CN111247794A - 固态摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

能够在包括偏振像素的固态摄像装置中提高获得偏振信息的精度。提供了一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及电路层，其设置在所述半导体基板的与使入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的偏振信号进行信号处理，其中，在所述多个偏振像素的整个外围设置有空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。

Description

固态摄像装置和电子设备
技术领域
本发明涉及固态摄像装置和电子设备。
背景技术
近年来，在固态摄像装置中检测偏振信息已经在开发中。例如，专利文献1公开了包括彩色像素和偏振像素的固态摄像装置。
具体地，专利文献1公开了用于在使具有彩色滤光片的彩色像素与具有偏振构件的偏振像素兼容的同时提高获得颜色信息和偏振信息的精度的技术。具体地，专利文献1中公开的固态摄像装置使彩色像素和偏振像素的阵列或像素单元的尺寸最优化，并同时获得颜色信息、亮度信息和偏振信息。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2017-5111号
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，专利文献1公开的技术中存在当使用偏振像素获得偏振信息时减少来自相邻偏振像素的串扰的课题。串扰是指光从相邻的偏振像素漏出，例如，当由于来自相邻偏振像素的电路层等的光的反射而使未通过偏振构件的光入射到偏振像素上时，发生串扰。在发生串扰的情况下，偏振像素的消光比降低，从而获得准确的偏振信息变得困难。
在专利文献1中，尚未充分地考虑上述串扰。因此，如果进一步考虑偏振像素之间的串扰，则在包括偏振像素的固态摄像装置中有可能提高获得偏振信息的精度。
解决问题的技术方案
根据本发明，提供一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及电路层，其设置在所述半导体基板的与使入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的偏振信号进行信号处理，其中，在所述多个偏振像素的整个外围设置空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。
另外，根据本发明，提供一种电子设备，所述电子设备包括固态摄像装置，所述所述固态摄像元件以电子方式对物体进行成像，其中，所述固态摄像装置包括：多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及电路层，其设置在所述半导体基板的与使入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的偏振信号进行信号处理，并且在所述多个偏振像素的整个外围设置空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。
根据本发明，可以抑制不通过偏振构件而进入偏振像素的光。
本发明的有益效果
如上所述，根据本发明，可以在包括偏振像素的固态摄像装置中提高获得偏振信息的精度。
注意，上述效果不一定是限制性的，并且除了上述效果之外或代替上述效果，可以产生本说明书中描述的任何效果或能够从本说明书中得到的其他效果。
附图说明
图1A是示出根据本实施例的示例性固态摄像装置的平面图。
图1B是示出根据实施例的另一示例性固态摄像装置的平面图。
图2A是沿着图1B中的线A-A截取的截面图。
图2B是沿着图1B中的线B-B截取的截面图。
图3A是示出将遮光结构添加到根据实施例的固态摄像装置的示例的图。
图3B是示出将遮光结构添加到根据实施例的固态摄像装置的另一示例的图。
图4A是示出根据实施例的固态摄像装置的变形例的图。
图4B是示出根据实施例的固态摄像装置的另一变形例的图。
图4C是示出根据实施例的固态摄像装置的又一变形例的图。
图5是示出车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
图6是示出用于安装车外信息检测单元和摄像单元的示例性位置的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细说明本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能构造的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其重复说明。
将按以下顺序给出说明。
1.实施例
2.变形例
2.1.偏振像素的布置
2.2.普通像素的布置
2.3.基于像素共享的布置
3.应用例
<1.实施例>
首先，将参考图1A至2B说明根据本实施例的固态摄像装置的构造。图1A和图1B是根据本实施例的固态摄像装置的平面图，图2A和图2B是根据本实施例的固态摄像装置的截面图。图2A是沿着图1B中的线A-A截取的截面图，图2B是沿着图1B中的线B-B截取的截面图。
注意，在下面的说明中，入射光进入固态摄像装置的表面将被称为上表面，并且与入射光入射的表面相对的表面将被称为下表面。在图1A和图1B所示的固态摄像装置的平面图中，由于入射光从纸面的背面入射，因此，纸面的背面为上表面，纸面的正面为下表面。
根据本实施例的固态摄像装置具有从入射光入射的表面开始依次包括透镜层、半导体基板和电路层的结构。图1A示出了在三层中布置有偏振像素的半导体基板上设置的每个组件的布局。参考图1A，根据本实施例的固态摄像装置10包括像素阵列，在像素阵列中，多个单位像素100以阵列的形式布置。图1A示出了布置有四个单位像素100的区域。例如，单位像素100可以是在第一方向上的一定范围100h和与上述第一方向正交的第二方向上的一定范围100v彼此重叠的区域。注意，在下面的说明中，在从正面看图1A的情况下的水平方向可以表示为第一方向，垂直方向可以表示为第二方向。
