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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024059430
(43)【公開日】2024-05-01
(54)【発明の名称】光検出装置
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240423BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022167104
(22)【出願日】2022-10-18
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001357
【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】横川 創造
【テーマコード（参考）】
4M118
【Ｆターム（参考）】
4M118AA01
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA03
4M118CA05
4M118CB13
4M118DD04
4M118FA06
4M118FA26
4M118FA27
4M118FA28
4M118GA02
4M118GA09
4M118GB07
4M118GB09
4M118GB11
4M118GC08
4M118GC14
4M118GC20
4M118GD03
4M118GD04
(57)【要約】
【課題】感度の向上と共に色バランスを改善することが可能な光検出装置を提供する。
【解決手段】本開示の一実施形態の第１の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面側に設けられ、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の一実施形態の第１の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面側に設けられ、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造と
を備えた光検出装置。
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造と
を備えた光検出装置。
【請求項2】
前記波長分離構造は、前記第１の画素および前記第２の画素に対する共通層として形成される第１の媒質と、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに設けられた第２の媒質とを有し、
前記第２の媒質は前記入射光の所定の波長以下の大きさの柱状構造を有し、前記第１の媒質よりも高い屈折率を有する、請求項１に記載の光検出装置。
前記第２の媒質は前記入射光の所定の波長以下の大きさの柱状構造を有し、前記第１の媒質よりも高い屈折率を有する、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項3】
前記第２の媒質は、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに１または複数設けられると共に、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに異なる径を有する、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項4】
前記第１の媒質は、前記入射光に対して１．５以下の屈折率を有する、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項5】
前記第１の媒質は、シリコン酸化物、フッ素を添加したシリコン酸化物、フッ素樹脂、多孔質シリカまたはそれらの混合素材からなる、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項6】
前記第２の媒質は、前記入射光に対して１．７以上の屈折率を有する、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項7】
前記第２の媒質は、酸化チタン、酸化アルミニウム、シリコン窒化物、アモルファスシリコンまたはそれらの混合素材からなる、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項8】
前記開口調整構造は、前記一方の画素に選択的に設けられる集光素子からなる、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項9】
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、請求項８に記載の光検出装置。
【請求項10】
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、請求項８に記載の光検出装置。
【請求項11】
複数の前記第１の画素および前記第２の画素は、それぞれ、前記半導体基板において、行方向および列方向に複数隣接配置されており、
前記集光素子は、隣接配置された複数の前記第１の画素からなる第１の画素群または隣接配置された複数の第２の画素からなる第２の画素群のうち、光感度が相対的に低い一方の画素群に１つずつ設けられている、請求項８に記載の光検出装置。
前記集光素子は、隣接配置された複数の前記第１の画素からなる第１の画素群または隣接配置された複数の第２の画素からなる第２の画素群のうち、光感度が相対的に低い一方の画素群に１つずつ設けられている、請求項８に記載の光検出装置。
【請求項12】
前記開口調整構造は、前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体からなり、
前記一方の画素の開口サイズは、前記他方の開口サイズよりも大きく、
前記開口には、それぞれ、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタが充填されている
請求項１に記載の光検出装置。
前記一方の画素の開口サイズは、前記他方の開口サイズよりも大きく、
前記開口には、それぞれ、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタが充填されている
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項13】
前記枠体は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い材料からなる、請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項14】
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側において、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に設けられた集光素子と
を備えた光検出装置。
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側において、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に設けられた集光素子と
を備えた光検出装置。
【請求項15】
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、請求項１４に記載の光検出装置。
【請求項16】
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、請求項１４に記載の光検出装置。
【請求項17】
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、前記開口内に充填された、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層とを備え、
前記開口のサイズは光感度が相対的に低い画素の開口が他の画素の開口よりも大きい
光検出装置。
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、前記開口内に充填された、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層とを備え、
前記開口のサイズは光感度が相対的に低い画素の開口が他の画素の開口よりも大きい
光検出装置。
【請求項18】
