JP2017076872A - Imaging element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子に関する。 The present invention relates to an image sensor.
CMOSイメージセンサを撮像素子として用いるデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びカメラ機能付き携帯電話が多く開発されている。一般的に、カメラ機能付き携帯電話は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラに対して、採用される撮像素子のサイズが小さい。例えば、カメラ機能付き携帯電話などに搭載される撮像素子は1/3型(4.8mm×3.6mm)であり、デジタルカメラに搭載されている撮像素子はフルサイズ(36mm×24mm)である。その場合、撮像素子の面積を比較すると、1/3型はフルサイズに比べて2%程度となる。 Many digital cameras, digital video cameras, and mobile phones with camera functions that use CMOS image sensors as image sensors have been developed. In general, a mobile phone with a camera function has a small size of an image pickup element used for a digital camera and a digital video camera. For example, an image sensor mounted on a mobile phone with a camera function is a 1/3 type (4.8 mm × 3.6 mm), and an image sensor mounted on a digital camera is a full size (36 mm × 24 mm). . In that case, when comparing the areas of the image sensors, the 1/3 type is about 2% of the full size.
近年普及しているカメラ機能付き携帯電話とデジタルカメラの画素数を比較すると、カメラ機能付き携帯電話は1000万画素程度、デジタルカメラは2500万画素程度であり、両者の画素数の差は、両者の撮像素子の面積の差に比べて小さい。1画素当たりの面積に換算すると、1/3型の撮像素子の1画素当たりの面積は、フルサイズのものに比べて1/20程度となっている。 Comparing the number of pixels of a mobile phone with a camera function and a digital camera that have become widespread in recent years, the mobile phone with a camera function is about 10 million pixels, and the digital camera is about 25 million pixels. This is smaller than the difference in the area of the image sensor. In terms of the area per pixel, the area per pixel of the 1/3 type imaging device is about 1/20 compared to the full size.
一方、高速化の観点から、画素列に対応した個数の信号処理回路が構成されている撮像素子に対して、画素数に対応した個数の信号処理回路を構成する提案がなされている。また、近年のCMOSを用いた撮像素子の構成として、アナログ部とロジック部を層毎に分けて積層した積層型撮像素子が実現されている。 On the other hand, from the viewpoint of speeding up, proposals have been made to configure the number of signal processing circuits corresponding to the number of pixels with respect to the image sensor in which the number of signal processing circuits corresponding to the pixel array is configured. In addition, as a configuration of an imaging element using a CMOS in recent years, a stacked imaging element in which an analog part and a logic part are stacked for each layer is realized.
例えば、特許文献1では、フォトダイオードなどから成る複数の画素で構成される受光層と画素信号を処理する信号処理回路で構成される信号処理層等が積層された構成の技術が開示されている。従来は1つの層に構成されていた受光部と信号処理回路をそれぞれ別の層に構成することにより、チップ面積の小型化や、ロジック部のレイアウトの制限が大幅に緩和されることによる高機能化などのメリットがある。特に、カメラ機能付き携帯電話などに採用される小型撮像素子に有用である。 For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a light receiving layer including a plurality of pixels including a photodiode and a signal processing layer including a signal processing circuit that processes a pixel signal are stacked. . High functionality by reducing the chip area and relieving the restrictions on the layout of the logic part by configuring the light receiving part and the signal processing circuit, which were conventionally configured in one layer, in separate layers. There is merit such as. In particular, it is useful for a small-sized image pickup element employed in a mobile phone with a camera function.
しかし、上述の特許文献1に開示された積層構造で画素数に対応した信号処理回路を設ける構成の場合、以下の懸念点が挙げられる。上述の特許文献1に開示された積層構造では、受光層から出力される信号は、1つの信号処理層に入力され、信号処理される。すなわち、1つの層に画素数に対応した個数の信号処理回路を構成する必要がある。この構成を小型撮像素子で実現しようとした場合、1画素当たりの面積が小さいために画素面積に対して信号処理回路の面積が大きくなることから、信号処理層の面積が受光層に対して大きくなり、撮像素子全体の面積が大型化する懸念がある。一方で、携帯電話に代表される小型撮像素子が搭載される装置は、小型化が望まれている為、撮像素子面積の大型化は好ましくない。 However, in the case of a configuration in which a signal processing circuit corresponding to the number of pixels is provided in the stacked structure disclosed in Patent Document 1 described above, the following concerns are raised. In the laminated structure disclosed in Patent Document 1 described above, a signal output from the light receiving layer is input to one signal processing layer and subjected to signal processing. That is, it is necessary to configure the number of signal processing circuits corresponding to the number of pixels in one layer. If this configuration is to be realized with a small image sensor, the area per signal pixel is small and the area of the signal processing circuit is larger than the pixel area. Therefore, there is a concern that the area of the entire image sensor increases. On the other hand, since an apparatus on which a small image sensor represented by a mobile phone is mounted is desired to be downsized, it is not preferable to increase the area of the image sensor.
本発明の目的は、面積を小型化することができる撮像素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide an imaging device capable of reducing the area.
本発明の撮像素子は、少なくとも第1の半導体基板と第2の半導体基板と第3の半導体基板が積層された撮像素子であって、前記第2の半導体基板は、前記第1の半導体基板と前記第3の半導体基板との間に設けられ、前記第1の半導体基板は、光電変換により画素信号を出力する複数の画素を有し、前記複数の画素は、第1の画素群の画素と第2の画素群の画素を有し、前記第2の半導体基板は、前記第1の画素群の画素の信号を処理する第1の信号処理回路を有し、前記第3の半導体基板は、前記第2の画素群の画素の信号を処理する第2の信号処理回路を有することを特徴とする。 The imaging device of the present invention is an imaging device in which at least a first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, and a third semiconductor substrate are stacked, and the second semiconductor substrate includes the first semiconductor substrate and the first semiconductor substrate. The first semiconductor substrate includes a plurality of pixels that output a pixel signal by photoelectric conversion, and the plurality of pixels includes a pixel of the first pixel group and the third semiconductor substrate. The second semiconductor substrate includes pixels of a second pixel group, the second semiconductor substrate includes a first signal processing circuit that processes signals of the pixels of the first pixel group, and the third semiconductor substrate includes: It has a 2nd signal processing circuit which processes a signal of a pixel of the 2nd pixel group.
