WO2022201839A1 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to imaging elements and imaging devices.
  • An imaging device having pixels in which a common on-chip lens (microlens) is arranged for a plurality of photoelectric conversion units is used (see Patent Document 1, for example).
  • a plurality of photoelectric conversion units are divided into two, and an image signal is generated based on each of the divided photoelectric conversion units, thereby detecting an image plane phase difference obtained by pupil-dividing the subject image. .
  • This image plane phase difference makes it possible to detect the focal position of the object.
  • the common on-chip lens may be displaced with respect to the multiple photoelectric conversion units.
  • a difference occurs in the amount of light incident on each of the plurality of photoelectric conversion units, and a difference occurs in the sensitivity of each pixel.
  • the charge in the photoelectric conversion unit reaches the saturation charge amount in a relatively short time.
  • the saturated charge amount is the charge amount that can be stored in the photoelectric conversion unit during the exposure period.
  • the charge in the photoelectric conversion portion reaches the saturation charge amount, the charge overflows from the photoelectric conversion portion.
  • charges overflowing from the photoelectric conversion portion are discharged outside the pixel.
  • the present disclosure proposes an imaging device and an imaging device that maintain the linearity of an image signal with respect to the amount of incident light in an imaging device in which an on-chip lens is commonly arranged for a plurality of photoelectric conversion units.
  • the imaging device of the present disclosure includes pixels, photoelectric conversion unit connection units, charge holding units, multiple charge transfer units, image signal generation units, and on-chip lenses.
  • a pixel includes a plurality of photoelectric conversion units that are formed on a semiconductor substrate on which a wiring region is arranged on the surface side and that perform photoelectric conversion of incident light from a subject to generate charges.
  • the photoelectric conversion section connection section connects the plurality of photoelectric conversion sections.
  • the charge holding unit holds the generated charge.
  • a plurality of charge transfer units are arranged for each of the plurality of photoelectric conversion units, and transfer charges generated by the photoelectric conversion units to the charge holding unit to hold the charges.
  • the image signal generator generates an image signal based on the held charges.
  • the on-chip lens is arranged in the pixel and commonly collects the incident light to the plurality of photoelectric conversion units.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a pixel according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 3 is a plan view showing an arrangement example of pixels according to the embodiment of the present disclosure
  • 4 is a plan view showing an example of image signal generation according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 7 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to the second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a third embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a fourth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a plan view showing another configuration example of a pixel according to the fourth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to a fifth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to a sixth embodiment of the present disclosure
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to a seventh embodiment of the present disclosure
  • 1 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit; 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system; FIG. 3 is a block diagram showing an example of functional configurations of a camera head and a CCU; FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the imaging device 1 of this example has a pixel region (so-called imaging region) 3 in which pixels 100 each including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate 11, such as a silicon substrate. and a peripheral circuit section.
  • the pixel 100 has a photoelectric conversion element such as a photodiode and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors).
  • the plurality of pixel transistors can be composed of, for example, three transistors: a transfer transistor (charge transfer section, which will be described later), a reset transistor, and an amplification transistor. In addition, it is also possible to configure four transistors by adding a selection transistor.
  • Pixel 100 can also be a shared pixel structure. This pixel-sharing structure is composed of a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one shared floating diffusion region, and one shared pixel transistor each.
  • the peripheral circuit section includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.
  • the control circuit 8 receives an input clock and data instructing an operation mode, etc., and outputs data such as internal information of the imaging device. That is, the control circuit 8 generates a clock signal and a control signal that serve as a reference for the operation of the vertical driving circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal driving circuit 6, etc. based on the vertical synchronizing signal, the horizontal synchronizing signal, and the master clock. do. These signals are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
  • the vertical drive circuit 4 is composed of, for example, a shift register, selects the pixel drive wiring 13, supplies a pulse for driving the pixels to the selected pixel drive wiring, and drives the pixels row by row. That is, the vertical driving circuit 4 sequentially selectively scans each pixel 100 in the pixel region 3 in the vertical direction on a row-by-row basis. A pixel signal based on the generated signal charge is supplied to the column signal processing circuit 5 .
  • the column signal processing circuit 5 is arranged, for example, for each column of the pixels 100, and performs signal processing such as noise removal on the signals output from the pixels 100 of one row for each pixel column. That is, the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) for removing fixed pattern noise unique to the pixels 100, signal amplification, and AD conversion.
  • a horizontal selection switch (not shown) is connected between the horizontal signal line 10 and the output stage of the column signal processing circuit 5 .
  • the horizontal driving circuit 6 is composed of, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in turn, and outputs pixel signals from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. output to 10.
  • the output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10 and outputs the processed signals. For example, only buffering may be performed, or black level adjustment, column variation correction, and various digital signal processing may be performed.
  • the input/output terminal 12 exchanges signals with the outside.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a pixel according to an embodiment of the present disclosure; This figure is a circuit diagram showing a configuration example of the pixel 100 .
  • the image signal generator 120 includes a reset transistor 121 , an amplification transistor 122 and a selection transistor 123 .
  • the photoelectric conversion units 101-104 can be configured by photodiodes.
  • the MOS transistors 111-114, the charge transfer units 105-108, the reset transistor 121, the amplification transistor 122 and the selection transistor 123 can be configured by n-channel MOS transistors.
  • the drain-source can be made conductive by applying a voltage exceeding the threshold of the gate-source voltage Vgs to the gate.
  • a voltage exceeding the threshold of the gate-source voltage Vgs is hereinafter referred to as an on-voltage.
  • a control signal including this on-voltage is called an on-signal.
  • a control signal is transmitted by a signal line TG1 or the like.
  • the pixel driving wiring 13 and the vertical signal line 9 are wired to the pixel 100 .
  • the pixel drive wiring 13 in the figure includes a signal line SC, a signal line TG1, a signal line TG2, a signal line TG3, a signal line TG4, a signal line RST, and a signal line SEL.
  • the vertical signal lines 9 also include the signal lines VO.
  • the pixel 100 is wired with a power line Vdd.
  • the power supply line Vdd is a wiring that supplies power to the pixels 100 .
  • the anode of photoelectric conversion unit 101 is grounded, and the cathode is connected to the source of charge transfer unit 105 .
  • the anode of photoelectric conversion unit 102 is grounded, and the cathode is connected to the source of charge transfer unit 106 .
  • the photoelectric conversion unit 103 has an anode grounded and a cathode connected to the source of the charge transfer unit 107 .
  • the photoelectric conversion unit 104 has an anode grounded and a cathode connected to the source of the charge transfer unit 108 .
  • the drain of the charge transfer unit 105 is connected to the drain of the charge transfer unit 106, the drain of the charge transfer unit 107, the drain of the charge transfer unit 108, the source of the reset transistor 121, the gate of the amplification transistor 122, and one end of the charge holding unit 109. be. Another end of the charge holding unit 109 is grounded.
  • the drain of the reset transistor 121 and the drain of the amplification transistor 122 are connected to the power supply line Vdd.
  • the source of the amplification transistor 122 is connected to the drain of the selection transistor 123, and the source of the selection transistor 123 is connected to the signal line VO.
  • the gate of the charge transfer section 105 is connected to the signal line TG1, and the gate of the charge transfer section 106 is connected to the signal line TG2.
  • a gate of the charge transfer section 107 is connected to the signal line TG3, and a gate of the charge transfer section 108 is connected to the signal line TG4.
  • a gate of the reset transistor 121 is connected to the signal line RST, and a gate of the select transistor 123 is connected to the signal line SEL.
  • the cathode of photoelectric conversion unit 101 is further connected to the source of MOS transistor 111 .
  • the cathode of photoelectric conversion unit 102 is further connected to the source of MOS transistor 112 .
  • the cathode of photoelectric conversion unit 103 is further connected to the source of MOS transistor 113 .
  • the cathode of photoelectric conversion unit 104 is further connected to the source of MOS transistor 114 .
  • the drains of MOS transistors 111, 112, 113 and 114 are connected together. Gates of the MOS transistors 111, 112, 113 and 114 are commonly connected to the signal line SC.
  • the drains and sources of the MOS transistors 111-114 are described separately, but the MOS transistors 111-114 can transfer charges in both directions without distinguishing between the drains and the sources.
  • the photoelectric conversion units 101-104 perform photoelectric conversion of incident light.
  • the photoelectric conversion units 101-104 can be composed of photodiodes formed on a semiconductor substrate 130, which will be described later.
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 perform photoelectric conversion of incident light during an exposure period and hold charges generated by the photoelectric conversion.
  • the charge holding unit 109 holds charges generated by the photoelectric conversion units 101-104.
  • the charge holding portion 109 can be configured by a floating diffusion region (FD: Floating Diffusion), which is a semiconductor region formed in the semiconductor substrate 130 .
  • FD floating diffusion region
  • the charge transfer units 105-108 transfer charges.
  • the charge transfer unit 105 transfers charges generated by photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit 101 to the charge holding unit 109, and the charge transfer unit 106 transfers charges generated by photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit 102 to the charge holding unit 109. do.
  • the charge transfer unit 107 transfers the charge generated by photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit 103 to the charge holding unit 109, and the charge transfer unit 108 transfers the charge generated by the photoelectric conversion of the photoelectric conversion unit 104 to the charge holding unit 109.
  • transfer to The charge transfer unit 105 and the like transfer charges by establishing electrical continuity between the photoelectric conversion unit 101 and the like and the charge holding unit 109 .
  • Control signals for the charge transfer units 105-108 are transmitted by signal lines TG1-TG4, respectively.
  • the image signal generation unit 120 generates an image signal based on the charges held in the charge holding unit 109 .
  • the image signal generator 120 is configured with the reset transistor 121 , the amplification transistor 122 and the selection transistor 123 .
  • the reset transistor 121 resets the charge holding unit 109 . This reset can be performed by discharging the charge in the charge holding portion 109 by conducting between the charge holding portion 109 and the power supply line Vdd. A control signal for the reset transistor 121 is transmitted through a signal line RST.
  • the amplification transistor 122 amplifies the voltage of the charge holding section 109 .
  • a gate of the amplification transistor 122 is connected to the charge holding portion 109 . Therefore, an image signal is generated at the source of the amplification transistor 122 with a voltage corresponding to the charge held in the charge holding portion 109 .
  • the selection transistor 123 By turning on the selection transistor 123, the image signal can be output to the signal line VO.
  • a control signal for the select transistor 123 is transmitted by a signal line SEL.
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 perform photoelectric conversion of incident light during the exposure period to generate charges and store them in themselves. After the exposure period has elapsed, the charges of the photoelectric conversion units 101 to 104 are transferred to and held by the charge holding unit 109 by the charge transfer units 105 to 108 . An image signal is generated by the image signal generator 120 based on the held charges.
  • the charge transfer units 105 to 108 commonly transfer the charges generated by the photoelectric conversion units 101 to 104 respectively to the charge holding unit 109, and collect the charges generated by the photoelectric conversion units 101 to 104 in the charge holding unit 109 at the same time. It is possible to perform batch transfer that holds the In this case, the image signal generation unit 120 generates an image signal based on charges obtained by adding the charges generated by the photoelectric conversion units 101 to 104 respectively. Further, the charge transfer units 105 to 108 perform individual transfer to individually transfer charges generated by the photoelectric conversion units 101 to 104 to the charge holding unit 109 . In this case, the image signal generation unit 120 generates an image signal each time the charges of the photoelectric conversion units 101 to 104 are transferred to the charge holding unit 109 . As a result, four image signals corresponding to each of the photoelectric conversion units 101-104 are generated.
  • the photoelectric conversion section connection section 110 connects the photoelectric conversion sections 101 to 104 together.
  • the photoelectric conversion section connection section 110 can be composed of a single element.
  • the operation of the photoelectric conversion section connecting section 110 will be explained using the circuit of the MOS transistors 111-114.
  • MOS transistors 111-114 When a turn-on voltage is applied from signal line SC to the gates of MOS transistors 111-114, MOS transistors 111-114 are rendered conductive. Thereby, the cathodes of the photoelectric conversion units 101 to 104 are connected to each other. Then, the charges accumulated in the respective photoelectric conversion units 101-104 are evenly distributed to the photoelectric conversion units 101-104. Even if the charge amounts generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion units 101 to 104 are different, the charge amounts retained in the photoelectric conversion units 101 to 104 can be made uniform.
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 are preferably connected to each other by the photoelectric conversion unit connection unit 110 when the charges to be collectively transferred by the charge transfer units 105 to 108 are generated. This is because even if the photoelectric conversion units 101 to 104 have different sensitivities and the accumulated charges in some of the photoelectric conversion units 101 to 104 reach the saturation charge amount, the charge overflow can be prevented.
  • FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. This figure is a plan view showing a configuration example of the pixel 100 .
  • photoelectric conversion units 101 to 104 are arranged in two rows and two columns.
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 in FIG. 1 represent semiconductor regions formed on the semiconductor substrate 130 .
  • Charge transfer units 105 to 108 are arranged at positions overlapping the photoelectric conversion units 101 to 104, respectively.
  • the charge transfer portions 105-108 in the figure represent the gate electrodes of the respective MOS transistors.
