CN113614565B - 固体摄像装置、摄像系统及摄像方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够实现像素阵列部的多个像素的信号的相加读出模式及单独信号从各像素循环读出的循环读出模式这两者的固体摄像装置。像素阵列部具有被定义为以包含像素的多边形的顶角相接的交点为中心而将多边形的顶角分别切掉的区域的多个交点共用区域(41)。在光电二极管部(PD(i，j)、PD(i+1，j)、PD(i，j+1)及PD(i+1，j+1))和交点共用区域41各自的边界部，相同序数的电荷检测部作为低电阻率区域(FD11、FD12、FD13、FD14)被配置有4个。在电荷检测部的各自中，具备依次连接着第1主电极端子的4个切换元件(T11、T12、T13、T14)和将输入端子连接在切换元件各自的第2主电极端子上的共通的信号读出电路(A1)。

Description

固体摄像装置、摄像系统及摄像方法
技术领域
本发明涉及被用于距离摄像的固体摄像装置、使用该固体摄像装置的摄像系统及摄像方法。
背景技术
在得到物体的进深信息的方式中，已知有利用光到测量对象物为止往复的飞行时间来进行测距的光飞行时间(TOF)方式。即，是照射光在对象物上反射，根据反射光相对于照射光的延迟来求出到对象物的距离的方法。
在此情况下，已知有直接计测反射光的延迟时间的直接型和测量反射光的相位延迟的间接型。在间接型中，也有根据脉冲发光的照射光的相位延迟而求出到对象物的距离的脉冲调制(PM)型和根据正弦波发光的照射光的相位延迟而求出到对象物的距离的连续波调制(CW)型。以下，用PM法进行说明，但本发明对于PM法、CW法也能够应用。此外，做成能够将TOF型像素通过CMOS工艺形成的CMOS图像传感器的话，对于低耗电及系统一体化是有利的，以下对由CMOS结构实现的TOF进行探讨。
还提出了检测反射光的相位延迟的像素的构成方法，通常是从共通的光检测部向多个读出部将相位错开并读出的方法。在本说明书中，以下将从光检测部读出信号的读出部称作“抽头(tap)”。抽头的数量只要最小有2个即可，但如专利文献1所示，优选的是能够设置“排出部”而进行背景光的除去的3个以上，如果是4个，则如非专利文献1所示那样为三抽头且一排出部型，或如非专利文献2所示那样能够进行四抽头动作。
在排列多个CMOS型TOF像素而进行测距摄像的距离摄像系统中，在多像素化而高分辨率化的情况下，需要像素尺寸的缩小，不能避免伴随着灵敏度及饱和电子数的下降的距离精度的下降。作为其对策之一，已知有在相邻像素间进行相加的方法。在本说明书中，以下将这样的在相邻像素间进行相加的方法称作“合并(binning)”。但是，以四抽头型进行合并的话，结构变得非常复杂，实现不容易。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4235729号公报
非专利文献
非专利文献1：安富启太及其他5人，“具备三抽头横向电场电荷调制器的高分解能光飞行时间型距离图像传感器(A high－resolution time－of－flight range imagesensor with a 3tap lateral electric field charge modulator)”，2017国际图像传感器研究学会(IISW)，R24，p254－257，广岛市，2017年5月31日
非专利文献2：S.Lee及其他4人，“使用了用于激光雷达(LiDAR)应用的基于SOI基板的完全耗尽型检测器的技术的背面照射型光飞行时间型距离图像传感器(A Back－Illuminated Time－of－Flight Image Sensor with SOI－Based Fully DepletedDetector technology for LiDAR Application)”，学术性数字出版协会(MDPI)议事录(Proceedings)，2018年，第2卷，第13号，项目号798
发明内容
发明要解决的课题
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现配置在像素阵列部的多个像素的信号的相加读出模式及从各像素的单独信号的循环读出模式这两种模式的固体摄像装置、使用该固体摄像装置的摄像系统及摄像方法。
用来解决课题的手段
本发明的第1技术方案涉及将相同形状的多个多边形分别定义为虚拟像素划分、将该虚拟像素划分贴砖填充于像素阵列部的固体摄像装置。有关第1技术方案的固体摄像装置的虚拟像素划分包括转送路径控制型的像素，该转送路径控制型的像素分别具有光电变换区域和分别储存被从配置在光电变换区域的周边的光电变换区域转送的信号电荷的多个电荷检测部。在该转送路径控制型的像素的各自中，对于多个电荷检测部赋予了相互区分的序数。有关第1技术方案的固体摄像装置的像素阵列部其贴砖的拓扑被再区分为：(a)多个交点共用区域，被定义为将虚拟像素划分的外形所构成的网眼的交点作为中心而将顶角分别切掉的区域，该多个交点共用区域分别被周期性地配置，以使具有相同序数的电荷检测部所位于的多边形各自的顶角相接；以及(b)多个光电二极管部，是由交点共用区域切掉后的虚拟像素划分内的剩余的区域，分别包含光电变换区域。在有关第1技术方案的固体摄像装置中，设N为3以上的正整数，在光电二极管部与交点共用区域各自的边界部，配置有N个相同序数的电荷检测部。并且，交点共用区域分别具备：N个切换元件，在电荷检测部的各自上依次连接着第1主电极端子；以及共通的信号读出电路，将输入端子连接在切换元件各自的第2主电极端子上。
本发明的第2技术方案以摄像系统为主旨，所述摄像系统具有：(a)光源，将照射光对于被摄体投影；以及(b)固体摄像装置，将分别具有转送路径控制型的像素的同一形状的多个多边形分别定义为虚拟像素划分，将该虚拟像素划分贴砖填充于像素阵列部中，所述转送路径控制型的像素配置有光电变换区域和配置于光电变换区域的周边且分别储存被从光电变换区域转送来的信号电荷的多个电荷检测部，对多个电荷检测部赋予相互区别的序数，照射光被被摄体反射后的反射光入射到所述转送路径控制型的像素，固体摄像装置中将贴砖的拓扑再划分为多个交点共用区域和多个光电二极管部，所述多个交点共用区域被定义为将上述虚拟像素划分的外形所构成的网眼的交点作为中心而将顶角分别切掉的区域，分别被周期性地配置，以使具有相同序数的电荷检测部所位于的多边形各自的顶角相接，所述多个光电二极管部是由交点共用区域切掉后的虚拟像素划分内的剩余的区域，分别包含光电变换区域。在有关第2技术方案的摄像系统中，设N为3以上的正整数，在光电二极管部与交点共用区域各自的边界部，配置有N个相同序数的电荷检测部。并且，交点共用区域分别具备：N个切换元件，在电荷检测部的各自上依次连接着第1主电极端子；以及共通的信号读出电路，将输入端子连接在切换元件各自的第2主电极端子上。
本发明的第3技术方案涉及使用了固体摄像装置的摄像方法，所述固体摄像装置将具有排列有赋予了序数而被相互区分的多个电荷检测部的转送路径控制型的像素的多边形定义为虚拟像素划分，并再划分为多个交点共用区域和多个光电二极管部，所述多个交点共用区域被定义为以多个多边形各自的顶角相接的交点为中心而将顶角分别切掉的区域，所述多个光电二极管部是由交点共用区域切掉后的剩余的区域。在有关第3技术方案的摄像方法中，设N为3以上的正整数，在光电二极管部与交点共用区域各自的边界部配置有N个的相同序数的电荷检测部，在交点共用区域的各自中，切换以下的模式而动作：从电荷检测部将N个单独的信号依次读出的模式；从电荷检测部将N个全部的信号同时读出的模式。
发明效果
根据本发明，能够提供能够实现像素阵列部的多个像素的信号的相加读出模式及单独信号从各像素循环读出的循环读出模式这两者的固体摄像装置及使用了该固体摄像装置的摄像系统及摄像方法。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的摄像系统的例子的一部分的框图。
图2是表示第1实施方式的固体摄像装置的结构的例子的框图。
图3是表示第1实施方式的固体摄像装置的包括信号读出电路的像素的等价电路的例子的电路图。
图4是说明第1实施方式的固体摄像装置的光电二极管部及转送控制机构部的配置与交点共用区域的关系的概略图。
图5是表示第1实施方式的固体摄像装置的第1交点共用区域的结构的概略图。
图6是表示第1实施方式的固体摄像装置的以第4交点共用区域为中心、扩大到其他的交点共用区域的电路结构的电路图。
图7是说明第1实施方式的固体摄像装置的驱动及读出的方法的时序图。
图8是表示第1实施方式的固体摄像装置的信号线的配置例的概略图。
图9是说明第1实施方式的固体摄像装置的信号从单独像素循环读出的循环读出模式的时序图。
图10是表示第1实施方式的固体摄像装置的信号从像素相加读出的相加读出模式的时序图。
图11是表示第2实施方式的固体摄像装置的像素的例子的电路图。
图12是表示第2实施方式的固体摄像装置的光电二极管部及转送控制机构部的配置结构的概略图。
图13是表示第2实施方式的固体摄像装置的交点共用区域的结构的概略图。
图14是说明第2实施方式的固体摄像装置的驱动及读出的方法的时序图。
图15是说明第2实施方式的固体摄像装置的信号从单独像素循环读出的循环读出模式的时序图。
图16是说明第2实施方式的固体摄像装置的信号从像素相加读出的相加读出模式的时序图。
图17是表示第3实施方式的固体摄像装置的光电二极管部及转送控制机构部的配置结构的概略图。
图18是表示第3实施方式的固体摄像装置的信号线的配置例的概略图。
图19是说明第3实施方式的固体摄像装置的信号从单独像素循环读出的循环读出模式的时序图。
图20是说明第3实施方式的固体摄像装置的信号从像素相加读出的相加读出模式的时序图。
图21是表示第4实施方式的固体摄像装置的光电二极管部及转送控制机构部的配置结构的概略图。
图22的(a)是说明将构成第1实施方式的固体摄像装置的像素阵列部的像素划分看作1片正方形的砖(tile)、将砖以不发生间隙的方式铺满的技术思想的图，图22的(b)是说明用与光电二极管部的图案对应的八边形的第1砖以及与交点共用区域的图案对应的四边形的第2砖这两种砖将第1实施方式的固体摄像装置的像素阵列部贴砖的技术思想的图。
图23是说明被表示为图22的(b)所示的八边形的砖的光电二极管部的详细的平面构造的示意图。
图24是说明从图23的XXIV―XXIV方向观察的、与第1实施方式的固体摄像装置的像素阵列部的一部分对应的截面的概略的示意图。
图25是说明图22的(b)所示的两种贴砖的其他拓扑的图。
图26是作为其他实施方式的固体摄像装置的例子，着眼于构成由八抽头型的像素形成的像素阵列部的交点共用区域之一而说明交点共用区域的构造的概略的示意性的俯视图。
图27是作为其他实施方式的固体摄像装置的另一例而说明将三角形的虚拟像素划分贴砖的拓扑中的像素阵列部的一部分的概略的示意性的俯视图。
图28是作为其他实施方式的固体摄像装置的再另一例而说明将六边形的虚拟像素划分贴砖的拓扑中的像素阵列部的一部分的概略的示意性的俯视图，表示单位单元的周期性排列。
图29是将图28的一部分放大而表示的示意性的俯视图。