前記枠体は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い材料からなる、請求項１７に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、波長分離構造を有する光検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１では、ナノポスト構造により光を散乱または回折させ、空間的に波長分離することにより光利用効率の向上を図ったイメージセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－０６９１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、光検出装置では、色バランスの改善が求められている。
【0005】
感度の向上と共に色バランスを改善することが可能な光検出装置を提供することが望ましい。
【0006】
本開示の一実施形態としての第１の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面側に設けられ、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造とを備えたものである。
【0007】
本開示の一実施形態としての第２の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面側において、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に設けられた集光素子とを備えたものである。
【0008】
本開示の一実施形態としての第３の光検出装置は、対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の面側に第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く波長分離構造と、第１の面と波長分離構造との間において、隣り合う第１の画素と第２の画素との境界に設けられ、第の画素および第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、開口内に充填された、第１の画素および第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層とを備えたものであり、開口のサイズは光感度が相対的に低い画素の開口が他の画素の開口よりも大きい。
【0009】
本開示の一実施形態としての第１の光検出装置では、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板の光入射面となる第１の面側に波長分離構造および開口調整構造を設けるようにした。波長分離構造は、互いに異なる屈折率を有する媒質が第１の画素および第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられており、第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第１の波長成分を選択的に第１の画素に導き、第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して第２の波長成分を選択的に第２の画素に導く。開口調整構造は、第１の面側に設けられ、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする。本開示の一実施形態としての第２の光検出装置では、開口調整構造として、第１の画素および第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に集光素子を設けるようにした。本開示の一実施形態としての第３の光検出装置では、第１の面と波長分離構造との間に、隣り合う第１の画素と第２の画素との境界に設けられ、第の画素および第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、開口内に充填された、第１の画素および第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層を開口調整構造として、光感度が相対的に低い画素の開口サイズを他の画素の開口サイズよりも大きくした。これにより、相対的に光感度が低い画素における量子効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の第１の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
【図6】参考例１としての光検出装置の断面模式図である。
【図7】参考例２としての光検出装置の断面模式図である。
【図11】本開示の変形例１に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
【図12】本開示の変形例２に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
【図13】本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
【図14】本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。
【図15】本開示の変形例３に係る光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。
【図16】本開示の変形例４に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
【図17】本開示の第２の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。
【図21】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。
【図22】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。
【図23】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図24】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（開口調整構造としてオンチップレンズを用いた例）
２．変形例
２－１．変形例１（開口調整構造としてインナーレンズを用いた例）
２－２．変形例２（開口調整構造としてインナーレンズを用いた他の例）
２－３．変形例３（開口調整構造としてオンチップレンズおよびインナーレンズを用いた例）
２－４．変形例４（同色画素が隣接するレイアウトにおけるオンチップレンズのレイアウト例）
３．第２の実施の形態（開口調整構造としてカラーフィルタ層を用いた例）
４．適用例
５．応用例
１．第１の実施の形態（開口調整構造としてオンチップレンズを用いた例）
２．変形例
２－１．変形例１（開口調整構造としてインナーレンズを用いた例）
２－２．変形例２（開口調整構造としてインナーレンズを用いた他の例）
２－３．変形例３（開口調整構造としてオンチップレンズおよびインナーレンズを用いた例）
２－４．変形例４（同色画素が隣接するレイアウトにおけるオンチップレンズのレイアウト例）
３．第２の実施の形態（開口調整構造としてカラーフィルタ層を用いた例）
４．適用例
５．応用例
【0012】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した光検出装置１の全体構成の一例を表したものである。光検出装置１は、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等であり、撮像エリアとして、複数の画素が行列状に２次元配置された画素部（画素部１００Ａ）を有している。光検出装置１は、このＣＭＯＳイメージセンサ等において、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した光検出装置１の全体構成の一例を表したものである。光検出装置１は、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等であり、撮像エリアとして、複数の画素が行列状に２次元配置された画素部（画素部１００Ａ）を有している。光検出装置１は、このＣＭＯＳイメージセンサ等において、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
【0013】
［光検出装置の概略構成］
光検出装置１は、光学レンズ系（例えば、レンズ群１００１、図１９参照）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力するものである。光検出装置１は、半導体基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１００Ａを有すると共に、この画素部１００Ａの周辺領域に、例えば、垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、出力回路１１４、制御回路１１５および入出力端子１１６を有している。
