JP6202825B2 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。

従来の固体撮像装置において、被写体を撮影することによって得られる通常の撮像信号以外に、被写体までの距離の情報を表す信号（以下、「距離信号」という）を、画像信号として取得することができる固体撮像装置が知られている。このような固体撮像装置を搭載した撮像装置では、通常の撮像信号による撮像画像と、距離信号による距離画像とを得ることができる。

撮像装置における距離画像の取得では、撮影対象の空間にパルス光を照射し、所定時間後に被写体から反射されてくるパルス光を固体撮像装置が撮像することによって２次元の距離情報を取得する、いわゆる、タイム・オブ・フライト（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ、以下「ＴＯＦ」という）方式といわれる距離の計測方法が一般的に使われている。このＴＯＦ方式による距離の計測方法では、波長が長い赤外光をパルス光として被写体に照射し、パルス光を照射した瞬間から、パルス光が被写体に反射して戻ってくるまでの時間を計測することによって、この時間とパルス光（赤外光）が進む速度との関係に基づいて被写体までの距離を計測している。

このため、距離信号を取得ることができる固体撮像装置では、被写体から反射された赤外光を受光して蓄積することができる特殊な画素を形成している。そして、この固体撮像装置を搭載した撮像装置がパルス光（赤外光）を照射したタイミングに同期して、照射したパルス光を特殊な画素が受光し、受光したパルス光に応じた信号を複数回蓄積することによって、被写体までの距離に応じた大きさの距離信号を取得している。

距離信号を取得ることができる固体撮像装置における特殊な画素の配置としては、例えば、特許文献１や特許文献２のような技術が開示されている。特許文献１で開示された固体撮像装置では、固体撮像装置の画素領域内の同一平面上に、通常の撮像信号を取得する通常の画素と、距離信号を取得する特殊な画素とのそれぞれを配置している。より具体的には、距離信号を取得しない一般的な固体撮像装置において１つの組として扱われる、縦と横に隣接した赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ），緑色（Ｇ）の４つの通常の画素の内、１つの緑色（Ｇ）画素を赤外（ＩＲ）画素、つまり、特殊な画素に置き換え、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ），赤外（ＩＲ）の４つの画素を１つの組として扱う構成にしている。

また、特許文献２で開示された固体撮像装置では、画素領域内の全ての画素を特殊な画素で構成している。そして、この固体撮像装置を搭載した撮像装置において、固体撮像装置に入射する光を制限するフィルタの入れ替えや、画素からの出力信号を読み出す動作シーケンスの切り替えを行うことによって、通常の撮像信号の取得と距離信号の取得とを、フレーム毎に切り替えて取得している。

特開２００８−８７００号公報 特開２０１０−３５１６８号公報

しかしながら、特許文献１で開示された固体撮像装置では、距離信号を取得する特殊な画素を、通常の撮像信号を取得する通常の画素と同一平面上に配置しているため、特殊な画素を配置した分だけ、通常の画素の数が少なくなってしまう。このため、特許文献１で開示された固体撮像装置を搭載した撮像装置では、通常の撮像における解像度が低下してしまうという問題がある。また、通常の画素と特殊な画素とでは画素の構造が異なるが、特許文献１で開示された固体撮像装置では、異なる構造の画素を同一平面上に形成する必要があり、固体撮像装置の製造プロセスが複雑になるということも考えられる。

また、特許文献２で開示された固体撮像装置では、全ての画素が特殊な画素であるため、固体撮像装置の製造プロセスの複雑さは回避することができるが、特殊な画素の構造は、通常の撮像信号を取得するために最適な構造であるとは必ずしもいえない。このため、特許文献２で開示された固体撮像装置では、通常の撮像信号を取得するために可視光に応じた信号を蓄積しているときに、撮像信号の取得には不要な赤外光に応じた信号が、一般的な固体撮像装置よりも多く蓄積されてしまうことが考えられ、通常の撮像に好適な撮像信号を得ることができないという問題がある。

本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、被写体までの距離の情報を表す信号を画像信号として取得することができ、かつ、通常の撮像において好適な撮像信号を得ることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、光電変換部を有する画素が２次元の行列状に複数配置された画素部を具備した第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とが積層された構造の固体撮像装置であって、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とは、接続部によって電気的に接続され、前記第１のシリコン基板の前記画素部である第１の画素部内に配置された複数の前記画素である第１の画素のそれぞれが有する前記光電変換部が、入射された光に応じて発生した光電変換信号を、撮像信号として出力し、前記第２のシリコン基板の前記画素部である第２の画素部内に配置された複数の前記画素である第２の画素のそれぞれが有する前記光電変換部が、前記第１の画素部を透過して入射された光に応じて発生した光電変換信号を、距離信号として出力し、前記第１の画素から前記光電変換信号を読み出す第１の読み出し回路が前記第１のシリコン基板に配置され、前記第２の画素から前記光電変換信号を読み出す第２の読み出し回路が前記第２のシリコン基板に配置され、前記第１の読み出し回路の構成要素と前記第２の読み出し回路の構成要素との少なくとも一部を共有する、ことを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、被写体に照射する光を発光する発光部と、上記本発明の固体撮像装置と、前記発光部による前記光の発光を制御すると共に、前記第１の画素によって前記撮像信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する撮像信号取得の動作シーケンス、および前記第２の画素によって前記距離信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する距離信号取得の動作シーケンスを制御する制御部と、を備え、前記発光部が前記光を前記被写体に対して照射したときから、該光が被写体に反射して戻ってくるまでの時間に応じて信号の大きさが変わる、前記固体撮像装置から出力される前記距離信号に基づいて前記被写体までの距離を計測する、ことを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、被写体に照射する光を発光する発光部と、上記本発明の固体撮像装置と、前記発光部による前記光の発光を制御すると共に、前記第１の画素によって前記撮像信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する撮像信号取得の動作シーケンス、および前記第２の画素によって前記距離信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する距離信号取得の動作シーケンスを制御する制御部と、を備え、前記発光部が前記光を前記被写体に対して照射したときから、該光が被写体に反射して戻ってくるまでの時間に応じて信号の大きさが変わる、前記固体撮像装置から出力される前記距離信号に基づいて前記被写体までの距離を計測し、前記第２の画素は、前記光電変換部が発生した光電変換信号をリセットするリセット部、を備え、前記制御部は、前記発光部の発光と、前記第２の画素による前記距離信号取得の動作シーケンスによる前記第２の画素の駆動とを同期させ、該発光部が発光して前記被写体に対して該光を照射している間、前記光電変換部が前記被写体に反射して戻ってきた該光を露光し、該光電変換部が発生した光電変換信号を前記第２の保持部に転送させ、前記発光部の発光が停止している間、前記光電変換部が発生した光電変換信号をリセットする制御を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、被写体までの距離の情報を表す信号を画像信号として取得することができ、かつ、通常の撮像において好適な撮像信号を得ることができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態による固体撮像装置における基板の接続構成を示した概観図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ部内の撮像信号取得用画素の概略構成の一例を示した回路図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ部内の距離信号取得用画素の概略構成の一例を示した回路図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置における画素の構造と配置を説明する図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置において距離信号を取得する動作シーケンスのタイミングを示したタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による固体撮像装置における画素の構造と配置を説明する図である。 本発明の第３の実施形態による固体撮像装置における基板の接続構成を示した概観図である。 本発明の実施形態による固体撮像装置を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明は、例示のために特定の詳細な内容が含まれている。しかし、当業者であれば、以下に説明する詳細な内容に様々な変更を加えた場合であっても、本発明の範囲を超えないことは理解できるであろう。従って、以下に説明する本発明の例示的な実施形態は、権利を請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。

図１は、本第１の実施形態による固体撮像装置における基板の接続構成を示した概観図である。本第１の実施形態の固体撮像装置１は、第１の基板１０と、第２の基板２０と、基板間接続部３０とから構成される。固体撮像装置１は、図１（ａ）に示したように、第１の基板１０と第２の基板２０との２つのチップが積層され、第１の基板１０と第２の基板２０とが基板間接続部３０で接続された構成である。

第１の基板１０には、通常の撮影において可視光に応じた信号を蓄積する通常の画素（以下、「撮像信号取得用画素」という）が形成され、撮像信号取得用画素が蓄積した可視光に応じた信号を撮像信号として読み出す読み出し回路を備えている。また、第２の基板２０には、被写体までの距離を表す情報を取得するために、赤外光に応じた信号を蓄積する特殊な画素（以下、「距離信号取得用画素」という）が形成され、距離信号取得用画素が蓄積した赤外光に応じた信号を距離信号として読み出す読み出し回路を備えている。

そして、第２の基板２０に備えた読み出し回路によって読み出された距離信号は、基板間接続部３０を介して第１の基板１０に出力され、第１の基板１０を経由して固体撮像装置１の外部に出力される。すなわち、固体撮像装置１では、固体撮像装置１から撮像信号を外部に出力するためのパッドと、固体撮像装置１から距離信号を外部に出力するためのパッドとを共有している。

第１の基板１０は、形成された撮像信号取得用画素に、配線層の反対側から被写体光（可視光）が入射される裏面照射（ＢａｃｋＳｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＢＳＩ）型のシリコン基板である。第１の基板１０は、図１（ｂ）に示したように、画素アレイ部１１と、垂直読み出し回路１２と、カラム信号処理回路１３と、水平読み出し回路１４と、出力アンプ１５とから構成される。

画素アレイ部１１は、複数の撮像信号取得用画素が２次元の行列状に配置されている。画素アレイ部１１内のそれぞれの撮像信号取得用画素は、入射した可視光に応じた信号を蓄積し、垂直読み出し回路１２から入力された制御信号に応じて、可視光に応じた画素信号をカラム信号処理回路１３に出力する。なお、この撮像信号取得用画素に関する詳細な説明は、後述する。

