JP2023096075A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画素と、データ出力線もしくは駆動配線との接続が適切な固体撮像装置を提供する。【解決手段】本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子が積層された積層型光電変換素子を画素ごとに備えている。この固体撮像装置は、複数の光電変換素子のうち、所定の波長選択性を有する第１光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第１画素回路を、複数の光電変換素子に含まれる複数の第１光電変換素子を複数のグループに分けたときのグループごとに備えている。【選択図】図３

Description

本開示は、固体撮像装置に関する。
有機半導体材料などの波長選択性を有する材料を用いる光電変換素子は、特定の波長帯の光を光電変換することが可能である。このような光電変換素子を固体撮像装置に用いる場合、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子を積層した積層型光電変換素子を画素ごとに設けることが可能である（特許文献１参照）。
国際公開ＷＯ２０１６／１２１５２１
ところで、上述の固体撮像装置の分野では、画素と、データ出力線もしくは駆動配線との接続の最適化について、更なる検討の余地がある。従って、画素と、データ出力線もしくは駆動配線との接続が適切な固体撮像装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子が積層された積層型光電変換素子を画素ごとに備えている。この固体撮像装置は、複数の前記光電変換素子のうち、所定の波長選択性を有する第１光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第１画素回路を、複数の光電変換素子に含まれる複数の第１光電変換素子を複数のグループに分けたときのグループごとに備えている。この固体撮像装置は、さらに、光電変換素子に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される複数の駆動配線を備えている。各駆動配線は、第１画素回路の共有と対応関係にある各単位画素列において、共有する第１画素回路が互いに異なる、第１グループに属する複数の第１光電変換素子および第２グループに属する複数の第１光電変換素子に着目したときに、第１グループに属する第１光電変換素子と、第２グループに属する第１光電変換素子とに接続されている。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置では、各駆動配線は、各単位画素列において、第１グループに属する第１光電変換素子と、第２グループに属する第１光電変換素子とに接続されている。これにより、光電変換素子ごとに駆動配線を設けた場合と比べて、駆動配線の数を減らすことができる。ここで、駆動配線は、積層型光電変換素子において下方に設けられた光電変換素子に入射する光を遮る場合がある。従って、駆動配線の数を減らす構成とすることにより、開口率を高くすることができる。
本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一例を表す図である。 図１の画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図１の画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図１の画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図３～図５に記載の回路構成を簡易にまとめた図である。 図６の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 図１の画素およびその周辺の回路構成の一変形例を表す図である。 図１の画素およびその周辺の回路構成の一変形例を表す図である。 図８、図９に記載の回路構成を簡易にまとめた図である。 図１０の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 図１０の回路構成の一変形例を表す図である。 図１２の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 図１０の回路構成の一変形例を表す図である。 図１４の回路構成の一変形例を表す図である。 図１０の回路構成の一変形例を表す図である。 図１６の回路構成の一変形例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 図１８の断面構成を備えた固体撮像装置における画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図１９の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 図１８の断面構成を備えた固体撮像装置における画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図１８の断面構成を備えた固体撮像装置における画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図２１、図２２の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 図２３の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を表す図である。 図２５の画素の断面構成の一例を表す図である。 図２６の断面構成を備えた固体撮像装置における画素およびその周辺の回路構成の一例を表す図である。 図２７の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 図２９の回路構成の一変形例を表す図である。 図３１の回路構成を備えた固体撮像装置におけるデータ出力の一例を表す図である。 上記各実施の形態およびその変形例に係る撮像装置を備えた撮像システムの概略構成の一例を表す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（固体撮像装置）…図１～図７
２．第１の実施の形態の変形例（固体撮像装置）
変形例Ａ…図８～図１７
変形例Ｂ…図１８～図２０
変形例Ｃ…図２１～図２４
変形例Ｄ…図２５
変形例Ｅ…図２６
３．第２の実施の形態（固体撮像装置）…図２７～図３０
４．第２の実施の形態の変形例（固体撮像装置）
変形例Ｆ…図３１、図３２
５．適用例（撮像システム）…図３３
６．応用例
応用例１…上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置を
移動体に応用した例（図３４、図３５）
応用例２…上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置を
手術システムに応用した例（図３６、図３７）
＜１．実施の形態＞
[構成]
図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１の概略構成の一例を表す。固体撮像装置１は、複数の画素１１が行列状に配置された画素領域１０を備えている。図１には、行方向を示す符号としてＤｒが、列方向を示す符号としてＤｃがそれぞれ示されている。図２は、画素１１の断面構成の一例を表す。図３は、画素１１およびその周辺の回路構成の一例を表す。
固体撮像装置１は、複数の画素回路１２と、複数の駆動配線ＶＯＡと、複数のデータ出力線ＶＳＬとを備えている。画素回路１２は、画素１１から出力された電荷に基づく画素信号を出力する。駆動配線ＶＯＡは、画素１１に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向Ｄｒに延在している。データ出力線ＶＳＬは、各画素回路１２から出力された画素信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向Ｄｃに延在している。
固体撮像装置１は、画素信号を処理するロジック回路２０を備えている。ロジック回路２０は、例えば、垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２、水平駆動回路２３およびシステム制御回路２４を有している。ロジック回路２０は、各画素１１から得られた画素信号に基づいて出力電圧を生成し、外部に出力する。
垂直駆動回路２１は、例えば、複数の画素１１を所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。例えば、複数の画素１１が１つの画素回路１２を共有する場合、画素回路１２を共有する複数の画素１１のレイアウトが２画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、２画素行を指している。同様に、画素回路１２を共有する複数の画素１１のレイアウトが４画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、４画素行を指している。
カラム信号処理回路２２は、例えば、垂直駆動回路２１によって選択された行の各画素１１から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路２２は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各画素１１の受光量に応じた画素データを保持する。カラム信号処理回路２２は、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部２２Ａを有している。カラム信号処理部２２Ａは、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含んでいる。シングルスロープＡ／Ｄ変換器は、例えば、比較器およびカウンタ回路を含んで構成されている。水平駆動回路２３は、例えば、カラム信号処理回路２２に保持されている画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路２４は、例えば、ロジック回路２０内の各ブロック（垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２および水平駆動回路２３）の駆動を制御する。
画素１１は、例えば、図２に示したように、互いに異なる波長選択性を有する３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０が積層された積層型光電変換素子を有している。つまり、固体撮像装置１は、上記積層型光電変換素子を画素１１ごとに備えている。画素１１は、さらに、例えば、上記積層型光電変換素子と対向する箇所にオンチップレンズ１６０を有している。つまり、固体撮像装置１は、オンチップレンズ１６０を画素１１ごとに備えている。光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０上の絶縁層（絶縁層１１５，１１６および保護層１１７）内に形成されており、例えば、電極１１１、光電変換層１１２および電極１１３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成されている。半導体基板１４０は、例えば、シリコン基板によって構成されている。
光電変換素子１１０は、さらに、例えば、電極１１１と同一の層内に、電極１１１と離間して配置された電荷蓄積用電極１１４を有している。電荷蓄積用電極１１４は、絶縁層１１６を介して光電変換層１１２と対向して配置されている。電極１１１および電荷蓄積用電極１１４は、絶縁層１１５，１１６によって覆われており、電極１１１は、絶縁層１１６の開口を介して光電変換層１１２に接している。電極１１３は、光電変換層１１２および絶縁層１１６の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１１の電極１１３と共通の層によって構成されている。
光電変換素子１１０は、例えば、緑色の光（４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１１２を有しており、緑色の光に感度を有している。光電変換層１１２は、例えば、緑色の光を吸収する有機材料によって構成されている。そのような有機材料としては、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等が挙げられる。なお、光電変換層１１２は、有機材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。絶縁層１１５，１１６および保護層１１７は、例えば、ＳｉＯ２や、ＳｉＮ等によって構成されている。電極１１１，１１３は、例えば、透明導電材料によって構成されている。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等が挙げられる。なお、光電変換層１１２は、有機材料に限定されるものではなく、例えば、無機材料によって構成されていてもよい。そのような無機材料としては、例えば、シリコン、セレン、アモルファスセレン、カルコパライト系化合物、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、化合物半導体（例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等）を挙げることができる。光電変換層１１２は、上記無機材料からなる量子ドットによって構成されていてもよい。
光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１５３等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１５６に接続されている。配線１５６は、光電変換素子１１０の電極１１１と、光電変換素子１１０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１５７）とを電気的に接続している。
