JP6338442B2 - Solid-state imaging device, distance measuring device, and imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子に関し、特に測距装置において用いられる固体撮像素子に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor, and more particularly to a solid-state image sensor used in a distance measuring device.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラにおいて、AF用距離検出技術が知られている。このようなAF用距離検出技術に関連して、特許文献1では固体撮像素子の一部の画素に測距機能を持たせ、位相差方式で検出するようにした固体撮像素子が提案されている。この位相差方式とは、結像光学系の瞳上の異なる領域を通過した二つの像(以下、測距像と呼ぶ)を取得し、測距像のズレ量を元にステレオ画像による三角測量を用いて距離を検出する方法である。これによると、従来のコントラスト方式とは異なり、距離を測定するためにレンズを動かす必要が無いため、高速高精度なAFが可能となる。
AF distance detection technology is known for digital still cameras and digital video cameras. In relation to such AF distance detection technology,
しかしながら、撮影条件によっては、測距像の画質が低下するため、測距精度が低下するという問題があった。一般に、ズームやフォーカス状態により、結像光学系の射出瞳位置は変化するため、撮像素子の設計瞳位置と結像光学系の射出瞳位置は必ずしも一致しない。撮像素子の設計瞳位置と結像光学系の射出瞳位置が異なる場合、撮像素子内の各測距画素の位置に応じて、各測距画素で受光する光束が通過する瞳領域の偏心量は変化する。偏心量が大きくなると、二つの測距像を形成する光束の瞳透過率分布の間で差が生じる。また、口径食(けられ)によっても、二つの測距像を形成する光束の瞳透過率分布の間で差が生じる。 However, depending on the shooting conditions, the image quality of the distance measurement image deteriorates, and there is a problem that the distance measurement accuracy decreases. In general, since the exit pupil position of the imaging optical system changes depending on the zoom or focus state, the design pupil position of the imaging element and the exit pupil position of the imaging optical system do not necessarily match. When the design pupil position of the image sensor and the exit pupil position of the imaging optical system are different, the amount of eccentricity of the pupil region through which the light beam received by each distance measurement pixel passes depends on the position of each distance measurement pixel in the image sensor. Change. As the amount of eccentricity increases, a difference occurs between the pupil transmittance distributions of the light beams forming the two distance measurement images. Also, due to vignetting, a difference occurs between the pupil transmittance distributions of the light beams forming the two distance measurement images.
測距像を形成する光束の瞳透過率が相対的に低い測距像に合わせて露光時間を決めれば、瞳透過率が相対的に高い測距像が飽和し易くなる。逆に、測距像を形成する光束の瞳透過率が相対的に高い測距像に合わせて露光時間を決めれば、瞳透過率が相対的に低い測距像の光量が不足し易くなる。以上により、測距像の品質が低下するため、測距精度が低下する。コントラスト比の大きな被写体を撮影した場合、特に、測距像の品質低下が問題となる。 If the exposure time is determined in accordance with a distance measurement image having a relatively low pupil transmittance of the light beam forming the distance measurement image, the distance measurement image having a relatively high pupil transmittance is likely to be saturated. Conversely, if the exposure time is determined in accordance with a distance measurement image having a relatively high pupil transmittance of the light beam forming the distance measurement image, the light amount of the distance measurement image having a relatively low pupil transmittance is likely to be insufficient. As described above, since the quality of the distance measurement image is degraded, the distance measurement accuracy is degraded. When a subject with a large contrast ratio is photographed, the degradation of the quality of the distance measurement image becomes a problem.
上記の課題を考慮して、本発明は、コントラスト比の大きな被写体を撮影した場合であっても測距像の品質低下を抑制することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress degradation in the quality of a ranging image even when a subject having a large contrast ratio is photographed.
本発明の第一の態様は、
結像光学系により結像される被写体像を光電変換する複数の画素を備える固体撮像素子であって、
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の容量が前記第2の光電変換部の容量よりも大きく、
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の容量が前記第1の光電変換部の容量よりも大きい、
固体撮像素子である。
本発明の第二の態様は、
前記第1の領域内の測距画素のうちの8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の容量が前記第2の光電変換部の容量よりも大きく、
前記第2の領域内の測距画素のうちの8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の容量が前記第1の光電変換部の容量よりも大きい、
固体撮像素子である。
本発明の第二の態様は、
結像光学系により結像される被写体像を光電変換する複数の画素を備える固体撮像素子であって、
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の体積が前記第2の光電変換部の体積よりも大きく、
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の体積が前記第1の光電変換部の体積よりも大きい、
固体撮像素子である。
本発明の第三の態様は、
結像光学系により結像される被写体像を光電変換する複数の画素を備える固体撮像素子であって、
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の不純物濃度が前記第2の光電変換部の不純物濃度よりも高く、
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の不純物濃度が前記第1の光電変換部の不純物濃度よりも高い、
固体撮像素子である。
本発明の第四の態様は、
結像光学系により結像される被写体像を光電変換する複数の画素を備える固体撮像素子であって、
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の半分より多くの測距画素は、前記第1の光電変換部の撮像面における面積が前記第2の光電変換部の撮像面における面積よりも大きく、
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の半分より多くの測距画素は、前記第2の光電変換部の撮像面における面積が前記第1の光電変換部の撮像面における面積よりも大きく、
前記測距画素は導波路を有しており、前記測距画素への入射角に応じて入射光を前記第1の光電変換部または第2の光電変換部に導く、
固体撮像素子である。
The first aspect of the present invention is:
A solid-state imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert a subject image formed by an imaging optical system,
At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
More than 80% of the ranging pixels in the first region and within a region that is more than a predetermined distance away from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The capacity of the first photoelectric conversion unit is larger than the capacity of the second photoelectric conversion unit,
80% or more of the ranging pixels in the second region and within the region separated by the predetermined distance or more from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The capacity of the second photoelectric conversion unit is larger than the capacity of the first photoelectric conversion unit,
It is a solid-state image sensor.
The second aspect of the present invention is:
More than 80% of the ranging pixels in the first area have a capacitance of the first photoelectric conversion unit larger than that of the second photoelectric conversion unit,
80% or more of the ranging pixels in the second region have a capacity of the second photoelectric conversion unit larger than a capacity of the first photoelectric conversion unit.
It is a solid-state image sensor.
The second aspect of the present invention is:
A solid-state imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert a subject image formed by an imaging optical system,
At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
More than 80% of the ranging pixels in the first region and within a region that is more than a predetermined distance away from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The volume of the first photoelectric conversion unit is larger than the volume of the second photoelectric conversion unit,
80% or more of the ranging pixels in the second region and within the region separated by the predetermined distance or more from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The volume of the second photoelectric conversion unit is larger than the volume of the first photoelectric conversion unit;
It is a solid-state image sensor.
The third aspect of the present invention is:
A solid-state imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert a subject image formed by an imaging optical system,
At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
More than 80% of the ranging pixels in the first region and within a region that is more than a predetermined distance away from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The impurity concentration of the first photoelectric conversion unit is higher than the impurity concentration of the second photoelectric conversion unit,
80% or more of the ranging pixels in the second region and within the region separated by the predetermined distance or more from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The impurity concentration of the second photoelectric conversion unit is higher than the impurity concentration of the first photoelectric conversion unit;
It is a solid-state image sensor.
The fourth aspect of the present invention is:
A solid-state imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert a subject image formed by an imaging optical system,
At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
More than half the distance measurement pixels in the first area and within the area that is more than a predetermined distance away from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction, The area of the imaging surface of the first photoelectric conversion unit is larger than the area of the imaging surface of the second photoelectric conversion unit,
More than half the distance measurement pixels in the second area and within the area that is more than the predetermined distance from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The area of the imaging surface of the second photoelectric conversion unit is larger than the area of the imaging surface of the first photoelectric conversion unit;
The ranging pixel has a waveguide, and guides incident light to the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit according to an incident angle to the ranging pixel.
It is a solid-state image sensor.
本発明によれば、測距像の品質低下を抑制でき、したがって測距精度が向上する。特に、コントラスト比の大きな被写体を撮影した場合に効果が大きい。 According to the present invention, it is possible to suppress degradation in the quality of a distance measurement image, and therefore, distance measurement accuracy is improved. This is particularly effective when a subject with a large contrast ratio is photographed.
以下、図を用いて、本発明の実施形態における測距装置について説明する。その際、全ての図において同一の機能を有するものは同一の数字を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In that case, the same number is attached to the same function in all the drawings, and the repeated explanation is omitted.