垂直読み出し回路１２は、画素アレイ部１１内のそれぞれの撮像信号取得用画素を制御し、それぞれの撮像信号取得用画素が蓄積した可視光に応じた画素信号を順次読み出し、カラム信号処理回路１３に順次出力させる。垂直読み出し回路１２は、撮像信号取得用画素を制御するための制御信号を、画素アレイ部１１に配置された撮像信号取得用画素の行毎に出力する。

カラム信号処理回路１３は、画素アレイ部１１の各列に配置され、画素アレイ部１１の各列に配置された撮像信号取得用画素のそれぞれから出力された画素信号に対してノイズ抑圧など処理を行う、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）処理などの処理回路である。カラム信号処理回路１３は、水平読み出し回路１４からの制御に応じて、画素信号に対して処理を行った出力信号を、出力アンプ１５に出力する。

水平読み出し回路１４は、各列に配置されたカラム信号処理回路１３から出力される処理後の出力信号を順次読み出し、出力アンプ１５に順次出力させる。水平読み出し回路１４によって読み出されたカラム信号処理回路１３の出力信号は、通常の撮影における撮像信号として、出力アンプ１５を介して固体撮像装置１の外部に出力される。

なお、図１に示した固体撮像装置１では、垂直読み出し回路１２と、カラム信号処理回路１３と、水平読み出し回路１４と、出力アンプ１５とを、第１の基板１０に備えた読み出し回路として構成している。

第２の基板２０は、形成された距離信号取得用画素に、配線層の側から被写体光（赤外光）が入射される表面照射（ＦｒｏｎｔＳｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＦＳＩ）型のシリコン基板である。第２の基板２０は、図１（ｃ）に示したように、画素アレイ部２１と、垂直読み出し回路２２と、カラム信号処理回路２３と、水平読み出し回路２４と、出力アンプ２５とから構成される。

画素アレイ部２１は、複数の距離信号取得用画素が２次元の行列状に配置されている。画素アレイ部２１内のそれぞれの距離信号取得用画素は、入射した赤外光に応じた信号を蓄積し、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号に応じて、赤外光に応じた画素信号をカラム信号処理回路２３に出力する。なお、この距離信号取得用画素に関する詳細な説明は、後述する。

垂直読み出し回路２２は、画素アレイ部２１内のそれぞれの距離信号取得用画素を制御し、それぞれの距離信号取得用画素が蓄積した赤外光に応じた画素信号を順次読み出し、カラム信号処理回路２３に順次出力させる。垂直読み出し回路２２は、距離信号取得用画素を制御するための制御信号を、画素アレイ部２１に配置された距離信号取得用画素の行毎に出力する。

カラム信号処理回路２３は、画素アレイ部２１の各列に配置され、画素アレイ部２１の各列に配置された距離信号取得用画素のそれぞれから出力された画素信号に対してノイズ抑圧など処理を行う、ＣＤＳ処理などの処理回路である。カラム信号処理回路２３は、水平読み出し回路２４からの制御に応じて、画素信号に対して処理を行った出力信号を、出力アンプ２５に出力する。

水平読み出し回路２４は、各列に配置されたカラム信号処理回路２３から出力される処理後の出力信号を順次読み出し、出力アンプ２５に順次出力させる。水平読み出し回路２４によって読み出されたカラム信号処理回路２３の出力信号は、被写体までの距離の情報を表す距離信号として、出力アンプ２５から基板間接続部３０を介して第１の基板１０に出力され、第１の基板１０を経由して固体撮像装置１の外部に出力される。

なお、図１に示した固体撮像装置１では、垂直読み出し回路２２と、カラム信号処理回路２３と、水平読み出し回路２４と、出力アンプ２５とを、第２の基板２０に備えた読み出し回路として構成している。

基板間接続部３０は、第１の基板１０と第２の基板２０とを電気的に接続するための接続部である。基板間接続部３０は、例えば、蒸着法、めっき法で作製されるバンプなどを用いる。なお、第１の基板１０と第２の基板２０との間に存在する空間には、接着剤などの絶縁部材を充填させてもよい。第１の基板１０と第２の基板２０とは、基板間接続部３０を介して信号の送受信を行う。図１に示した本第１の実施形態の固体撮像装置１では、第１の基板１０に備えた出力アンプ１５が撮像信号を出力する出力信号線と、第２の基板２０に備えた出力アンプ２５が距離信号を出力する出力信号線とが、基板間接続部３０によって接続されている構成を示している。

次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１内の画素アレイ部１１に備えた撮像信号取得用画素について説明する。図２は、本第１の実施形態の固体撮像装置１の画素アレイ部１１内の撮像信号取得用画素の概略構成の一例を示した回路図である。図２には、固体撮像装置１内の画素アレイ部１１に備えた複数の撮像信号取得用画素の内、１つの撮像信号取得用画素を示している。

図２に示した撮像信号取得用画素１１０は、可視光用光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１１１と、電荷蓄積部ＦＤと、リセットトランジスタＭ１１２と、増幅トランジスタＭ１１３と、選択トランジスタＭ１１４とから構成される。撮像信号取得用画素１１０は、入射した被写体光（可視光）を画素信号に変換し、垂直信号線１３０に出力する。

なお、電荷蓄積部ＦＤは、増幅トランジスタＭ１１３のゲート端子に接続されたノードに付随する容量であり、図２に示した撮像信号取得用画素１１０の概略構成においては、キャパシタの記号で示している。なお、撮像信号取得用画素１１０の構成は、距離信号を取得しない一般的な従来の固体撮像装置における画素の構成と同様の構成である。

可視光用光電変換部ＰＤは、入射した可視光を光電変換して信号電荷を発生させ、光電変換信号として蓄積する。転送トランジスタＭ１１１は、垂直読み出し回路１２から入力された制御信号φＴＸに応じて、可視光用光電変換部ＰＤに蓄積された光電変換信号を、増幅トランジスタＭ１１３のゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤに転送する。電荷蓄積部ＦＤは、光電変換信号を保持（蓄積）する容量である。転送トランジスタＭ１１１によって転送された光電変換信号は、電荷蓄積部ＦＤに蓄積される。

増幅トランジスタＭ１１３は、ゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤに蓄積された光電変換信号に応じた信号電圧を出力する。選択トランジスタＭ１１４は、垂直読み出し回路１２から入力された制御信号φＳＥＬに応じて、増幅トランジスタＭ１１３が出力した信号電圧を、撮像信号取得用画素１１０が出力する画素信号として垂直信号線１３０に出力する。

リセットトランジスタＭ１１２は、垂直読み出し回路１２から入力された制御信号φＲＳＴに応じて、撮像信号取得用画素１１０内の信号を電源電圧ＶＤＤにリセットする。

次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１内の画素アレイ部２１に備えた距離信号取得用画素について説明する。図３は、本第１の実施形態の固体撮像装置１の画素アレイ部２１内の距離信号取得用画素の概略構成の一例を示した回路図である。図３には、固体撮像装置１内の画素アレイ部２１に備えた複数の距離信号取得用画素の内、１つの距離信号取得用画素を示している。

図３に示した距離信号取得用画素２１０は、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲと、光電変換部リセットトランジスタＭ２１５と、第１の転送トランジスタＭ２１１と、蓄積加算メモリ部ＭＥＭと、第２の転送トランジスタＭ２１６と、電荷蓄積部ＦＤＩＲと、画素リセットトランジスタＭ２１２と、増幅トランジスタＭ２１３と、選択トランジスタＭ２１４とから構成される。距離信号取得用画素２１０は、入射した被写体光（赤外光）を画素信号に変換し、垂直信号線２３０に出力する。

なお、電荷蓄積部ＦＤＩＲは、増幅トランジスタＭ２１３のゲート端子に接続されたノードに付随する容量であり、図３に示した距離信号取得用画素２１０の概略構成においては、キャパシタの記号で示している。また、蓄積加算メモリ部ＭＥＭは、第１の転送トランジスタＭ２１１のソース端子およびドレイン端子の一方の端子と、第２の転送トランジスタＭ２１６のソース端子およびドレイン端子の一方の端子とが接続されたノードに付随する容量であり、図３に示した距離信号取得用画素２１０の概略構成においては、キャパシタの記号で示している。なお、距離信号取得用画素２１０の構成は、距離信号を取得する従来の固体撮像装置における距離画像取得用の画素の構成と同様の構成である。

赤外光用光電変換部ＰＤＩＲは、入射した赤外光を光電変換して信号電荷を発生させ、光電変換信号として蓄積する。第１の転送トランジスタＭ２１１は、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号φＴＸ１に応じて、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲに蓄積された光電変換信号を、第２の転送トランジスタＭ２１６のソース端子およびドレイン端子の一方の端子との間に接続された蓄積加算メモリ部ＭＥＭに転送する。蓄積加算メモリ部ＭＥＭは、光電変換信号を保持（蓄積）する容量である。第１の転送トランジスタＭ２１１によって転送された光電変換信号は、蓄積加算メモリ部ＭＥＭに蓄積される。

第２の転送トランジスタＭ２１６は、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号φＴＸ２に応じて、蓄積加算メモリ部ＭＥＭに保持（蓄積）された光電変換信号を、増幅トランジスタＭ２１３のゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤＩＲに転送する。電荷蓄積部ＦＤＩＲは、光電変換信号を保持（蓄積）する容量である。第２の転送トランジスタＭ２１６によって転送された光電変換信号は、電荷蓄積部ＦＤＩＲに蓄積される。

増幅トランジスタＭ２１３は、ゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤＩＲに蓄積された光電変換信号に応じた信号電圧を出力する。選択トランジスタＭ２１４は、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号φＳＥＬに応じて、増幅トランジスタＭ２１３が出力した信号電圧を、距離信号取得用画素２１０が出力する画素信号として垂直信号線２３０に出力する。

