CN109997019A - 摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及能够减小测距误差的摄像元件和摄像装置。固态摄像装置设置有像素阵列单元，该像素阵列单元具有多个对入射光进行光电转换的像素，其中，各个像素包括：基板，该基板对入射光进行光电转换；第一信号提取部，该第一信号提取部包括用于通过施加电压来产生电场的应用电极和用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测的吸引电极；第二信号提取部，该第二信号提取部包括应用电极和吸引电极；以及聚光部，该聚光部形成在基板上且使光入射到基板上。聚光部使光至少会聚到设置在基板内的第一信号提取部和第二信号提取部之间。本技术能够应用到CAPD传感器。

Description

摄像元件和摄像装置
技术领域
本技术涉及摄像元件和摄像装置，并具体地涉及能够减小测距误差的摄像元件和摄像装置。
背景技术
通常使用间接飞行时间(ToF：Time of Flight)方法的测距系统是众所周知的。在该测距系统中，这样的传感器是必需的：该传感器能够将信号电荷高速地分配到不同区域，该信号电荷是通过接收主动光(active light)在撞击到物体上时的反射光而获得的，该主动光是通过使用发光二极管(LED：Light Emitting Diode)或激光器在一定相位下发出的。
因此，已构思出这样的技术：其中，例如，将电压直接施加到传感器的基板以在基板内产生电流，从而能够在基板内的宽范围区域中高速地进行调制(例如，参见专利文献1)。该传感器也称为电流辅助光子解调器(CAPD：Current Assisted PhotonicDemodulator)传感器。
在CAPD传感器中，在构成像素的基板中，设置有一对信号提取部(抽头(tap))，每个抽头都具有被施加电压的应用电极(application electrode)和用于收集电荷的吸引电极(attraction electrode)。当电压被施加到一个抽头(称为有效抽头)的应用电极时，两个抽头的应用电极之间产生电场，且基板内的通过光电转换产生的信号电荷被传导到有效抽头的吸引电极。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2011-86904号
发明内容
本发明要解决的技术问题
这里，在通过光电转换产生的信号电荷中，将被传导到有效抽头的信号电荷的比例称为传输效率。当传输效率增大时，像素灵敏度提高，且测距误差能够减小。
然而，因为常规CAPD传感器的像素没有设置用于聚光的聚光结构，所以对像素(基板)的整个表面进行光电转换。因此，通过光电转换产生的信号电荷被传导到作为非有效抽头的抽头(闲置抽头(inactive tap))的吸引电极的可能性增加。结果，传输效率可能降低且测距误差可能增大。
本发明是鉴于上述情况而做出的，并且本发明的目的是减小测距误差。
解决问题的技术方案
本技术的第一方面的摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中，各个所述像素包括：基板，其对所述进入的光进行光电转换；第一信号提取部，其包括应用电极和吸引电极，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；第二信号提取部，其包括所述应用电极和所述吸引电极；以及聚光部，其形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，并且所述聚光部使所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
本技术的第一方面的摄像装置包括摄像元件，所述摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中，各个所述像素包括：基板，其对所述进入的光进行光电转换；第一信号提取部，其包括应用电极和吸引电极，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；第二信号提取部，其包括所述应用电极和所述吸引电极；以及聚光部，其形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，并且所述聚光部使所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
在本技术的第一方面中，各个像素包括：对进入的光进行光电转换的基板；包括应用电极和吸引电极的第一信号提取部，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；包括所述应用电极和所述吸引电极的第二信号提取部；以及形成在所述基板上且使所述光进入所述基板的聚光部，所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
本技术的第二方面的摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中，各个所述像素包括：基板，其对所述进入的光进行光电转换；第一应用电极和第二应用电极以及第一吸引电极和第二吸引电极，所述第一应用电极和所述第二应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述第一吸引电极和所述第二吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；聚光部，其形成在所述基板上且使所述光进入所述基板；以及遮光部，其形成在所述基板上，在平面图中，所述聚光部的中心布置在所述第一应用电极和所述第二应用电极之间，并且在所述平面图中，所述聚光部的端部与所述遮光部重叠。
在本技术的第二方面中，各个像素包括：对进入的光进行光电转换的基板；用于通过施加电压来产生电场的第一应用电极和第二应用电极，以及用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测的第一吸引电极和第二吸引电极；形成在所述基板上且使所述光进入所述基板的聚光部；以及形成在所述基板上的遮光部，在平面图中，所述聚光部的中心布置在所述第一应用电极和所述第二应用电极之间，并且在所述平面图中，所述聚光部的端部与所述遮光部重叠。
本技术的第三方面的摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括对进入的光进行光电转换的第一像素和第二像素，所述第一像素布置在比所述第二像素更靠近所述像素阵列单元的中心的位置处，其中，所述第一像素包括：第一应用电极和第二应用电极，这两者用于通过施加电压而在基板内产生电场；第一吸引电极和第二吸引电极，这两者用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；以及第一聚光部，其形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，所述第二像素包括：第三应用电极和第四应用电极，这两者用于通过施加电压而在所述基板内产生电场；第三吸引电极和第四吸引电极，这两者用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；以及第二聚光部，其形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，在平面图中，所述第一聚光部的中心布置在所述第一应用电极和所述第二应用电极之间的中间位置处，并且在所述平面图中，所述第二聚光部的中心布置在偏离所述第三应用电极和所述第四应用电极之间的中间位置的位置处。
在本技术的第三方面中，所述第一像素布置在比所述第二像素更靠近所述像素阵列单元的中心的位置处，其中，所述第一像素包括：用于通过施加电压而在基板内产生电场的第一应用电极和第二应用电极；用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测的第一吸引电极和第二吸引电极；以及形成在所述基板上且使所述光进入所述基板的第一聚光部，在平面图中，所述第一聚光部的中心布置在所述第一应用电极和所述第二应用电极之间的中间位置处，并且所述第二像素包括：用于通过施加电压而在所述基板内产生电场的第三应用电极和第四应用电极；用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测的第三吸引电极和第四吸引电极；以及形成在所述基板上且使所述光进入所述基板的第二聚光部，在所述平面图中，所述第二聚光部的中心布置在偏离所述第三应用电极和所述第四应用电极之间的中间位置的位置处。
本发明的有益效果
根据本技术，能够减小测距误差。
