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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-16
(45)【発行日】2024-02-27
(54)【発明の名称】固体撮像素子および電子機器
(51)【国際特許分類】
H04N 25/76 20230101AFI20240219BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240219BHJP
H04N 25/583 20230101ALI20240219BHJP
H04N 25/778 20230101ALI20240219BHJP
H04N 25/46 20230101ALI20240219BHJP
【ＦＩ】
H04N25/76
H01L27/146 A
H01L27/146 D
H04N25/583
H04N25/778
H04N25/46
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2022177150
(22)【出願日】2022-11-04
(62)【分割の表示】P 2019555261の分割
【原出願日】2018-11-12
(65)【公開番号】P2023015206
(43)【公開日】2023-01-31
【審査請求日】2022-11-07
(31)【優先権主張番号】P 2017224138
(32)【優先日】2017-11-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121131
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082131
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 義雄
(74)【代理人】
【識別番号】100168686
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 勇介
(72)【発明者】
【氏名】星野 幸三
【審査官】三沢 岳志
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５０５８３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－０６２７８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０１２１２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／２０３９７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１３３４６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２０６２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０６５３３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０４５９０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７７４２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５２０４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８０６８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１２４６１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１２６３２６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ２５／７６
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｈ０４Ｎ ２５／５８３
Ｈ０４Ｎ ２５／７７８
Ｈ０４Ｎ ２５／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
同色のカラーフィルタを有する画素セットを、複数の色に対応して複数有し、各画素セットは４個の画素を含み、前記４個の画素の各々は２個の光電変換部を含み、
各画素セットは、前記画素セット内の前記４個の画素全ての２個の光電変換部に接続される電荷保持部をさらに含む
固体撮像素子。
【請求項2】
各画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された前記２個の光電変換部を含み、各画素の前記２個の光電変換部の配置方向は、同じ方向である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項3】
前記画素の光電変換部の配置方向は、全ての前記画素セットで同じ方向である請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項4】
各画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された前記２個の光電変換部を含み、各画素セット内の水平方向にある２個の画素の前記２個の光電変換部の配置方向は、同じ方向である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項5】
各画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された前記２個の光電変換部を含み、各画素セット内の水平方向に配置された２個の画素の前記光電変換部の配置方向は、直交する方向である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項6】
各画素の前記２個の光電変換部は、絶縁層によって互いに絶縁されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項7】
各画素の前記２個の光電変換部は、前記２個の光電変換部の導電型と反対の導電型の不純物層によって互いに絶縁されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項8】
前記不純物層は、画素境界におけるポテンシャル障壁よりも低いポテンシャル障壁を形成する請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項9】
複数の前記画素セットのうちの一部の画素セットには遮光膜が形成されており、前記遮光膜は、画素セット内の全ての画素を部分的に遮光している請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項10】
複数の前記画素セットのうちの一部の画素セットには遮光膜が形成されており、前記遮光膜は、画素セット内の一部の画素を全て遮光している請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項11】
前記電荷保持部は、前記４個の画素全ての前記２個の光電変換部で生成した電荷を加算して出力するように構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項12】
各画素セットに含まれる前記４個の画素の前記２個の光電変換部のうち、第１の光電変換部と第２の光電変換部とは、異なる露光時間で露光される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項13】
各光電変換部が受光した光の電荷を画素信号として出力する制御を行う制御部をさらに備え、前記制御部は、第１の露光時間で露光された前記第１の光電変換部の第１の画素信号を出力し、第２の露光時間で露光された前記第２の光電変換部の第２の画素信号を出力する
請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項14】
各画素セットに含まれる前記４個の画素のうち少なくとも一部の画素の前記２個の光電変換部で生成された画素信号は別々に出力される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項15】
各画素セットに含まれる前記４個の画素のうち、第１の画素の前記光電変換部は、第１の露光時間で露光され、第２の画素の前記光電変換部は、前記第１の露光時間よりも短い第２の露光時間で露光され、前記第２の露光時間で露光された前記第２の画素の複数の前記光電変換部で生成された画素信号は別々に出力される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項16】
各画素セットに含まれる４個の画素のうち、第１の画素の光電変換部は、第１の露光時間で露光され、第２の画素の光電変換部は、前記第１の露光時間よりも短い第２の露光時間で露光され、第３の画素の光電変換部は、前記第２の露光時間よりも短い第３の露光時間で露光され、前記第２の露光時間で露光された前記第２の画素の複数の前記光電変換部で生成された画素信号は別々に出力される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項17】
前記画素セットの前記カラーフィルタは、ベイヤ配列で配置されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項18】
同色のカラーフィルタを有する画素セットを、複数の色に対応して複数有し、各画素セットは４個の画素を含み、前記４個の画素の各々は２個の光電変換部を含み、
各画素セットは、前記画素セット内の前記４個の画素全ての２個の光電変換部に接続される電荷保持部をさらに含む
固体撮像素子
を備える電子機器。
【請求項19】
各画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された前記２個の光電変換部を含み、各画素セット内の水平方向に配置された２個の画素の前記光電変換部の配置方向は直交する方向である
請求項１８に記載の電子機器。
【請求項20】
前記電荷保持部は、前記４個の画素全ての前記２個の光電変換部で生成した電荷を加算して出力するように構成されている請求項１８に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、高ダイナミックレンジ画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することができるようにした固体撮像素子および電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
高ダイナミックレンジな画像（以下、HDR画像ともいう。）を生成するための高感度信号と低感度信号の２種類の画素信号の取得と、測距用の位相差の検出信号の取得を同時に実現する固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１７１３０８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の画素構造では、１つのオンチップレンズ下に３つのフォトダイオードが形成されるが、オンチップレンズの曲率を上げて屈折力を高めることで角度依存性を向上させて位相差特性に特化するとHDR画像の生成が困難になり、逆にオンチップレンズの曲率を下げて屈折力を下げることで角度依存性を低下させてHDR画像の生成を良好にしようと特化すると、位相差特性の分離度が悪化するため、位相差特性とHDR特性の両立が難しい。１つのオンチップレンズの曲率を変えるレンズ構造も提案されているが、形状ばらつきにシビアとなるため、量産が難しい。
【0005】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高ダイナミックレンジな画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本技術の第１の側面の固体撮像素子は、同色のカラーフィルタを有する画素セットを、複数の色に対応して複数有し、各画素セットは４個の画素を含み、前記４個の画素の各々は２個の光電変換部を含み、各画素セットは、前記画素セット内の前記４個の画素全ての２個の光電変換部に接続される電荷保持部をさらに含む。
【0007】
本技術の第２の側面の電子機器は、同色のカラーフィルタを有する画素セットを、複数の色に対応して複数有し、各画素セットは４個の画素を含み、前記４個の画素の各々は２個の光電変換部を含み、各画素セットは、前記画素セット内の前記４個の画素全ての２個の光電変換部に接続される電荷保持部をさらに含む固体撮像素子を備える。
【0008】
本技術の第１および第２の側面においては、同色のカラーフィルタを有する画素セットが、複数の色に対応して複数設けられ、各画素セットには４個の画素が含まれ、４個の画素の各々には２個の光電変換部が含まれる。各画素セットには、画素セット内の４個の画素全ての２個の光電変換部に接続される電荷保持部が含まれる。
【0009】
固体撮像素子及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【発明の効果】
【0010】
本技術の第１および第２の側面によれば、高ダイナミックレンジな画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することができる。
【0011】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本技術を適用した固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図3】カラーフィルタの色配列について説明する図である。
【図4】画素セットの回路構成を示す図である。
【図5】画素セットの転送トランジスタを制御する信号線の構成を示す図である。