单位像素100包括：设置于半导体基板上的基板触点111；包括偏振构件(未示出)的偏振像素112；偏振像素浮动扩散部(以下称为偏振像素FD)113；偏振像素传输晶体管(以下称为偏振像素TRG)114；偏振像素驱动晶体管(以下称为偏振像素驱动TRG)组115；普通像素117；普通像素驱动晶体管(以下称为普通像素驱动TRG)组116；普通像素浮动扩散部(以下称为普通像素FD)118；以及普通像素传输晶体管(以下称为普通像素TRG)119。此外，在每个单位像素100的偏振像素之间设置空白区域S。
固态摄像装置10使用如上所述的结构通过偏振像素来获得偏振信息。具体地，首先，偏振像素112对通过偏振构件的光进行光电转换，并根据所接收到的光量产生电荷。所产生的电荷经由偏振像素TRG 114被传输至偏振像素FD 113。通过由偏振像素驱动TRG组115适当地读取，获得传输至偏振像素FD 113的电荷，作为偏振信息。
接下里，将说明每个结构。
半导体基板是在其上包括偏振像素112的单位像素100以阵列方式设置着的基板。例如，半导体基板可以是硅(Si)基板。可替代地，半导体基板可以是所谓的绝缘体上硅(SOI：silicon on insulator)基板，其中，诸如SiO2等绝缘膜被夹在硅基板内部。此外，半导体基板可以是化合物半导体基板，例如砷化镓(GaAs)基板、氮化镓(GaN)基板和碳化硅(SiC)基板，或者可以是通过在半导体材料(例如，蓝宝石)以外的基板上形成半导体层(例如，硅(Si))薄膜而获得的基板。
基板触点111设置在例如单位像素100的四个拐角处。每个基板触点111将半导体基板与电源布线或接地布线电连接，以将半导体基板的电位固定为预定电位(例如，0V)。
偏振像素112是包括偏振构件(未示出)并获得偏振信息的像素。如稍后将说明的，偏振构件可以是所谓的线栅格，该线栅格具有其中多个导电材料平行布置的结构。偏振构件在与导电材料延伸的方向正交的方向上透射穿过平行布置的导电材料之间的狭缝的光的偏振分量，并且反射或吸收与导电材料延伸的方向平行的方向上的偏振分量。因此，偏振像素112能够获得对应于偏振构件的偏振分量的光量作为偏振信息。即，偏振像素112根据偏振构件的狭缝方向在可选的偏振方向上透射光，从而能够获得入射到偏振像素112上的光的偏振信息。因此，固态摄像装置10能够通过使用包括偏振构件的偏振像素112来检测每个偏振分量在入射光中的比率，所述偏振构件用于透射不同偏振方向上的光。
由偏振像素112进行光电转换的电荷被传输至偏振像素FD 113。偏振像素FD 113以与偏振像素类似的方式设置在半导体基板上。通过由偏振像素驱动TRG组115适当地读取传输至偏振像素FD 113的电荷，从而获得作为偏振信息的电荷。
偏振像素驱动TRG组115包括用于驱动与偏振信息的获得有关的偏振像素112的各种晶体管。例如，偏振像素驱动TRG组115包括放大晶体管、复位晶体管、或选择晶体管等。
参考图1A，多个偏振像素112在第一方向和与该第一方向正交的第二方向上以预定间隔设置成四边形格子图案。即，在整个外围设置用于将多个偏振像素112彼此分离的空白区域S。
如本实施例所示，通过在多个偏振像素112之间设置空白区域S，能够抑制由于来自其他构造的反射而导致的光入射到偏振像素112上。因此，根据本实施例，能够抑制在偏振像素112之间发生的串扰，并且能够提高偏振像素112的消光比，从而偏振像素112能够更准确地获得偏振信息。注意，空白区域S的宽度或尺寸没有特别限制，只要能在整个外围将偏振像素112与其他偏振像素分离开即可。随着空白区域S变宽，稍后所述的其他结构的布置位置的自由度增加，并且能够减小由于来自其他结构的反射而引起的对偏振像素112的串扰可能性。此外，随着空白区域S变窄，能够增加偏振像素112的面积，从而能够增加偏振像素112的开口面积。
在空白区域S中，可以设置用于对由偏振像素112获得的偏振信号进行处理的晶体管等。具体地，可以设置偏振像素FD 113、偏振像素TRG 114和偏振像素驱动TRG组115等。参考图1A，可以在第一方向上在多个偏振像素112之间设置的空白区域S中设置偏振像素FD113和偏振像素TRG 114。这些偏振像素FD 113和偏振像素TRG 114可以被设置为彼此靠近以更快地交换电荷。此外，在第一方向上在多个偏振像素112之间设置的空白区域S中，可以在靠近偏振像素FD 113和偏振像素TRG 114的位置处设置偏振像素驱动TRG组115。
在平面图中看半导体基板的情况下，偏振像素驱动TRG组115、偏振像素FD 113、偏振像素TRG 114、以及包括这些组件的布线等的偏振像素电路可以设置在与空白区域S重叠的区域的电路层中。即，偏振像素电路可以设置在空白区域S下方(沿远离光入射面的方向)设置的电路层中，所述偏振像素电路用于对由偏振像素112获得的偏振信号进行信号处理。
此外，从入射光获得拍摄图像的像素信号的普通像素117可以设置在空白区域S中。参考图1A，可以沿第二方向(与第一方向正交的方向)在多个偏振像素112之间设置的空白区域S中设置普通像素117。
普通像素117是用于从入射光获得拍摄图像的像素信号的像素。所述像素信号是与通过电子拍摄被摄体而获得的彩色图像或单色图像的每个像素有关的信号。在普通像素117的上表面上(沿接近光入射面的方向)设置彩色滤光片和像素定义膜(也称为黑矩阵)，并且普通像素117能够获得与彩色滤光片对应的颜色的像素信号。通过在空白区域S中设置的这种普通像素117，固态摄像装置10不仅能够获得偏振信息，而且还能够获得通过对被摄体进行摄像而获得的拍摄图像的图像信息。
此外，在设置有普通像素117的情况下，可以在空白区域S中设置用于对由普通像素117获得的像素信号进行处理的晶体管等。具体地，可以设置普通像素驱动TRG组116、普通像素FD 118和普通像素TRG 119。参考图1A，在第二方向上在多个偏振像素112之间设置的空白区域S中，普通像素FD 118和普通像素TRG 119可以被设置成靠近普通像素117。通过这种布置，普通像素FD 118和普通像素TRG 119能够更快地交换电荷。此外，在第二方向上在多个偏振像素112之间设置的空白区域S中，可以在靠近普通像素FD 118和普通像素TRG119的位置处设置普通像素驱动TRG组116。