本発明によれば、面積を小型化することができる。 According to the present invention, the area can be reduced.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による裏面照射型の撮像素子の断面構造例を示す図である。撮像素子は、受光層100、第1の信号処理層101、第2の信号処理層102、第3の信号処理層103、第4の信号処理層104が上から順に重なるように積層された構造である。受光層100は第1の半導体基板であり、第1の信号処理層101は第2の半導体基板であり、第2の信号処理層102は第3の半導体基板であり、第3の信号処理層103は第4の半導体基板であり、第4の信号処理層104は第5の半導体基板である。受光層100は、行方向及び列方向に行列状に配置されている複数の画素を有し、図2では2画素を示す。受光層100は、上から順に、マイクロレンズ121、カラーフィルタ120、半導体基板110、第1導電型の領域111、多層配線層118間の層間膜119を有する。各画素のカラーフィルタ120は、図3に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)のベイヤ配列で構成される。ここで、Rのカラーフィルタ120を有する画素をR画素、Gのカラーフィルタ120を有する画素をG画素、Bのカラーフィルタ120を有する画素をB画素と呼ぶ。また、R画素に水平方向に隣接するG画素をG1画素、B画素に水平方向に隣接するG画素をG2画素と呼ぶ。また、G1画素群を第1の画素群、G2画素群を第2の画素群、R画素群を第3の画素群、B画素群を第4の画素群とする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of a backside illumination type imaging device according to the first embodiment of the present invention. The imaging element has a structure in which a
また、受光層100は、第1導電型の領域111の他、フォトダイオード112と、フォトダイオード112の暗電流を抑制するための第1導電型の領域113とを有する。また、受光層100は、フローティングディフュージョン(FD)114と、転送MOSトランジスタ115、増幅MOSトランジスタ116とを有する。この他にも、受光層100は、図2に示すリセットMOSトランジスタ201と、選択MOSトランジスタ202を有する。この画素の構成及び駆動方法については後述する。さらに、受光層100は、素子分離領域117と、多層に形成された配線層118と、多層配線層118間の層間膜119とを有する。
In addition to the first
受光層100と第1〜第4の信号処理層101〜104は、信号伝達線122及びマイクロバンプ123等により電気的に接続される。この接続ポイントは、受光層100に設けられる画素信号を伝達するポイントで接続される。それ以外にも、電源などを供給する配線同士がマイクロバンプ等により接続される。
The light receiving
受光層100内のG1画素は、第1の信号処理層101に直接接続される。これに対して、受光層100内のR画素は、第1の信号処理層101及び第2の信号処理層102を介して、第3の信号処理層103に接続される。この時、R画素は、第1の信号処理層101及び第2の信号処理層102を介するが、信号の伝達経路として第1の信号処理層101及び第2の信号処理層102に接続されるだけである。R画素の信号処理は、第3の信号処理層103で行われる。受光層100内のG2画素は、図3に示すように、第1の信号処理層101を介して、第2の信号処理層102に接続される。受光層100内のB画素は、第1〜第3の信号処理層101〜103を介して、第4の信号処理層104に接続される。
The G1 pixel in the
なお、本実施形態では、裏面照射タイプの受光層100を図示したが、裏面照射タイプでなく、表面照射タイプでもよい。
In the present embodiment, the back-illuminated type light-receiving
図2は、本実施形態による撮像素子の構成例を示す図であり、図1に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付している。画素200は、フォトダイオード112、FD114、転送MOSトランジスタ115、増幅MOSトランジスタ116、リセットMOSトランジスタ201、選択MOSトランジスタ202及び定電流源203を有し、光電変換により画素信号を出力する。転送MOSトランジスタ115、リセットMOSトランジスタ201、選択MOSトランジスタ202は、スイッチとして機能し、後述する画素制御回路302(図3)から供給される制御パルスPTX、PRES及びPSELによってそれぞれ駆動される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor according to the present embodiment, and the same components as those illustrated in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The
フォトダイオード112は、入射する光を電荷に変換する光電変換部である。フォトダイオード112は、アノードが接地線に接続され、カソードが転送MOSトランジスタ115のソースに接続される。転送MOSトランジスタ115は、そのゲートに入力される制御パルスPTXによって駆動され、フォトダイオード112で変換された電荷をFD114に転送する。FD114は、電荷を一時的に蓄積するとともに蓄積した電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部である。
The
増幅MOSトランジスタ116は、ソースフォロアとして機能し、そのゲートにはFD114で電荷電圧変換された電圧が入力される。また、増幅MOSトランジスタ116は、そのドレインが定電位を供給する電源線VDDに接続され、そのソースが選択MOSトランジスタ202に接続されている。選択MOSトランジスタ202は、そのゲートに入力される選択パルスPSELによって駆動され、そのドレインが増幅MOSトランジスタ116に接続され、そのソースが定電流源203に接続されている。選択パルスPSELがアクティブレベル(ハイレベル)になると、選択MOSトランジスタ202が導通状態になり、増幅MOSトランジスタ116がソースフォロワアンプとして動作し、増幅MOSトランジスタ116の出力がAD変換回路205に接続される。増幅MOSトランジスタ116は、FD114の電圧に応じた電圧の画素信号をAD変換回路205に出力する。
The
リセットMOSトランジスタ201は、そのドレインが電源線VDDに接続され、そのソースがFD114に接続されている。また、リセットMOSトランジスタ201は、そのゲートに入力されるリセットパルスPRESによって駆動され、FD114に蓄積されている電荷をリセット(除去)する。
The
画素200は、FD114をリセットし、そのリセットを解除した時の信号をN信号として出力する。その後、転送MOSトランジスタ115が非導通状態で、フォトダイオード112は、電荷蓄積期間に、光を電荷に変換し、その電荷を蓄積する。電荷蓄積期間終了後、転送MOSトランジスタ115が導通状態になり、画素200は、光電変換に基づく信号をS信号として出力する。
The
複数の回路群204は、それぞれ、複数の画素200に接続され、複数の画素200が出力するN信号及びS信号を処理する。複数の回路群204の各々は、AD(アナログデジタル)変換回路205、S−N回路206、メモリ回路207、及び出力回路208を有する。AD変換回路205は、比較器とカウンタを有し、画素200の出力信号をアナログからデジタルに変換する。具体的には、AD変換回路205は、画素200が出力するN信号をアナログからデジタルに変換し、その後、画素200が出力するS信号をアナログからデジタルに変換する。S−N回路206は、AD変換回路205が出力するS信号とN信号との差を算出し、S信号からN信号を除いた信号を出力する。メモリ回路207は、S−N回路206が出力する信号を保持する。出力回路208は、メモリ回路207が保持している信号を外部に出力する。ここで、AD変換回路205、S−N回路206及びメモリ回路207は、信号処理回路である。
The plurality of
図3は本実施形態による撮像素子の構成例を示す図であり、図4は本実施形態による撮像素子の積層構造を示す図であり、図1に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付している。撮像素子は、受光層100と、第1の信号処理層101と、第2の信号処理層102と、第3の信号処理層103と、第4の信号処理層104とを有する。第1の信号処理層101は、第1の画素群(G1画素群)の信号処理を行う。第2の信号処理層102は、第2の画素群(G2画素群)の信号処理を行う。第3の信号処理層103は、第3の画素群(R画素群)の信号処理を行う。第4の信号処理層104は、第4の画素群(B画素群)の信号処理を行う。図1で説明したように、受光層100、第1の信号処理層101、第2の信号処理層102、第3の信号処理層103、及び第4の信号処理層104は、上から順に重なるように積層されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor according to the present embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating a stacked structure of the image sensor according to the present embodiment. The same components as those illustrated in FIG. Is attached. The imaging element includes a