[実施形態1]
<カメラ>
本実施形態にかかるデジタルカメラ(撮像装置)100を図1に示す。図1において、デジタルカメラ100は、結像光学系101、固体撮像素子103、演算処理部104から構成される。固体撮像素子103は結像光学系101の光軸102上に配置され、結像光学系101は固体撮像素子103上に被写体像を結像する。
[Embodiment 1]
<Camera>
A digital camera (imaging device) 100 according to this embodiment is shown in FIG. In FIG. 1, the
固体撮像素子103は、光を検出して電荷を発生させるフォトダイオードを光電変換素子(光電変換部)として備える。発生した電荷の転送方式は任意であってよい。すなわち、固体撮像素子103は、CCD(Charge Coupled Device: 電荷結合素子)であっても
よいし、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor: 相補型MOS)であっ
てもよい。
The solid-
固体撮像素子103は、複数の画素を備え、その全てが測距画素である。測距画素は、2つの光電変換部を備え、それぞれ結像光学系101の異なる瞳領域からの光を選択的に受光するように構成される。測距画素の2つの光電変換部からは視差を持った被写体像信号が得られるので、被写体距離を算出できる。なお、上記複数の画素のうち一部の画素は
、通常の撮像用の画素であってもよい。撮像用画素は、光電変換部を1つのみ備え、結像光学系101の全瞳領域からの光を受光する。
The solid-
演算処理部104は、CPUやDSPとプログラムを格納したメモリから構成され、プログラムを実行することにより被写体の距離を検出したり、被写体像を取得したりする。なお、演算処理部104はASICにより実装されても良い。結像光学系101と固体撮像素子103と演算処理部104の測距機能(距離算出部)から、測距装置が構成される。また、測距装置と演算処理部104の撮像機能(被写体像取得部)から、撮像装置が構成される。演算処理部104における被写体像取得機能については、公知の技術を採用可能であるので本明細書では詳しい説明は省略する。
The
<測距画素>
図2(a)は、固体撮像素子103内の測距画素の配置を示した図である。測距画素110は、固体撮像素子103の−X方向の周辺領域105内に配置された測距画素であり、測距画素111は、固体撮像素子103の+X方向の周辺領域106内に配置された測距画素である。周辺領域105は、固体撮像素子103の中心を通りX方向と垂直な方向(Y方向)に平行な直線107から、−X方向に所定の距離以上離れた領域である。一方、周辺領域106は、直線107から+X方向に所定距離以上離れた領域である。なお、図2(a)の例では、上記所定の距離は、固体撮像素子103のX方向長さの1/6倍である。X方向が本発明における第1の方向に該当する。ただし、上記所定の距離は、固体撮像素子103のX方向長さの0.40倍以上とすることが好ましく、0.25倍以上とすれば、更に好ましい。この理由については後述する。
<Distance pixel>
FIG. 2A is a diagram illustrating the arrangement of the distance measurement pixels in the solid-
図2(b)は、測距画素110及び測距画素111の構成を示した断面図である。測距画素110及び測距画素111は、光の入射側より、マイクロレンズ112、基板113を有している。マイクロレンズ112は、検出する波長帯域で透明な材料であるSiO2などで形成されており、基板113は、検出する波長帯域で吸収を有するSiなどの材料で形成されている。
FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating the configuration of the ranging
基板113内には、マイクロレンズ112の光軸を中心として、X方向に対称な位置に配置された二つの光電変換部が形成されている。測距画素110の−X方向の光電変換部を光電変換部121、+X方向の光電変換部を光電変換部122と呼び、測距画素111の−X方向の光電変換部を光電変換部123、+X方向の光電変換部を光電変換部124と呼ぶ。X方向のマイナス側に配置された光電変換部121,123が第1の光電変換部に相当し、X方向のプラス側に配置された光電変換部122,124が第2の光電変換部に相当する。すなわち、第1の光電変換部と第2の光電変換部は、X方向に沿って並んで設けられる2つの光電変換部である。
In the
基板113の撮像面内(XY面内)における光電変換部121と光電変換部122および、光電変換部123と光電変換部124の形状は等しい。また、光電変換部121は光電変換部122よりも、撮像面と垂直な方向(Z方向)の長さが長い。また、光電変換部124は光電変換部123よりも、撮像面と垂直な方向(Z方向)の長さが長い。以後、光電変換部のZ方向の長さのことを光電変換部の深さと呼ぶ。
The
光電変換部の深さが深いほど、その光電変換部の容量は大きくなる。すなわち、固体撮像素子103の中心を通るY方向の直線107よりも−X方向に所定距離以上離れた領域(105)において、−X方向側の光電変換部121の容量が、+X方向側の光電変換部122の容量よりも大きい。一方、固体撮像素子103の中心を通るY方向の直線107よりも+X方向に所定距離以上離れた領域(106)において、+X方向側の光電変換部124の容量が、−X方向側の光電変換部123の容量よりも大きい。
The deeper the photoelectric conversion unit, the larger the capacity of the photoelectric conversion unit. That is, in the region (105) that is more than a predetermined distance in the −X direction from the Y-direction
光電変換部は、基板113に対してボロンなどのイオンを打ち込むことで形成する。また、基板113には図示しない配線が設けられており、光電変換部で発生した電荷は配線によって信号処理回路に転送される。
The photoelectric conversion portion is formed by implanting ions such as boron into the
<光電変換部の感度特性>
このような構成を採用することで、光電変換部121と光電変換部122の感度及び、光電変換部123と光電変換部124の感度の、XZ断面における入射角依存性を互いに異ならせることができる。図3に、各光電変換部の感度の入射角依存性を示す。光電変換部122及び光電変換部124の感度特性(点線)は、マイナス方向(−X方向)からの入射光に対する感度が高く、プラス方向(+X方向)からの入射光に対する感度が低い。一方で、光電変換部121及び光電変換部123の感度特性(破線)は、マイナス方向(−X方向)からの入射光に対する感度が低く、プラス方向(+X方向)からの入射光に対する感度が高い。即ち、光電変換部121及び光電変換部123は、結像光学系の射出瞳130の一部である、+X方向の瞳領域131及び133(第1の瞳領域)を通過する光束を選択的に受光するようになっている。一方、光電変換部122及び光電変換部124は、結像光学系の射出瞳130の一部である、−X方向の瞳領域132及び134(第2の瞳領域)を通過する光束を選択的に受光するようになっている。
<Sensitivity characteristics of photoelectric converter>
By adopting such a configuration, the incident angle dependence in the XZ section of the sensitivity of the
<マイクロレンズ>
また、二つの光電変換部がマイクロレンズ111の光軸を中心軸として、互いに対称な位置に配置され、かつ開口部形状も等しいため、感度特性は、光入射角0度を軸として対称な形状になっている。そのため、結像光学系101の射出瞳130と固体撮像素子103の距離が無限大の時に、瞳領域131と瞳領域132、及び瞳領域133と瞳領域134は、射出瞳130上で中心対称となる。
<Micro lens>
In addition, since the two photoelectric conversion portions are arranged at symmetrical positions with the optical axis of the
即ち、瞳領域131の瞳透過率分布と、瞳領域132の瞳透過率分布の重心位置は異なっている。同様に、瞳領域133の瞳透過率分布と、瞳領域134の瞳透過率分布の重心位置も異なっている。ここで、瞳領域131(133)の瞳透過率分布の重心と、瞳領域132(134)の透過率分布を結ぶ直線の方向はX方向である。
That is, the position of the center of gravity of the pupil transmittance distribution of the
<瞳透過率が相違する理由とその問題>
射出瞳130と固体撮像素子103の距離が常に無限大に保持されている場合、図3に示す感度特性により、理想的には瞳領域131と瞳領域132の瞳透過率は互いに等しい。従って、光電変換部121と光電変換部122に入射する光量は等しい。同様に、瞳領域133と瞳領域134の瞳透過率も互いに等しく、光電変換部123と光電変換部124に入射する光量は等しい。
<The reason why pupil transmittance is different and its problem>
When the distance between the
しかし、以下のように実際のデジタルカメラにおいては、瞳領域131と瞳領域132の瞳透過率および、瞳領域133と瞳領域134の瞳透過率は互いに等しくならない。その理由について説明する。
However, in an actual digital camera as described below, the pupil transmittances of the
デジタルカメラ100の小型化の要請から、結像光学系101の射出瞳位置は、ズーム状態によって変化する。一般的に、望遠側では、射出瞳130の位置は固体撮像素子から遠く、広角側では、射出瞳130の位置は固体撮像素子に近くなる。また、撮影レンズがインナーフォーカスやリアフォーカスの構成の場合は、フォーカス状態に応じても、射出瞳130の位置が変動する。そのため、固体撮像素子103の中心から、X方向に離れた周辺領域に位置する測距画素110においては、瞳領域131と瞳領域132の瞳透過率及び、瞳領域133と瞳領域134の瞳透過率が互いに等しくならない。
Due to the demand for miniaturization of the
また、仮に射出瞳130と固体撮像素子103の距離が常に無限大に保持されていたとしても、結像光学系101内の口径食により、射出瞳130の周辺を通る光量が低下する場合がある。その場合、固体撮像素子の周辺領域に位置する測距画素においては、瞳領域131と瞳領域132の瞳透過率及び、瞳領域133と瞳領域134の瞳透過率が互いに等しくならない。
Even if the distance between the
射出瞳130が、固体撮像素子103から有限な距離にある場合(例えば、ズームレンズの広角側で撮影した場合に相当)を図4(a)(b)に示す。
FIGS. 4A and 4B show a case where the
図4(a)は、固体撮像素子103の中心よりも−X方向(第一の方向の負の方向)の周辺領域105における測距画素110で受光する光束の状態を示す。光電変換部121は、瞳領域131からの光束141を受光し、光電変換部122は、瞳領域132からの光束142を受光する。図4(a)からわかるように、光束141の拡がり角は光束142の拡がり角よりも大きい。従って、瞳領域131の瞳透過率は瞳領域132よりも高くなり、光電変換部121が受光する光量は光電変換部122が受光する光量よりも多い。
FIG. 4A shows the state of the light beam received by the ranging
図4(b)は、固体撮像素子103の中心よりも+X方向(第一の方向の正の方向)の周辺領域106における測距画素111で受光する光束の状態を示す。光電変換部123は、瞳領域133からの光束143を受光し、光電変換部124は、瞳領域134からの光束144を受光する。図4(b)からわかるように、光束144の拡がり角は光束143の拡がり角よりも大きい。従って、瞳領域134の瞳透過率は瞳領域133よりも高くなるため、光電変換部124が受光する光量は光電変換部123が受光する光量よりも多い。
FIG. 4B shows a state of the light beam received by the ranging
