JP2020120067A - Imaging element - Google Patents
Imaging element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020120067A JP2020120067A JP2019012154A JP2019012154A JP2020120067A JP 2020120067 A JP2020120067 A JP 2020120067A JP 2019012154 A JP2019012154 A JP 2019012154A JP 2019012154 A JP2019012154 A JP 2019012154A JP 2020120067 A JP2020120067 A JP 2020120067A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photosensitive layer
- image pickup
- pickup device
- light
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 87
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004033 porphyrin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、焦点検出機能を有する撮像素子、すなわち、測距・撮像兼用の撮像素子に関する。 The present invention relates to an image pickup device having a focus detection function, that is, an image pickup device for both distance measurement and image pickup.
従来より、測距・撮像兼用撮像装置として、いわゆる位相差検出方式を用いたオートフォーカス機能を搭載したものが知られており、この中でも撮像素子自体に焦点検出機能を持たせた撮像面位相差方式のものが知られている。
例えば、光電変換機能を有する画素部を複数個、マトリックス状に配列した固体撮像素子において、N個の隣接する画素部を一つの集合として単位画素を構成し、いわゆる瞳分割により測距、撮像兼用の撮像素子を実現する手法が知られている(特許文献1を参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an image pickup device for both distance measurement and image pickup, a device equipped with an autofocus function using a so-called phase difference detection method is known. Among them, an image pickup surface phase difference in which an image pickup device itself has a focus detection function. The type is known.
For example, in a solid-state image sensor in which a plurality of pixel units having a photoelectric conversion function are arranged in a matrix, a unit pixel is configured by grouping N adjacent pixel units into one unit, and so-called pupil division is used for both distance measurement and imaging. There is known a method for realizing the image pickup device (see Patent Document 1).
一般に単位画素は2つの受光素子(画素部)を備えており、その分割方向は例えば水平方向あるいは垂直方向の一方向となっている。
しかしながら、被写体像によってはこの分割方向とは異なる方向(例えば直交する方向)に空間周波数が高い状態となっている場合がある。このような場合には、サンプリング誤差が発生しやすくなり、光束の利用効率が低下することから、特に低輝度被写体に対する測距性能が低下してしまう。
Generally, a unit pixel includes two light receiving elements (pixel portions), and the dividing direction thereof is, for example, one direction in the horizontal direction or the vertical direction.
However, depending on the subject image, the spatial frequency may be high in a direction different from the dividing direction (for example, a direction orthogonal to each other). In such a case, a sampling error is likely to occur and the utilization efficiency of the luminous flux is reduced, so that the distance measuring performance is reduced particularly for a low-luminance subject.
これを改良するための方策として、瞳領域を水平方向および垂直方向の両方向に分割するように受光素子(画素部)が配された単位画素を備えたものが知られている(特許文献2を参照)。このようにすれば、水平方向および垂直方向の双方の焦点検出が可能となって、撮像面位相差方式でオートフォーカスを行う際に光束の利用効率を向上させることができ、被写体像における高い周波数の方向に拘らず、その測距性能を良好なものとすることができる。 As a measure for improving this, there is known one including a unit pixel in which a light receiving element (pixel portion) is arranged so as to divide the pupil region in both the horizontal direction and the vertical direction (see Patent Document 2). reference). This makes it possible to detect the focus both in the horizontal direction and in the vertical direction, improve the utilization efficiency of the light flux when performing autofocus with the imaging plane phase difference method, and increase the high frequency in the subject image. The distance measuring performance can be improved regardless of the direction.
しかしながら、上記特許文献2に記載された撮像素子においては、瞳領域を水平方向および垂直方向に分割する上で、4つの受光素子(画素部)を正方状に配置して1つの単位画素を構成しているため、撮像素子性能と焦点検出性能の両立が難しくなる。
すなわち、一般に、単位画素の分割数が増加するのにしたがって画素内に配置するトランジスタ数が増加し、1画素内のトランジスタ領域の面積割合が大きくなってしまう。このため、画素内の電荷蓄積部の面積割合が相対的に小さくなり、蓄積容量が減少することからダイナミックレンジが低下するなどの問題が生じ、どうしても撮像素子性能と焦点検出性能を共に良好とすることが困難となる。
However, in the image sensor described in the above-mentioned Patent Document 2, in dividing the pupil region in the horizontal direction and the vertical direction, four light receiving elements (pixel portions) are arranged in a square shape to form one unit pixel. Therefore, it becomes difficult to achieve both the image pickup device performance and the focus detection performance.
