JP2015152739A - 固体撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固体撮像素子100内の周辺領域100aに配置された測距画素110aにおいて、マイクロレンズ101は、その中心軸1が測距画素110aの中心軸2に対して偏心して配置され、複数の光電変換部は、第1の光電変換部123と第2の光電変換部122とを有し、第1の光電変換部123は、測距画素110aの中心軸2に対して、マイクロレンズ101の偏心方向を第1の光電変換部123の中心と第2の光電変換部122の中心とを結ぶ直線上に射影した方向(射影偏心方向)とは反対方向に配置され、第2の光電変換部122は、測距画素110aの中心軸2に対して、マイクロレンズ101の射影偏心方向と同じ方向に配置され、第1の光電変換部123の断面積は、第2の光電変換部122の断面積よりも大きくなっている。
【選択図】 図2
Description
図1は、本実施形態に示す固体撮像素子100内の測距画素の配置を示した図である。測距画素110aは、固体撮像素子100中の−X方向の周辺領域100aに配置された測距画素である。一方、測距画素110bは、固体撮像素子100中の+X方向の周辺領域100bに配置された測距画素である。なお、110a、110bの符号が付けられていない画素は、測距画素であってもよいし、通常の撮像画素であってもよい。測距画素、撮像画素については後述する。また、図1において、X方向は固体撮像素子100の長手方向であり、Y方向は固体撮像素子100の短手方向である。そして、Z方向は、X方向とY方向に垂直な方向である。
図2では、光電変換部122の断面積と光電変換部123の断面積とを変えるために、各光電変換部のX方向の幅を変えていた。この他に、図4(a)のように各光電変換部のY方向の幅を変えてもよいし、図4(b)のように各光電変換部X方向の幅とY方向の幅の両方を変えてもよい。ただし、配線レイアウトの対称性の観点から、導波路の並置方向(図2の場合は、X方向)の幅のみを変えることが好ましい。光電変換部122、123の平面視形状は、図2(a)、図4(a)、(b)に示すような矩形等の多角形でもよいし、円や楕円等でもよい。
実施形態1では、光電変換部122、123の断面積を異ならせていた形態について説明した。それに対して、本実施形態では、光電変換部の近傍に制御電極を設け、その制御電極にバイアスを印加することにより、光電変換部の実効的な断面積を制御している形態である。
実施形態1及び2に示す固体撮像素子中の測距画素では、複数の導波路が並置された方向がX方向であった。すなわち、測距画素に入射した光束をX方向に分割して取得することで測距を行う固体撮像素子を示してきた。しかし、入射方向をX方向以外の方向に分割する測距画素を有する固体撮像素子に本発明を適用してもよい。
図10は、実施形態1に示す固体撮像素子100を備えたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置190の概略図である。撮像装置190は、固体撮像素子100の他に、固体撮像素子に光入射側に配置された結像光学系191、CPU192、転送回路193、信号処理部194を有する。CPU192は、転送回路193、信号処理部194の動作を制御する。光電変換部122、123で取得した信号を転送回路193によって信号処理部194に転送し、信号処理部194で測距像を形成し、各々の測距像を信号処理部194で比較することで測距を行っている。また、同様に光電変換部122、123で取得した信号は、信号処理部194で処理され、撮影画像用の信号としても使用される。
以上の実施形態1から4において、いずれも導波路および光電変換部が2つである場合を示したが、導波路および光電変換部が3つ以上あってもよい。導波路および光電変換部が3つ以上ある場合でも、そのうちの少なくとも2つの導波路において、以下の構成を満たしていればよい。すなわち、測距画素の中心軸に対して、マイクロレンズの射影偏心方向とは反対方向に配置されている光電変換部の方が、マイクロレンズの射影偏心方向と同じ方向に配置されている光電変換部よりも、断面積が大きくなっていればよい。または、測距画素の中心軸に対して、マイクロレンズの射影偏心方向とは反対方向に配置されている光電変換部の方が、マイクロレンズの射影偏心方向と同じ方向に配置されている光電変換部よりも、実効的に大きくするための制御電極を設ける構成とすればよい。このような構成とすることで、複数の光電変換部の感度差を低減することができるため、測距精度が向上する。
101、401 マイクロレンズ
102、103、402、403 導波路
104、105 コア
106、107 クラッド
110、210、31 0測距画素
122、123、222、223、422、423 光電変換部
Claims (16)
- 複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に対応して配置されたコアとクラッドを有する複数の導波路と、前記複数の導波路に対応して配置されたマイクロレンズと、を有する測距画素を備えた固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子にある周辺領域に配置された少なくとも1つの測距画素において、
前記マイクロレンズは、その中心軸が前記測距画素の中心軸に対して偏心して配置され、