特許文献1に開示されているような、2つの光電変換部の容量が等しい従来の固体撮像素子では、光量不足と飽和のトレードオフの問題が生じる。すなわち、受光する光量が相対的に少ない光電変換部122、123に合わせて露光時間を決定すると、受光する光量が多い光電変換部121、124において飽和しやすくなる。逆に、受光する光量が相対的に多い光電変換部121、124に合わせて露光時間を決定すると、受光する光量が少ない光電変換部122、123において光量不足が発生する。飽和や光量不足が発生すると測距画像の品質が低下し、測距精度が低下してしまう。特に、コントラスト比の大きな被写体を撮影した場合には、測距像の品質低下が問題となる。
In the conventional solid-state imaging device having the same capacity of the two photoelectric conversion units as disclosed in
<光電変換部の容量変化による効果>
本実施形態における固体撮像素子103では、受光する光量が相対的に多い光電変換部121、124の深さを、受光する光量が相対的に少ない光電変換部122、123の深さよりも深くしている。即ち、瞳透過率の低い瞳領域132、133からの光を受光する光電変換部122、123よりも、瞳透過率の高い瞳領域131、134の光を受光する光電変換部121、124の容量を大きくしている。これにより、光電変換部122、123における光量不足と、瞳領域131、134を通過した光を受光する光電変換部121、124における飽和を同時に解決することが可能となる。
<Effect due to change in capacitance of photoelectric conversion unit>
In the solid-
光電変換部の深さを変えるには、イオン打ち込みの深さを変えればよい。また、光電変換部の中の不純物濃度を変えても良い。即ち、第一の光電変換部の中の不純物濃度よりも第二の光電変換部の中の不純物濃度を高くすればよい。不純物濃度が大きいほどポテンシャル勾配が強くなり、光電変換部の実効的な深さが深くなる。不純物濃度を高くするには、注入するイオンの濃度を上げればよい。 In order to change the depth of the photoelectric conversion portion, the depth of ion implantation may be changed. Further, the impurity concentration in the photoelectric conversion unit may be changed. That is, the impurity concentration in the second photoelectric conversion unit may be higher than the impurity concentration in the first photoelectric conversion unit. The higher the impurity concentration, the stronger the potential gradient and the deeper the effective depth of the photoelectric conversion unit. In order to increase the impurity concentration, the concentration of ions to be implanted may be increased.
<距離検出処理>
演算処理部104が行う被写体距離の算出処理について説明する。演算処理部104は
、測距画素110の光電変換部121および測距画素111の光電変換部123から得られる信号から第1の測距像を取得する。同様に、演算処理部104は、測距画素110の光電変換部122および測距画素111の光電変換部124から得られる信号から第2の測距像を取得する。演算処理部104は、これら2つの測距像の像ズレ量を求める。像ズレ量の算出は、相関値などを用いた公知の手法で行えばよい。2つの測距画像の像ズレ量が得られたら、三角測量の原理に基づいて被写体の距離を算出できる。
<Distance detection processing>
A subject distance calculation process performed by the
<まとめ>
このように、固体撮像素子103の設計瞳位置と結像光学系101の射出瞳位置が異なる場合、測距画素内の2つの光電変換部に対応する瞳領域の瞳透過率が異なる。図2および図4からわかるように、固体撮像素子103の中心を通り、X方向(第一の方向)に対して垂直な直線107を境界線に、二つの瞳領域の透過率の大小関係が逆転する。そのため、直線107を境界として、領域105と領域106で、受光量が多い光電変換部のX方向に沿った位置関係は反転している。即ち、実施形態1の場合、領域105では測距画素110内において、−X方向に位置する光電変換部121の方が、+X方向に位置する光電変換部122の受光量よりも多い。一方、領域106では測距画素111内において、+X方向に位置する光電変換部124の方が、+X方向に位置する光電変換部123の受光量よりも多い。
<Summary>
Thus, when the design pupil position of the solid-
本実施形態に示すように、瞳透過率の高い瞳領域からの光を受光する光電変換部の容量を、瞳透過率の低い瞳領域からの光を受光する光電変換部の容量よりも大きくすることで、光量低下と飽和の問題を回避できる。すなわち、瞳透過率の低い瞳領域から十分な光量を受光できるだけの露光時間に設定しても、もう一方の光電変換部の容量はそれよりも大きいため飽和を回避できる。したがって、コントラスト比が高い被写体を撮影した場合であっても、光量不足も飽和も発生せず、測距像の品質低下を抑制でき精度の良い測距が可能となる。 As shown in this embodiment, the capacity of the photoelectric conversion unit that receives light from the pupil region with high pupil transmittance is set larger than the capacity of the photoelectric conversion unit that receives light from the pupil region with low pupil transmittance. As a result, it is possible to avoid the problem of light quantity reduction and saturation. That is, even if the exposure time is set so that a sufficient amount of light can be received from a pupil region having a low pupil transmittance, saturation can be avoided because the capacity of the other photoelectric conversion unit is larger than that. Therefore, even when a subject having a high contrast ratio is photographed, neither light amount deficiency nor saturation occurs, and the degradation of the quality of the distance measurement image can be suppressed and accurate distance measurement can be performed.
以上で示したように、本実施形態を採用することにより、ズーム状態、フォーカス状態によらず、固体撮像素子全面において、測距精度の向上と撮像画像品質の向上が実現できる。 As described above, by adopting the present embodiment, it is possible to improve the ranging accuracy and the quality of the captured image over the entire surface of the solid-state imaging device regardless of the zoom state and the focus state.
なお、従来の固体撮像素子において、第一の光電変換部と第二の光電変換部の容量を共に大きくするという方法も考えられる。しかし、必要以上に光電変換部の容量を大きくすることは、消費電力の増大や、読み出し速度の低下につながるため好ましくない。本実施形態では、受光する光量が相対的に少ない光電変換部の容量を相対的に小さく、受光する光量が相対的に多い光電変換部の容量を相対的に大きくしているため、消費電力の増大や、読み出し速度の低下を抑制できている。 In addition, in the conventional solid-state imaging device, a method of increasing both the capacities of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit is also conceivable. However, increasing the capacity of the photoelectric conversion unit more than necessary is not preferable because it leads to an increase in power consumption and a decrease in reading speed. In this embodiment, the capacity of the photoelectric conversion unit that receives a relatively small amount of light is relatively small, and the capacity of the photoelectric conversion unit that receives a relatively large amount of light is relatively large. An increase and a decrease in reading speed can be suppressed.
容量が相対的に大きい第二の光電変換部中の横方向のドリフト電界の大きさを、容量が相対的に小さい第一の光電変換部中のドリフト電界の大きさよりも大きくすると、更に好ましい。なぜならば、光電変換部の容量が大きいほど、電荷の転送速度が遅くなるためである。光電変換部の容量が相対的に大きい第二の光電変換部のドリフト電界の大きさを、光電変換部の容量が相対的に小さい第一の光電変換部のドリフト電界の大きさよりも大きくすることで、電荷の転送速度の相違を抑制することができる。具体的には、横方向にずらして複数回打ち込みを行うことで、横方向に不純物分布の傾斜を形成すればよい。 More preferably, the magnitude of the lateral drift electric field in the second photoelectric conversion part having a relatively large capacity is made larger than the magnitude of the drift electric field in the first photoelectric conversion part having a relatively small capacity. This is because the charge transfer rate is slower as the capacity of the photoelectric conversion unit is larger. The magnitude of the drift electric field of the second photoelectric converter having a relatively large capacity of the photoelectric converter is made larger than the magnitude of the drift electric field of the first photoelectric converter having a relatively small capacity of the photoelectric converter. Thus, the difference in charge transfer rate can be suppressed. Specifically, the impurity distribution may be inclined in the horizontal direction by performing multiple implantations while shifting in the horizontal direction.
