JP2013125861A - 固体撮像素子および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】より高画質な画像を得ることができる撮像素子を提供する。
【解決手段】平面的に見て同形状の三角形の複数の画素２２が組み合された画素ユニット２１が規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、画素２２は、少なくとも４色以上の光を受光する。そして、画素ユニット２１では、少なくとも６個の画素２２−１〜２２−６が組み合わされて構成され、それぞれの画素２２が受光する光の色について、補色の関係にある前記画素２２どうしが対角となる位置に配置される。
【選択図】図２

Description

本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、より高画質な画像を得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。
従来、固体撮像素子では、光を電荷に変換する光電変換部を有する画素が平面的に配置された受光面において、各画素が、例えば、三原色のカラーフィルタを透過した光を受光する。例えば、一般的に用いられているベイヤー配列のカラーフィルタを使用した固体撮像素子では、１つの赤色の画素、２つの緑色の画素、および１つの青色の画素からなる４つの画素が組み合わされた画素ユニットが使用されている。
また、近年、三原色に他の色を加えた画素ユニットが提案されている。例えば、カラーフィルタを持たない白色の画素を追加して、赤色、緑色、青色、および白色の４つの画素が組み合わされた画素ユニットが提案されている。このように、固体撮像素子において使用されるカラーフィルタの色数を増加させることにより、色再現性を向上させることができる。
例えば、図１を参照して、赤色、緑色、青色、シアン、マゼンタ、および黄色の６色のカラーフィルタを採用した固体撮像素子について説明する。図１Ａには、固体撮像素子の受光面の概略的な構成が示されており、図１Ｂには、CIE（Commission Internationale de l’Eclairage：国際照明委員会）が定める表色系であるCIExy色度図が示されている。
図１Ａに示すように、固体撮像素子１１は、複数の画素１２が行列状に配置されており、それらの画素１２の列の間には、画素１２から出力される画素信号を転送する垂直転送路１３が設けられている。
また、固体撮像素子１１では、赤色（Ｒ）の光を受光する画素１２−１、緑色（Ｇ）の光を受光する画素１２−２、青色（Ｂ）の光を受光する画素１２−３、シアン（Ｃ）の光を受光する画素１２−４、マゼンタ（Ｍ）の光を受光する画素１２−５、および黄色（Ｙ）の光を受光する画素１２−６が組み合わされて画素ユニット１４が構成される。そして、６色の光を受光する画素ユニット１４が周期的に並べられて、固体撮像素子１１の受光面が埋め尽くされている。
このように、多色の色の光を受光することができる固体撮像素子１１は、色再現性に優れているが、解像度が低下してしまう。つまり、固体撮像素子１１において、同色の光を受光する画素どうしは、行方向に３画素分のピッチで離れ、列方向に２画素分のピッチで離れた配置となる。
また、図１Ｂには、三原色で表現される色の領域（図１Ｂにおいて丸の頂点で囲われた三角形の領域）よりも、６色で表現される色の領域（図１Ｂにおいて三角形の頂点で囲われた六角形の領域）の方が、色再現性が高いことが示されている。
しかしながら、４色以上の多色の色処理を可能な固体撮像素子では、色再現性が優れる反面、解像度が低下することになる。また、人間の網膜の色検出が三原色を基礎とする関係より、色数を増加させても、非常に大きな効果が得られないのに対し、解像度が色数に応じて低減することから、色数を増加させても解像度を低下させない手法が求められている。
なお、近年、赤色、緑色、青色、および黄色の４色のカラーフィルタを備えることで色再現性を向上させた表示装置が開発されている。さらに今後、プロフェッショナル向けの用途として、４色以上の多色のカラーフィルタを備え、色再現性をさらに向上させた表示装置の開発が予想される。その一方で、撮像装置において信号処理される色は、赤色、青色、および緑色の３色（または、白色を加えた４色）である。
ここで、例えば、特許文献１には、赤色、緑色、および青色の画素の隙間に、小さい補色画素を埋め込んだ固体撮像素子が開示されている。しかしながら、この固体撮像素子では、補色画素は２波長の信号を含むために、通常の赤色、緑色、および青色の画素と比較して、補色画素が発生する電荷が２倍近くに達し、小さい補色画素では、電荷量が飽和してしまい、偽色が発生することが懸念される。
また、特許文献２には、六角形の画素により平面を埋めることにより、画素の平面被覆率を向上させた固体撮像素子が開示されている。
さらに、特許文献３には、六角形の画素からなる７画素を１ユニットとして周期構造をつくる固体撮像素子が開示されている。しかしながら、この固体撮像素子では、周期構造が複雑で、画素信号を出力するための信号処理が非常に複雑になってしまう。
特開２００６−２７０３６４号公報 特開２００６−１６５５６７号公報 特開２０１０−１６１２００号公報
上述したように、従来、多色の画素信号を得られる固体撮像素子では、解像度が低下してしまうため、これらを両立して、より高画質な画像を得ることができる固体撮像素子の開発が求められている。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より高画質な画像を得ることができるようにするものである。
本開示の一側面の固体撮像素子は、平面的に見て同形状の多角形の複数の画素が組み合された画素ユニットが規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、前記画素が、少なくとも４色以上の光を受光する。
本開示の一側面の電子機器は、平面的に見て同形状の多角形の複数の画素が組み合された画素ユニットが規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、前記画素が、少なくとも４色以上の光を受光する固体撮像素子を備える。
本開示の一側面においては、平面的に見て同形状の多角形の複数の画素が組み合された画素ユニットが規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、画素では、少なくとも４色以上の光が受光される。
本開示の一側面によれば、より高画質な画像を得ることができる。
従来の固体撮像素子を説明する図である。 本技術を適用した固体撮像素子が有する画素ユニットの第１の実施の形態の構成例を示す図である。 画素ユニットの第１の構成例を示す図である。 画素ユニットが周期的に並べられた配置例を示す図である。 画素ユニットの第２および第３の構成例を示す図である。 画素ユニットの第２の実施の形態の構成例を示す図である。 画素ユニットが周期的に並べられた配置例を示す図である。 第１の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 第１の配置例の画素ユニットの第１の構成例を示す図である。 第１の配置例の画素ユニットが周期的に並べられた配置例を示す図である。 第１の配置例の画素ユニットの第２および第３の構成例を示す図である。 第２の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 第２の配置例の画素ユニットの第１の構成例を示す図である。 第２の配置例の画素ユニットが周期的に並べられた配置例を示す図である。 第２の配置例の画素ユニットの第２および第３の構成例を示す図である。 第３の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 第４の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 第４の配置例の画素ユニットの第１の構成例を示す図である。 第４の配置例の画素ユニットが周期的に並べられた配置例を示す図である。 第４の配置例の画素ユニットの第２および第３の構成例を示す図である。 第５の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 第６の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 第７の配置例で画素が配置された画素ユニットの構成例を示す図である。 電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。 撮像装置における処理を説明するフローチャートである。
