特許 7561108 固体撮像素子、及び固体撮像装置

(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】2024-09-25

(45)【発行日】2024-10-03

(54)【発明の名称】固体撮像素子、及び固体撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/028 20060101AFI20240926BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240926BHJP

   H04N 1/192 20060101ALI20240926BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

H04N1/028 C

H01L27/146 A

H01L27/146 D

H04N1/192

G06T1/00 420G

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021149630

(22)【出願日】2021-09-14

(65)【公開番号】P2023042368

(43)【公開日】2023-03-27

【審査請求日】2023-09-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】大木 正幸

【審査官】加藤 俊哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－３６９２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５８１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１５７３２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－００４３１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ １／０２８

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０４Ｎ １／１９２

Ｇ０６Ｔ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に沿って順に配置された複数の画素を備え、
前記複数の画素は、
平面形状の光電変換部と、
前記光電変換部の形状に対応し、それぞれが異なる特定波長範囲の光を通す平面形状の第１フィルタ、第２フィルタ、及び第３フィルタが順に繰り返し配置され、幅の合計値は、前記第１方向の解像度に対応する１画素ピッチの幅の値であるフィルタと、を有し、
前記第２フィルタは、前記１画素ピッチの中点位置を含んで配置され、前記第１方向の幅は、前記中点位置から前記第１方向に直交する第２方向及び前記第２方向の反対方向の所定範囲で前記第１フィルタ、及び前記第３フィルタのそれぞれにおける前記第１方向の幅よりも広く構成され、
前記第１フィルタ、及び前記第３フィルタのそれぞれは、前記第２方向のいずれかの位置で、前記１画素ピッチの幅の３分の１よりも大きな前記第１方向の幅を有し、且つ、前記第２方向に前記第２方向の１画素ピッチ分の幅を有する、固体撮像素子。

【請求項2】

前記第１フィルタの前記第１方向の幅が前記第２方向に対して、次第に大きくなる場合に、前記第３フィルタの前記第１方向の幅が前記第２方向に対して、次第に小さくなる、請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記第３フィルタは、前記第１フィルタを１８０度回転させた形状を有する、請求項１又は２に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記第１フィルタは、前記第２方向に対して、所定点まで一定の幅を有し、前記所定点を超えると前記一定の幅よりも幅が広くなる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記第１フィルタは赤色フィルタに対応し、前記第２フィルタは緑色フィルタに対応し、前記第３フィルタは青色フィルタに対応する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

前記フィルタの前記第２方向における長さは、前記第２方向の解像度に対応する前記１画素ピッチよりも長く、２画素ピッチよりも短い、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の固体撮像素子。

【請求項7】

第１方向に沿って順に配置された平面形状の複数の光電変換部と、
前記光電変換部の形状に対応し、それぞれが異なる特定波長範囲の光を通す平面形状の第１フィルタ、第２フィルタ、及び第３フィルタが順に繰り返し配置され、幅の合計値は、前記第１方向の解像度に対応する１画素ピッチの幅の値であるフィルタと、
前記複数の光電変換部から信号電荷を読み出して転送する電荷転送回路と、
前記電荷転送回路から転送された信号電荷を信号電圧に変換し、出力回路に画素信号を出力する電荷電圧変換回路と、を備え、
前記第２フィルタは、前記１画素ピッチの中点位置を含んで配置され、前記第１方向の幅は、前記中点位置から前記第１方向に直交する第２方向及び前記第２方向の反対方向の所定範囲で前記第１フィルタ、及び前記第３フィルタのそれぞれにおける前記第１方向の幅よりも広く構成され、
前記第１フィルタ、及び前記第３フィルタのそれぞれは、前記第２方向のいずれかの位置で、前記１画素ピッチの幅の３分の１よりも大きな前記第１方向の幅を有し、且つ、前記第２方向に前記第２方向の１画素ピッチ分の幅を有する、固体撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、固体撮像素子、固体撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の画素を配列した画素アレイを有し、画素の各々にフォトダイオード等の光電変換部を設け、光電変換部の各々によって取得した画素信号に基づいて撮像画像を生成する固体撮像装置がある。

【0003】

画素アレイの各画素列は原稿画像の同一位置を機械的なスキャン動作により順次読み取る。ところが、機械的なスキャン動作の動作誤差により、それぞれずれた位置の画像を読み取ってしまう。このような場合、再生した画像において色ずれが発生してしまう恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平８－２５１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、色ずれの抑制が可能な固体撮像素子、及び固体撮像装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態によれば、固体撮像素子は、第１方向に沿って順に配置された複数の画素を備える。複数の画素は、平面形状の光電変換部と、光電変換部の形状に対応した特定波長範囲の光を通す平面形状のフィルタと、を有する。フィルタは、第１方向に直交する第２方向に対して、第１方向の幅が異なる形状を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】固体撮像装置の概略構成の一例を示すブロック図。