【図6】固体撮像素子がフル解像度モードで動作する場合の駆動を説明する図である。
【図7】フル解像度モードの変形例を説明する図である。
【図8】固体撮像素子が４画素加算位相差検出モードで動作する場合の駆動を説明する図である。
【図9】固体撮像素子が位相差HDR第１モードで動作する場合の駆動を説明する図である。
【図10】位相差HDR第１モードにおける画素信号の読み出し手順を示す図である。
【図11】固体撮像素子が位相差HDR第２モードで動作する場合の駆動を説明する図である。
【図12】位相差HDR第２モードにおける画素信号の読み出し手順を示す図である。
【図13】位相差HDR第１モードに特化した信号線の配線例を示す図である。
【図14】位相差HDR第２モードに特化した信号線の配線例を示す図である。
【図15】カラーフィルタの色配列の変形例を示す図である。
【図16】フォトダイオードPDの配置方向の変形例を示す図である。
【図17】オンチップレンズの配置の変形例を示す図である。
【図24】フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第１の構成を示す平面図である。
【図25】フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第２の構成を示す平面図である。
【図26】フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第３の構成を示す平面図である。
【図27】フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第４の構成を示す平面図である。
【図30】画素トランジスタの配置例を示す平面図である。
【図31】本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図32】イメージセンサの使用例を説明する図である。
【図33】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図34】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図35】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図36】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の概略構成例
２．画素の第１断面構成例
３．カラーフィルタの配置例
４．画素セットの回路構成例
５．出力モードの説明
６．カラーフィルタの色配列の変形例
７．フォトダイオードの配置方向の変形例
８．オンチップレンズの配置の変形例
９．画素の第２断面構成例
１０．画素の第３断面構成例
１１．遮光膜を追加した構成例
１２．その他の変形例
１３．画素トランジスタ配置例
１４．電子機器への適用例
１５．内視鏡手術システムへの応用例
１６．移動体への応用例
１．固体撮像素子の概略構成例
２．画素の第１断面構成例
３．カラーフィルタの配置例
４．画素セットの回路構成例
５．出力モードの説明
６．カラーフィルタの色配列の変形例
７．フォトダイオードの配置方向の変形例
８．オンチップレンズの配置の変形例
９．画素の第２断面構成例
１０．画素の第３断面構成例
１１．遮光膜を追加した構成例
１２．その他の変形例
１３．画素トランジスタ配置例
１４．電子機器への適用例
１５．内視鏡手術システムへの応用例
１６．移動体への応用例
【0014】
＜１．固体撮像素子の概略構成例＞
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の概略構成を示している。
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の概略構成を示している。
【0015】
図１の固体撮像素子１は、半導体として例えばシリコン（Si）を用いた半導体基板１２に、画素２が行列状に２次元配列された画素アレイ部３と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、制御回路８などが含まれる。
【0016】
画素２は、光電変換部としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。なお、画素２は、図４を参照して後述するように、フォトダイオードで生成された電荷を保持する電荷保持部としてのフローティングディフージョン（浮遊拡散領域）を、複数の画素２で共有する共有画素構造で形成されている。共有画素構造では、フォトダイオード及び転送トランジスタが画素ごとに設けられ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタが複数の画素で共有して構成される。
【0017】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像素子１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。
【0018】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線１０を選択し、選択された画素駆動配線１０に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素アレイ部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素２の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線９を通してカラム信号処理回路５に出力する制御を行う。
【0019】
カラム信号処理回路５は、画素２の列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
【0020】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力させる。
【0021】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、所定の信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正などの各種のデジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１３は、外部と信号のやりとりをする。
【0022】
以上のように構成される固体撮像素子１は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路５が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
【0023】
また、固体撮像素子１は、複数枚の基板を積層した積層構造のチップで構成されてもよい。複数枚の基板を積層したチップは、下側基板及び上側基板がその順で下から上に積層されて構成される。下側基板には、制御回路８、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６および出力回路７のうち少なくとも１つ以上が形成され、上側基板には、少なくとも画素アレイ部３が形成される。垂直駆動回路４と画素アレイ部３との間、およびカラム信号処理回路５と画素アレイ部３との間は、接続部によって接続されることで下側基板と上側基板との間で信号が伝達される。接続部は、例えばＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）やＣｕ－Ｃｕ等で形成される。
【0024】
【0025】
固体撮像素子１の画素アレイ部３では、半導体基板１２の、例えば、P型（第１導電型）の半導体領域３１に、N型（第２導電型）の半導体領域３２を形成することにより、フォトダイオードPDが形成されている。画素アレイ部３の各画素２には、１画素に対して２個のフォトダイオードPDが形成されており、２個のフォトダイオードPDは、画素領域を均等に２分割して対称配置となるように形成されている。なお、以下では、１画素に形成された２つのフォトダイオードPDのうち、図中、右側に配置されたフォトダイオードPDを右フォトダイオードPD、左側に配置されたフォトダイオードPDを左フォトダイオードPDと称して説明する場合がある。
【0026】
図２において下側となる半導体基板１２の表面側には、各画素２のフォトダイオードPDで生成され蓄積された電荷の読み出し等を行う画素トランジスタ（図示せず）と、複数の配線層３３と層間絶縁膜３４とからなる多層配線層３５が形成されている。
【0027】
一方、図２において上側となる半導体基板１２の裏面側の画素境界部分には、画素間遮光膜３６が形成されている。画素間遮光膜３６は、光を遮光する材料であればよいが、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料が望ましい。画素間遮光膜３６は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)などの金属膜で形成することができる。
【0028】
また、半導体基板１２の裏面側界面には、例えば、シリコン酸化膜などによる反射防止膜（絶縁層）などをさらに形成してもよい。
【0029】
画素間遮光膜３６を含む半導体基板１２の裏面上には、カラーフィルタ３７が形成されている。カラーフィルタ３７は、例えば顔料や染料などの色素を含んだ感光性樹脂を回転塗布することによって形成される。カラーフィルタ３７の色配列については図３を参照して後述するが、２ｘ２（２行２列）の４画素単位に、R（赤色）、G（緑色）、または、B（青色）の各色がベイヤ配列で配置されている。
【0030】
カラーフィルタ３７の上には、オンチップレンズ３８が画素単位に形成されている。オンチップレンズ３８は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料で形成される。
【0031】
以上のように、固体撮像素子１は、多層配線層３５が形成された半導体基板１２の表面側と反対側の裏面側に、カラーフィルタ３７やオンチップレンズ３８を形成して、裏面側から光が入射される裏面照射型のCMOS固体撮像素子である。
【0032】
固体撮像素子１の各画素２は、画素内に、分離された２つのフォトダイオードPDを有する。２つのフォトダイオードPDは、形成位置が異なることにより、２つのフォトダイオードPDそれぞれから生成される像に、ずれが発生する。この像のずれから、位相ずれ量を算出してデフォーカス量を算出し、撮影レンズを調整（移動）することで、オートフォーカスを達成することができる。
【0033】
＜３．カラーフィルタの配置例＞
次に、図３を参照して、画素アレイ部３のカラーフィルタ３７の色配列について説明する。
次に、図３を参照して、画素アレイ部３のカラーフィルタ３７の色配列について説明する。
【0034】
画素２が行列状に２次元配列された画素アレイ部３においては、２ｘ２（縦２画素×横２画素）の４個の画素２で１つの画素セット５１が構成される。そして、カラーフィルタ３７は、画素セット５１単位で同色となるように配置される。より具体的には、R、G、および、Bのカラーフィルタ３７が、画素セット５１単位でベイヤ配列となるように配置されている。
【0035】
図３では、Rのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１を画素セット５１Rで表し、画素セット５１Rの隣りのGのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１を画素セット５１Grで表している。また、Bのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１を画素セット５１Bで表し、画素セット５１Bの隣りのGのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１を画素セット５１Gbで表している。尚、カラーフィルタの構成はＲＧＢの原色系フィルタに限定されず、CMYG（シアン、マゼンタ、イエロー、グリーン）等の補色系フィルタ等、種々の構成が適用されても良い。
【0036】
また、各画素２に形成された２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向は、画素セット５１内で同一方向であり、かつ、全ての画素セット５１でも同一方向に形成されている。
【0037】
オンチップレンズ３８は、画素単位に形成されている。
【0038】
＜４．画素セットの回路構成例＞
次に、図４は、画素セット５１の回路構成を示す図である。
次に、図４は、画素セット５１の回路構成を示す図である。
【0039】
図４においては、画素セット５１の一例として、画素セット５１Grの回路構成が示されている。
【0040】
画素セット５１Grの各画素２は、２個のフォトダイオードPDと、それらに蓄積された電荷を転送する２個の転送トランジスタTGを有している。そして、FD５２、リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び選択トランジスタ５５のそれぞれは、画素セット５１Grに対して１つずつ設けられている。リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び選択トランジスタ５５のそれぞれは、画素セット５１Grの４画素で共有される。リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び選択トランジスタ５５を共有する４画素が共有単位となる。
【0041】
なお、以下では、画素セット５１Gr内の各画素２の２個のフォトダイオードPDと２個の転送トランジスタTGを区別する場合、画素セット５１Grを構成する２ｘ２の４画素のうち、左上の画素２の２個のフォトダイオードPDを、フォトダイオードPD_Gr1LおよびPD_Gr1Rと称し、フォトダイオードPD_Gr1LおよびPD_Gr1Rに蓄積された電荷を転送する２個の転送トランジスタTGを、転送トランジスタTG_Gr1LおよびTG_Gr1Rと称する。
