2-10. 제10의 특징적 구성례>
도 23은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제10의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 23의 CMOS 이미지 센서(10J)가 도 22의 CMOS 이미지 센서(10I)와 다른 점은, 다음과 같다.
본 CMOS 이미지 센서(10J)는, CMOS 이미지 센서(10I)와 각 풀 화소(FPC1J, FPC2J, FPC3J, FPC4J)의 구성에서, 행방향에서 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소가 동색이 아니라 이색으로 되어 있다.
이와 같이, 행방향에서 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 함으로써 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 도 23에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 도 22의 구성과 다른 부분에만 부호를 붙여서 나타내고 있다.
풀 화소(FPC1J)에서는, G화소(PCG1-23)의 분할 화소(DPC1-2AG) 대신에 B화소(PCB)의 분할 화소(DPC1-2AB)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC1J)에서, G화소(PCG1-45)의 분할 화소(DPC1-5BG) 대신에 R화소(PCR)의 분할 화소(DPC1-5BR)가 형성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML1J)는, 8개의 분할 화소(DPC1-2AB, DPC1-3BG, DPC1-4AG, DPC1-5BR, DPC0-3AR, DPC0-4BR, DPC2-3AR, DPC2-4BR)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 이색의 2개의 분할 화소(DCP1-2AB와 DPC1-3BG), 및, 분할 화소(DPC1-4AG와 DPC1-5BR)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML1J)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC2J)에서는, G화소(PCG5-23)의 분할 화소(DPC5-2AG) 대신에 R화소(PCR)의 분할 화소(DPC5-2AR)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC2J)에서, G화소(PCG5-45)의 분할 화소(DPC5-5BG) 대신에 B화소(PCB)의 분할 화소(DPC5-5BB)가 형성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML2J)는, 8개의 분할 화소(DPC5-2AR, DPC5-3BG, DPC5-4AG, DPC5-5BB, DPC4-3AB, DPC4-4BB, DPC6-3AB, DPC6-4BB)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 이색의 2개의 분할 화소(DCP5-2AR과 DPC5-3BG), 및, 분할 화소(DPC5-4AG와 DPC5-5BB)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML2J)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC3J)에서는, B화소(PCG3-01)의 분할 화소(DPC3-0AB) 대신에 G화소(PCG)의 분할 화소(DPC3-0AG)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC3J)에서는, B화소(PCG3-01)의 분할 화소(DPC3-1BB) 대신에 R화소(PCR)의 분할 화소 DPC3-1BR가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC3J)에서는, B화소(PCG3-23)의 분할 화소(DPC3-2AB) 대신에 R화소(PCR)의 분할 화소(DPC3-2AR)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC3J)에서는, B화소(PCG3-23)의 분할 화소(DPC3-3BB) 대신에 G화소(PCG)의 분할 화소(DPC3-3BG)가 형성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML3J)는, 8개의 분할 화소(DPC3-0AG, DPC3-1BR, DPC3-2AR, DPC3-3BG, DPC2-1AG, DPC2-2BG, DPC4-1AG, DPC4-2BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 이색의 2개의 분할 화소(DCP3-0AG와 DPC3-1BR), 및, 분할 화소(DPC3-2AR과 DPC3-3BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML3J)가 배치되어 있다.
풀 화소(FPC4J)에서는, R화소(PCG3-45)의 분할 화소(DPC3-4AR) 대신에 G화소(PCG)의 분할 화소)DPC3-4AG)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC4J)에서는, R화소(PCG3-45)의 분할 화소(DPC3-5BR) 대신에 B화소(PCB)의 분할 화소(DPC3-5BB)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC4J)에서는, B화소(PCG3-67)의 분할 화소(DPC3-6AR) 대신에 B화소(PCB)의 분할 화소(DPC3-6AB)가 형성되어 있다.
풀 화소(FPC4J)에서는, B화소(PCG3-67)의 분할 화소(DPC3-7BR) 대신에 G화소(PCG)의 분할 화소(DPC3-7BG)가 형성되어 있다.
또한, 멀티 렌즈(FML3J)는, 8개의 분할 화소(DPC3-4AG, DPC3-5BB, DPC3-6AB, DPC3-7BG, DPC2-5AG, DPC2-6BG, DPC4-5AG, DPC4-6BG)에 걸쳐서 공유하도록 배치되어 있다.
이 예에서도, 이색의 2개의 분할 화소(DCP3-4AG와 DPC3-5BB), 및, 분할 화소(DPC3-6AR과 DPC3-7BG)에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(FML4J)가 배치되어 있다.
도 24는, 도 23의 예에서 비닝 처리를 행한 때의 화소 배열을 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 23의 화소 배열을 적용하여 비닝(Binning) 처리를 행한 경우, 도 24에 도시하는 바와 같이, 솎아낸 때에 각 행의 RGB의 시차가 존재한다.
또한, 행방향에서 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 되어 있기 때문에, 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
<2-11. 제11의 특징적 구성례>
도 25(A), (B)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제11의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 25(A), (B)는, 본 실시 형태에 관한 멀티 렌즈(ML)의 형상의 한 예를 도시하고 있다.
도 25(A)는, 좌우 2점 시차에 대응하는 도 12의 CMOS 이미지 센서(10D)에서의 멀티 렌즈(ML)의 다른 형상의 예를 도시하고 있다.
도 25(B)는, 나안(裸眼) 3D용 다시점 화상에 대응하는 도 18의 CMOS 이미지 센서(10G)에서의 멀티 렌즈(ML)의 다른 형상의 예를 도시하고 있다.
여기서는, 간단화를 위해, G화소는 부호 PCG로, B화소는 부호 PCB로, R화소는 부호 PCR로 나타내고 있다.