光電変換部リセットトランジスタＭ２１５は、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号φＦＴに応じて、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲを電源電圧ＶＤＤにリセットする。画素リセットトランジスタＭ２１２は、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号φＲＳＴに応じて、距離信号取得用画素２１０内の信号を電源電圧ＶＤＤにリセットする。

次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１に備えた画素の構造と配置について説明する。図４は、本第１の実施形態の固体撮像装置１における画素の構造と配置を説明する図である。図４（ａ）には、固体撮像装置１の第１の基板１０内の画素アレイ部１１および第２の基板２０内の画素アレイ部２１に形成された、撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０の一部を側面から見た縦構造図を示している。また、図４（ｂ）には、固体撮像装置１の第１の基板１０内の画素アレイ部１１および第２の基板２０内の画素アレイ部２１に形成された、撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０の配置の一例を示している。

固体撮像装置１は、上述したように、第１の基板１０と第２の基板２０とが積層された構造である。より具体的には、図４（ａ）に示したように、第１の基板１０の受光面と反対側に、第２の基板２０が配置されている。また、固体撮像装置１は、第１の基板１０の受光面側に、例えば、ベイヤー配列のオンチップカラーフィルタ（Ｏｎｃｈｉｐ Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ：ＯＣＦ）やマイクロレンズなどが形成されている。なお、図４には、オンチップカラーフィルタ（以下、単に「カラーフィルタ」という）のみを示している。

カラーフィルタは、それぞれの色の可視光を透過する。また、カラーフィルタは、可視光以外に、赤外光も透過する。より具体的には、赤色（Ｒ）のカラーフィルタは、赤色の可視光と赤外光とを透過し、緑色（Ｇ）のカラーフィルタは、緑色の可視光と赤外光とを透過し、青色（Ｂ）のカラーフィルタは、青色の可視光と赤外光とを透過する。

第１の基板１０は、上述したように、裏面照射型のシリコン基板であり、その厚さは、例えば、３ｕｍ〜６ｕｍ程度の厚さである。なお、シリコン基板における光の吸収率は、光の波長によって変わり、シリコン基板の厚さが薄くなるほど、波長が短い光の吸収率が高く、波長が長い光の吸収率が低くなる。このため、上述した３ｕｍ〜６ｕｍ程度の厚さである第１の基板１０の受光面側から入射した被写体光の一部は、第１の基板１０を透過し、第２の基板２０の受光面側に入射する。より具体的には、カラーフィルタを透過して第１の基板１０に入射した被写体光の内、可視光は第１の基板１０によって吸収され、赤外光は第１の基板１０で吸収されることなく、第１の基板１０を透過して第２の基板２０に入射される。

そして、固体撮像装置１では、第１の基板１０に形成された可視光用光電変換部ＰＤで、入射した被写体光内の可視光を露光し、第２の基板２０に形成された赤外光用光電変換部ＰＤＩＲで、入射した被写体光内の赤外光を露光する。これにより、固体撮像装置１では、被写体光（可視光）を第１の基板１０に形成された可視光用光電変換部ＰＤで露光して取得する通常の撮像信号以外にも、固体撮像装置１を搭載した撮像装置が、波長が長い赤外光をパルス光として被写体に照射し、被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）を、第２の基板２０に形成された赤外光用光電変換部ＰＤＩＲで露光し、ＴＯＦ方式の距離の計測方法による距離信号を取得することができる。

なお、第２の基板２０は、上述したように、表面照射型のシリコン基板であり、シリコン基板の厚さが第１の基板１０よりも厚くなっている。これにより、赤外光を露光して光電変換することができる深い構造の赤外光用光電変換部ＰＤＩＲを、第２の基板２０に形成することができる。

固体撮像装置１では、第１の基板１０に形成された撮像信号取得用画素１１０と同様の位置の第２の基板２０上に、すなわち、第１の基板１０に形成された撮像信号取得用画素１１０のそれぞれに対応した位置に、距離信号取得用画素２１０のそれぞれが形成されている。より具体的には、図４（ｂ）に示したように、赤色の可視光と赤外光とが透過する赤色（Ｒ）のカラーフィルタが形成された撮像信号取得用画素１１０である撮像信号取得用画素１１０Ｒに対応した位置に、撮像信号取得用画素１１０Ｒを透過した赤外光が入射する距離信号取得用画素２１０である距離信号取得用画素２１０１が配置されている。また、緑色の可視光と赤外光とが透過する緑色（Ｇ１）のカラーフィルタが形成された撮像信号取得用画素１１０である撮像信号取得用画素１１０Ｇ１に対応した位置に、撮像信号取得用画素１１０Ｇ１を透過した赤外光が入射する距離信号取得用画素２１０である距離信号取得用画素２１０２が配置されている。また、緑色の可視光と赤外光とが透過する緑色（Ｇ２）のカラーフィルタが形成された撮像信号取得用画素１１０である撮像信号取得用画素１１０Ｇ２に対応した位置に、撮像信号取得用画素１１０Ｇ２を透過した赤外光が入射する距離信号取得用画素２１０である距離信号取得用画素２１０３が配置されている。また、青色の可視光と赤外光とが透過する青色（Ｂ）のカラーフィルタが形成された撮像信号取得用画素１１０である撮像信号取得用画素１１０Ｂに対応した位置に、撮像信号取得用画素１１０Ｂを透過した赤外光が入射する距離信号取得用画素２１０である距離信号取得用画素２１０４が配置されている。

固体撮像装置１では、図４（ｂ）に示したようなそれぞれの画素の配置によって、第１の基板１０に形成された撮像信号取得用画素１１０による通常の撮像信号と、撮像信号取得用画素１１０のそれぞれの位置における撮像信号のそれぞれに対応した距離信号とを取得することができる。

次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１において距離信号を取得する動作シーケンスについて説明する。なお、固体撮像装置１の通常の撮影における撮像信号の取得は、第１の基板１０内の画素アレイ部１１に備えた撮像信号取得用画素１１０を、第１の基板１０に備えた読み出し回路（垂直読み出し回路１２と、カラム信号処理回路１３と、水平読み出し回路１４と、出力アンプ１５）で制御することによって行うことができる。すなわち、固体撮像装置１の通常の撮影における撮像信号の取得は、第１の基板１０内の構成要素のみで行うことができる。このとき、固体撮像装置１において撮像信号を取得する動作シーケンスは、距離信号を取得しない一般的な従来の固体撮像装置において撮像信号を取得する動作シーケンスと同様である。従って、固体撮像装置１の通常の撮影における撮像信号取得の動作シーケンスに関する、詳細な説明は省略する。

図５は、本第１の実施形態の固体撮像装置１において距離信号を取得する動作シーケンスのタイミングを示したタイミングチャートである。図５に示した距離信号取得の動作シーケンスでは、固体撮像装置１を搭載した撮像装置が、波長が長い赤外光を、例えば、ＬＥＤによって短い時間で一定の周期のパルス光として被写体に照射する。そして、固体撮像装置１は、パルス光が照射されているタイミングに同期して、被写体に反射して戻ってきたパルス光を、距離信号取得用画素２１０で露光することによって、被写体までの距離に応じた大きさの光電変換信号を蓄積する。このとき、距離信号取得用画素２１０が露光する、被写体に反射して戻ってきたパルス光は、上述したように、第１の基板１０を透過して第２の基板２０に入射された赤外光である。また、距離信号取得の動作シーケンスでは、距離信号取得用画素２１０によるパルス光の露光を複数回行う、すなわち、光電変換信号の蓄積を複数回行うことによって、光電変換信号を積算する。そして、距離信号取得の動作シーケンスでは、積算した光電変換信号に応じた距離信号を、画素アレイ部２１の行毎に順次出力する。

図５に示したタイミングチャートは、全ての距離信号取得用画素２１０で同時に複数回露光し、画素アレイ部２１の各行の距離信号取得用画素２１０が、積算した光電変換信号に応じた信号電圧を、赤外光に応じた画素信号として垂直信号線２３０に順次出力する場合の画素アレイ部２１の動作において、垂直読み出し回路２２によって制御される１つの行の距離信号取得用画素２１０のタイミングを示している。また、図５には、固体撮像装置１を搭載した撮像装置が、一定の短い周期（図５では、１０ＭＨｚ＝５０ｎｓの周期）で被写体への照射を繰り返すパルス光（赤外光）のタイミングも併せて示している。

なお、図５に示したパルス光のタイミングは、“Ｈ”レベルのときに赤外光が照射（例えば、ＬＥＤが点灯）され、“Ｌ”レベルのときに赤外光の照射が停止（例えば、ＬＥＤが消灯）されるものとして説明する。また、画素アレイ部２１内の全ての距離信号取得用画素２１０はリセットされている状態から、図５に示した距離信号取得の動作シーケンスを開始するものとして説明する。

まず、時刻ｔ１において、固体撮像装置１を搭載した撮像装置がパルス光の照射を開始すると同時に、垂直読み出し回路２２は、距離信号取得用画素２１０による被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）の露光と赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが発生した光電変換信号の転送とを開始する。より具体的には、時刻ｔ１において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＦＴを“Ｌ”レベルにして、光電変換部リセットトランジスタＭ２１５をオフ状態にする。これにより、画素アレイ部２１内の全ての距離信号取得用画素２１０に備えた赤外光用光電変換部ＰＤＩＲのリセットが解除され、画素アレイ部２１内の全ての距離信号取得用画素２１０が同時に露光を開始する。そして、距離信号取得用画素２１０に備えた赤外光用光電変換部ＰＤＩＲは、被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）を光電変換した信号電荷を発生させ、光電変換信号として蓄積する。