<周辺領域までの距離の特定及び、第1の実施形態の変形例>
測距画素110の2つの光電変換部に対応する2つの瞳領域の瞳透過率の差は、測距画素110と固体撮像素子103の中心を通る直線107との距離が大きくなるほど大きい。特に、直線107から固体撮像素子103のX方向長さの0.25倍以上離れた領域(
固体撮像素子103のX方向の端部から全体の1/4以内の領域)では、瞳透過率の差が大きい。なお、直線107から固体撮像素子のX方向の長さの0.40倍以上離れた領域(固体撮像素子103のX方向の端部から全体の1/10以内の領域)では、瞳透過率の差が顕著になる。そのため、直線107と周辺領域105、106間の距離は、固体撮像素子103のX方向長さの0.40倍以上であることが好ましく、0.25倍以上であれば更に好ましい。
<Identification of distance to surrounding area and modification of first embodiment>
The difference in pupil transmittance between the two pupil regions corresponding to the two photoelectric conversion units of the ranging
The difference in pupil transmittance is large in a region within 1/4 of the entire X direction end of the solid-
また、瞳透過率の差に応じて、固体撮像素子の中心(直線107)から遠くに配置されている測距画素ほど、2つの光電変換部の容量差を大きくすれば、更に好ましい。図5(a)は、測距画素の位置に応じて、2つの光電変換部の容量差を大きくした例である。図5(a)において、領域105は、直線107よりも−X方向側の領域であり、直線107からの距離が固体撮像素子103のX方向長さの1/6以上離れた領域である。同様に、領域106は、直線107よりも+X方向側の領域であり、直線107からの距離が固体撮像素子103のX方向長さの1/6以上離れた領域である。図5(a)の下側には、周辺領域105、106中の、鎖線で囲まれた4つの測距画素について、光電変換部の深さを示している。この例では、周辺部に行くほど、瞳透過率の大きい瞳領域に対応する光電変換部121,124の容量を大きくし、瞳透過率の小さい瞳領域に対応する光電変換部122,123の容量を小さくしている。ただし、周辺部に行くほど容量の差を大きくする方法として、他の方法も採用可能である。例えば、光電変換部121,124の容量は固定し、光電変換部122,123の容量を周辺部ほど小さくすることが考えられる。逆に、光電変換部122,123の容量は固定し、光電変換部121,124の容量を周辺部ほど大きくすることも考えられる。
In addition, it is more preferable that the capacitance difference between the two photoelectric conversion units is increased as the distance measurement pixels are arranged farther from the center (straight line 107) of the solid-state imaging device according to the difference in pupil transmittance. FIG. 5A is an example in which the capacitance difference between the two photoelectric conversion units is increased according to the position of the ranging pixel. In FIG. 5A, a
あるいは、光電変換部121〜124の容量を全て変化させても良い。また、光電変換部122,123の方が光電変換部121,124と比較して減少率を大きくすることも考えられる。一般に、固体撮像素子の周辺領域に位置する画素ほど、入射光量が小さいため、光電変換部121〜124いずれも周辺ほど容量を小さくしつつ、光電変換部122、123の方が光電変換部121,124と比較してその減少率を大きくすることが好ましい。すなわち、中心からの距離が遠い画素ほど光電変換部の容量を少なくし、かつ、距離に応じた減少率を画素内の光電変換部の間で異ならせることにより、周辺部ほど光電変換部の容量差を大きくすることが好ましい。このようにすることで、異なる測距画素間においても、光量低下や飽和の問題が回避できる。
Alternatively, all the capacities of the
(変形2.中心付近の測距画素)
上述とは逆に、固体撮像素子103の中心付近、すなわち固体撮像素子103の中心を通りX方向に垂直な直線107から所定の距離未満の領域では、2つの光電変換部に対応する2つの瞳領域の瞳透過率の差は小さい。具体的には、直線107からの距離が固体撮像素子103のX方向長さの0.25倍未満であれば、瞳透過率の差は小さい。そのため、固体撮像素子103の中心領域108においては、測距画素内の2つの光電変換部の容量に差を設けなくてもよいし、瞳透過率が相対的に高い瞳領域に対応する光電変換部の容量を相対的に小さくしてもよい。固体撮像素子103の中心付近では、このように瞳透過率の小さい瞳領域を透過する光を受光する光電変換部の容量が他方の光電変換部の容量以上であったとしても、測距画素の品質低下は小さく、あまり問題とならない。
(
Contrary to the above, in the vicinity of the center of the solid-
図5(b)は、本変形例の一例を説明する図である。図5(b)において、鎖線で囲った領域108は、直線107からの距離が固体撮像素子103のX方向長さの1/6以内の領域である。図5(b)の例では、領域108内においては、直線107の−X方向側にも測距画素111が設けられており、直線107の+X方向側にも測距画素110が設けられている。上述のように、領域108内の測距画素は2つの光電変換部の容量が同じであってもよい。あるいは、領域108内のうち直線107の−X方向側が全て測距画素
111であり、直線107の+方向側が全て測距画素110であってもよい。
FIG. 5B is a diagram illustrating an example of this modification. In FIG. 5B, a
あるいは、中心領域を設けずに、2つの領域105,106を隣接させてもよい。すなわち、直線107よりも−X方向側の全ての領域を領域105とし、直線107よりも+X方向側の全ての領域を領域106としてもよい。この場合は、上記の所定の距離をゼロにした場合に相当する。
Alternatively, the two
(変形3.条件を満たさない測距画素の存在の許容)
上記の説明では、領域105および領域106においては、全ての測距画素について、瞳透過率の高い瞳領域に対応する光電変換部の容量を他方の光電変換部の容量よりも大きくしている。しかしながら、領域105および領域106内の一部の測距画素に、瞳透過率の低い瞳領域に対応する光電変換部の容量が、他方の光電変換部の容量以下のものが存在しても構わない。
(Modification 3. Tolerance of ranging pixels that do not satisfy the condition)
In the above description, in the
少なくとも、固体撮像素子103の中心よりもX方向の負方向の側の領域内(領域105内)において、X方向の負方向側の光電変換部(121)の容量が、X方向の正方向の側の光電変換部(122)の容量よりも大きい測距画素が存在すればよい。また、同様に、固体撮像素子103の中心よりもX方向の正方向の側の領域内(領域106内)において、X方向の正方向側の光電変換部(124)の容量が、X方向の負方向の側の光電変換部(123)の容量よりも大きい測距画素が存在すればよい。このような構成を有する測距画素については、測距像の品質低下が抑制できる。 At least in the region on the negative side in the X direction from the center of the solid-state imaging device 103 (in the region 105), the capacitance of the photoelectric conversion unit (121) on the negative direction side in the X direction is in the positive direction in the X direction. It suffices if there is a ranging pixel larger than the capacity of the photoelectric conversion unit (122) on the side. Similarly, in the region on the positive side in the X direction from the center of the solid-state image sensor 103 (in the region 106), the capacitance of the photoelectric conversion unit (124) on the positive direction side in the X direction is It suffices if there is a ranging pixel larger than the capacity of the photoelectric conversion unit (123) on the negative direction side. About the ranging pixel which has such a structure, the quality fall of a ranging image can be suppressed.
ただし、測距像の品質低下を効果的に抑制するためには、各領域内の測距画素のうち、少なくとも所定割合以上の測距画素について、容量が上記の条件を満たすことが好ましい。すなわち、少なくとも所定割合(例えば、半分より多い)の測距画素において、瞳透過率の高い瞳領域に対応する光電変換部の容量を相対的に大きくすることが好ましい。ここで、少なくとも半分より多くの測距画素については上記条件を満たすことが好ましく、その割合が増えるほどより好ましい。例えば、所定割合が8割以上であれば更に好ましい。 However, in order to effectively suppress the degradation in the quality of the distance measurement image, it is preferable that the capacitance satisfies the above-described conditions for at least a predetermined ratio of the distance measurement pixels in each region. That is, it is preferable to relatively increase the capacity of the photoelectric conversion unit corresponding to a pupil region having a high pupil transmittance in at least a predetermined ratio (for example, more than half) of distance measurement pixels. Here, it is preferable that the above-mentioned conditions are satisfied for at least half of the ranging pixels, and it is more preferable that the ratio increases. For example, it is more preferable that the predetermined ratio is 80% or more.
