撮像素子
【課題】読み出し部の構造の複雑化を抑制しながら、読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現する撮像素子を提供する。
【解決手段】アレイ状に配置される各受光センサ部１０１が、読み出し用電極１０３側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、前記アレイ状の配置において、各行は、互いに同一の方向を向く前記受光センサ部１０１により構成され、前記受光センサ部１０１の向きが互いに逆の２種類の行が垂直方向に交互に配置される。
【解決手段】アレイ状に配置される各受光センサ部１０１が、読み出し用電極１０３側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、前記アレイ状の配置において、各行は、互いに同一の方向を向く前記受光センサ部１０１により構成され、前記受光センサ部１０１の向きが互いに逆の２種類の行が垂直方向に交互に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子に関し、特に、読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することができるようにした撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子のセンサの形状は、読み出し部とチャネルストップの長さが同一となる、所謂左右対称型が一般的であった。
【０００３】
しかしながら、この形状の場合、センサ重心を読み出し部に寄せるにはインプラント追加に頼る面が大きく、読み出し電圧の低減には限界が存在した。
【０００４】
そこで、電荷転送効率の向上及び読み出し電圧の抑制を目的として、各転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、信号電荷の転送方向に垂直な方向の実効的領域の幅よりも長くなっている電荷転送素子が考えられた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、この構造において左右非対称の形状を取っているのはセンサではなく転送電極となるため、センサ重心への影響は弱く読み出し部へ寄せることはできないため、読み出し電圧を大きく低減することは困難であった。
【０００６】
そこで、センサ形状を略三角形とすることで、画素サイズが縮小されても高い読み出し効率を確保することが考えられた（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−７２４７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の方法の場合、対向センサに蓄積した信号電荷を垂直レジスタで混合したり、別々に読み出したりするため、それぞれに電気的に独立した読み出し電極を設置する必要があった。その影響でプロセスの難易度が上がり、歩留の低下及びコストアップにつながる可能性があった。
【０００９】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、読み出し部の構造の複雑化を抑制しながら、読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一側面は、行列状に配置される各受光センサ部が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、前記行列の各行において各受光センサ部は互いに同一の方向に電荷を転送し、前記行列の各列において各受光センサ部は交互に逆の方向に電荷を転送する撮像素子である。
【００１１】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側を１辺とし、対向する側を頂点とする三角形であるようにすることができる。
【００１２】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側が、対向する側よりも長い台形であるようにすることができる。
【００１３】
前記受光センサ部の形状を反映した形状のオンチップレンズをさらに有することができる。
【００１４】
各受光センサ部の形状を反映した形状のカラーフィルタをさらに有することができる。
【００１５】
前記カラーフィルタの配色パターンは、各垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部から電荷を読み出すことにより、フィールド毎の画素値の読み出しが実現可能なパターンであるようにすることができる。
【００１６】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンであるようにすることができる。
【００１７】
前記カラーフィルタの配色パターンは、列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンであるようにすることができる。
【００１８】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向および列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンであるようにすることができる。
【００１９】
本開示の一側面においては、行列状に配置される各受光センサ部の形状が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状とされ、その行列の各行において各受光センサ部から互いに同一の方向に電荷が転送され、その行列の各列において各受光センサ部から交互に逆の方向に電荷が転送される。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、光電変換素子の読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することができる。特に、読み出し部の構造の複雑化を抑制しながら、光電変換素子の読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】撮像素子の主な構成例を示す図である。
【図２】センサのポテンシャルのイメージの例を示す図である。
【図３】特許文献２に記載の読み出し部の構成例を説明する図である。
【図４】読み出し電極の他の例を示す図である。
【図５】オンチップレンズの例を示す図である。
【図６】カラーフィルタの配色パターンの、他の例を示す図である。
【図７】画素を間引く例を示す図である。
【図８】画素加算の例を示す図である。
【図９】カラーフィルタの配色パターンの、さらに他の例を示す図である。
【図１０】第１フィールドの読み出し例を示す図である。
【図１１】第２フィールドの読み出し例を示す図である。
【図１２】画素水平方向加算の例を示す図である。
【図１３】画素垂直方向加算の例を示す図である。
【図１４】画素水平垂直方向加算の例を示す図である。
【図１５】センサ形状の他の例を示す図である。
【図１６】電極配線の例を説明する図である。
【図１７】CMOSセンサの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本技術を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像素子）
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本技術を適用した撮像素子の構成例を示す図である。図１に示される撮像素子１００は、フォト・ダイオード等の光電変換素子を有し、入射光を電気信号に変換する。撮像素子１００は、例えば、光電変換素子が光から発生した電荷を読み出すために電荷結合素子（CCD（Charge Coupled Device）と呼ばれる回路素子を用いて転送を行うCCDイメージセンサである。
【００２４】