기본적으로 도 25(A-1), (B-1)에 도시하는 원형 형상의 멀티 렌즈에 대신하여, 각 화소의 예각 부분을 둥글게 하도록, 예를 들면 도 25(A-2), (A-3), (B-2)에 도시하는 바와 같은 형상을 채용하는 것이 가능하다.
도 25(A-2)에 도시하는 멀티 렌즈는 타원형상의 멀티 렌즈(MLE)로서 형성되어 있다.
도 25(A-3), (B-2)에 도시하는 멀티 렌즈는 다각형상의 멀티 렌즈(MLPL)로서 형성되어 있다.
이와 같이, 복수의 분할 화소에 걸치는 멀티 렌즈(ML)의 형상은, 종방향(Y방향)으로 인접하는 공유되는 분할 화소의 멀티 렌즈와의 영향을 피하기 위해, 횡방향(X방향)으로 기다란 평평한 형상으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 멀티 렌즈(ML)의 형상을 인접 화소의 경계(분수령)에 따른 타원이나 다각형으로 함으로써, 소광비(혼색)를 개선하는 것이 가능해진다.
<2-12. 제12의 특징적 구성례>
도 26(A) 내지 (C)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제11의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 26(A) 내지 (C)는, 본 실시 형태에 관한 화소 구조의 한 예를 도시하고 있다.
이 예는, 전술한 바와 같이, 2×2의 4화소로 FD부(26)를 공유하는 구성이 Y방향으로 2개 병렬로 형성되어 있다. 또한, FD부(26)를 둘러싸도록 4개의 PD(21)가 배치되어 있다.
도 26(A)는, Si 기판 표면부에서의 각 전극 구조를 도시하고 있다. 도면에서, WC는 웰 콘택트를 나타내고 있다.
도면중에 파선으로 나타내는 3각이나 45° 회전시킨 4각형상부는, 기판의 심부의 화소 분리부를 나타내고 있다.
도 26(B)는, 깊이 1㎛까지의 트랜지스터의 웰(WL) 구조를 나타내고 있다.
도 26(C)는, 깊이 1㎛의 심부 센서부의 분리 형상을 나타내고 있고, 부호 81 내지 87로 나타내는 라인부가 그것에 대응하고 있고, 도 26(A)의 파선에 대응하고 있다.
또한, 깊이 1㎛ 부근의 전위 분포는, 포텐셜의 연속성으로 유지된다.
도 27(A), (B)는, 일반적인 화소 구조 및 도 26의 화소 구조에서의 수광면의 전위 분포의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 27(A)는, 화소가 방형상(方形狀)으로 일반적인 화소 구조에서의 수광면(이면)의 전위 분포의 한 예 나타내고 있다.
도 27(B)는, 화소가 삼각형 등의 도 26의 화소 구조에서의 수광면(이면)에서의 전위 분포의 한 예를 도시하고 있다.
일반적인 화소 구조인 경우, 그 전위 분포는, 도 27(A)에 도시하는 바와 같이, 인접 화소와의 경계(분수령 : 수평, 수직)에 따라 온 칩 렌즈(OCL)의 형상과 같은 원형에 가까운 형상으로 되어 있다.
이에 대해, 도 26의 화소 구조인 경우, 멀티 렌즈(ML)의 형상이 도 25에 도시하는 바와 같은 인접 화소의 경계(분수령)에 따른 타원이나 다각형으로 할 수 있다. 따라서 이 경우, 그 전위 분포는, 도 27(B)에 도시하는 바와 같이, 인접 화소와의 경계(분수령 : 수평)가 비틀어져, 다각형, 예를 들면 6각형이나 타원의 근사 형상으로 됨을 알 수 있다.
이와 같이, 멀티 렌즈(ML)의 형상을 인접 화소의 경계(분수령)에 따른 타원이나 다각형으로 함으로써, 소광비(혼색)를 개선하는 것이 가능해진다.
<2-13. 제13의 특징적 구성례>
도 28(A) 내지 (C)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제13의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 28의 CMOS 이미지 센서(10K)의 특징은, 기본적으로 지그재그 배열이 아니라 정방배열(장방배열)이지만, 행마다 L용 화소와 R용 화소를 교체하고 있는 것에 있다.
본 CMOS 이미지 센서(10K)가 도 8의 CMOS 이미지 센서(10A)와 다른 점은, 행마다 L용 화소와 R용 화소를 교체하고 있는 것에 더하여, 제1열, 제3, 제5열, 제7열이 G화소만의 G화소 스트라이프로 되어 있는 것에 있다.
그리고, 각 G화소(PCG)는 X방향으로 인접하는 R화소(PCR) 또는 B화소(PCB)와 스테레오의 L측 화소 또는 R측 화소로서 기능하도록, 멀티 렌즈(ML)가 배치되어 있다.
여기서는, 간단화를 위해, G화소는 부호 PCG로, B화소는 부호 PCB로, R화소는 부호 PCR로 나타내고 있다.
이 구성에서는, 도 8의 예와 마찬가지로, 멀티 렌즈 어레이(34)의 각 멀티 렌즈(ML)의 횡방향(X방향)으로 공유하는 화소의 색이 통상의 배열과 달리, 공유하는 화소가 동색이 아니라, 이색이 되도록 배치되어 있다.
도 28(A)의 예에서, 짝수행인 제2행 및 제4행의 G화소(PCG)는 스테레오의 L용의 화소(분할 화소)로서 할당되어 있다.
이에 대응하여, 이들 G화소(PCG)와 멀티 렌즈(ML)를 공유하는 B화소(PCB) 또는 R화소(PCR)는 스테레오의 R용의 화소(분할 화소)로서 할당된다.
도 28(A)의 예에서, 홀수행인 제3행 및 제5행의 G화소(PCG)는 스테레오의 R용의 화소(분할 화소)로서 할당되어 있다.
이에 대응하여, 이들 G화소(PCG)와 멀티 렌즈(ML)를 공유하는 B화소(PCB) 또는 R화소(PCR)는 스테레오의 L용의 화소(분할 화소)로서 할당된다.
