KR20200062075A - 촬상 소자 및 촬상 장치 - Google Patents

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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 기술은, 거리측정 오차를 저감시킬 수 있도록 하는 촬상 소자 및 촬상 장치에 관한 것이다. 고체 촬상 장치는, 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고, 화소는, 입사한 광을 광전변환하는 기판과, 전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와, 인가 전극과 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와, 기판상에 형성되고, 광을 기판에 입사시키는 집광부를 갖는다. 집광부는, 적어도, 기판 내에 마련된 제1의 신호 취출부와 제2의 신호 취출부의 사이에 광을 집광시킨다. 본 기술은, CAPD 센서에 적용할 수 있다.

Description

촬상 소자 및 촬상 장치
본 기술은, 촬상 소자 및 촬상 장치에 관한 것으로, 특히, 거리측정(측거(測鉅) 오차를 저감시킬 수 있도록 하는 촬상 소자 및 촬상 장치에 관한 것이다.
종래, 간접 ToF(Time of Flight) 방식을 이용한 거리측정 시스템이 알려져 있다. 이와 같은 거리측정 시스템에서는, 어느 위상으로 LED(Light Emitting Diode)나 레이저를 이용하여 조사된 액티브 광이 대상물에 닿아 반사한 광을 수광함으로써 얻어지는 신호 전하를 고속으로 다른 영역에 분배하는 것이 가능한 센서가 필요 불가결하다.
그래서, 예를 들면 센서의 기판에 직접 전압을 인가하여 기판 내에 전류를 발생시킴으로써, 기판 내의 광범위한 영역을 고속으로 변조할 수 있도록 한 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이와 같은 센서는, CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator) 센서라고도 불리고 있다.
CAPD 센서에서는, 화소를 구성하는 기판 내에, 전압이 인가되는 인가(印加) 전극과, 전하를 수집하기 위한 흡인(吸引) 전극을 갖는 신호 취출부(Tap)가, 쌍이 되어 마련되어 있다. 일방의 Tap(Active Tap이라고 한다)의 인가 전극에 전압이 인가되면, 2개의 Tap의 인가 전극 사이에 전계가 발생하고, 기판 내에서의 광전변환에 의해 발생한 신호 전하가, Active Tap의 흡인 전극으로 이끌어진다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2011-86904호 공보
여기서, 광전변환에 의해 발생한 신호 전하 중, Active Tap에 이끌려지는 신호 전하의 비율을 전송효율이라고 한다. 전송효율이 높을수록 화소 감도는 올라가고, 거리측정 오차를 저감시킬 수 있다.
그렇지만, 종래의 CAPD 센서의 화소에는, 광을 집광시키는 집광 구조가 마련되어 있지 않기 때문에, 화소(기판) 전면(全面)에서 광전변환이 행하여지고 있다. 그때문에, 광전변환에 의해 발생한 신호 전하가 Active Tap이 아닌 Tap(Inactive Tap이라고 한다)의 흡인 전극으로 이끌어질 가능성이 높아진다. 그 결과, 전송효율이 저하되고, 거리측정 오차가 커지는 우려가 있다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 거리측정 오차를 저감시키도록 하는 것이다.
본 기술의 제1의 측면의 촬상 소자는, 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고, 상기 화소는, 입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과, 전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와, 상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를 가지며, 상기 집광부는, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시킨다.
본 기술의 제1의 측면의 촬상 장치는, 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고, 상기 화소는, 입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과, 전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와, 상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를 가지며, 상기 집광부는, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 촬상 소자를 구비한다.
본 기술의 제1의 측면에서는, 입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과, 전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와, 상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를 갖는 화소에 있어서, 상기 집광부에 의해, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광이 집광시킨다.
본 기술의 제2의 측면의 촬상 소자는, 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고, 상기 화소는, 입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과, 전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 제1의 인가 전극 및 제2의 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제1의 흡인 전극 및 제2의 흡인 전극과, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부와, 상기 기판의 위에 형성되는 차광부를 가지며, 상기 집광부의 중심은, 평면시(平面視)에서 제1의 인가 전극과 제2의 인가 전극의 사이에 배치되고, 상기 집광부의 단(端)은, 평면시에서 상기 차광부와 오버랩한다.
본 기술의 제2의 측면에서는, 입사한 광을 광전변환하는 기판과, 전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 제1의 인가 전극 및 제2의 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제1의 흡인 전극 및 제2의 흡인 전극과, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부와, 상기 기판의 위에 형성되는 차광부를 갖는 화소에 있어서, 상기 집광부의 중심은, 평면시에서 제1의 인가 전극과 제2의 인가 전극의 사이에 배치되고, 상기 집광부의 단은, 평면시에서 상기 차광부와 오버랩한다.
본 기술의 제3의 측면의 촬상 소자는, 입사한 광을 광전변환하는 제1의 화소 및 제2의 화소를 갖는 화소 어레이부를 구비하고, 상기 제1의 화소가, 상기 제2의 화소보다 상기 화소 어레이부의 중심에 가까운 위치에 배치되고, 상기 제1의 화소는, 전압의 인가에 의해 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 제1의 인가 전극 및 제2의 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제1의 흡인 전극 및 제2의 흡인 전극과, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 제1의 집광부를 가지며, 상기 제2의 화소는, 전압의 인가에 의해 상기 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 제3의 인가 전극 및 제4의 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제3의 흡인 전극 및 제4의 흡인 전극과, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 제2의 집광부를 가지며, 상기 제1의 집광부의 중심은, 평면시에서 제1의 인가 전극과 제2의 인가 전극의 중간 위치에 배치되고, 상기 제2의 집광부의 중심은, 평면시에서 제3의 인가 전극과 제4의 인가 전극의 중간 위치로부터 시프트된 위치에 배치된다.
본 기술의 제3의 측면에서는, 제1의 화소가, 제2의 화소보다 화소 어레이부의 중심에 가까운 위치에 배치되고, 전압의 인가에 의해 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 제1의 인가 전극 및 제2의 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제1의 흡인 전극 및 제2의 흡인 전극과, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 제1의 집광부를 갖는 제1의 화소에 있어서, 상기 제1의 집광부의 중심은, 평면시에서 제1의 인가 전극과 제2의 인가 전극의 중간 위치에 배치되고, 전압의 인가에 의해 상기 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 제3의 인가 전극 및 제4의 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제3의 흡인 전극 및 제4의 흡인 전극과, 상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 제2의 집광부를 갖는 제2의 화소에 있어서, 상기 제2의 집광부의 중심은, 평면시에서 제3의 인가 전극과 제4의 인가 전극의 중간 위치로부터 시프트된 위치에 배치된다.
본 기술에 의하면, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 고체 촬상 소자의 구성례를 도시하는 도면.
도 2는 제1의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 제1의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 4는 제1의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 5는 전송효율에 관해 설명하는 도면.
도 6은 전송효율에 관해 설명하는 도면.
도 7은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 8은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 10은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 11은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 12는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 13은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 14는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 15는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 16은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 17은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 18은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 19는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 20은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 21은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 22는 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 23은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 24는 제2의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 25는 제2의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 26은 전송효율에 관해 설명하는 도면.
도 27은 화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 28은 촬상 장치의 구성례를 도시하는 도면.
도 29는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 30은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 고체 촬상 소자의 구성례
2. 제1의 실시의 형태(화소 중앙에 집광시키는 구성)
3. 집광부의 베리에이션
4. 화소 분리부의 베리에이션
5. 기타의 베리에이션
6. 제2의 실시의 형태(Tap-Tap 사이에도 집광시키는 구성)
7. 적용 가능한 CAPD 센서에 관해
8. 촬상 장치의 구성례
9. 이동체에의 응용례
본 기술은, 예를 들면, 간접 ToF 방식에 의해 거리측정을 행하는 거리측정 시스템을 구성하는 고체 촬상 소자나, 그와 같은 고체 촬상 소자를 갖는 촬상 장치 등에 적용하는 것이 가능하다.