光電変換素子１２０，１３０は，例えば、半導体基板１４０内に形成されている。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０の表面近傍に形成されたｎ型半導体領域１４１を光電変換層として有している。光電変換素子１２０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１４１を有しており、青色の光に感度を有している。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１４１と、光電変換素子１２０用の画素回路１２とを電気的に接続している。なお、図２には、光電変換素子１２０と電気的に接続された転送トランジスタＴＲのゲート電極１５８が例示されている。
光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０の、ｎ型半導体領域１４１よりも深い領域に形成されたｎ型半導体領域１４２を光電変換層として有している。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１４２を有しており、赤色の光に感度を有している。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１４２と、光電変換素子１３０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１５９）とを電気的に接続している。
半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１４１と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有している。ｐ+層１４５は暗電流の発生を抑制する。半導体基板１４０は、さらに、ｎ型半導体領域１４１とｎ型半導体領域１４２との間に、ｐ+層１４３を有している。ｐ+層１４３は、さらに、ｎ型半導体領域１４２の側面の一部（例えばゲート電極１５８近傍）を囲んでいる。ｐ+層１４３は、ｎ型半導体領域１４１とｎ型半導体領域１４２とを分離する。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有している。ｐ+層１４４は暗電流の発生を抑制する。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられており、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ２膜１５１および絶縁膜１５２が積層されている。ＨｆＯ２膜１５１は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２とを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２などを覆う絶縁層１５５が形成されている。
なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順であることが好ましい。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。赤色は３色の中では最も長い波長であるので、光入射面から見て光電変換素子１３０を最下層に位置させることが好ましい。これらの光電変換素子１１０，１２０，１３０の積層構造によって、１つの積層型光電変換素子が構成される。
図４は、画素１１（具体的には光電変換素子１１０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。図４には、図３に記載の回路構成が斜視的に表されている。図５は、画素１１（具体的には光電変換素子１２０，１３０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。図６は、図３～図５に記載の回路構成を簡易にまとめた図である。図３～図６には、「所定の単位画素列」における回路構成が示されている。「所定の単位画素列」とは、１つの画素回路１２が複数の画素１１を共有している場合、画素回路１２を共有する複数の画素１１のレイアウトがｍ画素行×２画素列（ｍは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素列」は、２画素列を指している。同様に、画素回路１２を共有する複数の画素１１のレイアウトがｍ画素行×４画素列（ｍは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素列」は、４画素列を指している。
上述したように、各画素１１は、光電変換素子１１０，１２０，１３０を積層した構造となっており、かつ、複数の画素１１は画素領域１０において行列状に配置されている。このことから、複数の光電変換素子１１０は、画素領域１０の光入射面寄りの層内において行列状に配置されており、複数の光電変換素子１３０は、画素領域１０の、光入射面とは反対側の面寄りの層内において行列状に配置されている。さらに、複数の光電変換素子１２０は、画素領域１０において、複数の光電変換素子１１０が配置されている層と、複数の光電変換素子１３０が配置されている層との間の層内において行列状に配置されている。
各光電変換素子１１０（具体的には電極１１１）には、画素回路１２が接続されている。各光電変換素子１２０には、転送トランジスタＴＲを介して画素回路１２が接続されている。各光電変換素子１３０には、転送トランジスタＴＲを介して画素回路１２が接続されている。以下では、光電変換素子１１０を便宜的に光電変換部１１Ｇと称したり、さらに簡素化して光電変換部Ｇ、光電変換部Ｇ１、光電変換部Ｇ２、光電変換部Ｇ３または光電変換部Ｇ４と称したりする場合がある。また、光電変換素子１２０および転送トランジスタＴＲからなる回路を光電変換部１１Ｂと称したり、さらに簡素化して光電変換部Ｂと称したりする場合がある。また、光電変換素子１３０および転送トランジスタＴＲからなる回路を光電変換部１１Ｒと称したり、さらに簡素化して光電変換部Ｒと称したりする場合がある。
画素回路１２は、例えば、図３に示したように、フローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬと、増幅トランジスタＡＭＰとを有している。フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴのソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰのドレインに接続されている。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続されており、増幅トランジスタＡＭＰのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。選択トランジスタＳＥＬのソースがデータ出力線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続されている。なお、光電変換部１１Ｇの電荷蓄積用電極１１４は、駆動配線ＶＯＡを介して垂直駆動回路２１に接続されている。また、光電変換部１１Ｇの電極１１３は、駆動配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路２１に接続されている。
転送トランジスタＴＲは、転送トランジスタＴＲがオン状態となると、光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤの電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、画素回路１２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰは、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰは、選択トランジスタＳＥＬがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に出力する。転送トランジスタＴＲ、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬは、例えば、ＮＭＯＳトランジスタである。画素回路１２は、例えば、半導体基板１４０の裏面に形成されている。
固体撮像装置１に設けられた複数の画素回路１２には、光電変換部１１Ｇに割り当てられた複数の画素回路１２Ｇと、光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに割り当てられた複数の画素回路１２ＢＲとが含まれている。画素回路１２Ｇは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｇから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。画素回路１２ＢＲは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｂ，１１Ｒから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。
（光電変換部１１Ｇと画素回路１２Ｇとの関係）
複数の画素回路１２Ｇは、共通する波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｇごとに１つずつ設けられている。複数の画素回路１２Ｇは、固体撮像装置１に設けられた複数の光電変換部１１Ｇを複数のグループに分けたときのグループごとに１つずつ設けられている。各グループに含まれる光電変換部１１Ｇの数は、各グループで共通である。
ここで、複数の光電変換部１１Ｇにおいて、グループは、フローティングディフュージョンＦＤを共有する複数の光電変換部１１Ｇごとに設定される。例えば、４つの光電変換部１１Ｇが１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有している場合には、フローティングディフュージョンＦＤを共有する４つの光電変換部１１Ｇによって１つのグループが形成される。
一方、各駆動配線ＶＯＡは、画素回路１２ＧおよびフローティングディフュージョンＦＤによって規定されるグループ単位で共有されている訳ではない。各駆動配線ＶＯＡは、画素回路１２ＧおよびフローティングディフュージョンＦＤによって規定される２つのグループで共有されている。具体的には、各駆動配線ＶＯＡは、画素回路１２Ｇの共有と対応関係にある各単位画素列において、共有する画素回路１２Ｇが互いに異なる、グループＧｒｏｕｐ１に属する複数の光電変換部１１ＧおよびグループＧｒｏｕｐ２に属する複数の光電変換部１１Ｇに着目したときに、グループＧｒｏｕｐ１に属する光電変換部１１Ｇと、グループＧｒｏｕｐ２に属する光電変換部１１Ｇとに接続されている。
ここで、本実施の形態では、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬは、画素回路１２Ｇの共有と対応関係にある単位画素列ごとに、２本ずつ設けられている。各単位画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１）はグループＧｒｏｕｐ１に対応する画素回路１２Ｇに接続され、他方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ２）はグループＧｒｏｕｐ２に対応する画素回路１２Ｇに接続されている。さらに、駆動配線ＶＯＡ１が接続される、グループＧｒｏｕｐ１に属する光電変換部１１Ｇ（例えばＧ３）と、グループＧｒｏｕｐ２に属する光電変換部１１Ｇ（例えばＧ１）とは、単位画素列と平行な方向（Ｄｃ）において、互い違いに配置されている。同様に、駆動配線ＶＯＡ２が接続される、グループＧｒｏｕｐ１に属する光電変換部１１Ｇ（例えばＧ４）と、グループＧｒｏｕｐ２に属する画素回路１２Ｇ（例えばＧ２）とは、単位画素列と平行な方向において、互い違いに配置されている。
（光電変換部１１ＢＲと画素回路１２ＢＲとの関係）
複数の画素回路１２ＢＲは、所定の波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒごとに１つずつ設けられている。複数の画素回路１２ＢＲは、固体撮像装置１に設けられた複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを複数のグループに分けたときのグループごとに１つずつ設けられている。各グループに含まれる光電変換部１１Ｂの数は、各グループで共通である。同様に、各グループに含まれる光電変換部１１Ｒの数は、各グループで共通である。
ここで、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒにおいて、グループは、配線を介して互いに接続された複数のフローティングディフュージョンＦＤを共有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒごとに設定される。例えば、４つの光電変換部１１Ｂおよび４つの光電変換部１１Ｒが、配線を介して互いに接続された２つのフローティングディフュージョンＦＤを共有している場合には、その２つのフローティングディフュージョンＦＤを共有する４つの光電変換部１１Ｂおよび４つの光電変換部１１Ｒによって１つのグループが形成される。
上述したように、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬは、画素回路１２Ｇの共有と対応関係にある単位画素列ごとに、２本ずつ設けられている。各単位画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１）は、グループＧｒｏｕｐ３に対応する画素回路１２ＢＲに接続されている。ここで、グループＧｒｏｕｐ３には、配線を介して互いに接続された複数のフローティングディフュージョンＦＤを共有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒが属している。つまり、グループＧｒｏｕｐ３には、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒが含まれている。従って、各単位画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１）は、グループＧｒｏｕｐ３に対応する画素回路１２ＢＲを介して、グループＧｒｏｕｐ３に属する各光電変換部１１Ｂ,１１