(変形4.通常撮像画素の存在)
固体撮像素子103の全ての画素が測距画素であっても良いし、一部だけが測距画素であっても良い。全ての画素が測距画素の場合、2つの光電変換部で取得した測距像の和を取ることで、撮影画像を取得することが出来る。一部の画素が測距画素の場合は、その他の画素は結像光学系101の全瞳領域からの光を受光する1つの光電変換部を備える通常の撮像画素である。この場合、測距画素における撮影画像を上記と同様の手法で取得してもよいし、測距画素の周辺に設けられた通常の撮像画素で取得した撮影画像により補完して求めても良い。
(Deformation 4. Presence of normal imaging pixels)
All the pixels of the solid-
[実施形態2]
<測距画素>
実施形態2における固体撮像素子203は、結像光学系101の射出瞳130が固体撮像素子203に近い位置にある場合に最適化されている。
[Embodiment 2]
<Distance pixel>
The solid-
図6(a)は、固体撮像素子203に含まれる測距画素210及び測距画素211の配置を示した図であり、図6(b)は各測距画素210,211の構成を示した断面図である。
6A is a diagram showing the arrangement of the ranging
本実施形態にかかる測距画素210及び測距画素211は、実施形態1に係る測距画素110及び測距画素111と比較して、マイクロレンズの形状及び、光電変換部の深さが異なる。マイクロレンズ212は、固体撮像素子203から近い位置にある射出瞳130
の中心を通った主光線が、光電変換部221と光電変換部222の中間に入射するように偏心して配置されている。即ち、固体撮像素子203の中心に対してマイナス方向(−X方向)の周辺領域205内の測距画素210では、マイクロレンズ212はプラス方向(+X方向)に偏心して配置されている。一方、固体撮像素子203の中心に対してプラス方向(+X方向)の周辺領域206内の測距画素211では、マイクロレンズ212はマイナス方向(−X方向)に偏心して配置されている。
The
The principal ray passing through the center of the light is eccentrically arranged so as to be incident between the
また、光電変換部222は光電変換部221よりも深く、光電変換部223は光電変換部224よりも深い。すなわち、固体撮像素子203の中心を通るY方向の直線107よりも−X方向に所定距離以上離れた領域(205)において、+X方向側の光電変換部222の容量が、−X方向側の光電変換部221の容量よりも大きい。一方、固体撮像素子203の中心を通るY方向の直線107よりも+X方向に所定距離以上離れた領域(206)において、−X方向側の光電変換部223の容量が、+X方向側の光電変換部224の容量よりも大きい。
Further, the
<光電変換部の感度特性>
図7に、各々の光電変換部の感度の入射角依存性を示す。光電変換部222及び光電変換部224の感度特性(点線)は、マイナス方向(−X方向)からの入射光に対する感度が高く、プラス方向(+X方向)からの入射光に対する感度が低い。一方で、光電変換部221及び光電変換部223の感度特性(破線)は、マイナス方向(−X方向)からの入射光に対する感度が低く、プラス方向(+X方向)からの入射光に対する感度が高い。但し、光電変換部221及び光電変換部222の感度特性は、光電変換部121及び122の感度特性に対し、マイナス方向にシフトしている。同様に、光電変換部223の感度特性および、光電変換部224の感度特性は、光電変換部123、124の感度特性に対し、プラス方向にシフトしている。
<Sensitivity characteristics of photoelectric converter>
FIG. 7 shows the incident angle dependence of the sensitivity of each photoelectric conversion unit. The sensitivity characteristics (dotted lines) of the
<瞳透過率が相違する理由とその問題>
このような固体撮像素子203を用いた場合、結像光学系101の射出瞳130と固体撮像素子203の距離が近い時に、瞳領域131と瞳領域132は、射出瞳130上で中心対称となる(図8(a))。同様に、瞳領域133と瞳領域134も、射出瞳130上で中心対称となる(図8(b))。従って、射出瞳130と固体撮像素子203の距離が常にこの距離に保持されば、理想的には瞳領域131と瞳領域132の瞳透過率は互いに等しく、光電変換部221と光電変換部222に入射する光量は等しい。同様に、瞳領域133と瞳領域134の瞳透過率も互いに等しく、光電変換部223と光電変換部224に入射する光量は等しい。
<The reason why pupil transmittance is different and its problem>
When such a solid-
しかし、前述したように、結像光学系の瞳位置は、ズーム状態やフォーカス状態などによって変動する。また、仮に射出瞳130と固体撮像素子203の距離が常に近い距離に保持されていたとしても、結像光学系の口径食による光量低下が生じる場合もある。以上の理由により、固体撮像素子の周辺領域に位置する測距画素においては、瞳領域131と瞳領域132の瞳透過率及び、瞳領域133と瞳領域134の瞳透過率が互いに等しくならない。
However, as described above, the pupil position of the imaging optical system varies depending on the zoom state, the focus state, and the like. Further, even if the distance between the
射出瞳130が、固体撮像素子203から遠い距離にある場合(例えば、ズームレンズの望遠側で撮影した場合に相当)を図8(c)、(d)に示す。
FIGS. 8C and 8D show the case where the
図8(c)は、固体撮像素子203の−X方向(第一の方向の負側)の周辺領域205における測距画素210で受光する光束の状態を示す。光電変換部221は、瞳領域131からの光束141を受光し、光電変換部222は、瞳領域132からの光束142を受光する。図8(c)からわかるように、光束142の拡がり角は光束141の拡がり角よ
りも大きい。従って、瞳領域132の瞳透過率は瞳領域131よりも高くなるため、光電変換部222が受光する光量は光電変換部221が受光する光量よりも多い。
FIG. 8C shows the state of the light beam received by the ranging
図8(d)は、固体撮像素子203の+X方向(第一の方向の正側)の周辺領域206における測距画素211で受光する光束の状態を示す。光電変換部223は、瞳領域133からの光束143を受光し、光電変換部224は、瞳領域134からの光束144を受光する。図8(d)からわかるように、光束143の拡がり角は光束144の拡がり角よりも大きい。従って、瞳領域133の瞳透過率は瞳領域134よりも高くなるため、光電変換部223が受光する光量は光電変換部224が受光する光量よりも多い。
FIG. 8D shows the state of the light beam received by the ranging
受光量の多い光電変換部の位置は実施形態1とは反対になっているが、2つの光電変換部における受光量に差があると、実施形態1と同様に光量不足と飽和のトレードオフの問題が生じる。 The position of the photoelectric conversion unit with a large amount of received light is opposite to that of the first embodiment, but if there is a difference in the amount of light received between the two photoelectric conversion units, the trade-off between insufficient light quantity and saturation is the same as in the first embodiment. Problems arise.
<光電変換部の容量変化による効果>
本実施形態における固体撮像素子203では、受光する光量が相対的に多い光電変換部222、223の深さを、受光する光量が相対的に少ない光電変換部221、224の深さよりも深くしている。即ち、瞳透過率の低い瞳領域131,134からの光を受光する光電変換部221、224よりも、瞳透過率の高い瞳領域132、133の光を受光する光電変換部222、223の容量を大きくしている。これにより、瞳領域131、134を通過した光を受光する光電変換部221、224における光量不足と、瞳領域132、133を通過した光を受光する光電変換部222、223における飽和を、同時に解決することが可能となる。
<Effect due to change in capacitance of photoelectric conversion unit>
In the solid-
各光電変換部の深さを変える方法は、実施形態1で既に説明したのでここでの説明は省略する。 Since the method of changing the depth of each photoelectric conversion unit has already been described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
<本実施形態の効果>
以上で示したように、本実施形態を採用することにより、実施形態1の場合と同様に、ズーム状態、フォーカス状態によらず、固体撮像素子全面において、測距精度の向上が実現できる。
<Effect of this embodiment>
As described above, by adopting the present embodiment, as in the case of the first embodiment, it is possible to improve the ranging accuracy over the entire surface of the solid-state imaging device irrespective of the zoom state and the focus state.
なお、本実施形態においても実施形態1に示した種々の変形を採用可能である。 In the present embodiment, various modifications shown in the first embodiment can be adopted.
[実施形態3]
実施形態1、2における固体撮像素子は光電変換部の深さによって容量を変えていたのに対し、実施形態3における固体撮像素子303中の測距画素は光電変換部の面内の大きさ(面積)を変えることによって容量を変えている。光電変換部の面内の大きさを変えるには、基板113にイオンを注入する領域の大きさを変えればよい。
[Embodiment 3]
In contrast to the solid-state imaging device according to the first and second embodiments, the capacitance is changed depending on the depth of the photoelectric conversion unit, whereas the distance measuring pixel in the solid-
以下では、実施形態1と同様に、結像光学系101の射出瞳130が固体撮像素子303から無限遠の位置にある場合に最適化されている場合を示す。射出瞳130が固体撮像素子から近い位置にある場合に最適化されている場合には、実施形態1と実施形態2の関係と同様に、光電変換部の位置関係を、第一の方向に沿って反転すればよい。
Hereinafter, as in the first embodiment, a case where the
図9(a)は、固体撮像素子303内の測距画素の配置を示した図である。図9(b)(c)は、測距画素310,311の構成を示した断面図である。この図には、光電変換部のみを示したが、実施形態1と同様に、光電変換部の上部にはマイクロレンズ112が設けられている。測距画素310は、固体撮像素子303のマイナス方向(−X方向)の周辺領域305に位置する測距画素である。測距画素310では、光電変換部322より
も光電変換部321の、第一の方向とは垂直な第二の方向(Y方向)の長さが長い(図9(b))。一方、測距画素311は、固体撮像素子303のプラス方向(+X方向)の周辺領域306に位置する測距画素である。測距画素311では、光電変換部323よりも光電変換部324の、第一の方向とは垂直な第二の方向(Y方向)の長さが長い(図9(c))。即ち、相対的に瞳透過率の低い瞳領域からの光を受光する光電変換部322,323よりも、相対的に瞳透過率の高い瞳領域からの光を受光する光電変換部321,324の容量が大きくなっている。これにより、瞳透過率の低い瞳領域を通過した光を受光する光電変換部における光量不足と、瞳透過率の高い瞳領域を通過した光を受光する光電変換部における飽和を、同時に解決することが可能となる。
FIG. 9A is a diagram showing the arrangement of distance measuring pixels in the solid-
なお、従来の固体撮像素子において、2つの光電変換部の容量を共に大きくするという方法も考えられる。しかし、実施形態1,2で説明したように消費電力が不必要に増大するという問題がある。さらに、光電変換部の面内の大きさを変える場合には、測距画素の画素面積が限られているので、2つの光電変換部の容量を共に大きくすることは難しいという問題も生じる。本実施形態では、受光する光量が相対的に少ない光電変換部の容量を相対的に小さく、受光する光量が相対的に多い光電変換部の容量を相対的に大きくしているため、限られた画素面積で、測距像の品質低下が防止できる。 In addition, in the conventional solid-state imaging device, a method of increasing both the capacities of the two photoelectric conversion units is also conceivable. However, as described in the first and second embodiments, there is a problem that power consumption increases unnecessarily. Further, when the size of the photoelectric conversion unit is changed, the pixel area of the distance measuring pixel is limited, so that it is difficult to increase the capacity of the two photoelectric conversion units. In this embodiment, the capacity of the photoelectric conversion unit that receives a relatively small amount of light is relatively small, and the capacity of the photoelectric conversion unit that receives a relatively large amount of light is relatively large. The pixel area can prevent the degradation of the quality of the distance measurement image.
