(57)【要約】      （修正有）【課題】導光路から電荷蓄積部への光の入射を充分に抑制した撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、列回路部１０２、水平走査回路１０３、出力回路１０４を有する。列回路部１０２は、複数の列回路を備えている。複数の列回路の各々は、複数の列信号線１０の１つに対応して配置されている。複数の列回路の各々は、列信号線１０に出力された信号を増幅した信号を、出力回路に出力する。水平走査回路は、列回路部が備える複数の列回路を順次選択する。これより、複数の列回路の各々が保持した信号が、順次、出力回路に出力される。出力回路は、撮像装置の外部に信号を出力する。出力回路の出力する信号は、撮像装置が出力する信号である。撮像装置は、制御回路１０５をさらに有する。制御回路１０５は、垂直走査回路１０１、列回路部、水平走査回路のそれぞれに対し、駆動信号を供給する駆動線を介して接続されている。【選択図】図１
2018107356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
前記光電変換部の上部に設けられており、入射面と出射面とを備える導光路と、
前記光電変換部から電荷が転送される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部から電荷が転送されるフローティングディフージョン部と、を各々が含む複数の画素が二次元状に配され、
前記複数の画素のうちの第１画素の前記光電変換部と、前記複数の画素のうちの第２画素の前記光電変換部とが第１方向に沿って配され、
前記第１画素の光電変換部と、前記第２画素の光電変換部との間に、前記第１画素の前記電荷蓄積部の少なくとも一部が配され、
前記第１画素の前記導光路の前記出射面は、前記第１方向の長さよりも、前記第１方向に対し平面視で直交する方向である第２方向の長さの方が長いことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記出射面が前記第１方向に延在する短辺と、前記第２方向に延在する長辺とを備え、
前記出射面の前記第１方向に対する長さは、前記短辺の長さであり、
前記出射面の前記第２方向に対する長さは、前記長辺の長さであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記出射面が楕円形であり、
前記出射面の前記第１方向に対する長さは、前記楕円形の短軸の長さであり、
前記出射面の前記第２方向に対する長さは、前記楕円形の長軸の長さであり、
平面視において、前記第１画素の前記出射面の前記長軸と前記第２画素の前記出射面の前記長軸との間に、前記第１画素の前記電荷蓄積部の少なくとも一部が配されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の画素の各々は、
前記光電変換部から電荷が転送される第２電荷蓄積部と、をさらに有し、
平面視において、前記第１画素の光電変換部と前記第２画素の光電変換部との間に、前記第１画素の第２電荷蓄積部の少なくとも一部が配されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素の各々は、
前記光電変換部から電荷が転送される第２電荷蓄積部と、をさらに有し、
前記複数の画素のうちの第３画素の前記光電変換部と、前記第１画素の光電変換部とが、前記第１方向とは平面視において反対の方向である第３方向に沿って配され、
前記第１画素の前記光電変換部と前記第３画素の光電変換部との間に、前記第１画素の前記第２電荷蓄積部の少なくとも一部が配されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素の各々は、
第２光電変換部と、
前記第２光電変換部から電荷が転送される第３電荷蓄積部と、をさらに有し、
前記第１画素の光電変換部と前記第２画素の光電変換部との間に、前記第１画素の前記第３電荷蓄積部の少なくとも一部が配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画素の各々は、
第２光電変換部と、
前記第２光電変換部から電荷が転送される第３電荷蓄積部と、をさらに有し、
前記複数の画素のうちの第３画素の前記光電変換部と、前記第１画素の光電変換部とが、前記第１方向とは平面視において反対の方向である第３方向に沿って配され、
前記第１画素の前記光電変換部と前記第３画素の光電変換部との間に、前記第１画素の前記第３電荷蓄積部の少なくとも一部が配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
光電変換部と、
光が入射する入射面と、前記入射面の光を前記光電変換部に出射する出射面とを備えるとともに、前記出射面が、平面視において、第１方向に対する長さが、前記第１方向に対して直交する第２方向に対する長さよりも短い面である導光路と、
前記光電変換部から電荷が転送される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部から電荷が転送されるフローティングディフージョン部と、
を含む画素を備え、
平面視において、前記出射面の重心である第１重心から延在する、前記第１方向と前記第２方向との角度の二等分線と、前記第１重心から延在する、前記第２方向とは反対の第３方向と、前記第１方向との角度の二等分線との間の領域に、前記電荷蓄積部の重心が位置するように前記電荷蓄積部が配されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記出射面が前記第１方向に延在する短辺と、前記第２方向に延在する長辺とを備え、
前記出射面の前記第１方向に対する長さは、前記短辺の長さであり、
前記出射面の前記第２方向に対する長さは、前記長辺の長さであることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記出射面が矩形であることを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記出射面が楕円形であり、
前記出射面の前記第１方向に対する長さは、前記楕円形の短軸の長さであり、
前記出射面の前記第２方向に対する長さは、前記楕円形の長軸の長さであることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記出射面が六角形であり、
前記出射面の前記第２方向に対する長さは、前記六角形の対角線のうち、最長の対角線の長さであり、
前記出射面の前記第１方向に対する長さは、前記六角形の対角線のうち、前記最長の対角線に対して直交する対角線の長さであることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記画素は、
前記光電変換部から電荷が転送される第２電荷蓄積部と、をさらに有し、
平面視において、前記第１重心から延在する、前記第１方向と前記第２方向との角度の二等分線と、前記第１重心から延在する、前記第２方向とは反対の第３方向と、前記第１方向との角度の二等分線との間の領域に、前記第２電荷蓄積部の重心が位置するように前記第２電荷蓄積部が配されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記画素は、
前記光電変換部から電荷が転送される第２電荷蓄積部と、をさらに有し、
