JP2019134229A - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】特定の偏光方向の光を透過させる偏光部を備える撮像素子の構成を簡略化する。【解決手段】撮像素子は、偏光部、光電変換部、第１の電荷保持部、画像信号生成部および第２の電荷保持部を具備する。光電変換部は、導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる。光電変換部は、偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する。第１の電荷保持部は、その生成された電荷を保持する。画像信号生成部は、第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する。第２の電荷保持部は、生成された電荷を保持し、偏光部の前記導電性部材を電極として構成される。【選択図】図５

Description

本技術は、撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、入射光のうち特定の偏光方向の光を撮像する撮像素子および撮像装置に関する。
従来、特定の偏光方向の光を透過させる偏光部を画素毎に配置して光電変換を行うことにより、入射光の偏光情報を取得する撮像素子が使用されている。この取得した偏光情報に基づいて画像処理を行うことにより、例えば、被写体の３次元形状の把握を容易に行うことができる。これは、物体からの反射光が物体の面毎に異なる方向に偏光されるため、偏光方向を選択して撮像することにより、物体の面の形状を容易に取得可能なためである。また、監視装置等に使用する撮像素子において、車のフロントガラスに映り込んだ画像の除去のために使用することもできる。車のフロントガラスに映り込んだ画像は特定の方向に強く偏光しており、偏光情報を取得することにより容易に除去できるためである。このような偏光部としてワイヤグリッドにより構成された偏光部が使用される。これは、入射する光の波長より狭いピッチに配置された複数の線により構成された偏光部である。
このような偏光部を備える撮像素子として、光の反射または吸収を行う複数の金属の線により構成された偏光部を画素の遮光膜等に接続する撮像素子が提案されている。ここで、遮光膜とは、隣接する画素から入射する光を遮蔽する膜であり、画素の境界に配置される膜である。この撮像素子における偏光部の形成は、成膜した金属膜を複数の金属線に加工することにより行われる。この金属膜の加工には、ドライエッチング等が使用される。この際、金属膜が画素の遮光膜等に接続された状態においてドライエッチングを行うことにより、金属膜の帯電を防止することができ、放電による破損を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１７−７６６８３
撮像素子には画素が２次元格子状に配置される。これらの画素は光電変換により入射光に応じた電荷を生成する。この生成された電荷を電荷保持部にて保持し、その保持された電荷に応じた画像信号が生成されて画素から出力される。この電荷の保持には、半導体基板の拡散層に形成された領域である浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）が使用される。しかし、フローティングディフュージョン以外に電荷保持部が必要となる場合には、新たにキャパシタを形成する必要が生じる。例えば、露光期間の経過後に全画素同時に電荷の保持を行いながら、保持された電荷に応じて生成された画像信号を転送するグローバルシャッタを行う撮像素子においては、露光期間の経過後と画像信号の生成との２段階の電荷の保持が必要となる。このように複数の電荷保持部を画素に形成する場合には、新たなキャパシタ等の電荷保持部をそれぞれの画素に配置する必要が生じる。このような用途において、上述の従来技術では、偏光部に加えてキャパシタを画素に配置することとなり画素の構成が複雑になるという問題がある。
本技術は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、特定の偏光方向の光を透過させる偏光部を備える撮像素子の構成を簡略化することを目的としている。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる偏光部と、上記偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換部と、上記生成された電荷を保持する第１の電荷保持部と、上記第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する画像信号生成部と、上記生成された電荷を保持し、上記偏光部の上記導電性部材を電極として構成された第２の電荷保持部とを具備する撮像素子である。これにより、偏光部の導電性部材と第２の電荷保持部の電極とが共用されるという作用をもたらす。画素の構成の簡略化が想定される。
また、この第１の態様において、上記偏光部は、複数の線形状の上記導電性部材が所定の間隔を有して隣接して配置されるワイヤグリッドにより構成されてもよい。これにより、ワイヤグリッドにより偏光部が構成されるという作用をもたらす。
また、この第１の態様において、上記第２の電荷保持部は、上記複数の線形状の導電性部材のうちの隣接する２つの線形状の導電性部材により形成されたキャパシタにより構成されてもよい。これにより、偏光部の隣接する２つの線形状の導電性部材がキャパシタを構成するという作用をもたらす。
また、この第１の態様において、上記偏光部は、絶縁層と当該絶縁層を挟持する２つの導体層とにより構成された上記線形状の導電性部材により構成され、上記第２の電荷保持部は、上記２つの導体層により形成されたキャパシタにより構成されてもよい。これにより、３層構造の偏光部が使用されるという作用をもたらす。
また、この第１の態様において、上記第２の電荷保持部は、隣接する上記線形状の導電性部材における上記２つの導体層が同じ電位に充電されてもよい。これにより、同じ電位に充電される導体層が隣接する線形状の導電性部材において同層に配置されるという作用をもたらす。異なる層に配置された２つの導体層によるキャパシタの形成が想定される。
また、この第１の態様において、上記第２の電荷保持部は、隣接する上記線形状の導電性部材における上記２つの導体層が異なる電位に充電されてもよい。これにより、異なる電位に充電される導体層が隣接する線形状の導電性部材において同層に配置されるという作用をもたらす。異なる線形状の導電性部材に配置された２つの導体層によるキャパシタの形成が想定される。
また、この第１の態様において、上記第１の電荷保持部は、上記第２の電荷保持部から転送された電荷を保持してもよい。これにより、光電変換部により生成されて第２の電荷保持部を経由して転送された電荷に応じた画像信号が生成されるという作用をもたらす。
また、この第１の態様において、上記画像信号生成部は、上記第１の電荷保持部および上記第２の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成してもよい。これにより、第１の電荷保持部および第２の電荷保持部に同時に保持された電荷に応じた画像信号が生成されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の態様は、導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる偏光部と、上記偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換部と、上記生成された電荷を保持する第１の電荷保持部と、上記第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する画像信号生成部と、上記生成された電荷を保持し、上記偏光部の上記導電性部材を電極として構成された第２の電荷保持部と、上記生成された画像信号を処理する処理回路とを具備する撮像装置である。これにより、偏光部の導電性部材と第２の電荷保持部の電極とが共用されるという作用をもたらす。画素の構成の簡略化が想定される。