Ｒに接続されている。
各単位画素列において、他方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ２）はグループＧｒｏｕｐ４に対応する画素回路１２ＢＲに接続されている。ここで、グループＧｒｏｕｐ４には、配線を介して互いに接続された複数のフローティングディフュージョンＦＤを共有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒが属している。つまり、グループＧｒｏｕｐ４には、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒが含まれている。従って、各単位画素列において、他方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ２）は、グループＧｒｏｕｐ４に対応する画素回路１２ＢＲを介して、グループＧｒｏｕｐ４に属する各光電変換部１１Ｂ,１１Ｒに接続されている。
グループＧｒｏｕｐ１に属する複数の光電変換部１１Ｇと、グループＧｒｏｕｐ３に属する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとは、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置に配置されていてもよいし、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置から１画素行分もしくは１画素列分だけずれた位置に配置されていてもよい。同様に、グループＧｒｏｕｐ２に属する複数の光電変換部１１Ｇと、グループＧｒｏｕｐ４に属する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとは、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置に配置されていてもよいし、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置から１画素行分もしくは１画素列分だけずれた位置に配置されていてもよい。
[読み出し動作]
図７は、図６に記載の回路構成を備えた固体撮像装置１におけるデータ出力の一例を表す。
まず、光電変換部１１Ｇからの電荷の読み出しについて説明する。
垂直駆動回路２１は、電荷蓄積期間において、電極１１１に電位Ｖ１１を印加し、電荷蓄積用電極１１４に電位Ｖ１２が（Ｖ１２＞Ｖ１１）を印加する。このとき、光電変換層１１２に入射した光は光電変換層１１２において光電変換され、それによって生成した正孔は、電極１１３から駆動配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路２１へと送出される。垂直駆動回路２１は、さらに、電極１１１に正の電位を印加し、電極１１３に負の電位を印加する。これにより、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極１１４に引き付けられ、光電変換層１１２のうち電荷蓄積用電極１１４の近傍に止まる。即ち、光電変換層１１２に電荷が蓄積される。なお、Ｖ１２＞Ｖ１１であるが故に、光電変換層１１２の内部に生成した電子が、電極１１１に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、光電変換層１１２のうち電荷蓄積用電極１１４の近傍の電位は、より負側の値となる。
垂直駆動回路２１は、電荷蓄積期間の後期において、リセット動作を行う。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電位がリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電位は電源線ＶＤＤの電位となる。
垂直駆動回路２１は、リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、垂直駆動回路２１は、電荷転送期間において、電極１１１に電位Ｖ２１を印加し、電荷蓄積用電極１１４に電位Ｖ２２（Ｖ２２＞Ｖ２１）を印加する。これにより、光電変換層１１２のうち電荷蓄積用電極１１４の近傍に止まっていた電子は、電極１１１、更には、フローティングディフュージョンＦＤへと読み出される。即ち、光電変換層１１２に蓄積された電荷がカラム信号処理回路２２に読み出される。このように、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作を行うことにより、光電変換部１１Ｇからの電荷の読み出しが完了する。
次に、光電変換部１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出しについて説明する。
ｎ型半導体領域１４１に入射した光はｎ型半導体領域１４１において光電変換され、それによって生成した電荷は、ｎ型半導体領域１４１内に蓄積される。このとき、垂直駆動回路２１は、転送トランジスタＴＲのゲート電極１５８にオン電圧を印加する。これにより、ｎ型半導体領域１４１内に蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲを介してフローティングディフュージョンＦＤへと読み出される。即ち、ｎ型半導体領域１４１に蓄積された電荷がカラム信号処理回路２２に読み出される。このようにして、光電変換部１１Ｂからの電荷の読み出しが完了する。
ｎ型半導体領域１４１を透過し、ｎ型半導体領域１４２に入射した光はｎ型半導体領域１４２において光電変換され、それによって生成した電荷は、ｎ型半導体領域１４２内に蓄積される。このとき、垂直駆動回路２１は、転送トランジスタＴＲのゲートにオン電圧を印加する。これにより、ｎ型半導体領域１４２内に蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲを介してフローティングディフュージョンＦＤへと読み出される。即ち、ｎ型半導体領域１４２に蓄積された電荷がカラム信号処理回路２２に読み出される。このようにして、光電変換部１１Ｒからの電荷の読み出しが完了する。
垂直駆動回路２１は、上述の読み出し動作を組み合わせることによって、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出し動作を行う。垂直駆動回路２１は、例えば、図６、図７に示したように、第１アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ３）の２つの光電変換部１１Ｂ、および２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂに対して、順次、読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスの２つの光電変換部１１Ｂ、および２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。
次に、垂直駆動回路２１は、例えば、図６、図７に示したように、第１アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ１）の２つの光電変換部１１Ｇと、第２アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ２）の２つの光電変換部１１Ｇとに対して、順次かつ並列に、読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスの２つの光電変換部１１Ｇの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出されると同時に、第２アドレスの２つの光電変換部１１Ｇの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。
次に、垂直駆動回路２１は、例えば、図６、図７に示したように、第１アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ３）において未読の２つの光電変換部１１Ｒに対して、順次、読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスにおいて未読の２つの光電変換部１１Ｒの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。
次に、垂直駆動回路２１は、例えば、図６、図７に示したように、第２アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ４）の２つの光電変換部１１Ｂ、２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂに対して、順次、読み出し動作を行う。これにより、第２アドレスの２つの光電変換部１１Ｂ、２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。
次に、垂直駆動回路２１は、例えば、図６、図７に示したように、第１アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ１）において未読の２つの光電変換部１１Ｇと、第２アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ２）において未読の２つの光電変換部１１Ｇとに対して、順次かつ並列に、読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスにおいて未読の２つの光電変換部１１Ｇの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出されると同時に、第２アドレスにおいて未読の２つの光電変換部１１Ｇの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。
最後に、垂直駆動回路２１は、例えば、図６、図７に示したように、第２アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ４）において未読の２つの光電変換部１１Ｒに対して、順次、読み出し動作を行う。これにより、第２アドレスにおいて未読の２つの光電変換部１１Ｒの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。このようにして、第１アドレスおよび第２アドレスの各光電変換部からの読み出し動作が完了する。その後、垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、各光電変換部からの読み出し動作を行う。このようにして、各光電変換部からの読み出し動作が完了する。
なお、第１アドレスおよび第２アドレスの各光電変換部からの電荷読み出し手順は、図７の記載に限定されるものではない。垂直駆動回路２１は、例えば、データ出力線ＶＳＬ１，ＶＳＬ２の双方をできるだけ同時に、読み出しに使うことができるよう、読み出し動作を行ってもよい。
[効果]
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
本実施の形態では、各駆動配線ＶＯＡは、各単位画素列において、グループＧｒｏｕｐ１に属する光電変換部１１Ｇと、グループに属する光電変換部１１Ｇとに接続されている。これにより、光電変換部１１Ｇごとに駆動配線ＶＯＡを設けた場合と比べて、駆動配線ＶＯＡの数を減らすことができる。ここで、駆動配線ＶＯＡは、積層型光電変換素子において下方に設けられた光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに入射する光を遮る場合がある。従って、駆動配線ＶＯＡの数を減らす構成とすることにより、光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの開口率を高くすることができる。
また、本実施の形態では、複数のデータ出力線ＶＳＬが単位画素列ごとに２本ずつ設けられている。さらに、各単位画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ１はグループＧｒｏｕｐ１に対応する画素回路１２（１２Ｇ）に接続され、他方のデータ出力線ＶＳＬ２はグループＧｒｏｕｐ２に対応する画素回路１２（１２Ｇ）に接続されている。これにより、例えば、グループＧｒｏｕｐ１内の光電変換部１１Ｇの電荷と、グループＧｒｏｕｐ２内の光電変換部１１Ｇの電荷とを同時に読み出すことが可能となる。従って、各単位画素列において、データ出力線ＶＳＬを１本しか設けない場合と比べて、高いデータ読み出し効率を実現することができる。
また、本実施の形態では、各駆動配線ＶＯＡが接続される、グループＧｒｏｕｐ１に属する光電変換部１１Ｇと、グループＧｒｏｕｐ２に属する光電変換部１１Ｇとが、単位画素列と平行な方向において、互い違いに配置されている。これにより、データ出力線ＶＳＬごとの容量を揃えることが可能となる。その結果、データ出力線ＶＳＬの電位変化時の時定数を揃えることができ、読み出し時間の均一化を図ることが可能となる。