거리측정 시스템은, 차량에 탑재되고, 차외에 있는 대상물까지의 거리를 측정하는 차량탑재용(車載用)의 시스템이나, 유저의 손 등의 대상물까지의 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 유저의 제스처를 인식하는 제스처 인식용의 시스템 등에 적용할 수 있다. 이 경우, 제스처 인식의 결과는, 예를 들면 카 내비게이션 시스템의 조작 등에 이용할 수 있다.
<1. 고체 촬상 소자의 구성례>
도 1은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시되는 고체 촬상 소자(11)는, 이면 조사형의 CAPD 센서이고, 거리측정 기능을 갖는 촬상 장치에 마련된다.
고체 촬상 소자(11)는, 도시하지 않은 반도체 기판상에 형성된 화소 어레이부(21)와, 화소 어레이부(21)와 같은 반도체 기판상에 집적된 주변 회로부를 갖는 구성으로 되어 있다. 주변 회로부는, 예를 들면 화소 구동부(22), 칼럼 처리부(23), 수평 구동부(24), 및 시스템 제어부(25)로 구성되어 있다.
고체 촬상 소자(11)에는, 또한 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)도 마련되어 있다. 신호 처리부(26) 및 데이터 격납부(27)는, 고체 촬상 소자(11)와 같은 기판상에 탑재하여도 좋고, 촬상 장치에서의 고체 촬상 소자(11)와는 다른 기판상에 배치하도록 하여도 좋다.
화소 어레이부(21)는, 수광한 광량에 응한 전하를 생성하고, 그 전하에 응한 신호를 출력하는 단위 화소(이하, 단지 화소라고 한다)가 행방향 및 열방향으로, 즉 행렬형상으로 2차원 배치된 구성으로 되어 있다. 즉, 화소 어레이부(21)는, 입사한 광을 광전변환하고, 그 결과 얻어진 전하에 응한 신호를 출력하는 화소를 복수 갖고 있다.
여기서, 행방향이란 화소행의 화소의 배열 방향(즉, 수평 방향)을 말하고, 열방향이란 화소열의 화소의 배열 방향(즉, 수직 방향)을 말한다. 즉, 행방향은 도면 중, 횡방향이고, 열방향은 도면 중, 종방향이다.
화소 어레이부(21)에서는, 행렬형상의 화소 배열에 대해, 화소열마다 화소 구동선(28)이나 수직 신호선(29)가 열방향에 따라 배선되어 있다.
예를 들면 화소 구동선(28)은, 화소로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호 등을 전송한다. 또한, 도 1에서는 화소 구동선(28)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있지만, 실제로는 하나의 화소에 대해 복수의 화소 구동선이 접속되어 있다. 화소 구동선(28)의 일단은, 화소 구동부(22)의 각 열에 대응한 출력단에 접속되어 있다. 또한, 각 화소열에는 2개의 수직 신호선(29)이 접속되어 있다.
화소 구동부(22)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(21)의 각 화소를 전 화소 동시 또는 열 단위로 구동한다. 즉, 화소 구동부(22)는, 화소 구동부(22)를 제어하는 시스템 제어부(25)와 함께, 화소 어레이부(21)의 각 화소의 동작을 제어하는 구동부를 구성하고 있다. 또한, 화소 구동부(22)와는 별도로, 화소 어레이부(21)의 화소를 행 단위로 구동하는 수직 구동부도 마련되도록 하여도 좋다.
화소 구동부(22)에 의한 구동 제어에 응하여 화소열의 각 화소로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(29)를 통하여 칼럼 처리부(23)에 입력된다. 칼럼 처리부(23)는, 각 화소로부터 수직 신호선(29)를 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는, 칼럼 처리부(23)는, 신호 처리로서 노이즈 제거 처리나 AD(Analog to Digital) 변환 처리 등을 행한다.
수평 구동부(24)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(23)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 수평 구동부(24)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(23)에서 단위 회로마다 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 출력된다.
시스템 제어부(25)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 그 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 화소 구동부(22), 칼럼 처리부(23), 및 수평 구동부(24) 등의 구동 제어를 행한다.
신호 처리부(26)는, 적어도 연산 처리 기능을 가지며, 칼럼 처리부(23)로부터 출력된 화소 신호에 의거하여 연산 처리 등의 여러가지의 신호 처리를 행한다. 데이터 격납부(27)는, 신호 처리부(26)에서의 신호 처리에 있어서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.
<2. 제1의 실시의 형태>
(화소의 구성례)
도 2는, 본 기술을 적용한 제1의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 2는, 화소 어레이부(21)에 마련된 하나의 화소(51)의 단면을 도시하고 있다. 화소(51)는, 외부로부터 입사한 광, 특히 적외광을 수광하여 광전변환하고, 그 결과 얻어진 전하에 응한 신호를 출력한다.
화소(51)는, 예를 들면 실리콘 기판, 즉 P형 반도체 영역으로 이루어지는 P형 반도체 기판인 기판(61)과, 그 기판(61)상에 형성된 온-칩 렌즈(62)를 갖고 있다.
기판(61)은, 도면 중 종방향의 두께, 즉 기판(61)의 면과 수직한 방향의 두께가, 예를 들면 20㎛ 이하가 되도록 이루어져 있다. 또한, 기판(61)의 두께는, 20㎛ 이상이라도 물론 좋고, 그 두께는, 고체 촬상 소자(11)가 목표로 하는 특성 등에 응하여 정하여지면 좋다.
기판(61)의 도면 중 상측의 표면, 즉 기판(61)에서의 외부로부터의 광이 입사하는 측의 면(이하, 입사면이라고도 한다)상에는, 외부로부터 입사한 광을 집광하여 기판(61) 내에 입사시키는 집광부로서, 상볼록곡면형상(上凸曲面狀)의 온-칩 렌즈(62)가 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(62)는, 유기 재료인 STSR에 대해 에치백이 행하여짐에 의해 형성된다. 온-칩 렌즈(62)의 렌즈 지름(w)은, 예를 들면 10㎛ 정도가 되고, 온-칩 렌즈(62)의 두께(h)는, 예를 들면 4㎛ 이상이 된다.
화소(51)에서, 기판(61)의 입사면상에서의 화소(51)의 단부분(端部分)에는, 인접하는 화소 사이에서의 혼색을 방지하기 위한 화소 사이 차광부(63-1, 63-2)가 형성되어 있다.
도 2의 예에서는, 외부로부터 온-칩 렌즈(62)에 입사한 광이, 화소 사이 차광부(63-1)나 화소 사이 차광부(63-2)에서 차광되어, 화소(51)와 인접하는 다른 화소내로 입사하지 않도록 이루어져 있다. 이하, 화소 사이 차광부(63-1, 63-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 화소 사이 차광부(63)라고 한다.
고체 촬상 소자(11)는 이면 조사형의 CAPD 센서이기 때문에, 기판(61)의 입사면이, 이른바 이면이 되고, 이 이면상에는 배선 등으로 이루어지는 배선층은 형성되어 있지 않다. 한편, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 부분에는, 화소(51) 내에 형성된 트랜지스터 등을 구동하기 위한 배선이나, 화소(51)로부터 신호를 판독하기 위한 배선 등이 형성된 배선층이 적층되어 형성되어 있다.
기판(61) 내에서의 입사면과는 반대의 면측, 즉 도면 중 하측의 면의 내측의 부분에는, 산화막(64)과, Tap라고 불리는 신호 취출부(65-1, 65-2)가 형성되어 있다.
도 2의 예에서는, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면 부근에 있어서 화소(51)의 중심부분에 산화막(64)이 형성되어 있고, 그 산화막(64)의 양단에 각각 신호 취출부(65-1), 신호 취출부(65-2)가 형성되어 있다.