光検出装置１は、光学レンズ系（例えば、レンズ群１００１、図１９参照）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力するものである。光検出装置１は、半導体基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１００Ａを有すると共に、この画素部１００Ａの周辺領域に、例えば、垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、出力回路１１４、制御回路１１５および入出力端子１１６を有している。
【0014】
画素部１００Ａには、例えば、複数の単位画素Ｐが行列状に２次元配置されている。複数の単位画素Ｐは、撮像レンズによって結像された被写体像をフォトダイオードＰＤにおいて光電変換して画像生成用の信号を生成するものである。
【0015】
単位画素Ｐには、例えば、画素行毎に画素駆動線Ｌｒｅａｄ（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列毎に垂直信号線Ｌｓｉｇが配線されている。画素駆動線Ｌｒｅａｄは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌｒｅａｄの一端は、垂直駆動回路１１１の各行に対応した出力端に接続されている。
【0016】
垂直駆動回路１１１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１００Ａの各単位画素Ｐを、例えば、行単位で駆動する画素駆動部である。垂直駆動回路１１１によって選択走査された画素行の各単位画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌｓｉｇの各々を通してカラム信号処理回路１１２に供給される。カラム信号処理回路１１２は、垂直信号線Ｌｓｉｇ毎に設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【0017】
水平駆動回路１１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム信号処理回路１１２の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この水平駆動回路１１３による選択走査により、垂直信号線Ｌｓｉｇの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１２１に出力され、当該水平信号線１２１を通して半導体基板１１の外部へ伝送される。
【0018】
出力回路１１４は、カラム信号処理回路１１２の各々から水平信号線１２１を介して順次供給される信号に対して信号処理を行って出力するものである。出力回路１１４は、例えば、バッファリングのみを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正および各種デジタル信号処理等が行われる場合もある。
【0019】
垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、水平信号線１２１および出力回路１１４からなる回路部分は、半導体基板１１上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
【0020】
制御回路１１５は、半導体基板１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、光検出装置１の内部情報等のデータを出力するものである。制御回路１１５はさらに、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を有し、当該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垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２および水平駆動回路１１３等の周辺回路の駆動制御を行う。
【0021】
入出力端子１１６は、外部との信号のやり取りを行うものである。
【0022】
［単位画素の回路構成］
図３は、図２に示した光検出装置１の単位画素Ｐの読み出し回路の一例を表したものである。単位画素Ｐは、例えば、図３に示したように、１つの光電変換部１２と、転送トランジスタＴＲと、フローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタＲＳＴと、増幅トランジスタＡＭＰと、選択トランジスタＳＥＬとを有している。
図３は、図２に示した光検出装置１の単位画素Ｐの読み出し回路の一例を表したものである。単位画素Ｐは、例えば、図３に示したように、１つの光電変換部１２と、転送トランジスタＴＲと、フローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタＲＳＴと、増幅トランジスタＡＭＰと、選択トランジスタＳＥＬとを有している。
【0023】
光電変換部１２はフォトダイオード（ＰＤ）である。光電変換部１２は、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＴＲ１のソースに接続されている。
【0024】
転送トランジスタＴＲ１は、光電変換部１２とフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されている。転送トランジスタＴＲのゲート電極には、駆動信号ＴＲｓｉｇが印加される。この駆動信号ＴＲｓｉｇがアクティブ状態になると、転送トランジスタＴＲの転送ゲートが導通状態となり、光電変換部１２に蓄積されている信号電荷が、転送トランジスタＴＲを介してフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【0025】
フローティングディフュージョンＦＤは、転送トランジスタＴＲと増幅トランジスタＡＭＰとの間に接続されている。フローティングディフュージョンＦＤは、転送トランジスタＴＲにより転送される信号電荷を電圧信号に電荷電圧変換して、増幅トランジスタＡＭＰに出力する。
【0026】
リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤと電源部との間に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴのゲート電極には、駆動信号ＲＳＴｓｉｇが印加される。この駆動信号ＲＳＴｓｉｇがアクティブ状態になると、リセットトランジスタＲＳＴのリセットゲートが導通状態となり、フローティングディフュージョンＦＤの電位が電源部のレベルにリセットされる。
【0027】
増幅トランジスタＡＭＰは、そのゲート電極がフローティングディフュージョンＦＤに、ドレイン電極が電源部にそれぞれ接続されており、フローティングディフュージョンＦＤが保持している電圧信号の読み出し回路、所謂ソースフォロア回路の入力部となる。即ち、増幅トランジスタＡＭＰは、そのソース電極が選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線Ｌｓｉｇに接続されることで、垂直信号線Ｌｓｉｇの一端に接続される定電流源とソースフォロア回路を構成する。
【0028】
選択トランジスタＳＥＬは、増幅トランジスタＡＭＰのソース電極と、垂直信号線Ｌｓｉｇとの間に接続される。選択トランジスタＳＥＬのゲート電極には、駆動信号ＳＥＬｓｉｇが印加される。この駆動信号ＳＥＬｓｉｇがアクティブ状態になると、選択トランジスタＳＥＬが導通状態となり、単位画素Ｐが選択状態となる。これにより、増幅トランジスタＡＭＰから出力される読み出し信号（画素信号）が、選択トランジスタＳＥＬを介して、垂直信号線Ｌｓｉｇに出力される。
【0029】
［単位画素の構成］
図４は、図１に示した光検出装置１の平面レイアウトの一例を模式的に表したものであり、図１は、図４に示したＩ－Ｉ’線に対応する光検出装置１の断面構成を表している。図５は、図４に示した平面レイアウトの光検出装置１を模式的に表した斜視図である。光検出装置１は、上記のように、例えば裏面照射型の光検出装置であり、画素部１００Ａに行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐは、それぞれ、例えば、受光部１０と、受光部１０の光入射側Ｓ１に設けられた導光部２０と、受光部１０の光入射側Ｓ１とは反対側に設けられた多層配線層３０とが積層された構成を有している。
