JP7326154B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

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Description

本技術は、撮像素子および撮像装置に関し、特に、測距誤差を低減させることができるようにする撮像素子および撮像装置に関する。
従来、間接ToF（Time of Flight）方式を利用した測距システムが知られている。このような測距システムでは、ある位相でLED（Light Emitting Diode）やレーザを用いて照射されたアクティブ光が対象物にあたって反射した光を受光することで得られる信号電荷を高速に異なる領域に振り分けることのできるセンサが必要不可欠である。
そこで、例えばセンサの基板に直接電圧を印加して基板内に電流を発生させることで、基板内の広範囲の領域を高速に変調できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなセンサは、CAPD（Current Assisted Photonic Demodulator）センサとも呼ばれている。
CAPDセンサにおいては、画素を構成する基板内に、電圧が印加される印加電極と、電荷を収集するための吸引電極とを有する信号取り出し部（Tap）が、対になって設けられている。一方のTap（Active Tapという）の印加電極に電圧が印加されると、２つのTapの印加電極間に電界が発生し、基板内での光電変換により発生した信号電荷が、Active Tapの吸引電極へと導かれる。
特開２０１１－８６９０４号公報
ここで、光電変換により発生した信号電荷のうち、Active Tapへ導かれる信号電荷の割合を転送効率という。転送効率が高いほど画素感度は上がり、測距誤差を低減させることができる。
しかしながら、従来のCAPDセンサの画素には、光を集光させる集光構造が設けられていないため、画素（基板）全面で光電変換が行われていた。そのため、光電変換により発生した信号電荷がActive TapでないTap（Inactive Tapという）の吸引電極へと導かれる可能性が高くなる。その結果、転送効率が低下し、測距誤差が大きくなるおそれがあった。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、測距誤差を低減させるようにするものである。
本技術の一側面の撮像素子は、入射した光を光電変換する画素を複数有する画素アレイ部を備え、前記画素は、入射した前記光を光電変換する基板と、電圧の印加により電界を発生させるための第１の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第１の吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、電圧の印加により電界を発生させるための第２の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第２の吸引電極とを有する第２の信号取り出し部と、前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第１の集光部と、前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部または前記第２の信号取り出し部と、前記画素に隣接する隣接画素の前記第２の信号取り出し部または前記第１の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第２の集光部とを有する。
本技術の一側面の撮像装置は、入射した光を光電変換する画素を複数有する画素アレイ部を備え、前記画素は、入射した前記光を光電変換する基板と、電圧の印加により電界を発生させるための第１の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第１の吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、電圧の印加により電界を発生させるための第２の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第２の吸引電極とを有する第２の信号取り出し部と、前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第１の集光部と、前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部または前記第２の信号取り出し部と、前記画素に隣接する隣接画素の前記第２の信号取り出し部または前記第１の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第２の集光部とを有する撮像素子を備える。
本技術の一側面においては、入射した前記光を光電変換する基板と、電圧の印加により電界を発生させるための第１の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第１の吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、電圧の印加により電界を発生させるための第２の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第２の吸引電極とを有する第２の信号取り出し部とを有する画素において、第１の集光部は、前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させ、第２の集光部は、前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部または前記第２の信号取り出し部と、前記画素に隣接する隣接画素の前記第２の信号取り出し部または前記第１の信号取り出し部との間に前記光を集光させる。
本技術によれば、測距誤差を低減させることが可能となる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
固体撮像素子の構成例を示す図である。 第１の実施の形態の画素の構成例を示す図である。 第１の実施の形態の画素の構成例を示す図である。 第１の実施の形態の画素の構成例を示す図である。 転送効率について説明する図である。 転送効率について説明する図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 第２の実施の形態の画素の構成例を示す図である。 第２の実施の形態の画素の構成例を示す図である。 転送効率について説明する図である。 画素の他の構成例を示す図である。 撮像装置の構成例を示す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の構成例
２．第１の実施の形態（画素中央に集光させる構成）
３．集光部のバリエーション
４．画素分離部のバリエーション
５．その他のバリエーション
６．第２の実施の形態（Tap－Tap間にも集光させる構成）
７．適用可能なCAPDセンサについて
８．撮像装置の構成例
９．移動体への応用例
本技術は、例えば、間接ToF方式により測距を行う測距システムを構成する固体撮像素子や、そのような固体撮像素子を有する撮像装置などに適用することが可能である。
測距システムは、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステムや、ユーザの手などの対象物までの距離を測定し、その測定結果に基づいてユーザのジェスチャを認識するジェスチャ認識用のシステムなどに適用することができる。この場合、ジェスチャ認識の結果は、例えばカーナビゲーションシステムの操作などに用いることができる。
