KR102560795B1 - 촬상 장치, 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

촬상 장치는 복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 포함하고, 각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나이다. 각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다. 각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다.

Description

촬상 장치, 및 전자 기기
본 개시는, 쵤상 장치(예를 들면, 고체 촬상 장치), 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 보다 알맞은 위상차 화소를 마련할 수 있도록 한 고체 촬상 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다.
근래, 오토 포커스의 속도 향상을 도모하기 위해, 위상차 검출용의 화소(이하, 위상차 화소라고 한다)를 배치한 고체 촬상 장치가 사용되고 있다. 이런 종류의 위상차 화소의 구조로서는, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술이 알려져 있다.
또한, 화소 어레이부에서, 2차원형상으로 배열된 복수의 화소의 배열 패턴으로서, 근방의 동색(同色)의 화소(동색의 2×2의 4화소)에서 화소 회로를 공유한 공유 화소를, 규칙적으로 배열한 배열 패턴이 알려져 있다.
일본 특개2016-15430호 공보
그런데, 근방의 동색의 화소로 이루어지는 공유 화소를 규칙적으로 배열한 배열 패턴이 채용된 경우에 있어서, 공유 화소의 화소 배열에 대해 위상차 화소를 마련하는데 즈음하여, 보다 알맞은 위상차 화소를 마련하기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 개시는 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 보다 알맞은 위상차 화소를 마련할 수 있도록 하는 것이다.
본 개시의 한 측면의 제1의 촬상 장치는, 복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 구비하고, 각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나인 촬상 장치이다. 각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다. 각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다.
본 개시의 한 측면의 제1의 촬상 장치는, 각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이의 4화소를 포함하고, 상기 혼합 화소군에 대하여, 상기 4화소는 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함한다. 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 서로 인접하여 다른 혼합 화소군에 속한다. 상기 제1의 위상차 검출 화소의 콘택트 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 콘택트는 동일한 구동선에 전기적으로 접속된다. 각각의 상기 복수의 화소군에서의 상기 통상의 화소의 콘택트는 각각의 구동선에 전기적으로 접속되어, 각각의 통상의 화소에 대하여 노광 시간을 제어한다. 상기 제1의 위상차 검출 화소의 콘택트 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 콘택트는 상기 동일한 구동선에 전기적으로 접속되어, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 동일한 노광 시간을 갖는다. 촬상 장치는 복수의 부유확산 영역을 포함하고, 각각의 부유확산 영역은 각각의 화소군에 대한 것이다. 촬상 장치는 복수의 화소 회로를 포함하고, 각각의 화소 회로는 각각의 화소군에 대한 것이다. 상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고, 상기 혼합 화소군은 행방향과 열방향으로 소정의 간격으로 배열된다. 각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 4화소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제1의 위상차 검출 화소를 포함한다. 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 동일한 노광 시간을 갖는다. 상기 4화소는 제1의 노광 시간을 갖는 제1의 통상의 화소 및 상기 제1의 노광 시간보다 짧은 제2의 노광 시간을 갖는 제2의 통상의 화소를 포함하고, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 상기 동일한 노광 시간은 상기 제1의 노광 시간과 상기 제2의 노광 시간 사이이다. 상기 4화소는 제1의 노광 시간을 갖는 제1의 통상의 화소 및 상기 제1의 노광 시간보다 짧은 제2의 노광 시간을 갖는 제2의 통상의 화소를 포함하고, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 상기 동일한 노광 시간은 상기 제1의 노광 시간이다. 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 다른 부유확산 영역에 연결된다. 상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열된다. 각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 제1의 화소, 제2의 화소, 제3의 화소, 및 제4의 화소를 포함한다. 각각의 상기 제1의 화소는 제1의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제2의 화소는 제2의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제3의 화소는 제3의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제4의 화소는 제4의 콘택트를 포함한다. 상기 제1의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제2의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제3의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제4의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬된다. 상기 제1의 콘택트는 동일한 제1의 구동선에 접속되고, 상기 제2의 콘택트는 동일한 제2의 구동선에 접속되고, 상기 제3의 콘택트는 동일한 제3의 구동선에 접속되고, 상기 제4의 콘택트는 동일한 제4의 구동선에 접속되다. 상기 통상의 화소, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 적, 녹 및 청의 컬러필터에 따른 적의 화소, 녹의 화소 또는 청의 화소이다. 상기 화소군의 배열 패턴은 베이어 배열 패턴이다. 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 상기 녹의 화소이고, 상기 제1의 위상차 검출 화소는 상기 청의 화소인 통상의 화소와 함께 혼합 화소군에 포함되고, 상기 제2의 위상차 검출 화소는 상기 녹의 화소인 통상의 화소와 함께 다른 혼합 화소군에 포함된다.
본 개시의 한 측면의 제2의 고체 촬상 장치는, 복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 구비하고, 각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 입사광으로부터 부분적으로 차광되는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나인 촬상 장치이다. 각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러 필터를 통하여 투과된 광을 수광한다. 각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 제1의 위상차 검출 화소는 단일의 대응하는 온 칩 렌즈를 갖는다.
본 개시의 한 측면의 제2의 고체 촬상 장치는, 각각의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 4화소를 포함하는 것을 포함한다. 각각의 혼합 화소군은 입사광으로부터 부분적으로 차광되는 제2의 위상차 검출 화소를 포함한다. 각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 서로 대각선상에 있고, 동일한 노출 시간을 갖는다. 각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 광의 입사측에서 보아 좌측의 영역 또는 우측의 영역에서 부분적으로 차광된다. 상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고, 상기 혼합 화소군은 행방향과 열방향으로 소정의 간격으로 배열된다. 상기 혼합 화소군의 일부는 상기 좌측의 영역에서 차광된 제1 및 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고, 상기 혼합 화소군의 다른 일부는 상기 우측의 영역에서 차광된 제1 및 제2의 위상차 검출 화소를 포함한다.
본 개시의 한 측면의 전자 기기는, 복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 포함하고, 각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나인 고체 촬상 장치를 구비한다. 각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다. 각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다. 전자 기기는 각각의 혼합 화소군에서의 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소의 출력에 근거하여 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 포함한다.
본 개시의 한 측면의 전자 기기는, 하나 이상의 상기 제1 및/또는 제2의 촬상 장치의 특징을 포함할 수 있다.
본 개시의 한 측면에 의하면, 보다 알맞은 위상차 화소를 마련할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 개시에 관한 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 평면 레이아웃을 도시하는 도면.
도 3은 인접하는 화소군에 위상차 화소를 배치하는 경우의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 5는 화소군을 구성하는 4화소의 제1의 접속 형태를 도시하는 회로도.
도 6은 화소군을 구성하는 4화소의 제2의 접속 형태를 도시하는 회로도.
도 7은 도 5 및 도 6에서의 화소마다의 노광 시간을 설명하는 도면.
도 8은 상관 이중 샘플링(CDS)을 이용한 AD 변환을 설명하는 타이밍 차트.
도 9는 제2의 기간의 화소의 구동 동작의 상세를 설명하는 도면.
도 10은 제3의 기간의 화소의 구동 동작의 상세를 설명하는 도면.
도 11은 위상차 화소(L, R)의 판독이 제각기 행하여지는 경우의 콘택트의 배치를 도시하는 도면.
도 12는 위상차 화소(L, R)의 판독이 동시에 행하여지는 경우의 콘택트의 배치를 도시하는 도면.
도 13은 구동선이 2개인 경우의 콘택트의 배치례를 도시하는 도면.
도 14는 구동선이 3개인 경우의 콘택트의 배치례를 도시하는 도면.
도 15는 도 13 및 도 14에서의 화소마다의 노광 시간을 설명하는 도면.
도 16은 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 평면 레이아웃을 도시하는 도면.
도 17은 좌차광 화소와 우차광 화소의 구조의 예를 도시하는 도면.
도 18은 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 19는 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 평면 레이아웃을 도시하는 도면.
도 20은 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 구조를 도시하는 단면도.
도 21은 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 다른 구조를 도시하는 도면.
도 22는 화소 어레이부에 배열되는 복수의 화소의 또 다른 구조를 도시하는 도면.
도 23은 화소군을 구성하는 4화소의 제1의 접속 형태를 도시하는 회로도.
도 24는 화소군을 구성하는 4화소의 제2의 접속 형태를 도시하는 회로도.
도 25는 2노광인 경우에, 인접하는 화소군에 위상차 화소를 배치할 때의 구성을 도시하는 도면.
도 26은 2노광인 경우에, 화소군에 차광 화소를 배치할 때의 구성을 도시하는 도면.
도 27은 인접하는 B, G화소군과 함께, 인접하는 R, G화소군에, 위상차 화소를 각각 배치할 때의 구성의 예를 도시하는 도면.
도 28은 본 개시에 관한 기술을 적용한 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기의 구성례를 도시하는 블록도.
도 29는 본 개시에 관한 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 사용례를 도시하는 도면.
도 30은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 31은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 도면을 참조하면서 본 개시에 관한 기술(본 기술)의 실시의 형태에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행하는 것으로 한다.
1. 고체 촬상 장치의 구성
2. 본 기술의 실시의 형태
(1) 제1의 실시의 형태 : 2×1 OCL 구조
(2) 제2의 실시의 형태 : 차광 화소의 구조
(3) 제3의 실시의 형태 : CF의 제조 방법
(4) 제4의 실시의 형태 : 다른 구조의 예
3. 변형례
4. 전자 기기의 구성
5. 고체 촬상 장치의 사용례
6. 이동체에의 응용례
<1. 고체 촬상 장치의 구성>
(고체 촬상 장치의 구성례)
도 1은, 본 개시에 관한 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 사용한 고체 촬상 장치의 한 예이다. CMOS 이미지 센서(10)는, 광학 렌즈계(부도시)를 통하여 피사체로부터의 입사광(상광(像光, image light))을 받아, 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
도 1에서, CMOS 이미지 센서(10)는, 화소 어레이부(11), 수직 구동 회로(12), 칼럼 신호 처리 회로(13), 수평 구동 회로(14), 출력 회로(15), 제어 회로(16), 및 입출력 단자(17)를 포함하여 구성된다.
화소 어레이부(11)에는, 복수의 화소군(200)이 2차원형상(행렬형상)으로 배열된다. 화소군(200)은, 동색(同色, same color)의 4개의 화소(100)(2×2의 4화소)로 구성된다.
각 화소군(200)은, 동색의 4개의 화소(100)로서, 적(R), 녹(G), 또는 청(B)의 컬러필터에 응한, 적(R)의 화소, 녹(G)의 화소, 또는 청(B)의 화소로 구성된다. 또한, 화소군(200)은, 동색의 4개의 화소(100)에 의해 화소 회로가 공유된 공유 화소로서 구성된다.
화소군(200)에서, 동색의 각 화소(100)는, 광전변환 소자로서의 포토 다이오드(PD)와, 전송 트랜지스터(TR-Tr)를 각각 갖고서 구성된다. 또한, 화소군(200)에서는, 동색의 4개의 화소(100)에 의해, 화소 회로로서의 리셋 트랜지스터(RST-Tr), 증폭 트랜지스터(AMP-Tr), 및 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가 공유되어 있다.
또한, 상세는 후술하지만, 화소 어레이부(11)에는, 화소군(200)에 포함되는 화소(100)로서, 위상차 화소가 산재(散在)하여(반복 패턴으로) 배치되어 있다. 또한, 위상차 화소는, 위상차 검출용의 화소로서, PDAF(Phase Detection Auto Focus) 화소 등이라고도 칭하여진다.
수직 구동 회로(12)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 소정의 화소 구동선(21)을 선택하여, 선택된 화소 구동선(21)에 화소(100) 또는 화소군(200)을 구동하기 위한 구동 신호(펄스)를 공급하여, 행 단위로 화소(100) 또는 화소군(200)을 구동한다.
즉, 수직 구동 회로(12)는, 화소 어레이부(11)의 각 화소(100) 또는 각 화소군(200)을 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하여, 각 화소(100)의 포토 다이오드에서 수광량에 응하여 생성된 전하(신호 전하)에 의거한 화소 신호를, 수직 신호선(22)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(13)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(13)는, 화소군(200)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소군(200)부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 칼럼 신호 처리 회로(13)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 상관 이중 샘플링(CDS : Correlated Double Sampling), 및 AD(Analog Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(14)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(13)의 각각을 순번대로 선택하여, 칼럼 신호 처리 회로(13)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(23)에 출력시킨다.
출력 회로(15)는, 칼럼 신호 처리 회로(13)의 각각으로부터 수평 신호선(23)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 또한, 출력 회로(15)는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑레벨 조정, 열(列) 편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다.
제어 회로(16)는, CMOS 이미지 센서(10)의 각 부분의 동작을 제어한다.
또한, 제어 회로(16)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 및 마스터 클록 신호에 의거하여, 수직 구동 회로(12), 칼럼 신호 처리 회로(13), 및 수평 구동 회로(14) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 제어 회로(16)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(12), 칼럼 신호 처리 회로(13), 및 수평 구동 회로(14) 등에 출력한다.
입출력 단자(17)는, 외부와 신호의 교환을 행한다.
이상과 같이 구성되는, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는, CDS 처리, 및 AD 변환 처리를 행하는 칼럼 신호 처리 회로(13)가 화소열마다 배치된 칼럼 AD 방식이라고 불리는 CMOS 이미지 센서가 된다. 또한, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는, 예를 들면, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서로 할 수 있다.
<2. 본 기술의 실시의 형태>
(1) 제1의 실시의 형태
(화소의 평면 레이아웃)
도 2는, 도 1의 화소 어레이부(11)에 배열되는 복수의 화소(100)의 평면 레이아웃을 도시하는 도면이다.
도 2에서는, 화소 어레이부(11)에 2차원형상으로 배열된 복수의 화소(100) 중, 광의 입사측에서 보아, 좌상의 영역에 배열된 32행32열의 영역에서의 화소(100)를 예시하고 있다.
또한, 도 2에서는, 화소 어레이부(11)에 배열된 화소(100)의 i행j열을, 화소(100)(i, j)로 표기하고, 근방의 동색의 4화소(2×2화소)로 구성되는 화소군(200)의 k행l열을, 화소군(200)(k, l)으로 표기하고 있다. 도 2의 평면 레이아웃에는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 화소(100)의 i행j열에 대응한 행번호와 열번호를 좌측과 하측의 영역에 표기하고, 화소군(200)의 k행l열에 대응한 행번호와 열번호를 우측과 상측의 영역에 표기하고 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 컬러필터로서, 적(R)의 컬러필터가 마련되고, 이 R컬러필터를 투과한 광으로부터, 적(R)성분의 광에 대응한 전하가 얻어지는 화소를, R화소로 표기한다. 또한, 녹(G)의 컬러필터를 투과한 광으로부터, 녹(G)성분의 광에 대응한 전하가 얻어지는 화소를, G화소로 표기한다. 또한, 청(B)의 컬러필터를 투과한 광으로부터, 청(B)성분의 광에 대응한 전하가 얻어지는 화소를, B화소로 표기한다.
예를 들면, 도 2에 도시한 화소 어레이부(11)에서의 32행32열의 화소 배열(16행16열의 화소군 배열)에서, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, R화소(100)(1, 3), R화소(100)(1, 4), R화소(100)(2, 3), 및 R화소(100)(2, 4)의 적(R)의 4화소(공유 화소)에 의해, R화소군(200)(1, 2)이 구성된다.
또한, G화소(100)(1, 1), G화소(100)(1, 2), G화소(100)(2, 1), 및 G화소(100)(2, 2)의 녹(G)의 4화소(공유 화소)에 의해, G화소군(200)(1, 1)이 구성된다. 또한, G화소(100)(3, 3), G화소(100)(3, 4), G화소(100)(4, 3), 및 G화소(100)(4, 4)의 녹(G)의 4화소(공유 화소)에 의해, G화소군(200)(2, 2)이 구성된다.
또한, B화소(100)(3, 1), B화소(100)(3, 2), B화소(100)(4, 1), 및 B화소(100)(4, 2)의 청(B)의 4화소(공유 화소)에 의해, B화소군(200)(2, 1)이 구성된다.
이와 같이, 화소 어레이부(11)에서는, 적(R)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 R화소군(200)과, 녹(G)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 G화소군(200)과, 청(B)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 B화소군(200)이, 규칙적으로 배열되어, 베이어 배열로 되어 있다.
또한, 베이어 배열은, 녹(G)의 G화소가 체크무늬형상으로 배치되고, 나머지 부분에, 적(R)의 R화소와, 청(B)의 B화소가 1열마다 교대로 배치된 배열 패턴이다.
베이어 배열로 배치된 화소군(200)에서는, 화소(100)마다 노광 시간이 조정되어 있다. 여기서는, 노광 시간으로서, T1, T2, T3(T1>T2>T3)의 3단계로의 조정이 행하여지는 경우에, 긴 노광 시간(T1)을, 장축(長蓄)의 노광 시간(long-accumulation exposure time period)이라고 하고, 짧은 노광 시간(T3)을, 단축(短蓄)의 노광 시간(short-accumulation exposure time period)이라고 하고, 그들의 중간의 노광 시간(T2)을, 중축(中蓄)의 노광 시간(medium-accumulation exposure time period)이라고 하는 것으로 한다.
예를 들면, R화소군(200)(1, 2)에서는, R화소(1, 3)가, 장축의 노광 시간(T1)이 되는 장축 화소(L)이고, R화소(1, 4)와 R화소(2, 3)가, 중축의 노광 시간(T2)이 되는 중축 화소(M)이고, R화소(2, 4)가, 단축의 노광 시간(T3)이 되는 단축 화소(S)이다.
그리고, R화소군(200)을 구성하는 4개의 R화소(100)는, 화소 회로를 공유(共有)한 공유 화소로서 구성되어 있기 때문에, 4개의 R화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호(아날로그 신호)가, 부유확산 영역(FD : Floating Diffusion)에서 가산(加算)되어, R성분의 신호(R화소 신호)가 생성된다.
이때, R화소군(200)에는, 공유 화소를 구성하는 R화소(100)로서, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 및 단축 화소(S)가 포함되기 때문에, R화소 신호는, 장축의 화소신호와, 중축의 화소 신호와, 단축의 화소 신호를 가산(화소 가산)함으로써 얻어지는 HDR(High Dynamic Range)의 화소 신호가 된다.
또한, 예를 들면, G화소군(200)(1, 1)에서는, G화소(100)(1, 1)가 장축 화소(L)이고, G화소(100)(1, 2)와 G화소(100)(2, 1)가 중축 화소(M)이고, G화소(100)(2, 2)가 단축 화소(S)이다. 마찬가지로 또한, G화소군(200)(2, 2)에서는, G화소(100)(3, 3)가, 장축 화소(L)이고, G화소(100)(3, 4)와 G화소(100)(4, 3)가 중축 화소(M)이고, 화소(100)(4, 4)가 단축 화소(S)이다.
그리고, G화소군(200)을 구성하는 4개의 G화소(100)는, 공유 화소로서 구성되어 있기 때문에, 4개의 G화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호가 가산되어, G화소 신호가 생성된다. 이때, G화소군(200)에는, 공유 화소를 구성하는 G화소(100)로서, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 및 단축 화소(S)가 포함되기 때문에, G화소 신호는, 장축의 화소 신호와, 중축의 화소 신호와, 단축의 화소 신호를 가산함으로써 얻어지는 HDR의 화소 신호가 된다.
