JP2019106713A - 固体撮像装置、及びそれを備える撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開口部の比率を従来より高くし得る固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、光電変換部１と複数の第１の転送電極３ａ〜３ｅとを有し、行列状に配置される複数の画素１３Ｃと、特定の行に並ぶ複数の画素１３Ｃにおける、互いに対応する第１の転送電極のそれぞれに接続される複数の制御線とを備える。複数の画素１３Ｃは、可視光を受光する複数の第１画素１３Ｃａと、赤外光を受光する複数の第２画素１３Ｃｂとを含む。複数の画素１３Ｃの一部である浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃは、浮遊拡散層４と、読み出し回路５とを備える。浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄは、列方向に並ぶ第１画素１３Ｃａのうちの１つと浮遊拡散層４を共用し、複数の制御線のうちの少なくとも一部は、上記特定の行に並ぶ複数の画素１３Ｃのそれぞれに対して、列方向に隣接して並ぶ、少なくとも１つの浮遊拡散層４を共用する画素の第１の転送電極にも接続される。【選択図】図２２Ａ

Description

本発明は、被写体の画像を取得する固体撮像装置に関する。

従来、被写体からの光を受光して、被写体の画像を取得する固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１７５７８３号公報

固体撮像装置では、感度特性をより高くするために、画素の面積における、光を取り込む開口部の面積の比率をより高くすることが望まれる。

そこで、本発明は、画素の面積における開口部の面積の比率を、従来よりも高くし得る固体撮像装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る固体撮像装置は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、当該光電変換部から読み出される前記信号電荷の蓄積と転送とを行う複数の第１の転送電極と、を有し、半導体基板に、行列状に配置される複数の画素と、前記複数の画素の前記配置における特定の行に並ぶ複数の画素における、互いに対応する前記第１の転送電極のそれぞれに接続される複数の制御線と、を備え、前記複数の画素は、可視光を受光する複数の第１画素と、赤外光を受光する複数の第２画素とを含み、前記複数の画素の一部である浮遊拡散層保有画素のそれぞれは、更に、転送された前記信号電荷を蓄積する浮遊拡散層と、当該浮遊拡散層に蓄積される前記信号電荷を読み出す読み出し回路とを備え、前記浮遊拡散層保有画素以外の浮遊拡散層非保有画素のそれぞれは、前記複数の画素の前記配置における列方向に並ぶ前記浮遊拡散層保有画素のうちの１つと前記浮遊拡散層を共用し、前記複数の制御線のうちの少なくとも一部は、更に、前記特定の行に並ぶ複数の画素のそれぞれに対して、前記列方向に隣接して並ぶ、少なくとも１つの前記浮遊拡散層を共用する画素の前記第１の転送電極にも接続される。

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記固体撮像装置と、１フレーム期間内における露光期間毎に、複数のタイミングで赤外光をパルス状に発光する光源部と、前記読み出し回路によって読み出された信号に基づいて、距離画像を生成するプロセッサとを備える。

上記構成の固体撮像装置及び撮像装置によると、画素の面積における開口部の面積の比率を、従来よりも高くし得る。

図１は、基本の形態１に係る測距撮像装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。 図２は、基本の形態１に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図３は、基本の形態１に係る固体撮像装置の備える制御線のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図４は、基本の形態１に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図である。 図５は、基本の形態１に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図６は、基本の形態１に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図である。 図７は、基本の形態１に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図８は、基本の形態２に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図９は、基本の形態２に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図である。 図１０は、基本の形態２に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図である。 図１１は、基本の形態３に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図１２は、基本の形態３に係る固体撮像装置の備える制御線のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図１３は、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図である。 図１４Ａは、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図１４Ｂは、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図１４Ｃは、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図１４Ｄは、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図１５は、基本の形態３に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図である。 図１６は、基本の形態３に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図１７は、基本の形態４に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図１８は、基本の形態４に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図である。 図１９Ａは、基本の形態４に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図１９Ｂは、基本の形態４に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図２０は、基本の形態４に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図である。 図２１は、基本の形態４に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図２２Ａは、実施の形態１に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図２２Ｂは、変形例に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図２３は、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における露光期間の動作を示す概略平面図である。 図２４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図２５は、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における転送期間の動作を示す概略平面図である。 図２６は、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図２７は、実施の形態１に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す概略平面図である。 図２８は、実施の形態１に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作を示す概略平面図である。 図２９は、実施の形態２に係る固体撮像装置の備える画素のレイアウト構成を示す概略平面図である。 図３０は、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す概略平面図である。 図３１Ａは、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図３１Ｂは、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。 図３２は、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作を示す概略平面図である。 図３３は、従来技術の固体撮像装置における画素の平面図である。 図３４は、従来技術の固体撮像装置における画素の断面図である。 図３５は、従来技術の固体撮像装置における各種信号のタイミングチャートである。

（本発明の一態様を得るに至った経緯）
近年、スマートフォン、ゲーム機等に、例えば、赤外光を撮影対象空間に照射して、被写体（人物）の体や手の動きを検出する測距カメラが搭載されている。測距カメラで被写体の距離を検知する動作原理の１つとして、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式が知られている。

図３３に特許文献１で開示された従来技術の固体撮像装置の画素平面図を示す。

図３３において、８０１、８０４、８１３、８１６は光電変換部、８０２、８０５、８１２、８１５は電荷保持部、８０３、８０６、８１１、８１４は電荷転送部、８０７は浮遊拡散部、その他の読み出し回路等の素子は８０８としてまとめて示されている。

また、図３４は、従来技術の固体撮像装置の画素断面図である。図３４において、９０４、９０７は電荷保持部のゲート電極、９０６、９０９は電荷転送部のゲート電極、９１０は浮遊拡散部である。

図３５は、従来技術の固体撮像装置の各種信号のタイミングチャートである。図３５において、駆動信号Φ９０４、Φ９０６、Φ９０７、Φ９０９を各ゲート電極に印加することで、光電変換部８０１、８０４で生成した信号電荷を、浮遊拡散部８０７に電荷転送する期間について開示する。

ＴＯＦ方式を用いた測距カメラでは、例えば、赤外光をパルス状に発光させて、２種類の露光期間で被写体からの反射光を受光することで、２種類の信号電荷を生成し、その比率から被写体までの距離を求める。

特許文献１は、電荷転送を用いることで、複数画素の信号電荷を、１つの浮遊拡散部、及び読み出し回路から読み出す従来技術を開示する。

しかしながら、浮遊拡散部を共有した画素に備えられる各ゲート電極に印加される駆動信号が各々異なるため、ゲート電極に駆動信号を伝える制御線が多くなり、光を取り込む開口部を十分広げることができず、感度特性が低下するという課題を有している。

また、測距カメラに用いる固体撮像装置は、全画素同時に露光を行なうことから、グローバルシャッター対応の固体撮像装置が用いられることが求められる。

この場合においても、全画素同時にシャッターをかけることから、画素に電荷蓄積部が必要になり、読み出し回路や電荷蓄積部を制御するための制御線が画素に多く配置されるため、光を取り込む開口部が小さくなることで、感度特性が低下する。

発明者は、上記課題に鑑み、検討を重ねた結果、ゲート電極の制御線本数を削減し、高い感度特性を実現する固体撮像装置に想到した。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、添付の図面を用いて説明を行うが、これらは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。図面において実質的に同一の構成、動作及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。

始めに、本発明の基本となる形態について、説明する。

（本発明の基本の形態１）
図１は、本発明の基本となる形態１（基本の形態１）に係る撮像装置１０００の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。

同図に示すように、撮像装置１０００は、固体撮像装置１００と、光源ドライバ２００と、プロセッサ３００と、光学レンズ４００と、光源部５００とを備える。また、固体撮像装置１００は、撮像部１０１と、ＡＤ変換部１０２と、タイミング生成部１０３と、シャッタドライバ１０４とを備える。

タイミング生成部１０３は、対象物６００への光照射（ここでは、近赤外光の照射を例示する。）を指示する発光信号を発生し光源ドライバ２００を介して光源部５００を駆動するとともに、撮像部１０１に対して、対象物６００からの反射光の露光を指示する露光信号を発生する。

撮像部１０１は、半導体基板に、行列状に配置される複数の画素を含み、対象物６００を含む領域に対して、タイミング生成部１０３で発生する露光信号が示すタイミングに従って、１フレーム期間内に複数回の露光を行い、複数回の露光量の総和に対応した信号を得る。