That is, generally, as the number of divisions of the unit pixel increases, the number of transistors arranged in the pixel increases, and the area ratio of the transistor region in one pixel increases. For this reason, the area ratio of the charge storage portion in the pixel becomes relatively small, and the storage capacity decreases, which causes a problem such as a decrease in dynamic range. Inevitably, both the image pickup device performance and the focus detection performance are improved. Becomes difficult.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、被写体像の、高い周波数方向と画素の瞳分割方向との関係に拘わらず、撮像素子性能と焦点検出性能を共に良好とし得る撮像素子を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an image pickup device capable of improving both the image pickup device performance and the focus detection performance regardless of the relationship between the high frequency direction of a subject image and the pupil division direction of pixels. It is intended to provide.
以上の目的を達成するため、本発明の撮像素子は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の撮像素子は、
基板上に、光入射方向に向かって、撮像機能を有する第1撮像素子部と、焦点検出機能を有する第2撮像素子部をこの順に積層してなり、該第2撮像素子部は、光入射方向に向かって第1の感光層と第2の感光層をこの順に積層してなり、該第1の感光層と該第2の感光層は、前記第1撮像素子部と、各単位画素が積層方向に対応するように配列され、かつ該第1の感光層の該単位画素と該第2の感光層の該単位画素が、互いに異なる方向に瞳分割されるように配列されてなることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the image pickup device of the present invention has the following configuration.
That is, the image sensor of the present invention is
A first image pickup device section having an imaging function and a second image pickup device section having a focus detection function are laminated in this order on a substrate in the light incident direction, and the second image pickup device section is provided with A first photosensitive layer and a second photosensitive layer are laminated in this order toward the direction, and the first photosensitive layer and the second photosensitive layer are formed of the first image sensor section and each unit pixel. The unit pixels of the first photosensitive layer and the unit pixels of the second photosensitive layer are arranged so as to correspond to the stacking direction, and are arranged so as to be pupil-divided in directions different from each other. It is a feature.
前記互いに異なる方向は、一方が行方向で他方が列方向とされた、互いに直交する方向であることが好ましい。
また、前記第1撮像素子部が、前記第2撮像素子部を透過した光から所定の色光を分離する光電変換膜を備えていることが好ましい。
また、前記第1撮像素子部が、前記第2撮像素子部を透過した光から所定の複数の色光のそれぞれを分離する複数の光電変換膜を積層してなることが好ましい。
また、前記第1の感光層と前記第2の感光層は、赤外線の所定の波長帯域の光を光電変換するものであることが好ましい。
It is preferable that the mutually different directions are directions orthogonal to each other, with one being a row direction and the other being a column direction.
Further, it is preferable that the first image pickup device section includes a photoelectric conversion film that separates a predetermined color light from the light transmitted through the second image pickup device section.
Further, it is preferable that the first image pickup device section is formed by laminating a plurality of photoelectric conversion films for separating each of a plurality of predetermined color lights from the light transmitted through the second image pickup device section.
Moreover, it is preferable that the first photosensitive layer and the second photosensitive layer photoelectrically convert light in a predetermined wavelength band of infrared rays.
本発明の撮像素子によれば、第2撮像素子部を構成する、光入射方向に互いに積層された第1の感光層と第2の感光層は、各々が互いに異なる方向に瞳分割されてなるので、被写体像の高い周波数方向と該単位画素の瞳分割方向の関係に拘わらず、焦点検出を良好に行うことができるので、サンプリング誤差の発生を抑制することが可能であり、光束の利用効率が向上することから、特に被写体が低輝度である場合にも測距性能の低下を抑制することができる。 According to the image sensor of the present invention, the first photosensitive layer and the second photosensitive layer, which are included in the second image sensor section and are laminated in the light incident direction, are pupil-divided in mutually different directions. Therefore, regardless of the relationship between the high frequency direction of the subject image and the pupil division direction of the unit pixel, focus detection can be performed satisfactorily, so that it is possible to suppress the occurrence of sampling error and to improve the light beam utilization efficiency. Is improved, it is possible to suppress a decrease in distance measurement performance even when the subject has low brightness.
また、第1の感光層において、所定方向に瞳分割された単位画素が配列され、さらに、第2の感光層において、この所定方向とは異なる方向に瞳分割された単位画素が配列されるように構成している。これにより、上述した従来技術のものと比べて、1層あたりの瞳分割画素部(受光部)の数を少なくすることができ、画素内のトランジスタ領域の面積割合を比較的小さくでき、レイアウトに余裕を持たせることができるため、ダイナミックレンジ等の撮像素子性能を良好としつつ、焦点検出性能をさらに向上させることができる。 In addition, unit pixels that are pupil-divided in a predetermined direction are arranged in the first photosensitive layer, and unit pixels that are pupil-divided in a direction different from the predetermined direction are arranged in the second photosensitive layer. Is configured. As a result, the number of pupil division pixel portions (light receiving portions) per layer can be reduced, and the area ratio of the transistor region in each pixel can be made relatively small, as compared with the above-described conventional technique, and layout can be improved. Since the margin can be provided, the focus detection performance can be further improved while the imaging device performance such as the dynamic range is improved.
