JP7361506B2 - 撮像素子 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の実施形態に係る撮像素子の構成例を模式的に示す。撮像素子100は画素領域101、垂直制御回路102、水平制御回路103、タイミングジェネレータ(TG)104、デジタル出力部107を有する。
デジタル出力部107は、画素108から出力された画素データを撮像素子100の外部に順次出力する。
図5(a)~図5(b)は第1実施形態の第1変形例において、光軸中心に位置する画素301’および周辺部の画素302’のフォトダイオードのx-z断面図である。図5(a)~図5(b)において図4(a)~図4(h)と同一の構成については同一の番号を付与し、その説明は省略する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、マイクロレンズと、複数に分割された受光領域とを有する構成の画素に対して本発明を適用したものである。図8は、本実施形態の撮像素子の画素領域に配列される画素108’の等価回路図である。第1実施形態における画素108と同様の構成要素については図2と同じ参照符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、マイクロレンズと、受光領域の一部を遮光する遮光膜とを有する構成の画素に対して本発明を適用したものである。本実施形態に係る撮像素子が有する画素の等価回路は第1実施形態(図2)と同様である。
図11(a)に示すように、撮影用の画素1501では、O1とO2が合致するようにN+402を形成する。一方、図11(b)および図11(c)に示す様に、焦点検出用の画素1502、1503では、それぞれO1から距離L4、L5だけ反対方向に離れてO2が位置するようにN+402を形成する。なお、光軸中心付近の画素においてはL4=L5である。また、焦点検出用の画素1502、1503よりも広い部分瞳領域を受光するように構成された焦点検出用の画素1504では、O1から距離L6だけ離れてO2が位置するようにN+402を形成する。なお、O2がO1から離れる方向は、遮光膜の開口がO1からずれている方向に等しい。
周辺部303の画素では、光軸中心付近の画素領域よりも光の入射角が大きくなる。そのため、受光領域であるN-epi401に入射したフォトンが光電変換される平均位置1609~1612は、平均位置1605~1608に比べて、それぞれ光軸中心から遠ざかる方向(図の右側)にずれる。そのため、N+402の中心位置O2を、受光領域の中心O1を基準としてL3’~L6’だけずらして形成する。なお、L4’<L4、L5’>L5、L6’<L6である。なお、ここでは右側の周辺部303における画素領域1520内の画素について説明したが、左側の周辺部303における画素領域内の画素については、平均位置のずれる方向が図の左側になるため、L4~L6とL4’~L6’との大小関係が逆転する。しかし、O2が光軸中心から遠ざかる方向にずれる点は共通である。
上述の実施形態では、発明の趣旨の理解を助けるため、N+402やML406のx軸方向における位置制御についてのみ説明した。しかし、N+402やML406のy軸方向における位置制御も、x軸方向における位置制御と同様に実施することができる。従って、x軸方向におけるN+402やML406の位置制御の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、y軸方向におけるN+402やML406の位置制御を行うことができる。x軸方向およびy軸方向の両方についてN+402やML406の位置制御を行う場合、光軸中心からの距離(像高)の大きさによって画素領域を2つ以上の部分領域に分割することができる。また、N+402やML406のずらし量は、領域ごとに異ならせる代わりに、画素ごとに異ならせてもよい。
表示装置1208は例えばフラットパネルディスプレイであり、制御回路1206から供給される表示信号に基づく画像、例えばライブビュー画像やメニュー画面などを表示する。なお、表示装置1208はタッチディスプレイであってもよい。
Claims (17)
- 入射光に基づく光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、前記光電変換により生成された電荷によってアバランシェ増倍を発生させるアバランシェ増倍領域とを有する画素を行列状に複数配置した画素領域を備え、
前記画素領域に配列された各画素の平面視において、前記アバランシェ増倍領域のサイズは前記光電変換領域のサイズよりも小さく、
前記画素領域に配列された画素のうち、前記画素領域の周辺領域に配置された少なくとも一部の画素における前記アバランシェ増倍領域の位置が、前記画素領域の中央領域に配置された画素における前記アバランシェ増倍領域の位置に対してずれた位置に形成される、ことを特徴とする撮像素子。 - 前記画素領域に配列された画素のうち、予め定められた画素の前記アバランシェ増倍領域の位置が、他の画素の前記アバランシェ増倍領域の位置よりも、前記画素領域の基準位置から遠ざかる方向にずれた位置に形成されることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記画素はさらに、第1の電圧が印加される第1導電型領域と、前記第1導電型領域と結合面を形成し第2の電圧が印加される第2導電型領域とを有し、
前記第1導電型領域または第2導電型領域を形成する位置によって、前記アバランシェ増倍領域が形成される位置を制御することを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。 - 前記予め定められた画素において前記第1導電型領域または第2導電型領域を形成する位置が、前記光電変換領域において光電変換が生じる平均位置に基づくことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
- 前記平均位置が、画素に設けられたカラーフィルタの色に応じた波長の光の侵入長に基づくことを特徴とする請求項4に記載の撮像素子。
- 前記アバランシェ増倍領域の位置のずれの大きさが、前記予め定められた画素と前記基準位置との距離に基づくことを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記予め定められた画素が、前記基準位置からの距離が閾値以上である画素であることを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記画素がマイクロレンズをさらに有し、
前記予め定められた画素については、前記マイクロレンズの中心を、前記基準位置に近づく方向にずれた位置に形成することを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。 - 前記画素がマイクロレンズをさらに有し、
前記予め定められた画素が前記基準位置からの距離が閾値以上である画素であり、
前記予め定められた画素と、前記予め定められた画素よりも前記基準位置との距離が短い画素の一部については、前記マイクロレンズの中心を、前記基準位置に近づく方向にずれた位置に形成することを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。 - 前記マイクロレンズの位置のずれの大きさが、前記予め定められた画素と前記基準位置との距離に基づくことを特徴とする請求項8または9に記載の撮像素子。
- 前記予め定められた画素が複数のアバランシェ増倍領域を有し、前記複数のアバランシェ増倍領域のそれぞれが、前記アバランシェ増倍領域の位置よりも、前記基準位置から遠ざかる方向にずれた位置に形成されることを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記予め定められた画素が、受光領域の一部を遮光する遮光膜を有する画素であり、
前記アバランシェ増倍領域の位置のずれの大きさが、前記遮光膜が有する開口部の位置に基づくことを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。 - 前記基準位置が、撮影光学系の光軸と前記画素領域とが交差する光軸中心であることを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記基準位置が、前記画素領域の中心であることを特徴とする請求項2、4、5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 光電変換により生成された電荷によってアバランシェ増倍を発生させるアバランシェ増倍領域と、前記アバランシェ増倍のための電圧を印加するための電極とを有する画素を複数配置された画素領域を備え、
前記画素領域に配列された画素のうち、前記画素領域の周辺領域に配置された画素の前記電極が、前記画素領域の中央領域に配置された画素の前記電極よりも、前記画素領域の基準位置から離れる方向にずれた位置に形成される、ことを特徴とする撮像素子。 - 光電変換により生成された電荷によってアバランシェ増倍を発生させるアバランシェ増倍領域を有する画素を複数配置された画素領域を備え、
前記画素領域に配列された画素のうち、前記画素領域の周辺領域に配置された画素の前記アバランシェ増倍領域が、前記画素領域の中央領域に配置された画素の前記アバランシェ増倍領域よりも、前記画素領域の基準位置から離れる方向にずれた位置に形成される、ことを特徴とする撮像素子。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子の読み出しモードを制御するためのプロセッサと、
を備えることを特徴とする撮像装置。
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