(57)【要約】【課題】画素部から読み出される画素信号を、光信号により高速伝送を可能とすると共に、光通信に起因する熱の影響を抑えた固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子１Ａは、光を電気信号に変換する画素部１０Ａと、画素部１０Ａが形成される基板１８と、基板１８に形成され、画素部１０Ａから読み出される信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１Ａと、画素部１０Ａに対する光の入射方向に対して基板１８の裏面側に配置され、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル化された信号を、光信号に変換して出力する光通信部１２Ａを備え、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル化された信号が、基板裏面の光通信部１２Ａに信号配線で伝送される。【選択図】        図１
2010093746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電気信号に変換する画素部と、
前記画素部が形成される基板と、
前記基板に形成され、前記画素部から読み出される信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記画素部に対する光の入射方向に対して前記基板の裏面側に配置され、前記Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、
前記Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、前記基板の裏面の前記光通信部に伝送する信号配線と
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
前記光通信部は、前記基板の裏面で前記画素部の形成領域の直下の領域の周辺部に配置される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記光通信部は、前記基板の裏面で前記Ａ／Ｄ変換部の直下に配置され、前記信号配線で前記Ａ／Ｄ変換部と接続される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記画素部から読み出され、前記Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、シリアルデータに変換するシリアルインタフェースを備え、
前記シリアルインタフェースは、前記基板の表面側に形成されて前記Ａ／Ｄ変換部の出力に接続され、
前記光通信部は、前記基板の裏面で前記シリアルインタフェースの直下に配置され、前記信号配線で前記シリアルインタフェースと接続される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記光通信部は、前記画素部から読み出され、前記Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、シリアルデータに変換するシリアルインタフェースを備え、
前記光通信部は、前記シリアルインタフェースが前記基板の表面側に形成されて前記Ａ／Ｄ変換部の出力に接続され、
前記光通信部は、前記シリアルインタフェースでシリアルデータに変換された信号を光信号に変換して出力する光出力部が、前記基板の裏面で前記シリアルインタフェースの直下に配置され、信号配線で前記シリアルインタフェースと接続される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記画素部と前記Ａ／Ｄ変換部と前記光通信部で、信号の入出力を同期させる同期信号を生成するタイミング発生部と、
信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
前記画素部、前記Ａ／Ｄ変換部、前記光通信部、前記タイミング発生部及び前記制御部が前記基板に集積形成され、１チップ化される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記基板と対向する前記光通信部の少なくとも下面に、発振波長の光を遮光する遮光部を備えた
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記光通信部は、前記基板の裏面で少なくとも前記画素部の形成領域の直下の領域に面した周囲に、前記光通信部で発生した熱を冷却する冷却部を備えた
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記基板の裏面において前記画素部の形成領域の直下の領域の一部または全部を覆い、かつ、前記冷却部で放熱される熱が伝搬される範囲に形成され、前記固体撮像素子と熱伝導部で接続された放熱部を備えた
請求項８記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
単一または複数の前記光通信部が、前記基板の周辺部に集合して配置される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
単一の前記光通信部が、前記基板の周辺部に分散して配置される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
複数の前記光通信部が、前記基板の周辺部に分散して集合配置される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記画素部は、各画素の特性または各画素の位置に応じて分けられた単位毎に信号の読み出しが行われ、
前記画素部から信号が読み出される複数の信号線に対して、それぞれ前記Ａ／Ｄ変換部が配置される
請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記画素部は、各画素の特性または各画素の位置に応じて分けられた単位毎に信号の読み出しが行われ、
前記画素部から信号が読み出される複数の信号線に対して、それぞれ前記Ａ／Ｄ変換部と前記シリアルインタフェースが配置される
請求項５記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
入射された光を電気信号に変換する固体撮像素子及び前記固体撮像素子に光を入射させる光学素子を有した光学装置と、
前記光学装置が接続される信号処理装置を備え、
前記固体撮像素子は、
光を電気信号に変換する画素部と、
前記画素部が形成される基板と、
前記基板に形成され、前記画素部から読み出される信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記画素部に対する光の入射方向に対して前記基板の裏面側に配置され、前記Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、
前記Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、前記基板の裏面の前記光通信部に伝送する信号配線とを備えた
信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の像を電気信号に変換する固体撮像素子及びこの固体撮像素子を備えた信号処理システムに関する。詳しくは、固体撮像素子から読み出される画素信号を、光信号で出力できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板の高速化、高集積化が進み、信号遅延、ＥＭＩの発生等の問題への対応が急務になってきている。電気配線により問題になっていた信号遅延、信号劣化、及び配線から放射される電磁干渉ノイズについて解決され、かつ高速伝送が可能である光配線技術が注目されている。
【０００３】
このような光配線技術を利用して、カメラ本体部に着脱可能に構成されたレンズに固体撮像素子を備えると共に、固体撮像素子から出力される信号を光でカメラ本体部に伝達できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、固体撮像素子で発生する熱を抑えるために、画素出力の必要が無いタイミングでは出力部を駆動しないように電源供給を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９６９７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光配線技術を利用することで、信号の高速伝送が可能である。しかし、特許文献１に記載の技術では、固体撮像素子が実装されている基板に発光素子が実装される構成が開示されるのみで、信号の高速伝送に対応できるようにした課題が解決されていない。また、特許文献２に記載の技術のように、固体撮像素子が発生する熱ではなく、発光素子から発生する熱が固体撮像素子に与える影響について考慮されていない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、画素部から読み出される画素信号を、光信号により高速伝送を可能とすると共に、光通信に起因する熱の影響を抑えた固体撮像素子及び信号処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、光を電気信号に変換する画素部と、画素部が形成される基板と、基板に形成され、画素部から読み出される信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、画素部に対する光の入射方向に対して基板の裏面側に配置され、Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、基板の裏面の光通信部に伝送する信号配線とを備えたものである。
【０００９】
本発明の信号処理システムは、上述した固体撮像素子を備えるものである。すなわち、入射された光を電気信号に変換する固体撮像素子及び固体撮像素子に光を入射させる光学素子を有した光学装置と、光学装置が接続される信号処理装置を備え、固体撮像素子は、光を電気信号に変換する画素部と、画素部が形成される基板と、基板に形成され、画素部から読み出される信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、画素部に対する光の入射方向に対して基板の裏面側に配置され、Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、Ａ／Ｄ変換部でディジタル化された信号を、基板の裏面の光通信部に伝送する信号配線とを備えたものである。
【００１０】
本発明では、画素部に光が入射することで光電変換された電気信号が読み出され、Ａ／Ｄ変換部に入力される。Ａ／Ｄ変換部に入力された信号はディジタル信号に変換され、信号配線を伝送されて基板裏面の光通信部に入力される。光通信部に入力されたディジタル信号は光信号に変換され、基板の裏面側から信号光が出力される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、画素部に対して基板の裏面に光通信部が形成されることで、光通信部の配置の自由度を向上させることができる。このような構成では、画素部と光通信部との間に基板が存在するので、光通信部で発生する熱が画素部に与える影響を小さくできる。同様に、光通信部で発生する電磁ノイズが画素部に与える影響を小さくできる。
【００１２】
また、画素部から読み出される信号を、基板裏面の光通信部に伝送する信号配線を備えることで、基板背面の光通信部に対する信号伝送方式の自由度が向上する。例えば、パラレル伝送、データ線に同期信号とクロック信号を重畳シリアル伝送、シリアル化したデータ線とクロック信号の複数伝送等、様々な信号伝送方式を採用することができる。
【００１３】
光通信部を、画素部とは独立したプロセス加工で形成できる。これにより、光通信部の集積等が行いやすくなり、光通信部内の構成の自由度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像素子、固体撮像素子を備えた光学装置、光学装置が接続される信号処理装置、光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの実施の形態について説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態の固体撮像素子の構成例＞
図１及び図２は、第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す構成図で、図１は、第１の実施の形態の固体撮像素子の模式的な側面図、図２は、第１の実施の形態の固体撮像素子の模式的な平面図である。また、図３は、第１の実施の形態の固体撮像素子の機能の一例を示す機能ブロック図である。
【００１６】
第１の実施の形態の固体撮像素子１Ａは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサで構成される。固体撮像素子１Ａは、光を電気信号に変換して出力する画素部１０Ａを備える。画素部１０Ａは、光を電気に変換する画素が２次元または１次元に配列され、入射された光ＬＩの強度に応じた電気信号が出力される。
【００１７】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａから出力される電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１Ａと、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル化された電気信号を、光信号に変換して出力する光通信部１２Ａを備える。
【００１８】
光通信部１２Ａは、電気信号を光信号に変換する光出力部１２０を、信号伝送のシリアル化またはパラレル化等、後述する信号の伝送形態に応じて、１個または複数備える。また、１個または複数の光出力部１２０を有した光通信部１２Ａを、１個または複数備える。光通信部１２Ａは、１個の光出力部１２０を備えることで、光による信号伝送を１本のチャネルで行う構成となる。また、光通信部１２Ａは、後述するように、複数の光出力部１２０がアレイ化された構成とすることで、光による信号伝送を複数のチャネルで行う構成となる。更に、１個の光出力部１２０を有した光通信部１２Ａを複数備えることでも、光による信号伝送を複数のチャネルで行う構成となる。
【００１９】
光通信部１２Ａは、光出力部１２０の第１の実施の形態として、電圧の印加で発光する例えば半導体レーザ（ＬＤ）等の自発光型の発光素子を有する。半導体レーザ等の発光素子は、印加される電圧の変化等による電気信号で光の変調が可能である。これにより、光通信部１２Ａは、自発光する光を、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号に基づき変調することで、画素部１０Ａから読み出される画素データに基づく信号光Ｌｓを出力する。また、光通信部１２Ａは、光出力部１２０の第２の実施の形態として、外部から入力されて透過または反射する光を、電圧の変化等による電気信号に基づいて外部変調する光変調器を有する。光通信部１２Ａでは、外部からの一定の光が光変調器に入力されると共に、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号が光変調器に入力される。これにより、光通信部１２Ａは、外部から入力された光を、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから入力された電気信号に基づいて変調することで、画素部１０Ａから読み出される画素データに基づく信号光Ｌｓを出力する。
【００２０】
固体撮像素子１Ａは、動作モードに応じた駆動クロック（ＣＬＫ）を生成し、画素部１０Ａ、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ及び光通信部１２Ａの各機能ブロックに供給するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３Ａを備える。また、固体撮像素子１Ａは、制御信号等の入出力が行われる制御Ｉ／Ｏ１４Ａと、電源を供給するＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、画素データの読み出しを制御する制御部１６Ａを備える。制御部１６ＡとＤＣ−ＤＣ部１５Ａとタイミングジェネレータ１３Ａは、バス１７に接続されて、制御信号やデータの送受が行われる。
【００２１】
制御部１６Ａは、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａを制御して、固体撮像素子１Ａの電源のオンとオフを切り替える。また、制御部１６Ａは、駆動クロックをタイミングジェネレータ１３Ａで生成して画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａに供給し、駆動クロックに同期させて画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａを動作させる。
【００２２】
画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａは、タイミングジェネレータ１３Ａから供給される駆動クロックで、信号の入出力を同期させる。画素部１０Ａでは、入射される光の像に応じた画素データが、電気信号として読み出される。Ａ／Ｄ変換部１１Ａでは、画素部１０Ａから読み出された画素データが入力され、ディジタル信号に変換されて出力される。光通信部１２Ａでは、画素部１０Ａから読み出され、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号が入力され、画素データに基づく光信号に変換されて、信号光Ｌｓが出力される。