【図2】画素グループ１の配置例を示す図。

【図3】画素の回路構成例を示す図。

【図4】固体撮像装置の波形図の一例を示す図。

【図5A】比較例１の画素配置例を示す図。

【図5B】画素グループを１画素ピッチで並べた図。

【図6A】比較例２の画素配置例を示す図。

【図6B】画素グループを縦方向に１画素ピッチで並べた図。

【図7】変形例１に係る画素グループの構成例を示す図。

【図8】変形例２に係る画素グループの構成例を示す図。

【図9】変形例３に係る画素グループの構成例を示す図。

【図10】変形例４に係る画素グループの構成例を示す図。

【図11】変形例５に係る画素グループの構成例を示す図。

【図12】変形例６に係る画素グループの構成例を示す図。

【図13】変形例７に係る画素グループの構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、固体撮像装置内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、固体撮像装置には以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。

【0009】

（一実施形態）
図１乃至図３を用いて固体撮像装置１の構成例を説明する。図１は、固体撮像装置１の概略構成の一例を示すブロック図である。図２は、固体撮像装置１の画素グループ１０ｇｒの配置例を示す図である。図３は、画素１０の回路構成例を示す図である。この固体撮像装置１は、例えば、直線状に画素を配列したリニアイメージセンサである。また、固体撮像装置１は、読み取り対象に対して、相対的に移動させることにより、読み取り対象の画像情報を取得する装置である。

【0010】

図１に示すように、固体撮像装置１は、固体撮像素子２と、制御回路４０とを備える。固体撮像素子２は、複数の画素グループ１０ｇｒ、出力回路２０、及び出力端子３０を有する。複数の画素グループ１０ｇｒを構成する各画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎは、出力回路２０を介して出力端子３０に画素信号Ｖを出力する。各画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎは、制御回路４０によって制御される。各画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎは、光電変換部（受光素子）１１、受光素子１１と対応するカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂ、電荷転送回路１２、及び電荷電圧変換回路１３を有する。また、光電変換層Ｓ１０と、制御素子層Ｓ２０とは、例えば積層構造を形成している。すなわち、受光素子１１と対応するカラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂは、光電変換層Ｓ１０に構成され、電荷転送回路１２、電荷電圧変換回路１３、出力回路２０は、制御素子層Ｓ２０に構成される。このような構成により、各画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎの開口率を、電荷転送回路１２、電荷電圧変換回路１３、出力回路２０を同層に構成する場合よりも、上げることが可能となる。

【0011】

図２に示すように、画素グループ１０ｇｒは、赤色光を透過する赤色フィルタＲを有する赤色画素Ｒ１と、緑色光を透過する緑色フィルタＧを有する緑色画素Ｇ１と、青色光を透過する青色フィルタＢを有する青色画素Ｂ１と、を有する。より詳細には、赤色画素Ｒ１、緑色画素Ｇ１、及び青色画素Ｂ１を構成する光電変換素子の境界には混色を抑制する隔壁が設けられている。また、光電変換層Ｓ１０の各光電変換素子の画素開口には、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢがそれぞれ配置される。ここで、１画素ピッチは、各画素の解像度に対応する。すなわち、本実施形態では、主走査方向Ｘ（第１方向）の１画素ピッチ、及び副走査方向Ｙ（第２方向）の１画素ピッチ内に、赤色画素Ｒ１、緑色画素Ｇ１、及び青色画素Ｂ１が配置される。なお、本実施形態に係るカラーフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂであるがこれに限定されない。例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーンなどの組み合わせでもよい。

【0012】

このように、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内を３分割することで、赤色画素Ｒ１、緑色画素Ｇ１、及び青色画素Ｂ１が配置される。また、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢのそれぞれは、副走査方向Ｙ（第２方向）に対して、主走査方向Ｘの幅が異なる形状を有する。例えば赤色フィルタＲの主走査方向Ｘの幅が副走査方向Ｙに対して、次第に大きくなる場合に、青色フィルタＢの主走査方向Ｘの幅が副走査方向Ｙに対して、次第に小さくなる。すなわち、赤色フィルタＲは、副走査方向Ｙに対して、所定点ＰＲ１まで一定の幅を有し、所定点ＰＲ１を超えると一定の幅よりも幅が広くなる。また、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢの主走査方向Ｘの幅の合計値は、主走査方向Ｘの解像度に対応する１画素ピッチの幅の値である。

