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JP2014033054A - Solid state imaging sensor and imaging apparatus - Google Patents

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JP2014033054A
JP2014033054A JP2012172298A JP2012172298A JP2014033054A JP 2014033054 A JP2014033054 A JP 2014033054A JP 2012172298 A JP2012172298 A JP 2012172298A JP 2012172298 A JP2012172298 A JP 2012172298A JP 2014033054 A JP2014033054 A JP 2014033054A
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Abstract

【課題】単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、光電変換部の間の不感帯を減らし、かつ、光電変換部の面積を広くすることができる固体撮像素子を実現する。
【解決手段】単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、第1の単位画素に含まれる複数の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる複数の光電変換部とが1つのフローティングディフュージョン部を共有するように構成されている。
【選択図】図4
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel, a solid-state imaging device capable of reducing a dead zone between the photoelectric conversion units and widening an area of the photoelectric conversion unit. Realize.
In a solid-state imaging device including a micro lens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel, a plurality of photoelectric conversion units included in the first unit pixel and a second adjacent to the first unit pixel. The plurality of photoelectric conversion units included in the unit pixel are configured to share one floating diffusion unit.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、固体撮像素子に関し、特に固体撮像素子を構成する要素の配置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state image sensor, and more particularly to an arrangement of elements constituting the solid-state image sensor.

現在、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置において、単位画素に複数の光電変換部を備えた固体撮像素子を用いた様々な応用技術が提案されている。   At present, various application technologies using solid-state imaging devices each including a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel have been proposed in imaging devices such as a digital still camera and a digital video camera.

例えば、特許文献1には、2次元に配列された単位画素ごとにマイクロレンズが設けられた固体撮像素子を用いて、いわゆる瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献1の撮像装置では、撮像素子を構成する画素の光電変換部が複数に分割されており、分割された各光電変換部が、マイクロレンズを介して、撮影レンズの分割された異なる瞳を通過した光を受光するように構成されている。そして、画素の、左側の光電変換部出力と、右側の光電変換部出力の、ズレ量から、結像光学系の焦点検出を行うことができる。   For example, Patent Document 1 discloses an imaging apparatus that performs so-called pupil division type focus detection using a solid-state imaging element in which a microlens is provided for each unit pixel that is two-dimensionally arranged. In the imaging apparatus of Patent Document 1, the photoelectric conversion units of the pixels constituting the imaging element are divided into a plurality of parts, and each of the divided photoelectric conversion units has different pupils divided by the photographing lens through microlenses. It is configured to receive the passed light. Then, focus detection of the imaging optical system can be performed from the amount of deviation between the left photoelectric conversion unit output and the right photoelectric conversion unit output of the pixel.

さらに、特許文献1は、3次元映像撮影についても言及されている。   Furthermore, Patent Document 1 also refers to 3D video shooting.

人間は、水平方向に約6〜7cm離れた左右2つの目で、それぞれ2次元映像を取得しているが、左右2つの映像には、見ているものまでの距離に応じた視差がある。人間は、この視差のある左右2つの映像を脳で処理することで、立体感や奥行きを認識している。   Humans acquire two-dimensional images with the two left and right eyes that are approximately 6 to 7 cm apart in the horizontal direction, but the two left and right images have parallax according to the distance to what they are looking at. Humans recognize the stereoscopic effect and depth by processing the left and right images with parallax with the brain.

3次元映像を撮影するための装置として、人間の目と同様に、カメラあるいは撮像素子を、2つ用いた装置もあるが、特許文献1では、1つの光学系と1つの撮像素子によって構成された撮像装置が開示されている。単位画素ごとに分割された光電変換部を用いて、左側の光電変換部出力と、右側の光電変換部出力から、視差のある2つの映像を生成することができる。これら2つの映像を、表示再生装置により、人間の左右それぞれの目に分離して見せることで、立体感や奥行きを認識することができる。   As an apparatus for photographing a 3D image, there is an apparatus that uses two cameras or image sensors, as in the case of human eyes. However, in Patent Document 1, it is configured by one optical system and one image sensor. An image pickup apparatus is disclosed. Using the photoelectric conversion unit divided for each unit pixel, two images with parallax can be generated from the left photoelectric conversion unit output and the right photoelectric conversion unit output. By displaying these two images separately on the left and right eyes of the human by the display / playback device, the stereoscopic effect and the depth can be recognized.

また、特許文献2では、撮像素子の画素部を構成する単位画素を、電荷蓄積量の異なる複数の分割画素を含む構成とし、単位画素内の各分割画素の撮像信号をデジタル化して加算することにより、幅広いダイナミックレンジを得る技術が開示されている。   Further, in Patent Document 2, the unit pixel constituting the pixel portion of the image sensor is configured to include a plurality of divided pixels having different charge accumulation amounts, and the imaging signal of each divided pixel in the unit pixel is digitized and added. Thus, a technique for obtaining a wide dynamic range is disclosed.

また、特許文献3では、特許文献1に係る撮像装置の具体的な構成についても言及されている。   Patent Document 3 also refers to a specific configuration of the imaging apparatus according to Patent Document 1.

特開昭58−024105号公報JP 58-024105 A 特開2010−028423号公報JP 2010-028423 A 特開2001−250931号公報JP 2001-250931 A

特許文献1のような、単位画素が複数の光電変換部を含む構成は、同じ面積の単位画素の光電変換部が1つである構成に比べて、画素を構成する要素が増加するため、光電変換部の総面積が減少してしまう。   Since a configuration in which a unit pixel includes a plurality of photoelectric conversion units as in Patent Document 1 has a larger number of elements that form a pixel than a configuration in which there is one photoelectric conversion unit of a unit pixel having the same area, The total area of the conversion unit is reduced.

従来より、単位画素が1つの光電変換部を備えた構成において、フローティングディフュージョン部(FD)を複数の画素で共有することで、後段の構成要素を減らし、光電変換部の総面積の減少を抑える技術が存在する。特許文献2には、単位画素が2×2の4つの光電変換部を備えた構成において、画素の中心に配置したFDを共有する構成が開示されている。   Conventionally, in a configuration in which the unit pixel includes one photoelectric conversion unit, the floating diffusion unit (FD) is shared by a plurality of pixels, thereby reducing the number of subsequent components and suppressing the decrease in the total area of the photoelectric conversion unit. Technology exists. Patent Document 2 discloses a configuration in which an FD arranged at the center of a pixel is shared in a configuration including four photoelectric conversion units each having a 2 × 2 unit pixel.

例えば、図15では、1つのマイクロレンズ1501の下に、画素1502が構成され、画素1502は2×2に分割された4つの光電変換部1503a、1503b、1503c、1503dを含み、これら4つの光電変換部でFD1504を共有している。説明の便宜のため、9画素のみ示しているが、実際には、このような画素がさらに複数配置されて画素部を構成している。   For example, in FIG. 15, a pixel 1502 is configured under one microlens 1501, and the pixel 1502 includes four photoelectric conversion units 1503a, 1503b, 1503c, and 1503d divided into 2 × 2, and these four photoelectric elements The conversion unit shares the FD 1504. For convenience of explanation, only nine pixels are shown, but actually, a plurality of such pixels are arranged to constitute a pixel portion.

図16は、図15のFD1504を共有する光電変換部の配置を示している。説明の便宜のため、2画素のみを示している。図16(a)は、図16(b)のII−II断面図である。図16(a)は、光電変換部が撮影レンズの射出瞳1603から出た光を、マイクロレンズ1501を介して受光する様子を示している。分割された光電変換部は、射出瞳1603の異なる領域から出た光をそれぞれ受光する。   FIG. 16 illustrates an arrangement of photoelectric conversion units that share the FD 1504 of FIG. For convenience of explanation, only two pixels are shown. Fig.16 (a) is II-II sectional drawing of FIG.16 (b). FIG. 16A shows a state in which the photoelectric conversion unit receives light emitted from the exit pupil 1603 of the photographing lens via the microlens 1501. The divided photoelectric conversion units respectively receive light emitted from different areas of the exit pupil 1603.

しかしながら、図15及び図16の構成では、図16(a)のように、光電変換部1503a、1503bの間に光電変換に寄与しない領域1601(不感帯)ができてしまう。この不感帯領域1601はFD1504を含む領域である。さらには、FD1504に伴って構成される、遮光部材や配線などを含む構造体1602が、光電変換部へ入射する光束を遮り、感度の低下を招いてしまう。   However, in the configuration of FIGS. 15 and 16, a region 1601 (dead zone) that does not contribute to photoelectric conversion is formed between the photoelectric conversion units 1503a and 1503b as shown in FIG. 16A. This dead zone region 1601 is a region including the FD 1504. Furthermore, the structure body 1602 including the light shielding member and the wiring, which is configured along with the FD 1504, blocks a light beam incident on the photoelectric conversion unit, thereby causing a decrease in sensitivity.

一方、特許文献3には、単位画素が2×2の4つの光電変換部を備えた構成において、画素の上下両側または左右両側にFDを配置して、それぞれを2つの光電変換部で共有する構成が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 3, in a configuration in which four photoelectric conversion units each having a 2 × 2 unit pixel are provided, FDs are arranged on both the upper and lower sides or both the left and right sides of the pixel, and each is shared by the two photoelectric conversion units. A configuration is disclosed.