도 28(A)의 화소 배열을 기준으로 하여, 예를 들면 도 28(B)에 도시하는 바와 같이, L 시차 화소만으로, 이른바 베이어 허니컴(지그재그) 배열을 실현하는 것이 가능하다.
또한, 도 28(A)의 화소 배열을 기준으로 하여, 예를 들면 도 28(C)에 도시하는 바와 같이, R 시차 화소만으로, 베이어 허니컴 배열을 실현하는 것이 가능하다.
이들의 구성에서는, Y방향의 L용 화소와 R용 화소의 가산으로 2D(차원)
지그재그 베이어 배열이 된다. 이 경우, 동일 수직 신호선에서의 가산이기 때문에, 가산 처리가 용이해진다.
도 28의 예에서도, 하나의 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 함으로써 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
그리고, 도 28의 예에서는, 종방향(Y방향)으로 인접하는 공유 분할 화소가, L과 R이 반주기(半周期) 어긋나 있기 때문에, 멀티 렌즈(ML)의 배치 가능 영역이 넓어지게 되고, 멀티 렌즈(ML)의 형상을 평평하지가 않고 보다 원형에 접근할 수가 있어서 렌즈 형성이 용이해진다.
<2-14. 제14의 특징적 구성례>
도 29는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제14의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 29의 CMOS 이미지 센서(10L)는, 기본적으로 지그재그 배열이 아니라 정방배열(장방배열)이지만, 행마다 L용 화소와 R용 화소를 교체하고 있는 것에 있다.
책 CMOS 이미지 센서(10L)가 도 8의 CMOS 이미지 센서(10A)와 다른 점은, 행마다 L용 화소와 R용 화소를 교체하고 있는 것에 더하여, 제2행, 제4행이 G화소만의 G화소 스트라이프로 되어 있는 것에 있다.
그리고, 각 G화소(PCG)는 X방향으로 인접하는 R화소(PCR) 또는 B화소(PCB)와 스테레오의 L측 화소 또는 R측 화소로서 기능하도록, 멀티 렌즈(ML)가 배치되어 있다.
여기서는, 간단화를 위해, G화소는 부호 PCG로, B화소는 부호 PCB로, R화소는 부호 PCR로 나타내고 있다.
이 구성에서는, 제1행, 제3행, 제5행에서 멀티 렌즈 어레이(34)의 각 멀티 렌즈(ML)의 횡방향(X방향)으로 공유하는 화소의 색이 통상의 배열과 달리, 공유하는 화소가 동색이 아니라, 이색이 되도록 배치되어 있다
즉, 제1행, 제3행. 제5행에서는, X방향으로 인접하는 B화소(PCB)와 R화소가 멀티 렌즈(ML)를 공유하고, 또 한쪽이 스테레오의 L용 화소(분할 화소)로서 할당되고, 다른쪽이 R용 화소(분할 화소)로서 할당되어 있다.
그리고, 제2행 및 제4행에서는, 인접하는 동색의 G화소(PCG)가 멀티 렌즈(ML)를 공유하고, 또 한쪽이 스테레오의 L용 화소(분할 화소)로서 할당되고, 다른쪽이 R용 화소(분할 화소)로서 할당되어 있다.
도 29(A)의 화소 배열을 기준으로 하여, 예를 들면 도 29(B)에 도시하는 바와 같이, L 시차 화소만으로, 이른바 베이어 허니컴(지그재그) 배열을 실현하는 것이 가능하다. 또한, 도 29(A)의 화소 배열(색 필터 배열)로 한하지 않고, 도 29(D)와 같은 배열로 하여도 좋다.
또한, 도 29(A)의 화소 배열을 기준으로 하여, 예를 들면 도 29(C)에 도시하는 바와 같이, R 시차 화소만으로, 베이어 허니컴 배열을 실현하는 것이 가능하다.
도 29의 예에서도, 하나의 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 함으로써 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
그리고, 도 29의 예에서는, 종방향(Y방향)으로 인접하는 공유 분할 화소가, L과 R이 반주기 어긋나 있기 때문에, 멀티 렌즈(ML)의 배치 가능 영역이 넓어지게 되고, 멀티 렌즈(ML)의 형상을 평평하지 않고 보다 원형에 접근할 수가 있어서 렌즈 형성이 용이해진다.
또한, 이상 설명한 각 실시 형태에서는, 이면조사형 화소 구조를 예로 설명하였지만, 광전변환막을 갖는 적층형 화소 구조를 채용하는 것도 가능하다.
이 경우, 화소 어레이부(12)는, 기본적으로, 단위화소의 일부인 광전변환막이 정방배열(장방배열)을 기준으로 하여, 예를 들면 45°만큼 각 단위화소를 회전시킨 체크무늬와 같은 지그재그 배열이 적용된다.
이하, 적층형 화소 구조, 및, 적층형의 경우의 지그재그 배열례를 설명한다.
(단위화소의 제2의 구성례)
우선, 광전변 변환막을 포함하는 적층형 화소 구조를 단위화소의 제2의 구성례로서 설명하고, 그 후, 화소 배열례에 관해 설명한다.
<적층형 화소의 구조례>
도 30은, 본 실시 형태에 관한 적층형 화소의 구성례를 도시하는 회로도이다.
도 31은, 본 실시 형태에 관한 적층형 화소의 구성례를 도시하는 일부 생략 간략 단면도이다.
적층형 화소(200)는, 광전변환막(201), 주입부로서의 콘택트부(202), 장벽부(203), 축적부(204), 전송 트랜지스터(205), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 선택 트랜지스터(208), 및 배출 트랜지스터(209)를 갖는다. 광전변환막(201)은 일단이 상부 전극(210)에 접속되고, 타단이 하부 전극(211)에 접속되고, 하부 전극(211)가 콘택트(212)를 통하여 하층의 콘택트부(202)에 접속되어 있다.