【0013】

より具体的には、Ｌ字型の赤色画素Ｒ１と１８０度回転したＬ字型の青色画素Ｂ１とに挟まれる形状の緑色画素Ｇ１が配置される。赤色画素Ｒ１の形状と緑色画素Ｇ１の形状と青色画素Ｂ１の形状が異なっている。主走査方向Ｘの画素開口は、どの色も広くなっており、例えば１画素ピッチの３分の２の広がりを有しており、主走査方向Ｘの色分布の情報をより多く取得できる。また、縦の副走査方向Ｙの画素開口も１画素ピッチ分の幅を有し、画素感度がより高くなる。さらに、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチの重心部に緑色画素Ｇ１を配置する。すなわち、画素グループ１０ｇｒの重心部に緑色画素Ｇ１の主領域ＡＧを配置する。これにより、緑色画素Ｇ１の開口が画素ピッチの中心に広く設けられるので、読み取り時に主走査方向Ｘ又は副走査方向Ｙの機械的なずれが生じても縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0014】

このような赤色画素Ｒ１、緑色画素Ｇ１、及び青色画素Ｂ１で構成される画素グループ１０ｇｒが主走査方向Ｘに一次元列状に配置されている。このように、本実施形態では、主走査方向Ｘに沿って、赤色画素である第１色画素Ｒ１～Ｒｎ、緑色画素である第２色画素Ｇ１～Ｇｎ、及び、青色画素である第３色画素Ｂ１～Ｂｎが交互に順に配置される。また、本実施形態では、第１色画素Ｒ１～Ｒｎの全部又は一部を示すとき第１色画素Ｒと称し、第２色画素Ｇ１～Ｇｎの全部又は一部を示すとき第２色画素Ｇと称し、第３色画素Ｂ１～Ｂｎの全部又は一部を示すとき第３色画素Ｂと称する。また、第１色画素Ｒ１～Ｒｎ、第２色画素Ｇ１～Ｇｎ、及び、第３色画素Ｂ１～Ｂｎの全部又は一部を示すとき、画素１０と称する。

【0015】

図３に示すように、受光素子１１は、例えば、アノードが接地電圧と接続され、カソードが電荷転送回路１２と接続される。受光素子１１は、露光すると、入射光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。なお、受光素子１１は、例えば、光電変換可能なフォトダイオードで構成してもよい。

【0016】

電荷転送回路１２は、受光素子１１から電荷電圧変換回路１３に信号電荷を読み出して転送する。電荷転送回路１２は、読出ゲートＡ１、蓄積ゲートＡ２、バリアゲートＡ３、蓄積ダイオードＤ、転送ゲートＡ４を有する。読出ゲートＡ１、蓄積ゲートＡ２、バリアゲートＡ３、及び、転送ゲートＡ４は、順に、直列になるように接続される。

【0017】

読出ゲートＡ１は、制御回路４０から入力された読出信号ＲＤに応じ、受光素子１１に蓄積された信号電荷を蓄積ゲートＡ２に読み出す。蓄積ゲートＡ２は、制御回路４０から蓄積信号ＳＴが入力され、蓄積信号ＳＴに応じた蓄積電荷量を有し、読出ゲートＡ１から読み出された信号電荷を蓄積する。

【0018】

バリアゲートＡ３は、制御回路４０から入力されたバリア信号ＢＧに応じ、蓄積ゲートＡ２に蓄積された信号電荷を蓄積ダイオードＤに移送する。蓄積ダイオードＤは、カソードがバリアゲートＡ３の出力端及び転送ゲートＡ４の入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードＤは、バリアゲートＡ３から移送された信号電荷を蓄積する。転送ゲートＡ４は、制御回路４０から入力された転送信号ＳＨに応じ、蓄積ダイオードＤに蓄積された信号電荷を電荷電圧変換回路１３に転送する。

【0019】

電荷電圧変換回路１３は、電荷転送回路１２から転送された信号電荷を信号電圧に変換し、出力回路２０に画素信号Ｖを出力する。電荷電圧変換回路１３は、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットトランジスタＴｒ１、アンプトランジスタＴｒ２、アドレストランジスタＴｒ３、及び、定電流源Ｓｃを有する。リセットトランジスタＴｒ１、アンプトランジスタＴｒ２、及び、アドレストランジスタＴｒ３の各々は、例えば、ｎ型のトランジスタによって構成されるが、ｐ型のトランジスタによって構成されてもよい。

【0020】

フローティングディフュージョンＦＤは、コンデンサＣを有する。コンデンサＣは、一端が転送ゲートＡ４、及び、アンプトランジスタＴｒ２のゲートと接続され、他端が接地電圧と接続される。コンデンサＣは、転送ゲートＡ４から転送された信号電荷を信号電圧に変換する。リセットトランジスタＴｒ１は、一端が基準電圧と接続され、他端がフローティングディフュージョンＦＤと接続される。リセットトランジスタＴｒ１は、制御回路４０から入力されたリセット信号ＲＳに応じ、フローティングディフュージョンＦＤを基準電圧に接続し、信号電荷を排出する。

【0021】

アンプトランジスタＴｒ２は、一端が電源電圧と接続され、他端がアドレストランジスタＴｒ３及び出力回路２０と接続される。アンプトランジスタＴｒ２は、定電流源Ｓｃと接続されると、ソースフォロア動作を行い、出力回路２０に、ゲートに入力されたフローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じた画素信号Ｖを出力する。