  • a charge holding portion 109 is arranged adjacent to the charge transfer portions 105-108.
  • Charge holding portions 109a and 109b are arranged in the pixel 100 in the figure.
  • the charge holding portion 109a is arranged between the charge transfer portions 105 and 106, and the charge holding portion 109b is arranged between the charge transfer portions 107 and .
  • These charge holding portions 109a and 109b are connected by a wiring 163 which will be described later.
  • This wiring 163 is a wiring that connects the charge holding units 109 a and 109 b and the image signal generating unit 120 .
  • the photoelectric conversion unit connection unit 110 is arranged in the central portion of the pixel 100 .
  • the photoelectric conversion section connection section 110 is configured in a shape adjacent to each of the photoelectric conversion sections 101 to 104 .
  • a photoelectric conversion unit connection portion 110 in the figure represents a gate electrode.
  • a wiring 162 is connected to the gate electrode of the photoelectric conversion unit connection unit 110 .
  • This wiring 162 is a wiring corresponding to the signal line SC described in FIG.
  • the image signal generator 120 is divided and arranged above and below the pixel 100 .
  • the image signal generation unit 120 above the pixel 100 is provided with a circuit of an amplification transistor 122 and a selection transistor 123
  • the image signal generation unit 120 below the pixel 100 is provided with a circuit of a reset transistor 121 .
  • a pixel separating unit 171 which will be described later, is arranged at the boundary of the pixel 100.
  • FIG. An intra-pixel separation unit 172 which will be described later, is arranged between the photoelectric conversion units 101 to 104 in the pixel 100.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to the first embodiment of the present disclosure.
  • This figure is a cross-sectional view showing a configuration example of the pixel 100, and is a cross-sectional view taken along line aa' in FIG.
  • the pixel 100 shown in FIG. and an on-chip lens 194 is further described in the figure.
  • the semiconductor substrate 130 is a semiconductor substrate on which the diffusion layers of the elements of the pixel 100 are arranged.
  • the semiconductor substrate 130 can be made of silicon (Si), for example.
  • Elements such as the photoelectric conversion unit 101 can be arranged in a well region formed in the semiconductor substrate 130 .
  • the semiconductor substrate 130 in the figure is configured as a p-type well region. By arranging an n-type or p-type semiconductor region in this well region, a diffusion layer of the device can be formed.
  • photoelectric conversion units 101 and 104, charge transfer units 105 and 108, charge holding units 109a and 109b, and a photoelectric conversion unit connection unit 110 are shown.
  • the photoelectric conversion unit 101 is composed of an n-type semiconductor region 141 .
  • a photodiode with a pn junction at the interface between the n-type semiconductor region 141 and the surrounding p-type well region corresponds to the photoelectric conversion unit 101 .
  • the photoelectric conversion unit 104 is composed of an n-type semiconductor region 142 . Charges generated by photoelectric conversion of the photoelectric conversion units 101 and 104 during the exposure period are accumulated in the n-type semiconductor regions 141 and 142 .
  • n-type semiconductor regions 143 and 144 forming the charge holding portions 109a and 109b are arranged on the surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • An intra-pixel separation unit 172 is arranged between the photoelectric conversion units 101 and 104 .
  • the in-pixel isolation portion 172 electrically isolates the n-type semiconductor regions 141 and 142 forming the photoelectric conversion portions 101 and 104 .
  • the intra-pixel separation portion 172 can be configured by, for example, an insulating member embedded in a groove portion 178 formed in the semiconductor substrate 130 . Silicon oxide (SiO 2 ) can be used for this insulating member.
  • the groove portion 178 is a groove portion formed from the back surface side of the semiconductor substrate 130 , and is a groove portion configured so that the bottom reaches near the front surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • a pixel separating portion 171 is arranged at the boundary of the pixels 100 of the semiconductor substrate 130 .
  • the pixel separating section 171 electrically separates adjacent pixels 100 from each other.
  • the pixel separation section 171 can be configured by, for example, an insulating member embedded in a groove section 179 formed in the semiconductor substrate 130 .
  • SiO 2 can be used for this insulating member.
  • the groove portion 179 is a groove portion formed from the back surface side of the semiconductor substrate 130 similarly to the groove portion 178 , and is a groove portion configured so that the bottom reaches near the front surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • the insulating film 159 is a film that insulates the surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • This insulating film 159 can be made of SiO 2 or silicon nitride (SiN).
  • Gate electrodes 151 and 152 are arranged on the surface side of the semiconductor substrate 130 . Gate electrodes 151 and 152 form the gates of charge transfer portions 105 and 108, respectively. These gate electrodes 151 and 152 are formed in a shape partially embedded in the semiconductor substrate 130 .
  • the gate electrode 151 is configured such that its bottom portion is adjacent to the n-type semiconductor region 141 forming the photoelectric conversion portion 101, and its side portion is adjacent to the n-type semiconductor region 143 forming the charge holding portion 109a. be done.
  • a channel is formed in the semiconductor substrate 130 in the vicinity of the gate electrode 151. FIG. This channel brings the photoelectric conversion portion 101 and the charge holding portion 109a into a conductive state, so that charges can be transferred. In this manner, the charge transfer section 105 transfers charges in the thickness direction of the semiconductor substrate 130 .
  • the gate electrode 152 is also formed into a shape partially embedded in the semiconductor substrate 130 in the same manner as the gate electrode 151 .
  • Gate electrodes 151 and 152 can be made of polycrystalline silicon. Note that the insulating film 159 between the gate electrodes 151 and 152 and the semiconductor substrate 130 forms a gate insulating film.
  • the charge holding units 109 a and 109 b are commonly connected to the input of the image signal generating unit 120 .
  • the wiring region 160 is arranged on the surface side of the semiconductor substrate 130 and is a region where the wiring of the pixels 100 is arranged.
  • the wiring region 160 includes wiring 162 and an insulating layer 161 .
  • the wiring 162 transmits signals and the like of the elements of the pixel 100 .
  • This wiring 162 can be made of a conductor such as copper (Cu) or tungsten (W).
  • the insulating layer 161 insulates the wiring 162 and the like.
  • This insulating layer 161 can be made of, for example, SiO 2 .
  • a wiring 162 in the figure represents a wiring connected to a gate electrode 153 which will be described later.
  • a contact plug 169 can connect between the wiring 162 and the gate electrode 153 .
  • the insulating film 191 insulates the back side of the semiconductor substrate 130 .
  • This insulating film 191 can be made of, for example, SiO 2 .
  • the color filter 192 is an optical filter that transmits light of a predetermined wavelength among incident light.
  • a color filter that transmits red light, green light and blue light can be used.
  • the light shielding film 193 is arranged at the boundary of the pixel 100 to shield incident light.
  • This light shielding film 193 can be made of tungsten. By arranging the light shielding film 193 , it is possible to shield the light that is obliquely incident from the adjacent pixels 100 .
  • the on-chip lens 194 is a lens that collects incident light. This on-chip lens 194 is configured in a hemispherical shape and converges incident light onto the photoelectric conversion units 101 and 102 .
  • the imaging element 1 in the figure is a back-illuminated imaging element in which the photoelectric conversion unit 101 and the like are irradiated with incident light from the back side of the semiconductor substrate 130 .
  • the photoelectric conversion section connection section 110 is composed of the semiconductor region 145 and the gate electrode 153 .
  • the semiconductor region 145 is arranged near the center of the pixel 100 on the surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • This semiconductor region 145 is a semiconductor region adjacent to the semiconductor regions 141 and 142 constituting the photoelectric conversion units 101 and 104, respectively.
  • the semiconductor region 145 is configured to have a conductivity type different from that of the semiconductor regions 141 and 142 .
  • a semiconductor region 145 in the figure can be configured as a p-type.
  • the gate electrode 153 has a shape partially embedded in the semiconductor substrate 130 , and has a bottom and side portions adjacent to the semiconductor region 145 .
  • This gate electrode 153 can be formed by forming an opening 158 on the surface side of the semiconductor substrate 130 and arranging polycrystalline silicon in this opening 158 .
  • An insulating film 159 forming a gate insulating film is also arranged between the gate electrode 153 and the semiconductor substrate 130 .
  • a channel is formed in the semiconductor region 145 when an on-voltage is applied to the gate electrode 153 .
  • This channel brings conduction between the semiconductor regions 141 and 142 forming the photoelectric conversion units 101 and 104 .
  • Charges are allowed to move between semiconductor regions 141 and 142 . If the amount of charge stored between the semiconductor regions 141 and 142 is different, a charge concentration gradient is formed. Since charges diffuse according to this concentration gradient, charges move from the semiconductor region in which more charges are accumulated to the other semiconductor region. As a result, the charges accumulated in the photoelectric conversion units 101-104 are evenly distributed to the photoelectric conversion units 101-104.
  • the gate electrode 153 in a shape embedded in the semiconductor substrate 130 , the area of the semiconductor region 145 that constitutes the photoelectric conversion section connecting portion 110 can be expanded in the thickness direction of the semiconductor substrate 130 . While preventing an increase in the area of the photoelectric conversion portion connection portion 110 in the plane direction of the semiconductor substrate 130, the region for forming the channel can be expanded.
  • FIG. 5 is a plan view showing an arrangement example of pixels according to the embodiment of the present disclosure.
  • This figure is a plan view showing an arrangement example of the pixels 100 . Rectangles inside the pixel 100 in the figure represent the photoelectric conversion units 101-104. Also, the circle inside the pixel 100 represents the on-chip lens. Also, “R”, “G” and “B” in FIG. "R”, “G” and “B” represent color filters 192 that transmit red, green and blue light, respectively.
  • This figure shows an example in which pixels 100 arranged in two rows and two columns are arranged in a Bayer array.
  • the pixel region 3 is configured by repeatedly arranging pixels 100 arranged in two rows and two columns in FIG. Note that the illustration of the image signal generator 120 is omitted in FIG.
  • the electric charges of the photoelectric conversion units 103 and 104 can be transferred to the photoelectric conversion units 101 and 102 by conducting the photoelectric conversion unit connection unit 110 . It is possible to prevent electric charges from overflowing from the photoelectric conversion units 103 and 104 and maintain the linearity of the image signal.
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 can be divided horizontally in the figure to form a group of photoelectric conversion units 101 and 102 and a group of photoelectric conversion units 103 and 104 .
  • the charges generated by the photoelectric conversion units 101 and 102 are added to generate an image signal
  • the charges generated by the photoelectric conversion units 103 and 104 are added to generate an image signal.
  • Each image signal generated by dividing the photoelectric conversion unit of the pixel 100 into two regions (groups) in this way is called a phase difference signal. From this phase difference signal, the image plane phase difference of the subject image can be detected.
  • An optical system such as an imaging lens is arranged on the subject side of the imaging device 1 .
  • the photoelectric conversion units 101 and 102 are irradiated with light that has passed through the right side of the imaging lens, and the photoelectric conversion units 103 and 104 are irradiated with light that has passed through the left side of the imaging lens.
  • a method of dividing the photoelectric conversion portion of the pixel 100 into two regions and generating respective image signals is called pupil division.
  • the focal position of the imaging lens can be detected by detecting the deviation of the image formed for each divided phase difference signal. Autofocus can be performed by moving the imaging lens in the optical axis direction based on the detected focal position.
  • Pupil division can also be performed by dividing the photoelectric conversion units 101 to 104 in the vertical direction of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing an example of image signal generation according to the embodiment of the present disclosure.
  • This figure is a timing chart showing an example of image signal generation.
  • "RST”, “SEL”, “TG1”, “TG2”, “TG3”, “TG4" and “SC” respectively indicate signal line RST, signal line SEL, signal line TG1, signal line TG2, Control signals transmitted by the signal line TG3, the signal line TG4 and the signal line SC are represented.
  • the value "1" portion of these binarized control signals represents the aforementioned on-voltage signal.
  • the dashed line in the figure represents the level of 0V.
  • "VO" in the figure represents the image signal of the signal line VO.
  • control signal in the figure represents an example of a control signal for applying a voltage of 0 V when turning off the MOS transistor to be controlled.
  • a different voltage eg, -1V, can be applied to the signal voltage that turns off the MOS transistor.
  • the value "0" is applied to the signal line RST, the signal line SEL, the signal line TG1, the signal line TG2, the signal line TG3, the signal line TG4 and the signal line SC.
  • the first half (T1 to T11) of the figure represents the generation of image signals by individual transfer, and the latter half (T12 to T18) of the same figure represents the generation of image signals by batch transfer.
  • an ON signal is applied to the signal line RST, the signal line TG1, the signal line TG2, the signal line TG3, and the signal line TG4.
  • the reset transistor 121 and the charge transfer units 105 to 108 become conductive, and the photoelectric conversion units 101 to 104 and the charge holding unit 109 are reset.
  • an ON signal is applied to the signal line SEL.
  • Application of the ON signal to the signal line SEL continues until image signals based on the charges of the photoelectric conversion units 101-104 are output.
  • an ON signal is applied to the signal line TG1.
  • the charge transfer unit 105 becomes conductive, and the charges accumulated in the photoelectric conversion unit 101 are transferred to the charge holding unit 109 .