图30是作为其他实施方式的固体摄像装置的再另一例而说明将五边形的虚拟像素划分贴砖的拓扑中的像素阵列部的一部分的概略的示意性的俯视图。
图31是将图30的一部分放大表示的示意性的俯视图。
具体实施方式
接着，参照附图说明本发明的第1～第4实施方式。在第1～第4实施方式的固体摄像装置的附图的记载中，对于相同或类似的部分赋予相同或类似的标号。但是，图面是示意性的，应留意的是厚度与平面尺寸的关系、各部件的厚度的比率等与现实不同。因而，具体的厚度及尺寸应参照以下的说明来判断。此外，当然在附图相互间也包括相互的尺寸的关系及比率不同的部分。
此外，第1～第4实施方式的固体摄像装置是例示用来将本发明的技术思想具体化的装置及方法的固体摄像装置，本发明的技术思想并不将电路元件及电路块的结构及配置、或者半导体芯片上的布局等限定于下述的内容。本发明的技术思想可以在权利要求书所记载的权利要求规定的技术的范围内加以各种变更。
另外，在以下的第1～第4实施方式的说明中，设第1传导型为p型，设第2传导型为n型而进行说明，但可以容易理解，如果将第1传导型设为n型，将第2传导型设为p型，则只要将电极性设为相反就能得到同样的效果。在此情况下，脉冲波形的高电平和低电平也当然有根据本领域技术人员的技术常识而需要适当反转的情况。
例如，在以下的图2、图4等中，为了说明的方便，表示了多个像素划分以二维矩阵状被配置在像素阵列部中的拓扑，但不过是单单的例示。如果是像素划分在像素阵列部中被一维地排列的直线传感器的布局也可以。
(第1实施方式)
在图1中表示本发明的第1实施方式的摄像系统11的系统的TOF型的能够进行距离摄像的结构的一部分。这里，图1所示的摄像系统11的一部分由将照射光17相对于被摄体16投影的光源12、照射光17由被摄体16反射而反射光18入射的成像光学系统13、TOF型的固体摄像装置14、图像处理电路15构成。
在图2中表示图1所示的固体摄像装置14的结构的一部分。如图2所示，第1实施方式的固体摄像装置14将分别包括多个转送路径控制型的像素在内的虚拟像素划分Xij(i＝1～m1，j＝1～n1：m1、n1分别为2以上的正整数。)以网眼状排列，将像素阵列部1进行平面填充(贴砖)，能够进行四抽头型距离摄像。“转送路径控制型的像素”，是指以往作为TOF型周知那样的信号电荷的转送路径及转送方向能够分别独立地分配的像素。
如毕达哥拉斯证明的那样，能够用一种仅通过平行移动和反转就能够将平面不发生间隙地铺满的正多边形的形状，只有正三角形、正方形、正六边形这三种。但是，如果将正多边形这样的条件去掉，此外也容许旋转的话，则也包括非凸图形，用怎样的三角形/四边形都能够以不发生间隙的方式进行贴砖。图2所示的第1实施方式的固体摄像装置14作为例子将四边形的虚拟像素划分Xij排列为网眼状，将像素阵列部1以不发生间隙的方式贴砖而填充。
进而，第1实施方式的固体摄像装置在像素阵列部1的周边配置有驱动各像素的垂直扫描电路22及水平扫描电路23、处理来自像素的信号的信号处理电路24、控制它们整体的控制电路25。
在图3中表示使用本发明的第1实施方式的固体摄像装置来进行TOF距离摄像所用的电路结构。形成为几何学中的“平面填充形”的一种即四边形的虚拟像素划分Xij，具备构成转送路径控制型的像素的一部分的一个光电二极管部PD和连接在光电二极管部PD上的四个转送控制机构。
另外，在本说明书中使用的“平面填充形”，是指能够以不发生较小的三角形等的间隙的方式、仅通过平行移动和反转就能够用一种图案将平面完全铺满的形状。毕达哥拉斯证明的正三角形、正方形、正六边形这三个正多边形被称作“正平面填充形”。同样，在本说明书中使用的“贴砖填充”或“平面铺满”的用语，是指以不发生较小的三角形等其他形状的间隙的方式将平面完全铺满，在此情况下，如在本说明书的后段的“其他实施方式”等中说明的那样，并不限定于基于正多边形的铺满，也容许旋转。
四个转送控制机构分别被赋予第1～第4的序数(序数词)而区分为第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4，构成四抽头型的像素。第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4分别独立地控制与四抽头对应的信号电荷的转送路径及转送方向。
第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4分别既可以是图24所示那样的与MOS晶体管类似的绝缘栅极型的转送控制机构，也可以是横向电场控制型的转送控制机构。在图24中，例示地说明通过设在栅极绝缘膜35之上的栅极电极36a、36b、36c来对第1导电型(p型)的半导体基板31的表面电势进行控制的绝缘栅极型的转送控制机构。
在四个转送控制机构G1～G4各自上，分别以序数区分而连接着第1电荷检测部FD1、第2电荷检测部FD2、第3电荷检测部FD3及第4电荷检测部FD4。在图3中，在第1电荷检测部FD1上连接着将一个端子接地的第1检测部电容C1的另一个端子，能够将第1电荷检测部FD1的存储电容增大。同样，在第2电荷检测部FD2上连接着将一个端子接地的第2检测部电容C2的另一个端子，能够将第2电荷检测部FD2的存储电容增大。
在图24中，例示地说明了虚拟像素划分Xi，(j+1)的像素的光电变换区域由p型的半导体基板31与被选择性地埋入到半导体基板31的上部的第2导电型(n型)的表面埋入区域32a的p－n结而被构成。在表面埋入区域32a之上配置有p+型的钉扎层33a。如图24所示，在半导体基板31的上部，分别分离地埋入了高浓度地添加了n型杂质而成的区域(n+区域)34a、34b、34c。
如图24所示，在半导体基板31的上表面上设有栅极绝缘膜35。由设在栅极绝缘膜35之上的栅极电极36b构成绝缘栅极型的第1转送控制机构G1，光电二极管部PD(i，j+1)的信号电荷被转送给n+区域34b构成的第1电荷检测部FD1。此外，由设在栅极绝缘膜35之上的栅极电极36a构成绝缘栅极型的第4转送控制机构G4，光电二极管部PD(i，j+1)的信号电荷被转送给n+区域34a构成的第4电荷检测部FD4。进而，由设在图24的栅极绝缘膜35之上的栅极电极36c构成绝缘栅极型的第1转送控制机构G1，光电二极管部PD(i+1，j)的信号电荷被转送给n+区域34c构成的光电二极管部PD(i+1，j)的第1电荷检测部FD1。
进而，如图3所示，在第3电荷检测部FD3上连接将一个端子接地的第3检测部电容C3的另一个端子，在第4电荷检测部FD4上连接将一个端子接地的第4检测部电容C4的另一个端子，分别能够将第3检测部电容C3及第4检测部电容C4的存储电容增大。但是，在图3中对各个电荷检测部FD1～FD4附加的第1检测部电容C1、第2检测部电容C2、第3检测部电容C3及第4检测部电容C4既可以是有意地设计的个别的电容元件，也可以是寄生性的浮动电容。例如，四个检测部电容C1～C4分别也可以是电荷检测部FD1～FD4的结电容。
在图3的第1电荷检测部FD1，连接着将漏极端子连接于电源线VRD上的第1复位晶体管RT1的源极端子。同样，在第2电荷检测部FD2，连接着将漏极端子连接于电源线VRD上的第2复位晶体管RT2的源极端子。进而，在第3电荷检测部FD3，连接着将漏极端子连接于电源线VRD上的第3复位晶体管RT3的源极端子，在第4电荷检测部FD4，连接着将漏极端子连接于电源线VRD上的第4复位晶体管RT4的源极端子。由在各电荷检测部FD1～FD4中积蓄信号电荷带来的、各电荷检测部FD1～FD4各自的电位，分别被第1复位晶体管RT1、第2复位晶体管RT2、第3复位晶体管RT3及第4复位晶体管RT4复位(初始化)。
在图3的第1电荷检测部FD1，连接着第1源极跟随器晶体管SF1的栅极端子。同样，在第2电荷检测部FD2，连接着第2源极跟随器晶体管SF2的栅极端子。进而，在第3电荷检测部FD3，连接着第3源极跟随器晶体管SF3的栅极端子，在第4电荷检测部FD4，连接着第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子。第1源极跟随器晶体管SF1的漏极端子与电源线VDD连接，源极端子与第1选择晶体管SL1的源极端子连接。同样，第2源极跟随器晶体管SF2的漏极端子与电源线VDD连接，源极端子与第2选择晶体管SL2的源极端子连接。
进而，第3源极跟随器晶体管SF3的漏极端子与电源线VDD连接，源极端子与第3选择晶体管SL3的源极端子连接，第4源极跟随器晶体管SF4的漏极端子与电源线VDD连接，源极端子与第4选择晶体管SL4的源极端子连接。
各电荷检测部FD1～FD4的复位电位及信号转送后的信号电位在被第1源极跟随器晶体管SF1、第2源极跟随器晶体管SF2、第3源极跟随器晶体管SF3及第4源极跟随器晶体管SF4分别放大后，被从第1选择晶体管SL1、第2选择晶体管SL2、第3选择晶体管SL3及第4选择晶体管SL4各自的漏极端子作为第1输出信号O1、第2输出信号O2、第3输出信号O3及第4输出信号O4输出。作为各输出信号O1～O4，分别被读出的复位电位及信号电位由图2所示的信号处理电路24进行取两者的差分的相关二重采样(CDS)处理，得到净信号。
通过将图3所示的虚拟像素划分Xij如图2所示那样在像素阵列部1中以二维矩阵(网眼)状排列，构成第1实施方式的四抽头型的固体摄像装置14。参照图4说明第1实施方式的固体摄像装置中的能够一并实现信号从单独像素循环读出的模式和信号从2×2交点共用区域的像素相加读出的模式的方法。在图4中，对于在实施四抽头型TOF动作的固体摄像装置14的像素阵列部1的一部分中包含的虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)，表示了各自的光电二极管部PD、第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4。在图4的中央部，表示虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)各自的光电二极管部PD(i，j)、光电二极管部PD(i+1，j)、光电二极管部PD(i，j+1)及光电二极管部PD(i+1，j+1)。
虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)以二维矩阵(网眼)状配置，以不发生间隙的方式被贴砖。在相邻的四个虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)各自的四个转送控制机构中，以相同的序数被区分、分类的同种转送控制机构相互接近的方式设定虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)各自的位置。通过该配置设定，形成由具有相同序数的同种转送控制机构将对于虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的模式切换电路包围的相同序数包围区域。