プロセッサ３００は、固体撮像装置１００から受けた信号に基づいて、対象物６００までの距離を演算する。

図１に示すように、対象物６００に対して、背景光のもと近赤外光が光源部５００から照射される。対象物６００からの反射光は、光学レンズ４００を介して、撮像部１０１に入射される。撮像部１０１に入射される反射光は、結像され、当該結像される画像は電気信号に変換される。光源部５００および固体撮像装置１００の動作は、固体撮像装置１００のタイミング生成部１０３によって制御される。固体撮像装置１００の出力は、プロセッサ３００によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。なお、必ずしもプロセッサ３００は固体撮像装置１００の外部に設ける必要はなく、距離を演算する機能などの一部または全てを固体撮像装置１００に内蔵してもよい。

固体撮像装置１００としては、いわゆる、ＣＭＯＳイメージセンサが例示される。

図２は、基本の形態１に係る固体撮像装置１００の備える画素１３のレイアウト構成を示す概略平面図である。図２では、図面簡略化のために、垂直方向（行列状に配置される複数の画素１３の列方向、すなわち、図２における上下方向）に４画素分、水平方向（行列状に配置される複数の画素１３の行方向、すなわち、図２における左右方向）に４画素分のみ示している。

図２に示すように、基本の形態１に係る固体撮像装置１００は、半導体基板に行列状に配置される画素１３（第１画素１３ａ、第２画素１３ｂ）を備える。

画素１３は、光電変換部１と、読み出し電極２と、複数の第１の転送電極（垂直転送電極）３と、露光制御電極６と、電荷排出部７と、転送チャネル８とを備える。

第１画素１３ａは、複数の第１の転送電極３として、第１の転送電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの４つを備え、更に、浮遊拡散層４（フローティングディフージョン）と、読み出し回路５とを備える。

これに対して、第２画素１３ｂは、複数の第１の転送電極３として、第１の転送電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅの５つを備える一方で、第１画素１３ａが備える浮遊拡散層４と読み出し回路５とを備えない。そして、第２画素１３ｂは、行列状に配置される複数の画素１３の列方向に並ぶ第１画素１３ａのうちの１つと浮遊拡散層４を共用する。

光電変換部１は、受光した光を信号電荷に変換する。

読み出し電極２は、光電変換部１から信号電荷を読み出す。

第１の転送電極３は、光電変換部１から読み出される信号電荷の蓄積と転送とを行う。

転送チャネル８は、複数の第１の転送電極３のそれぞれの下に連なる、信号電荷を蓄積するチャネルである。Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３と、その下に重なる転送チャネル８とによって電荷蓄積部が形成される。ここでは、各電荷蓄積部は、一例として、５相駆動されるとして説明する。

浮遊拡散層４は、転送された信号電荷を蓄積する。

読み出し回路５は、浮遊拡散層４に蓄積される信号電荷を読み出す。

各電荷蓄積部に蓄積される信号電荷は、５相駆動されることで、垂直方向において下方に配置される浮遊拡散層４に転送され、読み出し回路５により、ＡＤ変換部１０２に読み出される。

電荷排出部７は、光電変換部１から、信号電荷の少なくとも一部を排出する。

露光制御電極６は、電荷排出部７への上記排出を制御する。

図２に示されるように、上記列方向に並ぶ、少なくとも１つの浮遊拡散層４を共用する２以上の画素（ここでは、例えば、第１画素１３ａ、第２画素１３ｂ）の、上記列方向における一端又は他端は第１画素１３ａである。

図２において、同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ等）が割り振られた第１の転送電極３は、同じ制御線に接続される。

図３は、基本の形態１に係る固体撮像装置１００の備える画素１３について、第１の転送電極３に接続される制御線１２のレイアウト構成を示す概略平面図である。

図３に示されるように、固体撮像装置１００は、行列状に配置される複数の画素１３における特定の行（ここでは、例えば、上から２行目の行）における、互いに対応する第１の転送電極３（ここでは、図２において同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ等）が割り振られた第１の転送電極３）のそれぞれに接続される複数の制御線１２（ここでは、例えば、制御線１２ａ〜１２ｅ）を備える。そして、これら制御線１２のうちの少なくとも一部（ここでは、例えば、制御線１２ａ〜１２ｄ）は、更に、上記特定の行に並ぶ複数の画素１３のそれぞれに対して、上記列方向に並ぶ、浮遊拡散層４を共用する画素１３（ここでは、例えば、上から３行目の行の画素１３）の第１の転送電極３のうちの少なくとも１つ（ここでは、同じ記号が割り振られた第１の転送電極３）にも接続される。

図３に示される通り、垂直方向に並ぶ複数（一例として、２つ）の画素１３に備えられた複数の第１の転送電極３を接続することで、水平方向に配線される１２の本数を減らしている。

図４は、基本の形態１に係る固体撮像装置１００の露光期間の動作を示す概略平面図、図５は基本の形態１に係る固体撮像装置１００の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図４及び５を参照しながら、固体撮像装置１００の露光期間の動作について説明する。

露光制御電極６にはそれぞれ駆動パルスΦＯＤＧが、読み出し電極２にはそれぞれ駆動パルスΦＴＧが、第１の転送電極３にはそれぞれ駆動パルスΦＶＧ１−ｌ〜ΦＶＧ５−ｎが印加される。図５に示されるように、露光期間においては、駆動パルスΦＶＧ１−ｌ、駆動パルスΦＶＧ１−ｍ、駆動パルスΦＶＧ１−ｎは、同一位相で変化する信号であり、実質的に同一の信号である。

これら駆動パルスは、タイミング生成部１０３から出力される。

初期状態として、露光制御電極６に印加される駆動パルスΦＯＤＧはＨｉｇｈ状態であり、光電変換部１はリセット状態にある。また、読み出し電極２に印加されるΦＴＧはＬｏｗ状態であり、Ｈｉｇｈ状態に保持されている第１の転送電極３ａ（図２におけるＶＧ１−ｌ、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ１−ｎ）と光電変換部１とは電気的に遮断されている。この状態において光電変換部１で生成した信号電荷は露光制御電極６を介して電荷排出部７に排出され、光電変換部１には蓄積されない。

次に、時刻ｔ１で露光制御電極６がＬｏｗ状態となり、光電変換部１から電荷排出部７への電荷排出が停止され、光電変換部１は、生成した信号電荷を蓄積する状態になる。

次に、読み出し電極２が一定期間Ｈｉｇｈ状態となり、Ｌｏｗ状態に復帰する時刻ｔ２で、撮像部１０１における全画素１３同時に光電変換部１から第１の転送電極３ａ（図２におけるＶＧ１−ｌ、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ１−ｎ）への信号電荷Ｓの読み出しが完了し、露光制御電極６はＨｉｇｈ状態に戻る。

次に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加することで、撮像部１０１における全画素１３同時に、信号電荷Ｓを第１の転送電極３ｂ（図２におけるＶＧ２−ｌ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ２−ｎ）下へ転送し（ｔ３）、さらに、撮像部１０１における全画素１３同時に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加することで信号電荷Ｓを第１の転送電極３ｃ（図２におけるＶＧ３−ｌ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ３−ｎ）下へ転送する（ｔ４）。

このように、１フレーム期間内における露光期間には、複数の画素１３の全てにおいて、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は同様に変化する。

図６は、基本の形態１に係る固体撮像装置１００の転送期間の動作を示す概略平面図であり、図７は、基本の形態１に係る固体撮像装置１００の転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図６及び図７を参照しながら、固体撮像装置１００の転送期間の動作について説明する。

初期時刻ｔ１では、ｍ行（図６における上から２行目の行及び上から３行目の行）に着目すると、第１の転送電極３ｃ（図２におけるＶＧ３−ｍ）はＨｉｇｈ状態にあり、電極下には信号電荷Ｓが蓄積されている。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ｃ〜３ｅ（図２におけるＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ、ＶＧ５−ｍ）に５相駆動パルス印加することで、ｍ行における信号電荷Ｓを第１の転送電極３ｅ（図２におけるＶＧ５−ｍ）及び浮遊拡散層４へ転送する（ｔ２）。ここで図示しないが、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ｓは、読み出し回路５を介して読み出される。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ｅ、３ａ〜３ｃ（図２におけるＶＧ５−ｍ、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ）に５相駆動パルス印加することで、ｍ行における信号電荷Ｓを第１の転送電極３ｃ（図２におけるＶＧ３−ｍ）へ転送し（ｔ３）、さらに、ｍ行における第１の転送電極３ｃ、３ｄ（図２におけるＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ）に５相駆動パルス印加することで、ｍ行における信号電荷Ｓを浮遊拡散層４へ転送し、読み出し回路５を介して読み出す（ｔ４）。