以下、本発明の実施形態に係る撮像素子について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an image sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る、撮像面位相差オートフォーカス(AF)を行うための撮像素子であって、(A)は第1の感光層を示す平面図であり、(B)は第2の感光層を示す平面図であり、(C)はこの撮像素子のA-A´線断面図(図面を見易くするためハッチングは付していない)である。撮像面位相差AFは、撮像する素子を用いて測距のための焦点検出を行うことができる。
図1(C)に示すように、本実施形態に係る撮像素子10は、第1撮像素子部11上に第2撮像素子部12が配され、その第2撮像素子部12上の、各単位画素に対応する位置にマイクロレンズ13が配されている。このマイクロレンズ13は全体としてアレイ状に形成されている。
1A and 1B show an image pickup element for performing an image pickup surface phase difference autofocus (AF) according to the present embodiment, where FIG. 1A is a plan view showing a first photosensitive layer, and FIG. 2 is a plan view showing a photosensitive layer of No. 2, and FIG. 6(C) is a cross-sectional view taken along the line AA′ of this image pickup device (hatching is not added to make the drawing easy to see). The imaging plane phase difference AF can perform focus detection for distance measurement using an image capturing element.
As shown in FIG. 1C, in the image sensor 10 according to the present embodiment, the second image sensor section 12 is arranged on the first image sensor section 11, and each unit on the second image sensor section 12 is arranged. Microlenses 13 are arranged at positions corresponding to the pixels. The microlenses 13 are formed in an array as a whole.
第1撮像素子部11は、詳しくは後述するように、光電変換膜11AC、11BCを備えている。また、第2撮像素子部12は、第1の感光層121および第2の感光層122をこの順に積層してなり、これら各感光層121、122はいずれも光電変換膜と信号読み出し回路を重畳させてなる。また、第1の感光層121の各単位画素121(m,n)と、第2の感光層122の各単位画素122(m,n)とは、第1撮像素子部11の各単位画素と、互いに対応する単位画素同士が、積層方向に対応するように配列されている。
第1の感光層121は、各単位画素121(m,n)が行方向(水平方向)に瞳分割されるように配列されているのに対し、第2の感光層122は、各単位画素122(m,n)が列方向(垂直方向)に瞳分割されるように配列されている。なお、図中でmに対応する数値は左端からの単位画素行番号を示すものであり、図中でnに対応する数値は上端からの単位画素列番号を示すものである。
The 1st image pick-up element part 11 is provided with photoelectric conversion films 11AC and 11BC, as mentioned below in detail. The second image pickup device section 12 is formed by stacking a first
The first
また、上記マイクロレンズ13は、カメラの主レンズからの被写体情報を担持した入射光を単位画素ごとに集光するために設けられており、図1(C)に示すように、例えば、第2の感光層122の単位画素122(1,1)において、1つのマイクロレンズ13により集光する1対の光束のうち、実線で表される光束は撮像光学系の右側を通過した光束であり、左側(上方)の受光部122(1,1)Uで受光され、点線で表される光束は撮像光学系の左側を通過した光束であり、右側(下方)の受光部122(1,1)Dで受光される。左側のU受光部群で捉えられる像信号をA像、右側のD受光部群で捉えられる像信号をB像とし、これら2像の相対位置を検出することによって、デフォーカス量とその方向を検出することができる。
なお、図1(B)に示すように、上記第2の感光層122の画素は列方向(上(U)下(D)方向)に分割され、列方向に瞳分割がなされており、これに対して、図1(A)に示すように、上記第1の感光層121の画素は行方向(左(L)右(R)方向)に分割され、行方向に瞳分割がなされている。
Further, the microlens 13 is provided to collect incident light carrying object information from the main lens of the camera for each unit pixel, and as shown in FIG. In the unit pixel 122(1,1) of the
As shown in FIG. 1B, the pixels of the second
上述した各感光層121、122の、光電変換膜は、例えば有機材料のように、吸収波長選択性を持ち、特定の波長域の光のみを吸収・光電変換し、その他の光は透過する材料からなる光電変換膜を備えてなる。第2撮像素子部12を構成する各感光層121、122の吸収波長域は可視だけでなく、紫外線や赤外線(特に近赤外線)とすることが可能である。
The photoelectric conversion film of each of the
各感光層121、122の下地となる第1撮像素子部11は、各感光層121、122で吸収されずに透過された波長帯の光を吸収する光電変換膜11AC、11BC(図2(A)、(B)を参照)を備えた撮像素子部で構成され、例えば、各感光層121、122が緑色光(G光)を吸収して光電変換する材料であった場合、第1撮像素子部11A、Bの光電変換膜部11AB、11BBは、青色光(B光)を光電変換し、光電変換膜部11AR、11BRは赤色光(R光)を光電変換するように構成すれば、結局RGBの3原色光を変換することができるので、被写体のカラー映像を取得することができる。
このように本実施形態においては、第2撮像素子部12を構成する、光入射方向に互いに積層された第1の感光層121と第2の感光層122は、各々が互いに直交する方向に瞳分割されている。すなわち、第1の感光層121および第2の感光層122の画素はそれぞれ図1(A)、(B)に示すように一方が行方向に、他方が列方向に瞳分割されており、行・列方向どちらかのみに高い空間周波数を持つ被写体の撮像に対しても、高精度に焦点検出が可能である。これにより、サンプリング誤差の発生を抑制することが可能となり、光束の利用効率が向上することが可能となることから、特に被写体が低輝度である場合にも測距性能の低下を抑制することができる。