撮像素子１００は、図１に示されるように、行列状に配置された受光センサ部１０１−００乃至受光センサ部１０１−ＸＹ（Ｘ、Ｙはそれぞれ０乃至９の整数）を有する。各受光センサ部を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、受光センサ部１０１と称する。
【００２５】
受光センサ部１０１の各列の間および両端には、列方向に延伸し、隣接する受光センサ部１０１に蓄積された電荷をその列（延伸）方向に転送する垂直転送レジスタ１０２が１本ずつ設けられる（垂直転送レジスタ１０２−０乃至垂直転送レジスタ１０２−（Ｙ＋１））。
【００２６】
また、各受光センサ部１０１に対して１つずつ、その受光センサ部１０１に蓄積された電荷が読み出される読み出し用電極１０３が設けられる（読み出し用電極１０３−００乃至読み出し用電極１０３−ＸＹ）。各読み出し用電極１０３は、自身が対応する受光センサ部１０１に蓄積された電荷を転送する垂直転送レジスタ１０２の、自身が対応する受光センサ部１０１に隣接する位置に重畳するように設けられる。受光センサ部１０１に蓄積された電荷は、その受光センサ部１０１が対応する読み出し用電極１０３を介して、垂直転送レジスタ１０２に転送される。
【００２７】
また、撮像素子１００は、図中上から（列方向において）奇数番目の読み出し用電極１０３を水平方向に繋ぐ制御用の電極配線１０４−１乃至１０４−（Ｘ／２）と、図中上から（列方向において）偶数番目の読み出し用電極１０３を水平方向に繋ぐ制御用の電極配線１０５−１乃至１０５−（Ｘ／２）とを有する。電極配線１０４−１乃至１０４−（Ｘ／２）を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、電極配線１０４と称する。また、電極配線１０５−１乃至１０５−（Ｘ／２）を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、電極配線１０５と称する。
【００２８】
図１には、撮像素子１００の有効画素の一部の回路構成が示されている。ただし、図１に示されない画素についても同様に構成されている。
【００２９】
図１に示されるように、行列状に配置される各受光センサ部１０１は、読み出し用電極１０３側を１辺（底辺）とし、それに対向する側（チャネルストップ側）を頂点とする三角形の形状を有する。つまり、受光センサ部１０１は、読み出し用電極側が長く、それに対向する側（チャネルストップ側）が短い、所謂非対称形状を有する。なお、図１に示されるように、上下に隣接する他の受光センサ部１０１との分離領域（チャネルストップ領域）は、それぞれ、受光センサ部１０１の三角形の１辺をなしている（このチャネルストップ領域が読み出し用電極側に比べて短いわけではない）。
【００３０】
以上のように、各受光センサ部１０１は、読み出し用電極側が長く、それに対向する側（チャネルストップ側）が短い非対称形状を有するので、センサ重心を読み出し側へ寄せ、読み出し電圧の低減や、読み出し時間の短縮などが期待される。また、読み出し部側と逆側のチャネルストップ側を短くすることで、相隣画素へのブルーミングも防ぐことができる。
【００３１】
図２は、センサのポテンシャルのイメージの例を示す図である。点線１２１は、対称形状の受光センサ部のポテンシャルを示し、実線１２２は、受光センサ部１０１のポテンシャルを示す。図２では従来の対称型センサのポテンシャルから三角形にすることでのセンサ幅の変化を反映し、三角関数を用いて概算している。
【００３２】
また、図１に示されるように、各行において各受光センサ部１０１は、互いに同一の方向に電荷を転送するように設置される。また、各列において受光センサ部１０１は、交互に逆方向に電荷を転送するように設置される。
【００３３】
つまり、各行において各受光センサ部１０１は、互いに同一の方向（自身の左または右）の垂直転送レジスタ１０２に電荷を転送する。すなわち、各行において各受光センサ部１０１は、互いに同一の方向（自身の左または右）に、自身が対応する読み出し用電極１０３を有する。これに対して、各列において各受光センサ部１０１は、交互に逆方向（自身の左または右）の垂直転送レジスタ１０２に電荷を転送する。すなわち、各列において各受光センサ部１０１は、交互に逆方向（自身の左または右）に、自身が対応する読み出し用電極１０３を有する。
【００３４】
例えば、図１の例の場合、受光センサ部１０１−００の読み出し用電極１０３−００は、受光センサ部１０１−００の図中左側（垂直転送レジスタ１０２−０）に設けられ、受光センサ部１０１−００の下の受光センサ部１０１−１０の読み出し用電極１０３−０２は、受光センサ部１０１−１０の図中右側（垂直転送レジスタ１０２−１）に設けられている。また、受光センサ部１０１−００の右の受光センサ部１０１−０１の読み出し用電極１０３−０１は、受光センサ部１０１−０１の図中左側（垂直転送レジスタ１０２−１）に設けられている。
【００３５】
これに対して、特許文献２に記載の固体撮像素子の場合、特許文献２の図１に示されるように、互いに逆方向を向く受光センサ部が行方向に隣接するように配置されている。したがって、互いに同一の垂直転送レジスタに読み出し用電極を持つ受光センサ部が行方向に隣接する。つまり、垂直転送レジスタの延伸（列）方向の同じ位置に、その垂直転送レジスタの左右の受光センサ部の読み出し用電極が存在する。したがって、読み出し用電極の構造が、図３に示される断面図のように複雑になってしまい、その分、プロセスの難易度が上がり、歩留まりの向上や、コストの低減が困難になる可能性があった。
【００３６】
これに対して、撮像素子１００の場合、行方向に並ぶ受光センサ部１０１は、互いに同じ側に読み出し用電極を持つ。そして、列方向に並ぶ受光センサ部１０１は、交互に逆の側に読み出し用電極を持つ。
【００３７】
したがって、垂直転送レジスタ１０２には、その延伸方向に、その垂直転送レジスタ１０２の右に位置する受光センサ部１０１の読み出し用電極と、その垂直転送レジスタ１０２の左に位置する受光センサ部１０１の読み出し用電極とが交互に並ぶ。つまり、左右の受光センサ部１０１に対応する読み出し用電極の位置が互いに１行ずつずれて同じ位置にならないので、読み出し用電極の構造を、従来の対称形状の受光センサ部の場合と同様の簡易な構造で実現することができる。したがって、従来と同様のプロセス難易度で実現することができ、歩留まりの低減を抑制し、コストの増大を抑制することができる。
【００３８】
なお、図中、各受光センサ部１０１には、Ｒ、Ｇ、Ｂの文字が示されているが、これらの文字は、その受光センサ部１０１に設けられるカラーフィルタの色を示しており、説明の便宜上付したものであって、実際にその文字が受光センサ部１０１に描かれているわけではない。なお、図１に示されるように、各受光センサ部１０１に重畳されるカラーフィルタも、受光センサ部１０１の形状を反映し、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状である。
【００３９】
なお、読み出し用電極１０３の形状は、任意であり、例えば、図４に示される読み出し用電極１５３−００乃至読み出し用電極１５３−ＸＹのように三角形にすることもできる。以下において、読み出し用電極１５３−００乃至読み出し用電極１５３−ＸＹを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に読み出し用電極１５３と称する。
【００４０】
つまり、図４の例の場合、垂直転送レジスタ１０２には、互いに異なる方向を向く読み出し用電極１５３が延伸（列）方向に交互に並べられる。このようにすることにより、各読み出し用電極１５３をより大きくすることができる。これにより、受光センサ部１０１の読み出し部では、さらなる、読み出し電圧の低減、読み出し時間の短縮などが期待される。なお、図４に示される例のように、読み出し用電極１５３の形状を三角形にすることにより、簡易な構造で、各画素に１つずつ独立した電極を設ける（１画素１電極構造を実現する）ことができる。これにより、配線構造をより簡単なものにすることができる。また、上下画素への逆読みを有効に抑制することもできる。