ここで、転送期間は露光期間と異なり、ｍ行（図６における上から２行目の行及び上から３行目の行）の画素１３が動作する期間には、ｍ行の画素１３のみ動作し、他の画素１３においては、動作が停止される。すなわち、第１画素１３ａは、複数の浮遊拡散層配置行（ここでは、図２における上から１行目の行、上から３行目の行）に並んで配置され、１フレーム期間内における転送期間には、一の浮遊拡散層配置行（ここでは、図２における上から３行目の行）に配置される第１画素１３ａと、その第１画素１３ａが備える浮遊拡散層４を共用する画素１３とからなる画素群単位で、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は、同様に変化し、一の画素群における第１の転送電極３が変化している期間には、他の画素群における第１の転送電極３の電位は変化しない。

以上、基本の形態１に係る固体撮像装置１００によれば、複数の画素１３の第１の転送電極３を同じタイミングで動作させることで、これら画素１３間で同じ制御線１２を接続することが可能となり、１つの画素１３あたりの制御線の本数を削減することができる。このため、光を取り込む開口面積を拡大し、感度特性に優れた固体撮像装置を提供することが可能となる。

また、基本の形態１では複数（一例として、２つ）の光電変換部１から読み出した信号電荷を１つの浮遊拡散層４及び読み出し回路５を介して読み出しているが、それ以上の例えば４つの光電変換部１から読み出した信号電荷を１つの浮遊拡散層４及び読み出し回路５を介して読み出して、さらに１つの画素１３あたりの制御線の本数を削減して、より感度特性に優れた固体撮像装置を提供することも出来る。

（本発明の基本の形態２）
本発明の基本となる形態２（基本の形態２）に係る固体撮像装置について、基本の形態１との相違点を中心に説明する。

図８は、基本の形態２に係る固体撮像装置の備える画素１３のレイアウト構成を示す概略平面図である。

基本の形態２に係る固体撮像装置は、基本の形態１と比較して、第１の転送電極３に接続される制御線１２（図８中には図示されず。）の構成が異なり、第１の転送電極３であるＶＧ１−ｌ〜ＶＧ５−ｌが、第１の転送電極３であるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍに置き換わっており、それに起因して転送期間の読み出し動作が異なる。ここで、同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ等）が割り振られた第１の転送電極３は、同じ制御線１２に接続される。

これにより、基本の形態１に対して、より制御線の本数が削減出来ると共に、２行の読み出し回路５が同時に動作するため、１フレーム内の転送期間を短縮することができる。なお、この場合には、例えば、ＡＤ変換部１０２は、２行の読み出し回路５を同時に用いて信号電荷の読み出しを行うことができるように、１行分の読み出し回路５を用いて行う読み出し動作を実行する、互いに独立に動作する２組の回路を備える必要がある。

図９は基本の形態２に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図であり、露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートは図５と同じである。

図９に示す、基本の形態２に係る固体撮像装置の露光期間の動作は、基本の形態１と比較すると、第１の転送電極３であるＶＧ１−ｌ〜ＶＧ５−ｌが、第１の転送電極３であるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍに置き換わっている点のみが異なり、動作自体は同じである。

図１０は基本の形態２に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図であり、転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートは図７と同じである。

以下、図１０及び図７を参照しながら、基本の形態２に係る固体撮像装置の転送期間の動作について説明する。

時刻ｔ１及びｔ３で、基本の形態１に係る固体撮像装置１００では信号電荷Ｓを、１行に配置される浮遊拡散層４及び読み出し回路５を介して読み出しているのに対し、基本の形態２に係る固体撮像装置では信号電荷Ｓを、２行に配置される浮遊拡散層４及び読み出し回路５を介して同時に読み出す。

以上、基本の形態２に係る固体撮像装置によれば、転送期間において同時に動作する第１の転送電極３及び読み出し回路５を増加することが可能となる。これにより、基本の形態２に係る固体撮像装置は、基本の形態１に係る固体撮像装置１００と比較して、１つの画素１３あたりの制御線の本数を削減し、且つ１フレーム内の転送期間を縮小することができるため、感度特性を向上すると共に、フレームレートを向上することができる。

（本発明の基本の形態３）
本発明の基本となる形態（基本の形態３）に係る固体撮像装置について、基本の形態１との相違点を中心に説明する。

図１１は、基本の形態３に係る固体撮像装置の備える画素１３Ａのレイアウト構成を示す概略平面図である。基本の形態３に係る固体撮像装置は、基本の形態１と比較して、基本の形態１に係る第１画素１３ａが第１画素１３Ａａに変更され、基本の形態１に係る第２画素１３ｂが第２画素１３Ａｂに変更されている。

第１画素１３Ａａは、基本の形態１に係る第１画素１３ａに対して、第１の転送電極３ｅと、第２の転送電極９と、出力制御電極１０とが追加されている。

第２の転送電極９は、第１の転送電極３のうちの１つ（ここでは第１の転送電極３ｅ）に、行列状に配置される複数の画素１３Ａの列方向、すなわち、図１１における上下方向に隣接して配置され、信号電荷を、列方向及び行方向に転送する。

出力制御電極１０は、第２の転送電極９に、行列状に配置される複数の画素１３Ａの行方向、すなわち、図１１における左右方向に隣接して配置され、信号電荷を行方向に転送する。

また、第１画素１３Ａａにおいて、浮遊拡散層４は、出力制御電極１０に、行方向に隣接して配置されている。

第２画素１３Ａｂは、基本の形態１に係る第２画素１３ｂに対して、第１の転送電極３ｆが追加されている。

第２画素１３Ａｂは、基本の形態１に係る第２画素１３ｂと同様に、列方向に並ぶ第１画素１３Ａａのうちの１つと浮遊拡散層４を共用する。

また、第２画素１３Ａｂは、光電変換部１に対する、読み出し電極２と、露光制御電極６と、電荷排出部７との位置が、基本の形態１に係る第２画素１３ｂに対して、列方向において対称となるように変更されている。

これにより、光電変換部１の垂直方向上側に読み出し電極２を備える第１画素１３Ａａと、光電変換部１の垂直方向下側に読み出し電極２を備える第２画素１３Ａｂとが、行毎に交互に配置されることとなる。このため、垂直方向に隣接する２つの光電変換部１から読み出される信号電荷を、第１の転送電極３の下で加算し、固体撮像装置の感度特性を向上することができる。

すなわち、列方向に並ぶ少なくとも１つの浮遊拡散層４を共用する２以上の画素１３Ａ（ここでは、第１画素１３Ａａ、第２画素１３Ａｂ）において、光電変換部１から読み出される信号電荷のそれぞれは、これら２以上の画素１３Ａが有する複数の第１の転送電極３のうちの少なくとも１つ（ここでは、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｅ、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｆ、第１画素１３Ａａの第１の転送電極３ａ）の下で加算される。具体的な動作については、図１３を用いて後述する。

また、Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３及び第２の転送電極９と、その下に重なる転送チャネル８とによって電荷蓄積部が形成される。ここでは、各電荷蓄積部は、一例として、６相駆動されるとして説明する。このため、２画素単位で４種類の信号電荷を蓄積することが可能になり、基本の形態３に係る固体撮像装置を測距カメラに用いることができる。

図１１において、同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ等）が割り振られた第１の転送電極３は、同じ制御線に接続される。

図１２は基本の形態３に係る固体撮像装置の備える画素１３Ａについて、第１の転送電極３、第２の転送電極９、及び出力制御電極１０に接続される制御線１２のレイアウト構成を示す概略平面図である。

図１２に示される通り、垂直方向に並ぶ複数（一例として、２つ）の画素１３Ａに備えられた複数の第１の転送電極３を接続することで、水平方向に配線される制御線１２の本数を減らしている。

図１３は、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図であり、図１４Ａ〜１４Ｄは、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図１３及び図１４Ａ〜１４Ｄを参照しながら、基本の形態３に係る固体撮像装置の露光期間の動作について説明する。