例えば、図17では、1つのマイクロレンズ1701の下に、画素1702が構成され、画素1702は2×2に分割された4つの光電変換部1703a、1703b、1703c、1703dを含む。そして、光電変換部1703a、1703cでFD1704aを共有し、光電変換部1703b、1703dでFD1704bを共有している。説明の便宜のため、9画素のみ示しているが、実際には、このような画素がさらに複数配置されて画素部を構成する。   For example, in FIG. 17, a pixel 1702 is formed under one microlens 1701, and the pixel 1702 includes four photoelectric conversion units 1703a, 1703b, 1703c, and 1703d divided into 2 × 2. The photoelectric conversion units 1703a and 1703c share the FD 1704a, and the photoelectric conversion units 1703b and 1703d share the FD 1704b. For convenience of explanation, only nine pixels are shown, but actually, a plurality of such pixels are arranged to constitute a pixel portion.

図18は、図17のFD1704a、1704bを共有する光電変換部の配置を示している。説明の便宜のため、2画素のみを示している。図18(a)は、図18(b)のIII−III断面図である。図18(a)は、光電変換部が撮影レンズの射出瞳1804から出た光をマイクロレンズ1701を介して受光する様子を示している。分割された光電変換部は、射出瞳1804の異なる領域から出た光をそれぞれ受光する。1801aと1801bは、遮光部材や配線などを含む構造体である。   FIG. 18 illustrates an arrangement of photoelectric conversion units that share the FDs 1704a and 1704b in FIG. For convenience of explanation, only two pixels are shown. Fig.18 (a) is III-III sectional drawing of FIG.18 (b). FIG. 18A shows a state where the photoelectric conversion unit receives light emitted from the exit pupil 1804 of the photographing lens via the micro lens 1701. The divided photoelectric conversion units respectively receive light emitted from different areas of the exit pupil 1804. Reference numerals 1801a and 1801b denote structures including light shielding members and wirings.

しかしながら、図17及び図18の構成では、FD1704bと、隣接する画素からも水平方向に張り出したFD1705が、画素境界部の領域1802に集まって配置される。FD1704bとFD1705は半導体領域で分離する必要があるため、画素境界部の領域1802には広い水平幅が必要となる。結果として、この構成では、光電変換部の領域1803の水平幅が狭くなり、光電変換部の面積が小さくなってしまう。   However, in the configuration of FIG. 17 and FIG. 18, the FD 1704b and the FD 1705 protruding from the adjacent pixels in the horizontal direction are arranged in a region 1802 at the pixel boundary portion. Since the FD 1704b and the FD 1705 need to be separated by a semiconductor region, the pixel boundary region 1802 needs a wide horizontal width. As a result, in this configuration, the horizontal width of the region 1803 of the photoelectric conversion unit is reduced, and the area of the photoelectric conversion unit is reduced.

また、この構成を用いた撮像装置を縦位置で撮影する時と、横位置で撮影する時で、同じ性能を得るためには、光電変換部の上下の幅と、左右の幅を等しく(等方的に)レイアウトする必要がある。この構成で、等方的に光電変換部の領域を構成しようとした場合は、効率よくレイアウトすることがさらに困難となる。   In order to obtain the same performance when shooting an image pickup apparatus using this configuration in the vertical position and in the horizontal position, the vertical width and the horizontal width of the photoelectric conversion unit are equal (such as Should be laid out) With this configuration, when it is attempted to configure the photoelectric conversion region isotropically, it becomes more difficult to perform efficient layout.

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、光電変換部の間の不感帯を減らし、かつ、光電変換部の面積を広くすることができる固体撮像素子を実現することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to reduce a dead zone between photoelectric conversion units in a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel, and a photoelectric conversion unit. It is to realize a solid-state imaging device capable of widening the area.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、第1の単位画素に含まれる複数の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる複数の光電変換部とが1つのフローティングディフュージョン部を共有するように構成されている。   In order to solve the above problems and achieve the object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of units included in a first unit pixel in a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel. And the plurality of photoelectric conversion units included in the second unit pixel adjacent to the first unit pixel share one floating diffusion unit.

本発明によれば、単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、光電変換部の間の不感帯を減らし、かつ、光電変換部の面積を広くすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the solid-state image sensor provided with the micro lens and the some photoelectric conversion part in the unit pixel, the dead zone between photoelectric conversion parts can be reduced and the area of a photoelectric conversion part can be enlarged.

本発明に係る実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 実施形態1の固体撮像素子の構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging element according to the first embodiment. 実施形態1の画素部の構成を示す図。FIG. 3 illustrates a configuration of a pixel portion according to the first embodiment. 実施形態1の画素部の構成を詳細に示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating in detail a configuration of a pixel portion according to the first embodiment. 実施形態1の画素部の等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the pixel portion according to the first embodiment. 実施形態1のフローティングディフュージョン部と信号電荷転送スイッチの構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a floating diffusion portion and a signal charge transfer switch according to the first embodiment. 実施形態2の画素部の構成を示す図。FIG. 6 illustrates a configuration of a pixel portion according to a second embodiment. 実施形態3の画素部の構成を示す図。FIG. 6 illustrates a configuration of a pixel portion according to a third embodiment. 実施形態4の画素部の構成を示す図。FIG. 6 illustrates a configuration of a pixel portion according to a fourth embodiment. 実施形態5の画素部の構成を示す図。FIG. 9 shows a configuration of a pixel portion according to a fifth embodiment. 実施形態6の画素部の構成を示す図。FIG. 10 illustrates a configuration of a pixel portion according to a sixth embodiment. 実施形態7の画素部の構成を示す図。FIG. 10 illustrates a configuration of a pixel portion according to a seventh embodiment. 実施形態8の画素部の構成を示す図。FIG. 10 shows a configuration of a pixel portion according to an eighth embodiment. 実施形態9の画素部の構成を示す図。FIG. 10 illustrates a configuration of a pixel portion according to a ninth embodiment. 従来技術の画素部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the pixel part of a prior art. 従来技術の画素部の構成を詳細に示す図。The figure which shows the structure of the pixel part of a prior art in detail. 別の従来技術の画素部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the pixel part of another prior art. 別の従来技術の画素部の構成を詳細に示す図。The figure which shows the structure of the pixel part of another prior art in detail.

以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. The embodiment described below is an example for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed according to the configuration and various conditions of the apparatus to which the present invention is applied. It is not limited to the embodiment. Moreover, you may comprise combining suitably one part of each embodiment mentioned later.

[実施形態1]図1を参照して、本発明に係る実施形態の撮像装置の構成について説明する。   [Embodiment 1] The configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1において、CMOS型の固体撮像素子101は、不図示の光学系で結像された光学像を受光する。アナログフロントエンド(AFE)102は、基準レベルの調整(クランプ処理)およびアナログデジタル変換処理を行う。デジタルフロントエンド(DFE)103は、各画素のデジタル出力を受けて画像信号の補正や画素の並び替え等のデジタル処理を行う。画像処理部104は、DFE103からのデジタル出力に対して現像処理を行う。メモリ回路105は画像処理部104の作業用メモリであり、連続撮影等においてはバッファメモリとしても使用される。制御回路106は、撮像装置全体を統括的に制御し、周知のCPUなどを内蔵する。操作回路107は、撮像装置の操作部材による操作入力を電気的に受け付ける。表示部108は画像等を表示するLCD等である。記録回路109は、具体的にはメモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。タイミング発生回路(TG)110は、固体撮像素子101を駆動する各種タイミングを生成する。   In FIG. 1, a CMOS solid-state imaging device 101 receives an optical image formed by an optical system (not shown). An analog front end (AFE) 102 performs reference level adjustment (clamp processing) and analog-digital conversion processing. A digital front end (DFE) 103 receives digital output of each pixel and performs digital processing such as image signal correction and pixel rearrangement. The image processing unit 104 performs development processing on the digital output from the DFE 103. The memory circuit 105 is a working memory for the image processing unit 104, and is also used as a buffer memory in continuous shooting or the like. The control circuit 106 comprehensively controls the entire imaging apparatus, and incorporates a known CPU. The operation circuit 107 electrically accepts an operation input from an operation member of the imaging apparatus. The display unit 108 is an LCD or the like that displays an image or the like. The recording circuit 109 is specifically a recording medium such as a memory card or a hard disk. A timing generation circuit (TG) 110 generates various timings for driving the solid-state imaging device 101.

図2は、本実施形態の固体撮像素子101の構成を示す概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the solid-state imaging device 101 of the present embodiment.