受光層100は、画素部301及び画素制御回路302を有する。画素部301は、行列状に配置されている複数の画素200を有する。複数の画素200は、第1の画素群(G1画素群)の画素、第2の画素群(G2画素群)の画素、第3の画素群(R画素群)の画素及び第4の画素群(B画素群)の画素を有する。複数の画素200には、赤、緑、及び青のベイヤ配列のカラーフィルタ120が設けられる。第1の画素群(G1画素群)の画素は、第1の色(緑)のカラーフィルタ120が設けられた画素である。第2の画素群(G2画素群)の画素は、第1の色(緑)のカラーフィルタ120が設けられた画素である。第3の画素群(R画素群)の画素は、第1の色とは異なる第2の色(赤)のカラーフィルタ120が設けられた画素である。第4の画素群(B画素群)の画素は、第1及び第2の色とは異なる第3の色(青)のカラーフィルタ120が設けられた画素である。画素部301は、画素制御回路302から供給される制御パルスPTX、PRES、PSELによって制御され、画素200毎にN信号及びS号を第1〜第4の信号処理層101〜104のいずれかに出力する。
The
第1の信号処理層101は、第1の信号処理回路303と、第1の信号処理制御回路304と、第1の出力回路305とを有する。第1の信号処理回路303は、図2のAD変換回路205、S−N回路206及びメモリ回路207の組みをG1画素の数だけ有し、受光層100の第1の画素群(G1画素群)に接続され、第1の画素群(G1画素群)の画素の信号を処理する。第1の出力回路305は、図2の出力回路208をG1画素の数だけ有し、第1の信号処理回路303内のメモリ回路207に保持されている信号を外部に出力する。第1の信号処理制御回路304は、第1の信号処理回路303及び第1の出力回路305を制御する。
The first
第2の信号処理層102は、第2の信号処理回路306と、第2の信号処理制御回路307と、第2の出力回路308とを有する。第2の信号処理回路306は、図2のAD変換回路205、S−N回路206及びメモリ回路207の組みをG2画素の数だけ有し、受光層100の第2の画素群(G2画素群)に接続され、第2の画素群(G2画素群)の画素の信号を処理する。第2の出力回路308は、図2の出力回路208をG2画素の数だけ有し、第2の信号処理回路306内のメモリ回路207に保持されている信号を外部に出力する。第2の信号処理制御回路307は、第2の信号処理回路306及び第2の出力回路308を制御する。
The second
第3の信号処理層103は、第3の信号処理回路309と、第3の信号処理制御回路310と、第3の出力回路311とを有する。第3の信号処理回路309は、図2のAD変換回路205、S−N回路206及びメモリ回路207の組みをR画素の数だけ有し、受光層100の第3の画素群(R画素群)に接続され、第3の画素群(R画素群)の画素の信号を処理する。第3の出力回路311は、図2の出力回路208をR画素の数だけ有し、第3の信号処理回路309内のメモリ回路207に保持されている信号を外部に出力する。第3の信号処理制御回路310は、第3の信号処理回路309及び第3の出力回路311を制御する。
The third
第4の信号処理層104は、第4の信号処理回路312と、第4の信号処理制御回路313と、第4の出力回路314とを有する。第4の信号処理回路312は、図2のAD変換回路205、S−N回路206及びメモリ回路207の組みをB画素の数だけ有し、受光層100の第4の画素群(B画素群)に接続され、第4の画素群(B画素群)の画素の信号を処理する。第4の出力回路314は、図2の出力回路208をB画素の数だけ有し、第4の信号処理回路312内のメモリ回路207に保持されている信号を外部に出力する。第4の信号処理制御回路313は、第4の信号処理回路312及び第4の出力回路314を制御する。
The fourth
なお、第1〜第4の出力回路305,308,311,314は、それぞれ、第1〜第4の信号処理層101〜104に構成せず、別途、第5の信号処理層を設けて、第5の信号処理層に第1〜第4の出力回路305,308,311,314を構成してもよい。その場合、第1〜第4の信号処理層101〜104内の第1〜第4の信号処理回路303,306,309,312は、それぞれ、信号処理を行った信号を、第5の信号処理層内の第1〜第5の出力回路305,308,311,314に出力する。
The first to
上述したように、受光層100と第1〜第4の信号処理層101〜104は、積層されている。受光層100内の第1〜第4の画素群の信号は、それぞれ、第1〜第4の信号処理層101〜104内の第1〜第4の信号処理回路303,306,309,312に出力される。ここで、N信号及びS信号が画素200から第1〜第4の信号処理回路303,306,309,312まで伝達される際の伝達経路長に着目すると、撮像素子が積層構造であるため、第1〜第4の信号処理層101〜104毎に伝達経路長が異なる。一般的に、伝達経路の長さによって、ノイズが異なる。
As described above, the
本実施形態では、信号の伝達経路が短いほどノイズが混入しにくい点と、人間の視感度を鑑みて、伝達経路の短い、すなわち信号劣化の少ない信号処理層に、視感度が高い色の画素群を接続する例を説明する。緑は、赤より、人間の視感度が高い色である。赤は、青より、人間の視感度が高い色である。最も視感度が高い色のG1画素群及びG2画素群は、それぞれ、最も伝達経路が短い第1及び第2の信号処理層101及び102に接続される。その次に視感度が高い色のR画素は、その次に伝達経路が短い第3の信号処理層103に接続される。最も視感度が低い色のB画素群は、最も伝達経路が長い第4の信号処理層104に接続される。以上のように、第1〜第4の画素群は、視感度が高い色の画素群を伝達経路が短い信号処理層に接続し、視感度が低い色の画素群を伝達経路が長い信号処理層に接続する。これにより、視感度が高いG1画素群及びG2画素群の信号にのる、伝達経路上で発生するノイズが低減し、高品質な画像を取得することができる。本実施形態によれば、画素200に配置されたカラーフィルタ120の色に応じて、接続される信号処理層101〜104が異なり、各信号処理層101〜104には接続された画素200の数に応じた数の信号処理回路が構成される。
In this embodiment, in consideration of the point that noise is less likely to be mixed as the signal transmission path is shorter, and human visibility, a pixel having a high visibility in a signal processing layer with a short transmission path, that is, with less signal degradation. An example of connecting groups will be described. Green is a color with higher human visibility than red. Red is a color with higher human visibility than blue. The G1 pixel group and the G2 pixel group having the highest visibility are connected to the first and second signal processing layers 101 and 102 having the shortest transmission path, respectively. The R pixel having the next highest visibility is connected to the third
比較例では、すべての画素の個数の信号処理回路を1つの信号処理層に構成するので、1つの信号処理層の面積が受光層に対して大きくなり、撮像素子全体の面積が大型化する。これに対し、本実施形態では、第1〜第4の画素群毎に、異なる信号処理層101〜104に信号処理回路303,306,309,312を構成する。そのため、本実施形態の各信号処理層101〜104の回路面積は、比較例の信号処理層の回路面積に比べ、約1/4とすることができるため、撮像素子全体の面積を小さくすることができる。
In the comparative example, since the signal processing circuits for all the pixels are formed in one signal processing layer, the area of one signal processing layer is larger than that of the light receiving layer, and the entire area of the image sensor is increased. On the other hand, in this embodiment, the
また、第1〜第4の信号処理層101〜104は、それぞれ、画素200に対して接続ポイントが異なるが、第1〜第4の信号処理回路303,306,309,312自体は同一でよい。そのため、本実施形態の別の利点として、積層する信号処理層101〜104の数に対して、設計負荷は比例して増大しないメリットがある。
The first to fourth signal processing layers 101 to 104 have different connection points with respect to the
また、本実施形態では、第1〜第4の信号処理層101〜104にそれぞれ第1〜第4の信号制御回路303,306,309,312を構成した例を示したが、これに限定されない。第1〜第4の信号処理層101〜104の信号処理を並列に行うようにするため、少なくとも信号制御回路303,306,309,312の一部を第1〜第4の信号処理層101〜104で共有する構成としてもよい。この場合は、信号制御回路303,306,309,312の一部を共有しない場合と比較して、消費電力を抑えることができる。