露光制御電極６にはそれぞれ駆動パルスΦＯＤＧが、読み出し電極２にはそれぞれ駆動パルスΦＴＧが印加される。図には示していないが、露光時には、第１の転送電極３ａの印加パルスΦＶＧ１、第１の転送電極３ｃの印加パルスΦＶＧ３、第１の転送電極３ｅの印加パルスΦＶＧ５、第１の転送電極３ｆの印加パルスΦＶＧ６、第２の転送電極９の印加パルスΦＶＨにＨｉｇｈ電圧、他の第１の転送電極３の印加パルスにＬｏｗ電圧が印加されている。Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３下に信号電荷が蓄積可能となり、電荷蓄積部が形成される。また光源部５００からは、一定周期でオン・オフを繰り返す赤外パルス光が繰り返し照射されている。

初期状態として、露光制御電極６及び読み出し電極２はＨｉｇｈ状態であり、光電変換部１で生成された信号電荷は露光制御電極６を介して電荷排出部７に排出される。

図１４Ａ〜１４Ｄに示す第１〜第４シーケンスでは、読み出し電極２は常にＨｉｇｈ状態であり、照射光に同期した駆動パルスΦＯＤＧのタイミングがそれぞれ異なる。

図１４Ａに示す第１シーケンスでは、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、時刻ｔ１で得られる信号電荷Ａ０を蓄積し、それを複数回繰り返す。この際、図１３の第１シーケンスの部分に示される通り、第１画素１３Ａａの光電変換部１から読み出される信号電荷Ａ０と、第２画素１３Ａｂの光電変換部１から読み出される電荷信号Ａ０とが、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｅ（ＶＧ５−ｍ）、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｆ（ＶＧ６−ｍ）、第１画素１３Ａａの第１の転送電極３ａ（ＶＧ１−ｍ）の下で加算される。

図示していないが、第１シーケンスから第２シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、第１の転送電極３に６相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における下方向に転送する。

図１４Ｂに示す第２シーケンスでは、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、時刻ｔ２で得られる信号電荷Ａ１を蓄積し、それを複数回繰り返す。この際、図１３の第２シーケンスの部分に示される通り、第１画素１３Ａａの光電変換部１から読み出される信号電荷Ａ１と、第２画素１３Ａｂの光電変換部１から読み出される電荷信号Ａ１とが、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｅ（ＶＧ５−ｍ）、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｆ（ＶＧ６−ｍ）、第１画素１３Ａａの第１の転送電極３ａ（ＶＧ１−ｍ）の下で加算される。

図示していないが、第２シーケンスから第３シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、第１の転送電極３に６相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における下方向に転送する。

図１４Ｃに示す第３シーケンスでは、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、時刻ｔ３で得られる信号電荷Ａ２を蓄積し、それを複数回繰り返す。この際、図１３の第３シーケンスの部分に示される通り、第１画素１３Ａａの光電変換部１から読み出される信号電荷Ａ２と、第２画素１３Ａｂの光電変換部１から読み出される電荷信号Ａ２とが、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｅ（ＶＧ５−ｍ）、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｆ（ＶＧ６−ｍ）、第１画素１３Ａａの第１の転送電極３ａ（ＶＧ１−ｍ）の下で加算される。

図示していないが、第３シーケンスから第４シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、第１の転送電極３に６相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における下方向に転送する。

図１４Ｄに示す第４シーケンスでは、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、時刻ｔ４で得られる信号電荷Ａ３を蓄積し、それを複数回繰り返す。この際、図１３の第４シーケンスの部分に示される通り、第１画素１３Ａａの光電変換部１から読み出される信号電荷Ａ３と、第２画素１３Ａｂの光電変換部１から読み出される電荷信号Ａ３とが、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｅ（ＶＧ５−ｍ）、第２画素１３Ａｂの第１の転送電極３ｆ（ＶＧ６−ｍ）、第１画素１３Ａａの第１の転送電極３ａ（ＶＧ１−ｍ）の下で加算される。

図示していないが、第４シーケンスから第１シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ａ同時に、第１の転送電極３に６相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における上方向に転送する。

露光期間では、第１〜第４シーケンスをそれぞれ複数回繰り返したものを１セットとして、それを複数セット繰り返す。

このように、１フレーム期間内における露光期間には、複数の画素１３Ａの全てにおいて、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は同様に変化する。

図１５は基本の形態３に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図、図１６は基本の形態３に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図１５及び１６を参照しながら転送期間の動作について説明する。

初期時刻ｔ１では、ｍ行（図１５における上から２行目の行及び上から３行目の行）に着目すると、第１の転送電極３ｂ（図１１におけるＶＧ２−ｍ）及び第１の転送電極３ｅ（図１１におけるＶＧ５−ｍ）はＨｉｇｈ状態にあり、第１の転送電極３ｂ、第１の転送電極３ｅの下には信号電荷Ａ０〜Ａ３が蓄積されている。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｆ、第２の転送電極９（図１１におけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ６−ｍ、ＶＨ−ｍ）に６相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ０〜Ａ３を列方向における下方向へ転送する（ｔ２）。

次に、ｍ行における第２の転送電極９（図１１におけるＶＨ−ｍ）及び出力制御電極１０（図１１におけるＯＧ−ｍ）に駆動パルスを印加することで信号電荷Ａ０を浮遊拡散層４へ転送する（ｔ３）。ここで図示しないが、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ａ０は、読み出し回路５を介して読み出される。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｆ、第２の転送電極９（図１１におけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ６−ｍ、ＶＨ−ｍ）に６相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ１〜Ａ３を列方向における下方向へ転送する（ｔ４）。

次に、図示しないが、ｔ１からｔ４の動作を繰り返すことで、信号電荷Ａ０と同じく、信号電荷Ａ１、Ａ２、Ａ３を読み出し、信号電荷Ａ０〜Ａ３を用いて被写体の距離を算出する。

ここで、転送期間は露光期間と異なり、ｍ行（図１５における上から２行目の行及び上から３行目の行）の画素１３Ａが動作する期間には、ｍ行の画素１３Ａのみ動作し、他の画素１３Ａにおいては、動作が停止される。

以上、基本の形態３に係る固体撮像装置によれば、垂直方向に隣接する２つの光電変換部１から読み出す信号電荷を、第１の転送電極３の下で加算することで、基本の形態１に係る固体撮像装置１００と比較して、固体撮像装置の感度特性を向上することができる。さらに、信号電荷を加算した上で第１の転送電極３により複相駆動（一例として６相駆動）を行い、複数（一例として、２つ）の画素１３Ａに複数種類（一例として、４種類）の信号電荷を蓄積することが可能となる。これにより、基本の形態３に係る固体撮像装置を測距カメラに用いることができる。

（本発明の基本の形態４）
本発明の基本となる形態４（基本の形態４）に係る固体撮像装置について、基本の形態３との相違点を中心に説明する。

図１７は、基本の形態４に係る固体撮像装置の備える画素１３Ｂのレイアウト構成を示す概略平面図である。基本の形態４に係る固体撮像装置は、基本の形態３と比較して、基本の形態３に係る第１画素１３Ａａが第１画素１３Ｂａに変更され、基本の形態３に係る第２画素１３Ａｂが第２画素１３Ｂｂに変更されている。

第１画素１３Ｂａは、基本の形態３に係る第１画素１３Ａａに対して、第１の転送電極３ｅが削除されている。そして、基本の形態３に係る第１画素１３Ａａが、１本の転送チャネル８を備えているのに対して、第１画素１３Ｂａは、転送チャネル８ａと転送チャネル８ｂとの２本の転送チャネル８を備えている。すなわち、第１画素１３Ｂａは、複数の第１の転送電極３のそれぞれの下に連なる、信号電荷を蓄積するｋ（ｋは２以上の整数（ここでは２））本の転送チャネル８（ここでは転送チャネル８ａ、８ｂ）が、複数の画素１３Ｂの行列状の配置における行方向に並んで配置されるように、ｋ（ここでは２）本の転送チャネル（ここでは転送チャネル８ａ、８ｂ）を有する。

図１７に示されるように、第１画素１３Ｂａは、複数の画素１３Ｂの行列状の配置における列毎且つ行毎に反転して配置されている。これにより、（１）行方向に隣接する第１画素１３Ｂａの第２の転送電極９のそれぞれは、行方向への電荷信号の転送を、行方向において互いに反対向きに行い、（２）第１画素１３Ｂａに備えられた出力制御電極１０、浮遊拡散層４、読み出し回路５の、行方向における配置順は、列毎且つ行毎に反転し、（３）第２の転送電極９の、行方向における両端のそれぞれに隣接して、同電位となる出力制御電極１０が配置されることとなる。