【００２３】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａと、Ａ／Ｄ変換部１１Ａと、光通信部１２Ａと、タイミングジェネレータ１３Ａと、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、制御部１６Ａが、シリコン（Ｓｉ）で構成される基板１８上に集積形成される。固体撮像素子１Ａは、半導体の製造プロセスを利用してこれら構成要素が集積形成されて１チップ化されている。
【００２４】
固体撮像素子１Ａは、基板１８の一方の面に画素部１０Ａが形成される。画素部１０Ａは、基板１８の一方の面側から光が入射される。また、固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａとの間で電気信号及び電源の入出力が行われるＡ／Ｄ変換部１１Ａと、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、制御部１６Ａが、基板１８の一方の面に形成される。
【００２５】
これに対して、固体撮像素子１Ａは、基板１８において画素部１０Ａが形成される一方の面に対して裏面となる基板１８の他方の面に光通信部１２Ａが形成される。光通信部１２Ａは、例えば基板１８の内部に形成される図示しない電極により、Ａ／Ｄ変換部１１Ａと電気的に接続される。また、固体撮像素子１Ａは、制御Ｉ／Ｏ１４Ａとして、基板１８の裏面に電源供給線１４０と制御線１４１が形成される。なお、電源供給線１４０と制御線１４１は、基板１８の表面に形成される構成でも良い。
【００２６】
図４は、光通信部の好適な配置の一例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図５は、光通信部の配置の比較例を示す固体撮像素子の模式的な側面図であり、次に、画素部に対して基板の裏面における光通信部の好適な配置例について説明する。
【００２７】
図５では、基板１８の表面側に配置される画素部１０Ａの形成領域に対して、基板１８の裏面側において重なる領域に光通信部１２Ａを配置した構成である。このように、光通信部１２Ａの一部または全部が、基板１８を挟んで画素部１０Ａと重なる構成では、光通信部１２Ａを備えるために必要な面積を画素部１０Ａと共用できることから、基板１８の小型化が可能となる。
【００２８】
一方、光通信部１２Ａと画素部１０Ａとの距離は、基板１８の厚さ方向の構成によって決まり、光通信部１２Ａと画素部１０Ａとの距離が近い。これにより、光通信部１２Ａを駆動することで発生する熱及び電磁ノイズＮが基板１８を伝搬されると、基板１８の厚さ方向に伝搬される熱及び電磁ノイズＮが画素部１０Ａに到達してしまい、画素部１０Ａに影響を及ぼす可能性がある。
【００２９】
これに対して、図４では、基板１８の表面側に配置される画素部１０Ａの形成領域に対して、基板１８の裏面側において周辺部の領域に光通信部１２Ａを配置して、光通信部１２Ａの全部が、基板１８を挟んで画素部１０Ａと重ならないようにした構成である。
【００３０】
このような構成では、光通信部１２Ａと画素部１０Ａとの距離を、基板１８の面方向に離すことができる。これにより、光通信部１２Ａを駆動することで発生し、基板１８を伝搬される熱及び電磁ノイズＮを放熱及び減衰させて、画素部１０Ａへ到達することを抑えることができ、光通信部１２Ａで発生する熱及び電磁ノイズが画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。
【００３１】
＜固体撮像素子の光通信部の構成例＞
図６は、固体撮像素子の光通信部の一例を示す構成図である。固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、光出力部１２０として自発光型の発光素子を備える。自発光型の発光素子として、例えば、基板の面に対して垂直方向に光を出力する面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）１２０Ａが用いられる。面発光型半導体レーザ１２０Ａは、ｐ型電極５００ａとｎ型電極５００ｂの間に、上方ブラック反射ミラー（ＤＢＲミラー）５００ｃと、活性層５００ｄと、下方ブラック反射ミラー（ＤＢＲミラー）５００ｅと、ｎ型半導体基板５００ｆが積層される。面発光型半導体レーザ１２０Ａは、活性層５００ｄの上下に、誘電体多層膜で構成された上方ブラック反射ミラー５００ｃと下方ブラック反射ミラー５００ｅが形成されることで、ミラー間で共振器が構成される。
【００３２】
次に、面発光型半導体レーザ１２０Ａの動作原理について説明する。
（１）ｐ型電極５００ａとｎ型電極５００ｂに電圧を印加し外部から電流を流すことにより、活性層５００ｄにおけるエネルギー準位において、反転分布状態を生じさせる。
（２）活性層５００ｄにおいて、エネルギーギャップに対応するエネルギーを持つ光子が自然放出し、そのホトンが誘導放出を引き起こすことにより、光を増幅する。
（３）活性層５００ｄの上下のミラーにより光は反射され、その一部は再び活性層５００ｄ内へ導かれ、誘導放出により増幅される。
（４）増幅された光の一部がｐ型電極５００ａ側の端面を通過して外部に出射される。
【００３３】
これにより、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから出力されるディジタル信号の１と０を、電圧のオンとオフに対応付けることで光のオンとオフとなり、変調が実現される。なお、自発光型の発光素子としては、端面発光型の半導体レーザでも良い。
【００３４】
図７は、固体撮像素子の光通信部の他の例を示す構成図、図８は、印加電圧と光の吸収量の関係を示すグラフである。固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、光出力部１２０として外部変調型の光変調器を備える。光変調器として、電界吸収型光変調器１２０Ｂを備える。電界吸収型光変調器１２０Ｂは、量子井戸と呼ばれる半導体の微細構造に電界を印加すると、半導体のバンド構造が変化し、光の吸収量が変化する現象を利用している。
【００３５】
電界吸収型光変調器１２０Ｂは、多重量子井戸構造を有する導波路層５０１を、Ｐ層５０２ａとＮ層５０２ｂで挟む構成である。電界吸収型光変調器１２０Ｂにおける導波路層５０１の光吸収量は、バイアス電圧によって、図８に示すように吸収帯域がシフトする。これにより、例えばλ２の波長の光を導波路層５０１に入力した場合、印加電圧があると光が吸収され、印加電圧が無いと光が透過し、導波路層５０１に入力された光が、印加される電圧に応じて損失が変化することで強度変調される。
【００３６】
固体撮像素子１Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから出力される電気信号に応じた電圧を電界吸収型光変調器１２０Ｂに印加することで、光の変調を実現する。そこで、固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換されて出力される電気信号による電圧が、電界吸収型光変調器１２０ＢのＰ層５０２ａとＮ層５０２ｂに印加されるように構成される。
【００３７】
これにより、固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、外部から入力された一定の光が、画素部１０Ａから読み出されてディジタル化された電気信号Ｄｓに基づき変調され、信号光Ｌｓとして出力される。
【００３８】
図９は、固体撮像素子の光通信部の他の例を示す構成図である。固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、光変調器として、マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃを備える。マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃは、電圧を印加することによって屈折率が変わる電気光学効果（ポッケルス効果）を利用している。電気光学効果を利用した光変調器では、印加する電圧によって、光の位相を変調することができる。
【００３９】
マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃでは、電気光学効果で生じる光の位相差を利用して、マッハツェンダ干渉計を構成する２本の導波路で光路長差を生じさせることで光を干渉させ、光のオンとオフを実現している。
【００４０】
マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の強誘電体結晶の基板５０３に、分岐部５０４ａと結合部５０４ｂにより第１の導波路５０５ａと第２の導波路５０５ｂに分岐結合される光導波路５０５を備える。また、電圧を印加する電極５０６を備える。なお、マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃは、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＰ（インジウムリン）等の半導体材料を用いて構成しても良い。半導体材料によるマッハツェンダ型光変調器１２０Ｃは、半導体プロセスによりＩｎＰ基板上に作成され、ＬｉＮｂＯ３によるマッハツェンダ型変調器に比べて、より小型化が可能である。
【００４１】
マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃは、第１の導波路５０５ａと第２の導波路５０５ｂを通過する光の位相がπだけずれるような電圧Ｖ１を印加すると、分岐部５０４ａで分岐した光は、位相がπだけずれて結合部５０４ｂで合波される。位相がπだけずれて合波した光は、干渉により互いに打ち消しあい、出力は０となる。
【００４２】
一方、第１の導波路５０５ａと第２の導波路５０５ｂを通過する光の位相にずれが生じないような電圧Ｖ０を印加すると、分岐部５０４ａで分岐した光は、同位相で結合部５０４ｂで合波される。同位相で合波した光は、干渉により強めあい、出力は１となる。
【００４３】
このように、マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃは、位相がπずれる電圧を印加することで、光のオン／オフ制御が実現される。
【００４４】
固体撮像素子１Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから出力される電気信号に応じた電圧をマッハツェンダ型光変調器１２０Ｃに印加することで、光の変調を実現する。そこで、固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換されて出力される電気信号による電圧が、マッハツェンダ型光変調器１２０Ｃの電極５０６に印加されるように構成される。
【００４５】
これにより、固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、外部から入力された一定の光Ｌが、画素部１０Ａから読み出されてディジタル化された電気信号Ｄｓに基づき変調され、信号光Ｌｓとして出力される。
【００４６】
図１０は、固体撮像素子の光通信部の他の例を示す構成図である。固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、光変調器として、ミラー部１２０Ｄを備える。ミラー部１２０Ｄは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して形成されたマイクロミラーデバイス（DMD; Digital Micromirror Device）である。
【００４７】
ミラー部１２０Ｄは、例えばシリコン（Ｓｉ）の基板５０７上に、反射ミラー５０８と、反射ミラー５０８に取り付けられるヨーク５０９と、反射ミラー５０８をヨーク５０９に固定するミラーサポートホスト５１０を備える。反射ミラー５０８とヨーク５０９は、ヒンジ５１１により基板５０７に支持される。ヨーク５０９の先端には緩衝板５０９ａが形成される。ヒンジ５１１は、変形かつ復元する弾性を有する。基板５０７にはアドレス電極５１２が形成される。アドレス電極５１２は、ヨーク５０９及び反射ミラー５０８と対向する。ヨーク５０９と反射ミラー５０８は、バイアスリセットバス５１３に機械的及び電気的に接続される。
【００４８】
ミラー部１２０Ｄは、バイアス電圧を印加すると共に、アドレス電極５１２に電圧を印加すると、静電引力が反射ミラー５０８とアドレス電極５１２の間、及びヨーク５０９とアドレス電極５１２の間に作用して静電トルクを発生する。これにより、反射ミラー５０８とヨーク５０９は、緩衝板５０９ａが着地、停止するまで回転して、反射ミラー５０８が傾けられる。バイアス電圧が無印加の場合には、ヒンジ５１１の復元力で、反射ミラー５０８とヨーク５０９は水平位置で安定する。
【００４９】
このように、ミラー部１２０Ｄは、反射ミラー５０８に入力される光が反射される方向が、電圧の印加の有無で変化し、受光側では、反射ミラー５０８の角度によって受光量が変わるので、光のオン／オフ制御が実現される。
【００５０】
固体撮像素子１Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから出力される電気信号に応じた電圧をミラー部１２０Ｄに印加することで、光の変調を実現する。そこで、固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換されて出力される電気信号による電圧が、ミラー部１２０Ｄに印加されるように構成される。
【００５１】
これにより、固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、外部から入力された一定の光Ｌが、画素部１０Ａから読み出されてディジタル化された電気信号Ｄｓに基づき変調され、信号光Ｌｓとして出力される。
【００５２】
＜第２の実施の形態の固体撮像素子の構成例＞
図１１及び図１２は、第２の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す構成図で、図１１は、第２の実施の形態の固体撮像素子の模式的な側面図、図１２は、第２の実施の形態の固体撮像素子の模式的な平面図である。
【００５３】
第２の実施の形態の固体撮像素子１Ｂは、画素部１０Ａに対して基板１８の裏面に配置された光通信部１２Ａに、遮光部２００と冷却部２０１のいずれか、または遮光部２００と冷却部２０１の双方を備えたものである。
【００５４】
（１）遮光部を備えた固体撮像素子の一例
図１３は、遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図、図１４は、遮光部を備えていない比較例の固体撮像素子を示す模式的な側面図であり、次に、光通信部に遮光部を備えた固体撮像素子の構成及び作用効果について説明する。
【００５５】
遮光部２００は、光通信部１２Ａが光出力部１２０として自発光型の発光素子を有する構成では、少なくとも発振波長の光は透過しない材質で構成される。遮光部２００は、光通信部１２Ａにおける発光部分と、外部との入出力が行われる電極等がある場合は電極を除く部分を覆うような構成とする。
【００５６】
例えば、発光素子として、上述した面発光型半導体レーザを使用する構成では、遮光部２００は、光通信部１２Ａにおいて発光面と反対側の下面を覆うような構成とする。また、遮光部２００は、光通信部１２Ａの側面と、発光面である上面の発光部分を除く部分を覆うような構成とする。
【００５７】
図１４では、発光素子として面発光型半導体レーザを使用した光通信部１２Ａにおいて、光通信部１２Ａの下面が遮光部で覆われていない構成である。面発光型半導体レーザを使用した光通信部１２Ａでは、発光面である上面から大部分の光は出力されるが、一部の光は下面から漏れる。このため、図１４に示すように、光通信部１２Ａの下面が遮光部で覆われていない構成では、光通信部１２Ａからの漏れ光Ｌｎが基板１８内を通過し、迷光となって画素部１０Ａに入射する可能性があった。
【００５８】
これに対して、図１３では、遮光部２００は、光通信部１２Ａの下面及び側面と、上面の発光部分を除く部分を覆うような構成とする。これにより、光通信部１２Ａの下面から漏れる光を遮光して、基板１８を通過しないようにすることができ、光通信部１２Ａからの漏れ光Ｌｎが、迷光となって画素部に１０Ａに入射することを防ぐことができる。同様に、光通信部１２Ａの下面以外から漏れる光も遮光することができる。
【００５９】
（２）冷却部を備えた固体撮像素子の一例
図１５は、冷却部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図であり、次に、光通信部に冷却部を備えた固体撮像素子の構成及び作用効果について説明する。冷却部２０１は、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱が、基板１８に伝搬されずに放熱する機能を有する。
【００６０】
このため、冷却部２０１は、発光素子として、上述した面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である上面を除く周囲を囲む構成とする。また、冷却部２０１は、固体撮像素子１Ｂの外形より外側となる基板１８の外側に一部を突出させて、放熱部２０１ａが形成される。
【００６１】
このように、光通信部１２Ａに冷却部２０１を備える構成の固体撮像素子１Ｂでは、光通信部１２Ａを駆動することで発生する熱が、基板１８ではなく冷却部２０１を伝搬され、主に放熱部２０１ａから外部へ放熱される。これにより、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに到達しないようにして、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。また、冷却部２０１は、固体撮像素子１Ｂの外形より外側に放熱部２０１ａが形成されることで、光通信部１２Ａから伝搬される熱を、固体撮像素子１Ｂの外へ放熱することができる。
【００６２】
なお、固体撮像素子１Ｂは、冷却部として、光通信部１２Ａと基板１８との間に熱の伝搬を遮蔽する断熱部材を備えても良い。また、ヒートパイプ等の媒体を介した熱の移動あるいはペルチェ素子等による熱の移動で、光通信部１２Ａで発生した熱を伝搬できるようにした冷却部を備えても良い。
【００６３】