In the present embodiment, the first to fourth
また、本実施形態では、画素200毎に定電流源203を設ける例を示したが、これに限定されず、信号を伝達する信号処理層が同じ画素群のうちで、複数の画素が共有する定電流源203を複数設ける構成としてもよい。
In this embodiment, an example in which the constant
また、本実施形態では、画素200毎に対応する信号処理回路を設ける例を示したが、これに限定されない。信号を伝達する信号処理層が同じ画素群のうちで、複数の画素が共有する信号処理回路を複数設けて、信号処理回路を共有する複数の画素についてシーケンシャルに信号処理を行う構成としてもよい。
In this embodiment, an example in which a signal processing circuit corresponding to each
また、本実施形態では、受光層100から第1〜第4の信号処理層101〜104に信号を伝達する経路が短いほど信号劣化が小さいと想定する例を示した。その場合、人間の視感度に合わせて、G1画素群及びG2画素群を伝達経路が短い第1及び第2の信号処理層101及び102にそれぞれ接続する例を示したが、これに限らない。例えば、撮像素子に設けられるカラーフィルタ120の分光特性は、人間の視感度に合わせて、Gの感度がR及びBの感度に対して、高く設計されることが多い。すなわち、多くのシーンで、G画素の信号は、R画素及びB画素の信号に対して大きい。信号値が大きいと、アナログデジタル変換にかかる時間が長くなることから、AD変換回路205で発生する発熱量が多いと予想される。発熱が受光層100に与える影響を懸念する場合には、発熱量が多い画素群ほど、受光層100から離れた信号処理層に接続するようにしてもよい。例えば、G1画素群及びG2画素群の画素の信号を処理する信号処理回路は、R画素群及びB画素群の画素の信号を処理する信号処理回路より、発熱量が多い。その場合、第1の信号処理回路303がB画素群の画素の信号を処理し、第2の信号処理回路306がR画素群の画素の信号を処理し、第3の信号処理回路309がG2画素群の画素の信号を処理し、第4の信号処理回路312がG1画素群の画素の信号を処理する。また、必ずしもベイヤ配列の画素群に応じて、画素200に接続する信号処理層101〜104を変える必要はない。
Moreover, in this embodiment, the example which assumes that signal degradation is so small that the path | route which transmits a signal from the
図5は、本実施形態による撮像素子の他の構成例を示す図であり、図3に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付している。画素部301内において、G1画素とG2画素とR画素とB画素を含む2行2列の4画素を1ブロックとし、最左上のブロックを第1行第1列のブロックとする。その場合、画素部301内の画素200は、奇数行奇数列のブロックIと、奇数行偶数列のブロックJと、偶数行奇数列のブロックKと、偶数行偶数列のブロックLに分割される。
FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the image sensor according to the present embodiment, and the same components as those illustrated in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. In the
奇数行奇数列のブロックIの第1の画素群は、第1の信号処理層101に接続され、第1の信号処理層101は、奇数行奇数列のブロックIの第1の画素群の信号処理を行う。奇数行偶数列のブロックJの第2の画素群は、第2の信号処理層102に接続され、第2の信号処理層102は、奇数行偶数列のブロックJの第2の画素群の信号処理を行う。偶数行奇数列のブロックKの第3の画素群は、第3の信号処理層103に接続され、第3の信号処理層103は、偶数行奇数列のブロックKの第3の画素群の信号処理を行う。偶数行偶数列のブロックLの第4の画素群は、第4の信号処理層104に接続され、第4の信号処理層104は、偶数行偶数列のブロックLの第4の画素群の信号処理を行う。この場合も、撮像素子の面積を小型化することができる。
The first pixel group of the block I in the odd-numbered and odd-numbered columns is connected to the first
以上のように、本実施形態の撮像素子は、面積の大型化を抑制しつつ、画素数に対応した個数の回路群204を構成することができる。
As described above, the image pickup device of the present embodiment can configure the number of
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、受光層100の第1〜第4の画素群の信号をそれぞれ第1〜第4の信号処理層101〜104に入力し、第1〜第4の信号処理層101〜104毎に信号処理を行う例を示した。ここで、伝達経路長に着目すると、図1で示したように、第1の信号処理層101、第2の信号処理層102、第3の信号処理層103、第4の信号処理層104の順に受光層100から信号処理層101〜104への伝達経路が長くなる。配線の寄生抵抗及び寄生容量は、伝達経路長に比例して大きくなるため、伝達経路長が長い信号処理層101〜104程、電位静定時間は長くなる。以下、図6を参照しながら、伝達経路長の違いの影響について説明する。以下、本発明の第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, signals of the first to fourth pixel groups of the
図6は、画素200からN信号を読み出した後にS信号を読み出す際の第1〜第4の信号処理層101〜104の入力電位Vの時間遷移を表した図である。フォトダイオード112は、光を電子(負電荷)に変換するので、S信号は、出力を開始すると、リセットレベルから徐々に電位が下がる。S信号は、電位が低いほど、画素値が大きいことを意味する。
FIG. 6 is a diagram illustrating time transition of the input potential V of the first to fourth signal processing layers 101 to 104 when the S signal is read after reading the N signal from the
電位遷移Aは、受光層100から第1の信号処理層101にS信号を出力する際の第1の信号処理層101の入力電位の時間遷移を示し、電位静定時間が最も短い。電位遷移Bは、受光層100から第2の信号処理層102にS信号を出力する際の第2の信号処理層102の入力電位の時間遷移を示し、電位静定時間が2番目に短い。電位遷移Cは、受光層100から第3の信号処理層103にS信号を出力する際の第3の信号処理層103の入力電位の時間遷移を示し、電位静定時間が3番目に短い。電位遷移Dは、受光層100から第4の信号処理層104にS信号を出力する際の第4の信号処理層104の入力電位の時間遷移を示し、電位静定時間が最も長い。伝達経路長が長い信号処理層101〜104程、電位静定時間は長くなる。
The potential transition A indicates the time transition of the input potential of the first
同一条件で画素200を駆動させた場合、上述した伝達経路長の違いから、S信号の電位が静定するまでの時間は、第1の信号処理層101と比べて第4の信号処理層104では、時間Δtだけ長くなってしまう。第4の信号処理層104のS信号の電位が静定する時刻まで、第1の信号処理層101が処理開始を待ってしまうと、S信号の読み出し時間が長くなるという不都合が生じてしまう。
When the
一方、配線を流れる電流値を大きくすると、S信号の電位静定時間が短くなる。すなわち、図2における定電流源203の電流値を大きくすると、S信号の電位静定時間が短くなるが、全画素共通に電流値を大きくしてしまうと、消費電力が増大してしまう。本発明の第2の実施形態では、電位静定時間及び消費電力の観点から、第1の実施形態で説明した図1〜図4の撮像素子を駆動させる際の駆動例について説明する。
On the other hand, when the value of the current flowing through the wiring is increased, the potential stabilization time of the S signal is shortened. That is, when the current value of the constant
図7は、本発明の第2の実施形態による定電流源203(図2)の駆動電流の設定例を示す図である。電流Iaは、第1の信号処理層101に接続される画素200に設けられる定電流源203の電流である。電流Ibは、第2の信号処理層102に接続される画素200に設けられる定電流源203の電流である。電流Icは、第3の信号処理層103に接続される画素200に設けられる定電流源203の電流である。電流Idは、第4の信号処理層104に接続される画素200に設けられる定電流源203の電流である。電流Ia〜Idは、各画素200の定電流源203を構成するMOSトランジスタのサイズを異ならせる等により、変更することができる。
FIG. 7 is a diagram showing a setting example of the drive current of the constant current source 203 (FIG. 2) according to the second embodiment of the present invention. The current Ia is a current of the constant