需要注意，这里所述的效果不一定是限制性的，而是能够是本发明中所述的任何效果。
附图说明
图1是图示了固态摄像元件的构造示例的图。
图2是图示了第一实施例的像素的构造示例的图。
图3是图示了第一实施例的像素的构造示例的图。
图4是图示了第一实施例的像素的构造示例的图。
图5是用于说明传输效率的图。
图6是用于说明传输效率的图。
图7是图示了像素的另一构造示例的图。
图8是图示了像素的另一构造示例的图。
图9是图示了像素的另一构造示例的图。
图10是图示了像素的另一构造示例的图。
图11是图示了像素的另一构造示例的图。
图12是图示了像素的另一构造示例的图。
图13是图示了像素的另一构造示例的图。
图14是图示了像素的另一构造示例的图。
图15是图示了像素的另一构造示例的图。
图16是图示了像素的另一构造示例的图。
图17是图示了像素的另一构造示例的图。
图18是图示了像素的另一构造示例的图。
图19是图示了像素的另一构造示例的图。
图20是图示了像素的另一构造示例的图。
图21是图示了像素的另一构造示例的图。
图22是图示了像素的另一构造示例的图。
图23是图示了像素的另一构造示例的图。
图24是图示了第二实施例的像素的构造示例的图。
图25是图示了第二实施例的像素的构造示例的图。
图26是用于说明传输效率的图。
图27是图示了像素的另一构造示例的图。
图28是图示了摄像装置的构造示例的图。
图29是图示了车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图30是图示了车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
下面是用于实施本发明的方式(以下将该方式称为实施例)的说明。需要注意，将按照下面的顺序进行说明。
1.固态摄像元件的构造示例
2.第一实施例(用于使光会聚到像素中心的构造)
3.聚光部的变型例
4.像素隔离部的变型例
5.其他变型例
6.第二实施例(用于使光会聚到抽头之间的构造)
7.适用的CAPD传感器
8.摄像装置的构造示例
9.移动体的应用示例
例如，本发明能够应用到这样的固态摄像元件：该固态摄像元件构成通过间接ToF方法进行测距的测距系统，并且本发明能够应用到包括该固态摄像元件的摄像装置等。
测距系统能够应用到：安装在车辆上且测量与车辆外部的物体之间的距离的车载系统；以及测量与诸如用户的手等物体之间的距离且根据测量结果识别用户手势的手势识别系统等。在这种情况下，能够将手势识别结果用于例如汽车导航系统的操作等。
<1.固态摄像元件的构造示例>
图1是图示了应用本技术的固态摄像元件的实施例的构造示例的图。
图1所示的固态摄像元件11是背面照射型CAPD传感器，且设置在具有测距功能的摄像装置中。
固态摄像元件11包括形成在半导体基板(未图示)上的像素阵列单元21和集成在与形成有像素阵列单元21的半导体基板相同的半导体基板上的周边电路单元。例如，周边电路单元包括像素驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24和系统控制单元25。
固态摄像元件11还设置有信号处理单元26和数据存储单元27。信号处理单元26和数据存储单元27可以安装在与固态摄像元件11的基板相同的基板上，或者可以布置在摄像装置中的与固态摄像元件11的基板不同的基板上。
像素阵列单元21包括按照行方向和列方向(换言之，按照矩阵形式)二维布置的单位像素(以下简称为像素)，各像素产生与接收的光量对应的电荷且输出与该电荷对应的信号。换言之，像素阵列单元21包括多个像素，每个像素都对进入的光进行光电转换且输出与作为光电转换的结果获得的电荷对应的信号。
这里，行方向是指像素行中的像素的布置方向(换言之，水平方向)，并且列方向是指像素列中的像素的布置方向(换言之，垂直方向)。即，行方向是图中的水平方向，并且列方向是图中的垂直方向。
在像素阵列单元21中，像素驱动线28和垂直信号线29针对相对于矩阵形式的像素布置的各像素列而沿着列方向进行布线。
例如，像素驱动线28传输用于对从像素读取信号进行驱动的驱动信号等。需要注意，在图1中，像素驱动线28图示为一条配线，但是实际上，多条像素驱动线连接到一个像素。像素驱动线28的一端连接到像素驱动单元22的与各列对应的输出端。此外，两条垂直信号线29连接到各像素列。
像素驱动单元22包括移位寄存器和地址解码器等，并且像素驱动单元22对所有像素同时驱动像素阵列单元21的各像素或以列为单位驱动像素阵列单元21的各像素。换言之，像素驱动单元22与控制像素驱动单元22的系统控制单元25一起构成对像素阵列单元21的各像素的操作进行控制的驱动单元。需要注意，垂直驱动单元可以与像素驱动单元22分开地设置，该垂直驱动单元以行为单位对像素阵列单元21的像素进行驱动。
根据像素驱动单元22的驱动控制而从像素列中的各像素输出的信号通过垂直信号线29输入到列处理单元23。列处理单元23对通过垂直信号线29从各像素输出的信号进行预定的信号处理，并且列处理单元23暂时保存信号处理后的像素信号。
具体地，列处理单元23进行去噪处理和模拟数字(AD：analog to digital)转换处理等作为信号处理。
水平驱动单元24包括移位寄存器和地址解码器等，并且水平驱动单元24顺序地选择列处理单元23的与像素列对应的单位电路。通过水平驱动单元24选择性地进行扫描，经过列处理单元23中的各单位电路的信号处理的像素信号顺序地输出。
系统控制单元25包括产生各种时序信号的时序发生器等，并且系统控制单元25根据时序发生器产生的各种时序信号进行像素驱动单元22、列处理单元23和水平驱动单元24等的驱动控制。
信号处理单元26至少具有算术处理功能，并且根据从列处理单元23输出的像素信号进行诸如算术处理等各种类型的信号处理。数据存储单元27暂时存储信号处理单元26中的信号处理所需的数据。
<2.第一实施例>
(像素的构造示例)
图2是图示了应用本技术的第一实施例的像素的构造示例的图。
图2图示了设置在像素阵列单元21中的一个像素51的横截面。像素51接收从外部进入的光(特别地，红外光)，对接收的光进行光电转换，且输出与作为光电转换的结果获得的电荷对应的信号。
例如，像素51包括硅基板，换言之，包括作为含有P型半导体区的P型半导体基板的基板61，并且像素51包括形成在基板61上的片上透镜62。
例如，将基板61在图中的垂直方向上(即在与基板61的表面垂直的方向上)的厚度制作为小于或等于20μm。需要注意，基板61的厚度当然可以大于或等于20μm，并且仅需要根据固态摄像元件11的目标特性等来确定该厚度。
在图中基板61的上表面上，即在基板61的光从外部进入的一侧的表面(以下也称为入射表面)上，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜62形成为聚光部，该聚光部会聚从外部进入的光且使光进入基板61内。
对作为有机材料的STSR进行回蚀，从而形成片上透镜62。片上透镜62的透镜直径w例如大约为10μm，且片上透镜62的厚度h例如大于或等于4μm。
在像素51中，在像素51的位于基板61的入射表面上的端部处，形成有像素间遮光部63-1和63-2以防止相邻像素之间的混色。
在图2的示例中，从外部进入片上透镜62的光被像素间遮光部63-1和像素间遮光部63-2遮挡，且不进入与像素51相邻的其他像素。以下，在不需要彼此特别地区分像素间遮光部63-1和63-2的情况下，将它们中的各者简称为像素间遮光部63。
因为固态摄像元件11是背面照射型CAPD传感器，所以基板61的入射表面是所谓的背面，且在该背面上没有形成包括配线等的配线层。另一方面，在基板61的与入射表面相反的一侧的表面的部分中，配线层形成为分层的，配线层分别包括用于对形成在像素51中的晶体管等进行驱动的配线、以及用于从像素51读取信号的配线等。
在基板61的与入射表面相反的一侧的表面侧中，换言之，在图中的下表面内部的部分中，形成有氧化膜64以及被称为抽头的信号提取部65-1和65-2。
在图2的示例中，氧化膜64在基板61的与入射表面相反的一侧的表面附近形成在像素51的中心部分中，且信号提取部65-1和信号提取部65-2分别形成在氧化膜64的两端。
信号提取部65-1包括：作为N型半导体区的N+半导体区71-1和N-半导体区72-1；以及作为P型半导体区的P+半导体区73-1和P-半导体区74-1。
具体地，N+半导体区71-1在基板61的与入射表面相反的一侧的表面的表面内侧部分中形成在与氧化膜64的图中右侧相邻的位置处。此外，在N+半导体区71-1的图中上侧，N-半导体区72-1形成为覆盖(围绕)N+半导体区71-1。
此外，P+半导体区73-1在基板61的与入射表面相反的一侧的表面的表面内侧部分中形成在与N+半导体区71-1的图中右侧相邻的位置处。此外，在P+半导体区73-1的图中上侧，P-半导体区74-1形成为覆盖(围绕)P+半导体区73-1。