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本技術を適用した固体撮像素子が有する画素ユニットの第１の実施の形態の構成例を示す図である。
図２に示すように、画素ユニット２１は、６つの画素２２−１乃至２２−６が組み合わされて構成される。画素２２−１乃至２２−６は、平面的に見たときに、それぞれの外形形状が三角形となるように形成されており、隣り合う画素２２どうしで２つの辺が対向するように配置される。これにより、画素２２−１乃至２２−６が組み合わされた画素ユニット２１の外形が六角形の形状となる。
また、画素２２−１乃至２２−６は、それぞれ異なる色のカラーフィルタを介して光を受光し、それぞれ対応する色の光を電気的な信号に変換した画素信号を出力する。そして、画素２２−１乃至２２−６は、それぞれ補色の関係にある画素２２どうしが、対角となる位置に配置される。
例えば、赤色（Ｒ）の光を受光する画素２２−１と、シアン（Ｃ）の光を受光する画素２２−４とが対角となる位置に配置される。同様に、緑色（Ｇ）の光を受光する画素２２−２と、マゼンタ（Ｍ）の光を受光する画素２２−５とが対角となる位置に配置され、青色（Ｂ）の光を受光する画素２２−３と、黄色（Ｙ）の光を受光する画素２２−６とが対角となる位置に配置される。このような配置を行うことにより、例えば、いずれかの画素２２に欠陥が発生した場合、その画素２２の補正を行う際に、偽色を発生し難くすることができる。
ここで、画素２２−１乃至２２−６を有する画素ユニット２１から出力される画素信号の信号処理について説明する。
例えば、赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂは、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および黄色の画素信号Ｙを信号処理することで、それぞれ合成可能である。
即ち、赤色の画素信号Ｒは、次の式（１）に基づいて、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および黄色の画素信号Ｙから求めることができる。同様に、緑色の画素信号Ｇは、次の式（２）に基づいて、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および黄色の画素信号Ｙから求めることができる。また、青色の画素信号Ｂは、次の式（３）に基づいて、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および黄色の画素信号Ｙから求めることができる。
Ｒ＝（−Ｃ＋Ｙ＋Ｍ）／２ ・・・（１）
Ｇ＝（Ｃ＋Ｙ−Ｍ）／２ ・・・（２）
Ｂ＝（Ｃ−Ｙ＋Ｍ）／２ ・・・（３）
同様に、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および黄色の画素信号Ｙは、赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂのいずれかを用いて信号処理することで、それぞれ合成可能である。
即ち、シアンの画素信号Ｃは、次の式（４）に基づいて、緑色の画素信号Ｇおよび青色の画素信号Ｂから求めることができる。また、マゼンタの画素信号Ｍは、次の式（５）に基づいて、赤色の画素信号Ｒおよび青色の画素信号Ｂから求めることができ、黄色の画素信号Ｙは、次の式（６）に基づいて、赤色の画素信号Ｒおよび緑色の画素信号Ｇから求めることができる。
Ｃ＝Ｇ＋Ｂ ・・・（４）
Ｍ＝Ｂ＋Ｒ ・・・（５）
Ｙ＝Ｇ＋Ｒ ・・・（６）
ここで、式（１）乃至（６）を演算して、それぞれの画素信号を求める際に、必要に応じて、重み付けをして画素信号を合成してもよい。例えば、カラーフィルタの光信号の透過率や、画素２２（フォトダイオードや光電変換膜など）での変換効率などに応じて、適宜、画素信号に係数を乗算することができる。
例えば、画素ユニット２１が受光面に配置された固体撮像素子を備える撮像装置により撮像された画像を表示する表示装置が、赤色、緑色、青色、シアン、マゼンタ、および黄色の６色により表現される画像の表示に対応しているとする。この場合には、撮像装置は、画素２２−１乃至２２−６から出力される画素信号をA/D（Analog/Digital）変換した後、画素信号を合成する処理を行わずに表示装置に出力する。
一方、例えば、表示装置が、６色により表現される画像の表示に対応せず、例えば、赤色、緑色、青色の３色により表現される画像の表示に対応しているとする。この場合には、撮像装置は、画素２２−１乃至２２−６から出力される画素信号をA/D変換した後、画素信号を合成する処理を行って表示装置に出力する。
つまり、シアンの光を受光する画素２２−４の座標から出力される画素信号Ｃ、マゼンタの光を受光する画素２２−５の座標から出力される画素信号Ｍ、および、黄色の光を受光する画素２２−６の座標から出力される画素信号Ｙを利用して、上述の式（１）乃至（３）を演算することにより、赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂを合成することができる。この赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂは、画素２２−４乃至２２−６の近傍の位置における画素信号として画像処理を行うことができる。
例えば、画素信号を合成する処理で算出された画素信号は、それぞれ補色の関係にある画素２２の位置における画素信号として画像処理を行うことができる。即ち、算出された赤色の画素信号Ｒは、画素２２−４の位置における画素信号とし、算出された緑色の画素信号Ｇは、画素２２−５の位置における画素信号とし、算出された青色の画素信号Ｂは、画素２２−６の位置における画素信号として画像処理を行ってもよい。
このように、画素信号を合成する処理を行うことによって、例えば、赤色、緑色、青色の３色により表現される画像の表示に対応する表示装置に画像を出力する場合に、画像の解像度が低下することを回避することができる。つまり、赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂを出力する画素２２−１乃至２２−３だけを使用する場合には、画素２２−４乃至２２−６が使用されない分だけ、画像に使用する画素数が削減されることになる。これに対し、画素信号を合成する処理を行うことによって、画素２２−４乃至２２−６の出力から赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂを得ることができるので、画像に使用する画素数が削減されることを回避することができ、解像度が低下することもない。
また、画素ユニット２１が受光面に配置された固体撮像素子を備える撮像装置では、いずれかの画素２２に欠陥が発生した場合でも、上述の式（１）乃至（６）を演算することにより、欠陥が発生した画素２２の画素信号を合成することができる。このとき、画素信号を合成する処理において、欠陥が発生した画素２２と同一の画素ユニット２１に含まれる他の画素２２、即ち、欠陥が発生した画素２２の近傍の他の画素２２から出力される画素信号を使用することで、より正しい色を再現することができる。
特に、図２に示すように、それぞれ補色の関係にある画素２２どうしを対角となる位置に配置することで、欠陥が発生した画素２２の画素信号を補正する精度を向上させることができる。例えば、マゼンタの光を受光する画素２２−５に欠陥が発生した場合、画素２２−５の近傍に存在する画素２２−１が出力する画素信号Ｒと、画素２２−３が出力する画素信号Ｂとを使用して画素信号Ｍを合成する。そのため、遠くに存在する画素２２が出力する画素信号を使用する場合よりも、画素信号Ｍの予測精度を向上させることができ、偽色の発生を抑制することができる。