<受光領域と光電変換部の関係>
図9(d)、(e)のように、容量が相対的に大きい(面積が大きい)光電変換部321、324は、測距画素310、311の光受光領域325に完全に包含されていない方が好ましい。すなわち、光電変換部321、324の一部の領域は、光受光領域325以外に位置することが好ましい。言葉を換えると、容量が相対的に大きい光電変換部321、324は、入射光が到達しない非受光領域を含むことが好ましい、とも表現できる。このような構成が好ましい理由を、以下で説明する。なお、光受光領域とは、測距画素の基板表面において、入射光が到達する領域のことであり、マイクロレンズ111による集光特性や配線によるケラレ等によって決まる。
<Relationship between light receiving area and photoelectric conversion unit>
As shown in FIGS. 9D and 9E, the
光電変換部が光受光領域に完全に包含されている場合、光電変換部の面内方向の大きさが大きいほど、光電変換部に入射する光量が増加する。そのため、容量が大きい方の光電変換部321、324が光受光領域325に完全に包含されると、光電変換部321、324に入射する光量も増えてしまう。光電変換部321、324が光受光領域に包含されないと、光受光領域に含まれない部分(図9(c)でハッチングした領域)では受光しないため、入射する光量を増加させずにすむ。光電変換部321、324を光受光領域に包含させないようにすることは、配線の下部まで光電変換部321、324を伸ばす、光電変換部321、324の一部を遮光膜で覆う等の方法で、実現できる。
When the photoelectric conversion unit is completely included in the light receiving region, the amount of light incident on the photoelectric conversion unit increases as the size of the photoelectric conversion unit in the in-plane direction increases. Therefore, when the
上記のような構成により、受光量の少ない光電変換部における光量不足と、受光量の多い光電変換部における飽和を、より容易に解決することができるため、好ましい。 The above configuration is preferable because it is possible to more easily solve the shortage of light amount in the photoelectric conversion unit with a small amount of received light and the saturation in the photoelectric conversion unit with a large amount of received light.
<FD共用>
第一の方向(X方向)と垂直な方向(Y方向)の長さを変えて光電変換部の容量を変化させることで、トランジスタ(Tr)やフローティングディフュージョン(FD)などを設けやすくなるという利点もある。具体的には、図10(a)、(b)に示すように、光電変換部322、323のY方向の上端位置は光電変換部321、324のY方向の上端位置と一致させつつ、光電変換部322、323のY方向長さを短くする。すなわち、光電変換部322、323のY方向の下端位置を、光電変換部321、324のY方向の下端位置よりも+Y方向側とする。このような構成とすることで、光電変換部322、323のY方向の下端よりも下側のスペースが空くため、ここにTrやFDなどの回路素子を設けることが可能となる。なお、光電変換部322、323のY方向の下端位置は光電変
換部321、324と同じにした状態で、Y方向の長さを短くしてもよい。この場合は、光電変換部322、323のY方向の上端よりも上側にスペースが空く。これらの方法以外にも、光電変換部322、323の中心のY位置が測距画素310、311の中心のY位置からずれるように光電変換部322、323のY方向長さを短くすれば同様の効果が得られる。
<FD sharing>
Advantage of changing the capacitance of the photoelectric conversion unit by changing the length in the direction (Y direction) perpendicular to the first direction (X direction), thereby making it easier to provide a transistor (Tr), a floating diffusion (FD), and the like. There is also. Specifically, as shown in FIGS. 10A and 10B, the upper end position of the
更に、図10(c)、(d)に示すように、Y方向に隣接する2つの測距画素において、各々の測距画素中の光電変換部322、323の中心を、2つの測距画素の隣接部から離れた方向にずらすことが好ましい。具体的には、Y方向上側の測距画素では、光電変換部322のY方向上端を光電変換部321のY方向上端と一致させ、Y方向下側の測距画素で、光電変換部322のY方向下端を光電変換部321のY方向下端と一致させる。このような条件で光電変換部321のY方向長さを短くすることで、2つの測距画素の光電変換部322の間に、スペースを空けることができる。このスペースに、当該2つの測距画素で共用されるFD(電荷検出部)を配置することが好ましい。複数の画素でFDを共用することで、限られた画素面積内で配線などレイアウトの自由度を増すことができる。
Furthermore, as shown in FIGS. 10C and 10D, in the two distance measuring pixels adjacent in the Y direction, the center of the
[実施形態4]
本実施形態における固体撮像素子403は、第一の方向(X方向)の長さの変化により光電変換部の容量を変える。
[Embodiment 4]
The solid-
以下では、実施形態1と同様に、結像光学系101の射出瞳130が固体撮像素子403から無限遠の位置にある場合に最適化されている場合を示す。射出瞳130が固体撮像素子から近い位置にある場合に最適化されている場合には、実施形態1と実施形態2の関係と同様に、光電変換部の位置関係を、第一の方向に沿って反転すればよい。
In the following, as in the first embodiment, a case where the
図11(a)は固体撮像素子403に含まれる測距画素410および411の配置を示した図である。図11(b)(c)は、各測距画素410および411の構成を示した断面図である。測距画素410は、固体撮像素子403のマイナス方向(−X方向)の周辺領域405に位置する測距画素である。測距画素410では、光電変換部422よりも光電変換部421の、X方向(第一の方向)の長さを長くしている(図11(b))。一方、測距画素411は、固体撮像素子403のプラス方向(+X方向)の周辺領域406に位置する測距画素である。測距画素411では、光電変換部423よりも光電変換部424の、X方向(第一の方向)の長さを長くしている(図11(c))。これにより、瞳透過率の低い瞳領域を通過した光を受光する光電変換部における光量不足と、瞳透過率の高い瞳領域を通過した光を受光する光電変換部における飽和を、同時に解決することが可能となる。
FIG. 11A is a diagram illustrating the arrangement of the
実施形態3と同様に容量の大きい(面積の大きい)光電変換部421、424は、測距画素410、411の光受光領域425に完全には包含されていない方が好ましい。すなわち、X方向の長さが長い光電変換部421、424は、入射光を受光しない非受光領域が含まれることが好ましい。
As in the third embodiment, it is preferable that the
<基線長変化>
また、1つの測距画素内の2つの光電変換部の中心が、光受光領域425の中心からX方向(第一の方向)にずれている場合、瞳分割の特性も制御することが可能となるため、好ましい。特に、図11(d)、(e)のように、2つの光電変換部の中心を、容量が小さい光電変換部422、423側にずらせば、配線レイアウトを大きく変更することなく、瞳分割特性を制御できる。
<Change in baseline length>
In addition, when the centers of the two photoelectric conversion units in one ranging pixel are shifted from the center of the
[実施形態5]
上記実施形態1〜4では、光電変換部の実効的な深さ、Y方向の長さ、X方向の長さのいずれかを変えることで、その容量を変化させている。本実施形態では、これら複数の方法を組み合わせて光電変換部の容量を変化させる。光電変換部の容量は、光電変換部の実効的な深さ、X方向とは垂直な方向の長さ、X方向の長さ、の3つの積で決定される。これらを組み合わせて、瞳透過率が相対的に低い瞳領域を通過する光を選択的に受光する光電変換部の容量よりも、瞳透過率が相対的に高い瞳領域を通過する光を受光する光電変換部の容量を大きくすれば良い。
[Embodiment 5]
In the first to fourth embodiments, the capacitance is changed by changing any one of the effective depth, the length in the Y direction, and the length in the X direction of the photoelectric conversion unit. In the present embodiment, the capacitance of the photoelectric conversion unit is changed by combining these plural methods. The capacity of the photoelectric conversion unit is determined by three products of the effective depth of the photoelectric conversion unit, the length in the direction perpendicular to the X direction, and the length in the X direction. By combining these, light that passes through a pupil region that has a relatively high pupil transmittance than the capacity of a photoelectric conversion unit that selectively receives light that passes through a pupil region that has a relatively low pupil transmittance is received. What is necessary is just to enlarge the capacity | capacitance of a photoelectric conversion part.