在平面图中看半导体基板的情况下，普通像素驱动TRG组116、普通像素FD 118、普通像素TRG 119、以及包括这些组件的布线等的普通像素电路可以设置在与空白区域S重叠的区域的电路层中。即，普通像素电路可以设置在空白区域S下方(沿远离光入射面的方向)设置的电路层中，所述普通像素电路用于对由普通像素117获得的像素信号进行信号处理。
注意，普通像素117的尺寸没有限制。随着普通像素117的面积变大，能够提高普通像素117的检测灵敏度。另一方面，随着普通像素117的尺寸变小，在空白区域S中设置的其他构造的布置布局的自由度增加。此外，普通像素117的数量也没有限制。然而，随着普通像素117的数量增加，能够获得更多颜色的像素信息。
接下来，将说明图1B。图1B是示出设置于图1A的下表面(面对光入射面的表面)上的电路层的构造的图。例如，在图1B所示的示例中，第一布线122以在第一方向上延伸的方式设置，第二布线121以在第二方向上延伸的方式设置。具体地，第一布线122是驱动器布线，该驱动器布线可以设置成以预定间隔沿第一方向延伸。第二布线121是垂直信号线或电源布线，其可以设置成仅在与空白区域S重叠的区域中沿第二方向延伸。
然而，第一布线122或第二布线121可以仅设置在与偏振像素112重叠的区域中，或者可以仅设置在与空白区域S重叠的区域中。
已经参考图1A和图1B说明了根据本实施例的固态摄像装置10的平面布局。接下来，将参考图2A和2B说明根据本实施例的固态摄像装置10的截面结构。图2A示出了沿着图1B中的线A-A截取的截面图，图2B示出了沿着图1B中的线B-B截取的截面图。
在图2A和图2B中，由于入射光依次入射到透镜层1000、半导体基板2000和电路层3000上，因此透镜层1000侧将被表示为向上方向，电路层3000侧将被表示为向下方向。如图2A和图2B所示，根据本实施例的固态摄像装置10可以是所谓的背照式固态摄像装置。
参考图2A和图2B，固态摄像装置10包括透镜层1000、半导体基板2000和电路层3000。参考图1A描述的平面布局主要对应于与半导体基板2000相关的平面布局，参考图1B描述的平面布局主要对应于与电路层3000相关的平面布局。
将参考图2A和图2B说明固态摄像装置10的构造。固态摄像装置10大致分为透镜层1000、半导体基板2000和电路层3000三层。尽管这里已经说明了固态摄像装置10包括三层的示例性情况，但并不限于此种情况，并且可以将固态摄像装置的公知构造(例如，多层固态摄像装置等)应用于固态摄像装置10。
透镜层1000包括片上透镜(OCL)131、偏振构件132和像素定义膜133。
例如，片上透镜131包括片上微透镜。片上透镜131以像素和透镜一一对应的方式设置在偏振像素112或普通像素117上。片上透镜131能够通过使入射到偏振像素112或普通像素117上的光会聚来提高偏振像素112或普通像素117的灵敏度。
偏振构件132设置在偏振像素112的上表面并覆盖偏振像素112。偏振构件132例如是包括多个带状的导电材料和设置在其间的狭缝的线栅格。偏振构件132在与导电材料的延伸方向正交的方向上传输具有电场分量的偏振波，并且抑制具有与导电材料的延伸方向平行的电场分量的偏振波通过。例如，作为包含在偏振构件132中的导电材料，使用在偏振像素112敏感的波长区域中具有低的复折射率的导电材料，并且导电材料的实例能够包括铝、铜、金、银、铂、钨和包含这些金属的合金等。
像素定义膜133设置在偏振像素112或普通像素117的上表面上并划分每个像素区域。具体地，像素定义膜133被设置成划分或填充相邻的偏振像素112或普通像素117等。例如，像素定义膜133可以包括诸如铬和碳等遮光构件。像素定义膜133能够通过抑制光从偏振像素112之间或普通像素117之间入射并抑制光泄露来提高固态摄像装置10的分辨率。
注意，尽管在图2A和图2B中省略了图示，但是可以在普通像素117上的像素定义膜133之间设置彩色滤光片。通过改变彩色滤光片的颜色类型，能够改变由普通像素117获得的像素信息的颜色类型。例如，可以使用透射红色波长带的光的红色(R)滤光片、透射绿色波长体的光的绿色(G)滤光片、或透射蓝色波长体的光的蓝色(B)滤光片作为彩色滤光片。注意，在没有设置彩色滤光片的情况下，普通像素117获得单色像素信息。
接下来，将说明半导体基板2000中的构造。图2A是沿着图1B中的线A-A截取的截面图，并且偏振像素112和普通像素117交替地设置在半导体基板2000中。另一方面，图2B是沿着图1B中的线B-B截取的截面图，并且仅在半导体基板2000中布置偏振像素112。注意，如参考图1A和图1B所述，偏振像素112和普通像素117的布置不限于上述示例。此外，可以不设置普通像素117。
参考图2A和图2B，偏振像素112被设置为以预定间隔彼此分离开。此外，在偏振像素112之间设置有空白区域S。利用该构造，可以抑制由来自固态摄像装置10中的其他构造的反射光而引起的偏振像素112中的串扰。例如，在入射到固态摄像装置10上的光到达电路层3000的情况下，入射光有可能在电路层3000中的布线或其他结构上反射，并随机进入设置在电路层3000上的半导体基板2000中的偏振像素112。特别地，在入射光是诸如红外线和近红外线等容易通过被摄体的光的情况下，入射光很可能到达固态摄像装置10的较深区域。根据本实施例，通过设置空白区域S，能够减少来自电路层3000中的布线或其他结构的反射光进入偏振像素112的可能性。
例如，半导体基板2000中设置的偏振像素112和普通像素117的构造可以是具有光电转换功能的光电二极管。设置于半导体基板2000中的光电二极管对通过透镜层1000入射的光进行光电转换，并将所产生的电荷释放到电路层3000。注意，能够使用诸如有机光电转换膜等其他光电转换元件代替具有光电转换功能的光电二极管。