＜各実施の形態の固体撮像素子の具体例＞
図１６は、各実施の形態の固体撮像素子の具体例を示す機能ブロック図である。図１６に示す固体撮像素子１Ａ及び固体撮像素子１Ｂは、ＣＭＯＳイメージセンサで構成される。なお、以下の説明では、固体撮像素子１Ａと固体撮像素子１Ｂを総称して、固体撮像素子１とも称す。
【００６４】
ＣＭＯＳイメージセンサを構成する固体撮像素子１の画素部１０Ａは、画素１００が２次元配列される画素アレイ１０１と、画素データを読み出す画素１００をＸＹアドレス方式で選択する垂直走査回路１０２及び水平走査回路１０３を備える。
【００６５】
垂直走査回路（Row Decoder/Driver）１０２は、画素アレイ１０１の行方向において画素データを読み出す画素１００を選択する。また、動作モード毎に行の選択パターンを生成して、生成された選択パターンに基づき画素データを読み出す画素１００を選択する。
【００６６】
水平走査回路（Column Decoder/Driver）１０３は、画素アレイ１０１の列方向において画素データを読み出す画素１００を選択する。また、動作モード毎に列の選択パターンを生成して、生成された選択パターンに基づき画素データを読み出す画素１００を選択する。更に、水平方向の画素加算等の演算を行って、各画素１００から出力された信号の並びを並列直列変換する。
【００６７】
固体撮像素子１は、画素データからノイズを除去するカラム（Column）ＣＤＳ回路１０４を備える。ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）回路とは、信号の中に含まれる基準（リセット）レベルと信号レベルをサンプリングし、減算を行って差分を算出する動作を行う回路である。カラムＣＤＳ回路１０４は、画素アレイ１０１から画素データを出力する列信号線１０５に接続されたＣＤＳ回路で、画素１００毎に増幅等のばらつきを除去する。カラムＣＤＳ回路１０４では、回路内部でアナログ信号のまま処理が行われる。
【００６８】
固体撮像素子１は、画素部１０Ａの上述した垂直走査回路１０２と水平走査回路１０３がバス１７に接続される。また、上述したＡ／Ｄ変換部１１Ａと、光通信部１２Ａと、タイミングジェネレータ１３Ａと、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、制御部１６Ａがバス１７に接続される。
【００６９】
そして、タイミングジェネレータ１３Ａで生成される駆動クロックφｈが水平走査回路１０３とカラムＣＤＳ回路１０４に供給される。また、駆動クロックφＡＤＣがＡ／Ｄ変換部１１Ａに供給される。更に、駆動クロックφＯｐｔが光通信部１２Ａに供給される。
【００７０】
図１７及び図１８では、各画素の構成と画素信号の読み出し構成を示し、図１７は、画素アレイの具体例を示す回路構成図、図１８は、各画素の構造モデル例を示す断面構造図である。画素１００は、光を電気（信号電荷）に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１０６と、電気信号を増幅するＦＤアンプ１０７と、行選択スイッチを構成する行選択トランジスタ（Ｔｒ）１０８を備える。各画素１００は、垂直走査回路１０２により行選択線１０９で行選択トランジスタ１０８のオンとオフが切り替えられ、ＦＤアンプ１０７で増幅された電気信号が列信号線１０５に出力される。
【００７１】
ＦＤアンプ１０７は、電荷検出部（ＦＤ）１１０と、リセットトランジスタ１１１と、増幅トランジスタ１１２を備え、蓄積期間の間に光電変換された電荷の増幅機能を持つ。
【００７２】
すなわち、ＦＤアンプ１０７は、蓄積期間が完了すると、信号を出力する前に電荷検出部１１０がリセットゲート（Ｒｓｔ）を構成するリセット線１１３でリセットされる。リセットされた電荷検出部１１０の電圧が、増幅トランジスタ１１２のゲートに接続されているので、信号の無い状態であるリセットレベルが、増幅トランジスタ１１２のソースから列信号線１０５に出力される。
【００７３】
その直後にフォトダイオード１０６から読み出しゲート（Ｒｄ）を構成する行読み出し線１１４により電荷検出部１１０に信号電荷が読み出され、転送を終えてから行読み出し線１１４が閉じられると、電荷検出部１１０の電圧が、フォトダイオード１０６に入射した光の強さに相当する分変化するので、信号のある状態である信号レベルが、増幅トランジスタ１１２から列信号線１０５に出力される。
【００７４】
なお、図１８に示すフォトダイオード１０６は、Ｎ層領域１０６ａの表面にＰ層領域１０６ｂが形成される埋め込みフォトダイオードと称される構成で、Ｐ層領域１０６ｂが暗電流の発生を抑制し、暗電流によるＦＰＮ（Fixed Pattern Noise）が改善されている。
【００７５】
＜固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要＞
図１９は、固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要を示す機能ブロック図で、まず、固体撮像素子を備えた光学装置の概要について説明する。光学装置２Ａは、上述した固体撮像素子１と、レンズ部２０と、固体撮像素子１とレンズ部２０等が実装されるハウジング２１を備え、例えばカメラシステムのレンズユニットを構成する。レンズ部２０は光学素子の一例で、１枚のレンズまたは複数枚のレンズを組み合わせて構成される。
【００７６】
光学装置２Ａは、固体撮像素子１の画素部１０Ａが、レンズ部２０の焦点位置に合うように構成され、レンズ部２０から入射した光の像が、固体撮像素子１の画素部１０Ａに結像される。
【００７７】
光学装置２Ａは、撮像対象物との距離によらず、レンズ部２０の焦点位置を固体撮像素子１の画素部１０Ａに合わせるため、例えば、固体撮像素子１に対してレンズ部２０を光軸方向に移動させる焦点合わせ機構を備えている。
【００７８】
次に、光学装置が接続される信号処理装置の概要について説明する。信号処理装置３Ａは、光信号を電気信号に変換する光通信部３０Ａと、制御信号等の入出力が行われる制御Ｉ／Ｏ３１Ａを備え、例えばカメラシステムのカメラ本体部を構成する。信号処理装置３Ａは、光学装置２Ａが接続されると、光通信部３０Ａが固体撮像素子１の光通信部１２Ａと光学的に結合される。また、制御Ｉ／Ｏ３１Ａが固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａと接続される。
【００７９】
信号処理装置３Ａは、ユーザによる操作を受ける操作部３２Ａと、操作部３２Ａでの操作に基づいて、光学装置２Ａの固体撮像素子１に画素データの読み出しを指示する読み出し制御部３３Ａを備える。
【００８０】
信号処理装置３Ａは、制御Ｉ／Ｏ３１Ａから光学装置２Ａの固体撮像素子１に画素データの読み出しを指示し、自機の光通信部３０Ａと固体撮像素子１の光通信部１２Ａとの間で光通信を行って、固体撮像素子１から画素データを取得する。
【００８１】
光通信部３０Ａは、受光部としてフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を有し、固体撮像素子１の光通信部１２Ａから出力される信号光Ｌｓが入力されて、光信号で入力される画素データを電気信号に変換して出力する。
【００８２】
なお、固体撮像素子１の光通信部１２Ａが外部光を変調する光変調器を備える構成では、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、固体撮像素子１の光変調器に入力される光を出力する発光部を備える。発光部は半導体レーザ等の発光素子を有し、一定の連続した光Ｌを出力する。
【００８３】
信号処理装置３Ａは、固体撮像素子１と光通信を行って取得した画素データに所定の信号処理を行い、画像データを生成する信号処理部３４Ａを備える。また、信号処理装置３Ａは、固体撮像素子１から取得した画素データを保持するデータ保持部３５Ａと、信号処理部３４Ａで生成された画像データから画像を表示する表示部３６Ａを備える。
【００８４】
信号処理装置３Ａは、自機及び光学装置２Ａに電源を供給する電源３７Ａと、電源の供給を制御する電源制御部３８Ａを備える。電源制御部３８Ａは、信号処理装置３Ａの電源をオンとする操作、及び電源をオフとする操作に基づき、信号処理装置３Ａに対する電源の供給の有無と、光学装置２Ａに対する電源の供給の有無を、所定の順番で切り替える電源供給制御を行う。
【００８５】
次に、光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの概要について説明する。
信号処理システム４Ａは、上述した光学装置２Ａと信号処理装置３Ａを備え、例えばカメラシステムを構成する。カメラシステムでは、レンズユニットを構成する光学装置２Ａが、カメラ本体部を構成する信号処理装置３Ａに対して着脱可能で交換できるように構成される。
【００８６】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａに光学装置２Ａが接続されると、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａと、光学装置２Ａを構成する固体撮像素子１の光通信部１２Ａが光学的に結合される。また、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａが接続される。
【００８７】
これにより、信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１の光通信部１２Ａと、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａによって、光学装置２Ａと信号処理装置３Ａとの間でデータが光信号で入出力される。
【００８８】
また、信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、信号処理装置３Ａと光学装置２Ａとの間で制御信号が入出力される。更に、信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、信号処理装置３Ａと光学装置２Ａとの間で電源の供給が行われる。
【００８９】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの操作部３２Ａでユーザの操作を受け、操作部３２Ａでの操作に基づいて、信号処理装置３Ａの読み出し制御部３３Ａが、画素データの読み出しを指示する制御信号を出力する。
【００９０】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、光学装置２Ａの制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、画素データの読み出しを指示する制御信号が光学装置２Ａの固体撮像素子１に入力される。
【００９１】
信号処理システム４Ａは、画素データの読み出しを指示する制御信号が光学装置２Ａの固体撮像素子１に入力されると、固体撮像素子１の制御部１６Ａが、タイミングジェネレータ１３Ａで駆動クロックを生成する。
【００９２】
タイミングジェネレータ１３Ａで生成された駆動クロックは、画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａと光通信部１２Ａに供給され、画素部１０Ａでは画素データが電気信号として読み出される。Ａ／Ｄ変換部１１Ａでは、画素部１０Ａから読み出された画素データが入力され、ディジタル信号に変換されて出力される。光通信部１２Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号が入力され、画素データが信号光Ｌｓに変換されて出力される。なお、固体撮像素子１の光通信部１２Ａが外部光を変調する光変調部を備える構成では、光通信部１２Ａでは、信号処理装置３Ａから入力された一定の光が、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された電気信号に基づき変調され、信号光Ｌｓが出力される。
【００９３】
信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１の光通信部１２Ａと、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａによって、固体撮像素子１で読み出された画素データが、光通信で信号処理装置３Ａに入力される。
【００９４】
信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１で読み出された画素データが、光通信で信号処理装置３Ａに入力されると、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａが、光信号で入力される画素データを電気信号に変換して出力する。
【００９５】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａで電気信号に変換された画素データに、信号処理装置３Ａの信号処理部３４Ａが所定の信号処理を行って画像データを生成し、例えば表示部３６Ａに画像を表示する。
【００９６】
＜各実施の形態の固体撮像素子の光通信部を構成する要素の内部の配置例＞
各実施の形態の固体撮像素子では、光通信部は、光出力部として自発光型の発光素子または外部変調型の光変調器と、発光素子または光変調器の駆動部等を備えている。次に、発光素子または光変調器と、駆動部の好適な配置例について説明する。
【００９７】
（１）自発光型の発光素子を有した光出力部を１個備えた配置例
図２０及び図２１は、光通信部を構成する要素の第１の配置例を示し、図２０は、光通信部を構成する要素の第１の配置例を示す模式的な平面図、図２１は、光通信部を構成する要素の第１の配置例を示す模式的な側面図である。
【００９８】
図２０及び図２１に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、光出力部１２０として、自発光型の発光素子を１個備えた構成で、かつ、発光素子として、端面発光型の半導体レーザで構成される発光部１２０Ｅを備えた構成である。
【００９９】
発光部１２０Ｅは、一方の側端面が発光面であり、信号光Ｌｓが矢印で示す方向に出力される。なお、発光部１２０Ｅは、発光面と反対側の側端面から、若干量の漏れ光Ｌｎが矢印で示す方向に出力される。
【０１００】
光出力部１２０は、発光部１２０Ｅを駆動する駆動部１２０Ｔを備える。駆動部１２０Ｔは、発光部１２０Ｅにおける信号光Ｌｓの出力方向に対して直列させて、漏れ光Ｌｎが出力される側端面と対向する側に、発光部１２０Ｅと並べて配置される。駆動部１２０Ｔは、基板１８の表面側から裏面側へ図示しない信号配線で伝送されるディジタル信号に変換された電気信号が、直列する発光部１２０Ｅと反対側から、例えば矢印で示す向きの駆動信号線１２０Ｓｇによって供給される。なお、光出力部１２０は、発光部１２０Ｅと駆動部１２０Ｔが独立した素子で形成された構成では、駆動部１２０Ｔと発光部１２０Ｅの間は、ボンディングワイヤ１２０Ｗで接続されて、電気信号が供給される。また、光出力部１２０は、発光部１２０Ｅと駆動部１２０Ｔが集積された構成では、駆動部１２０Ｔと発光部１２０Ｅの間は、半導体内でアルミニウムやタングステン等による配線層で接続されて、電気信号が供給される。
【０１０１】
光通信部１２Ａは、発光部１２０Ｅから出力される漏れ光Ｌｎを遮光する遮光部１２０Ｕを備える。遮光部１２０Ｕは、少なくとも発光部１２０Ｅにおける発振波長の光は透過しない材質で構成され、発光部１２０Ｅに対して、漏れ光Ｌｎが出力される側端面と対向して配置される。
【０１０２】
本例では、駆動部１２０Ｔが発光部１２０Ｅと直列に配置されるため、遮光部１２０Ｕは、発光部１２０Ｅと直列に配置される駆動部１２０Ｔに対して、発光部１２０Ｅの反対側に配置される。これにより、発光部１２０Ｅから出力される漏れ光Ｌｎを、遮光部１２０Ｕで遮光することができる。
【０１０３】
ここで、遮光部１２０Ｕを、遮光の機能に加えて所定の熱伝導率を持つ材質で構成することで、発光部１２０Ｅで発生する熱を断熱及び放熱する断熱部としても機能するようにすると良い。
【０１０４】
図２０及び図２１に示す例では、発光部１２０Ｅに対する遮光及び断熱の機能を備え、かつ、発光部１２０Ｅで光が出力される向きに対して直列して駆動部１２０Ｔを配置した。これにより、光出力部１２０をアレイ化する場合には、発光部１２０Ｅと駆動部１２０Ｔが直列する方向に対して発光部１２０Ｅを並列させれば、隣り合う発光部１２０Ｅの間に駆動部１２０Ｔが配置されず、小型化が可能となる。
【０１０５】
（２）自発光型の発光素子を有した光出力部を１個備えた他の配置例
図２２及び図２３は、光通信部を構成する要素の第２の配置例を示し、図２２は、光通信部を構成する要素の第２の配置例を示す模式的な平面図、図２３は、光通信部を構成する要素の第２の配置例を示す模式的な側面図である。
【０１０６】
図２２及び図２３に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、光出力部１２０として自発光型の発光素子を１個備えた構成で、発光素子として、図６に示すような面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成される発光部１２０Ｆを備えた構成である。
【０１０７】
発光部１２０Ｆは、上面が発光面であり、信号光Ｌｓが矢印で示す方向に出力される。なお、発光部１２０Ｆは、発光面と反対側の下面から、若干量の漏れ光が出力される。
【０１０８】
光出力部１２０は、発光部１２０Ｆを駆動する駆動部１２０Ｔ備える。駆動部１２０Ｔは、発光部１２０Ｆと直列に配置される。駆動部１２０Ｔは、基板１８の表面側から裏面側へ図示しない信号配線で伝送されるディジタル信号に変換された電気信号が、直列する発光部１２０Ｆと反対側から、例えば矢印で示す向きの駆動信号線１２０Ｓｇによって供給される。なお、光出力部１２０は、発光部１２０Ｆと駆動部１２０Ｔが独立した素子で形成された構成では、駆動部１２０Ｔと発光部１２０Ｆの間は、ボンディングワイヤ１２０Ｗで接続されて、電気信号が供給される。また、光出力部１２０は、発光部１２０Ｆと駆動部１２０Ｔが集積された構成では、駆動部１２０Ｔと発光部１２０Ｆの間は、半導体内でアルミニウムやタングステン等による配線層で接続されて、電気信号が供給される。