また、基本の形態３に係る第１画素１３Ａａが、１つの光電変換部１に対して、１つの読み出し電極２と、１つの露光制御電極６と、１つの電荷排出部７とを備えているのに対して、第１画素１３Ｂａは、１つの光電変換部１に対して、読み出し電極２ａと読み出し電極２ｂとの２つの読み出し電極２と、露光制御電極６ａと露光制御電極６ｂとの２つの露光制御電極６と、電荷排出部７ａと電荷排出部７ｂとの２つの電荷排出部７を備えている。ここで、光電変換部１に対する、読み出し電極２ａと読み出し電極２ｂとの位置関係、露光制御電極６ａと露光制御電極６ｂとの位置関係、及び電荷排出部７ａと電荷排出部７ｂとの位置関係は、列方向において対称となるように配置されている。

第２画素１３Ｂｂは、基本の形態３に係る第２画素１３Ａｂに対して、第１の転送電極３ｆが削除されている。そして、基本の形態３に係る第２画素１３Ａｂが、１本の転送チャネル８を備えているのに対して、第２画素１３Ｂｂは、転送チャネル８ａと転送チャネル８ｂとの２本の転送チャネルを備えている。すなわち、第２画素１３Ｂｂは、複数の第１の転送電極３のそれぞれの下に連なる、信号電荷を蓄積するｋ（ｋは２以上の整数（ここでは２））本の転送チャネル（ここでは転送チャネル８ａ、８ｂ）が、複数の画素１３Ｂの行列状の配置における行方向に並んで配置されるように、ｋ（ここでは２）本の転送チャネル（ここでは転送チャネル８ａ、８ｂ）を有する。

図１７に示されるように、第２画素１３Ｂｂは、複数の画素１３Ｂの行列状の配置における列毎且つ行毎に反転して配置されている。

また、基本の形態３に係る第２画素１３Ａｂが、１つの光電変換部１に対して、１つの読み出し電極２と、１つの露光制御電極６と、１つの電荷排出部７とを備えているのに対して、第２画素１３Ｂｂは、１つの光電変換部１に対して、読み出し電極２ａと読み出し電極２ｂとの２つの読み出し電極２と、露光制御電極６ａと露光制御電極６ｂとの２つの露光制御電極６と、電荷排出部７ａと電荷排出部７ｂとの２つの電荷排出部７を備えている。ここで、光電変換部１に対する、読み出し電極２ａと読み出し電極２ｂとの位置関係、露光制御電極６ａと露光制御電極６ｂとの位置関係、及び電荷排出部７ａと電荷排出部７ｂとの位置関係は、列方向において対称となるように配置されている。

第２画素１３Ｂｂは、列方向に並ぶ第１画素１３Ｂａのうちの１つと浮遊拡散層４を共用する。

上記構成の画素１３Ｂにおいて、Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３及び第２の転送電極９と、その下に重なる転送チャネル８ａ、８ｂとによって電荷蓄積部が形成される。ここでは、各電荷蓄積部は、一例として、５相駆動されるとして説明する。このため、１画素に４種類の信号電荷を蓄積することが可能になる。それに加えて、１つの光電変換部１あたり複数（一例として、２つ）の読み出し電極２、複数（一例として、２つ）の露光制御電極６、及び複数（一例として、２つ）の電荷排出部７を備える。

これにより、１つの露光シーケンスで２種類の信号電荷を蓄積することが可能になり、赤外パルス光の発光回数を抑え、発光による消費電力が削減できる。

また、上述した通り、第１画素１３Ｂａ備えられた出力制御電極１０、浮遊拡散層４、読み出し回路５の、行方向における配置順は、列毎且つ行毎に水平方向に反転して配置されている。

これにより、１水平走査期間内で、信号電荷Ａ０〜Ａ３の並びを揃えることができる。

図１７において、同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ等）が割り振られた電極は、同じ制御線に接続される。

図１８は、基本の形態４に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す概略平面図、図１９Ａ、１９Ｂは、基本の形態４に係る固体撮像装置の露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図１８及び図１９Ａ、１９Ｂを参照しながら、基本の形態４に係る固体撮像装置の露光期間の動作について説明する。

露光制御電極６にはそれぞれ駆動パルスΦＯＤＧが、読み出し電極２にはそれぞれ駆動パルスΦＴＧ１及びΦＴＧ２が印加される。図には示していないが、露光時には、第１の転送電極３ａの印加パルスΦＶＧ１、第１の転送電極３ｄの印加パルスΦＶＧ４にＨｉｇｈ電圧、他は第１の転送電極３の印加パルスにＬｏｗ電圧が印加されている。Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３下に電荷が蓄積可能となり、電荷蓄積部が形成される。また光源部５００からは、一定周期でオン・オフを繰り返す赤外パルス光が繰り返し照射されている。

初期状態として、露光制御電極６はＨｉｇｈ状態、読み出し電極２はＬｏｗ状態であり、光電変換部１で生成された信号電荷は露光制御電極６を介して電荷排出部７に排出される。

図１９Ａ、１９Ｂに示す第１及び第２シーケンスでは、照射光に同期した駆動パルスΦＯＤＧ、ΦＴＧ１及びΦＴＧ２のタイミングがそれぞれ異なる。

図１９Ａに示す第１シーケンスでは、時刻ｔ１で得られる信号電荷Ａ０と、時刻ｔ２で得られる信号電荷Ａ２を蓄積し、それを複数回繰り返す。

図示していないが、第１シーケンスから第２シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ｂ同時に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における下方向に転送する。

図１９Ｂに示す第２シーケンスでは、時刻ｔ３で得られる信号電荷Ａ１と、時刻ｔ４で得られる信号電荷Ａ３を蓄積し、それを複数回繰り返す。

図示していないが、第２シーケンスから第１シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ｂ同時に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における上方向に転送する。

露光期間では、第１及び第２シーケンスをそれぞれ複数回繰り返したものを１セットとして、それを複数セット繰り返す。

このように、１フレーム期間内における露光期間には、複数の画素１３Ｂの全てにおいて、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は同様に変化する。

図２０は、基本の形態４に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す概略平面図であり、図２１は、基本の形態４に係る固体撮像装置の転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図２０及び２１を参照しながら、基本の形態４に係る固体撮像装置の転送期間の動作について説明する。

初期時刻ｔ１では、ｍ行（図２０における左側の列の、上から２行目の行〜上から５行目の行、及び図２０における右側の列の、上から１行目の行〜上から４行目の行）に着目すると、第１の転送電極３ｂ（図１７におけるＶＧ２−ｍ）及び第１の転送電極３ｄ（図１７におけるＶＧ４−ｍ）はＨｉｇｈ状態にあり、第１の転送電極３ｂ、第１の転送電極３ｄの下には信号電荷Ａ０〜Ａ３が蓄積されている。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図１７におけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ０〜Ａ３を列方向における下方向へ転送する（ｔ２）。

次に、ｍ行における第２の転送電極９（図１７におけるＶＨ−ｍ）及び出力制御電極１０（図１７におけるＯＧ−ｍ）に駆動パルスを印加することで信号電荷Ａ０を浮遊拡散層４へ転送し、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ａ０は、読み出し回路５を介して読み出される。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図１７におけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ０〜Ａ３を列方向における下方向へ転送する（ｔ３）。

次に、図示しないが、ｔ１からｔ３の動作を繰り返すことで、信号電荷Ａ０と同じく、残りの信号電荷Ａ０〜Ａ３を読み出し、信号電荷Ａ０〜Ａ３を用いて被写体の距離を算出する。

ここで、転送期間は露光期間と異なり、ｍ行（図２０における左側の列の、上から２行目の行〜上から５行目の行、及び図２０における右側の列の、上から１行目の行〜上から４行目の行）が動作する期間には、ｍ行の画素１３Ｂのみ動作し、他の画素１３Ｂにおいては動作が停止される。

以上、基本の形態４に係る固体撮像装置によれば、１つの第１の転送電極３あたり複数（一例として、２つ）の転送チャネル８を備えることで、１画素に４種類の信号電荷を蓄積することが可能になり、基本の形態３に係る固体撮像装置と比較して、距離画像の解像度が向上する。さらに、１つの光電変換部１あたり複数（一例として、２つ）の読み出し電極２、複数（一例として、２つ）の露光制御電極６、及び複数（一例として、２つ）の電荷排出部７を備えることで、１つの露光シーケンスで複数種類（一例として、２種類）の信号電荷を蓄積することが可能になり、基本の形態３に係る固体撮像装置と比較して、赤外パルス光の発光回数を抑え、発光による消費電力が削減できる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置について、基本の形態３との相違点を中心に説明する。