また、画素ユニット２１は、画素２２−１乃至２２−６が、光を電荷に変換する光電変換素子をそれぞれ有するとともに、それらの電荷を増幅するためのトランジスタなどが画素２２−１乃至２２−６により共有される画素共有構造を採用している。
図３を参照して、画素ユニット２１の第１の構成例について説明する。
図３に示すように、画素ユニット２１は、画素２２−１乃至２２−６がそれぞれ有する光電変換素子３１−１乃至３１−６および転送ゲート３２−１乃至３２−６と、画素２２−１乃至２２−６により共有される、ＦＤ（Floating Diffusion：フローティングディフュージョン）３３、増幅トランジスタ３４、選択トランジスタ３５、およびリセットトランジスタ３６とを備えて構成される。
光電変換素子３１−１乃至３１−６は、フォトダイオードや光電変換膜などであり、図示しないオンチップレンズなどを通過して入射する光を受光して電荷を発生し、その電荷を蓄積する素子である。また、光電変換素子３１−１乃至３１−６は、画素２２−１乃至２２−６に対応して、三角形の外形形状となるように形成される。なお、オンチップレンズは、光電変換素子３１に光を集光するために固体撮像素子の受光面に配置される小型のレンズであり、光電変換素子３１の外形形状である三角形に内接するように配置される。また、オンチップレンズは、各画素２２が占有する領域内において光電変換素子３１よりも広い範囲に配置することができ、例えば、光電変換素子３１の外形形状である三角形に外接するように配置してもよい。
転送ゲート３２−１乃至３２−６は、光電変換素子３１−１乃至３１−６とＦＤ３３とをそれぞれ接続するように配置される。そして、転送ゲート３２−１乃至３２−６を構成するトランジスタの入力がオンになると、それぞれ対応する光電変換素子３１−１乃至３１−６に蓄積されている電荷が、ＦＤ３３に転送される。
ＦＤ３３は、所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、転送ゲート３２−１乃至３２−６を介して光電変換素子３１−１乃至３１−６から、それぞれのタイミングで転送される電荷を蓄積する。また、ＦＤ３３は、増幅トランジスタ３４のゲート電極に接続されており、ＦＤ３３に蓄積されている電荷に応じた電位が、増幅トランジスタ３４のゲート電極に印加される。
増幅トランジスタ３４は、ＦＤ３３に蓄積されている電荷を増幅して、その電荷に応じたレベルの画素信号を出力する。
選択トランジスタ３５は、増幅トランジスタ３４から出力される画素信号を後段の回路に供給する信号線に接続されており、選択トランジスタ３５の入力がオンになると、その信号線に増幅トランジスタ３４から出力される画素信号が出力可能な状態となる。
リセットトランジスタ３６は、所定の電位で固定された電源電位に接続されており、リセットトランジスタ３６の入力がオンになると、ＦＤ３３に蓄積されている電荷が電源電位に放出され、次の電荷が転送されるのに備えて、ＦＤ３３がリセット（初期化）される。
このように構成されている画素ユニット２１では、画素２２−１乃至２２−６ごとの画素信号を読み出すタイミングで、順次、光電変換素子３１−１乃至３１−６で発生した電荷が、それぞれ対応する転送ゲート３２−１乃至３２−６を介してＦＤ３３に転送される。そして、画素２２−１乃至２２−６ごとに、増幅トランジスタ３４がＦＤ３３の電荷を増幅して選択トランジスタ３５を介して画素信号を出力し、リセットトランジスタ３６がＦＤ３３の電荷をリセットする処理が行われる。
このように、画素ユニット２１では、画素２２−１乃至２２−６により６色の光を受光して画素信号が出力されるので、例えば、三原色だけを利用する構成よりも、色再現性を向上させることができる。また、画素２２−１乃至２２−６が、ＦＤ３３、増幅トランジスタ３４、選択トランジスタ３５、およびリセットトランジスタ３６を共有することにより、それらの素子を画素２２ごとに設ける構成と比較して、光電変換素子３１の面積を広くすることができる。これにより、画素２２−１乃至２２−６の特性を向上させることができる。
さらに、画素ユニット２１の外形形状が、三角形の外形形状である画素２２−１乃至２２−６が組み合わされて六角形となることより、固体撮像素子の受光面に画素ユニット２１を配置する際に、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
例えば、図４には、４つの画素ユニット２１１乃至２１４が周期的に並べられた配置例が示されている。このように、画素ユニット２１は、六角形の外形形状をしていることにより、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。これにより、画素ユニット２１が受光面に配置された固体撮像素子では、多色の画素２２を採用しつつ、画素２２による平面被覆率を向上させることができる。また、画素ユニット２１が単純な周期構造で配置されることにより、固体撮像素子から出力された画素信号から画像を構築する画像処理を容易に行うことができる。また、同色の光を受光する画素２２どうしが２画素分のピッチで配置されるので、解像度の低下を回避することができる。
なお、画素ユニット２１の構造としては、図３に示したような画素２２−１乃至２２−６の全てが１つのＦＤ３３を共有する構成の他、複数のＦＤ３３を設け、画素２２−１乃至２２−６のうちの所定数の画素２２ごとにＦＤ３３を共有する構成を採用してもよい。また、ＦＤ３３を共有する構成を採用せずに、画素２２−１乃至２２−６ごとにＦＤ３３を設ける構成を採用することができる。
図５には、画素ユニット２１の第２および第３の構成例が示されている。なお、図５において、図３の画素ユニット２１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５Ａに示されている画素ユニット２１’は、光電変換素子３１−１乃至３１−６、転送ゲート３２−１乃至３２−６、ＦＤ３３−１および３３−２、増幅トランジスタ３４−１および３４−２、選択トランジスタ３５−１および３５−２、並びに、リセットトランジスタ３６−１および３６−２を備えて構成される。
画素ユニット２１’において、ＦＤ３３−１には、光電変換素子３１−１が転送ゲート３２−１を介して接続され、光電変換素子３１−２が転送ゲート３２−２を介して接続され、光電変換素子３１−６が転送ゲート３２−６を介して接続される。同様に、画素ユニット２１’において、ＦＤ３３−２には、光電変換素子３１−３が転送ゲート３２−３を介して接続され、光電変換素子３１−４が転送ゲート３２−４を介して接続され、光電変換素子３１−５が転送ゲート３２−５を介して接続される。
つまり、画素ユニット２１’では、画素２２−１、２２−２、および２２−６ごとの画素信号を読み出すタイミングに応じて、光電変換素子３１−１、３１−２、および３１−６で発生した電荷が、順次、ＦＤ３３−１に転送される。そして、増幅トランジスタ３４−１がＦＤ３３−１の電荷を増幅して選択トランジスタ３５−１を介して画素信号を出力し、リセットトランジスタ３６−１がＦＤ３３−１の電荷をリセットする処理が、画素２２−１、２２−２、および２２−６ごとに行われる。
同様に、画素ユニット２１’では、画素２２−３、２２−４、および２２−５ごとの画素信号を読み出すタイミングに応じて、光電変換素子３１−３、３１−４、および３１−５で発生した電荷が、順次、ＦＤ３３−２に転送される。そして、増幅トランジスタ３４−２がＦＤ３３−２の電荷を増幅して選択トランジスタ３５−２を介して画素信号を出力し、リセットトランジスタ３６−２がＦＤ３３−２の電荷をリセットする処理が、画素２２−３、２２−４、および２２−５ごとに行われる。
このように、画素ユニット２１’では、３つの画素２２−１、２２−２、および２２−６が、ＦＤ３３−１、増幅トランジスタ３４−１、選択トランジスタ３５−１、および、リセットトランジスタ３６−１を共有するように構成される。また、画素ユニット２１’では、３つの画素２２−３、２２−４、および２２−５が、ＦＤ３３−２、増幅トランジスタ３４−２、選択トランジスタ３５−２、および、リセットトランジスタ３６−２を共有するように構成される。
なお、例えば、画素ユニット２１に３つのＦＤ３３を設け、２つの画素２２ごとにＦＤ３３を共有する構成を採用してもよい。