本実施形態では、Ia<Ib<Ic<Idの関係となるように定電流源203の電流値を設定する。第4の画素群(B画素群)の画素200内の定電流源203の電流は、第3の画素群(R画素群)の画素200内の定電流源203の電流より大きい。第3の画素群(R画素群)の画素200内の定電流源203の電流は、第2の画素群(G2画素群)の画素200内の定電流源203の電流より大きい。第2の画素群(G2画素群)の画素200内の定電流源203の電流は、第1の画素群(G1画素群)の画素200内の定電流源203の電流より大きい。第1の信号処理層101は、電位静定時間が短いので、定電流源203の電流Iaを小さくし、消費電力を低減する。これに対し、第4の信号処理層104は、電位静定時間が長いので、定電流源203の電流Idを大きくし、電位静定時間を短くする。このように、第1〜第4の信号処理層101〜104毎に、画素200の定電流源203の電流を異ならせることにより、消費電力の増加を低減しつつ、S信号の読み出しを高速化させることができる。
In the present embodiment, the current value of the constant
(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態による瞳分割方式の撮像素子の一部の構成例を示す図であり、撮影レンズの射出瞳812から出た光束が単位画素800に入射する図である。瞳分割方式の撮像素子は、焦点検出が可能であり、行列状に配置されている複数の単位画素800を有する。1つの単位画素800は、2つの画素801a及び801bを有する。2つの画素801a及び801bは、1つのマイクロレンズ811によって、撮影レンズの射出瞳812の異なる領域814及び815を通過した光を受光する。2つの画素801a及び801bの出力信号を比較することにより、撮影レンズでの焦点検出が可能となる。また、2つの画素801a及び801bの出力信号の加算信号からは撮影画像の信号を得ることができる。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a part of the pupil-division imaging device according to the third embodiment of the present invention, in which the light beam emitted from the
撮影レンズの射出瞳812は、異なる領域814及び815を有する。カラーフィルタ810は、マイクロレンズ811及び単位画素800の間に設けられている。単位画素800は、第1の画素801a及び第2の画素801bを有する。光軸813は、撮影レンズの射出瞳812から単位画素800に出射した光束の中心の軸である。
The
撮影レンズの射出瞳812を通過した光は、マイクロレンズ811及びカラーフィルタ810を介して、光軸813を中心として単位画素800に入射する。領域814を通過する光束は、マイクロレンズ811及びカラーフィルタ810を通して、第1の画素801aに受光される。領域815を通過する光束は、マイクロレンズ811及びカラーフィルタ810を通して、第2の画素801bに受光される。したがって、第1の画素801aと第1の画素801bは、それぞれ、撮影レンズの射出瞳812の別々の領域814及び815の光を受光している。したがって、第1の画素801aと第2の画素801bの出力信号を比較することにより、被写体の位相差の検知が可能となり、撮影レンズの焦点を検出することができる。
The light that has passed through the
ここで、複数の単位画素800において、それぞれ、複数の第1の画素801aから得られる信号をA像信号、複数の第2の画素801bから得られる信号をB像信号とする。また、A像信号とB像信号を足し合わせた信号をA+B像信号とする。このA+B像信号は、撮像用信号であり、撮影画像に用いることができる。
Here, in the plurality of
瞳分割方式の撮像素子を積層構造にし、高速に焦点検出と撮影画像生成を行うことを考える。その場合、1つの単位画素800に対して、A像信号、B像信号、A+B像信号の3つの信号を並列に処理する信号処理回路が必要となる。この信号処理回路を1つの信号処理層に設けると、撮像素子の面積が大型化する懸念がある。
Consider a case where a pupil-divided imaging element has a laminated structure and performs focus detection and captured image generation at high speed. In that case, for one
本実施形態では、第1の実施形態の撮像素子に対して瞳分割方式の撮像素子を適用する例を説明する。第1の実施形態では、第1〜第4の画素群毎に異なる信号処理層101〜104を用いて信号処理を行い、各信号処理層101〜104から出力する例を説明した。本実施形態では、A像信号、B像信号、A+B像信号をそれぞれ異なる信号処理層に出力し、信号処理を行う例を説明する。 In the present embodiment, an example will be described in which a pupil-division imaging device is applied to the imaging device of the first embodiment. In the first embodiment, an example in which signal processing is performed using different signal processing layers 101 to 104 for each of the first to fourth pixel groups and output from each of the signal processing layers 101 to 104 has been described. In the present embodiment, an example will be described in which A image signal, B image signal, and A + B image signal are output to different signal processing layers and signal processing is performed.
図9は、本実施形態による瞳分割方式の撮像素子の構成例を示す図であり、図2及び図8に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付している。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態では、単位画素800からA像信号、B像信号、A+B像信号を並列に読み出すように制御する。撮像素子は、図1と同様に、受光層900と、第1の信号処理層910と、第2の信号処理層920と、第3の信号処理層930とが積層されている。受光層900は第1の半導体基板であり、第1の信号処理層910は第2の半導体基板であり、第2の信号処理層920は第3の半導体基板であり、第3の信号処理層930は第4の半導体基板である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the pupil-division imaging device according to the present embodiment, and the same components as those illustrated in FIGS. 2 and 8 are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, the points of the present embodiment different from the first embodiment will be described. In the present embodiment, control is performed so that the A image signal, the B image signal, and the A + B image signal are read out from the
受光層900は、図1の受光層100と同様に、複数のマイクロレンズ811と、複数のカラーフィルタ810と、複数のマイクロレンズ811にそれぞれ対応する複数の単位画素800を有する。複数の単位画素800は、行列状に配置されている。複数の単位画素800は、それぞれ、各々が光電変換により画素信号を出力する第1の画素801a及び第2の画素801bを有する。第1の画素801a及び第2の画素801bは、それぞれ、図2の画素200と同じ構成を有する。第1の画素801a及び第2の画素801bの転送MOSトランジスタ115のゲートには、同じ制御パルスPTXが供給される。第1の画素801a及び第2の画素801bのリセットMOSトランジスタ201のゲートには、同じ制御パルスPRESが供給される。第1の画素801a及び第2の画素801bの選択MOSトランジスタ202のゲートには、同じ制御パルスPSELが供給される。
Similar to the
第1の信号処理層910は、第1のアナログ信号加算平均回路911と、図2の回路群204と同一の構成を有する第1の回路群912とを有する。第1のアナログ信号加算平均回路911及び第1の回路群912は、複数の単位画素800の信号を処理する第1の信号処理回路であり、具体的には、複数の単位画素800内の第1の画素801a及び第2の画素801bの信号を処理する。
The first
第2の信号処理層920は、第2のアナログ信号加算平均回路921と、図2の回路群204と同一の構成を有する第2の回路群922とを有する。第2のアナログ信号加算平均回路921及び第2の回路群922は、複数の単位画素800の信号を処理する第2の信号処理回路であり、具体的には、複数の単位画素800内の第1の画素801aの信号を処理する。