半导体基板2000例如可以是硅(Si)基板。可替代地，半导体基板2000可以是所谓的绝缘体上硅(SOI)基板，其中，诸如SiO2等绝缘膜夹在上述硅基板内部。此外，半导体基板2000例如可以是化合物半导体基板，例如砷化镓(GaAs)基板、氮化镓(GaN)基板和碳化硅(SiC)基板，或者可以是通过在半导体材料(例如，蓝宝石)以外的基板上形成半导体层(例如，硅(Si))薄膜而获得的基板。
接下来，将说明电路层3000中的构造。在电路层3000中设置有偏振像素驱动TRG组115、偏振像素TRG 114、普通像素TRG 119、普通像素驱动TRG组116、第一布线122和第二布线121。
例如，第一布线122可以是驱动器布线。具体地，第一布线122可以电连接到诸如偏振像素驱动TRG组115、偏振像素TRG 114、普通像素TRG 119和普通像素驱动TRG组116等每个元件的端子，以控制这些元件的驱动。此外，第二布线121可以是垂直信号线或电源布线。具体地，第二布线121可以包括用于从每个像素读取信号的垂直信号线，或者可以包括将电力(电压)提供给每个像素的控制电路或信号处理电路的电源布线。注意，垂直信号线和电源布线可以在第二布线121中彼此靠近布置。
如图2A所示，第一布线122可以不设置在设置于普通像素117所占据的平面区域下方的电路层3000中。在这种情况下，可以抑制已经通过普通像素117并到达电路层3000的入射光在第一布线122上反射并进入相邻的偏振像素112的情况发生。
此外，例如，第一布线122可以设置在设置于偏振像素112所占据的平面区域下方的电路层3000中。在这种情况下，能够使已经通过偏振像素112并到达电路层3000的入射光通过在第一布线122上反射而入射到相邻的普通像素117上。在普通像素117中，具有不同偏振分量的光的串扰不太可能引起问题，并且随着所接收的光量增加，能够提高灵敏度。因此，固态摄像装置10能够提高普通像素117的灵敏度。
如图2B所示，第二布线121可以设置在设置于空白区域S下方的电路层3000中。由于在空白区域S中设置具有高遮光性的像素定义膜133，因此到达电路层3000的入射光量很小。因此，即使将第二布线121设置在空白区域S下方的电路层3000中，入射光被无意反射的可能性也很低。因此，根据这种构造，可以抑制入射光对偏振像素112和普通像素117的意外串扰。
此外，第一布线122可以均匀地设置在设置于偏振像素112所占据的平面区域下方和空白区域S下方的电路层3000中。在这种情况下，假设已经通过偏振像素112并到达电路层3000的入射光在第一布线122上反射。然而，由于每个偏振像素112通过空白区域S彼此分离开，因此，在第一布线122上反射的入射光到达相邻的偏振像素112的可能性很小。因此，根据这种构造，可以减小第一布线122对偏振像素112的串扰产生的影响。
注意，在透镜层1000和电路层3000的绝缘层中设置上述构造。绝缘层是包括在固态摄像装置10的层结构中的元件，其包括无机绝缘材料或有机绝缘材料。例如，绝缘层可以包括诸如氧化硅、氮化硅和氮氧化硅等无机绝缘材料，或者可以包括诸如树脂等有机绝缘材料。
上面已经说明了根据本实施例的固态摄像装置10。
这里，将参考图3A和3B说明根据本实施例的固态摄像装置10的另一示例性截面结构。图3A和3B所示的固态摄像装置20是在图2A和图2B所示的示例性截面结构中进一步设置遮光结构241的示例和另一示例。注意，图3A和3B所示的固态摄像装置20的截面结构的切割位置对应于图2A所示的固态摄像装置10的截面结构的切割位置。
注意，图3A和3B中的片上透镜231、偏振构件232、像素定义膜233、偏振像素212、普通像素217、普通像素驱动TRG组216、第一布线222和第二布线221对应于图2A中的片上透镜131、偏振构件132、像素定义膜133、偏振像素112、普通像素117、普通像素驱动TRG组116、第一布线122和第二布线121，并具有基本相同的构造，由此将省略其说明。
图3A所示的固态摄像装置20的示例性截面结构是在图2A所示的示例中在各个像素之间进一步设置遮光结构241的示例。具体地，可以在每个偏振像素212与普通像素217之间设置在半导体基板2000的厚度方向上延伸的遮光结构241。注意，在任一个偏振像素212与普通像素217之间设置至少一个遮光结构241是足够的。例如，在偏振像素212之间、在普通像素217之间、或者在偏振像素212与普通像素217之间设置遮光结构241是足够的。此外，在至少任意像素之间设置遮光结构241是足够的。由于遮光结构241能够抑制入射到半导体基板2000上的光泄露到相邻像素，并且能够抑制入射光在像素之间的串扰，因此，固态摄像装置20能够准确地获得偏振信息或像素信号。
遮光结构241的材料没有特别限制，只要其能够遮光或反射光即可。例如，遮光结构241可以形成为具有深沟槽隔离(DTI：deep trench isolation)结构，该结构使用诸如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)和氮氧化硅(SiON)等绝缘无机氮氧化物。在这种情况下，遮光结构241通过以折射率满足全反射条件的方式设置在半导体基板2000中而起到反射器的作用。此外，遮光结构241可以通过包括具有高遮光性的金属(例如，铬和钨)而起到反射器的作用。
图3B所示的固态摄像装置20的示例性截面结构与图3A所示的示例的不同之处在于，像素定义膜233和偏振构件232设置在同一层中。在这种情况下，如图3B所示，能够省略像素定义膜233。具体地，在偏振构件232的边缘能够实现像素定义膜233的功能的情况下，像素定义膜233和偏振构件232可以设置在同一层中，并且可以省略像素定义膜233。此外，在遮光结构241设置在固态摄像装置20中的情况下，遮光结构241抑制了光在偏振像素212与普通像素217之间的串扰，从而即使在省略了像素定义膜233的情况下也几乎没有影响。与图3A所示的固态摄像装置20的示例性截面结构相比，图3B所示的固态摄像装置20的示例性截面结构能够减少入射到固态摄像装置20上的光在到达半导体基板2000之前通过的层数。因此，固态摄像装置20中入射光的损失减少，从而能够提高固态摄像装置20的灵敏度。