図2に示すように、固体撮像素子101は、画素部201、垂直走査部202、読み出し部203、水平走査部204を有する。画素部201は、複数の単位画素が行列状に配置されており、不図示の光学系により結像された光学像を受光する。垂直走査部202は、画素部201の複数の行を順に選択し、水平走査部204は、画素部201の複数の列を順に選択することによって、画素部201の複数の画素が順に選択される。読み出し部203は、垂直走査部202および水平走査部204によって選択される画素の信号を読み出し、読み出した信号をAFE102へ出力する。   As illustrated in FIG. 2, the solid-state imaging device 101 includes a pixel unit 201, a vertical scanning unit 202, a reading unit 203, and a horizontal scanning unit 204. The pixel unit 201 has a plurality of unit pixels arranged in a matrix and receives an optical image formed by an optical system (not shown). The vertical scanning unit 202 sequentially selects a plurality of rows of the pixel unit 201, and the horizontal scanning unit 204 sequentially selects a plurality of columns of the pixel unit 201, thereby sequentially selecting a plurality of pixels of the pixel unit 201. . The reading unit 203 reads the signal of the pixel selected by the vertical scanning unit 202 and the horizontal scanning unit 204 and outputs the read signal to the AFE 102.

図3は、固体撮像素子101における画素部201の構成を示している。説明の便宜のため、9画素のみを示しているが、実際には、このような画素がさらに複数配置されて画素部201を構成する。   FIG. 3 shows the configuration of the pixel unit 201 in the solid-state image sensor 101. For convenience of explanation, only nine pixels are shown, but actually, a plurality of such pixels are arranged to constitute the pixel unit 201.

図3に示すように、画素部201は、1つのマイクロレンズ301、305に対し、1つの単位画素302、306が設けられている。さらに画素302、306は、2×2に分割された4つの光電変換部303a〜303d、307a〜307dを含んでいる。各光電変換部303a〜303d、307a〜307dは、光学系を介して受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。   As shown in FIG. 3, the pixel unit 201 is provided with one unit pixel 302 and 306 for one microlens 301 and 305. Furthermore, the pixels 302 and 306 include four photoelectric conversion units 303a to 303d and 307a to 307d divided into 2 × 2. Each of the photoelectric conversion units 303a to 303d and 307a to 307d performs photoelectric conversion of light received via the optical system and accumulates signal charges.

各光電変換部303a〜303d、307a〜307dで蓄積された信号電荷は、それぞれフローティングディフュージョン部(FD)304を介して読み出し部へ読み出される。本実施形態では、FD304を複数の光電変換部303b、303d、307a、307cが共有している。但し、実際には、各光電変換部とFDとの間には、光電変換部からFDへの信号電荷の転送を制御するための信号電荷転送スイッチが配置されているが、図3では説明の便宜のため省略し、詳細な構成については後述する。   The signal charges accumulated in the photoelectric conversion units 303a to 303d and 307a to 307d are read to the reading unit via the floating diffusion unit (FD) 304, respectively. In the present embodiment, the FD 304 is shared by a plurality of photoelectric conversion units 303b, 303d, 307a, and 307c. However, in practice, a signal charge transfer switch for controlling the transfer of signal charges from the photoelectric conversion unit to the FD is arranged between each photoelectric conversion unit and the FD. Omitted for convenience, a detailed configuration will be described later.

図4は、本実施形態のFD304を共有する光電変換部の配置を示している。説明の便宜のため、2画素のみを示している。図4(a)は、図4(b)のI−I断面図であり、光電変換部が撮影レンズの射出瞳404から出た光をマイクロレンズ301を介して受光する様子を示している。分割された光電変換部は射出瞳404の異なる領域から出た光をそれぞれ受光する。   FIG. 4 shows an arrangement of photoelectric conversion units that share the FD 304 of the present embodiment. For convenience of explanation, only two pixels are shown. 4A is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. 4B, and shows a state where the photoelectric conversion unit receives light emitted from the exit pupil 404 of the photographing lens via the microlens 301. The divided photoelectric conversion units respectively receive light emitted from different areas of the exit pupil 404.

本実施形態では、FD304を、画素302の光電変換部303b、303dと、画素306の光電変換部307a、307cという、異なる画素の4つの光電変換部で共有している。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷はこの共有されたFD304を介して読み出される。但し、実際には、各光電変換部とFDとの間には、光電変換部からFDへの信号電荷の転送を制御するための信号電荷転送スイッチが配置されているが、図4では説明の便宜のため省略し、詳細な構成については後述する。   In this embodiment, the FD 304 is shared by four photoelectric conversion units of different pixels, which are the photoelectric conversion units 303 b and 303 d of the pixel 302 and the photoelectric conversion units 307 a and 307 c of the pixel 306. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FD 304. However, in practice, a signal charge transfer switch for controlling the transfer of signal charges from the photoelectric conversion unit to the FD is arranged between each photoelectric conversion unit and the FD. Omitted for convenience, a detailed configuration will be described later.

図4に示すように、FD304は、画素302と画素306の間に配置されている。この構成により、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができる。また、構造体403は、FD304に伴って画素の間の領域402に構成されるため、構造体によって光電変換部への入射を遮られる光束も少なくなる。   As illustrated in FIG. 4, the FD 304 is disposed between the pixel 302 and the pixel 306. With this configuration, the area of the dead zone between the photoelectric conversion units can be reduced. In addition, since the structure 403 is formed in a region 402 between pixels along with the FD 304, the amount of light that is blocked by the structure from entering the photoelectric conversion unit is reduced.

このように、異なる画素の複数の光電変換部で、画素の間に配置したFDを共有することによって、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができるだけでなく、構造体によって光電変換部への入射が遮られる光束も少なくなる。画素302の各光電変換部を分離するための領域は不感帯となるが、その幅は領域402の幅と比較して狭い幅である。また、FD304を半導体領域で分離する必要はないので、領域402の水平幅を狭く構成できる。すなわち、光電変換部の領域401の水平幅を広く確保することも可能となり、撮像素子の感度を向上させることができる。   In this way, by sharing the FD arranged between the pixels with a plurality of photoelectric conversion units of different pixels, not only can the area of the dead zone between the photoelectric conversion units be reduced, but also the photoelectric conversion by the structure The light flux that is blocked from entering the portion is also reduced. A region for separating each photoelectric conversion unit of the pixel 302 becomes a dead zone, but its width is narrower than the width of the region 402. In addition, since it is not necessary to separate the FD 304 in the semiconductor region, the horizontal width of the region 402 can be reduced. That is, it is possible to ensure a wide horizontal width of the region 401 of the photoelectric conversion unit, and to improve the sensitivity of the image sensor.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素302、第2の単位画素は画素306、フローティングディフュージョン部はFD304にそれぞれ対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 302, the second unit pixel corresponds to the pixel 306, and the floating diffusion portion corresponds to the FD 304.

図5は、画素部201の等価回路図である。説明の便宜のため、FD304を共有する光電変換部を含む2つの画素302、306のみ示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。また、1列の読み出し部のみ示しているが、読み出し部は列ごとに複数配置されて、読み出し部203を構成する。   FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the pixel unit 201. For convenience of explanation, only two pixels 302 and 306 including a photoelectric conversion unit sharing the FD 304 are shown, but the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201. Further, although only one column readout unit is shown, a plurality of readout units are arranged for each column to constitute the readout unit 203.

図5に示すように、画素302における光電変換部303a〜303d、及び、画素306における光電変換部307a〜307dは、図5ではフォトダイオード(PD)として示されている。各光電変換部は、射出瞳の各領域の光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する機能を備えている。   As shown in FIG. 5, the photoelectric conversion units 303a to 303d in the pixel 302 and the photoelectric conversion units 307a to 307d in the pixel 306 are shown as photodiodes (PD) in FIG. Each photoelectric conversion unit has a function of receiving light in each region of the exit pupil, and generating and accumulating signal charges corresponding to the amount of received light.

信号電荷転送スイッチ501は、転送パルス信号φTX1によって駆動され、光電変換部303bで生成した信号電荷を、FD304に転送する。信号電荷転送スイッチ502は、転送パルス信号φTX2によって駆動され、光電変換部303dで生成した信号電荷を、FD304に転送する。信号電荷転送スイッチ503は、転送パルス信号φTX3によって駆動され、光電変換部307aで生成した信号電荷を、FD304に転送する。信号電荷転送スイッチ504は、転送パルス信号φTX4によって駆動され、光電変換部307cで生成した信号電荷を、FD304に転送する。   The signal charge transfer switch 501 is driven by the transfer pulse signal φTX1, and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 303b to the FD 304. The signal charge transfer switch 502 is driven by the transfer pulse signal φTX2, and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 303d to the FD 304. The signal charge transfer switch 503 is driven by the transfer pulse signal φTX3, and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 307a to the FD 304. The signal charge transfer switch 504 is driven by the transfer pulse signal φTX4, and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 307c to the FD 304.

FD304では、転送された信号電荷を保持可能な構成となっている。   The FD 304 is configured to hold the transferred signal charge.

画素302における光電変換部303a、光電変換部303cおよび、画素306における光電変換部307b、307dは、不図示の隣接画素とFDを共有している。   The photoelectric conversion unit 303a and the photoelectric conversion unit 303c in the pixel 302 and the photoelectric conversion units 307b and 307d in the pixel 306 share an FD with an adjacent pixel (not shown).

リセットスイッチ505は、リセットパルス信号φRESによって駆動され、FD304に基準電位VDDを供給可能な構成となっている。   The reset switch 505 is driven by a reset pulse signal φRES and has a configuration capable of supplying the reference potential VDD to the FD 304.