[実施形態6]
上記実施形態1〜5では、全ての光電変換部について同じ方法により容量を変化させている。本実施形態では、測距画素によって光電変換部の容量のさせ方を変える。図12(a)は本実施形態にかかる固体撮像素子403における測距画素の配置を示す図であり、図12(b)は測距画素の構成を示す断面図である。図に示すように本実施形態では、X方向の長さによって容量を変化させた測距画素412と、光電変換部の深さによって容量を変化させた測距画素413を近接して配置している。
[Embodiment 6]
In the said Embodiments 1-5, the capacity | capacitance is changed by the same method about all the photoelectric conversion parts. In the present embodiment, the method of setting the capacity of the photoelectric conversion unit is changed by the distance measurement pixel. FIG. 12A is a diagram showing the arrangement of the ranging pixels in the solid-
更に、測距画素412の2つの光電変換部の中心は、光受光領域425の中心からX方向にずれている。また、測距画素413の2つの光電変換部の中心は、光受光領域425の中心に一致している。即ち、測距画素412内の2つの光電変換部の中心の光受光領域の中心からのずれは、測距画素413内の2つの光電変換部の中心の光受光領域の中心からのずれの大きさとは異なっている。
Further, the centers of the two photoelectric conversion units of the ranging
なお、図12(a)(b)には、−X方向の周辺領域405の測距画素のみを示したが、+X方向の周辺領域でも、光電変換部の位置関係が第一の方向に反転して配置されている。このような構成とすることで、ズーム状態や被写体によらず、更に高精度な測距が可能となる。以下でその原理について説明する。
FIGS. 12A and 12B show only the ranging pixels in the
図13に、各測距画素中の光電変換部の感度特性を示す。光電変換部426が受光する瞳領域は、光電変換部428が受光する瞳領域よりも中央に寄っており、光電変換部427が受光する瞳領域は、光電変換部429が受光する瞳領域よりも周辺に寄っている。また、光電変換部426が受光する光量は、光電変換部428が受光する光量よりも多く、光電変換部427が受光する光量は、光電変換部429が受光する光量よりも少ない。
FIG. 13 shows the sensitivity characteristics of the photoelectric conversion unit in each ranging pixel. The pupil region received by the
光電変換部428で取得した測距像と光電変換部427で取得した測距像を使用して測距を行った場合、分割された瞳領域間の距離が長いため、測距精度が向上する。一方、光電変換部426で取得した測距像と光電変換部429で取得した測距像を使用した場合、受光する光量が多く測距像の品質が向上する。
When distance measurement is performed using the distance measurement image acquired by the
従って、ズーム状態や被写体によって、使用する光電変換部を切り替えることで、瞳領域間の距離と測距像の品質のどちらを優先して測距するかを、選択することが可能となる。 Therefore, by switching the photoelectric conversion unit to be used according to the zoom state or the subject, it is possible to select which of the distances between the pupil regions and the quality of the distance measurement image is to be prioritized.
<測距画素の近接配置>
測距画素412と測距画素413とは、同じ被写体からの光束の一部を受光するように、近傍に配置することが望ましい。望ましくは、4画素以内、更に望ましくは、2画素以内の距離に配置することが望ましい。図12には、測距画素412と測距画素413を隣接して配置した例を示している。
<Proximity placement of ranging pixels>
It is desirable that the ranging
[実施形態7]
本実施形態では、Y方向に瞳分割して測距を行う固体撮像素子503に本発明を適用し
た場合を示す。
[Embodiment 7]
In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a solid-
以下では、実施形態1と同様に、結像光学系101の射出瞳130が固体撮像素子403から無限遠の位置にある場合に最適化されている場合を示す。射出瞳130が固体撮像素子から近い位置にある場合に最適化されている場合には、実施形態1と実施形態2の関係と同様に、Y方向に沿って光電変換部の容量の大小関係を反転させればよい。
In the following, as in the first embodiment, a case where the
図14(a)は、固体撮像素子503に含まれる測距画素510、511の配置を示した図である。図14(b)(c)は、測距画素510、511の構成を示した断面図である。測距画素510、511の基板内には、マイクロレンズ112の光軸を中心として、Y方向に対称な位置に配置された光電変換部521、523及び光電変換部522、524が形成されている。基板面内方向における光電変換部521、523と光電変換部522、524の形状は等しい。このような構成とすることで、光電変換部521、523と、光電変換部522、524の感度のYZ断面における入射角依存性を互いに異ならせることができる。
FIG. 14A is a diagram illustrating an arrangement of the ranging
また、受光する光量が相対的に多い光電変換部521、524の容量が、受光する光量が相対的に少ない光電変換部522、523の容量よりも大きくなっている。具体的には、固体撮像素子503の−Y方向の周辺領域505に配置されている測距画素510については、+Y方向側の光電変換部522よりも、−Y方向側の光電変換部521の容量が大きくなっている。また、固体撮像素子503の+Y方向の周辺領域506に配置されている測距画素511については、−Y方向側の光電変換部523よりも、+Y方向側の光電変換部524の容量が大きくなっている。なお、容量を変化させる方法は、上記で説明した任意の方法を採用可能である。
Further, the capacities of the
これにより、瞳透過率の低い瞳領域を通過した光を受光する光電変換部522,523における光量不足と、瞳透過率の高い瞳領域を通過した光を受光する光電変換部521、524における飽和を、同時に解決できる。以上により、X方向に伸びた線分で構成される被写体についても、ズーム状態、フォーカス状態によらず、固体撮像素子全面において、測距精度の向上と撮像画像品質の向上が実現できる。
As a result, the light quantity shortage in the
X方向の瞳分割を行う測距画素と、Y方向の瞳分割を行う測距画素を同時に配置しても良い。これらの測距画素はいずれも、2つの光電変換部の対、瞳透過率が相対的に高い瞳領域に対応する光電変換部の容量が大きく構成される。このような構成とすることで、X方向に伸びた線分で構成される被写体および、Y方向に伸びた線分で構成される被写体のどちらについても測距を行うことができる。この場合も、瞳透過率の大小関係に応じて、光電変換部の容量を決めれば良い。 Ranging pixels that perform pupil division in the X direction and ranging pixels that perform pupil division in the Y direction may be arranged at the same time. Each of these ranging pixels is configured to have a large capacity of a photoelectric conversion unit corresponding to a pair of two photoelectric conversion units and a pupil region having a relatively high pupil transmittance. By adopting such a configuration, it is possible to perform distance measurement for both a subject constituted by a line segment extending in the X direction and a subject constituted by a line segment extending in the Y direction. In this case as well, the capacity of the photoelectric conversion unit may be determined according to the magnitude relationship of pupil transmittance.
[その他]
以上の実施形態では、瞳分割の方法としてマイクロレンズによる方法を用いたが、これに限定されるものではない。図15(a)に示すように導波路114を用い、導波モードによって分割を行っても良い。第一の瞳領域を通って導波路に入射する光が結合する支配的な導波モードと、第二の瞳領域を通って導波路に入射する光が結合する支配的な導波モードが異なる。そのため、第一の瞳領域を通った光束を選択的に第一の光電変換部に導き、第二の瞳領域を通った光束を選択的に第二の光電変換部に導くことができる。図15(b)に示すように瞳分割用の導波路115と、光電変換部への導光用の導波路116を用いても良いし、図15(c)に示すように、瞳分割用のマイクロレンズと、光電変換部への導光用の導波路を同時に用いても良い。導波路を用いる事で、画素に入射した光を効率良く光電変換部に導くことが可能となり、より高品質な測距像を得ることができ、より高精度な測距ができる。図15に示す変形例においても、実施形態2で示したマイクロレン
ズの偏心を組み合わせても良い。
[Others]
In the above embodiment, a method using a microlens is used as a pupil division method, but the method is not limited to this. As shown in FIG. 15A, the
上記で種々の実施形態およびその変形例を説明したが、これらの内容はいずれも可能な限り組み合わせて本発明を構成することが可能である。 Although various embodiments and modifications thereof have been described above, it is possible to configure the present invention by combining these contents as much as possible.
101:結像光学系
103:固体撮像素子
110、111:測距画素
121、122、123、124:光電変換部
101: imaging optical system 103: solid-
Claims (23)
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の容量が前記第2の光電変換部の容量よりも大きく、
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の容量が前記第1の光電変換部の容量よりも大きい、
固体撮像素子。 A solid-state imaging device including a plurality of pixels that photoelectrically convert a subject image formed by an imaging optical system,
At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
More than 80% of the ranging pixels in the first region and within a region that is more than a predetermined distance away from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The capacity of the first photoelectric conversion unit is larger than the capacity of the second photoelectric conversion unit,
80% or more of the ranging pixels in the second region and within the region separated by the predetermined distance or more from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The capacity of the second photoelectric conversion unit is larger than the capacity of the first photoelectric conversion unit,
Solid-state image sensor.
前記第2の領域内の測距画素のうちの8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の容量が前記第1の光電変換部の容量よりも大きい、
請求項1に記載の固体撮像素子。 More than 80% of the ranging pixels in the first area have a capacitance of the first photoelectric conversion unit larger than that of the second photoelectric conversion unit,
80% or more of the ranging pixels in the second region have a capacity of the second photoelectric conversion unit larger than a capacity of the first photoelectric conversion unit.
The solid-state imaging device according to claim 1 .