需要注意，如稍后将详细说明，当从垂直于表面的方向观察基板61时，N+半导体区71-1和N-半导体区72-1形成为以P+半导体区73-1和P-半导体区74-1为中心围绕P+半导体区73-1和P-半导体区74-1的周边。
同样，信号提取部65-2包括：作为N型半导体区的N+半导体区71-2和N-半导体区72-2；以及作为P型半导体区的P+半导体区73-2和P-半导体区74-2。
具体地，N+半导体区71-2在基板61的与入射表面相反的一侧的表面的表面内侧部分中形成在与氧化膜64的图中左侧相邻的位置处。此外，在N+半导体区71-2的图中上侧，N-半导体区72-2形成为覆盖(围绕)N+半导体区71-2。
此外，P+半导体区73-2在基板61的与入射表面相反的一侧的表面的表面内侧部分中形成在与N+半导体区71-2的图中左侧相邻的位置处。此外，在P+半导体区73-2的图中上侧，P-半导体区74-2形成为覆盖(围绕)P+半导体区73-2。
需要注意，如稍后将详细说明，当从垂直于表面的方向观察基板61时，N+半导体区71-2和N-半导体区72-2形成为以P+半导体区73-2和P-半导体区74-2为中心围绕P+半导体区73-2和P-半导体区74-2的周边。
以下，在不需要彼此特别地区分信号提取部65-1和65-2的情况下，将它们中的各者简称为信号提取部65。
此外，以下，在不需要彼此特别地区分N+半导体区71-1和N+半导体区71-2的情况下，将它们中的各者简称为N+半导体区71，且在不需要彼此特别地区分N-半导体区72-1和N-半导体区72-2的情况下，将它们中的各者简称为N-半导体区72。
同样，在不需要彼此特别地区分P+半导体区73-1和P+半导体区73-2的情况下，将它们中的各者简称为P+半导体区73，且在不需要彼此特别地区分P-半导体区74-1和P-半导体区74-2的情况下，将它们中的各者简称为P-半导体区74。
在N+半导体区71-1和P+半导体区73-1之间，形成有用于隔离这些区域的含有氧化膜等的隔离部75-1。同样，在N+半导体区71-2和P+半导体区73-2之间，形成有用于隔离这些区域的含有氧化膜等的隔离部75-2。以下，在不需要彼此特别地区分隔离部75-1和75-2的情况下，将它们中的各者简称为隔离部75。
设置在基板61上的N+半导体区71起到用于检测从外部进入像素51的光量(换言之，通过基板61进行的光电转换而产生的信号载流子量)的检测单元的作用。即，N+半导体区71构成吸引电极，其收集通过基板61进行的光电转换而产生的电荷(电子)。
此外，P+半导体区73构成应用电极，其用于将多数载流子电流注入到基板61中，换言之，其用于将电压直接施加到基板61以在基板61内产生电场。
在像素51中，作为浮动扩散区(未图示)的浮动扩散(FD：floating diffusion)部(以下，特别地称为FD部A)直接连接到N+半导体区71-1。FD部A经由放大晶体管(未图示)等连接到垂直信号线29。
同样，与FD部A不同的另一FD部(以下，特别地称为FD部B)直接连接到N+半导体区71-2。FD部B经由放大晶体管(未图示)等连接到垂直信号线29。这里，FD部A和FD部B分别连接到彼此不同的垂直信号线29。
(通过间接ToF方法的测距)
在通过间接ToF方法测量与物体之间的距离的情况下，从设置有固态摄像元件11的摄像装置朝向物体发射红外光。然后，当红外光被物体反射且作为反射光返回到摄像装置时，固态摄像元件11的基板61接收进入的反射光(红外光)且进行光电转换。
此时，像素驱动单元22驱动像素51，且像素驱动单元22将与通过光电转换获得的电荷对应的信号分配到FD部A和FD部B。
例如，在某一时刻，像素驱动单元22经由像素驱动线28和触点等将电压施加到两个P+半导体区73。
具体地，像素驱动单元22经由像素驱动线28将大于0V的正电压施加到P+半导体区73-1，且经由像素驱动线28将0V的电压施加到P+半导体区73-2。换言之，将正电压施加到P+半导体区73-1，且基本上不将电压施加到P+半导体区73-2。
如上所述，当将电压施加到P+半导体区73时，基板61内的两个P+半导体区73之间产生电场，且电流从P+半导体区73-1流向P+半导体区73-2。在这种情况下，基板61内的空穴沿着朝向P+半导体区73-2的方向移动，且电子沿着朝向P+半导体区73-1的方向移动。
当在这种状态下红外光从外部进入基板61且在基板61内通过光电转换而转换成电子-空穴对时，获得的电子由于P+半导体区73之间的电场而沿着朝向P+半导体区73-1的方向被传导，且移动到N+半导体区71-1中。
此时，通过光电转换产生的电子用作用于检测与进入像素51的红外光量(换言之，接收到的红外光的光量)对应的信号的信号载流子。
结果，与移动到N+半导体区71-1中的电子对应的电荷累积在N+半导体区71-1中，并且由列处理单元23经由FD部A、放大晶体管和垂直信号线29等检测该电荷。
换言之，N+半导体区71-1中所累积的电荷传输到与N+半导体区71-1直接连接的FD部A，且由列处理单元23经由放大晶体管和垂直信号线29读取与传输到FD部A的电荷对应的信号。然后，读取的信号在列处理单元23中经过诸如AD转换处理等处理，且作为处理结果获得的像素信号被供应到信号处理单元26。
像素信号是这样的信号：该信号表示与N+半导体区71-1检测到的电子对应的电荷的量，换言之，表示累积在FD部A中的电荷的量。即，像素信号是表示像素51接收到的红外光的光量的信号。
此外，在下一时刻，由像素驱动单元22经由像素驱动线28和触点等将电压施加到两个P+半导体区73，使得在与基板61内至此已产生的电场的方向相反的方向上产生电场。具体地，将正电压施加到P+半导体区73-2，且将0V的电压施加到P+半导体区73-1。
结果，在基板61内的两个P+半导体区73之间产生电场，且电流从P+半导体区73-2流向P+半导体区73-1。
当在这种状态下红外光从外部进入基板61且在基板61内通过光电转换而转换成电子-空穴对时，获得的电子由于P+半导体区73之间的电场而沿着朝向P+半导体区73-2的方向被传导，且移动到N+半导体区71-2中。
结果，与移动到N+半导体区71-2中的电子对应的电荷累积在N+半导体区71-2中，且由列处理单元23经由FD部B、放大晶体管和垂直信号线29等检测该电荷。
换言之，N+半导体区71-2中所累积的电荷传输到与N+半导体区71-2直接连接的FD部B，且由列处理单元23经由放大晶体管和垂直信号线29读取与传输到FD部B的电荷对应的信号。然后，读取的信号在列处理单元23中经过诸如AD转换处理等处理，且作为处理结果获得的像素信号被供应到信号处理单元26。
以这种方式，当获得通过同一像素51中的彼此不同的时段内的光电转换而获得的像素信号时，信号处理单元26根据这些像素信号计算表示与物体之间的距离的距离信息，且将该信号输出到下一级。
特别地，在信号处理单元26中，如果针对像素阵列单元21的像素获得的距离信息是与该像素对应的图像上的像素的像素值，则会获得这样的图像(以下称为距离图像)：其表示与固态摄像元件11的观察视场的各区域中的被摄体之间的距离。也将以这种方式获得的距离图像称为深度图。
如上所述，将信号载流子分配到彼此不同的N+半导体区71且根据对应于信号载流子的信号计算距离信息的方法称为间接ToF方法。
(信号提取部的一部分的构造示例)
当在图中沿从上到下的方向(即沿与基板61的表面垂直的方向)观察像素51中的信号提取部65的一部分时，例如，如图3所示，P+半导体区71围绕P+半导体区73的周边。在图3中，将相同的附图标记赋予与图2所示的部分对应的部分，并适当地省略这些部分的说明。
在图3的示例中，氧化膜64(未图示)形成在像素51的中心部分中，且信号提取部65形成在从像素51的中心稍微偏向端侧的部分中。特别地，这里，两个信号提取部65形成在像素51中。
此外，P+半导体区73以矩形形状形成在信号提取部65中的中心位置处，且P+半导体区73的周边被矩形框架形状的N+半导体区71以P+半导体区73为中心围绕。换言之，N+半导体区71形成为围绕P+半导体区73的周边。
需要注意，当从垂直于基板61的方向观察时，N+半导体区71和P+半导体区73的形状不限于如图3所示的矩形形状，且可以是任何形状。
例如，如图4所示，N+半导体区71和P+半导体区73可以具有圆形形状。需要注意，在图4中，将相同的附图标记赋予与图3所示的部分对应的部分，且将适当地省略这些部分的说明。
在图4的示例中，圆形形状的P+半导体区73形成在信号提取部65中的中心位置处，且P+半导体区73的周边被环形形状的N+半导体区71以P+半导体区73为中心围绕。
需要注意，如图3和图4所示，片上透镜62形成为：在平面图中观察像素51的情况下，大致覆盖一个像素51的整个区域。换言之，在本实施例中，针对各像素51设置一个片上透镜62。