FD304は、光電変換部303b、303d、307a、307cから、信号電荷転送スイッチ501、502、503、504を介して、各々転送された電荷を保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。   The FD 304 holds the charges transferred from the photoelectric conversion units 303b, 303d, 307a, and 307c via the signal charge transfer switches 501, 502, 503, and 504, and converts the held charges into voltage signals. Functions as a voltage converter.

増幅部506は、FD304に保持した電荷に基づく電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。ここでは例として、MOSトランジスタと定電流源509を用いたソースフォロワ回路を示している。   The amplifying unit 506 amplifies the voltage signal based on the charge held in the FD 304 and outputs it as a pixel signal. Here, as an example, a source follower circuit using a MOS transistor and a constant current source 509 is shown.

選択スイッチ507は、垂直選択パルス信号φSELによって駆動され、増幅部506で増幅された信号が、垂直信号線508に出力される。垂直信号線508に出力された信号は、列毎の読み出し部203で読み出されたのち、AFE102へ出力される。   The selection switch 507 is driven by the vertical selection pulse signal φSEL, and the signal amplified by the amplification unit 506 is output to the vertical signal line 508. The signal output to the vertical signal line 508 is read by the reading unit 203 for each column and then output to the AFE 102.

図6は、FDと信号電荷転送スイッチの詳細な構成を示している。説明の便宜のため、FD304と信号電荷転送スイッチ501、502、503、504のみを示しているが、図示のような各FDと信号電荷転送スイッチが画素部全体に構成されている。   FIG. 6 shows a detailed configuration of the FD and the signal charge transfer switch. For convenience of explanation, only the FD 304 and the signal charge transfer switches 501, 502, 503, and 504 are shown, but each FD and signal charge transfer switch as shown in the figure are configured in the entire pixel portion.

図6において、高不純物濃度領域601、602、604が半導体基板上に形成されている。配線603は、領域601と領域602を接続している。   In FIG. 6, high impurity concentration regions 601, 602, and 604 are formed on a semiconductor substrate. A wiring 603 connects the region 601 and the region 602.

図6(a)に示すように、FD304aは、配線603により電気的に接続された2つの領域601、602からなる。転送スイッチ501は、光電変換部303bと領域601の間に配置されており、光電変換部303bで生成された信号電荷を領域601へ転送する。転送スイッチ502は、光電変換部303dと領域602の間に配置されており、光電変換部303dで生成された信号電荷を領域602へ転送する。転送スイッチ503は、光電変換部307aと領域601の間に配置されており、光電変換部307aで生成された信号電荷を領域601へ転送する。転送スイッチ504は、光電変換部307cと領域602の間に配置されており、光電変換部307cで生成された信号電荷を領域602へ転送する。   As illustrated in FIG. 6A, the FD 304 a includes two regions 601 and 602 that are electrically connected by a wiring 603. The transfer switch 501 is disposed between the photoelectric conversion unit 303b and the region 601 and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 303b to the region 601. The transfer switch 502 is disposed between the photoelectric conversion unit 303d and the region 602, and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 303d to the region 602. The transfer switch 503 is disposed between the photoelectric conversion unit 307a and the region 601 and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 307a to the region 601. The transfer switch 504 is disposed between the photoelectric conversion unit 307 c and the region 602 and transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 307 c to the region 602.

図6(b)に示すように、FD304は1つの領域604で構成してもよい。この場合、各転送スイッチ501、502、503、504が、光電変換部303b、303d、307a、307cで各々生成された信号電荷を領域604へ転送する。   As shown in FIG. 6B, the FD 304 may be configured by one area 604. In this case, the transfer switches 501, 502, 503, and 504 transfer the signal charges generated by the photoelectric conversion units 303b, 303d, 307a, and 307c to the region 604, respectively.

本実施形態は、FD304、リセットスイッチ505、増幅部506、選択スイッチ507を、異なる画素302、306の4つの光電変換部で共有している。この構成によれば、前述したように、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができ、画素の内部の構造体によって光電変換部への入射が遮られる光束も少なくなる。そして、光電変換部の面積を広く確保することも可能となり、撮像素子の感度を向上させることができる。   In the present embodiment, the FD 304, the reset switch 505, the amplification unit 506, and the selection switch 507 are shared by four photoelectric conversion units of different pixels 302 and 306. According to this configuration, as described above, the area of the dead zone between the photoelectric conversion units can be reduced, and the amount of light that is blocked from entering the photoelectric conversion unit by the internal structure of the pixel is reduced. And it becomes possible to ensure the area of a photoelectric conversion part widely, and the sensitivity of an image pick-up element can be improved.

ここで、画素部201における、リセットスイッチ505、増幅部506、選択スイッチ507、などの配置については、それぞれ画素の間の適切な位置に構成してよく、また、領域402に構成してもよい。   Here, the arrangement of the reset switch 505, the amplification unit 506, the selection switch 507, and the like in the pixel unit 201 may be configured at appropriate positions between the pixels, or may be configured in the region 402. .

また、本実施形態の撮像装置では、焦点検出或いは3次元映像撮影のための駆動を行う場合など、左側2つの光電変換部303aと303cの出力を加算し、右側2つの光電変換部303bと303dの出力を加算して、それぞれの信号を得る。   Further, in the imaging apparatus of the present embodiment, the outputs of the two left photoelectric conversion units 303a and 303c are added and the right two photoelectric conversion units 303b and 303d are added, for example, when driving for focus detection or 3D video shooting. Are added to obtain respective signals.

一方で、撮像駆動時には、画素ごとに4つの光電変換部の出力を加算した信号を得る必要がある。本実施形態は、その機能を実現するものであれば、如何なるものでもよい。例えば、その加算はFD304で行ってもよく、また、出力経路の任意の位置で行ってもよく、さらに、後段のAFE102、DFE103、画像処理部104などで行ってもよい。   On the other hand, at the time of imaging driving, it is necessary to obtain a signal obtained by adding the outputs of four photoelectric conversion units for each pixel. This embodiment may be anything as long as the function is realized. For example, the addition may be performed by the FD 304, may be performed at an arbitrary position in the output path, and may be performed by the subsequent AFE 102, DFE 103, the image processing unit 104, or the like.

また、本実施形態の固体撮像素子では、焦点検出の駆動をさせる場合、左右の光電変換部へ同時刻に入射した光を光電変換して、左右の光電変換部の信号電荷を同時に出力して、読み出すことも可能である。   In the solid-state imaging device of this embodiment, when driving focus detection, photoelectric conversion is performed on light incident on the left and right photoelectric conversion units at the same time, and the signal charges of the left and right photoelectric conversion units are output simultaneously. It is also possible to read out.

以上説明したように、本実施形態によれば、単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、光電変換部の間の不感帯を減らし、かつ、光電変換部の面積を広くすることができる固体撮像素子を実現できる。   As described above, according to the present embodiment, in a solid-state imaging device including a micro lens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel, the dead zone between the photoelectric conversion units is reduced, and the area of the photoelectric conversion unit Can be realized.

[実施形態2]次に、実施形態2の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 2] Next, a solid-state imaging device of Embodiment 2 will be described.

図7は、実施形態2の画素部201の構成を示している。4画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 7 shows the configuration of the pixel unit 201 of the second embodiment. Although only four pixels are cut out and shown, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態2の画素部201は、1つのマイクロレンズ701に対し、1つの単位画素702が設けられている。画素702は、実施形態1とは異なり、2×1に分割された2つの光電変換部703a、703bを含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、隣り合う2つの単位画素702、706の各光電変換部703b、707がFD704を共有している。   In the pixel unit 201 of Embodiment 2, one unit pixel 702 is provided for one microlens 701. Unlike the first embodiment, the pixel 702 includes two photoelectric conversion units 703a and 703b divided into 2 × 1, and photoelectrically converts light received from the optical system to accumulate signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In the present embodiment, the photoelectric conversion units 703 b and 707 of two adjacent unit pixels 702 and 706 share the FD 704.

ここで、図7におけるFD704に着目すると、本実施形態では、FD704と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FD 704 in FIG. 7, the present embodiment is characterized by a combination of the FD 704 and a photoelectric conversion unit that shares the FD 704.

具体的には、図7に示すように、FD704は、画素702と画素706という、2つの画素の間に配置されている。また、FD704は、画素702の光電変換部703bと、画素706の光電変換部707という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD704を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 7, the FD 704 is disposed between two pixels, a pixel 702 and a pixel 706. The FD 704 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, that is, the photoelectric conversion unit 703 b of the pixel 702 and the photoelectric conversion unit 707 of the pixel 706. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FD 704.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素702、第1の光電変換部は光電変換部703b、第2の単位画素は画素706、第2の光電変換部は光電変換部707、フローティングディフュージョン部はFD704にそれぞれ対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel is the pixel 702, the first photoelectric conversion unit is the photoelectric conversion unit 703b, the second unit pixel is the pixel 706, and the second photoelectric conversion unit is The photoelectric conversion unit 707 and the floating diffusion unit correspond to the FD 704, respectively.

[実施形態3]次に、実施形態3の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 3] Next, a solid-state imaging device of Embodiment 3 will be described.

