JP2019129375A - 撮像装置、撮像システム及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像光学系による像の歪みを抑制し、測距精度を向上させる。【解決手段】複数の画素が基板に２次元状に配された撮像装置であって、前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、位相差を検出するために第１方向に沿って並んで配置される第１光電変換部及び第２光電変換部と、前記第１方向において前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置される第３光電変換部と、を有し、平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部と前記第３光電変換部とは、それぞれ点対称でない形状である。【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム及び移動体に関するものである。

従来、撮像装置として、光電変換層が基板の上に設けられた受光部を含む画素を備えた構成が知られている。また、撮影時のフォーカス調整を自動的に行うオートフォーカス（ＡＦ）機能を備える撮像システムが広く普及している。特許文献１には、無機または有機で形成される光電変換膜と、光電変換膜を挟むように設けられた上部電極及び下部電極とを有する光電変換部が記載されている。また、特許文献１には、下部電極を複数に分けることで、光電変換部を複数にして、位相差方式によって焦点検出を行う撮像システムについて記載されている。この位相差方式は、レンズの瞳上の異なる領域（瞳領域）を通過した光束による視差画像の位相差から、三角測距の原理でデフォーカス量や被写体までの距離を求めるものである。

特開２０１６−３３９８１号公報

ところで、車載用の、撮像画像も取得可能な測距カメラにおいては、自立移動用の情報取得を目的として、高い測距精度も取得可能な撮像装置が適用されることが望まれている。
そして、測距カメラの小型化のために、撮像光学系として、レンズとミラーを組み合わせた反射屈折光学系を用いることが考えられる。しかしながら、反射屈折光学系により非対称な光学系となった場合、像が非対称に歪んでしまうため、測距精度が低下してしまうことが懸念される。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、撮像光学系による像の歪みを抑制し、測距精度を向上させることを目的とする。

本発明の第１態様は、
複数の画素が基板に２次元状に配された撮像装置であって、
前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、
位相差を検出するために第１方向に沿って並んで配置される第１光電変換部及び第２光電変換部と、
前記第１方向において前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置される第３光電変換部と、を有し、
平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部と前記第３光電変換部とは、それぞれ点対称でない形状である
ことを特徴とする撮像装置を提供する。

本発明の第２態様は、
複数の画素が基板に２次元状に配された撮像装置であって、
前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、
位相差を検出するために第１方向に沿って並んで配置される第１光電変換部及び第２
光電変換部と、
前記第１方向において前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置される第３光電変換部と、を有し、
前記第１光電変換部の重心の位置と、前記第２光電変換部の重心の位置とは、前記基板の表面に平行な面内で前記第１方向に垂直な第２方向において、前記画素の中心から同じ側にずれており、
前記第３光電変換部の重心の位置は、前記第２方向において、前記画素の中心から、前記第１光電変換部の重心の位置と前記第２光電変換部の重心の位置とは逆側にずれていることを特徴とする撮像装置を提供する。

本発明によれば、撮像光学系による像の歪みを抑制し、測距精度を向上させることが可能となる。

実施例１の撮像システムの構成を示す概略図 実施例１の測距画素および撮像画素を有する撮像装置を表すブロック図 実施例１の画素について説明するための図 比較例の画素について説明するための図 比較例の画素と被写体と射出瞳の関係について説明するための図 実施例１の画素と被写体と射出瞳の関係について説明するための図 光電変換部の大きさが電極と上部電極の間の電圧で変わることを説明する図 実施例２の画素について説明するための図 実施例２の画素と被写体と射出瞳の関係について説明するための図 画素に４つ以上の電極が配置される形態について説明するための図 実施例３の画素について説明するための図 実施例４の撮像システム及び移動体の構成を示す図