＜１．固体撮像素子の構成例＞
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示す図である。
図１に示される固体撮像素子１１は、裏面照射型のCAPDセンサであり、測距機能を有する撮像装置に設けられる。
固体撮像素子１１は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部２１と、画素アレイ部２１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば画素駆動部２２、カラム処理部２３、水平駆動部２４、およびシステム制御部２５から構成されている。
固体撮像素子１１には、さらに信号処理部２６およびデータ格納部２７も設けられている。信号処理部２６およびデータ格納部２７は、固体撮像素子１１と同じ基板上に搭載してもよいし、撮像装置における固体撮像素子１１とは別の基板上に配置するようにしてもよい。
画素アレイ部２１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する単位画素（以下、単に画素という）が行方向および列方向に、すなわち行列状に２次元配置された構成となっている。すなわち、画素アレイ部２１は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する画素を複数有している。
ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（すなわち、水平方向）をいい、列方向とは画素列の画素の配列方向（すなわち、垂直方向）をいう。つまり、行方向は図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。
画素アレイ部２１においては、行列状の画素配列に対して、画素列ごとに画素駆動線２８や垂直信号線２９が列方向に沿って配線されている。
例えば画素駆動線２８は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号等を伝送する。なお、図１では画素駆動線２８について１本の配線として示しているが、実際には１つの画素に対して複数の画素駆動線が接続されている。画素駆動線２８の一端は、画素駆動部２２の各列に対応した出力端に接続されている。また、各画素列には２つの垂直信号線２９が接続されている。
画素駆動部２２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部２１の各画素を全画素同時あるいは列単位で駆動する。すなわち、画素駆動部２２は、画素駆動部２２を制御するシステム制御部２５とともに、画素アレイ部２１の各画素の動作を制御する駆動部を構成している。なお、画素駆動部２２とは別に、画素アレイ部２１の画素を行単位で駆動する垂直駆動部も設けられるようにしてもよい。
画素駆動部２２による駆動制御に応じて画素列の各画素から出力される信号は、垂直信号線２９を通してカラム処理部２３に入力される。カラム処理部２３は、各画素から垂直信号線２９を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理部２３は、信号処理としてノイズ除去処理やAD（Analog to Digital）変換処理などを行う。
水平駆動部２４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部２３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部２４による選択走査により、カラム処理部２３において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
システム制御部２５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に画素駆動部２２、カラム処理部２３、および水平駆動部２４などの駆動制御を行う。
信号処理部２６は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部２３から出力される画素信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部２７は、信号処理部２６での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
＜２．第１の実施の形態＞
（画素の構成例）
図２は、本技術を適用した第１の実施の形態の画素の構成例を示す図である。
図２は、画素アレイ部２１に設けられた１つの画素５１の断面を示している。画素５１は、外部から入射した光、特に赤外光を受光して光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する。
画素５１は、例えばシリコン基板、すなわちＰ型半導体領域からなるＰ型半導体基板である基板６１と、その基板６１上に形成されたオンチップレンズ６２とを有している。
基板６１は、図中縦方向の厚さ、つまり基板６１の面と垂直な方向の厚さが、例えば20μｍ以下となるようになされている。なお、基板６１の厚さは、20μｍ以上であってももちろんよく、その厚さは、固体撮像素子１１の目標とする特性などに応じて定められればよい。
基板６１の図中上側の表面、つまり基板６１における外部からの光が入射する側の面（以下、入射面ともいう）上には、外部から入射した光を集光して基板６１内に入射させる集光部として、上凸曲面状のオンチップレンズ６２が形成されている。
オンチップレンズ６２は、有機材料であるSTSRに対してエッチバックが行われることにより形成される。オンチップレンズ６２のレンズ径ｗは、例えば１０μｍ程度とされ、オンチップレンズ６２の厚さｈは、例えば４μｍ以上とされる。
画素５１において、基板６１の入射面上における画素５１の端部分には、隣接する画素間での混色を防止するための画素間遮光部６３－１，６３－２が形成されている。
図２の例では、外部からオンチップレンズ６２に入射した光が、画素間遮光部６３－１や画素間遮光部６３－２で遮光されて、画素５１と隣接する他の画素内へと入射しないようになされている。以下、画素間遮光部６３－１，６３－２を特に区別する必要のない場合、単に画素間遮光部６３という。
固体撮像素子１１は裏面照射型のCAPDセンサであるため、基板６１の入射面が、いわゆる裏面となり、この裏面上には配線などからなる配線層は形成されていない。一方、基板６１の入射面とは反対側の面の部分には、画素５１内に形成されたトランジスタなどを駆動するための配線や、画素５１から信号を読み出すための配線などが形成された配線層が積層されて形成されている。
基板６１内における入射面とは反対の面側、すなわち図中下側の面の内側の部分には、酸化膜６４と、Tapと呼ばれる信号取り出し部６５－１，６５－２が形成されている。
図２の例では、基板６１の入射面とは反対側の面近傍における画素５１の中心部分に酸化膜６４が形成されており、その酸化膜６４の両端にそれぞれ信号取り出し部６５－１，信号取り出し部６５－２が形成されている。
信号取り出し部６５－１は、Ｎ型半導体領域であるＮ＋半導体領域７１－１およびＮ－半導体領域７２－１と、Ｐ型半導体領域であるＰ＋半導体領域７３－１およびＰ－半導体領域７４－１とを有している。
具体的には、基板６１の入射面とは反対側の面の表面内側部分における、酸化膜６４の図中右側に隣接する位置に、Ｎ＋半導体領域７１－１が形成されている。また、Ｎ＋半導体領域７１－１の図中上側に、そのＮ＋半導体領域７１－１を覆うように（囲むように）Ｎ－半導体領域７２－１が形成されている。