図8は、実施形態3の画素部201の構成を示している。4画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 8 shows a configuration of the pixel unit 201 of the third embodiment. Although only four pixels are cut out and shown, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態3の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ801に対し、1つの単位画素802が設けられている。画素802は、2×2に分割された4つの光電変換部803a、803b、803c、803d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、隣り合う4つの単位画素802、806、809、812の各光電変換部803d、807、810、813がFD804を共有している。   Similarly to the first embodiment, the pixel unit 201 according to the third embodiment also includes one unit pixel 802 for one microlens 801. The pixel 802 includes four photoelectric conversion units 803a, 803b, 803c, and 803d divided into 2 × 2, and photoelectrically converts light received from the optical system and accumulates signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In this embodiment, the photoelectric conversion units 803d, 807, 810, and 813 of the four adjacent unit pixels 802, 806, 809, and 812 share the FD 804.

ここで、図8におけるFD804に着目すると、本実施形態では、FD804と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FD 804 in FIG. 8, the present embodiment is characterized by a combination of the FD 804 and a photoelectric conversion unit that shares the FD 804.

具体的には、図8に示すように、FD804は、画素802と、画素806と、画素809と、画素812という、4つの画素の間に配置されている。また、本実施形態のFD804は、画素802の光電変換部803dと、画素806の光電変換部807と、画素809の光電変換部810と、画素812の光電変換部813という、異なる4つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD804を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 8, the FD 804 is disposed between four pixels, which are a pixel 802, a pixel 806, a pixel 809, and a pixel 812. In addition, the FD 804 of this embodiment includes four different pixels: a photoelectric conversion unit 803d of the pixel 802, a photoelectric conversion unit 807 of the pixel 806, a photoelectric conversion unit 810 of the pixel 809, and a photoelectric conversion unit 813 of the pixel 812. Shared by the photoelectric conversion unit. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FD 804.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素802、第1の光電変換部は光電変換部803dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素809、第2の光電変換部は光電変換部810にそれぞれ対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素812、第3の光電変換部は光電変換部813にそれぞれ対応する。第3の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素806、第4の光電変換部は光電変換部807にそれぞれ対応する。フローティングディフュージョン部はFD804に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 802, and the first photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 803d. The second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 809, and the second photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 810. The third unit pixel adjacent to the second unit pixel corresponds to the pixel 812, and the third photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 813. The fourth unit pixel adjacent to the third unit pixel corresponds to the pixel 806, and the fourth photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 807. The floating diffusion portion corresponds to FD804.

[実施形態4]次に、実施形態4の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 4] Next, a solid-state imaging device of Embodiment 4 will be described.

図9は、実施形態4の画素部201の構成を示している。4画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 9 shows a configuration of the pixel unit 201 of the fourth embodiment. Although only four pixels are cut out and shown, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態4の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ901に対し、1つの単位画素902が設けられている。画素902は、2×2に分割された4つの光電変換部903a、903b、903c、903d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。隣り合う2つの単位画素902、909の各光電変換部903d、910がFD904を共有し、隣り合う他の2つの単位画素906、913の各光電変換部907、914がFD911を共有している。   In the pixel unit 201 of the fourth embodiment, one unit pixel 902 is provided for one microlens 901 as in the first embodiment. The pixel 902 includes four photoelectric conversion units 903a, 903b, 903c, and 903d divided into 2 × 2, and photoelectrically converts light received from the optical system and accumulates signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. The photoelectric conversion units 903d and 910 of the two adjacent unit pixels 902 and 909 share the FD 904, and the photoelectric conversion units 907 and 914 of the other two adjacent unit pixels 906 and 913 share the FD 911.

ここで、図9におけるFD904、911に着目すると、本実施形態では、FD904、911の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FDs 904 and 911 in FIG. 9, the present embodiment is characterized by the arrangement of the FDs 904 and 911 and the combination of the photoelectric conversion units that share them.

具体的には、図9に示すように、FD904、911が、画素902と、画素906と、画素909と、画素913という、4つの画素の間に配置されている。また、FD904は、画素902の光電変換部903dと、画素909の光電変換部910、という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。また、FD911は、画素906の光電変換部907と、画素913の光電変換部914という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD904、911を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 9, the FDs 904 and 911 are arranged between four pixels, ie, a pixel 902, a pixel 906, a pixel 909, and a pixel 913. The FD 904 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, that is, the photoelectric conversion unit 903 d of the pixel 902 and the photoelectric conversion unit 910 of the pixel 909. The FD 911 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, the photoelectric conversion unit 907 of the pixel 906 and the photoelectric conversion unit 914 of the pixel 913. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FDs 904 and 911.

本実施形態では、FD904とFD911は、隣接して配置されているが、4つの画素の間の領域に配置することで、2つの画素の間に配置する構成に対して、2つのFD間の十分な分離領域を確保しつつ、光電変換部の面積を広く構成することができる。   In the present embodiment, the FD 904 and the FD 911 are arranged adjacent to each other, but the arrangement between the two FDs with respect to the configuration arranged between the two pixels by arranging them in the region between the four pixels. The area of the photoelectric conversion unit can be widened while ensuring a sufficient separation region.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素902、第1の光電変換部は光電変換部903dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素909、第2の光電変換部は光電変換部910にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD904に対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素913、第3の光電変換部は光電変換部914にそれぞれ対応する。第3の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素906、第4の光電変換部は光電変換部907にそれぞれ対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD911に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 902, and the first photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 903d. The second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 909, and the second photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 910. The first floating diffusion portion corresponds to FD904. The third unit pixel adjacent to the second unit pixel corresponds to the pixel 913, and the third photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 914. The fourth unit pixel adjacent to the third unit pixel corresponds to the pixel 906, and the fourth photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 907. The second floating diffusion portion corresponds to FD911.

[実施形態5]次に、実施形態5の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 5] Next, a solid-state imaging device of Embodiment 5 will be described.

図10は、実施形態5の画素部201の構成を示している。6画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 10 illustrates a configuration of the pixel unit 201 according to the fifth embodiment. Although only six pixels are cut out and illustrated, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態5の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ1001に対し、1つの単位画素1002が設けられている。画素1002は、2×2に分割された4つの光電変換部1003a、1003b、1003c、1003d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、縦方向に隣り合う2つの単位画素1002、1011の各光電変換部1003d、1012がFD1004を共有している。また、単位画素1002と横方向に隣り合う単位画素1006の縦方向に隣り合う光電変換部1007、1008がFD1009を共有している。さらに、単位画素1011と横方向に隣り合う単位画素1014の縦方向に隣り合う光電変換部1015、1016がFD1017を共有している。   In the pixel unit 201 of the fifth embodiment, one unit pixel 1002 is provided for one microlens 1001 as in the first embodiment. The pixel 1002 includes four photoelectric conversion units 1003a, 1003b, 1003c, and 1003d divided into 2 × 2, and photoelectrically converts light received from the optical system to accumulate signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In the present embodiment, the photoelectric conversion units 1003d and 1012 of the two unit pixels 1002 and 1011 adjacent in the vertical direction share the FD 1004. Further, the photoelectric conversion units 1007 and 1008 adjacent in the vertical direction of the unit pixel 1006 adjacent to the unit pixel 1002 in the horizontal direction share the FD 1009. Further, the photoelectric conversion units 1015 and 1016 adjacent to the unit pixel 1011 in the vertical direction of the unit pixel 1014 adjacent in the horizontal direction share the FD 1017.

ここで、図10におけるFD1004、1009、1017に着目すると、本実施形態では、FD1004、1009、1017の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FDs 1004, 1009, and 1017 in FIG. 10, the present embodiment is characterized by the arrangement of the FDs 1004, 1009, and 1017 and the combination of the photoelectric conversion units that share them.

具体的には、図10に示すように、FD1004は、画素1002と、画素1011の間に配置されている。FD1009は、画素1002と、画素1006の間に配置されており、FD1017は、画素1011と、画素1014の間に配置されている。また、FD1004は、画素1002の光電変換部1003dと、画素1011の光電変換部1012という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。FD1009は、光電変換部1007と、光電変換部1008という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。FD1017は、光電変換部1015と、光電変換部1016という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD1004、1009、1017を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 10, the FD 1004 is disposed between the pixel 1002 and the pixel 1011. The FD 1009 is disposed between the pixel 1002 and the pixel 1006, and the FD 1017 is disposed between the pixel 1011 and the pixel 1014. The FD 1004 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, that is, the photoelectric conversion unit 1003 d of the pixel 1002 and the photoelectric conversion unit 1012 of the pixel 1011. The FD 1009 is shared by two photoelectric conversion units of the same pixel, which are a photoelectric conversion unit 1007 and a photoelectric conversion unit 1008. The FD 1017 is shared by two photoelectric conversion units of the same pixel, which are a photoelectric conversion unit 1015 and a photoelectric conversion unit 1016. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FDs 1004, 1009, and 1017.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1002、第1の光電変換部は光電変換部1003dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1011、第2の光電変換部は光電変換部1012にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD1004に対応する。第1の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素1006に対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD1009に対応する。第2の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素1014に対応する。第3のフローティングディフュージョン部は1017に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 1002, and the first photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1003d. The second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1011, and the second photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1012. The first floating diffusion portion corresponds to the FD1004. A third unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1006. The second floating diffusion portion corresponds to FD1009. A fourth unit pixel adjacent to the second unit pixel corresponds to the pixel 1014. The third floating diffusion portion corresponds to 1017.