以下、図面を参照して本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態の一例を説明する。撮像装置は、光を電気信号に変換する画素を複数有する半導体デバイスであり、固体撮像素子やイメージセンサとも呼ばれるものである。撮像装置には、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどが含まれる。なお、本実施形態で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用できる。また、本実施形態に記載されている構成部品の材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
〈撮像システムの全体的構成〉
図１は、撮像システム１の構成を示す概略図である。
撮像システム１は、図１に示すように、撮像装置１０、撮像光学系１１、レンズ制御部１２、ＣＰＵ１５、撮像装置制御部１６、画像処理部１７、表示部１８、操作スイッチ１９、記録媒体２０を備える。

撮像光学系１１は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、本実施例では、レンズとミラーを組み合わせた非対称な反射屈折光学系を示す。非対称な反射屈折光学系を用いることで、例えば車載用のカメラを小型化することができる。レンズとミラーは、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系１１は、撮像システムに一体化されて
いてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。
撮像光学系１１の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１０が配置されている。撮像装置１０は、後述するように、ＣＭＯＳセンサ（画素領域１２１）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１０は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１０は、撮像光学系１１により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。

レンズ制御部１２は、撮像光学系１１を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。
ＣＰＵ１５は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ１５は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、被写体との距離測定、撮像光学系１１の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ１５は、信号処理部でもある。
撮像装置制御部１６は、撮像装置１０の動作を制御するとともに、撮像装置１０から出力された画素信号（撮像信号）をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１５に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１０が備えていてもかまわない。

画像処理部１７は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。
表示部１８は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ１９は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体２０は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。

（撮像装置の全体的構成）
図２は、本実施例に係る、測距画素および撮像画素を有する撮像装置１０を表すブロック図である。
撮像装置１０は、画素領域１２１、垂直走査回路１２２、２つの読み出し回路１２３、２つの水平走査回路１２４、２つの出力アンプ１２５を備えている。垂直走査回路１２２、２つの読み出し回路１２３、２つの水平走査回路１２４、２つの出力アンプ１２５は、画素領域１２１以外の領域である周辺回路領域に備えられている。

画素領域１２１には、多数の測距画素と撮像画素が２次元状に配列されている。読み出し回路１２３には、例えば、列アンプ、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、加算回路等が設けられ、垂直走査回路１２２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号に対して増幅、加算等を行う。水平走査回路１２４は、読み出し回路１２３から画素信号に基づく信号を順番に読み出すための信号を生成する。出力アンプ１２５は、水平走査回路１２４によって選択された列の信号を増幅して出力する。
なお、以下の説明では、信号電荷として電子を用いる構成を例示するが、信号電荷として正孔を用いることも可能である。
また、本実施例では、画素が配される基板表面に平行な面内に、互いに直交するｘｙ軸をとり、基板表面に垂直な方向にｚ軸をとって説明する。また、ｚ軸の正方向を上といい、ｚ軸の負方向を下という場合もある。

（各画素の素子構成）
図３（Ａ）は、本実施例の画素２００のｘｚ面を模式的に示す断面図である。
図３（Ａ）において、部材２１０は、半導体基板、配線層、読み出し回路等が配置される部分を模式的に示したものである。部材２１０の上には、下部電極となる電極２０１（第１画素電極）と電極２０２（第３画素電極）と電極２０３（第２画素電極）が設けられている。
電極２０１と電極２０２と電極２０３の上には、光電変換層２２０が設けられ、光電変換層２２０の上には上部電極（対向電極）２３０が設けられている。上部電極２３０の上には、カラーフィルタ２４０が設けられている。カラーフィルタ２４０の上方にはマイクロレンズ２５０が設けられている。カラーフィルタ２４０とマイクロレンズ２５０の間に平坦化層が設けられていてもよい。
ここで、光電変換層２２０と上部電極２３０のうち、電極２０１の形状に対応したそれぞれの領域と、電極２０１とが第１光電変換部を構成する。また、光電変換層２２０と上部電極２３０のうち、電極２０２の形状に対応したそれぞれの領域と、電極２０２とが第３光電変換部を構成する。また、光電変換層２２０と上部電極２３０のうち、電極２０３の形状に対応したそれぞれの領域と、電極２０３とが第２光電変換部を構成する。第１光電変換部と第２光電変換部は、位相差を検出するためのものである。