【００４１】
上層構造では、センサ形状に合わせた左右非対称な形状を取るカラーフィルタが必要となり、集光には図５に示されるような、センサ形状を反映したオンチップレンズ１６１を用いることが望ましい。
【００４２】
従来のオンチップレンズ形状(半球状)では入射光を精度よく略三角形のセンサに投射することは難しく、垂直レジスタに漏れた光がスミアの原因になり得るため、底面が三角形のレンズ形状が望ましい。またプロセスの難易度を考慮し、センサ形状を反映した図５のようなオンチップレンズ１６１の採用が望ましい。以下においては、各受光センサ部１０１上には、このようなオンチップレンズと、カラーフィルタのいずれかの色のフィルタが配置されるものとする。すなわち、各オンチップレンズ、および、カラーフィルタの各色のフィルタは、受光センサ部１０１の形状に合わせた左右非対称な形状を有する。
【００４３】
カラーフィルタの各色の配置パターンは任意であり、図１に示される例以外であってもよい。図６は、カラーフィルタの配色パターンの他の例を示す図である。図６に示されるように、点線１７１において囲まれる部分の２行８列の配色パターンが繰り返される。
【００４４】
つまり、図６に示されるように、図中上から、緑（Ｇ）と赤（Ｒ）のフィルタがこの順に交互に配置される列と、青（Ｂ）と緑（Ｇ）のフィルタがこの順に交互に配置される列と、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）のフィルタがこの順に交互に配置される列と、緑（Ｇ）と青（Ｂ）のフィルタがこの順に交互に配置される列とが、行方向に、それぞれ２列ずつ並べられる。
【００４５】
このような配色パターンの場合、例えば、図７に示される矢印のように、各垂直転送レジスタ１０２のいずれか一方の側の受光センサ部１０１からのみ読み出しを行うだけで、容易に１行（１水平ライン）おきの読み出しを実現することができる。つまり、図７の例のように読み出しを行った場合、画像の垂直方向の画素数を半分にすることができる。
【００４６】
また、行方向に同色のカラーフィルタが２列ずつ並べられているので、行方向に１画素おきにデータを間引く（同色の行方向相隣画素の内の一方を破棄する）等の処理も容易に行うことができる。すなわち、画像の水平方向の画素数も容易に半分にすることができる。さらに、図８に点線で示されるように、読み出された画像データにおいて、水平方向相隣画素（同色の画素同士）の加算を行えば、従来画素同等以上の蓄積信号量を得ることができる。すなわち、各画素のダイナミックレンジを拡張することができる。
【００４７】
図９は、カラーフィルタの配色パターンの、さらに他の例を示す図である。図９の例の場合、繰り返しパターンは、２×８画素であり、図中上から順に緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）のフィルタが並ぶ列が２列連続する。
【００４８】
行方向には、この繰り返しパターンと、この繰り返しパターンの赤（Ｒ）と青（Ｂ）を入れ替えたパターンとが交互に配置される。列方向も同様に、この繰り返しパターンと、この繰り返しパターンの赤（Ｒ）と青（Ｂ）を入れ替えたパターンとが交互に配置される。
【００４９】
この場合も、図１０や図１１に示されるように、垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部１０１からのみ読み出しを行うだけで容易に、１行（１水平ライン）間隔での読み出し、すなわち、フィールド毎の読み出しを実現することができる。
【００５０】
図１０は、第１フィールドの読み出しの様子の例を示している。図１０に示されるように、この場合、受光センサ部１０１−００、受光センサ部１０１−０１、受光センサ部１０１−２０、受光センサ部１０１−２１、受光センサ部１０１−４０、受光センサ部１０１−４１、受光センサ部１０１−６０、および受光センサ部１０１−６１の電荷がそれぞれの読み出し用電極１０３に読み出されている。残りの受光センサ部１０１は、露光中の状態（電荷が蓄積された状態）である。
【００５１】
つまり、例えば、読み出し用電極１０３−０１、読み出し用電極１０３−２１、読み出し用電極１０３−４１、読み出し用電極１０３−６１のように、奇数ラインの電荷、すなわち、第１フィールドの電荷のみが読み出されている。
【００５２】
図１１は、第２フィールドの読み出しの様子の例を示している。図１１に示されるように、この場合、受光センサ部１０１−１０、受光センサ部１０１−１１、受光センサ部１０１−３０、受光センサ部１０１−３１、受光センサ部１０１−５０、受光センサ部１０１−５１、受光センサ部１０１−７０、および受光センサ部１０１−７１の電荷がそれぞれの読み出し用電極１０３に読み出されている。残りの受光センサ部１０１は、露光中の状態（電荷が蓄積された状態）である。
【００５３】
つまり、例えば、読み出し用電極１０３−１１、読み出し用電極１０３−３１、読み出し用電極１０３−５１、読み出し用電極１０３−７１のように、偶数ラインの電荷、すなわち、第２フィールドの電荷のみが読み出されている。
【００５４】
以上のように、図１０と図１１に示される読み出しを交互に繰り返すだけで容易に、フィールド毎の読み出しが可能になる。
【００５５】
さらに、図１０の点線１９１に示されるような行方向に隣接する同色の画素値の加算や、点線１９２に示されるような列方向に隣接する同色の画素値の加算も、容易に行うことができる。
【００５６】
図１２は、行方向２画素加算により蓄積電荷量を確保している例を示す図である。図１２においては、点線２０１乃至点線２０４に示されるように、行方向に並ぶ同色の２画素の画素値が加算されている。この場合、撮像により得られる画像データの垂直方向の解像度は、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合の２倍となり、水平方向の解像度は、この加算により、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合と同等となる。
【００５７】
図１３は、列方向２画素加算により蓄積電荷量を確保している例を示す図である。図１３においては、点線２１１乃至点線２１４に示されるように、列方向に並ぶ同色の２画素の画素値が加算されている。この場合、撮像により得られる画像データの水平方向の解像度は、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合の２倍となり、垂直方向の解像度は、この加算により、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合と同等となる。
【００５８】
図１４は、行方向・列方向２画素加算により蓄積電荷量を確保している例を示す図である。図１４においては、点線２２１および点線２２２に示されるように、行方向・列方向に並ぶ同色の２×２画素の画素値が加算されている。この場合、この加算により、撮像により得られる画像データの垂直方向の解像度と水平方向の解像度の両方とも、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合と同等となる。
【００５９】
ただし、いずれの場合も、加算後の各画素の蓄積信号量は、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合以上となる。すなわち、各画素のダイナミックレンジを拡張することができる。
【００６０】
つまり、本技術では画素加算方式の自由度が高く、蓄積信号量を確保する目的で行方向・垂直方向の加算が駆動タイミング変更により簡単に制御することができ、任意の方向で画素を間引くことも容易である。また、加算を行わず全画素読み出しを行えば、従来の固体撮像素子に比べ、より多くの画素数を実現することができる。
【００６１】
また、行方向の画素加算を水平レジスタで行うことができ、尚且つ１画素当たりの蓄積電荷量は従来の矩形センサ（対称形状のセンサ）に比べ少ないため、垂直レジスタ取り扱い電荷量への要求は従来ほど厳しくなく、垂直レジスタの細線化も可能と考えられる。