平面視において、前記第１重心から延在する、前記第１方向とは反対の方向である第４方向と前記第２方向との角度の二等分線と、前記第１重心から延在する、前記第３方向と前記第４方向との角度の二等分線との間に、前記第２電荷蓄積部の重心が位置するように前記第２電荷蓄積部が配されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記画素は、
第２光電変換部と、
前記第２光電変換部から電荷が転送される第３電荷蓄積部と、をさらに有し、
平面視において、前記第１重心から延在する、前記第１方向と前記第２方向との角度の二等分線と、前記第１重心から延在する、前記第２方向とは反対の第３方向と、前記第１方向との角度の二等分線との間の領域に、前記第３電荷蓄積部の重心が位置するように前記第３電荷蓄積部が配されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記画素は、
第２光電変換部と、
前記第２光電変換部から電荷が転送される第３電荷蓄積部と、をさらに有し、
平面視において、前記第１重心から延在する、前記第１方向とは反対の方向である第４方向と前記第２方向との角度の二等分線と、前記第１重心から延在する、前記第３方向と前記第４方向との角度の二等分線との間に、前記第３電荷蓄積部の重心が位置するように前記第３電荷蓄積部が配されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部とを備えることを特徴とする撮像システム。
【請求項１８】
請求項６，７、１５、１６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、光電変換部の電荷に基づく信号と、前記第２光電変換部の電荷に基づく信号とから、被写体までの距離情報を生成することを特徴とする撮像システム。
【請求項１９】
移動体であって、
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号に基づいて、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のように、光電変換部と、光電変換部に光を導く導光路とを有する画素を備えた撮像装置が知られている。特許文献１には、第１方向の長さと、第１方向に直交する第２方向の長さとが異なる導光路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２８４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、導光路の出射面と電荷蓄積部との平面視における配置レイアウトに関して検討がなされていない。このため、導光路から電荷蓄積部への光の入射の抑制が充分ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、光電変換部と、前記光電変換部の上部に設けられており、入射面と出射面とを備える導光路と、前記光電変換部から電荷が転送される電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部から電荷が転送されるフローティングディフージョン部と、を各々が含む複数の画素が二次元状に配され、前記複数の画素のうちの第１画素の前記光電変換部と、前記複数の画素のうちの第２画素の前記光電変換部とが第１方向に沿って配され、前記第１画素の光電変換部と、前記第２画素の光電変換部との間に、前記第１画素の前記電荷蓄積部の少なくとも一部が配され、前記第１画素の前記導光路の前記出射面は、前記第１方向の長さよりも、前記第１方向に対し平面視で直交する方向である第２方向の長さの方が長いことを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、導光路から電荷蓄積部への光の入射を充分に抑制した撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】撮像装置の構成を示す図
【図２】画素の回路構成を示す図
【図３】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図４】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図５】画素の断面構造を示す図
【図６】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図７】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図８】画素の一部の平面視レイアウトを示す図と、画素の断面構造を示す図
【図９】画素の回路構成を示す図
【図１０】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図１１】画素の回路構成を示す図
【図１２】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図１３】画素の回路構成を示す図
【図１４】画素の一部の平面視レイアウトを示す図
【図１５】撮像システムの構成を示す図
【図１６】撮像システムの構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に関わる撮像装置の実施形態を説明する。各図面を通じて同一の構成要素には同一の参照符号を付す。また、説明が重複する構成要素については、その説明を省略することもある。また、以下に説明する実施形態は、本発明の態様を例示的に示すものであって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【０００９】
（実施例１）
（撮像装置の構成）
図１は、本実施例の撮像装置を示した図である。本実施例の撮像装置は、列信号線１０、画素２０を有する。画素２０は、画素アレイ１００において、複数行および複数列に渡って配されている。列信号線１０は、画素２０が配された列に対応して配されている。また、撮像装置は垂直走査回路１０１を有する。１行の画素２０に、垂直走査回路１０１から共通の信号が供給されるように、行単位で画素２０と垂直走査回路１０１とが制御線３０を介して接続されている。垂直走査回路１０１は、画素２０の蓄積期間を制御する制御部である。
【００１０】
撮像装置は、列回路部１０２、水平走査回路１０３、出力回路１０４を有する。列回路部１０２は、複数の列回路を備えている。複数の列回路の各々は、複数の列信号線１０の１つに対応して配置されている。複数の列回路の各々は、列信号線１０に出力された信号を増幅した信号を、出力回路１０４に出力する。
【００１１】
水平走査回路１０３は、列回路部１０２が備える複数の列回路を順次選択する。これより、複数の列回路の各々が保持した信号が、順次、出力回路１０４に出力される。出力回路１０４は、撮像装置の外部に信号を出力する。出力回路１０４の出力する信号は、撮像装置が出力する信号である。
【００１２】
撮像装置は、制御回路１０５をさらに有する。制御回路１０５は、垂直走査回路１０１、列回路部１０２、水平走査回路１０３のそれぞれに対し、駆動信号を供給する駆動線を介して接続されている。
【００１３】
（画素の構成）
図２は、画素２０の構成の詳細を示した図である。
【００１４】
画素２０は、１つのフォトダイオード２０１を有する。フォトダイオード２０１は、入射光に対応する信号を生成する光電変換部である。フォトダイオード２０１は、さらに画素２０は、第１転送トランジスタ２０４、第２転送トランジスタ２０５を有する。さらに画素２０は、第１容量素子２０２、フローティングディフージョン部２０３（以下、ＦＤ部２０３と表記する）を有する。第１容量素子２０２は、フォトダイオード２０１が蓄積した信号を保持する電荷蓄積部である。電荷蓄積部である第１容量素子２０２は、第１転送トランジスタ２０４を介して、光電変換部であるフォトダイオード２０１と電気的に接続されている。ＦＤ部２０３は、第２転送トランジスタ２０５を介して、電荷蓄積部である第１容量素子２０２と電気的に接続されている。