신호 취출부(65-1)는, N형 반도체 영역인 N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)과, P형 반도체 영역인 P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)을 갖고 있다.
구체적으로는, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, 산화막(64)의 도면 중 우측에 인접하는 위치에, N+반도체 영역(71-1)이 형성되어 있다. 또한, N+반도체 영역(71-1)의 도면 중 상측에, 그 N+반도체 영역(71-1)을 덮도록(둘러싸도록) N-반도체 영역(72-1)이 형성되어 있다.
또한, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, N+반도체 영역(71-1)의 도면 중 우측에 인접하는 위치에, P+반도체 영역(73-1)이 형성되어 있다. 또한, P+반도체 영역(73-1)의 도면 중 상측에, 그 P+반도체 영역(73-1)을 덮도록(둘러싸도록) P-반도체 영역(74-1)이 형성되어 있다.
또한, 상세는 후술하지만, 기판(61)을 그 면과 수직한 방향에서 본 때에, P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)을 중심으로 하여, 그들 P+반도체 영역(73-1) 및 P-반도체 영역(74-1)의 주위를 둘러싸도록, N+반도체 영역(71-1) 및 N-반도체 영역(72-1)이 형성되어 있다.
마찬가지로, 신호 취출부(65-2)는, N형 반도체 영역인 N+반도체 영역(71-2) 및 N-반도체 영역(72-2)과, P형 반도체 영역인 P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)을 갖고 있다.
구체적으로는, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, 산화막(64)의 도면 중 좌측에 인접하는 위치에, N+반도체 영역(71-2)이 형성되어 있다. 또한, N+반도체 영역(71-2)의 도면 중 상측에, 그 N+반도체 영역(71-2)을 덮도록(둘러싸도록)N-반도체 영역(72-2)이 형성되어 있다.
또한, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면의 표면 내측 부분에서의, N+반도체 영역(71-2)의 도면 중 좌측에 인접하는 위치에, P+반도체 영역(73-2)이 형성되어 있다. 또한, P+반도체 영역(73-2)의 도면 중 상측에, 그 P+반도체 영역(73-2)을 덮도록(둘러싸도록) P-반도체 영역(74-2)이 형성되어 있다.
또한, 상세는 후술하지만, 기판(61)을 그 면과 수직한 방향에서 본 때에, P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)을 중심으로 하여, 그들 P+반도체 영역(73-2) 및 P-반도체 영역(74-2)의 주위를 둘러싸도록, N+반도체 영역(71-2) 및 N-반도체 영역(72-2)이 형성되어 있다.
이하, 신호 취출부(65-1, 65-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 신호 취출부(65)라고도 한다.
또한 이하, N+반도체 영역(71-1) 및 N+반도체 영역(71-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N+반도체 영역(71)이라고 하고, N-반도체 영역(72-1) 및 N-반도체 영역(72-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 N-반도체 영역(72)이라고 한다.
마찬가지로, P+반도체 영역(73-1) 및 P+반도체 영역(73-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P+반도체 영역(73)이라고 하고, P-반도체 영역(74-1) 및 P-반도체 영역(74-2)을 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 P-반도체 영역(74)이라고 한다.
N+반도체 영역(71-1)과 P+반도체 영역(73-1)의 사이에는, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(75-1)가, 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 마찬가지로, N+반도체 영역(71-2)과 P+반도체 영역(73-2)의 사이에도, 그들의 영역을 분리하기 위한 분리부(75-2)가, 산화막 등에 의해 형성되어 있다. 이하, 분리부(75-1, 75-2)를 특히 구별할 필요가 없는 경우, 단지 분리부(75)라고 한다.
기판(61)에 마련된 N+반도체 영역(71)은, 외부로부터 화소(51)에 입사하여 온 광의 광량, 즉 기판(61)에 의한 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어의 양을 검출하기 위한 검출부로서 기능한다. 즉, N+반도체 영역(71)은, 기판(61)에 의한 광전변환에 의해 발생한 전하(전자)를 수집하는 흡인 전극으로서 구성된다.
또한, P+반도체 영역(73)은, 다수 캐리어 전류를 기판(61)에 주입하기 위한, 즉 기판(61)에 직접 전압을 인가하여 기판(61) 내에 전계를 발생시키기 위한 인가 전극으로서 구성된다.
화소(51)에서, N+반도체 영역(71-1)에는, 직접, 도시하지 않은 부유 확산 영역인 FD(Floating Diffusion)부(이하, 특히 FD부(A)라고 한다)가 접속되어 있다. FD부(A)는, 도시하지 않은 증폭 트랜지스터 등을 통하여 수직 신호선(29)에 접속되어 있다.
마찬가지로, N+반도체 영역(71-2)에는, 직접, FD부(A)와는 다른 딴(他の) FD부(이하, 특히 FD부(B)라고 한다)가 접속되어 있다. FD부(B)는, 도시하지 않은 증폭 트랜지스터 등을 통하여 수직 신호선(29)에 접속되어 있다. 여기서, FD부(A)와 FD부(B)는 서로 다른 수직 신호선(29)에 접속되어 있다.
(간접 ToF 방식에 의한 거리측정(測距))
간접 ToF 방식에 의해 대상물까지의 거리를 측정하는 경우, 고체 촬상 소자(11)가 마련된 촬상 장치로부터 대상물을 향하여 적외광이 사출된다. 그리고, 그 적외광이 대상물에서 반사되어 반사광으로서 촬상 장치에 되돌아오면, 고체 촬상 소자(11)의 기판(61)은, 입사하여 온 반사광(적외광)을 수광하여 광전변환한다.
이때, 화소 구동부(22)는, 화소(51)를 구동시켜, 광전변환에 의해 얻은 전하에 응한 신호를 FD부(A)와 FD부(B)에 배분한다.
예를 들면 어느 타이밍에서는, 화소 구동부(22)는, 화소 구동선(28)이나 콘택트 등을 통하여 2개의 P+반도체 영역(73)에 전압을 인가한다.
구체적으로는, 화소 구동부(22)는, 화소 구동선(28)을 통하여 P+반도체 영역(73-1)에 0V보다도 큰 정의 전압을 인가하고, P+반도체 영역(73-2)에는 화소 구동선(28)을 통하여 0V의 전압을 인가한다. 즉, P+반도체 영역(73-1)에는 정의 전압이 인가되고, P+반도체 영역(73-2)에는 실질적으로는 전압은 인가되지 않는다.
이와 같이, P+반도체 영역(73)에 전압을 인가하면, 기판(61)에서의 2개의 P+반도체 영역(73)의 사이에 전계가 발생하고, P+반도체 영역(73-1)부터 P+반도체 영역(73-2)으로 전류가 흐른다. 이 경우, 기판(61) 내의 정공(홀)은 P+반도체 영역(73-2)의 방향으로 이동하고, 전자는 P+반도체 영역(73-1)의 방향으로 이동한다.
이와 같은 상태에서, 외부로부터의 적외광이 기판(61) 내에 입사하고, 기판(61) 내에서 광전변환되어 전자와 정공의 페어로 변환되면, 얻어진 전자는 P+반도체 영역(73) 사이의 전계에 의해 P+반도체 영역(73-1)의 방향으로 이끌려져서, N+반도체 영역(71-1) 내로 이동한다.
이때, 광전변환에서 발생한 전자가, 화소(51)에 입사한 적외광의 양, 즉 적외광의 수광량에 응한 신호를 검출하기 위한 신호 캐리어로서 사용된다.
이에 의해, N+반도체 영역(71-1)에는, N+반도체 영역(71-1) 내로 이동하여 온 전자에 응한 전하가 축적되고, 이 전하가 FD부(A)나 증폭 트랜지스터, 수직 신호선(29) 등을 통하여, 칼럼 처리부(23)에서 검출된다.