또한, 예를 들면, B화소군(200)(2, 1)에서는, B화소(100)(3, 1)가 장축 화소(L)이고, B화소(100)(3, 2)와 B화소(100)(4, 1)가 중축 화소(M)이고, B화소(100)(4, 2)가 단축 화소(S)이다.
그리고, B화소군(200)을 구성하는 4개의 B화소(100)는, 공유 화소로서 구성되어 있기 때문에, 4개의 B화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호가 가산되어, B화소 신호가 생성된다. 이때, B화소군(200)에는, 공유 화소를 구성하는 B화소(100)로서, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 및 단축 화소(S)가 포함되기 때문에, B화소 신호는, 장축의 화소 신호와, 중축의 화소 신호와, 단축의 화소 신호를 가산함으로써 얻어지는 HDR의 화소 신호가 된다.
이와 같이 하여, 베이어 배열로 배치된 화소군(200) 중, R화소군(200)으로부터 4화소분의 화소 신호가 가산된 HDR의 R화소 신호가 얻어지고, G화소군(200)으로부터 4화소분의 화소 신호가 가산된 HDR의 G화소 신호가 얻어지고, B화소군(200)으로부터 4화소분의 화소 신호가 가산된 HDR의 B화소 신호가 얻어지게 된다.
또한, 이하의 설명에서는, R화소(100), G화소(100), 및 G화소(100)에서, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 또는 단축 화소(S)의 구별은, "L", "M", 또는 "S"의 첨자에 의해 나타내는 것으로 한다. 예를 들면, R화소(100)에서, 장축 화소(L)는, RL화소(100)로 표기하고, 중축 화소(M)는, RM화소(100)로 표기하고, 단축 화소(S)는, RS화소(100)로 표기한다.
여기서, 도 2의 화소 어레이부(11)에서, B화소군(200)(2, 5)과 G화소군(200)(2, 6)이 배치되는 영역에 주목하면, 본래, B화소군(2, 5)은, B화소(100)만으로 구성되는 것이지만, 여기서는, BS화소(100)(4, 10) 대신에, GM화소(100)(4, 10)가 배치되고, 4화소 중, 3화소는, B화소(100)로 이루어지지만, 나머지 1화소는, G화소(100)로 되어 있다.
보다 구체적으로는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 베이어 배열로 배치된 화소군(200)에 대해, 위상차 검출용의 화소(100)(이하, 위상차 화소(100L, 100R)라고도 표기한다)를 배치하는 경우에, 위상차 화소(100L, 100R)의 구조로서, 하나의 온 칩 렌즈(OCL : On Chip Lens)(111)에 대해, 포토 다이오드 등의 광전변환 소자를 복수 매입하는 구조를 채용하는 경우를 상정한다.
이 경우에 있어서, 화소군(200)을 구성하는 4화소는, 행방향으로 배치되는 2화소의 노광 시간이 다르기 때문에, 이들 2화소(2×1화소)에 대해, 온 칩 렌즈(111)를 마련하는 것은, 위상차 화소의 특성적으로 곤란하게 된다. 예를 들면, 화소군(200)을 구성하는 4화소(2×2화소)에서, 제1 행은, 장축 화소(L)와 중축 화소(M)에서 노광 시간이 다르고, 제2 행은, 중축 화소(M)와 단축 화소(S)에서 노광 시간이 다르다.
그 때문에, 행방향의 2화소(2×1화소)에 대해, 온 칩 렌즈(111)를 마련하려면, 좌우로 인접한 화소군(200)을 넘어서 온 칩 렌즈(111)를 배치하고, 그 온 칩 렌즈(111)에 대해 형성된 2개의 포토 다이오드의 어느 일방을 포함하고 있는, 좌우로 인접한 화소(100)가, 동일한 색의 컬러필터를 가지며, 또한, 동일한 노광 시간이 되도록 하면 좋다.
여기서는, 도 3의 A에 도시하는 바와 같이, B화소군(200)(2, 5)에 포함되는 BS화소(100)(4, 10)의 포토 다이오드와, G화소군(200)(2, 6)에 포함되는 GM화소(100)(4, 11)의 포토 다이오드에 대해, 하나의 온 칩 렌즈(111)를 마련할 때에, 도 3의 B에 도시하는 바와 같은 구조가 되도록 한다.
즉, 제조시에, B화소군(200)(2, 5)에 포함되는 BS화소(100)(4, 10)의 컬러필터를, B컬러필터가 아니라, G컬러필터로 함으로써, GM화소(100)(4, 10)가 되도록 한다. 또한, 여기서는, BS화소(100)(4, 10)는, 단축 화소(S)이지만, GM화소(100)(4, 10)에서는, GM화소(100)(4, 10)의 콘택트의 배치를 변경하여, 노광 시간을, 중축의 노광 시간으로 함으로써, 중축 화소(M)가 되도록 하고 있다.
이에 의해, 하나의 온 칩 렌즈(111)에 대해 마련되는 포토 다이오드를 갖는 화소(100)로서, GM화소(100)(4, 10)와 GM화소(100)(4, 11)가 마련되고, 이들의 GM화소(100)는, 동일한 G컬러필터를 가지며, 또한, 동일한 중축의 노광 시간으로 되어 있다. 그 때문에, GM화소(100)(4, 10)를 위상차 화소(100L)(4, 10), GM화소(100)(4, 11)를 위상차 화소(100R)(4, 11)로서 구성하게 되어, 이들의 위상차 화소(100L, 100R)로부터 얻어지는 화소 신호에 의거하여, 2개의 화상의 위상차를 검출하는 것이 가능해진다.
또한, B화소군(200)(2, 5)에서는, 우하의 BS화소(100)(4, 10)를, GM화소(100)로 변경하면(4, 10), 단축 화소(S)가 존재하지 않게 되지만, 예를 들면, 좌하의 BM화소(100)(4, 9)를, BS화소(100)(4, 9)로 변경함으로써, 4화소에, 장축 화소(L)와 중축 화소(M)와 함께, 단축 화소(S)가 포함되도록 하고 있다.
또한, 도 2의 화소 어레이부(11)에서는, B화소군(200)(2, 13)과 G화소군(200)(2, 14), B화소군(200)(4,1)과 G화소군(200)(4, 2), B화소군(200)(4, 9)과 G화소군(200)(4, 10), B화소군(200)(6, 7)과 G화소군(200)(6, 8), B화소군(200)(6, 15)과 G화소군(200)(6, 16), B화소군(200)(8, 3)과 G화소군(200)(8, 4), 및 B화소군(200)(8, 11)과 G화소군(200)(8, 12)은, B화소군(200)(2, 5)과 G화소군(200)(2, 6)과 마찬가지로 구성되고, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)가 포함된다.
마찬가지로, 도 2의 화소 어레이부(11)에서는, B화소군(200)(10, 5)과 G화소군(200)(10, 6), B화소군(200)(10, 13)과 G화소군(200)(10, 14), B화소군(200)(12, 1)과 G화소군(200)(12, 2), B화소군(200)(12, 9)과 G화소군(200)(12, 10), B화소군(200)(14, 7)과 G화소군(200)(14, 8), B화소군(200)(14, 15)과 G화소군(200)(14, 16), B화소군(200)(16, 3)과 G화소군(200)(16, 4), 및 B화소군(200)(16, 11)과 G화소군(200)(16, 12)은, B화소군(200)(2, 5)과 G화소군(200)(2, 6)과 마찬가지로 구성되고, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)가 포함된다.
이와 같이, 도 2의 화소 어레이부(11)에서, B화소군(200)에 포함되는 위상차 화소(100L)와, G화소군(200)에 포함되는 위상차 화소(100R)는, 행방향과 열방향으로 소정의 화소 간격으로, 규칙적으로 배열되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 화소 어레이부(11)는 통상의 화소군 및 혼합 화소군을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 통상의 화소군은 통상의 화소만을 포함하는 화소군이다(예를 들면, 동일한 색의 컬러필터를 통하여 수광하는 4화소의 2×2 어레이). 혼합 화소군은 적어도 하나의 통상의 화소(예를 들면, 100(4, 9)) 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소(예를 들면, 100(4, 10))를 포함하는 화소군이다. 또한, 각각의 혼합 화소군에 대하여, 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈(111)를 공유하고, 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광한다.
(화소의 단면의 구조)
도 4는, 도 2의 화소 어레이부(11)에 배열된 복수의 화소(100)의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4에는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하는 화소군(200)의 단면으로서, 4행째의 화소(100)의 X1-X1' 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 4에는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하지 않는 화소군(200)의 단면으로서, 7행째의 화소(100)의 X2-X2' 단면을 도시하고 있다.
여기서는, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(1,7)로 나타내면, X1-X1' 단면의 대상이 되는 것은, GM화소(100)(4, 7), GS화소(100)(4, 8), BS화소(100)(4, 9), GM화소(100)(4,10), GM화소(100)(4, 11), GS화소(100)(4, 12), BM화소(100)(4, 13), 및 BS화소(100)(4, 14)가 된다.
단, GM화소(100)(4, 7)와 GS화소(100)(4, 8)는, G화소군(200)(2, 4)에 포함되고, BS화소(100)(4, 9)와 GM화소(100)(4, 10)는, B화소군(200)(2, 5)에 포함된다. 또한, GM화소(100)(4, 11)와 GS화소(100)(4, 12)는, G화소군(200)(2, 6)에 포함되고, BM화소(100)(4, 13)와 BS화소(100)(4, 14)는, B화소군(200)(2, 7)에 포함된다.
도 4의 X1-X1' 단면에 도시하는 바와 같이, 각 화소(100)에서는, 온 칩 렌즈(111)의 직하에, 포토 다이오드(112)가 형성되어 있는데, 온 칩 렌즈(111)와, 포토 다이오드(112)가 형성된 실리콘층 사이의 영역에는, 컬러필터(113)와 차광부(114)가 마련되어 있다.
GM화소(100)(4, 7)와 GS화소(100)(4, 8), GM화소(100)(4, 10), 및 GM화소(100)(4, 11)와 GS화소(100)(4, 12)에서는, G컬러필터(113)가 형성되고, BS화소(100)(4, 9), 및 BM화소(100)(4, 13)와 BS화소(100)(4, 14)에서는, B컬러필터(113)가 형성되어 있다.
즉, GM화소(100)(4, 10)는, B화소군(200)(2, 5)에 포함되기 때문에, 본래라면, B컬러필터(113)가 형성되고, B화소(100)로서 구성되는 것이지만, 여기서는, G컬러필터(113)를 형성함으로써, G화소(100)로서 구성되어 있다.
이에 의해, GM화소(100)(4, 10)에 마련된 포토 다이오드(112L)와, GM화소(100)(4, 11)에 마련된 포토 다이오드(112R)가, 하나의 온 칩 렌즈(111A)에 대해 마련되고, GM화소(100)(4, 10)는, 위상차 화소(100L)(4, 10)로서 구성되고, GM화소(100)(4, 11)는, 위상차 화소(100R)(4, 11)로서 구성된다. 이때, GM화소(100)(4, 10)와 GM화소(100)(4, 11)는, 함께, G컬러필터(113)를 갖는 G화소(100)이고, 중축의 노광 시간으로 이루어지는 중축 화소(M)로 되어 있다.
또한, 정사각 단위의 GM화소(100)(4, 7)는, 광의 입사측에서 보아 정사각 격자형상으로 마련된 차광부(114)에 의해, 이웃하는 화소 사이가 차광되어 있다. 차광부(114)는, 텅스텐(W)이나 알루미늄(Al) 등의 금속에 의해 형성된다.
GS화소(100)(4, 8), BS화소(100)(4, 9), GM화소(100)(4, 10), GM화소(100)(4, 11), GS화소(100)(4, 12), BM화소(100)(4, 13), 및 BS화소(100)(4, 14)에 대해서도, GM화소(100)(4, 7)와 마찬가지로, 정사각 격자형상으로 마련된 차광부(114)에 의해, 이웃하는 화소 사이가 차광되어 있다.
한편으로, X2-X2' 단면의 대상이 되는 것은, GL화소(100)(7, 7), GM화소(100)(7, 8), BL화소(100)(7, 9), BM화소(100)(7, 10), GL화소(100)(7, 11), GM화소(100)(7, 12), BL화소(100)(7, 13), 및 BM화소(100)(7, 14)가 된다.
GL화소(100)(7, 7)와 GM화소(100)(7, 8), 및 GL화소(100)(7, 11)와 GM화소(100)(7, 12)에서는, G컬러필터(113)가 형성되고, BL화소(100)(7, 9)와 BM화소(100)(7, 10), 및 BL화소(100)(7, 13)와 BM화소(100)(7, 14)에서는, B컬러필터(113)가 형성되어 있다.
GL화소(100)(7, 7), GM화소(100)(7, 8), BL화소(100)(7, 9), BM화소(100)(7, 10), GL화소(100)(7, 11), GM화소(100)(7, 12), BL화소(100)(7, 13), 및 BM화소(100)(7, 14)에서는, 광의 입사측에서 보아 정사각 격자형상으로 마련된 차광부(114)에 의해, 이웃하는 화소 사이가 차광되어 있다.
(화소의 판독의 예)
다음에, 도 5 내지 도 7을 참조하면서, 화소 어레이부(11)에 배열된 화소군(200)에 포함되는 화소(100)의 판독의 예를 설명한다.
또한, 도 5 및 도 6에서는, 화소군(200)을 구성하는 4화소(2×2화소)를 구별하지 않지만, 실제로는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 4화소(2×2화소)의 각 화소는, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 또는 단축 화소(S)의 어느 하나의 화소로 할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에서는, 화소(100)상에 기술된 원(圓)이, 콘택트(C)를 나타내고, 4화소마다 기술된 마름모가, 부유확산 영역(FD)을 나타내고 있는 것으로 한다. 또한, 각 콘택트(C)에 접속되는 구동선은, 수직 구동 회로(12)(도 1)에 접속되는 화소 구동선(21)(도 1)에 포함된다.
도 5에는, 화소 어레이부(11)(도 2)에서의 화소(100)가 배열된 화소 영역의 일부의 영역을 도시하고 있고, 4개의 화소(100)에 의해 화소군(200)이 구성되어 있다.
도 5에서, 화소군(200)을 구성하는 4개의 화소(100)는, 부유확산 영역(FD)을 공유하고 있다. 또한, 도 5에서, 전송 트랜지스터(TR-Tr)나 선택 트랜지스터(SEL-Tr)에 대한 구동 신호(TRG, SEL)는, 수직 구동 회로(12)(도 1)로부터 공급된다.
화소군(200)에서, 각 화소(100)는, 포토 다이오드(112) 외에, 전송 트랜지스터(TR-Tr)를 갖고 있다. 각 화소(100)에서는, 전송 트랜지스터(TR-Tr)가, 그 게이트에 입력되는 구동 신호(TRG)에 따라, 온/오프의 동작을 행함으로써, 포토 다이오드(112)에서 광전변환된 전하(신호 전하)가, 4화소에서 공유된 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 단, 여기서는, 각 화소(100)의 노광 시간에 응하여, 구동 신호(TRG)가 제어된다.
부유확산 영역(FD)은, 화소군(200)의 각 화소(100)의 전송 트랜지스터(TR-Tr)와, 화소군(200)에서 공유되는 리셋 트랜지스터(RST-Tr) 및 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)와의 접속점에 형성되어 있다. 리셋 트랜지스터(RST-Tr)가, 그 게이트에 입력되는 구동 신호(RST)에 따라, 온/오프의 동작을 행함으로써, 부유확산 영역(FD)에 축적되어 있는 전하가 배출된다.
부유확산 영역(FD)은, 각 화소(100)의 전송 트랜지스터(TR-Tr)에 의해 전송되고 오는 전하를 축적하는 기능을 갖고 있다. 부유확산 영역(FD)의 전위는, 축적된 전하량에 응하여 변조된다. 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)는, 그 게이트에 접속된 부유확산 영역(FD)의 전위 변동을 입력 신호 전압으로 하는 증폭기로서 동작하고, 그 출력 신호 전압은, 선택 트랜지스터(SEL-Tr)를 통하여 수직 신호선(VSL)(22)에 출력된다.
선택 트랜지스터(SEL-Tr)는, 그 게이트에 입력되는 구동 신호(SEL)에 따라, 온/오프의 동작을 행함으로써, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)로부터의 전압 신호를, 수직 신호선(VSL)(22)에 출력한다.
이와 같이, 화소군(200)은, 4화소 공유로 되고, 각 화소(100)는, 포토 다이오드(112)와 전송 트랜지스터(TR-Tr)를 각각 갖고 있다. 또한, 화소군(200)에서는, 4화소(공유 화소)에 의해, 부유확산 영역(FD)이 공유되어 있고, 당해 공유 화소의 화소 회로로서, 리셋 트랜지스터(RST-Tr), 증폭 트랜지스터(AMP-Tr), 및 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가, 공유 트랜지스터로서 구성되어 있다.
또한, 화소 어레이부(11)에서는, 열방향의 2개의 화소군(200)에 의해서도, 리셋 트랜지스터(RST-Tr), 증폭 트랜지스터(AMP-Tr), 및 선택 트랜지스터(SEL-Tr)로 이루어지는 공유 트랜지스터가 공유되어 있다.
보다 구체적으로는, 도 5에 도시한 화소 배열에서, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, 1행째와 2행째의 화소군(200)에서는, 각 화소군(200)에서, 부유확산 영역(FD)이 각각 공유되어 있지만, 열방향의 상하의 화소군(200)이 조(組)가 되어, 공유 트랜지스터도 공유되어 있다.
예를 들면, 1열째의 G화소군(200)(1, 1)과 R화소군(200)(2, 1)이 조가 되어, 리셋 트랜지스터(RST-Tr), 증폭 트랜지스터(AMP-Tr), 및 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가, 공유 트랜지스터로 되어 있다.
여기서, G화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소 중, G화소(100)(1, 1)에서는, 전송 트랜지스터(TR-Tr)가, 콘택트(C)를 통하여 입력된 구동 신호(TRG6)에 따라 동작함으로써, 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 마찬가지로, G화소(100)(1, 2), G화소(100)(2, 1), 및 G화소(100)(2, 2)에서도, 구동 신호(TRG7), 구동 신호(TRG4), 및 구동 신호(TRG5)에 따라, 전송 트랜지스터(TR-Tr)에 의해, 포토 다이오드(112)로부터의 전하가, 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
G화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소에서 공유된 부유확산 영역(FD)에서는, G화소(100)(1, 1), G화소(100)(1, 2), G화소(100)(2, 1), 및 G화소(100)(2, 2)의 포토 다이오드(112)의 각각으로부터 전송된 전하가 가산(아날로그 가산)되고, 그 가산 전하에 응한 전압이, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에 입력된다. 또한, 이 부유확산 영역(FD)에서의 전하의 가산은, 화소 가산 또는 FD 가산이라고도 칭하여진다.
그리고, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에서는, 4화소에서 공유된 부유확산 영역(FD)의 전위 변동이, 게이트에의 입력 신호 전압이 되고, 그 출력 신호 전압이, 선택 트랜지스터(SEL-Tr)를 통하여 수직 신호선(VSL1)(22-1)에 출력되게 된다.
또한, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)나 선택 트랜지스터(SEL-Tr) 등의 공유 트랜지스터는, G화소군(200)(1, 1)과 조가 되는 R화소군(200)(2, 1)에서 공유되어 있다.