【００１５】
画素２０は、リセットトランジスタ２０９を有する。リセットトランジスタ２０９は、電圧源２１１から電源電圧が供給されている。また、リセットトランジスタ２０９は、ＦＤ部２０３に電気的に接続されている。
【００１６】
画素２０は、増幅トランジスタ２１０、選択トランジスタ２０７を有する。増幅トランジスタ２１０の入力ノードに、ＦＤ部２０３が接続されている。
【００１７】
増幅トランジスタ２１０には、電圧源２１１から電源電圧が供給されている。また、増幅トランジスタ２１０は、選択トランジスタ２０７を介して、列信号線１０に電気的に接続されている。
【００１８】
列信号線１０には、不図示の電流源が電気的に接続されている。選択トランジスタ２０７がオン状態にある場合、増幅トランジスタ２１０は、電圧源２１１から供給される電源電圧と、列信号線１０に電気的に接続された電流源とでソースフォロワ回路を構成する。図２では、列信号線１０に出力される信号を、信号Ｖｏｕｔ（ｐ）と表記している。末尾に付す（ｐ）は、列番号を示している。
【００１９】
また、画素２０は、ＰＤリセットトランジスタ２０６をさらに有する。ＰＤリセットトランジスタ２０６には、電圧源２１１から電源電圧が供給されている。
【００２０】
図１に示したように、画素２０と、垂直走査回路１０１とは制御線３０を介して電気的に接続されている。第１転送トランジスタ２０４のゲートには、信号ｐＴＸ１（ｍ）が入力される。以下、画素２０に入力される信号の末尾に付す（ｍ）は、ｍ行目の画素２０に入力される信号であることを指す。また、複数行の画素２０に入力される信号を纏めて表記する場合には、（ｍ）を省略して表記する。
【００２１】
第２転送トランジスタ２０５のゲートには、信号ｐＴＸ２（ｍ）が入力される。
【００２２】
ＰＤリセットトランジスタ２０６のゲートには、信号ｐＯＦＧ（ｍ）が入力される。
【００２３】
複数行の画素２０のそれぞれに入力される信号ｐＴＸ１は、同じタイミングにアクティブレベルとなり、同じタイミングでノンアクティブレベルとなる。また、複数行の画素２０のそれぞれに入力される信号ｐＯＦＧは、同じタイミングにアクティブレベルとなり、同じタイミングでノンアクティブレベルとなる。これにより、本実施例の撮像装置は、フォトダイオード２０１の信号蓄積開始タイミングおよび信号蓄積終了タイミングのそれぞれが全ての画素２０で揃ったグローバル電子シャッタ動作を行う。
【００２４】
リセットトランジスタ２０９のゲートには、信号ｐＲＥＳ（ｍ）が入力される。
【００２５】
選択トランジスタ２０７のゲートには、信号ｐＳＥＬ（ｍ）が入力される。
【００２６】
（導光路と電荷蓄積部とのレイアウト）
図３（ａ）は、図１、図２を用いて説明した画素２０の上面図を示した図である。図３（ａ）では、３行２列の画素２０を示している。
【００２７】
図中の符号は、図２で付した符号と対応している。フォトダイオード２０１に光を導く導光路の出射面をフォトダイオード２０１が形成された半導体基板に投影した面が面３０２ａである。面３０２ａは、矩形とみなすことができる。また、フォトダイオード２０１に光を導く導光路の入射面をフォトダイオード２０１が形成された半導体基板に投影した面が面３０２ｂである。面３０２ａでは、平面視における第１方向であるｙ方向における長さが長さＬｅｎ＿ｂである。また、面３０２ａでは、第１方向に対して、平面視において直交する方向の第２方向であるｘ方向における長さが長さＬｅｎ＿ａである。長さＬｅｎ＿ｂは、長さＬｅｎ＿ａよりも短い。また、面３０２ａは、出射面を半導体基板に投影した面であるから、出射面においても、長さＬｅｎ＿ｂは、長さＬｅｎ＿ａよりも短いものとなっている。
【００２８】
また、隣り合う画素２０の間には、素子分離領域４００が形成されている。この素子分離領域は、ＬＯＣＯＳ法（ＬＯＣＯＳとはＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎの略称）を用いて形成されてもよい。また、素子分離領域の別の形成方法として、ＳＴＩ法（ＳＴＩはＳｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎの略称）を用いてもよい。また、ＰＮ接合を用いた素子分離領域としてもよい。素子分離領域４００は、その他の種々の形成方法が利用可能である。
【００２９】
図４は、図３（ａ）に示した平面図に対し、上層（入射面側）から俯瞰した平面図である。フォトダイオード２０１よりも外側の領域は、画素２０が備える遮光部４０１によって遮光されている。フォトダイオード２０１の上部は、遮光部４０１が形成されない開口部となっている。開口部の長辺と、出射面３０２ｘの長辺とは平行である。また、開口部の短辺と、出射面３０２ｘの短辺とは平行である。遮光部４０１は、タングステンなど、光を遮る部材を使用することができる。
【００３０】
（画素の断面図）
図５は、図３（ａ）で示した画素２０の断面図を示した図である。
【００３１】
図５（ａ）は、図３（ａ）で示したＡ−Ｂの線の断面図を示した図である。
【００３２】
フォトダイオード２０１、第１容量素子２０２は、半導体基板６００に形成されている。
【００３３】
第１容量素子２０２、第１転送トランジスタ２０４は、遮光部４０１によって遮光されている。
【００３４】
配線４０２、配線４０３、配線４０４の間には、不図示の層間絶縁層が形成されている。層間絶縁層には、屈折率約１．５のシリコン酸化膜（ＳｉＯ）を用いる。
【００３５】
導光路３０２は、フォトダイオード２０１の上部に形成されている。導光路３０２は入射面３０２ｙ、出射面３０２ｘを備える。
【００３６】
画素２０はさらに、カラーフィルタ５００、マイクロレンズ５０１、層内レンズ５０２を有する。入射面３０２ｙには、マイクロレンズ５０１、カラーフィルタ５００、層内レンズ５０２を透過した光が入射する。
【００３７】
第１方向における出射面３０２ｘの長さは、上述の通り長さＬｅｎ＿ｂである。
【００３８】
図５（ｂ）は、図３（ａ）で示したＣ−Ｄの線の断面図を示した図である。第２方向における出射面３０２ｘの長さは、上述の通り長さＬｅｎ＿ａである。長さＬｅｎ＿ｂは、長さＬｅｎ＿ａよりも短い長さである。
【００３９】
導光路３０２は、屈折率約１．８のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を用いる。導光路３０２の内部から、導光路３０２と層間絶縁層の界面に、所定の角度で入射した光は、導光路３０２の内部に全反射する。よって、導光路３０２は、入射面３０２ｙに入射した光を、層間絶縁層への光の漏出を抑制しながら、出射面３０２ｘに導くことができる。
【００４０】
よって、導光路３０２が設けられていることにより、導光路３０２が設けられていない場合に比べて、フォトダイオード２０１に入射する光の量が増加する。したがって、導光路３０２が設けられていることにより、導光路３０２が設けられていない場合に比べて、フォトダイオード２０１の感度が向上する。
【００４１】
しかし、導光路３０２から層間絶縁層に光が漏出する場合がある。この漏出した光が、第１容量素子２０２に入射すると、この光によって、第１容量素子２０２で新たに電荷が発生する。第１容量素子２０２が、フォトダイオード２０１が生成した電荷を保持している場合、この第１容量素子２０２で新たに発生した電荷は、フォトダイオード２０１が電荷を生成した期間とは別の期間に生成した電荷となる。したがって、第１容量素子２０２が電荷を生成した場合に得られる画像は、本来のフォトダイオード２０１の電荷生成期間とは異なる期間の信号が混入することによって、画質が本来の画像に対し低下したものとなる。