さらに、基板６１の入射面とは反対側の面の表面内側部分における、Ｎ＋半導体領域７１－１の図中右側に隣接する位置に、Ｐ＋半導体領域７３－１が形成されている。また、Ｐ＋半導体領域７３－１の図中上側に、そのＰ＋半導体領域７３－１を覆うように（囲むように）Ｐ－半導体領域７４－１が形成されている。
なお、詳細は後述するが、基板６１をその面と垂直な方向から見たときに、Ｐ＋半導体領域７３－１およびＰ－半導体領域７４－１を中心として、それらＰ＋半導体領域７３－１およびＰ－半導体領域７４－１の周囲を囲むように、Ｎ＋半導体領域７１－１およびＮ－半導体領域７２－１が形成されている。
同様に、信号取り出し部６５－２は、Ｎ型半導体領域であるＮ＋半導体領域７１－２およびＮ－半導体領域７２－２と、Ｐ型半導体領域であるＰ＋半導体領域７３－２およびＰ－半導体領域７４－２とを有している。
具体的には、基板６１の入射面とは反対側の面の表面内側部分における、酸化膜６４の図中左側に隣接する位置に、Ｎ＋半導体領域７１－２が形成されている。また、Ｎ＋半導体領域７１－２の図中上側に、そのＮ＋半導体領域７１－２を覆うように（囲むように）Ｎ－半導体領域７２－２が形成されている。
さらに、基板６１の入射面とは反対側の面の表面内側部分における、Ｎ＋半導体領域７１－２の図中左側に隣接する位置に、Ｐ＋半導体領域７３－２が形成されている。また、Ｐ＋半導体領域７３－２の図中上側に、そのＰ＋半導体領域７３－２を覆うように（囲むように）Ｐ－半導体領域７４－２が形成されている。
なお、詳細は後述するが、基板６１をその面と垂直な方向から見たときに、Ｐ＋半導体領域７３－２およびＰ－半導体領域７４－２を中心として、それらＰ＋半導体領域７３－２およびＰ－半導体領域７４－２の周囲を囲むように、Ｎ＋半導体領域７１－２およびＮ－半導体領域７２－２が形成されている。
以下、信号取り出し部６５－１，６５－２を特に区別する必要のない場合、単に信号取り出し部６５ともいう。
また以下、Ｎ＋半導体領域７１－１およびＮ＋半導体領域７１－２を特に区別する必要のない場合、単にＮ＋半導体領域７１といい、Ｎ－半導体領域７２－１およびＮ－半導体領域７２－２を特に区別する必要のない場合、単にＮ－半導体領域７２という。
同様に、Ｐ＋半導体領域７３－１およびＰ＋半導体領域７３－２を特に区別する必要のない場合、単にＰ＋半導体領域７３といい、Ｐ－半導体領域７４－１およびＰ－半導体領域７４－２を特に区別する必要のない場合、単にＰ－半導体領域７４という。
Ｎ＋半導体領域７１－１とＰ＋半導体領域７３－１との間には、それらの領域を分離するための分離部７５－１が、酸化膜などにより形成されている。同様に、Ｎ＋半導体領域７１－２とＰ＋半導体領域７３－２との間にも、それらの領域を分離するための分離部７５－２が、酸化膜などにより形成されている。以下、分離部７５－１，７５－２を特に区別する必要のない場合、単に分離部７５という。
基板６１に設けられたＮ＋半導体領域７１は、外部から画素５１に入射してきた光の光量、すなわち基板６１による光電変換により発生した信号キャリアの量を検出するための検出部として機能する。つまり、Ｎ＋半導体領域７１は、基板６１による光電変換により発生した電荷（電子）を収集する吸引電極として構成される。
また、Ｐ＋半導体領域７３は、多数キャリア電流を基板６１に注入するための、すなわち基板６１に直接電圧を印加して基板６１内に電界を発生させるための印加電極として構成される。
画素５１において、Ｎ＋半導体領域７１－１には、直接、図示せぬ浮遊拡散領域であるＦＤ（Floating Diffusion）部（以下、特にＦＤ部Ａという）が接続されている。ＦＤ部Ａは、図示せぬ増幅トランジスタなどを介して垂直信号線２９に接続されている。
同様に、Ｎ＋半導体領域７１－２には、直接、ＦＤ部Ａとは異なる他のＦＤ部（以下、特にＦＤ部Ｂという）が接続されている。ＦＤ部Ｂは、図示せぬ増幅トランジスタなどを介して垂直信号線２９に接続されている。ここで、ＦＤ部ＡとＦＤ部Ｂとは互いに異なる垂直信号線２９に接続されている。
（間接ToF方式による測距）
間接ToF方式により対象物までの距離を測定する場合、固体撮像素子１１が設けられた撮像装置から対象物に向けて赤外光が射出される。そして、その赤外光が対象物で反射されて反射光として撮像装置に戻ってくると、固体撮像素子１１の基板６１は、入射してきた反射光（赤外光）を受光して光電変換する。
このとき、画素駆動部２２は、画素５１を駆動させ、光電変換により得られた電荷に応じた信号をＦＤ部ＡとＦＤ部Ｂとに振り分ける。
例えばあるタイミングでは、画素駆動部２２は、画素駆動線２８やコンタクトなどを介して２つのＰ＋半導体領域７３に電圧を印加する。
具体的には、画素駆動部２２は、画素駆動線２８を介してＰ＋半導体領域７３－１に０Ｖよりも大きい正の電圧を印加し、Ｐ＋半導体領域７３－２には画素駆動線２８を介して０Ｖの電圧を印加する。すなわち、Ｐ＋半導体領域７３－１には正の電圧が印加され、Ｐ＋半導体領域７３－２には実質的には電圧は印加されない。
このように、Ｐ＋半導体領域７３に電圧を印加すると、基板６１における２つのＰ＋半導体領域７３の間に電界が発生し、Ｐ＋半導体領域７３－１からＰ＋半導体領域７３－２へと電流が流れる。この場合、基板６１内の正孔（ホール）はＰ＋半導体領域７３－２の方向へと移動し、電子はＰ＋半導体領域７３－１の方向へと移動する。
このような状態で、外部からの赤外光が基板６１内に入射し、基板６１内で光電変換されて電子と正孔のペアに変換されると、得られた電子はＰ＋半導体領域７３間の電界によりＰ＋半導体領域７３－１の方向へと導かれ、Ｎ＋半導体領域７１－１内へと移動する。
このとき、光電変換で発生した電子が、画素５１に入射した赤外光の量、すなわち赤外光の受光量に応じた信号を検出するための信号キャリアとして用いられる。
これにより、Ｎ＋半導体領域７１－１には、Ｎ＋半導体領域７１－１内へと移動してきた電子に応じた電荷が蓄積され、この電荷がＦＤ部Ａや増幅トランジスタ、垂直信号線２９などを介して、カラム処理部２３で検出される。
すなわち、Ｎ＋半導体領域７１－１の蓄積電荷が、そのＮ＋半導体領域７１－１に直接接続されたＦＤ部Ａに転送され、ＦＤ部Ａに転送された電荷に応じた信号が、増幅トランジスタや垂直信号線２９を介してカラム処理部２３により読み出される。そして、読み出された信号に対して、カラム処理部２３においてAD変換処理などの処理が施され、その結果得られた画素信号が、信号処理部２６へと供給される。
この画素信号は、Ｎ＋半導体領域７１－１により検出された電子に応じた電荷量、すなわちＦＤ部Ａに蓄積された電荷の量を示す信号となる。つまり、画素信号は、画素５１で受光された赤外光の光量を示す信号である。
また次のタイミングでは、これまで基板６１内で生じていた電界と反対方向の電界が発生するように、画素駆動部２２により画素駆動線２８やコンタクトなどを介して２つのＰ＋半導体領域７３に電圧が印加される。具体的には、Ｐ＋半導体領域７３－２には正の電圧が印加され、Ｐ＋半導体領域７３－１には０Ｖの電圧が印加される。
これにより、基板６１における２つのＰ＋半導体領域７３の間で電界が発生し、Ｐ＋半導体領域７３－２からＰ＋半導体領域７３－１へと電流が流れる。
このような状態で、外部からの赤外光が基板６１内に入射し、基板６１内で光電変換されて電子と正孔のペアに変換されると、得られた電子はＰ＋半導体領域７３間の電界によりＰ＋半導体領域７３－２の方向へと導かれ、Ｎ＋半導体領域７１－２内へと移動する。
これにより、Ｎ＋半導体領域７１－２には、Ｎ＋半導体領域７１－２内へと移動してきた電子に応じた電荷が蓄積され、この電荷がＦＤ部Ｂや増幅トランジスタ、垂直信号線２９などを介して、カラム処理部２３で検出される。