【0042】
また、右上の画素２の２個のフォトダイオードPDを、フォトダイオードPD_Gr2LおよびPD_Gr2Rと称し、フォトダイオードPD_Gr2LおよびPD_Gr2Rに蓄積された電荷を転送する２個の転送トランジスタTGを、転送トランジスタTG_Gr2LおよびTG_Gr2Rと称する。
【0043】
同様に、左下の画素２の２個のフォトダイオードPDを、フォトダイオードPD_Gr3LおよびPD_Gr3Rと称し、フォトダイオードGr3LおよびGr3Rに蓄積された電荷を転送する２個の転送トランジスタTGを、転送トランジスタTG_Gr3LおよびTG_Gr3Rと称する。右下の画素２の２個のフォトダイオードPDを、フォトダイオードPD_Gr4LおよびPD_Gr4Rと称し、フォトダイオードPD_Gr4LおよびPD_Gr4Rに蓄積された電荷を転送する２個の転送トランジスタTGを、転送トランジスタTG_Gr4LおよびTG_Gr4Rと称する。
【0044】
画素セット５１Gr内の各画素２のフォトダイオードPDのそれぞれは、光を受光して光電荷を生成して蓄積する。
【0045】
転送トランジスタTG_Gr1Lは、ゲート電極に供給される駆動信号TRGGr1Lがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPD_Gr1Lに蓄積されている光電荷をFD５２に転送する。転送トランジスタTG_Gr1Rは、ゲート電極に供給される駆動信号TRGGr1Rがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPD_Gr1Rに蓄積されている光電荷をFD５２に転送する。
【0046】
転送トランジスタTG_Gr2Lは、ゲート電極に供給される駆動信号TRGGr2Lがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPD_Gr2Lに蓄積されている光電荷をFD５２に転送する。転送トランジスタTG_Gr2Rは、ゲート電極に供給される駆動信号TRGGr2Rがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPD_Gr2Rに蓄積されている光電荷をFD５２に転送する。フォトダイオードPD_Gr3L、PD_Gr3R、PD_Gr4L、およびPD_Gr4Rと、転送トランジスタTG_Gr3L、TG_Gr3R、TG_Gr4L、およびTG_Gr4Rについても同様である。
【0047】
FD５２は、画素セット５１Gr内の各画素２のフォトダイオードPDから供給された光電荷を一時保持する。
【0048】
リセットトランジスタ５３は、ゲート電極に供給される駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD５２の電位を所定のレベル（リセット電圧VDD）にリセットする。
【0049】
増幅トランジスタ５４は、ソース電極が選択トランジスタ５５を介して垂直信号線９に接続されることにより、垂直信号線９の一端に接続されている定電流源回路部５６の負荷MOSとソースフォロワ回路を構成する。
【0050】
選択トランジスタ５５は、増幅トランジスタ５４のソース電極と垂直信号線９との間に接続されている。選択トランジスタ５５は、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、共有単位を選択状態として増幅トランジスタ５４から出力される共有単位内の画素２の画素信号を垂直信号線９に出力する。尚、選択トランジスタ５５は、図４のように画素セット５１（図４では画素セット５１Gr）に対して１つであっても良いし、複数の選択トランジスタ５５が設けられても良い。画素セット５１に対して複数の選択トランジスタ５５を設けた場合には、複数の選択トランジスタ５５それぞれが、異なる垂直信号線９に接続されることで、画素信号をより高速に読み出すことが可能となる。
【0051】
各画素２の転送トランジスタTG、リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、および、選択トランジスタ５５は、垂直駆動回路４によって制御される。
【0052】
【0053】
画素セット５１Grを構成する８個の転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGrを供給するためには、図５に示されるように、水平方向に配列された複数の画素セット５１に対して、８本の信号線６１－１乃至６１－８が必要となる。８本の信号線６１－１乃至６１－８は、図１の画素駆動配線１０の一部である。
【0054】
信号線６１－１は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr1Lのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr1Lを伝送する。また、信号線６１－１は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr1Lと同位置にある転送トランジスタTG_R1L（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr1Lを伝送する。
【0055】
信号線６１－２は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr1Rのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr1Rを伝送する。また、信号線６１－２は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr1Rと同位置にある転送トランジスタTG_R1R（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr1Rを伝送する。
【0056】
信号線６１－３は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr2Lのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr2Lを伝送する。また、信号線６１－３は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタG_Gr2Lと同位置にある転送トランジスタTG_R2L（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr2Lを伝送する。
【0057】
信号線６１－４は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr2Rのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr2Rを伝送する。また、信号線６１－４は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr2Rと同位置にある転送トランジスタTG_R2R（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr2Rを伝送する。
【0058】
信号線６１－５は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr3Lのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr3Lを伝送する。また、信号線６１－５は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr3Lと同位置にある転送トランジスタTG_R3L（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr3Lを伝送する。
【0059】
信号線６１－６は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr3Rのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr3Rを伝送する。また、信号線６１－６は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr3Rと同位置にある転送トランジスタTG_R3R（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr3Rを伝送する。
【0060】
信号線６１－７は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr4Lのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr4Lを伝送する。また、信号線６１－７は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr4Lと同位置にある転送トランジスタTG_R4L（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr4Lを伝送する。
【0061】
信号線６１－８は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr4Rのゲート電極に供給される駆動信号TRGGr4Rを伝送する。また、信号線６１－８は、画素セット５１Grの隣りの画素セット５１Rにおいて、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr4Rと同位置にある転送トランジスタTG_R4R（不図示）のゲート電極にも駆動信号TRGGr4Rを伝送する。
【0062】
同様に、水平方向に配列された画素セット５１Bと５１Gbに対しても、８本の信号線６２－１乃至６２－８が必要となる。
【0063】
信号線６２－１は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr1Lに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb1Lを伝送する。
【0064】
信号線６２－２は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr1Rに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb1Rを伝送する。
【0065】
信号線６２－３は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr2Lに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb2Lを伝送する。
【0066】
信号線６２－４は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr2Rに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb2Rを伝送する。
【0067】
信号線６２－５は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr3Lに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb3Lを伝送する。
【0068】
信号線６２－６は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr3Rに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb3Rを伝送する。
【0069】
信号線６２－７は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr4Lに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb4Lを伝送する。
【0070】
信号線６２－８は、画素セット５１Grの転送トランジスタTG_Gr4Rに対応する、画素セット５１Bと５１Gbの転送トランジスタTGのゲート電極に駆動信号TRGGb4Rを伝送する。
【0071】
共有単位内の複数の画素２の回路を以上のように構成することにより、垂直駆動回路４からの駆動信号に応じて、共有単位内の各画素２は、フォトダイオードPD単位で画素信号を出力することもできるし、画素単位または複数画素単位で画素信号を出力することもできる。画素単位または複数画素単位で画素信号を出力する場合には、同時に出力する複数の転送トランジスタTGが同時にアクティブ状態とされる。FD５２は、同時にアクティブ状態とされた転送トランジスタTGを介して複数のフォトダイオードPDから供給される電荷を加算する。これにより、画素単位または複数画素単位の画素信号が、FD５２から、増幅トランジスタ５４および選択トランジスタ５５を介して、カラム信号処理回路５に出力される。
【0072】
なお、図４および図５は、画素セット５１を構成する２ｘ２の４画素を共有単位とした回路例を示したが、共有単位とする複数画素の組み合わせは、これに限られない。例えば、１ｘ２（縦１画素×横２画素）若しくは２ｘ１（縦２画素×横１画素）の２画素を共有単位としてもよいし、４ｘ１（縦４画素×横１画素）の４画素を共有単位としてもよい。
【0073】
＜５．出力モードの説明＞
＜５．１ フル解像度モード＞
次に、固体撮像素子１が実行可能な複数の出力モードについて説明する。
＜５．１ フル解像度モード＞
次に、固体撮像素子１が実行可能な複数の出力モードについて説明する。
【0074】
初めに、画素アレイ部３の全てのフォトダイオードPDで生成される画素信号を個別に出力するフル解像度モードについて説明する。
【0075】
図６は、固体撮像素子１がフル解像度モードで動作する場合の画素セット５１Grの駆動（画素信号出力制御）を説明する図である。
【0076】
図６において斜線を付したフォトダイオードPDは、画素信号の出力が選択されたフォトダイオードPDを表している。フル解像度モードでは、図６に示されるように、画素セット５１Grの８個のフォトダイオードPDが順次選択され、８個のフォトダイオードPDそれぞれで生成された画素信号が個別に出力される。