前記複数の光電変換部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部とを有し、
前記第1の光電変換部は、前記測距画素の中心軸に対して、前記マイクロレンズの偏心方向を前記第1の光電変換部の中心と前記第2の光電変換部の中心とを結ぶ直線上に射影した方向とは反対方向に配置され、
前記第2の光電変換部は、前記測距画素の中心軸に対して、前記マイクロレンズの偏心方向を前記直線上に射影した方向と同じ方向に配置され、
前記第1の光電変換部の断面積は、前記第2の光電変換部の断面積よりも大きいことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部とが配列された配列方向における前記第1の光電変換部の幅が、前記配列方向における前記第1の光電変換部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記周辺領域に、マイクロレンズの偏心量が異なる少なくとも2つの測距画素が配置され、
前記マイクロレンズの偏心量が大きい測距画素の方が、前記マイクロレンズの偏心量が小さい測距画素よりも、前記第2の光電変換部の断面積に対する前記第1の光電変換部の断面積の比の値が大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像素子。 - 複数の測距画素を有し、
前記複数の測距画素において、各測距画素内の前記複数の光電変換部の断面積の和が等しいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に対応して配置されたコアとクラッドを有する複数の導波路と、前記複数の導波路に対応して配置されたマイクロレンズと、を有する測距画素を備えた固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子にある周辺領域に配置された少なくとも1つの測距画素において、
前記マイクロレンズは、その中心軸が前記測距画素の中心軸に対して偏心して配置され、
前記複数の光電変換部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部と、を有し、
前記第1の光電変換部は、前記測距画素の中心軸に対して、前記マイクロレンズの偏心方向を前記第1の光電変換部の中心と前記第2の光電変換部の中心とを結ぶ直線上に射影した方向とは反対方向に配置され、
前記第2の光電変換部は、前記測距画素の中心軸に対して、前記マイクロレンズの偏心方向を前記直線上に射影した方向と同じ方向に配置され、
前記第1の光電変換部に蓄えられるキャリアに対して引力となるバイアスを印加する第1の電極、及び、前記キャリアに対して斥力となるバイアスを印加する第2の電極のうち、少なくとも一方の電極を有することを特徴とする固体撮像素子。 - 前記第1の電極と前記第2の電極の両方を有することを特徴とする請求項5に記載の固体撮像素子。
- 前記少なくとも一方の電極が、前記複数の光電変換部に対して前記複数の導波路と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項5又は6に記載の固体撮像素子。
- 前記少なくとも一方の電極が、前記複数の光電変換部に対して前記複数の導波路とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項5又は6に記載の固体撮像素子。
- 前記マイクロレンズが、前記固体撮像素子の中心に向かって偏心していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 前記周辺領域が、前記固体撮像素子の中心から前記固体撮像素子の対角線の長さの0.2倍以上離れた領域であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 前記周辺領域に、少なくとも2つの測距画素が配置され、
前記2つの測距画素のうち前記固体撮像素子の中心から離れた位置にある測距画素のマイクロレンズが、前記固体撮像素子の中心に近い測距画素のマイクロレンズに比べて偏心量が大きいことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - さらにマイクロレンズが偏心していない測距画素を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- さらにマイクロレンズが偏心する偏心方向と複数の導波路が配列された配列方向とが直交する測距画素を有し、
前記偏心方向と配列方向とが直交する測距画素において、複数の光電変換部の断面積が等しいことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記固体撮像素子の中央領域に、さらに測距画素を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- さらに、単一の光電変換部と、前記単一の光電変換部の上に配置されたコアとクラッドを有する単一の導波路と、前記単一の導波路の上に配置されたマイクロレンズと、を有する撮像画素を有することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の固体撮像素子と、前記固体撮像素子に光入射側に配置された結像光学系と、を有することを特徴とする撮像装置。
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