즉, N+반도체 영역(71-1)의 축적 전하가, 그 N+반도체 영역(71-1)에 직접 접속된 FD부(A)에 전송되고, FD부(A)에 전송된 전하에 응한 신호가, 증폭 트랜지스터나 수직 신호선(29)를 통하여 칼럼 처리부(23)에 의해 판독된다. 그리고, 판독된 신호에 대해, 칼럼 처리부(23)에서 AD 변환 처리 등의 처리가 시행되고, 그 결과 얻어진 화소 신호가, 신호 처리부(26)로 공급된다.
이 화소 신호는, N+반도체 영역(71-1)에 의해 검출된 전자에 응한 전하량, 즉 FD부(A)에 축적된 전하의 양을 나타내는 신호가 된다. 즉, 화소 신호는, 화소(51)에서 수광된 적외광의 광량을 나타내는 신호이다.
또한 다음의 타이밍에서는, 지금까지 기판(61) 내에서 생기고 있던 전계와 반대 방향의 전계가 발생하도록, 화소 구동부(22)에 의해 화소 구동선(28)이나 콘택트 등을 통하여 2개의 P+반도체 영역(73)에 전압이 인가된다. 구체적으로는, P+반도체 영역(73-2)에는 정의 전압이 인가되고, P+반도체 영역(73-1)에는 0V의 전압이 인가된다.
이에 의해, 기판(61)에서의 2개의 P+반도체 영역(73)의 사이에서 전계가 발생하고, P+반도체 영역(73-2)부터 P+반도체 영역(73-1)으로 전류가 흐른다.
이와 같은 상태에서, 외부로부터의 적외광이 기판(61) 내에 입사하고, 기판(61) 내에서 광전변환되어 전자와 정공의 페어로 변환되면, 얻어진 전자는 P+반도체 영역(73) 사이의 전계에 의해 P+반도체 영역(73-2)의 방향으로 이끌려져서, N+반도체 영역(71-2) 내로 이동한다.
이에 의해, N+반도체 영역(71-2)에는, N+반도체 영역(71-2) 내로 이동하여 온 전자에 응한 전하가 축적되고, 이 전하가 FD부(B)나 증폭 트랜지스터, 수직 신호선(29) 등을 통하여, 칼럼 처리부(23)에서 검출된다.
즉, N+반도체 영역(71-2)의 축적 전하가, 그 N+반도체 영역(71-2)에 직접 접속된 FD부(B)에 전송되고, FD부(B)에 전송된 전하에 응한 신호가, 증폭 트랜지스터나 수직 신호선(29)를 통하여 칼럼 처리부(23)에 의해 판독된다. 그리고, 판독된 신호에 대해, 칼럼 처리부(23)에서의 AD 변환 처리 등의 처리가 시행되고, 그 결과 얻어진 화소 신호가, 신호 처리부(26)로 공급된다.
이와 같이 하여, 같은 화소(51)에서 서로 다른 기간의 광전변환으로 얻어진 화소 신호가 얻어지면, 신호 처리부(26)는, 그들의 화소 신호에 의거하여 대상물까지의 거리를 나타내는 거리 정보를 산출하고, 후단으로 출력한다.
특히 신호 처리부(26)에서는, 화소 어레이부(21)의 화소에 관해 얻어진 거리 정보를, 그 화소에 대응하는 화상상(畵像上)의 화소의 화소치로 하면, 고체 촬상 소자(11)의 관찰 시야의 각 영역에 있는 피사체까지의 거리를 나타내는 화상(이하, 거리화상이라고 한다)이 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어지는 거리화상은 뎁스 맵 이라고도 불린다.
이상과 같이, 서로 다른 N+반도체 영역(71)으로 신호 캐리어를 분배하여, 그들의 신호 캐리어에 응한 신호에 의거하여 거리 정보를 산출하는 방법이, 간접 ToF 방식이라고 불리고 있다.
(신호 취출부 부분의 구성례)
화소(51)에서의 신호 취출부(65)의 부분을, 도면 중 상(上)부터 하방향, 즉 기판(61)의 면과 수직한 방향에 보면, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이, P+반도체 영역(73)의 주위가 P+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여지는 구조로 되어 있다. 도 3에서, 도 2에 도시되는 부분과 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 3의 예에서는, 화소(51)의 중앙 부분에 도시하지 않은 산화막(64)이 형성되어 있고, 화소(51)의 중앙부터 약간 단측의 부분에 신호 취출부(65)가 형성되어 있다. 특히, 여기서는 화소(51) 내에는 2개의 신호 취출부(65)가 형성되어 있다.
그리고, 신호 취출부(65)에서는, 그 중심 위치에 사각형상으로 P+반도체 영역(73)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(73)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(73)의 주위가, 사각형 테두리 형상의 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여 있다. 즉, N+반도체 영역(71)은, P+반도체 영역(73)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다.
또한, 기판(61)과 수직한 방향에서 본 때의 N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)의 형상은, 도 3에 도시한 바와 같은 사각형상으로 한하지 않고, 어떤 형상이라도 좋다.
예를 들면, 도 4에 도시되는 바와 같이, N+반도체 영역(71)과 P+반도체 영역(73)이 원형상이 되도록 하여도 좋다. 또한, 도 4에서, 도 3에 도시되는 부분과 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 4의 예에서는, 신호 취출부(65)에서, 그 중심 위치에 원형상의 P+반도체 영역(73)이 형성되어 있고, 그 P+반도체 영역(73)을 중심으로 하여, P+반도체 영역(73)의 주위가, 원환형상의 N+반도체 영역(71)에 의해 둘러싸여 있다.
또한, 도 3이나 도 4에 도시되는 바와 같이, 온-칩 렌즈(62)는, 화소(51)를 평면시로 본 경우, 하나의 화소(51) 영역의 거의 전체를 덮도록 하여 형성되어 있다. 즉, 본 실시의 형태에서는, 화소(51)마다 하나의 온-칩 렌즈(62)가 마련되어 있다.
(전송효율(傳送效率)에 관해)
그런데, CAPD 센서를 이용한 간접 ToF 방식에 의한 거리측정에서, 거리측정 오차를 보다 작게 하기 위해서는, 화소 감도(感度)를 올릴 필요가 있다. 이 화소 감도는, 화소 면적, 양자 효율, 개구율, 및 전송효율의 곱에 비례한다고 되어 있다.
전송효율(Cmod(Contrast between active and inactive tap))은, 기판 내에서의 광전변환에 의해 발생한 신호 전하 중, 전압이 인가된 신호 취출부(Active Tap)에 이끌려지는 신호 전하의 비율을 말한다.
도 5는, 종래의 CAPD 센서에 마련된 화소의 구성례를 도시하고 있다. 도 5에 도시되는 화소는, 도 2에 도시되는 화소(51)로부터 온-칩 렌즈(62)를 제거한 구성과 마찬가지이다.
여기서는, 신호 취출부(65-2)가, 신호의 판독이 행하여지는 Active Tap, 신호 취출부(65-1)가, 신호의 판독이 행하여지지 않는 Inactive Tap인 것으로 한다.
여기서, Active Tap(신호 취출부(65-2))에 유입하는 전류(전하량)를 I0, Inactive Tap(신호 취출부(65-1))에 유입하는 전류(전하량)를 I1로 하면, 전송효율(Cmod)은, Active Tap에 유입하는 전류(I0)와, Inactive Tap에 유입하는 전류(I1)와의 비로 표시된다.
기판 내에서의 광전변환에 의해 발생한 신호 전하가, 전부 Active Tap로 이끌려지는 것이 이상적이다. 이 경우, Inactive Tap에 유입하는 전류(I1)는 0이 되고, 전송효율은 100%가 된다.