将由四个相邻的第1转送控制机构G1分别包围的四边形的相同序数包围区域定义为“第1交点共用区域41”。第1交点共用区域41是以图22的(a)所示的四个虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的外周所定义的网眼的交点P1为中心、共用交点P1的地方。第1交点共用区域41如图22的(b)所示，是将四个虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)各自的第1转送控制机构G1所位于的顶角倒角而形成的四边形的区域。
同样，将由四个相邻的第2转送控制机构G2包围的四边形的相同序数包围区域定义为“第2交点共用区域42”。第2交点共用区域42是以图22的(a)所示的四个虚拟像素划分X(i－1)，j、X(i－1)，(j+1)、Xi，j、Xi，(j+1)的外周所定义的网眼的交点P2为中心、共用交点P2的地方。第2交点共用区域42如图22的(b)所示，是在交点P2将四个虚拟像素划分X(i－1)，j、X(i－1)，(j+1)、Xi，j、Xi，(j+1)各自的第2转送控制机构G2所位于的顶角倒角而形成的四边形的区域。
进而，将由四个相邻的第3转送控制机构G3及四个相邻的第4转送控制机构G4分别包围的四边形的相同序数包围区域分别设为“第3交点共用区域43”及“第4交点共用区域44”。第3交点共用区域43是以图22的(a)所示的四个虚拟像素划分Xi，(j+1)、Xi，(j+2)、X(i+1)，(j+1)、X(i+1)，(j+2)的外周所定义的网眼的交点P3为中心、共用交点P3的地方。第3交点共用区域43如图22的(b)所示，是在交点P3将四个虚拟像素划分Xi，(j+1)、Xi，(j+2)、X(i+1)，(j+1)、X(i+1)，(j+2)各自的第3转送控制机构G3所位于的顶角倒角而形成的四边形的区域。
第4交点共用区域44是以图22的(a)所示的四个虚拟像素划分X(i－1)，(j+1)、X(i－1)，(j+2)、Xi，(j+1)、Xi，(j+2)的外周所定义的网眼的交点P4为中心、共用交点P4的地方。第4交点共用区域43如图22的(b)所示，是在交点P4将四个虚拟像素划分X(i－1)，(j+1)、X(i－1)，(j+2)、Xi，(j+1)、Xi，(j+2)各自的第4转送控制机构G4所位于的顶角倒角而形成的四边形的区域。例如，如果着眼于虚拟像素划分Xi，(j+1)，则由于第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4所位于的四个顶角分别被倒角而被切掉，所以四边形的虚拟像素划分Xi，(j+1)如图22的(b)所示那样被定义出不等边八边形的光电二极管部PD(i，j+1)的外形。
其他的虚拟像素划分Xij、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)等也同样，由于第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4所位于的四个顶角分别被倒角而被切掉，所以被定义出不等边八边形的光电二极管部PD(i，j)，PD(i+1，j)，PD(i+1，j+1)等的外形。由此，在图2中，说明了将四边形的虚拟像素划分Xij在像素阵列部1中以不发生间隙的方式贴砖而填充，但根据图22可知，实际上为：光电二极管部PD(i，j)所占据的不等边八边形的第1砖与第1交点共用区域41、第2交点共用区域42、第3交点共用区域43及第4交点共用区域44所占据的四边形的第2砖这两种的贴砖填充。
图22的(b)的光电二极管部PD(i，j+1)的内部构造如图23及图24所示，通过由占据光电二极管部PD(i，j+1)的内部的表面埋入区域32a所定义的不等边八边形的光电变换区域和由将光电变换区域包围的元件分离区域构成的平面图案表示。即，虚拟像素划分Xi，(j+1)的像素的作为有效的光电二极管发挥功能的光电变换区域是比图22的(b)所示的不等边八边形的第1砖小的面积的不等边八边形的区域。由此，在各个像素中，成为如下这样的面积关系：
(虚拟像素划分)>(光电二极管部)>(光电变换区域)。
如图24所示，虚拟像素划分Xi，(j+1)的像素的光电变换区域由p型的半导体基板31与被选择性地埋入到半导体基板31的上部的表面埋入区域32a的p－n结构成。在表面埋入区域32a之上配置有p+型的钉扎层33a。如图23所示，对应于光电二极管部PD(i，j+1)，在光电二极管部PD(i，j+1)的周边设有四个n+区域，作为电荷检测部。
如图4所示，当将包含由相同序数分别定义的第1交点共用区域41、第2交点共用区域42、第3交点共用区域43及第4交点共用区域44的2×2组的相互不同的序数的交点共用区域在内的单位图案区域(地方)，设为四抽头型的“单位单元49”时，将该单位单元49作为周期性图案的单位，将各虚拟像素划分Xij在图2所示的像素阵列部1中反复配置。
图4的在各虚拟像素划分Xij的内部由粗虚线的箭头表示的第1电荷转送方向D1，分别表示从各虚拟像素划分Xij的光电二极管部PD(i，j)朝向第1转送控制机构转送并分配信号电荷的方向。同样，由实线的箭头表示的第2电荷转送方向D2分别表示从各虚拟像素划分Xij的光电二极管部PD(i，j)朝向第2转送控制机构转送并分配信号电荷的方向。此外，在图4的各虚拟像素划分Xij的内部由单点划线的箭头表示的第3电荷转送方向D3分别表示从各虚拟像素划分Xij的光电二极管部PD(i，j)朝向第3转送控制机构转送并分配信号电荷的方向。进而，由比第1电荷转送方向D1细的虚线的箭头表示的第4电荷转送方向D4分别表示从各虚拟像素划分Xij的光电二极管部PD(i，j)朝向第4转送控制机构转送并分配信号电荷的方向。
在各虚拟像素划分Xij中，在光电二极管部PD(i，j)的周边的四个顶点配置四个转送控制机构G1～G4，但这些像素内的配置位置与单位单元49的内部的坐标位置相比具有循环性地不同的周期性图案。随着周期性图案中的循环位置，光电二极管部PD内的电荷转送方向D1～D4也如由图的箭头表示那样，具有与单位单元49中的虚拟像素划分Xij的坐标位置相比循环性地不同的方位。但是，图4所示的虚拟像素划分Xij相对于作为中心点的光电二极管部PD(i，j)而言上下方向及左右方向都对称，各电荷转送方向D1～D4的哪个方向都相对于电荷转送成为等价。因而，图4所示的全部的虚拟像素划分Xij可看作等价。
另外，在图4中，能够将第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4各自的位置在维持上述周期性不变的情况下替换。此外，在图4中设为以4种转送控制机构G1～G4的像素内的配置位置(序数排列)包括2×2交点共用区域的单位单元49为单位进行反复的循环周期图案，但由于包含呈矩形的2×2的交点共用区域的范围是单位单元49，所以2×2的虚拟像素划分收敛在一个单位单元49的面积中。在相邻的单位单元49列中，也可以将相当于虚拟像素划分的长度量的位置在列方向上相互错开而反复配置。第2实施方式的图12中说明该情况下的例子。
在图5中表示配置在交点共用区域中的模式切换电路的详细情况。这里，从图4所示的光电二极管部中，表示位于光电二极管部PD(i，j)、PD(i+1，j)、PD(i，j+1)及PD(i+1，j+1)的中央的第1交点共用区域41。如图22的(a)所示，四个四边形的顶角与虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的四边形的外形所构成的网眼的交点P1相接。第1交点共用区域41是被定义为以交点P1为中心将四边形的顶角分别切掉而成的区域的菱形的区域。在图5中，在第1交点共用区域41的周边作为圆点(·)而表示出四个第1电荷检测部FD1(参照图3)。为了将四个第1电荷检测部FD1各自区分，对于与图5的左上的光电二极管部PD(i，j)连接的第1电荷检测部FD1，将新的序数对第1电荷检测部FD1赋予而再定义为“第1低电阻率区域FD11”。在图23的右上，作为在p型的半导体基板的上部以高浓度添加了n型杂质而得到的区域(n+区域)而表示出图5的第1低电阻率区域FD11。与图3同样，在第1低电阻率区域FD11上，连接着将一个端子接地的第1扩展电容C11的另一个端子。
在图5中，在第1交点共用区域41的周边排列有四个电容。为了将四个电容分别区分，对位于图5的左上的光电二极管部PD(i，j)侧的第1检测部电容C1赋予新的序数而再定义为“第1扩展电容C11”。即，在图5中再定义的“第1扩展电容C11”与图3所示的第1检测部电容C1对应。进而，在第1低电阻率区域FD11上连接着第1切换元件T11的第1主电极端子，第1切换元件T11的第2主电极端子连接着第1源极跟随器晶体管SF1的栅极端子。如果第1切换元件T11是MOSFET等的MOS晶体管，则第1主电极端子相当于源极端子，第2主电极端子相当于漏极端子。构成图5的共通的信号读出电路A1的第1源极跟随器晶体管SF1与构成图3所示的信号读出电路A1的第1源极跟随器晶体管SF1对应。第1源极跟随器晶体管SF1的栅极端子作为信号读出电路A1的输入端子发挥功能。
同样，将与图5的右上的光电二极管部PD(i+1，j)连接的第1电荷检测部FD1定义为“第2低电阻率区域FD12”。被选择性地埋入到图24所示的p型的半导体基板31的上部的n+区域34c与第2低电阻率区域FD12对应。在第2低电阻率区域FD12上，连接着将一个端子接地的第2检测部电容的另一个端子。在图5中再定义的“第2扩展电容C12”与图3所示的第1检测部电容C1对应。进而，在第2低电阻率区域FD12上连接着第2切换元件T12的第1主电极端子，第2切换元件T12的第2主电极端子连接着共通的信号读出电路A1的输入端子。
此外，将与图5的左下的光电二极管部PD(i，j+1)连接的第1电荷检测部FD1定义为“第3低电阻率区域FD13”。图24所示的n+区域34b是第3低电阻率区域FD13。在第3低电阻率区域FD13上，连接着将一个端子接地的第3检测部电容的另一个端子。在图5中再定义的“第3扩展电容C13”与图3所示的第1检测部电容C1对应。进而，在第3低电阻率区域FD13上连接着第3切换元件T13的第1主电极端子，第3切换元件T13的第2主电极端子连接着共通的信号读出电路A1的输入端子。
进而，将与图5的右下的光电二极管部PD(i+1，j+1)连接的第1电荷检测部FD1定义为“第4低电阻率区域FD14”。图23的右上的区域所示的选择性地设在p型的半导体基板上的n+区域与第4低电阻率区域FD14对应。在第4低电阻率区域FD14上，连接着将一个端子接地的第4检测部电容的另一个端子。在图5中再定义的“第4检测部电容C14”与图3所示的第1检测部电容C1对应。进而，在第4低电阻率区域FD14上连接着第4切换元件T14的第1主电极端子，第4切换元件T14的第2主电极端子连接着共通的信号读出电路A1的输入端子。
即，在图5中，在四个光电二极管部PD(i，j)、PD(i+1，j)、PD(i，j+1)及PD(i+1，j+1)各自的作为被用相同的序数分类的转送控制机构的第1转送控制机构G1上，分别连接着图3所示的被附加了与第1检测部电容C1对应的电容的第1低电阻率区域FD11、第2低电阻率区域FD12、第3低电阻率区域FD13及第4低电阻率区域FD14。从四个低电阻率区域FD11～FD14输出的各电荷检测部信号分别经由第1切换元件T11、第2切换元件T12、第3切换元件T13及第4切换元件T14被向共通的信号读出电路A1输入。