  • an ON signal is applied to the signal line TG2.
  • the charge transfer unit 106 becomes conductive, and the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 102 is transferred to the charge holding unit 109 .
  • image signals can be generated by individual transfer.
  • a mode for generating an image signal by batch transfer of charges will be described.
  • an ON signal is applied to the signal line RST, signal line TG1, signal line TG2, signal line TG3, and signal line TG4.
  • the reset transistor 121 and the charge transfer units 105 to 108 become conductive, and the photoelectric conversion units 101 to 104 and the charge holding unit 109 are reset.
  • an ON signal is applied to the signal line SEL.
  • the application of the ON signal to the signal line SEL continues until the image signal of the pixel 100 is output.
  • an ON signal is applied to the signal line RST, and the charge holding unit 109 is reset.
  • the exposure period ends.
  • ON signals are applied to the signal lines TG1, TG2, TG3 and TG4.
  • the charge transfer units 105 to 108 become conductive, and the charges accumulated in the photoelectric conversion units 101 to 104 are transferred to the charge holding unit 109 (collective transfer).
  • the imaging device 1 of the first embodiment of the present disclosure includes the photoelectric conversion unit connection unit 110 in the pixel 100, and connects the photoelectric conversion units 101 to 104 to each other.
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 reach the saturation charge amount, charge overflow can be prevented, and the linearity of the image signal with respect to the amount of incident light can be maintained.
  • the imaging device 1 of the first embodiment described above has an image signal generator 120 for each pixel 100 .
  • the image sensor 1 of the second embodiment of the present disclosure differs from the above-described first embodiment in that each pixel 100 includes a plurality of image signal generators 120 .
  • FIG. 7 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to the second embodiment of the present disclosure.
  • This figure like FIG. 3, is a plan view showing a configuration example of the pixel 100.
  • a pixel 100 in FIG. 3 differs from the pixel 100 in FIG. 3 in that it includes two image signal generators 120 .
  • a pixel 100 in the figure includes image signal generators 120a and 120b.
  • the image signal generation unit 120a includes a reset transistor 121a, an amplification transistor 122a, and a selection transistor 123a, and is arranged adjacent to the lower left of the pixel 100 in FIG.
  • the image signal generation unit 120a is connected to the charge holding unit 109a through the wiring 163a.
  • the image signal generation unit 120b includes a reset transistor 121b, an amplification transistor 122b, and a selection transistor 123b, and is arranged adjacent to the upper right of the pixel 100 in FIG.
  • the image signal generation unit 120b is connected to the charge holding unit 109b through the wiring 163b.
  • image signals based on the charges held in the charge holding units 109a and 109b can be generated at the same time.
  • image signals are generated by individual transfer, or when phase difference signals are generated by dividing into the photoelectric conversion units 101 and 102 and the photoelectric conversion units 103 and 104, the time required for signal generation can be shortened. .
  • the configuration of the imaging device 1 other than this is the same as the configuration of the imaging device 1 in the first embodiment of the present disclosure, the description is omitted.
  • the imaging device 1 of the second embodiment of the present disclosure includes a plurality of image signal generators 120. As a result, it is possible to shorten the time required to generate an image signal or the like.
  • the image signal generation section 120 is divided above and below the pixel 100 and arranged.
  • the image sensor 1 of the third embodiment of the present disclosure differs from the above-described first embodiment in that the image signal generator 120 is arranged along two adjacent sides of the pixel 100 .
  • FIG. 8 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to the third embodiment of the present disclosure; This figure, like FIG. 3, is a plan view showing a configuration example of the pixel 100. As shown in FIG. The pixel 100 in FIG. 3 is different from the pixel 100 in FIG. 3 in that the image signal generator 120 is arranged along two adjacent sides of the pixel 100 of the pixel 100 .
  • the image signal generator 120 in the figure is arranged adjacent to the upper surface and the right side of the pixel 100 in the figure. Therefore, the length of the wiring 163 connected to the charge holding portion 109 can be shortened. For example, in the pixel 100 of FIG. 1, the length of the wiring 163 connecting the charge holding portion 109b and the reset transistor 121 is shortened. Since the length of the wiring 163 is shortened, the parasitic capacitance of the wiring 163 can be reduced. This can prevent a decrease in sensitivity.
  • the configuration of the imaging device 1 other than this is the same as the configuration of the imaging device 1 in the first embodiment of the present disclosure, the description is omitted.
  • the image signal generation unit 120 is arranged at one location, so the length of the wiring 163 connected to the charge holding unit 109 can be shortened. . It is possible to prevent a decrease in sensitivity during image signal generation.
  • the photoelectric conversion section connection section 110 is arranged in the center of the pixel 100 .
  • the imaging device 1 of the fourth embodiment of the present disclosure differs from the first embodiment described above in that the charge holding unit 109 is arranged in the center of the pixel 100 .
  • FIG. 9 is a plan view showing a configuration example of a pixel according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • This figure, like FIG. 3, is a plan view showing a configuration example of the pixel 100.
  • the charge holding portion 109 is arranged in the center of the pixel 100, and the four divided photoelectric conversion portion connection portions 110 are arranged between the photoelectric conversion portions. Different from pixel 100 .
  • a single charge holding portion 109 is arranged in the central portion of the pixel 100 .
  • Charge transfer sections 105 to 108 are arranged adjacent to the charge holding section 109 .
  • a wiring 163 is connected to the charge holding portion 109 . Since this wiring 163 is wired to the single charge holding portion 109, its length can be shortened.
  • the pixel 100 in the figure includes photoelectric conversion unit connection portions 110a, 110b, 110c, and 110d.
  • the photoelectric conversion unit connection unit 110 a is arranged between the photoelectric conversion units 101 and 103 and connects the photoelectric conversion units 101 and 103 .
  • the photoelectric conversion unit connection unit 110 b is arranged between the photoelectric conversion units 103 and 104 and connects the photoelectric conversion units 103 and 104 .
  • the photoelectric conversion unit connecting portion 110 c is arranged between the photoelectric conversion units 104 and 102 and connects the photoelectric conversion units 104 and 102 .
  • the photoelectric conversion unit connection unit 110 d is arranged between the photoelectric conversion units 102 and 101 and connects the photoelectric conversion units 102 and 101 .
  • the photoelectric conversion section connection sections 110a, 110b, 110c, and 110d each include a gate electrode 153 (illustrated).
  • the photoelectric conversion units 101 to 104 can be connected to each other by applying an ON signal to these gate electrodes 153 to make the photoelectric conversion unit connection units 110a, 110b, 110c, and 110d conductive.
  • a wiring 162b is connected to the photoelectric conversion section connection sections 110a and 110d.
  • a wiring 162a is connected to the photoelectric conversion section connection sections 110b and 110c.
  • FIG. 10 is a plan view showing another configuration example of pixels according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • This figure like FIG. 9, is a plan view showing a configuration example of the pixel 100.
  • the photoelectric conversion section connection sections 110a to 110d in the figure are different from the pixel 100 in FIG.
  • the configuration of the imaging device 1 other than this is the same as the configuration of the imaging device 1 in the first embodiment of the present disclosure, the description is omitted.
  • the imaging device 1 since the single charge holding portion 109 is arranged in the central portion of the pixel 100, the length of the wiring 163 connected to the charge holding portion 109 is set to can be shortened. It is possible to prevent a decrease in sensitivity during image signal generation.
  • the pixel separation section 171 is arranged at the boundary between the pixels 100 .
  • the imaging element 1 of the fifth embodiment of the present disclosure is different from the above-described first embodiment in that the pixel separation portion 173 having a shape penetrating the semiconductor substrate 130 is arranged at the boundary between the pixels 100. different.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to the fifth embodiment of the present disclosure. Similar to FIG. 4, this figure is a cross-sectional view showing a configuration example of the pixel 100. As shown in FIG. A pixel 100 in FIG. 4 differs from the pixel 100 in FIG. 4 in that a pixel separation section 173 is provided instead of the pixel separation section 171 .
  • the pixel separation portion 173 is a separation portion formed in a shape penetrating the semiconductor substrate 130 .
  • the pixel separating portion 173 can be configured by embedding an insulating member in a groove portion 177 having a shape penetrating the semiconductor substrate 130 .
  • the groove portion 177 is a groove portion formed from the surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • the configuration of the imaging device 1 other than this is the same as the configuration of the imaging device 1 in the first embodiment of the present disclosure, the description is omitted.
  • the pixel separation section 173 having a shape penetrating the semiconductor substrate 130 is arranged at the boundary between the pixels 100 . Thereby, the separation ability of the pixel 100 can be improved.
  • the photoelectric conversion section connection section 110 is arranged on the surface side of the pixel 100 .
  • the imaging element 1 of the sixth embodiment of the present disclosure differs from the above-described first embodiment in that the photoelectric conversion section connection section is arranged on the back side of the pixel 100 .
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to the sixth embodiment of the present disclosure. Similar to FIG. 4, this figure is a cross-sectional view showing a configuration example of the pixel 100. As shown in FIG. The pixel 100 in FIG. 4 has a photoelectric conversion portion connection portion 119 instead of the photoelectric conversion portion connection portion 110, and the charge holding portion 109 is arranged at the center of the surface side of the semiconductor substrate 130, which is different from the pixel in FIG. Different from 100.
  • the photoelectric conversion section connection section 119 is arranged on the back side of the semiconductor substrate 130 . Also, the semiconductor region 145 in the same drawing is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 130 .
  • the photoelectric conversion section connection section 119 in the same drawing includes a gate electrode 154 .
  • the gate electrode 154 can be formed by embedding a conductive material such as polycrystalline silicon in a trench 157 formed from the back side of the semiconductor substrate 130 .
  • the gate electrode 154 can be extended in the thickness direction of the semiconductor substrate 130 by forming the trench 157 to the same depth as the trench 178 in FIG.
  • the semiconductor region 145 can be expanded, and the region of the photoelectric conversion unit connection portion 119 can be widened.
  • the charge holding portion 109 in FIG. This semiconductor region 143 is arranged adjacent to the gate electrodes 151 and 152 of the charge transfer portions 105 and 108 . In this manner, by arranging the charge holding portion 109 commonly connected to the charge transfer portions 105 to 108 at a position overlapping the photoelectric conversion portion connection portion 110 on the surface side of the semiconductor substrate 130, Arranged elements can be reduced.
  • the wiring configuration of the wiring region 160 can be simplified.
  • the photoelectric conversion section connection section 119 is arranged on the back side of the semiconductor substrate 130 , the wiring of the gate electrode 154 of the photoelectric conversion section connection section 119 is required on the back side of the semiconductor substrate 130 .
  • This wiring can be performed by the light shielding film 193 .
  • the light shielding film 193 shown in the figure is also arranged at a position adjacent to the gate electrode 154 of the photoelectric conversion section connection section 110 .
  • the light shielding film 193 can be made of tungsten. That is, since the light shielding film 193 is made of a conductor, the light shielding film 193 can be used as the signal line SC described with reference to FIG.
  • FIG. 13A-13D are plan views showing configuration examples of pixels according to the sixth embodiment of the present disclosure.
  • 13A-13D are plan views showing configuration examples of the back side of the pixel 100.
  • FIG. 13A-13D are plan views showing configuration examples of the back side of the pixel 100.
  • FIG. 13A is a diagram showing an example in which the light shielding film 193 is arranged on the boundary of the pixel 100 and further arranged on the boundary region of the photoelectric conversion units 101 to 104.
  • FIG. A light-shielding film 193 arranged in a boundary region between the photoelectric conversion units 101 to 104 can be connected to the gate electrode 154 described above.
  • FIG. 13B is a diagram showing an example in which the light shielding film 193 arranged in the boundary area between the photoelectric conversion units 101-104 is reduced to one.
  • the area of the light shielding film 193 arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 130 can be reduced, and the decrease in the amount of incident light to the pixels 100 can be reduced.
  • FIG. 13C is a diagram showing an example of connecting the light shielding film 193 at the boundary of the pixel 100 and the photoelectric conversion section connecting portion 119 by the wiring 182 made of a transparent conductive film. Since wiring is performed using a transparent conductive film, a decrease in the amount of light incident on the pixel 100 can be further reduced.
  • FIG. 13D is a diagram showing an example in which the wiring 182 arranged in the boundary area between the photoelectric conversion units 101 to 104 is reduced to one. A decrease in the amount of light incident on the pixel 100 can be further reduced.
  • the light shielding film 193 shown in FIG. This through via can be arranged in a region outside the pixel region 3 described in FIG.
  • the configuration of the imaging device 1 other than this is the same as the configuration of the imaging device 1 in the first embodiment of the present disclosure, the description is omitted.
  • the imaging device 1 by arranging the photoelectric conversion portion connection portion 119 on the back surface side of the semiconductor substrate 130, the area of the photoelectric conversion portion connection portion 119 can be widened. can.
  • the arrangement of elements on the surface side of the semiconductor substrate 130 and the wiring configuration of the wiring region 160 can be simplified.
  • the photoelectric conversion section connection section 110 is arranged on the surface side of the pixel 100 .