(传输效率)
顺便提及，在使用CAPD传感器通过间接ToF方法进行测距以进一步减小测距误差时，需要增大像素灵敏度。据说，像素灵敏度与像素面积、量子效率、孔径比和传输效率的乘积成比例。
传输效率(有效抽头和闲置抽头之间的对比(Cmod))是指通过基板内的光电转换产生的信号电荷中的被传导到施加电压的信号提取部(有效抽头)的信号电荷的比例。
图5图示了设置在常规CAPD传感器中的像素的构造示例。图5所示的像素类似于从图2所示的像素51中除去片上透镜62的像素。
这里，假设信号提取部65-2是能被读取信号的有效抽头，且信号提取部65-1是不能被读取信号的闲置抽头。
这里，假设流到有效抽头(信号提取部65-2)中的电流(电荷量)是I0，且流到闲置抽头(信号提取部65-1)中的电流(电荷量)是I1，则传输效率(Cmod)由流到有效抽头中的电流I0和流到闲置抽头中的电流I1之间的比值表达。
理想上，通过基板内的光电转换产生的所有信号电荷都被传导到有效抽头。在这种情况下，流到闲置抽头中的电流I1是0，且传输效率是100％。
然而，因为图5所示的像素没有设置用于聚光的聚光结构，所以对像素(基板)的整个表面进行光电转换。因此，与通过光电转换在信号提取部65-1附近产生的信号电荷对应的电流I1流到闲置抽头(信号提取部65-1)中。结果，传输效率降低，且测距误差增大。
另一方面，本实施例的像素51设置有会聚从外部进入的光且使光进入基板61内的片上透镜62。
使用片上透镜62，如图6所示，从外部进入片上透镜62的红外光会聚在基板61内的像素51的中心附近，具体地，会聚在信号提取部65-1和信号提取部65-2之间。结果，抑制了信号提取部65-1附近的光电转换，能够减小流到闲置抽头(信号提取部65-1)中的电流I1，从而能够提高传输效率。
因此，根据上述构造，片上透镜62使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
<3.聚光部的变型例>
在上述说明中，作为聚光部，已经说明了形成有片上透镜62的像素51的构造；然而，聚光部仅需要具有使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间的功能。
因此，在下文中，将说明形成在像素51中的聚光部的变型例。
(示例1)
图7图示了像素51的另一构造示例。
在图7的像素51中，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜111形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。
片上透镜111是通过回流处理(reflow processing)形成的回流透镜。结果，能够实现片上透镜111的增厚以匹配聚光范围。
即使在该构造中片上透镜111也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例2)
图8图示了像素51的另一构造示例。
在图8的像素51中，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜131形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。
片上透镜131是使用高折射率材料作为透镜材料而形成的。结果，能够提高片上透镜131的聚光能力。
即使在该构造中片上透镜131也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例3)
图9图示了像素51的另一构造示例。
在图9的像素51中，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜151形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。
片上透镜151是通过蚀刻将透镜形状转印到构成基板61的基板材料(例如，硅)上而形成的。在片上透镜151中，使用用于抑制暗电流目的的负固定电荷膜进行透镜表面的钉扎，且在该表面上形成抗反射膜(未图示)。
即使在该构造中片上透镜151也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例4)
图10图示了像素51的另一构造示例。
在图10的像素51中，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜171形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。此外，在图10的示例中，在片上透镜171上形成外涂层(overcoat layer)172。
片上透镜171由有机材料(例如，苯乙烯基树脂、丙烯酸基树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物基树脂、或硅氧烷基树脂等)形成。此外，片上透镜171可以由SiN基无机材料或SiON基无机材料形成。
外涂层172由与片上透镜171相同或不同的材料形成。根据形成外涂层172的材料，外涂层172能够具有各种功能，诸如抗反射的功能和防止劣化(例如变形和着色等)的功能等。
即使在该构造中片上透镜171也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例5)
图11图示了像素51的另一构造示例。
在图11的像素51中，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜191形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。此外，在图10的示例中，在片上透镜191上形成平坦化膜192。
片上透镜191由有机材料(例如，苯乙烯基树脂、丙烯酸基树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物基树脂、或硅氧烷基树脂等)形成。此外，片上透镜171可以由SiN基无机材料或SiON基无机材料形成。
平坦化膜192由折射率比形成片上透镜191的材料的折射率低的材料形成。
平坦化膜192形成在片上透镜191上，从而固态摄像元件11能够采用这样的无空腔结构：其中，光接收表面侧的空隙(空腔)由密封树脂或密封玻璃密封。
即使在该构造中片上透镜191也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例6)
图12图示了像素51的另一构造示例。
在图12的像素51中，具有向下凸起的曲面形状的片上透镜211形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。
例如，折射率比平坦化膜212的折射率高的密封树脂213密封在基板61上的平坦化膜212中所形成的凹部中，从而形成片上透镜211。
即使在该构造中片上透镜211也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例7)
图13图示了像素51的另一构造示例。
在图13的像素51中，衍射透镜231形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。
衍射透镜231具有通过利用光的衍射现象对进入的光进行会聚的功能。设置多个凹槽，并且这多个凹槽同心地布置在平坦透镜材料的表面上，从而形成衍射透镜231。
即使在该构造中衍射透镜231也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例8)
图14图示了像素51的另一构造示例。
在图14的像素51中，梯度折射率透镜(gradient index lens)251形成为聚光部，以代替图2的像素51中的片上透镜62。
在梯度折射率透镜251中，高折射率层和低折射率层同心地围绕光轴以预定间隔交替地布置。例如，梯度折射率透镜251构成亚波长透镜(SWLL：Sub-Wave Length Lens)。
即使在该构造中梯度折射率透镜251也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
(示例9)
图15图示了像素51的另一构造示例。
在图15的像素51中，具有向上凸起的曲面形状的层内透镜271形成在基板61和片上透镜62之间以作为图2的像素51中的聚光部。
使用层内透镜271，能够提高片上透镜62的聚光能力。
此外，在图15的示例中，像素51包括针对各像素的隔离壁272，隔离壁272隔离形成有层内透镜271的层。隔离壁272可以由含有W或Al等的金属膜形成，或者可以由含有SiO2或SiN等的Si氧化膜形成。能够通过隔离壁272抑制像素之间发生混色。