그렇지만, 도 5에 도시되는 화소에는, 광을 집광시키는 집광 구조가 마련되어 있지 않기 때문에, 화소(기판) 전면에서 광전변환이 행하여진다. 그때문에, 광전변환에 의해 신호 취출부(65-1) 부근에서 발생한 신호 전하에 대응한 전류(I1)가, Inactive Tap(신호 취출부(65-1))에 유입하여 버린다. 그 결과, 전송효율이 저하되고, 거리측정 오차가 커져 버린다.
한편, 본 실시의 형태의 화소(51)에는, 외부로부터 입사한 광을 집광하여 기판(61) 내에 입사시키는 온-칩 렌즈(62)가 마련된다.
온-칩 렌즈(62)에 의하면, 도 6에 도시되는 바와 같이, 외부로부터 온-칩 렌즈(62)에 입사한 적외광은, 기판(61) 내의 화소(51)의 중앙 부근, 구체적으로는, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 집광된다. 이에 의해, 신호 취출부(65-1) 부근에서의 광전변환이 억제되고, Inactive Tap(신호 취출부(65-1))에 유입하는 전류(I1)를 작게 할 수 있기 때문에, 전송효율을 높일 수 있다.
따라서 이상의 구성에 의하면, 온-칩 렌즈(62)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
<3. 집광부의 베리에이션>
이상에서는, 집광부로서, 온-칩 렌즈(62)가 형성되는 화소(51)의 구성에 관해 설명하였지만, 집광부는, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시키는 기능을 갖고 있으면 좋다.
그래서, 이하에서는, 화소(51)에 형성되는 집광부의 베리에이션에 관해 설명한다.
(예 1)
도 7은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 7의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(111)가 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(111)는, 리플로 처리에 의해 형성되는 리플로 렌즈이다. 이에 의해, 집광 범위에 맞춘 온-칩 렌즈(111)의 후막화(厚膜化)를 도모할 수 있다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(111)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 2)
도 8은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 8의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(131)가 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(131)는, 렌즈 재료로서, 고굴절률 재료를 사용하여 형성된다. 이에 의해, 온-칩 렌즈(131)의 집광 능력을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(131)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 3)
도 9는, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 9의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(151)가 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(151)는, 기판(61)을 구성하는 기판 재료(예를 들면 실리콘)에 대해, 에칭에 의해 렌즈 형상을 전사함으로써 형성된다. 온-칩 렌즈(151)에서는, 암전류의 억제를 목적으로 하여 부의 고정 전하막으로 렌즈 표면의 피닝이 취하여져서, 그 표면상에는 도시하지 않은 반사 방지막이 형성된다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(151)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 4)
도 10은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 10의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(171)가 형성되어 있다. 또한, 도 10의 예에서는, 온-칩 렌즈(171)상에, 오버코트층(172)이 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(171)는, 예를 들면, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 실록산계 수지 등의 유기 재료로 형성된다. 또한, 온-칩 렌즈(171)는, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 형성되어도 좋다.
오버코트층(172)은, 온-칩 렌즈(171)와 마찬가지 또는 다른 재료로 형성된다. 오버코트층(172)을 형성하는 재료에 의해, 오버코트층(172)에, 반사 방지의 기능이나, 변형이나 착색 등의 열화(劣化) 방지의 기능 등, 여러가지의 기능을 갖게 할 수 있다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(171)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 5)
도 11은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 11의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(191)가 형성되어 있다. 또한, 도 10의 예에서는, 온-칩 렌즈(191)상에, 평탄화막(192)이 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(191)는, 예를 들면, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 실록산계 수지 등의 유기 재료로 형성된다. 또한, 온-칩 렌즈(171)는, SiN계 또는 SiON계의 무기 재료로 형성되어도 좋다.
평탄화막(192)은, 온-칩 렌즈(191)를 형성하는 재료의 굴절률보다 낮은 재료로 형성된다.
온-칩 렌즈(191)상에 평탄화막(192)을 형성함에 의해, 고체 촬상 소자(11)는, 수광면측의 공극(캐비티)을 실 수지나 실 유리로 봉지(封止)한 캐비티레스 구조를 취할 수 있다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(191)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 6)
도 12는, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 12의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 하볼록곡면형상(下凸曲面狀)의 온-칩 렌즈(211)가 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(211)는, 기판(61)상의 평탄화막(212)에 형성되는 오목부에, 예를 들면, 평탄화막(212)보다 높은 굴절률의 실 수지(213)가 봉지됨에 의해 형성된다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(211)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 7)
도 13은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 13의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 회절(回折) 렌즈(231)가 형성되어 있다.
회절 렌즈(231)는, 광의 회절 현상을 이용하여, 입사된 광을 집광시키는 기능을 갖는다. 회절 렌즈(231)는, 평탄한 렌즈 재료의 표면에 동심원형상으로 나열하는 복수의 홈이 마련됨으로써 형성된다.
이와 같은 구성에서도, 회절 렌즈(231)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 8)
도 14는, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 14의 화소(51)에서는, 집광부로서, 도 2의 화소(51)에서의 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 굴절률 분포형 렌즈(251)가 형성되어 있다.
굴절률 분포형 렌즈(251)는, 광축을 중심으로 한 동심원형상으로, 고굴절률층과 저굴절률층이 소정의 주기로 교대로 배열되어 구성된다. 굴절률 분포형 렌즈(251)는, 예를 들면 SWLL(Sub-Wave Length Lens)로서 구성된다.
이와 같은 구성에서도, 굴절률 분포형 렌즈(251)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
(예 9)
도 15는, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 15의 화소(51)에서는, 도 2의 화소(51)에서의 집광부로서의 온-칩 렌즈(62)와 기판(61)의 사이에, 상볼록곡면형상의 층-내 렌즈(271)가 형성되어 있다.
층-내 렌즈(271)에 의해, 온-칩 렌즈(62)의 집광 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 15의 예에서, 화소(51)는, 층-내 렌즈(271)가 형성되는 층을 화소마다 분리한 분리벽(272)을 갖고 있다. 분리벽(272)은, W나 Al 등으로 이루어지는 금속막으로 형성되어도 좋고, SiO2야 SiN 등으로 이루어지는 Si 산화막으로 형성되어도 좋다. 분리벽(272)에 의해, 화소 사이의 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같은 구성에서도, 온-칩 렌즈(62)와 층-내 렌즈(271)에 의해, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있고, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 15의 예에서, 온-칩 렌즈(62)에 대신하여, 도 6 내지 도 14를 참조하여 설명한 구성이 적용되도록 하여도 좋다. 또한, 도 15의 예에서, 층-내 렌즈(271)는, 상볼록곡면형상의 형상을 채택하는 것으로 하였지만, 하볼록곡면형상의 형상을 채택하도록 하여도 좋다.
<4. 화소 분리부의 베리에이션>
화소 어레이부(21)에 형성되는 화소와 화소의 사이에, 인접 화소 사이의 분리 특성을 향상시켜서, 혼색을 억제하기 위한 화소 분리부를 마련하도록 하여도 좋다.
그래서, 이하에서는, 화소(51)에 형성되는 화소 분리부의 베리에이션에 관해 설명한다.
(예 1)
도 16은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 16의 화소(51)에서는, 도 2의 화소(51)와 같은 구성에 더하여, 기판(61)을 화소마다 분리하는 화소 분리부(310)가, 복수의 화소(51)의 사이를 구획하도록 형성되어 있다.
화소 분리부(310)는, 홈부(311), 고정 전하막(312), 및 절연막(313)으로 구성된다. 화소 분리부(310)는, 기판(61)의 이면(도면 중 상면)의 측에서, 기판(61)의 내부에 매입하도록 형성되어 있다.