从第1源极跟随器晶体管SF1输出的信号经由构成共通的信号读出电路A1的第1选择晶体管SL1被向第1信号线Sig1输出。在将来自四个虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的像素的信号分别独立地读出的模式的情况下，将切换元件T11～T14依次接通而分为4次读出。在将来自包括2×2的交点共用区域的单位单元中所包含的像素的信号相加而读出的模式的情况下，通过将切换元件T11～T14同时接通而以1次读出。
如图5所示，包括第1转送控制机构G1的第1交点共用区域41还包括切换元件T11～T14、第1源极跟随器晶体管SF1、第1选择晶体管SL1及第1复位晶体管RT1。虽然省略了图示，但对第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3、第4转送控制机构G4分别设定的交点共用区域的电路结构也除了对各晶体管等的元件赋予的序数(序数词)不同以外，是与第1交点共用区域41相同的结构。
另外，在图5中，各栅极的驱动信号线仅例示性地表示一部分。即，表示出第1转送控制机构驱动线ΦG1、复位晶体管驱动线ΦRT、选择晶体管驱动线ΦSL，但没有记载需要处于相同行的第2转送控制机构驱动线、切换元件T11～T14的驱动线。这些驱动线主要为横布线方向，但成为全局动作的各转送控制机构G1～G4也能够实现纵布线方向。此外，在纵方向布线中，除了第1信号线Sig1以外还需要电源线，但没有记载。
将与图3对应地将图5的电路结构相对于包含2×2的交点共用区域的单位单元进行了放大后的电路结构着眼于四个光电二极管部PD(p，q)、PD(p+1，q)、PD(p，q+1)及PD(p+1，q+1)而表示在图6中(p＝1～m2，q＝1～n2：m2、n2分别为2以上的正整数。)。如图6所示，为相同电路结构的图案的反复，但各转送控制机构G1～G4的配置对应于图4。在图6所示的位于包含2×2的交点共用区域的单位单元的中央的第4交点共用区域44中，相邻的光电二极管部PD(p，q)、PD(p+1，q)、PD(p，q+1)及PD(p+1，q+1)的转送控制机构是G4。
将与图6的左上的光电二极管部PD(p，q)连接的第4电荷检测部FD4定义为“第1低电阻率区域FD41”。与图3同样，在第1低电阻率区域FD41上，连接着分别将一个端子接地的第1扩展电容C41a及第1辅助电容C41b的另一个端子。图6的“第1扩展电容C41a”与图3所示的第4检测部电容C4对应。第1辅助电容C41b的值只要根据来自摄像对象的光强度对应而设定即可，根据情况也可以将第1辅助电容C41b省略。进而，在第1低电阻率区域FD41连接着第1切换元件T41的第1主电极端子，第1切换元件T41的第2主电极端子连接着构成共通的信号读出电路A4的第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子。构成图6的共通的信号读出电路A4的第4源极跟随器晶体管SF4与图3所示的第4源极跟随器晶体管SF4对应，图6的第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子作为信号读出电路A4的输入端子发挥功能。
同样，将与图6的右上的光电二极管部PD(p+1，q)连接的第4电荷检测部FD4定义为“第2低电阻率区域FD42”。在第2低电阻率区域FD42，连接着分别将一个端子接地的第2扩展电容C42a及第2辅助电容C42b的另一个端子。图6的“第2扩展电容C42a”与图3所示的第4检测部电容C4对应。第2辅助电容C42b的值只要根据来自摄像对象的光强度而设定即可，根据情况也可以将第2辅助电容C42b省略。进而，在第2低电阻率区域FD42连接着第2切换元件T42的第1主电极端子，第2切换元件T42的第2主电极端子连接着构成共通的信号读出电路A4的第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子。
此外，将与图6的左下的光电二极管部PD(p，q+1)连接的第4电荷检测部FD4定义为“第3低电阻率区域FD43”。在第3低电阻率区域FD43，连接着分别将一个端子接地的第3扩展电容C43a及第3辅助电容C43b的另一个端子。图6的“第3扩展电容C43a”与图3所示的第4检测部电容C4对应。第3辅助电容C43b的值只要根据来自摄像对象的光强度而设定即可，根据情况也可以将第3辅助电容C43b省略。进而，在第3低电阻率区域FD43连接着第3切换元件T43的第1主电极端子，第3切换元件T43的第2主电极端子连接着构成共通的信号读出电路A4的第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子。
进而，将与图6的右下的光电二极管部PD(p+1，q+1)连接的第4电荷检测部FD4定义为“第4低电阻率区域FD44”。在第4低电阻率区域FD44，连接着分别将一个端子接地的第4检测部电容C44a及第4辅助电容C44b的另一个端子。图6的“第4检测部电容C44a”与图3所示的第4检测部电容C4对应。第4辅助电容C44b的值只要根据来自摄像对象的光强度而设定即可，根据情况也可以将第4辅助电容C44b省略。进而，在第4低电阻率区域FD44连接着第4切换元件T44的第1主电极端子，第4切换元件T44的第2主电极端子连接着构成共通的信号读出电路A4的第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子。
即，在图6中，在四个光电二极管部PD(p，q)、PD(p+1，q)、PD(p，q+1)及PD(p+1，q+1)各自的像素中，在作为被用相同的序数分类的转送控制机构的第4转送控制机构G4上，分别连接着分别被附加了与图3所示的第4检测部电容C4对应的电容及辅助电容的第1低电阻率区域FD41、第2低电阻率区域FD42、第3低电阻率区域FD43及第4低电阻率区域FD44。
从被定义为第4交点共用区域44的四个低电阻率区域FD41～FD44输出的各电荷检测部信号分别经由第1切换元件T41、第2切换元件T42、第3切换元件T43及第4切换元件T44被向构成共通的信号读出电路A4的输入端子的第4源极跟随器晶体管SF4的栅极端子输入。在图6中，布线仅表示了第4交点共用区域44中的复位晶体管驱动线ΦRT、选择晶体管驱动线ΦSL及第1输出信号线Sig1和左右相邻的第2输出信号线Sig2。关于布线整体的构成例，使用图8在后面叙述。
在图7中示出在图5所示的第1交点共用区域41和其周边的像素的结构中以四抽头方式驱动的定时。另外，以下对脉冲波调制方式的情况进行说明，但本发明对于正弦波调制方式的情况也能够应用。在正弦波调制方式的情况下，第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3、第4转送控制机构G4与相位0°、90°、180°、270°对应。脉冲波调制方式的动作，首先将帧期间的前半程设为如图7的(a)所示那样与发光脉冲同步地对全虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的像素中包含的四抽头的每一个将电荷同时分配并储存的全局储存期间。四个转送控制机构G1～G4其较短的脉冲宽度Tw和反复周期To的脉冲分别以不重叠的定时反复动作。如果储存期间结束，则进行从各虚拟像素划分Xij的像素以行顺序(滚动)读出动作的模式。
首先，在图7的(b)中表示将来自全部虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的像素的信号不相加而独立地读出的模式。通过将图5的第1选择晶体管SL1设为接通状态而将驱动切换元件T11～T14的切换信号T1～T4依次接通，从而将与各虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的第1电荷检测部FD1对应的第1低电阻率区域FD11、第2低电阻率区域FD12、第3低电阻率区域FD13及第4低电阻率区域FD14的信号依次读出。这里，各切换元件T11～T14各自的导通状态(接通状态)优选的是不相互重叠。在各切换元件T11～T14的接通期间的途中对复位晶体管RT进行接通关断，得到各个检测部的复位信号。即，在1条信号线中以时间顺序得到4种信号/复位的组。如果在信号线的后段进行CDS动作，则能够得到上述4种净信号。
接着，在图7的(c)中表示以包括2×2的交点共用区域的单位单元进行相加而读出的模式。通过将图5所示的第1选择晶体管SL1设为接通状态，将切换元件T11～T14通过切换信号T1～T4同时接通，从而将与各虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)的第1电荷检测部FD1对应的第1低电阻率区域FD11、第2低电阻率区域FD12、第3低电阻率区域FD13及第4低电阻率区域FD14的信号相加后，将相加信号读出。在切换元件T11～T14的同时接通期间的途中对图5的第1复位晶体管RT1进行接通关断，得到相加后的检测部的复位信号。即，在1条信号线中得到相加后的一种信号/复位的组。如果在信号线的后段进行CDS动作，则能够得到相加后的净信号。
在图4及图5所示的本发明的二维像素排列中，在各种信号线的布线的方式中有各种各样的变形，在图8中表示一例。关于作为全局动作的转送控制机构G1～G4的驱动布线，纵向、横向都可以，但在图8中是横向上的例子。此外，通过由1条布线将上下两个电路共通地驱动，能够将奇数行仅作为上段侧的转送控制机构G1、G2，将偶数行仅作为下段侧的转送控制机构G3、G4，削减了布线数。
切换元件Tc1～Tc4(与c＝1～4：G1～G4对应)是行顺序的驱动模式，但设为同时驱动2行，与转送控制机构G1～G4同样，可以将奇数行仅作为第1切换元件Tc1、第2切换元件Tc2，将偶数行仅作为第3切换元件Tc3、第4切换元件Tc4，削减了布线数。第c复位晶体管RTc(与c＝1～4：G1～G4对应)、第c选择晶体管SLc分别是行顺序，各驱动线按照每1行布线。纵布线是两个输出信号线Sig1、Sig2和电源布线VDD。输出信号线Sig1、Sig2为水平方向隔1个像素交替的配置。
在图9中表示在图4、图5及图8所示的第1实施方式的固体摄像装置的二维像素排列中将来自全部虚拟像素划分Xij的像素的信号不同时相加而独立地依次读出的模式下的输出信号线Sig1及Sig2的定时。这里，读出线对于第(k－1)行、第k行及第(k+1)行进行表示，但其他的行也为同样的反复。在图9中，作为例子，通过向右上升的斜线对虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)及虚拟像素划分X(i+1)，j的像素的信号进行区别并图示。与虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)及虚拟像素划分X(i+1)，j的转送控制机构G1～G4对应的信号分散于两个信号线及四个时隙中，但为规则性的。这样，对于特定的虚拟像素划分Xij的像素的信号，能够规则地得到与四个转送控制机构G1～G4对应的信号，能够在后段一体化处理而得到距离信息。