【００６２】
なお、カラーフィルタの配置パターンは任意であり、上述した以外であってもよい。
【００６３】
以上においては、受光センサ部１０１の形状が三角形であるように説明したが、受光センサ部１０１の形状は、読み出し用電極側が長く、それに対向するチャネルストップ側が短い、所謂非対称形状であればよく、三角形以外であってもよい。
【００６４】
例えば、受光センサ部１０１の形状は、図１５Ａに示されるような三角形以外にも、図１５Ｂに示されるような台形であってもよいし、図１５Ｃに示されるような直角三角形であってもよい。また、図１５Ｄや図１５Ｅに示されるような多角形であってもよい。
【００６５】
なお、図１６に示されるように、受光センサ部１０１の形状が三角形の場合（図１６Ａ）よりも、受光センサ部１０１の形状が台形の場合（図１６Ｂ）の方が、チャネルストップと垂直レジスタの間（図１６Ｂの点線円２５１部分）でより多くスペースを取ることができ、配線工程の難易度及び対向センサへの信号逆読みを、より抑制することができる。
【００６６】
また、図１７に示されるように、本技術は、例えば、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサにも適用することができる。図１７に示されるようにCMOSイメージセンサ３００は、行列状に配置され、各画素を形成するセル３０１−００乃至セル３０１−ＸＹを有する。セル３０１−００乃至セル３０１−ＸＹを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にセル３０１と称する。
【００６７】
図１７に示されるように、各セル３０１の形状は、三角形（読み出し用電極側が長く、それに対向するチャネルストップ側が短い、所謂非対称形状）であり、互いに同一の方向に電荷を転送するセルが行方向に並べられ、列方向には、互いに異なる方向に電荷を転送するセルが交互に並べられている。図１７に示される範囲は、CMOSイメージセンサ３００の有効画素の一部である。
【００６８】
図１７の例において、セル３０１−００とセル３０１−２０が配線３０２−０に接続され、セル３０１−０１、セル３０１−１０、セル３０１−２１、およびセル３０１−３０が配線３０２−１に接続され、セル３０１−１１とセル３０１−２１とが配線３０２−２に接続されている。なお、配線３０２−０乃至配線３０２−３を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に配線３０２とも称する。
【００６９】
各セル３０１は、フォト・ダイオード（PD）３１１、読み出しゲート（TG）３１２、および増幅器（Amp）３１３を有する。フォト・ダイオード３１１に蓄積された電荷は、読み出しゲート３１２を介して読み出され、増幅器３１３において増幅された後、配線３０２に供給され、伝送される。
【００７０】
図１７に示されるように、このフォト・ダイオード３１１の形状を、三角形（読み出し用電極側が長く、それに対向するチャネルストップ側が短い、所謂非対称形状）とすることで、上述した撮像素子１００の場合と同様に、読み出し電圧の低減を期待することができる。
【００７１】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成が、複数の装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成が、まとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成が付加されるようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部が他の装置（または他の処理部）の構成に含まれるようにしてもよい。つまり、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００７２】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 行列状に配置される各受光センサ部が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、
前記行列の各行において各受光センサ部は互いに同一の方向に電荷を転送し、前記行列の各列において各受光センサ部は交互に逆の方向に電荷を転送する
撮像素子。
（２） 前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側を１辺とし、対向する側を頂点とする三角形である
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側が、対向する側よりも長い台形である
前記（１）に記載の撮像素子。
（４） 前記受光センサ部の形状を反映した形状のオンチップレンズをさらに有する
前記（１）乃至前記（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５） 各受光センサ部の形状を反映した形状のカラーフィルタをさらに有する
前記（１）乃至前記（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 前記カラーフィルタの配色パターンは、各垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部から電荷を読み出すことにより、フィールド毎の画素値の読み出しが実現可能なパターンである
前記（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７） 前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
前記（５）または前記（６）に記載の撮像素子。
（８） 前記カラーフィルタの配色パターンは、列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
前記（５）または前記（６）に記載の撮像素子。
（９） 前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向および列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
前記（５）に記載の撮像素子。
【符号の説明】
【００７３】
１００ 撮像素子， １０１ 受光センサ部， １０２ 垂直転送レジスタ， １０３ 読み出し用電極， １０４ 電極配線， １０５ 電極配線， １５３ 読み出し用電極， １６１ オンチップレンズ， ３００ CMOSイメージセンサ
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子に関し、特に、読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することができるようにした撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子のセンサの形状は、読み出し部とチャネルストップの長さが同一となる、所謂左右対称型が一般的であった。
【０００３】
しかしながら、この形状の場合、センサ重心を読み出し部に寄せるにはインプラント追加に頼る面が大きく、読み出し電圧の低減には限界が存在した。
【０００４】
そこで、電荷転送効率の向上及び読み出し電圧の抑制を目的として、各転送電極において、互いに隣接する転送電極同士の電荷転送に寄与する実効的領域の境界の長さが、信号電荷の転送方向に垂直な方向の実効的領域の幅よりも長くなっている電荷転送素子が考えられた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、この構造において左右非対称の形状を取っているのはセンサではなく転送電極となるため、センサ重心への影響は弱く読み出し部へ寄せることはできないため、読み出し電圧を大きく低減することは困難であった。
【０００６】