[実施形態6]次に、実施形態6の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 6] Next, a solid state image pickup device of Embodiment 6 will be described.

図11は、実施形態6の画素部201の構成を示している。6画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 11 shows a configuration of the pixel unit 201 of the sixth embodiment. Although only six pixels are cut out and illustrated, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態6の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ1101に対し、1つの単位画素1102が設けられている。画素1102は、2×2に分割された4つの光電変換部1103a、1103b、1103c、1103d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、対角に隣り合う2つの単位画素1102、1116の各光電変換部1103d、1117がFD1104を共有している。また、単位画素1102及び1116と隣り合う単位画素1106の縦方向に隣り合う複数の光電変換部1107、1108がFD1109を共有している。さらに、単位画素1102及び1116と隣り合う単位画素1111の縦方向に隣り合う光電変換部1112、1113がFD1114を共有している。   Similarly to the first embodiment, the pixel unit 201 of the sixth embodiment is provided with one unit pixel 1102 for one microlens 1101. The pixel 1102 includes four photoelectric conversion units 1103a, 1103b, 1103c, and 1103d divided into 2 × 2, and photoelectrically converts light received from the optical system to accumulate signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In the present embodiment, the photoelectric conversion units 1103d and 1117 of the two unit pixels 1102 and 1116 adjacent to each other share the FD 1104. A plurality of photoelectric conversion units 1107 and 1108 adjacent in the vertical direction of the unit pixel 1106 adjacent to the unit pixels 1102 and 1116 share the FD 1109. Further, the photoelectric conversion units 1112 and 1113 adjacent in the vertical direction of the unit pixel 1111 adjacent to the unit pixels 1102 and 1116 share the FD 1114.

ここで、図11におけるFD1104、1109、1114に着目すると、本実施形態では、FD1104、1109、1114の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FDs 1104, 1109, and 1114 in FIG. 11, the present embodiment is characterized by the arrangement of the FDs 1104, 1109, and 1114 and the combination of the photoelectric conversion units that share them.

具体的には、図11に示すように、FD1104は、画素1102と、画素1116の間に配置されている。FD1109は、画素1102と、画素1106の間に配置されており、FD1114は、画素1111と、画素1116の間に配置されている。また、FD1104は、画素1102の光電変換部1103dと、画素1116の光電変換部1117という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。FD1109は、光電変換部1107と、光電変換部1108という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。FD1114は、光電変換部1112と、光電変換部1113という、同じ画素の2つの光電変換部に共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷はこの共有されたFD1104、1109、1114を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 11, the FD 1104 is disposed between the pixel 1102 and the pixel 1116. The FD 1109 is disposed between the pixel 1102 and the pixel 1106, and the FD 1114 is disposed between the pixel 1111 and the pixel 1116. The FD 1104 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, that is, the photoelectric conversion unit 1103 d of the pixel 1102 and the photoelectric conversion unit 1117 of the pixel 1116. The FD 1109 is shared by two photoelectric conversion units of the same pixel, which are a photoelectric conversion unit 1107 and a photoelectric conversion unit 1108. The FD 1114 is shared by two photoelectric conversion units of the same pixel, which are a photoelectric conversion unit 1112 and a photoelectric conversion unit 1113. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FDs 1104, 1109, and 1114.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1102、第1の光電変換部は光電変換部1103dにそれぞれ対応する。第1の単位画素と対角に隣接する第3の単位画素は画素1116、第3の光電変換部は光電変換部1117にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD1104に対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1106に対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD1109に対応する。第2の単位画素と対角に隣接する第4の単位画素は画素1111に対応する。第3のフローティングディフュージョン部はFD1114に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 1102, and the first photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1103d. The third unit pixel diagonally adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1116, and the third photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1117. The first floating diffusion portion corresponds to the FD 1104. A second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1106. The second floating diffusion portion corresponds to the FD 1109. A fourth unit pixel diagonally adjacent to the second unit pixel corresponds to the pixel 1111. The third floating diffusion portion corresponds to FD1114.

[実施形態7]次に、実施形態7の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 7] Next, a solid state image pickup device of Embodiment 7 will be described.

図12は、実施形態7の画素部201の構成を示している。6画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 12 shows the configuration of the pixel unit 201 of the seventh embodiment. Although only six pixels are cut out and illustrated, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態7の画素部201も、実施形態1と同様に、1つのマイクロレンズ1201に対し、1つの単位画素1202が設けられている。画素1202は、2×2に分割された4つの光電変換部1203a、1203b、1203c、1203d、を含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、対角に隣り合う2つの単位画素1206、1211の各光電変換部1208、1212がFD1209を共有している。また、単位画素1206と横方向に隣り合う単位画素1202の光電変換部1203dと単位画素1206の光電変換部1208と縦方向に隣り合う光電変換部1207とがFD1204を共有している。さらに、単位画素1211と横方向に隣り合う単位画素1216の光電変換部1217と単位画素1211の光電変換部1212と縦方向に隣り合う光電変換部1213がFD1214を共有している。   Similarly to the first embodiment, the pixel unit 201 according to the seventh embodiment also includes one unit pixel 1202 for one microlens 1201. The pixel 1202 includes four photoelectric conversion units 1203a, 1203b, 1203c, and 1203d divided into 2 × 2, and photoelectrically converts light received from the optical system to accumulate signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In the present embodiment, the photoelectric conversion units 1208 and 1212 of the two unit pixels 1206 and 1211 adjacent to each other share the FD 1209. Further, the photoelectric conversion unit 1203d of the unit pixel 1202 that is adjacent to the unit pixel 1206 in the horizontal direction, the photoelectric conversion unit 1208 of the unit pixel 1206, and the photoelectric conversion unit 1207 that is adjacent in the vertical direction share the FD 1204. Further, the photoelectric conversion unit 1217 of the unit pixel 1216 adjacent to the unit pixel 1211 in the horizontal direction and the photoelectric conversion unit 1213 adjacent to the unit pixel 1211 in the vertical direction share the FD 1214.

ここで、図12におけるFD1204、1209、1214に着目すると、本実施形態では、FD1204、1209、1214の配置と、それらを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FDs 1204, 1209, and 1214 in FIG. 12, the present embodiment is characterized by the arrangement of the FDs 1204, 1209, and 1214 and the combination of the photoelectric conversion units that share them.

具体的には、図12に示すように、FD1204は、画素1202と、画素1206の間に配置されている。FD1209は、画素1206と、画素1211の間に配置されており、FD1214は、画素1211と、画素1216の間に配置されている。また、FD1204は、光電変換部1203bと、光電変換部1207という、異なる2つの画素の光電変換部に共有されている。FD1209は、光電変換部1208と、光電変換部1212という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。FD1214は、光電変換部1213と、光電変換部1217という、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷はこの共有されたFD1204、1209、1214を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 12, the FD 1204 is disposed between the pixel 1202 and the pixel 1206. The FD 1209 is disposed between the pixel 1206 and the pixel 1211, and the FD 1214 is disposed between the pixel 1211 and the pixel 1216. Further, the FD 1204 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, which are a photoelectric conversion unit 1203 b and a photoelectric conversion unit 1207. The FD 1209 is shared by photoelectric conversion units of two different pixels, which are a photoelectric conversion unit 1208 and a photoelectric conversion unit 1212. The FD 1214 is shared by the photoelectric conversion units of two different pixels, which are a photoelectric conversion unit 1213 and a photoelectric conversion unit 1217. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FDs 1204, 1209, and 1214.

本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1202、第1の光電変換部は光電変換部1203dにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素1206、第4の光電変換部は光電変換部1207にそれぞれ対応する。第1のフローティングディフュージョン部はFD1204に対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1211、第2の光電変換部は光電変換部1212にそれぞれ対応する。第2の単位画素と対角に隣接する第4の単位画素に含まれる別の第4の光電変換部は光電変換部1208に対応する。第2のフローティングディフュージョン部はFD1209に対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素1216、第3の光電変換部は光電変換部1217にそれぞれ対応する。第3のフローティングディフュージョン部はFD1214に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 1202, and the first photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1203d. The fourth unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1206, and the fourth photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1207. The first floating diffusion portion corresponds to the FD 1204. The second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1211, and the second photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1212. Another fourth photoelectric conversion unit included in the fourth unit pixel diagonally adjacent to the second unit pixel corresponds to the photoelectric conversion unit 1208. The second floating diffusion portion corresponds to the FD 1209. The third unit pixel adjacent to the second unit pixel corresponds to the pixel 1216, and the third photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1217. The third floating diffusion portion corresponds to the FD 1214.

[実施形態8]次に、実施形態8の固体撮像素子について説明する。   [Eighth Embodiment] Next, a solid-state imaging device according to an eighth embodiment will be described.