図４は、図１に示した光検出装置１の平面レイアウトの一例を模式的に表したものであり、図１は、図４に示したＩ－Ｉ’線に対応する光検出装置１の断面構成を表している。図５は、図４に示した平面レイアウトの光検出装置１を模式的に表した斜視図である。光検出装置１は、上記のように、例えば裏面照射型の光検出装置であり、画素部１００Ａに行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐは、それぞれ、例えば、受光部１０と、受光部１０の光入射側Ｓ１に設けられた導光部２０と、受光部１０の光入射側Ｓ１とは反対側に設けられた多層配線層３０とが積層された構成を有している。
【0030】
受光部１０は、対向する第１面１１Ｓ１および第２面１１Ｓ２を有する半導体基板１１と、半導体基板１１に埋め込み形成された複数の光電変換部１２とを有している。半導体基板１１は、例えば、シリコン基板で構成されている。光電変換部１２は、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）型のフォトダイオード（ＰＤ）であり、半導体基板１１の所定領域にｐｎ接合を有している。光電変換部１２は、上記のように、単位画素Ｐ毎に１つ埋め込み形成されている。
【0031】
受光部１０は、さらに、素子分離部１３を有している。
【0032】
素子分離部１３は、隣り合う単位画素Ｐの間に設けられている。換言すると、素子分離部１３は単位画素Ｐの周囲に設けられており、画素部１００Ａにおいて格子状に設けられている。素子分離部１３は、隣り合う単位画素Ｐを電気的、且つ、光学的に分離するためのものであり、例えば、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側から第２面１１Ｓ２側に向かって延伸している。素子分離部１３は、例えば、ｐ型の不純物を拡散することが形成することができる。この他、素子分離部１３は、例えば、半導体基板１１に第１面１１Ｓ１側から開口を形成し、その開口の側面および底面を固定電荷層１４で被覆し、絶縁層を埋め込んだＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造やＦＦＴＩ（Full Trench Isolation）構造としてもよい。また、ＳＴＩ構造内およびＦＦＴＩ構造内には、エアギャップを形成するようにしてもよい。
【0033】
半導体基板１１の第１面１１Ｓ１には、さらに半導体基板１１の第１面１１Ｓ１での反射防止を兼ねた固定電荷層１４が設けられている。固定電荷層１４は、正の固定電荷を有する膜でもよし、負の固定電荷を有する膜でもよい。固定電荷層１４の構成材料としては、半導体基板１１のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する半導体材料または導電材料が挙げられる。具体的には、例えば、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ランタン（ＬａＯｘ）、酸化プラセオジム（ＰｒＯｘ）、酸化セリウム（ＣｅＯｘ）、酸化ネオジム（ＮｄＯｘ）、酸化プロメチウム（ＰｍＯｘ）、酸化サマリウム（ＳｍＯｘ）、酸化ユウロピウム（ＥｕＯｘ）、酸化ガドリニウム（ＧｄＯｘ）、酸化テルビウム（ＴｂＯｘ）、酸化ジスプロシウム（ＤｙＯｘ）、酸化ホルミウム（ＨｏＯｘ）、酸化ツリウム（ＴｍＯｘ）、酸化イッテルビウム（ＹｂＯｘ）、酸化ルテチウム（ＬｕＯｘ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯｘＮｙ）および酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）等が挙げられる。固定電荷層１４は、単層膜としてもよいし、異なる材料からなる積層膜としてもよい。
【0034】
導光部２０は、受光部１０の光入射側Ｓ１に、例えば、カラーフィルタ層２３と、透明層２４とを有し、光入射側Ｓ１から入射した光を受光部１０側へと導く。カラーフィルタ層２３は、例えば、隔壁２１とカラーフィルタ２２とからなる。透明層２４は、層内に、例えば単位画素Ｐ毎に設けられた分光部２５を含む波長分離層２６を有し、光入射側Ｓ１の表面にはオンチップレンズ２４Ｌが設けられている。
【0035】
隔壁２１は、隣り合う単位画素Ｐの境界に設けられ、単位画素Ｐ毎に開口２１Ｈを有する枠体である。換言すると、隔壁２１は、素子分離部１３と同様に、単位画素Ｐの周囲に設けられており、画素部１００Ａにおいて格子状に設けられている。隔壁２１は、光入射側Ｓ１から斜め入射した光が隣接する単位画素Ｐへ漏れ込むのを防ぐためのものである。隔壁２１は、例えば、カラーフィルタ２２よりも屈折率の低い材料を用いて形成することができる。
【0036】
隔壁２１は、光学的黒レベルを決定する単位画素Ｐの遮光を兼ねていてもよい。また、隔壁２１は、画素部１００Ａの周辺領域に設けられる周辺回路へのノイズの発生を抑制するための遮光を兼ねていてもよい。その場合、隔壁２１は、例えば、遮光性を有する材料を用いて形成することができる。このような材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはそれらの合金が挙げられる。この他、ＴｉＮ等の金属化合物が挙げられる。隔壁２１は、例えば単層膜または積層膜として形成するようにしてもよい。積層膜とする場合には、例えば、Ｔｉ、タンタル（Ｔａ）、Ｗ、コバルト（Ｃｏ）またはモリブデン（Ｍｏ）あるいはそれらの合金、窒化物、酸化物または炭化物からなる層を下地層として設けるようにしてもよい。
【0037】
カラーフィルタ２２は、所定の波長の光を選択的に透過するものであり、例えば、赤色光（Ｒ）を選択的に透過させる赤色フィルタ２２Ｒと、緑色光（Ｇ）を選択的に透過させる緑色フィルタ２２Ｇと、青色光（Ｂ）を選択的に透過させる青色フィルタ２２Ｂとを有する。各色フィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、隔壁２１の開口２１Ｈにそれぞれ充填されている。具体的には、各色フィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、例えば図４に示したように、２行×２列で配置された４つの単位画素Ｐに対して、緑色フィルタ２２Ｇが対角線上に２つ配置され、赤色フィルタ２２Ｒおよび青色フィルタ２２Ｂが、直交する対角線上に１つずつ配置されている。各色フィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが設けられた単位画素Ｐでは、例えば、それぞれの光電変換部１２において対応する色光が選択的に光電変換されるようになっている。
【0038】
即ち、画素部１００Ａでは、それぞれ、赤色光（Ｒ）を選択的に受光して光電変換する単位画素Ｐ（赤色画素Ｐｒ）、緑色光（Ｇ）を選択的に受光して光電変換する単位画素Ｐ（緑色画素Ｐｇ）および青色光（Ｂ）を選択的に受光して光電変換する単位画素Ｐ（青色画素Ｐｂ）が、ベイヤー状に配列されている。赤色画素Ｐｒ、緑色画素Ｐｇおよび青色画素Ｐｂは、それぞれ、赤色光（Ｒ）成分の画素信号、緑色光（Ｇ）成分の画素信号、青色光（Ｂ）成分の画素信号を生成する。光検出装置１は、ＲＧＢの画素信号を得ることができる。
【0039】
カラーフィルタ２２は、シアン、マゼンタおよび黄色をそれぞれ選択的に透過するフィルタを有していてもよい。各色フィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが設けられた単位画素Ｐでは、例えば、それぞれの光電変換部１２において対応する色光が検出されるようになっている。カラーフィルタ２２は、例えば、樹脂材料に顔料や染料を分散させることで形成することができる。カラーフィルタ２２の膜厚は、その分光スペクトルによる色再現性やセンサ感度を考慮して、色毎に異なる膜厚としてもよい。
【0040】
透明層２４は、光を透過する透明層である。透明層２４は、光入射側Ｓ１から入射する光（入射光）に対して、例えば１．５以下の屈折率を有している。透明層２４は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、フッ素を添加したシリコン酸化物（ＳｉＯＦ）、フッ素樹脂、多孔質シリカまたはそれらの混合素材を用いて形成されている。
【0041】
透明層２４の層内には、上記のように、分光部２５を含む波長分離層２６が設けられている。波長分離層２６は、本開示の「波長分離構造」の一具体例に相当するものである。波長分離構造は、互いに屈折率が異なる第１の媒質および第２の媒質を有し、本実施の形態では、例えば単位画素Ｐ毎に設けられた分光部２５が「第２の媒質」に相当するものであり、分光部２５の周囲の透明層２４が「第１の媒質」に相当する。
【0042】