The second
第3の信号処理層930は、第3のアナログ信号加算平均回路931と、図2の回路群204と同一の構成を有する第3の回路群932とを有する。第3のアナログ信号加算平均回路931及び第3の回路群932は、複数の単位画素800の信号を処理する第3の信号処理回路であり、具体的には、複数の単位画素800内の第2の画素801bの信号を処理する。
The third
第1〜第3のアナログ信号加算平均回路911,921,931は、それぞれ、2つのアナログ信号を入力し、その入力した2つのアナログ信号を加算平均したアナログ信号を出力する。第1のアナログ信号加算平均回路911は、第1の画素801aが出力するA像信号と第2の画素801bが出力するB像信号を入力し、A像信号及びB像信号を加算平均し、A+B像信号を第1の回路群912に出力する。第2のアナログ信号加算平均回路921は、第1の画素801aが出力するA像信号を2個の入力端子に入力し、2個のA像信号を加算平均し、A像信号を第2の回路群922に出力する。第3のアナログ信号加算平均回路931は、第2の画素801bが出力するB像信号を2個の入力端子に入力し、2個のB像信号を加算平均し、B像信号を第3の回路群932に出力する。
The first to third analog signal
第1〜第3の信号処理層910,920,930は、構成が同一であり、回路設計負荷を低減させることができる。なお、第2のアナログ信号加算平均回路921は、A像信号を入力してA像信号を出力し、第3のアナログ信号加算平均回路931は、B像信号を入力してB像信号を出力する。したがって、第2及び第3のアナログ信号加算平均回路921及び931を削除することにより、第2及び第3の信号処理層920及び930の回路規模を低減するようにしてもよい。
The first to third signal processing layers 910, 920, and 930 have the same configuration and can reduce the circuit design load. The second analog signal
図10は、本実施形態による撮像素子の構成例を示す図であり、図9に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付している。撮像素子は、受光層900、第1の信号処理層910と、第2の信号処理層920と、第3の信号処理層930とを有する。受光層900、第1の信号処理層910、第2の信号処理層920、及び第3の信号処理層930は、上から順に重なるように積層されている。第1の信号処理層910は、A+B像信号の信号処理を行う。第2の信号処理層920は、A像信号の信号処理を行う。第3の信号処理層930は、B像信号の信号処理を行う。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the imaging element according to the present embodiment, and the same components as those illustrated in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals. The imaging element includes a
受光層900は、画素部1001及び画素制御回路1002を有する。画素部1001は、行列状に配置されている複数の単位画素800を有する。複数の単位画素800の各々は、第1の画素801a及び第2の画素801bを有する。画素制御回路1002は、画素部1002を制御する。受光層900は、複数の単位画素800の第1の画素801aからA像信号を出力し、複数の単位画素800の第2の画素801bからB像信号を出力する。
The
第1の信号処理層910は、第1の信号処理回路1011と第1の信号処理制御回路1012と第1の出力回路1013を有し、受光層900からA像信号及びB像信号を入力する。第1の信号処理回路1011は、図9の第1のアナログ信号加算平均回路911及び出力回路208を除く第1の回路群912を有する。第1の出力回路1013は、図9の第1の回路群912内の出力回路208に対応する。
The first
第2の信号処理層920は、第2の信号処理回路1021と第2の信号処理制御回路1022と第2の出力回路1023を有し、受光層900からA像信号を入力する。第2の信号処理回路1021は、図9の第2のアナログ信号加算平均回路921及び出力回路208を除く第2の回路群922を有する。第2の出力回路1023は、図9の第2の回路群922内の出力回路208に対応する。
The second
第3の信号処理層930は、第3の信号処理回路1031と第3の信号処理制御回路1032と第3の出力回路1033を有し、受光層900からB像信号を入力する。第3の信号処理回路1031は、図9の第3のアナログ信号加算平均回路931及び出力回路208を除く第3の回路群932を有する。第3の出力回路1033は、図9の第3の回路群932内の出力回路208に対応する。
The third
本実施形態によれば、単位画素800当たりに読み出す信号数が増えても、受光層900から複数の信号処理層910,920,930に分けて信号を出力し、別の信号処理層910,920,930でそれぞれ信号処理を行う。これにより、撮像素子の面積の大型化を抑制することができる。
According to the present embodiment, even if the number of signals read out per
なお、本実施形態では、A+B像信号を撮像素子内で生成したが、撮像素子外部の信号処理部でA+B像信号を生成してもよい。また、本実施形態では、受光層900から第1〜第3の信号処理層910,920,930に信号を伝達する経路が短いほど、信号劣化が小さいと想定して、撮像に使われるA+B像信号を第1の信号処理層910に出力するが、これに限定されない。
In this embodiment, the A + B image signal is generated in the image sensor, but the A + B image signal may be generated by a signal processing unit outside the image sensor. In the present embodiment, it is assumed that the shorter the path for transmitting a signal from the
(第4の実施形態)
第1の実施形態では、第1〜第4の画素群毎に異なる信号処理層101〜104を用いて信号処理を行い、各信号処理層101〜104から出力する例を説明した。本発明の第4の実施形態は、第1の実施形態の撮像素子に対して、R画素、G1画素、G2画素、B画素の信号を用いて輝度信号Yを算出する第5の信号処理層をさらに積層する。R画素、G画素、B画素の信号を基に輝度信号Yを算出し、その輝度信号Yを用いて、AF(自動焦点調節)演算やAE(自動露出調節)演算を行うことができる。その場合、撮像素子が輝度信号Yを算出して出力することにより、外部では輝度信号Yを算出することなく、AF演算やAE演算を行うことができ、外部の演算処理負荷を低減させることができる。本実施形態は、撮像素子が輝度信号Yを算出する第5の信号処理層をさらに設ける例を説明する。
(Fourth embodiment)
In the first embodiment, an example in which signal processing is performed using different signal processing layers 101 to 104 for each of the first to fourth pixel groups and output from each of the signal processing layers 101 to 104 has been described. The fourth embodiment of the present invention is a fifth signal processing layer that calculates the luminance signal Y using the signals of the R pixel, the G1 pixel, the G2 pixel, and the B pixel with respect to the image sensor of the first embodiment. Are further laminated. A luminance signal Y is calculated based on the signals of the R pixel, G pixel, and B pixel, and AF (automatic focus adjustment) calculation and AE (automatic exposure adjustment) calculation can be performed using the luminance signal Y. In that case, when the imaging device calculates and outputs the luminance signal Y, AF calculation and AE calculation can be performed without calculating the luminance signal Y outside, thereby reducing the external calculation processing load. it can. In the present embodiment, an example in which the imaging device further includes a fifth signal processing layer for calculating the luminance signal Y will be described.