ここで、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが蓄積する光電変換信号は、被写体までの距離（絶対距離）に応じた大きさの信号である。例えば、被写体が近くにある場合には、照射したパルス光（赤外光）が短い時間で被写体に反射して戻ってくるため、距離信号取得用画素２１０は、赤外光をより長い時間露光することになる。反対に、被写体が遠くにある場合には、照射したパルス光（赤外光）が被写体に反射して戻ってくるまでにより長い時間を要するため、距離信号取得用画素２１０が赤外光を露光する時間が短くなる。すなわち、照射したパルス光（赤外光）が被写体に反射して戻ってくる時間は、被写体までの絶対的な距離に比例した時間である。このため、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが露光期間中に被写体に反射して戻ってきた赤外光を露光して蓄積した光電変換信号の大きさも、被写体までの絶対的な距離に応じた大きさの信号、すなわち、被写体までの距離が近いほど大きな信号となり、被写体までの距離が遠くなるほど小さな信号となる。

このように、ＴＯＦ方式による距離の計測方法では、パルス光（赤外光）を照射した瞬間から赤外光の露光を開始し、赤外光が被写体に反射して戻ってきた分の赤外光を露光する。そして、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが蓄積した光電変換信号の大きさを、パルス光（赤外光）が進む速度に基づいて処理する。これにより、ＴＯＦ方式による距離の計測方法では、被写体までの絶対的な距離を計測することができる。

また、時刻ｔ１において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＴＸ１を“Ｈ”レベルにして、第１の転送トランジスタＭ２１１をオン状態にする。これにより、それぞれの赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが発生した蓄積した赤外光に応じた光電変換信号が、蓄積加算メモリ部ＭＥＭに転送される。

その後、時刻ｔ２において、固体撮像装置１を搭載した撮像装置がパルス光の照射を停止すると同時に、垂直読み出し回路２２は、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲのリセットと赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが発生した光電変換信号の転送とを停止する。より具体的には、時刻ｔ２において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＴＸ１を“Ｌ”レベルにして、第１の転送トランジスタＭ２１１をオフ状態にする。これにより、それぞれの赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが発生した蓄積した赤外光に応じた光電変換信号の蓄積加算メモリ部ＭＥＭへの転送が終了し、今までに転送された光電変換信号が、蓄積加算メモリ部ＭＥＭに保持（蓄積）される。

また、時刻ｔ２において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＦＴを“Ｈ”レベルにして、光電変換部リセットトランジスタＭ２１５をオン状態にする。これにより、画素アレイ部２１内の全ての距離信号取得用画素２１０に備えた赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが電源電圧ＶＤＤにリセットされ、画素アレイ部２１内の全ての距離信号取得用画素２１０が同時に露光を終了する。

その後、時刻ｔ３において、固体撮像装置１を搭載した撮像装置がパルス光の照射を再び開始すると同時に、垂直読み出し回路２２は、時刻ｔ１のときと同様に距離信号取得用画素２１０を制御し、距離信号取得用画素２１０による被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）の露光と赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが発生した光電変換信号の転送とを再び開始する。

その後、時刻ｔ４において、固体撮像装置１を搭載した撮像装置がパルス光の照射を再び停止すると同時に、垂直読み出し回路２２は、時刻ｔ２のときと同様に距離信号取得用画素２１０を制御し、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲのリセットと赤外光用光電変換部ＰＤＩＲが発生した光電変換信号の転送とを再び停止する。

その後、同様に、垂直読み出し回路２２は、固体撮像装置１を搭載した撮像装置が、距離信号に基づいた距離画像を得るために必要な光電変換信号の蓄積期間の間、固体撮像装置１を搭載した撮像装置がパルス光を照射するタイミングおよびパルス光の照射を停止するタイミングに同期した距離信号取得用画素２１０の制御を繰り返す。これにより、短い露光期間で蓄積した光電変換信号を、蓄積加算メモリ部ＭＥＭ内に積算して保持（蓄積）することができ、被写体までの距離（絶対距離）の計測における分解能を高めることができる。

続いて、光電変換信号の蓄積期間が経過した時刻ｔ５から、垂直読み出し回路２２は、画素アレイ部２１内のそれぞれの距離信号取得用画素２１０からの画素信号の読み出しを順次行う。

より具体的には、画素信号の読み出し期間では、時刻ｔ６において、垂直読み出し回路２２は、画素アレイ部２１に備えた全ての距離信号取得用画素２１０の内、画素信号の読み出しを行う行の距離信号取得用画素２１０に対応した制御信号φＳＥＬを“Ｈ”レベルにして、選択トランジスタＭ２１４をオン状態にする。これにより、画素信号の読み出しを行う行の距離信号取得用画素２１０が垂直信号線２３０に画素信号を出力する状態となる。

その後、時刻ｔ７において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＲＳＴを“Ｈ”レベルにして、画素リセットトランジスタＭ２１２をオン状態にする。これにより、画素信号の読み出しを行う行の距離信号取得用画素２１０内の電荷蓄積部ＦＤＩＲが電源電圧ＶＤＤにリセットされ、増幅トランジスタＭ２１３から距離信号取得用画素２１０のリセットレベルの信号電圧が、選択トランジスタＭ２１４を介して、リセット時の画素信号（以下、「リセット画素信号」という）として垂直信号線２３０に出力される。そして、カラム信号処理回路２３は、画素アレイ部２１から出力されたリセット画素信号の信号電圧を一旦保持する。その後、時刻ｔ８において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＲＳＴを“Ｌ”レベルにして、画素リセットトランジスタＭ２１２をオフ状態にし、電荷蓄積部ＦＤＩＲのリセットを解除する。

その後、時刻ｔ９において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＴＸ２を“Ｈ”レベルにして、第２の転送トランジスタＭ２１６をオン状態にする。これにより、画素信号の読み出しを行う行の距離信号取得用画素２１０内の蓄積加算メモリ部ＭＥＭに保持（蓄積）された光電変換信号が、増幅トランジスタＭ２１３のゲート端子に接続された電荷蓄積部ＦＤＩＲに転送され蓄積される。これにより、増幅トランジスタＭ２１３から、電荷蓄積部ＦＤＩＲに蓄積された光電変換信号に応じた信号電圧が、選択トランジスタＭ２１４を介して、被写体までの距離に応じた画素信号（以下、「距離画素信号」という）として垂直信号線２３０に出力される。そして、カラム信号処理回路２３は、一旦保持しているリセット画素信号の信号電圧と、画素アレイ部２１から出力された距離画素信号の信号電圧との差分、すなわち、ノイズ抑圧された距離画像信号に応じた出力信号を、水平読み出し回路２４からの制御に応じて出力アンプ２５に出力する。

その後、時刻ｔ１０において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＴＸ２を“Ｌ”レベルにして、第２の転送トランジスタＭ２１６をオフ状態にし、蓄積加算メモリ部ＭＥＭに保持（蓄積）された光電変換信号の電荷蓄積部ＦＤＩＲへの転送を停止する。

その後、時刻ｔ１１において、垂直読み出し回路２２は、制御信号φＳＥＬを“Ｌ”レベルにして選択トランジスタＭ２１４をオフ状態にし、画素信号の読み出しを行う行の距離信号取得用画素２１０からの画素信号の読み出しを終了する。ここまでの制御が、画素信号の読み出しを行う１つの行の距離信号取得用画素２１０からの画素信号の読み出し制御である。

以降、垂直読み出し回路２２は、画素信号の読み出しを行う行の距離信号取得用画素２１０に対応した制御信号を１行ずつ順次制御して、画素アレイ部２１内の全ての距離信号取得用画素２１０からの画素信号の読み出しを順次行う。

このような距離信号取得の動作シーケンスのタイミングによって、本第１の実施形態の固体撮像装置１では、画素アレイ部２１に備えた全ての距離信号取得用画素２１０が出力する画素信号に対してノイズ抑圧した出力信号を距離信号として、出力アンプ２５から基板間接続部３０を介して第１の基板１０に出力し、第１の基板１０を経由して固体撮像装置１の外部に出力する。

上記に述べたように、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、第１の基板１０内に通常の撮影における撮像信号を取得する撮像信号取得用画素１１０を形成し、第２の基板２０内に被写体までの距離を表す距離信号を取得する距離信号取得用画素２１０を形成する。これにより、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、従来の固体撮像装置のように、異なる構成の画素を同一の基板内に形成する必要がなくなり、それぞれの画素に適した製造プロセスで、第１の基板１０および第２の基板２０を製造することができる。また、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、従来の固体撮像装置のように、同一平面上に撮像信号取得用画素１１０と距離信号取得用画素２１０とを形成する必要がないため、１つの固体撮像装置１で距離信号を取得する場合においても、通常の撮影における撮像信号の解像度が低下することなく、好適な撮像信号を得ることができる。

また、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、第１の基板１０をシリコン基板の厚さが薄い裏面照射型とする。これにより、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、距離信号を取得するために露光する被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）が第１の基板１０で吸収されることなく、第１の基板１０を透過して第２の基板２０に入射される。すなわち、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、撮像信号を取得するために不要な赤外光は第１の基板１０を透過して第２の基板２０に入射され、距離信号を取得するために不要な可視光は第１の基板１０によって吸収されて第２の基板２０に入射されない。つまり、パルス光（赤外光）は第１の基板１０における撮像信号の取得に影響を及ぼさず、被写体光（可視光）は第２の基板２０における距離信号の取得に影響を及ぼさない。これにより、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、好適な撮像信号を得ることができると共に、良好な距離信号を得ることができる。

このことにより、本第１の実施形態における固体撮像装置１を搭載した撮像装置では、好適な撮像信号に基づいた良好な画質の撮像画像を得ることができると共に、良好な距離信号に基づいた好適な距離画像を得ることができる。