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離未満の領域内の測距画素の半分より多くの測距画素は、前記第1の光電変換部の容量が前記第2の光電変換部の容量以上である、
請求項2に記載の固体撮像素子。 More than half the distance measurement pixels in the first area and within the area less than the predetermined distance from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The capacity of the second photoelectric conversion unit is equal to or greater than the capacity of the first photoelectric conversion unit,
More than half of the distance measurement pixels in the second area and within the area less than the predetermined distance from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The capacity of the first photoelectric conversion unit is greater than or equal to the capacity of the second photoelectric conversion unit.
The solid-state imaging device according to claim 2 .
請求項2または3に記載の固体撮像素子。 The predetermined distance is at least 0.40 times the length of the solid-state image sensor in the first direction.
The solid-state imaging device according to claim 2 or 3 .
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 A distance measuring pixel having a larger distance from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction has a larger capacitance difference between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 4 .
請求項5に記載の固体撮像素子。 A distance measuring pixel that has a larger distance from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction, than the distance measuring pixel that has a smaller distance, has the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric sensor. A distance measuring pixel having a larger distance due to a smaller capacity of the converter and a decrease rate corresponding to the distance from the straight line is different between the first photoelectric converter and the second photoelectric converter. A large difference in capacitance between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit;
The solid-state imaging device according to claim 5 .
請求項1から6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 Since the length in the direction perpendicular to the imaging surface is different between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, there is a difference in capacitance between the first and second photoelectric conversion units.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 6 .
請求項1から7のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 Since the impurity concentration is different between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, there is a difference in capacitance between the first and second photoelectric conversion units.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 7 .
請求項1から8のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 Since the area on the imaging surface is different between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, there is a difference in capacitance between the first and second photoelectric conversion units.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 8 .
請求項9に記載の固体撮像素子。 The length in the first direction in the imaging surface is different between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
The solid-state imaging device according to claim 9 .
請求項9または10に記載の固体撮像素子。 The centers of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are shifted from the center of the ranging pixel toward the photoelectric conversion unit having a small capacity along the first direction.
The solid-state image sensor according to claim 9 or 10 .
請求項9から11のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 Of the first and second photoelectric conversion units, the photoelectric conversion unit having a larger area on the imaging surface includes a non-light-receiving region where light does not enter.
The solid-state image sensor of any one of Claim 9 to 11 .
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の撮像面と垂直な方向の長さが前記第2の光電変換部の撮像面と垂直な方向の長さよりも長く、More than 80% of the ranging pixels in the first region and within a region that is more than a predetermined distance away from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The length in the direction perpendicular to the imaging surface of the first photoelectric conversion unit is longer than the length in the direction perpendicular to the imaging surface of the second photoelectric conversion unit,
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線A straight line within the second region and passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction
から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の撮像面と垂直な方向の長さが前記第1の光電変換部の撮像面と垂直な方向の長さよりも長い、More than 80% of the distance measurement pixels in the region separated by the predetermined distance or more from the first photoelectric conversion unit have a length in a direction perpendicular to the imaging surface of the second photoelectric conversion unit. Longer than the length in the direction perpendicular to the imaging surface,
固体撮像素子。Solid-state image sensor.
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第1の光電変換部の不純物濃度が前記第2の光電変換部の不純物濃度よりも高く、More than 80% of the ranging pixels in the first region and within a region that is more than a predetermined distance away from a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The impurity concentration of the first photoelectric conversion unit is higher than the impurity concentration of the second photoelectric conversion unit,
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の8割以上の測距画素は、前記第2の光電変換部の不純物濃度が前記第1の光電変換部の不純物濃度よりも高い、80% or more of the ranging pixels in the second region and within the region separated by the predetermined distance or more from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The impurity concentration of the second photoelectric conversion unit is higher than the impurity concentration of the first photoelectric conversion unit;
固体撮像素子。Solid-state image sensor.
前記第2の領域は、前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線よりも、前記第1の方向の正の方向に位置する、
請求項1から14のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The first region is located in a negative direction of the first direction from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
The second region is located in a positive direction of the first direction from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 14 .
前記第2の領域は、前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線よりも、前記第1の方向の負の方向に位置する、
請求項1から15のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The first region is located in a positive direction of the first direction from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
The second region is located in a negative direction of the first direction from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 15 .
請求項1から16のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The distance measuring pixel has a microlens, and the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the microlens.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 16 .
請求項1から17のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The ranging pixel has a waveguide, and guides incident light to the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit according to an incident angle to the ranging pixel.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 17 .
前記複数の画素のうち少なくとも一部は、第1の光電変換部と第2の光電変換部が第1の方向に沿って並んで設けられた測距画素であり、At least a part of the plurality of pixels is a ranging pixel in which a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit are provided side by side along a first direction,
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線により前記固体撮像素子の領域を第1の領域および第2の領域に分けた場合に、When the region of the solid-state imaging device is divided into a first region and a second region by a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction,
前記第1の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の測距画素の半分より多くの測距画素は、前記第1の光電変換部の撮像面における面積が前記第2の光電変換部の撮像面における面積よりも大きく、More than half the distance measurement pixels in the first area and within the area that is more than a predetermined distance away from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the first direction, The area of the imaging surface of the first photoelectric conversion unit is larger than the area of the imaging surface of the second photoelectric conversion unit,
前記第2の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向と垂直な直線から前記所定の距離以上離れた領域内の測距画素の半分より多くの測距画素は、前記第2の光電変換部の撮像面における面積が前記第1の光電変換部の撮像面における面積よりも大きく、More than half the distance measurement pixels in the second area and within the area that is more than the predetermined distance from the straight line passing through the center of the solid-state imaging device and perpendicular to the first direction, The area of the imaging surface of the second photoelectric conversion unit is larger than the area of the imaging surface of the first photoelectric conversion unit;
前記測距画素は導波路を有しており、前記測距画素への入射角に応じて入射光を前記第1の光電変換部または第2の光電変換部に導く、The ranging pixel has a waveguide, and guides incident light to the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit according to an incident angle to the ranging pixel.
固体撮像素子。Solid-state image sensor.
前記固体撮像素子の中心を通り前記第1の方向に平行な直線により前記固体撮像素子の領域を第3の領域および第4の領域に分けた場合に、
前記第3の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第2の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の第2の測距画素のうちの少なくとも半分より多くの測距画素は、前記第3の光電変換部の容量が前記第4の光電変換部の容量よりも大きく、
前記第4の領域内であって前記固体撮像素子の中心を通り前記第2の方向と垂直な直線から所定の距離以上離れた領域内の第2の測距画素のうちの少なくとも半分より多くの測距画素は、前記第4の光電変換部の容量が前記第3の光電変換部の容量よりも大きい、
請求項1から19のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 At least a part of the plurality of pixels includes a second distance measuring unit in which a third photoelectric conversion unit and a fourth photoelectric conversion unit are provided side by side along a second direction perpendicular to the first direction. Pixel,
When the region of the solid-state imaging device is divided into a third region and a fourth region by a straight line passing through the center of the solid-state imaging device and parallel to the first direction,
More than at least half of the second ranging pixels in the third region and in the region that is more than a predetermined distance away from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the second direction. The ranging pixel has a capacity of the third photoelectric conversion unit larger than a capacity of the fourth photoelectric conversion unit,
More than at least half of the second ranging pixels in the fourth region and in the region that is more than a predetermined distance away from a straight line that passes through the center of the solid-state imaging device and is perpendicular to the second direction. The distance measurement pixel has a capacity of the fourth photoelectric conversion unit larger than a capacity of the third photoelectric conversion unit.
The solid-state image sensor of any one of Claim 1 to 19 .
前記結像光学系によって結像される被写体像を光電変換する請求項1から20のいずれか1項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記第1および第2の光電変換部から得られる信号に基づいて被写体の距離を算出する距離算出部と、
を備える測距装置。 An imaging optical system;
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 20 , wherein a subject image formed by the imaging optical system is photoelectrically converted.
A distance calculation unit that calculates a distance of a subject based on signals obtained from the first and second photoelectric conversion units of the solid-state imaging device;
Ranging device comprising.
前記第2の光電変換部は、前記結像光学系の射出瞳の一部であって、前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域からの光を選択的に受光するように構成され、
前記第1および第2の瞳領域のうち瞳透過率の高い瞳領域に対応する光電変換部の容量が、瞳透過率の低い瞳領域に対応する光電変換部の容量よりも大きい、
請求項21に記載の測距装置。 The first photoelectric conversion unit is configured to selectively receive light from a first pupil region that is a part of an exit pupil of the imaging optical system,
The second photoelectric conversion unit is configured to selectively receive light from a second pupil region that is a part of an exit pupil of the imaging optical system and is different from the first pupil region. And
Of the first and second pupil regions, the capacity of the photoelectric conversion unit corresponding to the pupil region having a high pupil transmittance is larger than the capacity of the photoelectric conversion unit corresponding to the pupil region having a low pupil transmittance,
The distance measuring device according to claim 21 .
前記固体撮像素子から得られる信号に基づいて被写体像を取得する被写体像取得部、
を備える撮像装置。 A distance measuring device according to claim 21 or 22 ,
A subject image acquisition unit for acquiring a subject image based on a signal obtained from the solid-state image sensor;
An imaging apparatus comprising:
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