図11は、本発明の第4の実施形態による撮像素子の構成例を示す図であり、図3に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付している。図11の撮像素子は、図3の撮像素子に対して、第5の信号処理層1150を追加したものである。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging element according to the fourth embodiment of the present invention, and the same components as those illustrated in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The image sensor in FIG. 11 is obtained by adding a fifth
撮像素子は、受光層100と、第1の信号処理層101と、第2の信号処理層102と、第3の信号処理層103と、第4の信号処理層104と、第5の信号処理層1150とが上から順に積層されている。受光層100は第1の半導体基板であり、第1の信号処理層101は第2の半導体基板であり、第2の信号処理層102は第3の半導体基板であり、第3の信号処理層103は第4の半導体基板であり、第4の信号処理層104は第5の半導体基板である。そして、第5の信号処理層1150は第6の半導体基板である。第5の信号処理層1150は、受光層100の第1の画素群(G1画素群)と第2の画素群(G2画素群)と第3の画素群(R画素群)と第4の画素群(B画素群)に接続される。
The image sensor includes a
第5の信号処理層1150は、輝度変換回路1151、輝度変換制御回路1152、及び第5の出力回路1153を有し、G1画素群とG2画素群とR画素群とB画素群の信号を入力する。輝度変換制御回路1152は、輝度変換回路1151を制御する。輝度変換回路1151は、第5の信号処理回路であり、R画素群、G1画素群、G2画素群、及びB画素群の画素の信号に所定の係数を掛けて加算することにより、複数の画素の輝度信号Yを生成する。第5の信号処理層1150は、第1〜第4の信号処理層101〜104を介して、受光層100からR画素、G1画素、G2画素、B画素のアナログ信号を入力する。なお、第5の信号処理層1150は、第1〜第4の信号処理層101〜104が出力するR画素、G1画素、G2画素、B画素のデジタル信号を入力してもよい。第5の出力回路1153は、輝度変換回路1151が生成した輝度信号Yを外部に出力する。
The fifth
本実施形態によれば、輝度変換回路1151の輝度変換処理を撮像素子内部で行うことができる。ここで、AF演算やAE演算に要求される輝度信号Yの解像度を考えた場合、一般的に、AF演算は精度の高い測距を行うために高解像度の輝度信号Yが要求されるが、AE演算は所定のエリアごとに積分された輝度信号Yを用いることが多い。すなわち、AE演算を行う際に、輝度信号Yの積分処理を行う必要がある。これに対応して、輝度信号Yに対して、水平方向及び垂直方向に画素の信号を加算する処理を行う第6の信号処理層をさらに追加することができる。第6の信号処理層は、第5の信号処理層1150の下に積層され、後段の処理に適した解像度の輝度信号Yを出力する。
According to this embodiment, the luminance conversion processing of the
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
100 受光層、101 第1の信号処理層、102 第2の信号処理層、103 第3の信号処理層、104 第4の信号処理層、200 画素、303 第1の信号処理回路、306 第2の信号処理回路、309 第3の信号処理回路、312 第4の信号処理回路 100 light-receiving layer, 101 first signal processing layer, 102 second signal processing layer, 103 third signal processing layer, 104 fourth signal processing layer, 200 pixels, 303 first signal processing circuit, 306 second Signal processing circuit, 309 third signal processing circuit, 312 fourth signal processing circuit
Claims (18)
前記第2の半導体基板は、前記第1の半導体基板と前記第3の半導体基板との間に設けられ、
前記第1の半導体基板は、光電変換により画素信号を出力する複数の画素を有し、
前記複数の画素は、第1の画素群の画素と第2の画素群の画素を有し、
前記第2の半導体基板は、前記第1の画素群の画素の信号を処理する第1の信号処理回路を有し、
前記第3の半導体基板は、前記第2の画素群の画素の信号を処理する第2の信号処理回路を有することを特徴とする撮像素子。 An imaging device in which at least a first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, and a third semiconductor substrate are stacked,
The second semiconductor substrate is provided between the first semiconductor substrate and the third semiconductor substrate;
The first semiconductor substrate has a plurality of pixels that output pixel signals by photoelectric conversion;
The plurality of pixels include pixels of a first pixel group and pixels of a second pixel group,
The second semiconductor substrate has a first signal processing circuit for processing a signal of a pixel of the first pixel group,
The image pickup device, wherein the third semiconductor substrate includes a second signal processing circuit that processes a signal of a pixel of the second pixel group.
前記第2の画素群の画素は、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタが設けられた画素であることを特徴とする請求項1記載の撮像素子。 The pixels of the first pixel group are pixels provided with a color filter of a first color,
2. The image sensor according to claim 1, wherein the pixels of the second pixel group are pixels provided with a color filter of a second color different from the first color.
前記第2の画素群の画素は、緑のカラーフィルタが設けられた画素であることを特徴とする請求項1又は5記載の撮像素子。 The pixels of the first pixel group are pixels provided with a red or blue color filter,
6. The image sensor according to claim 1, wherein the pixels of the second pixel group are pixels provided with a green color filter.
前記第3の半導体基板は、前記第2の半導体基板と前記第4の半導体基板との間に設けられ、
前記複数の画素は、前記第1の画素群の画素と前記第2の画素群の画素と第3の画素群の画素を有し、
前記第4の半導体基板は、前記第3の画素群の画素の信号を処理する第3の信号処理回路を有することを特徴とする請求項1記載の撮像素子。 The imaging element includes at least the first semiconductor substrate, the second semiconductor substrate, the third semiconductor substrate, and the fourth semiconductor substrate,
The third semiconductor substrate is provided between the second semiconductor substrate and the fourth semiconductor substrate;
The plurality of pixels include pixels of the first pixel group, pixels of the second pixel group, and pixels of a third pixel group,
2. The image sensor according to claim 1, wherein the fourth semiconductor substrate includes a third signal processing circuit that processes a signal of a pixel of the third pixel group.
前記第2の画素群の画素は、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第3の画素群の画素は、前記第1及び第2の色とは異なる第3の色のカラーフィルタが設けられた画素であることを特徴とする請求項7記載の撮像素子。 The pixels of the first pixel group are pixels provided with a color filter of a first color,
The pixels of the second pixel group are pixels provided with a color filter of a second color different from the first color,
The image sensor according to claim 7, wherein the pixels of the third pixel group are pixels provided with a color filter of a third color different from the first and second colors.
前記第3の半導体基板は、前記第2の半導体基板と前記第4の半導体基板との間に設けられ、
前記第4の半導体基板は、前記第3の半導体基板と前記第5の半導体基板との間に設けられ、
前記複数の画素は、前記第1の画素群の画素と前記第2の画素群の画素と第3の画素群の画素と第4の画素群の画素を有し、
前記第4の半導体基板は、前記第3の画素群の画素の信号を処理する第3の信号処理回路を有し、
前記第5の半導体基板は、前記第4の画素群の画素の信号を処理する第4の信号処理回路を有することを特徴とする請求項1記載の撮像素子。 The image pickup device includes at least the first semiconductor substrate, the second semiconductor substrate, the third semiconductor substrate, the fourth semiconductor substrate, and the fifth semiconductor substrate,
The third semiconductor substrate is provided between the second semiconductor substrate and the fourth semiconductor substrate;
The fourth semiconductor substrate is provided between the third semiconductor substrate and the fifth semiconductor substrate;
The plurality of pixels include a pixel of the first pixel group, a pixel of the second pixel group, a pixel of a third pixel group, and a pixel of a fourth pixel group,
The fourth semiconductor substrate has a third signal processing circuit for processing a signal of a pixel of the third pixel group,
The imaging device according to claim 1, wherein the fifth semiconductor substrate includes a fourth signal processing circuit that processes a signal of a pixel of the fourth pixel group.
前記第1の画素群の画素は、緑のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第2の画素群の画素は、緑のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第3の画素群の画素は、赤のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第4の画素群の画素は、青のカラーフィルタが設けられた画素であることを特徴とする請求項10記載の撮像素子。 The plurality of pixels are provided with red, green, and blue Bayer array color filters,
The pixels of the first pixel group are pixels provided with a green color filter,
The pixels of the second pixel group are pixels provided with a green color filter,
The pixels of the third pixel group are pixels provided with a red color filter,
The image sensor according to claim 10, wherein the pixels of the fourth pixel group are pixels provided with a blue color filter.