図５Ｂに示されている画素ユニット２１’’は、光電変換素子３１−１乃至３１−６、転送ゲート３２−１乃至３２−６、ＦＤ３３−１乃至３３−６、増幅トランジスタ３４−１乃至３４−６、選択トランジスタ３５−１乃至３５−６、並びに、リセットトランジスタ３６−１乃至３６−６を備えて構成される。
画素ユニット２１’’では、光電変換素子３１−１乃至３１−６で発生した電荷が、転送ゲート３２−１乃至３２−６を介して、それぞれ対応するＦＤ３３−１乃至３３−６に転送される。そして、増幅トランジスタ３４−１乃至３４−６が、それぞれ対応するＦＤ３３−１乃至３３−６の電荷を増幅し、選択トランジスタ３５−１乃至３５−６を介して画素信号を出力する。また、リセットトランジスタ３６−１乃至３６−６が、それぞれ対応するＦＤ３３−１乃至３３−６の電荷をリセットする。
このように、画素ユニット２１’’では、ＦＤ３３を共有しない構成が採用され、画素２２−１乃至２２−６がそれぞれ独立して駆動するように構成される。
次に、図６は、本技術を適用した固体撮像素子が有する画素ユニットの第２の実施の形態の構成例を示す図である。
図６に示すように、画素ユニット４１は、８つの画素４２−１乃至４２−８が組み合わされて構成される。画素４２−１乃至４２−８は、平面的に見たときに、それぞれの外形形状が六角形となるように形成されている。そして、６つの画素４２−１乃至４２−６が画素４２−７の周囲を囲うように配置されるとともに、画素４２−８が、画素４２−１乃至４２−７からなる塊の外側に隣接して配置される。これにより、画素ユニット４１の外形形状は、回転対象に配置された画素４２−１乃至４２−７から画素４２−８が突出するように配置された変則的な（回転対象でない）形状となる。
つまり、画素ユニット４１では、隣り合う行に配置されている画素４２が、行方向に互いに半画素ピッチでずれるように、４行に亘って画素４２−１乃至４２−８が配置される。例えば、画素４２−１を基準とすると、画素４２−１が配置されている１行目には、画素４２−１の下方に隣接して画素４２−５が配置される。そして、２行目には、画素４２−１より半画素分だけ行の下方向にずれた位置に画素４２−７が配置され、画素４２−７の下方に隣接して画素４２−３が配置され、画素４２−７の上方に隣接して画素４２−６が配置される。また、３行目において、画素４２−７より半画素分だけ行の上方向にずれた位置に画素４２−２が配置され、画素４２−７より半画素分だけ行の下方向にずれた位置に画素４２−４が配置される。そして、４行目には、画素４２−２および４２−４の間となる位置に画素４２−８が配置される。
このように、変則的な外形形状となるように構成された画素ユニット４１は、固体撮像素子の受光面に画素ユニット４１を配置する際に、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
例えば、図７には、３つの画素ユニット４１１乃至４１３が周期的に並べられた配置例が示されている。
図７に示すように、画素ユニット４１は、単純な周期構造で（行方向および列方向に規則的に並ぶように）平面を埋め尽くすことができる。これにより、画素ユニット４１が受光面に配置された固体撮像素子では、多色の画素４２を採用しつつ、画素４２による平面被覆率を向上させることができる。また、画素ユニット４１が単純な周期構造で配置されることにより、固体撮像素子から出力された画素信号から画像を構築する画像処理を容易に行うことができる。
ここで、画素ユニット４１では、画素４２−１乃至４２−８ごとにカラーフィルタを配置して、画素４２−１乃至４２−８が、それぞれのカラーフィルタに対応する色の光を受光するように構成することができる。また、画素ユニット４１では、例えば、一部の画素４２にカラーフィルタを配置せずに、カラーフィルタが配置されない画素４２が、全ての波長の光（以下、適宜、白色の光と称する）を受光するように構成することができる。
さらに、画素ユニット４１では、例えば、画素４２−１乃至４２−８のうちの一部（例えば、画素４２−７または４２−８）を形成せずに構成することができる。つまり、画素ユニット４１は、８つの画素４２−１乃至４２−８が配置される領域を確保した外形形状を有していれば、その内側に配置される画素４２の個数を８個以下として構成してもよい。
図８は、第１の配置例で画素４２が配置された画素ユニット４１ａの構成例を示す図である。
図８に示すように、画素ユニット４１ａは、６つの画素４２ａ−１乃至４２ａ−６が組み合わされて構成される。つまり、画素ユニット４１ａは、図６の画素ユニット４１において画素４２−７および４２−８が形成されていた領域に画素４２ａが配置されずに構成されている。
また、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６は、それぞれ異なる色のカラーフィルタを介して光を受光し、それぞれ対応する色の光を電気的な信号に変換した画素信号を出力する。例えば、画素４２ａ−１は赤色（Ｒ）の光を受光し、画素４２ａ−２は緑色（Ｇ）の光を受光し、画素４２ａ−３は青色（Ｂ）の光を受光する。また、画素４２ａ−４はシアン（Ｃ）の光を受光し、画素４２ａ−５はマゼンタ（Ｍ）の光を受光し、画素４２ａ−６は黄色（Ｙ）の光を受光する。このように、画素４２−１乃至４２−６は、それぞれ補色の関係にある画素４２どうしが対角となる位置に配置される。これにより、例えば、いずれかの画素４２に欠陥が発生した場合、その画素４２の補正を行う際に、偽色を発生し難くすることができる。
また、画素ユニット４１ａにおいても、図３の画素ユニット２１と同様に、画素共有構造を採用することができる。
図９を参照して、画素ユニット４１ａの第１の構成例について説明する。
図９に示すように、画素ユニット４１ａは、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６がそれぞれ有する光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６および転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６と、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６により共有される、ＦＤ５３ａ、増幅トランジスタ５４ａ、選択トランジスタ５５ａ、およびリセットトランジスタ５６ａとを備えて構成される。
光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６は、フォトダイオードや光電変換膜などであり、図示しないオンチップレンズなどを通過して入射する光を受光して電荷を発生し、その電荷を蓄積する素子である。また、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６は、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６に対応して、六角形の外形形状となるように形成される。なお、オンチップレンズは、光電変換素子５１ａの外形形状である六角形に内接または外接するように配置される。
転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６は、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６とＦＤ５３ａとをそれぞれ接続するように配置される。そして、転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６を構成するトランジスタの入力がオンになると、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６に蓄積されている電荷が、ＦＤ５３ａに転送される。
ＦＤ５３ａは、転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６を介して光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６から、それぞれのタイミングで転送される電荷を蓄積する。また、図９に示すように、ＦＤ５３ａは、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６により囲まれる領域に形成される。つまり、図６の画素ユニット４１では画素４２−７が形成されていた領域において、画素ユニット４１ａでは画素が形成されない構成となっており、その領域にＦＤ５３ａが形成される。このように、ＦＤ５３ａを大型化することにより、ＦＤ５３ａが電荷を蓄積する容量を増加させることができ、例えば、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６が多くの光を受光した場合においても、ＦＤ５３ａから電荷が溢れ出すことを回避することができる。