【0077】
図６の例では、８個のフォトダイオードPDの選択される順番が、フォトダイオードPD_Gr1L、PD_Gr1R、PD_Gr2L、PD_Gr2R、PD_Gr3L、PD_Gr3R、PD_Gr4L、PD_Gr4Rの順で選択されているが、順番は、これに限られない。
【0078】
フル解像度モードでは、同一画素内の２つのフォトダイオードPDの画素信号を合算することにより、１画素の画素信号を得ることができ、同一画素内の２つのフォトダイオードPDの画素信号を比較することにより、位相差を検出することができる。他の画素セット５１Gb、５１R、および、５１Bも、図６の画素セット５１Grと同様の動作を行う。
【0079】
これにより、フル解像度モードでは、全ての画素２で、画素単位の信号出力と、位相差検出のための信号出力が可能である。
【0080】
また、固体撮像素子１において、カラーフィルタ３７は、図３に示したように、４画素単位（画素セット５１単位）にR,G,Bの色が配置されているが、フル解像度モードでは、画素単位にR,G,Bのベイヤ配列の画素信号に生成し直して出力するリモザイク処理も可能である。
【0081】
なお、図６の駆動を行うフル解像度モードは、フレームレートが低くなったり、消費電力が大きくなるため、画素セット５１Grの一部の画素２については、位相差検出を行わない駆動としてもよい。
【0082】
例えば、固体撮像素子１は、図７に示されるように、画素セット５１Grを構成する４画素のうち、右上の画素２と、左下の画素２については、画素内の２個のフォトダイオードPDを同時に読み出すように駆動する。図７においても、斜線を付したフォトダイオードPDが、画素信号の出力が選択されたフォトダイオードPDを表している。
【0083】
位相差は、左上の画素２のフォトダイオードPD_Gr1LおよびPD_Gr1Rと、右下の画素２のフォトダイオードPD_Gr4LおよびPD_Gr4Rの画素信号を用いて検出される。このように、位相差検出する画素２を間引くことにより、フレームレートや消費電力を向上させることができる。あるいはまた、例えば、低照度のときは全画素で位相差検出を行う図６の駆動を行い、高照度のときは一部を間引いた図７の駆動を行うなど、受光量の違いによって位相差検出可能な画素２を変更してもよい。
【0084】
図７の例は、画素セット５１Grを構成する４画素のうち、２画素で位相差検出を行う例であるが、１画素のみで位相差検出を行う駆動としてもよい。
【0085】
＜５．２ ４画素加算位相差検出モード＞
次に、４画素加算位相差検出モードについて説明する。
次に、４画素加算位相差検出モードについて説明する。
【0086】
固体撮像素子１は、共有単位である画素セット５１、すなわち２ｘ２の４画素単位で画素信号を加算出力するとともに、画素アレイ部３の全面で位相差を検出する４画素加算位相差検出モードを実行することができる。
【0087】
図８は、４画素加算位相差検出モードの駆動を説明する図である。
【0088】
図８においても、斜線を付したフォトダイオードPDが、画素信号の出力が選択されたフォトダイオードPDを表している。
【0089】
４画素加算位相差検出モードでは、固体撮像素子１は、画素セット５１の各画素２の２つのフォトダイオードPDのうち、画素内の位置が同じ位置どうしのフォトダイオードPDの画素信号を加算して出力する。例えば、固体撮像素子１は、最初に、図８のAのように、画素セット５１内の全ての左フォトダイオードPDの画素信号を加算して出力し、その後、図８のBのように、画素セット５１内の全ての右フォトダイオードPDの画素信号を加算して出力する。なお、左フォトダイオードPDと右フォトダイオードPDの読み出し順序は、逆でもよい。
【0090】
このような駆動を行うことにより、読み出した画素セット５１単位の左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号とから、位相差を検出することができるとともに、両者の画素信号を合算することにより、画素セット５１単位（４画素単位）の画素信号出力を得ることができる。すなわち、画素容量Qs増加によるダイナミックレンジの優位性を持ちつつ、全面位相差も検出することができる。
【0091】
左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を識別可能に読み出す方法としては、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を別々に読み出す第１の読み出し方法と、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を加算した信号を読み出す第２の読み出し方法の２通りが採用可能である。
【0092】
第１の読み出し方法と第２の読み出し方法について簡単に説明する。
【0093】
初めに、第１の読み出し方法について説明する。
【0094】
まず、左右のフォトダイオードPDが受光（露光）している間に、相関２重サンプリングを行うためのダークレベル信号が取得される。
【0095】
所定の露光時間経過後、固体撮像素子１は、最初に、画素セット５１の左右のフォトダイオードPD群の一方の画素信号、例えば、左のフォトダイオードPD群の画素信号を読み出す。
【0096】
例えば、左のフォトダイオードPD群の画素信号の読み出しについて、図４に示した画素セット５１Grの例で説明すると、選択トランジスタ５５をアクティブ状態とした上で、転送トランジスタTG_Gr1L、TG_Gr2L、TG_Gr3L、およびTG_Gr4Lをアクティブ状態として、フォトダイオードPD_Gr1L、PD_Gr2L、PD_Gr3L、およびPD_Gr4Lに蓄積された電荷をFD５２に転送することで、FD５２の蓄積電荷に応じた電圧信号が、垂直信号線９を介して、カラム信号処理回路５へ出力される。
【0097】
カラム信号処理回路５へ出力された電圧信号は、左のフォトダイオードPD群の画素信号とダークレベル信号との和となっているので、カラム信号処理回路５において、電圧信号からダークレベル信号を減算することで、左のフォトダイオードPD群の画素信号が得られる。
【0098】
次に、固体撮像素子１は、リセットトランジスタ５３をオンして、FD５２の蓄積電荷をリセットした後、画素セット５１の左右のフォトダイオードPD群の他方の画素信号、例えば、右のフォトダイオードPD群の画素信号を読み出す。図４に示した画素セット５１Grの例では、選択トランジスタ５５をアクティブ状態とした上で、転送トランジスタTG_Gr1R、TG_Gr2R、TG_Gr3R、およびTG_Gr4Rをアクティブ状態として、フォトダイオードPD_Gr1R、PD_Gr2R、PD_Gr3R、およびPD_Gr4Rに蓄積された電荷をFD５２に転送することで、FD５２の蓄積電荷に応じた電圧信号が、垂直信号線９を介して、カラム信号処理回路５へ出力される。
【0099】
カラム信号処理回路５へ出力された電圧信号は、右のフォトダイオードPD群の画素信号とダークレベル信号との和となっているので、カラム信号処理回路５において、電圧信号からダークレベル信号を減算することで、右のフォトダイオードPD群の画素信号が得られる。
【0100】
第１の読み出し方法では、以上のようにして、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号が別々に読み出され、位相差信号を直接取れることから、品質の良い測距用の信号を取得することが可能となる。一方で撮影画像用の信号は左右のフォトダイオードPDの信号をデジタル加算することで得ることが可能となる。
【0101】
次に、第２の読み出し方法について説明する。
【0102】
第２の読み出し方法において、ダークレベル信号の取得と、画素セット５１の左右のフォトダイオードPD群の一方の画素信号（左のフォトダイオードPD群の画素信号）の取得までは、第１の読み出し方法と同様である。
【0103】
左右のフォトダイオードPD群の一方の画素信号を取得した後、固体撮像素子１は、第１の読み出し方法のようにリセットトランジスタ５３をオンせずに（オフのまま）、画素セット５１の左右のフォトダイオードPD群の他方の画素信号、例えば、右のフォトダイオードPD群の画素信号を読み出す。
【0104】
カラム信号処理回路５へ出力された電圧信号は、左右のフォトダイオードPD群の信号とダークレベル信号との和となっている。カラム信号処理回路５は、まず、電圧信号からダークレベル信号を減算することで、左右のフォトダイオードPD群の画素信号を取得し、その後、左右のフォトダイオードPD群の画素信号から、先に求めた左のフォトダイオードPD群の画素信号を減算し、右のフォトダイオードPD群の画素信号を取得する。
【0105】
第２の読み出し方法では、以上にようにして、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を取得することができ、位相差信号を間接的に取ることが可能となる。一方で撮影画像用の信号は、アナログ時に加算されている事から信号品質が良く、第１の読出し方法に比べて、読出し時間と消費電力の面でもメリットが生まれる。
【0106】
＜５．３ ４画素加算モード＞
次に、４画素加算モードについて説明する。
次に、４画素加算モードについて説明する。
【0107】
位相差情報を必要としない場合には、固体撮像素子１は、共有単位である画素セット５１、すなわち２ｘ２の４画素単位で画素信号を加算出力する４画素加算モードを実行することができる。
【0108】
４画素加算モードでは、共有単位である画素セット５１内の全て（８個）の転送トランジスタTGが同時にオンされ、画素セット５１内の全てのフォトダイオードPDの電荷が、FD５２へ供給される。FD５２は、画素セット５１内の全てのフォトダイオードPDの電荷を加算する。そして、加算後の電荷に対応する電圧信号が、カラム信号処理回路５へ出力される。ダークレベル信号との差分を取ることで、画素セット５１単位の画素信号を取得することができる。
【0109】
＜５．４ 位相差HDR第１モード＞
次に、位相差HDR第１モードについて説明する。
次に、位相差HDR第１モードについて説明する。
【0110】
位相差HDR第１モードは、位相差の検出と、高ダイナミックレンジな画像（以下、HDR画像と称する。）の生成を可能とする出力モードである。
【0111】
位相差を検出するためには、画素アレイ部３を構成する複数の画素２の少なくとも一部に、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を個別に出力する画素２が必要である。
【0112】
また、HDR画像を生成するためには、画素アレイ部３を構成する複数の画素２に、露光時間が異なる画素２が含まれる必要がある。
【0113】
そこで、固体撮像素子１は、位相差HDR第１モードにおいて、図９に示されるように、画素アレイ部３を構成する複数の画素２に、２種類の露光時間を設定する。
【0114】
図９は、位相差HDR第１モードにおいて、画素アレイ部３の一部であるベイヤ配列の４個（２ｘ２）の画素セット５１に対して設定される露光時間を示す図である。
【0115】
位相差HDR第１モードにおいては、第１の露光時間と第２の露光時間のいずれかが画素単位に設定される。第２の露光時間は、第１の露光時間よりも短い露光時間である（第１の露光時間＞第２の露光時間）。図９では、第１の露光時間が設定されているフォトダイオードPDには“L”と記述され、第２の露光時間が設定されているフォトダイオードPDには“S”と記述されている。
【0116】
図９に示されるように、１つの画素セット５１を構成する４個の画素２の対角方向をペアとして、第１の露光時間および第２の露光時間が設定される。例えば、図９の例のように、画素セット５１を構成する４画素のうち、右上および左下の２画素に対して第１の露光時間（L）が設定され、右下および左上の２画素に対して第２の露光時間（S）が設定される。なお、第１の露光時間（L）および第２の露光時間（S）を設定する画素２の配置は逆でもよい。
【0117】
【0118】
位相差HDR第１モードにおいては、固体撮像素子１は、図１０に示されるように、第１の露光時間（L）を設定した２画素については、全てのフォトダイオードPDの画素信号を出力し、第２の露光時間（S）を設定した２画素については、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を別々に出力する。
【0119】
具体的には、固体撮像素子１は、右上および左下の２個の画素２の全てのフォトダイオードPDの画素信号、左上と右下の画素２の左フォトダイオードPDの画素信号、左上と右下の右フォトダイオードPDの画素信号、の順で、複数のフォトダイオードPDの画素信号を同時出力する。
【0120】
これにより、露光時間が第２の露光時間（S）に設定された２個の画素２では、左フォトダイオードPDと右フォトダイオードPDの画素信号を別々に出力するので、位相差を検出することができる。また、第１の露光時間（L）を設定した画素２と、第２の露光時間（S）を設定した画素２とが含まれているので、HDR画像を生成することができる。
【0121】
なお、位相差を検出する画素２を、露光時間が第１の露光時間（L）に設定された画素２としてもよいが、光強度が強い場合に飽和する恐れがあるため、位相差を検出する画素２は、第２の露光時間（S）を設定した画素２とする方が好ましい。第２の露光時間（S）を設定した画素２を位相差検出画素とすることで、飽和させずに位相差情報を取得することができる。
【0122】
以上のように、位相差HDR第１モードでは、各画素セット５１に対して、第１の露光時間（L）と第２の露光時間（S）の２種類の露光時間を設定するとともに、各画素セット５１の一部の画素２、具体的には、第２の露光時間（S）を設定した画素２において、左右のフォトダイオードPDの画素信号を別々に出力し、位相差を検出することで、位相差検出用の信号と、高ダイナミックレンジなHDR画像の信号を、同時に取得することができる。
【0123】
＜５．５ 位相差HDR第２モード＞