【００４２】
本実施例の撮像装置は、この導光路３０２から第１容量素子２０２への光の入射を抑制するための、導光路３０２と第１容量素子２０２の配置レイアウトを検討したものである。
【００４３】
導光路３０２から第１容量素子２０２への光の入射を抑制するためには、出射面３０２ｘを半導体基板に投影した面３０２ｂと、第１容量素子２０２との間の距離を、画素２０のサイズの制約がある中で、最大化することが好ましい。具体的には、面３０２ｂの重心から、第１方向と第２方向との角度を二等分する第１線と、第２方向とは反対の第３方向と、第１方向との角度を二等分する第２線との間の領域に、第１容量素子２０２の重心が位置するようにする。
【００４４】
図３（ａ）を用いて説明する。線ＬＺ１は、面３０１ａの平面視における重心Ｚ１から延在する、第１方向と第２方向の角度の二等分線である。線ＬＺ２は、面３０１ａの平面視における重心Ｚ１から延在する、第２方向とは反対の第３方向と、第１方向との角度の二等分線である。第１容量素子２０２の重心Ｚ２は、この線ＬＺ１と線ＬＺ２との間の領域に位置する。
【００４５】
別の観点で言えば、導光路３０２の出射面３０２ｘを半導体基板に投影した面３０２ａの長辺３１０と短辺３１５のうち、長辺３１０に近接するように、第１容量素子２０２を配置する。より具体的には、面３０２ａの長辺３１０と、第１方向で隣り合う画素２０との間に形成された素子分離領域４００との間に第１容量素子２０２を配置する。この長辺３１０は、面３０２ａにおいて、第２方向に延在する長さであって、かつ短辺３１５よりも長い長さを備える部分である。
【００４６】
出射面３０２ｘが矩形ではない場合、たとえば、矩形の各頂点が曲率を有する形状の場合における辺の長さの規定の仕方を説明する。図３（ｂ）に示したように、この場合には、出射面３０２ｘの第１辺と、第１辺に交差する方向に延在する第２辺とを、曲率を有する頂点を越えてそれぞれ延在させる。同様に、第３辺と、第３辺に交差する方向に延在する第４辺とを、曲率を有する頂点を越えてそれぞれ延在させる。この交差した交点同士の距離を、辺の長さとして取り扱うことができる。
【００４７】
また、別の観点で言えば、第１画素のフォトダイオード２０１と、第２画素のフォトダイオード２０１は第１方向に沿って配されている。この第１画素のフォトダイオード２０１と第２画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の第１容量素子２０２が配されている。そして、第１画素の導光路３０２の出射面３０２ｘは、第１方向の長さである長さＬｅｎ＿ｂよりも、第１方向に対し平面視において直交する方向である第２方向の長さである長さＬｅｎ＿ａの方が長い。
【００４８】
なお、第２方向と、出射面３０２ｘの長辺との方向が一致しない場合がある。この場合には、出射面３０２ｘにおいて、第２方向における最長の長さに当てはめることができる。同じく、第１方向と、出射面３０２ｘの短辺との方向が一致しない場合がある。この場合には、出射面３０２ｘにおいて、第１方向における最長の長さに当てはめることができる。
【００４９】
図６（ａ）、図６（ｂ）はそれぞれ、フォトダイオード２０１、第１容量素子２０２、面３０２ａの平面レイアウトを示した図である。
【００５０】
図６（ａ）は、図３（ａ）と同じく、第１容量素子２０２の重心Ｚ２が、この線ＬＺ１と線ＬＺ２との間の領域に位置する例である。一方、図６（ｂ）は、第１容量素子２０２の重心Ｚ２が、この線ＬＺ１と線ＬＺ２との間の領域に位置しない例である。
【００５１】
別の観点で言えば、図６（ａ）は、第１方向で隣り合う画素２０との間に形成された素子分離領域４００と、長辺３１０との間に第１容量素子２０２を配置した例である。一方、図６（ｂ）は、第２方向で隣り合う画素２０との間に形成された素子分離領域４００と、短辺３１５との間に第１容量素子２０２を配置した例である。
【００５２】
図６（ａ）において、第１容量素子２０２と面３０２ａとの間の距離を距離Ａとして示している。一方、図６（ｂ）においては、第１容量素子２０２と面３０２ａとの間の距離を距離Ｂとして示している。距離Ａは、距離Ｂよりも大きい。
【００５３】
第１容量素子２０２の重心Ｚ２が、この線ＬＺ１と線ＬＺ２との間の領域に位置するように配置する。これにより、第１容量素子２０２の重心Ｚ２が、この線ＬＺ１と線ＬＺ２との間の領域に位置しない配置に対し、第１容量素子２０２を導光路３０２の出射面３０２ｘから離して配置することができる。
【００５４】
別の観点で言えば、第１方向で隣り合う画素２０との間に形成された素子分離領域４００と、長辺３１０との間に第１容量素子２０２を配置することで、図６（ｂ）の配置に対し、第１容量素子２０２を導光路３０２の出射面３０２ｘから離すことができる。
【００５５】
これにより、導光路３０２から第１容量素子２０２に入射する光を低減することができる。よって、面３０２ａの短辺に近接するように第１容量素子２０２を配置した場合に比べて、導光路３０２から第１容量素子２０２に光が入射することによって生じる画質の低下を抑制することができる。
【００５６】
フォトダイオード２０１に入射する光量を増加させる、つまり感度を高くするには、出射面３０２ｘの面積を大きくすることが好ましい。しかし、出射面３０２ｘの面積の拡大は、第１容量素子２０２に入射する光量の増加につながる。そのため、本発明のように、第１容量素子２０２を、出射面３０２ｘから離れたレイアウトとすることにより、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。
【００５７】
なお、本実施例では、面３０２ａの第１方向、第２方向のそれぞれに沿って、画素２０が配列されていたが、この例に限定されるものではない。画素２０の配列方向は、第１方向に対応する方向と、第２方向に対応する方向であればよい。この対応する方向とは、例えば第１方向に対応する方向は第２方向よりも第１方向に近い角度であり、典型的には第１方向に対してプラスマイナス１０度以内の方向である。
【００５８】
なお、第１容量素子２０２の構造は本実施例のものに限定されるものでは無い。例えば、複数のポリシリコンに間に絶縁層を挟むことによって形成されたＰＩＰ容量であってもよい。
【００５９】
（実施例２）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
図７（ａ）、図７（ｂ）のそれぞれは、図３（ａ）を用いて説明した出射面３０２ａの形状がそれぞれ、多角形の１例である六角形と、楕円形である場合を示した図である。入射面３０２ｂの形状は、出射面３０２ａの相似形であって、出射面３０２ａよりも大きい形状である。
【００６１】
図７（ａ）の長さＬｅｎ＿ａは、六角形の対角線を結ぶ線のうち、最長の対角線の長さを示している。長さＬｅｎ＿ｂは、六角形の対角線を結ぶ線のうち、最長の対角線に対して直交する対角線の長さを示している。長さＬｅｎ＿ｂは、長さＬｅｎ＿ａよりも短い。
【００６２】
図７（ａ）においても、第１容量素子２０２の重心Ｚ２は、第１線ＬＺ１、第２線ＬＺ２との間の領域に位置している。
【００６３】
また、別の観点では、図７（ａ）の例では、面３０２ａの第２方向に延在する最長の対角線と、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）との間に、第１容量素子２０２が配されている。
【００６４】