在图10中表示在图4、图5及图8所示的本发明的二维像素排列中将来自包括2×2的交点共用区域的单位单元的像素的信号同时相加并读出的模式下的输出信号线Sig1及Sig2的定时。这里，读出线对于第(k－1)行、第k行及第(k+1)行进行表示，但其他的行也为同样的反复。对于包括2×2的交点共用区域的单位单元的像素的信号，与四个转送控制机构G1～G4对应的信号中，从第1输出信号线Sig1能得到转送控制机构G1及G3的信号，从第2输出信号线Sig2能得到转送控制机构G2及G4的信号。在相加读出的情况下，根据转送控制机构的种类(序数)，如图8所示那样同时相加的范围不同。
如图8所示，例如在着眼于特定虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)的PD(i+1，j+1)的情况下，同时相加范围的扩大是收敛于第1转送控制机构G1为第1相加区域81、第2转送控制机构G2为第2相加区域83、第3转送控制机构G3为第3相加区域82、第4转送控制机构G4为第4相加区域84的范围的3×3像素内的距离计算上容许范围。
(第2实施方式)
在图11中表示有关本发明的第2实施方式的固体摄像装置的转送路径控制型的像素的电路结构。如果将分别包含图11所示的三抽头·一排出部型TOF像素的虚拟像素划分Xij与包含图3所示的四抽头型TOF像素的虚拟像素划分Xij比较，则在图3中与光电二极管部PD连接的第4转送控制机构G4、第4电荷检测部FD4、第4检测部电容C4、第4复位晶体管RT4、第4源极跟随器晶体管SF4、第4选择晶体管SL4在图11中不与光电二极管部PD连接，代替第4转送控制机构G4而连接着电荷排出机构GD。电荷排出机构GD将起因于背景光(环境光)的电荷等的信号电荷以外的电荷向电源排出。
如已经在图4的说明中叙述的那样，在一单位单元49的面积中收有2×2的虚拟像素划分。在图4中当设由第1交点共用区域41～第4交点共用区域44的2×2排列定义出的周期性图案为四抽头型的单位单元49时，该单位单元49被视为反复的形态，而在图12中，在相邻的单位单元122的列中，将与虚拟像素划分的长度相当的位置在列方向上相互错开而反复配置。即，在图12所示的有关第2实施方式的固体摄像装置中，由被相同的转送控制机构G1～G3分别包围4角的第1交点共用区域41～第3交点共用区域43和被相同的电荷排出机构GD分别包围4角的排出区域(第4交点共用区域)121构成的2×2组的三抽头型的单位单元122，在相邻的单位单元122之间错开一个虚拟像素划分的长度而反复配置。另外，能够将第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2及第3转送控制机构G3各自的位置在维持周期性不变的情况下替换。
如果去除这一点，则图12所示的包含三抽头·一排出部型TOF像素的虚拟像素划分Xij和图4所示的包含四抽头型TOF像素的虚拟像素划分Xij是相同的结构。由此，图11所示的第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及电荷排出机构GD分别与第1实施方式的固体摄像装置同样，既可以是绝缘栅极型的转送控制机构，也可以是横向电场控制型的转送控制机构。在电荷排出机构GD的一个主电极区域(漏极区域)连接着电荷排出布线VRD。各第1电荷检测部FD1、第2电荷检测部FD2及第3电荷检测部FD3各自的电位被第1复位晶体管RT1、第2复位晶体管RT2及第3复位晶体管RT3分别复位(初始化)。
在将各第1电荷检测部FD1、第2电荷检测部FD2及第3电荷检测部FD3各自的复位电位及信号转送后的信号电位用第1源极跟随器晶体管SF1、第2源极跟随器晶体管SF2及第3源极跟随器晶体管SF3分别放大后，经由第1选择晶体管SL1、第2选择晶体管SL2及第3选择晶体管SL3将输出信号O1～O3读出。对于由各输出信号O1～O3读出的复位电位及信号电位，由图2所示的信号处理电路24进行取两者的差分的CDS处理，得到净信号。
使用图12所示的分别包含三抽头·一排出部型TOF像素的虚拟像素划分Xij的二维排列，能够一并实现第1实施方式的信号从单独像素循环读出的模式和信号从2×2交点共用区域的像素相加读出的模式的方法，只要在图4中将第4转送控制机构G4替换为电荷排出机构GD就能够实现。
在图13中表示配置在交点共用区域中的模式切换电路的详细情况。这里，关于3个转送控制机构G1～G3，与图13的(a)所示那样与图5是同样的。关于电荷排出机构GD，与图13的(b)所示那样电荷检测部直接与电荷排出布线VRD连接，将与其连接的电容省略。其以后的电路结构与图13的(a)是同样的。
在图14中表示在图13所示的虚拟像素划分Xij结构中以三抽头·一排出部方式驱动的定时。第2实施方式的固体摄像装置的动作，首先在帧期间的前半程，如图14的(a)所示那样，设为与发光脉冲同步地对于全部虚拟像素划分Xij同时向构成三抽头的第1电荷检测部FD1、第2电荷检测部FD2及第3电荷检测部FD3及排出部分别分配电荷，关于三抽头进行储存、关于一排出部进行排出的全局储存期间。3个转送控制机构G1～G3及电荷排出机构GD以反复周期To的脉冲的接通状态分别不重叠的定时进行反复动作。关于转送控制机构G1～G3成为较短的脉冲宽度Tw。如果储存期间结束，则从各虚拟像素划分Xij的像素以行顺序(滚动)进行读出动作。
首先，在图14的(b)中表示从全部虚拟像素划分Xij的像素将信号不同时相加而独立地依次读出的第2实施方式的固体摄像装置的动作模式。将选择晶体管SL设为接通状态，通过驱动切换元件T11～T14的切换信号T1～T4而设为依次接通，从而将与第1电荷检测部FD1、第2电荷检测部FD2及第3电荷检测部FD3分别对应的低电阻率区域FD11～FD13的信号及与第4电荷检测部FD4对应的低电阻率区域FD14的信号依次读出。
这里，各切换元件优选的是不相互重叠。在各切换元件T11～T14的接通期间的途中对第1复位晶体管RT1进行接通关断，得到各个检测部的复位信号。即，在1条信号线中以时间顺序得到4种信号/复位的组。如果在信号线的后段进行CDS动作，则能够得到上述四种的净信号。
接着，在图14的(c)中表示以包含2×2的交点共用区域的单位单元同时相加并读出的第2实施方式的固体摄像装置的动作模式。通过将选择晶体管SL设为接通状态而将切换元件T11～T14同时接通，从而将电荷检测部FD1～FD4的信号同时相加后，将该信号读出。在切换元件T11～T14同时接通期间的途中对第1复位晶体管RT1进行接通关断，得到同时相加后的检测部的复位信号。即，在1条信号线中得到同时相加后的一种信号/复位的组。通过在信号线的后段进行CDS动作，能够得到同时相加后的净信号。
在图15中表示在图12及图13所示的第2实施方式的固体摄像装置的二维像素排列中、将来自全部虚拟像素划分Xij的像素的信号不同时相加而独立地依次读出的模式下的输出信号线Sig1及Sig2的定时。这里，读出线对于第(k－1)行、第k行及第(k+1)行进行表示，但其他的行也为同样的反复。在图15中，作为例子，通过向右上升的斜线对于虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)及虚拟像素划分X(i+1)，j的像素的信号进行区别并图示。关于虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)及虚拟像素划分X(i+1)，j的像素的信号，与3个转送控制机构G1～G3对应的信号分散在两个信号线及四个时隙中，但为规则性的。
这样，根据第2实施方式的固体摄像装置，对于特定的虚拟像素划分Xij的像素的信号，能够规则性地得到与3个转送控制机构G1～G3对应的信号，在后段能够进行一体化处理而得到距离信息。但是，与图9的情况相比，在第2输出信号线Sig2侧，隔1行地成为伪(dummy)信号D(i，j)。进而，由于如图12所示那样以包含2×2的交点共用区域的单位单元122为单位、隔1个像素错开而反复配置，所以伪信号D(i，j)在夹着第1输出信号线Sig1位于左右方向的第2输出信号线Sig2的信号间偏移1行的量。
即，在相对于图15的第2输出信号线Sig2而言夹着第1输出信号线Sig1而相邻的第2输出信号线Sig2中，第2输出信号线Sig2(k－1)、第2输出信号线Sig2(k+1)成为第2转送控制机构G2信号，第2输出信号线Sig2(k)成为伪信号D。通过这样做，在全部的行信号中隔开1个像素而包含伪信号D，能够使用伪信号作为行相关噪声的参照，并从各像素信号取得与伪信号的行内平均值之间的差分，从而能够平抑行噪声。
在图16中表示在图12及图13所示的第2实施方式的固体摄像装置的二维像素排列中对来自包含2×2的交点共用区域的单位单元122的像素的信号进行同时相加而读出的模式的情况下的第1输出信号线Sig1及第2输出信号线Sig2的定时。这里，读出线对于第(k－1)行、第k行及第(k+1)行进行表示，但其他的行也为同样的反复。关于包含2×2的交点共用区域的单位单元122的像素的信号，与3个转送控制机构G1～G3对应的信号中，从第1输出信号线Sig1得到第1转送控制机构G1及第3转送控制机构G3的信号，从第2输出信号线Sig2得到第2转送控制机构G2信号及伪信号。另外，在相对于图16的第2输出信号线Sig2而言夹着第1输出信号线Sig1而相邻的第2输出信号线Sig2中，第2输出信号线Sig2(k－1)、第2输出信号线Sig2(k+1)为第2转送控制机构G2信号，第2输出信号线Sig2(k)为伪信号D。
单位单元122的相加的组合成为在图8中仅将G4去除的形式，例如在着眼于特定虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)的PD(i+1，j+1)的情况下，相加范围的扩大是收敛于第1转送控制机构G1为第1相加区域51、第2转送控制机构G2为第2相加区域52、第3转送控制机构G3为第3相加区域53的范围的3×3像素内的距离计算上容许范围。此外，与将来自全部虚拟像素划分Xij的像素的信号不同时相加而独立地依次读出的情况同样，由于从第2输出信号线Sig2对于全部的行得到伪信号D，所以能够使用伪信号D作为行相关噪声的参照，通过从各像素信号取得与伪信号D的行内平均值之间的差分，能够平抑行噪声。
(第3实施方式)
关于能够一并实现信号从单独像素循环读出的模式和信号从2×2交点共用区域的像素相加读出的模式的方法，在图17中表示与图4不同的二维排列。在第3实施方式的固体摄像装置中，包含2×2的交点共用区域的单位单元不是方形排列，而是在左右相邻的虚拟像素划分Xij间在上下方向(列方向)上偏移了1/2虚拟像素划分的长度后的平行四边形排列。图17所示的第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及第4转送控制机构G4分别与第1及第2实施方式的固体摄像装置同样，既可以是绝缘栅极型的转送控制机构，也可以是横向电场控制型的转送控制机构。