The first image pickup device section 11 serving as a base of each of the
As described above, in the present embodiment, the first
また、第1の感光層121において、行方向に瞳分割された単位画素121(1,1)が配列され、一方、第2の感光層122において、この所定方向とは直交する列方向に瞳分割された単位画素122(1,1)が配列されるように構成している。これにより、1層あたりの単位画素の分割画素部(受光部)の数を少なくすることができ、単位画素内のトランジスタ領域の面積割合を比較的小さくでき、レイアウトに余裕を持たせることができるため、ダイナミックレンジ等の撮像素子性能を良好としつつ、焦点検出性能をさらに向上させることができる。
Further, in the first
図2は、本実施形態の撮像素子における2つの態様に係る撮像素子10A、Bを示すものである。
すなわち、撮像素子10Aおよび撮像素子10Bは、図2(A)および図2(B)に示されるように、第1撮像素子部11A、Bに設けられた光電変換膜11AC、11BCの配設状態が異なったものとされており、いずれを選択することも可能である。
FIG. 2 shows image pickup devices 10A and 10B according to two aspects of the image pickup device of the present embodiment.
That is, in the image pickup device 10A and the image pickup device 10B, as shown in FIGS. 2A and 2B, the arrangement state of the photoelectric conversion films 11AC and 11BC provided in the first image pickup device portions 11A and 11B. Are different, and it is possible to select either one.
撮像素子10Aは、図2(A)に示すように、第1撮像素子部11A上に第2撮像素子部12Aが積層され、第2撮像素子部12Aは第1の感光層121および第2の感光層122がこの順に積層されてなる。一方、第1撮像素子部11Aは、青色光用の光電変換膜部11ABと赤色光用の光電変換膜部11ARを一平面上において、交互に配設してなる光電変換膜11ACを備えている(図2(A)においては一方向に、青色光用の光電変換膜部11ABと赤色光用の光電変換膜部11ARが交互に配列された状態として表されているが、上方から見た場合に、青色光用の光電変換膜部11ABと赤色光用の光電変換膜部11ARが、格子状に交互に配列された状態とされていることが好ましい)。なお、光電変換膜11ACと第1の感光層121の間、および第1の感光層121と第2の感光層122の間には、これらの隣接する層同士を電気的に分離するための絶縁膜123が配されている(図2(B)についても同様である)。
As shown in FIG. 2A, in the image pickup device 10A, the second image pickup device portion 12A is laminated on the first image pickup device portion 11A, and the second image pickup device portion 12A includes the first
撮像素子10Bは、図2(B)に示すように、第1撮像素子部11B上に第2撮像素子部12Bが積層され、第2撮像素子部12Bは第1の感光層121および第2の感光層122がこの順に積層されてなる点では上記撮像素子10Aの構成と同様であるが、第1撮像素子部11Bにおいて、青色光用の光電変換膜部11BBは赤色光用の光電変換膜部11BR上に積層配置されている点において、上記撮像素子10Aの構成と異なる。
このように、第1撮像素子部を、図2(B)に示す如く、いわゆる垂直色分離型の第1撮像素子部11B(文献:寺西信一,“垂直色分離型センサ”,画像入力とカメラ,電子情報通信学会(編),pp.116-117,オーム社,東京,2012.を参照)とし、各感光層122、121を透過してきた色光を、有機光電変換膜等を用いて深さ方向に色分解すれば、光電変換膜11BCの全ての層において解像度の劣化の無い映像が取得できるため、より望ましい。
As shown in FIG. 2B, in the image sensor 10B, the second image sensor section 12B is laminated on the first image sensor section 11B, and the second image sensor section 12B includes the first
Thus, as shown in FIG. 2(B), the first image pickup device section is referred to as a so-called vertical color separation type first image pickup device section 11B (reference: Shinichi Teranishi, "vertical color separation type sensor", image input). Camera, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (eds.), pp.116-117, Ohmsha, Tokyo, 2012.), and the color light transmitted through the
なお、各感光層121、122の吸収波長域が、可視光域ではなく、赤外線などの非可視光域であるような場合には、第1撮像素子部11において、RGBの3色光を分離し光電変換することになる。この場合には、3つの色光の撮像処理が互いに同様となるので、信号処理の観点からも好ましい。
If the absorption wavelength range of each of the
図3は、上記図2(B)の撮像素子10Bの光電変換膜11BCを詳細に示すものである。上述したように、光電変換膜11BCにおいては、基板上に、R光用光電変換膜部11BR、およびB光用光電変換膜部11BBが順次積層配置されている。
各光電変換膜部11BB、11BRは、読み出し回路部34B、34Rに接続される画素電極32B、32Rと対向電極31B、31Rとに挟まれて両電極間の電圧を印加され、所定の色光(B光およびR光)を吸収して各色光の強度に応じた電荷を発生する。なお、各読み出し回路部34B、34Rの図中下方には各々絶縁膜35B、35Rが設けられている。また、各光電変換膜部11BB、11BRの間、およびR光用光電変換膜部11BRの下部には層間絶縁膜33、36が配設されている。