また、別の観点で言えば、第１画素のフォトダイオード２０１と、第２画素のフォトダイオード２０１は第１方向に沿って配されている。この第１画素のフォトダイオード２０１と第２画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の第１容量素子２０２が配されている。そして、第１画素の導光路３０２の出射面３０２ｘは、第２方向の長さである最長の対角線の方が、第１方向の長さである、最長の対角線に対して直交する対角線よりも長い。なお、第２方向と、出射面３０２ｘの対角線との方向が一致しない場合がある。この場合には、出射面３０２ｘにおいて、第２方向における最長の長さに当てはめることができる。同じく、第１方向と、出射面３０２ｘの対角線との方向が一致しない場合がある。この場合には、出射面３０２ｘにおいて、第１方向における最長の長さに当てはめることができる。
【００６５】
これにより、実施例１で述べた、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。
【００６６】
図７（ｂ）の長さＬｅｎ＿ａは、楕円形の面３０２ａの長軸の長さを示している。長さＬｅｎ＿ｂは、楕円形の面３０２ａの短軸の長さを示している。長さＬｅｎ＿ｂは、長さＬｅｎ＿ａよりも短い。
【００６７】
図７（ｂ）においても、第１容量素子２０２の重心Ｚ２は、第１線ＬＺ１、第２線ＬＺ２との間の領域に位置している。
【００６８】
また、別の観点では、図７（ｂ）の例では、面３０２ａの第２方向に延在する長軸と、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）との間に、第１容量素子２０２が配されている。
【００６９】
また、別の観点で言えば、第１画素のフォトダイオード２０１と、第２画素のフォトダイオード２０１は第１方向に沿って配されている。この第１画素のフォトダイオード２０１と第２画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の第１容量素子２０２が配されている。そして、第１画素の導光路３０２の出射面３０２ｘは、第１方向の長さである短軸よりも、第１方向に対し平面視において直交する方向である第２方向の長さである長軸の方が長い。なお、第２方向と、出射面３０２ｘの長軸との方向が一致しない場合がある。この場合には、出射面３０２ｘにおいて、第２方向における最長の長さに当てはめることができる。同じく、第１方向と、出射面３０２ｘの短軸との方向が一致しない場合がある。この場合には、出射面３０２ｘにおいて、第１方向における最長の長さに当てはめることができる。
【００７０】
これにより、実施例１で述べた、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。
【００７１】
（実施例３）
本実施例の撮像装置について、実施例２と異なる点を中心に説明する。
【００７２】
実施例２の撮像装置では、入射面３０２ｂの形状は、出射面３０２ａの形状に対し相似の関係であった。本実施例の撮像装置では、入射面３０２ｂの形状と、出射面３０２ａの形状は相似の関係にはない。
【００７３】
図８（ａ）は、入射面３０２ｂの形状は正方形であって、出射面３０２ａの形状は長方形である例を示している。
【００７４】
図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるｘ方向（第２方向）に平行な面の断面図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）におけるｙ方向（第１方向）に平行な面の断面図である。図８（ｂ）と図８（ｃ）を比較すると、導光路３０２のテーパー角は、図８（ｂ）の方が、図８（ｃ）に比べて急峻である。すなわち、第２方向に平行な面における、導光路３０２のテーパー角は、第１方向に平行な面における、導光路３０２のテーパー角よりも急峻である。導光路３０２の側面から層間絶縁層への光の漏出は、テーパー角が急峻になるにつれて、低減される。本実施例の撮像装置は、導光路３０２のテーパー角を、第１容量素子２０２が配される側の方が、第１容量素子２０２が配されていない側に比べて急峻になるようにする。これにより、本実施例の撮像装置は、導光路３０２の側面からの第１容量素子２０２への光の入射を、入射面３０２ｂの形状が、出射面３０２ａの形状に対し相似の関係にある場合に対して、より低減することができる。
【００７５】
図８（ｄ）では、入射面３０２ｂの形状が正多角形であり、出射面３０２ａの形状が多角形である。図８（ｅ）では、入射面３０２ｂの形状が正円形であり、出射面３０２ａの形状が楕円形である。図８（ｄ）、図８（ｅ）の両方とも、導光路３０２のテーパー角を、第１容量素子２０２が配される側の方が、第１容量素子２０２が配されていない側に比べて急峻になるようにしている。これにより、図８（ｄ）、図８（ｅ）の形状の導光路３０２を備える撮像装置もまた、導光路３０２の側面からの第１容量素子２０２への光の入射を、入射面３０２ｂの形状が、出射面３０２ａの形状に対し相似の関係にある場合に対して、より低減することができる。
【００７６】
（実施例４）
図９は、本実施例の撮像装置の画素２０の回路図である。本実施例の撮像装置の画素２０は、フォトダイオード２０１に対し、トランジスタ２０４−１を介して接続された容量素子２０２−１と、フォトダイオード２０１に対し、トランジスタ２０４−２を介して接続された容量素子２０２−２とを有する。容量素子２０２−１は、トランジスタ２０５−１を介して、ＦＤ部２０３に接続される。容量素子２０２−２は、トランジスタ２０５−２を介して、ＦＤ部２０３に接続される。
【００７７】
また、トランジスタ２５０が、ＦＤ部２０３に接続される。トランジスタ２５０のゲートに入力される信号ｐＡＤＤがアクティブレベルとなると、トランジスタ２５０がオンし、トランジスタ２５０が有する容量と、ＦＤ部２０３の容量との合成容量が、増幅トランジスタ２１０に接続される。つまり、トランジスタ２５０のオン、オフによって、増幅とランジスタ２１０に接続される容量を変更することができる。これにより、本実施例の画素２０は、ＦＤ部２０３に転送される電荷を、増幅トランジスタ２１０のゲートの電圧に変換する電荷電圧変換係数を変更することができる。
【００７８】
図１０は、容量素子２０２−１、容量素子２０２−２と、面３０２ａとの配置を示した図である。図１０に示した符号は、図９に示した符号と対応している。図１０（ａ）では、容量素子２０２−１と容量素子２０２−２は、第２方向に沿って配置されている。図１０（ａ）では、容量素子２０２−１の重心Ｚ２−１と、容量素子２０２−２の重心Ｚ２−２の両方が、第１線ＬＺ１と第２線ＬＺ２との間の領域に位置している。
【００７９】
また、別の観点では、図１０（ａ）の例では、面３０２ａの第２方向に延在する長辺３１０と、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）との間に、容量素子２０２−１、容量素子２０２−２が配されている。
【００８０】
これにより、２つの容量素子２０２−１、２０２−２を備える図１０（ａ）の画素２０を備える撮像装置もまた、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。
【００８１】
図１０（ｂ）では、容量素子２０２−１と容量素子２０２−２は、第１方向に沿って配置されている。容量素子２０２−１の重心Ｚ２−１は、第１線ＬＺ１と第２線ＬＺ２との間の領域に位置している。
【００８２】