次に、位相差HDR第２モードについて説明する。
次に、位相差HDR第２モードについて説明する。
【0124】
位相差HDR第２モードも、位相差HDR第１モードと同様に、位相差の検出と、HDR画像の生成を可能とする出力モードである。位相差HDR第２モードが位相差HDR第１モードと異なる点は、画素アレイ部３内の画素２に設定される露光時間が、位相差HDR第１モードの２種類ではなく、３種類である点である。
【0125】
図１１は、位相差HDR第２モードにおいて、画素アレイ部３の一部であるベイヤ配列の４個（２ｘ２）の画素セット５１に対して設定される露光時間を示す図である。
【0126】
位相差HDR第２モードにおいては、第１乃至第３の露光時間のいずれかが画素ごとに設定される。第２の露光時間は、第１の露光時間よりも短い露光時間であり、第３の露光時間は、第２の露光時間よりもさらに短い露光時間である（第１の露光時間＞第２の露光時間＞第３の露光時間）。図１１では、第１の露光時間が設定されているフォトダイオードPDには“L”と記述され、第２の露光時間が設定されているフォトダイオードPDには“M”と記述され、第３の露光時間が設定されているフォトダイオードPDには“S”と記述されている。第１の露光時間（L）、第２の露光時間（M）、および、第３の露光時間（S）のうち、真ん中の第２の露光時間（M）が自動露出（Automatic Exposure）時の適正露光に対応した露光時間となっている。
【0127】
図１１に示されるように、１つの画素セット５１を構成する４個の画素２のうち、所定の対角方向の２画素に対しては第２の露光時間（M）が設定され、他の対角方向の２画素の一方に対しては第１の露光時間（L）が設定され、他方に対しては第３の露光時間（S）が設定される。なお、第２の露光時間（M）を設定する対角方向は、図１１の左斜め方向ではなく、右斜め方向でもよい。また、第１の露光時間（L）と第３の露光時間（S）を設定する画素２の配置は逆でもよい。
【0128】
【0129】
位相差HDR第２モードにおいては、固体撮像素子１は、図１２に示されるように、第２の露光時間（M）を設定した２画素については、左フォトダイオードPDの画素信号と右フォトダイオードPDの画素信号を別々に出力し、第１の露光時間（L）と第３の露光時間（S）を設定した２画素については、画素単位でフォトダイオードPDの画素信号を出力する。
【0130】
具体的には、固体撮像素子１は、右上の画素２の２個のフォトダイオードPDの画素信号、左上と右下の画素２の左フォトダイオードPDの画素信号、左上と右下の画素２の右フォトダイオードPDの画素信号、左下の画素２の２個のフォトダイオードPDの画素信号、の順で、複数のフォトダイオードPDの画素信号を同時出力する。
【0131】
これにより、露光時間が第２の露光時間（M）に設定された２個の画素２では、左フォトダイオードPDと右フォトダイオードPDの画素信号を別々に出力するので、位相差を検出することができる。また、異なる露光時間を設定した画素２が含まれているので、HDR画像を生成することができる。
【0132】
なお、位相差を検出する画素２を、露光時間が第１の露光時間（L）または第３の露光時間（S）に設定された画素２としてもよいが、光強度が強い場合に飽和したり、光強度が弱い場合に信号レベルが低すぎる恐れがあるため、適正露光である第２の露光時間（M）を設定した画素２とする方が好ましい。第２の露光時間（M）を設定した画素２を位相差検出画素とすることで、飽和させずに位相差情報を取得することができる。
【0133】
以上のように、位相差HDR第２モードでは、各画素セット５１に対して、第１の露光時間（L）、第２の露光時間（M）、および、第３の露光時間（S）の３種類の露光時間を設定するとともに、各画素セット５１の一部の画素２、具体的には、第２の露光時間（M）を設定した画素２において、左右のフォトダイオードPDの画素信号を別々に出力し、位相差を検出することで、位相差検出用の信号と、高ダイナミックレンジなHDR画像の信号を、同時に取得することができる。
【0134】
なお、位相差HDR第１モードと位相差HDR第２モードの両方の動作を可能とするためには、水平方向に並ぶ画素セット５１に対して、図５に示したような、８本の信号線６１－１乃至６１－８または６２－１乃至６２－８が必要となるが、位相差HDR第１モードまたは位相差HDR第２モードのどちらか一方のみの動作が可能であれば良い場合には、水平方向に並ぶ画素セット５１単位に対する信号線の本数を削減する構成が可能である。
【0135】
例えば、図１３は、位相差の検出とHDR画像の生成を可能とする出力モードとして、位相差HDR第１モードのみを動作可能とする場合の信号線の配線例を示している。
【0136】
図１３では、水平方向に並ぶ画素セット５１に対して、４本の信号線８１－１乃至８１－４を配置することで、位相差HDR第１モードの動作が可能となる。
【0137】
具体的には、第２の露光時間（S）の露光時間を設定する対角方向のペアの画素２の左フォトダイオードPDどうしの画素信号を制御するために１本の信号線８１－１が配置され、右フォトダイオードPDどうしの画素信号を制御するために１本の信号線８１－２が配置される。また、第１の露光時間（L）の露光時間を設定する対角方向のペアの画素２の左フォトダイオードPDどうしの画素信号を制御するために１本の信号線８１－３が配置され、右フォトダイオードPD側どうしの画素信号を制御するために１本の信号線８１－４が配置される。
【0138】
図１４は、位相差の検出とHDR画像の生成を可能とする出力モードとして、位相差HDR第２モードのみを動作可能とする場合の信号線の配線例を示している。
【0139】
図１４では、水平方向に並ぶ画素セット５１に対して、６本の信号線８２－１乃至８２－６を配置することで、位相差HDR第２モードの動作が可能となる。
【0140】
具体的には、第１の露光時間（L）の露光時間を設定する画素２の左フォトダイオードPDの画素信号を制御するために１本の信号線８２－１が配置され、右フォトダイオードPDの画素信号を制御するために１本の信号線８２－２が配置される。また、第２の露光時間（M）の露光時間を設定する対角方向のペアの画素２の左フォトダイオードPDどうしの画素信号を制御するために１本の信号線８２－３が配置され、右フォトダイオードPDどうしの画素信号を制御するために１本の信号線８２－４が配置される。第３の露光時間（S）の露光時間を設定する画素２の左フォトダイオードPDの画素信号を制御するために１本の信号線８２－５が配置され、右フォトダイオードPDの画素信号を制御するために１本の信号線８２－６が配置される。
【0141】
以上のように、固体撮像素子１は、出力モードとして、各画素２の各フォトダイオードPDの画素信号を個別に出力するフル解像度モード、左フォトダイオードPDどうし、または、右フォトダイオードPDどうしの画素信号を４画素単位で加算して出力する４画素加算位相差検出モード、画素セット５１の全てのフォトダイオードPDの画素信号を加算して出力する４画素加算モード、位相差の検出とHDR画像の生成を可能とする位相差HDR第１モードおよび位相差HDR第２モードを実行することができる。
【0142】
フル解像度モードでは、全画素での位相差検出と、リモザイク処理による高解像度出力が実現でき、４画素加算位相差検出モードでは、全面での位相差検出と４画素加算による高S/Nおよび高ダイナミックレンジの信号出力が実現できる。また、４画素加算モードでは、４画素加算による高S/Nおよび高ダイナミックレンジの信号出力が実現でき、位相差HDR第１モードおよび位相差HDR第２モードでは、HDR画像生成と全面での位相差検出の両立が実現できる。なお、HDRの実現においては、前述の様に単一感度の画素に対して、複数の露光時間設定を行っても良いし、感度の異なる複数画素を画素セットとして構成して、単一の露光時間設定を行っても良い。感度の異なる複数画素の一例としては、感度の高い画素として受光面積の大きなフォトダイオードを有する画素が挙げられ、感度の低い画素として受光面積の小さなフォトダイオードを有する画素が挙げられる。
【0143】
なお、勿論、固体撮像素子１は、上述した以外の出力モードがさらに実行可能であってもよい。
【0144】
＜６．カラーフィルタの色配列の変形例＞
図１５は、カラーフィルタの色配列の変形例を示している。
図１５は、カラーフィルタの色配列の変形例を示している。
【0145】
上述した例では、図３等に示したように、R、G、および、Bのカラーフィルタ３７が、画素セット５１単位でベイヤ配列となるように配置されていた。
【0146】
これに対して、図１５では、R、G、および、Bのカラーフィルタ３７が、画素２の単位でベイヤ配列となるように配置されている。
【0147】
このように、カラーフィルタ３７は、画素単位でベイヤ配列となるように配置してもよい。
【0148】
リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び選択トランジスタ５５を共有する画素回路の共有単位は、図４と同様に、２ｘ２（縦２画素×横２画素）の４画素としてもよいし、４ｘ１（縦４画素×横１画素）の４画素としてもよい。図１５に示したような画素単位でベイヤ配列とするカラーフィルタ３７の色配列では、４ｘ１の４画素を共有単位とすると、同色画素の画素信号どうしを加算することができる。
【0149】
＜７．フォトダイオードの配置方向の変形例＞
図１６は、フォトダイオードPDの配置方向の変形例を示している。
図１６は、フォトダイオードPDの配置方向の変形例を示している。
【0150】
上述した例では、図３に示したように、各画素２の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向は、画素セット５１内で同一方向であり、かつ、全ての画素セット５１でも同一方向となるように形成されていた。
【0151】
しかし、画素内の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向は、画素単位に、または、画素セット単位で異なるようにしてもよい。
【0152】
図１６のAは、各画素２の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が、画素セット５１内で同一方向ではあるが、画素セット５１単位では異なる方向となるように形成された例を示している。
【0153】
図１６のAでは、Gのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Grおよび画素セット５１Gbの２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向は、左右方向（水平方向）であり、Rのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１RとBのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Bの２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向は、上下方向（垂直方向）である。換言すれば、画素セット５１Grおよび画素セット５１Gbと、画素セット５１Rおよび画素セット５１Bとで、画素内の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が直交するように、フォトダイオードPDが形成されている。同じ色のカラーフィルタ３７を有する画素セット５１内のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向は同一である。
【0154】
図１６のBは、同じ色のカラーフィルタ３７を有する画素セット５１内で、水平方向に並ぶ２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が同一方向となり、垂直方向に並ぶ２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が直交する方向となるように形成された例を示している。
【0155】
図１６のBでは、各画素セット５１内で、上側２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が左右方向（水平方向）であり、下側２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が上下方向（垂直方向）となるように、フォトダイオードPDが形成されている。
【0156】
図１６のCは、同じ色のカラーフィルタ３７を有する画素セット５１内で、水平方向に並ぶ２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が直交する方向となり、垂直方向に並ぶ２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向も直交する方向となるように形成された例を示している。
【0157】
図１６のCでは、各画素セット５１内で、上側２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向が左右方向（水平方向）と上下方向（垂直方向）であり、下側２画素の２個のフォトダイオードPDの縦長形状の配置方向も左右方向（水平方向）と上下方向（垂直方向）となるように、フォトダイオードPDが形成されている。
【0158】
以上のように、画素内に形成される２個の縦長形状のフォトダイオードPDは、垂直方向または水平方向に対称となるように配置され、画素セット５１内の各画素における配置方向が、同一方向または直交する方向のいずれをも採用することができる。
【0159】
＜８．オンチップレンズの配置の変形例＞
図１７は、オンチップレンズ３８の配置の変形例を示している。
図１７は、オンチップレンズ３８の配置の変形例を示している。
【0160】
上述した例では、図３に示したように、オンチップレンズ３８は、画素単位に形成されていた。
【0161】
しかしながら、図１７に示されるように、画素アレイ部３を構成する複数の画素セット５１の一部については、画素セット５１に対して１個のオンチップレンズ９１を配置してもよい。