また、本実施の形態では、光電変換部１１Ｂ，１１Ｒから出力された電荷に基づく画素信号を出力する画素回路１２（１２ＢＲ）が、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを２つのグループ（グループＧｒｏｕｐ３，４）に分けたときのグループごとに設けられている。さらに、各単位画素列において、共有する画素回路１２（１２ＢＲ）が互いに異なる、グループＧｒｏｕｐ３に属する複数の光電変換部１１Ｂ，１１ＲおよびグループＧｒｏｕｐ４に属する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに着目したときに、一方のデータ出力線ＶＳＬ１はグループＧｒｏｕｐ３に属する各光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに接続され、他方のデータ出力線ＶＳＬ２はグループＧｒｏｕｐ４に属する各光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに接続されている。これにより、グループＧｒｏｕｐ３内の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの電荷と、グループＧｒｏｕｐ３内の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの電荷とを同時に読み出すことが可能となる。
また、本実施の形態では、グループＧｒｏｕｐ３，４のそれぞれには、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒが含まれている。これにより、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒの平面レイアウトを効率的にできる場合がある。
また、本実施の形態において、各積層型光電変換素子において、各光電変換部１１Ｇが、有機材料によって形成された光電変換層１１２を有する場合には、半導体層とは異なる特徴を持つ光電変換特性を実現することも可能となる。
＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態に係る固体撮像装置１の変形例について説明する。
[[変形例Ａ]]
図８は、上記実施の形態に係る光電変換部１１Ｇおよびその周辺の回路構成の一変形例を表す。上記実施の形態では、単位画素列において、各駆動配線ＶＯＡが、２つのグループＧｒｏｕｐ１，Ｇｒｏｕｐ２で共有されていた。しかし、上記実施の形態において、単位画素列において、各駆動配線ＶＯＡが、２つのグループで共有されず、グループＧｒｏｕｐ５ごとに設けられていてもよい。この場合、単位画素列において、各グループＧｒｏｕｐ５に含まれる光電変換部１１Ｇの数と等しい数の駆動配線ＶＯＡが、グループＧｒｏｕｐ５ごとに設けられている。つまり、複数の駆動配線ＶＯＡは、各単位画素列において、画素回路１２Ｇを共有する複数の光電変換部１１Ｇごとに１つずつ設けられている。例えば、各グループＧｒｏｕｐ５に４つの光電変換部１１Ｇが含まれている場合には、単位画素列において、４本の駆動配線ＶＯＡが、Ｇｒｏｕｐ５ごとに設けられている。
このとき、各グループＧｒｏｕｐ５において、複数の光電変換部１１Ｇは、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有し、このフローティングディフュージョンＦＤに画素回路１２Ｇが接続される。つまり、複数の画素回路１２Ｇは、グループＧｒｏｕｐ５ごとに１つずつ設けられている。このとき、さらに、各画素回路１２Ｇは、単位画素列において、共通のデータ出力線ＶＳＬ１に接続される。
図９は、上記実施の形態に係る光電変換部１１Ｂ，１１Ｒおよびその周辺の回路構成の一変形例を表す。上記実施の形態では、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを含むグループＧｒｏｕｐ３，４が設けられ、複数の画素回路１２ＢＲが、グループＧｒｏｕｐ３，４ごとに１つずつ設けられていた。しかし、上記実施の形態において、グループＧｒｏｕｐ３，４の代わりに、複数の光電変換部１１Ｂを含むグループＧｒｏｕｐ６と、複数の光電変換部１１Ｒを含むグループＧｒｏｕｐ７とが設けられていてもよい。
この場合に、複数の画素回路１２ＢＲの代わりに、複数の画素回路１２Ｂおよび複数の画素回路１２Ｒが設けられ、複数の画素回路１２Ｂは、グループＧｒｏｕｐ６ごとに１つずつ設けられ、複数の画素回路１２Ｒは、グループＧｒｏｕｐ７ごとに１つずつ設けられている。このとき、各グループＧｒｏｕｐ６において、複数の光電変換部１１Ｂは、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有し、このフローティングディフュージョンＦＤに画素回路１２Ｂが接続される。また、各グループＧｒｏｕｐ７において、複数の光電変換部１１Ｒは、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有し、このフローティングディフュージョンＦＤに画素回路１２Ｒが接続される。このとき、さらに、各画素回路１２Ｂは、単位画素列において、共通のデータ出力線ＶＳＬ２に接続され、各画素回路１２Ｒは、単位画素列において、共通のデータ出力線ＶＳＬ３に接続される。
図１０は、図８、図９に記載の回路構成を簡易にまとめた図である。複数のデータ出力線ＶＳＬは、単位画素列ごとに、積層型光電変換素子における光電変換素子１１０，１２０，１３０の積層数の整数倍の数だけ設けられている。本変形例では、例えば、図１０に示したように、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、単位画素列ごとに、３本ずつ（つまり、積層数と同じ数だけ）設けられており、各単位画素列において、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒの波長選択性の種類ごとに１本ずつ設けられている。
[読み出し動作]
図１１は、図１０に記載の回路構成を備えた固体撮像装置１におけるデータ出力の一例を表す。
垂直駆動回路２１は、上記実施の形態で言及した読み出し動作を組み合わせることによって、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出し動作を行う。垂直駆動回路２１は、例えば、図１０、図１１に示したように、第１アドレス（またはＧｒｏｕｐ５，６，７）の１つの光電変換部１１Ｇ、１つの光電変換部１１Ｒおよび１つの光電変換部１１Ｂに対して、同時に読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂ、１つの光電変換部１１Ｒおよび１つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３を介してカラム信号処理回路２２に同時に読み出される。
その後、垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、第１アドレスに属する未読の１つの光電変換部１１Ｇ、１つの光電変換部１１Ｒおよび１つの光電変換部１１Ｂに対して、同時に読み出し動作を行う。このようにして、第１アドレスの各光電変換部からの読み出し動作が完了する。垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、第２アドレスに属する１つの光電変換部１１Ｇ、１つの光電変換部１１Ｒおよび１つの光電変換部１１Ｂに対して、同時に読み出し動作を行う。このようにして、第１アドレスおよび第２アドレスの各光電変換部からの読み出し動作が完了する。その後、垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、各光電変換部からの読み出し動作を行う。このようにして、各光電変換部からの読み出し動作が完了する。
[効果]
次に、本変形例に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
本変形例では、複数のデータ出力線ＶＳＬが、所定の単位画素列ごとに、積層型光電変換素子における光電変換素子１１０，１２０，１３０の積層数と同じ数だけ設けられている。これにより、所定の単位画素列ごとに１本ずつデータ出力線を設けた場合と比べて、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例では、複数の画素回路１２は、グループＧｒｏｕｐ５，６，７ごとに１つずつ設けられ、複数のデータ出力線ＶＳＬは、各単位画素列において、光電変換素子１１０，１２０，１３０の波長選択性の種類（３種類）ごとに１本ずつ設けられている。これにより、所定の単位画素列ごとに１本ずつデータ出力線を設けた場合と比べて、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例では、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部２２Ａが設けられている。これにより、各データ出力線ＶＳＬからデータを同時に読み出すことができるので、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例において、各積層型光電変換素子において、各光電変換部１１Ｇが、有機材料によって形成された光電変換層１１２を有する場合には、半導体層とは異なる特徴を持つ光電変換特性を実現することも可能となる。
本変形例において、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、各単位画素列において、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒの波長選択性の種類ごとに複数本ずつ設けられていてもよい。例えば、図１２に示したように、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、単位画素列ごとに、６本ずつ設けられていてもよい。ここで、６本は、積層数の２倍の数に相当し、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒの波長選択性の種類ごとに２本ずつ設けたことを意味している。このようにした場合には、例えば、図１３に示したように、同時に読み出せる画素行を増やすことができる。従って、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例において、例えば、図１４に示したように、複数の画素回路１２Ｇが２つの光電変換部１１Ｇごとに１つずつ設けられていてもよい。同様に、例えば、図１４に示したように、複数の画素回路１２Ｂが２つの光電変換部１１Ｂごとに１つずつ設けられていてもよい。同様に、例えば、図１４に示したように、複数の画素回路１２Ｒが２つの光電変換部１１Ｒごとに１つずつ設けられていてもよい。このようにした場合であっても、所定の単位画素列ごとに１本ずつデータ出力線を設けた場合と比べて、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例において、例えば、図１５に示したように、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、単位画素列ごとに、６本ずつ設けられていてもよい。ここで、６本は、積層数の２倍の数に相当し、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒの波長選択性の種類ごとに２本ずつ設けたことを意味している。このようにした場合には、同時に読み出せる画素行を増やすことができる。従って、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例において、例えば、図１６に示したように、複数の画素回路１２Ｇが１つの光電変換部１１Ｇごとに１つずつ設けられていてもよい。同様に、例えば、図１６に示したように、複数の画素回路１２Ｂが１つの光電変換部１１Ｂごとに１つずつ設けられていてもよい。同様に、例えば、図１６に示したように、複数の画素回路１２Ｒが１つの光電変換部１１Ｒごとに１つずつ設けられていてもよい。このようにした場合であっても、所定の単位画素列ごとに１本ずつデータ出力線を設けた場合と比べて、データを高速に読み出すことができる。
また、本変形例において、例えば、図１７に示したように、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、単位画素列ごとに、６本ずつ設けられていてもよい。ここで、６本は、積層数の２倍の数に相当し、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒの波長選択性の種類ごとに２本ずつ設けたことを意味している。このようにした場合には、同時に読み出せる画素行を増やすことができる。従って、データを高速に読み出すことができる。
[[変形例Ｂ]]
図１８は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１における画素１１の断面構成の一変形例を表す。上記実施の形態およびその変形例では、各画素１１には、１つの光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）だけが設けられていた。しかし、例えば、図１８に示したように、各画素１１において、２つの光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）が設けられていてよい。この場合、各画素１１において、半導体基板１４０上の１つの光電変換素子が２つの光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）によって構成されているとも言える。各画素１１において、２つの光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）は、受光面と平行な同一の面内に配置されている。この場合、各画素１１に設けられた２つの光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）から得られる画素信号を用いて、ＡＦ（オートフォーカス）用の画像（位相差画像）を得ることが可能となる。
図１９は、図１８の断面構成を備えた固体撮像装置１における画素およびその周辺の回路構成の一例を表す。本変形例では、複数の画素回路１２Ｇは、各画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇごとに１つずつ設けられている。さらに、複数の画素回路１２ＢＲは、所定の波長選択性を有する１つの光電変換部１１Ｂおよび１つの光電変換部１１Ｒごとに１つずつ設けられている。複数の画素回路１２ＢＲは、固体撮像装置１に設けられた複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを複数のグループに分けたときのグループごとに１つずつ設けられている。各グループに含まれる光電変換部１１Ｂの数は、各グループで共通である。同様に、各グループに含まれる光電変換部１１Ｒの数は、各グループで共通である。