すなわち、Ｎ＋半導体領域７１－２の蓄積電荷が、そのＮ＋半導体領域７１－２に直接接続されたＦＤ部Ｂに転送され、ＦＤ部Ｂに転送された電荷に応じた信号が、増幅トランジスタや垂直信号線２９を介してカラム処理部２３により読み出される。そして、読み出された信号に対して、カラム処理部２３においてAD変換処理などの処理が施され、その結果得られた画素信号が、信号処理部２６へと供給される。
このようにして、同じ画素５１において互いに異なる期間の光電変換で得られた画素信号が得られると、信号処理部２６は、それらの画素信号に基づいて対象物までの距離を示す距離情報を算出し、後段へと出力する。
特に信号処理部２６においては、画素アレイ部２１の画素について得られた距離情報を、その画素に対応する画像上の画素の画素値とすれば、固体撮像素子１１の観察視野の各領域にある被写体までの距離を示す画像（以下、距離画像という）が得られる。このようにして得られる距離画像はデプスマップとも呼ばれる。
以上のように、互いに異なるＮ＋半導体領域７１へと信号キャリアを振り分けて、それらの信号キャリアに応じた信号に基づいて距離情報を算出する方法が、間接ToF方式と呼ばれている。
（信号取り出し部の部分の構成例）
画素５１における信号取り出し部６５の部分を、図中上から下方向、つまり基板６１の面と垂直な方向に見ると、例えば図３に示すように、Ｐ＋半導体領域７３の周囲がＰ＋半導体領域７１により囲まれるような構造となっている。図３において、図２に示される部分と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図３の例では、画素５１の中央部分に図示せぬ酸化膜６４が形成されており、画素５１の中央からやや端側の部分に信号取り出し部６５が形成されている。特に、ここでは画素５１内には２つの信号取り出し部６５が形成されている。
そして、信号取り出し部６５においては、その中心位置に矩形状にＰ＋半導体領域７３が形成されており、そのＰ＋半導体領域７３を中心として、Ｐ＋半導体領域７３の周囲が、矩形枠形状のＮ＋半導体領域７１により囲まれている。すなわち、Ｎ＋半導体領域７１は、Ｐ＋半導体領域７３の周囲を囲むように形成されている。
なお、基板６１と垂直な方向から見たときのＮ＋半導体領域７１とＰ＋半導体領域７３の形状は、図３に示したような矩形状に限らず、どのような形状であってもよい。
例えば、図４に示されるように、Ｎ＋半導体領域７１とＰ＋半導体領域７３が円形状とされるようにしてもよい。なお、図４において、図３に示される部分と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図４の例では、信号取り出し部６５において、その中心位置に円形状のＰ＋半導体領域７３が形成されており、そのＰ＋半導体領域７３を中心として、Ｐ＋半導体領域７３の周囲が、円環状のＮ＋半導体領域７１により囲まれている。
なお、図３や図４に示されるように、オンチップレンズ６２は、画素５１を平面視で見た場合、１つの画素５１の領域のほぼ全体を覆うようにして形成されている。すなわち、本実施の形態においては、画素５１毎に１つのオンチップレンズ６２が設けられている。
（転送効率について）
ところで、CAPDセンサを用いた間接ToF方式による測距において、測距誤差をより小さくするためには、画素感度を上げる必要がある。この画素感度は、画素面積、量子効率、開口率、および転送効率の積に比例するとされている。
転送効率（Cmod（Contrast between active and inactive tap））は、基板内での光電変換により発生した信号電荷のうち、電圧が印加された信号取り出し部（Active Tap）へ導かれる信号電荷の割合をいう。
図５は、従来のCAPDセンサに設けられる画素の構成例を示している。図５に示される画素は、図２に示される画素５１からオンチップレンズ６２を除いた構成と同様である。
ここでは、信号取り出し部６５－２が、信号の読み出しが行われるActive Tap、信号取り出し部６５－１が、信号の読み出しが行われないInactive Tapであるものとする。
ここで、Active Tap（信号取り出し部６５－２）に流れ込む電流（電荷量）をＩ0、Inactive Tap（信号取り出し部６５－１）に流れ込む電流（電荷量）をＩ1とすると、転送効率（Cmod）は、Active Tapに流れ込む電流Ｉ0と、Inactive Tapに流れ込む電流Ｉ1との比で表される。
基板内での光電変換により発生した信号電荷が、全てActive Tapへと導かれることが理想である。この場合、Inactive Tapに流れ込む電流Ｉ1は０となり、転送効率は１００％となる。
しかしながら、図５に示される画素には、光を集光させる集光構造が設けられていないため、画素（基板）全面で光電変換が行われる。そのため、光電変換により信号取り出し部６５－１付近で発生した信号電荷に対応する電流Ｉ1が、Inactive Tap（信号取り出し部６５－１）に流れ込んでしまう。その結果、転送効率が低下し、測距誤差が大きくなってしまう。
一方、本実施の形態の画素５１には、外部から入射した光を集光して基板６１内に入射させるオンチップレンズ６２が設けられる。
オンチップレンズ６２によれば、図６に示されるように、外部からオンチップレンズ６２に入射した赤外光は、基板６１内の画素５１の中央付近、具体的には、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に集光される。これにより、信号取り出し部６５－１付近での光電変換が抑制され、Inactive Tap（信号取り出し部６５－１）に流れ込む電流Ｉ1を小さくすることができるので、転送効率を高めることができる。
したがって、以上の構成によれば、オンチップレンズ６２により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
＜３．集光部のバリエーション＞
以上においては、集光部として、オンチップレンズ６２が形成された画素５１の構成について説明したが、集光部は、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させる機能を有していればよい。
そこで、以下においては、画素５１に形成される集光部のバリエーションについて説明する。
（例１）
図７は、画素５１の他の構成例を示している。
図７の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、上凸曲面状のオンチップレンズ１１１が形成されている。
オンチップレンズ１１１は、リフロー処理により形成されたリフローレンズである。これにより、集光範囲にあわせたオンチップレンズ１１１の厚膜化を図ることができる。
このような構成においても、オンチップレンズ１１１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例２）
図８は、画素５１の他の構成例を示している。
図８の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、上凸曲面状のオンチップレンズ１３１が形成されている。
オンチップレンズ１３１は、レンズ材料として、高屈折率材料を用いて形成される。これにより、オンチップレンズ１３１の集光能力を向上させることができる。
このような構成においても、オンチップレンズ１３１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例３）
図９は、画素５１の他の構成例を示している。
図９の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、上凸曲面状のオンチップレンズ１５１が形成されている。