本技術によれば、特定の偏光方向の光を透過させる偏光部を備える撮像素子の構成を簡略化するという優れた効果を奏する。
本技術の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本技術の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態に係る偏光部の配置例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態に係る画素の回路構成の一例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本技術の第２の実施の形態に係る偏光部１２０の構成例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態に係る偏光部の製造方法の一例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態に係る偏光部の製造方法の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の一例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の他の例を示す図である。 本技術の第４の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の一例を示す図である。 本技術の第５の実施の形態に係る画素の回路構成の一例を示す図である。 本技術の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本技術の実施の形態の変形例に係る偏光部の配置例を示す図である。 本技術の実施の形態の変形例に係る偏光部の配置の他の例を示す図である。 本技術の実施の形態の変形例に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。 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。 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。
次に、図面を参照して、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．変形例
７．カメラへの応用例
８．内視鏡手術システムへの応用例
９．移動体への応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本技術の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
画素アレイ部１０は、画素１００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。
垂直駆動部２０は、画素１００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。なお、カラム信号処理部３０は、特許請求の範囲に記載の処理部の一例である。撮像素子１は、特許請求の範囲に記載の撮像装置の一例である。
［撮像素子の構成］
図２は、本技術の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素１００の構成例を表す断面図である。画素１００は、オンチップレンズ１６１と、カラーフィルタ１６２と、平坦化膜１６４と、遮光膜１６３と、半導体基板１３０と、配線領域１５０と、偏光部１２０とを備える。
半導体基板１３０は、図１において説明した画素１００の光電変換部や画素回路の半導体部分が形成される半導体の基板である。また、半導体基板１３０には、垂直駆動部２０、カラム信号処理部３０および制御部４０の半導体部分がさらに形成される。半導体基板１３０には、ｐ型のウェル領域１３１が形成され、このウェル領域１３１に画素１００の光電変換部等が形成される。同図には、光電変換部を構成するｎ型半導体領域１３３を記載した。この光電変換部は、入射光に応じた電荷を生成するものである。光電変換部の構成の詳細については後述する。
なお、ウェル領域１３１における画素１００の間には、画素分離領域１３２が配置される。この画素分離領域１３２は、画素１００の間における電荷の移動を防ぐ領域である。
配線領域１５０は、配線層１５２および絶縁層１５１が形成される領域である。配線層１５２は、画素１００において生成された画像信号や画素回路を制御する制御信号を伝達する配線である。図１において説明した信号線１１および１２は、配線層１５２により構成される。この配線層１５２は、銅（Ｃｕ）等の金属により構成することができる。絶縁層１５１は、配線層１５２を絶縁するものである。この絶縁層１５１には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の酸化物により構成することができる。なお、同図の画素１００を備える撮像素子１は、半導体基板１３０における光が入射される側に配線領域１５０が形成される表面照射型の撮像素子である。
オンチップレンズ１６１は、被写体からの光を集光するレンズである。カラーフィルタ１６２は、オンチップレンズ１６１により集光された光のうち所定の波長の光を透過させる光学的なフィルターである。このカラーフィルタ１６２には、例えば、赤色光、緑色光および青色光の何れかを透過するカラーフィルタ１６２を使用することができる。平坦化膜１６４は、カラーフィルタ１６２の下層に配置され、カラーフィルタ１６２の下地を平坦化する膜である。遮光膜１６３は、隣接する画素１００から斜めに入射する光を遮蔽する膜である。この遮光膜１６３により、隣接する画素１００のカラーフィルタ１６２を透過した光の入射を防止することができ、混色の発生を防ぐことができる。
偏光部１２０は、入射光のうち特定の偏光方向の光を透過し、光電変換部に入射させるものである。この偏光部１２０は、ワイヤグリッドにより構成することができる。ここでワイヤグリッドによる偏光部とは、入射する光の波長より狭いピッチに配置された複数の線により構成される偏光部である。この複数の線を金属等の導電性部材により形成することにより、複数の線の並び方向に対して垂直な方向に偏光した光を減衰させることができる。一方、複数の線の並び方向に偏光した光は、減衰されることなく偏光部１２０を通過する。このように、偏光部１２０は、特定の偏光方向の光を透過することができる。以下、偏光部１２０を構成する線を遮光ラインと称する。
上述のように偏光部１２０は、金属等の導電性を有する無機材料により構成されるため、キャパシタを構成することができる。具体的には、絶縁層１５１を誘電体とするキャパシタの電極として使用することができる。同図の偏光部１２０を配線領域１５０に形成し、配線層１５２やウェル領域１３１と接続することにより、偏光部１２０と対向する導体との間の容量によりキャパシタを構成することができる。この際、偏光部１２０は、公知の方法により配線層１５２と同時に形成することもできる。すなわち、配線層１５２と同様にＣｕにより構成され、絶縁層１５１により互いに絶縁された線（遮光ライン）により偏光部１２０を構成することができる。また、偏光部１２０を構成する線同士の間に絶縁層１５１とは異なる絶縁物、例えば、空気や五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を配置することもできる。このように形成されたキャパシタは、後述する第２の電荷保持部として使用することができる。なお、図１において説明した垂直駆動部２０やカラム信号処理部３０等の画素アレイ部１０の周辺回路においてもキャパシタが使用される。この周辺回路のキャパシタも上述の偏光部１２０と同時に形成することができる。