【0022】

アドレストランジスタＴｒ３は、アンプトランジスタＴｒ２の他端と定電流源Ｓｃの間に設けられる。アドレストランジスタＴｒ３は、ゲートが制御回路４０と接続され、制御回路４０から入力されたアドレス信号ＡＤに応じ、定電流源ＳｃとアンプトランジスタＴｒ２を接続状態又は遮断状態のいずれかにする。定電流源Ｓｃは、アンプトランジスタＴｒ２と接地電圧の間に設けられる。

【0023】

再び図１に示すように、出力回路２０は、第１色画素Ｒと接続された出力回路２１、第２色画素Ｇと接続された出力回路２２、及び、第３色画素Ｂと接続された出力回路２３を有する。出力回路２０は、各画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎから入力された画素信号Ｖに増幅等の所定信号処理を行い、出力端子３０に出力する。出力端子３０は、出力回路２１と接続して、各画素Ｒ１～Ｒｎに対応する画素信号Ｖｒを出力する出力端子３１、出力回路２２と接続して、各画素Ｇ１～Ｇｎに対応する画素信号Ｖｇを出力する出力端子３２、及び、出力回路２３と接続して、各画素Ｂ１～Ｂｎに対応する画素信号Ｖｂを出力する出力端子３３を有する。例えば、画素信号Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂが画像データにＡＤ変換された際のＲＧＢ配列データは、画素グループ１０ｇｒ毎に同一の座標データがそれぞれ関連づけられる。例えば同一の画素グループ１０ｇｒのデータには、例えばＶｒ（ｘ、ｙ）、Ｖｇ（ｘ、ｙ）、Ｖｂ（ｘ、ｙ）と同一の座標（ｘ、ｙ）が割り振られる。なお、座標（ｘ、ｙ）は、主走査方向の１画素ピッチ毎に座標（ｘ）が割り振られ、副走査方向の１画素ピッチ毎に座標（ｙ）が割り振られる。

【0024】

制御回路４０は、例えば、シフトレジスタによって構成される。制御回路４０は、読出信号ＲＤを出力し、受光素子１１に蓄積された信号電荷の読出指示を行う。より具体的に、制御回路４０は、各画素グループ１０ｇｒの露光周期に従って読出信号ＲＤを出力する。読出信号ＲＤがＯＦＦ状態になると、読出ゲートＡ１が遮断状態になり、受光素子１１に信号電荷が蓄積される。読出信号ＲＤがＯＮ状態になると、読出ゲートＡ１が接続状態になり、受光素子１１から蓄積ゲートＡ２に信号電荷が読み出される。

【0025】

また、制御回路４０は、蓄積ゲートＡ２に所定電圧の蓄積信号ＳＴを出力する。この制御回路４０は、バリア信号ＢＧを出力し、信号出力周期の開始前に、各画素グループ１０ｇｒの蓄積ゲートＡ２の信号電荷の移送指示を行う。例えば、制御回路４０は、信号出力周期の開始前に、同時に、全部の画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎにバリア信号ＢＧを出力してもよい。バリア信号ＢＧがＯＮ状態になると、蓄積ゲートＡ２から蓄積ダイオードＤに信号電荷が読み出される。バリア信号ＢＧがＯＦＦ状態になると、蓄積ダイオードＤは、蓄積ゲートＡ２から遮断される。

【0026】

また、制御回路４０は、信号出力周期に、画素グループ１０ｇｒの主走査方向Ｘの位置に応じた転送信号ＳＨを順次出力し、信号電荷の転送指示を行う。転送信号ＳＨがＯＮ状態になると、蓄積ダイオードＤからフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷が転送される。転送信号ＳＨがＯＦＦ状態になると、フローティングディフュージョンＦＤは、蓄積ダイオードＤから遮断される。

【0027】

また、制御回路４０は、アドレス信号ＡＤを出力し、画素信号Ｖの出力指示も行う。アドレス信号ＡＤがＯＮ状態になると、アンプトランジスタＴｒ２と定電流源Ｓｃが接続され、フローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じた画素信号Ｖが出力回路２０に出力される。画素１０の各々の画素信号Ｖを出力した後、制御回路４０は、アドレス信号ＡＤをＯＦＦ状態にし、アンプトランジスタＴｒ２から定電流源Ｓｃを遮断する。

【0028】

また、制御回路４０は、画素１０の各々の画素信号Ｖを出力した後、リセット信号ＲＳを出力し、信号電荷のリセット指示を行う。リセット信号ＲＳがＯＮ状態になると、基準電圧とフローティングディフュージョンＦＤが接続状態にされ、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされる。すなわち、蓄積ゲートＡ２は、前段蓄積部を構成する。蓄積ダイオードＤは、後段蓄積部を構成する。