콘택트부(202)는, 광전변환막(201)에서 발생한 전하가 주입된다.
콘택트부(202)는, 장벽부(203)를 통하여 축적부(204)와 접속된다.
전송 트랜지스터(205)는, 축적부(204)와 출력 노드로서의 플로팅 디퓨전(FD)과의 사이에 접속되고, 전송 제어선(LTRF)을 통하여 그 게이트(전송 게이트)에 제어 신호인 전송 신호(TRF)가 주어진다.
이에 의해, 전송 트랜지스터(205)는, 축적부(204)에 축적된 전하(여기서는 전자)를 플로팅 디퓨전(FD)에 전송한다.
리셋 트랜지스터(206)는, 전원 라인(LVDD)과 플로팅 디퓨전(FD)과의 사이에 접속되고, 리셋 제어선(LRST)을 통하여 그 게이트에 제어 신호인 리셋 신호(RST)가 주어진다.
이에 의해, 리셋 트랜지스터(206)는, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 전원 라인(LVDD)의 전위로 리셋한다.
플로팅 디퓨전(FD)에는, 증폭 트랜지스터(207)의 게이트가 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(207)는, 소스가 수직 신호선(LSGN)에 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(207)의 드레인이 선택 트랜지스터(208)의 소스에 접속되고, 선택 트랜지스터(208)의 드레인이 전원선(LVDD)에 접속되고, 화소부 외의 정전류원과 소스 폴로워를 구성하고 있다.
그리고, 선택 제어선(LSEL)을 통하여 어드레스 신호에 응한 제어 신호인 선택 신호(SEL)가 선택 트랜지스터(208)의 게이트에 주어져서, 선택 트랜지스터(208)가 온 한다.
선택 트랜지스터(208)가 온 하면, 증폭 트랜지스터(207)는 플로팅 디퓨전(FD)의 전위에 응한 전압을 수직 신호선(LSGN)에 출력한다. 수직 신호선(LSGN)을 통하여, 각 화소로부터 출력된 전압은, 칼럼 처리부(14)에 출력된다.
이들의 동작은, 예를 들면 전송 트랜지스터(205), 리셋 트랜지스터(206), 및 선택 트랜지스터(208)의 각 게이트가 행 단위로 접속되어 있기 때문에, 1행분의 각 화소에 관해 동시에 행하여진다.
배출 트랜지스터(209)는, 콘택트부(202)를 소스로 하고, 드레인이 배출 드레인선(LDRN)에 접속되고, 게이트가 배출 게이트선(LDGT)에 접속되어 있다.
배출 드레인선(LDRN) 및 배출 게이트선(LDGT)은, 예를 들면 수직 구동부(13)에 의해 구동 제어되고, 초기 상태에서, 배출 트랜지스터(209)는 온 상태로 유지되어, 드레인으로부터 콘택트부(202)에 전하를 주입하는 초기화 동작이 행하여진다.
배출 트랜지스터(209)의 게이트와 드레인은 이 예에서는 같은 행의 화소에서 공유한 횡배선으로 하고 있지만, 같은 열의 화소에서 공유하는 종방향의 배선으로 하는 것도 가능하다.
화소부(110)에 배선되어 있는 리셋 제어선(LRST), 전송 제어선(LTRF), 선택 제어선(LSEL), 배출 드레인선(LDRN), 및 배출 게이트선(LDGT)이 1조(組)로서 화소 배열의 각 행 단위로 배선되어 있다.
LRST, LTRF, LSEL, LDRN, LDGT의 각 제어선은 각각 M개씩 마련되어 있다.
이들의 리셋 제어선(LRST), 전송 제어선(LTRF), 및 선택 제어선(LSEL)은, 배출 드레인선(LDRN), 및 배출 게이트선(LDGT)은, 도 1의 화소 구동선(18)에 포함되고, 수직 구동부(13)에 의해 구동된다.
수직 구동부(13)는, 화소 어레이부(12) 중의 임의의 행에 배치된 화소의 동작을 제어한다. 수직 구동부(13)는, 제어선(LSEL, LRST, LTRF, LDRN, LDGT)을 통하여 화소(200)를 제어한다.
수직 구동부(13)는, 셔터 모드에 응하여 노광 방식을 행마다 노광을 행하는 롤링 셔터 방식 또는 전 화소에 노광을 행하는 글로벌 셔터 방식으로 전환하여, 화상 구동 제어를 행한다.
도 31은, 본 실시 형태에 관한 적층형 화소(200)의 광전변환막(201), 콘택트부(202), 장벽부(203), 축적부(204), 전송 트랜지스터(205), 배출 트랜지스터(209), 상부 전극(210), 하부 전극(211), 콘택트(212)를 포함하여 간략 단면을 도시하고 있다.
기본적으로, 본 화소(200)는, Si 반도체 기판(220)의 P웰(221) 내에, p층(2041), n층(2042)의 PN 접합에 의해 형성된 축적부(204)가 기판 표면측에 형성되어 있다.
축적부(204)의 도면 중 우측에 전송 트랜지스터(205)의 n+확산층(2051)이 형성되고, 축적부(204)의 p층(2041)과 확산층(2051) 사이의 채널 형성 영역(2052)상에 게이트 절연막(2053)을 통하여 게이트 전극(2054)가 형성되어 있다.
또한, 축적부(204)의 p층(2041)에 접한 상태에서 도면 중 좌측에 n+층으로 이루어지는 콘택트부(202)가 형성되어 있다.
축적부(204)의 n층(2042)이 콘택트부(202)의 저면측에 연설되어 장벽부(203)가 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 배출 트랜지스터(209)는, 콘택트부(202)를 소스 영역으로 한다. 배출 트랜지스터(209)는, 이 콘택트부(202)와 채널 형성 영역(2091)을 끼운 위치에 드레인 영역(2092)이 형성되고, 채널 형성 영역(2091)상에 게이트 절연막(2093)을 통하여 게이트 전극(2094)이 형성되어 있다.