또한, 1행째와 2행째의 화소군(200)에서, 2열째의 B화소군(200)(1, 2)과 G화소군(200)(2, 2)의 조와, 3열째의 G화소군(200)(1, 3)과 R화소군(200)(2, 3)의 조와, 4열째의 B화소군(200)(1, 4)과 G화소군(200)(2, 4)의 조에 관해서는, 1열째의 G화소군(200)(1, 1)과 R화소군(200)(2, 1)과 마찬가지로 구성되어 있다.
또한, 3행째와 4행째의 화소군(200)은, 1행째와 2행째의 화소군(200)과 마찬가지로 구성되고, 각 화소군(200)에서, 부유확산 영역(FD)이 각각 공유됨과 함께, 열방향의 상하의 화소군(200)이 조가 되어, 공유 트랜지스터도 공유되어 있다.
여기서, 도 5에서는, 구동 신호(SEL1)가 L레벨이 되어, 1행째와 2행째의 화소군(200)에서 공유된 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가 오프 상태가 되는 한편으로, 구동 신호(SEL0)가 H레벨이 되어, 3행째와 4행째의 화소군(200)에서 공유되는 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가 온 상태가 됨으로써, 3행째 또는 4행째의 화소군(200)이 선택되어 있다.
이때, 도 5에 도시하는 바와 같이, 구동 신호(TRG0 내지 TRG7) 중, 구동 신호(TRG4)만이 H레벨이 되어, 3행째의 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1열째의 G화소군(200)(3, 1)의 GM화소(100)(6, 1)와, 2열째의 B화소군(200)(3, 2)의 GM화소(100)(6, 4)와, 3열째의 G화소군(200)(3, 3)의 GM화소(100)(6, 5)와, 4열째의 B화소군(200)(3, 4)의 BM화소(100)(6, 7)의 각 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 도 5의 굵은 테두리로 둘러싸여 있는, GM화소(100)(6, 1), GM화소(100)(6, 4), GM화소(100)(6, 5), 및 BM화소(100)(6, 7)의 각 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 각각에 대응한 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그때에, GM화소(100)(6, 1), GM화소(100)(6, 4), GM화소(100)(6, 5), 및 BM화소(100)(6, 7)는, 전부 중축 화소(M)가 되기 때문에, 동일한 구동 신호(TRG4)에 의해 구동하는 것이 가능해진다.
그 결과로서, 위상차 화소(100L)(6, 4)로서 구성되는 GM화소(100)(6, 4)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하와, 위상차 화소(100R)(6, 5)로서 구성되는 GM화소(100)(6, 5)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가 판독되게 된다.
그 후, 도 6에 도시하는 바와 같이, H레벨이 되는 구동 신호(TRG)가, TRG(4)로부터 TRG(5)로 전환되고, 3행째의 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1열째의 G화소군(200)(3, 1)의 GS화소(100)(6, 2)와, 2열째의 B화소군(200)(3, 2)의 BS화소(100)(6, 3)와, 3열째의 G화소군(200)(3, 3)의 GS화소(100)(6, 6)와, 4열째의 B화소군(200)(3, 4)의 BS화소(100)(6, 8)의 각 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 도 6의 굵은 테두리로 둘러싸이는, GS화소(100)(6, 2), BS화소(100)(6, 3), GS화소(100)(6, 6), 및 BS화소(100)(6, 8)의 각 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 각각에 대응한 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그때에, GS화소(100)(6, 2), BS화소(100)(6, 3), GS화소(100)(6, 6), 및 BS화소(100)(6, 8)는, 전부 단축 화소(S)가 되기 때문에, 동일한 구동 신호(TRG5)에 의해 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 도시는 하지 않지만, 마찬가지로 하여, 구동 신호(TRG6, TRG7)가 H레벨로 전환됨으로써, 3행째의 각 화소군(200)을 구성하는 4화소의 포토 다이오드로부터 전하가 판독되고, 당해 4화소에서 공유된 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 이 부유확산 영역(FD)에서는, 당해 4화소의 포토 다이오드(112)의 각각으로부터 전송된 전하가 가산되고, 그 가산 전하에 응한 전압이, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에 입력된다.
그리고, 3행째의 화소군(200)에서, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에서는, 4화소에서 공유된 부유확산 영역(FD)의 전위 변동이, 게이트에의 입력 신호 전압이 되고, 그 출력 신호 전압이, 선택 트랜지스터(SEL-Tr)를 통하여 수직 신호선(VSL1, VSL3, VSL5, VSL722)에 출력된다.
여기서, 수직 신호선(VSL1)(22-1)은, 칼럼 신호 처리 회로(13)(도 1) 내의 비교기(210-1)에 접속되어 있다. 비교기(210-1)는, 그곳에 입력되는, 수직 신호선(VSL1)(22-1)부터의 신호 전압(Vx)과, DAC(220)부터의 램프파(Ramp)의 참조 전압(Vref)을 비교하여, 그 비교 결과에 응한 레벨의 출력 신호를 출력한다.
또한, 비교기(210-2) 내지 비교기(210-4)에서는, 참조 전압과 비교되는 신호 전압이, 수직 신호선(VSL3)(22-3), 수직 신호선(VSL5)(22-5), 또는 수직 신호선(VSL7)(22-7)부터의 신호 전압에 대신하는 외는, 비교기(210-1)와 마찬가지이고, 그 비교 결과에 응한 레벨의 출력 신호가 출력된다.
또한, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서는, 비교기(210)로부터의 출력 신호에 의거하여, 리셋 레벨 또는 신호 레벨의 카운트가 행하여짐으로써, AD 변환이 행하여진다. 이와 같은 상관 이중 샘플링(CDS)을 이용한 칼럼 AD 방식의 상세에 관해서는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술한다. 또한, 화소(100)의 콘택트(C)의 배치의 상세에 관해서는, 도 11 내지 도 15를 참조하여 후술한다.
(화소의 구동의 예)
다음에, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 상관 이중 샘플링(CDS)을 이용한 칼럼 AD 방식의 상세에 관해 설명한다.
도 8의 타이밍 차트에는, CMOS 이미지 센서(10)(도 1)에서, 상관 이중 샘플링(CDS)을 이용한 칼럼 AD 방식을 채용함과 함께, 화소군(200)을 구성하는 4화소의 포토 다이오드(112)에서, 부유확산 영역(FD)을 공유한 화소 공유가 이루어져 있는 경우의 AD 변환과 화소 가산의 타이밍을 도시하고 있다.
여기서는, 상술한 바와 같이, 칼럼 신호 처리 회로(13)(도 1) 내의 비교기(210)(도 5 등)에는, DAC(220)(도 5 등)부터의 램프파(Ramp)와, 화소군(200)에 접속된 수직 신호선(VSL)(22)부터의 VSL 신호가 입력되어, 비교되는 것으로 한다.
도 8의 타이밍 차트에서는, 비교기(210)에 입력되는, DAC(220)부터의 램프파(Ramp)와, 수직 신호선(VSL)(22)부터의 VSL 신호가 시계열로 표시되어 있다. 또한, 도 8에서, 시간의 방향은, 도면 중의 좌측부터 우측을 향하는 방향이 된다.
또한, 도 8의 타이밍 차트에는, 리셋 트랜지스터(RST-Tr)의 게이트에 입력되는 구동 신호(RST)에 대응한 「리셋」, 전송 트랜지스터(TR-Tr)의 게이트에 입력되는 구동 신호(TRG)에 대응한 「화소 전송」, AD 변환 후의 데이터의 전송 타이밍에 대응한 「전송」, 및 신호 처리 파이프라인의 수평 동기 신호에 대응한 「Hsync」의 타이밍 차트도 도시되어 있다.
또한, 도면 중의 「AD 변환」은, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서 AD 변환이 행하여지고 있는 기간을 나타내고, 「수평 전송 데이터」는, 「전송」의 타이밍에 응하여 전송된 데이터를 나타내고, 「데이터」는, 「수평 전송 데이터」를 재배열한 후의 데이터를 나타내고 있다.
시각(t10)에서, 리셋 트랜지스터(RST-Tr)가 온 상태가 됨으로써, 화소군(200)을 구성하는 4화소에서 공유되는 부유확산 영역(FD)이 리셋된다. 이에 의해, 시각(t10)부터 시각(t12)까지의 기간(이하, 제1의 기간이라고 한다)에서, 리셋 레벨(Srst)이 판독된다. 단, 시각(t11) 내지 시각(t12)의 기간은, AD 변환의 기간이 된다.
다음에, 시각(t13)에서, 위상차 화소(100L, 100R)에 대응한 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 됨으로써, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1화소의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하(QA)에 응한 화소 신호(Sa)가, 부유확산 영역(FD)에 전송된다(도 8의 S1). 이때, 부유확산 영역(FD)에서는, 전하(QA)에 응한 전위가 발생되고, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr) 및 선택 트랜지스터(SEL-Tr)에 의해, 수직 신호선(VSL)(22)에 출력(인가)된다.
이에 의해, 시각(t12)부터 시각(t16)까지의 기간(이하, 제2의 기간이라고 한다)에서, 전하(QA)에 응한 화소 신호 레벨(SA)이 판독된다. 그리고, 제2의 기간의 판독시의 화소 신호 레벨(SA)과, 제1의 기간의 판독시의 리셋 레벨(Srst)과의 차분을 취함으로써, 오프셋 성분이 제거되고, 진정한 신호 성분(Sa)을 얻을 수 있다.
단, 시각(t14) 내지 시각(t15)의 기간은, 화소 신호 레벨(SA)의 AD 변환의 기간이 되고, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서는, 상관 이중 샘플링(CDS)이 행하여지고, 제2의 기간의 CDS 신호(1화소의 CDS 신호)가 얻어진다(도 8의 S2).
다음에, 시각(t16)에서, 나머지 3화소의 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 됨으로써, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 나머지 3화소의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하(QB)에 응한 화소 신호(Sb)가, 부유확산 영역(FD)에 전송된다(도 8의 S3). 단, 전하(QB)는, 나머지 3화소의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하(QB1, QB2, QB3)를 통합한 것에 상당하고 있다.
여기서는, 부유확산 영역(FD)에 대해, 리셋 트랜지스터(RST-Tr)에 의한 리셋(reset)을 걸지 않고, 나머지 3화소의 포토 다이오드(112)로부터의 전하(QB)가 판독되기 때문에, 이미 부유확산 영역(FD)에 축적되어 있는, 1화소의 포토 다이오드(112)로부터의 전하(QA)와 더하여진다. 이때, 부유확산 영역(FD)에서는, 전하(QA)와 전하(QB)를 합성한 전하(QAB)의 전하량에 응하는 전위가 발생되고, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr) 및 선택 트랜지스터(SEL-Tr)에 의해, 수직 신호선(VSL)(22)에 출력(인가)된다.
이에 의해, 시각(t16)부터 시각(t19)까지의 기간(이하, 제3의 기간이라고 한다)에서, 전하(QAB)에 응한 화소 신호 레벨(SAB)이 판독된다. 그리고, 제3의 기간의 판독시의 화소 레벨 신호(SAB)와, 제1의 기간의 판독시의 리셋 레벨(Srst)과의 차분을 취함으로써, 오프셋 성분이 제거되고, 진정한 신호 성분(Sab)을 얻을 수 있다.
또한, 나머지 3화소의 포토 다이오드(112)로부터의 전하(QB)에 응한 화소 신호(Sb)(진정한 신호 성분(Sb))은, 합성 성분(Sab)(진정한 신호 성분(Sab))과, 화소 신호(Sa)(진정한 신호 성분(Sa))과의 차분을 취함으로써 얻어진다.
단, 시각(t17) 내지 시각(t18)의 기간은, 화소 레벨 신호(SAB)의 AD 변환의 기간이 되고, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서는, 상관 이중 샘플링(CDS)이 행하여지고, 제3의 기간의 CDS 신호(3화소의 CDS 신호)가 얻어진다(도 8의 S4).
여기서, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서는, 비교기(210)에 의해, 그곳에 입력되는 수직 신호선(VSL)(22)부터의 VSL 신호의 신호 전압(Vx)과, DAC(220)부터의 램프파(Ramp)에 의한 참조 전압(Vref)과의 비교 동작이 행하여지고, 그 비교 결과에 응한 레벨의 출력 신호(Vco)가 출력된다. 이 비교기(210)로부터의 출력 신호(Vco)는, 후단의 카운터(부도시)에 의해 카운트된다.
이와 같이 하여, 상관 이중 샘플링(CDS)을 이용한 칼럼 AD 방식에서는, 제1의 기간에서, 리셋 레벨(Srst)이 판독되고, 그 신호 전압(Vx)과, 참조 전압(Vref)과의 비교 동작이 행하여지고, 그 출력 신호(Vco)가 카운트된다.
또한, 제2의 기간에서는, 리셋 레벨(Srst)에 가(加)하여, 화소 신호 레벨(SA)이 판독되고, 그 신호 전압(Vx)과, 참조 전압(Vref)과의 비교 동작이 행하여지고, 그 출력 신호(Vco)가 카운트된다. 또한, 제3의 기간에서는, 리셋 레벨(Srst)에 가하여, 신호 전하(QA, QB)의 합성 전하(QAB)에 응한 화소 신호 레벨(SAB)이 판독되고, 그 신호 전압(Vx)과, 참조 전압(Vref)과의 비교 동작이 행하여지고, 그 출력 신호(Vco)가 카운트된다.
이와 같은 AD 변환에서 얻어지는 데이터(제2의 기간의 data(A), 제3의 기간의 data(B))는, 수평 전송 데이터로서, 신호 처리 파이프라인에 흘러서, 데이터의 재배열이 행하여짐으로써, 통상의 화소(100)와, 위상차 화소(100L, 100R)의 데이터가 얻어진다(도 8의 S5).
또한, 시각(t10)부터 시각(t19)까지의 기간의 제1의 AD 변환 기간이 종료되면, 계속해서, 시각(t19)부터 시각(t28)까지의 기간이 제2의 AD 변환 기간이 되는데, 제2의 AD 변환 기간에서 행하여지는 동작은, 상술한 제1의 AD 변환 기간에서 행하여지는 동작과 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
도 8의 타이밍 차트에 도시한 구동을 행함으로써, 부유확산 영역(FD)에 축적된 전하를, 2단계로 나누어서, 상관 이중 샘플링(CDS)을 행하는 것이 가능해진다. 즉, 제1 단계에서, 위상차 화소(100L, 100R)의 판독이 행하여지고, 제2단계에서, 4화소(2×2화소)의 가산 판독이 행하여진다.
또한, 이 구동에 의해, 하나의 AD 변환 기간에서, 리셋 레벨(Srst)이 판독되는 제1의 기간과, 화소 신호 레벨(SA)이 판독되는 제2의 기간과, 화소 신호 레벨(SAB)이 판독되는 제3의 기간에서의 동작이 순차적으로 행하여지게 된다. 그 때문에, 통상의 CDS 동작의 경우에 비하여, 리셋 레벨이 판독되는 기간을 1회분 줄일 수 있기 때문에, 상관 이중 샘플링(CDS)의 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
(제2의 기간의 화소의 구동 동작)
여기서, 도 9를 참조하여, 도 8에 도시한 제2의 기간(시각(t12) 내지 시각(t16))의 화소(100)의 구동 동작의 상세에 관해 설명한다.
도 9에 도시한 화소 배열에서, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, 행방향으로, G화소군(200)(1, 1), B화소군(200)(1, 2), G화소군(200)(1, 3), 및 B화소군(200)(1, 4)이 배치되어 있게 된다.
여기서, B화소군(200)(1, 2)에서, BS화소(100)(1, 4) 대신에, GM화소(100)(1, 4)가 배치되도록 함으로써, B화소군(200)(1, 2)의 GM화소(100)(1, 4)가 위상차 화소(100L)(1, 4)로서 구성되고, G화소군(200)(1, 3)의 GM화소(100)(1, 5)가 위상차 화소(100R)(1, 5)로서 구성되어 있다. 또한, 이들의 화소(100)와 화소군(200)과의 관계는, 후술하는 도 10에서도 마찬가지가 된다.
제2의 기간에서는, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1화소의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 부유확산 영역(FD)에 전송된다(도 9의 S1).
즉, G화소군(200)(1, 1)의 GM화소(100)(1, 1), B화소군(200)(1, 2)의 위상차 화소(100L)(1, 4), G화소군(200)(1, 3)의 위상차 화소(100R)(1, 5), 및 B화소군(200)(1, 4)의 BM화소(100)(1, 7)에 관해, 각 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 전송 트랜지스터(TR-Tr)에 의해, 화소군(200)마다 다른 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
그리고, 각 화소군(200)의 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에서는, 부유확산 영역(FD)의 전위 변동이, 게이트에의 입력 신호 전압이 되고, 그 출력 신호 전압이, 선택 트랜지스터(SEL-Tr)를 통하여 수직 신호선(22)에 출력된다. 이에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서는, 상관 이중 샘플링(CDS)이 행하여지고, 제2의 기간의 CDS 후의 신호(CDS 신호)가 얻어진다(도 9의 S2).
단, 여기서는, 위상차 화소(100L)(1, 4)와 위상차 화소(100R)(1, 5)로부터 얻어지는 CDS 신호만이 사용되고(도 9의 S3), GM화소(100)(1, 1)와 BM화소(100)(1, 7)로부터 얻어지는 CDS 신호는 사용하지 않기 때문에, 파기된다(도 9의 ×표시).
즉, B화소군(200)(1, 2)의 GM화소(100)(1, 4)와, G화소군(200)(1, 3)의 GM화소(100)(1, 5)는, 위상차 화소(100L)(1, 4)와, 위상차 화소(100R)(1, 5)로서 구성되기 때문에, 그들의 화소(100)로부터 얻어지는 CDS 신호는, 유지된다. 한편으로, G화소군(200)(1, 1)의 GM화소(100)(1, 1)와, B화소군(200)(1, 4)의 BM화소(100)(1, 7)는, 통상의 화소(100)로서 구성되고, 그들의 화소(100)로부터 얻어지는 CDS 신호는 사용하지 않기 때문에, 파기된다.
(제3의 기간의 화소의 구동 동작)
다음에, 도 10을 참조하여, 도 8에 도시한 제3의 기간(시각(t16) 내지 시각(t19))의 화소(100)의 구동 동작의 상세에 관해 설명한다.
제3의 기간에서는, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 제2의 기간에서 전송의 대상이 된 1화소를 제외한 3화소의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 부유확산 영역(FD)에 전송된다(도 10의 S4-1 내지 S4-3).
또한, 도 10에서는, 도 9에 도시한 제2의 기간에서 전송의 대상이 된 1화소를, 검게 칠한 사각으로 도시하고 있고, GM화소(100)(1, 1), GM화소(100)(1, 4), GM화소(100)(1, 5), 및 BM화소(100)(1, 7)는, 제3의 기간에서는 전송이 대상에서 제외되어 있다.