  • the imaging device 1 of the seventh embodiment of the present disclosure differs from the above-described first embodiment in that a photoelectric conversion section connection section 119 is further arranged on the back side of the pixel 100 .
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration example of a pixel according to the seventh embodiment of the present disclosure. Similar to FIG. 4, this figure is a cross-sectional view showing a configuration example of the pixel 100. As shown in FIG. The pixel 100 in FIG. 4 is different from the pixel 100 in FIG. 4 in that the photoelectric converter connection portion 119 described in FIG. different.
  • a semiconductor region 145 in the figure is configured in a shape extending from the vicinity of the front surface side of the semiconductor substrate 130 to the rear surface side.
  • the semiconductor region 145 can be further expanded, and the region of the photoelectric conversion section connection portion 119 can be widened.
  • the configuration of the imaging device 1 other than this is the same as the configuration of the imaging device 1 in the first embodiment of the present disclosure, the description is omitted.
  • the imaging device 1 of the seventh embodiment of the present disclosure by arranging the photoelectric conversion section connection sections 119 and 110 on both surfaces of the semiconductor substrate 130, the area of the photoelectric conversion section connection section 119 can be widened. can be done.
  • the imaging device 1 as described above can be applied to various electronic devices such as imaging systems such as digital still cameras and digital video cameras, mobile phones with imaging functions, and other devices with imaging functions. can be done.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
  • an imaging device 701 includes an optical system 702, an imaging device 703, and a DSP (Digital Signal Processor) 704. , a recording device 709, and a power supply system 710 are connected, and can capture still images and moving images.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the optical system 702 is configured with one or more lenses, guides image light (incident light) from the subject to the imaging element 703, and forms an image on the light receiving surface (sensor section) of the imaging element 703.
  • the image pickup device 703 As the image pickup device 703, the image pickup device 1 having any of the configuration examples described above is applied. Electrons are accumulated in the imaging element 703 for a certain period of time according to the image formed on the light receiving surface via the optical system 702 . A signal corresponding to the electrons accumulated in the image sensor 703 is input to the DSP 704 .
  • the DSP 704 performs various signal processing on the signal from the image sensor 703 to obtain an image, and temporarily stores the image data in the memory 708 .
  • the image data stored in the memory 708 is recorded in the recording device 709 or supplied to the display device 705 to display the image.
  • An operation system 706 receives various operations by a user and supplies an operation signal to each block of the imaging apparatus 701 , and a power supply system 710 supplies electric power necessary for driving each block of the imaging apparatus 701 .
  • the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may
  • FIG. 16 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • a vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an exterior information detection unit 12030, an interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (Interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps.
  • body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 12000 is installed.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 .
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010 .
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 12100, for example.
  • An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in front of the vehicle 12100 .
  • Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 .
  • An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 .
  • the imaging unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment is mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 17 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.
  • automatic brake control including following stop control
  • automatic acceleration control including following start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 .
  • recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian.
  • the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the imaging device 1 in FIG. 1 can be applied to the imaging unit 12031 .
  • the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (this technology) according to the present disclosure can be applied.
  • FIG. 18 shows a state in which an operator (doctor) 11131 is performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000 .
  • an endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical instruments 11110 such as a pneumoperitoneum tube 11111 and an energy treatment instrument 11112, and a support arm device 11120 for supporting the endoscope 11100. , and a cart 11200 loaded with various devices for endoscopic surgery.
  • An endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101 whose distal end is inserted into the body cavity of a patient 11132 and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101 .
  • an endoscope 11100 configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel. good.
  • the tip of the lens barrel 11101 is provided with an opening into which the objective lens is fitted.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel 11101 by a light guide extending inside the lens barrel 11101, where it reaches the objective. Through the lens, the light is irradiated toward the observation object inside the body cavity of the patient 11132 .
  • the endoscope 11100 may be a straight scope, a perspective scope, or a side scope.
  • An optical system and an imaging element are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the observation target is focused on the imaging element by the optical system.
  • the imaging device photoelectrically converts the observation light to generate an electrical signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image.
  • the image signal is transmitted to a camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202 in an integrated manner. Further, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102 and performs various image processing such as development processing (demosaicing) for displaying an image based on the image signal.
  • CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 displays an image based on an image signal subjected to image processing by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201 .
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode), for example, and supplies the endoscope 11100 with irradiation light for imaging a surgical site or the like.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • LED light emitting diode
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204 .
  • the user inputs an instruction or the like to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100 .
  • the treatment instrument control device 11205 controls driving of the energy treatment instrument 11112 for tissue cauterization, incision, blood vessel sealing, or the like.
  • the pneumoperitoneum device 11206 inflates the body cavity of the patient 11132 for the purpose of securing the visual field of the endoscope 11100 and securing the operator's working space, and injects gas into the body cavity through the pneumoperitoneum tube 11111. send in.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information regarding surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information regarding surgery in various formats such as text, images, and graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the endoscope 11100 with irradiation light for photographing the surgical site can be composed of, for example, a white light source composed of an LED, a laser light source, or a combination thereof.
  • a white light source is configured by a combination of RGB laser light sources
  • the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. It can be carried out.
  • the observation target is irradiated with laser light from each of the RGB laser light sources in a time-division manner, and by controlling the drive of the imaging element of the camera head 11102 in synchronization with the irradiation timing, each of RGB can be handled. It is also possible to pick up images by time division. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter in the imaging device.
  • the driving of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light every predetermined time.
  • the drive of the imaging device of the camera head 11102 in synchronism with the timing of the change in the intensity of the light to obtain an image in a time-division manner and synthesizing the images, a high dynamic A range of images can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, the wavelength dependence of light absorption in body tissues is used to irradiate a narrower band of light than the irradiation light (i.e., white light) used during normal observation, thereby observing the mucosal surface layer.
  • irradiation light i.e., white light
  • Narrow Band Imaging in which a predetermined tissue such as a blood vessel is imaged with high contrast, is performed.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained from fluorescence generated by irradiation with excitation light.
  • the body tissue is irradiated with excitation light and the fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and the body tissue is examined.
  • a fluorescence image can be obtained by irradiating excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent.
  • the light source device 11203 can be configured to be able to supply narrowband light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 19 is a block diagram showing an example of functional configurations of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging section 11402, a drive section 11403, a communication section 11404, and a camera head control section 11405.
  • the CCU 11201 has a communication section 11411 , an image processing section 11412 and a control section 11413 .
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are communicably connected to each other via a transmission cable 11400 .
  • a lens unit 11401 is an optical system provided at a connection with the lens barrel 11101 . Observation light captured from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401 .
  • a lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the number of imaging elements constituting the imaging unit 11402 may be one (so-called single-plate type) or plural (so-called multi-plate type).
  • image signals corresponding to RGB may be generated by each image pickup element, and a color image may be obtained by synthesizing the image signals.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for respectively acquiring right-eye and left-eye image signals corresponding to 3D (dimensional) display.
  • the 3D display enables the operator 11131 to more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site.
  • a plurality of systems of lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102 .
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the drive unit 11403 is configured by an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under control from the camera head control unit 11405 . Thereby, the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be appropriately adjusted.
  • the communication unit 11404 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400 .
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling driving of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies it to the camera head control unit 11405 .
  • the control signal includes, for example, information to specify the frame rate of the captured image, information to specify the exposure value at the time of imaging, and/or information to specify the magnification and focus of the captured image. Contains information about conditions.
  • the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately designated by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. good.
  • the endoscope 11100 is equipped with so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls driving of the camera head 11102 based on the control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102 .
  • the communication unit 11411 receives image signals transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400 .
  • the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling driving of the camera head 11102 to the camera head 11102 .
  • Image signals and control signals can be transmitted by electric communication, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various types of image processing on the image signal, which is RAW data transmitted from the camera head 11102 .
  • the control unit 11413 performs various controls related to imaging of the surgical site and the like by the endoscope 11100 and display of the captured image obtained by imaging the surgical site and the like. For example, the control unit 11413 generates control signals for controlling driving of the camera head 11102 .
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display a captured image showing the surgical site and the like based on the image signal that has undergone image processing by the image processing unit 11412 .
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 detects the shape, color, and the like of the edges of objects included in the captured image, thereby detecting surgical instruments such as forceps, specific body parts, bleeding, mist during use of the energy treatment instrument 11112, and the like. can recognize.
  • the control unit 11413 may use the recognition result to display various types of surgical assistance information superimposed on the image of the surgical site. By superimposing and presenting the surgery support information to the operator 11131, the burden on the operator 11131 can be reduced and the operator 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • a transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable compatible with electrical signal communication, an optical fiber compatible with optical communication, or a composite cable of these.
  • wired communication is performed using the transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the endoscope 11100 and the imaging unit 11402 of the camera head 11102 among the configurations described above.
  • the imaging element 1 in FIG. 1 can be applied to the imaging unit 11402 .
  • the technology according to the present disclosure may also be applied to, for example, a microsurgery system.
  • a pixel including a plurality of photoelectric conversion units formed on a semiconductor substrate having a wiring region disposed on the surface side thereof and generating charges by performing photoelectric conversion of incident light from an object; a photoelectric conversion unit connection unit that connects the plurality of photoelectric conversion units; a charge holding unit that holds the generated charge; a plurality of charge transfer units arranged for each of the plurality of photoelectric conversion units and configured to transfer charges generated by the photoelectric conversion units to the charge holding unit and hold the charges; an image signal generation unit that generates an image signal based on the held charges; and an on-chip lens that is arranged in the pixel and commonly collects the incident light onto the plurality of photoelectric conversion units.
  • the plurality of charge transfer units transfer the charges respectively generated by the plurality of photoelectric conversion units to the charge holding unit in common, and collect the charges generated by the plurality of photoelectric conversion units in the charge holding unit at the same time.
  • the image pickup device according to (1) above which performs collective transfer for holding the charges in the respective photoelectric conversion units and individual transfer for individually transferring the charges generated by the plurality of photoelectric conversion units to the charge holding unit.
  • the plurality of charge transfer units divide the plurality of photoelectric conversion units into two groups, transfer charges for each group, and hold the charges in the charge holding unit;
  • the image signal generation unit further generates a phase difference signal for detecting an image plane phase difference by pupil-dividing the image of the subject in the division direction based on the charges held for each of the groups.
  • the imaging device according to any one of 1) to (3).
  • the imaging device according to any one of (1) to (4), wherein the photoelectric conversion section connection section connects the photoelectric conversion sections by forming a channel in a semiconductor region adjacent to the plurality of photoelectric conversion sections. . (6)
  • the photoelectric conversion section connection section includes the gate electrode embedded in the semiconductor substrate.
  • the plurality of photoelectric conversion units are arranged in two rows and two columns.
  • the incident light is applied to the rear surface side of the semiconductor substrate in the pixel.
  • the photoelectric conversion section connection section is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate.
  • the charge holding portion is arranged on the surface side of the semiconductor substrate and is arranged at a position overlapping with the photoelectric conversion portion connection portion in plan view.
  • the imaging device according to any one of (1) to (11) above, further comprising an intra-pixel separation section that separates the plurality of photoelectric conversion sections.
  • the imaging device according to any one of (1) to (12) above, further comprising a pixel separating section arranged at a boundary between the pixels.
  • the pixel separation section is configured by an insulating member embedded in a groove formed in the semiconductor substrate.
  • a pixel including a plurality of photoelectric conversion units formed on a semiconductor substrate having a wiring region disposed on the surface side thereof and generating charges by performing photoelectric conversion of incident light from an object; a photoelectric conversion unit connection unit that connects the plurality of photoelectric conversion units; a charge holding unit that holds the generated charge; a plurality of charge transfer units arranged for each of the plurality of photoelectric conversion units and configured to transfer charges generated by the photoelectric conversion units to the charge holding unit and hold the charges; an image signal generation unit that generates an image signal based on the held charges; an on-chip lens that is arranged in the pixel and commonly collects the incident light onto the plurality of photoelectric conversion units; and a processing circuit that processes the generated image signal.