ここで、複数の駆動配線ＶＯＡは、画素列ごとに２本ずつ設けられている。各画素行において、一方の駆動配線ＶＯＡは、各画素１１の一方の光電変換部１１Ｇ（具体的には電極１１１）に接続され、他方の駆動配線ＶＯＡは、各画素１１の他方の光電変換部１１Ｇ（具体的には電極１１１）に接続されている。
また、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒにおいて、グループは、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有する１つの光電変換部１１Ｂおよび１つの光電変換部１１Ｒごとに設定される。従って、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有する１つの光電変換部１１Ｂおよび１つの光電変換部１１Ｒによって１つのグループが形成される。
本変形例では、固体撮像装置１に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、画素１１と対応関係にある単位画素列（つまり画素列）ごとに、２本ずつ設けられている。このとき、各画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１）は各画素回路１２Ｇに接続され、他方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ２）は画素回路１２ＢＲに接続されている。各画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇと、光電変換部１１Ｂおよび光電変換部１１Ｒとは、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置に配置されている。
[読み出し動作]
図２０は、図１９に記載の回路構成を備えた固体撮像装置１におけるデータ出力の一例を表す。
垂直駆動回路２１は、上記実施の形態で言及した一連の読み出し動作によって、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出し動作を行う。垂直駆動回路２１は、例えば、図１９、図２０に示したように、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｇ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの一方）と、第２アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ７）の１つの光電変換部１１Ｂとに対して、同時に読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの一方）の電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に読み出されると同時に、第２アドレスの１つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に読み出される。
次に、垂直駆動回路２１は、例えば、図１９、図２０に示したように、第１アドレスにおいて未読の１つの光電変換部１１Ｇ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの他方）と、第２アドレス（またはグループＧｒｏｕｐ７）の１つの光電変換部１１Ｒとに対して、同時に読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスにおいて未読の１つの光電変換部１１Ｂ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの他方）の電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に読み出されると同時に、第２アドレスの１つの光電変換部１１Ｒの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に読み出される。このようにして、第１アドレスおよび第２アドレスの各光電変換部からの読み出し動作が完了する。その後、垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、各光電変換部からの読み出し動作を行う。このようにして、各光電変換部からの読み出し動作が完了する。
[効果]
次に、本変形例に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
本変形例では、データ出力線ＶＳＬが画素列ごとに２本ずつ設けられており、各画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ１は各画素回路１２Ｇに接続されており、他方のデータ出力線ＶＳＬ２は各画素回路１２ＢＲに接続されている。さらに、この固体撮像装置１では、各画素１１には、２つの光電変換部１１Ｇが設けられている。これにより、例えば、２つの光電変換部１１Ｇのデータを読み出している間に、他の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒのデータを読み出すことができる。その結果、オートフォーカス用の位相差データを得るために別途、時間を設ける必要がない。従って、オートフォーカス用の位相差データを得るために別途、時間を設けた場合と比べて、高いデータ読み出し効率を実現することができる。
また、本変形例では、複数の駆動配線ＶＯＡが、画素列ごとに２本ずつ設けられている。さらに、各画素列において、一方の駆動配線ＶＯＡは画素１１内の一方の光電変換部１１Ｇに接続され、他方の前駆動配線ＶＯＡは画素１１内の他方の光電変換部１１Ｇに接続されている。これにより、例えば、２つの光電変換部１１Ｇのデータを読み出している間に、他の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒのデータを読み出すことができる。その結果、オートフォーカス用の位相差データを得るために別途、時間を設ける必要がない。従って、オートフォーカス用の位相差データを得るために別途、時間を設けた場合と比べて、高いデータ読み出し効率を実現することができる。
また、本変形例において、各積層型光電変換素子において、各光電変換部１１Ｇが、有機材料によって形成された光電変換層１１２を有する場合には、半導体層とは異なる特徴を持つ光電変換特性を実現することも可能となる。
[[変形例Ｃ]]
図２１、図２２は、上記変形例Ｂに係る固体撮像装置１における画素１１およびその周辺の回路構成の一変形例を表す。図２１には、「位相差検出モード」のときの接続態様が示されている。図２２には、「高速読み出しモード」のときの接続態様が示されている。上記変形例Ｂにおいて、ロジック回路２０は、複数のデータ出力線ＶＳＬのうち２本のいずれかと、カラム信号処理部２２Ａとの接続を切り替える切替スイッチＳＷを有していてもよい。スイッチＳＷは、例えば、データ出力線ＶＳＬ２，ＶＳＬ３およびデータ出力線ＶＳＬ２用のカラム信号処理部２２Ａに接続されている。
このとき、スイッチＳＷは、システム制御回路２４による制御によって、データ出力線ＶＳＬ２，ＶＳＬ３のうちいずれかと、データ出力線ＶＳＬ２用のカラム信号処理部２２Ａとを電気的に接続する。システム制御回路２４は、「位相差検出モード」のときに、スイッチＳＷに対して、データ出力線ＶＳＬ２，ＶＳＬ３を交互に選択する制御信号を出力する。このとき、システム制御回路２４は、データ出力線ＶＳＬ３用のカラム信号処理部２２Ａへの給電をオフし、データ出力線ＶＳＬ２，ＶＳＬ３に出力された画素信号を、データ出力線ＶＳＬ２用のカラム信号処理部２２Ａに読み出させる。システム制御回路２４は、「高速読み出しモード」のときに、スイッチＳＷに対して、データ出力線ＶＳＬ２を選択する制御信号を出力する。このとき、システム制御回路２４は、データ出力線ＶＳＬ３用のカラム信号処理部２２Ａへの給電をオンする。
[読み出し動作]
図２３は、図２１に記載の回路構成を備えた固体撮像装置１におけるデータ出力の一例を表す。図２３には、「位相差検出モード」のときのデータ出力の一例が示されている。
（位相差検出モード）
垂直駆動回路２１は、上記実施の形態で言及した読み出し動作を組み合わせることによって、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出し動作を行う。垂直駆動回路２１は、例えば、図２１、図２３に示したように、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｇ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの一方）と、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂとに対して、同時に読み出し動作を行う。このとき、システム制御回路２４は、スイッチＳＷに対して、データ出力線ＶＳＬ２を選択する制御信号を出力するとともに、データ出力線ＶＳＬ３用のカラム信号処理部２２Ａへの給電をオフする。これにより、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの一方）の電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に読み出されると同時に、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に読み出される。
次に、垂直駆動回路２１は、例えば、図２１、図２３に示したように、第１アドレスにおいて未読の１つの光電変換部１１Ｇ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの他方）と、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｒとに対して、同時に読み出し動作を行う。このとき、システム制御回路２４は、スイッチＳＷに対して、データ出力線ＶＳＬ３を選択する制御信号を出力するとともに、データ出力線ＶＳＬ３用のカラム信号処理部２２Ａへの給電をオフする。これにより、第１アドレスにおいて未読の１つの光電変換部１１Ｂ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの他方）の電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に読み出されると同時に、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｒの電荷がデータ出力線ＶＳＬ３およびスイッチＳＷを介してカラム信号処理回路２２に読み出される。このようにして、第１アドレスの各光電変換部からの読み出し動作が完了する。その後、垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、各光電変換部からの読み出し動作を行う。このようにして、各光電変換部からの読み出し動作が完了する。
図２４は、図２１に記載の回路構成を備えた固体撮像装置１におけるデータ出力の一例を表す。図２４には、「高速読み出しモード」のときのデータ出力の一例が示されている。
（高速読み出しモード）
垂直駆動回路２１は、上記実施の形態で言及した一連の読み出し動作によって、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出し動作を行う。垂直駆動回路２１は、例えば、図２２、図２４に示したように、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｇ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの一方）と、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂおよび１つの光電変換部１１Ｒとに対して、同時に読み出し動作を行う。このとき、システム制御回路２４は、スイッチＳＷに対して、データ出力線ＶＳＬ２を選択する制御信号を出力するとともに、データ出力線ＶＳＬ３用のカラム信号処理部２２Ａへの給電をオンする。これにより、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂ（画素１１に含まれる２つの光電変換部１１Ｇのうちの一方）の電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に読み出され、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に読み出され、第１アドレスの１つの光電変換部１１Ｒの電荷がデータ出力線ＶＳＬ３を介してカラム信号処理回路２２に読み出される。その後、垂直駆動回路２１およびシステム制御回路２４は、同様の方法で繰り返し、各光電変換部に対して、同時に読み出し動作を行う。このようにして、各光電変換部からの読み出し動作が完了する。
[効果]
次に、本変形例に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
本変形例では、複数のデータ出力線ＶＳＬのうち２本のいずれかと、カラム信号処理部２２Ａとの接続を切り替える切替スイッチＳＷが設けられている。これにより、カラム信号処理回路２２における電力消費を抑えつつ、オートフォーカス用の位相差データを、高いデータ読み出し効率で読み出すことができる。
[[変形例Ｄ]]