なお、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、上述した距離信号取得の動作シーケンスからもわかるように、距離信号を固体撮像装置１の外部に出力する際に、基板間接続部３０で接続された第１の基板１０を経由して出力する以外は、固体撮像装置１における距離信号の取得を、第２の基板２０内の構成要素のみで行うことができる。すなわち、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、第２の基板２０内の画素アレイ部２１に備えた距離信号取得用画素２１０を、第２の基板２０に備えた読み出し回路（垂直読み出し回路２２と、カラム信号処理回路２３と、水平読み出し回路２４と、出力アンプ２５）で制御することによって、距離信号の取得を行うことができる。これにより、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、通常の撮影における撮像信号の取得の制御と距離信号の取得の制御とを同時に行うことも、選択的に行う、すなわち、個別に選択して行うこともできる。

なお、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、全ての距離信号取得用画素２１０で同時に赤外光を複数回露光して、光電変換信号を蓄積加算メモリ部ＭＥＭに同時に転送し、それぞれの距離信号取得用画素２１０内の蓄積加算メモリ部ＭＥＭに保持（蓄積）された光電変換信号を、画素アレイ部２１の行毎に順次、電荷蓄積部ＦＤＩＲに転送して出力する場合について説明した。しかし、距離信号取得用画素２１０内のそれぞれの構成要素の動作を制御する動作シーケンスは、本第１の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、それぞれの距離信号取得用画素２１０内の蓄積加算メモリ部ＭＥＭに保持（蓄積）された光電変換信号を、電荷蓄積部ＦＤＩＲに同時に転送し、その後、増幅トランジスタＭ２１３から出力される電荷蓄積部ＦＤＩＲに蓄積された光電変換信号に応じた信号電圧を、画素アレイ部２１の行毎に順次出力するように制御する動作シーケンスにすることもできる。

なお、本第１の実施形態における固体撮像装置１では、図４に示したように、第１の基板１０に形成された撮像信号取得用画素１１０のそれぞれに対応した位置の第２の基板２０上に、距離信号取得用画素２１０のそれぞれを形成した場合、すなわち、通常の撮像信号を取得したときの撮像信号取得用画素１１０のそれぞれの位置に対応した距離信号を取得する構成である場合について説明した。しかし、第１の基板１０内に形成する撮像信号取得用画素１１０の配置と、第２の基板２０内に形成する距離信号取得用画素２１０の配置との関係は、本第１の実施形態の関係に限定されるものではない。例えば、距離信号取得用画素２１０によって取得する距離信号の解像度は、撮像信号取得用画素１１０によって取得する撮像信号の解像度よりも低くてもよい場合もある。すなわち、距離信号取得用画素２１０の画素数を、撮像信号取得用画素１１０の画素数よりも少なくてもよい場合もある。この場合には、第２の基板２０内に形成する距離信号取得用画素２１０の画素数を、必要な距離信号の解像度に応じて変更し、第１の基板１０内に形成する撮像信号取得用画素１１０の配置と、第２の基板２０内に形成する距離信号取得用画素２１０の配置との関係を変更することができる。つまり、第１の基板１０内に形成された予め定めた数の撮像信号取得用画素１１０に対して１つの距離信号取得用画素２１０を、第２の基板２０内に形成することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態の固体撮像装置について説明する。本第２の実施形態の固体撮像装置と、第１の実施形態の固体撮像装置１との異なる点は、本第２の実施形態の固体撮像装置に備える第２の基板内に形成する距離信号取得用画素の画素数を、第１の実施形態の固体撮像装置１よりも少なくしている点である。そして、本第２の実施形態の固体撮像装置におけるその他の構成要素は、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様である。従って、本第２の実施形態の固体撮像装置の構成要素において、第１の実施形態の固体撮像装置１と異なる点のみを説明し、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の構成要素には、同一の符号を付加して詳細な説明は省略する。より具体的には、本第２の実施形態の固体撮像装置も固体撮像装置１とし、本第２の実施形態の固体撮像装置１に備えた画素の構造と配置についてのみを説明する。

図６は、本第２の実施形態による固体撮像装置１における画素の構造と配置を説明する図である。図６（ａ）には、本第２の実施形態の固体撮像装置１の第１の基板１０内の画素アレイ部１１および第２の基板２０内の画素アレイ部２１に形成された、撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０の一部を側面から見た縦構造図を示している。また、図６（ｂ）には、本第２の実施形態の固体撮像装置１の第１の基板１０内の画素アレイ部１１および第２の基板２０内の画素アレイ部２１に形成された、撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０の配置の一例を示している。

本第２の実施形態の固体撮像装置１も、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様に、第１の基板１０と第２の基板２０とが積層された構造である。そして、図６（ａ）に示したように、第２の基板２０は第１の基板１０の受光面と反対側に配置され、第１の基板１０の受光面側には、カラーフィルタやマイクロレンズなどが形成されている。なお、図６においても、カラーフィルタのみを示している。

第１の基板１０は、第１の実施形態の固体撮像装置１の第１の基板１０と同様に、例えば、３ｕｍ〜６ｕｍ程度の厚さの裏面照射型のシリコン基板であり、カラーフィルタを透過して入射した被写体光の内の可視光を吸収し、赤外光を透過して第２の基板２０に入射させる。これにより、本第２の実施形態の固体撮像装置１でも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様に、被写体光（可視光）を第１の基板１０に形成された可視光用光電変換部ＰＤで露光して通常の撮像信号を取得し、本第２の実施形態の固体撮像装置１を搭載した撮像装置が照射して被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）を第２の基板２０に形成された赤外光用光電変換部ＰＤＩＲで露光することによって、ＴＯＦ方式の距離の計測方法による距離信号を取得することができる。

なお、本第２の実施形態の固体撮像装置１でも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様に、第２の基板２０は、厚さが第１の基板１０よりも厚い表面照射型のシリコン基板であり、赤外光を露光して光電変換することができる深い構造の赤外光用光電変換部ＰＤＩＲを形成している。

ただし、本第２の実施形態の固体撮像装置１では、上述したように、第２の基板２０内に形成する距離信号取得用画素２１０の画素数を、第１の実施形態の固体撮像装置１の第２の基板２０内に形成した距離信号取得用画素２１０の画素数よりも少なくしている。より具体的には、本第２の実施形態の固体撮像装置１では、第１の基板１０において縦と横に隣接して形成された２画素ずつの合計４つの撮像信号取得用画素１１０を１つの組とし、この１つの組に対して１つの距離信号取得用画素２１０を形成することによって、第２の基板２０内に形成する距離信号取得用画素２１０の画素数を、第１の基板１０内に形成する撮像信号取得用画素１１０の画素数の１／４にしている。

より具体的には、図６（ｂ）に示したように、撮像信号取得用画素１１０Ｒと、撮像信号取得用画素１１０Ｇ１と、撮像信号取得用画素１１０Ｇ２と、撮像信号取得用画素１１０Ｂとの１つの組に対応した位置に、それぞれの撮像信号取得用画素１１０を透過した赤外光が入射する１つの距離信号取得用画素２１０である距離信号取得用画素２１０５が配置されている。

本第２の実施形態の固体撮像装置１では、図６（ｂ）に示したようなそれぞれの画素の配置によって、第１の基板１０に形成された撮像信号取得用画素１１０による通常の撮像信号と、距離信号取得用画素２１０の位置における１つの組の撮像信号に対応した距離信号とを取得することができる。また、複数の撮像信号取得用画素１１０の組に対して１つの距離信号取得用画素２１０を形成することによって、距離信号取得用画素２１０の特に赤外光用光電変換部ＰＤＩＲの大きさ（面積）を大きくすることができる。

図６（ｂ）に示したように、１つの距離信号取得用画素２１０を、複数の撮像信号取得用画素１１０からなる１つの組に対応させることによって、距離信号取得用画素２１０によって取得する距離信号の解像度は、撮像信号取得用画素１１０によって取得する撮像信号の解像度よりも低くなる。しかし、それぞれの距離信号取得用画素２１０は、上述したように、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲの大きさ（面積）を、複数の撮像信号取得用画素１１０からなる１つの組の大きさまでの範囲で大きくすることができるため、被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）をより多く露光することができる。すなわち、本第２の実施形態の固体撮像装置１では、パルス光（赤外光）に対する距離信号取得用画素２１０の感度を高くすることができる。これにより、本第２の実施形態の固体撮像装置１では、ＴＯＦ方式の距離の計測方法における被写体までの絶対的な距離の計測を、より高精度に行える距離信号を出力することができる。

なお、本第２の実施形態の固体撮像装置１において距離信号を取得する動作シーケンスは、距離信号取得用画素２１０の画素数が異なるのみで、図５に示した本第１の実施形態の固体撮像装置１における距離信号取得の動作シーケンスと同様であるため、詳細な説明は省略する。

上記に述べたように、本第２の実施形態における固体撮像装置１でも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様に、第１の基板１０内に通常の撮影における撮像信号を取得する撮像信号取得用画素１１０を形成し、第２の基板２０内に被写体までの距離を表す距離信号を取得する距離信号取得用画素２１０を形成する。これにより、本第２の実施形態における固体撮像装置１でも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の効果を得ることができる。

また、本第２の実施形態における固体撮像装置１では、複数の撮像信号取得用画素１１０からなる１つの組に対して１つの距離信号取得用画素２１０を第２の基板２０内に形成する。これにより、本第２の実施形態における固体撮像装置１では、それぞれの距離信号取得用画素２１０の大きさを大きくし、被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）に対する感度を高くした高精度の距離信号を出力することができる。このことにより、本第２の実施形態における固体撮像装置１を搭載した撮像装置では、高精度の距離信号に基づいて、ＴＯＦ方式の距離の計測方法における被写体までの絶対的な距離の計測をより高精度にした距離画像を得ることができる。