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Abstract

入射光量に対する画像信号の直線性を維持する。撮像素子は、画素と、光電変換部接続部と、電荷保持部と、複数の電荷転送部と、画像信号生成部と、オンチップレンズとを有する。画素は、表面側に配線領域が配置される半導体基板に形成されて被写体からの入射光の光電変換を行って電荷を生成する複数の光電変換部を備える。光電変換部接続部は、複数の光電変換部同士を接続する。電荷保持部は、生成された電荷を保持する。複数の電荷転送部は、複数の光電変換部毎に配置されて光電変換部により生成される電荷を電荷保持部に転送して保持させる。画像信号生成部は、保持された電荷に基づいて画像信号を生成する。オンチップレンズは、画素に配置されて入射光を複数の光電変換部に共通に集光する。

Description

撮像素子及び撮像装置
　本開示は、撮像素子及び撮像装置に関する。
　複数の光電変換部に共通のオンチップレンズ（マイクロレンズ）が配置される画素を備える撮像素子が使用されている（例えば、特許文献１参照）。この撮像素子では、複数の光電変換部を２つに分割し、分割したそれぞれの光電変換部に基づく画像信号を生成することにより、被写体画像を瞳分割した像面位相差を検出することができる。この像面位相差により被写体の焦点位置の検出が可能となる。また、この従来技術では、複数の光電変換部によりそれぞれ生成された電荷に基づく複数の画像信号を生成する撮像モードと複数の光電変換部の電荷の合計に基づく単一の画像信号を生成する撮像モードとを使用することができる。
　製造工程のばらつき等により、複数の光電変換部に対して共通のオンチップレンズがずれて配置される場合がある。この場合、複数の光電変換部のそれぞれの入射光量に差異を生じ、画素毎の感度に差異を生じる。高い感度の光電変換部では、比較的短時間に光電変換部の電荷が飽和電荷量に達する。ここで、飽和電荷量とは、露光期間に光電変換部に蓄積可能な電荷量である。光電変換部の電荷が飽和電荷量に達すると、光電変換部から電荷が溢れ出ることとなる。通常、光電変換部から溢れた電荷は、画素外に排出される。
特開２０１６－０５２０４１号公報
　しかしながら、上記の従来技術では、複数の光電変換部の電荷の合計に基づく単一の画像信号を生成する撮像モードでは、複数の光電変換部の何れかが飽和電荷量に達すると、当該光電変換部により生成される電荷が以後の画像信号の生成に反映されなくなる。このため、入射光量に対する画像信号の直線性が低下するという問題がある。
　そこで、本開示では、複数の光電変換部に共通にオンチップレンズが配置される撮像素子において、入射光量に対する画像信号の直線性を維持する撮像素子及び撮像装置を提案する。
　本開示の撮像素子は、画素と、光電変換部接続部と、電荷保持部と、複数の電荷転送部と、画像信号生成部と、オンチップレンズとを有する。画素は、表面側に配線領域が配置される半導体基板に形成されて被写体からの入射光の光電変換を行って電荷を生成する複数の光電変換部を備える。光電変換部接続部は、上記複数の光電変換部同士を接続する。電荷保持部は、上記生成された電荷を保持する。複数の電荷転送部は、上記複数の光電変換部毎に配置されて上記光電変換部により生成される電荷を上記電荷保持部に転送して保持させる。画像信号生成部は、上記保持された電荷に基づいて画像信号を生成する。オンチップレンズは、上記画素に配置されて上記入射光を上記複数の光電変換部に共通に集光する。
本開示の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る画素の配置例を示す平面図である。 本開示の実施形態に係る画像信号の生成の一例を示す平面図である。 本開示の第２の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第４の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第４の実施形態に係る画素の他の構成例を示す平面図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第７の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。説明は、以下の順に行う。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
１．第１の実施形態
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．第４の実施形態
５．第５の実施形態
６．第６の実施形態
７．第７の実施形態
８．撮像装置の構成例
９．移動体への応用例
１０．内視鏡手術システムへの応用例
　（１．第１の実施形態）
　［撮像装置の構成］
　図１は、本開示の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。本例の撮像素子１は、図１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素１００が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素１００は、光電変換素子、例えば、フォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ（後述する電荷転送部）、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。画素１００は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する１つの浮遊拡散領域と、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。
　周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
　制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
　垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線１３を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素１００を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素１００の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
　カラム信号処理回路５は、画素１００の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素１００から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素１００固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ（Correlated　Double　Sampling）や、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
　水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
　出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
　［画素の構成］
　図２は、本開示の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素１００の構成例を表す回路図である。同図の画素１００は、光電変換部１０１－１０４と、電荷転送部１０５－１０８と、電荷保持部１０９と、光電変換部接続部１１０と、画像信号生成部１２０とを備える。なお、光電変換部接続部１１０は、ＭＯＳトランジスタ１１１－１１４により構成される。画像信号生成部１２０は、リセットトランジスタ１２１、増幅トランジスタ１２２及び選択トランジスタ１２３を備える。光電変換部１０１－１０４は、フォトダイオードにより構成することができる。
　また、ＭＯＳトランジスタ１１１－１１４、電荷転送部１０５－１０８、リセットトランジスタ１２１、増幅トランジスタ１２２及び選択トランジスタ１２３は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタにより構成することができる。このｎチャネルＭＯＳトランジスタでは、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの閾値を超える電圧をゲートに印加することにより、ドレイン－ソース間を導通させることができる。以下、このゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの閾値を超える電圧をオン電圧と称する。また、このオン電圧を含む制御信号をオン信号と称する。制御信号は、信号線ＴＧ１等により伝達される。
　前述のように、画素１００には、画素駆動配線１３及び垂直信号線９が配線される。同図の画素駆動配線１３には、信号線ＳＣ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３、信号線ＴＧ４、信号線ＲＳＴ、信号線ＳＥＬが含まれる。また、垂直信号線９には、信号線ＶＯが含まれる。この他、画素１００には、電源線Ｖｄｄが配線される。この電源線Ｖｄｄは、画素１００に電源を供給する配線である。
　光電変換部１０１のアノードは接地され、カソードは電荷転送部１０５のソースに接続される。光電変換部１０２のアノードは接地され、カソードは電荷転送部１０６のソースに接続される。光電変換部１０３のアノードは接地され、カソードは電荷転送部１０７のソースに接続される。光電変換部１０４のアノードは接地され、カソードは電荷転送部１０８のソースに接続される。電荷転送部１０５のドレインは、電荷転送部１０６のドレイン、電荷転送部１０７のドレイン、電荷転送部１０８のドレイン、リセットトランジスタ１２１のソース、増幅トランジスタ１２２のゲート及び電荷保持部１０９の一端に接続される。電荷保持部１０９の他の一端は、接地される。リセットトランジスタ１２１のドレイン及び増幅トランジスタ１２２のドレインは、電源線Ｖｄｄに接続される。増幅トランジスタ１２２のソースは選択トランジスタ１２３のドレインに接続され、選択トランジスタ１２３のソースは信号線ＶＯに接続される。
　電荷転送部１０５のゲートは信号線ＴＧ１に接続され、電荷転送部１０６のゲートは信号線ＴＧ２に接続される。電荷転送部１０７のゲートは信号線ＴＧ３に接続され、電荷転送部１０８のゲートは信号線ＴＧ４に接続される。リセットトランジスタ１２１のゲートは信号線ＲＳＴに接続され、選択トランジスタ１２３のゲートは信号線ＳＥＬに接続される。
　光電変換部１０１のカソードは、ＭＯＳトランジスタ１１１のソースに更に接続される。光電変換部１０２のカソードは、ＭＯＳトランジスタ１１２のソースに更に接続される。光電変換部１０３のカソードは、ＭＯＳトランジスタ１１３のソースに更に接続される。光電変換部１０４のカソードは、ＭＯＳトランジスタ１１４のソースに更に接続される。ＭＯＳトランジスタ１１１、１１２、１１３及び１１４のドレインは相互に接続される。ＭＯＳトランジスタ１１１、１１２、１１３及び１１４のゲートは信号線ＳＣに共通に接続される。なお、便宜上、ＭＯＳトランジスタ１１１－１１４におけるドレイン及びソースを区別して記載したが、ＭＯＳトランジスタ１１１－１１４は、ドレイン及びソースの区別なく、双方向に電荷を転送することができる。
　光電変換部１０１－１０４は、入射光の光電変換を行うものである。この光電変換部１０１－１０４は、後述する半導体基板１３０に形成されるフォトダイオードにより構成することができる。光電変換部１０１－１０４は、露光期間において入射光の光電変換を行うとともに光電変換により生成される電荷を保持する。
　電荷保持部１０９は、光電変換部１０１－１０４により生成される電荷を保持するものである。電荷保持部１０９は、半導体基板１３０に形成される半導体領域である浮遊拡散領域（ＦＤ：Floating　Diffusion）により構成することができる。
　電荷転送部１０５－１０８は、電荷を転送するものである。電荷転送部１０５は光電変換部１０１の光電変換により生成される電荷を電荷保持部１０９に転送し、電荷転送部１０６は光電変換部１０２の光電変換により生成される電荷を電荷保持部１０９に転送する。また、電荷転送部１０７は光電変換部１０３の光電変換により生成される電荷を電荷保持部１０９に転送し、電荷転送部１０８は光電変換部１０４の光電変換により生成される電荷を電荷保持部１０９に転送する。この電荷転送部１０５等は、光電変換部１０１等と電荷保持部１０９との間をそれぞれ導通させることにより、電荷を転送する。電荷転送部１０５－１０８の制御信号は、信号線ＴＧ１－ＴＧ４によりそれぞれ伝達される。
　画像信号生成部１２０は、電荷保持部１０９に保持される電荷に基づいて画像信号を生成するものである。前述のように、画像信号生成部１２０は、リセットトランジスタ１２１、増幅トランジスタ１２２及び選択トランジスタ１２３により構成される。
　リセットトランジスタ１２１は、電荷保持部１０９をリセットするものである。このリセットは、電荷保持部１０９と電源線Ｖｄｄとの間を導通して電荷保持部１０９の電荷を排出することにより行うことができる。リセットトランジスタ１２１の制御信号は、信号線ＲＳＴにより伝達される。
　増幅トランジスタ１２２は、電荷保持部１０９の電圧を増幅するものである。増幅トランジスタ１２２のゲートは、電荷保持部１０９に接続されている。このため、増幅トランジスタ１２２のソースには、電荷保持部１０９に保持された電荷に応じた電圧の画像信号が生成される。また、選択トランジスタ１２３を導通させることにより、この画像信号を信号線ＶＯに出力させることができる。選択トランジスタ１２３の制御信号は、信号線ＳＥＬにより伝達される。
　光電変換部１０１－１０４は、露光期間に入射光の光電変換を行って電荷を生成し、自身に蓄積する。露光期間の経過後に、電荷転送部１０５－１０８により光電変換部１０１－１０４の電荷が電荷保持部１０９に転送されて保持される。この保持された電荷に基づいて画像信号生成部１２０により画像信号が生成される。
　電荷転送部１０５－１０８は、光電変換部１０１－１０４によりそれぞれ生成される電荷を電荷保持部１０９に共通に転送して電荷保持部１０９に光電変換部１０１－１０４により生成される電荷を同時にまとめて保持させるまとめ転送を行うことができる。この場合、画像信号生成部１２０は、光電変換部１０１－１０４によりそれぞれ生成される電荷が加算された電荷に基づく画像信号を生成する。また、電荷転送部１０５－１０８は、光電変換部１０１－１０４によりそれぞれ生成される電荷を電荷保持部１０９に個別に転送する個別転送を行う。この場合、画像信号生成部１２０は、光電変換部１０１－１０４の電荷が電荷保持部１０９に転送される毎に画像信号を生成する。これにより、光電変換部１０１－１０４のそれぞれに対応する４つの画像信号を生成する。
　光電変換部接続部１１０は、光電変換部１０１－１０４同士を接続するものである。後述するように、光電変換部接続部１１０は、単一の素子により構成することができる。便宜上、ＭＯＳトランジスタ１１１－１１４の回路を使用して光電変換部接続部１１０の動作を説明する。信号線ＳＣからＭＯＳトランジスタ１１１－１１４のゲートにオン電圧が印加されると、ＭＯＳトランジスタ１１１－１１４が導通状態になる。これにより、光電変換部１０１－１０４のカソードが互いに接続される。すると、光電変換部１０１－１０４にそれぞれ蓄積された電荷が光電変換部１０１－１０４に均等に配分される。光電変換部１０１－１０４における光電変換により生成される電荷量がそれぞれ異なる場合であっても、光電変換部１０１－１０４の保持電荷量を均等にすることができる。
　光電変換部接続部１１０による光電変換部１０１－１０４同士の接続は、上述の電荷転送部１０５－１０８によるまとめ転送の対象となる電荷が生成される際に行うと好適である。光電変換部１０１－１０４の感度が異なり、一部の光電変換部１０１－１０４の蓄積電荷が飽和電荷量に達する場合であっても、電荷の溢れを防ぐことができるためである。
　［画素の平面の構成］
　図３は、本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。同図は、画素１００の構成例を表す平面図である。同図の画素１００においては、光電変換部１０１－１０４が２行２列に配置される。後述するように、同図の光電変換部１０１－１０４は、半導体基板１３０に形成された半導体領域を表す。光電変換部１０１－１０４に重なる位置に電荷転送部１０５－１０８がそれぞれ配置される。後述するように、同図の電荷転送部１０５－１０８は、それぞれのＭＯＳトランジスタのゲート電極を表す。電荷転送部１０５－１０８に隣接して電荷保持部１０９が配置される。同図の画素１００には、電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂが配置される。電荷保持部１０９ａは電荷転送部１０５及び１０６の間に配置され、電荷保持部１０９ｂは電荷転送部１０７及び１０８の間に配置される。これら電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂは、後述する配線１６３により接続される。この配線１６３は、電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂと画像信号生成部１２０とを接続する配線である。