図２２Ａは、実施の形態１に係る固体撮像装置の備える画素１３Ｃのレイアウト構成を示す概略平面図である。図２２Ｂは、実施の形態１に係る固体撮像装置の変形例に係る固体撮像装置の備える画素１３Ｄのレイアウト構成を示す概略平面図である。

図２２Ａに示されるように、複数の画素１３Ｃは、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の文字が記されている複数の第１画素１３Ｃａと、「ＩＲ」の文字が記されている複数の第２画素１３Ｃｂとを含む。

第１画素１３Ｃａは、可視光を受光する画素であり、第２画素１３Ｃｂは、赤外光を受光する画素である。

図２２Ａにおいて、各画素１３Ｃに記されている「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」、「ＩＲ」の文字は、その文字が記されている画素１３Ｃに到達する光の種類を示している。具体的には、「Ｒ」は赤色光、「Ｇ」は緑色光、「Ｂ」は青色光、「ＩＲ」は近赤外光を意味する。

また、第１画素１３Ｃａは、「Ｇ」、「Ｂ」の文字が記されている複数の浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃと、「Ｒ」の文字が記されている複数の浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄとを含む。

浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃは、基本の形態３に係る第１画素１３Ａａから、第１の転送電極３ｅが削除された画素である。各構成要素は説明済みであるため、ここでの説明を省略する。

浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄは、浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃから、出力制御電極１０と、浮遊拡散層４と、読み出し回路５とが削除され、第２の転送電極９が第１の転送電極３ｅに変更された画素である。各構成要素は説明済みであるため、ここでの説明を省略する。

第２画素１３Ｃｂは、基本の形態３に係る第２画素１３Ａｂから、第１の転送電極３ｅが削除された画素である。そして、基本の形態３に係る第２画素１３Ａｂが、１つの光電変換部１に対して、１つの読み出し電極２と、１つの露光制御電極６と、１つの電荷排出部７とを備えているのに対して、第２画素１３Ｃｂは、１つの光電変換部１に対して、読み出し電極２ａと読み出し電極２ｂとの２つの読み出し電極２と、露光制御電極６ａと露光制御電極６ｂとの２つの露光制御電極６と、電荷排出部７ａと電荷排出部７ｂとの２つの電荷排出部７を備えている。ここで、光電変換部１に対する、読み出し電極２ａと読み出し電極２ｂとの位置関係、露光制御電極６ａと露光制御電極６ｂとの位置関係、及び電荷排出部７ａと電荷排出部７ｂとの位置関係は、列方向において対称となるように配置されている。このため、第２画素１３Ｃｂのそれぞれは、２つの読み出し電極２（読み出し電極２ａ、読み出し電極２）によって、光電変換部１から、行方向において同じ向きに信号電荷が読み出される。第２画素１３Ｃｂの各構成要素は説明済みであるため、ここでの説明を省略する。

浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄ、及び第２画素１３Ｃｂは、行列状に配置される複数の画素１３Ｃの列方向に並ぶ浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃのうちの１つと浮遊拡散層４を共用する。

また、図２２Ａに示されるように、上記列方向に並ぶ、少なくとも１つの浮遊拡散層４を共用する２以上の画素（ここでは、例えば、浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃ、第２画素１３Ｃｂ、又は、浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃ、浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄ）の、上記列方向における一端又は他端は浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃである。

このように、実施の形態１に係る固体撮像装置は、可視光を受光する第１画素１３Ｃａと赤外光を受光する第２画素１３Ｃｂとを備えているため、１つの固体撮像装置で可視画像と、距離画像との両方を取得することができる。

画素１３Ｃにおいて、Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３及び第２の転送電極９と、その下に重なる転送チャネル８とによって電荷蓄積部が形成される。ここでは、各電荷蓄積部は、一例として、５相駆動されるとして説明する。

また、上述した通り、第２画素１３Ｃｂは１つの光電変換部１あたり複数（一例として、２つ）の読み出し電極２、複数（一例として、２つ）の露光制御電極６、及び複数（一例として、２つ）の電荷排出部７を備える。

これにより１つの露光シーケンスで複数種類（一例として、２種類）の信号電荷を蓄積することが可能になり、赤外パルス光の発光回数を抑え、発光による消費電力が削減できる。

また、図２２Ａにおいて、同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ等）が割り振られた電極は、同じ制御線に接続される。

図２２Ｂに示されるように、変形例に係る固体撮像装置の備える複数の画素１３Ｄは、「Ｗ」の文字が記されている複数の第１画素１３Ｄａと、「ＩＲ」の文字が記されている複数の第２画素１３Ｄｂとを含む。

第１画素１３Ｄａは、可視光を受光する画素であり、第２画素１３Ｄｂは、赤外光を受光する画素である。

図２２Ｂにおいて、各画素１３Ｄに記されている「Ｗ」、「ＩＲ」の文字は、その文字が記されている画素１３Ｃに到達する光の種類を示している。具体的には、「Ｗ」は可視光、すなわち透明光（白色光）、「ＩＲ」は近赤外光を意味する。

第１画素１３Ｄａは、浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄと同様の画素である。各構成要素は説明済みであるため、ここでの説明を省略する。

第２画素１３Ｄｂは、第２画素１３Ｃｂに対して、第１の転送電極３ｅが第２の転送電極９に変更され、出力制御電極１０と、浮遊拡散層４と、読み出し回路５とが追加された画素である。各構成要素は説明済みであるため、ここでの説明を省略する。

図２３は、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における露光期間の動作を示す概略平面図、図２４は実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図２３及び図２４を参照しながら、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視光画像取得における露光期間の動作について説明する。

初期状態として、露光制御電極６に印加される駆動パルスΦＯＤＧはＨｉｇｈ状態であり、光電変換部１はリセット状態にある。また、第１画素１３Ｃａの読み出し電極２に印加されるΦＴＧ０及び、第２画素１３Ｃｂの読み出し電極２ａ、２ｂにそれぞれ印加されるΦＴＧ１、ΦＴＧ２はＬｏｗ状態であり、Ｈｉｇｈ状態に保持されている第１の転送電極３ａ（図２２ＡにおけるＶＧ１−ｌ、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ１−ｎ）と光電変換部１とは電気的に遮断されている。この状態において光電変換部１で生成した信号電荷は露光制御電極６を介して電荷排出部７に排出され、光電変換部１には蓄積されない。

次に、時刻ｔ１で露光制御電極６がＬｏｗ状態となり、光電変換部１から電荷排出部７への電荷排出が停止され、光電変換部１は、生成した信号電荷を蓄積する状態になる。

次に、ΦＴＧ０及びΦＴＧ１が一定期間Ｈｉｇｈ状態となり、Ｌｏｗ状態に復帰する時刻ｔ２で、撮像部１０１における全画素１３Ｃ同時に光電変換部１から第１の転送電極３ａ（図２２ＡにおけるＶＧ１−ｌ、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ１−ｎ）への信号電荷Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの読み出しが完了し、露光制御電極６はＨｉｇｈ状態に戻る。

次に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加することで、撮像部１０１における全画素１３Ｃ同時に、信号電荷Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＩＲを第１の転送電極３ｃ（図２２ＡにおけるＶＧ３−ｌ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ３−ｎ）下へ転送する（ｔ４）。

このように、可視光画像取得における、１フレーム期間内における露光期間には、複数の画素１３Ｃの全てにおいて、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は同様に変化する。

図２５は実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における転送期間の動作を示す概略平面図、図２６は実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図２５及び２６を参照しながら、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視光画像取得における転送期間の動作について説明する。

初期時刻ｔ１では、ｍ行（図２５における上から２行目の行及び上から３行目の行）に着目すると、第１の転送電極３ｃ（図２２ＡにおけるＶＧ３−ｍ）はＨｉｇｈ状態にあり、電極下には信号電荷Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＩＲが蓄積されている。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで、信号電荷Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＩＲを第１の転送電極３ｅ（図２２ＡにおけるＶＧ５−ｍ）及び第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＨ−ｍ）へ転送する（ｔ２）。