즉, G화소군(200)(1, 1)의 GS화소(100)(1, 2), GL화소(100)(2, 1), 및 GM화소(100)(2, 2), 및 B화소군(200)(1, 2)의 BS화소(100)(1, 3), BL화소(100)(2, 3), 및 BM화소(100)(2, 4)에 관해, 각 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 전송 트랜지스터(TR-Tr)에 의해, 화소군(200)마다 다른 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
마찬가지로, G화소군(200)(1, 3)의 GS화소(100)(1, 6), GL화소(100)(2, 5), 및 GM화소(100)(2, 6), 및 B화소군(200)(1, 4)의 BS화소(100)(1, 8), BL화소(100)(2, 7), 및 BM화소(100)(2, 8)에 관해, 각 화소(100)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 전송 트랜지스터(TR-Tr)에 의해, 화소군(200)마다 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
그리고, 각 화소군(200)의 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에서는, 부유확산 영역(FD)의 전위 변동이, 게이트에의 입력 신호 전압이 되고, 그 출력 신호 전압이, 선택 트랜지스터(SEL-Tr)를 통하여 수직 신호선(22)에 출력된다. 이에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(13)에서는, 상관 이중 샘플링(CDS)이 행하여지고, 제3의 기간의 CDS 신호가 얻어진다(도 10의 S5).
단, 여기서는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하는 화소군(200)로부터 얻어지는 CDS 신호는 사용하지 않기 때문에, 파기되고(도 10의 ×표시), 통상의 화소(100)만으로 이루어지는 화소군(200)부터 얻어지는 CDS 신호만이 사용된다(도 10의 S6).
즉, B화소군(200)(1, 2)의 GM화소(100)(1, 4)와, G화소군(200)(1, 3)의 GM화소(100)(1, 5)는, 위상차 화소(100L)(1, 4)와, 위상차 화소(100R)(1, 5)로서 구성되어 있기 때문에, B화소군(200)(1, 2)과 G화소군(200)(1, 3)부터 얻어지는 CDS 신호는 파기된다. 한편으로, G화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소와, B화소군(200)(1, 4)을 구성하는 4화소는, 통상의 화소(100)만으로 구성되기 때문에, G화소군(200)(1, 1)과 B화소군(200)(1, 4)부터 얻어지는 CDS 신호는, 유지된다.
이와 같이 하여, 도 9에 도시한 제2의 기간에서, CDS 신호로서, 위상차 화소(100L, 100R)로부터의 위상차 신호가 얻어지고(도 9, 도 10의 S3), 도 10에 도시한 제3의 기간에서, CDS 신호로서, 통상의 화소(100)만으로 이루어지는 화소군(200)로부터의 화소 신호가 얻어진다(도 10의 S6). 그리고, 위상차 신호와 화소 신호 중, 어느 일방의 신호가 선택되고, 출력된다.
(콘택트의 배치례)
다음에, 도 11 내지 도 15를 참조하여, 도 8의 타이밍 차트에 도시한 구동을 행하기 위한 화소(100)의 콘택트의 배치의 예에 관해 설명한다.
도 11에는, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)의 판독이 제각기 행하여지는 경우의 콘택트의 배치를 도시하고 있다.
또한, 도 11에서는, 화소(100)상에 기술된 타원이, 콘택트(C)를 나타내고, 4화소마다 기술된 마름모가, 부유확산 영역(FD)을 나타내고 있는 것으로 한다. 또한, 각 콘택트(C)에 접속되는 구동선은, 수직 구동 회로(12)(도 1)에 접속되는 화소 구동선(21)(도 1)에 포함된다. 이들의 타원이나 마름모의 의미는, 후술하는 다른 도면에서도 마찬가지가 된다.
도 11에 도시한 콘택트(C)의 배치에서, G화소군(200)에 포함되는 위상차 화소(100L)와, B화소군(200)에 포함되는 위상차 화소(100R)에서는, 콘택트(C)가 접속되는 구동선이 다르다.
그 때문에, 1회째의 화소 신호 레벨의 판독 기간에서, 위상차 화소(100L)의 판독이 단독으로 행하여지고, 위상차 화소(100L)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 화소군(200)마다의 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
다음에, 2회째의 화소 신호 레벨의 판독 기간에서, 위상차 화소(100R)의 판독이 단독으로 행하여지고, 위상차 화소(100R)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 화소군(200)마다의 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
그리고, 3회째의 화소 신호 레벨의 판독 기간에서, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소(2×2화소)의 가산 판독이 행하여지고, 4화소의 각각의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 화소군(200)마다의 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
이와 같이, 도 11에 도시한 콘택트의 배치라면, 제1 단계에서, 위상차 화소(100L)의 판독이 행하여지고, 제2단계에서, 위상차 화소(100R)의 판독이 행하여지고, 제3단계에서, 각 화소군(200)의 4화소(2×2화소)의 가산 판독이 행하여지기 때문에, 화소 신호 레벨의 판독 기간이 3회가 되어, 결과적으로, 상관 이중 샘플링(CDS)의 시간이 길어져 버린다.
그래서, 본 기술에서는, 예를 들면, 도 12에 도시하는 바와 같은 콘택트(C)의 배치가 되도록, 화소(100)의 콘택트(C)를 바꿈으로써, 화소 신호 레벨의 판독 기간을 1회분 줄여서, 화소 신호 레벨의 판독 기간이 2회로 되도록 하여, 상관 이중 샘플링(CDS)의 시간을 단축할 수 있도록 한다.
도 12에는,, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)의 판독이 동시에 행하여지는 경우의 콘택트의 배치를 도시하고 있다.
도 12에 도시한 콘택트(C)의 배치의 예에서, G화소군(200)에 포함되는 위상차 화소(100L)와, B화소군(200)에 포함되는 위상차 화소(100R)에서는, 콘택트(C)가, 동일한 구동선에 접속되어 있다.
그 때문에, 1회째의 화소 신호 레벨의 판독 기간에서, 위상차 화소(100L)의 판독이 단독으로 행하여지고, 위상차 화소(100L)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, G화소군(200)의 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그와 동시에, 위상차 화소(100R)의 판독이 단독으로 행하여지고, 위상차 화소(100R)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, B화소군(200)의 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
그리고, 2회째의 화소 신호 레벨의 판독 기간에서, 각 화소군(200)을 구성하는 4화소(2×2화소)의 가산 판독이 행하여지고, 4화소의 각각의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가, 화소군(200)마다의 부유확산 영역(FD)에 전송된다.
이와 같이, 도 12에 도시한 콘택트(C)의 배치의 예에서는, 제1 단계에서, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)의 판독이 행하여지고, 제2단계에서, 각 화소군(200)의 4화소(2×2화소)의 가산 판독이 행하여지기 때문에, 화소 신호 레벨의 판독 기간이 2회로 끝나고, 결과적으로, 상관 이중 샘플링(CDS)의 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
(콘택트의 배치의 예)
다음에, 도 13 내지 도 15를 참조하여, 본 기술을 적용한 콘택트(C)의 배치의 예의 상세를 설명한다.
단, 도 13 및 도 14에서는, 화소군(200)을 구성하는 4화소(2×2화소)를 구별하지 않지만, 실제로는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 4화소(2×2화소)의 각 화소는, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 또는 단축 화소(S)의 어느 하나의 화소로 할 수 있다.
(구동선이 2개인 경우의 배치례)
도 13은, 구동선이 2개인 경우의 콘택트(C)의 배치례를 도시하는 도면이다.
또한, 도 13의 화소 배열에는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 화소(100)의 i행j열에 대응한 행번호와 열번호를 좌측과 하측의 영역에 표기하여, 화소군(200)의 k행l열에 대응한 행번호와 열번호를 우측과 상측의 영역에 표기하고 있다. 즉, 도 13에는, 화소 어레이부(11)의 화소 배열 중, 12행16열의 화소 배열(6행8열의 화소군 배열)의 영역을 뽑아낸 것이 도시되어 있다.
또한, 각 콘택트(C)에 접속되는 구동선은, 화소 구동선(21)(도 1)에 포함되는데, 수평 방향의 구동선의 n행을, TRG-n으로 표기하고 있다. 즉, 도 13의 화소 배열에서는, 각 행의 화소(100)에 대해, 2개의 구동선(TRG)이 마련되고, 각 화소(100)의 콘택트(C)는, 2개의 구동선(TRG) 중, 일방의 구동선(TRG)과 전기적으로 접속되어 있다.
여기서는, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, 예를 들면, G화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소(공유 화소) 중, 좌상의 GM화소(100)(1, 1)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-2)과 접속되고, 우상의 GS화소(100)(1, 2)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-1)과 접속된다. 또한, 좌하의 GL화소(100)(1, 2)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-4)과 접속되고, 우하의 GM화소(100)(1, 1)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-3)과 접속된다.
이와 같이, 1행째의 G, B화소군(200)에서는, 4화소 중, 좌상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-2), 우상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-1), 좌하의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-4), 우하의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-3)에 각각 접속되어 있다.
또한, 2행째의 R, G화소군(200)에서도, 4화소 중, 좌상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-6), 우상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-5), 좌하의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-8), 우하의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-7)에 각각 접속되고, 1행째의 G, B화소군(200)과 같은 접속 관계로 되어 있다.
또한, 반복이 되기 때문에, 설명은 생략하지만, 3행째의 G, B화소군(200), 4행째의 R, G화소군(200), 5행째의 G, B화소군(200), 및 6행째의 R, G화소군(200)에서도, 1행째의 G, B화소군(200)이나 2행째의 R, G화소군(200)과 같은 접속 관계로 되어 있다.
여기서, 도 13의 화소 배열에서, 1행째의 B화소군(200)(1, 6)과 G화소군(200)(1, 7)이 배치되는 영역에 주목하면, B화소군(200)(1, 6)의 우상의 GM화소(100)(1, 12)와, G화소군(200)(1, 7)의 좌상의 GM화소(100)(1, 13)가, 위상차 화소(100L)(1, 12)와, 위상차 화소(100R)(1, 13)로서 구성되어 있다.
즉, 위상차 화소(100L)(1, 12)와 위상차 화소(100R)(1, 13)는, GM화소(100)(1, 12)의 포토 다이오드(112)와, GM화소(100)(1, 13)의 포토 다이오드(112)를, 하나의 온 칩 렌즈(111)에 대해 마련한 구조(2×1OCL 구조)로 되어 있다.
이때, B화소군(200)(1, 6)에서는, 도면 중의 흑색의 원으로 도시하는 바와 같이, 좌상의 BS화소(100)(1, 11)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-1)과 접속되고, 우상의 GM화소(100)(1, 12)가, 구동선(TRG-2)과 접속되어 있다.
상술한 바와 같이, B화소군(200)은, 본래, B화소(100)만으로 구성되는 것이지만, B화소군(200)(1, 6)에서는, 우상의 BS화소(100)(1, 12) 대신에, GM화소(100)(1, 12)가 배치되도록 하여, 위상차 화소(100L)(1, 12)로서 구성되도록 하고 있다. 또한, B화소군(200)(1, 6)에서는, 좌상의 B화소(100)로서, BM화소(100)(1, 11)가 아니라, BS화소(100)(1, 11)가 배치되어 있다.
이와 같이, 1행째의 화소군(200)에서는, B화소군(200)(1, 6)에서의 노광별(露光別)의 화소의 배치가, 다른 B, G화소군(200)의 배치와 다르다. 즉, 다른 B, G화소군(200)에서는, 좌상과 우하가 중축 화소(M)이고, 우상이 단축 화소(S), 좌하가 장축 화소(L)가 되지만, B화소군(200)(1, 6)만은, 우상과 우하가 중축 화소(M)이고, 좌상이 단축 화소(S), 좌하가 장축 화소(L)가 된다.
그 때문에, B화소군(200)(1, 6)에서, 좌상의 BS화소(100)(1, 11)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-2)이 아니라, 구동선(TRG-1)에 접속되고, 또한, 우상의 GM화소(100)(1, 12)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-1)이 아니라, 구동선(TRG-2)에 접속되는 콘택트(C)의 배치로 함으로써, 1행째의 화소군(200)에서, 노광별로 화소(100)를 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 5행째의 B화소군(200)(5, 2)과 G화소군(200)(5, 3)이 배치되는 영역에 주목하면, B화소군(200)(5, 2)의 우상의 GM화소(100)(9, 4)와, G화소군(200)(5, 3)의 좌상의 GM화소(100)(9, 5)가, 위상차 화소(100L)(9, 4)와, 위상차 화소(100R)(9, 5)로서 구성되어 있다.
이때, B화소군(200)(5, 2)에서는, 도면 중의 흑색의 원으로 도시하는 바와 같이, 좌상의 BS화소(100)(9, 3)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-18)이 아니라, 구동선(TRG-17)과 접속되고, 또한, 우상의 GM화소(100)(9, 4)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-17)이 아니라, 구동선(TRG-18)과 접속되는 배치로 한다. 이에 의해, 5행째의 화소군(200)에서는, 1행째의 화소군(200)과 마찬가지로, 노광별로 화소(100)를 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 도 13에 도시한 화소 배열에서는, 각 화소군(200)의 4화소(2×2화소)에서, 부유확산 영역(FD)이 각각 공유됨과 함께, 당해 부유확산 영역(FD)은, 열방향의 상하의 화소군(200)의 조에 의해서도 공유되어 있다.
이와 같이, 각 행의 화소(100)에 대해 2개의 구동선(TRG)을 마련하는 경우에, 도 13의 화소 배열로 도시하는 바와 같은 콘택트(C)의 배치로 함으로써(예를 들면, B화소군(200)(1, 6)의 BS화소(100)(1, 11)와 GM화소(100)(1, 12)의 콘택트(C)를 바꿈으로써), 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)의 판독을 동시에 행하는 것이 가능해지기 때문에, 상관 이중 샘플링(CDS)의 시간을 단축할 수 있다.
(구동선이 3개인 경우의 배치례)
도 14는, 구동선이 3개인 경우의 콘택트(C)의 배치례를 도시하는 도면이다.
도 14의 화소 배열에서는, 각 행의 화소(100)에 대해, 3개의 구동선(TRG)이 마련되고, 각 화소(100)의 콘택트(C)는, 3개의 구동선(TRG) 중, 어느 한 구동선(TRG)과 전기적으로 접속되어 있다.
여기서는, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(100)(1, 1)로 나타내면, 예를 들면, G화소군(200)(1, 1)을 구성하는 4화소(공유 화소) 중, 좌상의 GM화소(100)(1, 1)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-2)과 접속되고, 우상의 GS화소(100)(1, 2)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-3)과 접속된다. 또한, 좌하의 GL화소(100)(1, 2)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-6)과 접속되고, 우하의 GM화소(100)(1, 1)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-5)과 접속된다.
또한, 예를 들면, B화소군(200)(1, 2)을 구성하는 4화소(공유 화소) 중, 좌상의 BM화소(100)(1, 3)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-2)과 접속되고, 우상의 GS화소(100)(1, 4)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-1)과 접속된다. 또한, 좌하의 GL화소(100)(2, 3)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-4)과 접속되고, 우하의 GM화소(100)(2, 4)의 콘택트(C)는, 구동선(TRG-5)과 접속된다.
이와 같이, 1행째의 G, B화소군(200)에서는, 4화소 중, 좌상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-2), 우상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-3) 또는 구동선(TRG-1), 좌하의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-6) 또한 구동선(TRG-4), 우하의 화소(100)의 콘택트(C)가 TRG(-5)에 각각 접속되어 있다.
또한, 2행째의 R, G화소군(200)에서도, 4화소 중, 좌상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-8), 우상의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-9) 또는 구동선(TRG-7), 좌하의 화소(100)의 콘택트(C)가 구동선(TRG-12) 또한 구동선(TRG-10), 우하의 화소(100)의 콘택트(C)가 TRG(-11)에 각각 접속되고, 1행째의 G, B화소군(200)과 같은 접속 관계로 되어 있다.
또한, 반복이 되기 때문에, 설명은 생략하지만, 3행째의 G, B화소군(200), 4행째의 R, G화소군(200), 5행째의 G, B화소군(200), 및 6행째의 R, G화소군(200)에서도, 1행째의 G, B화소군(200)이나 2행째의 R, G화소군(200)과 같은 접속 관계로 되어 있다.
여기서, 도 14의 화소 배열에서, 1행째의 B화소군(200)(1, 6)과 G화소군(200)(1, 7)이 배치되는 영역에 주목하면, B화소군(200)(1, 6)의 우상의 GM화소(100)(1, 12)와, G화소군(200)(1, 7)의 좌상의 GM화소(100)(1, 13)가, 위상차 화소(100L)(1, 12)와, 위상차 화소(100R)(1, 13)로서 구성되어 있다.
이때, B화소군(200)(1, 6)에서는, 도면 중의 흑색의 원으로 도시하는 바와 같이, 좌상의 BS화소(100)(1, 11)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-1)과 접속되고, 우상의 GM화소(100)(1, 12)가, 구동선(TRG-2)과 접속되어 있다.
그 이유는, 앞서 기술한 바와 같이, 다음과 같다. 1행째의 화소군(200)에서는, B화소군(200)(1, 6)에서의 노광별의 화소의 배치가, 다른 B화소군(200)의 배치와 다르다. 즉, 다른 B화소군(200)에서는, 좌상과 우하가 중축 화소(M)이고, 우상이 단축 화소(S), 좌하가 장축 화소(L)가 되지만, B화소군(200)(1, 6)만은, 우상과 우하가 중축 화소(M)이고, 좌상이 단축 화소(S), 좌하가 장축 화소(L)가 된다.
그 때문에, B화소군(200)(1, 6)에서, 좌상의 BS화소(100)(1, 11)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-2)이 아니라, 구동선(TRG-1)에 접속되고, 또한, 우상의 GM화소(100)(1, 12)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-1)이 아니라, 구동선(TRG-2)에 접속되는 콘택트(C)의 배치로 함으로써, 1행째의 화소군(200)에서, 노광별로 화소(100)를 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 5행째의 B화소군(200)(5, 2)과 G화소군(200)(5, 3)이 배치되는 영역에 주목하면, B화소군(200)(5, 2)의 우상의 GM화소(100)(9, 4)와, G화소군(200)(5, 3)의 좌상의 GM화소(100)(9, 5)가, 위상차 화소(100L)(9, 4)와, 위상차 화소(100R)(9, 5)로서 구성되어 있다.
이때, B화소군(200)(5, 2)에서는, 도면 중의 흑색의 원으로 도시하는 바와 같이, 좌상의 BS화소(100)(9, 3)의 콘택트(C)가, 구동선(TRG-26)이 아니라, 구동선(TRG-25)과 접속되고, 또한, 우상의 GM화소(100)(9, 4)가, 구동선(TRG-25)이 아니라, 구동선(TRG-26)과 접속되는 콘택트(C)의 배치로 한다. 이에 의해, 5행째의 화소군(200)에서는, 1행째의 화소군(200)과 마찬가지로, 노광별로 화소(100)를 구동하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 각 행의 화소(100)에 대해 3개의 구동선(TRG)을 마련하는 경우에, 도 14의 화소 배열로 도시하는 바와 같은 콘택트(C)의 배치로 함으로써(예를 들면, B화소군(200)(1, 6)의 BS화소(100)(1, 11)와 GM화소(100)(1, 12)의 콘택트(C)를 바꿈으로써), 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)의 판독을 동시에 행하는 것이 가능해지기 때문에, 상관 이중 샘플링(CDS)의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 도 13 및 도 14에 도시한 콘택트(C)의 배치는 한 예이고, 다른 배치를 채용하도록 하여도 좋다. 또한, 도 13 및 도 14에서는, 위상차 화소(100L)를 포함하는 화소군(200)을 구성하는 화소(100)의 일부의 콘택트(C)를 바꾸는 경우를 설명하였지만, 위상차 화소(100R)를 포함하는 화소군(200)을 구성하는 화소(100)의 일부의 콘택트(C)를 바꾸어도 좋다. 또한, 위상차 화소(100R)를 포함하는 화소군(200)과, 위상차 화소(100L)를 포함하는 화소군(200)의 양방에 관해, 화소(100)의 일부의 콘택트(C)를 바꾸도록 하여도 좋다.