　また、光電変換部接続部１１０が画素１００の中央部に配置される。この光電変換部接続部１１０は、光電変換部１０１－１０４にそれぞれ隣接する形状に構成される。後述するように、同図の光電変換部接続部１１０は、ゲート電極を表す。光電変換部接続部１１０のゲート電極には、配線１６２が接続される。この配線１６２は、図２において説明した信号線ＳＣに相当する配線である。また、画像信号生成部１２０が画素１００の上下に分割されて配置される。画素１００の上側の画像信号生成部１２０には増幅トランジスタ１２２及び選択トランジスタ１２３の回路が配置され、画素１００の下側の画像信号生成部１２０にはリセットトランジスタ１２１の回路が配置される。
　画素１００の境界には、後述する画素分離部１７１が配置される。また、画素１００内における光電変換部１０１－１０４の間には、後述する画素内分離部１７２が配置される。
　［画素の断面の構成］
　図４は、本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、画素１００の構成例を表す断面図であり、図３におけるａ－ａ’線に沿った断面図である。同図の画素１００は、半導体基板１３０と、絶縁膜１５９と、配線領域１６０と、画素分離部１７１と、画素内分離部１７２と、絶縁膜１９１と、カラーフィルタ１９２と、遮光膜１９３と、オンチップレンズ１９４とを備える。なお、同図には、画像信号生成部１２０を更に記載している。
　半導体基板１３０は、画素１００の素子の拡散層が配置される半導体の基板である。この半導体基板１３０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成することができる。光電変換部１０１等の素子は、半導体基板１３０に形成されたウェル領域に配置することができる。便宜上、同図の半導体基板１３０は、ｐ型のウェル領域に構成されるものと想定する。このウェル領域にｎ型又はｐ型の半導体領域を配置することにより、素子の拡散層を形成することができる。同図には、光電変換部１０１及び１０４、電荷転送部１０５及び１０８、電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂ並びに光電変換部接続部１１０を記載した。
　光電変換部１０１は、ｎ型の半導体領域１４１により構成される。具体的には、ｎ型の半導体領域１４１及び周囲のｐ型のウェル領域の界面のｐｎ接合によるフォトダイオードが光電変換部１０１に該当する。同様に、光電変換部１０４は、ｎ型の半導体領域１４２により構成される。露光期間に光電変換部１０１及び１０４の光電変換により生成される電荷は、ｎ型の半導体領域１４１及び１４２に蓄積される。また、半導体基板１３０の表面側に電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂを構成するｎ型の半導体領域１４３及び１４４が配置される。
　光電変換部１０１及び１０４の間には、画素内分離部１７２が配置される。この画素内分離部１７２は、光電変換部１０１及び１０４を構成するｎ型の半導体領域１４１及び１４２を電気的に分離するものである。画素内分離部１７２は、例えば、半導体基板１３０に形成された溝部１７８に埋め込まれた絶縁部材により構成することができる。この絶縁部材には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を使用することができる。溝部１７８は、半導体基板１３０の裏面側から形成される溝部であり、底部が半導体基板１３０の表面側の近傍に達する深さに構成される溝部である。
　また、半導体基板１３０の画素１００の境界には、画素分離部１７１が配置される。この画素分離部１７１は、隣接する画素１００同士を電気的に分離するものである。画素分離部１７１は、例えば、半導体基板１３０に形成された溝部１７９に埋め込まれた絶縁部材により構成することができる。この絶縁部材には、ＳｉＯ２を使用することができる。溝部１７９は、溝部１７８と同様に、半導体基板１３０の裏面側から形成される溝部であり、底部が半導体基板１３０の表面側の近傍に達する深さに構成される溝部である。
　絶縁膜１５９は、半導体基板１３０の表面側を絶縁する膜である。この絶縁膜１５９は、ＳｉＯ２や窒化シリコン（ＳｉＮ）により構成することができる。
　半導体基板１３０の表面側には、ゲート電極１５１及び１５２が配置される。ゲート電極１５１及び１５２は、それぞれ電荷転送部１０５及び１０８のゲートを構成する。これらゲート電極１５１及び１５２は、一部が半導体基板１３０に埋め込まれる形状に構成される。ゲート電極１５１は、光電変換部１０１を構成するｎ型の半導体領域１４１に底部が隣接する形状に構成され、電荷保持部１０９ａを構成するｎ型の半導体領域１４３に側部が隣接する形状に構成される。ゲート電極１５１にオン電圧が印加されると、ゲート電極１５１の近傍の半導体基板１３０にチャネルが形成される。このチャネルにより光電変換部１０１及び電荷保持部１０９ａの間が導通状態になり、電荷を転送することができる。このように電荷転送部１０５は、半導体基板１３０の厚さ方向に電荷を転送する。
　ゲート電極１５２も、ゲート電極１５１と同様に一部が半導体基板１３０に埋め込まれる形状に構成される。ゲート電極１５１及び１５２は、多結晶シリコンにより構成することができる。なお、なお、ゲート電極１５１及び１５２と半導体基板１３０との間の絶縁膜１５９は、ゲート絶縁膜を構成する。電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂは、画像信号生成部１２０の入力に共通に接続される。
　配線領域１６０は、半導体基板１３０の表面側に配置され、画素１００の配線が配置される領域である。配線領域１６０は、配線１６２及び絶縁層１６１を備える。配線１６２は、画素１００の素子の信号等を伝達するものである。この配線１６２は、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の導体により構成することができる。絶縁層１６１は、配線１６２等を絶縁するものである。この絶縁層１６１は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。同図の配線１６２は、後述するゲート電極１５３に接続される配線を表したものである。配線１６２とゲート電極１５３との間はコンタクトプラグ１６９により接続することができる。
　絶縁膜１９１は、半導体基板１３０の裏面側を絶縁するものである。この絶縁膜１９１は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。
　カラーフィルタ１９２は、入射光のうちの所定の波長の光を透過する光学的なフィルタである。カラーフィルタ１９２には、例えば、赤色光、緑色光及び青色光を透過するカラーフィルタを使用することができる。
　遮光膜１９３は、画素１００の境界に配置されて入射光を遮光するものである。この遮光膜１９３は、タングステンにより構成することができる。遮光膜１９３を配置することにより、隣接する画素１００から斜めに入射する光を遮光することができる。
　オンチップレンズ１９４は、入射光を集光するレンズである。このオンチップレンズ１９４は、半球形状に構成され、入射光を光電変換部１０１及び１０２に集光する。
　同図の撮像素子１は、半導体基板１３０の裏面側から光電変換部１０１等に入射光が照射される裏面照射型の撮像素子である。
　光電変換部接続部１１０は、半導体領域１４５及びゲート電極１５３により構成される。半導体領域１４５は、画素１００の中央の半導体基板１３０の表面側の近傍に配置される。この半導体領域１４５は、光電変換部１０１及び１０４を構成する半導体領域１４１及び１４２にそれぞれ隣接する半導体領域である。また、半導体領域１４５は、半導体領域１４１及び１４２とは異なる導電型に構成される。同図の半導体領域１４５においては、ｐ型に構成することができる。ゲート電極１５３は、一部が半導体基板１３０に埋め込まれる形状に構成され、底部及び側部が半導体領域１４５に隣接する形状に構成される。このゲート電極１５３は、半導体基板１３０の表面側に開口部１５８を形成し、この開口部１５８に多結晶シリコンを配置することにより形成することができる。なお、ゲート電極１５３と半導体基板１３０との間にもゲート絶縁膜を構成する絶縁膜１５９が配置される。
　ゲート電極１５３にオン電圧を印加すると、半導体領域１４５にチャネルが形成される。このチャネルにより光電変換部１０１及び１０４を構成する半導体領域１４１及び１４２の間が導通状態になる。半導体領域１４１及び１４２の間を電荷が移動することが可能になる。半導体領域１４１及び１４２の間において蓄積された電荷量が異なる場合には、電荷の濃度勾配が形成される。この濃度勾配に応じて電荷が拡散するため、より多くの電荷が蓄積された半導体領域から他方の半導体領域に電荷が移動する。これにより、光電変換部１０１－１０４にそれぞれ蓄積された電荷が光電変換部１０１－１０４に均等に配分される。
　また、ゲート電極１５３を半導体基板１３０に埋め込む形状に構成することにより、光電変換部接続部１１０を構成する半導体領域１４５の領域を半導体基板１３０の厚さ方向に拡張することができる。半導体基板１３０の面方向における光電変換部接続部１１０の面積の増加を防ぎながら、チャネルを形成する領域を拡張することができる。
　また、光電変換部接続部１１０を構成する半導体領域１４５にも電荷を蓄積することができるため、まとめ転送時における飽和電荷量を増加させることができる。
　［画素の配置］
　図５は、本開示の実施形態に係る画素の配置例を示す平面図である。同図は、画素１００の配置例を表す平面図である。同図の画素１００の内部の矩形は、光電変換部１０１－１０４を表す。また、画素１００の内部の円は、オンチップレンズを表す。また、同図の「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」は、画素１００に配置されるカラーフィルタ１９２の種類を表す。「Ｒ」、「Ｇ」及び「Ｂ」は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光を透過するカラーフィルタ１９２を表す。同図は、２行２列の画素１００がベイヤー配列に構成される例を表したものである。画素領域３は、同図の２行２列に配列された画素１００が繰り返し配置されて構成される。なお、同図において、画像信号生成部１２０の記載を省略している。
　光電変換部１０１－１０４毎に画像信号を生成する場合には、電荷の個別転送を行う。一方、光電変換部１０１－１０４により生成される電荷を加算して１つの画像信号を生成する場合には、光電変換部１０１－１０４の電荷のまとめ転送を行う。ここで、同図のオンチップレンズ１９４が画素１００の中心（同図の点線の交点）からずれて配置される場合を考える。具体的には、オンチップレンズ１９４が同図の右方向にずれて配置された場合、光電変換部１０３及び１０４への入射光が増加し、光電変換部１０１及び１０２への入射光が減少する。光電変換部１０３及び１０４の電荷量が増加する結果、光電変換部１０３及び１０４の方が早く飽和電荷量に達することになる。この際、光電変換部接続部１１０を導通させることにより、光電変換部１０３及び１０４の電荷を光電変換部１０１及び１０２に移動させることができる。光電変換部１０３及び１０４の電荷の溢れを防ぐことができ、画像信号の直線性を維持することができる。
　なお、光電変換部１０１－１０４を２つのグループに分割し、グループ毎に画像信号を生成することもできる。例えば、光電変換部１０１－１０４を同図の横方向に分割し、光電変換部１０１及び１０２のグループと光電変換部１０３及び１０４のグループとを形成することができる。この場合、光電変換部１０１及び１０２により生成される電荷を加算して画像信号を生成し、光電変換部１０３及び１０４により生成される電荷を加算して画像信号を生成する。このように画素１００の光電変換部を２つの領域（グループ）に分割して生成されたそれぞれの画像信号は、位相差信号と称される。この位相差信号により、被写体画像の像面位相差を検出することができる。
　撮像素子１の被写体側には撮像レンズ等の光学系が配置される。光電変換部１０１及び１０２には撮像レンズの右側を通過した光が照射され、光電変換部１０３及び１０４には撮像レンズの左側を通過した光を照射される。このように画素１００の光電変換部を２つの領域に分割してそれぞれの画像信号を生成する方式は、瞳分割と称される。分割された位相差信号毎に構成した画像のずれを検出することにより、撮像レンズの焦点位置を検出することができる。検出した焦点位置に基づいて撮像レンズを光軸方向に移動させることによりオートフォーカスを行うことができる。なお、瞳分割は、光電変換部１０１－１０４を同図の縦方向に分割して行うこともできる。
　［画像信号の生成］
　図６は、本開示の実施形態に係る画像信号の生成の一例を示す平面図である。同図は、画像信号の生成の一例を表すタイミング図である。同図において、「ＲＳＴ」、「ＳＥＬ」、「ＴＧ１」、「ＴＧ２」、「ＴＧ３」、「ＴＧ４」及び「ＳＣ」は、それぞれ信号線ＲＳＴ、信号線ＳＥＬ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３、信号線ＴＧ４及び信号線ＳＣにより伝達される制御信号を表す。これらの２値化された制御信号の値「１」の部分が前述のオン電圧の信号を表す。また、同図の破線は、０Ｖのレベルを表す。また、同図の「ＶＯ」は、信号線ＶＯの画像信号を表す。なお、同図の制御信号は、制御対象のＭＯＳトランジスタをオフ状態にする際に０Ｖの電圧を印加する制御信号の例を表したものである。このＭＯＳトランジスタをオフ状態にする信号電圧には、異なる電圧、例えば、－１Ｖを適用することもできる。
　初期状態において、信号線ＲＳＴ、信号線ＳＥＬ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３、信号線ＴＧ４及び信号線ＳＣは、値「０」が印加される。同図の前半（Ｔ１乃至Ｔ１１）が個別転送による画像信号の生成を表し、同図の後半（Ｔ１２乃至Ｔ１８）がまとめ転送による画像信号の生成を表す。
　Ｔ１において、信号線ＲＳＴ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３及び信号線ＴＧ４にオン信号を印加する。これにより、リセットトランジスタ１２１、電荷転送部１０５－１０８が導通し、光電変換部１０１－１０４並びに電荷保持部１０９がリセットされる。
　Ｔ２において、信号線ＲＳＴ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３及び信号線ＴＧ４へのオン信号の印加が停止される。これにより、露光期間が開始され、光電変換部１０１－１０４に光電変換により生成された電荷が蓄積される。
　Ｔ３において、信号線ＳＥＬにオン信号が印加される。信号線ＳＥＬへのオン信号の印加は、光電変換部１０１－１０４の電荷に基づく画像信号の出力まで継続する。
　Ｔ４において、信号線ＲＳＴにオン信号が印加され、電荷保持部１０９がリセットされる。Ｔ４において、露光期間が終了する。
　Ｔ５において、信号線ＲＳＴへのオン信号の印加が停止される。
　Ｔ６において、信号線ＴＧ１にオン信号が印加される。電荷転送部１０５が導通し、光電変換部１０１に蓄積された電荷が電荷保持部１０９に転送される。
　Ｔ７において、信号線ＴＧ１へのオン信号の印加が停止される。次のＴ８までの期間において、光電変換部１０１の電荷に応じた画像信号ａが信号線ＶＯから出力される。
　Ｔ８において、信号線ＲＳＴにオン信号が印加され、電荷保持部１０９がリセットされる。
　Ｔ９において、信号線ＲＳＴへのオン信号の印加が停止される。
　Ｔ１０において、信号線ＴＧ２にオン信号が印加される。電荷転送部１０６が導通し、光電変換部１０２に蓄積された電荷が電荷保持部１０９に転送される。
　Ｔ１１において、信号線ＴＧ２へのオン信号の印加が停止される。その後、光電変換部１０２の電荷に応じた画像信号ｂが信号線ＶＯから出力される。
　その後、電荷保持部１０９のリセット及び個別転送を繰り返し行い、光電変換部１０３及び１０４に蓄積された電荷に基づく画像信号を順次生成する。
　このように、個別転送による画像信号を生成することができる。次に、電荷のまとめ転送により画像信号を生成するモードを説明する。
　Ｔ１２において、信号線ＲＳＴ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３及び信号線ＴＧ４にオン信号を印加する。これにより、リセットトランジスタ１２１、電荷転送部１０５－１０８が導通し、光電変換部１０１－１０４並びに電荷保持部１０９がリセットされる。
　Ｔ１３において、信号線ＲＳＴ、信号線ＴＧ１、信号線ＴＧ２、信号線ＴＧ３及び信号線ＴＧ４へのオン信号の印加が停止される。これにより、露光期間が開始され、光電変換部１０１及び１０２に光電変換により生成された電荷が蓄積される。