此外，如果设包含呈平行四边形排列的2×2的交点共用区域的范围为单位单元171，则在一个单位单元171的面积中收有2×2的虚拟像素划分。因此，图17所示的周期性反复是在左右相邻的单位单元171的相互之间偏移了一个虚拟像素划分的长度量而成的排列。通过以相邻的两个虚拟像素划分Xij各自的转送控制机构的被用相同的序数分类的转送控制机构相互接近的方式配置虚拟像素划分Xij，从而形成由同种转送控制机构将对于虚拟像素划分Xij的模式切换电路包围的区域，以该区域的2×2组为单位而反复，这与图4的情况是同样的。该情况下的信号从单独像素循环读出的模式和信号从2×2交点共用区域的像素相加读出的模式在以下叙述。图17的排列其特征在于，与图4的排列相比空间分辨率不同。
在图18中表示图17的排列中的第3实施方式的固体摄像装置的布线例。成为全局动作的转送控制机构G1～G4的驱动布线设为横向，与复位晶体管的各驱动线RT、选择晶体管的各驱动线SL、切换元件Tc1～Tc4的各驱动线T1～T4一起，成为在上下虚拟像素划分Xij间弯折为三角型的形状。在需要各栅极驱动信号的虚拟像素划分Xij的交点共用区域中，由于弯折为三角型的布线为从上下集中的结构，所以能够做成在每行中将全部的横布线分割为两个的结构。即，RT、SL、G1～G4、T1～T4的共计10条布线每行能够配置5条。纵布线是两个信号线Sig1、Sig2和电源布线VDD，为在左右虚拟像素划分Xij间弯折为三角型的形状。此外，第1输出信号线Sig1、第2输出信号线Sig2为在水平方向上隔1个像素交替的配置。
在图19中表示对图17的排列实施图18的布线、将来自全部的虚拟像素划分Xij的像素的信号不同时相加而独立地依次读出的第3实施方式的固体摄像装置的动作中的第1输出信号线Sig1及第2输出信号线Sig2的定时。这里，读出线对于第(k－1)行、第k行及第(k+1)行进行表示，但其他的行也为同样的反复。关于特定的虚拟像素划分Xij的像素的信号，与四个转送控制机构G1～G4对应的信号中，作为例子用向左上升的斜线对于虚拟像素划分X(i+1)，(j+1)的像素的信号进行区别来图示。各信号分散在两个信号线及四个时隙中，但为规则性的，能够在后段一体化处理而得到距离信息。
在图20中表示对图17的排列实施图18的布线、将来自包含2×2的交点共用区域的单位单元171的像素的信号同时相加并读出的第3实施方式的固体摄像装置的动作模式下的第1输出信号线Sig1及第2输出信号线Sig2的定时。这里，读出线对于第(k－1)行、第k行及第(k+1)行进行表示，但其他的行也为同样的反复。关于单位单元171的像素的信号，与四个转送控制机构G1～G4对应的信号中，能够从第1输出信号线Sig1及第2输出信号线Sig2以分别不同的顺序得到四个转送控制机构G1～G4全部的信号。
(第4实施方式)
在分别包含三抽头·一排出部型TOF像素的虚拟像素划分Xij的二维排列中，能够一并实现第1实施方式的信号从单独像素循环读出的模式和信号从2×2交点共用区域的像素相加读出的模式的方法，可以通过在图17中将第4转送控制机构G4替换为将信号电荷以外的电荷向电源排出的电荷排出机构GD来实现。图21所示的第4实施方式的固体摄像装置的信号从单独像素循环读出的模式以及信号从2×2交点共用区域的像素相加读出的模式各自的方法与图17的情况是同样的，省略说明。图21所示的第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3及电荷排出机构GD分别与第1～第3实施方式的固体摄像装置同样，既可以是绝缘栅极型的转送控制机构，也可以是横向电场控制型的转送控制机构。
此外，在对图21实施了图18的布线的情况下，由于在全部的行中包含与电荷排出机构GD对应的伪信号，所以根据第4实施方式的固体摄像装置，与图12、图15、图16的情况同样，能够使用伪信号作为行相关噪声的参照，通过从各像素信号取得与伪信号的行内平均值之间的差分，能够平抑行噪声。
(其他实施方式)
本发明通过上述的第1～第4实施方式进行了说明，但作为该公开的一部分的论述及附图不应理解为是限定本发明的。根据该公开，对于本领域技术人员而言，各种各样的代替实施方式、实施例及应用技术应该会变得清楚。已经使用图22的(b)，表示了将图22的(a)所示的四个虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)各自的顶角用45度的线倒角来定义45度倾斜的四边形(菱形)的第1交点共用区域41，将虚拟像素划分X(i－1)，j、X(i－1)，(j+1)、Xi，j、Xi，(j+1)各自的顶角用45度的线倒角来定义菱形的第2交点共用区域42，将虚拟像素划分Xi，(j+1)、Xi，(j+2)、X(i+1)，(j+1)、X(i+1)，(j+2)各自的顶角用45度的线倒角来定义菱形的第3交点共用区域43，将虚拟像素划分X(i－1)，(j+1)、X(i－1)，(j+2)、Xi，(j+1)、Xi，(j+2)各自的顶角用45度的线倒角来定义菱形的第4交点共用区域44的例子，但不过是一例。
例如，如图25所示，也可以将图22的(a)所示的四个虚拟像素划分Xij、Xi，(j+1)、X(i+1)，j、X(i+1)，(j+1)各自的顶角用直角的凹部以梯级状切掉来定义四边形的第1交点共用区域41c。同样，也可以将虚拟像素划分X(i－1)，j、X(i－1)，(j+1)、Xi，j、Xi，(j+1)各自的顶角用直角的凹部切掉来定义四边形的第2交点共用区域42c，将虚拟像素划分Xi，(j+1)、Xi，(j+2)、X(i+1)，(j+1)、X(i+1)，(j+2)各自的顶角用直角的凹部切掉来定义四边形的第3交点共用区域43c，将虚拟像素划分X(i－1)，(j+1)、X(i－1)，(j+2)、Xi，(j+1)、Xi，(j+2)各自的顶角用直角的凹部切掉来定义第4交点共用区域44c。
进而，在图5中，表示了在将虚拟像素划分各自的顶角以45度切掉的4条倒角线之上分别配置第1低电阻率区域FD11、第2低电阻率区域FD12、第3低电阻率区域FD13及第4低电阻率区域FD14，并定义了实现四抽头型的四个低电阻率区域FD11～FD14的例子。但是，在第1～第4实施方式中说明的四抽头型或三抽头·一排出部型的像素不过是例示，并不仅限定于四抽头型或三抽头·一排出部型的像素，也可以是图26所示那样的八抽头型。在图26中，在将虚拟像素划分各自的顶角以45度切掉的4条倒角线之上分别配置各两个低电阻率区域，用八个低电阻率区域实现了八抽头型。在此情况下，单位单元被设定在包含2×2的交点共用区域的范围中。
即，在着眼于第1交点共用区域41o的图26中，在四个光电二极管部PD(i，j)、PD(i+1，j)、PD(i，j+1)及PD(i+1，j+1)的第1转送控制机构G1上分别连接着第1低电阻率区域FD11o、第3低电阻率区域FD13o、第5低电阻率区域FD15o及第7低电阻率区域FD17o。从四个低电阻率区域FD11o～FD17o输出的各电荷检测部信号分别经由省略了图示的第1～第4切换元件被向共通的第1信号读出电路输入。在将第1交点共用区域41o包围的四个光电二极管部PD(i，j)、PD(i+1，j)、PD(i，j+1)及PD(i+1，j+1)的第5转送控制机构G5上，分别连接着第2低电阻率区域FD12o、第4低电阻率区域FD14o、第6低电阻率区域FD16o及第8低电阻率区域FD18o。从四个低电阻率区域FD12o～FD18o输出的各电荷检测部信号分别经由省略了图示的第5～第8切换元件被向共通的第5信号读出电路输入。
关于在图26中省略了图示的第2～第4交点共用区域也是同样的，即使是八抽头型的情况，也与第1～第4实施方式同样，在全部的第1～第4交点共用区域中分别配置八个切换元件，通过使八个切换元件动作而能够进行合并(binning)。此外，如果在图25中在将虚拟像素划分各自的顶角用直角的凹部切掉的构成梯级的边上分别配置各一个低电阻率区域，则成为在被切掉的各顶角处配置各两个低电阻率区域，所以即使是图25所示的拓扑，也能够实现八抽头型的固体摄像装置。在此情况下，单位单元也被设定在包括2×2的交点共用区域的范围中。
在第1～第4实施方式中，作为构成虚拟像素划分Xij的转送路径控制型的像素的一部分的光电二极管部PDij的平面图案，说明了四边形的情况，但如果按照毕达哥拉斯的正平面填充形，则光电二极管部PD的形状也可以是图27所示那样的三角形或图28所示那样的六边形。图27示出了形成作为几何数学中的“平面填充形”的一种的正三角形的虚拟像素划分的贴砖的拓扑。各像素分别具备一个光电二极管部PD以及与光电二极管部PD连接的三个转送控制机构。三个转送控制机构分别被赋予第1～第3序数(序数词)而区分为第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2及第3转送控制机构G3，构成三抽头型的像素。第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2及第3转送控制机构G3将与三抽头对应的信号电荷的转送路径及转送方向分别独立地控制。
将在图27的中央部被六个相邻的第1转送控制机构G1分别包围的正六边形的相同序数包围区域定义为“第1交点共用区域45t”。第1交点共用区域45t是以六个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。在正三角形的情况下，如图27所示，六个顶角接于一个交点。第1交点共用区域45t是如图27所示那样将六个虚拟像素划分各自的第1转送控制机构G1所位于的顶角倒角而形成的正六边形的区域。第1交点共用区域45t被光电二极管部PD(s，r)、光电二极管部PD(s+1，r)、光电二极管部PD(s+1，r－1)、光电二极管部PD(s，r－1)、光电二极管部PD(s－1，r－1)及光电二极管部PD(s－1，r)包围(r＝1～m3，s＝1～n3：m3、n3分别为2以上的正整数。)。
同样，将由六个相邻的第2转送控制机构G2包围的正六边形的相同序数包围区域定义为“第2交点共用区域46t”。第2交点共用区域46t是以六个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用六个顶角相接的交点的地方。第2交点共用区域46t如图27所示那样，是在交点将六个虚拟像素划分各自的第2转送控制机构G2所位于的顶角倒角而形成的正六边形的区域。进而，将由六个相邻的第3转送控制机构G3包围的正六边形的相同序数包围区域设为“第3交点共用区域47t”。第3交点共用区域47t是以六个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用六个顶角相接的交点的地方。第3交点共用区域47t如图27所示那样，是在交点将六个虚拟像素划分各自的第3转送控制机构G3所位于的顶角倒角而形成的正六边形的区域。