【０１０９】
光通信部１２Ａは、発光部１２０Ｆから出力される漏れ光Ｌｎを遮光する遮光部１２０Ｖを備える。遮光部１２０Ｖは、少なくとも発光部１２０Ｆにおける発振波長の光は透過しない材質で構成され、発光部１２０Ｆに対して、漏れ光が出力される下面に配置される。これにより、発光部１２０Ｆから出力される漏れ光を、遮光部１２０Ｖで遮光することができる。
【０１１０】
ここで、遮光部１２０Ｖを、遮光の機能に加えて所定の熱伝導率を持つ材質で構成することで、発光部１２０Ｆで発生する熱を断熱及び放熱する断熱部としても機能するようにすると良い。
【０１１１】
図２２及び図２３に示す例でも、発光部１２０Ｆに対する遮光及び断熱の機能を備え、かつ、発光部１２０Ｆに直列して駆動部１２０Ｔを配置した。これにより、光出力部１２０をアレイ化する場合には、発光部１２０Ｆと駆動部１２０Ｔが直列する方向に対して発光部１２０Ｆを並列させれば、隣り合う発光部１２０Ｆの間に駆動部１２０Ｔが配置されず、小型化が可能となる。
【０１１２】
（３）自発光型の発光素子を有した光出力部をアレイ化した配置例
図２４は、光通信部を構成する要素の第３の配置例を示す模式的な平面図である。図２４に示す例では、発光素子として、端面発光型の半導体レーザで構成される発光部１２０Ｅを備え、発光部１２０Ｅと駆動部１２０Ｔを備えた光出力部１２０をアレイ化した構成である。
【０１１３】
上述したように、発光部１２０Ｅで光が出力される向きに対して直列して駆動部１２０Ｔが配置される。光出力部１２０をアレイ化する場合には、発光部１２０Ｅと駆動部１２０Ｔが直列する方向に対して光出力部１２０を並列させる。
【０１１４】
これにより、複数の発光部１２０Ｅ同士及び駆動部１２０Ｔ同士が隣り合って集積され、隣り合う発光部１２０Ｅの間に駆動部１２０Ｔが配置されず、光通信部１２Ａの小型化が可能となる。なお、図２４の構成で、端面発光型の半導体レーザを面発光型の半導体レーザに置き換えても同様の効果が得られる。また、発光部から出力される漏れ光を遮光する遮光部を、図２１または図２３で説明したような構成で備えて、発光部に対する遮光及び断熱の機能を備えても良い。
【０１１５】
図２４の構成では、光通信部１２Ａは、複数本の信号光Ｌｓが並列されて出力される形態となる。信号光Ｌｓのピッチは、駆動部１２０Ｔの配置に制約されずに決めることができるので、アレイ化する光のピッチの自由度が増加する。
【０１１６】
（４）外部変調型の光変調器を有した光出力部を１個備えた配置例
図２５は、光通信部を構成する要素の第４の配置例を示す模式的な平面図である。図２５に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、光出力部１２０として、外部変調型の光変調部１２０Ｇを１個備えた構成である。光変調部１２０Ｇは、図７で説明した電界吸収型光変調器１２０Ｂまたは図９で説明したマッハツェンダ型光変調器１２０Ｃで構成される。
【０１１７】
光出力部１２０は、光変調部１２０Ｇの一方の端面側が光の入力端、反対側の他方の端部が光の出力端となり、光導波路等で構成される入光部１２０Ｊが入力端に接続される。また、光導波路等で構成される出光部１２０Ｋが出力端に接続される。
【０１１８】
光変調部１２０Ｇは、外部からの一定の光Ｌが、矢印で示す方向から入光部１２０Ｊに入力される。また、変調された信号光Ｌｓが、入力される光Ｌとは反対側へ、出光部１２０Ｋから矢印で示す方向に出力される。
【０１１９】
光出力部１２０は、光変調部１２０Ｇを駆動する駆動部１２０Ｔ備える。駆動部１２０Ｔは、光変調部１２０Ｇに入力する光Ｌ及び出力する信号光Ｌｓに対して直交するような位置で、光変調部１２０Ｇの側部に並べて配置される。これにより、光変調部１２０Ｇに入力する光Ｌ及び出力する信号光Ｌｓを、駆動部１２０Ｔで遮らないような構成としている。駆動部１２０Ｔは、基板１８の表面側から裏面側へ図示しない信号配線で伝送されるディジタル信号に変換された電気信号が、例えば矢印で示す向きの駆動信号線１２０Ｓｇによって供給される。なお、光出力部１２０は、光変調部１２０Ｇと駆動部１２０Ｔが独立した素子で形成された構成では、駆動部１２０Ｔと光変調部１２０Ｇの間は、ボンディングワイヤ１２０Ｗで接続されて、電気信号が供給される。また、光出力部１２０は、光変調部１２０Ｇと駆動部１２０Ｔが集積された構成では、駆動部１２０Ｔと光変調部１２０Ｇの間は、半導体内でアルミニウムやタングステン等による配線層で接続されて、電気信号が供給される。
【０１２０】
（５）外部変調型の光変調器に遮光部を備えた配置例
図２６及び図２７は、光通信部を構成する要素の第５の配置例を示し、図２６は、光通信部を構成する要素の第５の配置例を示す模式的な側面図、図２７は、光通信部を構成する要素の第５の配置例を示す模式的な平面図である。
【０１２１】
図２６及び図２７に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、上述したように外部変調型の光変調部１２０Ｇを１個備えた構成で、光変調部１２０Ｇに接続された入光部１２０Ｊと出光部１２０Ｋに遮光部１２０Ｌを備える。
【０１２２】
光変調部１２０Ｇは、外部からの光Ｌが、入光部１２０Ｊに対して水平方向から入力される。また、変調された信号光Ｌｓが、出光部１２０Ｋから水平方向に出力される。
遮光部１２０Ｌは、入光部１２０Ｊの外部からの光の入力部分と、出光部１２０Ｋの外部への光の出力部分が形成される端面を除いて、入光部１２０Ｊ及び出光部１２０Ｋの側面と上面の全体を覆う構成とする。
【０１２３】
なお、入光部１２０Ｊ及び出光部１２０Ｋの下面の全体も覆う構成として、光通信部１２Ａを構成する基板への光の漏れを防止できるようにしても良い。更に、入光部１２０Ｊ及び出光部１２０Ｋと、光変調部１２０Ｇとの接続箇所からの光の漏れを防止するため、光変調部１２０Ｇを含めて入光部１２０Ｊと出光部１２０Ｋを遮光部１２０Ｌで覆うようにしても良い。
【０１２４】
これにより、入光部１２０Ｊに入力されて光変調部１２０Ｇへ導波される光Ｌが、入光部１２０Ｊから漏れることを防止できる。また、光変調部１２０Ｇから出力されて出光部１２０Ｋを導波される信号光Ｌｓが、出光部１２０Ｋの出力部分以外から漏れることを防止できる。
【０１２５】
（６）外部変調型の光変調器に遮光部を備えた他の配置例
図２８及び図２９は、光通信部を構成する要素の第６の配置例を示し、図２８は、光通信部を構成する要素の第６の配置例を示す模式的な側面図、図２９は、光通信部を構成する要素の第６の配置例を示す模式的な平面図である。
【０１２６】
図２８及び図２９に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、上述したように外部変調型の光変調部１２０Ｇを１個備えた構成で、光変調部１２０Ｇに接続された入光部１２０Ｊと出光部１２０Ｋに遮光部１２０Ｍを備える。
【０１２７】
入光部１２０Ｊは、外部からの光の入力部分に４５度の反射面１２０Ｎが形成され、外部からの光Ｌが、入光部１２０Ｊに対して垂直方向から入力される。出光部１２０Ｋも同様に、外部への光の入力部分に４５度の反射面１２０Ｎが形成され、変調された信号光Ｌｓが、出光部１２０Ｋから垂直方向に出力される。
【０１２８】
遮光部１２０Ｍは、入光部１２０Ｊの外部からの光の入力部分と、出光部１２０Ｋの外部への光の出力部分が形成される上面の一部を除いて、入光部１２０Ｊ及び出光部１２０Ｋの端面と側面と下面の全体、上面の残部を覆う構成とする。
【０１２９】
なお、入光部１２０Ｊ及び出光部１２０Ｋと、光変調部１２０Ｇとの接続箇所からの光の漏れを防止するため、光変調部１２０Ｇを含めて入光部１２０Ｊと出光部１２０Ｋを遮光部１２０Ｌで覆うようにしても良い。
【０１３０】
これにより、入光部１２０Ｊに入力されて光変調部１２０Ｇへ導波される光Ｌが、反射等により入光部１２０Ｊから漏れることを防止できる。また、光変調部１２０Ｇから出力されて出光部１２０Ｋを導波される信号光Ｌｓが、反射等により出光部１２０Ｋの出力部分以外から漏れることを防止できる。
【０１３１】
（７）外部変調型の光変調器を有した光出力部をアレイ化した配置例
図３０は、光通信部を構成する要素の第７の配置例を示す模式的な平面図である。図３０に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、上述したように外部変調型の光変調部１２０Ｇを備え、光変調部１２０Ｇと駆動部１２０Ｔを備えた光出力部１２０をアレイ化した構成である。
【０１３２】
光変調部１２０Ｇは、上述したように対向する端面の一方に入光部１２０Ｊが接続され、他方に出光部１２０Ｋが接続されるので、駆動部１２０Ｔが光変調部１２０Ｇの側部に配置される。光出力部１２０をアレイ化する場合には、光変調部１２０Ｇに入力する光Ｌ及び出力する信号光Ｌｓに対して直交する方向に、光出力部１２０が並列され、光変調部１２０Ｇと駆動部１２０Ｔが交互に並ぶ配置となる。なお、図３０の構成で、図２６〜図２９で説明した遮光部を備え、アレイ化された各入光部１２０Ｊ及び出光部１２０Ｋでの光の漏れを防ぐ機能を付加しても良い。
【０１３３】
（８）外部変調型の光変調器を１個備えた他の配置例
図３１及び図３２は、光通信部を構成する要素の第８の配置例を示し、図３１は、光通信部を構成する要素の第８の配置例を示す模式的な平面図、図３２は、光通信部を構成する要素の第８の配置例を示す模式的な斜視図である。
【０１３４】
図３１及び図３２に示す例では、固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、光出力部１２０として外部変調型の光変調部１２０Ｐを１個備えた構成で、光変調部１２０Ｐは、図１０で説明したマイクロミラーデバイスであるミラー部１２０Ｄで構成される。
【０１３５】
光変調部１２０Ｐは、外部からの光Ｌを反射する際に、反射方向を切り替えることで信号光Ｌｓを出力する。図３２（ａ）では、例えば、図１０で説明した反射ミラー５０８が、光通信部１２Ａを構成する基板１３０に対して垂直方向に立てられた形態で、光が基板１３０に対して水平方向から入出射する。このため、光変調部１２０Ｐに入力する光Ｌ及び反射して出力される信号光Ｌｓが、光変調部１２０Ｐから所定の方向以外に漏れないように、光変調部１２０Ｐの周囲に遮光部１２０Ｑを備える。光変調部１２０Ｐの駆動部１２０Ｔは、例えば遮光部１２０Ｑの裏側に配置される。図３２（ｂ）では、例えば図１０で説明した反射ミラー５０８が、基板１３０に対して水平で、光が基板１３０に対して垂直方向から入出射する。このため、光変調部１２０Ｐに入力する光Ｌ及び反射して出力される信号光Ｌｓが、光変調部１２０Ｐから所定の方向以外に漏れないように、光変調部１２０Ｐの周囲に所定の高さで遮光部１２０Ｑを備える。また、光変調部１２０Ｐに入力されなかった光を遮光する周辺遮光部１２０Ｒを、光変調部１２０Ｐの周囲の下部に備える。
【０１３６】
＜信号伝送の形態に応じた光通信部の実装形態例＞
固体撮像素子１では、図３等で説明したＡ／Ｄ変換部１１ＡでのＡ／Ｄ変化後の出力信号は、Ａ／Ｄ変換部の分解能で規定されるビット数分の並列信号となる。このような複数ビットの信号伝送を光通信で実現するため、信号伝送に応じた光通信部の最適な実施形態について説明する。
【０１３７】
（１）光出力部がアレイ化された光通信部を利用することによるパラレル伝送例
図３３は、アレイ化された光通信部の一例を示す機能ブロック図、図３４は、アレイ化された光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図で、次に、パラレル伝送に応じた光通信部の最適な実装形態と、光通信部への信号の伝送形態について説明する。
【０１３８】
固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、自発光型の発光素子または外部変調型の光変調器を有した光出力部１２０Ｘが並列された光出力部アレイ１２０Ｙを備える。光出力部アレイ１２０Ｙは、Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された画素データDATA_TXが出力されるデータ線と、クロック信号CLK_TXが出力されるクロック線で構成される光信号線の数に合わせて光出力部１２０Ｘが並列されてアレイ化される。
【０１３９】
本実施の形態の固体撮像素子１は、基板１８の表面側に画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａが形成され、基板１８の裏面側に光通信部１２Ａが形成される。光出力部１２０Ｘがアレイ化された構成の光通信部１２Ａを備えた固体撮像素子１では、Ａ／Ｄ変換部１１Ａで変換されたディジタル信号がパラレル信号として光通信部１２Ａに伝送される。これにより、光通信部１２Ａが基板１８の裏面側に形成された固体撮像素子１では、Ａ／Ｄ変換部１１Ａで変換されたディジタル信号がパラレル信号として伝送される複数の信号線１８０が、Ａ／Ｄ変換部１１Ａから基板１８を通り光通信部１２Ａに配線される。
【０１４０】
固体撮像素子１は、上述したように、図１９で説明した信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａとの間で光通信が行われる。このため、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、固体撮像素子１から出力される光信号線の数に合わせて光受信部３００Ａが並列されてアレイ化される。
【０１４１】
固体撮像素子１は、図１６で説明したＡ／Ｄ変換部１１ＡでＡ／Ｄ変換された画素データDATA_TXと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成されるクロック信号CLK_TXが、光通信部１２Ａに入力される。ディジタル信号に変換された画素データDATA_TXとクロック信号CLK_TXは、光出力部アレイ１２０Ｙのそれぞれ対応する光出力部１２０Ｘで信号光に変換されて出力される。
【０１４２】
固体撮像素子１の光通信部１２Ａから出力された光信号は、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａに入力され、それぞれ対応する光受信部３００Ａで電気信号に変換されて画素データDATA_RXと、クロック信号CLK_RXが出力される。
【０１４３】
（２）データをシリアル化することによるシリアル伝送例
図３５は、画素データをシリアル化して光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図、図３６は、画素データをシリアル化して光通信する光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。次に、シリアル伝送に応じた光通信部の最適な実装形態と、光通信部への信号の伝送形態について説明する。
【０１４４】
Ａ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された画素データをパラレル伝送する構成では、Ａ／Ｄ変換部のビット数や数で規定される画素データのビット数分のチャネルが発生する。このため、画素数の増加に合わせて画素データのビット数が増加すると、光通信部の数が増大する可能性がある。光通信部の数の増大は、コスト増につながる。また、画素データの多ビット化に対応して、上述したように光出力部をアレイ化した光通信部を備える構成では、光通信部での熱の発生量が多くなる。一方、１個の光出力部を有した光通信部を、基板の周辺部に分散配置する構成とすれば、１個の光通信部で発生する熱及び電磁ノイズの影響を小さくできる。但し、熱及び電磁ノイズの発生源が分散することで、熱及び電磁ノイズの管理が難しくなる可能性がある。
【０１４５】
そこで、信号伝送の並列度、実装可能な光通信部の数に応じてデータのシリアル化を行って、光通信部への配線と、配置及び構造を決定する。これにより、光通信部の数を削減して、熱及び電磁ノイズの発生を抑えられるようにする。
【０１４６】
すなわち、図３５（ａ）及び図３６（ａ）に示す例の固体撮像素子１の光通信部１２Ａは、図１６で説明したＡ／Ｄ変換部１１Ａでディジタル信号に変換された画素データをシリアルデータに変換するシリアルインタフェース（Ｉ／Ｆ）１２１Ａを備える。
【０１４７】
シリアルインタフェース１２１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１１ＡでＡ／Ｄ変換された画素データDATAと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成された同期信号を重畳するエンコード部１２４を備える。エンコード部１２４は、タイミングジェネレータ１３Ａで生成されたクロック信号ＣＬＫが入力される。また、タイミングジェネレータ１３Ａで生成され、垂直走査回路１０２を駆動する垂直同期信号φＶと、水平走査回路１０３を駆動する水平同期信号φＨと、フィールドを選択するフィールド信号Ｆが入力される。エンコード部１２４は、例えば８ｂ／１０ｂ方式を採用し、データ線にクロック信号と同期信号を重畳して１本の信号線で送る。
【０１４８】
また、シリアルインタフェース１２１Ａは、同期信号が重畳された画素データをスクランブルするデータスクランブル部１２５と、同期信号が重畳されてスクランブルされた画素データをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換部１２６を備える。更に、光通信部１２Ａは、シリアル化された画素データと同期信号を光信号に変換して出力する光出力部１２０を備える。
【０１４９】
図３５（ｂ）に示すように、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、シリアル化された画素データと同期信号が光信号として入力され、入力された光信号を電気信号に変換する光受信部３０２を備える。また、光通信部３０Ａは、シリアル化された画素データと同期信号からクロックを再生し、画素データを検出するシリアル／パラレル変換部３０３を備える。更に、光通信部３０Ａは、同期信号が重畳された画素データをデスクランブルするデスクランブル部３０４と、同期信号を検出するデコード部３０５を備える。