電極２０１と電極２０２と電極２０３は、アルミニウムや銅など導電性部材から形成された電極である。電極２０１と電極２０２と電極２０３は、光電変換層２２０の各領域で発生した電荷を分離して捕集するためのものである。光電変換層２２０は、入射光の光量に応じた電荷を発生する無機化合物または有機化合物の材料で構成される。
上部電極２３０は、光電変換層２２０に電圧を印加し、光電変換層２２０に電界を生じさせるための電極である。上部電極２３０は、光電変換層２２０よりも光の入射面側に設けられているため、上部電極２３０は入射光に対して透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の導電性材料で構成される。
カラーフィルタ２４０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、あるいはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の光を透過するフィルタである。また、カラーフィルタ２４０は、白色のカラーフィルタでも良い。マイクロレンズ２５０は、樹脂などの材料を用いて形成される。

図３（Ｂ）は、画素２００において電極２０１、２０２、２０３をｘｙ面で切断したときの切断面を模式的に示す断面図である。以下の説明では、図３（Ｂ）に示すような画素のｘｙ面を上方から見た図を平面視という場合がある。
電極２０１と電極２０３は、ｘ方向（第１方向）において画素２００の両端付近に配置されている。また、電極２０１と電極２０３の間に電極２０２が配されている。
電極２０１、２０２、２０３が並ぶｘ方向が位相差検出方向となる。電極２０１と電極２０３から得られる信号に基づいて、距離計測が行われる。電極２０２から得られる信号のみ、または電極２０１、２０２、２０３からの信号を合成して得られる信号に基づいて、撮像画像の取得が行われる。なお、例えば１つのマイクロレンズが設けられている領域が、１画素であると画定することができる。

図３（Ｂ）に示す平面視において、ｘ方向と垂直な方向をｙ方向（第２方向）とする。
本実施例の特徴として、平面視において、電極２０１の重心位置２６１と、電極２０３の重心位置２６３は、ｙ方向において画素中心Ｃから−ｙ方向にずれて位置している。また、電極２０２の重心位置２６２は、ｙ方向において画素中心Ｃから、重心位置２６１と重心位置２６３とは逆側、すなわち、＋ｙ方向にずれて位置している。
そして、電極２０１、２０２、２０３の形状はそれぞれ、平面視において、点対称（２回対称）ではない形状であり、互いに異なる形状で構成されている。

以下、本実施例の画素２００について、比較例の画素１０００と比較して説明する。
図４（Ａ）は、比較例の画素１０００のｘｚ面を模式的に示す断面図である。図４（Ｂ）は、比較例の画素１０００の電極１００１、１００２、１００３のｘｙ面を模式的に示す断面図である。
図４（Ａ）に示す部材１０１０、電極１００１、１００２、１００３、上部電極１０３０、光電変換層１０２０は、図３（Ａ）に示す部材２１０、電極２０１、２０２、２０３、上部電極２３０、光電変換層２２０に対応する。また、図４（Ａ）に示すカラーフィルタ１０４０、マイクロレンズ１０５０は、図３（Ａ）に示すカラーフィルタ２４０、マイクロレンズ２５０に対応する。光電変換層１０２０のうち、電極１００１、１００２、１００３の形状に対応した領域が分割された光電変換部となる。
比較例では図４（Ｂ）に示すように、平面視において、電極１００１の重心位置１０６１、電極１００２の重心位置１０６２、電極１００３の重心位置１０６３は、ｙ方向における画素中心Ｃと同じ位置にある。そして、電極１００１、１００２、１００３の形状はそれぞれ、平面視において、点対称な形状である。