　Ｔ１４において、信号線ＳＥＬにオン信号が印加される。信号線ＳＥＬへのオン信号の印加は、画素１００の画像信号の出力まで継続する。
　Ｔ１５において、信号線ＲＳＴにオン信号が印加され、電荷保持部１０９がリセットされる。Ｔ１５において、露光期間が終了する。
　Ｔ１６において、信号線ＲＳＴへのオン信号の印加が停止される。
　Ｔ１７において、信号線ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３及びＴＧ４にオン信号が印加される。電荷転送部１０５－１０８が導通し、光電変換部１０１－１０４に蓄積された電荷が電荷保持部１０９に転送される（まとめ転送）。
　Ｔ１８において、信号線ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３及びＴＧ４へのオン信号の印加が停止される。その後、電荷保持部１０９の電荷に応じた画像信号ｃが信号線ＶＯから出力される。
　このように、本開示の第１の実施形態の撮像素子１は、画素１００に光電変換部接続部１１０を備え、光電変換部１０１－１０４同士を接続する。これにより、光電変換部１０１－１０４の一部が飽和電荷量に達する場合であっても電荷溢れを防ぐことができ、入射光量に対する画像信号の直線性を維持することができる。
　（２．第２の実施形態）
　上述の第１の実施形態の撮像素子１は、画素１００毎に画像信号生成部１２０を備えていた。これに対し、本開示の第２の実施形態の撮像素子１は、画素１００毎に複数の画像信号生成部１２０を備える点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［画素の平面の構成］
　図７は、本開示の第２の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。同図は、図３と同様に、画素１００の構成例を表す平面図である。同図の画素１００は、２つの画像信号生成部１２０を備える点で、図３の画素１００と異なる。
　同図の画素１００は、画像信号生成部１２０ａ及び１２０ｂを備える。画像信号生成部１２０ａは、リセットトランジスタ１２１ａ、増幅トランジスタ１２２ａ及び選択トランジスタ１２３ａを備え、同図における画素１００の左下に隣接して配置される。画像信号生成部１２０ａは、配線１６３ａを介して電荷保持部１０９ａに接続される。画像信号生成部１２０ｂは、リセットトランジスタ１２１ｂ、増幅トランジスタ１２２ｂ及び選択トランジスタ１２３ｂを備え、同図における画素１００の右上に隣接して配置される。画像信号生成部１２０ｂは、配線１６３ｂを介して電荷保持部１０９ｂに接続される。
　電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂにそれぞれ画像信号生成部１２０ａ及び１２０ｂが配置されるため、電荷保持部１０９ａ及び１０９ｂに保持された電荷に基づく画像信号を同時に生成することができる。個別転送を行って画像信号を生成する場合や光電変換部１０１及び１０２と光電変換部１０３及び１０４とに分割して位相差信号を生成する場合に、信号生成に要する時間を短縮することができる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施形態における撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第２の実施形態の撮像素子１は、複数の画像信号生成部１２０を備える。これにより、画像信号等を生成する時間を短縮することができる。
　（３．第３の実施形態）
　上述の第１の実施形態の撮像素子１は、画像信号生成部１２０が画素１００の上下に分割して配置されていた。これに対し、本開示の第３の実施形態の撮像素子１は、画像信号生成部１２０が画素１００の隣接する２辺に沿って配置される点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［画素の平面の構成］
　図８は、本開示の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。同図は、図３と同様に、画素１００の構成例を表す平面図である。同図の画素１００は、画像信号生成部１２０が画素１００の画素１００の隣接する２辺に沿って配置される点で、図３の画素１００と異なる。
　同図の画像信号生成部１２０は、同図における画素１００の上面及び右側面に隣接して配置される。このため、電荷保持部１０９と接続する配線１６３の長さを短縮することができる。例えば、同図の画素１００においては、電荷保持部１０９ｂとリセットトランジスタ１２１とを接続する配線１６３の長さが短縮される。配線１６３の長さが短縮されるため、配線１６３の寄生容量を低減することができる。これにより、感度の低下を防止することができる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施形態における撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第３の実施形態の撮像素子１は、画像信号生成部１２０が１カ所に配置されるため、電荷保持部１０９と接続する配線１６３の長さを短縮することができる。画像信号生成の際の感度の低下を防止することができる。
　（４．第４の実施形態）
　上述の第１の実施形態の撮像素子１は、画素１００の中央に光電変換部接続部１１０が配置されていた。これに対し、本開示の第４の実施形態の撮像素子１は、画素１００の中央に電荷保持部１０９が配置される点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［画素の平面の構成］
　図９は、本開示の第４の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。同図は、図３と同様に、画素１００の構成例を表す平面図である。同図の画素１００は、電荷保持部１０９が画素１００の中央部に配置され、４つに分割された光電変換部接続部１１０が光電変換部の間にそれぞれ配置される点で、図３の画素１００と異なる。
　同図の画素１００においては、単一の電荷保持部１０９が画素１００の中央部に配置される。この電荷保持部１０９に隣接して電荷転送部１０５－１０８が配置される。電荷保持部１０９には、配線１６３が接続される。この配線１６３は、単一の電荷保持部１０９に配線されるため、長さを短くすることができる。
　また、同図の画素１００は、光電変換部接続部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄを備える。光電変換部接続部１１０ａは、光電変換部１０１及び１０３の間に配置され、光電変換部１０１及び１０３を接続する。光電変換部接続部１１０ｂは、光電変換部１０３及び１０４の間に配置され、光電変換部１０３及び１０４を接続する。光電変換部接続部１１０ｃは、光電変換部１０４及び１０２の間に配置され、光電変換部１０４及び１０２を接続する。光電変換部接続部１１０ｄは、光電変換部１０２及び１０１の間に配置され、光電変換部１０２及び１０１を接続する。
　光電変換部接続部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄは、それぞれゲート電極１５３（図示）を備える。これらのゲート電極１５３にオン信号を印加して光電変換部接続部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄを導通させることにより、光電変換部１０１－１０４同士を接続することができる。光電変換部接続部１１０ａ及び１１０ｄには、配線１６２ｂが接続される。光電変換部接続部１１０ｂ及び１１０ｃには、配線１６２ａが接続される。
　［画素の平面の他の構成］
　図１０は、本開示の第４の実施形態に係る画素の他の構成例を示す平面図である。同図は、図９と同様に、画素１００の構成例を表す平面図である。同図の光電変換部接続部１１０ａ－１１０ｄは、単一の配線１６２により接続される点で、図９の画素１００と異なる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施形態における撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第４の実施形態の撮像素子１は、単一の電荷保持部１０９が画素１００の中央部に配置されるため、電荷保持部１０９と接続する配線１６３の長さを短縮することができる。画像信号生成の際の感度の低下を防止することができる。
　（５．第５の実施形態）
　上述の第１の実施形態の撮像素子１は、画素１００の境界に画素分離部１７１が配置されていた。これに対し、本開示の第５の実施形態の撮像素子１は、画素１００の境界に半導体基板１３０を貫通する形状の画素分離部１７３が配置される点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［画素の断面の構成］
　図１１は、本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図４と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。同図の画素１００は、画素分離部１７１の代わりに画素分離部１７３を備える点で、図４の画素１００と異なる。
　画素分離部１７３は、半導体基板１３０を貫通する形状に構成される分離部である。この画素分離部１７３は、半導体基板１３０を貫通する形状の溝部１７７に絶縁部材を埋め込むことにより構成することができる。なお、溝部１７７は、半導体基板１３０の表面側から形成される溝部である。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施形態における撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第５の実施形態の撮像素子１は、画素１００の境界に半導体基板１３０を貫通する形状の画素分離部１７３が配置される。これにより、画素１００の分離能力を向上させることができる。
　（６．第６の実施形態）
　上述の第１の実施形態の撮像素子１は、画素１００の表面側に光電変換部接続部１１０が配置されていた。これに対し、本開示の第６の実施形態の撮像素子１は、画素１００の裏面側に光電変換部接続部が配置される点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［画素の断面の構成］
　図１２は、本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図４と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。同図の画素１００は、光電変換部接続部１１０の代わりに光電変換部接続部１１９が配置され、電荷保持部１０９が半導体基板１３０の表面側の中央に配置される点で、図４の画素１００と異なる。
　光電変換部接続部１１９は、半導体基板１３０の裏面側に配置される。また、同図の半導体領域１４５は、半導体基板１３０の裏面側に配置される。同図の光電変換部接続部１１９は、ゲート電極１５４を備える。このゲート電極１５４は、半導体基板１３０の裏面側から形成された溝部１５７に多結晶シリコン等の導電部材を埋め込むことにより形成することができる。溝部１５７を図４における溝部１７８と同様の深さに構成することにより、ゲート電極１５４を半導体基板１３０の厚さ方向に拡張することができる。半導体領域１４５を拡張することができ、光電変換部接続部１１９の領域を広くすることができる。
　同図の電荷保持部１０９は、半導体基板１３０の表面側に配置される半導体領域１４３により構成される。この半導体領域１４３は、電荷転送部１０５及び１０８のゲート電極１５１及び１５２に隣接して配置される。このように、電荷転送部１０５－１０８に共通に接続される電荷保持部１０９を半導体基板１３０の表面側の光電変換部接続部１１０と重なる位置に配置することにより、半導体基板１３０の表面側に配置される素子を削減することができる。配線領域１６０の配線の構成を簡略化することができる。
　一方、光電変換部接続部１１９を半導体基板１３０の裏面側に配置するため、半導体基板１３０の裏面側に光電変換部接続部１１９のゲート電極１５４の配線が必要となる。この配線は、遮光膜１９３により行うことができる。同図の遮光膜１９３は、光電変換部接続部１１０のゲート電極１５４に隣接する位置にも配置される。前述のように遮光膜１９３は、タングステンにより構成することができる。すなわち、遮光膜１９３は導体により構成されるため、遮光膜１９３を図２において説明した信号線ＳＣとして使用することができる。
　［画素の平面の構成］
　図１３Ａ－１３Ｄは、本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す平面図である。図１３Ａ－１３Ｄは、画素１００の裏面側の構成例を表す平面図である。
　図１３Ａは、遮光膜１９３が画素１００の境界に配置されるとともに光電変換部１０１－１０４の境界の領域に更に配置される例を表した図である。光電変換部１０１－１０４の境界の領域に配置される遮光膜１９３を上述のゲート電極１５４に接続することができる。
　図１３Ｂは、光電変換部１０１－１０４の境界の領域に配置される遮光膜１９３を１つに削減した例を表した図である。半導体基板１３０の裏面側に配置される遮光膜１９３の面積を縮小することができ、画素１００への入射光量の低下を軽減することができる。
　図１３Ｃは、透明導電膜により構成された配線１８２により画素１００の境界の遮光膜１９３と光電変換部接続部１１９とを接続する例を表した図である。透明導電膜により配線を行うため、画素１００への入射光量の低下を更に軽減することができる。
　図１３Ｄは、光電変換部１０１－１０４の境界の領域に配置される配線１８２を１つに削減した例を表した図である。画素１００への入射光量の低下を更に軽減することができる。
　なお、同図の遮光膜１９３は、半導体基板１３０を貫通する貫通ビアにより配線領域１６０の配線１６２と接続することができる。この貫通ビアは、図１において説明した画素領域３の外側の領域に配置することができる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施形態における撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第６の実施形態の撮像素子１は、半導体基板１３０の裏面側に光電変換部接続部１１９を配置することにより、光電変換部接続部１１９の領域を広くすることができる。また、半導体基板１３０の表面側の素子の配置及び配線領域１６０の配線の構成を簡略化することもできる。
　（７．第７の実施形態）
　上述の第１の実施形態の撮像素子１は、画素１００の表面側に光電変換部接続部１１０が配置されていた。これに対し、本開示の第７の実施形態の撮像素子１は、画素１００の裏面側に光電変換部接続部１１９が更に配置される点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［画素の断面の構成］
　図１４は、本開示の第７の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図４と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。同図の画素１００は、図１２において説明した光電変換部接続部１１９が更に配置され、半導体領域１４５が光電変換部接続部１１０及び１１９において共通に配置される点で、図４の画素１００と異なる。
　同図の半導体領域１４５は、半導体基板１３０の表面側近傍から裏面側に展延された形状に構成される。半導体領域１４５を更に拡張することができ、光電変換部接続部１１９の領域を広くすることができる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施形態における撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第７の実施形態の撮像素子１は、半導体基板１３０の両面に光電変換部接続部１１９及び１１０を配置することにより、光電変換部接続部１１９の領域を広くすることができる。
　（８．撮像装置の構成例）
　上述したような撮像素子１は、例えば、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システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図１５は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図１５に示すように、撮像装置７０１は、光学系７０２、撮像素子７０３、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）７０４を備えており、バス７０７を介して、ＤＳＰ７０４、表示装置７０５、操作系７０６、メモリ７０８、記録装置７０９、および電源系７１０が接続されて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系７０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子７０３に導き、撮像素子７０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　撮像素子７０３としては、上述したいずれかの構成例の撮像素子１が適用される。撮像素子７０３には、光学系７０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子７０３に蓄積された電子に応じた信号がＤＳＰ７０４に入力される。