FIG. 3 shows the photoelectric conversion film 11BC of the image pickup device 10B of FIG. 2B in detail. As described above, in the photoelectric conversion film 11BC, the R light photoelectric conversion film portion 11BR and the B light photoelectric conversion film portion 11BB are sequentially stacked on the substrate.
Each of the photoelectric conversion film portions 11BB and 11BR is sandwiched between the pixel electrodes 32B and 32R connected to the readout circuit portions 34B and 34R and the counter electrodes 31B and 31R, and a voltage between both electrodes is applied to the photoelectric conversion film portions 11BB and 11BR. Light and R light) are absorbed to generate electric charges according to the intensity of each color light. Insulating
各光電変換膜部11BB、11BRには、前述したように、有機材料を用いることができる。具体的には、青色光を吸収して光電変換する有機材料としては、例えばポルフィリン誘導体、緑色光を吸収して光電変換する有機材料としては、例えばペリレン誘導体、赤色光を吸収して光電変換する有機材料としては、例えばフタロシアニン誘導体が挙げられる。なお、各光電変換膜部11BB、11BRを構成する材料としては、有機材料に限定されるものではなく、有機無機混合材料または無機材料によって光電変換膜を形成してもよい。画素電極32B、32Rと対向電極31B、31Rについては、光透過性の高い透明導電材料、例えばITO等を用いることが望ましい。 As described above, an organic material can be used for each of the photoelectric conversion film parts 11BB and 11BR. Specifically, as an organic material that absorbs blue light and performs photoelectric conversion, for example, a porphyrin derivative, as an organic material that absorbs green light and performs photoelectric conversion, for example, perylene derivative, absorbs red light and performs photoelectric conversion. Examples of the organic material include phthalocyanine derivatives. The material forming each of the photoelectric conversion film portions 11BB and 11BR is not limited to the organic material, and the photoelectric conversion film may be formed of an organic-inorganic mixed material or an inorganic material. For the pixel electrodes 32B and 32R and the counter electrodes 31B and 31R, it is desirable to use a transparent conductive material having high light transmittance, such as ITO.
また、図3において、読み出し回路部34B、34Rのトランジスタに用いられる半導体材料としては、単結晶Si、多結晶SiおよびアモルファスSi等のシリコン系材料や、IGZOおよびZnOなどの酸化物半導体や、ペンタセンなどの有機半導体材料を用いることができる。さらに回路の光透過性を向上させるという観点から、厚みが数十nmの薄いシリコンや酸化物半導体、あるいは透過性の高い有機半導体材料を用いることが望ましい。 In addition, in FIG. 3, as a semiconductor material used for the transistors of the read circuit portions 34B and 34R, silicon-based materials such as single crystal Si, polycrystalline Si and amorphous Si, oxide semiconductors such as IGZO and ZnO, and pentacene. Organic semiconductor materials such as Further, from the viewpoint of improving the light transmittance of the circuit, it is desirable to use thin silicon or oxide semiconductor having a thickness of several tens nm or an organic semiconductor material having high transmittance.
なお、上述したように各色光用の光電変換膜部11BB、11BRの間には、層間絶縁膜33を介在させているが、この層間絶縁膜33により、下層の光電変換膜部(図3の態様の場合は青色光用の光電変換膜部11BR)を保護することができる。また、これにより、層表面の平坦性や各層の集積回路間の絶縁性が向上する。 Although the interlayer insulating film 33 is interposed between the photoelectric conversion film portions 11BB and 11BR for each color light as described above, the interlayer insulating film 33 allows the lower photoelectric conversion film portion (see FIG. 3). In the case of the aspect, the photoelectric conversion film portion 11BR for blue light can be protected. This also improves the flatness of the layer surface and the insulation between the integrated circuits of each layer.