구체적으로는, 기판(61)의 이면(상면)측에는, 기판(61)에서의 화소(51)끼리의 경계부분의 일부를 관통하도록, 홈부(311)가 형성되어 있다. 홈부(311)의 내부는, 고정 전하막(312)으로 피복되고, 또한, 홈부(311)에 절연막(313)을 충전함으로써, 화소 분리부(310)가 구성되어 있다.
도면 중 상면측에서 고체 촬상 소자(11)를 본 경우, 화소 분리부(310)는, 평면 형상이 격자상으로 되어 있고, 복수의 화소(51)의 사이에 개재하고 있다.
화소 분리부(310)의 절연막(313)으로서는, 예를 들면, 실리콘 산화막(SiO)나, 실리콘 질화막(SiN) 등을 채용할 수 있다. 화소 분리부(310)는, 예를 들면, STI(Shallow Trench Isolation)로 형성되어도 좋다.
이와 같은 구성에 의해, 인접 화소 사이의 분리 특성을 향상시켜서, 혼색을 억제하는 것이 가능해진다.
(예 2)
도 17은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 17의 화소(51)에서는, 도 16의 화소(51)와 마찬가지로, 기판(61)을 화소마다 분리하는 화소 분리부(310)가, 복수의 화소(51)의 사이를 구획하도록 형성되어 있다.
단, 도 17의 화소(51)에서는, 화소 분리부(310)의 높이(도면 중 상하 방향의 길이)가, 기판(61)과 같은 높이로 되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 인접 화소 사이의 분리 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
(예 3)
도 18은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 18의 화소(51)에서는, 도 17의 화소(51)와 마찬가지로, 기판(61)을 화소마다 분리하는 화소 분리부(310)가, 복수의 화소(51)의 사이를 구획하도록 형성되어 있다.
단, 도 18의 화소(51)에서는, 화소 분리부(310)의 높이가, 기판(61)의 높이를 초과하여, 온-칩 렌즈(62)에 달하는 높이로 되어 있다. 또한, 도 18의 예에서는, 기판(61)상에, 화소 사이 차광부(63)는 형성되어 있지 않다.
이와 같은 구성에 의하면, 인접 화소 사이의 분리 특성을 한층 향상시킬 수 있다.
(예 4)
도 19는, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 19의 화소(51)에서는, 도 16의 화소(51)와 마찬가지로, 기판(61)을 화소마다 분리하는 화소 분리부(310)가, 복수의 화소(51)의 사이를 구획하도록 형성되어 있다.
단, 도 19의 화소(51)에서는, 화소 분리부(310)가 중공(中空) 구조로 되어 있다.
도 19의 화소 분리부(310)는, 기판(61)의 이면측(상측)부터 깊이 방향으로 형성된 홈부(311) 내에, 고정 전하막(312) 및 절연막(313)을, 그 순서로 매입하고 형성되어 있다. 홈부(311)의 내부에는 중공부(이른바 보이드)(314)가 형성되어 있다.
홈부(311)에서 중공부(314)를 형성하기 위해, 절연막(313)은, 홈부(311)의 내부에서는 홈부(311)를 전부 매입하지 않는 막두께로 형성되고, 홈부(311)의 개구단에서는 홈부(311)를 폐색하도록 형성되어 있다. 절연막(313)은, 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘, 산질화실리콘, 수지 등의 재료로 형성할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해서도, 인접 화소 사이의 분리 특성을 향상시켜서, 혼색을 억제하는 것이 가능해진다.
<5. 기타의 베리에이션>
이하에서는, 상술한 구성에 적용 가능한, 집광부 및 화소 분리부 이외의 구성의 변형례에 관해 설명한다.
(화소 사이 차광부)
상술한 바와 같이, 본 실시의 형태의 화소(51)에서는, Inactive Tap 부근에서의 광전변환을 억제하여, Inactive Tap에 유입하는 전류를 작게 함으로써, 전송효율을 높이는 것을 가능하게 하고 있다.
그래서, 기판(61)상에 형성되는 화소 사이 차광부(63)의 폭을 조정하여, Inactive Tap에 광을 입사시키지 않도록 함으로써, Inactive Tap 부근에서의 광전변환을 억제하여, Inactive Tap에 유입하는 전류를 작게 하도록 하여도 좋다.
예를 들면, 도 20에 도시되는 바와 같이, 화소 사이 차광부(63)가, Tap(신호 취출부(65-1, 65-2))각각의 반분을 덮도록, 화소 사이 차광부(63)의 폭이 조정되어 형성되도록 한다.
이에 의해, Inactive Tap에 광을 입사시키지 않도록 할 수 있기 때문에, 결과로서, 전송효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 도 21에 도시되는 바와 같이, 화소 사이 차광부(63)가, Tap(신호 취출부(65-1, 65-2)) 각각의 전체를 덮도록, 화소 사이 차광부(63)의 폭이 조정되어 형성되도록 하여도 좋다.
이에 의해, 보다 확실하게, Inactive Tap에 광을 입사시키지 않도록 할 수 있기 때문에, 결과로서, 보다 한층, 전송효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 도 21의 구성에서는, 도 20의 구성과 비교하여, 기판(61)에 입사하는 광의 광량이 적어지는 것이지만, 온-칩 렌즈(62)의 집광 능력을 높이거나, 주변 회로부에서 화소 신호를 증폭함으로써, 일정한 신호 레벨을 확보할 수 있다.
(사출동(射出瞳) 보정)
화소 어레이부(21)에서는, 그 중심부터 주변을 향할수록, 온-칩 렌즈(62)의 사출동 보정량을 크게 할 필요가 있다.
이때, 온-칩 렌즈(62)의 사출동 보정량을 최적으로 조정함으로써, Inactive Tap 부근에서의 광전변환을 억제하여, Inactive Tap에 유입하는 전류를 작게 하도록 하여도 좋다.
도 22는, 화소 어레이부(21)의 단부(端部)에 배치되어 있는 화소(51P)의 구성례를 도시하고 있다.
도 22에 도시되는 바와 같이, 화소(51P)에 대해, 온-칩 렌즈(62)의 사출동 보정량을 조정함으로써, 외부로부터 온-칩 렌즈(62)에 입사한 광을, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 집광시키도록 한다.
이에 의해, 화소 어레이부(21)의 단부에 배치되어 있는 화소에서도, Inactive Tap 부근에서의 광전변환이 억제되고, Inactive Tap에 유입하는 전류를 작게 할 수 있기 때문에, 전송효율을 높이는 것이 가능해진다.
(반사부재)
화소(51)의 감도를 향상시키기 위해 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 대면적의 반사부재를 마련하도록 하여도 좋다.
도 23은, 화소(51)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 23의 화소(51)에서는, 도 2의 화소(51)와 같은 구성에 더하여, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면 전체를 덮도록, 적외광을 반사하는 반사부재(351)가 마련되어 있다.
반사부재(351)는, 적외광의 반사율이 높은 것이면, 어떤 것이라도 좋다. 예를 들면, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 적층된 다층 배선층-내에 마련된, 구리나 알루미늄 등의 메탈(금속)이 반사부재(351)로서 사용되어도 좋다. 또한, 반사부재(351)로서, 기판(61)의 입사면과는 반대측의 면상에 폴리실리콘이나 산화막 등의 반사 구조를 형성하여도 좋다.
이와 같은 구성에 의해, 온-칩 렌즈(62)를 통하여 입사면부터 기판(61) 내에 입사하고, 기판(61) 내에서 광전변환되지 않고 기판(61)을 투과하여 버린 적외광을, 반사부재(351)에서 반사시켜서 기판(61) 내로 재차 입사시킬 수 있다. 이에 의해, 기판(61) 내에서 광전변환된 적외광의 양을 보다 많게 하여, 양자 효율, 나아가서는 화소 감도를 향상시킬 수 있다.