オンチップレンズ１５１は、基板６１を構成する基板材料（例えばシリコン）に対して、エッチングによりレンズ形状を転写することで形成される。オンチップレンズ１５１においては、暗電流の抑制を目的として負の固定電荷膜でレンズ表面のピンニングがとられ、その表面上には図示せぬ反射防止膜が形成される。
このような構成においても、オンチップレンズ１５１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例４）
図１０は、画素５１の他の構成例を示している。
図１０の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、上凸曲面状のオンチップレンズ１７１が形成されている。また、図１０の例では、オンチップレンズ１７１上に、オーバーコート層１７２が形成されている。
オンチップレンズ１７１は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、シロキサン系樹脂などの有機材料で形成される。また、オンチップレンズ１７１は、SiN系またはSiON系の無機材料で形成されてもよい。
オーバーコート層１７２は、オンチップレンズ１７１と同様または異なる材料で形成される。オーバーコート層１７２を形成する材料により、オーバーコート層１７２に、反射防止の機能や、変形や着色などの劣化防止の機能など、種々の機能を持たせることができる。
このような構成においても、オンチップレンズ１７１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例５）
図１１は、画素５１の他の構成例を示している。
図１１の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、上凸曲面状のオンチップレンズ１９１が形成されている。また、図１０の例では、オンチップレンズ１９１上に、平坦化膜１９２が形成されている。
オンチップレンズ１９１は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、シロキサン系樹脂などの有機材料で形成される。また、オンチップレンズ１７１は、SiN系またはSiON系の無機材料で形成されてもよい。
平坦化膜１９２は、オンチップレンズ１９１を形成する材料の屈折率より低い材料で形成される。
オンチップレンズ１９１上に平坦化膜１９２を形成することにより、固体撮像素子１１は、受光面側の空隙（キャビティ）をシール樹脂やシールガラスで封止したキャビティレス構造を採ることができる。
このような構成においても、オンチップレンズ１９１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例６）
図１２は、画素５１の他の構成例を示している。
図１２の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、下凸曲面状のオンチップレンズ２１１が形成されている。
オンチップレンズ２１１は、基板６１上の平坦化膜２１２に形成された凹部に、例えば、平坦化膜２１２より高い屈折率のシール樹脂２１３が封止されることによって形成される。
このような構成においても、オンチップレンズ２１１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例７）
図１３は、画素５１の他の構成例を示している。
図１３の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、回折レンズ２３１が形成されている。
回折レンズ２３１は、光の回折現象を利用して、入射された光を集光させる機能を有する。回折レンズ２３１は、平坦なレンズ材料の表面に同心円状に並ぶ複数の溝が設けられることで形成される。
このような構成においても、回折レンズ２３１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例８）
図１４は、画素５１の他の構成例を示している。
図１４の画素５１においては、集光部として、図２の画素５１におけるオンチップレンズ６２に代えて、屈折率分布型レンズ２５１が形成されている。
屈折率分布型レンズ２５１は、光軸を中心とした同心円状に、高屈折率層と低屈折率層とが所定の周期で交互に配列されて構成される。屈折率分布型レンズ２５１は、例えばSWLL（Sub-Wave Length Lens）として構成される。
このような構成においても、屈折率分布型レンズ２５１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
（例９）
図１５は、画素５１の他の構成例を示している。
図１５の画素５１においては、図２の画素５１における集光部としてのオンチップレンズ６２と基板６１との間に、上凸曲面状の層内レンズ２７１が形成されている。
層内レンズ２７１により、オンチップレンズ６２の集光能力を向上させることができる。
また、図１５の例で、画素５１は、層内レンズ２７１が形成される層を画素毎に分離する分離壁２７２を有している。分離壁２７２は、ＷやAlなどからなる金属膜で形成されてもよいし、SiO2やSiNなどからなるSi酸化膜で形成されてもよい。分離壁２７２により、画素間の混色の発生を抑制することができる。
このような構成においても、オンチップレンズ６２と層内レンズ２７１により、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができ、測距誤差を低減させることが可能となる。
なお、図１５の例において、オンチップレンズ６２に代えて、図６乃至図１４を参照して説明した構成が適用されるようにしてもよい。また、図１５の例において、層内レンズ２７１は、上凸曲面状の形状を採るものとしたが、下凸曲面状の形状を採るようにしてもよい。
＜４．画素分離部のバリエーション＞
画素アレイ部２１に形成された画素と画素の間に、隣接画素間の分離特性を向上させ、混色を抑制するための画素分離部を設けるようにしてもよい。
そこで、以下においては、画素５１に形成される画素分離部のバリエーションについて説明する。
（例１）
図１６は、画素５１の他の構成例を示している。
図１６の画素５１においては、図２の画素５１と同様の構成に加えて、基板６１を画素毎に分離する画素分離部３１０が、複数の画素５１の間を区画するように形成されている。
画素分離部３１０は、溝部３１１、固定電荷膜３１２、および絶縁膜３１３から構成される。画素分離部３１０は、基板６１の裏面（図中上面）の側において、基板６１の内部に埋め込むように形成されている。
具体的には、基板６１の裏面（上面）側には、基板６１における画素５１同士の境界部分の一部を貫通するように、溝部３１１が形成されている。溝部３１１の内部は、固定電荷膜３１２で被覆され、さらに、溝部３１１に絶縁膜３１３を充填することで、画素分離部３１０が構成されている。
図中上面側から固体撮像素子１１を見た場合、画素分離部３１０は、平面形状が格子状になっており、複数の画素５１の間に介在している。
画素分離部３１０の絶縁膜３１３としては、例えば、シリコン酸化膜（SiO）や、シリコン窒化膜（SiN）などを採用することができる。画素分離部３１０は、例えば、STI（Shallow Trench Isolation）で形成されてもよい。
このような構成により、隣接画素間の分離特性を向上させ、混色を抑制することが可能となる。
（例２）
図１７は、画素５１の他の構成例を示している。
図１７の画素５１においては、図１６の画素５１と同様に、基板６１を画素毎に分離する画素分離部３１０が、複数の画素５１の間を区画するように形成されている。
ただし、図１７の画素５１においては、画素分離部３１０の高さ（図中上下方向の長さ）が、基板６１と同じ高さとされている。