波長分離層２６は、単位画素Ｐ毎に平面且つ離散的に設けられた、例えば１または複数設けられた分光部２５によって、各単位画素Ｐにおいて入射光を所定の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して所定の波長成分を選択的に各分光部２５が設けられた単位画素Ｐに導き、それ以外の波長成分を他の単位画素Ｐに導く。波長分離層２６は、分光部２５の屈折率とその周囲の媒質（透明層２４）の屈折率との差によって、入射する光に位相遅延を生じさせ、波面に影響を与える。波長分離層２６は、分光部２５によって入射光を分光する領域（分光領域）ともいえる。
【0043】
分光部２５は、単位画素Ｐ毎に、例えば１または複数設けられた微小な構造体であり、例えば、入射光の所定の波長以下の大きさの柱状構造（ピラー構造）を有する。分光部２５は、入射光に含まれる各波長域の光が所望の方向に分岐して進むように、分光部２５の大きさ、形状および屈折率等が定められる。分光部２５の位相差に関わるパラメータは、媒質の屈折率と分光部２５の高さおよび直径がある。例えば、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂに設けられる分光部２５は、それぞれ、例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の直径を有する。分光部２５の高さは、入射光の波長の１周波数分程度あればよく、例えば５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。
【0044】
各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂに設けられた各分光部２５では、光の波長に応じて異なる位相遅延量が生じることに起因して、波長域毎に光の伝搬方向が変わる。例えば、赤色画素Ｐｒに入射した光のうち、赤色光（Ｒ）はそのまま赤色画素Ｐｒの光電変換部１２へ向けて導かれ、それ以外の波長の光は赤色画素Ｐｒと隣り合う緑色画素Ｐｇおよび青色画素Ｐｂの光電変換部１２へ向かって伝搬する。例えば、緑色画素Ｐｇに入射した光のうち、緑色光（Ｇ）はそのまま緑色画素Ｐｇの光電変換部１２へ向けて導かれ、それ以外の波長の光は緑色画素Ｐｇと隣り合う赤色画素Ｐｒおよび青色画素Ｐｂの光電変換部１２へ向かって伝搬する。例えば、青色画素Ｐｂに入射した光のうち、青色光（Ｂ）はそのまま青色画素Ｐｂの光電変換部１２へ向けて導かれ、それ以外の波長の光は青色画素Ｐｂと隣り合う赤色画素Ｐｒおよび緑色画素Ｐｇの光電変換部１２へ向かって伝搬する。
【0045】
分光部２５は、周囲の透明層２４の屈折率よりも高い屈折率を有しており、例えば、光入射側Ｓ１から入射する光（入射光）に対して１．７以上の屈折率を有している。分光部２５は、透明層２４の屈折率よりも高い屈折率を有する材料を用いて形成されている。分光部２５は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）、アモルファスシリコン（α－Ｓｉ）またはそれらの混合素材を用いて形成されている。
【0046】
なお、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂに設けられる分光部２５は、同じ材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。
【0047】
透明層２４の光入射側Ｓ１の表面には、集光素子としてオンチップレンズ２４Ｌが、例えば青色画素Ｐｂに選択的に設けられている。このオンチップレンズ２４Ｌが、本開示の「開口調整構造」の一具体例に相当するものである。開口調整構造は、所定の直径を有する分光部２５が設けられた各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂのうち光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）の実効的な画素開口サイズを他の色画素（例えば、赤色画素Ｐｒおよび緑色画素Ｐｇ）よりも大きくするものである。オンチップレンズ２４Ｌを青色画素Ｐｂに選択的に設けることにより、青色画素Ｐｂにおける青色光（Ｂ）の感度が向上し、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂの感度バランスを調整することができる。
【0048】
オンチップレンズ２４Ｌは、透明層２４と同じ材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。オンチップレンズ２４Ｌは、透明層２４において挙げた材料の他に、例えば、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）およびアモルファスシリコン（α－Ｓｉ）等の無機材料が挙げられる。この他、オンチップレンズ２４Ｌは、エピスルフィド系樹脂、チエタン化合物やその樹脂等の高屈折率の有機材料を用いて形成してもよい。オンチップレンズ２４Ｌの形状は、特に限定されるものではなく、半球形状や半円筒状等の各種レンズ形状を採用することができる。
【0049】
多層配線層３０は、受光部１０の光入射側Ｓ１とは反対側、具体的には、半導体基板１１の第２面１１Ｓ２側に設けられている。多層配線層３０は、例えば、複数の配線層３１，３２，３３が、層間絶縁層３４を間に積層された構成を有している。多層配線層３０には、例えば、上述した読み出し回路の他に、垂直駆動回路１１１、カラム信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、出力回路１１４、制御回路１１５および入出力端子１１６等が形成されている。
【0050】
配線層３１，３２，３３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）等を用いて形成されている。この他、配線層３１，３２，３３は、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）を用いて形成するようにしてもよい。
【0051】
層間絶縁層３４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ＴＥＯＳ、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）および酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）等のうちの１種よりなる単層膜、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により形成されている。
【0052】
［作用・効果］
本実施の形態の光検出装置１では、単位画素Ｐ毎に平面且つ離散的に、例えば１または複数設けられた分光部２５を含む波長分離層２６が層内に設けられた透明層２４の光入射側Ｓ１の表面にオンチップレンズ２４Ｌを、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的に設けるようにした。これにより、青色画素Ｐｂにおける青色光（Ｂ）の感度が向上する。以下、これについて説明する。
本実施の形態の光検出装置１では、単位画素Ｐ毎に平面且つ離散的に、例えば１または複数設けられた分光部２５を含む波長分離層２６が層内に設けられた透明層２４の光入射側Ｓ１の表面にオンチップレンズ２４Ｌを、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的に設けるようにした。これにより、青色画素Ｐｂにおける青色光（Ｂ）の感度が向上する。以下、これについて説明する。
【0053】
近年、微細化が進むことによる画素の感度低下に対する対策としてナノポスト構造により光を散乱させ、空間的に波長分離することにより、各色の実効的な集光エリアを単画素よりも大きくする技術が注目されている。ナノポスト構造は周囲の媒質に対して高い屈折率を有しており、ナノポスト構造と媒質との間に波長に応じた位相差が生じる。そのためナノポストの半径や長さ、配置を最適化することで、画素ユニットを構成する各色画素に対応する可視波長帯を分配することができる。これにより、一般的なカラーフィルタでＲＧＢの色情報を取得するフルカラーイメージセンサと比較して高い感度を実現することができる。
【0054】
しかしながら、ナノポスト構造は光波長に対してサブ波長スケール（例えば、直径数１０ｎｍ～数１００ｎｍ）の微細構造である。そのため、感度を最大化しつつ、さらに、例えばＲＧＢ３色の感度比率をバランスよく向上させるためには、ナノポスト構造の緻密なサイズ制御、位置制御が必要となり、製造難易度の上昇やコストアップの弊害が生じる。
【0055】
例えば、前述したナノポスト構造により光利用効率の向上を図ったイメージセンサでは、単位画素に対して中央に相対的に太めの直径を有するナノポストを配置し、画素境界には異なる直径を有する細いナノポストを配置するレイアウトになっている。これらのナノポスト構造はナノポストにより生じる位相差の波長依存性を用いて入射光を色毎に、空間的に異なる位置に分離するが、分離する距離は小さい。そのため、ＣＭＯＳイメージセンサの画素サイズが小さいほど適応しやすい。具体的には画素サイズが１．０μｍ以下の微細な画素で効果を奏する。