드레인 영역(2092)은, 반도체 기판(220)의 표면측에 형성된 층간 절연막(222) 내에 형성된 콘택트(223)를 통하여 배출 드레인선(LDRN)에 접속된다.
그리고, 층간 절연막(222)상에 하부 전극(211)이 형성되고, 그 위에 광전변환막(201)이 형성되고, 그 위에 상부 전극(210)이 형성되어 있다.
또한, 상부 전극(210)은 ITO 등의 투명 전극에 의해 형성된다. 광전변환막(201)은 어모퍼스 실리콘이나, 유기 광전변환막 등으로 형성된다.
하부 전극(211)은, Ti 등의 금속으로 형성된다. 하부 전극(211)은 실리콘 기판 표면의 콘택트부(D)(202)까지 콘택트로 연결되어 있다.
녹색의 파장광으로 광전변환한 유기 광전변환막으로서는, 예를 들면 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 등을 포함하는 유기 광전변환 재료를 사용할 수 있다.
적색의 파장광으로 광전변환하는 유기 광전변환막으로서는, 프탈로시아닌계 색소를 포함하는 유기 광전변환 재료를 사용할 수 있다.
청색의 파장광으로 광전변환하는 유기 광전변환막으로서는, 쿠마린계 색소, 트리스-8-히드록시 퀴놀린Al(Alq3), 메로시아닌계 색소 등을 포함하는 유기 광전변환 재료를 사용할 수 있다.
다음에, 도 30 및 도 31의 화소의 동작을 설명한다.
도 32는, 도 30 및 도 31의 화소의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
우선, 배출 트랜지스터(209)의 게이트 배선(LDGT)과 드레인 배선(LDRN)을 구동하여, 전 화소 동시에 콘택트부(D)(202)에 전자를 주입한다.
그 후, 전송 트랜지스터(205)의 전송선(LTRF)과 리셋 트랜지스터(206)의 리셋선(LRST)에 하이 액티브의 펄스를 넣어서, 축적부(204)를 리셋한다.
전송 게이트(205)가 오프 하여 이후가 노광 기간이 된다.
노광 기간 종료는, 배출 게이트 배선(LDGT)을 전 화소 동시에 하이 레벨로 되돌린다.
그 후, 1행씩 판독하는 기간이 된다. 주목 화소는, 그 행이 판독될 때에, 통상의 판독 동작이 된다.
도 33 및 도 34는, 도 30 및 도 31의 동작 타이밍마다의 포텐셜도를 도시한다.
(a) 광전변환막(201)으로부터의 광전자는, 콘택트부(D)(202)로부터 배출 트랜지스터(209)를 통하여 그 드레인(A)에 버려지고 있다.
(b) 초기화를 위해, 배출 드레인 배선(LDRN)을 로우 레벨로 한다.
배출 드레인 배선(LDRN)으로부터, 배출 트랜지스터(209)와 장벽부(203)를 통하여 축적부(204)까지 전자가 주입된다.
(c) 배출 게이트 배선(LDGT)을 로우 레벨로 한 후, 배출 드레인 배선(LDRN)을 하이 레벨로 한다.
이때 콘택트부(D)(202)와 축적부(204)에 주입된 전자가 남아 있다.
(d) 전송선(LTRF)과 리셋 배선(LRST)을 구동하여 전송 트랜지스터(205)와 리셋 트랜지스터(206)를 온으로 하면, 축적부(204)의 전자가 인발되어 비어지게 됨과 함께, 콘택트부(D)(202)의 전위가 장벽부(203)의 전위로 정돈된다.
도면에는 전송 게이트까지밖에 그리고 있지 않다.
(e) 전송 배선(LTRF)을 로우 레벨로 함으로써, 축적부(204)에 축적이 시작된다.
(f) 축적중은, 광전변환막(201)으로부터의 광전자가 장벽부(203)를 타고넘어 축적부(204)에 축적된다.
(g) 노광 기간이 종료되어 배출 트랜지스터(209)가 온 하여, 해당 화소(200)의 판독 순서가 돌아올 때까지는, 축적부(204)에 신호가 유지되고, 광전변환막(201)으로부터의 광전자는, 배출 트랜지스터(209)를 통하여 배출된다.
상기한 동작에 의해, 광전변환막으로부터의 광전자는, 노광 기간 당초부터 축적부에 유입하기 때문에, 신호의 선형성이 좋아진다.
또한, 적층형 화소(200)에서, 배출 트랜지스터가 마련되지 않은 구성도 채용하는 것도 가능하고, 광전변환막(201)을 적층하고 있는 것을 이용하여, 배출 트랜지스터를 만들지 않아도, 글로벌 셔터 동작 가능하다.
이 경우, 리셋 트랜지스터(206)와 선택 트랜지스터(증폭 트랜지스터인 경우도 있다)(208)의 드레인 배선은, 전 화소에서 공통의 배선이 되어 있는데, 고정 전압이 아니고, 구동할 수 있도록 구성된다.
상부 전극(210)의 전압도 고정이 아니고, 구동할 수 있도록 구성된다.
전면 배선(LALL), 상부 전극(210) 모두, 수직 구동부(13)로 구동된다.
<2-15. 제15의 특징적 구성례>
도 35(A) 및 (B)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제15의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 35의 CMOS 이미지 센서(10M)는, 단위화소의 일부인 광전변환막이 정방배열(장방배열)을 기준으로 하여, 예를 들면 45°만큼 각 단위화소를 회전시킨 체크무늬와 같은 지그재그 배열이 적용된다.
그리고, 콘택트부(202)에 의해 접속된 축적부(204) 등을 포함하는 반도체 기판(220) 측이 정방배열(장방배열)로서 형성되어 있다.