由于第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2及第3转送控制机构G3所位于的三个顶角分别被倒角而被切掉，所以定义了不等边六边形的光电二极管部PD(s，r)、PD(s+1，r)、PD(s+1，r+1)、……等的外形。根据图27可知，成为光电二极管部PD(s，r)(s＝1～m3，r＝1～n3：m3、n3分别为2以上的正整数。)所占据的不等边六边形的第1砖，和第1交点共用区域45t、第2交点共用区域46t及第3交点共用区域47t所占据的正六边形的第2砖这两种贴砖填充。如图27所示，即使是形成正三角形的虚拟像素划分的情况，与第1～第4实施方式同样，通过在全部第1交点共用区域45t、第2交点共用区域46t及第3交点共用区域47t中分别配置六个切换元件，使六个切换元件动作，从而在第1交点共用区域45t、第2交点共用区域46t及第3交点共用区域47t中能够进行合并。另外，在上述中，虚拟像素划分并不限于正三角形，也可以是等腰三角形。在此情况下，在图27中成为像素区域整体在左右方向或上下方向上进行了放大或缩小的形态。
图28及图29表示形成作为几何数学中的“平面填充形”的一种的正六边形的虚拟像素划分的贴砖的拓扑。如在图29中表示图28的放大图那样，各像素分别具备一个光电二极管部PD以及与光电二极管部PD连接的六个转送控制机构。六个转送控制机构分别被赋予第1～第6序数(序数词)而被区分为第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2、第3转送控制机构G3、……、第6转送控制机构G6，构成六抽头型的像素。第1转送控制机构G1～第6转送控制机构G6分别独立地控制与六抽头对应的信号电荷的转送路径及转送方向。
将在图29的中央上段侧被三个相邻的第1转送控制机构G1分别包围的不等边九边形的相同序数包围区域定义为“第1交点共用区域61”。第1交点共用区域61是以三个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第1交点共用区域61是如图29所示那样将三个虚拟像素划分各自的第1转送控制机构G1所位于的顶角倒角而形成的不等边九边形的区域。第1交点共用区域61由光电二极管部PD(μ，ν)、光电二极管部PD(μ+1，ν－1)、光电二极管部PD(μ－1，ν－1)包围(μ＝1～m4，ν＝1～n4：m4、n4分别为2以上的正整数。)。
同样，在第1交点共用区域61的右下方向，将由三个相邻的第2转送控制机构G2包围的不等边九边形的相同序数包围区域定义为“第2交点共用区域62”。第2交点共用区域62是以三个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第2交点共用区域62如图29所示那样，是在交点将三个虚拟像素划分各自的第2转送控制机构G2所位于的顶角倒角而形成的不等边九边形的区域。第2交点共用区域62由光电二极管部PD(μ，ν)、光电二极管部PD(μ+2，ν)、光电二极管部PD(μ+1，ν－1)包围。
进而，在第2交点共用区域62的下方，将由三个相邻的第3转送控制机构G3包围的不等边九边形的相同序数包围区域设为“第3交点共用区域63”。第3交点共用区域63是以三个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第3交点共用区域63如图29所示那样，是在交点将三个虚拟像素划分各自的第3转送控制机构G3所位于的顶角倒角而形成的不等边九边形的区域。第3交点共用区域63被光电二极管部PD(μ，ν)、光电二极管部PD(μ+1，ν+1)、光电二极管部PD(μ+2，ν)包围。
同样，定义由三个相邻的第4转送控制机构G4包围的不等边九边形的“第4交点共用区域64”、由三个相邻的第5转送控制机构G5包围的不等边九边形的“第5交点共用区域65”及由三个相邻的第6转送控制机构G6包围的不等边九边形的“第6交点共用区域66”。由于第1转送控制机构G1～第6转送控制机构G6所位于的三个顶角分别被倒角而切掉，所以定义处由不等边24边形构成的光电二极管部PD(μ，ν)(μ＝1～m4，ν＝1～n4：m4、n4分别为2以上的正整数)的外形。
根据图29可知，成为光电二极管部PD(μ，ν)所占据的不等边24边形的第1砖和第1交点共用区域61～第6交点共用区域66所占据的不等边九边形的第2砖这两种贴砖填充。根据图28可知，在正六边形的虚拟像素划分的情况下，将包含12×2＝24个交点共用区域的单位单元172作为周期性图案的单位，将各虚拟像素划分在图2所示的像素阵列部1中反复配置。如图29所示，即使是形成正六边形的虚拟像素划分的情况，也与第1～第4实施方式同样在全部的第1交点共用区域61～第6交点共用区域66中配置切换元件，通过使切换元件动作，能够在第1交点共用区域61～第6交点共用区域66的全部中进行合并。
在使用两种菱形的彭罗斯点阵(Penrose tile)的情况下也能够进行平面填充，但在彭罗斯点阵中没有呈现周期性的图案。在彭罗斯点阵那样的非周期的平面填充的情况下，由于不能构成驱动及读出的逻辑电路，也不再能够进行信号线引绕，所以形成二维固体摄像装置在事实上是不行的。但是，在呈现周期性的图案的情况下，即使是正平面填充形以外的形状，只要能够进行贴砖填充，就也能够采用与其对应的抽头数，能够构成二维固体摄像装置。
关于能够以不发生间隙的方式贴砖的凸五边形，30年后在2015年发现了第15个，还提出了在这些以外不存在的证明的论文。例如，作为15种中的一种，也能够容许由图30及图31所示那样的五边形进行的铺满。
图30及图31表示出形成不等角五边形的虚拟像素划分的贴砖的拓扑。如在图31中表示图30的放大图那样，各像素分别具备一个光电二极管部PD以及与光电二极管部PD连接的五个转送控制机构。五个转送控制机构分别被赋予第1～第3及第1～第2序数而区分为第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2及第3转送控制机构G3以及第1电荷排出机构GD1及第2电荷排出机构GD2，构成三抽头·二排出部型的像素。第1转送控制机构G1～第3转送控制机构G3将与三抽头对应的信号电荷的转送路径及转送方向分别独立地控制，第1电荷排出机构GD1及第2电荷排出机构GD2将起因于背景光(环境光)的电荷等的信号电荷以外的电荷向电源排出。
将在图31的中央左侧由三个相邻的第1转送控制机构G1各自包围的三角形的相同序数包围区域定义为“第1交点共用区域71”。第1交点共用区域71是以三个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心而共用交点的地方。第1交点共用区域71如图31所示，是将以三个虚拟像素划分各自的第1转送控制机构G1所位于的顶角倒角而形成的三角形的区域。第1交点共用区域71由光电二极管部PD(w－1，x+1)、光电二极管部PD(w－1，x－1)，光电二极管部PD(w－3，x)包围(w＝1～m5，x＝1～n5：m5、n5分别为2以上的正整数。)。
同样，将由三个相邻的第2转送控制机构G2包围的三角形的相同序数包围区域定义为“第2交点共用区域72”。第2交点共用区域72是以三个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第2交点共用区域72如图31所示，是在交点将三个虚拟像素划分各自的第2转送控制机构G2所位于的顶角倒角而形成的三角形的区域。第2交点共用区域72由光电二极管部PD(w－1，x+1)、光电二极管部PD(w+1，x)、光电二极管部PD(w－1，x－1)包围。
接着，将由四个相邻的第1电荷排出机构GD1包围的四边形的“第3交点共用区域73”定义为“第1排出区域”。第3交点共用区域73是以四个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第3交点共用区域73如图31所示，是在交点将四个虚拟像素划分各自的第1电荷排出机构GD1所位于的顶角倒角而形成的四边形的区域。第3交点共用区域73被光电二极管部PD(w－1，x+1)、光电二极管部PD(w+1，x)、光电二极管部PD(w+1，x+2)、光电二极管部PD(w，x+3)包围。
进而，将由三个相邻的第3转送控制机构G3包围的三角形的相同序数包围区域分别设为“第4交点共用区域74”。第4交点共用区域74是以三个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第4交点共用区域74如图31所示，是在交点将三个虚拟像素划分各自的第3转送控制机构G3所位于的顶角倒角而形成的三角形的区域。第4交点共用区域74由光电二极管部PD(w－1，x+1)、光电二极管部PD(w，x+3)、光电二极管部PD(w－2，x+3)包围。
进而，将由四个相邻的第2电荷排出机构GD2包围的四边形的“第5交点共用区域75”定义为“第2排出区域”。第5交点共用区域75是以四个虚拟像素划分的外周所定义的网眼的交点为中心、共用交点的地方。第5交点共用区域75如图31所示，是在交点将四个虚拟像素划分各自的第2电荷排出机构GD2所位于的顶角倒角而形成的四边形的区域。第5交点共用区域75根据图30可知，由光电二极管部PD(w－1，x+1)、光电二极管部PD(w+1，x)、光电二极管部PD(w－2，x+3)、光电二极管部PD(w－4，x+2)、光电二极管部PD(w－3，x)包围。
由于第1转送控制机构G1、第2转送控制机构G2及第3转送控制机构G3以及第1电荷排出机构GD1及第2电荷排出机构GD2所位于的五个顶角分别被倒角而被切掉，所以定义出由不等边十边形构成的光电二极管部PD(w，x)(w＝1～m5，x＝1～n5：m5、n5分别为2以上的正整数)的外形。根据图31可知，成为光电二极管部PD(w，x)所占据的不等边十边形的第1砖、第1交点共用区域71、第2交点共用区域72及第4交点共用区域74所占据的三角形的第2砖和第3交点共用区域73及第5交点共用区域75所占据的四边形的第3砖这三种贴砖填充。
如图31所示，即使在形成不等角五边形的虚拟像素划分的情况下，也与第1～第4实施方式同样，在全部的第1交点共用区域71、第2交点共用区域72及第4交点共用区域74中配置切换元件，通过使切换元件动作，在第1交点共用区域71、第2交点共用区域72及第4交点共用区域74的全部中能够进行合并。
在图31的说明中，使被四个虚拟像素划分包围的第1电荷排出机构GD1及第2电荷排出机构GD2拥有电荷排出机构，但也可以使用它们作为对应的四个虚拟像素划分的电荷的单独及合并读出。在此情况下，为了将相加像素信号与三个虚拟像素划分中的相加像素信号匹配，只要设为3/4倍即可。
在本说明书中，关于由图30及图31所示的五边形以外的其他14种五边形进行的贴砖，省略说明。但是，关于与图31所示同样的三像素相加的组和四像素相加的组，能够分别通过五边形的贴砖而拥有图案的周期性，能够使用其他14种五边形来构成固体摄像装置的二维排列。
如根据图30及图31可以理解的那样，关于在数学上认为可能的15种五边形的贴砖的各个种类的图案的周期性，在将三个顶角相接的交点共用区域的三像素设为组的情况下，能够选择以四组为单位的反复。在将四个顶角相接的交点共用区域的四像素设为组的情况下，能够选择以各组为单位的反复。