図13(a)は、実施形態8の画素部201の第1の構成例を示している。9画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 13A illustrates a first configuration example of the pixel unit 201 according to the eighth embodiment. Although only nine pixels are cut out and shown, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201. The plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態8の画素部201は、1つのマイクロレンズ1301に対し、1つの単位画素1302が設けられている。画素1302は、2×1に分割された2つの光電変換部1303a、1303bを含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、図8の実施形態3と同様に、隣り合う4つの単位画素1302、1306、1309、1312の各光電変換部1303b、1307a、1310b、1313bがFD1304を共有している。   In the pixel unit 201 of the eighth embodiment, one unit pixel 1302 is provided for one microlens 1301. The pixel 1302 includes two photoelectric conversion units 1303a and 1303b divided into 2 × 1, photoelectrically converts light received from the optical system, and accumulates signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In this embodiment, the photoelectric conversion units 1303b, 1307a, 1310b, and 1313b of the four adjacent unit pixels 1302, 1306, 1309, and 1312 share the FD 1304 as in the third embodiment of FIG.

ここで、図13(a)におけるFD1304に着目すると、本実施形態では、FD1304と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FD 1304 in FIG. 13A, the present embodiment is characterized by a combination of the FD 1304 and a photoelectric conversion unit that shares the FD 1304.

具体的には、図13(a)に示すように、FD1304は、画素1302と、画素1306と、画素1309と、画素1312という、4つの画素の間に配置されている。また、FD1304は、光電変換部1303bと、光電変換部1307aと、光電変換部1310bと、光電変換部1313aという、異なる4つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD1304を介して、読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 13A, the FD 1304 is disposed between four pixels: a pixel 1302, a pixel 1306, a pixel 1309, and a pixel 1312. The FD 1304 is shared by the photoelectric conversion units of four different pixels, which are a photoelectric conversion unit 1303b, a photoelectric conversion unit 1307a, a photoelectric conversion unit 1310b, and a photoelectric conversion unit 1313a. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FD 1304.

図13(b)は、実施形態8の画素部201の第2の構成例を示している。第2の構成例では、隣り合う列のFDの配置が第1の構成例と異なる。   FIG. 13B illustrates a second configuration example of the pixel unit 201 according to the eighth embodiment. In the second configuration example, the arrangement of FDs in adjacent rows is different from that in the first configuration example.

第1の構成例では、図13(a)のFD1304、1314に着目すると、隣り合う2列のFDが、同じ行間に配置されている。従って、画素1302を含む行と、画素1309を含む行間にはFDが密集する。一方でFDが配置されない行間もできる。   In the first configuration example, paying attention to the FDs 1304 and 1314 in FIG. 13A, two adjacent columns of FDs are arranged between the same rows. Therefore, FD is densely packed between the row including the pixel 1302 and the row including the pixel 1309. On the other hand, there can be a line spacing in which no FD is arranged.

これに対して、第2の構成例では、図13(b)のFD1304、1315に着目すると、隣り合う2列のFDが、異なる行間に配置されている。従って、画素部201の面内に、均一な密度でFDを配置することができる。   On the other hand, in the second configuration example, paying attention to the FDs 1304 and 1315 in FIG. 13B, two adjacent columns of FDs are arranged between different rows. Therefore, the FDs can be arranged with a uniform density in the plane of the pixel portion 201.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1302、第1の光電変換部は光電変換部1303bにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1309、第2の光電変換部は光電変換部1310bにそれぞれ対応する。第2の単位画素に隣接する第3の単位画素は画素1312、第3の光電変換部は光電変換部1313aにそれぞれ対応する。第4の単位画素に隣接する第4の単位画素は画素1306、第4の光電変換部は光電変換部1307aにそれぞれ対応する。フローティングディフュージョン部はFD1304に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 1302, and the first photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1303b. The second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1309, and the second photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1310b. The third unit pixel adjacent to the second unit pixel corresponds to the pixel 1312, and the third photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1313a. The fourth unit pixel adjacent to the fourth unit pixel corresponds to the pixel 1306, and the fourth photoelectric conversion unit corresponds to the photoelectric conversion unit 1307a. The floating diffusion portion corresponds to the FD 1304.

[実施形態9]次に、実施形態9の固体撮像素子について説明する。   [Embodiment 9] Next, a solid state image pickup device of Embodiment 9 will be described.

図14(a)は、実施形態9の画素部201の第1の構成例を示している。9画素のみを切り出して示しているが、これら複数の画素が2次元に配列されて画素部201を構成する。   FIG. 14A illustrates a first configuration example of the pixel unit 201 according to the ninth embodiment. Although only nine pixels are cut out and shown, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged to constitute the pixel unit 201.

実施形態9の画素部201は、1つのマイクロレンズ1401に対し、1つの単位画素1402が設けられている。画素1402は、2×1に分割された2つの光電変換部1403a、1403bを含んでおり、光学系から受光した光を光電変換して、信号電荷の蓄積を行う。光電変換部で蓄積された信号電荷は、それぞれFDを介して、読み出し部203へ読み出される。本実施形態では、図3の実施形態1と同様に、単位画素1402の複数の光電変換部1403a、1403bと隣り合う単位画素1406の複数の光電変換部1407a、1407bがFD1404を共有している。   In the pixel unit 201 of the ninth embodiment, one unit pixel 1402 is provided for one microlens 1401. The pixel 1402 includes two photoelectric conversion units 1403a and 1403b divided into 2 × 1, photoelectrically converts light received from the optical system, and accumulates signal charges. The signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit are read out to the reading unit 203 via the FD, respectively. In the present embodiment, as in the first embodiment of FIG. 3, the plurality of photoelectric conversion units 1407 a and 1407 b of the unit pixel 1406 adjacent to the plurality of photoelectric conversion units 1403 a and 1403 b of the unit pixel 1402 share the FD 1404.

ここで、図14(a)におけるFD1404に着目すると、本実施形態では、FD1404と、それを共有する光電変換部の組み合わせに特徴がある。   Here, paying attention to the FD 1404 in FIG. 14A, the present embodiment is characterized by a combination of the FD 1404 and a photoelectric conversion unit that shares the FD 1404.

具体的には、図14(a)に示すように、FD1404は、画素1402と画素1406の間に配置されている。また、FD1404は、画素1402の光電変換部1403a、1403bと、画素1406の光電変換部1407a、1407bという、異なる2つの画素の光電変換部により共有されている。それぞれの光電変換部に蓄積される信号電荷は、この共有されたFD1404を介して読み出される。   Specifically, as illustrated in FIG. 14A, the FD 1404 is disposed between the pixel 1402 and the pixel 1406. The FD 1404 is shared by photoelectric conversion units of two different pixels, which are the photoelectric conversion units 1403 a and 1403 b of the pixel 1402 and the photoelectric conversion units 1407 a and 1407 b of the pixel 1406. The signal charges accumulated in the respective photoelectric conversion units are read out through the shared FD 1404.

また、図14(b)は、実施形態9の画素部201の第2の構成例を示している。第2の構成例は、隣り合う列のFDの配置が第1の構成例と異なる。   FIG. 14B illustrates a second configuration example of the pixel unit 201 according to the ninth embodiment. The second configuration example is different from the first configuration example in the arrangement of FDs in adjacent rows.

第1の構成例では、図14(a)のFD1404、1408に着目すると、隣り合う2列のFDが、同じ行間に配置されている。従って、画素1402を含む行と、画素1406を含む行間にはFDが密集する。一方でFDが配置されない行間もできる。   In the first configuration example, paying attention to the FDs 1404 and 1408 in FIG. 14A, two adjacent columns of FDs are arranged between the same rows. Therefore, FD is densely packed between the row including the pixel 1402 and the row including the pixel 1406. On the other hand, there can be a line spacing in which no FD is arranged.

これに対して、第2の構成例では、図14(b)のFD1404、1409に着目すると、隣り合う2列のFDが、異なる行間に配置されている。従って、画素部201の面内に、均一な密度でFDを配置することができる。   On the other hand, in the second configuration example, paying attention to the FDs 1404 and 1409 in FIG. 14B, two adjacent columns of FDs are arranged between different rows. Therefore, the FDs can be arranged with a uniform density in the plane of the pixel portion 201.

なお、本発明と実施形態の関係を説明すると、第1の単位画素は画素1402、複数の光電変換部は光電変換部1403a、1403bにそれぞれ対応する。第1の単位画素に隣接する第2の単位画素は画素1406、複数の光電変換部は光電変換部1407a、1407bにそれぞれ対応する。フローティングディフュージョン部はFD1404に対応する。   The relationship between the present invention and the embodiment will be described. The first unit pixel corresponds to the pixel 1402, and the plurality of photoelectric conversion units correspond to the photoelectric conversion units 1403a and 1403b, respectively. The second unit pixel adjacent to the first unit pixel corresponds to the pixel 1406, and the plurality of photoelectric conversion units correspond to the photoelectric conversion units 1407a and 1407b, respectively. The floating diffusion portion corresponds to FD1404.

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、実施形態2〜9においても、実施形態1と同様、光電変換部の間の不感帯の面積を小さくすることができるだけでなく、構造体によって光電変換部への入射が遮られる光束も少なくなる。さらには、光電変換部を広く確保することも可能となり、撮像素子の感度を向上させることができる。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, also in Embodiment 2-9, it can not only make the area of a dead zone between photoelectric conversion parts small like Embodiment 1, but it is photoelectric conversion with a structure. The light flux that is blocked from entering the portion is also reduced. Furthermore, it is possible to secure a wide photoelectric conversion unit, and the sensitivity of the image sensor can be improved.