［偏光部の配置］
図３は、本技術の第１の実施の形態に係る偏光部の配置例を示す図である。同図は、画素アレイ部１０における画素１００毎の偏光部１２０の配置を表した図である。同図の偏光部１２０は、一端が共通に接続された櫛形の複数の遮光ラインにより構成される。また、複数の遮光ラインは１本おきに偏光部１２０の異なる方向に引き出され、それぞれ共通に接続される。この櫛形に接続された遮光ラインがキャパシタにおける電極として使用される。同図に表したように、これらを電極１２１および１２２として識別する。
また、偏光部１２０は、画素１００毎に異なる方向に配置することができる。同図においては、隣接する画素１００において、複数の遮光ラインの並び方向が９０度異なる偏光部１２０が配置される。これにより、画素１００毎に異なる偏光方向の入射光の撮像を行うこととなり、被写体の偏光情報を取得することができる。なお、偏光部１２０の配置は、この例に限定されない。例えば、複数の遮光ラインの並び方向が斜め方向に構成された偏光部１２０を使用することもできる。また、例えば、隣接する画素１００において、複数の遮光ラインの並び方向が４５度異なる偏光部１２０が配置される画素１００を使用することもできる。
［画素の回路構成］
図４は、本技術の第１の実施の形態に係る画素の回路構成の一例を示す図である。同図は、画素１００の構成を表す回路図である。同図の画素１００は、光電変換部１０１と、第１の電荷保持部１０２と、第２の電荷保持部１２９と、ＭＯＳトランジスタ１０３乃至１０８とを備える。また、画素１００には、信号線ＯＦＧ、ＴＲ１、ＴＲ２、ＲＳＴ、ＳＥＬおよびＯＵＴが配線される。信号線ＯＦＧ、ＴＲ１、ＴＲ２、ＲＳＴおよびＳＥＬは、画素１００の制御信号を伝達する信号線である。これらの信号線は、ＭＯＳトランジスタのゲートに接続される。これらの信号線を介してゲートおよびソース間の閾値以上の電圧をＭＯＳトランジスタに印加することにより、当該ＭＯＳトランジスタを導通させることができる。信号線ＯＦＧ、ＴＲ１、ＴＲ２、ＲＳＴおよびＳＥＬは、信号線１１を構成する。一方、信号線ＯＵＴは信号線１２を構成し、画素１００により生成された画像信号を伝達する。また、画素１００には、電源線Ｖｄｄが配線され、電源が供給される。
光電変換部１０１のアノードは接地され、カソードはＭＯＳトランジスタ１０３および１０４のソースに接続される。ＭＯＳトランジスタ１０３のドレインは電源線Ｖｄｄに接続され、ゲートは信号線ＯＦＧに接続される。ＭＯＳトランジスタ１０４のドレインは、ＭＯＳトランジスタ１０５のソースおよび第２の電荷保持部１２９の一端に接続される。なお、この第２の電荷保持部１２９の一端が接続されるノードをノード１８１と称する。第２の電荷保持部１２９の他の一端は接地される。ＭＯＳトランジスタ１０４のゲートは信号線ＴＲ１に接続され、ＭＯＳトランジスタ１０５のゲートは信号線ＴＲ２に接続される。ＭＯＳトランジスタ１０５のドレインは、ＭＯＳトランジスタ１０６のソース、ＭＯＳトランジスタ１０７のゲートおよび第１の電荷保持部１０２の一端に接続される。第１の電荷保持部１０２の他の一端は、接地される。ＭＯＳトランジスタ１０６のゲートは、信号線ＲＳＴに接続される。ＭＯＳトランジスタ１０６および１０７のドレインは電源線Ｖｄｄに共通に接続され、ＭＯＳトランジスタ１０７のソースはＭＯＳトランジスタ１０８のドレインに接続される。ＭＯＳトランジスタ１０８のソースは信号線ＯＵＴに接続され、ゲートは信号線ＳＥＬに接続される。
光電変換部１０１は、前述のように照射された光に応じた電荷を生成し、保持するものである。この光電変換部１０１には、フォトダイオードを使用することができる。
ＭＯＳトランジスタ１０３は、光電変換部１０１をリセットするトランジスタである。このＭＯＳトランジスタ１０３は、光電変換部１０１に電源電圧を印加することにより、光電変換部１０１に保持された電荷を電源線Ｖｄｄに排出し、リセットを行う。ＭＯＳトランジスタ１０３による光電変換部１０１のリセットは、信号線ＯＦＧにより伝達される信号により制御される。
ＭＯＳトランジスタ１０４は、光電変換部１０１の光電変換により生成された電荷を第２の電荷保持部１２９に転送するトランジスタである。ＭＯＳトランジスタ１０４における電荷の転送は、信号線ＴＲ１により伝達される信号により制御される。
第２の電荷保持部１２９は、ＭＯＳトランジスタ１０４により転送された電荷を保持するキャパシタである。なお、第２の電荷保持部１２９は、上述の偏光部１２０により構成することができる。
ＭＯＳトランジスタ１０５は、第２の電荷保持部１２９に保持された電荷を第１の電荷保持部１０２に転送するトランジスタである。ＭＯＳトランジスタ１０５における電荷の転送は、信号線ＴＲ２により伝達される信号により制御される。
ＭＯＳトランジスタ１０７は、第１の電荷保持部１０２に保持された電荷に基づく信号を生成するトランジスタである。ＭＯＳトランジスタ１０８は、ＭＯＳトランジスタ１０７により生成された信号を画像信号として信号線ＯＵＴに出力するトランジスタである。このＭＯＳトランジスタ１０８は、信号線ＳＥＬにより伝達される信号により制御される。また、ＭＯＳトランジスタ１０７および１０８は、画像信号生成部１１０を構成する。
ＭＯＳトランジスタ１０６は、第１の電荷保持部１０２に保持された電荷を電源線Ｖｄｄに排出することにより第１の電荷保持部１０２をリセットするトランジスタである。このＭＯＳトランジスタ１０６によるリセットは、信号線ＲＳＴにより伝達される信号により制御される。
同図の画素１００における画像信号の生成は、以下の様に行うことができる。まず、ＭＯＳトランジスタ１０３を導通させて光電変換部１０１をリセットする。次に所定の時間の経過後にＭＯＳトランジスタ１０５および１０６を導通させて第２の電荷保持部１２９をリセットする。次に、ＭＯＳトランジスタ１０４を導通させる。これにより、光電変換部１０１において生成された電荷が第２の電荷保持部１２９に転送されて保持される。この光電変換部１０１のリセットからＭＯＳトランジスタ１０４による電荷の転送までの操作は、画素アレイ部１０に配置された全ての画素１００において同時に行う。これにより、グローバルシャッタが実現される。なお、光電変換部１０１のリセットからＭＯＳトランジスタ１０４による電荷の転送までの期間は露光期間に該当する。
次に、ＭＯＳトランジスタ１０６を再度導通させて第１の電荷保持部１０２をリセットする。次に、ＭＯＳトランジスタ１０５を導通させて第２の電荷保持部１２９に保持された電荷を第１の電荷保持部１０２に転送して保持させる。これにより、ＭＯＳトランジスタ１０７が第１の電荷保持部１０２に保持された電荷に応じた画像信号を生成する。次に、ＭＯＳトランジスタ１０８を導通させることにより、ＭＯＳトランジスタ１０７により生成された画像信号が信号線ＯＵＴに出力される。この、第１の電荷保持部１０２のリセットから画像信号の出力までの操作は、画素アレイ部１０の行に配置された画素１００毎に順次行う。画素アレイ部１０の全ての行の画素１００における画像信号が出力されることにより、１画面分の画像信号であるフレームが生成され、撮像素子１から出力される。