【0056】
一例として０．８×０．８μｍの画素の中央に１本のナノポストを配置する場合、行方向および列方向にそれぞれ隣り合うナノポストとの間隔は０．８μｍとなる。更に、間にナノポストを配置すると、その感覚は０．４μｍと非常に狭くなる。但し、ナノポストは孤立しているため少なくとも１００ｎｍ程度の間隔もしくは直径でナノポストを配置する必要がある。更に、周囲の媒質とナノポストとの相対的な屈折率差分を利用して所望の波長に対して２ｐｉの位相差を設けるためには、ナノポストの高さは５００ｎｍ～１５００ｎｍ程度とある程度の高さが必要となる。したがって、細いナノポストの場合には直径と高さのアスペクト比率は１：１０程度と大きくなり、製造上の技術課題が大きい。
【0057】
これに対して本実施の形態では、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側（光入射側Ｓ１）に設けられた透明層２４の層内に、波長分離構造として、単位画素Ｐ毎に、例えば１つずつ分光部２５を有する波長分離層２６を設け、透明層２４の光入射側Ｓ１の表面にオンチップレンズ２４Ｌを、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的に設け、青色画素Ｐｂの実効的な画素開口サイズを大きくした。
【0058】
図６は、参考例１としての光検出装置１０００Ａの断面構成を模式的に表したものである。図７は、参考例２としての光検出装置１０００Ｂの断面構成を模式的に表したものである。光検出装置１０００Ａは、光検出装置１と同様に、受光部１０１０と、受光部１０１０の光入射側Ｓ１に設けられた導光部１０２０と、受光部１０１０の光入射側Ｓ１とは反対側に設けられた多層配線層１０３０とが積層されている。受光部１０１０は、対向する第１面１０１１Ｓ１および第２面１０１１Ｓ２を有する半導体基板１０１１と、半導体基板１０１１に埋め込み形成された複数の光電変換部１０１２と、隣り合う光電変換部１０１２の間に設けられた素子分離部１０１３とを有する。導光部１０２０は、隔壁１０２１と各色フィルタ１０２２Ｒ，１０２２Ｇ，１０２２Ｂを有するカラーフィルタ１０２２とからなるカラーフィルタ層１０２３を有し、カラーフィルタ層１０２３上には、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂそれぞれにオンチップレンズ１０２４Ｌが設けられている。多層配線層１０３０は、複数の配線層１０３１，１０３２，１０３３が、層間絶縁層１０３４を間に積層されている。光検出装置１０００Ｂは、光検出装置１０００Ａのカラーフィルタ層１０２３上に透明層１０２４が設けられており、透明層１０２４の層内には、光検出装置１と同様に、色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ毎に１つずつ分光部１０２５を有する波長分離構造１０２６が設けられている。
【0059】
図８は、光検出装置１０００Ａにおける赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）の量子効率を表したものである。図９は、光検出装置１０００Ｂにおける赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）の量子効率を表したものである。図１０は、光検出装置１における赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）の量子効率を表したものである。図８および図９から、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂに１つずつ分光部１０２５を有する波長分離構造１０２６を設けることにより、ＲＧＢの感度が向上する一方で、ＲＧＢのバランスが崩れている。これに対して、光検出装置１０００Ｂにおいて光感度が相対的に低い青色画素Ｐｂの、透明層２４の光入射側Ｓ１の表面に選択的にオンチップレンズ２４Ｌを設けた光検出装置１（図１０）では、青色光（Ｂ）に対する量子効率が向上し、赤色光（Ｒ）に対する量子効率が低下し、ＲＧＢのバランスが改善される。
【0060】
これにより、シンプルな波長分離構造によりＲＧＢの感度を向上させつつ、開口調整構造としてオンチップレンズ２４Ｌを、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的に設けるという簡易な手段で、感度のばらつきが補正される。
【0061】
以上により、本実施の形態の光検出装置１では、感度の向上と共に色バランスを改善することが可能となる。
【0062】
また、本実施の形態の光検出装置１では、単位画素Ｐ毎に、例えば１つずつ分光部２５を有するシンプルな波長分離構造で感度を向上させ、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的にオンチップレンズ２４Ｌを設けるというシンプルな開口調整構造で感度のばらつきを補正するようにしたので、ナノポスト構造のみで感度を最大化しつつ、ＲＧＢ３色の感度比率バランス向上させるイメージセンサと比較して、製造難易度および製造コストを低減することが可能となる。
【0063】
次に、本開示の変形例１～４および第２の実施の形態について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【0064】
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
図１１は、本開示の変形例１に係る光検出装置（光検出装置１Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ａは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
（２－１．変形例１）
図１１は、本開示の変形例１に係る光検出装置（光検出装置１Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ａは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
【0065】
上記第１の実施の形態では、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的にオンチップレンズ２４Ｌを設けることで色バランスを改善した例を示した。これに対して、本変形例の光検出装置１Ａでは、オンチップレンズ２４Ｌの代わりに、カラーフィルタ層２３と透明層２４との間に、インナーレンズ層２７を設けるようにした。インナーレンズ層２７の表面には、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂそれぞれにインナーレンズ２７Ｌが設けられている。これらの点を除き、光検出装置１Ａは上記第１の実施の形態に係る光検出装置１と実質的に同様の構成を有する。
【0066】
インナーレンズ層２７は、本開示の「開口調整構造」の一具体例に相当するものである。インナーレンズ層２７は、例えば、画素部１００Ａの全面を覆うように設けられており、その表面には、例えばギャップレスに設けられた複数のインナーレンズ２７Ｌを有している。インナーレンズ２７Ｌは、その上方から入射した光を光電変換部１２へ導くためのものであり、図１１に示したように、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂそれぞれに設けられている。
【0067】
インナーレンズ２７Ｌを含むインナーレンズ層２７は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）およびアモルファスシリコン（α－Ｓｉ）等の無機材料を用いて形成することができる。この他、インナーレンズ層２７は、エピスルフィド系樹脂、チエタン化合物やその樹脂等の高屈折率の有機材料を用いて形成してもよい。インナーレンズ２７Ｌの形状は、特に限定されるものではなく、半球形状や半円筒状等の各種レンズ形状を採用することができる。
【0068】
このように、本変形例の光検出装置１Ａでは、カラーフィルタ層２３と透明層２４との間に、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂそれぞれにインナーレンズ２７Ｌを有するインナーレンズ層２７を設けるようにした。これにより、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0069】
（２－２．変形例２）
図１２は、本開示の変形例２に係る光検出装置（光検出装置１Ｂ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｂは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