図２５は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１における画素１１の断面構成の一変形例を表す。上記実施の形態およびその変形例では、光電変換素子１２０が半導体基板１４０内に設けられていた。しかし、上記実施の形態およびその変形例において、光電変換素子１２０が半導体基板１４０の上方に設けられていてもよい。光電変換素子１２０は、例えば、図２５に示したように、光電変換素子１１０の上に設けられていてもよい。
光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１２０、光電変換素子１１０、光電変換素子１３０の順となっている。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順となっていてもよい。
本変形例では、光電変換素子１２０は、例えば、光電変換素子１１０上の絶縁層（保護層１１７、絶縁層１２５および保護層１２６）内に形成されており、例えば、電極１２１、光電変換層１２２および電極１２３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成されている。
光電変換素子１２０は、さらに、例えば、電極１２１と同一の層内に、電極１２１と離間して配置された電荷蓄積用電極１２４を有している。電荷蓄積用電極１２４は、絶縁層１２５を介して光電変換層１２２と対向して配置されている。電極１２１および電荷蓄積用電極１２４は、保護層１１７、絶縁層１２５によって覆われており、電極１２１は、絶縁層１２５の開口を介して光電変換層１２２に接している。電極１２３は、光電変換層１２２および絶縁層１２５の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１１の電極１２３と共通の層によって構成されている。
光電変換素子１２０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１２２を有しており、青色の光に感度を有している。光電変換層１２２は、例えば、青色の光を吸収する有機材料によって構成されている。そのような有機材料としては、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等が挙げられる。なお、光電変換層１２２は、有機材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。保護層１１７、絶縁層１２５および保護層１２６は、例えば、ＳｉＯ２や、ＳｉＮ等によって構成されている。電極１２１，１２３は、例えば、透明導電材料によって構成されている。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯや、ＩＺＯ等が挙げられる。なお、光電変換層１２２は、有機材料に限定されるものではなく、例えば、無機材料によって構成されていてもよい。そのような無機材料としては、例えば、シリコン、セレン、アモルファスセレン、カルコパライト系化合物、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、化合物半導体（例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等）を挙げることができる。光電変換層１２２は、上記無機材料からなる量子ドットによって構成されていてもよい。
光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１６２等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１６３に接続されている。配線１６３は、光電変換素子１２０の電極１２１と、光電変換素子１２０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１６４）とを電気的に接続している。
本変形例では、光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０内に形成されたｎ型半導体領域１６１を光電変換層として有している。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１６１を有しており、赤色の光に感度を有している。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１６１と、光電変換素子１３０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１６５）とを電気的に接続している。
半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１６１と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有している。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有している。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられており、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ２膜１５１および絶縁膜１５２が積層されている。ＨｆＯ２膜１５１は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２とを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２などを覆う絶縁層１５５が形成されている。
次に、光電変換素子１２０（光電変換部１１Ｂ）からの電荷の読み出しについて説明する。
垂直駆動回路２１は、電荷蓄積期間において、電極１２１に電位Ｖ１１を印加し、電荷蓄積用電極１２４に電位Ｖ１２が（Ｖ１２＞Ｖ１１）を印加する。このとき、光電変換層１２２に入射した光は光電変換層１２２において光電変換され、それによって生成した正孔は、電極１２３から駆動配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路２１へと送出される。垂直駆動回路２１は、さらに、電極１２１に正の電位を印加し、電極１２３に負の電位を印加する。これにより、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極１２４に引き付けられ、光電変換層１２２のうち電荷蓄積用電極１２４の近傍に止まる。即ち、光電変換層１２２に電荷が蓄積される。なお、Ｖ１２＞Ｖ１１であるが故に、光電変換層１２２の内部に生成した電子が、電極１２１に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、光電変換層１２２のうち電荷蓄積用電極１２４の近傍の電位は、より負側の値となる。
垂直駆動回路２１は、電荷蓄積期間の後期において、リセット動作を行う。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電位がリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電位は電源線ＶＤＤの電位となる。
垂直駆動回路２１は、リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、垂直駆動回路２１は、電荷転送期間において、電極１２１に電位Ｖ２１を印加し、電荷蓄積用電極１２４に電位Ｖ２２（Ｖ２２＞Ｖ２１）を印加する。これにより、光電変換層１２２のうち電荷蓄積用電極１２４の近傍に止まっていた電子は、電極１２１、更には、フローティングディフュージョンＦＤへと読み出される。即ち、光電変換層１２２に蓄積された電荷がカラム信号処理回路２２に読み出される。このように、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作を行うことにより、光電変換素子１２０（光電変換部１１Ｂ）からの電荷の読み出しが完了する。
本変形例では、２つの光電変換素子１２０，１３０が半導体基板１４０の上方に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
[[変形例Ｅ]]
図２６は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１における画素１１の断面構成の一変形例を表す。本変形例では、３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０全てが、半導体基板１４０の上方に設けられている。つまり、本変形例にかかる固体撮像装置１は、上記変形例Ｄに係る固体撮像装置１において、光電変換素子１３０を半導体基板１４０の上方に設けた装置に相当する。
光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１２０、光電変換素子１１０、光電変換素子１３０の順となっている。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順となっていてもよい。
本変形例では、光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板４０の表面と光電変換素子１１０との間の絶縁層（絶縁層１２７，１２８，１１５）内に形成されており、例えば、電極１３１、光電変換層１３２および電極１３３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成されている。
光電変換素子１３０は、さらに、例えば、電極１３１と同一の層内に、電極１３１と離間して配置された電荷蓄積用電極１３４を有している。電荷蓄積用電極１３４は、絶縁層１２８を介して光電変換層１３２と対向して配置されている。電極１３１および電荷蓄積用電極１３４は、絶縁層１２７，１２８によって覆われており、電極１３１は、絶縁層１２８の開口を介して光電変換層１３２に接している。電極１３３は、光電変換層１３２および絶縁層１２５の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１１の電極１３３と共通の層によって構成されている。
光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１３２を有しており、赤色の光に感度を有している。光電変換層１３２は、例えば、赤色の光を吸収する有機材料によって構成されている。そのような有機材料としては、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）色素等が挙げられる。なお、光電変換層１３２は、有機材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。絶縁層１２７，１２８は、例えば、ＳｉＯ２や、ＳｉＮ等によって構成されている。電極１３，１３３は、例えば、透明導電材料によって構成されている。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯや、ＩＺＯ等が挙げられる。なお、光電変換層１３２は、有機材料に限定されるものではなく、例えば、無機材料によって構成されていてもよい。そのような無機材料としては、例えば、シリコン、セレン、アモルファスセレン、カルコパライト系化合物、ＩＩＩ－Ｖ族化合物、化合物半導体（例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等）を挙げることができる。光電変換層１３２は、上記無機材料からなる量子ドットによって構成されていてもよい。
光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１６６等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１６７に接続されている。配線１６７は、光電変換素子１３０の電極１３１と、光電変換素子１３０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１６８）とを電気的に接続している。
次に、光電変換素子１３０（光電変換部１１Ｒ）からの電荷の読み出しについて説明する。
垂直駆動回路２１は、電荷蓄積期間において、電極１３１に電位Ｖ１１を印加し、電荷蓄積用電極１３４に電位Ｖ１２が（Ｖ１２＞Ｖ１１）を印加する。このとき、光電変換層１３２に入射した光は光電変換層１３２において光電変換され、それによって生成した正孔は、電極１３３から駆動配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路２１へと送出される。垂直駆動回路２１は、さらに、電極１３１に正の電位を印加し、電極１３３に負の電位を印加する。これにより、光電変換によって生成した電子は、電荷蓄積用電極１３４に引き付けられ、光電変換層１３２のうち電荷蓄積用電極１３４の近傍に止まる。即ち、光電変換層１３２に電荷が蓄積される。なお、Ｖ１２＞Ｖ１１であるが故に、光電変換層１３２の内部に生成した電子が、電極１３１に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、光電変換層１３２のうち電荷蓄積用電極１３４の近傍の電位は、より負側の値となる。
垂直駆動回路２１は、電荷蓄積期間の後期において、リセット動作を行う。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電位がリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤの電位は電源線ＶＤＤの電位となる。
垂直駆動回路２１は、リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、垂直駆動回路２１は、電荷転送期間において、電極１３１に電位Ｖ２１を印加し、電荷蓄積用電極１３４に電位Ｖ２２（Ｖ２２＞Ｖ２１）を印加する。これにより、光電変換層１３２のうち電荷蓄積用電極１３４の近傍に止まっていた電子は、電極１３１、更には、フローティングディフュージョンＦＤへと読み出される。即ち、光電変換層１３２に蓄積された電荷がカラム信号処理回路２２に読み出される。このように、電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作を行うことにより、光電変換部１１Ｒからの電荷の読み出しが完了する。