第３線ＬＺ３は、第１方向とは反対の第４方向と、第２方向とは反対の第３方向との角度を二等分する二等分線である。第４線ＬＺ４は、第１方向とは反対の第４方向と、第２方向との角度を二等分する二等分線である。容量素子２０２−２の重心Ｚ２−２は、第３線ＬＺ３と第４線ＬＺ４との間の領域に位置している。
【００８３】
また、別の観点では、図１０（ｂ）の例では、第１方向で隣り合う画素の間の第２方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）と、面３０２ａの第２方向に延在する長辺３１０−１との間に、容量素子２０２−１が配されている。また、画素２０に対して第４方向で隣り合う画素と画素２０との間に設けられた、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）と、面３０２ａの第２方向に延在する長辺３１０−２との間に、容量素子２０２−２が配されている。長辺３１０−１と長辺３１０−２は、対向する辺である。
【００８４】
また、別の観点で言えば、本実施例の導光路３０２を有する画素２０においても、図３（ａ）に示したように二次元状に配置することができる。第１画素のフォトダイオード２０１と、第２画素のフォトダイオード２０１は第１方向に沿って配されている。図１０（ａ）の例では、この第１画素のフォトダイオード２０１と第２画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の第１容量素子２０２−１と第２容量素子２０２−２が配されている。
【００８５】
図１０（ｂ）の例では、第１画素のフォトダイオード２０１と、第３画素のフォトダイオード２０１は、第１方向とは反対の方向である第３方向に沿って配されている。この第１画素のフォトダイオード２０１と第３画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の第２容量素子２０２−２が配されている。また、第１画素のフォトダイオード２０１と第２画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の第１容量素子２０２−１が配されている。
【００８６】
これにより、２つの容量素子２０２−１、２０２−２を備える図１０（ｂ）の画素２０を備える撮像装置もまた、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。
【００８７】
本実施例の撮像装置は、容量素子２０２−１、容量素子２０２−２を有する。この撮像装置では、ｎフレームの電荷蓄積期間にフォトダイオード２０１が蓄積した電荷を、容量素子２０２−１が保持し、ｎ＋１フレームの電荷蓄積期間にフォトダイオード２０１が蓄積した電荷を、容量素子２０２−２が保持する動作を行うことができる。これにより、全ての行の画素２０の、ｎフレームの信号の出力を終える前に、ｎ＋１フレームにフォトダイオード２０１が蓄積した電荷を容量素子２０２−２に出力することが可能になる。これにより、ｎフレームとｎ＋１フレームとの間で、フォトダイオード２０１が電荷蓄積を行わない期間を設けないようにすることができる。また、画素２０が容量素子２０２−２を有することにより、ｎ＋１フレームの期間におけるフォトダイオード２０１の電荷の蓄積において、容量素子２０２−２への電荷の転送を行いながら、フォトダイオード２０１が電荷を生成することが可能になる。これにより、フォトダイオード２０１の飽和容量よりも多くの電荷を、容量素子２０２−２に保持させることができる。なお、このｎ＋１フレームの電荷蓄積期間にフォトダイオード２０１が蓄積した電荷を、容量素子２０２−１が保持させる動作は、フォトダイオード２０１から容量素子２０２−２への転送動作を繰り返すようにしてもよい。この転送動作の繰り返しは、信号ＰＴＸ２をノンアクティブレベル、アクティブレベル、ノンアクティブレベルと順に遷移させる動作を繰り返すことによって行うことができる。これにより、フォトダイオード２０１のみの電荷蓄積では飽和に達する高輝度の光がフォトダイオード２０１に入射した場合においても、その輝度に対応した電荷を、容量素子２０２−２が保持できる。また、信号ＰＴＸ１についても同じく、ノンアクティブレベル、アクティブレベル、ノンアクティブレベルと順に遷移させる動作を繰り返してもよい。これにより、容量素子２０２−１においてもまた、フォトダイオード２０１の飽和容量よりも多くの電荷を保持させることができる。
【００８８】
（実施例５）
本実施例の撮像装置について、実施例４と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置は、１つの画素に、複数のフォトダイオードが形成されている。この複数のフォトダイオードは、１つのマイクロレンズを透過した光が入射するように配置されている。複数のフォトダイオードは、射出瞳の互いに異なる領域を透過した光が入射する。複数のフォトダイオードの一方が生成した電荷に基づく信号と、他方が生成した電荷に基づく信号とによって、位相差が検出される。この検出された位相差によって、撮像装置に光を入射させる光学系を、被写体に対してピントを合わせるオートフォーカス動作を行うことができる。
【００８９】
図１１は、本実施例の画素２０−２の回路図である。画素２０−２は、フォトダイオード２０１−１、フォトダイオード２０１−２を有する。このフォトダイオード２０１−１、フォトダイオード２０１−２は、１つのマイクロレンズを透過した光が入射するように配置されている。
【００９０】
フォトダイオード２０１−１には、転送トランジスタ２０４−３と、ＰＤリセットトランジスタ２０６−１とが接続されている。容量素子２０２−３は、転送トランジスタ２０４−３を介してフォトダイオード２０１−１に接続されている。また、容量素子２０２−３は、転送トランジスタ２０５−３を介してＦＤ部２０３に接続されている。
【００９１】
フォトダイオード２０１−２には、転送トランジスタ２０４−４と、ＰＤリセットトランジスタ２０６−２とが接続されている。容量素子２０２−４は、転送トランジスタ２０４−４を介してフォトダイオード２０１−２に接続されている。また、容量素子２０２−４は、転送トランジスタ２０５−４を介してＦＤ部２０３に接続されている。
【００９２】
図１２は、図１１に示した画素２０−２のフォトダイオード２０１−１、フォトダイオード２０１−２、転送トランジスタ２０４−３、転送トランジスタ２０４−４、容量素子２０２−３、容量素子２０２−４、面３０２ａのレイアウトを示した図である。
【００９３】
面３０２ａの重心Ｚ１から延在する第１線ＬＺ１と第２線ＬＺ２との間の領域に、容量素子２０２−３の重心Ｚ２−３と、容量素子２０２−４の重心Ｚ２−４が位置している。
【００９４】
また、面３０２ａの長辺３１０と、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）との間に、容量素子２０２−３、容量素子２０２−４が配されている。
【００９５】
これにより、本実施例の撮像装置もまた、実施例４の撮像装置と同じく、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。また、本実施例の撮像装置、１つのマイクロレンズに対して複数のフォトダイオードが設けられている。これにより、本実施例の撮像装置は、位相差を検出したオートフォーカス動作を行うことができる。
【００９６】
（実施例６）
本実施例について、実施例５と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置もまた、１つのマイクロレンズに対し、複数のフォトダイオードが設けられた画素を有する。本実施例の撮像装置の画素は、複数のフォトダイオードの１つずつに対し、複数の容量素子２０２が接続された構成を備える点で、実施例５の撮像装置とは異なる。