なお、図2、3には示されていないが、最上層の光電変換膜部(図3の態様の場合はB用光電変換膜部11BB)の対向電極(図3の態様の場合は対向電極31B)上に、さらにパッシベーション膜(表面保護膜)として機能する絶縁層を形成することが可能である。 Although not shown in FIGS. 2 and 3, the counter electrode of the uppermost photoelectric conversion film portion (B photoelectric conversion film portion 11BB in the case of FIG. 3) (the counter electrode in the case of FIG. 3) It is possible to further form an insulating layer functioning as a passivation film (surface protection film) on 31B).
なお、図3には示されていないが、読み出し回路部34B、34Rへの光入射に応じた特性変動が、撮像素子10Bの動作に、問題となるような影響を与える場合は、読み出し回路部34B、34Rの上部、下部、側面部に遮光層を形成することでトランジスタへの光入射を防止するようにしても良い。 Although not shown in FIG. 3, when the characteristic variation according to the light incident on the read circuit units 34B and 34R has a problematic influence on the operation of the image pickup device 10B, the read circuit unit is used. Light may be prevented from entering the transistor by forming light-shielding layers on the upper, lower, and side surfaces of 34B and 34R.
上述した実施形態の撮像素子10A、Bにおいて、各々、第1撮像素子部11A、12Aと第2撮像素子部11B、12Bは電気配線で接続される。
この接続手法として、図4(A)および図4(B)に示す態様について説明する。
なお、第2撮像素子部42、52の各画素内において、光電変換により発生した光信号を外部に読み出したり、信号を増幅させるためのトランジスタおよびその配線が各感光層421、422、521、522毎に設けられている。図4(B)に示す態様においては、読み出し回路部521B、522Bが、各感光層521、522とは独立したブロックにより表されている。
In the image pickup devices 10A and 10B of the above-described embodiment, the first image pickup device portions 11A and 12A and the second image pickup device portions 11B and 12B are connected by electrical wiring, respectively.
As this connection method, the modes shown in FIGS. 4A and 4B will be described.
In each pixel of the second image pickup device section 42, 52, a transistor and its wiring for reading out an optical signal generated by photoelectric conversion to the outside and amplifying the signal are provided in each photosensitive layer 421, 422, 521, 522. It is provided for each. In the mode shown in FIG. 4B, the read circuit units 521B and 522B are represented by blocks independent of the photosensitive layers 521 and 522.
まず、図4(A)に示す手法は、第1撮像素子部41と第1の感光層421とを画素毎にビアプラグ421Aにより、また、第1撮像素子部41と第2の感光層422とを画素毎にビアプラグ422Aにより接続する。この場合は、画素毎に第1撮像素子部41と第2撮像素子部42を電気的に接続することになる。 First, in the method shown in FIG. 4A, the first image pickup device section 41 and the first photosensitive layer 421 are formed by the via plug 421A for each pixel, and the first image pickup device section 41 and the second photosensitive layer 422 are formed. Are connected for each pixel by a via plug 422A. In this case, the first image sensor section 41 and the second image sensor section 42 are electrically connected for each pixel.
また、図4(B)に示す手法は、各感光層521、522において、全画素についてのブロックとされた各読み出し回路521B、522Bを独立して設け、このブロックで読み出した全画素についての信号を第1撮像素子部51の周辺回路53に送信する手法であって、第1撮像素子部51の周辺回路53と、全画素に対する第1の感光層用読み出し回路521Bとをビアプラグ521Aにより、また、第1撮像素子部51の周辺回路53と、全画素に対する第2の感光層用読み出し回路522Bとをビアプラグ522Aにより接続する。 Further, in the method shown in FIG. 4B, in each of the photosensitive layers 521 and 522, read circuits 521B and 522B, which are blocks for all pixels, are independently provided, and signals for all pixels read by this block are provided. Is transmitted to the peripheral circuit 53 of the first image sensor unit 51, and the peripheral circuit 53 of the first image sensor unit 51 and the first photosensitive layer readout circuit 521B for all pixels are connected via the via plug 521A. The peripheral circuit 53 of the first image sensor section 51 and the second photosensitive layer readout circuit 522B for all pixels are connected by a via plug 522A.
上記図4(A)、(B)のいずれの態様を用いることも可能であるが、例えばサイズが1μm角程度の微細な画素で構成される撮像素子の場合には、画素毎にビアプラグを設ける必要がなく開口率を大きくすることができる図4(B)の態様の方が好ましい。
また、図4(B)の態様のものにおいて、各読み出し回路521B、522Bの材料としては可視光に対して略透明な酸化物半導体であるTFTやSOI等が用いられる。
Although it is possible to use either of the modes shown in FIGS. 4A and 4B, for example, in the case of an image sensor including fine pixels having a size of about 1 μm square, a via plug is provided for each pixel. The embodiment shown in FIG. 4(B) is preferable because it can increase the aperture ratio without necessity.