　ＤＳＰ７０４は、撮像素子７０３からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ７０８に一時的に記憶させる。メモリ７０８に記憶された画像のデータは、記録装置７０９に記録されたり、表示装置７０５に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系７０６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて撮像装置７０１の各ブロックに操作信号を供給し、電源系７１０は、撮像装置７０１の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。
　（９．移動体への応用例）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１６は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１６に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced　Driver　Assistance　System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１６の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１７は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１７では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１７には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１の撮像素子１は、撮像部１２０３１に適用することができる。
　（１０．内視鏡手術システムへの応用例）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図１８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図１８では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ:　Camera　Control　Unit）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＧＰＵ（Graphics　Processing　Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light　emitting　diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow　Band　Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図１９は、図１８に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto　Exposure）機能、ＡＦ（Auto　Focus）機能及びＡＷＢ（Auto　White　Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、図１の撮像素子１は、撮像部１１４０２に適用することができる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　表面側に配線領域が配置される半導体基板に形成されて被写体からの入射光の光電変換を行って電荷を生成する複数の光電変換部を備える画素と、
　前記複数の光電変換部同士を接続する光電変換部接続部と、
　前記生成された電荷を保持する電荷保持部と、
　前記複数の光電変換部毎に配置されて前記光電変換部により生成される電荷を前記電荷保持部に転送して保持させる複数の電荷転送部と、
　前記保持された電荷に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、
　前記画素に配置されて前記入射光を前記複数の光電変換部に共通に集光するオンチップレンズと
　を有する撮像素子。
（２）
　前記複数の電荷転送部は、前記複数の光電変換部によりそれぞれ生成される電荷を前記電荷保持部に共通に転送して前記電荷保持部に前記複数の光電変換部により生成される電荷を同時にまとめて保持させるまとめ転送と前記複数の光電変換部によりそれぞれ生成される電荷を前記電荷保持部に個別に転送する個別転送とを行う前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
　前記光電変換部接続部は、前記まとめ転送により転送される電荷が生成される際に前記光電変換部同士を接続する前記（２）に記載の撮像素子。
（４）
　前記複数の電荷転送部は、前記複数の光電変換部を２つのグループに分割するとともに当該グループ毎に電荷を転送して前記電荷保持部に保持させ、
　前記画像信号生成部は、前記グループ毎に保持された電荷に基づいて前記被写体の画像を前記分割の方向に瞳分割して像面位相差を検出するための位相差信号を更に生成する
　前記（１）から（３）の何れかに記載の撮像素子。
（５）
　前記光電変換部接続部は、前記複数の光電変換部に隣接する半導体領域にチャネルを形成することにより前記光電変換部同士を接続する前記（１）から（４）の何れかに記載の撮像素子。
（６）
　前記光電変換部接続部は、前記チャネルを形成するゲート電極を備える前記（５）に記載の撮像素子。
（７）
　前記光電変換部接続部は、前記半導体基板に埋め込まれて構成される前記ゲート電極を備える前記（６）に記載の撮像素子。
（８）
　前記複数の光電変換部は、２行２列に配置される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（９）
　前記画素は、前記半導体基板の裏面側に前記入射光が照射される前記（１）から（８）の何れかに記載の撮像素子。
（１０）
　前記光電変換部接続部は、前記半導体基板の裏面側に配置される前記（９）に記載の撮像素子。
（１１）
　前記電荷保持部は、前記半導体基板の表面側に配置されるとともに平面視において前記光電変換部接続部と重なる位置に配置される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）
　前記複数の光電変換部を分離する画素内分離部を更に有する前記（１）から（１１）の何れかに記載の撮像素子。
（１３）
　前記画素の境界に配置される画素分離部を更に有する前記（１）から（１２）の何れかに記載の撮像素子。
（１４）
　前記画素分離部は、前記半導体基板に形成された溝部に埋め込まれた絶縁部材により構成される前記（１３）に記載の撮像素子。
（１５）
　表面側に配線領域が配置される半導体基板に形成されて被写体からの入射光の光電変換を行って電荷を生成する複数の光電変換部を備える画素と、
　前記複数の光電変換部同士を接続する光電変換部接続部と、
　前記生成された電荷を保持する電荷保持部と、
　前記複数の光電変換部毎に配置されて前記光電変換部により生成される電荷を前記電荷保持部に転送して保持させる複数の電荷転送部と、
　前記保持された電荷に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、
　前記画素に配置されて前記入射光を前記複数の光電変換部に共通に集光するオンチップレンズと、
　前記生成された画像信号を処理する処理回路と
　を有する撮像装置。
　１、７０３　撮像素子
　５　カラム信号処理回路
　１００　画素
　１０１～１０４　光電変換部
　１０５～１０８　電荷転送部
　１０９、１０９ａ、１０９ｂ　電荷保持部
　１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１９　光電変換部接続部
　１２０、１２０ａ、１２０ｂ　画像信号生成部
　１３０　半導体基板
　１４１～１４５　半導体領域
　１５１～１５４　ゲート電極
　１６０　配線領域
　１６２、１６２ｂ、１６２ａ、１６３、１６３ａ、１６３ｂ、１８２　配線
　１７１、１７３　画素分離部
　１７２　画素内分離部
　１９３　遮光膜
　１９４　オンチップレンズ
　７０１　撮像装置
　１１４０２、１２０３１、１２１０１～１２１０５　撮像部

Claims (15)

  1. 　表面側に配線領域が配置される半導体基板に形成されて被写体からの入射光の光電変換を行って電荷を生成する複数の光電変換部を備える画素と、
    　前記複数の光電変換部同士を接続する光電変換部接続部と、
    　前記生成された電荷を保持する電荷保持部と、
    　前記複数の光電変換部毎に配置されて前記光電変換部により生成される電荷を前記電荷保持部に転送して保持させる複数の電荷転送部と、
    　前記保持された電荷に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、
    　前記画素に配置されて前記入射光を前記複数の光電変換部に共通に集光するオンチップレンズと
    　を有する撮像素子。
  2. 　前記複数の電荷転送部は、前記複数の光電変換部によりそれぞれ生成される電荷を前記電荷保持部に共通に転送して前記電荷保持部に前記複数の光電変換部により生成される電荷を同時にまとめて保持させるまとめ転送と前記複数の光電変換部によりそれぞれ生成される電荷を前記電荷保持部に個別に転送する個別転送とを行う請求項１に記載の撮像素子。
  3. 　前記光電変換部接続部は、前記まとめ転送により転送される電荷が生成される際に前記光電変換部同士を接続する請求項２に記載の撮像素子。
  4. 　前記複数の電荷転送部は、前記複数の光電変換部を２つのグループに分割するとともに当該グループ毎に電荷を転送して前記電荷保持部に保持させ、
    　前記画像信号生成部は、前記グループ毎に保持された電荷に基づいて前記被写体の画像を前記分割の方向に瞳分割して像面位相差を検出するための位相差信号を更に生成する
    　請求項１に記載の撮像素子。
  5. 　前記光電変換部接続部は、前記複数の光電変換部に隣接する半導体領域にチャネルを形成することにより前記光電変換部同士を接続する請求項１に記載の撮像素子。
  6. 　前記光電変換部接続部は、前記チャネルを形成するゲート電極を備える請求項５に記載の撮像素子。
  7. 　前記光電変換部接続部は、前記半導体基板に埋め込まれて構成される前記ゲート電極を備える請求項６に記載の撮像素子。
  8. 　前記複数の光電変換部は、２行２列に配置される請求項１に記載の撮像素子。
  9. 　前記画素は、前記半導体基板の裏面側に前記入射光が照射される請求項１に記載の撮像素子。
  10. 　前記光電変換部接続部は、前記半導体基板の裏面側に配置される請求項９に記載の撮像素子。
  11. 　前記電荷保持部は、前記半導体基板の表面側に配置されるとともに平面視において前記光電変換部接続部と重なる位置に配置される請求項１０に記載の撮像素子。
  12. 　前記複数の光電変換部を分離する画素内分離部を更に有する請求項１に記載の撮像素子。
  13. 　前記画素の境界に配置される画素分離部を更に有する請求項１に記載の撮像素子。
  14. 　前記画素分離部は、前記半導体基板に形成された溝部に埋め込まれた絶縁部材により構成される請求項１３に記載の撮像素子。
  15. 　表面側に配線領域が配置される半導体基板に形成されて被写体からの入射光の光電変換を行って電荷を生成する複数の光電変換部を備える画素と、
    　前記複数の光電変換部同士を接続する光電変換部接続部と、
    　前記生成された電荷を保持する電荷保持部と、
    　前記複数の光電変換部毎に配置されて前記光電変換部により生成される電荷を前記電荷保持部に転送して保持させる複数の電荷転送部と、
    　前記保持された電荷に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、
    　前記画素に配置されて前記入射光を前記複数の光電変換部に共通に集光するオンチップレンズと、
    　前記生成された画像信号を処理する処理回路と
    　を有する撮像装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025052908A1 (ja) * 2023-09-07 2025-03-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、および撮像装置、並びに電子機器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20250318293A1 (en) * 2024-04-09 2025-10-09 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging sensor and device with gate controlled isolation between shared pixels

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013041890A (ja) * 2011-08-11 2013-02-28 Canon Inc 撮像素子及び撮像装置
JP2013161868A (ja) * 2012-02-02 2013-08-19 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び、電子機器
JP2014112580A (ja) * 2012-12-05 2014-06-19 Sony Corp 固体撮像素子および駆動方法
JP2014525673A (ja) * 2011-08-26 2014-09-29 イー・２・ブイ・セミコンダクターズ ピクセル・グループ化イメージ・センサー
JP2015012127A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
WO2018143306A1 (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 株式会社ニコン 撮像素子および電子カメラ
JP2020141146A (ja) * 2020-05-26 2020-09-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
WO2020241717A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6369233B2 (ja) 2014-09-01 2018-08-08 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその信号処理方法、並びに電子機器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013041890A (ja) * 2011-08-11 2013-02-28 Canon Inc 撮像素子及び撮像装置
JP2014525673A (ja) * 2011-08-26 2014-09-29 イー・２・ブイ・セミコンダクターズ ピクセル・グループ化イメージ・センサー
JP2013161868A (ja) * 2012-02-02 2013-08-19 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び、電子機器
JP2014112580A (ja) * 2012-12-05 2014-06-19 Sony Corp 固体撮像素子および駆動方法
JP2015012127A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
WO2018143306A1 (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 株式会社ニコン 撮像素子および電子カメラ
WO2020241717A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置
JP2020141146A (ja) * 2020-05-26 2020-09-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025052908A1 (ja) * 2023-09-07 2025-03-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、および撮像装置、並びに電子機器

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