이상, 제1의 실시의 형태에 관해 설명하였다. 제1의 실시의 형태에서는, 동색의 4화소(공유 화소)로 구성되는 화소군(200)을 규칙적으로 배열한 배열 패턴이 채용되고, 화소군(200)의 4화소마다 노광 시간의 조정이 행하여지는 경우에, 화소군(200)을 구성하는 화소(100)의 화소 배열에 대해 위상차 화소(100L, 100R)를 마련하는데 즈음하여, 보다 높은 위상차 검출 정밀도를 실현할 수 있다.
그 이유인데, 다음과 같다. 즉, 화소 어레이부(11)에서, 베이어 배열로 배치된 화소군(200)에 대해, 위상차 화소(100L, 100R)를 배치하는 경우에, 저조도시(低照度時)의 성능을 향상시키기 위해, 위상차 화소(100L)의 포토 다이오드(112)와, 위상차 화소(100R)의 포토 다이오드(112)를, 하나의 온 칩 렌즈(111)에 대해 마련한 구조(2×1OCL 구조)를 채용할 수 있다. 예를 들면, 2×1OCL 구조를 채용한 경우에는, 차광 타입의 위상차 화소를 이용한 경우에 비하여, 위상차 화소의 감도가 약 2배가 된다.
한편으로, 동색의 4개의 화소(100)(2×2의 4화소)로 구성되는 화소군(200)의 구조를 채용한 경우에, 화소(100)마다 노광 시간의 조정을 행함으로써, HDR(High Dynamic Range)의 화소 신호를 얻을 수 있다. 그러나, 4개의 화소(100)(2×2의 4화소)에서는, 행방향의 2화소가 다른 노광(different types of exposure)이 되기 때문에, 2×1OCL 구조를 채용할 수가 없어서, 차광 타입의 위상차 화소를 이용한 경우에는, 위상차 화소의 감도의 저하를 초래하게 된다.
즉, 2×1OCL 구조를 채용하는 경우에, 행방향의 2화소가 다른 노광이 되면, 위상차 화소(100L, 100R)로부터 얻어지는 위상차 신호를 이용한 위상차 검출의 정밀도가 열화되기 때문에, 다른 노광의 2화소에 대해, 2×1OCL 구조를 채용하는 것은 곤란하다. 또한, 차광 타입(광의 입사면의 1/2을 차광하는 타입)의 위상차 화소를 이용한 경우에는, 위상차 화소의 감도가 약 1/2이 되고, 당해 위상차 화소로부터 얻어지는 위상차 신호를 이용한 위상차 검출의 성능이 열화되어 버린다.
그래서, 본 기술에서는, 동색의 4화소(공유 화소)로 구성되는 화소군(200)의 구조를 채용한 경우에 있어서, 화소(100)마다 노광 시간의 조정이 행하여질 때에, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)가, 인접한 동색의 화소(100)로서, 인접한 다른 화소군(200)에 포함되도록 함으로써, 2×1OCL 구조가 실현되도록 하고 있다. 이와 같이 하여, 2×1OCL 구조가 실현됨으로써, 위상차 화소의 감도를 향상시킬 수 있기 때문에, 보다 높은 위상차 검출 정밀도를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 제1의 실시의 형태에서, 화소군(200)에서는, 화소(100)마다 노광 시간을 조정하여, 예를 들면, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 또는 단축 화소(S)의 어느 하나가 되도록 함으로써, HDR의 화소 신호가 얻어진다고 하여 설명하였지만, 화소(100)마다 노광 시간을 바꾸지 않고, 동일한 노광 시간이 되도록 하여도 좋다.
이와 같은 구성을 채용한 경우에는, HDR의 화소 신호를 얻을 수는 없지만, 2×1OCL 구조의 위상차 화소(100L, 100R)가, 인접한 다른 화소군(200)에 포함되고, 예를 들면, G화소군(200)의 4화소 중의 1화소가, B화소군(200) 또는 R화소(200)의 1화소로서 확장되는 구조로 이루어지는 것에는 다름이 없기 때문에, 예를 들면, 다음과 같은 메리트가 있다.
즉, 화소군(200)에서, 화소(100)마다 노광 시간을 조정하지 않는 경우에는, 화상 정보를 얻기 위해서는 사용하기 어려운 화소인 위상차 화소(100L, 100R)를, 복수의 화소군(200)(예를 들면, G화소군(200)과 B화소군(200), 또는 G화소군(200)과 R화소군(200))에 분산시킬 수 있다는 메리트가 있다.
또한, 상술한 도 8 내지 도 15에서는, 부유확산 영역(FD)을 공유한 화소 공유가 이루어지는 경우에, 화소 가산을 행하기 위한 화소의 구동 방법에 관해 설명하였지만, 이 구동 방법을 적용함에 있어서도, 화소군(200)에서, 화소(100)마다, 반드시 노광 시간을 조정할 필요는 없다.
(2) 제2의 실시의 형태
(화소의 평면 레이아웃)
도 16은, 도 1의 화소 어레이부(11)에 배열된 복수의 화소(100)의 평면 레이아웃을 도시하는 도면이다.
도 16에서는, 화소 어레이부(11)에 2차원형상으로 배열된 복수의 화소(100) 중, 광의 입사측에서 보아, 좌상의 영역에 배열된 32행32열의 영역에서의 화소(100)를 예시하고 있다.
도 16의 화소 어레이부(11)에서는, 적(R)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 R화소군(200)과, 녹(G)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 G화소군(200)과, 청(B)의 4화소(2×2화소)로 구성되는 B화소군(200)이, 규칙적으로 배열되어, 베이어 배열로 되어 있다.
또한, 베이어 배열로 배치되는 화소군(200)을 구성하는 4개의 화소(100)는, 공유 화소로서 구성되어 있기 때문에, 4개의 화소(100)로부터 얻어지는 화소 신호가 가산되어, 화소 신호가 생성된다.
이때, 화소군(200)에서는, 화소(100)마다 노광 시간이 조정되어 있기 때문에, 공유 화소를 구성하는 화소(100)로서, 장축 화소(L), 중축 화소(M), 및 단축 화소(S)가 포함되어 있다. 그 때문에, 여기서 얻어지는 화소 신호는, 장축의 화소 신호와, 중축의 화소 신호와, 단축의 화소 신호를 가산함으로써 얻어지는 HDR의 화소 신호가 된다.
여기서, 화소군(200)(2, 3)이 배치되는 영역에 주목하면, BM화소(100)(3, 6)와 BM화소(100)(4, 5) 대신에, 좌차광 화소(100L)(3, 6)와 좌차광 화소(100L)(4, 5)가 배치되어 있다.
도 17의 A에 도시하는 바와 같이, 좌차광 화소(100L)(3, 6)와 좌차광 화소(100L)(4, 5)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역(도면 중의 흑색으로 표한 영역)이 차광되어 있다. 또한, 좌차광 화소(100L)(3, 6)와 좌차광 화소(100L)(4, 5)에는, G컬러필터(113)가 각각 마련되고, GM화소(100)로서 구성되어 있다.
도 16의 설명으로 되돌아와, 화소 어레이부(11)에서, 화소군(200)(2, 11), 화소군(200)(6, 5), 화소군(200)(6, 13), 화소군(200)(10, 7), 화소군(200)(10, 15), 화소군(200)(10, 7), 화소군(200)(14, 1), 및 화소군(200)(14, 9)은, 화소군(200)(2, 3)과 마찬가지로, 4화소 중의 우상과 좌하의 화소로서, BM화소(100) 대신에, 좌차광 화소(100L)가 배치되어 있다.
또한, 화소군(200)(4, 1)이 배치되는 영역에 주목하면, BM화소(100)(7, 2)와 BM화소(100)(8, 1) 대신에, 우차광 화소(100R)(7, 2)와 우차광 화소(100R)(8, 1)가 배치되어 있다.
도 17의 B에 도시하는 바와 같이, 우차광 화소(100R)(7, 2)와 우차광 화소(100R)(8, 1)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 우측의 영역(도면 중의 흑색으로 표한 영역)이 차광되어 있다. 또한, 우차광 화소(100R)(7, 2)와 우차광 화소(100R)(8, 1)에는, G컬러필터(113)가 각각 마련되고, GM화소(100)로서 구성되어 있다.
도 16의 설명으로 되돌아와, 화소 어레이부(11)에서, 화소군(200)(4, 9), 화소군(200)(8, 3), 화소군(200)(8, 11), 화소군(200)(12, 5), 화소군(200)(12, 13), 화소군(200)(16, 7), 및 화소군(200)(16, 15)은, 화소군(200)(4, 1)과 마찬가지로, 4화소 중의 우상과 좌하의 화소로서, BM화소(100) 대신에, 우차광 화소(100R)가 배치되어 있다.
이상과 같이, 화소 어레이부(11)에서는, 2×2의 4개의 R화소(100)로 이루어지는 R화소군(200)과, 2×2의 4개의 G화소(100)로 이루어지는 G화소군(200)과, 2×2의 4개의 B화소(100)로 이루어지는 B화소군(200)이, 베이어 배열에 의해 배열되지만, B화소군(200)의 일부의 화소(4화소 중의 우상과 좌하의 화소)가, 좌차광 화소(100L) 또는 우차광 화소(100R)로 치환되어 있다.
여기서는, 차광 영역이 좌우 대칭이 되어 있는 좌차광 화소(100L)와 우차광 화소(100R)가, 위상차 검출용의 화소(위상차 화소)로서 조가 되어 있고, 그들의 좌우의 차광 화소에서 얻어지는 좌차광 화소 신호와 우차광 화소 신호에 의거하여, 위상차 검출용의 화상이 생성되고, 위상차가 검출되게 된다.
예를 들면, 화소 어레이부(11)에서는, 화소군(200)(2, 3)의 좌차광 화소(100L)와, 화소군(200)(4, 1)의 우차광 화소(100R)의 조나, 화소군(200)(2, 11)의 좌차광 화소(100L)와, 화소군(200)(4, 9)의 우차광 화소(100R)의 조 등을, 위상차 화소의 페어로 할 수 있다.
(화소의 단면의 구조)
도 18은, 도 16의 화소 어레이부(11)에 배열된 복수의 화소(100)의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 18에는, 위상차 화소로서의 좌차광 화소(100L)를 포함하는 화소군(200)의 단면으로서, 4행째의 X1-X1' 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 18에는, 위상차 화소를 포함하지 않는 화소군(200)의 단면으로서, 7행째의 화소(100)의 X2-X2' 단면을 도시하고 있다.
여기서는, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(1, 3)로 나타내면, X1-X1' 단면의 대상이 되는 것은, GM화소(100)(4, 3), GS화소(100)(4, 4), 좌차광 화소(100L)(4, 5), BS화소(100)(4, 6), GM화소(100)(4, 7), GS화소(100)(4, 8), BM화소(100)(4, 9), 및 BS화소(100)(4, 10)가 된다.
단, GM화소(100)(4, 3)와 GS화소(100)(4, 4)는, G화소군(200)(2, 2)에 포함되고, 좌차광 화소(100L)(4, 5)와 BS화소(100)(4, 6)는, B화소군(200)(2, 3)에 포함된다. 또한, GM화소(100)(4, 7)와 GS화소(100)(4, 8)는, G화소군(200)(2, 4)에 포함되고, BM화소(100)(4, 9)와 BS화소(100)(4, 10)는, B화소군(200)(2, 5)에 포함된다.
도 18의 X1-X1' 단면에 도시하는 바와 같이, GM화소(100)(4, 3)와 GS화소(100)(4, 4), 좌차광 화소(100L)(4, 5), 및 GM화소(100)(4, 7)와 GS화소(100)(4, 8)에서는, G컬러필터(113)가 형성되고, BS화소(100)(4, 6), 및 BM화소(100)(4, 9)와 BS화소(100)(4, 10)에서는, B컬러필터(113)가 형성되어 있다.
즉, 좌차광 화소(100L)(4, 5)는, B화소군(200)(2, 3)에 포함되기 때문에, 본래라면, B컬러필터(113)가 형성되고, BM화소(100)로서 구성되는 것이지만, 여기서는, G컬러필터(113)를 형성함으로써, GM화소(100)로서 구성되어 있다. 또한, 여기서는, 좌차광 화소(100L)(4, 5) 등의 차광 화소는, G컬러필터가 형성된 GM화소(100)라고 하여 설명하지만, 컬러필터를 마련하지 않고, 백(W)의 화소로서 구성되도록 하여도 좋다.
또한, 좌차광 화소(100L)(4, 5)에서, 차광부(114)는, 이웃하는 화소와의 사이를 차광할 뿐만 아니라, 그 좌측의 영역을 차광하기 때문에, 광의 입사면측으로 확장되어, 다른 화소에 비하여, 포토 다이오드(112)에 입사한 광의 입사면이 좁혀져 있다. 이에 의해, 도 17의 A에 도시한 바와 같이, 좌차광 화소(100L)(4, 5)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 차광부(114)에 의해 좌측의 영역이 차광되게 된다.
한편으로, X2-X2' 단면의 대상이 되는 것은, GL화소(100)(7, 3), GM화소(100)(7, 4), BL화소(100)(7, 5), BM화소(100)(7, 6), GL화소(100)(7, 7), GM화소(100)(7, 8), BL화소(100)(7, 9), 및 BM화소(100)(7, 10)가 된다.
GL화소(100)(7, 3)와 GM화소(100)(7, 4), 및 GL화소(100)(7, 7)와 GM화소(100)(7, 8)에서는, G컬러필터(113)가 형성되고, BL화소(100)(7, 5)와 BM화소(100)(7, 6), 및 BL화소(100)(7, 9)와 BM화소(100)(7, 10)에서는, B컬러필터(113)가 형성되어 있다.
또한, 도시는 하지 않지만, 우차광 화소(100R)의 단면은, 상술한 좌차광 화소(100L)와 마찬가지로, 차광부(114)가, 이웃하는 화소와의 사이를 차광할 뿐만 아니라, 광의 입사면측으로 확장되어, 포토 다이오드(112)에 입사하는 광의 입사면이 좁혀짐으로써, 그 우측의 영역이 차광된다. 이에 의해, 도 17의 B에 도시한 바와 같이, 우차광 화소(100R)는, 광의 입사측에서 본 경우에, 차광부(114)에 의해 우측의 영역이 차광되게 된다.
이상, 제2의 실시의 형태에 관해 설명하였다. 제2의 실시의 형태에서는, 동색의 4화소(공유 화소)로 구성되는 화소군(200)을 규칙적으로 배열한 배열 패턴이 채용되고, 화소군(200)의 4화소마다 노광 시간의 조정이 행하여지는 경우에, 화소군(200)에 포함되는 위상차 화소의 구조로서, 4화소 중, 경사 방향의 2화소(동일한 대각선상의 2화소)에, 차광 화소가 배치되도록 하고 있다.
이와 같이, 위상차 화소로서 차광 화소를 이용한 구조를 채용함으로써, 상술한 제1의 실시의 형태와 비교하여, 위상차 화소의 감도는 저하된 것이지만, 차광 화소가 되는 화소의 축적 시간(노광 시간)을, 원래의 구조로부터 변경할 필요가 없기 때문에, CMOS 이미지 센서(10)의 제조가 용이해진다는 메리트가 있다.
(3) 제3의 실시의 형태
그런데, 상술한 제1의 실시의 형태로서 설명한 2×1OCL 구조에서는, B화소군(200)에, 우하의 BS화소(100) 대신에, GM화소(100)가 배치되도록 함으로써, 당해 B화소군(200)의 우하의 GM화소(100)와, 그 오른편의 G화소군(200)의 좌하의 GM화소(100)가, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)로서 구성되도록 하고 있다.
이때, B화소군(200)의 우하의 화소(100)의 컬러필터를, B컬러필터(113)가 아니라, G컬러필터(113)로 함으로써, B화소(100) 대신에, G화소(100)가 배치되도록 하고 있다.
여기서, 도 19에 도시하는 바와 같이, 2×1OCL 구조에서는, B화소군(200)(2, 5)에, 우하의 BS화소(100)(4, 10) 대신에, GM화소(100)(4, 10)가 배치되도록 하고 있기 때문에, 화소 어레이부(11)에서의 화소 배열 전체로 보면, G화소(100)의 수가 하나 증가한 한편으로, B화소(100)의 수가 하나 감소하고 있게 된다.
또한, 예를 들면, B화소군(200)(2, 13), B화소군(200)(4, 1), B화소군(200)(4, 9), B화소군(200)(6, 7), B화소군(200)(6, 15), B화소군(200)(8, 3), B화소군(200)(8, 11), B화소군(200)(10, 5), B화소군(200)(10, 13), B화소군(200)(12, 1), B화소군(200)(12, 9), B화소군(200)(14, 7), B화소군(200)(14, 15), B화소군(200)(16, 3), 및 B화소군(200)(16, 11)에서도, B화소(100) 대신에, G화소(100)가 배치되어 있다.
그 때문에, 화소 어레이부(11)에서의 화소 배열 전체로 본 때에는, G화소(100)의 수가 가장 많아지고, 그 다음으로 R화소(100)의 수가 많고, B화소(100)의 수는, 가장 적어진다.
즉, 화소 어레이부(11)에서는, 베이어 배열의 화소 배열로 되고, G화소군(200)(2×2화소)가 체크무늬형상으로 배치되고, 나머지 부분에, R화소군(200)(2×2화소)과, B화소군(200)(2×2화소)이 1열마다 교대로 배치되어 있기 때문에, R화소(100)와 B화소(100)는, 동수가 되고, G화소(100)는, 그 2배의 수가 된다. 따라서 B화소(100) 대신에, G화소(100)가 배치되면, B화소(100)의 수는, R화소(100)의 수보다도 적어진다.
여기서, 통상의 화소를 베이어 배열로 배치하는 경우에, 각 화소에 대해 컬러필터를 형성할 때에는, G컬러필터로부터 차례로 형성되도록 함으로써, 각 화소에 형성된 컬러필터를 벗겨지기 어렵게 할 수 있다.
본 기술을 적용한 2×1OCL 구조에서도, 컬러필터(113)를 형성하는 경우에는, G컬러필터(113)로부터 차례로 형성되도록 함으로써, 각 화소(100)에 형성된 컬러필터(113)를 벗겨지기 어렵게 할 수 있다. 이 경우에 있어서, G컬러필터(113)의 다음에 형성된 컬러필터로서는, 예를 들면, 화소수가 많은 쪽부터, R컬러필터(113), B컬러필터(113)의 순서로 형성되도록 할 수 있다.
도 20에는, 도 19의 화소 어레이부(11)에 배열되는 복수의 화소(100)의 구조를 도시하는 단면도를 도시하고 있다. 도 20에서, X1-X1' 단면은, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하는 한편으로, X2-X2' 단면은, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하고 있지 않다.
여기서, 도 20의 X1-X1' 단면과, X2-X2' 단면에 도시하는 바와 같이, 컬러필터(113)를 형성할 때에는, 이하의 순번으로 형성된다.