이 경우, 광전변환막(201)의 형성부가 제1 화소부(60)에 상당하고, 반도체 기판(220)측이 제2 화소부(70)에 상당한다.
이 예에서는, 광전변환막이 컬러 필터의 기능을 겸비하는, 컬러 광전변환막(201G1, 201G2, 201B, 201R)에 의해 형성되고, 컬러 광전변환막(201G1, 201G2, 201B, 201R)이 지그재그 배열로서 형성되어 있다.
도 35의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
<2-16. 제16의 특징적 구성례>
도 36(A) 및 (B)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제16의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 36의 CMOS 이미지 센서(10N)가 도 35의 CMOS 이미지 센서(10M)와 다른 점은, 광전변환막(201)에는 컬러 필터의 기능을 갖게 하지 않고, 별도에 컬러 필터(230G1, 230G2, 230B, 230R)가 배치되어 있는 것에 있다.
도 36의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
<2-17. 제17의 특징적 구성례>
도 37(A) 및 (B)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제17의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 37의 CMOS 이미지 센서(10O)가 도 35의 CMOS 이미지 센서(10M)와 다른 점은, 광전변환막이 컬러 필터의 기능을 겸비하는, 유기 광전변환막(201G1, 201G2, 201B, 201R)의 적층측으로서 형성되어 있는 것에 있다.
도 37의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
<2-18. 제18의 특징적 구성례>
도 38(A) 및 (B)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제18의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 38의 CMOS 이미지 센서(10P)가 도 35의 CMOS 이미지 센서(10M)와 다른 점은, 각 화소를 2분할하여 라이트 필드(LightField)의 스테레오판으로서, 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array)(34)로 LR 시차 분리를 행하는 점에 있다.
이 예에서는, 동색의 삼각주형상으로 분할된 2개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML200)가 배치되어 있다.
도 38의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
<2-19. 제19의 특징적 구성례>
도 39(A) 및 (B)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 제19의 특징적 구성례를 도시하는 도면이다.
도 39의 CMOS 이미지 센서(10Q)가 도 36의 CMOS 이미지 센서(10N)와 다른 점은, 각 화소를 2분할하고 라이트 필드(LightField)의 스테레오판으로서, 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array)(34)로 LR 시차 분리를 행하는 점에 있다.
이 예에서는, 동색의 삼각주형상으로 분할된 2개의 분할 화소에 걸쳐서 공유하도록 멀티 렌즈(ML200)가 배치되어 있다.
도 39의 구성에서도, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
<3. 적용 가능한 단안 3D 스테레오 카메라의 구성례>
도 40은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)가 적용되는 단안 3D 스테레오 카메라의 구성례를 도시하는 도면이다.
단안 3D 스테레오 카메라(300)는, 기본적으로, 멀티 렌즈 어레이(34)의 피사체측에 결상 렌즈(311)를 포함하는 광학계(310)가 배치된다.
광학계(310)에는, 줌렌즈가 배치되어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 필요없는 화소 배열이 없고, 스테레오화에 의한 해상도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 검출 트랜지스터나 배선을 정방 단위로 행할 수 있기 때문에, 미세화를 행할 수가 있다.
또한, 수광면은 지그재그(Zigzag) 허니컴을 좌우 2분할한 구조여서 LR2 시차를 검출 가능하고, 각 1/2로 화소수가 감소하여도 지그재그(Zigzag) 허니컴 처리에 의해 2배의 기록 화소수로 복원할 수가 있어서, 스테레오화에 의한 해상도 저하를 보충할 수 있다.
그리고, 라이트 필드(Light Field)의 스테레오판으로서, 멀티 렌즈 어레이(Multi Lens Array)(34)로 LR 시차 분리를 행한다. 그리고, 하나의 멀티 렌즈(ML)에서 공유하는 색 화소를 동색이 아니라 이색으로 함으로써 스테레오의 LR의 혼색(소광비)을, 렌즈 갭과 이 이색 분리로 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 동색 4화소를, 시차와 와이드 다이내믹 레인지의 2조건을 배분한다. 이에 의해, 1/4로 기록 정보가 감소하여도 좋은 것을 전제로 하면, Quad형 4화소 동색 배열의 센서에 관해, 1조건을 고감도·저감도의 WDR에 이용하고, 또 1조건을 LR 시차에 이용함으로써, 단안으로 스테레오의 WDR 화상을 얻을 수 있다.
즉, 본 실시 형태에 의하면, 복잡한 구조와 복잡한 신호 처리를 필요로 하는 일 없이, 단안으로 스테레오의 와이드 다이내믹 레인지(WDR) 화상을 얻을 수 있다.
또한, 염가로 와이드 다이내믹 레인지(WDR)와 LR 시차를 양립할 수 있다.
도 41은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)를 적용한 단안 3D 스테레오 카메라에서의 상고 변화량의 피사체 거리 의존성을 도시하는 도면이다.
도 41에서, 횡축이 피사체 거리(mm)를, 종축이 상고 변화량(㎛)을 각각 나타내고 있다.
이 경우, 포커스 점 3m에서의 상고 변화량의 피사체 거리 의존성을 나타낸다.
이 카메라에서는, 1.12㎛ 미세 화소 피치라도, 1.5m 이내가 아니면, 시차 화상의 이성(離性)이 좋지 않은 것을 나타낸다.
따라서 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자를 탑재한 단안 3D 스테레오 카메라는, 스테레오의 용도로서, 근거리 촬영용이라고 말할 수 있다.
따라서 상술한 바와 같이, 휴대 전자 기기의 페이스·카메라에는 최적이다.
도 42(A), (B), (C)는, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)를 적용한 단안 3D 스테레오 카메라에서의 피사체 거리에 대한 결상 변화량을 도시하는 도면이다.
도 42(A), (B), (C)에서, 횡축이 피사체 거리(mm)를, 종축이 상고 변화량(㎛)을 각각 나타내고 있다.