本変形例では、３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０全てが、半導体基板１４０の上方に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
＜３．第２の実施の形態＞
[構成]
図２７は、本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置２の概略構成の一例を表す。固体撮像装置２は、複数の画素３１が行列状に配置された画素領域３０を備えている。図２８は、画素３１の断面構成の一例を表す。図２９は、画素３１およびその周辺の回路構成の一例を表す。図２９には、「所定の単位画素列」における回路構成が示されている。「所定の単位画素列」とは、１つの画素回路１２が複数の画素３１を共有している場合、画素回路１２を共有する複数の画素３１のレイアウトがｍ画素行×２画素列（ｍは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素列」は、２画素列を指している。同様に、画素回路１２を共有する複数の画素３１のレイアウトがｍ画素行×４画素列（ｍは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素列」は、４画素列を指している。
固体撮像装置２は、複数の画素回路１２と、複数の駆動配線ＶＯＡと、複数のデータ出力線ＶＳＬとを備えている。画素回路１２は、画素３１から出力された電荷に基づく画素信号を出力する。駆動配線ＶＯＡは、画素３１に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向Ｄｒに延在している。データ出力線ＶＳＬは、各画素回路１２から出力された画素信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向Ｄｃに延在している。
固体撮像装置２は、画素信号を処理するロジック回路２０を備えている。ロジック回路２０は、例えば、垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２、水平駆動回路２３およびシステム制御回路２４を有している。ロジック回路２０は、各画素３１から得られた画素信号に基づいて出力電圧を生成し、外部に出力する。
垂直駆動回路２１は、例えば、複数の画素３１を所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。例えば、複数の画素３１が１つの画素回路１２を共有する場合、画素回路１２を共有する複数の画素３１のレイアウトが２画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、２画素行を指している。同様に、画素回路１２を共有する複数の画素３１のレイアウトが４画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、４画素行を指している。
カラム信号処理回路２２は、例えば、垂直駆動回路２１によって選択された行の各画素３１から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング処理を施す。カラム信号処理回路２２は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各画素３１の受光量に応じた画素データを保持する。カラム信号処理回路２２は、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部２２Ａを有している。
画素領域１０に設けられた複数の画素３１には、複数の画素３１Ａと、複数の画素３１Ｂが含まれている。画素３１Ａは、互いに異なる波長選択性を有する２つの光電変換素子１１０，１２０がカラーフィルタ１７０（１７０Ｂ）を挟んで積層された積層型光電変換素子を有している。複数の画素３１Ｂは、互いに異なる波長選択性を有する２つの光電変換素子１１０，１３０がカラーフィルタ１７０（１７０Ｒ）を挟んで積層された積層型光電変換素子を有している。つまり、各画素３１において、各積層型光電変換素子は、カラーフィルタ１７０を有している。画素３１は、さらに、例えば、上記積層型光電変換素子と対向する箇所にオンチップレンズ１６０を有している。つまり、固体撮像装置２、オンチップレンズ１６０を画素３１ごとに備えている。
光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０上の絶縁層（絶縁層１１５，１１６および保護層１１７）内に形成されている。光電変換素子１１０は、例えば、緑色の光（４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１１２を有しており、緑色の光に感度を有している。光電変換層１１２は、例えば、緑色の光を吸収する有機材料によって構成されている。そのような有機材料としては、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等が挙げられる。なお、光電変換層１１２は、有機材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。
光電変換素子１２０，１３０は，例えば、半導体基板１４０内に形成されている。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０内に形成されたｎ型半導体領域１４６を光電変換層として有している。光電変換素子１２０は、例えば、青色の光を選択的に透過するカラーフィルタ１７０Ｂを介して入射した光を吸収するｎ型半導体領域１４６を有しており、カラーフィルタ１７０Ｂを透過した光を含む波長帯域に感度を有している。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１４６と、光電変換素子１２０用の画素回路１２とを電気的に接続している。なお、図２８には、光電変換素子１２０と電気的に接続された転送トランジスタＴＲのゲート電極１５８が例示されている。
光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０内に形成されたｎ型半導体領域１４７を光電変換層として有している。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光を選択的に透過するカラーフィルタ１７０Ｒを介して入射した光を吸収するｎ型半導体領域１４７を有しており、カラーフィルタ１７０Ｒを透過した光を含む波長帯域に感度を有している。ｎ型半導体領域１４７は、ｎ型半導体領域１４６と共通の構成となっていてもよいし、ｎ型半導体領域１４６とは異なる構成となっていてもよい。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１４７と、光電変換素子１３０用の画素回路１２とを電気的に接続している。
半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１４６，１４７と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有している。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有している。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられており、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ２膜１５１および絶縁膜１５２が積層されている半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２とを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２などを覆う絶縁層１５５が形成されている。
固体撮像装置１に設けられた複数の画素回路１２には、光電変換部１１Ｇに割り当てられた複数の画素回路１２Ｇと、光電変換部１１Ｂ，１１Ｒに割り当てられた複数の画素回路１２ＢＲとが含まれている。画素回路１２Ｇは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｇから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。画素回路１２ＢＲは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｂ，１１Ｒから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。
（光電変換部１１Ｇと画素回路１２Ｇとの関係）
複数の画素回路１２Ｇは、共通する波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｇごとに１つずつ設けられている。複数の画素回路１２Ｇは、固体撮像装置２に設けられた複数の光電変換部１１Ｇを複数のグループに分けたときのグループごとに１つずつ設けられている。各グループに含まれる光電変換部１１Ｇの数は、各グループで共通である。
ここで、複数の光電変換部１１Ｇにおいて、グループは、フローティングディフュージョンＦＤを共有する複数の光電変換部１１Ｇごとに設定される。例えば、４つの光電変換部１１Ｇが１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有している場合には、フローティングディフュージョンＦＤを共有する４つの光電変換部１１Ｇによって１つのグループが形成される。
（光電変換部１１ＢＲと画素回路１２ＢＲとの関係）
複数の画素回路１２ＢＲは、所定の波長選択性を有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒごとに１つずつ設けられている。複数の画素回路１２ＢＲは、固体撮像装置２に設けられた複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを複数のグループに分けたときのグループごとに１つずつ設けられている。各グループに含まれる光電変換部１１Ｂの数は、各グループで共通である。同様に、各グループに含まれる光電変換部１１Ｒの数は、各グループで共通である。
ここで、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒにおいて、グループは、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒごとに設定される。例えば、２つの光電変換部１１Ｂおよび２つの光電変換部１１Ｒが、１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有している場合には、その１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有する２つの光電変換部１１Ｂおよび２つの光電変換部１１Ｒによって１つのグループが形成される。このとき、複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒは、各単位画素列において、単位画素列と平行な方向において、互い違いに配置されている。
複数のデータ出力線ＶＳＬは、単位画素列ごとに、積層型光電変換素子における光電変換素子１１０，１２０または光電変換素子１１０，１３０の積層数の整数倍の数だけ設けられている。本実施の形態では、例えば、図２９に示したように、固体撮像装置２に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、単位画素列ごとに、２本ずつ（つまり、積層数と同じ数だけ）設けられている。各単位画素列において、一方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１）は画素回路１２Ｇに接続され、他方のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ２）は画素回路１２ＢＲに接続されている。
所定のグループに属する複数の光電変換部１１Ｇと、所定のグループに属する複数の光電変換部１１Ｂ，１１Ｒとは、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置に配置されていてもよいし、画素領域１０の厚さ方向において互いに正対する位置から１画素行分もしくは１画素列分だけずれた位置に配置されていてもよい。
[読み出し動作]
図３０は、図２９に記載の回路構成を備えた固体撮像装置２におけるデータ出力の一例を表す。
垂直駆動回路２１は、上記第１の実施の形態で言及した読み出し動作を組み合わせることによって、光電変換部１１Ｇ，１１Ｂ，１１Ｒからの電荷の読み出し動作を行う。垂直駆動回路２１は、例えば、図２９、図３０に示したように、第１アドレスの４つの光電変換部１１Ｒと、第１アドレスの２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂとに対して、順次、読み出し動作を行う。これにより、第１アドレスの４つの光電変換部１１Ｒ、２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂの電荷がデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に順次、読み出される。その後、垂直駆動回路２１は、同様の方法で繰り返し、同一アドレスの４つの光電変換部１１Ｒ、２つの光電変換部１１Ｒおよび２つの光電変換部１１Ｂに対して、順次、読み出し動作を行う。このようにして、各光電変換部からの読み出し動作が完了する。
＜４．第２の実施の形態の変形例＞
[変形例Ｆ]
上記第２の実施の形態において、例えば、図３１に示したように、固体撮像装置２に設けられた複数のデータ出力線ＶＳＬが、単位画素列ごとに、４本ずつ（つまり、積層数の２倍の数だけ）設けられていてもよい。このようにした場合には、例えば、図３２に示したように、同時に読み出せる画素行を増やすことができる。従って、データを高速に読み出すことができる。