即使在该构造中片上透镜62和层内透镜271也能使光会聚到信号提取部65-1和信号提取部65-2之间，从而能够提高传输效率，且能够减小测距误差。
需要注意，在图15的示例中，可以应用参照图6至图14所述的构造来代替片上透镜62。此外，在图15的示例中，层内透镜271采用具有向上凸起的曲面形状的形状，但是可以采用向下凸起的曲面形状的形状。
<4.像素隔离部的变型例>
可以在形成于像素阵列单元21中的像素之间设置像素隔离部，以提高相邻像素之间的隔离特性且抑制混色。
因此，在下文中，将说明形成在像素51中的像素隔离部的变型例。
(示例1)
图16图示了像素51的另一构造示例。
在图16的像素51中，除了与图2的像素51相同的构造以外，还形成有针对各像素的用于隔离基板61的像素隔离部310，以划分多个像素51。
像素隔离部310包括凹槽部311、固定电荷膜312和绝缘膜313。像素隔离部310形成为在基板61的背面(图中的上表面)侧中埋入基板61的内部。
具体地，在基板61的背面(上表面)侧中，凹槽部311形成为穿过基板61内的像素51之间的边界部分的一部分。凹槽部311的内部覆盖有固定电荷膜312，此外，凹槽部311填充有绝缘膜313，从而构成像素隔离部310。
在从图中上表面侧观察固态摄像元件11的情况下，像素隔离部310具有格子形状的平面形状，且插入在多个像素51之间。
作为像素隔离部310的绝缘膜313，例如，能够采用氧化硅膜(SiO)或氮化硅膜(SiN)等。例如，可以通过浅沟槽隔离(STI：Shallow Trench Isolation)形成像素隔离部310。
使用该构造，能够提高相邻像素之间的隔离特性，且能够抑制混色。
(示例2)
图17图示了像素51的另一构造示例。
在图17的像素51中，类似于图16的像素51，形成有针对各像素的用于隔离基板61的像素隔离部310，以划分多个像素51。
然而，在图17的像素51中，像素隔离部310的高度(在图中垂直方向上的长度)设定为与基板61相同的高度。
使用该构造，能够进一步提高相邻像素之间的隔离特性。
(示例3)
图18图示了像素51的另一构造示例。
在图18的像素51中，类似于图17的像素51，形成有针对各像素的用于隔离基板61的像素隔离部310，以划分多个像素51。
然而，在图18的像素51中，像素隔离部310的高度超过基板61的高度并到达片上透镜62。需要注意，在图18的示例中，基板61上没有形成像素间遮光部63。
使用该构造，能够进一步提高相邻像素之间的隔离特性。
(示例4)
图19图示了像素51的另一构造示例。
在图19的像素51中，类似于图16的像素51，形成有针对各像素的用于隔离基板61的像素隔离部310，以划分多个像素51。
然而，在图19的像素51中，像素隔离部310具有中空结构。
固定电荷膜312和绝缘膜313依次埋入从基板61的背面侧(上侧)沿深度方向形成的凹槽部311中，从而形成图19的像素隔离部310。中空部(所谓的孔隙)314形成在凹槽部311的内部。
为了在凹槽部311中形成中空部314，在凹槽部311的内部形成这样的绝缘膜313：该绝缘膜313具有不会填充全部凹槽部311的膜厚度，且将绝缘膜313形成为在凹槽部311的开口端处封闭凹槽部311。例如，能够由诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或树脂等材料形成绝缘膜313。
同样，使用该构造，能够提高相邻像素之间的隔离特性，且能够抑制混色。
<5.其他变型例>
以下，将说明除了能够应用到上述构造的聚光部和像素隔离部以外的构造的变型例。
(像素间遮光部)
如上所述，在本实施例的像素51中，抑制了闲置抽头附近的光电转换，且减小了流到闲置抽头中的电流，从而能够提高传输效率。
因此，调节形成在基板61上的像素间遮光部63的宽度，且使光不进入闲置抽头，从而可以抑制闲置抽头附近的光电转换，且可以减小流到闲置抽头中的电流。
例如，如图20所示，像素间遮光部63形成为使得像素间遮光部63的宽度被调节且像素间遮光部63覆盖各抽头(信号提取部65-1和65-2)的一半。
使用该构造，因为能够使光不进入闲置抽头，所以能够提高传输效率。
此外，如图21所示，像素间遮光部63可以形成为使得像素间遮光部63的宽度被调节且像素间遮光部63覆盖各抽头(信号提取部65-1和65-2)的全部。
使用该构造，因为能够更可靠地使光不进入闲置抽头，所以能够进一步提高传输效率。
需要注意，在图21的构造中，与图20的构造相比，尽管进入基板61的光量减小，但是能够通过增强片上透镜62的聚光能力或放大周边电路单元中的像素信号来确保恒定的信号电平。
(出瞳校正)
在像素阵列单元21中，需要增加片上透镜62的从中心朝向周边的出瞳校正量。
此时，优化调节片上透镜62的出瞳校正量，从而可以抑制闲置抽头附近的光电转换，且可以减小流到闲置抽头中的电流。
图22图示了布置在像素阵列单元21的端部处的像素51P的构造示例。
如图22所示，相对于像素51P调节片上透镜62的出瞳校正量，从而从外部进入片上透镜62的光会聚在信号提取部65-1和信号提取部65-2之间。
使用该构造，同样在布置于像素阵列单元21的端部处的像素中，能够抑制闲置抽头附近的光电转换，且能够减小流到闲置抽头中的电流，以便能够提高传输效率。
(反射构件)
为了提高像素51的灵敏度，可以在基板61的与入射表面相反的一侧的表面上设置具有大面积的反射构件。
图23图示了像素51的另一构造示例。
在图23的像素51中，除了与图2的像素51相同的构造以外，还设置有反射红外光的反射构件351，以覆盖基板61的与入射表面相反的一侧的整个表面。
作为反射构件351，可以使用任何反射构件，只要反射构件对红外光具有高反射率。例如，可以使用诸如铜或铝等设置在多层配线层中的金属作为反射构件351，该多层配线层层压在基板61的与入射表面相反的一侧的表面上。此外，作为反射构件351，可以在基板61的与入射表面相反的一侧的表面上形成诸如多晶硅或氧化膜等反射结构。
使用该构造，经由片上透镜62从入射表面进入基板61内且透过基板61而没有经过基板61内的光电转换的红外光能够被反射构件351反射且再次进入基板61。结果，能够增加经过基板61内的光电转换的红外光量，且能够提高量子效率，并因此能够提高像素灵敏度。
<6.第二实施例>
图24和图25是分别图示了应用本技术的第二实施例的像素的构造示例的图。
图24图示了设置在像素阵列单元21中的像素51的横截面图，且图25图示了像素51的平面图。
本实施例的像素51包括基板61以及形成在基板61上的作为聚光部的片上透镜411和412，片上透镜411和412分别具有向上凸起的曲面形状。
片上透镜411在基板61的入射表面上形成为在像素51的中心部分处横跨信号提取部65-1和信号提取部65-2。
在基板61的入射表面上的像素51和与该像素51相邻的像素(相邻像素)之间，片上透镜412形成为横跨各个相邻像素的信号提取部65-1和信号提取部65-2(信号提取部65-2和信号提取部65-1)。
对作为有机材料的STSR进行回蚀，从而形成片上透镜411和412。
使用片上透镜411，如图26所示，从外部进入片上透镜411的红外光会聚在基板61内的像素51的中心附近，具体地，会聚在信号提取部65-1和信号提取部65-2之间。
结果，能够抑制信号提取部65-1附近的光电转换，且能够减小流到闲置抽头(信号提取部65-1)中的电流I1。
此外，使用片上透镜412，如图26所示，从外部进入片上透镜412的红外光会聚在像素51的信号提取部65-1(65-2)和相邻像素的信号提取部65-2(65-1)之间。
结果，在基板61内的相邻像素之间的边界部分通过光电转换产生信号电荷，且与该信号电荷对应的电流流到有效抽头(信号提取部65-2)中。
使用上述构造，能够减小流到闲置抽头中的电流，以便能够提高传输效率。此外，使用上述构造，能够增加经过基板61内的光电转换的光量，以便能够提高像素灵敏度。
需要注意，作为本实施例的像素51中所包括的聚光部，可以应用参照图6至图14所述的构造来代替片上透镜411和412。
<7.适用的CAPD传感器>
在上述说明中，已经说明了将本技术应用到背面照射型CAPD传感器的示例；然而，本技术还能够应用到正面照射型CAPD传感器。
图27是图示了正面照射型CAPD传感器中所包括的像素的构造示例的图。
如图27所示，在正面照射型CAPD传感器中所包括的像素451中，基板461接收从基板的正面(上表面)侧进入的入射光。信号提取部462-1和462-2形成在基板461内的入射表面侧中，换言之，形成在图中上表面内侧的部分中。
在基板461上，设置有配线层463。配线层463是所谓的多层配线层，且配线层463由配线和构成绝缘层的层间绝缘膜多次交替地层压而形成。