【００９７】
図１３は、本実施例の撮像装置の画素の回路図である。画素２０−３は、フォトダイオード２０１−３、フォトダイオード２０１−４を有する。このフォトダイオード２０１−３、フォトダイオード２０１−４は、１つのマイクロレンズを透過した光が入射するように配置されている。この複数のフォトダイオードは、射出瞳の互いに異なる領域を透過した光が入射する。複数のフォトダイオードの一方が生成した電荷に基づく信号と、他方が生成した電荷に基づく信号とによって、位相差が検出される。この検出された位相差によって、撮像装置に光を入射させる光学系を、被写体に対してピントを合わせるオートフォーカス動作を行うことができる。
【００９８】
フォトダイオード２０１−３は、転送トランジスタ２０４−５を介して容量素子２０２−５に接続されている。また、フォトダイオード２０１−３は、転送トランジスタ２０４−６を介して容量素子２０２−６に接続されている。また、フォトダイオード２０１−３は、ＰＤリセットトランジスタ２０６−３に接続されている。
【００９９】
容量素子２０２−５は、転送トランジスタ２０５−５を介してＦＤ部２０３−１に接続されている。また、容量素子２０２−６は、転送トランジスタ２０５−６を介してＦＤ部２０３−１に接続されている。
【０１００】
ＦＤ部２０３−１は、増幅トランジスタ２１０−１のゲートに接続されている。増幅トランジスタ２１０−１は、選択トランジスタ２０７−１を介して、列信号線１０−１に接続されている。
【０１０１】
フォトダイオード２０１−４は、転送トランジスタ２０４−７を介して容量素子２０２−７に接続されている。また、フォトダイオード２０１−４は、転送トランジスタ２０４−８を介して容量素子２０２−８に接続されている。また、フォトダイオード２０１−４は、ＰＤリセットトランジスタ２０６−４に接続されている。
【０１０２】
容量素子２０２−７は、転送トランジスタ２０５−７を介してＦＤ部２０３−２に接続されている。また、容量素子２０２−８は、転送トランジスタ２０５−８を介してＦＤ部２０３−２に接続されている。
【０１０３】
ＦＤ部２０３−２は、増幅トランジスタ２１０−２のゲートに接続されている。増幅トランジスタ２１０−２は、選択トランジスタ２０７−２を介して、列信号線１０−２に接続されている。
【０１０４】
図１４は、図１３に示した画素２０−２のうち、フォトダイオード２０１−３、２０１−４、転送トランジスタ２０４−５、２０４−６、２０４−７、２０４−８、容量素子２０２−５、２０２−６、２０２−７、２０２−８のレイアウトを示した図である。図１４に示している各符号は、図１３に示した各符号に対応している。
【０１０５】
図１４（ａ）に示した画素２０−３は、長方形のフォトダイオード２０１−３、２０１−４を有する。面３０４ａの重心Ｚ１から延在する第１線ＬＺ１と、第２線ＬＺ２との間の領域に、容量素子２０２−５の重心Ｚ２−５と、容量素子２０２−７の重心Ｚ２−６とが位置している。また、面３０４ａの重心Ｚ１から延在する第３線ＬＺ３と、第４線ＬＺ４との間の領域に、容量素子２０２−６の重心Ｚ２−７と、容量素子２０２−８の重心Ｚ２−８とが位置している。第３線ＬＺ３は、第３方向と第４方向との角度を二等分する線である。第４線ＬＺ４は、第２方向と第４方向との角度を二等分する線である。
【０１０６】
また、画素２０−３に対して第１方向で隣り合う画素との間の、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域（実施例１を参照）と、面３０２ａの長辺３１０−１との間に、容量素子２０２−５、容量素子２０２−７が配されている。そして、画素２０−３に対して第４方向で隣り合う画素との間の、第２方向に延在する素子分離領域と、面３０２ａの長辺３１０−２との間に、容量素子２０２−６、容量素子２０２−８が配されている。
【０１０７】
図１４（ｂ）は、図１３の画素２０−３の他の例のレイアウトを示した図である。容量素子２０２−５、２０２−６、２０２−７、２０２−８は、第２方向に延在する部分に対し、第１方向あるいは第４方向に延在する部分をさらに有する。この例においても、容量素子２０２−５の重心Ｚ２−５と、容量素子２０２−７の重心Ｚ２−６が、第１線ＬＺ１と第２線ＬＺ２との間の領域に位置するようにする。また、容量素子２０２−６の重心Ｚ２−６と、容量素子２０２−８の重心Ｚ２−８が、第３線ＬＺ３と第４線ＬＺ４との間の領域に位置するようにする。
【０１０８】
また、画素２０−３に対して第１方向で隣り合う画素との間の、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域と、面３０２ａの長辺３１０−１との間に、容量素子２０２−５、容量素子２０２−７が配されている。そして、画素２０−３に対して第４方向で隣り合う画素との間の、第２方向に対応する方向に延在する素子分離領域と、面３０２ａの長辺３１０−２との間に、容量素子２０２−６、容量素子２０２−８が配されている。
【０１０９】
また、別の観点で言えば、本実施例の導光路３０２を有する画素２０においても、図３（ａ）に示したように二次元状に配置することができる。第１画素のフォトダイオード２０１と、第２画素のフォトダイオード２０１は第１方向に沿って配されている。図１４（ａ）、図１４（ｂ）の例では、この第１画素のフォトダイオード２０１と第２画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の容量素子２０２−５、２０２−７が配されている。また、第１画素のフォトダイオード２０１と、第３画素のフォトダイオード２０１は、第１方向とは反対の方向である第３方向に沿って配されている。この第１画素のフォトダイオード２０１と第３画素のフォトダイオード２０１との間に、第１画素の容量素子２０２−６、２０２−８が配されている。
【０１１０】
本実施例の撮像装置もまた、図１４（ａ）、図１４（ｂ）のレイアウトを備えることによって、感度の向上と、画質の低下の抑制との効果を両立することができる。
【０１１１】
（実施例７）
本発明に係る撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図１５に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
【０１１２】
本実施例は、上述した各実施例の撮像装置を撮像装置１５０４として有する撮像システムに関する。
【０１１３】
図１５に例示した撮像システムは、レンズの保護のためのバリア１５０１、被写体の光学像を撮像装置１５０４に結像させるレンズ１５０２、レンズ１５０２を通過する光量を可変にするための絞り１５０３を有する。レンズ１５０２、絞り１５０３は撮像装置１５０４に光を集光する光学系である。また、図１５に例示した撮像システムは撮像装置１５０４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部１５０５を有する。出力信号処理部１５０５は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。
【０１１４】
出力信号処理部１５０５は、撮像装置１５０４が出力する信号を用いて、画像を生成する動作を行う。
【０１１５】