各実施形態において、光電変換部に入射する光の色分離を行うカラーフィルタ(CF)の構成については、固体撮像素子のその使途に応じて、自由に構成することが可能である。例えば、ある1つの画素内で、複数の光電変換部が全て同じ色の分光透過率のCFを備えていてもよいし、異なる色の分光透過率を備えていてもよい。また、画素内の複数の光電変換部に対応するCFの色が、全て同じ色である画素と、異なる色を含む画素が、画素部の中に混在していてもよい。   In each embodiment, the configuration of the color filter (CF) that performs color separation of light incident on the photoelectric conversion unit can be freely configured according to the use of the solid-state imaging device. For example, in a certain pixel, all of the plurality of photoelectric conversion units may include a CF having the same color spectral transmittance, or may have a spectral transmittance of different colors. In addition, pixels in which the CF colors corresponding to the plurality of photoelectric conversion units in the pixel are all the same color and pixels including different colors may be mixed in the pixel unit.

例えば、実施形態8(図13(a))において、光電変換部1307a、1307b、1310a、1310bを第1の色として、光電変換部1303a、1303bを第2の色として、光電変換部1313a、1313bを第3の色としてもよい。また、別の例では、光電変換部1303b、1307a、1310a、1313bを第1の色として、光電変換部1303a、1307bを第2の色として、光電変換部1310b、1313aを第3の色としてもよい。   For example, in Embodiment 8 (FIG. 13A), the photoelectric conversion units 1307a, 1307b, 1310a, and 1310b are set as the first color, the photoelectric conversion units 1303a and 1303b are set as the second color, and the photoelectric conversion units 1313a and 1313b. May be the third color. In another example, the photoelectric conversion units 1303b, 1307a, 1310a, and 1313b may be the first color, the photoelectric conversion units 1303a and 1307b may be the second color, and the photoelectric conversion units 1310b and 1313a may be the third color. Good.

さらに、各実施形態において同じFDを共有する光電変換部に、同一色のCFを構成すれば、撮像駆動時に、FDで同じ色成分の信号を加算することも可能となり、読み出しの走査にかかる時間を短縮することも可能となる。   Furthermore, if the same color CF is configured in the photoelectric conversion units that share the same FD in each embodiment, it is possible to add signals of the same color component in the FD at the time of imaging driving, and the time required for scanning for readout Can be shortened.

Claims (14)

単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる複数の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる複数の光電変換部とが1つのフローティングディフュージョン部を共有するように構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
A plurality of photoelectric conversion units included in the first unit pixel and a plurality of photoelectric conversion units included in the second unit pixel adjacent to the first unit pixel share one floating diffusion unit. A solid-state imaging device characterized by being made.
単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる第1の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる第2の光電変換部とが1つのフローティングディフュージョン部を共有するように構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
The first photoelectric conversion unit included in the first unit pixel and the second photoelectric conversion unit included in the second unit pixel adjacent to the first unit pixel share one floating diffusion unit. The solid-state image sensor characterized by being comprised by these.
単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる第1の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる第2の光電変換部と、前記第2の単位画素に隣接する第3の単位画素に含まれる第3の光電変換部と、前記第3の単位画素に隣接する第4の単位画素に含まれる第4の光電変換部とが1つのフローティングディフュージョン部を共有するように構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
Adjacent to the first photoelectric conversion unit included in the first unit pixel, the second photoelectric conversion unit included in the second unit pixel adjacent to the first unit pixel, and the second unit pixel. The third photoelectric conversion unit included in the third unit pixel and the fourth photoelectric conversion unit included in the fourth unit pixel adjacent to the third unit pixel share one floating diffusion unit. The solid-state image sensor characterized by being comprised by these.
単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる第1の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる第2の光電変換部とが第1のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第2の単位画素に隣接する第3の単位画素に含まれる第3の光電変換部と、前記第3の単位画素に隣接する第4の単位画素に含まれる第4の光電変換部とが第2のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第1のフローティングディフュージョン部と前記第2のフローティングディフュージョン部が隣接するように構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
The first photoelectric conversion unit included in the first unit pixel and the second photoelectric conversion unit included in the second unit pixel adjacent to the first unit pixel share the first floating diffusion unit. ,
A third photoelectric conversion unit included in a third unit pixel adjacent to the second unit pixel; and a fourth photoelectric conversion unit included in a fourth unit pixel adjacent to the third unit pixel. Share the second floating diffusion part,
A solid-state imaging device, wherein the first floating diffusion portion and the second floating diffusion portion are adjacent to each other.
単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる第1の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる第2の光電変換部とが第1のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第1の単位画素に隣接する第3の単位画素に含まれる複数の光電変換部が第2のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第2の単位画素に隣接する第4の単位画素に含まれる複数の光電変換部が第3のフローティングディフュージョン部を共有するように構成され、
前記第2のフローティングディフュージョン部と前記第3のフローティングディフュージョン部の間に前記第1のフローティングディフュージョン部を配置したことを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
The first photoelectric conversion unit included in the first unit pixel and the second photoelectric conversion unit included in the second unit pixel adjacent to the first unit pixel share the first floating diffusion unit. ,
A plurality of photoelectric conversion units included in a third unit pixel adjacent to the first unit pixel share a second floating diffusion unit;
A plurality of photoelectric conversion units included in a fourth unit pixel adjacent to the second unit pixel are configured to share a third floating diffusion unit;
A solid-state imaging device, wherein the first floating diffusion portion is disposed between the second floating diffusion portion and the third floating diffusion portion.
単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる第1の光電変換部と、前記第1の単位画素と対角に隣接する第3の単位画素に含まれる第3の光電変換部とが第1のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる複数の光電変換部が第2のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第2の単位画素と対角に隣接する第4の単位画素に含まれる複数の光電変換部が第3のフローティングディフュージョン部を共有するように構成され、
前記第2のフローティングディフュージョン部と前記第3のフローティングディフュージョン部の間に前記第1のフローティングディフュージョン部を配置したことを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
The first photoelectric conversion unit included in the first unit pixel and the third photoelectric conversion unit included in the third unit pixel diagonally adjacent to the first unit pixel are the first floating diffusion unit. Share
A plurality of photoelectric conversion units included in a second unit pixel adjacent to the first unit pixel share a second floating diffusion unit;
A plurality of photoelectric conversion units included in a fourth unit pixel diagonally adjacent to the second unit pixel are configured to share a third floating diffusion unit;
A solid-state imaging device, wherein the first floating diffusion portion is disposed between the second floating diffusion portion and the third floating diffusion portion.
単位画素に、マイクロレンズと複数の光電変換部を備えた固体撮像素子において、
第1の単位画素に含まれる第1の光電変換部と、前記第1の単位画素に隣接する第4の単位画素に含まれる第4の光電変換部とが第1のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第1の単位画素に隣接する第2の単位画素に含まれる第2の光電変換部と、前記第2の単位画素と対角に隣接する前記第4の単位画素に含まれる別の第4の光電変換部とが第2のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第2の単位画素に含まれる別の第2の光電変換部と、前記第2の単位画素に隣接する第3の単位画素に含まれる第3の光電変換部とが第3のフローティングディフュージョン部を共有し、
前記第1のフローティングディフュージョン部と前記第3のフローティングディフュージョン部の間に前記第2のフローティングディフュージョン部を配置したことを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device including a microlens and a plurality of photoelectric conversion units in a unit pixel,
The first photoelectric conversion unit included in the first unit pixel and the fourth photoelectric conversion unit included in the fourth unit pixel adjacent to the first unit pixel share the first floating diffusion unit. ,
A second photoelectric conversion unit included in a second unit pixel adjacent to the first unit pixel, and another fourth included in the fourth unit pixel diagonally adjacent to the second unit pixel. And the photoelectric conversion unit share the second floating diffusion unit,
Another second photoelectric conversion unit included in the second unit pixel and a third photoelectric conversion unit included in a third unit pixel adjacent to the second unit pixel are a third floating diffusion unit. Share
A solid-state imaging device, wherein the second floating diffusion portion is disposed between the first floating diffusion portion and the third floating diffusion portion.
隣り合う前記フローティングディフュージョン部が同じ行間に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the adjacent floating diffusion portions are disposed between the same rows. 隣り合う前記フローティングディフュージョン部が異なる行間に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the adjacent floating diffusion portions are disposed between different rows. 1つの単位画素の隣接する複数の光電変換部を分離する幅が、隣接する単位画素の間の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   10. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a width for separating a plurality of adjacent photoelectric conversion units of one unit pixel is smaller than a width between adjacent unit pixels. . 1つの単位画素の複数の光電変換部は、同じ分光透過率を有するカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   11. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of photoelectric conversion units of one unit pixel include color filters having the same spectral transmittance. 1つの単位画素の複数の光電変換部は、異なる分光透過率を有するカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   11. The solid-state imaging element according to claim 1, wherein the plurality of photoelectric conversion units of one unit pixel include color filters having different spectral transmittances. 前記フローティングディフュージョン部は、増幅部に接続されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the floating diffusion part is connected to an amplifying part. 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の固体撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。   An imaging apparatus comprising the solid-state imaging element according to claim 1.
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