このような構成によれば、隣接画素間の分離特性をより向上させることができる。
（例３）
図１８は、画素５１の他の構成例を示している。
図１８の画素５１においては、図１７の画素５１と同様に、基板６１を画素毎に分離する画素分離部３１０が、複数の画素５１の間を区画するように形成されている。
ただし、図１８の画素５１においては、画素分離部３１０の高さが、基板６１の高さを超え、オンチップレンズ６２に達する高さとされている。なお、図１８の例では、基板６１上に、画素間遮光部６３は形成されていない。
このような構成によれば、隣接画素間の分離特性を一層向上させることができる。
（例４）
図１９は、画素５１の他の構成例を示している。
図１９の画素５１においては、図１６の画素５１と同様に、基板６１を画素毎に分離する画素分離部３１０が、複数の画素５１の間を区画するように形成されている。
ただし、図１９の画素５１においては、画素分離部３１０が中空構造になっている。
図１９の画素分離部３１０は、基板６１の裏面側（上側）から深さ方向に形成された溝部３１１内に、固定電荷膜３１２および絶縁膜３１３を、その順で埋め込んで形成されている。溝部３１１の内部には中空部（いわゆるボイド）３１４が形成されている。
溝部３１１において中空部３１４を形成するため、絶縁膜３１３は、溝部３１１の内部では溝部３１１を全て埋め込まない膜厚で形成され、溝部３１１の開口端では溝部３１１を閉塞するように形成されている。絶縁膜３１３は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、樹脂などの材料で形成することができる。
このような構成によっても、隣接画素間の分離特性を向上させ、混色を抑制することが可能となる。
＜５．その他のバリエーション＞
以下においては、上述した構成に適用可能な、集光部および画素分離部以外の構成の変形例について説明する。
（画素間遮光部）
上述したように、本実施の形態の画素５１においては、Inactive Tap付近での光電変換を抑制し、Inactive Tapに流れ込む電流を小さくすることで、転送効率を高めることを可能としている。
そこで、基板６１上に形成される画素間遮光部６３の幅を調整し、Inactive Tapに光を入射させないようにすることで、Inactive Tap付近での光電変換を抑制し、Inactive Tapに流れ込む電流を小さくするようにしてもよい。
例えば、図２０に示されるように、画素間遮光部６３が、Tap（信号取り出し部６５－１，６５－２）それぞれの半分を覆うように、画素間遮光部６３の幅が調整されて形成されるようにする。
これにより、Inactive Tapに光を入射させないようにすることができるので、結果として、転送効率を高めることが可能となる。
また、図２１に示されるように、画素間遮光部６３が、Tap（信号取り出し部６５－１，６５－２）それぞれの全体を覆うように、画素間遮光部６３の幅が調整されて形成されるようにしてもよい。
これにより、より確実に、Inactive Tapに光を入射させないようにすることができるので、結果として、より一層、転送効率を高めることが可能となる。
なお、図２１の構成においては、図２０の構成と比較して、基板６１に入射する光の光量が少なくなるものの、オンチップレンズ６２の集光能力を高めたり、周辺回路部において画素信号を増幅することで、一定の信号レベルを確保することができる。
（射出瞳補正）
画素アレイ部２１においては、その中心から周辺に向かうほど、オンチップレンズ６２の射出瞳補正量を大きくする必要がある。
このとき、オンチップレンズ６２の射出瞳補正量を最適に調整することで、Inactive Tap付近での光電変換を抑制し、Inactive Tapに流れ込む電流を小さくするようにしてもよい。
図２２は、画素アレイ部２１の端部に配置されている画素５１Ｐの構成例を示している。
図２２に示されるように、画素５１Ｐについて、オンチップレンズ６２の射出瞳補正量を調整することで、外部からオンチップレンズ６２に入射した光を、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に集光させるようにする。
これにより、画素アレイ部２１の端部に配置されている画素においても、Inactive Tap付近での光電変換が抑制され、Inactive Tapに流れ込む電流を小さくすることができるので、転送効率を高めることが可能となる。
（反射部材）
画素５１の感度を向上させるために、基板６１の入射面とは反対側の面上に大面積の反射部材を設けるようにしてもよい。
図２３は、画素５１の他の構成例を示している。
図２３の画素５１においては、図２の画素５１と同様の構成に加えて、基板６１の入射面とは反対側の面全体を覆うように、赤外光を反射する反射部材３５１が設けられている。
反射部材３５１は、赤外光の反射率が高いものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、基板６１の入射面とは反対側の面上に積層された多層配線層内に設けられた、銅やアルミニウムなどのメタル（金属）が反射部材３５１として用いられてもよい。また、反射部材３５１として、基板６１の入射面とは反対側の面上にポリシリコンや酸化膜などの反射構造を形成してもよい。
このような構成により、オンチップレンズ６２を介して入射面から基板６１内に入射し、基板６１内で光電変換されずに基板６１を透過してしまった赤外光を、反射部材３５１で反射させて基板６１内へと再度入射させることができる。これにより、基板６１内で光電変換される赤外光の量をより多くし、量子効率、ひいては画素感度を向上させることができる。
＜６．第２の実施の形態＞
図２４および図２５は、本技術を適用した第２の実施の形態の画素の構成例を示す図である。
図２４は、画素アレイ部２１に設けられた画素５１の断面図を示しており、図２５は、画素５１の平面図を示している。
本実施の形態の画素５１は、基板６１と、その基板６１上に形成された、集光部としての上凸曲面状のオンチップレンズ４１１，４１２とを有している。
オンチップレンズ４１１は、基板６１の入射面上における画素５１の中央部で、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２に跨るように形成されている。
オンチップレンズ４１２は、基板６１の入射面上における画素５１と、画素５１に隣接する画素（隣接画素）との間で、隣り合う画素同士の信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２（信号取り出し部６５－２と信号取り出し部６５－１）に跨るように形成されている。
オンチップレンズ４１１，４１２はいずれも、有機材料であるSTSRに対してエッチバックが行われることにより形成される。
オンチップレンズ４１１によれば、図２６に示されるように、外部からオンチップレンズ４１１に入射した赤外光は、基板６１内の画素５１の中央付近、具体的には、信号取り出し部６５－１と信号取り出し部６５－２との間に集光される。
これにより、信号取り出し部６５－１付近での光電変換が抑制され、Inactive Tap（信号取り出し部６５－１）に流れ込む電流Ｉ1を小さくすることができる。
また、オンチップレンズ４１２によれば、図２６に示されるように、外部からオンチップレンズ４１２に入射した赤外光は、画素５１の信号取り出し部６５－１（６５－２）と、隣接する画素の信号取り出し部６５－２（６５－１）との間に集光される。
これにより、基板６１における隣り合う画素同士の境界部分で、光電変換により信号電荷が発生し、その信号電荷に対応する電流がActive Tap（信号取り出し部６５－２）に流れ込むようになる。