図１５に例示した撮像システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５０６、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５０７を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５０９、記録媒体１５０９に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部１５０８を有する。さらに撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御演算部１５１０、撮像装置１５０４と出力信号処理部１５０５に各種タイミング信号を出力するタイミング供給部１５１１を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１５０４と、撮像装置１５０４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部１５０５とを有すればよい。
【０１１６】
また、実施例５、実施例６で述べたような、画素２０が１つのマイクロレンズに対し、複数のフォトダイオードを有する場合がある。この場合には、出力信号処理部１５０５は、画素２０のうち、一方のフォトダイオードが生成した電荷に基づく信号と、他方のフォトダイオードが生成した電荷に基づく信号とを処理する。これにより、撮像装置１５０４から被写体までの距離情報を取得することができる。なお、１つのマイクロレンズに対し、さらに多くのフォトダイオードが設けられていてもよい。つまり、出力信号処理部１５０５は、１つのマイクロレンズに対応して設けられた複数の光電変換部の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号と、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号とを用いる。出力信号処理部１５０５は、この２つの信号によって、撮像装置１５０４から被写体までの距離情報を取得するようにすればよい。この場合、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を、複数の光電変換部が生成した電荷の和に基づく信号から、一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を差し引くことで得るようにしてもよい。
【０１１７】
出力信号処理部１５０５は、撮像装置１５０４が形成された第１の半導体基板とは別の第２の半導体基板に設けられている。この第１の半導体基板と第２の半導体基板とはそれぞれ別々のチップとしても良いし、積層して１つのチップとしても良い。
【０１１８】
以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置１５０４を適用して撮像動作を行うことが可能である。
【０１１９】
（実施例８）
図１６（Ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム１０００は、上述した各実施例の撮像装置を撮像装置１０１０として備える撮像システムである。撮像システム１０００は、撮像装置１０１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部１０３０と、撮像システム１０００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の取得を行う視差取得部１０４０を有する。
【０１２０】
この視差の取得は、撮像システム１０００が、複数の撮像装置１０１０を有するステレオカメラの形態の場合には、複数の撮像装置１０１０のそれぞれから出力される信号を用いて行うことができる。また、撮像システムが、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を備える撮像装置１０１０を備える場合がある。この場合、視差取得部１０４０は、複数のフォトダイオードの一部が生成した電荷に基づく信号と、複数のフォトダイオードの他の一部が生成した電荷に基づく信号とを処理することによって視差を取得する。つまり、視差取得部１０４０は、１つのマイクロレンズに対応して設けられた複数の光電変換部の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号と、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号とを用いて視差を取得するようにすればよい。この場合、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を、複数の光電変換部が生成した電荷の和に基づく信号から、一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を差し引くことで得るようにしてもよい。
【０１２１】
撮像システム１０００は、取得された視差に基づいて対象物までの距離を取得する距離取得部１０５０と、取得された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部１０６０と、を有する。ここで、視差取得部１０４０や距離取得部１０５０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部１０６０はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、距離情報取得手段は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などによって実現されてもよい。また、距離情報取得手段は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣの組合せによって実現されてもよい。
【０１２２】
撮像システム１０００は車両情報取得装置１３１０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ１４１０と接続されている。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置１４２０とも接続されている。例えば、衝突判定部１０６０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ１４１０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１４２０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【０１２３】
本実施形態では車両の周囲、例えば前方または後方を撮像システム１０００で撮像する。
【０１２４】
図１６（Ｂ）に、車両前方を撮像する場合の撮像システムを示した。また、上記では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１２５】
なお、上記実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、これまで述べた各実施例を種々組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０  列信号線
２０  画素
３０  制御線
２０１  フォトダイオード
２０４  転送トランジスタ
３０２ａ  導光路の出射面を半導体基板に投影した面
３０２ｂ  導光路の入射面を半導体基板に投影した面
３１０  長辺
３１５  短辺
４００  素子分離領域
【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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