在配线层463上，具有向上凸起的曲面形状的片上透镜464形成为对从外部进入的光进行会聚的聚光部，且片上透镜464使光进入基板461内。对作为有机材料的STSR进行回蚀，从而形成片上透镜464；然而，可以应用参照图6至图14所述的构造来代替片上透镜464。
此外，在像素451中，在像素451的位于基板461的入射表面上的端部处，形成有像素间遮光部465以用于防止相邻像素之间的混色。
如上所述，在正面照射型CAPD传感器中，通过布置在光的入射表面侧的配线等来限制光电转换区。然而，即使使用该构造，片上透镜464也能使光会聚到信号提取部462-1和信号提取部462-2之间，从而能够提高传输效率，以便能够减小测距误差。
<8.摄像装置的构造示例>
固态摄像元件11能够应用到各种电子装置，例如，摄像装置(诸如数字照相机或数字摄像机等)、具有摄像功能的移动电话和具有摄像功能的其他装置等。
图28是图示了作为应用本技术的电子装置的摄像装置的构造示例的框图。
图28所示的摄像装置501包括光学系统511、快门装置512、固态摄像元件513、控制电路514、信号处理电路515、监视器516和存储器517，且摄像装置501能够拍摄静止图像和运动图像。
光学系统511包括一个或多个透镜，且将来自被摄体的光(入射光)引导到固态摄像元件513以将图像形成在固态摄像元件513的光接收表面上。
快门装置512布置在光学系统511和固态摄像元件513之间，且快门装置512在控制电路514的控制下控制固态摄像元件513的光照射时段和遮光时段。
固态摄像元件513根据经由光学系统511和快门装置512聚焦在光接收表面上的光而累积一定时段内的信号电荷。累积在固态摄像元件513中的信号电荷根据从控制电路514供应过来的驱动信号(时序信号)而被传输。
控制电路514输出对固态摄像元件513的传输操作和快门装置512的快门操作进行控制的驱动信号，以驱动固态摄像元件513和快门装置512。
信号处理电路515对从固态摄像元件513输出的信号电荷进行各种类型的信号处理。将通过信号处理电路515进行信号处理而获得的图像(图像数据)供应到监视器516以被显示，或者供应到存储器517以被记录。
本技术还能够应用到如上所述地构造的摄像装置501。换言之，上述的固态摄像元件11能够用作固态摄像元件513。
<9.移动体的应用示例>
本技术能够应用到各种产品。本技术可以实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动设备(personal mobility)、飞机、无人机、船舶或机器人等任何类型的移动体上的装置。
图29是图示了作为能够应用根据本发明的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图29所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053被图示为集成控制单元12050的功能性构造。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作下述装置的控制装置：用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置，诸如内燃机或驱动电机等；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制装配在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作下述装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置、或者诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯和雾灯等各种灯。在这种情况下，能够将从替代钥匙的便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接受这些无线电波或信号的输入，且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元12031连接至车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031对车辆外部的图像进行拍摄，且车外信息检测单元12030接收拍摄到的图像。车外信息检测单元12030可以根据接收到的图像对人、汽车、障碍物、标志、或路面上的文字等进行物体检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是这样的光学传感器：其接收光且输出与接收到的光量对应的电信号。摄像单元12031能够将电信号作为图像输出，或者能够将电信号作为测距信息输出。此外，摄像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外光等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040连接至检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041。驾驶员状态检测单元12041例如包括对驾驶员的图像进行拍摄的相机，且根据从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或集中程度，或者可以判定驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051能够根据车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，且微型计算机12051能够将控制命令输出至驱动系统控制单元12010。例如，微型计算机12051能够进行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistancesystem)的功能的协同控制，所述功能包括车辆碰撞规避或车辆冲击缓和、基于车间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆的碰撞警告、或车辆的偏离车道警告等。
此外，根据车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围的信息，微型计算机12051能够通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等而进行旨在实现自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协同控制。
此外，微型计算机12051能够根据车外信息检测单元12030获取的车辆外部的信息而将控制命令输出至车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051能够根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对面车辆的位置，通过控制车头灯而进行诸如将远光灯切换到近光灯等旨在防止炫目的协同控制。
声音图像输出单元12052将声音输出信号和图像输出信号中的至少一者传输至输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知给车上的乘客或车辆外部。在图29的示例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被图示为输出装置。显示单元12062例如可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图30是图示了摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图30中，包括作为摄像单元12031的摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门或车内挡风玻璃的上部等位置处。设置在前鼻处的摄像单元12101和设置在车内挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在侧视镜处的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车内挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
需要注意，图30图示了摄像单元12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻处的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜处的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104的摄像范围。例如，将摄像单元12101至12104拍摄的图像数据彼此叠加，从而获得从上方观察的车辆12100的俯瞰图像。