以上の構成によれば、Inactive Tapに流れ込む電流を小さくすることができるので、転送効率を高めることが可能となる。さらに、以上の構成によれば、基板６１内で光電変換される光の光量をより多くすることができるので、画素感度を向上させることが可能となる。
なお、本実施の形態の画素５１が備える集光部として、オンチップレンズ４１１，４１２に代えて、図６乃至図１４を参照して説明した構成が適用されるようにしてもよい。
＜７．適用可能なCAPDセンサについて＞
以上においては、本技術を、裏面照射型のCAPDセンサに適用した例について説明してきたが、本技術を表面照射型のCAPDセンサに適用することも可能である。
図２７は、表面照射型のCAPDセンサが備える画素の構成例を示す図である。
図２７に示されるように、表面照射型のCAPDセンサが備える画素４５１において、基板４６１は、その表面（上面）側から入射する入射光を受光する。基板４６１内における入射面側、すなわち図中上側の面の内側の部分には、信号取り出し部４６２－１，４６２－２が形成されている。
基板４６１の上には、配線層４６３が設けられる。配線層４６３は、いわゆる多層配線の層になっており、絶縁層を構成する層間絶縁膜と配線とが交互に複数回積層されて形成されている。
配線層４６３の上には、外部から入射した光を集光して基板４６１内に入射させる集光部として、上凸曲面状のオンチップレンズ４６４が形成されている。オンチップレンズ４６４は、有機材料であるSTSRに対してエッチバックが行われることにより形成されるものとするが、オンチップレンズ４６４に代えて、図６乃至図１４を参照して説明した構成が適用されるようにしてもよい。
また、画素４５１において、基板４６１の入射面上における画素４５１の端部分には、隣接する画素間での混色を防止するための画素間遮光部４６５が形成されている。
このように、表面照射型のCAPDセンサにおいては、光の入射面側に配置される配線などにより、光電変換領域が制限されてしまう。しかしながら、このような構成であっても、オンチップレンズ４６４により、信号取り出し部４６２－１と信号取り出し部４６２－２との間に光を集光させることで、転送効率を高めることができるので、測距誤差を低減させることが可能となる。
＜８．撮像装置の構成例＞
上述した固体撮像素子１１は、例えばデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図２８は、本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２８に示される撮像装置５０１は、光学系５１１、シャッタ装置５１２、固体撮像素子５１３、制御回路５１４、信号処理回路５１５、モニタ５１６、およびメモリ５１７を有しており、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系５１１は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの光（入射光）を固体撮像素子５１３に導き、固体撮像素子５１３の受光面に結像させる。
シャッタ装置５１２は、光学系５１１および固体撮像素子５１３の間に配置され、制御回路５１４の制御に従って、固体撮像素子５１３への光照射期間および遮光期間を制御する。
固体撮像素子５１３は、光学系５１１およびシャッタ装置５１２を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像素子５１３に蓄積された信号電荷は、制御回路５１４から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って転送される。
制御回路５１４は、固体撮像素子５１３の転送動作、および、シャッタ装置５１２のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像素子５１３およびシャッタ装置５１２を駆動する。
信号処理回路５１５は、固体撮像素子５１３から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路５１５が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ５１６に供給されて表示されたり、メモリ５１７に供給されて記録されたりする。
このように構成される撮像装置５０１においても本技術を適用することが可能である。すなわち、固体撮像素子５１３として、上述した固体撮像素子１１を用いることができる。
＜９．移動体への応用例＞
本技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図３０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図３０では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図３０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１（撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つ）に適用され得る。具体的には、図１の固体撮像素子１１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本技術を適用することにより、撮像部１２０３１が間接ToF方式により距離情報を取得する機能を有する場合に、その測距誤差を低減させることができるため、より安全な自動運転や運転支援を実現することが可能となる。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
さらに、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１）
入射した光を光電変換する画素を複数有する画素アレイ部を備え、
前記画素は、
入射した前記光を光電変換する基板と、
電圧の印加により電界を発生させるための印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、
前記印加電極と前記吸引電極とを有する第２の信号取り出し部と、
前記基板の上に形成され、前記光を前記基板に入射させる集光部と
を有し、
前記集光部は、少なくとも、前記基板内に設けられた前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる
撮像素子。
（２）
前記集光部は、上凸曲面状のオンチップレンズである
（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記オンチップレンズは、STSRに対するエッチバックにより形成されてなる
（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記オンチップレンズは、リフロー処理により形成されてなる
（２）に記載の撮像素子。
（５）
前記オンチップレンズは、高屈折率材料を用いて形成されてなる
（２）に記載の撮像素子。
（６）
前記オンチップレンズは、前記基板を構成する基板材料に対するエッチングにより形成されてなる
（２）に記載の撮像素子。
（７）
前記オンチップレンズの上に形成されたオーバーコート層をさらに有する
（２）に記載の撮像素子。
（８）
前記集光部は、下凸曲面状のオンチップレンズである
（１）に記載の撮像素子。
（９）
前記集光部は、回折レンズである
（１）に記載の撮像素子。
（１０）
前記集光部は、屈折率分布型レンズである
（１）に記載の撮像素子。
（１１）
前記集光部と前記基板との間に形成された層内レンズをさらに有する
（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