増幅トランジスタ５４ａは、ＦＤ５３ａに蓄積されている電荷を増幅し、選択トランジスタ５５ａは、増幅トランジスタ５４ａと画素信号を出力する信号線とを接続し、リセットトランジスタ５６ａは、ＦＤ５３ａに蓄積されている電荷をリセットする。
このように構成されている画素ユニット４１ａでは、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６により６色の光を受光して画素信号が出力されるので、色再現性を向上させることができる。また、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６が、ＦＤ５３ａ、増幅トランジスタ５４ａ、選択トランジスタ５５ａ、およびリセットトランジスタ５６ａを共有することにより、光電変換素子５１ａの面積を広くすることができる。これにより、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６の特性を向上させることができる。
さらに、図７を参照して説明したのと同様に、画素ユニット４１ａは、固体撮像素子の受光面に配置する際に、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
例えば、図１０には、５つの画素ユニット４１ａ１乃至４１ａ５が周期的に並べられた配置例が示されている。このように、画素ユニット４１ａは、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６が周期的に配置されるように、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
また、画素ユニット４１ａの構造としては、図５を参照して説明したのと同様に、所定数の画素４２ａごとにＦＤ５３ａを共有する構成や、画素４２ａごとにＦＤ５３ａを設ける構成を採用することができる。
図１１には、画素ユニット４１ａの第２および第３の構成例が示されている。なお、図１１において、図９の画素ユニット４１ａと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１１Ａに示されている画素ユニット４１ａ’は、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６、転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６、ＦＤ５３ａ−１および５３ａ−２、増幅トランジスタ５４ａ−１および５４ａ−２、選択トランジスタ５５ａ−１および５５ａ−２、並びに、リセットトランジスタ５６ａ−１および５６ａ−２を備えて構成される。
そして、画素ユニット４１ａ’は、図５Ａの画素ユニット２１’と同様に、３つの画素４２ａ−１、４２ａ−２、および４２ａ−６が、ＦＤ５３ａ−１、増幅トランジスタ５４ａ−１、選択トランジスタ５５ａ−１、および、リセットトランジスタ５６ａ−１を共有するように構成される。また、画素ユニット２１ａ’では、３つの画素４２ａ−３、４２ａ−４、および４２ａ−５が、ＦＤ５３ａ−２、増幅トランジスタ５４ａ−２、選択トランジスタ５５ａ−２、および、リセットトランジスタ５６ａ−２を共有するように構成される。
なお、画素ユニット４１ａ’に３つのＦＤ５３ａを設け、２つの画素４２ａごとにＦＤ５３ａを共有する構成を採用してもよい。
図１１Ｂに示されている画素ユニット４１ａ’’は、光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６、転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６、ＦＤ５３ａ−１乃至５３ａ−６、増幅トランジスタ５４ａ−１乃至５４ａ−６、選択トランジスタ５５ａ−１乃至５５ａ−６、並びに、リセットトランジスタ５６ａ−１乃至５６ａ−６を備えて構成される。
そして、画素ユニット４１ａ’’は、図５Ｂの画素ユニット２１’’と同様に、ＦＤ３３の共有は行われず、画素４２ａ−１乃至４２ａ−６がそれぞれ独立して駆動するように構成される。
図１２は、第２の配置例で画素４２が配置された画素ユニット４１ｂの構成例を示す図である。
図１２に示すように、画素ユニット４１ｂは、７つの画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７が組み合わされて構成される。つまり、画素ユニット４１ｂは、図６の画素ユニット４１において画素４２−８が形成されていた領域に画素４２ｂが配置されずに構成されている。
また、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−６は、図８の画素４２ａ−１乃至４２ａ−６と同様に、それぞれ対応する色の光を受光し、画素４２ｂ−７は白色（Ｗ）の光を受光する。即ち、画素ユニット４１ｂは、白色の光を受光する画素４２ｂ−７を中心として、それぞれ補色の関係にある画素４２どうしが対角となる位置に、画素４２ｂ−７の外周を囲うように画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−６が配置されて構成される。これにより、例えば、いずれかの画素４２に欠陥が発生した場合、その画素４２の補正を行う際に、偽色を発生し難くすることができる。
ここで、白色の光を受光する画素４２ｂ−７を使用する場合には、上述の式（１）乃至（３）に加えて、白色の画素信号Ｗを用いて、赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、および青色の画素信号Ｂを合成することができる。
即ち、赤色の画素信号Ｒは、次の式（７）に基づいて、マゼンタの画素信号Ｍ、黄色の画素信号Ｙ、および白色の画素信号Ｗから求めることができる。同様に、緑色の画素信号Ｇは、次の式（８）に基づいて、シアンの画素信号Ｃ、黄色の画素信号Ｙ、および白色の画素信号Ｗから求めることができる。また、青色の画素信号Ｂは、次の式（９）に基づいて、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および白色の画素信号Ｗから求めることができる。
Ｒ＝Ｙ＋Ｍ−Ｗ ・・・（７）
Ｇ＝Ｃ＋Ｙ−Ｗ ・・・（８）
Ｂ＝Ｃ＋Ｍ−Ｗ ・・・（９）
なお、式（７）乃至（９）を演算する際にも、適宜、重み付けをして画素信号を合成してもよい。また、白色の画素信号Ｗも、赤色の画素信号Ｒ、緑色の画素信号Ｇ、青色の画素信号Ｂ、シアンの画素信号Ｃ、マゼンタの画素信号Ｍ、および黄色の画素信号Ｙのいずれかから合成することができる。
また、画素ユニット４１ｂにおいても、図９の画素ユニット４１ａと同様に、画素共有構造を採用することができる。
図１３に示すように、画素ユニット４１ｂは、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７がそれぞれ有する光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−７および転送ゲート５２ｂ−１乃至５２ｂ−７と、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７により共有される、ＦＤ５３ｂ、増幅トランジスタ５４ｂ、選択トランジスタ５５ｂ、およびリセットトランジスタ５６ｂとを備えて構成される。また、光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−７に光を集光するオンチップレンズは、光電変換素子５１ｂの外形形状である六角形に内接または外接するように配置される。
光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−６および転送ゲート５２ｂ−１乃至５２ｂ−６は、図９の光電変換素子５１ａ−１乃至５１ａ−６および転送ゲート５２ａ−１乃至５２ａ−６とそれぞれ同様に構成される。そして、光電変換素子５１ｂ−７は、光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−６により囲われる中央に配置され、転送ゲート５２ｂ−７は、光電変換素子５１ｂ−７とＦＤ５３ｂとを接続するように配置される。