＜５．適用例＞
図３３は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１を備えた撮像システム３の概略構成の一例を表したものである。撮像システム３は、例えば、光学系２１０と、固体撮像装置１と、信号処理回路２２０と、表示部２３０とを備えている。
光学系２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。固体撮像装置１は、固体撮像装置１から入射された像光（入射光）を受光し、受光した像光（入射光）に応じた画素信号を信号処理回路２２０に出力する。信号処理回路２２０は、固体撮像装置１から入力された画像信号を処理して、映像データを生成する。信号処理回路２２０は、さらに、生成した映像データに対応する映像信号を生成し、表示部２３０に出力する。表示部２３０は、信号処理回路２２０から入力された映像信号に基づく映像を表示する。
本適用例では、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１が撮像システム３に適用される。これにより、固体撮像装置１を小型化もしくは高精細化することができるので、小型もしくは高精細な撮像システム３を提供することができる。
＜６．応用例＞
[応用例１]
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図３４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であってもよいし、赤外線等の非可視光であってもよい。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図３５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図３５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図３５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
[応用例２]
図３６は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図３６では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ： Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図３７は、図３６に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、高画質な内視鏡１１１００を提供することができる。
以上、実施の形態およびその変形例、適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子が積層された積層型光電変換素子を画素ごとに備えるとともに、前記光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号が出力される複数のデータ出力線を備え、
複数の前記データ出力線は、所定の単位画素列ごとに、前記積層型光電変換素子における前記光電変換素子の積層数の整数倍の数だけ設けられている
固体撮像装置。
（２）
前記光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を前記データ出力線に出力する画素回路を、共通する波長選択性を有する複数の前記光電変換素子ごとに更に備え、
複数の前記データ出力線は、各前記単位画素列において、前記光電変換素子の波長選択性の種類ごとに１本ずつもしくは複数本ずつ設けられている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を前記データ出力線に出力する画素回路を、前記光電変換素子ごとに更に備え、
複数の前記データ出力線は、各前記単位画素列において、前記光電変換素子の波長選択性の種類ごとに１本ずつもしくは複数本ずつ設けられている
（１）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記データ出力線ごとにカラム処理回路を更に備えた
（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（５）
複数の前記データ出力線のうち２本のいずれかと、前記カラム処理回路との接続を切り替える切替スイッチを更に備えた
（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（６）
各前記積層型光電変換素子は、カラーフィルタを有する
（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（７）
各前記積層型光電変換素子において、複数の前記光電変換素子のうち少なくとも１つの素子が、有機材料によって形成された光電変換層を有する
（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（８）
互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子が積層された積層型光電変換素子を画素ごとに備えるとともに、複数の前記光電変換素子のうち、所定の波長選択性を有する第１光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第１画素回路を、複数の前記光電変換素子に含まれる複数の前記第１光電変換素子を複数のグループに分けたときの前記グループごとに備え、さらに、前記光電変換素子に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される複数の駆動配線を備え、
各前記駆動配線は、前記第１画素回路の共有と対応関係にある各単位画素列において、共有する前記第１画素回路が互いに異なる、第１グループに属する複数の前記第１光電変換素子および第２グループに属する複数の前記第１光電変換素子に着目したときに、前記第１グループに属する前記第１光電変換素子と、前記第２グループに属する前記第１光電変換素子とに接続されている
固体撮像装置。
（９）
前記画素信号が出力されるデータ出力線を、前記単位画素列ごとに２本ずつ更に備え、
各前記単位画素列において、一方の前記データ出力線は前記第１グループに対応する前記第１画素回路に接続され、他方の前記データ出力線は前記第２グループに対応する前記第１画素回路に接続されている
（８）に記載の固体撮像装置。
（１０）
各前記駆動配線が接続される、前記第１グループに属する前記第１光電変換素子と、前記第２グループに属する前記第１光電変換素子とは、前記単位画素列と平行な方向において、互い違いに配置されている
（９）に記載の固体撮像装置。
（１１）
複数の前記光電変換素子のうち、前記第１光電変換素子以外の第２光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第２画素回路を、複数の前記光電変換素子に含まれる複数の前記第２光電変換素子を複数のグループに分けたときの前記グループごとに更に備え、
前記第１画素回路の共有と対応関係にある各単位画素列において、共有する前記第２画素回路が互いに異なる、第３グループに属する複数の前記第２光電変換素子および第４グループに属する複数の前記第２光電変換素子に着目したときに、一方の前記データ出力線は前記第３グループに属する各前記第２光電変換素子に接続され、他方の前記データ出力線は前記第４グループに属する各前記第２光電変換素子に接続されている
（９）または（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記第３グループおよび前記第４グループのそれぞれにおいて、複数の前記第２光電変換素子には、互いに異なる波長選択性を有する複数の前記光電変換素子が含まれている
（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
各前記積層型光電変換素子において、複数の前記光電変換素子のうち少なくとも１つの素子が、有機材料によって形成された光電変換層を有する
（８）ないし（１２）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１４）
互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子が積層された積層型光電変換素子を画素ごとに備えるとともに、複数の前記光電変換素子のうち、所定の波長選択性を有する第１光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第１画素回路を、前記第１光電変換素子ごとに備え、複数の前記光電変換素子のうち、前記第１光電変換素子以外の第２光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第２画素回路を、複数の前記光電変換素子に含まれる複数の前記第２光電変換素子を複数のグループに分けたときの前記グループごとに備え、さらに、前記画素信号が出力されるデータ出力線を画素列ごとに２本ずつ備え、
各前記画素列において、一方の前記データ出力線は各前記第１画素回路に接続されており、他方の前記データ出力線は各前記第２画素回路に接続されており、
各第１光電変換素子は、２つの光電変換部によって構成されている
固体撮像装置。
（１５）
前記光電変換部に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される駆動配線を、前記画素列ごとに２本ずつ更に備え、
各画素行において、一方の前記駆動配線は一方の前記光電変換部に接続され、他方の前記駆動配線は他方の前記光電変換部に接続されている
（１４）に記載の固体撮像装置。
（１６）
各前記積層型光電変換素子において、複数の前記光電変換素子のうち少なくとも１つの素子が、有機材料によって形成された光電変換層を有する
（１４）または（１５）に記載の固体撮像装置。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置によれば、各駆動配線を、各単位画素列において、第１グループに属する第１光電変換素子と、第２グループに属する第１光電変換素子とに接続するようにしたので、開口率の観点で、画素と駆動配線との接続が適切な固体撮像装置を実現することができる。
なお、本技術の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本出願は、日本国特許庁において２０１８年７月３１日に出願された日本特許出願番号第２０１８－１４４０６５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (6)

  1. 互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子が積層された積層型光電変換素子を画素ごとに備えるとともに、複数の前記光電変換素子のうち、所定の波長選択性を有する第１光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第１画素回路を、複数の前記光電変換素子に含まれる複数の前記第１光電変換素子を複数のグループに分けたときの前記グループごとに備え、さらに、前記光電変換素子に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される複数の駆動配線を備え、
    各前記駆動配線は、前記第１画素回路の共有と対応関係にある各単位画素列において、共有する前記第１画素回路が互いに異なる、第１グループに属する複数の前記第１光電変換素子および第２グループに属する複数の前記第１光電変換素子に着目したときに、前記第１グループに属する前記第１光電変換素子と、前記第２グループに属する前記第１光電変換素子とに接続されている
    固体撮像装置。
  2. 前記画素信号が出力されるデータ出力線を、前記単位画素列ごとに２本ずつ更に備え、
    各前記単位画素列において、一方の前記データ出力線は前記第１グループに対応する前記第１画素回路に接続され、他方の前記データ出力線は前記第２グループに対応する前記第１画素回路に接続されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 各前記駆動配線が接続される、前記第１グループに属する前記第１光電変換素子と、前記第２グループに属する前記第１光電変換素子とは、前記単位画素列と平行な方向において、互い違いに配置されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 複数の前記光電変換素子のうち、前記第１光電変換素子以外の第２光電変換素子から出力された電荷に基づく画素信号を出力する第２画素回路を、複数の前記光電変換素子に含まれる複数の前記第２光電変換素子を複数のグループに分けたときの前記グループごとに更に備え、
    前記第１画素回路の共有と対応関係にある各単位画素列において、共有する前記第２画素回路が互いに異なる、第３グループに属する複数の前記第２光電変換素子および第４グループに属する複数の前記第２光電変換素子に着目したときに、一方の前記データ出力線は前記第３グループに属する各前記第２光電変換素子に接続され、他方の前記データ出力線は前記第４グループに属する各前記第２光電変換素子に接続されている
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第３グループおよび前記第４グループのそれぞれにおいて、複数の前記第２光電変換素子には、互いに異なる波長選択性を有する複数の前記光電変換素子が含まれている
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 各前記積層型光電変換素子において、複数の前記光電変換素子のうち少なくとも１つの素子が、有機材料によって形成された光電変換層を有する
    請求項１に記載の固体撮像装置。
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