図１２は、本開示の変形例２に係る光検出装置（光検出装置１Ｂ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｂは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
【0070】
上記変形例１では、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂそれぞれにインナーレンズ２７Ｌを有するインナーレンズ層２７を設ける例を示した。これに対して、本変形例の光検出装置１Ｂでは、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）のインナーレンズ層２７の表面に選択的にインナーレンズ２７Ｌが設けられている。これらの点を除き、光検出装置１Ｂは上記変形例１に係る光検出装置１Ａと実質的に同様の構成を有する。
【0071】
このように、本変形例の光検出装置１Ｂでは、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）のインナーレンズ層２７の表面に選択的にインナーレンズ２７Ｌを設けるようにした。このような構成においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0072】
（２－３．変形例３）
図１３は、本開示の変形例３に係る光検出装置（光検出装置１Ｃ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１４は、本開示の変形例３に係る光検出装置１Ｃの断面構成の他の例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｃは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
図１３は、本開示の変形例３に係る光検出装置（光検出装置１Ｃ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１４は、本開示の変形例３に係る光検出装置１Ｃの断面構成の他の例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｃは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
【0073】
上記第１の実施の形態および変形例１，２は、適宜組み合わせることができる。即ち、本開示の「開口調整構造」としてオンチップレンズ２４Ｌおよびインナーレンズ２７Ｌ（インナーレンズ層２７）の両方を用いることができる。例えば、図１３に示したように、カラーフィルタ層２３と透明層２４との間に、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂそれぞれにインナーレンズ２７Ｌを有するインナーレンズ層２７を設け、さらに、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的にオンチップレンズ２４Ｌを設けるようにしてもよい。例えば、図１４に示したように、カラーフィルタ層２３と透明層２４との間に、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的にインナーレンズ２７Ｌを有するインナーレンズ層２７を設け、さらに、光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に選択的にオンチップレンズ２４Ｌを設けるようにしてもよい。
【0074】
また、オンチップレンズ２４Ｌとインナーレンズ２７Ｌを色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂのいずれかに選択的に設ける場合には、必ずしも同じ色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）に両方設ける必要はない。例えば、図１５に示したように、オンチップレンズ２４Ｌは青色画素Ｐｂに選択的に設け、インナーレンズ２７Ｌは赤色画素Ｐｒに選択的に設けるようにしてもよい。
【0075】
このような構成においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0076】
（２－４．変形例４）
図１６は、本開示の変形例４に係る光検出装置（光検出装置１Ｄ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｄは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
図１６は、本開示の変形例４に係る光検出装置（光検出装置１Ｄ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置１Ｄは、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサ等であり、上記第１の実施の形態と同様に、例えば所謂裏面照射型の光検出装置である。
【0077】
上記第１の実施の形態では、１つの色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂがベイヤー状に配列された例を示したが、画素部１００Ａにおける各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂの配列はこれに限定されるものではない。例えば、同色の色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂが複数、例えば２行×２列や３行×３列に配置された色画素群を色画素ユニット（赤色画素ユニットＵｒ，緑色画素ユニットＵｇ，青色画素ユニットＵｂ）とし、これら色画素ユニット（赤色画素ユニットＵｒ，緑色画素ユニットＵｇ，青色画素ユニットＵｂ）をベイヤー状に配列するようにしてもよい。その際には、オンチップレンズ２４Ｌは、図１６に示したように、隣接配置された光感度が相対的に低い色画素ユニット（例えば、青色画素ユニットＵｂ）に対して１つ配置する。換言すると、同色画素が隣接配置されてなる色画素ユニットＵｒ，Ｕｇ，Ｕｂがベイヤー状に配置された光検出装置１Ｄでは、隣接配置された色画素（例えば、２行×２列で隣接配置された青色画素Ｐｂ）において共有するようにオンチップレンズ２４Ｌは色画素ユニットに対して１つ配置される。
【0078】
このような構成においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0079】
＜３．第２の実施の形態＞
図１７は、本開示の第２の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置２）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１８は、図１７に示した光検出装置２の平面レイアウトの一例を模式的に表したものであり、図１７は、図１８に示したＩＩ－ＩＩ’線に対応する光検出装置２の断面構成を表している。
図１７は、本開示の第２の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置２）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１８は、図１７に示した光検出装置２の平面レイアウトの一例を模式的に表したものであり、図１７は、図１８に示したＩＩ－ＩＩ’線に対応する光検出装置２の断面構成を表している。
【0080】
本実施の形態の光検出装置２は、オンチップレンズ２４Ｌを設けず、カラーフィルタ層４３を本開示の「開口調整構造」の一具体例として用いたものである。この点を除き、光検出装置２は上記第１の実施の形態に係る光検出装置１と実質的に同様の構成を有する。
【0081】
カラーフィルタ層４３は、上記第１の実施の形態と同様に、例えば、隔壁４１とカラーフィルタ４２とからなる。
【0082】
隔壁４１は、隣り合う単位画素Ｐの境界に設けられ、単位画素Ｐ毎に開口４１Ｈを有する枠体である。換言すると、隔壁４１は、素子分離部１３と同様に、単位画素Ｐの周囲に設けられており、画素部１００Ａにおいて格子状に設けられている。隔壁４１は、光入射側Ｓ１から斜め入射した光が隣接する単位画素Ｐへ漏れ込むのを防ぐためのものである。例えば、カラーフィルタ４２よりも屈折率の低い材料を用いて形成することができる。
【0083】