【0029】

（動作）
次に、実施形態に係る固体撮像装置１の動作について説明をする。図４は、実施形態に関わる、固体撮像装置１の読出信号ＲＤ、バリア信号ＢＧ、転送信号ＳＨ及び画素信号Ｖの波形図の一例を示す図である。

【0030】

時刻Ｔ１において、制御回路４０がＯＦＦ状態の読出信号ＲＤｒを出力すると、受光素子１１と電荷転送回路１２が遮断状態になり、画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎの受光素子１１は、露光による信号電荷の蓄積を開始する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ３ａが露光周期Ｐｒ１である。

【0031】

時刻Ｔ３において、制御回路４０がＯＮ状態の読出信号ＲＤｒを出力すると、時刻Ｔ３ａでＯＦＦ状態の読出信号ＲＤｒを出力するまで、画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～Ｂｎの読出ゲートＡ１は、受光素子１１から蓄積ゲートＡ２に信号電荷を読み出す。第１色画素Ｒの蓄積ゲートＡ２は、時刻Ｔ３ａから時刻Ｔｓまでの蓄積周期Ｐｃ１、信号電荷を蓄積する。

【0032】

時刻Ｔｓになると、信号出力周期Ｐｓが開始する。時刻Ｔｓにおいて、制御回路４０がＯＮ状態のバリア信号ＢＧを出力すると、画素Ｒ１～Ｒｎ、Ｇ１～Ｇｎ、Ｂ１～ＢｎのバリアゲートＡ３は、蓄積ゲートＡ２から蓄積ダイオードＤに信号電荷を移送する。

【0033】

続いて、制御回路４０が、ＯＮ状態の転送信号ＳＨ１～ＳＨｎを出力すると、順次、主走査方向Ｘに配列された画素グループ１０ｇｒの各々の転送ゲートＡ４は、蓄積ダイオードＤからフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を転送する。

【0034】

制御回路４０が、ＯＮ状態のアドレス信号ＡＤを出力すると、順次、主走査方向Ｘに配列された画素グループ１０ｇｒの各々のアンプトランジスタＴｒ２は、フローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じた画素信号Ｖを出力する。

【0035】

より具体的には、第１色画素Ｒは、露光周期Ｐｒ１に蓄積された信号電荷に応じた画素信号Ｖｒを出力回路２１に出力する。第２色画素Ｇは、露光周期Ｐｒ１に蓄積された信号電荷に応じた画素信号Ｖｇを出力回路２２に出力する。第３色画素Ｂも、露光周期Ｐｒ１に蓄積された電荷に応じた画素信号Ｖｂを出力回路２３に出力する。このように、画素グループ１０ｇｒ内の各画素は、同じタイミングで画素信号Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂを出力する。そして、出力回路２０は、画素信号Ｖを増幅し、出力端子３０に出力する。

【0036】

（比較例との対比）
図５Ａは、比較例１の画素配置例を示す図である。比較例１では、主走査方向Ｘの１画素ピッチ、及び副走査方向Ｙの１画素ピッチ内の画素グループ１０ｇｒａに、同一形状の赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎが配置される。この例では、長方形状の赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎを主走査方向Ｘに並列させている。

【0037】

図５Ｂは、本実施形態に係る画素グループ１０ｇｒと比較例１に係る画素グループ１０ｇｒａを１画素ピッチで並べた図である。図５Ｂでは、撮影対象物Ａ１００は、白地に赤色領域Ａｒ０、１、２を有する場合を示している。四角形の一辺は１画素ピッチを示している。上述のように、本実施形態に係る赤色画素の領域ＲＹの主走査方向Ｘの幅ＲＸは、例えば１画素ピッチの２分の１よりも広く構成される。これに対して比較例１に係る赤色画素の主走査方向Ｘの幅ＲＸａは、例えば１画素ピッチの６分の１よりも狭く構成される。

【0038】

このため、図５Ｂに示すように、副走査方向Ｙに固体撮像素子２をタイミングｔ１、ｔ２で１画素ピッチずらして撮像する場合、タイミングｔ１での撮像では、本実施形態に係る赤色画素は、赤色領域Ａｒ１、２の赤色情報を取得可能であるが、比較例１では取得困難となる。一方で、タイミングｔ２での撮像では、本実施形態に係る赤色画素、及び比較例１に係る赤色画素は、共に赤色領域Ａｒ３の赤色情報を取得可能となる。これから分かるように、本実施形態に係る赤色画素は、赤色領域Ａｒ０、１、２の色情報を取得できるので、タイミングｔ１、ｔ２で生成した画像信号は赤色の情報を有する。これに対して、比較例１に係る赤色画素は、タイミングｔ１では赤色情報を取得できず、白色に対応する画像信号を出力し、色ずれが生じてしまう。また、比較例１に係る赤色画素では、タイミングｔ２では赤色情報を取得できるので、タイミングｔ１と、タイミングｔ２とで、赤色の色味にむらが生じてしまう。