図５（Ａ）は、図１に示す非対称な撮像光学系１１における、比較例の画素１０００と、被写体３３０と、射出瞳１１２０の関係について説明するための図である。
図１に示す撮像光学系１１では光軸は折り返されているが、図５（Ａ）では、説明の便宜のため模式的に、画素１０００と、射出瞳１１２０と、被写体３３０を一列に並べて示している。図５（Ｂ）は、射出瞳１１２０のｘｙ面を模式的に示す図である。図中、ｘ方向を瞳分割方向とし、分割された射出瞳１１２０のそれぞれの領域を瞳領域１１２１、１１２２、１１２３とする。射出瞳１１２０と光電変換層１０２０は、マイクロレンズ１０５０を介して共役関係にある。

瞳領域１１２１を通過した光が画素１０００に入射すると、光電変換層１０２０のうち、電極１００１の上に位置する部分で電荷が発生する。また、瞳領域１１２２を通過した光が画素１０００に入射すると、光電変換層１０２０のうち、電極１００２の上に位置する部分で電荷が発生する。また、瞳領域１１２３を通過した光が画素１０００に入射すると、光電変換層１０２０のうち、電極１００３の上に位置する部分で電荷が発生する。

図５（Ａ）に示す比較例の構成では、電極１００１によって捕集される信号電荷と、電極１００３によって捕集される信号電荷から２つの視差情報を取得し、三角測距の原理を用いて距離計測を可能としている。また、電極１００２からの信号のみ、または電極１００１、１００２、１００３からの信号を合成して得られる信号に基づいて、撮像画像が取得される。
非対称な撮像光学系１１を通して、射出瞳１１２０に投影される画素１０００の光電変換部（電極１００１、１００２、１００３）の像は、図５（Ｂ）に示す瞳領域１１２１、１１２２、１１２３のように非対称な形状となる。ここで、本明細書において、非対称な形状とは、２回対称でない形状をいう。
瞳領域１１２１と１１２３が、非対称な歪んだ形状になると、瞳領域１１２１の重心位置１１２４と、瞳領域１１２３の重心位置１１２５の間の距離Ｌ２が短くなり、測距精度が低下してしまうことが懸念される。また、電極１００２からの信号に基づいて取得される撮像画像は、歪んだ瞳領域１１２２を透過する光により形成されるため、像が歪んでしまうことが懸念される。

そこで、本実施例では、図３（Ｂ）に示すような、光電変換部（電極２０１、２０２、２０３）を非対称な形状とした画素２００を、撮像システム１に適用することで、撮像光学系１１による像の歪みを抑制する。

図６（Ａ）は、図１に示す非対称な撮像光学系１１における、本実施例の画素２００と、射出瞳３２０と、被写体３３０との関係を説明するための図である。図１に示す撮像光学系１１では光軸は折り返されているが、図６（Ａ）では、説明の便宜のため模式的に、画素２００と、射出瞳３２０と、被写体３３０を一列に並べて示している。
図６（Ｂ）は、射出瞳３２０のｘｙ面を模式的に示す図である。図中、ｘ方向を瞳分割方向とし、分割された射出瞳３２０のそれぞれの領域を瞳領域３２１、３２２、３２３とする。射出瞳３２０と光電変換層２２０は、マイクロレンズ２５０を介して共役関係にある。

瞳領域３２１を通過した光が画素２００に入射すると、光電変換層２２０のうち、電極２０１の上に位置する部分で電荷が発生する。また、瞳領域３２２を通過した光が画素２００に入射すると、光電変換層２２０のうち、電極２０２の上に位置する部分で電荷が発生する。また、瞳領域３２３を通過した光が画素２００に入射すると、光電変換層２２０のうち、電極２０３の上に位置する部分で電荷が発生する。図６（Ａ）に示す本実施例の構成では、電極２０１によって捕集される信号電荷と、電極２０３によって捕集される信号電荷から２つの視差情報を取得し、三角測距の原理を用いて距離計測を可能としている。また、電極２０２からの信号のみ、または電極２０１、２０２、２０３からの信号を合成して得られる信号から撮像画像が取得される。