<2.变形例>
接下来，将参考图4A至4C说明根据本实施例的固态摄像装置的平面布局的变形例。注意，下面将说明的每个变形例都可以单独地应用于上述实施例，或者可以组合地(即，以像素阵列的混合方式)应用于上述实施例。注意，在以下说明的每个变形例中，尽管为了方便起见，将用不同的附图标记来表示具有与参考图1A至图2B描述的构造相同的名称的构造，但是构造是基本相同的，因此这里将省略其详细说明。
[2.1.偏振像素的布置]
图4A所示的平面布局是在图1B所示的平面布局中未设置普通像素117的示例。
如图4A所示，固态摄像装置30包括其中多个单位像素300以阵列方式布置的像素阵列，所述单位像素300被构造在其中第一方向上的一定范围300h和与第一方向正交的第二方向上的一定范围300v重叠的区域中。固态摄像装置30可以包括偏振像素312、偏振像素FD 313、偏振像素TRG 314、偏振像素驱动TRG组315、第一布线322和第二布线321。
以与上述实施例类似的方式，在整个外围设置有用于将多个偏振像素312彼此分离开的空白区域S。本变形例的特征在于，在空白区域S中未设置普通像素117。在不设置普通像素117的情况下，不需要在电路层3000中设置普通像素电路和普通像素117附带的布线。根据这样的构造，能够减小电路层3000中的电路和布线所占的面积，从而能够减小通过半导体基板2000的光在电路层3000中反射并进入偏振像素312的可能性。因此，根据本变形例，能够提高偏振像素312的消光比。
[2.2.普通像素的布置]
图4B所述的平面布局是其中普通像素117的尺寸和布置与图1B所示的平面布局不同的示例。
如图4B所示，固态摄像装置40包括其中多个单位像素400以阵列方式布置的像素阵列，所述单位像素400被构造在其中第一方向上的一定范围400h和与第一方向正交的第二方向上的一定范围400v重叠的区域中。固态摄像装置40可以包括偏振像素412、偏振像素FD 413、偏振像素TRG 414、通过集合偏振像素驱动TRG组和普通像素驱动TRG组而获得的像素驱动TRG组415、普通像素417、普通像素FD 418、普通像素TRG 419、第一布线422和第二布线421。
以与上述实施例类似的方式，在整个外围设置有用于将多个偏振像素412彼此分离开的空白区域S。本变形例的特征在于，普通像素417设置在包括多个偏振像素412的四边形格子的对角线上。根据本变形例，通过将普通像素417设置在呈四边形格子图案设置的多个偏振像素412的对角线上，能够增加普通像素417的面积。换句话说，根据本变形例，普通像素417和偏振像素412能够呈Z字形格子图案布置，由此，能够使普通像素417和偏振像素412具有相同的尺寸。因此，能够增加普通像素417的光接收面积，从而固态摄像装置40能够提高普通像素417的灵敏度。
[2.3.基于像素共享的布置]
图4C所示的平面布局是在图4B所示的平面布局中用多个普通像素517替换普通像素417的示例。
如图4C所示，固态摄像装置50包括其中多个单位像素500以阵列方式布置的像素阵列，所述单位像素500被构造在其中第一方向上的一定范围500h和与第一方向正交的第二方向上的一定范围500v重叠的区域中。固态摄像装置50可以包括偏振像素512、偏振像素FD 513、偏振像素TRG 514、通过集合偏振像素驱动TRG组和普通像素驱动TRG组而获得的像素驱动TRG组515、多个普通像素517、普通像素FD 518、多个普通像素TRG 519、第一布线522和第二布线521。
以与上述实施例类似的方式，在整个外围设置有用于将多个偏振像素512彼此分离开的空白区域S。本变形例的特征在于，多个普通像素517设置在包括多个偏振像素512的四边形格子的对角线上，并且多个普通像素517共享普通像素FD 518。在本变形例中，在四个普通像素517的中央设置一个普通像素FD 518，多个普通像素517共享普通像素FD518。根据这种共享结构，即使在普通像素517的数量增加的情况下，也不需要增加在普通像素FD518之后进行信号处理的普通像素电路所占的面积，从而能够提高普通像素电路布局的自由度，并且能够抑制电路层3000的过度拥挤。
<3.应用例>
根据本发明的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在下列任何类型的移动体上的固态摄像装置，所述移动体例如是：汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、和自行车。
图5是示出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示例构造的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图5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以及集成控制单元12050。此外，作为集成控制单元12050的功能构造，图中示出了微型计算机12051、声音图像输出单元12052以及车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到下述各设备的控制装置的作用，这些设备是：驱动力产生设备，其用于产生车辆的驱动力，诸如内燃机和驱动电机；用于将驱动力传递到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设备等。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车体上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020起到下述各设备的控制装置的作用，这些设备是：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或诸如前灯、尾灯、刹车灯、转向指示灯和雾灯等各种灯。在这种情况下，在车身系统控制单元12020中，可以输入从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、和灯等。