【0039】

青色画素、緑色画素も同様である。換言すると、本実施形態に係る各色の画素は、読み取り時に主走査方向Ｘの機械的なずれが生じても、色情報を取得する可能性が比較例１よりも高くなり、比較例１よりも色ずれが抑制される。なお、本実施形態では、撮影対象物Ａ１００の実際の色と、固体撮像素子２の出力する画像信号Ｖを再生した画像における色とのずれを色ずれと称することとする。

【0040】

図６Ａは、比較例２の画素配置例を示す図である。比較例２では、主走査方向Ｘの１画素ピッチ、及び副走査方向Ｙの１画素ピッチ内の画素グループ１０ｇｒｂに、同一形状の赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎが配置される。この例では、長方形状の赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎを副走査方向Ｙに並列させている。

【0041】

図６Ｂは、本実施形態に係る画素グループ１０ｇｒと比較例２に係る画素グループ１０ｇｒｂを１画素ピッチで並べ図である。例えば比較例２に係る赤色画素副走査方向Ｙの幅ＲＹａは１画素ピッチの３分の１である。これに対して、本実施形態に係る副走査方向Ｙの幅ＲＹは１画素ピッチ分である。

【0042】

このため、例えば本実施形態に係る赤色画素は、赤色領域Ａｒ３、４の赤色情報を取得可能であるが、比較例では赤色領域Ａｒ４の赤色情報の取得は困難となる。このように、本実施形態に係る赤色画素は、副走査方向Ｙに分布する赤色情報を取得する可能性が比較例２よりも高くなる。これにより、比較例２よりも色ずれが抑制される。青色画素、緑色画素も同様である。換言すると、本実施形態に係る各色の画素は、読み取り時に副走査方向Ｙの機械的なずれが生じても、色情報を取得する可能性が比較例２よりも高くなり、比較例２よりも色ずれが抑制される。

【0043】

また、比較例１、２とも、光電変換層Ｓ１０に電荷転送回路１２、電荷電圧変換回路１３の一部が構成され、開口率に制限を有する。これに対して本実施形態に係る固体撮像装置１は、上述のように、電荷転送回路１２、電荷電圧変換回路１３、出力回路２０は、制御素子層Ｓ２０に構成される。このため、本実施形態に係る赤色画素Ｒ１、緑色画素Ｇ１、及び青色画素Ｂ１の縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内における開口率を比較例１、２よりも広くできる。これにより、本実施形態に係る赤色画素Ｒ１、緑色画素Ｇ１、及び青色画素Ｂ１の感度は、比較例１、２よりも高くなる。

【0044】

以上説明したように、本実施形態によれば、固体撮像素子２は、光電変換部１１の形状に対応した特定波長範囲の光を通す平面形状のフィルタＲ、Ｇ、Ｂを有し、フィルタＲ、Ｇ、Ｂは、主走査方向Ｘ（第１方向）に直交する副走査方向Ｙ（第２方向）に対して、主走査方向Ｘの幅が異なる形状を有する。これにより、1画素グループを構成する各画素の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙに対する撮像領域をより広げることが可能となる。このため、固体撮像素子２の画像信号を用いた再現画像の色ずれをより抑制できる。

【0045】

（変形例１）
図７は、変形例１に係る画素グループ１０ｇｒの構成例を示す図である。図７に示すように、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎの副走査方向Ｙの大きさを画素ピッチの１倍より大きく、２倍未満とした点で第１実施形態に係る画素例と相違する。すなわち、変形例１に係る固体撮像装置１は、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせることが可能となる。

【0046】

このように、変形例１に係る画素グループ１０ｇｒｃは、縦２画素ピッチ未満であり、且つ横１画素ピッチを３分割する。Ｌ字形状の青色画素Ｂｎと青色画素Ｂｎを１８０度回転した形状の赤色画素Ｒｎとに挟まれる形状の緑色画素Ｇｎが配置される。青色画素Ｂｎの形状と、緑色画素Ｇｎ、と赤色画素Ｒｎの形状と、が異なっている。変形例１に係る副走査方向Ｙの画素開口は、どの色も第１実施形態に係る固体撮像装置１よりも広くなっており、より感度を上げる事が可能となる。

【0047】

また、画素グループ１０ｇｒｃの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、副走査方向Ｙの１画素ピッチが画素グループ１０ｇｒｃの副走査方向Ｙの長さよりも短い場合にも、１画素ピッチ内に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧの開口部が配置される。これにより、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせる場合にも、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0048】