図１に示すような非対称な撮像光学系１１であっても、本実施例の画素２００を適用することにより、図６に示す瞳領域３２１、３２２、３２３は点対称な形状となる。
これにより、瞳領域３２１の重心位置３２４と、瞳領域３２３の重心位置３２５との間の距離Ｌ１を、図５（Ｂ）に示す比較例の距離Ｌ２よりも長く保つことができる。
また、本実施例の画素２００においては、画素２００の端付近に電極２０１、２０３が配置されているため、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の瞳領域３２１、３２３も、射出瞳３２０の端付近に位置することになる。その結果、各視差に対応する瞳領域３２１、３２３の重心間距離Ｌ１が長くなり（視差が大きくなり）、三角測距の原理より距離精度をより向上することができる。また、点対称な形状の瞳領域３２２を透過する光により形成される撮像画像は、比較例の瞳領域１１２２を透過する光により形成される撮像画像に比べて、歪まず取得することができる。

ここで、測距のため瞳領域３２１、３２３を透過する光の信号を取得するためには、撮像光学系１１の絞りを開放Ｆ値とすることが必要となる。しかし、撮像画像を取得する際に、瞳領域３２１、３２２、３２３をそれぞれ通過した光を全て用い、電極２０１、２０２、２０３からの信号を合成して得られる信号から撮像画像を取得しようとすると、被写界深度が浅くなることが懸念される。
そこで、測距のため撮像光学系１１の絞りを開放Ｆ値とした場合に、撮像画像を取得する際には、瞳領域３２２を透過した光のみを用いることとし、電極２０２からの信号のみを取得するとよい。
これにより、撮像光学系１１の絞りを開放Ｆ値としても、図６（Ａ）、図６（Ｂ）のｘ方向において絞られた瞳領域３２２の像を得ることができ、射出瞳３２０全体を透過する光を用いる場合に比べ、被写界深度が深い撮像画像を取得することができる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、光電変換層２２０内の光電変換部２７１、２７２、２７３の大きさが、電極２０１、２０２、２０３と上部電極２３０との間の電圧の大きさによって変わることを説明するための図である。
図７（Ａ）に対し、図７（Ｂ）は電圧を大きくした場合を示しており、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、電圧を大きくすることによって、光電変換部２７１、２７２、２７３の領域を大きくすることができる。また逆に、電極２０１、２０２、２０３と上部電極２３０の間の電圧を小さくすると、光電変換部２７１、２７２、２７３の領域を小さく
することができる。
また、電極２０１、２０２、２０３それぞれにかける電圧の大きさを変えることで、光電変換部２７１、２７２、２７３の大きさをそれぞれ変えることもできる。例えば、画素領域１２１の中心から周辺に向かって徐々に、光電変換部２７１、２７２、２７３の大きさの比率を変え、感度領域を変えることもできる。画素領域１２１の周辺付近では、光が斜めに入射するため、光電変換部２７１、２７２、２７３の境界位置を変え、斜めに入射する光に対応させることもできる。

また、電極２０１、２０３は光電変換部２７１、２７３で蓄積された信号電荷を読み出し、電極２０２は光電変換部２７２で蓄積された信号電荷を排出する構成としても良い。
これにより、図７（Ａ）、図７（Ｂ）の光電変換部２７１と２７３の領域を明確に分けることができ、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す瞳領域３２１と３２３を明確に分け離すことができる。その結果、測距精度を向上することができる。
また、電極２０１、２０３は光電変換部２７１、２７３で蓄積された信号電荷を排出し、電極２０２は光電変換部２７２で蓄積された信号電荷を読み出す構成としても良い。
これにより、画素２００の中心付近の光電変換部２７２の領域を明確にすることができ、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す瞳領域３２２を明確にすることができる。このとき、電極２０２にかける電圧の大きさを変えることで、光電変換部２７２の大きさが変わり、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の瞳領域３２２の大きさも変えることができる。その結果、撮像光学系１１の絞りを開放にしたまま、自由に瞳領域３２２の大きさを変えることができ、実効的な絞りの大きさを変えることができる。