ＦＤ５３ｂは、転送ゲート５２ｂ−１乃至５２ｂ−７を介して光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−７から、それぞれのタイミングで転送される電荷を蓄積する。ここで、図１３に示すように、ＦＤ５３ｂは、光電変換素子５１ｂ−７を囲うように、光電変換素子５１ｂ−７と光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−６との間の領域に形成される。
また、増幅トランジスタ５４ｂ、選択トランジスタ５５ｂ、およびリセットトランジスタ５６ｂは、図９の増幅トランジスタ５４ａ、選択トランジスタ５５ａ、およびリセットトランジスタ５６ａと同様に構成される。
このように構成されている画素ユニット４１ｂでは、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７により７色の光を受光して画素信号が出力されるので、色再現性を向上させることができる。また、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７が、ＦＤ５３ｂ、増幅トランジスタ５４ｂ、選択トランジスタ５５ｂ、およびリセットトランジスタ５６ｂを共有することにより、光電変換素子５１ｂの面積を広くすることができる。これにより、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７の特性を向上させることができる。
さらに、図７を参照して説明したのと同様に、画素ユニット４１ｂは、固体撮像素子の受光面に配置する際に、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
例えば、図１４は、５つの画素ユニット４１ｂ１乃至４１ｂ４が周期的に並べられた配置例が示されている。このように、画素ユニット４１ｂは、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７が周期的に配置されるように、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
また、画素ユニット４１ｂの構造としては、図１１を参照して説明したのと同様に、所定数の画素４２ｂごとにＦＤ５３ｂを共有する構成や、画素４２ｂごとにＦＤ５３ｂを設ける構成を採用することができる。
図１５には、画素ユニット４１ｂの第２および第３の構成例が示されている。なお、図１５において、図１３の画素ユニット４１ｂと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１５Ａに示されている画素ユニット４１ｂ’は、光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−７、転送ゲート５２ｂ−１乃至５２ｂ−７、ＦＤ５３ｂ−１および５３ｂ−２、増幅トランジスタ５４ｂ−１および５４ｂ−２、選択トランジスタ５５ｂ−１および５５ｂ−２、並びに、リセットトランジスタ５６ｂ−１および５６ｂ−２を備えて構成される。
そして、画素ユニット４１ｂ’は、４つの画素４２ｂ−１、４２ｂ−２、４２ｂ−６、および４２ｂ−７が、ＦＤ５３ｂ−１、増幅トランジスタ５４ｂ−１、選択トランジスタ５５ｂ−１、および、リセットトランジスタ５６ｂ−１を共有するように構成される。また、画素ユニット２１ｂ’では、３つの画素４２ｂ−３、４２ｂ−４、および４２ｂ−５が、ＦＤ５３ｂ−２、増幅トランジスタ５４ｂ−２、選択トランジスタ５５ｂ−２、および、リセットトランジスタ５６ｂ−２を共有するように構成される。
なお、画素ユニット４１ｂ’に３つのＦＤ５３ｂを設け、２つの画素４２ｂ、および、３つの画素４２ｂでＦＤ５３ｂをそれぞれ共有する構成を採用してもよい。
図１５Ｂに示されている画素ユニット４１ｂ’’は、光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−７、転送ゲート５２ｂ−１乃至５２ｂ−７、ＦＤ５３ｂ−１乃至５３ｂ−６、増幅トランジスタ５４ｂ−１乃至５４ｂ−６、選択トランジスタ５５ｂ−１乃至５５ｂ−６、並びに、リセットトランジスタ５６ｂ−１乃至５６ｂ−６を備えて構成される。
そして、画素ユニット４１ｂ’’では、光電変換素子５１ｂ−６および５１ｂ−７がＦＤ５３ｂ−６を共有し、画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−５が、それぞれ対応するＦＤ５３ｂ−１乃至５３ｂ−５を使用するように構成される。
次に、図１６は、第３の配置例で画素４２が配置された画素ユニット４１ｃの構成例を示す図である。また、図１６には、５つの画素ユニット４１ｂ１乃至４１ｂ５が周期的に並べられた配置例が示されている。
図１６に示すように、画素ユニット４１ｃは、７つの画素４２ｃ−１乃至４２ｃ−７が組み合わされて構成される点で、図１２の画素ユニット４１ｂと同様の構成とされる。但し、画素ユニット４１ｃでは、画素４２ｃ−７が、緑色の光を受光する点で、図１２の画素ユニット４１ｂと異なる構成とされている。
つまり、画素ユニット４１ｃでは、２つの画素４２ｃ−２および画素４２ｃ−７が、緑色の光を受光するように構成されている。これにより、緑色の光に対する解像度を向上させることができる。また、画素ユニット４１ｃは、画素４２ｃ−１乃至４２ｃ−７が周期的に配置されるように、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
また、画素ユニット４１ｃでは、図１２の画素ユニット４１ｂと同様に、例えば、いずれかの画素４２に欠陥が発生した場合、その画素４２の補正を行う際に、偽色を発生し難くすることができる。さらに、画素ユニット４１ｃは、図１３および図１５を参照して説明したような画素共有構造を採用することができる。
次に、図１７は、第４の配置例で画素４２が配置された画素ユニット４１ｄの構成例を示す図である。
図１７に示すように、画素ユニット４１ｄは、８つの画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−８が組み合わされて構成される。
また、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−７は、図１２の画素４２ｂ−１乃至４２ｂ−７と同様に、それぞれ対応する色の光を受光し、画素４２ｄ−８は白色（Ｗ）の光を受光する。つまり、画素ユニット４１ｂは、白色の光を受光する画素４２ｄ−７を中心として、それぞれ補色の関係にある画素４２どうしが対角となる位置に、画素４２ｄ−７の外周を囲うように画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−６が配置されて構成される。これにより、例えば、いずれかの画素４２に欠陥が発生した場合、その画素４２の補正を行う際に、偽色を発生し難くすることができる。
さらに、画素ユニット４１ｄでは、２つの画素４２ｄ−７および画素４２ｄ−８が、白色の光を受光するように構成されている。これにより、輝度に対する解像度を向上させることができる。
また、画素ユニット４１ｄにおいても、図９の画素ユニット４１ａと同様に、画素共有構造を採用することができる。
図１８に示すように、画素ユニット４１ｄは、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−８がそれぞれ有する光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−７および転送ゲート５２ｄ−１乃至５２ｄ−７と、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−７により共有される、ＦＤ５３ｄ、増幅トランジスタ５４ｄ、選択トランジスタ５５ｄ、およびリセットトランジスタ５６ｄとを備えて構成される。