【0162】
図１７のAは、Gのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Gbに対して１個のオンチップレンズ９１を配置し、他の画素セット５１Gr、５１R、および５１Bについては画素単位のオンチップレンズ３８を配置した例を示している。
【0163】
図１７のBは、Rのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Rに対して１個のオンチップレンズ９１を配置し、他の画素セット５１Gr、５１Gb、および５１Bについては画素単位のオンチップレンズ３８を配置した例を示している。
【0164】
図１７のCは、Bのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Bに対して１個のオンチップレンズ９１を配置し、他の画素セット５１Gr、５１R、および５１Gbについては画素単位のオンチップレンズ３８を配置した例を示している。
【0165】
画素セット５１が２次元配置された画素アレイ部３において、図１７のA乃至Cのオンチップレンズ９１が、一定の間隔で、または、ランダムに配置される構成とすることができる。
【0166】
オンチップレンズ９１を備える画素セット５１は、HDR画像を生成するための画素信号は取得できないが、画素単位の画素信号で位相差を検出することができるので、低照度のときの位相差検出に有効である。
【0167】
【0168】
【0169】
【0170】
具体的には、図２に示した第１断面構成例においては、半導体基板１２内に、P型の半導体領域３１と、N型の半導体領域３２のみが形成されていたが、図１８の第２断面構成例では、さらに、絶縁層１０１が、隣接する画素どうしの画素境界と、画素内の２個のフォトダイオードPDの間に形成されている。絶縁層１０１は、例えば、半導体基板１２の裏面側から掘り込まれた深い溝（トレンチ）の内周面に酸化膜（例えばＴＥＯＳ膜）を形成し、その内部をポリシリコンで埋め込んだDTI（Deep Trench Isolation)で形成される。尚、絶縁層１０１は、酸化膜とポリシリコンを用いた構成に限定されず、ハフニウム等の金属を用いた構成であっても良いし、不純物層を用いた構成であっても良い。また、画素ごとに異なる構成の絶縁層１０１が適用されていても良い。例えば、比較的長波長を透過させるＲ画素においては、絶縁層１０１として不純物層を適用し、Ｂ画素とＧ画素においては絶縁層１０１として酸化膜、ポリシリコン、または金属を適用しても良い。さらに、絶縁層１０１は、DTIよりも浅く構成されたSTI(Shallow Trench Isolation)であっても良いし、完全に画素間分離されたFTI(Full Trench Isolation)であっても良い。
【0171】
図１９は、４ｘ４の１６画素の範囲における絶縁層１０１の形成領域を示す平面図である。
【0172】
図１９の平面図からも分かるように、画素２の境界と、画素内の２個のフォトダイオードPDの間に絶縁層１０１が形成されており、２個のフォトダイオードPDの間が、絶縁層１０１で分離されている。
【0173】
【0174】
【0175】
図１８の第２断面構成例では、画素２の境界と、画素内の２個のフォトダイオードPDの間に、絶縁層１０１が形成されていた。
【0176】
図２０の第３断面構成例では、画素２の境界には、第２断面構成例と同様に、絶縁層１０１が形成されているが、画素内の２個のフォトダイオードPDの間には、N型の半導体領域３２と反対の導電型、即ちP型の不純物層１０２が形成されている。P型の不純物層１０２の不純物濃度は、半導体領域３１よりも高濃度とされる。不純物層１０２は、例えば、半導体基板１２の裏面側からのイオン注入により形成することができる。
【0177】
図２１は、４ｘ４の１６画素の範囲における絶縁層１０１と不純物層１０２の形成領域を示す平面図である。
【0178】
図２１の平面図からも分かるように、画素２の境界には絶縁層１０１が形成され、画素内の２個のフォトダイオードPDの間が、不純物層１０２で分離されている。
【0179】
画素内の２個のフォトダイオードPDの間のポテンシャル障壁は、画素境界のポテンシャル障壁と同じにしてもよいが、図２２のBに示されるように、画素境界のポテンシャル障壁よりも低く形成してもよい。
【0180】
【0181】
図２２のBに示されるように、２個のフォトダイオードPDの間のポテンシャル障壁を、画素境界よりも低く形成することにより、一方のフォトダイオードPDに蓄積された電荷が飽和レベルになったとき、FD５２にオーバーフローする前に、他方のフォトダイオードPDに流れる。これにより、左右のフォトダイオードPDを合算した１画素の画素信号の線形性を向上させることができる。
【0182】
フォトダイオードPDの間のポテンシャル障壁の高さは、不純物層１０２の不純物濃度を調整することで、画素境界のポテンシャル障壁よりも低く形成することができる。
【0183】
なお、不純物層１０２は、図２１に示したように、２個のフォトダイオードPDで挟まれる領域を完全に分離するように形成してもよいし、図２３に示されるように、２個のフォトダイオードPDで挟まれる領域の一部のみを分離するように形成してもよい。図２３では、２個のフォトダイオードPDで挟まれる領域のうち、画素中心付近の一部のみに、不純物層１０２が形成されている。
【0184】
【0185】
＜１１．遮光膜を追加した構成例＞
上述した例では、画素境界部分に、隣接画素への光の入射を防止する画素間遮光膜３６が形成されるが、フォトダイオードPDの上方には、遮光膜は形成されていない。
上述した例では、画素境界部分に、隣接画素への光の入射を防止する画素間遮光膜３６が形成されるが、フォトダイオードPDの上方には、遮光膜は形成されていない。
【0186】
しかし、画素アレイ部３の一部の画素２については、画素内の２個のフォトダイオードPDの上方に、遮光膜を配置した構成を採用してもよい。
【0187】
図２４は、フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第１の構成を示す平面図である。
【0188】
図２４のAおよびBでは、画素セット５１Grの各画素２において、画素内の２個のフォトダイオードPDの上側半分または下側半分が、遮光膜１２１により遮光されている。
【0189】
【0190】
オンチップレンズ３８は、図３と同様に、画素単位に形成されている。
【0191】
遮光膜１２１が対称的に配置された図２４のAの画素セット５１Grの画素信号（４画素の加算画素信号）と、図２４のBの画素セット５１Grの画素信号（４画素の加算画素信号）とを用いて、位相差情報が取得される。
【0192】
図２５は、フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第２の構成を示す平面図である。
【0193】
図２５のAおよびBでは、画素セット５１Grの各画素２において、画素内の２個のフォトダイオードPDのいずれか一方が、遮光膜１２１により遮光されている。
【0194】
図２５のAは、画素セット５１Grの各画素２の２個のフォトダイオードPDのうちの左フォトダイオードPDが遮光膜１２１により遮光された例であり、図２５のBは、画素セット５１Grの各画素２の２個のフォトダイオードPDのうちの右フォトダイオードPDが遮光膜１２１により遮光された例である。
【0195】
オンチップレンズ３８は、図３と同様に、画素単位に形成されている。
【0196】
遮光膜１２１が対称的に配置された図２５のAの画素セット５１Grの画素信号（４画素の加算画素信号）と、図２５のBの画素セット５１Grの画素信号（４画素の加算画素信号）とを用いて、位相差情報が取得される。
【0197】
【0198】
図２６は、フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第３の構成を示す平面図である。
【0199】
図２６のAおよびBでは、画素セット５１Gbを構成する４画素のうち、上側または下側の２画素の全てのフォトダイオードPDが、遮光膜１２１により遮光されている。
【0200】
図２６のAは、画素セット５１Gbの下側の２画素の全てのフォトダイオードPDが、遮光膜１２１により遮光された例であり、図２６のBは、画素セット５１Gbの上側の２画素の全てのフォトダイオードPDが遮光膜１２１により遮光された例である。
【0201】
図２６では、遮光膜１２１が配置された画素セット５１Gbには、図１７と同様に、１個のオンチップレンズ９１が形成されている。遮光膜１２１が配置されない画素セット５１Gr、５１R、および５１Bには、画素単位のオンチップレンズ３８が形成されている。
【0202】
遮光膜１２１が対称的に配置された図２６のAの画素セット５１Gbの画素信号（４画素の加算画素信号）と、図２６のBの画素セット５１Gbの画素信号（４画素の加算画素信号）とを用いて、位相差情報が取得される。
【0203】
図２７は、フォトダイオードPDの上方に遮光膜を配置した第４の構成を示す平面図である。
【0204】
図２７のAおよびBでは、画素セット５１Gbを構成する４画素のうち、左側または右側の２画素の全てのフォトダイオードPDが、遮光膜１２１により遮光されている。
【0205】
図２７のAは、画素セット５１Gbの左側の２画素の全てのフォトダイオードPDが、遮光膜１２１により遮光された例であり、図２７のBは、画素セット５１Gbの右側の２画素の全てのフォトダイオードPDが遮光膜１２１により遮光された例である。
【0206】
図２７では、遮光膜１２１が配置された画素セット５１Gbには、図１７と同様に、１個のオンチップレンズ９１が形成されている。遮光膜１２１が配置されない画素セット５１Gr、５１R、および５１Bには、画素単位のオンチップレンズ３８が形成されている。
【0207】
遮光膜１２１が対称的に配置された図２７のAの画素セット５１Gbの画素信号（４画素の加算画素信号）と、図２７のBの画素セット５１Gbの画素信号（４画素の加算画素信号）とを用いて、位相差情報が取得される。
【0208】
【0209】
図２４乃至図２７の遮光膜１２１を配置した第１乃至第４の構成は、入射光の光強度が強く、遮光膜１２１を配置しない画素セット５１では位相差情報を取得できない場合に、遮光膜１２１を配置した画素セット５１で位相差情報を取得することができる。したがって、遮光膜１２１を配置した第１乃至第４の構成は、入射光の光強度が強い場合の位相差情報取得に有効である。
【0210】
図２４乃至図２７の遮光膜を配置した第１乃至第４の構成は、画素セット５１Gbまたは画素セット５１Grに遮光膜１２１を配置した例であるが、その他の画素セット５１Rや５１Bに対して、同様の遮光膜１２１を形成してもよいし、画素セット５１Gb、５１R、および５１Bの全てに、遮光膜１２１を形成してもよい。
【0211】
＜１２．その他の変形例＞
図２８は、固体撮像素子１のその他の変形例を示している。
図２８は、固体撮像素子１のその他の変形例を示している。
【0212】
上述した例では、画素セット５１の構成単位を、２ｘ２（縦２画素×横２画素）の４画素とした。しかし、画素セット５１は、２ｘ２の４画素に限定されず、複数の画素２で構成されさえすればよい。
【0213】
図２８は、画素セット５１の構成単位を、４ｘ４（縦４画素×横４画素）の１６画素とした例を示している。図２８の例は、オンチップレンズ３８が画素ごとに形成される例を示しているが、これに限定されず、２ｘ２の４画素に対して１つのオンチップレンズが配置されても良いし、４ｘ４の１６画素に対して１つのオンチップレンズが配置されても良い。
【0214】
その他、例えば、３ｘ３（縦３画素×横３画素）の９画素などを、画素セット５１の構成単位としてもよい。
【0215】
図２９は、固体撮像素子１のさらにその他の変形例を示している。
【0216】
上述した例では、固体撮像素子１の各画素２に、R、G、または、Bの波長の光を通過させるカラーフィルタ３７が形成されていた。
【0217】
しかしながら、図２９に示されるように、カラーフィルタ３７を省略した構成を採用してもよい。この場合、固体撮像素子１の画素２は、R、G、および、Bの全ての波長の光を受光して、画素信号を生成、出力することができる。
【0218】
あるいはまた、カラーフィルタ３７の代わりに、赤外光を透過させる赤外フィルタを設け、赤外光のみを受光して、画素信号を生成、出力する固体撮像素子１としてもよい。
【0219】
＜１３．画素トランジスタ配置例＞
図３０を参照して、画素トランジスタの配置例について説明する。
図３０を参照して、画素トランジスタの配置例について説明する。
【0220】
画素アレイ部３では、例えば、図３０に示されるフォトダイオードPDと画素トランジスタの配置が水平方向および垂直方向に繰り返し配置されている。
【0221】
図３０は、画素セット５１の構成単位を、２ｘ２（縦２画素×横２画素）の４画素とし、その画素セット５１を２ｘ２で配置した合計１６画素の画素領域における画素トランジスタの配置例を示す平面図である。図３０において黒丸で示される部分は、電源、GND,または、信号線のコンタクト部を表す。なお、図３０では、図が煩雑になるのを防ぐため、符号の一部は省略されている。
【0222】
図３０において、フォトダイオードPD、カラーフィルタ３７（図３０では不図示）、および、オンチップレンズ３８は、図３に示した例と同様に構成されている。具体的には、フォトダイオードPDは、１画素に対して、水平方向に対称に縦長形状で２個配置されている。オンチップレンズ３８は、画素単位に形成されている。カラーフィルタ３７は、画素セット５１単位でベイヤ配列となるように配置されており、左上の画素セット５１が、Gのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Gr、右上の画素セット５１が、Rのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１R、左下の画素セット５１が、Bのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１B、右下の画素セット５１が、Gのカラーフィルタ３７を有する画素セット５１Gbとなっている。