なお、本第２の実施形態における固体撮像装置１では、４つの撮像信号取得用画素１１０を１つの組とし、この１つの組に対して１つの距離信号取得用画素２１０を形成する場合について説明したが、１つの距離信号取得用画素２１０が対応する撮像信号取得用画素１１０の数は、本第２の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、第１の基板１０において縦と横に隣接して形成された４画素ずつの合計１６個の撮像信号取得用画素１１０を１つの組とし、この１つの組に対して１つの距離信号取得用画素２１０を形成する構成にすることもできる。このように、１つの距離信号取得用画素２１０が対応する撮像信号取得用画素１１０の数を多くすることによって、距離信号取得用画素２１０によって取得する距離信号の解像度は低くなるが、その分、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲの大きさ（面積）を大きくすることができる。赤外光用光電変換部ＰＤＩＲの大きさ（面積）を大きくすることができるということは、距離信号取得の動作シーケンスでは、赤外光用光電変換部ＰＤＩＲの露光期間が短い（図５参照）ため、パルス光（赤外光）に対する距離信号取得用画素２１０の高感度化には優位である。

なお、第１の実施形態および本第２の実施形態における固体撮像装置１では、第１の基板１０と第２の基板２０とのそれぞれの基板に、それぞれの画素から信号を読み出す読み出し回路を備えている場合について説明した。より具体的には、撮像信号取得用画素１１０から撮像信号を読み出す読み出し回路として、垂直読み出し回路１２と、カラム信号処理回路１３と、水平読み出し回路１４と、出力アンプ１５とを第１の基板１０に備え、距離信号取得用画素２１０から距離信号を読み出す読み出し回路として、垂直読み出し回路２２と、カラム信号処理回路２３と、水平読み出し回路２４と、出力アンプ２５とを第２の基板２０に備えている場合について説明した。しかし、第１の基板１０と第２の基板２０とのそれぞれの基板に備える読み出し回路の構成は、第１の実施形態および本第２の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０とに備える読み出し回路の一部や全部を共有し、第１の基板１０と第２の基板２０とで共有された読み出し回路が、第１の基板１０の画素アレイ部１１内に備えた撮像信号取得用画素１１０が蓄積した可視光に応じた撮像信号の読み出しと、第２の基板２０の画素アレイ部２１内に備えた距離信号取得用画素２１０が蓄積した赤外光に応じた距離信号の読み出しとを行う構成にすることもできる。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態の固体撮像装置について説明する。本第３の実施形態の固体撮像装置と、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１との異なる点は、本第３の実施形態の固体撮像装置では、撮像信号取得用画素１１０が蓄積した可視光に応じた撮像信号を読み出す読み出し回路と、距離信号取得用画素２１０が蓄積した赤外光に応じた距離信号を読み出す読み出し回路との一部を共有している点である。なお、撮像信号取得用画素１１０と距離信号取得用画素２１０とで読み出し回路を共有している場合であっても、それぞれの画素を読み出す機能は、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様である。従って、本第３の実施形態の固体撮像装置の構成要素において、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と異なる点のみを説明し、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様の構成要素には、同一の符号を付加して詳細な説明は省略する。より具体的には、本第３の実施形態の固体撮像装置におけるそれぞれの基板の構成と接続構成とについてのみを説明する。

図７は、本第３の実施形態による固体撮像装置における基板の接続構成を示した概観図である。図７に示した本第３の実施形態の固体撮像装置２も、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様に、第１の基板４０と、第２の基板５０と、基板間接続部３０とから構成される。そして、固体撮像装置２も、図７（ａ）に示したように、第１の基板４０と第２の基板５０との２つのチップが積層され、第１の基板４０と第２の基板５０とが基板間接続部３０で接続された構成である。

第１の基板４０には撮像信号取得用画素１１０が、第２の基板５０には距離信号取得用画素２１０がそれぞれ形成され、それぞれの画素から信号を読み出す読み出し回路を、第１の基板４０と第２の基板５０とに分割して備えている。そして、読み出し回路によって読み出された距離信号は、基板間接続部３０を介して第１の基板４０に出力され、第１の基板４０を経由して固体撮像装置２の外部に出力される。すなわち、固体撮像装置２でも、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様に、固体撮像装置２から撮像信号を外部に出力するためのパッドと、固体撮像装置２から距離信号を外部に出力するためのパッドとを共有している。

第１の基板４０は、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１の第１の基板１０と同様に、形成された撮像信号取得用画素に、配線層の反対側から被写体光（可視光）が入射される裏面照射型のシリコン基板である。第１の基板４０は、図７（ｂ）に示したように、画素アレイ部１１と、垂直読み出し回路１２と、カラム信号処理回路２０１と、水平読み出し回路１４と、出力アンプ１５とから構成される。

第２の基板５０は、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１の第２の基板２０と同様に、形成された距離信号取得用画素に、配線層の側から被写体光（赤外光）が入射される表面照射型のシリコン基板である。第２の基板５０は、図７（ｃ）に示したように、画素アレイ部２１と、垂直読み出し回路２２と、カラム信号処理回路２０２と、水平読み出し回路２４と、出力アンプ２５とから構成される。

固体撮像装置２は、それぞれの画素から信号を読み出す読み出し回路の内、カラム信号処理回路を共有している構成である。すなわち、固体撮像装置２では、垂直読み出し回路１２と、カラム信号処理回路２００と、水平読み出し回路１４と、出力アンプ１５とで、第１の基板４０に備えた撮像信号取得用画素１１０の読み出し回路を構成し、垂直読み出し回路２２と、カラム信号処理回路２００と、水平読み出し回路２４と、出力アンプ２５とで、第２の基板５０に備えた距離信号取得用画素２１０の読み出し回路を構成している。そして、固体撮像装置２では、第１の基板４０に備えたカラム信号処理回路２０１と第２の基板５０に備えたカラム信号処理回路２０２とで、１つのカラム信号処理回路の機能を実現している。

従って、固体撮像装置２は、図７（ａ）に示したように、第１の基板４０に備えたカラム信号処理回路２０１と第２の基板５０に備えたカラム信号処理回路２０２とが、第１の基板４０内の信号線と第２の基板５０内の信号線とを電気的に接続するための接続部であるが基板間接続部３０で接続され、基板間接続部３０を介して、１つのカラム信号処理回路の機能を実現するための各構成要素の信号が送受信される構成になっている。以下の説明においては、第１の基板４０に備えたカラム信号処理回路２０１と第２の基板５０に備えたカラム信号処理回路２０２とで実現される１つのカラム信号処理回路を、「カラム信号処理回路２００」という。

画素アレイ部１１は、複数の撮像信号取得用画素１１０が２次元の行列状に配置され、画素アレイ部１１内のそれぞれの撮像信号取得用画素１１０は、入射した可視光に応じた信号を蓄積し、垂直読み出し回路１２から入力された制御信号に応じて、可視光に応じた画素信号をカラム信号処理回路２００に出力する。

垂直読み出し回路１２は、画素アレイ部１１内のそれぞれの撮像信号取得用画素１１０を制御し、それぞれの撮像信号取得用画素１１０が蓄積した可視光に応じた画素信号を順次読み出し、カラム信号処理回路２００に順次出力させる。垂直読み出し回路１２は、撮像信号取得用画素１１０を制御するための制御信号を、画素アレイ部１１に配置された撮像信号取得用画素１１０の行毎に出力する。

画素アレイ部２１は、複数の距離信号取得用画素２１０が２次元の行列状に配置され、画素アレイ部２１内のそれぞれの距離信号取得用画素２１０は、入射した赤外光に応じた信号を蓄積し、垂直読み出し回路２２から入力された制御信号に応じて、赤外光に応じた画素信号をカラム信号処理回路２００に出力する。

垂直読み出し回路２２は、画素アレイ部２１内のそれぞれの距離信号取得用画素２１０を制御し、それぞれの距離信号取得用画素２１０が蓄積した赤外光に応じた画素信号を順次読み出し、カラム信号処理回路２００に順次出力させる。垂直読み出し回路２２は、距離信号取得用画素２１０を制御するための制御信号を、画素アレイ部２１に配置された距離信号取得用画素２１０の行毎に出力する。

カラム信号処理回路２００は、画素アレイ部１１の各列に配置され、画素アレイ部１１の各列に配置された撮像信号取得用画素１１０または画素アレイ部２１の各列に配置された距離信号取得用画素２１０のそれぞれから出力された画素信号に対してノイズ抑圧など処理を行う、ＣＤＳ処理などの処理回路である。カラム信号処理回路２００は、水平読み出し回路１４からの制御に応じて、撮像信号取得用画素１１０のそれぞれから出力された画素信号に対して処理を行った出力信号を、出力アンプ１５に出力する。また、カラム信号処理回路２００は、水平読み出し回路２４からの制御に応じて、距離信号取得用画素２１０のそれぞれから出力された画素信号に対して処理を行った出力信号を、出力アンプ２５に出力する。

水平読み出し回路１４は、各列に配置されたカラム信号処理回路２００から出力される処理後の出力信号を順次読み出し、出力アンプ１５に順次出力させる。水平読み出し回路１４によって読み出されたカラム信号処理回路２００の出力信号は、通常の撮影における撮像信号として、出力アンプ１５を介して固体撮像装置２の外部に出力される。

水平読み出し回路２４は、各列に配置されたカラム信号処理回路２００から出力される処理後の出力信号を順次読み出し、出力アンプ２５に順次出力させる。水平読み出し回路２４によって読み出されたカラム信号処理回路２００の出力信号は、被写体までの距離の情報を表す距離信号として、出力アンプ２５から基板間接続部３０を介して第１の基板４０に出力され、第１の基板４０を経由して固体撮像装置２の外部に出力される。