光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−７および転送ゲート５２ｄ−１乃至５２ｄ−７は、図１３の光電変換素子５１ｂ−１乃至５１ｂ−７および転送ゲート５２ｂ−１乃至５２ｂ−７とそれぞれ同様に構成される。そして、光電変換素子５１ｄ−８は、光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−７からなる塊の外側に配置され、転送ゲート５２ｄ−８は、光電変換素子５１ｄ−８とＦＤ５３ｄとを接続するように配置される。
ＦＤ５３ｄは、転送ゲート５２ｄ−１乃至５２ｄ−８を介して光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−８から、それぞれのタイミングで転送される電荷を蓄積する。ここで、図１８に示すように、ＦＤ５３ｄは、光電変換素子５１ｄ−７および光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−６の間の領域と、光電変換素子５１ｄ−２および５１ｄ−４の間を通って光電変換素子５１ｄ−８の近傍の領域とに形成される。
また、増幅トランジスタ５４ｄ、選択トランジスタ５５ｄ、およびリセットトランジスタ５６ｄは、図１３の増幅トランジスタ５４ｂ、選択トランジスタ５５ｂ、およびリセットトランジスタ５６ｂと同様に構成される。
このように構成されている画素ユニット４１ｄでは、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−８により７色の光を受光して画素信号が出力されるので、色再現性を向上させることができる。また、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−８が、ＦＤ５３ｄ、増幅トランジスタ５４ｄ、選択トランジスタ５５ｄ、およびリセットトランジスタ５６ｄを共有することにより、光電変換素子５１ｄの面積を広くすることができる。これにより、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−８の特性を向上させることができる。
さらに、図７を参照して説明したのと同様に、画素ユニット４１ｄは、固体撮像素子の受光面に配置する際に、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
例えば、図１９は、５つの画素ユニット４１ｄ１乃至４１ｄ４が周期的に並べられた配置例が示されている。このように、画素ユニット４１ｄは、画素４２ｄ−１乃至４２ｄ−８が周期的に配置されるように、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。
また、画素ユニット４１ｄの構造としては、図１１を参照して説明したのと同様に、所定数の画素４２ｄごとにＦＤ５３ｄを共有する構成や、画素４２ｄごとにＦＤ５３ｄを設ける構成を採用することができる。
図２０には、画素ユニット４１ｄの第２および第３の構成例が示されている。なお、図
２０において、図１８の画素ユニット４１ｄと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２０Ａに示されている画素ユニット４１ｄ’は、光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−８、転送ゲート５２ｄ−１乃至５２ｄ−８、ＦＤ５３ｄ−１および５３ｄ−２、増幅トランジスタ５４ｄ−１および５４ｄ−２、選択トランジスタ５５ｄ−１および５５ｄ−２、並びに、リセットトランジスタ５６ｄ−１および５６ｄ−２を備えて構成される。
そして、画素ユニット４１ｄ’は、４つの画素４２ｄ−１、４２ｄ−２、４２ｄ−６、および４２ｄ−７が、ＦＤ５３ｄ−１、増幅トランジスタ５４ｄ−１、選択トランジスタ５５ｄ−１、および、リセットトランジスタ５６ｄ−１を共有するように構成される。また、画素ユニット２１ｄ’では、４つの画素４２ｄ−３、４２ｄ−４、４２ｄ−５、および画素４２ｄ−８が、ＦＤ５３ｄ−２、増幅トランジスタ５４ｄ−２、選択トランジスタ５５ｄ−２、および、リセットトランジスタ５６ｄ−２を共有するように構成される。
なお、画素ユニット４１ｄ’に４つのＦＤ５３ｄを設け、２つの画素４２ｄでＦＤ５３ｄをそれぞれ共有する構成を採用してもよい。
図２０Ｂに示されている画素ユニット４１ｄ’’は、光電変換素子５１ｄ−１乃至５１ｄ−８、転送ゲート５２ｄ−１乃至５２ｄ−８、ＦＤ５３ｄ−１乃至５３ｄ−６、増幅トランジスタ５４ｄ−１乃至５４ｄ−６、選択トランジスタ５５ｄ−１乃至５５ｄ−６、並びに、リセットトランジスタ５６ｄ−１乃至５６ｄ−６を備えて構成される。
そして、画素ユニット４１ｄ’’では、光電変換素子５１ｄ−６および５１ｄ−７がＦＤ５３ｂ−６を共有し、光電変換素子５１ｄ−４および５１ｄ−８がＦＤ５３ｄ−４を共有し、画素４２ｄ−１、４２ｄ−２、４２ｄ−３、および４２ｄ−４が、それぞれ対応するＦＤ５３ｄ−１、ＦＤ５３ｄ−２、ＦＤ５３ｄ−３、およびＦＤ５３ｄ−５を使用するように構成される。
なお、例えば、画素ユニット４１は、図１７および図１９の画素ユニット４１ｄにおいて白色の光を受光する２つの画素４２ｄ−７および画素４２ｄ−８が、緑色の光を受光するような配置を採用してもよい。
即ち、図２１には、第５の配置例で画素４２ｅが配置された画素ユニット４１ｅの構成例が示されており、画素ユニット４１ｅは、画素４２ｅ−７および４２ｅ−８が、緑色の光を受光する点で、図１７および図１９の画素ユニット４１ｄと異なる構成とされている。これにより、緑色の光に対する解像度を向上させることができる。
また、例えば、画素ユニット４１は、図１７および図１９の画素ユニット４１ｄにおいて白色の光を受光する画素４２ｄ−７が、緑色の光を受光するような配置を採用してもよい。
即ち、図２２には、第６の配置例で画素４２ｆが配置された画素ユニット４１ｆの構成例が示されており、画素ユニット４１ｆは、画素４２ｆ−８が、緑色の光を受光する点で、図１７および図１９の画素ユニット４１ｄと異なる構成とされている。これにより、緑色の光に対する解像度を向上させることができる。
また、例えば、画素ユニット４１は、図１７および図１９の画素ユニット４１ｄにおいて白色の光を受光する画素４２ｄ−８が、緑色の光を受光するような配置を採用してもよい。
即ち、図２３には、第７の配置例で画素４２ｇが配置された画素ユニット４１ｇの構成例が示されており、画素ユニット４１ｇは、画素４２ｇ−７が、緑色の光を受光する点で、図１７および図１９の画素ユニット４１ｄと異なる構成とされている。これにより、緑色の光に対する解像度を向上させることができる。
なお、画素ユニット４１ｅ乃至４１ｇは、画素ユニット４１ｄと同様に、８つの画素４２が周期的に配置されるように、単純な周期構造で平面を埋め尽くすことができる。また、いずれかの画素４２に欠陥が発生した場合、その画素４２の補正を行う際に偽色を発生し難くすることができ、図１８および図２０を参照して説明したような画素共有構造を採用することができる。
また、上述したような各構成例の画素ユニット２１および４１が受光面に配置された固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図２４は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２４に示すように、撮像装置１０１は、固体撮像素子１０２、信号演算装置１０３、モニタ１０４、変換装置１０５、出力装置１０６、および記録装置１０７を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
固体撮像素子１０２は、画素アレイ部１０８およびA/D変換部１０９を有しており、画素アレイ部１０８には、上述したいずれかの構成例の画素ユニット２１および４１が受光面を埋め尽くすように配置されている。画素アレイ部１０８は、図示しない光学系を介して受光面に結像される像に応じた画素信号（色信号）を出力し、A/D変換部１０９は、その画素信号をA/D変換して出力する。