【0223】
４画素で構成される１つの画素セット５１には、図４を参照して説明したように、８個のフォトダイオードPDおよび８個の転送トランジスタTGと、それらで共有される、FD５２、リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び、選択トランジスタ５５とが設けられる。
【0224】
１つの画素セット５１に含まれる８個のフォトダイオードPDは、図３０に示されるように、２ｘ４（縦２個×横４個）で配列されるが、その２ｘ４の８個のフォトダイオードPDの垂直方向（縦方向）に隣接して、それら８個のフォトダイオードPDで共有される、リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び、選択トランジスタ５５が配置されている。８個のフォトダイオードPDで共有される、リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び、選択トランジスタ５５をまとめて共有画素トランジスタと呼ぶこととすると、垂直方向に隣接する２つの画素セット５１の２ｘ４の８個のフォトダイオードPDどうしの間に、共有画素トランジスタが配置されている。
【0225】
フォトダイオードPDと１対１に設けられる転送トランジスタTGは、２ｘ２の４個のフォトダイオードPDをグループとして、グループの中央部近傍に配置されている。画素セット５１内の右側のグループの２ｘ２の４個のフォトダイオードPDの中央部近傍に４個の転送トランジスタTGが集合配置され、画素セット５１内の左側のグループの２ｘ２の４個のフォトダイオードPDの中央部近傍に４個の転送トランジスタTGが集合配置されている。
【0226】
FD５２は、その一部として金属配線５２Aを少なくとも含み、金属配線５２Aは、図３０に示されるように、画素セット５１内の右側のグループの２ｘ２の４個のフォトダイオードPDの中間部と、画素セット５１内の左側のグループの２ｘ２の４個のフォトダイオードPDの中間部と、増幅トランジスタ５４のゲート電極と、リセットトランジスタ５３のソース電極とを電気的に接続するように配線されている。画素セット５１内の各フォトダイオードPDで蓄積された電荷は、対応する転送トランジスタTGによりFD５２の一部である金属配線５２Aに転送され、金属配線５２Aを伝送して、増幅トランジスタ５４のゲート電極に供給される。また、リセットトランジスタ５３がオンされると、FD５２の電荷が、リセットトランジスタ５３のソース電極からドレイン電極へ排出される。
【0227】
このように、共有画素トランジスタ（リセットトランジスタ５３、増幅トランジスタ５４、及び、選択トランジスタ５５）は、１つの画素セット５１の８個のフォトダイオードPDと、列方向に隣接する他の画素セット５１の８個のフォトダイオードPDとの間に配置するレイアウトを採用することができる。なお、図示は省略するが、行方向に隣接する画素セット５１の８個のフォトダイオードPDどうしの間に、共有画素トランジスタを配置するレイアウトとしてもよい。
【0228】
＜１４．電子機器への適用例＞
本技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
本技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【0229】
図３１は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【0230】
図３１の撮像装置２００は、レンズ群などからなる光学部２０１、図１の固体撮像素子１の構成が採用される固体撮像素子（撮像デバイス）２０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路２０３を備える。また、撮像装置２００は、フレームメモリ２０４、表示部２０５、記録部２０６、操作部２０７、および電源部２０８も備える。DSP回路２０３、フレームメモリ２０４、表示部２０５、記録部２０６、操作部２０７および電源部２０８は、バスライン２０９を介して相互に接続されている。
【0231】
光学部２０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子２０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子２０２は、光学部２０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像素子２０２として、図１の固体撮像素子１、即ち、高ダイナミックレンジ画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することが可能な固体撮像素子を用いることができる。
【0232】
表示部２０５は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の薄型ディスプレイで構成され、固体撮像素子２０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２０６は、固体撮像素子２０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
【0233】
操作部２０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置２００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２０８は、DSP回路２０３、フレームメモリ２０４、表示部２０５、記録部２０６および操作部２０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【0234】
上述したように、固体撮像素子２０２として、上述した実施の形態を適用した固体撮像素子１を用いることで、高ダイナミックレンジ画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置２００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
【0235】
＜イメージセンサの使用例＞
図３２は、上述の固体撮像素子１を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
図３２は、上述の固体撮像素子１を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
【0236】
上述の固体撮像素子１を用いたイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【0237】
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【0238】
＜１５．内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【0239】
図３３は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【0240】
図３３では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【0241】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【0242】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【0243】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ： Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
【0244】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【0245】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【0246】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【0247】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【0248】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【0249】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【0250】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【0251】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【0252】
【0253】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【0254】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【0255】
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【0256】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【0257】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【0258】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【0259】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【0260】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【0261】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【0262】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【0263】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【0264】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【0265】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【0266】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【0267】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【0268】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【0269】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、撮像部１１４０２として、上述した実施の形態に係る固体撮像素子１を適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、高ダイナミックレンジ画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することができる。これにより、高画質の撮影画像や距離情報を取得することができ、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
【0270】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【0271】
＜１６．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【0272】
図３５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【0273】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３５に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【0274】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【0275】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【0276】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【0277】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【0278】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【0279】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【0280】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0281】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【0282】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【0283】
図３６は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0284】
図３６では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【0285】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【0286】