前記画素は、前記基板の入射面の前記画素の端部分に形成された画素間遮光部をさらに有する
（１）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
前記画素間遮光部は、前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部それぞれの少なくとも半分を覆うように形成される
（１２）に記載の撮像素子。
（１４）
前記画素は、前記基板を前記画素毎に分離するように形成された画素分離部をさらに有する
（１）乃至（１３）のいずれかに記載の撮像素子。
（１５）
前記画素は、前記基板の入射面とは反対側の面に形成された、前記入射面から前記基板に入射した前記光を反射する反射部材をさらに有する
（１）乃至（１４）のいずれかに記載の撮像素子。
（１６）
前記集光部は、前記基板の上で、前記画素毎に１つずつ形成される
（１）乃至（１５）のいずれかに記載の撮像素子。
（１７）
前記集光部は、
前記画素の前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第１の集光部と、
前記画素の前記第１の信号取り出し部または前記第２の信号取り出し部と、前記画素に隣接する隣接画素の前記第２の信号取り出し部または前記第１の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第２の集光部と
から構成される
（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１８）
前記第１の信号取り出し部および前記第２の信号取り出し部は、前記基板の入射面とは反対の面側に設けられる
（１）乃至（１７）のいずれかに記載の撮像素子。
（１９）
前記第１の信号取り出し部および前記第２の信号取り出し部は、前記基板の入射面側に設けられる
（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（２０）
入射した光を光電変換する画素を複数有する画素アレイ部を備え、
前記画素は、
入射した前記光を光電変換する基板と、
電圧の印加により電界を発生させるための印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、
前記印加電極と前記吸引電極とを有する第２の信号取り出し部と、
前記基板の上に形成され、前記光を前記基板に入射させる集光部と
を有し、
前記集光部は、少なくとも、前記基板内に設けられた前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる撮像素子
を備える撮像装置。
１１ 固体撮像素子， ２１ 画素アレイ部， ２２ 画素駆動部， ５１ 画素， ６１ 基板， ６２ オンチップレンズ， ６５－１，６５－２，６５ 信号取り出し部， ７１－１，７１－２，７１ Ｎ＋半導体領域， ７３－１，７３－２，７３ Ｐ＋半導体領域

Claims (16)

  1. 入射した光を光電変換する画素を複数有する画素アレイ部を備え、
    前記画素は、
    入射した前記光を光電変換する基板と、
    電圧の印加により電界を発生させるための第１の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第１の吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、
    電圧の印加により電界を発生させるための第２の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第２の吸引電極とを有する第２の信号取り出し部と、
    前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第１の集光部と、
    前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部または前記第２の信号取り出し部と、前記画素に隣接する隣接画素の前記第２の信号取り出し部または前記第１の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第２の集光部と
    を有する
    撮像素子。
  2. 前記第１の集光部および前記第２の集光部は、上凸曲面状のオンチップレンズである
    請求項１に記載の撮像素子。
  3. 前記オンチップレンズは、有機材料で形成されてなる
    請求項２に記載の撮像素子。
  4. 前記オンチップレンズは、リフローレンズである
    請求項２に記載の撮像素子。
  5. 前記オンチップレンズは、高屈折率材料を用いて形成されてなる
    請求項２に記載の撮像素子。
  6. 前記オンチップレンズは、前記基板を構成する基板材料で形成されてなる
    請求項２に記載の撮像素子。
  7. 前記オンチップレンズの上に形成されたオーバーコート層をさらに有する
    請求項２に記載の撮像素子。
  8. 前記第１の集光部および前記第２の集光部は、下凸曲面状のオンチップレンズである
    請求項１に記載の撮像素子。
  9. 前記第１の集光部および前記第２の集光部は、回折レンズである
    請求項１に記載の撮像素子。
  10. 前記第１の集光部および前記第２の集光部は、屈折率分布型レンズである
    請求項１に記載の撮像素子。
  11. 前記第１の集光部および前記第２の集光部と前記基板との間に形成された層内レンズをさらに有する
    請求項１に記載の撮像素子。
  12. 前記画素は、前記基板の入射面とは反対側の面に形成された、前記入射面から前記基板に入射した前記光を反射する反射部材をさらに有する
    請求項１に記載の撮像素子。
  13. 前記第１の信号取り出し部および前記第２の信号取り出し部は、前記基板の入射面とは反対の面側に設けられる
    請求項１に記載の撮像素子。
  14. 前記第１の信号取り出し部および前記第２の信号取り出し部は、前記基板の入射面側に設けられる
    請求項１に記載の撮像素子。
  15. 前記第１の吸引電極によって検出された第１の信号キャリアと、前記第２の吸引電極によって検出された第２の信号キャリアとの差に基づいて、対象物までの距離を示す距離情報を算出する信号処理部をさらに備える
    請求項１に記載の撮像素子。
  16. 入射した光を光電変換する画素を複数有する画素アレイ部を備え、
    前記画素は、
    入射した前記光を光電変換する基板と、
    電圧の印加により電界を発生させるための第１の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第１の吸引電極とを有する第１の信号取り出し部と、
    電圧の印加により電界を発生させるための第２の印加電極と、光電変換により発生した信号キャリアを検出するための第２の吸引電極とを有する第２の信号取り出し部と、
    前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部と前記第２の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第１の集光部と、
    前記基板の上に形成され、前記画素の前記第１の信号取り出し部または前記第２の信号取り出し部と、前記画素に隣接する隣接画素の前記第２の信号取り出し部または前記第１の信号取り出し部との間に前記光を集光させる第２の集光部と
    を有する撮像素子
    を備える撮像装置。
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