（変形例２）
図８は、変形例２に係る画素グループ１０ｇｒｄの構成例を示す図である。図８に示すように、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内を３分割することで、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎが配置される。より具体的には、長方形に三角形を加えた形状の青色画素Ｂｎと、青色画素Ｂｎの形状を１８０度回転した赤色画素Ｒｎとに挟まれる形状の緑色画素Ｇｎが配置される。青色画素Ｂｎの形状と緑色画素Ｇｎの形状と赤色画素Ｒｎの形状が異なっている。主走査方向Ｘの画素開口は、どの色も広くなっており、例えば１画素ピッチの３分の２の広がりを有しており、主走査方向Ｘの色分布の情報をより多く取得できる。また、縦の副走査方向Ｙの画素開口も１画素ピッチ分の幅を有し、画素感度がより高くなる。さらに、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチの重心部に緑色画素Ｇｎを配置する。すなわち、画素グループ１０ｇｒｄの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、緑色画素Ｇｎの開口が画素ピッチの中心に広く設けられるので、読み取り時に主走査方向Ｘ又は副走査方向Ｙの機械的なずれが生じても縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0049】

（変形例３）
図９は、変形例３に係る画素グループ１０ｇｒｅの構成例を示す図である。図９に示すように、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎの副走査方向Ｙの大きさを画素ピッチの１倍より大きく、２倍未満とした点で変形例２に係る画素例と相違する。すなわち、変形例３に係る固体撮像装置１は、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせることが可能となる。

【0050】

このように、変形例３に係る画素グループ１０ｇｒｅは、縦２画素ピッチ未満であり、且つ横１画素ピッチを３分割する。より具体的には、長方形に三角形を加えた形状の青色画素Ｂｎと、青色画素Ｂｎの形状を１８０度回転した赤色画素Ｒｎとに挟まれる形状の緑色画素Ｇｎが配置される。副走査方向Ｙの画素開口は、どの色も変形例２に係る固体撮像装置１よりも広くなっており、より感度を上げる事が可能となる。

【0051】

また、画素グループ１０ｇｒｅの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、副走査方向Ｙの１画素ピッチが画素グループ１０ｇｒｅの副走査方向Ｙの長さよりも短い場合にも、１画素ピッチ内に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧの開口部が配置される。これにより、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせる場合にも、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0052】

（変形例４）
図１０は、変形例２に係る画素グループ１０ｇｒｆの構成例を示す図である。図１０に示すように、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内を３分割することで、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎが配置される。より具体的には、コの字形状に２つの三角形を重ねた形状の青色画素Ｂｎと、青色画素Ｂｎの形状を１８０度回転した赤色画素Ｒｎとに挟まれる形状の緑色画素Ｇｎが配置される。青色画素Ｂｎの形状と緑色画素Ｇｎの形状と赤色画素Ｒｎの形状が異なっている。主走査方向Ｘの画素開口は、どの色も広くなっており、例えば１画素ピッチの３分の２の広がりを有しており、主走査方向Ｘの色分布の情報をより多く取得できる。また、縦の副走査方向Ｙの画素開口も１画素ピッチ分の幅を有し、画素感度がより高くなる。さらに、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチの重心部に緑色画素Ｇｎを配置する。すなわち、画素グループ１０ｇｒｆの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、緑色画素Ｇｎの開口が画素ピッチの中心に広く設けられるので、読み取り時に主走査方向Ｘ又は副走査方向Ｙの機械的なずれが生じても縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0053】

（変形例５）
図１１は、変形例５に係る画素グループ１０ｇｒｆの構成例を示す図である。図１１に示すように、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎの副走査方向Ｙの大きさを画素ピッチの１倍より大きく、２倍未満とした点で変形例２に係る画素例と相違する。すなわち、変形例３に係る固体撮像装置１は、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせることが可能となる。

【0054】

このように、変形例５に係る画素グループ１０ｇｒｆは、縦２画素ピッチ未満であり、且つ横１画素ピッチを３分割する。より具体的には、コの字形状に２つの三角形を重ねた形状の青色画素Ｂｎと、青色画素Ｂｎの形状を１８０度回転した赤色画素Ｒｎとに挟まれる形状の緑色画素Ｇｎが配置される。副走査方向Ｙの画素開口は、どの色も変形例４に係る固体撮像装置１よりも広くなっており、より感度を上げる事が可能となる。

【0055】

また、画素グループ１０ｇｒｆの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、副走査方向Ｙの１画素ピッチが画素グループ１０ｇｒｆの副走査方向Ｙの長さよりも短い場合にも、１画素ピッチ内に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧの開口部が配置される。これにより、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせる場合にも、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0056】