そこで、センサ形状を略三角形とすることで、画素サイズが縮小されても高い読み出し効率を確保することが考えられた（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−７２４７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の方法の場合、対向センサに蓄積した信号電荷を垂直レジスタで混合したり、別々に読み出したりするため、それぞれに電気的に独立した読み出し電極を設置する必要があった。その影響でプロセスの難易度が上がり、歩留の低下及びコストアップにつながる可能性があった。
【０００９】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、読み出し部の構造の複雑化を抑制しながら、読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一側面は、行列状に配置される各受光センサ部が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、前記行列の各行において各受光センサ部は互いに同一の方向に電荷を転送し、前記行列の各列において各受光センサ部は交互に逆の方向に電荷を転送する撮像素子である。
【００１１】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側を１辺とし、対向する側を頂点とする三角形であるようにすることができる。
【００１２】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側が、対向する側よりも長い台形であるようにすることができる。
【００１３】
前記受光センサ部の形状を反映した形状のオンチップレンズをさらに有することができる。
【００１４】
各受光センサ部の形状を反映した形状のカラーフィルタをさらに有することができる。
【００１５】
前記カラーフィルタの配色パターンは、各垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部から電荷を読み出すことにより、フィールド毎の画素値の読み出しが実現可能なパターンであるようにすることができる。
【００１６】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンであるようにすることができる。
【００１７】
前記カラーフィルタの配色パターンは、列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンであるようにすることができる。
【００１８】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向および列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンであるようにすることができる。
【００１９】
本開示の一側面においては、行列状に配置される各受光センサ部の形状が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状とされ、その行列の各行において各受光センサ部から互いに同一の方向に電荷が転送され、その行列の各列において各受光センサ部から交互に逆の方向に電荷が転送される。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、光電変換素子の読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することができる。特に、読み出し部の構造の複雑化を抑制しながら、光電変換素子の読み出し電圧の低減や読み出し時間の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】撮像素子の主な構成例を示す図である。
【図２】センサのポテンシャルのイメージの例を示す図である。
【図３】特許文献２に記載の読み出し部の構成例を説明する図である。
【図４】読み出し電極の他の例を示す図である。
【図５】オンチップレンズの例を示す図である。
【図６】カラーフィルタの配色パターンの、他の例を示す図である。
【図７】画素を間引く例を示す図である。
【図８】画素加算の例を示す図である。
【図９】カラーフィルタの配色パターンの、さらに他の例を示す図である。
【図１０】第１フィールドの読み出し例を示す図である。
【図１１】第２フィールドの読み出し例を示す図である。
【図１２】画素水平方向加算の例を示す図である。
【図１３】画素垂直方向加算の例を示す図である。
【図１４】画素水平垂直方向加算の例を示す図である。
【図１５】センサ形状の他の例を示す図である。
【図１６】電極配線の例を説明する図である。
【図１７】CMOSセンサの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本技術を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像素子）
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本技術を適用した撮像素子の構成例を示す図である。図１に示される撮像素子１００は、フォト・ダイオード等の光電変換素子を有し、入射光を電気信号に変換する。撮像素子１００は、例えば、光電変換素子が光から発生した電荷を読み出すために電荷結合素子（CCD（Charge Coupled Device）と呼ばれる回路素子を用いて転送を行うCCDイメージセンサである。
【００２４】
撮像素子１００は、図１に示されるように、行列状に配置された受光センサ部１０１−００乃至受光センサ部１０１−ＸＹ（Ｘ、Ｙはそれぞれ０乃至９の整数）を有する。各受光センサ部を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、受光センサ部１０１と称する。
【００２５】
受光センサ部１０１の各列の間および両端には、列方向に延伸し、隣接する受光センサ部１０１に蓄積された電荷をその列（延伸）方向に転送する垂直転送レジスタ１０２が１本ずつ設けられる（垂直転送レジスタ１０２−０乃至垂直転送レジスタ１０２−（Ｙ＋１））。
【００２６】
また、各受光センサ部１０１に対して１つずつ、その受光センサ部１０１に蓄積された電荷が読み出される読み出し用電極１０３が設けられる（読み出し用電極１０３−００乃至読み出し用電極１０３−ＸＹ）。各読み出し用電極１０３は、自身が対応する受光センサ部１０１に蓄積された電荷を転送する垂直転送レジスタ１０２の、自身が対応する受光センサ部１０１に隣接する位置に重畳するように設けられる。受光センサ部１０１に蓄積された電荷は、その受光センサ部１０１が対応する読み出し用電極１０３を介して、垂直転送レジスタ１０２に転送される。
【００２７】
また、撮像素子１００は、図中上から（列方向において）奇数番目の読み出し用電極１０３を水平方向に繋ぐ制御用の電極配線１０４−１乃至１０４−（Ｘ／２）と、図中上から（列方向において）偶数番目の読み出し用電極１０３を水平方向に繋ぐ制御用の電極配線１０５−１乃至１０５−（Ｘ／２）とを有する。電極配線１０４−１乃至１０４−（Ｘ／２）を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、電極配線１０４と称する。また、電極配線１０５−１乃至１０５−（Ｘ／２）を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に、電極配線１０５と称する。
【００２８】
図１には、撮像素子１００の有効画素の一部の回路構成が示されている。ただし、図１に示されない画素についても同様に構成されている。
【００２９】
図１に示されるように、行列状に配置される各受光センサ部１０１は、読み出し用電極１０３側を１辺（底辺）とし、それに対向する側（チャネルストップ側）を頂点とする三角形の形状を有する。つまり、受光センサ部１０１は、読み出し用電極側が長く、それに対向する側（チャネルストップ側）が短い、所謂非対称形状を有する。なお、図１に示されるように、上下に隣接する他の受光センサ部１０１との分離領域（チャネルストップ領域）は、それぞれ、受光センサ部１０１の三角形の１辺をなしている（このチャネルストップ領域が読み出し用電極側に比べて短いわけではない）。