【０１５０】
画素データをシリアル化して光通信する光通信部１２Ａを備えた固体撮像素子１では、シリアルインタフェース１２１Ａによりデータ線にクロック信号と同期信号が重畳されたシリアル信号が、シリアルインタフェース１２１Ａから光出力部１２０に伝送される。
【０１５１】
本実施の形態の固体撮像素子１は、基板１８の表面側に画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａが形成され、基板１８の裏面側に光出力部１２０が形成される。また、シリアルインタフェース１２１Ａが基板１８の表面側に形成される。そこで、シリアル信号が伝送される１本の信号線１８１が、シリアルインタフェース１２１Ａから基板１８を通り光出力部１２０に配線される。なお、図３５（ｃ）及び図３６（ｂ）に示すように、シリアルインタフェース１２１Ａを、光通信部１２Ａとは独立した機能ブロックとして備えても良い。
【０１５２】
（３）画素データのシリアル化と複数の光出力部を備えることによる複数伝送例
図３７は、画素データをシリアル化して複数の光出力部で光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図、図３８は、画素データをシリアル化して複数の光入出力部で光通信する光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。次に、画素データをシリアル化して、クロック信号との複数伝送に応じた光通信部の最適な実装形態と、光通信部への信号の伝送形態について説明する。
【０１５３】
図３７（ａ）及び図３８（ａ）に示す例の固体撮像素子１Ａの光通信部１２Ａは、Ａ／Ｄ変換部１１ＡでＡ／Ｄ変換された画素データDATA_TXをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部１２１Ｂを備える。パラレル／シリアル変換部１２１Ｂは、Ａ／Ｄ変換部１１ＡでＡ／Ｄ変換された画素データDATA_TXと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成されるクロック信号CLK_TXが入力される。
【０１５４】
また、光通信部１２Ａは、シリアル化された画素データSDATA_TXを、光信号に変換して出力する光出力部１２０Ｓと、クロック信号φSCLK_TXを、光信号に変換して出力する光出力部１２０ＣＬを備える。
【０１５５】
信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、シリアル化され光信号に変換された画素データSDATA_TXが光通信によるデータ線ＬｓＤで入力され、入力された光信号をシリアル化された電気信号としての画素データSDATA_RXに変換する光受信部３００Ｓを備える。また、光通信部３０Ａは、光信号に変換されたクロック信号φSCLK_TXが光通信によるクロック線ＬｓＣＬで入力され、入力された光信号を電気信号としてのクロック信号φSCLK_RXに変換する光受信部３００ＣＬを備える。
【０１５６】
更に、光通信部３０Ａは、光受信部３００ＣＬで電気信号に変換されたクロック信号φSCLK_RXで、光受信部３００Ｓで電気信号に変換された画素データSDATA_RXから画素データDATA_RXを検出するシリアル／パラレル変換部３０１Ａを備える。
【０１５７】
画素データをシリアル化すると共に、データ線ＬｓＤとクロック線ＬｓＣＬを有して光通信する光通信部１２Ａを備えた固体撮像素子１では、シリアル信号とクロック信号が、パラレル／シリアル変換部１２１Ｂから光通信部１２Ａに伝送される。
【０１５８】
本実施の形態の固体撮像素子１は、基板１８の表面側に画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１１Ａが形成され、基板１８の裏面側に光出力部１２０Ｓ及び光出力部１２０ＣＬが形成される。また、パラレル／シリアル変換部１２１Ｂが基板１８の表面側に形成される。そこで、シリアル信号とクロック信号が伝送される２本の信号線１８２が、パラレル／シリアル変換部１２１Ｂから基板１８を通り光出力部１２０Ｓ，１２０ＣＬに配線される。なお、図３７（ｂ）及び図３８（ｂ）に示すように、パラレル／シリアル変換部１２１Ｂを、光通信部１２Ａとは独立した機能ブロックとして備えても良い。
【０１５９】
＜各単位画素自体の構成に応じた光通信部の配置例＞
固体撮像素子１の画素部１０Ａにおいて、特性が近い画素単位で読み出しを行う等、多線で画素データの読み出しを行う場合がある。多線で読み出される画素データを１つの光通信部で伝送する場合、画素部１０Ａからの各読み出し線でＡ／Ｄ変換後の高速パラレル信号が伝送される信号線を、光通信部まで長い距離にわたって配線する必要が生じる。このような電気配線を行った場合、電磁ノイズが多く発生し、伝送路における信号劣化が激しくなる可能性がある。
【０１６０】
そこで、光通信部までの電気信号の伝送経路の最短化を図る。つまり、多線読み出しに対応する各カラムＣＤＳ回路の後段にＡ／Ｄ変換部を備え、各Ａ／Ｄ変換部の出力に対して光通信部を配置する構成として、光通信部までの伝送距離を最短化する。
【０１６１】
これにより、光通信部を例えば固体撮像素子の一方の端部側に集合させるような配置とすることができる。従って、光通信部で発生する熱を効率的に冷却及び放熱が可能となるような構成とすることができる。なお、以下の説明は、シリアルインタフェースまたはパラレル／シリアル変換部を備える構成では、これら機能を光通信部に組み込んだ例で説明する。
【０１６２】
（１）画素構成に応じた多線読み出し時の光通信部の配置例
図３９は、画素構成に応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図、図４０は、画素構成に応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【０１６３】
固体撮像素子１は、カラーで撮像するために各画素にカラーフィルタを備える構成のものがある。例えば、画素１００（１），１００（２），１００（３），１００（４）は、それぞれ異なる波長に対応したカラーフィルタを備えている。カラーフィルタとしては、ＲＧＢに対応したもの、赤外線フィルタ、紫外線フィルタ等がある。図３９及び図４０の例では、色を種別軸として、例えば画素フィルタに応じて光通信部を配置する。
【０１６４】
画素部１０Ａは、異なる色の画素フィルタを備えた画素１００（１）〜（４）に対応して、本例では４個のカラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２），１０４（３），１０４（４）を備える。また、各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）の後段に、それぞれＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）を備える。更に、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）の出力に、それぞれ光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を備える。
【０１６５】
各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）は、基板１８の表面側に形成される。また、各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）は、電気配線による信号線１８３で接続される。
【０１６６】
一方、各光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）は、基板１８の裏面側に形成される。そこで、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）の直下に各光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を配置して、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）と各光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を、基板１８を通る電気配線による信号線で接続する。これにより、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）から光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）までの伝送距離が最短化される。また、各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）を一方の側に配置する。これにより、光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を固体撮像素子１の一方の端部側に集合させる配置とすることができる。
【０１６７】
なお、図３９，図４０の説明では、画素構成としてカラーフィルタによる種別を軸とした。画素構成としては、これ以外に、画素を構成するフォトダイオードに応じた種別を軸としても良い。例えば、画素を構成するフォトダイオードの材質、受光感度、強度波長プロファイルなどを種別軸としても良いし、画素埋め込み型ＰＤ、積層型ＰＤ等の構造を種別軸としても良い。
【０１６８】
（２）電子シャッタタイミングに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例
図４１は、電子シャッタタイミングに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。なお、電子シャッタタイミングに応じた多線読み出し時の光通信部の配置において、基板裏面側の配置は図４０と同様である。また、図４２は、電子シャッタのタイミングと露光時間を示すタイムチャートである。
【０１６９】
固体撮像素子１は、画素１００（１）〜１００（４）で、図４２に示すように、電子シャッタのタイミングを異ならせて、画素毎に露光時間を調整できるようにしたものがある。そこで、図４１の例では、露光時間に応じた種別で光通信部を配置する。
【０１７０】
画素部１０Ａは、異なる露光時間の画素フィルタを備えた画素１００（１）〜（４）に対応して、本例では４個のカラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）を備える。また、各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）の後段に、それぞれＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）を備える。更に、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）の出力に、それぞれ光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を備える。
【０１７１】
各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）は、基板１８の表面側に形成される。また、各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）は、電気配線による信号線１８３で接続される。
【０１７２】
一方、各光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）は、図４０で説明したように、基板１８の裏面側に形成される。そこで、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）の直下に各光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を配置して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）から光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）までの伝送距離を最短化する。また、光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を、固体撮像素子１の一方の端部側に集合させる配置とする。
【０１７３】
なお、光通信部の配置を種別する画素構成としては、以上の例以外に、各画素の読み出し速度、各画素に備える増幅器（ＦＤアンプ）、各画素の容量、形状、各画素に備えるレンズ、導波構造等に応じたものでも良い。
【０１７４】
図４３は、各単位画素自体の構成に応じて配置された光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図であり、図３９，図４０で説明した画素構成に応じた多線読み出し時の光通信部の配置を例に、信号伝送形態を模式的な断面図で説明する。
【０１７５】
例えば画素構成を応じて種別されたカラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）の読み出し線の出力が、それぞれ対応したＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）でディジタル化され、パラレル信号が得られる構成とする。また、光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）は、光出力部１２０がアレイ化された構成である。これにより、ディジタル化されたパラレル信号が伝送される複数の信号線１８０が、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）から基板１８を通り光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）に配線される。
【０１７６】
このように、複数の光出力部を有した光通信部１２Ａを複数、本例では４箇所に分散し、かつ、固体撮像素子１の例えば一方の端部側に集合させる配置を、分散集合配置と称す。
【０１７７】
＜画素読み出し方式に応じた光通信部の配置例＞
固体撮像素子１の画素部１０Ａにおいて、画素部１０Ａを複数のエリアに分けて、エリア毎に読み出しを行う場合も、多線で画素データの読み出しが行われる。多線で読み出される画素データを１つのＡ／Ｄ変換部と１つの光通信部で伝送する場合、長い距離にわたるアナログ伝送、あるいは長い距離にわたる高速パラレルディジタル伝送を行う必要がある。このような電気配線を行った場合、電磁ノイズが多く発生し、伝送路における信号劣化が激しくなる可能性がある。
【０１７８】
そこで、光通信部を画素部の周囲に配置することで、伝送距離の最適化を行う。つまり、多線読み出しに対応する各カラムＣＤＳ回路の後段にＡ／Ｄ変換部を備え、各Ａ／Ｄ変換部の出力に対して光通信部を配置する構成として、光通信部までの伝送距離を最短化する。
【０１７９】
これにより、光通信部を例えば固体撮像素子の周辺部に分散させるような配置とすることができる。従って、光通信部で発生する熱及び電磁ノイズの影響を全体に分散させることが可能となる。
【０１８０】
（１）エリア読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例
図４４は、エリア読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図、図４５は、エリア読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【０１８１】
固体撮像素子１は、画素部１０Ａを複数のエリア、本例では４つエリア（１）〜（４）に分割して、読み出しが行われる構成である。画素部１０Ａは、読み出しエリア（１）〜（４）に対応して、４個の垂直走査回路１０２（１）〜１０２（４）と、４個の水平走査回路１０３（１）〜１０３（４）を備える。
【０１８２】
また、４個のカラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）を備える。更に、各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）の後段に、それぞれＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）を備える。また、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）の出力に、それぞれ光通信部１２Ａを構成するシリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）を備える。そして、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）の出力に、それぞれ光通信部１２Ａを構成する光出力部１２０（１）〜１２０（４）を備える。
【０１８３】
各カラムＣＤＳ回路１０４（１）〜１０４（４）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）〜１１Ａ（４）とシリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）は、基板１８の表面側に形成される。一方、各光出力部１２０（１）〜１２０（４）は、基板１８の裏面側に形成される。そこで、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）の直下に各光出力部１２０（１）〜１２０（４）を配置する。
【０１８４】