（変形例６）
図１２は、変形例６に係る画素グループ１０ｇｒｈの構成例を示す図である。図１２に示すように、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内を３分割することで、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎが配置される。より具体的には、カタカナのヒ形状の青色画素Ｂｎと、カタカナのフ形状の赤色画素Ｒｎとに挟まれる下凸形状の緑色画素Ｇｎが配置される。青色画素Ｂｎの形状と緑色画素Ｇｎの形状と赤色画素Ｒｎの形状が異なっている。主走査方向Ｘの画素開口は、どの色も広くなっており、例えば１画素ピッチの３分の２の広がりを有しており、主走査方向Ｘの色分布の情報をより多く取得できる。また、縦の副走査方向Ｙの画素開口も１画素ピッチ分の幅を有し、画素感度がより高くなる。さらに、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチの重心部に緑色画素Ｇｎを配置する。すなわち、画素グループ１０ｇｒｈの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、緑色画素Ｇｎの開口が画素ピッチの中心に広く設けられるので、読み取り時に主走査方向Ｘ又は副走査方向Ｙの機械的なずれが生じても縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0057】

（変形例７）
図１３は、変形例３に係る画素グループ１０ｇｒｊの構成例を示す図である。図９に示すように、赤色画素Ｒｎ、緑色画素Ｇｎ、及び青色画素Ｂｎの副走査方向Ｙの大きさを画素ピッチの１倍より大きく、２倍未満とした点で変形例２に係る画素例と相違する。すなわち、変形例３に係る固体撮像装置１は、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせることが可能となる。

【0058】

このように、変形例３に係る画素グループ１０ｇｒｊは、縦２画素ピッチ未満であり、且つ横１画素ピッチを３分割する。より具体的には、カタカナのヒ形状の青色画素Ｂｎと、カタカナのフ形状の赤色画素Ｒｎとに挟まれる下凸形状の緑色画素Ｇｎが配置される。副走査方向Ｙの画素開口は、どの色も変形例６に係る固体撮像装置１よりも広くなっており、より感度を上げる事が可能となる。

【0059】

また、画素グループ１０ｇｒｊの重心部に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧを配置する。これにより、副走査方向Ｙの１画素ピッチが画素グループ１０ｇｒｊの副走査方向Ｙの長さよりも短い場合にも、１画素ピッチ内に緑色画素Ｇｎの主領域ＡＧの開口部が配置される。これにより、副走査方向Ｙにおいて画像データの撮像領域に重複を生じさせる場合にも、縦１画素ピッチ及び横１画素ピッチ内の画像の輪郭が得られ易くなる。

【0060】

なお、以下の付記に記載しているような固体撮像装置が考えられる。

【0061】

（付記１）
前記光電変換部と、前記フィルタと、を有する光電変換層と、
電荷転送回路と、前記電荷電圧変換回路と、を有する制御素子層と、は積層される、請求項１０に記載の固体撮像装置。

【0062】

（付記２）
前記光電変換部は、フォトダイオードである、請求項１０に記載の固体撮像装置。

【0063】

（付記３）
前記フィルタは、それぞれが異なる特定波長範囲を通す第１フィルタ、第２フィルタ、及び第３フィルタの少なくともいずれかであり、前記第１フィルタ、前記第２フィルタ、及び前記第３フィルタが順に繰り返し配置される、請求項１０に記載の固体撮像装置。

【0064】

（付記４）
前記第１フィルタの前記１方向の幅が前記第２方向に対して、次第に大きくなる場合に、前記第３フィルタの前記１方向の幅が前記第２方向に対して、次第に小さくなる、請求項１３に記載の固体撮像装置。

【0065】

（付記５）
前記第１フィルタ、前記第２フィルタ、及び前記第３フィルタの前記１方向の幅の合計値は、前記１方向の解像度に対応する１画素ピッチの幅の値である、請求項１３に記載の固体撮像装置。

【0066】

（付記６）
前記第３フィルタは、前記第１フィルタを１８０度回転させた形状を有する、請求項１３に記載の固体撮像装置。

【0067】

（付記７）
前記第１フィルタは、前記第２方向に対して、所定点まで一定の幅を有し、前記所定点を超えると前記一定の幅よりも幅が広くなる、請求項１３に記載の固体撮像装置。

【0068】

（付記８）
前記第１フィルタは赤色フィルタに対応し、前記第２フィルタは緑色フィルタに対応し、前記第３フィルタは青色フィルタに対応する、請求項１３に記載の固体撮像装置。

【0069】

（付記９）
制御回路を更に有し、
前記制御回路は、前記信号電荷の蓄積周期を制御する、請求項１３に記載の固体撮像装置。

【0070】

（付記１０）
前記制御回路は、前記第１フィルタ、前記第２フィルタ、及び前記第３フィルタを有する同一グループ内の画素の蓄積周期を同様に制御する、
請求項１９に記載の固体撮像装置。

【0071】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0072】

１：固体撮像装置、２：固体撮像素子、１１：光電変換部、１２：電荷転送回路、１３：電荷電圧変換回路１３、４０：制御回路、Ｒ：赤色フィルタ、Ｇ：緑色フィルタ、Ｂ：青色フィルタ、Ｒ１～Ｒｎ：赤色画素、Ｇ１～Ｇｎ：緑色画素、Ｂ１～Ｂｎ：青色画素、Ｘ：主走査方向、Ｙ：副走査方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】