<6. 제2의 실시의 형태>
도 24 및 도 25는, 본 기술을 적용한 제2의 실시의 형태의 화소의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 24는, 화소 어레이부(21)에 마련된 화소(51)의 단면도를 도시하고 있고, 도 25는, 화소(51)의 평면도를 도시하고 있다.
본 실시의 형태의 화소(51)는, 기판(61)과, 그 기판(61)상에 형성된, 집광부로서의 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(411, 412)를 갖고 있다.
온-칩 렌즈(411)는, 기판(61)의 입사면상에서의 화소(51)의 중앙부에서, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)에 걸치도록 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(412)는, 기판(61)의 입사면상에서의 화소(51)와, 화소(51)에 인접하는 화소(인접 화소)와의 사이에서, 이웃하는 화소끼리의 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)(신호 취출부(65-2)와 신호 취출부(65-1))에 걸치도록 형성되어 있다.
온-칩 렌즈(411, 412)는 모두, 유기 재료인 STSR에 대해 에치백이 행하여짐에 의해 형성된다.
온-칩 렌즈(411)에 의하면, 도 26에 도시되는 바와 같이, 외부로부터 온-칩 렌즈(411)에 입사한 적외광은, 기판(61) 내의 화소(51)의 중앙 부근, 구체적으로는, 신호 취출부(65-1)와 신호 취출부(65-2)의 사이에 집광된다.
이에 의해, 신호 취출부(65-1) 부근에서의 광전변환이 억제되고, Inactive Tap(신호 취출부(65-1))에 유입하는 전류(I1)를 작게 할 수 있다.
또한, 온-칩 렌즈(412)에 의하면, 도 26에 도시되는 바와 같이, 외부로부터 온-칩 렌즈(412)에 입사한 적외광은, 화소(51)의 신호 취출부(65-1(65-2))와, 인접하는 화소의 신호 취출부(65-2(65-1))의 사이에 집광된다.
이에 의해, 기판(61)에서의 이웃하는 화소 사이의 경계부분에서, 광전변환에 의해 신호 전하가 발생하고, 그 신호 전하에 대응한 전류가 Active Tap(신호 취출부(65-2))에 유입하게 된다.
이상의 구성에 의하면, Inactive Tap에 유입하는 전류를 작게 할 수 있기 때문에, 전송효율을 높인 것이 가능해진다. 또한, 이상의 구성에 의하면, 기판(61) 내에서 광전변환된 광의 광량을 보다 많게 할 수 있기 때문에, 화소 감도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태의 화소(51)가 구비하는 집광부로서, 온-칩 렌즈(411, 412)에 대신하여, 도 6 내지 도 14를 참조하여 설명한 구성이 적용되도록 하여도 좋다.
<7. 적용 가능한 CAPD 센서에 관해>
이상에서는, 본 기술을, 이면 조사형의 CAPD 센서에 적용한 예에 관해 설명하여 왔지만, 본 기술을 표면 조사형의 CAPD 센서에 적용하는 것도 가능하다.
도 27은, 표면 조사형의 CAPD 센서가 구비하는 화소의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 27에 도시되는 바와 같이, 표면 조사형의 CAPD 센서가 구비하는 화소(451)에서, 기판(461)은, 그 표면(상면)측부터 입사한 입사광을 수광한다. 기판(461) 내에서의 입사면측, 즉 도면 중 상측의 면의 내측의 부분에는, 신호 취출부(462-1, 462-2)가 형성되어 있다.
기판(461)의 위에는, 배선층(463)이 마련된다. 배선층(463)은, 이른바 다층 배선의 층으로 되어 있고, 절연층을 구성하는 층간 절연막과 배선이 교대로 복수회 적층되어 형성되어 있다.
배선층(463)의 위에는, 외부로부터 입사한 광을 집광하여 기판(461) 내에 입사시키는 집광부로서, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈(464)가 형성되어 있다. 온-칩 렌즈(464)는, 유기 재료인 STSR에 대해 에치백이 행하여짐에 의해 형성되는 것으로 하지만, 온-칩 렌즈(464)에 대신하여, 도 6 내지 도 14를 참조하여 설명한 구성이 적용되도록 하여도 좋다.
또한, 화소(451)에서, 기판(461)의 입사면상에서의 화소(451)의 단부분에는, 인접하는 화소 사이에서의 혼색을 방지하기 위한 화소 사이 차광부(465)가 형성되어 있다.
이와 같이, 표면 조사형의 CAPD 센서에서는, 광의 입사면측에 배치되는 배선 등에 의해, 광전변환 영역이 제한되어 버린다. 그렇지만, 이와 같은 구성이라도, 온-칩 렌즈(464)에 의해, 신호 취출부(462-1)와 신호 취출부(462-2)의 사이에 광을 집광시킴으로써, 전송효율을 높일 수 있기 때문에, 거리측정 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
<8. 촬상 장치의 구성례>
상술한 고체 촬상 소자(11)는, 예를 들면 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 장치, 촬상 기능을 구비한 휴대 전화기, 촬상 기능을 구비한 다른 기기라는 각종의 전자 기기에 적용할 수 있다.
도 28은, 본 기술을 적용한 전자 기기로서의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 28에 도시되는 촬상 장치(501)는, 광학계(511), 셔터 장치(512), 고체 촬상 소자(513), 제어 회로(514), 신호 처리 회로(515), 모니터(516), 및 메모리(517)를 갖고 있고, 정지화상 및 동화상을 촬상 가능하다.
광학계(511)는, 1장 또는 복수장의 렌즈를 갖고서 구성되고, 피사체로부터의 광(입사광)를 고체 촬상 소자(513)에 이끌어서, 고체 촬상 소자(513)의 수광면에 결상시킨다.
셔터 장치(512)는, 광학계(511) 및 고체 촬상 소자(513)의 사이에 배치되고, 제어 회로(514)의 제어에 따라, 고체 촬상 소자(513)로의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다.
고체 촬상 소자(513)는, 광학계(511) 및 셔터 장치(512)를 통하여 수광면에 결상되는 광에 응하여, 일정 기간, 신호 전하를 축적한다. 고체 촬상 소자(513)에 축적된 신호 전하는, 제어 회로(514)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 따라 전송된다.
제어 회로(514)는, 고체 촬상 소자(513)의 전송 동작, 및, 셔터 장치(512)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 출력하여, 고체 촬상 소자(513) 및 셔터 장치(512)를 구동한다.
신호 처리 회로(515)는, 고체 촬상 소자(513)로부터 출력된 신호 전하에 대해 각종의 신호 처리를 시행한다. 신호 처리 회로(515)가 신호 처리를 시행함에 의해 얻어진 화상(화상 데이터)은, 모니터(516)에 공급되어 표시되거나, 메모리(517)에 공급되어 기록되거나 한다.
이와 같이 구성되는 촬상 장치(501)에서도 본 기술을 적용하는 것이 가능하다. 즉, 고체 촬상 소자(513)로서, 상술한 고체 촬상 소자(11)를 이용할 수 있다.
<9. 이동체에의 응용례>
본 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 29는, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)을 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 29에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신된 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 29의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 30은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 30에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실 내의 프론트유리의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실 내의 프론트유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 30에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 겹쳐짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로서, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차의 내차와의 앞에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 기타의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인(視認) 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다, 본 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)(촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나)에 적용될 수 있다 구체적으로는, 도 1의 고체 촬상 소자(11)는, 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 기술을 적용함에 의해, 촬상부(12031)가 간접 ToF 방식에 의해 거리 정보를 취득하는 기능을 갖는 경우에, 그 거리측정 오차를 저감시킬 수 있기 때문에, 보다 안전한 자동 운전이나 운전 지원을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와,
상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와,
상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를
가지며,
상기 집광부는, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는
촬상 소자.
(2)
상기 집광부는, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈인
(1)에 기재된 촬상 소자.