以上説明したように、本実施例では、平面視において、電極２０１の重心位置２６１と、電極２０３の重心位置２６３は、ｙ方向において画素中心Ｃから−ｙ方向にずれて位置している。そして、電極２０２の重心位置２６２は、ｙ方向において画素中心Ｃから＋ｙ方向にずれて位置している。また、電極２０１、２０２、２０３の形状はそれぞれ、平面視において、点対称ではない形状である。
このような構成により、撮像光学系による像の歪みを抑制し、測距精度を向上させた撮像装置を提供することが可能となる。
また、撮像光学系１１の絞りを開放Ｆ値としても、図６（Ａ）、図６（Ｂ）のｘ方向において絞られた瞳領域３２２の像を得ることができるので、射出瞳３２０全体を透過する光を用いる場合に比べ、被写界深度が深い撮像画像を取得することができる。
また、電極２０１、２０２、２０３それぞれにかける電圧の大きさを変えることで、光電変換部２７１、２７２、２７３の大きさをそれぞれ変えることで、感度領域を適宜変更することができ、高感度の撮像装置を提供することができる。
また、撮像装置１０を適用した撮像システム１を構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。

（実施例２）
以下に、実施例２について説明する。
図８（Ａ）は、本実施例の画素５００のｘｚ面を模式的に示す断面図である。図８（Ｂ）は、画素５００において電極２０１、４０２、２０３のｘｙ面を模式的に示す断面図である。
実施例２の画素５００の構成は、実施例１の画素２００に対して、画素の中心付近にある電極の大きさが異なっている。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、本実施例の電極４０２は、図３（Ｂ）に示す実施例１の電極２０２に対して、ｙ方向の長さが短い形状となっている。そして、本実施例の電極４０２の重心位置５６２は、ｙ方向において画素中心Ｃから＋ｙ方向にずれて位置している。また、電極２０１の重心位置２６１と、電極２０３の重心位置２６３は、実施例１同様、ｙ方向において画素中心Ｃから−ｙ方向にずれて位置している。

図９（Ａ）は、図１に示す非対称な撮像光学系１１における、本実施例の画素５００と、被写体３３０と、射出瞳３２０の関係について説明するための図である。図９では、実施例１の図６（Ａ）同様、説明の便宜のため模式的に、画素５００と、射出瞳３２０と、被写体３３０を一列に並べて示している。
図９（Ｂ）は、本実施例の射出瞳３２０のｘｙ面を模式的に示す図である。本実施例においては、分割された射出瞳３２０のそれぞれの領域を瞳領域３２１、６２２、３２３としている。

射出瞳３２０と光電変換層２２０は共役関係にあるため、図９（Ｂ）の瞳領域６２２は、実施例１の図６（Ｂ）の瞳領域３２２に対して、ｙ方向において短くなる。本実施例では、ｘ方向に加え、ｙ方向においても、撮像画像に用いる光束が通過する瞳領域を光軸近傍に限定するものである。
このような構成にすることによって、撮像光学系１１の絞りを例えば開放Ｆ値に設定した場合であっても、ｘ方向とｙ方向において被写界深度が浅くならない撮像装置を提供することができる。したがって、撮像光学系による像の歪みを抑制し、測距精度を向上させることができ、さらにｘ方向とｙ方向において深い被写界深度の撮像画像を取得することが可能な撮像装置を提供することができる。

ここで、画素に４つ以上の電極が配置される形態について、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）を用いて説明する。
図１０（Ａ）は、画素７００において電極７０１〜７０９のｘｙ面を模式的に示す断面図である。
図１０（Ａ）に示す電極は、図３（Ｂ）に示す電極２０１、２０２、２０３をそれぞれｙ方向に３つに分割したような形態となっている。図１０（Ａ）の画素７００の電極７０１、７０４、７０７の信号を同時に読み出すことは、図８（Ｂ）の画素５００における電極２０１の信号を読み出すことに対応している。また、図１０（Ａ）の画素７００の電極７０３、７０６、７０９の信号を同時に読み出すことは、図８（Ｂ）の画素５００における電極２０３の信号を読み出すことに対応している。電極７０１、７０４、７０７の重心位置は７２０であり、電極７０３、７０６、７０９の重心位置は７２１であり、平面視において、ｙ方向において画素中心Ｃから−ｙ方向にずれて位置している。
また、図１０（Ａ）の画素７００において、画素の中心付近の電極７０５の信号を読み出すことは、図８（Ｂ）の画素５００における電極４０２の信号を読み出すことに対応している。電極７０５の重心位置７２２は、平面視において、ｙ方向において画素中心Ｃから＋ｙ方向にずれて位置している。