この画素１００における画像信号の生成および出力を上述の露光期間に平行して行うことにより、撮像および画像信号の転送に要する時間を短縮することができる。又、画素アレイ部１０の全画素１００において同時に露光を行うことにより、フレームの歪みの発生を防ぎ、画質を向上させることができる。このように、第２の電荷保持部１２９は、グローバルシャッタを行う際に、光電変換部１０１により生成された電荷を一時的に保持するために使用される。
［画素の構成］
図５は、本技術の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図４において説明した光電変換部１０１、ＭＯＳトランジスタ１０３乃至１０８の構成例を表す図である。同図において、斜線によるハッチングが付された矩形はＭＯＳトランジスタのゲートを表し、これ以外の実線の矩形はウェル領域１３１に形成された半導体領域を表す。また、破線により記載された領域は、偏光部１２０の電極１２１および１２２を表す。また、同図の黒丸は信号線の接続を表す。黒丸が記載された領域において配線層１５２による配線が結線され、信号線１１等に接続される。なお、ＴＲ１等の信号線名は、図４において説明した信号線名と共通である。
光電変換部１０１は、画素１００の中央部に配置される。この光電変換部１０１の右側に隣接してＭＯＳトランジスタ１０３のゲートおよびドレイン領域が順に配置される。また、光電変換部１０１の左下に隣接してＭＯＳトランジスタ１０４のゲートおよびドレイン領域が配置される。ＭＯＳトランジスタ１０４のドレイン領域に隣接してＭＯＳトランジスタ１０５のゲートおよびドレイン領域が順に配置される。ここで、ＭＯＳトランジスタ１０４のドレイン領域は、ＭＯＳトランジスタ１０５のソース領域に該当する。ＭＯＳトランジスタ１０５のドレイン領域に隣接してＭＯＳトランジスタ１０６のゲートおよびドレイン領域が順に配置される。ここで、ＭＯＳトランジスタ１０５のドレイン領域は、ＭＯＳトランジスタ１０６のソース領域に該当する。ＭＯＳトランジスタ１０６のドレイン領域に隣接してＭＯＳトランジスタ１０７のゲートおよびソース領域が順に配置される。ここで、ＭＯＳトランジスタ１０６のドレイン領域は、ＭＯＳトランジスタ１０７のドレイン領域に該当する。
ＭＯＳトランジスタ１０７のソース領域に隣接してＭＯＳトランジスタ１０８のゲートおよびソース領域が順に配置される。ここで、ＭＯＳトランジスタ１０７のソース領域は、ＭＯＳトランジスタ１０８のドレイン領域に該当する。ＭＯＳトランジスタ１０５のドレイン領域は、信号線１５３によりＭＯＳトランジスタ１０７のゲートに接続される。また、ＭＯＳトランジスタ１０５のドレイン領域は、図４において説明した第１の電荷保持部１０２に該当する。
偏光部１２０の電極１２１は、端部において、コンタクトプラグ１５５によりウェル領域１３１に接続される。このコンタクトプラグ１５５が接続される領域は、ウェルコンタクトを構成し、電極１２１は接地される。また、偏光部１２０の電極１２２は、端部において、コンタクトプラグ１５４によりＭＯＳトランジスタ１０４のドレイン領域に接続される。当該接続部は、図４において説明したノード１８１に該当する。このように、電極１２２および１２１は、それぞれ異なる電位の領域に接続されることとなる。電極１２２および１２１により形成されるキャパシタを第２の電荷保持部１２９として使用することが可能となる。なお、画素１００の構成は、この例に限定されない。例えば、偏光部１２０を構成する電極（電極１２２および１２１）と他の電極（配線等）との間に形成されるキャパシタを電荷保持部等に使用することもできる。
［画素の構成］
図６は、本技術の第１の実施の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のウェル領域１３１および配線領域１５０の構成例を表す図であり、図５におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。同図のウェル領域１３１には、ｎ型半導体領域１３３乃至１３９が形成される。なお、ＴＲ１等の信号線名は、図４において説明した信号線名と共通である。
光電変換部１０１は、ｎ型半導体領域１３３と当該ｎ型半導体領域１３３の周囲のｐ型のウェル領域１３１とにより構成される。ｎ型半導体領域１３３およびウェル領域１３１との界面に形成されるｐｎ接合において入射光に応じた光電変換が行われ、この光電変換により生成された電荷がｎ型半導体領域１３３に保持される。
ＭＯＳトランジスタ１０４は、ｎ型半導体領域１３３および１３４をそれぞれソースおよびドレイン領域とし、ｎ型半導体領域１３３および１３４の間のウェル領域１３１をチャンネル領域とするＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタ１０４のゲート１４４は、ゲート絶縁膜１４３を介して当該チャンネル領域に隣接して配置される。以下同様に、ＭＯＳトランジスタ１０５は、ｎ型半導体領域１３４および１３５とゲート１４５により構成される。ＭＯＳトランジスタ１０６は、ｎ型半導体領域１３５および１３６とゲート１４６により構成される。ＭＯＳトランジスタ１０７は、ｎ型半導体領域１３７および１３６とゲート１４７により構成される。ＭＯＳトランジスタ１０８は、ｎ型半導体領域１３８および１３７とゲート１４８により構成される。なお、ｎ型半導体領域１３５は、フローティングディフュージョンに該当し、第１の電荷保持部１０２を構成する。このｎ型半導体領域１３５は、比較的深いポテンシャルに構成され、電荷を保持する。
ｎ型半導体領域１３９は、ウェルコンタクトを構成する。偏光部１２０を構成する電極１２１は、コンタクトプラグ１５５によりｎ型半導体領域１３９に接続されて、接地される。一方、偏光部１２０を構成する電極１２２は、コンタクトプラグ１５４を介してｎ型半導体領域１３４すなわちＭＯＳトランジスタ１０４のドレイン領域に接続される。これにより、櫛形に構成された電極１２１および１２２の間の容量に光電変換部１０１により生成された電荷を保持することができる。このため、グローバルシャッタのための新たなキャパシタの配置を省略することができる。なお、コンタクトプラグには、例えば、タングステン（Ｗ）やＣｕを使用することができる。
以上説明したように、本技術の第１の実施の形態の撮像素子１は、偏光部１２０の電極を電荷保持部として使用することにより、画素１００の構成を簡略化することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、単一の金属等により構成された遮光ラインにより構成された偏光部１２０を使用していた。これに対し、本技術の第２の実施の形態の撮像素子１は、３層構造の遮光ラインにより構成された偏光部１２０を使用する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［偏光部の構成］
図７は、本技術の第２の実施の形態に係る偏光部１２０の構成例を示す図である。同図の偏光部１２０は、３層構造の遮光ラインにより構成される点で、図２において説明した偏光部１２０と異なる。同図の偏光部１２０を構成する遮光ラインは、順に積層された光反射層１２５、絶縁層１２４および光吸収層１２３により構成される。
光反射層１２５は、光を反射するものである。この光反射層１２５は、図２において説明した遮光ラインと同様に導電性を有する無機材料により構成することができる。例えば、光反射層１２５は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、Ｃｕ、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｗ、鉄（Ｆｅ）およびテルル（Ｔｅ）等の金属材料やこれらの合金により構成することができる。また、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体により構成することもできる。