そして、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）と各光出力部１２０（１）〜１２０（４）を、基板１８を通る電気配線による信号線で接続する。これにより、シリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）から光出力部１２０（１）〜１２０（４）までの伝送距離が最短化される。エリア読み出しの場合、画素部１０Ａの４箇所から画素の読み出しが行われるので、光通信部１２Ａを１箇所に集合させる構成では、配線が難しくなる可能性がある。このため、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａの後段に光通信部１２Ａを設けることが望ましい。また、読み出す画素データは４分の１になるので、アレイ化よりもシリアル化を行って、エリア毎に１つの光出力部１２０を有した１つの光通信部１２Ａで通信を行う構成とすると、コストを下げることができる。
【０１８５】
また、固体撮像素子１の例えば右側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（４）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（４）とシリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（４）を右側の側部に配置する。これに対して、固体撮像素子１の例えば左側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（２），１０４（３）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（２），１１Ａ（３）とシリアルインタフェース１２１Ａ（２），１２１Ａ（３）を左側の側部に配置する。これにより、シリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）の直下に光出力部１２０（１）〜１２０（４）が配置された光通信部１２Ａ（１）〜１２Ａ（４）を固体撮像素子１の周辺の端部側、例えば４隅に分散させる配置とすることができる。
【０１８６】
（２）観音読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例
図４６は、観音読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図、図４７は、観音読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【０１８７】
固体撮像素子１は、画素部１０Ａを左右の２つエリア（１），（２）に分割して、読み出しが行われる構成である。このような読み出しを観音読み出しと称している。画素部１０Ａは、読み出しエリア（１），（２）に対応して、２個の水平走査回路１０３（１），１０３（２）を備える。
【０１８８】
また、２個のカラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）を備える。更に、各カラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）の後段に、それぞれＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）を備える。また、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）の出力に、それぞれ光通信部１２Ａを構成するシリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）を備える。そして、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）の出力に、それぞれ光通信部１２Ａを構成する光出力部１２０（１），１２０（２）を備える。
【０１８９】
各カラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）とシリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）は、基板１８の表面側に形成される。
【０１９０】
一方、各光出力部１２０（１），１２０（２）は、基板１８の裏面側に形成される。そこで、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）の直下に各光出力部１２０（１），１２０（２）を配置する。そして、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）と各光出力部１２０（１），１２０（２）を、基板１８を通る電気配線による信号線で接続する。これにより、シリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）から光出力部１２０（１），１２０（２）までの伝送距離が最短化される。
【０１９１】
また、固体撮像素子１の例えば左側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（１）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）とシリアルインタフェース１２１Ａ（１）を左側の側部に配置する。これに対して、固体撮像素子１の例えば右側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（２）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（２）とシリアルインタフェース１２１Ａ（２）を右側の側部に配置する。これにより、シリアルインタフェース１２１Ａ（１），１２１Ａ（２）の直下に光出力部１２０（１），１２０（２）が配置された光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）を固体撮像素子１の周辺の端部側、例えば両端に分散させる配置とすることができる。
【０１９２】
（３）フィールド読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例
図４８は、フィールド読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図、図４９は、フィールド読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【０１９３】
固体撮像素子１は、画素部１０Ａの偶数ライン２ｎと奇数ライン２ｎ−１で独立して読み出しが行われる構成である。このような読み出しをフィールド読み出しと称している。画素部１０Ａは、偶数フィールドと奇数フィールドに対応して、２個の垂直走査回路１０２（１），１０２（２）と、２個の水平走査回路１０３（１），１０３（２）を備える。
【０１９４】
また、２個のカラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）を備える。更に、各カラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）の後段に、それぞれＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）を備える。そして、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）の出力に、それぞれ光出力部がアレイ化された光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）を備える。
【０１９５】
各カラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）は、基板１８の表面側に形成される。
【０１９６】
一方、各光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）は、基板１８の裏面側に形成される。そこで、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）の直下に各光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）を配置する。そして、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）と各光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）を、基板１８を通る電気配線による信号線で接続する。これにより、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）から光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）までの伝送距離が最短化される。
【０１９７】
また、固体撮像素子１の画素部１０Ａを挟んで例えば下側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（１）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）を例えば右側の側部に配置する。同様に、固体撮像素子１の上側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（２）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（２）を右側の側部に配置する。これにより、光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）を固体撮像素子１の周辺の端部側、例えば右端に分散させる配置とすることができる。
【０１９８】
（４）４画素加算読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例
図５０は、４画素加算読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図、図５１は、４画素加算読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【０１９９】
固体撮像素子１は、カラー化のために画素部１０ＡにＲ，Ｇｂ，Ｇｒ，Ｂのカラーフィルタを備えた構成で、特定の波長（色）に対応する画素について、画素信号を加算して読み出しが行われる構成である。４画素加算読み出しでは、画素の間引きと、周囲で画素加算による平均化を行い、実際に読み出しが行われる画素数の削減が行われる。画素１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの中で、（ｎ，ｋ），（ｎ，ｋ＋２），（ｎ＋２，ｋ），（ｎ＋２，ｋ＋２）の位置にある画素１００Ｂから読み出される画素信号が加算して出力される。また、画素１００Ｒ及び画素１００Ｇから読み出される画素信号が加算して出力される。画素１００Ｒ及び画素１００Ｂと、画素１００Ｇ（Ｇｂ，Ｇｒ）に対応して、２個の水平走査回路１０３（１），１０３（２）を備える。
【０２００】
また、２個のカラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）を備える。更に、カラムＣＤＳ回路１０４（１）の後段に、加算器１９０とＡ／Ｄ変換部１１Ａ（１）を備え、カラムＣＤＳ回路１０４（２）の後段に、加算器１９０とＡ／Ｄ変換部１１Ａ（２）を備える。また、各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）の出力に、光通信部１２Ａを構成するパラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）を備える。そして、各パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）の出力に、光通信部１２Ａを構成するそれぞれ２個の光出力部１２０（１），１２０（２）を備える。光出力部１２０（１），１２０（２）は、図３７及び図３８で説明した光出力部１２０Ｓと光出力部１２０ＣＬで構成される。
【０２０１】
各カラムＣＤＳ回路１０４（１），１０４（２）と各Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１），１１Ａ（２）と各パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）は、基板１８の表面側に形成される。
【０２０２】
一方、各光出力部１２０（１），１２０（２）は、基板１８の裏面側に形成される。そこで、各パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）の直下に各光出力部１２０（１），１２０（２）を配置する。そして、各パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）と各光出力部１２０（１），１２０（２）を、基板１８を通る電気配線による信号線で接続する。これにより、パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）から光出力部１２０（１），１２０（２）までの伝送距離が最短化される。
【０２０３】
また、固体撮像素子１の画素部１０Ａを挟んで例えば下側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（１）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（１）とパラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１）を例えば右側の側部に配置する。同様に、固体撮像素子１の上側に配置されるカラムＣＤＳ回路１０４（２）に対して、Ａ／Ｄ変換部１１Ａ（２）とパラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（２）を右側の側部に配置する。これにより、パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）の直下に光出力部１２０（１），１２０（２）が配置された光通信部１２Ａ（１），１２Ａ（２）を固体撮像素子１の周辺の端部側、例えば右端に分散させる配置とすることができる。
【０２０４】
図５２は、画素の読み出し方式に応じて配置された光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図であり、図４４，図４５で説明したエリア読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置を例に、信号伝送形態を模式的な断面図で説明する。
【０２０５】
固体撮像素子１内で分散して配置された各光通信部１２Ａのシリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）により、データ線にクロック信号と同期信号が重畳されたシリアル信号が生成され、光出力部１２０（１）〜１２０（４）に伝送される。このため、シリアル信号が伝送される１本の信号線１８１が、各シリアルインタフェース１２１Ａ（１）〜１２１Ａ（４）から基板１８を通り光出力部１２０（１）〜１２０（４）に配線される。
【０２０６】
図５３は、画素の読み出し方式に応じて配置された光通信部への信号伝送形態の他の例を示す模式的な側面図であり、図５０，図５１で説明した４画素加算読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置を例に、信号伝送形態を模式的な断面図で説明する。
【０２０７】
画素部から読み出され、Ａ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ変換されたディジタル信号は、各光通信部１２Ａのパラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）によりシリアル化される。パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）によりシリアル化されたシリアル信号とクロック信号が２本の信号線であるデータ線とクロック線で伝送される。このため、シリアル信号とクロック信号が伝送される２本の信号線１８２が、各パラレル／シリアル変換部１２１Ｂ（１），１２１Ｂ（２）から基板１８を通り光出力部１２０Ｓ，ＣＬ（１），１２０Ｓ，ＣＬ（２）に配線される。
【０２０８】
＜光通信部の配置に応じた冷却部の配置例＞
固体撮像素子１において、光通信部１２Ａで発生する熱が、画素部１０Ａ、各走査回路等のアナログ処理部、及びＡ／Ｄ変換部１１Ａ等の撮像部に影響を与える可能性がある。そこで、光通信部１２Ａを局所的に冷却すると共に、光通信部１２Ａで発生した熱を画素部１０Ａとは逆方向へ放出されるように放熱部を配置して熱の影響を除去できるようにする。これにより、光通信部１２Ａで発生する熱を冷却すると共に、画素部１０Ａ及びＡ／Ｄ変換部１１Ａ等で発生する熱についても放熱が可能となる。上述したように、光通信部１２Ａは、基板１８の裏面側に光出力部１２０を備える。また、光通信部１２Ａは、基板１８の表面側にシリアルインタフェース等を備える構成もある。以下の説明では、基板１８の裏面側に配置される光出力部１２０を冷却する構成について記載し、基板１８の表面側に配置される要素を含めない光出力部１２０を光通信部１２Ａと称している。
【０２０９】
（１）冷却部の第１の配置例
図５４は、冷却部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図５５は、冷却部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば画素データのシリアル化に応じた配置で、基板１８の裏面の周辺部の一の角部に１つの光出力部１２０を有した１つの光通信部１２Ａが形成される。固体撮像素子１は、光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ａを備える。冷却部２１０Ａは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。
【０２１０】
このため、冷却部２１０Ａは、発光素子として、上述した面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である上面を除く周囲を囲む構成とする。