【００３０】
以上のように、各受光センサ部１０１は、読み出し用電極側が長く、それに対向する側（チャネルストップ側）が短い非対称形状を有するので、センサ重心を読み出し側へ寄せ、読み出し電圧の低減や、読み出し時間の短縮などが期待される。また、読み出し部側と逆側のチャネルストップ側を短くすることで、相隣画素へのブルーミングも防ぐことができる。
【００３１】
図２は、センサのポテンシャルのイメージの例を示す図である。点線１２１は、対称形状の受光センサ部のポテンシャルを示し、実線１２２は、受光センサ部１０１のポテンシャルを示す。図２では従来の対称型センサのポテンシャルから三角形にすることでのセンサ幅の変化を反映し、三角関数を用いて概算している。
【００３２】
また、図１に示されるように、各行において各受光センサ部１０１は、互いに同一の方向に電荷を転送するように設置される。また、各列において受光センサ部１０１は、交互に逆方向に電荷を転送するように設置される。
【００３３】
つまり、各行において各受光センサ部１０１は、互いに同一の方向（自身の左または右）の垂直転送レジスタ１０２に電荷を転送する。すなわち、各行において各受光センサ部１０１は、互いに同一の方向（自身の左または右）に、自身が対応する読み出し用電極１０３を有する。これに対して、各列において各受光センサ部１０１は、交互に逆方向（自身の左または右）の垂直転送レジスタ１０２に電荷を転送する。すなわち、各列において各受光センサ部１０１は、交互に逆方向（自身の左または右）に、自身が対応する読み出し用電極１０３を有する。
【００３４】
例えば、図１の例の場合、受光センサ部１０１−００の読み出し用電極１０３−００は、受光センサ部１０１−００の図中左側（垂直転送レジスタ１０２−０）に設けられ、受光センサ部１０１−００の下の受光センサ部１０１−１０の読み出し用電極１０３−０２は、受光センサ部１０１−１０の図中右側（垂直転送レジスタ１０２−１）に設けられている。また、受光センサ部１０１−００の右の受光センサ部１０１−０１の読み出し用電極１０３−０１は、受光センサ部１０１−０１の図中左側（垂直転送レジスタ１０２−１）に設けられている。
【００３５】
これに対して、特許文献２に記載の固体撮像素子の場合、特許文献２の図１に示されるように、互いに逆方向を向く受光センサ部が行方向に隣接するように配置されている。したがって、互いに同一の垂直転送レジスタに読み出し用電極を持つ受光センサ部が行方向に隣接する。つまり、垂直転送レジスタの延伸（列）方向の同じ位置に、その垂直転送レジスタの左右の受光センサ部の読み出し用電極が存在する。したがって、読み出し用電極の構造が、図３に示される断面図のように複雑になってしまい、その分、プロセスの難易度が上がり、歩留まりの向上や、コストの低減が困難になる可能性があった。
【００３６】
これに対して、撮像素子１００の場合、行方向に並ぶ受光センサ部１０１は、互いに同じ側に読み出し用電極を持つ。そして、列方向に並ぶ受光センサ部１０１は、交互に逆の側に読み出し用電極を持つ。
【００３７】
したがって、垂直転送レジスタ１０２には、その延伸方向に、その垂直転送レジスタ１０２の右に位置する受光センサ部１０１の読み出し用電極と、その垂直転送レジスタ１０２の左に位置する受光センサ部１０１の読み出し用電極とが交互に並ぶ。つまり、左右の受光センサ部１０１に対応する読み出し用電極の位置が互いに１行ずつずれて同じ位置にならないので、読み出し用電極の構造を、従来の対称形状の受光センサ部の場合と同様の簡易な構造で実現することができる。したがって、従来と同様のプロセス難易度で実現することができ、歩留まりの低減を抑制し、コストの増大を抑制することができる。
【００３８】
なお、図中、各受光センサ部１０１には、Ｒ、Ｇ、Ｂの文字が示されているが、これらの文字は、その受光センサ部１０１に設けられるカラーフィルタの色を示しており、説明の便宜上付したものであって、実際にその文字が受光センサ部１０１に描かれているわけではない。なお、図１に示されるように、各受光センサ部１０１に重畳されるカラーフィルタも、受光センサ部１０１の形状を反映し、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状である。
【００３９】
なお、読み出し用電極１０３の形状は、任意であり、例えば、図４に示される読み出し用電極１５３−００乃至読み出し用電極１５３−ＸＹのように三角形にすることもできる。以下において、読み出し用電極１５３−００乃至読み出し用電極１５３−ＸＹを互いに区別して説明する必要が無い場合、単に読み出し用電極１５３と称する。
【００４０】
つまり、図４の例の場合、垂直転送レジスタ１０２には、互いに異なる方向を向く読み出し用電極１５３が延伸（列）方向に交互に並べられる。このようにすることにより、各読み出し用電極１５３をより大きくすることができる。これにより、受光センサ部１０１の読み出し部では、さらなる、読み出し電圧の低減、読み出し時間の短縮などが期待される。なお、図４に示される例のように、読み出し用電極１５３の形状を三角形にすることにより、簡易な構造で、各画素に１つずつ独立した電極を設ける（１画素１電極構造を実現する）ことができる。これにより、配線構造をより簡単なものにすることができる。また、上下画素への逆読みを有効に抑制することもできる。
【００４１】
上層構造では、センサ形状に合わせた左右非対称な形状を取るカラーフィルタが必要となり、集光には図５に示されるような、センサ形状を反映したオンチップレンズ１６１を用いることが望ましい。
【００４２】
従来のオンチップレンズ形状(半球状)では入射光を精度よく略三角形のセンサに投射することは難しく、垂直レジスタに漏れた光がスミアの原因になり得るため、底面が三角形のレンズ形状が望ましい。またプロセスの難易度を考慮し、センサ形状を反映した図５のようなオンチップレンズ１６１の採用が望ましい。以下においては、各受光センサ部１０１上には、このようなオンチップレンズと、カラーフィルタのいずれかの色のフィルタが配置されるものとする。すなわち、各オンチップレンズ、および、カラーフィルタの各色のフィルタは、受光センサ部１０１の形状に合わせた左右非対称な形状を有する。
【００４３】
カラーフィルタの各色の配置パターンは任意であり、図１に示される例以外であってもよい。図６は、カラーフィルタの配色パターンの他の例を示す図である。図６に示されるように、点線１７１において囲まれる部分の２行８列の配色パターンが繰り返される。
【００４４】
つまり、図６に示されるように、図中上から、緑（Ｇ）と赤（Ｒ）のフィルタがこの順に交互に配置される列と、青（Ｂ）と緑（Ｇ）のフィルタがこの順に交互に配置される列と、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）のフィルタがこの順に交互に配置される列と、緑（Ｇ）と青（Ｂ）のフィルタがこの順に交互に配置される列とが、行方向に、それぞれ２列ずつ並べられる。
【００４５】
このような配色パターンの場合、例えば、図７に示される矢印のように、各垂直転送レジスタ１０２のいずれか一方の側の受光センサ部１０１からのみ読み出しを行うだけで、容易に１行（１水平ライン）おきの読み出しを実現することができる。つまり、図７の例のように読み出しを行った場合、画像の垂直方向の画素数を半分にすることができる。
【００４６】
また、行方向に同色のカラーフィルタが２列ずつ並べられているので、行方向に１画素おきにデータを間引く（同色の行方向相隣画素の内の一方を破棄する）等の処理も容易に行うことができる。すなわち、画像の水平方向の画素数も容易に半分にすることができる。さらに、図８に点線で示されるように、読み出された画像データにおいて、水平方向相隣画素（同色の画素同士）の加算を行えば、従来画素同等以上の蓄積信号量を得ることができる。すなわち、各画素のダイナミックレンジを拡張することができる。