絶縁層１２４は、光反射層１２５および光吸収層１２３を絶縁するものである。この絶縁層１２４には、入射光に対して光吸収性を有していない材料を使用することができる。例えば、ＳｉＯ２およびＳｉＮ等のシリコン酸化物および窒化物、ＢＳＧ（Borosilicate glass）およびＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicate Glass）等のガラスならびに樹脂を使用することができる。
光吸収層１２３は、光を吸収するものである。この光吸収層１２３は、光吸収作用を有する金属材料、合金材料および半導体材料により構成することができる。例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｔｅおよび錫（Ｓｎ）等の金属材料やこれらの合金により構成することができる。また、ＳｉやＧｅ等の半導体材料により構成することもできる。なお、光吸収層１２３には、所望の波長の光に対して吸収作用を奏する材料を選択する必要がある。この光吸収層１２３を配置することにより、偏光部１２０からの光の反射を軽減することができる。
このように、本技術の第２の実施の形態の偏光部１２０は、２つの導体層である光反射層１２５および光吸収層１２３が絶縁層１２４を挟持する３層構造となる。この３層構成の遮光ライン１２０を使用することにより、光の遮光能力を向上させることができる。
光反射層１２５および光吸収層１２３は導電性を有する材料により構成されるため、図４において説明した第２の電荷保持部１２９等のキャパシタの電極として使用することができる。具体的には、光反射層１２５および光吸収層１２３を電極とし、絶縁層１２４を誘電体とするキャパシタを構成することができる。
［偏光部の結線方法］
図８は、本技術の第２の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の一例を示す図である。同図におけるａおよびｂは、それぞれ光吸収層１２３および光反射層１２５の結線方法を表す図である。同図に表したように、光吸収層１２３をノード１８１に接続し、光反射層１２５を接地することにより、偏光部１２０を第２の電荷保持部１２９として使用することができる。なお、同図の偏光部１２０は、図３において前述した櫛形形状に構成する必要はない。なお、光吸収層１２３を接地し、光反射層１２５をノード１８１に接続することもできる。このように、同図の偏光部１２０では、光吸収層１２３および光反射層１２５が隣接する遮光ラインにおいて同じ電位に充電される。なお、光吸収層１２３および光反射層１２５は、特許請求の範囲に記載の導体層の一例である。
［偏光部の製造方法］
図９および１０は、本技術の第２の実施の形態に係る偏光部の製造方法の一例を示す図である。まず、半導体基板１３０のウェル領域１３１にｎ型半導体領域１３４等を形成し、絶縁層１５１を形成する。この絶縁層１５１に孔を形成してＷ等を埋め込むことにより、コンタクトプラグ１５４を形成する（図９におけるａ）。
次に、窒化チタン（ＴｉＮ）等の下地金属層３０１、Ａｌ等の第１の金属層３０２、ＳｉＯ２等の絶縁層３０３、Ｗ等の第２の金属層３０４およびＳｉＯ２等のハードマスク層３０５を順に積層する。第１の金属層３０２および第２の金属層３０４は、それぞれ光反射層１２５および光吸収層１２３を構成する金属層である。下地金属層３０１は、第１の金属層３０２と絶縁層１５１との密着力を向上させる膜である。ハードマスク層３０５は、後述するエッチングの際に光反射層１２５および光吸収層１２３を保護する膜である。下地金属層３０１、第１の金属層３０２および第２の金属層３０４は、例えば、スパッタリングにより形成することができる。絶縁層３０３およびハードマスク層３０５は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成することができる（図９におけるｂ）。
次に、レジスト３０６を塗布し（図９におけるｃ）、パターニングを行う（図１０におけるｄ）。次に、パターニングされたレジスト３０６をマスクとしてエッチングを行い、遮光ラインを形成する。このエッチングは、例えば、ドライエッチングにより行うことができる。これにより、光反射層１２５、絶縁層１２４および光吸収層１２３を形成することができる（図１０におけるｅ）。次に、レジスト３０６を除去し、絶縁層１５１を積層して遮光ライン同士の間を絶縁材料により埋める（図１０におけるｆ）。以上の工程により、偏光部１２０を製造するとともに光反射層１２５を下地金属層３０１およびコンタクトプラグ１５４を介してウェル領域１３１のｎ型半導体領域１３４に接続することができる。同図の偏光部１２０においては、下地金属層３０１を偏光部１２０の電極の一部として使用する。この下地金属層３０１は、省略することもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本技術の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本技術の第２の実施の形態の撮像素子１は、３層構造の遮光ラインにおいて絶縁層１２４を誘電体とし、光吸収層１２３および光反射層１２５を電極として使用することにより、キャパシタを構成することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第２の実施の形態の撮像素子１は、同一の遮光ラインに配置された光吸収層１２３および光反射層１２５に挟まれた領域をキャパシタとして使用していた。これに対し、本技術の第３の実施の形態の撮像素子１は、隣接する遮光ラインに挟まれた領域をキャパシタとして使用する点で、上述の第２の実施の形態と異なる。
［偏光部の結線方法］
図１１は、本技術の第３の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の一例を示す図である。同図における光吸収層１２３および光反射層１２５は、図３において前述した櫛形形状に構成され、隣接する遮光ラインの間の領域をキャパシタとして使用する点で、図８において説明した偏光部１２０と異なる。同図におけるａは光吸収層１２３の結線を表し、同図におけるｂは光反射層１２５の結線を表す。
同図におけるａにおいて、櫛形形状に構成された２つの光吸収層１２３ａおよび１２３ｂのうち、光吸収層１２３ａをノード１８１に接続し、光吸収層１２３ｂを接地する。これにより、光吸収層１２３ａおよび光吸収層１２３ｂを電極とするキャパシタを構成することができる。一方、同図におけるｂにおいて、櫛形形状に構成された２つの光反射層１２５ａおよび１２５ｂは、フローティングの状態にする。直列に接続された光吸収層１２３ａおよび光反射層１２５ａを電極とするキャパシタ、光反射層１２５ａおよび１２５ｂを電極とするキャパシタならびに光反射層１２５ｂおよび光吸収層１２３ｂを電極とするキャパシタが形成される。これら３つのキャパシタは、直列に接続され、光吸収層１２３ａおよび光吸収層１２３ｂを電極とするキャパシタに並列に接続される。このため、図３において説明した偏光部１２０と比較してキャパシタの容量を増加させることができる。