도 42(A)는 화각 의존성을, 도 42(B)는 F치 의존성을, 도 42(C)는 줌 의존성을 각각 나타내고 있다.
여기서는, 소광비는 ∞이고, 초점 거리(f)가 28mm 정도의 광각에서는, 3/2inch 이하의 동전의 단안 시차는 3m 이상으로 취할 수가 없다.
도 42의 예에서는 줌이 가장 효과적이라는 것을 알다.
이와 같은 효과를 갖는 고체 촬상 소자는, 디지털 카메라나 비디오 카메라의 촬상 디바이스로서 적용할 수 있다.
<4. 카메라 시스템의 구성례>
도 43은, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
본 카메라 시스템(400)은, 도 43에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(10, 10A 내지 10Q)가 적용 가능한 촬상 디바이스(410)를 갖는다.
카메라 시스템(400)은, 이 촬상 디바이스(410)의 화소 영역에 입사광을 유도하는(피사체상을 결상하는) 광학계, 예를 들면 입사광(상광)를 촬상면상에 결상시키는 렌즈(420)를 갖는다.
카메라 시스템(400)은, 촬상 디바이스(410)를 구동하는 구동 회로(DRV)(430)와, 촬상 디바이스(410)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(PRC)(440)를 갖는다.
구동 회로(430)는, 촬상 디바이스(410) 내의 회로를 구동하는 스타트 펄스나 클록 펄스를 포함하는 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(도시 생략)를 가지며, 소정의 타이밍 신호로 촬상 디바이스(410)를 구동한다.
또한, 신호 처리 회로(440)는, 촬상 디바이스(410)의 출력 신호에 대해 소정의 신호 처리를 시행한다.
신호 처리 회로(440)에서 처리된 화상 신호는, 예를 들면 메모리 등의 기록 매체에 기록된다. 기록 매체에 기록된 화상 정보는, 프린터 등에 의해 하드 카피 된다. 또한, 신호 처리 회로(440)에서 처리된 화상 신호를 액정 디스플레이 등으로 이루어지는 모니터에 동화로서 투영된다.
상술한 바와 같이, 디지털 카메라 등의 촬상 장치에서, 촬상 디바이스(410)로서, 선술한 고체 촬상 소자(10, 10A 내지 10Q)를 탑재함으로써, 저소비 전력이며, 고정밀한 카메라를 실현할 수 있다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
광전변환 기능을 포함하는 복수의 화소가 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부를 가지며,
상기 화소 어레이부의 각 화소는,
적어도 마이크로 렌즈를 포함하는 제1 화소부와,
전하 검출 소자를 포함하는 제2 화소부와,
상기 제1 화소부 또는 상기 제2 화소부에 포함되는 광전변환 소자를 포함하고,
상기 제1 화소부와 상기 제2 화소부는 서로 적층 상태가 되도록 형성되고,
상기 제2 화소부는, 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향에 따른 2차원 배열을 가지며,
상기 제1 화소부는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과는 다른 방향에 따른 2차원 배열을 갖는 고체 촬상 소자.
(2)
상기 복수의 화소의 상기 제1 화소부의 각각은,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 기준으로 하여 소정 각도
회전시킨 상태로 배열되어 있는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 마이크로 렌즈는, 상기 복수의 화소 중의 2 이상의 화소에 걸쳐서 마련되는 멀티 렌즈이고,
상기 화소의 제1 화소부는,
적어도 상기 제1 방향으로 복수의 분할 화소가 형성되고
상기 각 분할 화소가 스테레오의 L용 화소 또는 R용 화소의 어느 하나에 할당되고,
상기 멀티 렌즈는, 적어도 상기 제1 방향에서, 복수의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈를 포함하고,
상기 제2 화소부는, 상기 광전변환 소자, 배선층 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈 및 색 필터를 포함하고,
상기 제2 화소부는, 상기 광전변환 소자, 배선층 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
이면조사형의 화소 구조를 가지며,
상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈, 색 필터 및 상기 광전변환 소자를 포함하고,
상기 제2 화소부는, 배선층 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
표면조사형의 화소 구조를 가지며,
상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈, 색 필터 및 배선층을 포함하고,
상기 제2 화소부는, 상기 광전변환 소자 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는
같은 색 화소의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 상기 (3) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
상기 화소 어레이부는,
화소 배열의 홀수행 또는 짝수행에는 동색의 색 화소가 배치되고,
짝수행 또는 홀수행에는 다른 색의 색 화소가 배치되어 있는 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 소자.
(10)
상기 화소 어레이부는,
화소 배열의 일부의 행에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
다른 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 소자.
(11)
상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 색이 다른 이색 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 상기 (3) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(12)
상기 화소 어레이부는,
화소 배열의 홀수렬 또는 짝수렬에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
각 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 소자.
(13)
상기 화소 어레이부는,
각 행 및 각 열에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 소자.
(14)
고체 촬상 소자와,
상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계를 가지며,
상기 고체 촬상 소자는,
광전변환 기능을 포함하는 복수의 화소가 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부를 포함하고,
상기 화소 어레이부의 각 화소는,
적어도 마이크로 렌즈를 포함하는 제1 화소부와,
전하 검출 소자를 포함하는 제2 화소부와,
상기 제1 화소부 또는 상기 제2 화소부에 포함되는 광전변환 소자를 포함하고,
상기 제1 화소부와 상기 제2 화소부는 서로 적층 상태가 되도록 형성되고,
상기 제2 화소부는, 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향에 따른 2차원 배열을 가지며,
상기 제1 화소부는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과는 다른 방향에 따른 2차원 배열을 갖는 카메라 시스템.
(15)
상기 복수의 화소의 상기 제1 화소부의 각각은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 기준으로 하여 소정 각도 회전시킨 상태로 배열되어 있는 상기 (14)에 기재된 카메라 시스템.