在反复周期较长而排列方向成为倾斜且驱动及读出的布线变得复杂那样的图案的情况下，通过使该图案旋转45度等的布局的精心设计，能够进行大致水平垂直的布线的排列的选择。只要是容许面积效率的下降，像素的二维排列也可以不是完全的贴砖填充，也可以通过设置较小的空地，实现水平垂直的布线的排列而构成固体摄像装置。
如以上这样，在几何数学的领域中已知：存在通过五边形及六边形能够以不发生间隙的方式贴砖的方式，但不存在通过七边形以上的凸图形能够以不发生间隙的方式贴砖的方式。关于能够以不发生较小的三角形等的间隙的方式进行贴砖的凸六边形，1918年数学者卡尔·奥古斯特·莱因哈特(Karl August Reinhardt)在正六边形以外发布了3个凸六边形的类型，证明了不存在这以外的凸六边形。
另一方面，全部的平行四边形能够通过一种方式进行平面填充。此外，全部的三角形通过将两个同等的三角形组合而成为平行四边形。因而，全部的三角形能够以六个顶角在交点处相接的方式进行平面填充。如果能够以不发生间隙的方式进行平面铺满，则能够定义出交点共用区域，所以与第1～第4实施方式同样能够进行交点共用区域中的合并。
平行六边形被用经过中心的直线分为同等的两个五边形。根据图30可以理解的那样，这样的五边形能够平面铺满。因而，在第1～第4实施方式中，例示四抽头型或三抽头·一排出部型的像素进行了说明，但作为像素的构造，也可以是三抽头·二排出部型、五抽头·一排出部型或六抽头型等。
作为更一般性的例子，考虑设L为3以上的正整数，在虚拟像素划分的外形所构成的贴砖的网眼的交点处相互相接着具有L个顶角的虚拟像素划分的顶角的情况。在具有L个顶角的虚拟像素划分的贴砖中，三个或四个顶角在贴砖的网眼的交点处相接。如果在将L个顶角分别切掉而定义的L个交点共用区域中分别配置在第1～第4实施方式中说明过的那样的M＝L个低电阻率区域，则能够实现M＝L抽头型的固体摄像装置，如果在L个顶角的一个处设置一个电荷排出部，则能够实现M＝(L－1)抽头型的距离摄像用等的固体摄像装置。由此，M为2以上的正整数。
但是，如果在L个交点共用区域中分别配置M＝2L个低电阻率区域，则能够实现2L抽头型的距离摄像用等的固体摄像装置，如果在L个顶角的一个处设置一个电荷排出部，则能够实现M＝(2L－1)抽头型的距离摄像用等的固体摄像装置。如果如图31那样在各像素中设置两个电荷排出部，则能够实现M＝2(L－2)抽头型的距离摄像用等的固体摄像装置。同样，如果在L个交点共用区域中分别配置3L个低电阻率区域，则能够实现3L抽头型，(3L－1)抽头型、3(L－2)抽头型的距离摄像用等的固体摄像装置。
例如，如果在图25中将虚拟像素划分各自的顶角用具有以135度的角度交叉的三边的凹部切掉，在构成切掉部的三边的各自上配置各一个构成电荷检测部的低电阻率区域，则能够在被切掉的各顶角处分别配置各三个低电阻率区域。但是，即使如图27所示那样各像素是M＝3抽头型，在各交点共用区域45t、46t、47t中也分别配置N＝2M＝6个电荷检测部。另一方面，即使如图29所示那样各像素是M＝6抽头型，也在各交点共用区域61～66中分别配置N＝3个电荷检测部。由此，N为3以上的正整数。由此，构成形成平面填充形的虚拟像素划分的多边形的顶角数L、抽头数M、配置在交点共用区域中的电荷检测部的数量N不需要相互一致。
进而，在已经叙述的第1实施方式的说明等中，设第1导电型为p型，设第2导电型为n型而进行了说明，但应该能够容易地理解，即使使第1导电型为n型，使第2导电型为p型，也只要将电极性设为相反就能够得到同样的效果。
如以上这样，本发明包含在上述中没有记载的各种各样的实施方式等，并且本明的技术范围根据上述说明仅由适当的权利要求的发明特定事项决定。
标号说明
1…像素阵列部；11…TOF距离摄像系统；12…光源；13…成像光学系统；14…固体摄像装置(TOF摄像装置)；15…图像处理电路；16…被摄体；17…照射光；18…反射光；23…水平扫描电路；24…信号处理电路；25…控制电路；41～44、41c～44c、45t～47t、61～66、71～75…交点共用区域、49、122、171、172…单位单元；51、81…第1相加区域；52、82…第2相加区域；53、83…第3相加区域；84…第4相加区域；121…排出区域(第4交点共用区域)。

Claims (9)

1.一种固体摄像装置，
分别具有转送路径控制型的像素的多个多边形分别被定义为虚拟像素划分，将该虚拟像素划分贴砖填充于像素阵列部中，上述转送路径控制型的像素中以被依次赋予序数的方式配置有光电变换区域和多个电荷检测部，所述电荷检测部分别储存被从上述光电变换区域转送来的信号电荷，
将上述贴砖的拓扑再划分为：
多个交点共用区域，被定义为将以使具有相同序数的上述电荷检测部所位于的上述多边形各自的顶角相接的方式由上述虚拟像素划分的外形所构成的网眼的交点作为中心而将上述顶角分别切掉后得到的区域，多个交点共用区域分别被周期性地配置；以及
多个光电二极管部，是上述虚拟像素划分内的剩余的区域，分别包含上述光电变换区域，
上述固体摄像装置的特征在于，
设N为3以上的正整数，在上述光电二极管部与上述交点共用区域各自的边界部，配置有N个相同序数的上述电荷检测部，上述交点共用区域分别具备：
N个切换元件，第1主电极端子依次连接在各个上述电荷检测部上；以及
共通的信号读出电路，将输入端子连接在上述切换元件各自的第2主电极端子上，
上述像素除了具有构成上述电荷检测部的低电阻率区域以外，还具有构成将信号电荷以外的电荷排出的排出部的低电阻率区域，
除了将上述电荷检测部区分的序数以外，还通过附加了与上述排出部数量相当的数量的增大序数，将多个上述低电阻率区域相互区分，
在上述光电二极管部和上述交点共用区域各自的边界部，将上述交点共用区域各自的周围包围而配置上述增大序数相同的上述低电阻率区域，
上述切换元件以与上述增大序数对应的数量分别与上述低电阻率区域连接。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
将以包含多个分别被用不同的序数依次定义的上述交点共用区域的方式配置的二维区域的平面图案作为单位单元，该单位单元被周期性地铺满而排列在上述像素阵列部。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，
上述单位单元的排列，在相邻的列间以在列方向上相互错开相当于一虚拟像素划分的长度的方式被反复配置。
4.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，
在上述单位单元中包括2×2组的上述交点共用区域，
上述单位单元中包含的上述交点共用区域的排列，是在左右相邻的上述虚拟像素划分间在上下方向上错开了相当于1/2虚拟像素划分的长度的量而成的平行四边形的排列。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
将二维区域作为单位单元，该单位单元的图案被周期性地铺满在上述像素阵列部，上述二维区域中，被用不同的上述增大序数分别依次定义的上述交点共用区域以用与上述增大序数相当的数相互接近的方式被配置。
6.如权利要求1～4中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，
在上述像素阵列部的周边还具备：
水平扫描电路，将多个切换元件和上述共通的信号读出电路分别驱动；以及
控制电路，对依次单独地读出来自各个上述交点共用区域所配置的多个上述电荷检测部的信号的模式和同时读出来自上述多个上述电荷检测部的信号的模式进行切换，驱动上述水平扫描电路。
7.一种摄像系统，其特征在于，
具有：
光源，将照射光对于被摄体投影；以及
固体摄像装置，分别具有转送路径控制型的像素的多个多边形分别被定义为虚拟像素划分，将该虚拟像素划分贴砖填充于像素阵列部中，上述照射光被上述被摄体反射后的反射光入射到上述转送路径控制型的像素，上述转送路径控制型的像素以被依次赋予序数的方式配置有光电变换区域和多个电荷检测部，所述电荷检测部分别储存被从上述光电变换区域转送来的信号电荷，
上述固体摄像装置中，将上述贴砖的拓扑再划分为：
多个交点共用区域，被定义为将以使具有相同序数的上述电荷检测部所位于的上述多边形各自的顶角相接的方式由上述虚拟像素划分的外形所构成的网眼的交点作为中心而将上述顶角分别切掉后得到的区域，多个交点共用区域分别被周期性地配置；以及
多个光电二极管部，是上述虚拟像素划分内的剩余的区域，分别包含上述光电变换区域，
设N为3以上的正整数，在上述光电二极管部与上述交点共用区域各自的边界部，配置有N个相同序数的上述电荷检测部，上述交点共用区域分别具备：
N个切换元件，第1主电极端子依次连接在各个上述电荷检测部上；以及
共通的信号读出电路，将输入端子连接在上述切换元件各自的第2主电极端子上，
上述像素除了具有构成上述电荷检测部的低电阻率区域以外，还具有构成将信号电荷以外的电荷排出的排出部的低电阻率区域，
除了将上述电荷检测部区分的序数以外，还通过附加了与上述排出部数量相当的数量的增大序数，将多个上述低电阻率区域相互区分，
在上述光电二极管部和上述交点共用区域各自的边界部，将上述交点共用区域各自的周围包围而配置上述增大序数相同的上述低电阻率区域，
上述切换元件以与上述增大序数对应的数量分别与上述低电阻率区域连接。
8.一种摄像方法，是使用了固体摄像装置的摄像方法，上述固体摄像装置将具有转送路径控制型的像素的多边形定义为虚拟像素划分，上述转送路径控制型的像素中排列有依次被赋予了序数的多个电荷检测部，上述固体摄像装置进一步划分为多个交点共用区域和多个光电二极管部，上述多个交点共用区域被定义为以多个上述多边形各自的顶角相接的交点为中心而将上述顶角分别切掉后得到的区域，上述多个光电二极管部是上述交点共用区域被切掉后的剩余的区域，
上述摄像方法的特征在于，
设N为3以上的正整数，在上述光电二极管部与上述交点共用区域各自的边界部配置有N个相同序数的上述电荷检测部，
在各个上述交点共用区域中，切换以下的模式而动作：
从上述电荷检测部将N个单独的信号依次读出的模式；
从上述电荷检测部将N个全部的信号同时读出的模式，
上述像素除了具有构成上述电荷检测部的低电阻率区域以外，还具有构成将信号电荷以外的电荷排出的排出部的低电阻率区域，
除了将上述电荷检测部区分的序数以外，还通过附加了与上述排出部数量相当的数量的增大序数，将多个上述低电阻率区域相互区分，
在上述光电二极管部和上述交点共用区域各自的边界部，将上述交点共用区域各自的周围包围而配置上述增大序数相同的上述低电阻率区域，
上述切换元件以与上述增大序数对应的数量分别与上述低电阻率区域连接。
9.如权利要求8所述的摄像方法，其特征在于，
在将上述单独的信号依次读出的模式之前，实施如下步骤：
使照射光从光源向被摄体投影的步骤；以及
使用相互独立的转送控制机构，使由上述光电二极管部通过反射光生成的信号电荷以分别不同的定时向上述电荷检测部储存的步骤，上述反射光是上述照射光被上述被摄体反射而得到的。
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