(3)
상기 온-칩 렌즈는, STSR에 대한 에치백에 의해 형성되어 이루어지는
(2)에 기재된 촬상 소자.
(4)
상기 온-칩 렌즈는, 리플로 처리에 의해 형성되어 이루어지는
(2)에 기재된 촬상 소자.
(5)
상기 온-칩 렌즈는, 고굴절률 재료를 사용하여 형성되어 이루어지는
(2)에 기재된 촬상 소자.
(6)
상기 온-칩 렌즈는, 상기 기판을 구성하는 기판 재료에 대한 에칭에 의해 형성되어 이루어지는
(2)에 기재된 촬상 소자.
(7)
상기 온-칩 렌즈의 위에 형성되는 오버코트층을 또한 갖는
(2)에 기재된 촬상 소자.
(8)
상기 집광부는, 하볼록곡면형상의 온-칩 렌즈인
(1)에 기재된 촬상 소자.
(9)
상기 집광부는, 회절 렌즈인
(1)에 기재된 촬상 소자.
(10)
상기 집광부는, 굴절률 분포형 렌즈인
(1)에 기재된 촬상 소자.
(11)
상기 집광부와 상기 기판의 사이에 형성되는 층-내 렌즈를 또한 갖는
(1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(12)
상기 화소는, 상기 기판의 입사면의 상기 화소의 단부분에 형성된 화소 사이 차광부를 또한 갖는
(1) 내지 (11)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(13)
상기 화소 사이 차광부는, 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부 각각의 적어도 반분을 덮도록 형성된
(12)에 기재된 촬상 소자.
(14)
상기 화소는, 상기 기판을 상기 화소마다 분리하도록 형성된 화소 분리부를 또한 갖는
(1) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(15)
상기 화소는, 상기 기판의 입사면과는 반대측의 면에 형성된, 상기 입사면부터 상기 기판에 입사한 상기 광을 반사하는 반사부재를 또한 갖는
(1) 내지 (14)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(16)
상기 집광부는, 상기 기판상에서, 상기 화소마다 하나씩 형성되는
(1) 내지 (15)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(17)
상기 집광부는,
상기 화소의 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 제1의 집광부와,
상기 화소의 상기 제1의 신호 취출부 또는 상기 제2의 신호 취출부와, 상기 화소에 인접하는 인접 화소의 상기 제2의 신호 취출부 또는 상기 제1의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 제2의 집광부로
구성되는
(1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(18)
상기 제1의 신호 취출부 및 상기 제2의 신호 취출부는, 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되는
(1) 내지 (17)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(19)
상기 제1의 신호 취출부 및 상기 제2의 신호 취출부는, 상기 기판의 입사면측에 마련되는
(1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(20)
입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
상기 화소는,
입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와,
상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와,
상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를
가지며,
상기 집광부는, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 촬상 소자를
구비하는 촬상 장치.
11 : 고체 촬상 소자
21 : 화소 어레이부
22 : 화소 구동부
51 : 화소
61 : 기판
62 : 온-칩 렌즈
65-1, 65-2, 65 : 신호 취출부
71-1, 71-2, 71 : N+반도체 영역
73-1, 73-2, 73 : P+반도체 영역

Claims (24)

  1. 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소는,
    입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
    전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와,
    상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와,
    상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를
    가지며,
    상기 집광부는, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 상볼록곡면형상의 온-칩 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 온-칩 렌즈는, STSR에 대한 에치백에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 온-칩 렌즈는, 리플로 처리에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 온-칩 렌즈는, 고굴절률 재료를 사용하여 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 온-칩 렌즈는, 상기 기판을 구성하는 기판 재료에 대한 에칭에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 온-칩 렌즈의 위에 형성되는 오버코트층을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 하볼록곡면형상의 온-칩 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 회절 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 굴절률 분포형 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 집광부와 상기 기판의 사이에 형성된 층-내 렌즈를 또한 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 화소 각각은, 상기 기판의 입사면의 상기 화소의 단부분에 형성된 화소 사이 차광부를 또한 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화소 사이 차광부는, 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부 각각의 적어도 반분을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 상기 기판을 상기 화소마다 분리하도록 형성된 화소 분리부를 또한 갖는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 촬상 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 상기 기판의 입사면과는 반대측의 면에 형성된, 상기 입사면부터 상기 기판에 입사한 상기 광을 반사하는 반사부재를 또한 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는, 상기 기판상에서, 상기 화소마다 하나씩 형성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는,
    상기 화소의 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 제1의 집광부와,
    상기 화소의 상기 제1의 신호 취출부 또는 상기 제2의 신호 취출부와, 상기 화소에 인접하는 인접 화소의 상기 제2의 신호 취출부 또는 상기 제1의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 제2의 집광부로 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 신호 취출부 및 상기 제2의 신호 취출부는, 상기 기판의 입사면과는 반대의 면측에 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 신호 취출부 및 상기 제2의 신호 취출부는, 상기 기판의 입사면측에 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  20. 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소는,
    입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
    전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 인가 전극과, 광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 흡인 전극을 갖는 제1의 신호 취출부와,
    상기 인가 전극과 상기 흡인 전극을 갖는 제2의 신호 취출부와,
    상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부를 가지며,
    상기 집광부는, 적어도, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1의 신호 취출부와 상기 제2의 신호 취출부의 사이에 상기 광을 집광시키는 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  21. 입사한 광을 광전변환하는 화소를 복수 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 화소는,
    입사한 상기 광을 광전변환하는 기판과,
    전압의 인가에 의해 전계를 발생시키기 위한 제1의 인가 전극 및 제2의 인가 전극과,
    광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제1의 흡인 전극 및 제2의 흡인 전극과,
    상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 집광부와,
    상기 기판의 위에 형성되는 차광부를 가지며,
    상기 집광부의 중심은, 평면시에서 제1의 인가 전극과 제2의 인가 전극의 사이에 배치되고,
    상기 집광부의 단은, 평면시에서 상기 차광부와 오버랩하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1의 흡인 전극에 의해 검출된 제1의 신호 캐리어와, 상기 제2의 흡인 전극에 의해 검출된 제2의 신호 캐리어와의 차에 의거하여, 대상물까지의 거리를 나타내는 거리 정보를 산출하는 신호 처리부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  23. 입사한 광을 광전변환하는 제1의 화소 및 제2의 화소를 갖는 화소 어레이부를 구비하고,
    상기 제1의 화소가, 상기 제2의 화소보다 상기 화소 어레이부의 중심에 가까운 위치에 배치되고,
    상기 제1의 화소는,
    전압의 인가에 의해 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 제1의 인가 전극 및 제2의 인가 전극과,
    광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제1의 흡인 전극 및 제2의 흡인 전극과,
    상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 제1의 집광부를 가지며,
    상기 제2의 화소는,
    전압의 인가에 의해 상기 기판 내에 전계를 발생시키기 위한 제3의 인가 전극 및 제4의 인가 전극과,
    광전변환에 의해 발생한 신호 캐리어를 검출하기 위한 제3의 흡인 전극 및 제4의 흡인 전극과,
    상기 기판의 위에 형성되고, 상기 광을 상기 기판에 입사시키는 제2의 집광부를 가지며,
    상기 제1의 집광부의 중심은, 평면시에서 제1의 인가 전극과 제2의 인가 전극의 중간 위치에 배치되고,
    상기 제2의 집광부의 중심은, 평면시에서 제3의 인가 전극과 제4의 인가 전극의 중간 위치로부터 시프트된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1의 흡인 전극에 의해 검출된 제1의 신호 캐리어와, 상기 제2의 흡인 전극에 의해 검출된 제2의 신호 캐리어와의 차에 의거하여, 대상물까지의 거리를 나타내는 거리 정보를 산출하는 신호 처리부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
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