【００４７】
図９は、カラーフィルタの配色パターンの、さらに他の例を示す図である。図９の例の場合、繰り返しパターンは、２×８画素であり、図中上から順に緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）のフィルタが並ぶ列が２列連続する。
【００４８】
行方向には、この繰り返しパターンと、この繰り返しパターンの赤（Ｒ）と青（Ｂ）を入れ替えたパターンとが交互に配置される。列方向も同様に、この繰り返しパターンと、この繰り返しパターンの赤（Ｒ）と青（Ｂ）を入れ替えたパターンとが交互に配置される。
【００４９】
この場合も、図１０や図１１に示されるように、垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部１０１からのみ読み出しを行うだけで容易に、１行（１水平ライン）間隔での読み出し、すなわち、フィールド毎の読み出しを実現することができる。
【００５０】
図１０は、第１フィールドの読み出しの様子の例を示している。図１０に示されるように、この場合、受光センサ部１０１−００、受光センサ部１０１−０１、受光センサ部１０１−２０、受光センサ部１０１−２１、受光センサ部１０１−４０、受光センサ部１０１−４１、受光センサ部１０１−６０、および受光センサ部１０１−６１の電荷がそれぞれの読み出し用電極１０３に読み出されている。残りの受光センサ部１０１は、露光中の状態（電荷が蓄積された状態）である。
【００５１】
つまり、例えば、読み出し用電極１０３−０１、読み出し用電極１０３−２１、読み出し用電極１０３−４１、読み出し用電極１０３−６１のように、奇数ラインの電荷、すなわち、第１フィールドの電荷のみが読み出されている。
【００５２】
図１１は、第２フィールドの読み出しの様子の例を示している。図１１に示されるように、この場合、受光センサ部１０１−１０、受光センサ部１０１−１１、受光センサ部１０１−３０、受光センサ部１０１−３１、受光センサ部１０１−５０、受光センサ部１０１−５１、受光センサ部１０１−７０、および受光センサ部１０１−７１の電荷がそれぞれの読み出し用電極１０３に読み出されている。残りの受光センサ部１０１は、露光中の状態（電荷が蓄積された状態）である。
【００５３】
つまり、例えば、読み出し用電極１０３−１１、読み出し用電極１０３−３１、読み出し用電極１０３−５１、読み出し用電極１０３−７１のように、偶数ラインの電荷、すなわち、第２フィールドの電荷のみが読み出されている。
【００５４】
以上のように、図１０と図１１に示される読み出しを交互に繰り返すだけで容易に、フィールド毎の読み出しが可能になる。
【００５５】
さらに、図１０の点線１９１に示されるような行方向に隣接する同色の画素値の加算や、点線１９２に示されるような列方向に隣接する同色の画素値の加算も、容易に行うことができる。
【００５６】
図１２は、行方向２画素加算により蓄積電荷量を確保している例を示す図である。図１２においては、点線２０１乃至点線２０４に示されるように、行方向に並ぶ同色の２画素の画素値が加算されている。この場合、撮像により得られる画像データの垂直方向の解像度は、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合の２倍となり、水平方向の解像度は、この加算により、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合と同等となる。
【００５７】
図１３は、列方向２画素加算により蓄積電荷量を確保している例を示す図である。図１３においては、点線２１１乃至点線２１４に示されるように、列方向に並ぶ同色の２画素の画素値が加算されている。この場合、撮像により得られる画像データの水平方向の解像度は、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合の２倍となり、垂直方向の解像度は、この加算により、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合と同等となる。
【００５８】
図１４は、行方向・列方向２画素加算により蓄積電荷量を確保している例を示す図である。図１４においては、点線２２１および点線２２２に示されるように、行方向・列方向に並ぶ同色の２×２画素の画素値が加算されている。この場合、この加算により、撮像により得られる画像データの垂直方向の解像度と水平方向の解像度の両方とも、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合と同等となる。
【００５９】
ただし、いずれの場合も、加算後の各画素の蓄積信号量は、受光センサ部の形状が従来の対称型の場合以上となる。すなわち、各画素のダイナミックレンジを拡張することができる。
【００６０】
つまり、本技術では画素加算方式の自由度が高く、蓄積信号量を確保する目的で行方向・垂直方向の加算が駆動タイミング変更により簡単に制御することができ、任意の方向で画素を間引くことも容易である。また、加算を行わず全画素読み出しを行えば、従来の固体撮像素子に比べ、より多くの画素数を実現することができる。
【００６１】
また、行方向の画素加算を水平レジスタで行うことができ、尚且つ１画素当たりの蓄積電荷量は従来の矩形センサ（対称形状のセンサ）に比べ少ないため、垂直レジスタ取り扱い電荷量への要求は従来ほど厳しくなく、垂直レジスタの細線化も可能と考えられる。
【００６２】
なお、カラーフィルタの配置パターンは任意であり、上述した以外であってもよい。
【００６３】
以上においては、受光センサ部１０１の形状が三角形であるように説明したが、受光センサ部１０１の形状は、読み出し用電極側が長く、それに対向するチャネルストップ側が短い、所謂非対称形状であればよく、三角形以外であってもよい。
【００６４】
例えば、受光センサ部１０１の形状は、図１５Ａに示されるような三角形以外にも、図１５Ｂに示されるような台形であってもよいし、図１５Ｃに示されるような直角三角形であってもよい。また、図１５Ｄや図１５Ｅに示されるような多角形であってもよい。
【００６５】
なお、図１６に示されるように、受光センサ部１０１の形状が三角形の場合（図１６Ａ）よりも、受光センサ部１０１の形状が台形の場合（図１６Ｂ）の方が、チャネルストップと垂直レジスタの間（図１６Ｂの点線円２５１部分）でより多くスペースを取ることができ、配線工程の難易度及び対向センサへの信号逆読みを、より抑制することができる。
【００６６】
また、図１７に示されるように、本技術は、例えば、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサにも適用することができる。図１７に示されるようにCMOSイメージセンサ３００は、行列状に配置され、各画素を形成するセル３０１−００乃至セル３０１−ＸＹを有する。セル３０１−００乃至セル３０１−ＸＹを互いに区別して説明する必要が無い場合、単にセル３０１と称する。
【００６７】
図１７に示されるように、各セル３０１の形状は、三角形（読み出し用電極側が長く、それに対向するチャネルストップ側が短い、所謂非対称形状）であり、互いに同一の方向に電荷を転送するセルが行方向に並べられ、列方向には、互いに異なる方向に電荷を転送するセルが交互に並べられている。図１７に示される範囲は、CMOSイメージセンサ３００の有効画素の一部である。
【００６８】
図１７の例において、セル３０１−００とセル３０１−２０が配線３０２−０に接続され、セル３０１−０１、セル３０１−１０、セル３０１−２１、およびセル３０１−３０が配線３０２−１に接続され、セル３０１−１１とセル３０１−２１とが配線３０２−２に接続されている。なお、配線３０２−０乃至配線３０２−３を互いに区別して説明する必要が無い場合、単に配線３０２とも称する。
【００６９】
各セル３０１は、フォト・ダイオード（PD）３１１、読み出しゲート（TG）３１２、および増幅器（Amp）３１３を有する。フォト・ダイオード３１１に蓄積された電荷は、読み出しゲート３１２を介して読み出され、増幅器３１３において増幅された後、配線３０２に供給され、伝送される。