図１２は、本技術の第３の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の他の例を示す図である。同図の偏光部１２０は、光反射層１２５の結線を行う点で、図１１に表した偏光部１２０と異なる。同図におけるｂにおいて、光反射層１２５ａがノード１８１に接続され、光反射層１２５ｂが接地される。同図におけるａの光吸収層１２３の結線は、図１１におけるａと同様の結線にする。これにより、光吸収層１２３ａおよび１２３ｂを電極とするキャパシタに光反射層１２５ａおよび１２５ｂを電極とするキャパシタが並列に接続される。図１１の偏光部１２０と比較してキャパシタの容量を増加させることができる。
なお、光吸収層１２３および光反射層１２５の結線方法は、この例に限定されない。例えば、図１１および１２において、光吸収層１２３および光反射層１２５の接続先を入れ替えた結線にすることもできる。
このように、図１１および１２に表した偏光部１２０では、光吸収層１２３および光反射層１２５が隣接する遮光ラインにおいて異なる電位に充電される。
これ以外の撮像素子１の構成は本技術の第２の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本技術の第３の実施の形態の撮像素子１は、３層構造の遮光ラインにより構成された偏光部１２０において、隣接する遮光ラインによりキャパシタを構成することができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第３の実施の形態の撮像素子１は、隣接する遮光ラインに挟まれた領域をキャパシタとして使用していた。これに対し、本技術の第４の実施の形態の撮像素子１は、同一の遮光ラインに配置された光吸収層１２３および光反射層１２５に挟まれた領域のキャパシタをさらに使用する点で、上述の第３の実施の形態と異なる。
［偏光部の結線方法］
図１３は、本技術の第４の実施の形態に係る偏光部の電極の結線の一例を示す図である。同図におけるａは光吸収層１２３の結線を表し、同図におけるｂは光反射層１２５の結線を表す。同図の偏光部１２０は、光吸収層１２３および光反射層１２５が同一の遮光ラインおよび隣接する遮光ラインにおいて異なる電位に充電される点で、図１２において説明した偏光部１２０と異なる。
同図におけるａの光吸収層１２３の結線は、図１１におけるａと同様の結線である。一方、同図におけるｂに表したように、光反射層１２５ａは接地され、光反射層１２５ｂはノード１８１に接続される。すなわち、同図の偏光部１２０は、同一の遮光ラインにおける光吸収層１２３および光反射層１２５の間のキャパシタと隣接する遮光ラインにおける光吸収層１２３および光反射層１２５の間のキャパシタとが並列に接続される。これにより、キャパシタの容量をさらに増加させることができる。
なお、光吸収層１２３および光反射層１２５の結線方法は、この例に限定されない。例えば、図１３において、光吸収層１２３および光反射層１２５の接続先を入れ替えた結線にすることもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本技術の第３の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本技術の第４の実施の形態の撮像素子１は、３層構造の遮光ラインにより構成された偏光部１２０において、同一の遮光ラインおよび隣接する遮光ラインの光吸収層１２３および光反射層１２５により構成されたキャパシタを使用する。これにより、キャパシタの容量を増加させることができる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、第２の電荷保持部１２９をグローバルシャッタのための電荷保持部として使用していた。これに対し、本技術の第５の実施の形態の撮像素子１は、第２の電荷保持部１２９を画素１００の感度の調整のために使用する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の回路構成］
図１４は、本技術の第５の実施の形態に係る画素の回路構成の一例を示す図である。同図は、画素１００の構成を表す回路図である。同図の画素１００は、ＭＯＳトランジスタ１０３および１０５を省略し、ＭＯＳトランジスタ１０９を備える点で、図４において説明した画素１００と異なる。また、同図の画素１００は、信号線ＯＦＧおよびＴＲ２の代わりに信号線ＦＤＢを備える。
同図において、ＭＯＳトランジスタ１０４のドレインは、ＭＯＳトランジスタ１０９のドレイン、ＭＯＳトランジスタ１０６のソース、ＭＯＳトランジスタ１０７のゲートおよび第１の電荷保持部１０２の一端に接続される。ＭＯＳトランジスタ１０９のゲートは信号線ＦＤＢに接続され、ソースは第２の電荷保持部１２９の一端に接続される。第２の電荷保持部１２９の他の一端は、接地される。なお、同図においては、ＭＯＳトランジスタ１０９と第２の電荷保持部１２９との接続ノードがノード１８１となる。これに以外の画素１００の構成は図４において説明した画素１００と同様であるため、説明を省略する。
ＭＯＳトランジスタ１０９は、ノード１８１と第１の電荷保持部１０２の一端とを導通させるトランジスタである。また、ＭＯＳトランジスタ１０９は、信号線ＦＤＢにより伝達される信号により制御される。このように、同図の第２の電荷保持部１２９は、信号線ＦＤＢにより伝達される信号に基づいて、ＭＯＳトランジスタ１０９を介して第１の電荷保持部１０２に並列に接続される。これにより、光電変換部１０１により生成された電荷を保持する第１の電荷保持部１０２の見かけの容量を変更することができる。
ＭＯＳトランジスタ１０９が非導通の状態においては、ＭＯＳトランジスタ１０４のドレインには第１の電荷保持部１０２のみが接続される。光電変換部１０１により生成された電荷を保持する容量が比較的低くなり、光電変換部１０１により生成された電荷から画像信号を生成する際の感度が高くなる。しかし、第１の電荷保持部１０２の容量が低いため、光電変換部１０１により過剰に電荷が生成される場合には、飽和を生じることとなり、画質が低下する。このような場合には、ＭＯＳトランジスタ１０９を導通状態にして第２の電荷保持部１２９を第１の電荷保持部１０２に並列に接続し、第１の電荷保持部１０２の見かけの容量を増加させる。これにより、画素１００の感度が低くなり、画像信号の飽和を防止することができる。
すなわち、低照度環境においては、ＭＯＳトランジスタ１０９を非導通の状態として画素１００を高感度にして撮像を行う。照度が高い環境においては、ＭＯＳトランジスタ１０９を導通させて画素１００の感度を低下させて、画像信号の飽和を防ぎながら撮像を行う。このように、画素１００の感度を変化させて撮像を行うことにより、画質を向上させることができる。
［画素の構成］
図１５は、本技術の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図５と同様に、光電変換部１０１等の構成例を表す図である。同図において、ＭＯＳトランジスタ１０９は、ＭＯＳトランジスタ１０４および１０６に隣接して配置される。具体的には、ＭＯＳトランジスタ１０４のドレイン領域およびＭＯＳトランジスタ１０６のソース領域を兼ねる領域をドレイン領域とし、当該半導体領域に隣接してゲートおよびソース領域が形成される。このＭＯＳトランジスタ１０９のソース領域にコンタクトプラグ１５４が形成されて電極１２２と接続される。当該接続部は、同図におけるノード１８１に該当する。また、同図の画素１００は、ＭＯＳトランジスタ１０３および１０５が省略された構成となる。これ以外の画素１００の構成は、図５において説明した画素１００の構成と同様であるため説明を省略する。
このように、同図の画素１００は、電極１２２および１２１により形成されるキャパシタにより構成された第２の電荷保持部１２９を画素１００の感度の調整に使用する。