摄像单元12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，根据从摄像单元12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051获得与摄像范围12111至12114内的各个三维物体相距的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而能够提取这样的三维物体作为前方车辆：特别地，该三维物体是车辆12100的行驶路径上最靠近的三维物体，且该三维物体在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，大于或等于0km/h)行驶。此外，微型计算机12051能够预先设定与前方车辆前方要确保的车间距离，且能够进行自动制动控制(包括跟进停止控制)和自动加速控制(包括跟进启动控制)等。如上所述，可以进行旨在实现不依赖于驾驶员的操作就能自主行驶的自动驾驶等协同控制。
例如，根据从摄像单元12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够通过将物体分类为两轮车、普通车辆、大型车辆、行人以及诸如电线杆等其他三维物体来提取与三维物体相关的三维物体数据，并且微型计算机12051能够使用该数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员在视觉上可识别的障碍物和在视觉上难以识别的障碍物。然后，微型计算机12051判定用于指示与各个障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险，且当碰撞风险大于或等于设定值且可能存在碰撞时，微型计算机12051经由音频扬声器12061和显示单元12062将警告输出给驾驶员，或经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向，从而能够进行用于规避碰撞的辅助驾驶。
摄像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外光的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定摄像单元12101至12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，这种行人识别是通过如下的过程进行的：对作为红外相机的摄像单元12101至12104拍摄的图像中的特征点进行提取，并且对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判定该物体是否是行人。当微型计算机12051判定摄像单元12101至12104拍摄的图像中存在行人且识别出行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062，使得用于强调的矩形轮廓线叠加和显示在识别出的行人上。此外，声音图像输出单元12052可以控制显示单元12062，使得在期望的位置处显示表示行人的图标等。
在上面，已经说明了能够应用本技术的车辆控制系统的示例。本技术能够应用到上述构造中的摄像单元12031(摄像单元12101至12104中的至少一者)。具体地，图1的固态摄像元件11能够应用到摄像单元12031。通过将本技术应用到摄像单元12031，在摄像单元12031具有通过间接ToF方法获取距离信息的功能的情况下，能够减小测距误差，使得能够实现更安全的自动驾驶和辅助驾驶。
需要注意，本技术的实施例不限于上述的实施例，且可以在不偏离本技术的范围的情况下做出各种变型例。
此外，本技术还能够采用下面的构造。
(1)摄像元件，所述摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中
各个所述像素包括：
基板，所述基板对所述进入的光进行光电转换；
第一信号提取部，所述第一信号提取部包括应用电极和吸引电极，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；
第二信号提取部，所述第二信号提取部包括所述应用电极和所述吸引电极；以及
聚光部，所述聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，并且
所述聚光部使所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
(2)根据(1)所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括具有向上凸起的曲面形状的片上透镜。
(3)根据(2)所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是通过对STSR进行回蚀而形成的。
(4)根据(2)所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是通过回流处理形成的。
(5)根据(2)所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是使用高折射率材料形成的。
(6)根据(2)所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是通过对构成所述基板的基板材料进行蚀刻而形成的。
(7)根据(2)所述的摄像元件，其还包括
形成在所述片上透镜上的外涂层。
(8)根据(1)所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括具有向下凸起的曲面形状的片上透镜。
(9)根据(1)所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括衍射透镜。
(10)根据(1)所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括梯度折射率透镜。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像元件，其还包括
形成在所述聚光部和所述基板之间的层内透镜。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的摄像元件，其中
各个所述像素还包括像素间遮光部，所述像素间遮光部形成在各个所述像素的位于所述基板的入射表面上的端部处。
(13)根据(12)所述的摄像元件，其中
所述像素间遮光部形成为覆盖所述第一信号提取部和所述第二信号提取部中各者的至少一半。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的摄像元件，其中
各个所述像素还包括像素隔离部，所述像素隔离部形成为隔离各个所述像素的所述基板。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像元件，其中
各个所述像素还包括反射构件，所述反射构件形成在所述基板的与入射表面相反的一侧的表面上且反射从所述入射表面进入所述基板的所述光。
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的摄像元件，其中
所述聚光部针对各个所述像素逐一形成在所述基板上。
(17)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括：
第一聚光部，所述第一聚光部使所述光会聚到各个所述像素的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间，以及
第二聚光部，所述第二聚光部使所述光会聚到各个所述像素的所述第一信号提取部和与各个所述像素相邻的相邻像素的所述第二信号提取部之间，或者使所述光会聚到各个所述像素的所述第二信号提取部和与各个所述像素相邻的相邻像素的所述第一信号提取部之间。
(18)根据(1)至(17)中任一项所述的摄像元件，其中
所述第一信号提取部和所述第二信号提取部设置在所述基板的与入射表面相反的一侧的表面侧上。
(19)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像元件，其中
所述第一信号提取部和所述第二信号提取部设置在所述基板的入射表面侧上。
(20)摄像装置，所述摄像装置包括摄像元件，所述摄像元件包括：
像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中