なお、固体撮像装置２においては、例えば、第２の実施形態の固体撮像装置１のように、第２の基板５０内に形成する距離信号取得用画素２１０の画素数が、第１の基板４０内に形成する撮像信号取得用画素１１０の画素数のよりも少ない場合でも、カラム信号処理回路２００を画素アレイ部１１の各列に対応して配置する。これは、画素アレイ部１１の各列に配置された撮像信号取得用画素１１０のそれぞれから出力された画素信号に対してＣＤＳ処理などの処理を行うためである。このため、水平読み出し回路２４は、距離信号取得用画素２１０の画素数が撮像信号取得用画素１１０の画素数のよりも少ない場合、すなわち、第１の基板４０に形成された複数の撮像信号取得用画素１１０からなる１つの組に対して１つの距離信号取得用画素２１０を第２の基板５０内に形成した場合には、距離信号取得用画素２１０の画素信号が出力されない画素アレイ部２１の列に対応して配置されたカラム信号処理回路２００を動作させないように制御する。水平読み出し回路２４がこのように制御することによって、固体撮像装置２における不要な動作を行わないようにすることができる。

なお、本第３の実施形態の固体撮像装置２においても、固体撮像装置２に備えた画素（撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０）の構成、構造、配置や、撮像信号を取得する動作シーケンスおよび距離信号を取得する動作シーケンスは、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様に考えることができるため、詳細な説明は省略する。

上記に述べたように、本第３の実施形態における固体撮像装置２でも、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様に、第１の基板４０内に通常の撮影における撮像信号を取得する撮像信号取得用画素１１０を形成し、第２の基板５０内に被写体までの距離を表す距離信号を取得する距離信号取得用画素２１０を形成する。これにより、本第３の実施形態における固体撮像装置２でも、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様の効果を得ることができる。

また、本第３の実施形態における固体撮像装置２では、撮像信号取得用画素１１０が蓄積した可視光に応じた撮像信号を読み出す読み出し回路と、距離信号取得用画素２１０が蓄積した赤外光に応じた距離信号を読み出す読み出し回路との一部を共有する。これにより、本第３の実施形態における固体撮像装置２では、第１の基板４０と第２の基板５０との両方に備える同じ回路を削減することができ、第１の基板４０と第２の基板５０との基板面積（チップ面積）の増大を抑えつつ、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１と同様に、１つの固体撮像装置２で撮像信号と距離信号とを得ることができる。このことにより、本第３の実施形態における固体撮像装置２を搭載した撮像装置では、撮像信号に基づいた良好な画質の撮像画像と、距離信号に基づいた好適な距離画像とを得ることができる。

なお、本第３の実施形態における固体撮像装置２では、撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０から信号を読み出す読み出し回路の内、カラム信号処理回路の一部を共有している構成である場合について説明したが、それぞれの画素の読み出し回路で共有する部分は、本第２の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、カラム信号処理回路の全体を共有する構成にすることもできる。また、カラム信号処理回路のみではなく、垂直読み出し回路、水平読み出し回路、出力アンプの一部や全部を共有する構成にすることもできる。例えば、撮像信号取得用画素１１０および距離信号取得用画素２１０から信号を読み出す読み出し回路の全部を共有する構成にすることもできる。このように、本発明の考え方を適用し、第１の基板４０と第２の基板５０とで共有する読み出し回路の構成要素や部分は、固体撮像装置の構成によって適宜変更することができる。

なお、第１の基板４０と第２の基板５０とで読み出し回路を共有する際には、第１の基板４０と第２の基板５０との基板面積（チップ面積）が同程度の面積となることが望ましい。これにより、固体撮像装置を搭載する撮像装置における実装面積を小さくすることができると考えられる。

＜撮像装置＞
次に、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１、または第３の実施形態における固体撮像装置２のいずれかを搭載した撮像装置について説明する。図８は、本発明の実施形態による固体撮像装置を搭載した撮像装置（例えば、デジタル一眼カメラ）の概略構成を示したブロック図である。なお、図８には、第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１を搭載した撮像装置の一例を示している。ここに示した各構成要素は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子で実現することができ、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるものであるが、ここでは、これらの連携によって実現される機能ブロックとして示している。従って、これらの機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェアの組合せによって、様々な形式で実現できるということは、当業者には理解できるであろう。

図８に示した撮像装置１００は、レンズユニット部３と、固体撮像装置１と、赤外光照射装置４と、画像信号処理装置５と、記録装置６と、表示装置７と、カメラ制御装置８とから構成される。

なお、撮像装置１００では、一般的な撮像装置において赤外光が固体撮像装置に入射するのを防止する、すなわち、赤外光を遮光する赤外光遮光フィルタ（ＩＲカットフィルタ）を備えない。これは、上述したように、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１では、撮像信号を取得するために不要な赤外光は、被写体光（可視光）を電気信号に変換する可視光用光電変換部ＰＤが形成された第１の基板１０を透過して、第２の基板２０に形成された、距離信号を取得するためにパルス光（赤外光）を電気信号に変換する赤外光用光電変換部ＰＤＩＲに入射されるためである。ただし、図８においては、一般的な撮像装置においてＩＲカットフィルタが配置されている位置に、ＩＲカットフィルタ９００を一点鎖線で示している。

レンズユニット部３は、カメラ制御装置８によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体像を固体撮像装置１に結像させる。

赤外光照射装置４は、カメラ制御装置８によって駆動・制御され、固体撮像装置１が距離信号を取得するために露光する、短い時間で一定の周期の点滅する赤外光をパルス光として被写体に照射する、ＬＥＤなどの発光部（光源）を備えた光照射装置である。

固体撮像装置１は、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１である。固体撮像装置１は、カメラ制御装置８によって駆動・制御され、レンズユニット部３を介して固体撮像装置１内に入射した被写体光（可視光）を電気信号に変換し、可視光の入射光量に応じた撮像信号を画像信号処理装置５に出力する。また、固体撮像装置１は、レンズユニット部３を介して固体撮像装置１内に入射した、被写体に反射して戻ってきた赤外光照射装置４が照射したパルス光（赤外光）を電気信号に変換し、パルス光（赤外光）が入射した時間に応じた距離信号を画像信号処理装置５に出力する。

画像信号処理装置５は、固体撮像装置１から出力された撮像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行った撮像画像を生成する。また、画像信号処理装置５は、固体撮像装置１から出力された距離信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、ＴＯＦ方式の距離の計測などの処理を行った距離画像を生成する。画像信号処理装置５が生成した撮像画像や距離画像は、記録装置６に記録することや、表示装置７に表示させることができる。また、画像信号処理装置５が生成した撮像画像や距離画像に対して、画像信号処理装置５がさらに種々の処理を行うことによって、撮像装置１００で、奥行き情報を持った３次元画像の生成や、被写体の動きを認識するゼスチャー認識などの機能を実現することができる。なお、画像信号処理装置５は、各処理における画像データの一時記憶手段として不図示のメモリを利用する構成であってもよい。

記録装置６は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
表示装置７は、固体撮像装置１に結像され、画像信号処理装置５によって処理された画像のデータ、または記録装置６から読み出された画像のデータに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。

カメラ制御装置８は、撮像装置１００の全体の制御を行う制御装置である。また、カメラ制御装置８は、固体撮像装置１によって通常の撮影における撮像信号を取得する固体撮像装置１の駆動と制御、すなわち、撮像信号取得の動作シーケンスを行う。また、カメラ制御装置８は、固体撮像装置１によってＴＯＦ方式の距離の計測に用いる距離信号を取得するために、赤外光照射装置４の駆動と固体撮像装置１の駆動とを同期した制御、すなわち、距離信号取得の動作シーケンスを行う。

上記に述べたように、本実施形態の撮像装置１００は、第１の実施形態〜第３の実施形態のいずれかの固体撮像装置を搭載する。そして、本実施形態の撮像装置１００に備えたカメラ制御装置８は、通常の撮影における撮像信号取得の動作シーケンスを行いながら、距離信号取得の動作シーケンスによってＴＯＦ方式の距離の計測に用いる距離信号を取得するように、固体撮像装置の駆動を制御する。これにより、本実施形態の撮像装置１００に備えた画像信号処理装置５は、固体撮像装置が出力した撮像信号に基づいた撮像画像を生成すると共に、固体撮像装置が出力した距離信号に基づいた距離画像を生成することができる。

なお、本実施形態の撮像装置１００は、上述したように、ＩＲカットフィルタ９００を備えない。しかし、撮像装置１００にＩＲカットフィルタ９００を備えた構成にすることもできる。この場合には、カメラ制御装置８が、ＩＲカットフィルタ９００を介した光を固体撮像装置１内に入射させるか、ＩＲカットフィルタ９００を介さない光を固体撮像装置１内に入射させるかを切り替える制御を行うことになる。すなわち、固体撮像装置１に対して撮像信号取得の動作シーケンスを行う場合には、ＩＲカットフィルタ９００を介した被写体光（可視光）が固体撮像装置１内に入射するように切り替える制御を行い、固体撮像装置１に対して距離信号取得の動作シーケンスを行う場合には、ＩＲカットフィルタ９００を介さないパルス光（赤外光）が固体撮像装置１内に入射するように切り替える制御を行うことになる。

上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、固体撮像装置において、通常の撮影における撮像信号を取得する撮像信号取得用画素を第１の基板内に形成し、被写体までの距離を表す距離信号を取得する距離信号取得用画素を第２の基板内に形成する。これにより、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、従来の固体撮像装置のように、異なる構成の画素を同一の基板内に形成する必要がなくなり、それぞれの画素に適した製造プロセスで、第１の基板および第２の基板を製造することができる。また、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、従来の固体撮像装置のように、同一平面上に撮像信号取得用画素と距離信号取得用画素とを形成する必要がないため、１つの固体撮像装置で距離信号を取得する場合においても、通常の撮影における撮像信号の解像度が低下することなく、好適な撮像信号を得ることができる。このことにより、本発明を実施するための形態による固体撮像装置を搭載した撮像装置では、好適な撮像信号に基づいた良好な画質の撮像画像を得ることができる。