【００７０】
図１７に示されるように、このフォト・ダイオード３１１の形状を、三角形（読み出し用電極側が長く、それに対向するチャネルストップ側が短い、所謂非対称形状）とすることで、上述した撮像素子１００の場合と同様に、読み出し電圧の低減を期待することができる。
【００７１】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成が、複数の装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成が、まとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成が付加されるようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部が他の装置（または他の処理部）の構成に含まれるようにしてもよい。つまり、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００７２】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 行列状に配置される各受光センサ部が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、
前記行列の各行において各受光センサ部は互いに同一の方向に電荷を転送し、前記行列の各列において各受光センサ部は交互に逆の方向に電荷を転送する
撮像素子。
（２） 前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側を１辺とし、対向する側を頂点とする三角形である
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側が、対向する側よりも長い台形である
前記（１）に記載の撮像素子。
（４） 前記受光センサ部の形状を反映した形状のオンチップレンズをさらに有する
前記（１）乃至前記（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５） 各受光センサ部の形状を反映した形状のカラーフィルタをさらに有する
前記（１）乃至前記（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 前記カラーフィルタの配色パターンは、各垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部から電荷を読み出すことにより、フィールド毎の画素値の読み出しが実現可能なパターンである
前記（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７） 前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
前記（５）または前記（６）に記載の撮像素子。
（８） 前記カラーフィルタの配色パターンは、列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
前記（５）または前記（６）に記載の撮像素子。
（９） 前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向および列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
前記（５）に記載の撮像素子。
【符号の説明】
【００７３】
１００ 撮像素子， １０１ 受光センサ部， １０２ 垂直転送レジスタ， １０３ 読み出し用電極， １０４ 電極配線， １０５ 電極配線， １５３ 読み出し用電極， １６１ オンチップレンズ， ３００ CMOSイメージセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置される各受光センサ部が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、
前記行列の各行において各受光センサ部は互いに同一の方向に電荷を転送し、前記行列の各列において各受光センサ部は交互に逆の方向に電荷を転送する
撮像素子。
【請求項２】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側を１辺とし、対向する側を頂点とする三角形である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側が、対向する側よりも長い台形である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記受光センサ部の形状を反映した形状のオンチップレンズをさらに有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
各受光センサ部の形状を反映した形状のカラーフィルタをさらに有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記カラーフィルタの配色パターンは、各垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部から電荷を読み出すことにより、フィールド毎の画素値の読み出しが実現可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記カラーフィルタの配色パターンは、列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向および列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項１】
行列状に配置される各受光センサ部が、読み出し用電極側が長く、対向する側が短い非対称形状を有し、
前記行列の各行において各受光センサ部は互いに同一の方向に電荷を転送し、前記行列の各列において各受光センサ部は交互に逆の方向に電荷を転送する
撮像素子。
【請求項２】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側を１辺とし、対向する側を頂点とする三角形である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記受光センサ部の形状は、読み出し用電極側が、対向する側よりも長い台形である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記受光センサ部の形状を反映した形状のオンチップレンズをさらに有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
各受光センサ部の形状を反映した形状のカラーフィルタをさらに有する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記カラーフィルタの配色パターンは、各垂直転送レジスタの一方の側の受光センサ部から電荷を読み出すことにより、フィールド毎の画素値の読み出しが実現可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記カラーフィルタの配色パターンは、列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記カラーフィルタの配色パターンは、行方向および列方向に隣接する複数の受光センサ部から読み出した電荷同士を加算可能なパターンである
請求項５に記載の撮像素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−２６４２３（Ｐ２０１３−２６４２３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９４８４（Ｐ２０１１−１５９４８４）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]