车外信息检测单元12030检测与安装有车辆控制系统12000的车辆外部有关的信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行诸如行人、车辆、障碍物、标志、和道路上的字母等物体的检测处理或者执行距离检测处理。
摄像单元12031是用于接收光并且输出与所接收的光量对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031能够将该电信号输出为图像，或者将该电信号输出为距离测量有关的信息。此外，由摄像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040与检测车辆内部有关的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括用于拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车外/车内的信息，微型计算机12051能够计算驱动力产生设备、转向机构、或制动设备的控制目标值，并且能够向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051能够执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)功能的协同控制，所述高级驾驶员辅助系统功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车辆间距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告、和车道偏离警告等。
此外，微型计算机12051基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的与车辆周围有关的信息来控制驱动力产生设备、转向机构、或制动设置等，从而能够执行旨在实现不依赖驾驶员的操作而自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
此外，基于由车外信息检测单元12030获得的与车辆外部有关的信息，微型计算机12051能够向车身系统控制单元12030输出控制命令。例如，微型计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯，从而执行旨在实现防眩光的协同控制，例如，将远光灯切换到近光灯。
声音图像输出单元12052将声音或图像的输出信号中的至少一者发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或在听觉上向车上的乘客或车辆外部通知信息。在图5的示例中，音频扬声器12061、显示器12062和仪器面板12063被示例为输出设备。例如，显示器12062可以包括车载显示器(onboard display)或平视显示器(head-up display)中的至少一者。
图6是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图6中，作为摄像单元12031，包括摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
摄像单元12101、12102、12103、12104和12105被设置于如下位置：例如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠、后门、和车内的挡风玻璃的上部。设置于前鼻的摄像单元12101和设置于车内的挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获得车辆12100前方的图像。设置于后视镜的摄像单元12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。设置于后保险杠或后门的摄像单元12104主要获得车辆12100后方的图像。设置于车内的挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要用于检测前车、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志、和车道等。
注意，图6示出了摄像单元12101～12104的示例性摄像范围。摄像范围12111表示设置于前鼻的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置于后视镜的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114表示设置于后保险杠或后门的摄像单元12104的摄像范围。例如，叠加由摄像单元12101～12104捕获到的图像数据，从而能够获得从上方看的车辆12100的俯视图像。
摄像单元12101～12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像单元12101～12104中的至少一者可以是包括多个摄像装置的立体相机，或者可以是具有用于检测相位差的像素的摄像装置。