なお、図３６には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【0287】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【0288】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0289】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【0290】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【0291】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、撮像部１２０３１として、上述した実施の形態に係る固体撮像素子１を適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、高ダイナミックレンジ画像生成用の信号と、位相差検出用の信号を同時に取得することができる。これにより、高画質の撮影画像や距離情報を取得することができ、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
【0292】
上述した例では、第１導電型をP型、第２導電型をN型として、電子を信号電荷とした固体撮像素子について説明したが、本技術は正孔を信号電荷とする固体撮像素子にも適用することができる。すなわち、第１導電型をN型とし、第２導電型をP型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。
【0293】
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【0294】
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
【0295】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【0296】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
同色のカラーフィルタを有する複数の画素からなる画素セットを、複数の色に対応して複数有し、前記画素は、複数の光電変換部を備える
固体撮像素子。
（２）
前記画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された２個の光電変換部を備え、
前記画素の前記光電変換部の配置方向は、少なくとも画素セット単位で同一方向である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記画素の前記光電変換部の配置方向は、全ての前記画素セットで同一方向である
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された２個の光電変換部を備え、
前記画素セットの水平方向に並ぶ２つの前記画素の前記光電変換部の配置方向は、同一方向である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された２個の光電変換部を備え、
前記画素セットの水平方向に並ぶ２つの前記画素の前記光電変換部の配置方向は、直交する方向である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記画素の前記複数の光電変換部の間は、絶縁層で分離されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記画素の前記複数の光電変換部の間は、前記光電変換部の導電型と反対の導電型の不純物層で分離されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記不純物層のポテンシャル障壁は、画素境界のポテンシャル障壁よりも低く形成されている
前記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
複数の前記画素セットの一部には、前記画素セット内の全ての前記画素の一部を遮光する遮光膜が形成されている
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
複数の前記画素セットの一部には、前記画素セット内の一部の前記画素の全てを遮光する遮光膜が形成されている
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記光電変換部で生成された電荷を保持する電荷保持部をさらに備え、
前記電荷保持部は、前記複数の画素の前記光電変換部で生成された電荷を加算して出力する
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記電荷保持部は、前記画素セットの全ての前記画素の前記光電変換部で生成された電荷を加算して出力する
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記電荷保持部は、前記画素セットを構成する前記複数の画素の前記光電変換部のうち、画素内の位置が同じ位置どうしの前記光電変換部の電荷を加算して出力する
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１４）
前記画素セットを構成する前記複数の画素の前記光電変換部のうち、第１の光電変換部と第２の光電変換部は、異なる露光時間で露光する
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記光電変換部で受光された電荷を画素信号として出力する制御を行う制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の光電変換部の第１の露光時間による第１の画素信号を出力させた後、前記第２の光電変換部の第２の露光時間による第２の画素信号を出力させる
前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）
前記画素セットを構成する前記複数の画素のうち、少なくとも一部の画素の前記複数の光電変換部で生成された画素信号は、別々に出力される
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）
前記画素セットを構成する前記複数の画素のうち、第１の画素の前記光電変換部は、第１の露光時間で露光し、第２の画素の前記光電変換部は、前記第１の露光時間よりも短い第２の露光時間で露光し、かつ、前記第２の露光時間で露光する前記第２の画素の前記複数の光電変換部で生成された画素信号は、別々に出力される
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）
前記画素セットを構成する前記複数の画素のうち、第１の画素の前記光電変換部は、第１の露光時間で露光し、第２の画素の前記光電変換部は、前記第１の露光時間よりも短い第２の露光時間で露光し、第３の画素の前記光電変換部は、前記第２の露光時間よりも短い第３の露光時間で露光し、かつ、前記第２の露光時間で露光する前記第２の画素の前記複数の光電変換部で生成された画素信号は、別々に出力される
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１９）
前記画素セットの前記カラーフィルタは、ベイヤ配列で配置されている
前記（１）乃至（１８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（２０）
同色のカラーフィルタを有する複数の画素からなる画素セットを、複数の色に対応して複数有し、前記画素は、複数の光電変換部を備える
固体撮像素子
を備える電子機器。
（１）
同色のカラーフィルタを有する複数の画素からなる画素セットを、複数の色に対応して複数有し、前記画素は、複数の光電変換部を備える
固体撮像素子。
（２）
前記画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された２個の光電変換部を備え、
前記画素の前記光電変換部の配置方向は、少なくとも画素セット単位で同一方向である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記画素の前記光電変換部の配置方向は、全ての前記画素セットで同一方向である
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された２個の光電変換部を備え、
前記画素セットの水平方向に並ぶ２つの前記画素の前記光電変換部の配置方向は、同一方向である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記画素は、垂直方向または水平方向に対称に配置された２個の光電変換部を備え、
前記画素セットの水平方向に並ぶ２つの前記画素の前記光電変換部の配置方向は、直交する方向である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記画素の前記複数の光電変換部の間は、絶縁層で分離されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記画素の前記複数の光電変換部の間は、前記光電変換部の導電型と反対の導電型の不純物層で分離されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記不純物層のポテンシャル障壁は、画素境界のポテンシャル障壁よりも低く形成されている
前記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
複数の前記画素セットの一部には、前記画素セット内の全ての前記画素の一部を遮光する遮光膜が形成されている
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
複数の前記画素セットの一部には、前記画素セット内の一部の前記画素の全てを遮光する遮光膜が形成されている
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記光電変換部で生成された電荷を保持する電荷保持部をさらに備え、
前記電荷保持部は、前記複数の画素の前記光電変換部で生成された電荷を加算して出力する
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記電荷保持部は、前記画素セットの全ての前記画素の前記光電変換部で生成された電荷を加算して出力する
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記電荷保持部は、前記画素セットを構成する前記複数の画素の前記光電変換部のうち、画素内の位置が同じ位置どうしの前記光電変換部の電荷を加算して出力する
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１４）
前記画素セットを構成する前記複数の画素の前記光電変換部のうち、第１の光電変換部と第２の光電変換部は、異なる露光時間で露光する
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記光電変換部で受光された電荷を画素信号として出力する制御を行う制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の光電変換部の第１の露光時間による第１の画素信号を出力させた後、前記第２の光電変換部の第２の露光時間による第２の画素信号を出力させる
前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）
前記画素セットを構成する前記複数の画素のうち、少なくとも一部の画素の前記複数の光電変換部で生成された画素信号は、別々に出力される
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）
前記画素セットを構成する前記複数の画素のうち、第１の画素の前記光電変換部は、第１の露光時間で露光し、第２の画素の前記光電変換部は、前記第１の露光時間よりも短い第２の露光時間で露光し、かつ、前記第２の露光時間で露光する前記第２の画素の前記複数の光電変換部で生成された画素信号は、別々に出力される
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）
前記画素セットを構成する前記複数の画素のうち、第１の画素の前記光電変換部は、第１の露光時間で露光し、第２の画素の前記光電変換部は、前記第１の露光時間よりも短い第２の露光時間で露光し、第３の画素の前記光電変換部は、前記第２の露光時間よりも短い第３の露光時間で露光し、かつ、前記第２の露光時間で露光する前記第２の画素の前記複数の光電変換部で生成された画素信号は、別々に出力される
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１９）
前記画素セットの前記カラーフィルタは、ベイヤ配列で配置されている
前記（１）乃至（１８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（２０）
同色のカラーフィルタを有する複数の画素からなる画素セットを、複数の色に対応して複数有し、前記画素は、複数の光電変換部を備える
固体撮像素子
を備える電子機器。
【符号の説明】
【0297】
１ 固体撮像素子， ２ 画素， PD フォトダイオード， TG 転送トランジスタ， ３ 画素アレイ部， ５ カラム信号処理回路， １２ 半導体基板， ３１，３２ 半導体領域， ３６ 画素間遮光膜， ３７ カラーフィルタ， ３８ オンチップレンズ， ５１（５１Gr,５１Gb,５１R,５１B） 画素セット， ９１ オンチップレンズ， １０１ 絶縁層， １０２ 不純物層， １２１ 遮光膜， ２００ 撮像装置， ２０２ 固体撮像素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】