우선, GM화소(100)(4, 7)와 GS화소(100)(4, 8), GM화소(100)(4, 10), 및 GM화소(100)(4, 11)와 GS화소(100)(4, 12), 및 GL화소(100)(7, 7)와 GM화소(100)(7, 8), 및 GL화소(100)(7, 11)와 GM화소(100)(7, 12) 등의 G화소(100)에 대한 G컬러필터(113)가 형성된다.
다음에, R화소(100)에 대한 R컬러필터(113)가 형성된다.
최후에, BS화소(100)(4, 9), 및 BM화소(100)(4, 13)와 BS화소(100)(4, 14), 및 BL화소(100)(7, 9)와 BM화소(100)(7, 10), 및 BL화소(100)(7, 13)와 BM화소(100)(7, 14) 등의 B화소(100)에 대한 B컬러필터(113)가 형성된다.
이상, 제3의 실시의 형태로서, 제1의 실시의 형태의 2×1OCL 구조의 화소를 포함하는 화소 배열에서의 컬러필터(113)를 형성하기 위한 공정(을 포함하는 제조 방법)에 관해 설명하였다. 제3의 실시의 형태에서는, 2×1OCL 구조의 화소를 포함하는 화소 배열에서의 컬러 필터(113)를 형성하기 위한 공정에서, G컬러필터(113), R컬러필터(113), B컬러필터(113)의 순서 등, G컬러필터(113)부터 차례로, 컬러필터(113)가 형성되도록 함으로써, 컬러필터(113)를 벗겨지기 어렵게 할 수 있다.
(4) 제4의 실시의 형태
그런데, 제1의 실시의 형태에서는, 위상차 화소(100L, 100R)가, 2×1OCL 구조로 이루어지는 화소 배열에 관해 설명하였지만, 2×1OCL 구조 이외의 다른 구조를 채용하여도 좋다. 여기서는, 예를 들면, 화소군(200)에 각각 포함되는 2×2의 4화소(의 포토 다이오드(112))에 대해, 하나의 온 칩 렌즈(111)를 마련한 구조(이하, 2×2OCL 구조라고도 한다)나, 2×1OCL 구조를 행방향으로 나열한 구조 등(이하, 2×1OCL×2 구조라고도 한다)의 구조를 채용할 수 있다.
그래서, 이하, 제4의 실시의 형태로서, 위상차 화소(100L, 100R)의 다른 구조의 한 예로서, 2×2OCL 구조와 2×1OCL×2 구조를 채용한 경우를 설명한다.
(2×2OCL 구조)
도 21은, 도 1의 화소 어레이부(11)에 배열된 복수의 화소(100)의 다른 구조를 도시하는 도면이다.
도 21에서는, 도면 중의 좌측에, 복수의 화소(100)의 평면 레이아웃을 도시하고, 도면 중의 우측에, 복수의 화소(100)의 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 21에서는, 도 4와 마찬가지로, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(1, 7)로 나타내는 것으로 한다.
여기서는, 위상차 화소(100L, 100R)의 구조로서, 2×2OCL 구조가 채용되고, B화소군(200)(2, 5)의 GM화소(100)(4, 10)와, G화소군(200)(2, 6)의 GM화소(100)(4, 11)와, G화소군(200)(3, 5)의 GM화소(100)(5, 10)와, R화소군(200)(3, 6)의 GM화소(100)(5, 11)로 이루어지는 4화소에 대해, 하나의 온 칩 렌즈(111A)가 마련되어 있다.
도 21에는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하는 화소군(200)의 단면으로서, 4행째의 화소(100)의 X1-X1' 단면과, 5행째의 화소(100)의 X2-X2' 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 21에는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하지 않는 화소군(200)의 단면으로서, 7행째의 화소(100)의 X3-X3' 단면을 도시하고 있다.
도 21의 X1-X1' 단면에 도시하는 바와 같이, GM화소(100)(4, 7)와 GS화소(100)(4, 8), GM화소(100)(4, 10), 및 GM화소(100)(4, 11)와 GS화소(100)(4, 12)에서는, G컬러필터(113)가 형성되고, BS화소(100)(4, 9), 및 BM화소(100)(4, 13)와 BS화소(100)(4, 14)에서는, B컬러필터(113)가 형성되어 있다.
즉, GM화소(100)(4, 10)는, B화소군(200)(2, 5)에 포함되기 때문에, 본래라면, B컬러필터(113)가 형성되고, BS화소(100)로서 구성되는 것이지만, 여기서는, G컬러필터(113)를 형성하고 콘택트의 배치를 바꿈으로써, GM화소(100)로서 구성되도록 하고 있다.
또한, B화소군(200)(2, 5)에서는, 좌하의 BM화소(100)(4, 9)를, BS화소(100)(4, 9)로 변경함으로써, 4화소에, 장축 화소(L)와 중축 화소(M)와 함께, 단축 화소(S)가 포함되도록 하고 있다.
또한, 도 21의 X2-X2' 단면에서는, RL화소(100)(5, 7)와 RM화소(100)(5, 8), 및 RL화소(100)(5, 12)에 대해, R컬러필터(112)가 형성되고, GL화소(100)(5, 9)와 GM화소(100)(5, 10), GM화소(100)(5, 11), 및 GL화소(100)(5, 13)와 GM화소(100)(5, 14)에 대해, G컬러필터(113)가 형성되어 있다.
즉, GM화소(100)(5, 11)는, R화소군(200)(3, 6)에 포함되기 때문에, 본래라면, R컬러필터(113)가 형성되고, RL화소(100)로서 구성되는 것이지만, 여기서는, G컬러필터(113)를 형성하고 콘택트의 배치를 바꿈으로써, GM화소(100)로서 구성되도록 하고 있다.
또한, R화소군(200)(3, 6)에서는, 우상의 RM화소(100)(5, 12)를, RL화소(100)(5, 12)로 변경함으로써, 4화소에, 단축 화소(S)와 중축 화소(M)와 함께, 장축 화소(L)가 포함되도록 하고 있다.
이와 같이, B화소군(200)(2, 5)의 우하의 GM화소(100)(4, 10)에 마련된 포토 다이오드(112LU)와, G화소군(200)(2, 6)의 좌하의 GM화소(100)(4, 11)에 마련된 포토 다이오드(112RU)와, G화소군(200)(3, 5)의 우상의 GM화소(100)(5, 10)에 마련된 포토 다이오드(112LD)와, R화소군(200)(3, 6)의 좌상의 GM화소(100)(5, 11)에 마련된 포토 다이오드(112RD)가, 하나의 온 칩 렌즈(111A)에 대해 마련되어, 2×2OCL 구조를 구성하고 있다.
그리고, 화소 어레이부(11)에서, GM화소(100)(4, 10)와, GM화소(100)(5, 10)는, 위상차 화소(100L)로서 구성되고, GM화소(100)(4, 11)와, GM화소(100)(5, 11)는, 위상차 화소(100R)로서 구성된다. 그 때문에, 이들의 위상차 화소(100L, 100R)로부터 얻어지는 화소 신호에 의거하여, 2개의 화상의 위상차를 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 도 21에 도시한 X3-X3' 단면은, 도 4에 도시한 X2-X2' 단면과 마찬가지이기 때문에, 여기서는, 그 설명은 생략한다.
(2×1OCL×2 구조)
도 22는, 도 1의 화소 어레이부(11)에 배열된 복수의 화소(100)의 또 다른 구조를 도시하는 도면이다.
도 22에서는, 도 21과 마찬가지로, 도면 중의 좌측에, 복수의 화소(100)의 평면 레이아웃을 도시하고, 도면 중의 우측에, 복수의 화소(100)의 단면을 도시하고 있다.
여기서는, 위상차 화소(100L, 100R)의 구조로서, 2×1OCL×2 구조가 채용되고, B화소군(200)(2, 5)의 GM화소(100)(4, 10)와, G화소군(200)(2, 6)의 GM화소(100)(4, 11)로 이루어지는 2화소에 대해, 하나의 온 칩 렌즈(111A)가 마련되어 있다. 또한, 그 하단에서는, G화소군(200)(3, 5)의 GM화소(100)(5, 10)와, R화소군(200)(3, 6)의 GM화소(100)(5, 11)로 이루어지는 2화소에 대해, 하나의 온 칩 렌즈(111B)가 마련되어 있다.
도 22에는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하는 화소군(200)의 단면으로서, 4행째의 화소(100)의 X1-X1' 단면과, 5행째의 화소(100)의 X2-X2' 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 22에는, 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하지 않는 화소군(200)의 단면으로서, 7행째의 화소(100)의 X3-X3' 단면을 도시하고 있다.
도 22에 도시한 X1-X1' 단면과 X2-X2' 단면은, 도 21에 도시한 X1-X1' 단면과 X2-X2' 단면과 같은 구조가 되지만, 도 22에서는, B화소군(200)(2, 5)의 우하의 GM화소(100)(4, 10)에 마련된 포토 다이오드(112L)와, G화소군(200)(2, 6)의 좌하의 GM화소(100)(4, 11)에 마련된 포토 다이오드(112R)가, 하나의 온 칩 렌즈(111A)에 대해 마련되고, 상단의 2×1OCL 구조를 구성하고 있다.
또한, 도 22에서는, G화소군(200)(3, 5)의 우상의 GM화소(100)(5, 10)에 마련된 포토 다이오드(112L)와, R화소군(200)(3, 6)의 좌상의 GM화소(100)(5, 11)에 마련된 포토 다이오드(112R)가, 하나의 온 칩 렌즈(111B)에 대해 마련되고, 하단의 2×1OCL 구조를 구성하고 있다. 이와 같은 상단의 2×1OCL 구조와 하단의 2×1OCL 구조에 의해, 2×1OCL×2 구조가 구성된다.
그리고, 화소 어레이부(11)에서, 상단의 GM화소(100)(4, 10)와, 하단의 GM화소(100)(5, 10)는, 위상차 화소(100L)로서 구성되고, 상단의 GM화소(100)(4, 11)와, 하단의 GM화소(100)(5, 11)는, 위상차 화소(100R)로서 구성된다. 그 때문에, 이들의 위상차 화소(100L, 100R)로부터 얻어지는 화소 신호에 의거하여, 2개의 화상의 위상차를 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 도 22에 도시한 X3-X3' 단면은, 도 4에 도시한 X2-X2' 단면과 마찬가지이기 때문에, 여기서는, 그 설명은 생략한다.
(화소의 판독의 예)
다음에, 도 23 및 도 24를 참조하면서, 도 21에 도시한 2×2OCL 구조를 채용한 경우에 있어서의 화소(100)의 판독의 예를 설명한다.
도 23에는, 도 5와 마찬가지로, 화소 어레이부(11)에 배열된 화소 영역의 일부의 영역을 도시하고 있고, 4개의 화소(100)에 의해 화소군(200)이 구성되어 있다. 단, 도 23에서는, 도 5의 설명에 맞추어서, 좌상의 화소(100)의 배치 위치를 화소(1, 1)로 나타내는 것으로 하는데, 도 21에 도시한 2×2OCL 구조를 채용한 경우의 화소 배열에 대응하고 있다.
도 23에서는, 도 5와 마찬가지로, 화소군(200)을 구성하는 4개의 화소(100)가, 부유확산 영역(FD)을 공유하고 있고, 전송 트랜지스터(TR-Tr)나 선택 트랜지스터(SEL-Tr)에 대한 구동 신호(TRG, SEL)가, 수직 구동 회로(12)(도 1)로부터 공급된다.
여기서, 도 23에서는, 2×1OCL 구조가 아니라, 2×2OCL 구조를 채용하고 있기 때문에, B화소군(200)(3, 2)의 우하의 BS화소(100)(6, 4)뿐만 아니라, R화소군(200)(4, 3)의 좌상의 RL화소(100)(7, 5)도, GM화소(100)로서 구성되어 있다. 또한, B화소군(200)(3, 2)에서, 좌하의 B화소(100)는, BS화소(100)(6, 3)가 된다. 또한, R화소군(200)(4, 3)에서, 우상의 R화소(100)는, RL화소(100)(7, 6)가 된다.
그 때문에, B화소군(200)(3, 2)에서, 좌하의 BS화소(100)(6, 3)의 콘택트(C-63)가 구동선(TRG4)이 아니라, 구동선(TRG5)에 접속되고, 또한, 우하의 GM화소(100)(6, 4)의 콘택트(C-64)가 구동선(TRG5)이 아니라, 구동선(TRG4)에 접속되어 있다. 또한, R화소군(200)(4, 3)에서, 좌상의 GM화소(100)(7, 5)의 콘택트(C-75)가 구동선(TRG2)이 아니라, 구동선(TRG3)에 접속되고, 우상의 RL화소(100)(7, 6)의 콘택트(C-76)가 구동선(TRG3)이 아니라, 구동선(TRG2)에 접속되어 있다.
이와 같은 콘택트(C)의 배치로 함으로써(콘택트(C)를 바꿈으로써), 2×2OCL 구조의 위상차 화소(100L, 100R)를 포함하는 3행째와 4행째의 화소군(200)에서, 노광별로 화소(100)를 구동하는 것이 가능해진다.
보다 구체적으로는, 도 23에서는, 구동 신호(SEL1)가 L레벨이 되어, 1행째와 2행째의 화소군(200)에서 공유되는 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가 오프 상태가 되는 한편으로, 구동 신호(SEL0)가 H레벨이 되어, 3행째와 4행째의 화소군(200)에서 공유되는 선택 트랜지스터(SEL-Tr)가 온 상태가 됨으로써, 3행째 또는 4행째의 화소군(200)이 선택되어 있다.
이때, 도 23에 도시하는 바와 같이, 구동 신호(TRG0 내지 TRG7) 중, 구동 신호(TRG4)만이 H레벨이 되어, 3행째의 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1열째의 G화소군(200)(3, 1)의 GM화소(100)(6, 1)와, 2열째의 B화소군(200)(3, 2)의 GM화소(100)(6, 4)와, 3열째의 G화소군(200)(3, 3)의 GM화소(100)(6, 5)와, 4열째의 B화소군(200)(3, 4)의 BM화소(100)(6, 7)의 각 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 도 23의 굵은 테두리로 둘러싸여 있는, GM화소(100)(6, 1), GM화소(100)(6, 4), GM화소(100)(6, 5), 및 BM화소(100)(6, 7)의 각 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 각각에 대응한 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그때에, GM화소(100)(6, 1), GM화소(100)(6, 4), GM화소(100)(6, 5), 및 BM화소(100)(6, 7)는, 전부 중축 화소(M)가 되기 때문에, 동일한 구동 신호(TRG4)에 의해 구동하는 것이 가능해진다.
그 결과로서, 위상차 화소(100L)(6, 4)로서 구성되는 GM화소(100)(6, 4)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하와, 위상차 화소(100R)(6, 5)로서 구성되는 GM화소(100)(6, 5)의 포토 다이오드(112)에 축적된 전하가 판독되게 된다.
그 후, 도 24에 도시하는 바와 같이, H레벨이 되는 구동 신호(TRG)가, TRG(4)로부터 TRG(5)로 전환되고, 3행째의 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1열째의 G화소군(200)(3, 1)의 GS화소(100)(6, 2)와, 2열째의 B화소군(200)(3, 2)의 BS화소(100)(6, 3)와, 3열째의 G화소군(200)(3, 3)의 GS화소(100)(6, 6)와, 4열째의 B화소군(200)(3, 4)의 BS화소(100)(6, 8)의 각 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 도 24의 굵은 테두리로 둘러싸이는, GS화소(100)(6, 2), BS화소(100)(6, 3), GS화소(100)(6, 6), 및 BS화소(100)(6, 8)의 각 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 각각에 대응한 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그때에, GS화소(100)(6, 2), BS화소(100)(6, 3), GS화소(100)(6, 6), 및 BS화소(100)(6, 8)는, 전부 단축 화소(S)가 되기 때문에, 동일한 구동 신호(TRG5)에 의해 구동하는 것이 가능해진다.
마찬가지로 하여, 구동 신호(TRG6, TRG7)가 차례로, H레벨로 전환됨으로써, 3행째의 각 화소군(200)을 구성하는 4화소의 포토 다이오드로부터 전하가 판독되고, 당해 4화소에서 공유된 부유확산 영역(FD)에 전송되게 된다. 그리고, 이 부유확산 영역(FD)에서는, 당해 4화소의 포토 다이오드(112)의 각각으로부터 전송된 전하가 가산되고, 그 가산 전하에 응한 전압이, 증폭 트랜지스터(AMP-Tr)에 입력된다. 그 후의 칼럼 신호 처리 회로(13)에서 행하여지는 처리는, 상술한 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 내용과 같기 때문에, 여기서는 그 설명은 생략한다.
또한, 도시는 하지 않지만, 마찬가지로 하여, 구동 신호(TRG0 내지 TRG7) 중, 구동 신호(TRG2)만이 H레벨이 됨으로써, 4행째의 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1열째의 R화소군(200)(4, 1)의 RL화소(100)(7, 1)와, 2열째의 G화소군(200)(4, 2)의 GL화소(100)(7, 3)와, 3열째의 R화소군(200)(4, 3)의 RL화소(100)(7, 6)와, 4열째의 G화소군(200)(4, 4)의 GL화소(100)(7, 7)의 각 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 된다.
이에 의해, RL화소(100)(7, 1), GL화소(100)(7, 3), RL화소(100)(7, 6), 및 GL화소(100)(7, 7)의 각 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 각각에 대응한 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그때에, RL화소(100)(7, 1), GL화소(100)(7, 3), RL화소(100)(7, 6), 및 GL화소(100)(7, 7)는, 전부 장축 화소(L)가 되기 때문에, 동일한 구동 신호(TRG2)에 의해 구동하는 것이 가능해진다.
그 후, 도시는 하지 않지만, 마찬가지로 하여, H레벨이 되는 구동 신호(TRG)가, TRG(2)로부터 TRG(3)로 전환되고, 4행째의 화소군(200)을 구성하는 4화소 중, 1열째의 R화소군(200)(4, 1)의 RM화소(100)(7, 2)와, 2열째의 G화소군(200)(4, 2)의 GM화소(100)(7, 4)와, 3열째의 R화소군(200)(4, 3)의 GM화소(100)(7, 5)와, 4열째의 G화소군(200)(4, 4)의 GM화소(100)(7, 8)의 각 전송 트랜지스터(TR-Tr)가 온 상태가 된다.
이에 의해, RM화소(100)(7, 2), GM화소(100)(7, 4), GM화소(100)(7, 5), 및 GM화소(100)(7, 8)의 각 포토 다이오드(112)에 의해 생성된 전하가, 각각에 대응한 부유확산 영역(FD)에 전송된다. 그때에, RM화소(100)(7, 2), GM화소(100)(7, 4), GM화소(100)(7, 5), 및 GM화소(100)(7, 8)는, 전부 중축 화소(M)가 되기 때문에, 동일한 구동 신호(TRG3)에 의해 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 도 23 및 도 24에서는, 도 21에 도시한 2×2OCL 구조를 채용한 경우에 있어서의 화소(100)의 판독의 예를 설명하였지만, 도 22에 도시한 2×1OCL×2 구조를 채용한 경우에 있어서의 화소(100)의 판독에 대해서도 마찬가지로 행할 수 있다.