図１０（Ａ）に示す画素７００においても、図８（Ａ）、図８（Ｂ）の画素５００と同様に、撮像光学系による像の歪みを抑制し、高い測距精度と、ｘ方向とｙ方向において深い被写界深度の撮像画像の両方を達成可能な撮像装置を提供することができる。
また、図１０（Ａ）に示すように画素７００を構成することで、ｙ方向にも電極が分割されて配置されているため、ｘ方向だけでなくｙ方向においても測距することが可能となる。また、電極７０１〜７０９で読み出す信号は自由に選ぶことができ、ｘｙ面に対して斜め方向に測距することも可能となる。

なお、画素に４つ以上の電極が配置される形態は、図１０（Ａ）に示す形態に限るものではない。
図１０（Ｂ）は、画素７１０において電極２０１、７１１、７１２、２０３のｘｙ面を模式的に示す断面図である。
図１０（Ｂ）は、図３（Ｂ）に示す電極２０１、２０２、２０３に対して、画素の中心付近にある電極２０２をｘ方向に２つの電極７１１、７１２に分割した形態となっている
。
このような形態により、図６における瞳領域３２２、または図９の瞳領域６２２をｘ方向に２つに分割することも可能となる。このとき、電極２０１の信号と電極７１１の信号を同時に読み出し、電極２０３の信号と電極７１２の信号を同時に読み出すと、射出瞳３２０を右半分、左半分に分けてそれぞれの信号を得ることもできる。これにより、測距する範囲の自由度を上げることができる。

（実施例３）
以下に、実施例３について説明する。
図１１（Ａ）は、本実施例の画素８００のｘｚ面を模式的に示す断面図である。図１１（Ｂ）は、画素８００において光電変換部８０１、８０２、８０３のｘｙ面を模式的に示す断面図である。
上述した実施例１、２では、光電変換部は、下部電極（電極２０１，２０２，２０３）と上部電極２３０と、下部電極と上部電極２３０に挟まれた光電変換層２２０で構成されるものであった。
これに対して本実施例の光電変換部８０１、８０２、８０３は、半導体基板８０４に不純物を導入することで形成される。

半導体基板８０４の上には、絶縁膜８０５、カラーフィルタ８２１、マイクロレンズ８３０が配されている。また、図１１（Ｂ）に示すように、光電変換部８０１、８０２、８０３にそれぞれ対応して、転送トランジスタのゲート電極８１１、８１２、８１３が配されている。転送トランジスタのゲート電極８１１、８１２、８１３は、光電変換部８０１、８０２、８０３で発生した電荷をフローティングディフュージョン領域８１４に転送する。
図１１（Ｂ）に示す光電変換部８０１、８０２、８０３の形状は、平面視において、非対称な形状である。そして、光電変換部８０１の重心位置８６１と、光電変換部８０３の重心位置８６３は、平面視において、ｙ方向において、画素中心Ｃから−ｙ方向にずれて位置している。光電変換部８０２の重心位置８６２は、平面視において、ｙ方向において画素中心Ｃから＋ｙ方向にずれて位置している。

本実施例の画素８００とすることで、実施例１と同様に、撮像光学系による像の歪みを抑制し、測距精度を向上させた撮像装置を提供することが可能となる。
なお、本実施例では、いわゆる裏面照射型の画素８００の場合を記載しているが、絶縁膜８０５の内部に配線層を配した表面照射型の画素としても良い。