例如，基于从摄像单元12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051计算出距摄像范围12111～12114内的各个三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而能够将如下三维物体提取为前车：特别地，所述三维物体是在车辆12100的行驶道路上最靠近的三维物体，并且在与车辆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能够通过预先设置与前车要保持的车辆间距离，来执行自动制动控制(包括跟随行驶停止控制)和自动加速控制(包括跟随行驶起动控制)等。以这种方式，能够执行旨在实现不依赖驾驶员的操作而自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像单元12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051在将三维物体划分为摩托车、普通车辆、大型车辆、行人、和诸如电线杆等其他三维物体之后，能够提取与上述三维物体相关的三维物体数据，这些数据能够用来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员视觉上可识别的障碍物和无法在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于表示与各个障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险，并且在碰撞风险高于或等于设定值且存在碰撞可能性的情况下，通过音频扬声器12061或显示器12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向，从而能够执行用于避免碰撞的驾驶辅助。
摄像单元12101～12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定由摄像单元12101～12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，行人的这种识别是通过以下过程来进行的：在作为红外相机的摄像单元12101～12104拍摄的图像中提取特征点；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理并判断该物体是否是行人。当微型计算机12051判定由摄像单元12101～12104拍摄的图像中存在行人并识别出该行人时，声音图像输出单元12052控制显示器12062，使其以叠加的方式显示出用于强调所识别的行人的方形轮廓线。此外，声音图像输出单元12052可以控制显示器12062，使其在期望的位置处显示用于表示行人的图标等。
上面已经说明了能够应用根据本发明的技术的示例性车辆控制系统。根据本发明的技术能够应用于上述构造中的摄像单元12030。通过将根据本发明的技术应用于摄像单元12030，可以更准确地获得被摄体的偏振信息和图像信息。因此，摄像单元12030能够向车辆控制系统提供更多类型的信息。
此外，根据本发明的技术还能够应用于监控摄像机。通过应用根据本发明的技术，监控摄像机能够更准确地获得偏振信息，从而能够进一步提高性能。
尽管已经参考附图详细说明了本发明的优选实施例，但是本发明的技术范围不限于这样的示例。显而易见的是，在本发明的技术领域中，本领域技术人员可以在所附权利要求的技术思想内找到各种变更和变形，并且应当理解，这样的变更和变形自然也在本发明的技术范围内。
例如，尽管根据上述实施例的固态摄像装置是用于车载用途或用于监控摄像机的，但是本技术不限于这样的示例。例如，根据上述实施例的固态摄像装置可以用于一般的电子设备或医疗用途。
此外，本说明书中描述的效果仅仅是说明性或示例性的，并且没有限制。即，根据本发明的技术能够与上述效果一起或代替上述效果而产生对于本领域技术人员根据本说明书的公开内容能明显得出的其他效果。
注意，以下构造也在本发明的技术范围内。
(1)
一种固态摄像装置，包括：
多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；
半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及
电路层，其设置在所述半导体基板的与使入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的偏振信号进行信号处理，其中，
在所述多个偏振像素的整个外围设置有空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。
(2)
根据上述(1)所述的固态摄像装置，其中，在所述空白区域中设置有一个或多个普通像素，所述一个或多个普通像素从入射光获得拍摄图像的像素信号。
(3)
根据上述(2)所述的固态摄像装置，其中，所述电路层包括普通像素电路，所述普通像素电路对由所述普通像素获得的像素信号进行信号处理。
(4)
根据上述(3)所述的固态摄像装置，其中，
多个所述普通像素设置在所述空白区域中，并且
所述多个普通像素共享单个普通像素电路。
(5)
根据上述(3)或(4)所述的固态摄像装置，其中，在平面图中看所述半导体基板的情况下，在电路层中的与所述普通像素重叠的区域中未设置所述普通像素电路。
(6)
根据上述(2)至(5)所述的固态摄像装置，其中，所述普通像素的像素定义膜和所述偏振像素的偏振构件设置在同一层中。
(7)
根据上述(1)至(6)所述的固态摄像装置，其中，在平面图中看所述半导体基板的情况下，在电路层中的与所述空白区域重叠的区域中设置第一布线或第二布线。
(8)
根据上述(1)至(7)所述的固态摄像装置，其中，所述多个偏振像素在第一方向和与所述第一方向正交的第二方向中的每个方向上以预定间隔布置成四边形格子图案。
(9)
根据上述(8)所述的固态摄像装置，其中，在电路层中的与所述空白区域重叠的区域中设置有第二布线，所述空白区域设置在沿所述第一方向和所述第二方向之中的一个方向布置的所述多个偏振像素之间。
(10)
根据上述(9)所述的固态摄像装置，其中，在电路层中的与所述多个偏振像素重叠的区域中设置有第一布线，所述第一布线在与所述第二布线正交的方向上延伸。
(11)
根据上述(9)或(10)所述的固态摄像装置，其中，在所述空白区域中设置有至少一个或多个普通像素，所述一个或多个普通像素从入射光获得拍摄图像的像素信号，所述空白区域设置在沿与所述第一方向或所述第二方向不同的方向布置的所述多个偏振像素之间。
(12)
根据上述(8)所述的固态摄像装置，其中，至少一个或多个普通像素设置在包括所述多个偏振像素的四边形格子的对角线上，所述至少一个或多个普通像素从入射光获得拍摄图像的像素信号。
(13)
根据上述(1)至(12)所述的固态摄像装置，其中，所述多个偏振像素中的至少一个或多个设置有遮光结构，所述遮光结构在所述半导体基板的厚度方向上延伸。