(16)
상기 마이크로 렌즈는, 상기 복수의 화소 중의 2 이상의 화소에 걸쳐서 마련되는 멀티 렌즈이고,
상기 화소의 제1 화소부는,
적어도 상기 제1 방향으로 복수의 분할 화소가 형성되고
상기 각 분할 화소가 스테레오의 L용 화소 또는 R용 화소의 어느 하나에 할당되고, 상기 멀티 렌즈는, 적어도 상기 제1 방향에서, 복수의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 상기 (14) 또는 (15)에 기재된 카메라 시스템.
(17)
상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 같은 색 화소의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 상기 (16)에 기재된 카메라 시스템.
(18)
상기 화소 어레이부는,
화소 배열의 홀수행 또는 짝수행에는 동색의 색 화소가 배치되고,
짝수행 또는 홀수행에는 다른 색의 색 화소가 배치되어 있는 상기 (17)에 기재된 카메라 시스템.
(19)
상기 화소 어레이부는,
화소 배열의 일부의 행에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
다른 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 상기 (17)에 기재된 카메라 시스템.
(20)
상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 색이 다른 이색 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 상기 (16) 내지 (19)의 어느 하나에 기재된 카메라 시스템.
(21)
상기 화소 어레이부는,
화소 배열의 홀수렬 또는 짝수렬에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
각 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 상기 (20)에 기재된 카메라 시스템.
(22)
상기 화소 어레이부는,
각 행 및 각 열에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 상기 (20)에 기재된 카메라 시스템.
본 출원은, 일본 특허청에서 2011년 5월 24일에 출원된 일본 특허출원 번호 2011-116235호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.

Claims (22)

  1. 광전변환 기능을 포함하는 복수의 화소가 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부를 가지며,
    상기 화소 어레이부의 각 화소는,
    적어도 마이크로 렌즈를 포함하는 제1 화소부와,
    전하 검출 소자를 포함하는 제2 화소부와,
    상기 제1 화소부 또는 상기 제2 화소부에 포함되는 광전변환 소자를 포함하고,
    상기 제1 화소부와 상기 제2 화소부는 서로 적층 상태가 되도록 형성되고,
    상기 제2 화소부는, 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향에 따른 2차원 배열을 가지며,
    상기 제1 화소부는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과는 다른 방향에 따른 2차원 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소의 상기 제1 화소부의 각각은,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 기준으로 하여 소정 각도 회전시킨 상태로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는, 상기 복수의 화소 중의 2 이상의 화소에 걸쳐서 마련되는 멀티 렌즈이고,
    상기 화소의 제1 화소부는,
    적어도 상기 제1 방향으로 복수의 분할 화소가 형성되고
    상기 각 분할 화소가 스테레오의 L용 화소 또는 R용 화소의 어느 하나에 할당되고,
    상기 멀티 렌즈는, 적어도 상기 제1 방향에서, 복수의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 화소부는, 상기 광전변환 소자, 배선층 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈 및 색 필터를 포함하고,
    상기 제2 화소부는, 상기 광전변환 소자, 배선층 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    이면조사형의 화소 구조를 가지며,
    상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈, 색 필터 및 상기 광전변환 소자를 포함하고,
    상기 제2 화소부는, 배선층 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    표면조사형의 화소 구조를 가지며,
    상기 제1 화소부는, 상기 마이크로 렌즈, 색 필터 및 배선층을 포함하고,
    상기 제2 화소부는, 상기 광전변환 소자 및 상기 전하 검출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 같은 색 화소의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    화소 배열의 홀수행 또는 짝수행에는 동색의 색 화소가 배치되고,
    짝수행 또는 홀수행에는 다른 색의 색 화소가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    화소 배열의 일부의 행에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
    다른 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 색이 다른 이색 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    화소 배열의 홀수렬 또는 짝수렬에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
    각 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    각 행 및 각 열에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 고체 촬상 소자와,
    상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계를 가지며,
    상기 고체 촬상 소자는,
    광전변환 기능을 포함하는 복수의 화소가 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부를 포함하고,
    상기 화소 어레이부의 각 화소는,
    적어도 마이크로 렌즈를 포함하는 제1 화소부와,
    전하 검출 소자를 포함하는 제2 화소부와,
    상기 제1 화소부 또는 상기 제2 화소부에 포함되는 광전변환 소자를 포함하고,
    상기 제1 화소부와 상기 제2 화소부는 서로 적층 상태가 되도록 형성되고,
    상기 제2 화소부는, 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향에 따른 2차원 배열을 가지며,
    상기 제1 화소부는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과는 다른 방향에 따른 2차원 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 화소의 상기 제1 화소부의 각각은, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 기준으로 하여 소정 각도 회전시킨 상태로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는, 상기 복수의 화소 중의 2 이상의 화소에 걸쳐서 마련되는 멀티 렌즈이고,
    상기 화소의 제1 화소부는,
    적어도 상기 제1 방향으로 복수의 분할 화소가 형성되고
    상기 각 분할 화소가 스테레오의 L용 화소 또는 R용 화소의 어느 하나에 할당되고,
    상기 멀티 렌즈는, 적어도 상기 제1 방향에서, 복수의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 같은 색 화소의 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    화소 배열의 홀수행 또는 짝수행에는 동색의 색 화소가 배치되고,
    짝수행 또는 홀수행에는 다른 색의 색 화소가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    화소 배열의 일부의 행에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
    다른 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 멀티 렌즈의 적어도 일부가, 적어도 상기 제1 방향에서, 서로 인접하는 색이 다른 이색 분할 화소에 걸쳐서 광을 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    화소 배열의 홀수렬 또는 짝수렬에는 동색의 색 화소의 분할 화소가 배치되고,
    각 행에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 화소 어레이부는,
    각 행 및 각 열에는 다른 색의 색 화소의 분할 화소가 혼재하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.
KR1020137029671A 2011-05-24 2012-05-23 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템 KR20140021006A (ko)

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