<3. 변형례>
(노광 시간의 다른 예)
상술한 설명에서는, 노광 시간으로서, 3노광, 즉, T1, T2, T3의 3단계로의 조정이 행하여지고, 장축의 화소 신호와, 중축의 화소 신호와, 단축의 화소 신호가 얻어지는 경우를 설명하였지만, 노광 시간의 조정의 단수는, 3단계로 한하지 않고, 2단계 이상이면 좋다. 예를 들면, 2노광, 즉, T1, T3의 2단계로의 조정이 행하여져서, 장축의 화소 신호와, 단축의 화소 신호가 얻어지도록 하여도 좋다.
도 25는, 2노광인 경우에, 인접하는 화소군(200)에 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)를 배치한 때의 구성의 예를 도시하는 도면이다.
도 25에서는, 2노광으로 되어 있기 때문에, 베이어 배열로 배치된 화소군(200)의 4화소(2×2화소)가, 동일한 대각선상에 배치된 2개의 장축 화소(L)와, 2개의 단축 화소(S)로 구성되어 있다.
여기서는, 도 25의 A에 도시하는 바와 같이, 좌하의 B화소군(200)에 포함되는 우하의 BS화소(100)의 포토 다이오드(112)와, 우하의 G화소군(200)에 포함되는 좌하의 GL화소(100)의 포토 다이오드(112)에 대해, 하나의 온 칩 렌즈(111)를 마련하는 경우에, 도 25의 B에 도시하는 바와 같은 구조가 되도록 한다.
즉, 제조시에, 좌하의 B화소군(200)에 포함되는 우하의 BS화소(100)의 컬러필터를, B컬러필터(113)가 아니라, G컬러필터(113)로 함으로써, GL화소(100)가 되도록 한다. 또한, 여기서는, BS화소(100)는, 단축 화소(S)이지만, GL화소(100)에서는, 콘택트(C)의 배치를 바꾸는 등으로, 노광 시간을, 장축의 노광 시간으로 함으로써, 장축 화소(L)가 되도록 하고 있다.
이에 의해, 하나의 온 칩 렌즈(111)에 대해 마련되는 포토 다이오드를 갖는 화소(100)로서, 좌하의 B화소군(200)에 포함되는 GL화소(100)와, 우하의 G화소군(200)에 포함되는 GL화소(100)가 마련되고, 이들의 GL화소(100)는, 함께 G컬러필터(113)를 가지며, 또한, 함께 장축의 노광 시간으로 되어 있다. 그 때문에, 이들의 GL화소(100)를, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)로서 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 여기서는, 제1의 실시의 형태로서 설명한 2×1OCL 구조인 경우에, 3노광이 아니라, 2노광으로 하였을 때의 구성에 관해 설명하였지만, 제2의 실시의 형태로서 설명한 차광 화소의 구조의 경우도 마찬가지로, 3노광으로 한하지 않고, 2노광 등으로 할 수 있다.
도 26은, 2노광인 경우에, 화소군(200)에 차광 화소를 배치할 때의 구성을 도시하는 도면이다.
도 26에서는, 2노광으로 되어 있기 때문에, 베이어 배열로 배치된 화소군(200)의 4화소(2×2화소)가, 동일한 대각선상에 배치된 2개의 장축 화소(L)와, 2개의 단축 화소(S)로 구성되어 있다.
여기서는, 좌하의 B화소군(200)에 포함되는 우상과 좌하의 BL화소(100)를, 좌차광 화소(100L)로 한 경우에, 도 26에 도시하는 바와 같은 구조가 되도록 한다.
즉, 제조시에, 좌하의 B화소군(200)에 포함되는 우상과 좌하의 BL화소(100)의 컬러필터를, B컬러필터(113)가 아니라, G컬러필터(113)로 함으로써, GL화소(100)가 되도록 한다. 이때, GL화소(100)는, BL화소(100)와 마찬가지로, 장축 화소(L)가 되기 때문에, 노광 시간을 조정할 필요는 없다.
이와 같이 하여, 좌하의 B화소군(200)의 우상과 좌하에 배치된 GL화소(100)에 대해, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역이 차광되도록 함으로써, 좌차광 화소(100L)로서 구성되도록 한다. 이에 의해, 좌하의 B화소군(200)의 4화소 중, 우상과 좌하의 GL화소(100)가, 좌차광 화소(100L)가 된다.
또한, 여기서는, B화소군(200)에 좌차광 화소(100L)를 배치하는 경우를 설명하였지만, 우차광 화소(100R)에 대해서도 마찬가지로, 예를 들면, B화소군(200)의 우상과 좌하에 배치되는 BL화소(100) 대신에 배치할 수 있다.
(위상차 화소의 다른 구성의 예)
상술한 제1의 실시의 형태에서는, 도 2의 화소 어레이부(11)에서, 2×1OCL 구조로서, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)가, 인접하는 B화소군(200)과 G화소군(200)에 포함되는 경우를 예시하였지만, 다른 화소군(200)에 포함되도록 하여도 좋다. 예를 들면, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)는, 인접하는 B화소군(200)과 G화소군(200) 외에, 인접하는 R화소군(200)과 G화소군(200)에 포함할 수 있다.
도 27은, 인접하는 B화소군(200)과 G화소군(200)과 함께, 인접하는 R화소군(200)과 G화소군(200)에, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)를 각각 배치한 때의 구성의 예를 도시하는 도면이다.
도 27에서는, 도 2와 마찬가지로, 화소 어레이부(11)에 2차원형상으로 배열된 복수의 화소(100) 중, 광의 입사측에서 보아, 좌상의 영역에 배열된 32행32열의 영역에서의 화소(100)가 예시되어 있다.
도 27의 화소 어레이부(11)에서, B화소군(200)의 우하의 위상차 화소(100L)와, G화소군(200)의 좌하의 위상차 화소(100R)가, 2×1OCL 구조를 갖는 B화소군(200)과 G화소군(200)의 조합은, 다음과 같다.
즉, B화소군(200)(2, 5)과 G화소군(200)(2, 6), B화소군(200)(2, 13)과 G화소군(200)(2, 14), B화소군(200)(6, 7)과 G화소군(200)(6, 8), B화소군(200)(6, 15)과 G화소군(200)(6, 16), B화소군(200)(10, 5)과 G화소군(200)(10, 6), B화소군(200)(10, 13)과 G화소군(200)(10, 14), B화소군(200)(14, 7)과 G화소군(200)(14, 8), 및 B화소군(200)(14, 15)과 G화소군(200)(14, 16)은, 2×1OCL 구조를 각각 갖고 있다.
이들의 B화소군(200)에서는, 우하의 BS화소(100) 대신에, GM화소(100)가 배치되도록 함으로써, 당해 B화소군(200)의 우하의 GM화소(100)와, 그 오른편의 G화소군(200)의 좌하의 GM화소(100)가, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)로서 구성되어 있다.
또한, 도 27의 화소 어레이부(11)에서는, R화소군(200)의 우하의 위상차 화소(100L)와, G화소군(200)의 좌하의 위상차 화소(100R)가, 2×1OCL 구조를 갖는 R화소군(200)과 G화소군(200)의 조합은, 다음과 같다.
즉, R화소군(200)(3, 2)과 G화소군(200)(3, 3), R화소군(200)(3, 10)과 G화소군(200)(3, 11), R화소군(200)(7, 4)과 G화소군(200)(7, 5), R화소군(200)(7, 12)과 G화소군(200)(7, 13), R화소군(200)(11, 2)과 G화소군(200)(11, 3), R화소군(200)(11, 10)과 G화소군(200)(11, 11), R화소군(200)(15, 4)과 G화소군(200)(15, 5), 및 R화소군(200)(15, 12)과 G화소군(200)(15, 13)은, 2×1OCL 구조를 각각 갖고 있다.
이들의 R화소군(200)에서는, 우하의 RS화소(100) 대신에, GM화소(100)가 배치되도록 함으로써, 당해 R화소군(200)의 우하의 GM화소(100)와, 그 오른편의 G화소군(200)의 좌하의 GM화소(100)가, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)로서 구성되어 있다.
또한, 도 2 또는 도 27 등에 도시한 화소 어레이부(11)의 배열 패턴은, 제1의 실시의 형태로, 반복 패턴으로 산재하여 배치된 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)의 배치의 한 예이고, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)는, 일정 간격으로 복수 나열하여 배치하는 것이면, 다른 패턴으로 배치하도록 하여도 좋다. 또한, 제1의 실시의 형태에서는, 화소 어레이부(11)에서, 색 화소군(200)이, 베이어 배열로 규칙적으로 배열된 경우를 한 예로 설명하였지만, 다른 배열 패턴을 채용하여도 좋다.
또한, 제1의 실시의 형태에서는, 2×1OCL 구조로 이루어지는 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)는, 동일한 노광 시간으로서, 중축의 노광 시간으로 조정된다고 하여 설명하였지만, 장축이나 단축 등의 다른 노광 시간으로 조정되도록 하여도 좋다. 또한, 위상차 화소(100L)와 위상차 화소(100R)는, 동일한 노광 시간으로 하는 것이 바람직하지만, 반드시 동일한 노광 시간으로 할 필요는 없다.
상술한 제2의 실시의 형태에서는, 도 16의 화소 어레이부(11)에서, 차광 화소의 구조로서, B화소군(200)의 일부의 화소(예를 들면, 4화소 중의 우상과 좌하의 화소)가, 좌차광 화소(100L) 또는 우차광 화소(100R)로 치환되는 경우를 예시하였지만, R화소군(200) 또는 G화소군(200)의 일부의 화소가, 좌차광 화소(100L) 또는 우차광 화소(100R)로 치환되어도 좋다.
또한, 좌차광 화소(100L)와 우차광 화소(100R)는, 동색의 화소군(200)으로 한하지 않고, 다른 색의 화소군(200)으로 배치되도록 하여도 좋다. 예를 들면, 좌차광 화소(100L)가, B화소군(200)의 일부의 화소로서 배치된 경우에 있어서, 우차광 화소(100R)가, G화소군(200)의 일부의 화소로서 배치되도록 하여도 좋다.
또한, 도 16에 도시한 화소 어레이부(11)의 배열 패턴은, 제2의 실시의 형태에서, 반복 패턴으로 산재하여 배치되는 좌차광 화소(100L)와 우차광 화소(100R)의 배치의 한 예이고, 좌차광 화소(100L)와 우차광 화소(100R)는, 일정 간격으로 복수 병렬 배치하는 것이면, 다른 패턴으로 배치하도록 하여도 좋다. 또한, 제2의 실시의 형태에서는, 화소 어레이부(11)에서, 색 화소군(200)이, 베이어 배열로 규칙적으로 배열된 경우를 한 예로 설명하였지만, 다른 배열 패턴을 채용하여도 좋다.
(위상차 화소의 다른 예)
또한, 상술한 설명에서는, 2×1OCL 구조, 2×2OCL 구조, 또는 2×1OCL×2 구조로서, 좌우로 인접한 화소군(200)에 각각 포함되는 2×1의 2화소인 위상차 화소(100L)와, 위상차 화소(100R)에 관해 설명하였지만, 위상차 화소로서 구성되는 2화소는, 행방향으로 좌우에 인접한 화소(100)의 조합으로 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 열방향으로서 상하에 인접하는 화소군(200)에 각각 포함되는 1×2의 2화소인 위상차 화소(100U)와, 위상차 화소(100D)의 조합이라도 좋다. 이때, 위상차 화소(100U)의 포토 다이오드(112)와, 위상차 화소(100D)의 포토 다이오드(112)가, 하나의 온 칩 렌즈(111)에 대해 마련된 구조가 된다(말하자면 1×2OCL 구조라고 말할 수 있다).
(차광 화소의 다른 예)
또한, 상술한 설명에서는, 차광 화소로서, 좌측의 영역이 차광된 화소인 좌차광 화소(100L)와, 우측의 영역이 차광된 화소인 우차광 화소(100R)에 관해 설명하였지만, 차광 화소는, 동일한 방향으로 차광되어 있으면 되고, 차광 영역이 좌우 대칭의 차광 화소의 조합으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 차광 화소로서는, 차광 영역이 상하 대칭의 차광 화소로서, 상측의 영역이 차광된 화소인 상차광 화소(100U)와, 하측의 영역이 차광된 화소인 하차광 화소(100D)의 조합을 채용할 수 있다.
(고체 촬상 장치의 다른 예)
또한, 상술한 실시의 형태에서는, 화소가 2차원형상으로 배열되고 이루어지는 CMOS 이미지 센서에 적용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 기술은 CMOS 이미지 센서에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등, 화소가 2차원형상으로 배열된 고체 촬상 장치 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 본 기술은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치로의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 상술한 설명에서는, 화소군(200)이, 근방의 동색의 화소(100)(4화소)로 구성된다고 하여 설명하였지만, 4개의 화소로 구성되는 화소군(공유 화소)은, 4개의 분할 화소로 구성되는 화소(공유 화소)로서 파악하도록 하여도 좋고, 본 기술을 적용하는데 즈음하여, 4화소로 이루어지는 화소군과, 4분할 화소로 이루어지는 화소는, 실질적으로 동일한 의미를 만들어내고 있다.
<4. 전자 기기의 구성>
도 28은, 본 개시에 관한 기술을 적용한 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기의 구성례를 도시하는 블록도이다.
전자 기기(1000)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 스마트폰이나 태블릿형 단말 등의 휴대 단말 장치 등의 촬상 기능을 갖는 전자 기기이다.
전자 기기(1000)는, 렌즈부(1011), 촬상부(1012), 신호 처리부(1013), 제어부(1014), 표시부(1015), 기록부(1016), 조작부(1017), 통신부(1018), 전원부(1019), 및 구동부(1020)로 구성된다. 또한, 전자 기기(1000)에서, 신호 처리부(1013), 제어부(1014), 표시부(1015), 기록부(1016), 조작부(1017), 통신부(1018), 및 전원부(1019)는, 버스(1021)를 통하여 상호 접속되어 있다.
렌즈부(1011)는, 줌렌즈나 포커스 렌즈 등으로 구성되고, 피사체로부터의 광을 집광한다. 렌즈부(1011)에 의해 집광된 광(피사체광)은, 촬상부(1012)에 입사된다.
촬상부(1012)는, 본 개시에 관한 기술을 적용한 이미지 센서(예를 들면, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)) 등의 고체 촬상 장치를 포함하여 구성된다. 촬상부(1012)로서의 이미지 센서는, 렌즈부(1011)를 통하여 수광한 광(피사체광)을 전기 신호로 광전변환하고, 그 결과 얻어지는 신호를, 신호 처리부(1013)에 공급한다.
또한, 이 이미지 센서의 화소 어레이부에는, 소정의 배열 패턴으로 규칙적으로 배열된 복수의 화소로서, 피사체광에 응한 촬상 화상을 생성하기 위한 신호를 생성하는 화소(통상의 화소)와, 위상차 검출을 행하기 위한 신호를 생성하는 화소(위상차 화소)가 포함된다.
예를 들면, 상술한 CMOS 이미지 센서(10)(도 1)에서는, 통상의 화소가, R화소(100)(R화소군(200)), G화소(100)(G화소군(200)), 및 B화소(100)(B화소군(200))에 상당하고, 위상차 화소가, 위상차 화소(위상차 화소(100L, 100R))나 차광 화소(좌차광 화소(100L), 우차광 화소(100R))에 상당하고 있다.
신호 처리부(1013)는, 촬상부(1012)로부터 공급된 신호를 처리하는 신호 처리 회로이다. 예를 들면, 신호 처리부(1013)는, DSP(Digital Signal Processor) 회로 등으로서 구성된다.
신호 처리부(1013)는, 촬상부(1012)로부터의 신호를 처리하여, 정지화 또는 동화의 화상 데이터를 생성하여, 표시부(1015) 또는 기록부(1016)에 공급한다. 또한, 신호 처리부(1013)는, 촬상부(1012)(이미지 센서의 위상차 화소)로부터의 신호에 의거하여, 위상차를 검출하기 위한 데이터(위상차 검출용 데이터)를 생성하여, 제어부(1014)에 공급한다.
제어부(1014)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit)나 마이크로 프로세서 등으로서 구성된다. 제어부(1014)는, 전자 기기(1000)의 각 부분의 동작을 제어한다.
표시부(1015)는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 EL(Electro Luminescence) 패널 등의 표시 장치로서 구성된다. 표시부(1015)는, 신호 처리부(1013)로부터 공급된 화상 데이터를 처리하여, 촬상부(1012)에 의해 촬상된 정지화 또는 동화를 표시한다.
기록부(1016)는, 예를 들면, 반도체 메모리나 하드 디스크 등의 기록 매체로서 구성된다. 기록부(1016)는, 신호 처리부(1013)로부터 공급된 화상 데이터를 기록한다. 또한, 기록부(1016)는, 제어부(1014)로부터의 제어에 따라, 기록되어 있는 화상 데이터를 제공한다.
조작부(1017)는, 예를 들면, 물리적인 버튼 외에, 표시부(1015)와 조합시켜서, 터치 패널로서 구성된다. 조작부(1017)는, 유저에 의한 조작에 응하여, 전자 기기(1000)가 갖는 각종의 기능에 관한 조작 지령을 출력한다. 제어부(1014)는, 조작부(1017)로부터 공급되는 조작 지령에 의거하여, 각 부분의 동작을 제어한다.
통신부(1018)는, 예를 들면, 통신 인터페이스 회로 등으로서 구성된다. 통신부(1018)는, 소정의 통신 규격에 따라, 무선 통신 또는 유선 통신에 의해, 외부의 기기와의 사이에서 데이터의 교환을 행한다.
전원부(1019)는, 신호 처리부(1013), 제어부(1014), 표시부(1015), 기록부(1016), 조작부(1017), 및 통신부(1018)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들의 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
또한, 제어부(1014)는, 신호 처리부(1013)로부터 공급되는 위상차 검출용 데이터에 의거하여, 2개의 화상의 위상차를 검출한다. 그리고, 제어부(1014)는, 위상차의 검출 결과에 의거하여, 포커스를 맞추는 대상의 물체(합초(合焦) 대상물)에 대해, 포커스가 맞는지의 여부를 판정한다. 제어부(1014)는, 합초 대상물에 포커스가 맞지 않는 경우에는, 포커스의 어긋남량(디포커스량)을 산출하여, 구동부(1020)에 공급한다.
구동부(1020)는, 예를 들면, 모터 등으로 구성되고, 줌렌즈나 포커스 렌즈 등으로 이루어지는 렌즈부(1011)를 구동한다.
구동부(1020)는, 제어부(1014)로부터 공급되는 디포커스량에 의거하여, 렌즈부(1011)의 포커스 렌즈의 구동량을 산출하여, 그 구동량에 응하여 포커스 렌즈를 이동시킨다. 또한, 합초 대상물에 대해, 포커스가 맞아 있는 경우에는, 구동부(1020)는, 포커스 렌즈의 현재 위치를 유지시킨다.
전자 기기(1000)는, 이상과 같이 구성된다.
본 기술은, 이상 설명한 바와 같이, 이미지 센서 등의 촬상부(1012)에 적용된다. 구체적으로는, CMOS 이미지 센서(10)(도 1)는, 촬상부(1012)에 적용할 수 있다. 이미지 센서 등의 촬상부(1012)에 본 기술을 적용함으로써, 화소 어레이부에 배열된 화소로서, 근방의 동색의 화소로 이루어지는 화소군(FD를 공유하는 4화소로 이루어지는 공유 화소)를 규칙적으로 배열한 배열 패턴이 채용되고, 화소군(공유 화소)의 화소마다 노광 시간의 조정이 행하여지는 경우에 있어서, 화소군을 구성하는 화소의 화소 배열에 대해 위상차 화소를 마련하는데 즈음하여, 보다 알맞은 위상차 화소를 마련할 수 있다.