信号演算装置１０３は、A/D変換部１０９から供給される画素信号に対し、必要に応じて、信号合成処理または欠陥画素信号補正処理を行う。例えば、信号演算装置１０３は、多色の色信号を出力するように設定されている場合、画素ユニット４１内で欠陥が発生した画素４２の画素信号を、同じ画素ユニット４１内の他の画素４２の画素信号を合成することで、その欠陥を補正する処理を行う。また、例えば、信号演算装置１０３は、三原色の色信号を出力するように設定されている場合、信号合成処理を行うとともに、欠陥画素信号補正処理を行う。信号合成処理では、例えば、上述の式（１）乃至（３）を用いて、三原色の色信号（ＲＧＢ）が合成される。なお、信号演算装置１０３が出力する色信号については、モニタ１０４の対応や、撮像装置１０１を有するユーザの表示環境などによって設定することができる。
モニタ１０４は、液晶パネルや有機LE（Electro Luminescence）パネルなどにより構成され、信号演算装置１０３により信号処理が行われた画像を表示する。
変換装置１０５は、撮像装置１０１が画像を出力する装置に応じて、その画像のデータフォーマットを変換して、出力装置１０６および記録装置１０７に出力する。
出力装置１０６には、例えば、外部モニタなどが接続され、出力装置１０６は、変換装置１０５から出力される画像を外部モニタに出力して表示させる。
記録装置１０７は、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などにより構成され、変換装置１０５から出力される画像を記録する。
このように構成されている撮像装置１０１では、固体撮像素子１０２において、上述したいずれかの構成例の画素ユニット２１または４１が受光面を埋め尽くすように配置されていることより、より高画質な画像を得ることができる。
なお、撮像装置１０１では、モニタ１０４の解像度が固体撮像素子１０２の解像度よりも低く、固体撮像素子１０２により撮像された画像をモニタ１０４に表示する際、固体撮像素子１０２は、モニタ１０４の解像度に応じて画素ユニット４１を動作させる。例えば、固体撮像素子１０２は、横方向に１つおきに画素ユニット４１を動作させたり、縦方向に１つおきに画素ユニット４１を動作させたり、縦横1つおきに画素ユニット４１を動作させて信号の間引き動作をさせる。これにより、例えば、信号処理での負荷や消費電力などを低減させることができ、ユーザの利便性を向上させることができる。
次に、図２５を参照して、撮像装置１０１での処理について説明する。
撮像装置１０１による撮像が開始されると、ステップＳ１１において、固体撮像素子１０２では、画素アレイ部１０８がA/D変換部１０９に画素信号を供給する。
ステップＳ１２において、A/D変換部１０９は、画素アレイ部１０８から供給される画素信号をA/D変換して、信号演算装置１０３に供給する。
ステップＳ１３において、信号演算装置１０３は、設定に従って、出力する色信号が、三原色および多色のいずれであるかを判定する。
ステップＳ１３において、出力する色信号が三原色であると判定された場合、処理はステップＳ１４に進み、信号演算装置１０３は、上述のような信号合成処理および欠陥画素信号補正処理を行う。
ステップＳ１５において、信号演算装置１０３は、ステップＳ１４の処理の結果得られる画素信号（例えば、ＲＧＢの色信号）を出力し、処理は終了される。
一方、ステップＳ１３において、出力する色信号が多色であると判定された場合、処理はステップＳ１６に進み、信号演算装置１０３は、上述のような欠陥画素信号補正処理を行う。
ステップＳ１７において、信号演算装置１０３は、ステップＳ１６の処理の結果得られる画素信号（例えば、ＲＧＢおよびＣＭＹの色信号）を出力、処理は終了される。
以上のように、撮像装置１０１では、画像の表示環境に応じて信号合成処理が切り替えられて行われ、三原色または多色の画素信号を出力することができる。
なお、欠陥画素信号を補正する処理において、従来から用いられている方法、例えば、同色の隣接画素の信号から、その隣接画素の間にある画素の信号を補完する方法を採用してもよい。
なお、撮像装置１０１に対してレンズや操作コントロール装置を組み合わせて、デジタルカメラが構成される。
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
平面的に見て同形状の多角形の複数の画素が組み合された画素ユニットが規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、
前記画素が、少なくとも４色以上の光を受光する
固体撮像素子。
（２）
前記画素ユニットは、少なくとも６個の前記画素が組み合わされて構成され、それぞれの画素が受光する光の色について、補色の関係にある前記画素どうしが対角となる位置に配置される
上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
複数の前記画素のうちの、少なくとも１つがカラーフィルタを通さない光を受光する
上記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記画素ユニットは、平面的に見て六角形の外形形状をした８個の前記画素が組み合わされて構成され、ある１の前記画素を中心として、その周囲を囲うように６個の画素が配置された塊の外側に１個の画素が配置されて構成される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記画素ユニットにおいて、複数の前記画素が、所定のトランジスタを共有して使用する共有構造が採用される
上記（１）から（４）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
いずれかの画素から得られる所定の色の画素信号を、他の色の画素信号を合成することにより出力する
上記（１）から（５）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
２１ 画素ユニット， ２２ 画素， ３１ 光電変換素子， ３２ 転送ゲート， ３３ ＦＤ， ３４ 増幅トランジスタ， ３５ 選択トランジスタ， ３６ リセットトランジスタ， ４１ 画素ユニット， ４２ 画素， ５１ 光電変換素子， ５２ 転送ゲート， ５３ ＦＤ， ５４ 増幅トランジスタ， ５５ 選択トランジスタ， ５６ リセットトランジスタ， １０１ 撮像装置， １０２ 固体撮像素子， １０３ 信号演算装置， １０４ モニタ， １０５ 変換装置， １０６ 出力装置， １０７ 記録装置， １０８ 画素アレイ部， １０９ A/D変換部

Claims (7)

  1. 平面的に見て同形状の多角形の複数の画素が組み合された画素ユニットが規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、
    前記画素が、少なくとも４色以上の光を受光する
    固体撮像素子。
  2. 前記画素ユニットは、少なくとも６個の前記画素が組み合わされて構成され、それぞれの画素が受光する光の色について、補色の関係にある前記画素どうしが対角となる位置に配置される
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 複数の前記画素のうちの、少なくとも１つがカラーフィルタを通さない光を受光する
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 前記画素ユニットは、平面的に見て六角形の外形形状をした８個の前記画素が組み合わされて構成され、ある１の前記画素を中心として、その周囲を囲うように６個の画素が配置された塊の外側に１個の画素が配置されて構成される
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 前記画素ユニットにおいて、複数の前記画素が、所定のトランジスタを共有して使用する共有構造が採用される
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. いずれかの画素から得られる所定の色の画素信号を、他の色の画素信号を合成することにより出力する
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 平面的に見て同形状の多角形の複数の画素が組み合された画素ユニットが規則的に平面を埋め尽くすように配置されて構成され、前記画素が、少なくとも４色以上の光を受光する固体撮像素子
    を備える電子機器。
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