各个所述像素包括：
基板，所述基板对所述进入的光进行光电转换；
第一信号提取部，所述第一信号提取部包括应用电极和吸引电极，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；
第二信号提取部，所述第二信号提取部包括所述应用电极和所述吸引电极；以及
聚光部，所述聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，并且
所述聚光部使所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
附图标记列表
11 固态摄像元件
21 像素阵列单元
22 像素驱动单元
51 像素
61 基板
62 片上透镜
65-1、65-2、65 信号提取部
71-1、71-2、71 N+半导体区
73-1、73-2、73 P+半导体区

Claims (24)

1.摄像元件，所述摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中
各个所述像素包括：
基板，所述基板对所述进入的光进行光电转换；
第一信号提取部，所述第一信号提取部包括应用电极和吸引电极，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；
第二信号提取部，所述第二信号提取部包括所述应用电极和所述吸引电极；以及
聚光部，所述聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，并且
所述聚光部使所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括具有向上凸起的曲面形状的片上透镜。
3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是通过对STSR进行回蚀而形成的。
4.根据权利要求2所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是通过回流处理形成的。
5.根据权利要求2所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是使用高折射率材料形成的。
6.根据权利要求2所述的摄像元件，其中
所述片上透镜是通过对构成所述基板的基板材料进行蚀刻而形成的。
7.根据权利要求2所述的摄像元件，其还包括
形成在所述片上透镜上的外涂层。
8.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括具有向下凸起的曲面形状的片上透镜。
9.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括衍射透镜。
10.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括梯度折射率透镜。
11.根据权利要求1所述的摄像元件，其还包括
形成在所述聚光部和所述基板之间的层内透镜。
12.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
各个所述像素还包括像素间遮光部，所述像素间遮光部形成在各个所述像素的位于所述基板的入射表面上的端部处。
13.根据权利要求12所述的摄像元件，其中
所述像素间遮光部形成为覆盖所述第一信号提取部和所述第二信号提取部中各者的至少一半。
14.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
各个所述像素还包括像素隔离部，所述像素隔离部形成为隔离各个所述像素的所述基板。
15.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
各个所述像素还包括反射构件，所述反射构件形成在所述基板的与入射表面相反的一侧的表面上且反射从所述入射表面进入所述基板的所述光。
16.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述聚光部针对各个所述像素逐一形成在所述基板上。
17.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述聚光部包括：
第一聚光部，所述第一聚光部使所述光会聚到各个所述像素的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间，以及
第二聚光部，所述第二聚光部使所述光会聚到各个所述像素的所述第一信号提取部和与各个所述像素相邻的相邻像素的所述第二信号提取部之间，或者使所述光会聚到各个所述像素的所述第二信号提取部和与各个所述像素相邻的相邻像素的所述第一信号提取部之间。
18.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述第一信号提取部和所述第二信号提取部设置在所述基板的与入射表面相反的一侧的表面侧上。
19.根据权利要求1所述的摄像元件，其中
所述第一信号提取部和所述第二信号提取部设置在所述基板的入射表面侧上。
20.摄像装置，所述摄像装置包括摄像元件，所述摄像元件包括：
像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中
各个所述像素包括：
基板，所述基板对所述进入的光进行光电转换；
第一信号提取部，所述第一信号提取部包括应用电极和吸引电极，所述应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；
第二信号提取部，所述第二信号提取部包括所述应用电极和所述吸引电极；以及
聚光部，所述聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，并且
所述聚光部使所述光至少会聚到设置在所述基板内的所述第一信号提取部和所述第二信号提取部之间。
21.摄像元件，所述摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括多个对进入的光进行光电转换的像素，其中
各个所述像素包括：
基板，所述基板对所述进入的光进行光电转换；
第一应用电极和第二应用电极以及第一吸引电极和第二吸引电极，所述第一应用电极和所述第二应用电极用于通过施加电压来产生电场，所述第一吸引电极和所述第二吸引电极用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；
聚光部，所述聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板；以及
遮光部，所述遮光部形成在所述基板上，
在平面图中，所述聚光部的中心布置在所述第一应用电极和所述第二应用电极之间，并且
在所述平面图中，所述聚光部的端部与所述遮光部重叠。
22.根据权利要求21所述的摄像元件，其还包括
信号处理单元，所述信号处理单元根据所述第一吸引电极检测到的第一信号载流子和所述第二吸引电极检测到的第二信号载流子之间的差来计算表示与物体之间的距离的距离信息。
23.摄像元件，所述摄像元件包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括对进入的光进行光电转换的第一像素和第二像素，所述第一像素布置在比所述第二像素更靠近所述像素阵列单元的中心的位置处，其中
所述第一像素包括：
第一应用电极和第二应用电极，这两者用于通过施加电压而在基板内产生电场；
第一吸引电极和第二吸引电极，这两者用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；以及
第一聚光部，所述第一聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，
所述第二像素包括：
第三应用电极和第四应用电极，这两者用于通过施加电压而在所述基板内产生电场；
第三吸引电极和第四吸引电极，这两者用于对通过光电转换产生的信号载流子进行检测；以及
第二聚光部，所述第二聚光部形成在所述基板上且使所述光进入所述基板，
在平面图中，所述第一聚光部的中心布置在所述第一应用电极和所述第二应用电极之间的中间位置处，并且
在所述平面图中，所述第二聚光部的中心布置在偏离所述第三应用电极和所述第四应用电极之间的中间位置的位置处。
24.根据权利要求23所述的摄像元件，其还包括
信号处理单元，所述信号处理单元根据所述第一吸引电极检测到的第一信号载流子和所述第二吸引电极检测到的第二信号载流子之间的差来计算表示与物体之间的距离的距离信息。
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