次に、ｍ行における第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＨ−ｍ）、及び出力制御電極１０（図２２ＡにおけるＯＧ−ｍ）に駆動パルスを印加することで信号電荷Ｂ及びＧを浮遊拡散層４へ転送し、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ｂ及びＧは、読み出し回路５を介して読み出される。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで、信号電荷Ｒ及びＩＲを第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＨ−ｍ）へ転送し（ｔ３）、さらに、ｍ行における第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＨ−ｍ）、及び出力制御電極１０（図２２ＡにおけるＯＧ−ｍ）に駆動パルスを印加することで信号電荷Ｒ及びＩＲを浮遊拡散層４へ転送し、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ｒ及びＩＲは、読み出し回路５を介して読み出される。

ここで、転送期間は露光期間と異なり、ｍ行（図２５における上から２行目の行及び上から３行目の行）の画素１３Ｃが動作する期間には、ｍ行の画素１３Ｃのみ動作し、他の画素１３Ｃにおいては、動作が停止される。すなわち、浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃは、複数の浮遊拡散層配置行（ここでは、図２２Ａにおける上から１行目の行、上から３行目の行）に並んで配置され、１フレーム期間内における転送期間には、一の浮遊拡散層配置行（ここでは、図２２Ａにおける上から３行目の行）に配置される浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃと、その浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃが備える浮遊拡散層４を共用する画素１３とからなる画素群単位で、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は、同様に変化し、一の画素群における第１の転送電極３が変化している期間には、他の画素群における第１の転送電極３の電位は変化しない。

図２７は、実施の形態１に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す概略平面図であり、距離画像取得における露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートは図１９Ａ、１９Ｂと同じである。

以下、図１９Ａ、１９Ｂ、及び２７を参照しながら、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視光画像取得における距離画像取得における露光期間の動作について説明する。

第２画素１３Ｃｂの露光制御電極６ａ、６ｂにはそれぞれ駆動パルスΦＯＤＧが印加され、第２画素１３Ｃｂの読み出し電極２ａ、２ｂにはそれぞれ駆動パルスΦＴＧ１及びΦＴＧ２が印加される。図１９Ａ、図１９Ｂには示していないが、画素１３Ｃにおける第１の転送電極３ａの印加パルスΦＶＧ１、第１の転送電極３ｄの印加パルスΦＶＧ４にＨｉｇｈ電圧、他の第１の転送電極３の印加パルスにＬｏｗ電圧が印加されている。Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３下に電荷が蓄積可能となり、電荷蓄積部が形成される。また、第１画素１３Ｃａの読み出し電極２（図２２ＡにおけるＴＧ０）はＬｏｗ電圧が印加されており、Ｒ、Ｇ、及びＢ画素、すなわち、第１画素１３Ｃａから信号電荷は読み出されない。また光源部５００からは、一定周期でオン・オフを繰り返す赤外パルス光が繰り返し照射されている。

初期状態として、露光制御電極６はＨｉｇｈ状態、読み出し電極２はＬｏｗ状態であり、光電変換部１で生成された信号電荷は露光制御電極６を介して電荷排出部７に排出される。

図１９Ａ、１９Ｂに示す第１及び第２シーケンスでは、照射光に同期した駆動パルスΦＯＤＧ、ΦＴＧ１及びΦＴＧ２のタイミングがそれぞれ異なる。

図１９Ａに示す第１シーケンスでは、時刻ｔ１で得られる信号電荷Ａ０と、時刻ｔ２で得られる信号電荷Ａ２を蓄積し、それを複数回繰り返す。

図示していないが、第１シーケンスから第２シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ｃ同時に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における下方向に転送する。

図１９Ｂに示す第２シーケンスでは、時刻ｔ３で得られる信号電荷Ａ１と、時刻ｔ４で得られる信号電荷Ａ３を蓄積し、それを複数回繰り返す。

図示していないが、第２シーケンスから第１シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ｃ同時に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における上方向に転送する。

露光期間では、第１及び第２シーケンスをそれぞれ複数回繰り返したものを１セットとして、それを複数セット繰り返す。

このように、１フレーム期間内における露光期間には、複数の画素１３Ｃの全てにおいて、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は同様に変化する。

図２８は、実施の形態１に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作を示す概略平面図であり、実施の形態１に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートは図２１と同じである。

以下、図２１及び図２８を参照しながら、実施の形態１に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作について説明する。

初期時刻ｔ１では、ｍ行（図２８における上から２行目の行及び上から３行目の行）に着目すると、第１の転送電極３ｂ（図２２ＡにおけるＶＧ２−ｍ）及び第１の転送電極３ｄ（図２２ＡにおけるＶＧ４−ｍ）はＨｉｇｈ状態にあり、第１の転送電極３ｂ、第１の転送電極３ｄの下には信号電荷Ａ０〜Ａ３が蓄積されている。

次に、第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ０〜Ａ３を列方向における下方向へ転送する（ｔ２）。

次に、図示しないが、ｍ行における第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＨ−ｍ）及び出力制御電極１０（図２２ＡにおけるＯＧ−ｍ）に駆動パルスを印加することで信号電荷Ａ０を浮遊拡散層４へ転送し、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ａ０は、読み出し回路５を介して読み出される。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図２２ＡにおけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ１〜Ａ３を列方向における下方向へ転送する（ｔ３）。

次に、図示しないがｔ１からｔ３の動作を繰り返すことで、信号電荷Ａ０と同じく、信号電荷Ａ１〜Ａ３を読み出し、信号電荷Ａ０〜Ａ３を用いて被写体の距離を算出する。

ここで、転送期間は露光期間と異なり、ｍ行（図２８における上から２行目の行及び上から３行目）が動作する期間には、ｍ行の画素１３Ｃのみ動作し、他の画素１３Ｃにおいては動作が停止される。

以上、実施の形態１に係る固体撮像装置によれば、各画素１３Ｃに赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）、近赤外光（ＩＲ光）を透過するフィルタ（又は、変形例に係る固体撮像装置の場合には、各画素１３Ｄに、白色光（Ｗ光）、近赤外光（ＩＲ光）を透過するフィルタ）を備えることで、１つの固体撮像装置で可視画像と、距離画像の両方を取得することができる。さらに、第２画素１３Ｃｂは１つの光電変換部１あたり複数（一例として、２つ）の読み出し電極２、複数（一例として、２つ）の露光制御電極６、及び複数（一例として、２つ）の電荷排出部７を備えることで、１つの露光シーケンスで複数種類（一例として、２種類）の信号電荷を蓄積することが可能になり、赤外パルス光の発光回数を抑え、発光による消費電力が削減できる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図２９は、実施の形態２に係る固体撮像装置の備える画素１３Ｅのレイアウト構成を示す概略平面図である。実施の形態２に係る固体撮像装置は、実施の形態１と比較して、実施の形態１に係る画素１３Ｃが画素１３Ｅに変更されている。より具体的には、実施の形態１に係る第２画素１３Ｃｂ、浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃ、浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄが、それぞれ、第２画素１３Ｅｂ、浮遊拡散層保有画素１３Ｅｃ、浮遊拡散層非保有画素１３Ｅｄに変更されている。ここでは、浮遊拡散層保有画素１３Ｅｃと浮遊拡散層非保有画素１３Ｅｄとのことを、第１画素１３Ｅａとも呼ぶ。

第２画素１３Ｅｂは、実施の形態１に係る第２画素１３Ｃｂに対して、読み出し電極２ｃと読み出し電極２ｄとの２つの読み出し電極２が追加されている。すなわち、第２画素１３Ｅｂは、読み出し電極２ａ〜２ｄの４つの読み出し電極を備える。ここで、光電変換部１に対する、読み出し電極２ａ〜２ｄの位置関係は、読み出し電極２ａ、２ｂに対して、読み出し電極２ｃ、２ｄが、それぞれ行方向において対称となるように配置されている。このため、第２画素１３Ｅｂは、４つの読み出し電極２のうちの２つの読み出し電極（ここでは、読み出し電極２ａ、２ｂ）によって、光電変換部１から、行方向において第１の向き（ここでは図２９における左向き）に信号電荷が読み出され、４つの読み出し電極２のうちの他の２つの読み出し電極（ここでは、読み出し電極２ｃ、２ｄ）によって、光電変換部１から、行方向において第１の向きと反対向きである第２の向き（ここでは図２９における右向き）に信号電荷が読み出される。

このように、第２画素１３Ｅｂは、１つの光電変換部１あたり４つの読み出し電極２を備えるため、１つの露光シーケンスで４種類の信号電荷を蓄積することが可能になり、赤外パルス光の発光回数を抑え、発光による消費電力が削減できる。