これ以外の撮像素子１の構成は本技術の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本技術の第５の実施の形態の撮像素子１は、偏光部１２０の電極を画素１００の感度を調整するための電荷保持部として使用することにより、画素１００の構成を簡略化することができる。
＜６．変形例＞
［偏光部の配置］
図１６は、本技術の実施の形態の変形例に係る偏光部の配置例を示す図である。同図の画素１００は、複数の遮光ラインの並び方向が４５度異なる偏光部１２０が配置される点で、図３において説明した画素１００と異なる。このような構成を採ることにより、より詳細な被写体の偏光情報を取得することができる。なお、同図においては、２行２列に配置された４つの画素１００毎に同じ偏光部１２０の配置パターンが繰り返される例を表したものである。
図１７は、本技術の実施の形態の変形例に係る偏光部の配置の他の例を示す図である。同図においては、同一の並び方向の遮光ラインを備える偏光部１２０が２行２列に配置された４つの画素１００に共通に配置され、この４つの画素毎に４５度異なる並び方向の遮光ラインの偏光部１２０が配置される。４つの画素１００のカラーフィルタ１６２が、例えばベイヤー配列に構成される場合に、被写体からの入射光の偏光方向毎に赤色光、緑色光および青色光の３種類の画像信号を得ることができる。
図１８は、本技術の実施の形態の変形例に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図は、半導体チップに形成された撮像素子１の例を表したものである。同図の半導体チップは、中央部に画素アレイ部１０が配置され、その周囲に図１において説明した垂直駆動部２０やカラム信号処理部３０等の周辺回路が配置される。同図の配線５１は、この周辺回路における複数の配線を表す。また、同図の半導体チップは、周辺部に外部接続のためのパッド５３が配置される。配線５２は、配線５１とパッド５３との間を接続する配線である。これら配線５１および５２は、画素１００の偏光部１２０と同時に形成することができる。これにより、撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。
＜７．カメラへの応用例＞
本技術は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。
図１９は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。
レンズ１００１は、カメラ１０００の撮影レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。
撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。
撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。
レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。
画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。また、画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された偏光情報に基づく処理を行うことができる。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。
操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。
フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。
表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。
記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。
以上、本発明が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することにより、被写体の偏光情報を取得することができる。なお、画像処理部１００５は、特許請求の範囲に記載の処理回路の一例である。カメラ１０００は、特許請求の範囲に記載の撮像装置の一例である。
なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本発明に係る技術は、その他、例えば監視装置等に適用されてもよい。
＜８．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２０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２０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２１は、図２０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は、撮像素子で構成される。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、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１０４０２に適用することができる。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、被写体の偏光情報を取得する撮像部１０４０２の構成を簡略化することができる。
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。
＜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２２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２２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２２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２３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２３では、車両１２１００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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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２３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。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、被写体の偏光情報を取得する撮像部１０４０２の構成を簡略化することができる。
最後に、上述した各実施の形態の説明は本技術の一例であり、本技術は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本技術に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（CompactDisc）、ＤＶＤ（DigitalVersatileDisc）およびメモリカード等を用いることができる。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる偏光部と、
前記偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