また、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、第１の基板を基板の厚さが薄い裏面照射型のシリコン基板とし、第２の基板を第１の基板よりも厚さが厚い表面照射型のシリコン基板とする。そして、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、可視光を露光して光電変換するのに適した浅い構造の可視光用光電変換部を第１の基板のみに形成し、赤外光を露光して光電変換するのに適した深い構造の赤外光用光電変換部を第２の基板のみに形成する。これにより、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、距離信号を取得するために露光する被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）が第１の基板で吸収されることなく、第１の基板を透過して第２の基板に形成した赤外光用光電変換部に入射される。すなわち、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、撮像信号を取得するために不要な赤外光は第１の基板を透過して第２の基板に形成した赤外光用光電変換部に入射され、距離信号を取得するために不要な可視光は第１の基板によって吸収されて第２の基板に形成した赤外光用光電変換部に入射されない。つまり、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、パルス光（赤外光）は第１の基板における撮像信号の取得に影響を及ぼさず、被写体光（可視光）は第２の基板における距離信号の取得に影響を及ぼさない。これにより、本発明を実施するための形態による固体撮像装置では、好適な撮像信号を得ることができると共に、良好な距離信号を得ることができる。

このことにより、本発明を実施するための形態による固体撮像装置を搭載した撮像装置では、好適な撮像信号に基づいた良好な画質の撮像画像を得ることができると共に、良好な距離信号に基づいた好適な距離画像を得ることができる。

なお、本発明を実施するための形態による固体撮像装置においては、第１の基板が裏面照射型のシリコン基板である場合について説明したが、第１の基板の構造は、本発明を実施するための形態による固体撮像装置の構造に限定されるものではなく、可視光を吸収し赤外光を透過する構造の基板であれば、いかなる構造の基板であっても同様に、本発明の考え方を適用することができる。

また、本発明を実施するための形態においては、被写体までの距離の情報を表す距離信号を取得するために、赤外光照射装置４によって赤外光をパルス光として被写体に照射し、固体撮像装置１に備えた距離信号取得用画素２１０が、被写体に反射して戻ってきたパルス光（赤外光）を露光する構成である場合について説明した。しかし、被写体までの距離の情報を表す距離信号を取得するために用いる光は、本発明を実施するための形態に示した赤外光に限定されるものではなく、被写体に反射して戻ってきたパルス光が第１の基板で吸収されることなく、第１の基板を透過して第２の基板に入射される光であれば、いかなる波長の光であっても同様に、本発明の考え方を適用することができる。この場合、第２の基板の画素アレイ部２１内には、入射される光の波長に対応した画素を形成することになる。

また、本発明における回路構成および駆動方法の具体的な構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更をすることができる。例えば、撮像信号取得用画素、距離信号取得用画素、または読み出し回路の構成要素や駆動方法が変わったことにより、固体撮像装置の制御方法やそれぞれの画素の駆動方法が変更された場合でも、それぞれの画素や読み出し回路の構成要素や回路構成、変更された駆動方法や制御方法に適宜対応することによって、本発明の考え方は同様に適用することができる。

また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、２枚の基板が接続部により接続されていてもよいし、３枚以上の基板が接続部で接続されていてもよい。３枚以上の基板が接続部で接続される固体撮像装置の場合、そのうちの２枚が請求項に係る第１の基板と第２の基板に相当する。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。

１，２・・・固体撮像装置
１０，４０・・・第１の基板
２０，５０・・・第２の基板
３０・・・基板間接続部（接続部）
１１・・・画素アレイ部（画素部，第１の画素部）
１２・・・垂直読み出し回路（第１の読み出し回路）
１３・・・カラム信号処理回路（第１の読み出し回路）
１４・・・水平読み出し回路（第１の読み出し回路）
１５・・・出力アンプ（第１の読み出し回路）
２１・・・画素アレイ部（画素部，第２の画素部）
２２・・・垂直読み出し回路（第２の読み出し回路）
２３・・・カラム信号処理回路（第２の読み出し回路）
２４・・・水平読み出し回路（第２の読み出し回路）
２５・・・出力アンプ（第２の読み出し回路）
１１０，１１０Ｒ，１１０Ｇ１，１１０Ｇ２，１１０Ｂ・・・撮像信号取得用画素（画素，第１の画素）
ＰＤ・・・可視光用光電変換部（光電変換部）
Ｍ１１１・・・転送トランジスタ
ＦＤ・・・電荷蓄積部
Ｍ１１２・・・リセットトランジスタ
Ｍ１１３・・・増幅トランジスタ
Ｍ１１４・・・選択トランジスタ
１３０・・・垂直信号線
２１０，２１０１，２１０２，２１０３，２１０４，２１０５・・・距離信号取得用画素（画素，第２の画素）
ＰＤＩＲ・・・赤外光用光電変換部（光電変換部）
Ｍ２１５・・・光電変換部リセットトランジスタ（リセット部）
Ｍ２１１・・・第１の転送トランジスタ（転送部）
ＭＥＭ・・・蓄積加算メモリ部（保持部）
Ｍ２１６・・・第２の転送トランジスタ
ＦＤＩＲ・・・電荷蓄積部
Ｍ２１２・・・画素リセットトランジスタ
Ｍ２１３・・・増幅トランジスタ
Ｍ２１４・・・選択トランジスタ
２３０・・・垂直信号線
２００・・・カラム信号処理回路（第１の読み出し回路，第２の読み出し回路）
２０１・・・カラム信号処理回路（第１の読み出し回路，第２の読み出し回路）
２０２・・・カラム信号処理回路（第１の読み出し回路，第２の読み出し回路）
１００・・・撮像装置
３・・・レンズユニット部
４・・・赤外光照射装置（発光部）
５・・・画像信号処理装置
６・・・記録装置
７・・・表示装置
８・・・カメラ制御装置（制御部）
９００・・・ＩＲカットフィルタ

Claims (8)

1. 光電変換部を有する画素が２次元の行列状に複数配置された画素部を具備した第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とが積層された構造の固体撮像装置であって、
   前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とは、接続部によって電気的に接続され、
   前記第１のシリコン基板の前記画素部である第１の画素部内に配置された複数の前記画素である第１の画素のそれぞれが有する前記光電変換部が、入射された光に応じて発生した光電変換信号を、撮像信号として出力し、
   前記第２のシリコン基板の前記画素部である第２の画素部内に配置された複数の前記画素である第２の画素のそれぞれが有する前記光電変換部が、前記第１の画素部を透過して入射された光に応じて発生した光電変換信号を、距離信号として出力し、
   前記第１の画素から前記光電変換信号を読み出す第１の読み出し回路が前記第１のシリコン基板に配置され、
   前記第２の画素から前記光電変換信号を読み出す第２の読み出し回路が前記第２のシリコン基板に配置され、
   前記第１の読み出し回路の構成要素と前記第２の読み出し回路の構成要素との少なくとも一部を共有する、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１の画素と前記第２の画素とは、
   異なる回路構成の画素である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第１の画素は、
   該第１の画素内に有する前記光電変換部が発生した前記光電変換信号を保持する第１の保持部と、
   前記光電変換部が発生した前記光電変換信号を前記第１の保持部に転送する第１の転送部と、
   を備え、
   前記第２の画素は、
   該第２の画素内に有する前記光電変換部が発生した前記光電変換信号を順次加算して保持する第２の保持部と、
   前記光電変換部が発生した前記光電変換信号を前記第２の保持部に転送する第２の転送部と、
   前記第２の保持部に積算して保持された前記光電変換信号を保持する第３の保持部と、
   前記第２の保持部に保持された前記光電変換信号を前記第３の保持部に転送する第３の転送部と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第１の画素部内に配置された予め定めた複数の前記第１の画素に対して１つの前記第２の画素を、前記第２のシリコン基板の前記第２の画素部内に配置する、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 被写体に照射する光を発光する発光部と、
   請求項１から請求項４のいずれか１の項に記載の固体撮像装置と、
   前記発光部による前記光の発光を制御すると共に、前記第１の画素によって前記撮像信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する撮像信号取得の動作シーケンス、および前記第２の画素によって前記距離信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する距離信号取得の動作シーケンスを制御する制御部と、
   を備え、
   前記発光部が前記光を前記被写体に対して照射したときから、該光が被写体に反射して戻ってくるまでの時間に応じて信号の大きさが変わる、前記固体撮像装置から出力される前記距離信号に基づいて前記被写体までの距離を計測する、
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 被写体に照射する光を発光する発光部と、
   請求項３に記載の固体撮像装置と、
   前記発光部による前記光の発光を制御すると共に、前記第１の画素によって前記撮像信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する撮像信号取得の動作シーケンス、および前記第２の画素によって前記距離信号を取得するために前記固体撮像装置の駆動を制御する距離信号取得の動作シーケンスを制御する制御部と、
   を備え、
   前記発光部が前記光を前記被写体に対して照射したときから、該光が被写体に反射して戻ってくるまでの時間に応じて信号の大きさが変わる、前記固体撮像装置から出力される前記距離信号に基づいて前記被写体までの距離を計測し、
   前記第２の画素は、
   前記光電変換部が発生した光電変換信号をリセットするリセット部、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記発光部の発光と、前記第２の画素による前記距離信号取得の動作シーケンスによる前記第２の画素の駆動とを同期させ、該発光部が発光して前記被写体に対して該光を照射している間、前記光電変換部が前記被写体に反射して戻ってきた該光を露光し、該光電変換部が発生した光電変換信号を前記第２の保持部に転送させ、
   前記発光部の発光が停止している間、前記光電変換部が発生した光電変換信号をリセットする制御を行う、
   ことを特徴とする撮像装置。
7. 前記発光部が前記被写体に照射する前記光は、
   赤外光である、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記制御部は、
   前記撮像信号取得の動作シーケンスと前記距離信号取得の動作シーケンスとを同時、または選択的に行う、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１の項に記載の撮像装置。

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