【０２１１】
固体撮像素子１は、冷却部２１０Ａの周囲に放熱部２１１Ａを備える。放熱部２１１Ａは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａから冷却部２１０Ａに伝搬された熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。また、放熱部２１１Ａは、固体撮像素子１の外形より外側となる基板１８の外側に一部を突出させて、外部放熱部２１２が形成される。
【０２１２】
ここで、光通信部１２Ａが固体撮像素子１の周辺部、例えば、図５５に示すように、基板１８の角部に形成されている場合は、冷却部２１０Ａにおいて基板１８の内側に向いた２辺を囲むように放熱部２１１Ａを形成する。これにより、表面側に画素部１０Ａ等が形成される基板１８の内側に熱が伝搬されないようにする。
【０２１３】
固体撮像素子１は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ａとの間に熱伝導部材２１３を備える。熱伝導部材２１３は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ａと同様に、熱伝導性の高い材質で構成され、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ａとの隙間に充填される。なお、熱伝導部材２１３は、光通信部１２Ａの発光面以外と冷却部２１０Ａとの隙間にも充填されていても良い。熱伝導部材２１３は、熱伝導性と耐熱性が高く、かつ、光通信部１２Ａから出力される漏れ光を遮光できるような遮光性が高い材質が用いられ、例えば高伝熱性エポキシ樹脂等により実現される。
【０２１４】
このように、基板１８の裏面の１箇所に集合して光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ａを備えることで、光通信部１２Ａを駆動することで発生する熱が、基板１８ではなく冷却部２１０Ａに伝搬される。冷却部２１０Ａに伝搬された熱は、矢印で示すように放熱部２１１Ａに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。
【０２１５】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成位置とは逆方向に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。従って、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。また、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ａの間、及び光通信部１２Ａと冷却部２１０Ａの間に熱伝導部材２１３が充填されることで、熱を空気で伝搬する構成と比較して、放熱効率を向上させることができる。
【０２１６】
（２）冷却部の第２の配置例
図５６は、冷却部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図５７は、冷却部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば図４４で説明したエリア読み出しに応じた配置で、基板１８の裏面の周辺部の４角部に、１つの光出力部１２０を有した光通信部１２Ａが形成される。固体撮像素子１は、各光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ａを備える。冷却部２１０Ａは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。
【０２１７】
このため、冷却部２１０Ａは、発光素子として、端面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び３側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である１の側面を除く周囲を囲む構成とする。
【０２１８】
固体撮像素子１は、各冷却部２１０Ａの間で基板１８の裏面全体に放熱部２１１Ｂを備える。放熱部２１１Ｂは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａから冷却部２１０Ａに伝搬された熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。放熱部２１１Ｂは、冷却部２１０Ａの間、及び基板１８の表面側に形成される画素部１０Ａの下側を覆う大きさを有し、かつ、固体撮像素子１の外形より外側となる基板１８の外側に一部を突出させて、外部放熱部２１２が形成される。更に、放熱部２１１Ｂは、基板１８の表面側に形成される画素部１０Ａと、熱伝導部２１４で接続される。熱伝導部２１４は、基板１８に形成されたスルーホールを、熱伝導性の高い材質でメタライズすることで構成される。
【０２１９】
固体撮像素子１は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｂとの間に熱伝導部材２１３を備える。熱伝導部材２１３は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｂと同様に、熱伝導性の高い材質で構成され、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｂとの隙間に充填される。なお、熱伝導部材２１３は、光通信部１２Ａの発光面以外と冷却部２１０Ａとの隙間にも充填されていても良い。熱伝導部材２１３は、上述したように例えば高伝熱性エポキシ樹脂等により実現される。
【０２２０】
このように、基板１８の裏面の複数箇所に分散して光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｂを備えることで、光通信部１２Ａを駆動することで発生する熱が、基板１８ではなく冷却部２１０Ａに伝搬される。冷却部２１０Ａに伝搬された熱は、矢印で示すように放熱部２１１Ｂに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。また、基板１８の表面側で画素部１０ＡやＡ／Ｄ変換部等で発生した熱が、熱伝導部２１４で放熱部２１１Ｂに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。
【０２２１】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成位置とは逆方向に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。また、基板表面側の画素部１０Ａ等で発生した熱も、基板１８の裏面に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。従って、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。また、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｂの間、及び光通信部１２Ａと冷却部２１０Ａの間に熱伝導部材２１３が充填されることで、熱を空気で伝搬する構成と比較して、放熱効率を向上させることができる。更に、光通信部１２Ａが固体撮像素子１の周辺部の４角部に配置されるような構成では、放熱部２１１Ｂを基板１８の裏面全体を覆うように備えることで、光通信部１２Ａだけでなく、画素部１０Ａ等で発生する熱も効率的に放熱できる。
【０２２２】
（３）冷却部の第３の配置例
図５８は、冷却部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図５９は、冷却部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば図５０で説明した４画素加算読み出しに応じた配置で、基板１８の裏面の周辺部の一方の側端部の２箇所に光通信部１２Ａが形成される。図５０及び図５１で説明した例では、光通信部１２Ａからシリアル信号とクロック信号が出力される例であり、各光通信部１２Ａは、２つの光出力部１２０を備える。固体撮像素子１は、各光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ａを備える。冷却部２１０Ａは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。１箇所に複数の光通信部１２Ａが備えられる構成では、冷却部２１０Ａは、２つの光通信部１２Ａの下面及び側面を覆うような構成として、２つの光通信部１２Ａの周囲を囲む構成とする。
【０２２３】
固体撮像素子１は、各冷却部２１０Ａの間と側部で基板１８の裏面に放熱部２１１Ｃを備える。放熱部２１１Ｃは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａから冷却部２１０Ａに伝搬された熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。放熱部２１１Ｃは、冷却部２１０Ａの間、及び冷却部２１０Ａに沿った範囲で、基板１８の表面側に形成される画素部１０Ａの下側の一部を覆う大きさを有する。かつ、放熱部２１１Ｃは、固体撮像素子１の外形より外側となる基板１８の外側に一部を突出させて、外部放熱部２１２が形成される。更に、放熱部２１１Ｃは、基板１８の表面側に形成される画素部１０Ａと、熱伝導部２１４で接続される。
【０２２４】
固体撮像素子１は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｃとの間に熱伝導部材２１３を備える。熱伝導部材２１３は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｃと同様に、熱伝導性の高い材質で構成され、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｃとの隙間に充填される。なお、熱伝導部材２１３は、光通信部１２Ａの発光面以外と冷却部２１０Ａとの隙間にも充填されていても良い。熱伝導部材２１３は、上述したように例えば高伝熱性エポキシ樹脂等により実現される。
【０２２５】
このように、基板１８の裏面の複数個所に集合して光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｃを備えることで、光通信部１２Ａを駆動することで発生する熱が、基板１８ではなく冷却部２１０Ａに伝搬される。冷却部２１０Ａに伝搬された熱は、矢印で示すように放熱部２１１Ｃに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。また、基板１８の表面側で画素部１０ＡやＡ／Ｄ変換部等で発生した熱が、熱伝導部２１４で放熱部２１１Ｃに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。
【０２２６】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成位置とは逆方向に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。また、基板表面側の画素部１０Ａ等で発生した熱も、基板１８の裏面に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。従って、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。また、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｃの間、及び光通信部１２Ａと冷却部２１０Ａの間に熱伝導部材２１３が充填されることで、熱を空気で伝搬する構成と比較して、放熱効率を向上させることができる。更に、光通信部１２Ａが固体撮像素子１の一方の側端部の２箇所に配置されるような構成では、放熱部２１１Ｃを光通信部１２Ａに沿って備えることで、面積の大きな放熱部２１１Ｃで、光通信部１２Ａだけでなく画素部１０Ａ等で発生する熱も効率的に放熱できる。
【０２２７】
（４）冷却部の第４の配置例
図６０は、冷却部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図６１は、冷却部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば図４６で説明した観音読み出しに応じた配置で、基板１８の裏面の上側または下側の周辺部の両端に光通信部１２Ａが形成される。図４６及び図４７で説明した例では、光通信部１２Ａから同期信号が重畳されたシリアル信号が出力される例であり、各光通信部１２Ａは、１つの光出力部１２０を備える。固体撮像素子１は、各光通信部１２Ａの周囲に冷却部２１０Ａを備える。冷却部２１０Ａは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。
【０２２８】
固体撮像素子１は、各冷却部２１０Ａの間と側部で基板１８の裏面に放熱部２１１Ｄを備える。放熱部２１１Ｄは、基板１８に比較して熱伝導性の高い材質で構成され、光通信部１２Ａから冷却部２１０Ａに伝搬された熱を、基板１８に伝搬させずに放熱する機能を有する。放熱部２１１Ｄは、冷却部２１０Ａの間、及び冷却部２１０Ａに沿った範囲で、基板１８の表面側に形成される画素部１０Ａの下側の一部を覆う大きさを有する。かつ、放熱部２１１Ｄは、固体撮像素子１の外形より外側となる基板１８の外側に一部を突出させて、外部放熱部２１２が形成される。更に、放熱部２１１Ｄは、基板１８の表面側に形成される画素部１０Ａと、熱伝導部２１４で接続される。
【０２２９】
固体撮像素子１は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｄとの間に熱伝導部材２１３を備える。熱伝導部材２１３は、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｄと同様に、熱伝導性の高い材質で構成され、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｄとの隙間に充填される。なお、熱伝導部材２１３は、光通信部１２Ａの発光面以外と冷却部２１０Ａとの隙間にも充填されていても良い。熱伝導部材２１３は、上述したように例えば高伝熱性エポキシ樹脂等により実現される。
【０２３０】
このように、基板１８の裏面の上側または下側の両端に光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｄを備えることで、光通信部１２Ａを駆動することで発生する熱が、基板１８ではなく冷却部２１０Ａに伝搬される。冷却部２１０Ａに伝搬された熱は、矢印で示すように放熱部２１１Ｄに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。また、基板１８の表面側で画素部１０ＡやＡ／Ｄ変換部等で発生した熱が、熱伝導部２１４で放熱部２１１Ｄに伝搬され、主に外部放熱部２１２から外部へ放熱される。
【０２３１】
これにより、光通信部１２Ａで発生した熱を、基板１８の裏面で画素部１０Ａの形成位置とは逆方向に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。また、基板表面側の画素部１０Ａ等で発生した熱も、基板１８の裏面に伝搬させて、固体撮像素子１の外部へ放熱できる。従って、光通信部１２Ａで発生する熱が画素部１０Ａに及ぼす影響を大幅に減少できる。また、冷却部２１０Ａと放熱部２１１Ｄの間、及び光通信部１２Ａと冷却部２１０Ａの間に熱伝導部材２１３が充填されることで、熱を空気で伝搬する構成と比較して、放熱効率を向上させることができる。更に、光通信部１２Ａが固体撮像素子１の周辺部の両端に配置されるような構成では、放熱部２１１Ｄを光通信部１２Ａに沿って備えることで、面積の大きな放熱部２１１Ｄで、光通信部１２Ａだけでなく画素部１０Ａ等で発生する熱も効率的に放熱できる。
【０２３２】
＜光通信部の配置に応じた遮光部の配置例＞
固体撮像素子１において、光通信部１２Ａから出力される信号光、及び光通信部１２Ａから漏れる光が、基板１８を回り込む、あるいは基板１８内を伝搬される等により画素部１０Ａに入射すると、撮像に影響を与える可能性がある。そこで、光通信部１２Ａからの光が、基板１８内を伝搬され、画素部１０Ａに漏れないように遮光部を備える。また、光通信部１２Ａからの光が、レンズ等で反射して、画素部１０Ａに回りこまないように遮光部を備える。これにより、画素部１０Ａに入射される光に、光通信部１２Ａからの光が混入することを防止できる。以下の説明では、冷却部の説明と同様に、基板１８の表面側に配置される要素を含めない光出力部１２０を光通信部１２Ａと称している。
【０２３３】
（１）遮光部の第１の配置例
図６２は、遮光部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図６３は、遮光部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば画素データのシリアル化に応じた配置で、基板１８の裏面の周辺部の一の角部に１つの光出力部１２０を有した１つの光通信部１２Ａが形成される。固体撮像素子１は、光通信部１２Ａの周囲に遮光部２５０Ａを備える。遮光部２５０Ａは、光通信部１２Ａが自発光型の発光素子を有する構成では、少なくとも発振波長の光は透過しない材質で構成される。
【０２３４】
このため、遮光部２５０Ａは、発光素子として、上述した面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である上面を除く周囲を囲む構成とする。また、遮光部２５０Ａは、発光素子として、端面発光型半導体レーザを使用する構成では、例えば板状の部材で光通信部１２Ａの下面及び３側面を覆うような構成として、光通信部１２Ａの発光面である一方の側面を除く周囲を囲む構成とする。
【０２３５】