前記生成された電荷を保持する第１の電荷保持部と、
前記第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する画像信号生成部と、
前記生成された電荷を保持し、前記偏光部の前記導電性部材を電極として構成された第２の電荷保持部と
を具備する撮像素子。
（２）前記偏光部は、複数の線形状の前記導電性部材が所定の間隔を有して隣接して配置されるワイヤグリッドにより構成される前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記第２の電荷保持部は、前記複数の線形状の導電性部材のうちの隣接する２つの線形状の導電性部材により形成されたキャパシタにより構成される前記（２）に記載の撮像素子。
（４）前記偏光部は、絶縁層と当該絶縁層を挟持する２つの導体層とにより構成された前記線形状の導電性部材により構成され、
前記第２の電荷保持部は、前記２つの導体層により形成されたキャパシタにより構成される
前記（３）に記載の撮像素子。
（５）前記第２の電荷保持部は、隣接する前記線形状の導電性部材における前記２つの導体層が同じ電位に充電される前記（４）に記載の撮像素子。
（６）前記第２の電荷保持部は、隣接する前記線形状の導電性部材における前記２つの導体層が異なる電位に充電される前記（４）に記載の撮像素子。
（７）前記第１の電荷保持部は、前記第２の電荷保持部から転送された電荷を保持する前記（１）から（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）前記画像信号生成部は、前記第１の電荷保持部および前記第２の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する前記（１）から（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（９）導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる偏光部と、
前記偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
前記生成された電荷を保持する第１の電荷保持部と、
前記第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する画像信号生成部と、
前記生成された電荷を保持し、前記偏光部の前記導電性部材を電極として構成された第２の電荷保持部と、
前記生成された画像信号を処理する処理回路と
を具備する撮像装置。
１ 撮像素子
１０ 画素アレイ部
２０ 垂直駆動部
３０ カラム信号処理部
４０ 制御部
１００ 画素
１０１ 光電変換部
１０２ 第１の電荷保持部
１０３〜１０９ ＭＯＳトランジスタ
１２０ 偏光部
１２１、１２２ 電極
１２３、１２３ａ、１２３ｂ 光吸収層
１２４、１５１ 絶縁層
１２５、１２５ａ、１２５ｂ 光反射層
１２９ 第２の電荷保持部
１３０ 半導体基板
１３１ ウェル領域
１５０ 配線領域
１５２ 配線層
１５４、１５５ コンタクトプラグ
１６１ オンチップレンズ
１６２ カラーフィルタ
１６３ 遮光膜
１６４ 平坦化膜
１０００ カメラ
１００２ 撮像素子
１００５ 画像処理部
１０４０２、１２０３１、１２１０１〜１２１０５ 撮像部

Claims (9)

  1. 導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる偏光部と、
    前記偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
    前記生成された電荷を保持する第１の電荷保持部と、
    前記第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する画像信号生成部と、
    前記生成された電荷を保持し、前記偏光部の前記導電性部材を電極として構成された第２の電荷保持部と
    を具備する撮像素子。
  2. 前記偏光部は、複数の線形状の前記導電性部材が所定の間隔を有して隣接して配置されるワイヤグリッドにより構成される請求項１記載の撮像素子。
  3. 前記第２の電荷保持部は、前記複数の線形状の導電性部材のうちの隣接する２つの線形状の導電性部材により形成されたキャパシタにより構成される請求項２記載の撮像素子。
  4. 前記偏光部は、絶縁層と当該絶縁層を挟持する２つの導体層とにより構成された前記線形状の導電性部材により構成され、
    前記第２の電荷保持部は、前記２つの導体層により形成されたキャパシタにより構成される
    請求項３記載の撮像素子。
  5. 前記第２の電荷保持部は、隣接する前記線形状の導電性部材における前記２つの導体層が同じ電位に充電される請求項４記載の撮像素子。
  6. 前記第２の電荷保持部は、隣接する前記線形状の導電性部材における前記２つの導体層が異なる電位に充電される請求項４記載の撮像素子。
  7. 前記第１の電荷保持部は、前記第２の電荷保持部から転送された電荷を保持する請求項１記載の撮像素子。
  8. 前記画像信号生成部は、前記第１の電荷保持部および前記第２の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する請求項１記載の撮像素子。
  9. 導電性部材により構成されて入射光のうちの特定の偏光方向の光を透過させる偏光部と、
    前記偏光部を透過した光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
    前記生成された電荷を保持する第１の電荷保持部と、
    前記第１の電荷保持部に保持された電荷に応じた画像信号を生成する画像信号生成部と、
    前記生成された電荷を保持し、前記偏光部の前記導電性部材を電極として構成された第２の電荷保持部と、
    前記生成された画像信号を処理する処理回路と
    を具備する撮像装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012238632A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 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
JP2015119154A (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 ソニー株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器
US10559616B2 (en) * 2015-07-30 2020-02-11 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging apparatus and electronic device
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JP6903396B2 (ja) * 2015-10-14 2021-07-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び撮像装置
JP6754157B2 (ja) 2015-10-26 2020-09-09 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
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