前記第3の半導体基板は、前記第2の半導体基板と前記第4の半導体基板との間に設けられ、
前記第4の半導体基板は、前記第3の半導体基板と前記第5の半導体基板との間に設けられ、
前記複数の画素は、前記第1の画素群の画素と前記第2の画素群の画素と第3の画素群の画素を有し、
前記第1の画素群の画素は、第1の色のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第2の画素群の画素は、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第3の画素群の画素は、前記第1及び第2の色とは異なる第3の色のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第4の半導体基板は、前記第3の画素群の画素の信号を処理する第3の信号処理回路を有し、
前記第5の半導体基板は、前記第1〜第3の画素群の画素の信号を基に輝度信号を生成する第4の信号処理回路を有することを特徴とする請求項1記載の撮像素子。 The image pickup device includes at least the first semiconductor substrate, the second semiconductor substrate, the third semiconductor substrate, the fourth semiconductor substrate, and the fifth semiconductor substrate,
The third semiconductor substrate is provided between the second semiconductor substrate and the fourth semiconductor substrate;
The fourth semiconductor substrate is provided between the third semiconductor substrate and the fifth semiconductor substrate;
The plurality of pixels include pixels of the first pixel group, pixels of the second pixel group, and pixels of a third pixel group,
The pixels of the first pixel group are pixels provided with a color filter of a first color,
The pixels of the second pixel group are pixels provided with a color filter of a second color different from the first color,
The pixels of the third pixel group are pixels provided with a color filter of a third color different from the first and second colors,
The fourth semiconductor substrate has a third signal processing circuit for processing a signal of a pixel of the third pixel group,
2. The image sensor according to claim 1, wherein the fifth semiconductor substrate includes a fourth signal processing circuit that generates a luminance signal based on signals of pixels of the first to third pixel groups.
前記撮像素子は、少なくとも前記第1の半導体基板と前記第2の半導体基板と前記第3の半導体基板と第4の半導体基板と第5の半導体基板と第6の半導体基板が積層され、
前記第3の半導体基板は、前記第2の半導体基板と前記第4の半導体基板との間に設けられ、
前記第4の半導体基板は、前記第3の半導体基板と前記第5の半導体基板との間に設けられ、
前記第5の半導体基板は、前記第4の半導体基板と前記第6の半導体基板との間に設けられ、
前記複数の画素は、前記第1の画素群の画素と前記第2の画素群の画素と第3の画素群の画素と第4の画素群の画素を有し、
前記第1の画素群の画素は、緑のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第2の画素群の画素は、緑のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第3の画素群の画素は、赤のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第4の画素群の画素は、青のカラーフィルタが設けられた画素であり、
前記第4の半導体基板は、前記第3の画素群の画素の信号を処理する第3の信号処理回路を有し、
前記第5の半導体基板は、前記第4の画素群の画素の信号を処理する第4の信号処理回路を有し、
前記第6の半導体基板は、前記第1〜第4の画素群の画素の信号を基に輝度信号を生成する第5の信号処理回路を有することを特徴とする請求項1記載の撮像素子。 The plurality of pixels are provided with red, green, and blue Bayer array color filters,
The image pickup device includes at least the first semiconductor substrate, the second semiconductor substrate, the third semiconductor substrate, the fourth semiconductor substrate, the fifth semiconductor substrate, and the sixth semiconductor substrate,
The third semiconductor substrate is provided between the second semiconductor substrate and the fourth semiconductor substrate;
The fourth semiconductor substrate is provided between the third semiconductor substrate and the fifth semiconductor substrate;
The fifth semiconductor substrate is provided between the fourth semiconductor substrate and the sixth semiconductor substrate;
The plurality of pixels include a pixel of the first pixel group, a pixel of the second pixel group, a pixel of a third pixel group, and a pixel of a fourth pixel group,
The pixels of the first pixel group are pixels provided with a green color filter,
The pixels of the second pixel group are pixels provided with a green color filter,
The pixels of the third pixel group are pixels provided with a red color filter,
The pixels of the fourth pixel group are pixels provided with a blue color filter,
The fourth semiconductor substrate has a third signal processing circuit for processing a signal of a pixel of the third pixel group,
The fifth semiconductor substrate has a fourth signal processing circuit for processing a signal of a pixel of the fourth pixel group,
The imaging device according to claim 1, wherein the sixth semiconductor substrate has a fifth signal processing circuit that generates a luminance signal based on signals of pixels of the first to fourth pixel groups.
前記第2の画素群の画素内の前記定電流源の電流は、前記第1の画素群の画素内の前記定電流源の電流より大きいことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の撮像素子。 Each of the plurality of pixels has a constant current source;
The current of the constant current source in the pixels of the second pixel group is larger than the current of the constant current source in the pixels of the first pixel group. The imaging device according to item.
前記第2の半導体基板は、前記第1の半導体基板と前記第3の半導体基板との間に設けられ、
前記第1の半導体基板は、複数のマイクロレンズにそれぞれ対応する複数の単位画素を有し、
前記複数の単位画素は、それぞれ、各々が光電変換により画素信号を出力する第1及び第2の画素を有し、
前記第2の半導体基板は、前記複数の単位画素の信号を処理する第1の信号処理回路を有し、
前記第3の半導体基板は、前記複数の単位画素の信号を処理する第2の信号処理回路を有することを特徴とする撮像素子。 An imaging device in which at least a first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, and a third semiconductor substrate are stacked,
The second semiconductor substrate is provided between the first semiconductor substrate and the third semiconductor substrate;
The first semiconductor substrate has a plurality of unit pixels respectively corresponding to a plurality of microlenses,
Each of the plurality of unit pixels includes first and second pixels that each output a pixel signal by photoelectric conversion;
The second semiconductor substrate has a first signal processing circuit that processes signals of the plurality of unit pixels,
The image pickup device, wherein the third semiconductor substrate includes a second signal processing circuit that processes signals of the plurality of unit pixels.
前記第2の信号処理回路は、前記複数の単位画素内の前記第2の画素の信号を処理することを特徴とする請求項15記載の撮像素子。 The first signal processing circuit processes a signal of the first pixel in the plurality of unit pixels,
16. The image sensor according to claim 15, wherein the second signal processing circuit processes a signal of the second pixel in the plurality of unit pixels.
前記第3の半導体基板は、前記第2の半導体基板と前記第4の半導体基板との間に設けられ、
前記第4の半導体基板は、前記複数の単位画素の信号を処理する第3の信号処理回路を有することを特徴とする請求項15記載の撮像素子。 The imaging element includes at least the first semiconductor substrate, the second semiconductor substrate, the third semiconductor substrate, and the fourth semiconductor substrate,
The third semiconductor substrate is provided between the second semiconductor substrate and the fourth semiconductor substrate;
16. The image sensor according to claim 15, wherein the fourth semiconductor substrate has a third signal processing circuit that processes signals of the plurality of unit pixels.
前記第2の信号処理回路は、前記複数の単位画素内の前記第1の画素の信号を処理し、
前記第3の信号処理回路は、前記複数の単位画素内の前記第2の画素の信号を処理することを特徴とする請求項17記載の撮像素子。 The first signal processing circuit processes signals of the first and second pixels in the plurality of unit pixels,
The second signal processing circuit processes a signal of the first pixel in the plurality of unit pixels,
18. The image sensor according to claim 17, wherein the third signal processing circuit processes a signal of the second pixel in the plurality of unit pixels.
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