In the embodiment shown in FIG. 4B, the readout circuits 521B and 522B are made of a material such as TFT or SOI which is an oxide semiconductor that is substantially transparent to visible light.
図1に示すような層構成の撮像素子10において、第1の感光層121と第2の感光層122が共に同じ波長領域を吸収帯とするものである場合、図5(A)のグラフに示すように、光入射側の上層(第2の感光層122)を50%程度の光吸収率に設定し、下層(第1の感光層121)を100%に近い光吸収率に設定することで、両感光層121、122の吸収率を同程度とすることができるので好ましい。
また、第1の感光層121と第2の感光層122が、互いに異なる波長帯域の吸収帯を有するものとした場合は、例えば、いずれも緑色光の波長帯域内とすることもできる。その場合、図5(B)のグラフに示すように、両感光層121、122の光吸収率は共に100%に近い程度まで大きく、かつ互いに略等しくなるように設定することが好ましい。
In the image sensor 10 having the layer structure as shown in FIG. 1, when the first
Further, when the first
本発明の撮像素子としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、光電変換膜を構成する各層については、上記実施形態のものに限られるものではなく、他の層を上述した層間に挟むようにすることも可能である。また、上記実施形態のものでは第2撮像素子部12において、赤外線あるいは緑色光を光電変換して測距に用いるようにしている。第2撮像素子部12で、赤外線等の可視光以外の光を光電変換する場合には、第2撮像素子部12では測距のみを行い、第1撮像素子部11で、3原色光各々に対しての撮像を行えばよい。一方、第2撮像素子部12で、緑色光を光電変換する場合には、第2撮像素子部12で測距および緑色光の撮像を行い、第1撮像素子部11で、青色光と赤色光各々に対しての撮像を行うことは上記実施形態において説明したとおりである。
なお、第2撮像素子部12における、例えば緑色光の撮像は、各単位画素の各受光部において受光され光電変換された信号値を互いに加算することによって緑色光の撮像を行うようにしている。これらの撮像に係る演算は、この撮像素子の後段に配される演算部において行われ、これら撮像に係る各色信号値が図示されない出力部から外部に出力される。
The image pickup device of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various other modes can be modified.
For example, the layers constituting the photoelectric conversion film are not limited to those in the above embodiment, and other layers may be sandwiched between the above layers. In the second embodiment, the second image pickup device section 12 photoelectrically converts infrared rays or green light for use in distance measurement. When light other than visible light such as infrared rays is photoelectrically converted by the second image sensor unit 12, only distance measurement is performed by the second image sensor unit 12, and each of the three primary color lights is measured by the first image sensor unit 11. It is only necessary to pick up the image. On the other hand, when green light is photoelectrically converted by the second image sensor unit 12, distance measurement and image capturing of green light are performed by the second image sensor unit 12, and blue light and red light are captured by the first image sensor unit 11. The imaging of each is performed as described in the above embodiment.
Note that, for example, in the image pickup of green light in the second image pickup device section 12, the image pickup of green light is performed by adding together the signal values received and photoelectrically converted by the light receiving sections of the unit pixels. The calculation related to these image pickups is performed in a calculation unit arranged in the subsequent stage of the image pickup device, and the respective color signal values related to these image pickups are output to the outside from an output unit (not shown).
なお、上記緑色光の替わりに、青色光または赤色光により第2撮像素子部12で測距および当該色光の撮像を行うようにし、第1撮像素子部11でその余の2つの色光の撮像を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、3原色光をR、G、Bとしているが、例えばM(マゼンタ)、C(シアン)、Y(イエロー)の3原色光とすることも可能である。
It should be noted that instead of the green light, blue light or red light is used to perform distance measurement and image pickup of the color light by the second image pickup device section 12, and the first image pickup device section 11 picks up the image of the other two color lights. It may be performed.
Further, in the above embodiment, the three primary color lights are R, G and B, but it is also possible to use three primary color lights of M (magenta), C (cyan) and Y (yellow).
また、上記実施形態においては、第1の感光層121および第2の感光層122の画素の瞳分割方向を、前者では行方向に、後者では列方向として、分割方向を互いに直交させる方向に設定しているが、、前者では列方向に、後者では行方向とすることでも構わない。
また、分割方向の交差角度は互いに直交する場合に限られるものではなく、それよりも小さい角度、例えば45度等に設定するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the pupil division direction of the pixels of the first
Further, the intersecting angles of the dividing directions are not limited to the case of being orthogonal to each other, and may be set to an angle smaller than that, for example, 45 degrees.