（実施例４）
以下に、実施例４による撮像システム及び移動体について、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）を用いて説明する。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、本実施例による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図１２（Ａ）は、車載カメラに関する撮像システム９００の一例を示したものである。撮像システム９００は、撮像装置９１０を有する。撮像装置９１０は、上述の第１乃至第３実施形態に記載の撮像装置１０のいずれかである。撮像システム９００は、撮像装置９１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部９１２と、撮像装置９１０により取得された複数の画像データから視差（例えば、視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部９１４を有する。また、撮像システム９００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部９１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部９１８と、を有する。ここで、視差取得部９１４や距離取得部９１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する
情報である。衝突判定部９１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム９００は、車両情報取得装置９２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム９００は、衝突判定部９１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ９３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ９３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム９００は、衝突判定部９１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置９４０とも接続されている。例えば、衝突判定部９１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ９３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置９４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム９００で撮像する。図１２（Ｂ）に、車両前方（撮像範囲９５０）を撮像する場合の撮像システム９００を示した。車両情報取得装置９２０は、撮像システム９００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の実施例１乃至実施例３の撮像装置１０を撮像装置９１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム９００は、測距の精度をより向上させることができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

１０…撮像装置、２００…画素、２１０…部材、２０１、２０２、２０３…電極、２２０…光電変換層、２３０…上部電極

Claims (12)

1. 複数の画素が基板に２次元状に配された撮像装置であって、
   前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、
   位相差を検出するために第１方向に沿って並んで配置される第１光電変換部及び第２光電変換部と、
   前記第１方向において前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置される第３光電変換部と、を有し、
   平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部と前記第３光電変換部とは、それぞれ点対称でない形状である
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 複数の画素が基板に２次元状に配された撮像装置であって、
   前記複数の画素のうちの１つ以上の画素は、
   位相差を検出するために第１方向に沿って並んで配置される第１光電変換部及び第２光電変換部と、
   前記第１方向において前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置される第３光電変換部と、を有し、
   前記第１光電変換部の重心の位置と、前記第２光電変換部の重心の位置とは、前記基板の表面に平行な面内で前記第１方向に垂直な第２方向において、前記画素の中心から同じ側にずれており、
   前記第３光電変換部の重心の位置は、前記第２方向において、前記画素の中心から、前記第１光電変換部の重心の位置と前記第２光電変換部の重心の位置とは逆側にずれていることを特徴とする撮像装置。
3. 前記画素は、
   少なくとも３つの画素電極と、
   前記３つの画素電極の上に設けられた光電変換層と、
   前記光電変換層の上に設けられた対向電極と、を有し、
   前記第１光電変換部は、第１画素電極と前記光電変換層と前記対向電極とからなり、
   前記第２光電変換部は、第２画素電極と前記光電変換層と前記対向電極とからなり、
   前記第３光電変換部は、第３画素電極と前記光電変換層と前記対向電極とからなる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 平面視において、前記第１画素電極と前記第２画素電極と前記第３画素電極とは、互いに異なる形状である
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第１画素電極と前記第２画素電極と前記第３画素電極とのうち少なくともいずれかは、前記基板の表面に平行な面内で前記第１方向に垂直な第２方向に沿って配される複数の電極からなる
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
6. 前記第３画素電極は、前記第１方向に沿って配される複数の電極からなる
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
7. 前記第１光電変換部で発生した電荷は、前記第１画素電極で読み出され、
   前記第２光電変換部で発生した電荷は、前記第２画素電極で読み出され、
   前記第３光電変換部で発生した電荷は、前記第３画素電極で排出される
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記第１光電変換部で発生した電荷は、前記第１画素電極で排出され、
   前記第２光電変換部で発生した電荷は、前記第２画素電極で排出され、
   前記第３光電変換部で発生した電荷は、前記第３画素電極で読み出される
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記第１光電変換部と前記第２光電変換部と前記第３光電変換部とは、前記基板の内部に形成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
10. 前記複数の画素のそれぞれに対応して複数のマイクロレンズが配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を有することを特徴とする撮像システム。
12. 移動体であって、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記画素から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。

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