浮遊拡散層保有画素１３Ｅｃ、浮遊拡散層非保有画素１３Ｅｄは、それぞれ、実施の形態１に係る浮遊拡散層保有画素１３Ｃｃ、浮遊拡散層非保有画素１３Ｃｄと同様である。このため、説明済みであるとして、ここでの説明を省略する。

また、図２９において、同じ記号（例えば、ＶＧ１−ｍ、ＶＧ２−ｍ、ＶＧ３−ｍ、ＶＧ４−ｍ等）が割り振られた電極は、同じ制御線に接続される。

実施の形態２に係る固体撮像装置の可視画像取得における露光期間及び転送期間の動作は、実施の形態１に係る固体撮像装置の可視画像取得における露光期間及び転送期間の動作と同様であるため、説明済みであるとして、ここでの説明を省略する。

図３０は、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す概略平面図、図３１Ａ、３１Ｂは実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作を示す駆動タイミングチャートである。

以下、図３０及び図３１Ａ、３１Ｂを参照しながら、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における露光期間の動作について説明する。

第２画素１３Ｅｂの露光制御電極６ａ、６ｂにはそれぞれ駆動パルスΦＯＤＧが印加され、第２画素１３Ｅｂの読み出し電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにはそれぞれ駆動パルスΦＴＧ１、ΦＴＧ３、ΦＴＧ２及びΦＴＧ４が印加される。図３０には示していないが、画素１３Ｅにおける第１の転送電極３ａの印加パルスＶＧ１、第１の転送電極３ｄの印加パルスΦＶＧ４にＨｉｇｈ電圧、他の第１の転送電極３の印加パルスにＬｏｗ電圧が印加されている。Ｈｉｇｈ電圧が印加された第１の転送電極３下に電荷が蓄積が可能となり、電荷蓄積部が形成される。また、第１画素１３Ｅａの読み出し電極２（図２９におけるＴＧ０）はＬｏｗ電圧が印加されており、Ｒ、Ｇ、及びＢ画素、すなわち、第１画素１３Ｅａから信号電荷は読み出されない。また光源部５００からは、一定周期でオン・オフを繰り返す赤外パルス光が繰り返し照射されている。

初期状態として、露光制御電極６はＨｉｇｈ状態、読み出し電極２はＬｏｗ状態であり、光電変換部１で生成された信号電荷は露光制御電極６を介して電荷排出部７に排出される。

図３１Ａ、３１Ｂに示す第１及び第２シーケンスでは、照射光に同期した駆動パルスΦＴＧ１からΦＴＧ４のタイミングがそれぞれ異なる。

図３１Ａに示す第１シーケンスでは、時刻ｔ１で得られる信号電荷Ａ０と、時刻ｔ２で得られる信号電荷Ａ１’と、時刻ｔ３で得られる信号電荷Ａ２と、時刻ｔ４で得られる信号電荷Ａ３’を蓄積し、それを複数回繰り返す。

図示していないが、第１シーケンスから第２シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ｅ同時に、第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加し、信号電荷を列方向における下方向に転送する。

図３１Ｂに示す第２シーケンスでは、時刻ｔ５で得られる信号電荷Ａ０’と、時刻ｔ６で得られる信号電荷Ａ１と、時刻ｔ７で得られる信号電荷Ａ２’と、時刻ｔ８で得られる信号電荷Ａ３を蓄積し、それを複数回繰り返す。

図示していないが、第２シーケンスから第１シーケンスに移行する間に、撮像部１０１における全画素１３Ｅ同時に第１の転送電極３に５相駆動パルスを印加し、信号電荷を上方向に転送する。

露光期間では、第１及び第２シーケンスをそれぞれ複数回繰り返したものを１セットとして、それを複数セット繰り返す。

このように、１フレーム期間内における露光期間には、複数の画素１３Ｃの全てにおいて、互いに対応する複数の第１の転送電極３のそれぞれの電位は同様に変化する。

図３２は、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作を示す概略平面図、実施の形態２に係る固体撮像装置の距離画像取得における転送期間の動作を示す駆動タイミングチャートは図２６と同じである。

以下、図２６及び図３２を参照しながら距離画像取得における転送期間の動作について説明する。

初期時刻ｔ１では、ｍ行（図３２における上から２行目の行及び上から３行目の行）に着目すると、第１の転送電極３ｂ（図２９におけるＶＧ２−ｍ）及び第１の転送電極３ｄ（図２９におけるＶＧ４−ｍ）はＨｉｇｈ状態にあり、第１の転送電極３ｂ、第１の転送電極３ｄの下には信号電荷Ａ０〜Ａ３’が蓄積されている。

次に、第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図２９におけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ０〜Ａ３’を列方向における下方向へ転送する（ｔ２）。

次に、図示しないが、ｍ行における第２の転送電極９（図２９におけるＶＨ−ｍ）及び出力制御電極１０（図２９におけるＯＧ−ｍ）に駆動パルスを印加することで信号電荷Ａ２及びＡ３’を浮遊拡散層４へ転送し、浮遊拡散層４へ転送される信号電荷Ａ２及びＡ３’は、読み出し回路５を介して読み出される。

次に、ｍ行における第１の転送電極３ａ〜３ｅ、第２の転送電極９（図２９におけるＶＧ１−ｍ〜ＶＧ５−ｍ、ＶＨ−ｍ）に５相駆動パルス印加することで信号電荷Ａ０〜Ａ２’を列方向における下方向へ転送する（ｔ３）。

次に、図示しないがｔ１からｔ３の動作を繰り返すことで、信号電荷Ａ２及びＡ３’と同じく、信号電荷Ａ０〜Ａ２’を読み出す。信号電荷Ａ０〜Ａ３と、信号電荷Ａ０’〜Ａ３’とはそれぞれ異なる浮遊拡散層４及び読み出し回路５を介して読み出され、オフセットやゲインが異なる。このため、信号電荷をデジタル化した後、信号電荷Ａ０とＡ０’、信号電荷Ａ１とＡ１’、信号電荷Ａ２とＡ２’、信号電荷Ａ３とＡ３’をそれぞれ加算し、加算後の信号を用いて被写体の距離を算出することで、オフセット差とゲイン差とをキャンセルする。

ここで、転送期間は露光期間と異なり、ｍ行（図３２における上から２行目の行及び上から３行目）が動作する期間には、ｍ行の画素１３Ｅのみ動作し、他の画素１３Ｅにおいては動作が停止される。

以上、実施の形態２に係る固体撮像装置によれば、第２画素１３Ｅｂは１つの光電変換部１あたり４つの読み出し電極２を備えることで、実施の形態１に係る固体撮像装置と比較して、１つの露光シーケンスで４種類の信号電荷を蓄積することが可能になり、赤外パルス光の発光回数を抑え、発光による電力がさらに削減できる。

本発明は、被写体の画像を取得する固体撮像装置に広く利用可能である。

１ 光電変換部
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 読み出し電極
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ 第１の転送電極
４ 浮遊拡散層
５ 読み出し回路
６、６ａ、６ｂ 露光制御電極
７、７ａ、７ｂ 電荷排出部
８、８ａ、８ｂ 転送チャネル
９ 第２の転送電極
１０ 出力制御電極
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ 制御線
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ 画素
１３ａ、１３Ａａ、１３Ｂａ、１３Ｃａ、１３Ｄａ、１３Ｅａ 第１画素
１３ｂ、１３Ａｂ、１３Ｂｂ、１３Ｃｂ、１３Ｄｂ、１３Ｅｂ 第２画素
１３Ｃｃ、１３Ｄｃ、１３Ｅｃ 浮遊拡散層保有画素
１３Ｃｄ、１３Ｄｄ、１３Ｅｄ 浮遊拡散層非保有画素
１００ 固体撮像装置
１０１ 撮像部
１０２ ＡＤ変換部
１０３ タイミング生成部
１０４ シャッタドライバ
２００ 光源ドライバ
３００ プロセッサ
４００ 光学レンズ
５００ 光源部
１０００ 撮像装置

Claims (1)

1. 受光した光を信号電荷に変換する光電変換部を有する画素を備え、
   行列状に配置される複数の前記画素は、可視光を受光する複数の第１画素と、赤外光を受光する複数の第２画素とを含み、
   前記複数の第２画素のそれぞれが有する読み出し電極の数は、前記複数の第１画素のそれぞれが有する読み出し電極の数よりも、多い
   固体撮像装置。

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