10、10A、10B 撮像素子
11、11A、11B、41、51 第1撮像素子部
11AR、11BR 赤色光用光電変換膜部
11AB、11BB 青色光用光電変換膜部
11AC、11BC 光電変換膜
12、12A、12B、42、52 第2撮像素子部
13 マイクロレンズ
14、14A 入射光
31R、31B 対向電極
32R、32B 画素電極
33、36 層間絶縁膜
34R、34B 読み出し回路部
35R、35B、123、423 絶縁膜
53 周辺回路
121、421、521 第1の感光層
121(m,n)、122(m,n) 単位画素
121(m,n)L、121(m,n)R、122(m,n)U、122(m,n)D 画素部(受光部)
122、422、522 第2の感光層
421A、422A、521A、522A ビアプラグ
521B 第1の感光層用読み出し回路
522B 第2の感光層用読み出し回路
10, 10A, 10B Image sensor 11, 11A, 11B, 41, 51 First image sensor section 11AR, 11BR Red light photoelectric conversion film section 11AB, 11BB Blue light photoelectric conversion film section 11AC, 11BC Photoelectric conversion film 12, 12A , 12B, 42, 52 Second imaging element section 13 Microlens 14, 14A Incident light 31R, 31B Counter electrode 32R, 32B Pixel electrode 33, 36 Interlayer insulating film 34R, 34B
122, 422, 522 second photosensitive layer 421A, 422A, 521A, 522A via plug 521B first photosensitive layer readout circuit 522B second photosensitive layer readout circuit
Claims (5)
The image pickup device according to claim 1, wherein the first photosensitive layer and the second photosensitive layer photoelectrically convert light in a predetermined wavelength band of infrared rays. ..
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019012154A JP2020120067A (en) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | Imaging element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019012154A JP2020120067A (en) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | Imaging element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020120067A true JP2020120067A (en) | 2020-08-06 |
Family
ID=71891205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019012154A Pending JP2020120067A (en) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | Imaging element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020120067A (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005303266A (en) * | 2004-03-19 | 2005-10-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | Imaging element, method of applying electric field thereto and electric field-applied element |
JP2008066402A (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Fujifilm Corp | Imaging device and imaging apparatus |
JP2015162562A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 株式会社ニコン | Imaging apparatus and digital camera |
JP2016152417A (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-22 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Image sensor and imaging apparatus including image sensor |
JP2016192645A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 株式会社ニコン | Imaging device, focus adjustment device, and imaging apparatus |
JP2017011273A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Image sensor and electronic apparatus having the same |
-
2019
- 2019-01-28 JP JP2019012154A patent/JP2020120067A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005303266A (en) * | 2004-03-19 | 2005-10-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | Imaging element, method of applying electric field thereto and electric field-applied element |
JP2008066402A (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Fujifilm Corp | Imaging device and imaging apparatus |
JP2015162562A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 株式会社ニコン | Imaging apparatus and digital camera |
JP2016152417A (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-22 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Image sensor and imaging apparatus including image sensor |
JP2016192645A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 株式会社ニコン | Imaging device, focus adjustment device, and imaging apparatus |
JP2017011273A (en) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Image sensor and electronic apparatus having the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI692090B (en) | Solid-state imaging element and its manufacturing method | |
US9686462B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic apparatus | |
JP6108172B2 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device | |
KR102306670B1 (en) | image sensor and manufacturing method thereof | |
KR102136852B1 (en) | CMOS Image Sensor based on a Thin-Film on ASIC and operating method thereof | |
US20140021574A1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP6724212B2 (en) | Solid-state image sensor and electronic device | |
JP2009130239A (en) | Color imaging device | |
JP2014533888A (en) | Substrate laminated image sensor with dual sensing function | |
US8350349B2 (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing thereof, and electronic apparatus | |
US9583522B2 (en) | Image sensor and electronic device including the same | |
US10490592B2 (en) | Stacked image sensor | |
JP2010141140A (en) | Color image sensor | |
JP5102692B2 (en) | Color imaging device | |
JP2011100894A (en) | Photoelectric conversion film lamination imaging device and manufacturing method therefor | |
US8860100B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US20200154058A1 (en) | Image sensor and method of manufacturing the same | |
JP2020120067A (en) | Imaging element | |
JP6633850B2 (en) | Stacked solid-state imaging device | |
JP2011061081A (en) | Image sensor | |
WO2020070887A1 (en) | Solid-state imaging device | |
KR20160025320A (en) | Staked image sensor | |
JP4491352B2 (en) | Solid-state image sensor | |
KR101302105B1 (en) | Image sensor and manufacturing method therefor, image processing apparatus and signal processing method using the same | |
JP2024040889A (en) | Photodetector and electronic equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230207 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230607 |