<5. 고체 촬상 장치의 사용례>
도 29는, 본 개시에 관한 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 사용례를 도시하는 도면이다.
CMOS 이미지 센서(10)(도 1)는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다. 즉, 도 29에 도시하는 바와 같이, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 감상의 분야뿐만 아니라, 예를 들면, 교통의 분야, 가전의 분야, 의료·헬스케어의 분야, 시큐리티의 분야, 미용의 분야, 스포츠의 분야, 또는, 농업의 분야 등에서 사용되는 장치라도, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
구체적으로는, 감상의 분야에서, 예를 들면, 디지털 카메라나 스마트폰, 카메라 기능 부착의 휴대 전화기 등의, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하기 위한 장치(예를 들면, 도 28의 전자 기기(1000))에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
교통의 분야에서, 예를 들면, 자동 정지 등의 안전운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량탑재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리측정을 행하는 거리측정 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
가전의 분야에서, 예를 들면, 유저의 제스처를 촬영하여, 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해, 텔레비전 수상기나 냉장고, 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다. 또한, 의료·헬스케어의 분야에서, 예를 들면, 내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
시큐리티의 분야에서, 예를 들면, 방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 시큐리티용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다. 또한, 미용의 분야에서, 예를 들면, 피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 마이크로스코프 등의, 미용용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
스포츠의 분야에서, 예를 들면, 스포츠 용도 등 용의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다. 또한, 농업의 분야에서, 예를 들면, 밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치에서, CMOS 이미지 센서(10)를 사용할 수 있다.
<6. 이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 30은, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 30에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커(turn signal) 또는 포그 램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하여, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지않은지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하여, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12030)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 30의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 31은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 31에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 31에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 중합됨에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차와의 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하여, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하여, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 이용하여 드라이버에 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하여, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 도 1의 CMOS 이미지 센서(10)는, 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 위상차 검출에 의거한 오토 포커스 제어를 행할 수가 있다. 또한, 본 개시에 관한 기술에서는, 예를 들면, 보다 알맞은 위상차 화소를 마련하여, 보다 높은 위상차 검출 정밀도를 실현할 수 있기 때문에, 보다 고품질의 촬상 화상을 취득하여, 보다 정확하게 보행자 등의 장애물을 인식하는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 근방의 동색의 화소를 포함하여 구성되는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
상기 복수의 화소 중, 하나의 온 칩 렌즈에 대해 형성된 복수의 광전변환 소자의 어느 하나를 포함하고 있는 위상차 검출용의 화소는, 인접한 동색의 화소로서, 인접한 다른 화소군에 포함되어 있는 고체 촬상 장치.
(2)
상기 화소군은, 2×2의 4화소로 구성되고,
상기 위상차 검출용의 화소는, 상기 화소군을 구성하는 4화소 중의 1화소로서 구성되는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3)
상기 위상차 검출용의 화소는, 좌우로 인접한 화소군에 각각 포함되는 2×1의 2화소로서, 제1의 위상차 화소와 제2의 위상차 화소로 구성되는 상기 (1)-(2) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(4)
상기 화소군에 포함되는 화소는, 화소마다 노광 시간이 조정되고,
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 동일한 노광 시간으로 조정되는 상기 (1)-(3) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(5)
상기 화소군은, 근방의 화소에서 화소 회로를 공유한 공유 화소로서 구성되고, 부유확산 영역을 공유하고 있는 상기 (1)-(4) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(6)
상기 화소 어레이부에서,
상기 복수의 화소는, 행렬형상으로 배열되고,
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 행방향과 열방향으로 소정의 화소 간격으로, 규칙적으로 배열되는 상기 (1)-(5) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(7)
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 상기 화소군을 구성하는 4화소 중, 동일한 노광 시간으로 조정된 화소가 복수 존재하는 화소로서 구성되는 상기 (1)-(6) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(8)
상기 화소군을 구성하는 4화소는, 제1의 노광 시간으로 조정된 제1의 화소와, 상기 제1의 노광 시간보다도 짧은 제2의 노광 시간으로 조정된 제2의 화소와, 상기 제1의 노광 시간과 상기 제2의 노광 시간 사이의 제3의 노광 시간으로 조정된 제3의 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 상기 제3의 화소가 복수 존재하는 경우에, 상기 제3의 화소로서 구성되는 상기 (1)-(7) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(9)
상기 화소군을 구성하는 4화소는, 제1의 노광 시간으로 조정된 제1의 화소와, 상기 제1의 노광 시간보다도 짧은 제2의 노광 시간으로 조정된 제2의 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 상기 제1의 화소가 복수 존재하는 경우에, 상기 제1의 화소로서 구성되는 상기 (1)-(8) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(10)
상기 위상차 검출용의 화소는, 제1의 위상차 화소와 제2의 위상차 화소로 구성되고,
상기 제1의 위상차 화소의 광전변환 소자에 축적된 전하와, 상기 제2의 위상차 화소의 광전변환 소자에 축적된 전하는, 동시에 다른 부유확산 영역에 전송되는 상기 (1)-(9) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(11)
상기 제1의 위상차 화소의 콘택트와, 상기 제2의 위상차 화소의 콘택트는, 동일한 구동선에 전기적으로 접속되는 상기 (1)-(10) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(12)
상기 화소 어레이부에서,
상기 복수의 화소는, 행렬형상으로 배열되고,
상기 화소군은, 2×2의 4화소로 구성되고,
상기 화소군을 구성하는 4화소의 콘택트는, 행방향과 열방향에서, 동일한 접속 형태가 되도록 배치되고,
상기 제1의 위상차 화소를 포함하는 제1의 화소군을 구성하는 4화소의 콘택트는, 동일한 행의 다른 화소군을 구성하는 4화소의 콘택트에 대응하여, 각 화소의 노광 시간마다 동일한 구동선에 접속되도록 배치되는 상기 (1)-(11) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(13)
상기 화소 어레이부에서,
상기 복수의 화소는, 행렬형상으로 배열되고,
상기 화소군은, 2×2의 4화소로 구성되고,
상기 화소군을 구성하는 4화소의 콘택트는, 행방향과 열방향에서, 동색의 화소군과 동일한 접속 형태로 배치되고,
상기 제1의 위상차 화소를 포함하는 제1의 화소군을 구성하는 4화소의 콘택트는, 동일한 행의 다른 동색의 화소군을 구성하는 4화소의 콘택트에 대응하여, 각 화소의 노광 시간마다 동일한 구동선에 접속되도록 배치되는 상기 (1)-(12) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(14)
상기 복수의 화소는, 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 컬러필터에 응하여, 적(R)의 화소, 녹(G)의 화소, 및 청(B)의 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 적(R)의 화소, 녹(G)의 화소, 또는 청(B)의 화소의 어느 하나의 화소로서 구성되는 상기 (1)-(13) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(15)
상기 배열 패턴은, 베이어 배열인 상기 (1)-(14) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(16)
상기 제1의 위상차 화소와 상기 제2의 위상차 화소는, 녹(G)의 화소로서 구성되고,
상기 제1의 위상차 화소는, 청(B)의 화소군에 포함되고, 상기 제2의 위상차 화소는, 녹(G)의 화소군에 포함되고,
제조시에, 상기 녹(G)의 컬러필터, 상기 적(R)의 컬러필터, 상기 청(B)의 컬러필터의 순서로 형성되어 있는 상기 (1)-(15) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(17)
복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 근방의 동색의 화소를 포함하여 구성되는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
상기 화소군에 포함되는 화소는, 화소마다 노광 시간이 조정되고,
상기 배열 패턴에 배열되는 복수의 화소군 중, 특정한 화소군은, 위상차 검출용의 화소로서, 광의 입사측의 일부를 차광한 차광 화소를 포함하고 있는 고체 촬상 장치.
(18)
상기 화소군은, 2×2의 4화소로 구성되고,
상기 특정한 화소군은, 동일한 노광 시간으로 조정된 동일한 대각선상의 2화소가, 광의 입사측에서 본 경우에, 좌측의 영역이 차광된 화소인 제1의 차광 화소, 또는 우측의 영역이 차광된 화소인 제2의 차광 화소로서 구성되는 상기 (17)에 기재된 고체 촬상 장치.
(19)
상기 화소 어레이부에서,
상기 복수의 화소는, 행렬형상으로 배열되고,
상기 제1의 차광 화소를 포함하는 제1의 화소군은, 행방향으로 소정의 화소 간격으로, 규칙적으로 배열되고,
상기 제2의 차광 화소를 포함하는 제2의 화소군은, 행방향으로 소정의 화소 간격으로, 규칙적으로 배열되고,
상기 제1의 화소군과 상기 제2의 화소군은, 열방향으로 소정의 화소 간격으로, 규칙적으로 배열되는 상기 (17)-(18) 중 하나 이상에 기재된 고체 촬상 장치.
(20)
복수의 화소가 2차원형상으로 배열된 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소 어레이부는, 근방의 동색의 화소를 포함하여 구성되는 화소군이 규칙적으로 배열된 배열 패턴을 가지며,
상기 복수의 화소 중, 하나의 온 칩 렌즈에 대해 형성된 복수의 광전변환 소자의 어느 하나를 포함하고 있는 위상차 검출용의 화소는, 인접한 동색의 화소로서, 인접한 다른 화소군에 포함되어 있는
고체 촬상 장치를 포함하는 촬상부와,
상기 위상차 검출용의 화소의 출력으로부터 얻어지는 위상차 검출의 결과에 의거하여, 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 구비하는 전자 기기.
(21)
복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나이고,
각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하고,
각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하는 촬상 장치.
(22)
각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이의 4화소를 포함하고,
상기 혼합 화소군에 대하여, 상기 4화소는 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 상기 (21)에 기재된 촬상 장치.
(23)
상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 서로 인접하여 다른 혼합 화소군에 속하는 상기 (21)-(22) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(24)
상기 제1의 위상차 검출 화소의 콘택트 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 콘택트는 동일한 구동선에 전기적으로 접속되는 상기 (21)-(23) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(25)
각각의 상기 복수의 화소군에서의 상기 통상의 화소의 콘택트는 각각의 구동선에 전기적으로 접속되어, 각각의 통상의 화소에 대하여 노광 시간을 제어하고,
상기 제1의 위상차 검출 화소의 콘택트 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 콘택트는 상기 동일한 구동선에 전기적으로 접속되어, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 동일한 노광 시간을 갖는 상기 (21)-(24) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(26)
복수의 부유확산 영역 및
복수의 화소 회로를 더 구비하고,
각각의 부유확산 영역은 각각의 화소군에 대한 것이고,
각각의 화소 회로는 각각의 화소군에 대한 것인 상기 (21)-(25) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(27)
상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고,
상기 혼합 화소군은 행방향과 열방향으로 소정의 간격으로 배열되는 상기 (21)-(26) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(28)
각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 4화소를 포함하고,
상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하고,
상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 동일한 노광 시간을 갖는 상기 (21)-(27) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(29)
상기 4화소는 제1의 노광 시간을 갖는 제1의 통상의 화소 및 상기 제1의 노광 시간보다 짧은 제2의 노광 시간을 갖는 제2의 통상의 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 상기 동일한 노광 시간은 상기 제1의 노광 시간과 상기 제2의 노광 시간 사이인 상기 (21)-(28) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(30)
상기 4화소는 제1의 노광 시간을 갖는 제1의 통상의 화소 및 상기 제1의 노광 시간보다 짧은 제2의 노광 시간을 갖는 제2의 통상의 화소를 포함하고,
상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 상기 동일한 노광 시간은 상기 제1의 노광 시간인 상기 (21)-(29) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(31)
상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 다른 부유확산 영역에 연결되어 있는 상기 (21)-(30) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(32)
상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고,
각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 제1의 화소, 제2의 화소, 제3의 화소, 및 제4의 화소를 포함하고,
각각의 상기 제1의 화소는 제1의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제2의 화소는 제2의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제3의 화소는 제3의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제4의 화소는 제4의 콘택트를 포함하고,
상기 제1의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제2의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제3의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제4의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고,
상기 제1의 콘택트는 동일한 제1의 구동선에 접속되고, 상기 제2의 콘택트는 동일한 제2의 구동선에 접속되고, 상기 제3의 콘택트는 동일한 제3의 구동선에 접속되고, 상기 제4의 콘택트는 동일한 제4의 구동선에 접속되는 상기 (21)-(31) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(33)
상기 통상의 화소, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 적, 녹 및 청의 컬러필터에 따른 적의 화소, 녹의 화소 또는 청의 화소인 상기 (21)-(32) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(34)
상기 화소군의 배열 패턴은 베이어 배열 패턴인 상기 (21)-(33) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(35)
상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 상기 녹의 화소이고,
상기 제1의 위상차 검출 화소는 상기 청의 화소인 통상의 화소와 함께 혼합 화소군에 포함되고, 상기 제2의 위상차 검출 화소는 상기 녹의 화소인 통상의 화소와 함께 다른 혼합 화소군에 포함되는 상기 (21)-(34) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(36)
복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 입사광으로부터 부분적으로 차광되는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나이고,
각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러 필터를 통하여 투과된 광을 수광하고,
각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 제1의 위상차 검출 화소는 단일의 대응하는 온 칩 렌즈를 갖는 상기 (21)-(35) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(37)
각각의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 4화소를 포함하고,
각각의 혼합 화소군은 입사광으로부터 부분적으로 차광되는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고,
각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 서로 대각선상에 있고, 동일한 노출 시간을 갖고,
각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 광의 입사측에서 보아 좌측의 영역 또는 우측의 영역에서 부분적으로 차광되는 상기 (36)에 기재된 촬상 장치.
(38)
상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고,
상기 혼합 화소군은 행방향과 열방향으로 소정의 간격으로 배열되는 상기 (36)-(37) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(39)
상기 혼합 화소군의 일부는 상기 좌측의 영역에서 차광된 제1 및 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고, 상기 혼합 화소군의 다른 일부는 상기 우측의 영역에서 차광된 제1 및 제2의 위상차 검출 화소를 포함 상기 (36)-(38) 중 하나 이상에 기재된 촬상 장치.
(40)
복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 포함하고,
각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나이고,
각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하고,
각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하는 고체 촬상 장치; 및
각각의 혼합 화소군에서의 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소의 출력에 근거하여 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 구비하는 전자 기기.
10 : CMOS 이미지 센서
11 : 화소 어레이부
12 : 수직 구동 회로
21 : 화소 구동선
22 : 수직 신호선
100 : 화소
100L, 100R : 위상차 화소
100L : 좌차광 화소
100R : 우차광 화소
111 : 온 칩 렌즈
112 : 포토 다이오드
113 : 컬러필터
114 : 차광부
200 : 화소군
210 : 비교기
220 : DAC
1000 : 전자 기기
1012 : 촬상부
1014 : 제어부
1020 : 구동부
12031 : 촬상부

Claims (20)

  1. 복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나이고,
    각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하고,
    각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는, 인접하는 혼합 화소군에 포함되는 적어도 하나의 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 인접하는 혼합 화소군에 포함되는 적어도 하나의 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이의 4화소를 포함하고,
    상기 혼합 화소군에 대하여, 상기 4화소는 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하고,
    상기 인접하는 혼합 화소군에 포함되는 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고,
    상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 서로 인접하여 다른 혼합 화소군에 속하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1의 위상차 검출 화소의 콘택트 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 콘택트는 동일한 구동선에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 화소군에서의 상기 통상의 화소의 콘택트는 각각의 구동선에 전기적으로 접속되어, 각각의 통상의 화소에 대하여 노광 시간을 제어하고,
    상기 제1의 위상차 검출 화소의 콘택트 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 콘택트는 상기 동일한 구동선에 전기적으로 접속되어, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 동일한 노광 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 부유확산 영역 및
    복수의 화소 회로를 더 구비하고,
    각각의 부유확산 영역은 각각의 화소군에 대한 것이고,
    각각의 화소 회로는 각각의 화소군에 대한 것인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고,
    상기 혼합 화소군은 행방향과 열방향으로 소정의 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 4화소를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는 제1의 위상차 검출 화소를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 다른 위상차 검출 화소는 제2의 위상차 검출 화소를 포함하고,
    상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 동일한 노광 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 4화소는 제1의 노광 시간을 갖는 제1의 통상의 화소 및 상기 제1의 노광 시간보다 짧은 제2의 노광 시간을 갖는 제2의 통상의 화소를 포함하고,
    상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 상기 동일한 노광 시간은 상기 제1의 노광 시간과 상기 제2의 노광 시간 사이인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 4화소는 제1의 노광 시간을 갖는 제1의 통상의 화소 및 상기 제1의 노광 시간보다 짧은 제2의 노광 시간을 갖는 제2의 통상의 화소를 포함하고,
    상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소의 상기 동일한 노광 시간은 상기 제1의 노광 시간인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 다른 부유확산 영역에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소군은 행렬형상으로 배열되고,
    각각의 상기 복수의 화소군은 2×2 어레이로 배열된 제1의 화소, 제2의 화소, 제3의 화소, 및 제4의 화소를 포함하고,
    각각의 상기 제1의 화소는 제1의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제2의 화소는 제2의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제3의 화소는 제3의 콘택트를 포함하고, 각각의 상기 제4의 화소는 제4의 콘택트를 포함하고,
    상기 제1의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제2의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제3의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고, 상기 제4의 콘택트는 행방향과 열방향에서 서로 정렬되고,
    상기 제1의 콘택트는 동일한 제1의 구동선에 접속되고, 상기 제2의 콘택트는 동일한 제2의 구동선에 접속되고, 상기 제3의 콘택트는 동일한 제3의 구동선에 접속되고, 상기 제4의 콘택트는 동일한 제4의 구동선에 접속되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 통상의 화소, 상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 적, 녹 및 청의 컬러필터에 따른 적의 화소, 녹의 화소 또는 청의 화소인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화소군의 배열 패턴은 베이어 배열 패턴인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1의 위상차 검출 화소 및 상기 제2의 위상차 검출 화소는 상기 녹의 화소이고,
    상기 제1의 위상차 검출 화소는 상기 청의 화소인 통상의 화소와 함께 혼합 화소군에 포함되고, 상기 제2의 위상차 검출 화소는 상기 녹의 화소인 통상의 화소와 함께 다른 혼합 화소군에 포함되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 복수의 화소군을 포함하는 화소 어레이부를 구비하고,
    각각의 상기 복수의 화소군은, ⅰ) 통상의 화소만을 포함하는 통상의 화소군, 또는 ⅱ) 적어도 하나의 통상의 화소 및 적어도 하나의 위상차 검출 화소를 포함하는 혼합 화소군 중 하나이고,
    각각의 통상의 화소군에 대하여, 상기 통상의 화소는 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하고,
    각각의 혼합 화소군에 대하여, 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소는, 인접하는 혼합 화소군에 포함되는 적어도 하나의 위상차 검출 화소와 함께 온 칩 렌즈를 공유하고, 상기 인접하는 혼합 화소군에 포함되는 적어도 하나의 위상차 검출 화소와 동일한 색의 컬러필터를 통하여 투과된 광을 수광하는 촬상 장치; 및
    각각의 혼합 화소군에서의 상기 적어도 하나의 위상차 검출 화소의 출력에 근거하여 오토 포커스 제어를 행하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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