(14)
根据上述(1)至(13)所述的固态摄像装置，其中，彼此相邻的所述多个偏振像素各自包括偏振构件，所述偏振构件在彼此不同的偏振方向上透射光。
(15)
根据上述(14)所述的固态摄像装置，其中，所述偏振构件包括线栅格。
(16)
根据上述(1)至(15)所述的固态摄像装置，其中，所述入射光包括红外线或近红外线。
(17)
一种电子设备，包括：
固态摄像装置，所述固态摄像元件以电子方式对物体进行成像，其中，
所述固态摄像装置包括：
多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；
半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及
电路层，其设置在所述半导体基板的与使入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的偏振信号进行信号处理，并且
在所述多个偏振像素的整个外围设置空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。
附图标记列表
10,20,30,40,50 固态摄像装置
100,200,300,400,500 单位像素
111 基板触点
112 偏振像素
113 偏振像素FD
114 偏振像素传输TRG
115 偏振像素驱动TRG组
116 普通像素驱动TRG组
117 普通像素
118 普通像素FD
119 普通像素传输TRG
121 第二布线
122 第一布线
131 片上透镜
132 偏振构件
133 像素定义膜
S 空白区域。

Claims (17)

1.一种固态摄像装置，包括：
多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；
半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及
电路层，其设置在所述半导体基板的与所述入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的所述偏振信号进行信号处理，其中，
在所述多个偏振像素的整个外围设置有空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，在所述空白区域中设置有一个以上普通像素，所述一个以上普通像素从入射光获得拍摄图像的像素信号。
3.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，所述电路层包括普通像素电路，所述普通像素电路对由所述普通像素获得的所述像素信号进行信号处理。
4.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中，
多个所述普通像素设置在所述空白区域中，并且
多个所述普通像素共享单个所述普通像素电路。
5.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中，在平面图中看所述半导体基板的情况下，在所述电路层中的与所述普通像素重叠的区域中未设置所述普通像素电路。
6.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，所述普通像素的像素定义膜和所述偏振像素的偏振构件设置在同一层中。
7.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，在平面图中看所述半导体基板的情况下，在所述电路层中的与所述空白区域重叠的区域中设置第一布线或第二布线。
8.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述多个偏振像素在第一方向和与所述第一方向正交的第二方向上分别以预定间隔布置成四边形格子图案。
9.根据权利要求8所述的固态摄像装置，其中，在所述电路层中的与所述空白区域重叠的区域中设置有第二布线，所述空白区域设置在沿所述第一方向和所述第二方向之中的一个方向布置的所述多个偏振像素之间。
10.根据权利要求9所述的固态摄像装置，其中，在所述电路层中的与所述多个偏振像素重叠的区域中设置有第一布线，所述第一布线在与所述第二布线正交的方向上延伸。
11.根据权利要求9所述的固态摄像装置，其中，在所述空白区域中设置有至少一个以上普通像素，所述一个以上普通像素从入射光获得拍摄图像的像素信号，所述空白区域设置在沿与所述第一方向和所述第二方向之中的所述一个方向不同的另一方向布置的所述多个偏振像素之间。
12.根据权利要求8所述的固态摄像装置，其中，至少一个以上普通像素设置在包括所述多个偏振像素的所述四边形格子的对角线上，从入射光获得拍摄图像的像素信号。
13.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述多个偏振像素中的至少一个以上设置有遮光结构，所述遮光结构在所述半导体基板的厚度方向上延伸。
14.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，彼此相邻的所述多个偏振像素包括偏振构件，所述偏振构件使彼此不同的偏振方向的光透过。
15.根据权利要求14所述的固态摄像装置，其中，所述偏振构件包括线栅格。
16.根据权利要求1所述的固态摄像装置，所述入射光包括红外线或近红外线。
17.一种电子设备，包括：
固态摄像装置，所述固态摄像元件以电子方式对物体进行成像，其中，
所述固态摄像装置包括：
多个偏振像素，其获得入射光的偏振信号；
半导体基板，其上布置有所述多个偏振像素；以及
电路层，其设置在所述半导体基板的与所述入射光入射的表面相对的表面上，所述电路层包括偏振像素电路，所述偏振像素电路对由所述偏振像素获得的所述偏振信号进行信号处理，并且
在所述多个偏振像素的整个外围设置空白区域，所述空白区域将所述多个偏振像素彼此分离开。
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