このように、基板１８の裏面の１箇所に集合して光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、遮光部２５０Ａを備えることで、光通信部１２Ａから漏れる光を遮光して、基板１８を通過しないようにすることができる。光通信部１２Ａとして例えば面発光型半導体レーザが用いられる場合、光通信部１２Ａの下面からの漏れ光Ｌｎは、遮光部２５０Ａで遮光されて基板１８内を伝搬されることがない。一方、光通信部１２Ａの上面には遮光部２５０Ａを備えておらず、信号光Ｌｓが基板１８に対して垂直方向に出力できる。従って、光通信部１２Ａからの漏れ光Ｌｎが、迷光となって画素部に１０Ａに入射することを防ぐことができる。同様に、光通信部１２Ａの下面以外から漏れる光も遮光することができ、光通信部１２Ａからの漏れ光がレンズ等で反射して、画素部１０Ａに回り込むことを防止できる。
【０２３６】
（２）遮光部の第２の配置例
図６４は、遮光部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図６５は、遮光部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば図４４で説明したエリア読み出しに応じた配置で、基板１８の裏面の周辺部の４角部に、１つの光出力部１２０を有した光通信部１２Ａが形成される。固体撮像素子１は、各光通信部１２Ａの周囲に遮光部２５０Ａを備える。
【０２３７】
このように、基板１８の裏面の複数箇所に分散して光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、各光通信部１２Ａに遮光部２５０Ａを備えることで、光通信部１２Ａの下面から漏れる光を遮光して、基板１８を通過しないようにすることができる。従って、光通信部１２Ａからの漏れ光が、迷光となって画素部に１０Ａに入射することを防ぐことができる。同様に、光通信部１２Ａの下面以外から漏れる光も遮光することができ、光通信部１２Ａからの漏れ光がレンズ等で反射して、画素部１０Ａに回り込むことを防止できる。
【０２３８】
（３）遮光部の第３の配置例
図６６は、遮光部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図６７は、遮光部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば図５０で説明した４画素加算読み出しに応じた配置で、基板１８の裏面の周辺部の一方の側端部の２箇所に、それぞれ２つの光出力部１２０を有した光通信部１２Ａが形成される。固体撮像素子１は、各光通信部１２Ａの周囲に遮光部２５０Ａを備える。１箇所に複数の光通信部１２Ａが備えられる構成では、遮光部２５０Ａは、２つの光通信部１２Ａの下面及び側面を覆うような構成として、２つの光通信部１２Ａの周囲を囲む構成とする。
【０２３９】
このように、基板１８の裏面の複数箇所に集合して光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、各光通信部１２Ａに遮光部２５０Ａを備えることで、光通信部１２Ａの下面から漏れる光を遮光して、基板１８を通過しないようにすることができる。従って、光通信部１２Ａからの漏れ光が、迷光となって画素部に１０Ａに入射することを防ぐことができる。同様に、光通信部１２Ａの下面以外から漏れる光も遮光することができ、光通信部１２Ａからの漏れ光がレンズ等で反射して、画素部１０Ａに回り込むことを防止できる。
【０２４０】
（４）遮光部の第４の配置例
図６８は、遮光部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図、図６９は、遮光部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。固体撮像素子１は、例えば図４６で説明した観音読み出しに応じた配置で、基板１８の裏面の上側または下側の周辺部の両端に、それぞれ１つの光出力部１２０を有した光通信部１２Ａが形成される。固体撮像素子１は、各光通信部１２Ａの周囲に遮光部２５０Ａを備える。
【０２４１】
このように、基板１８の裏面の上側または下側の両端に光通信部１２Ａが形成された固体撮像素子１において、各光通信部１２Ａに遮光部２５０Ａを備えることで、光通信部１２Ａの下面から漏れる光を遮光して、基板１８を通過しないようにすることができる。従って、光通信部１２Ａからの漏れ光が、迷光となって画素部に１０Ａに入射することを防ぐことができる。同様に、光通信部１２Ａの下面以外から漏れる光も遮光することができ、光通信部１２Ａからの漏れ光がレンズ等で反射して、画素部１０Ａに回り込むことを防止できる。
【０２４２】
＜信号処理システムの御用例＞
図７０は、信号処理システムの応用例としてのカメラシステムの一例を示す模式的な斜視図、図７１は、カメラシステムを構成するレンズユニットの模式的な正面図である。図１９で説明した信号処理システム４Ａの一例として、カメラシステム４０１Ａが構成される。
【０２４３】
カメラシステム４０１Ａは、図１９で説明した光学装置２Ａとしてレンズユニット４０２Ａを備えると共に、信号処理装置３Ａとしてカメラ本体部４０３Ａを備える。レンズユニット４０２Ａは、レンズ部２０と、レンズ鏡筒２２を備えると共に、上述した固体撮像素子１を備える。固体撮像素子１は、画素部１０Ａのサイズが、図７１に示すように、レンズユニット４０２Ａのレンズ部２０で規定される。
【０２４４】
カメラ本体部４０３Ａは、レンズユニット４０２Ａが例えば交換可能に取り付けられ、信号処理基板３５０を備える。信号処理基板３５０は、図１９等で説明した信号処理装置３Ａを構成し、レンズユニット４０２Ａが取り付けられると、固体撮像素子１の光通信部１２Ａと光通信部３０Ａが光学的に結合される。また、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａと制御Ｉ／Ｏ３１Ａが接続される。
【０２４５】
固体撮像素子１は、上述したように、画素部１０Ａに対して基板１８の裏面側に光通信部１２Ａが備えられる。これにより、レンズユニット４０２Ａがカメラ本体部４０３Ａに取り付けられたときに、固体撮像素子１の裏面と対向する位置に信号処理基板３５０が備えられていれば良い。
【０２４６】
＜光通信部を基板裏面に形成した固体撮像素子の効果例＞
各実施の形態の固体撮像素子では、画素部に対して基板の裏面に光通信部が形成されることで、光通信部の配置の自由度を向上させることができる。このような構成では、画素部と光通信部との間に基板が存在するので、光通信部で発生する熱が画素部に与える影響を小さくできる。同様に、光通信部で発生する電磁ノイズが画素部に与える影響を小さくできる。更に、基板の表面側における画素部の形成領域に対して、基板の裏面側で周辺部の領域に光通信部を配置すれば、熱及び電磁ノイズの影響をより小さくできる。
【０２４７】
光通信部の配置の自由度が向上することで、光通信装置の冷却部の配置の自由度が向上する。例えば、光通信部を集合させて配置し、一括して冷却する方式や、光通信部を分散させて配置し、熱の発生源を分散させて冷却する方式等、様々な冷却方式を採用することができる。また、基板裏面で他の素子が実装されていないスペースを利用して、光通信部に加えて画素部等、固体撮像素子全体を冷却する冷却部を配置することもできる。
【０２４８】
画素部に入射する偽信号の発生源として、基板の裏面のみを考慮すれば良く、遮光部の配置の自由度が向上し、漏れ光の対策が容易になる。
【０２４９】
画素部から読み出される信号を、基板裏面の光通信部に伝送する信号配線を備えることで、基板背面の光通信部に対する信号伝送方式の自由度が向上する。例えば、パラレル伝送、データ線に同期信号とクロック信号を重畳シリアル伝送、シリアル化したデータ線とクロック信号の複数伝送等、様々な信号伝送方式を採用することができる。
【０２５０】
光通信部を、画素部とは独立したプロセス加工で形成できる。これにより、光通信部の集積等が行いやすくなり、光通信部内の構成の自由度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【０２５１】
本発明は、固体撮像素子を備えた光学装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図２】第１の実施の形態の固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図３】第１の実施の形態の固体撮像素子の機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】光通信部の好適な配置の一例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図５】光通信部の配置の比較例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図６】固体撮像素子の光通信部の一例を示す構成図である。
【図７】固体撮像素子の光通信部の他の例を示す構成図である。
【図８】印加電圧と光の吸収量の関係を示すグラフである。
【図９】固体撮像素子の光通信部の他の例を示す構成図である。
【図１０】固体撮像素子の光通信部の他の例を示す構成図である。
【図１１】第２の実施の形態の固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図１２】第２の実施の形態の固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図１３】遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【図１４】遮光部を備えていない比較例の固体撮像素子を示す模式的な側面図である。
【図１５】冷却部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【図１６】各実施の形態の固体撮像素子の具体例を示す機能ブロック図である。
【図１７】画素アレイの具体例を示す回路構成図である。
【図１８】各画素の構造モデル例を示す断面構造図である。
【図１９】固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要を示す機能ブロック図である。
【図２０】光通信部を構成する要素の第１の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２１】光通信部を構成する要素の第１の配置例を示す模式的な側面図である。
【図２２】光通信部を構成する要素の第２の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２３】光通信部を構成する要素の第２の配置例を示す模式的な側面図である。
【図２４】光通信部を構成する要素の第３の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２５】光通信部を構成する要素の第４の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２６】光通信部を構成する要素の第５の配置例を示す模式的な側面図である。
【図２７】光通信部を構成する要素の第５の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２８】光通信部を構成する要素の第６の配置例を示す模式的な側面図である。
【図２９】光通信部を構成する要素の第６の配置例を示す模式的な平面図である。
【図３０】光通信部を構成する要素の第７の配置例を示す模式的な平面図である。
【図３１】光通信部を構成する要素の第８の配置例を示す模式的な平面図である。
【図３２】光通信部を構成する要素の第８の配置例を示す模式的な斜視図である。
【図３３】アレイ化された光通信部の一例を示す機能ブロック図である。
【図３４】アレイ化された光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。
【図３５】画素データをシリアル化して光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図である。
【図３６】画素データをシリアル化して光通信する光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。
【図３７】画素データをシリアル化して複数の光出力部で光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図である。
【図３８】画素データをシリアル化して複数の光入出力部で光通信する光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。
【図３９】画素構成に応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図４０】画素構成に応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【図４１】電子シャッタタイミングに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図４２】電子シャッタのタイミングと露光時間を示すタイムチャートである。
【図４３】各単位画素自体の構成に応じて配置された光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。
【図４４】エリア読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図４５】エリア読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【図４６】観音読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図４７】観音読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【図４８】フィールド読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図４９】フィールド読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【図５０】４画素加算読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板表面の模式的な平面図である。
【図５１】４画素加算読み出しに応じた多線読み出し時の光通信部の配置例を示す基板裏面の模式的な平面図である。
【図５２】画素の読み出し方式に応じて配置された光通信部への信号伝送形態の一例を示す模式的な側面図である。
【図５３】画素の読み出し方式に応じて配置された光通信部への信号伝送形態の他の例を示す模式的な側面図である。
【図５４】冷却部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図５５】冷却部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図５６】冷却部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図５７】冷却部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図５８】冷却部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図５９】冷却部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図６０】冷却部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図６１】冷却部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図６２】遮光部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図６３】遮光部の第１の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図６４】遮光部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図６５】遮光部の第２の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図６６】遮光部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図６７】遮光部の第３の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図６８】遮光部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な側面図である。
【図６９】遮光部の第４の配置例を示す固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図７０】信号処理システムの応用例としてのカメラシステムの一例を示す模式的な斜視図である。
【図７１】カメラシステムを構成するレンズユニットの模式的な正面図である。
【符号の説明】
【０２５３】
１，１Ａ，１Ｂ・・・固体撮像素子、１０Ａ・・・画素部、１１Ａ・・・Ａ／Ｄ変換部、１２Ａ・・・光通信部、１３Ａ・・・タイミングジェネレータ、１４Ａ・・・制御Ｉ／Ｏ、１５Ａ・・・ＤＣ−ＤＣ部、１６Ａ・・・制御部、１７・・・バス、１８・・・基板、１００・・・画素、１０１・・・画素アレイ、１０２・・・垂直走査回路、１０３・・・水平走査回路、１０４・・・カラムＣＤＳ回路、１２１Ａ・・・シリアルインタフェース、１２１Ｂ・・・パラレル／シリアル変換部、１８０，１８１，１８２・・・信号線、２００・・・遮光部、２０１・・・冷却部、２１０Ａ・・・冷却部、２１１Ａ〜２１１Ｃ・・・放熱部、２１２・・・外部放熱部、２１３・・・熱伝導部材、２１４・・・熱伝導部、２５０Ａ・・・遮光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図３２】
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