隔壁４１は、光学的黒レベルを決定する単位画素Ｐの遮光を兼ねていてもよい。また、隔壁４１は、画素部１００Ａの周辺領域に設けられる周辺回路へのノイズの発生を抑制するための遮光を兼ねていてもよい。その場合、隔壁４１は、例えば、遮光性を有する材料を用いて形成することができる。このような材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはそれらの合金が挙げられる。この他、ＴｉＮ等の金属化合物が挙げられる。隔壁４１は、例えば単層膜または積層膜として形成するようにしてもよい。積層膜とする場合には、例えば、Ｔｉ、タンタル（Ｔａ）、Ｗ、コバルト（Ｃｏ）またはモリブデン（Ｍｏ）あるいはそれらの合金、窒化物、酸化物または炭化物からなる層を下地層として設けるようにしてもよい。
【0084】
本実施の形態では、隔壁４１の開口４１Ｈは、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂの光感度に応じて異なる大きさとなっている。例えば、図１７および図１８に示したように、光感度が相対的に低い青色画素Ｐｂの開口４１Ｈｂは、赤色画素Ｐｒおよび緑色画素Ｐｇの開口４１Ｈｒ，４１Ｈｇよりも大きく、光感度が相対的に高い赤色画素Ｐｒの開口４１Ｈｒは、緑色画素Ｐｇおよび青色画素Ｐｂの開口４１Ｈｇ，４１Ｈｂよりも小さい。つまり、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂにおける開口４１Ｈｒ，４１Ｈｇ，４１Ｈｂの大きさは、４１Ｈｒ＜４１Ｈｇ＜４１Ｈｂとなっている。
【0085】
カラーフィルタ４２は、所定の波長の光を選択的に透過するものであり、例えば、赤色光（Ｒ）を選択的に透過させる赤色フィルタ４２Ｒと、緑色光（Ｇ）を選択的に透過させる緑色フィルタ４２Ｇと、青色光（Ｂ）を選択的に透過させる青色フィルタ４２Ｂとを有する。各色フィルタ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、隔壁４１の開口４１Ｈにそれぞれ充填されている。具体的には、各色フィルタ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、例えば図１８に示したように、２行×２列で配置された４つの単位画素Ｐに対して、緑色フィルタ４２Ｇが対角線上に２つ配置され、赤色フィルタ４２Ｒおよび青色フィルタ４２Ｂが、直交する対角線上に１つずつ配置されている。各色フィルタ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂが設けられた単位画素Ｐでは、例えば、それぞれの光電変換部１２において対応する色光が選択的に光電変換されるようになっている。
【0086】
即ち、画素部１００Ａでは、それぞれ、赤色光（Ｒ）を選択的に受光して光電変換する単位画素Ｐ（赤色画素Ｐｒ）、緑色光（Ｇ）を選択的に受光して光電変換する単位画素Ｐ（緑色画素Ｐｇ）および青色光（Ｂ）を選択的に受光して光電変換する単位画素Ｐ（青色画素Ｐｂ）が、ベイヤー状に配列されている。赤色画素Ｐｒ、緑色画素Ｐｇおよび青色画素Ｐｂは、それぞれ、赤色光（Ｒ）成分の画素信号、緑色光（Ｇ）成分の画素信号、青色光（Ｂ）成分の画素信号を生成する。光検出装置２は、ＲＧＢの画素信号を得ることができる。
【0087】
カラーフィルタ４２は、シアン、マゼンタおよび黄色をそれぞれ選択的に透過するフィルタを有していてもよい。各色フィルタ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂが設けられた単位画素Ｐでは、例えば、それぞれの光電変換部１２において対応する色光が検出されるようになっている。カラーフィルタ４２は、例えば、樹脂材料に顔料や染料を分散させることで形成することができる。カラーフィルタ４２の膜厚は、その分光スペクトルによる色再現性やセンサ感度を考慮して、色毎に異なる膜厚としてもよい。
【0088】
このように、本実施の形態では、半導体基板１１の第１面１１Ｓ１側（光入射側Ｓ１）に設けられた透明層２４の層内に、波長分離構造として、単位画素Ｐ毎に、例えば１つずつ分光部２５を有する波長分離層２６を設け、カラーフィルタ層４３において単位画素Ｐ毎に形成される隔壁４１の開口４１Ｈの大きさを、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂのうち光感度が相対的に低い色画素（例えば、青色画素Ｐｂ）ほど大きく、光感度が相対的に高い色画素（例えば、赤色画素Ｐｒ）ほど小さくした。これにより、シンプルな波長分離構造によりＲＧＢの感度を向上させつつ、簡易な手段で、感度のばらつきが補正される。
【0089】
以上により、本実施の形態の光検出装置２では、感度の向上と共に色バランスを改善することが可能となる。
【0090】
また、本実施の形態の光検出装置２では、単位画素Ｐ毎に、例えば１つずつ分光部２５を有するシンプルな波長分離構造で感度を向上させ、カラーフィルタ層４３において単位画素Ｐ毎に形成される隔壁４１の開口４１Ｈの大きさを、各色画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂのうち光感度が相対的に低い色画素ほど大きく、光感度が相対的に高い色画素ほど小さくするというシンプルな開口調整構造で感度のばらつきを補正するようにしたので、ナノポスト構造のみで感度を最大化しつつ、ＲＧＢ３色の感度比率バランス向上させるイメージセンサと比較して、製造難易度および製造コストを低減することが可能となる。
【0091】
＜４．適用例＞
（適用例１）
上記光検出装置１等は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話等、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図１９は、電子機器１０００の概略構成を表したものである。
（適用例１）
上記光検出装置１等は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話等、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図１９は、電子機器１０００の概略構成を表したものである。
【0092】
電子機器１０００は、例えば、レンズ群１００１と、光検出装置１と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路１００２と、フレームメモリ１００３と、表示部１００４と、記録部１００５と、操作部１００６と、電源部１００７とを有し、バスライン１００８を介して相互に接続されている。
【0093】
レンズ群１００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで光検出装置１の撮像面上に結像するものである。光検出装置１は、レンズ群１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ回路１００２に供給する。
【0094】
ＤＳＰ回路１００２は、光検出装置１から供給される信号を処理する信号処理回路である。ＤＳＰ回路１００２は、光検出装置１からの信号を処理して得られる画像データを出力する。フレームメモリ１００３は、ＤＳＰ回路１００２により処理された画像データを一時的に保持するものである。
【0095】
表示部１００４は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等のパネル型表示装置からなり、光検出装置１で撮像された動画または静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。
【0096】
操作部１００６は、ユーザによる操作に従い、電子機器１０００が所有する各種の機能についての操作信号を出力する。電源部１００７は、ＤＳＰ回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５および操作部１００６の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給するものである。
【0097】
（適用例２）
図２０Ａは、光検出装置１を備えた光検出システム２０００の全体構成の一例を模式的に表したものである。図２０Ｂは、光検出システム２０００の回路構成の一例を表したものである。光検出システム２０００は、赤外光Ｌ２を発する光源部としての発光装置２００１と、光電変換素子を有する受光部としての光検出装置２００２とを備えている。光検出装置２００２としては、上述した光検出装置１を用いることができる。光検出システム２０００は、さらに、システム制御部２００３、光源駆動部２００４、センサ制御部２００５、光源側光学系２００６およびカメラ側光学系２００７を備えていてもよい。
図２０Ａは、光検出装置１を備えた光検出システム２０００の全体構成の一例を模式的に表したものである。図２０Ｂは、光検出システム２０００の回路構成の一例を表したものである。光検出システム２０００は、赤外光Ｌ２を発する光源部としての発光装置２００１と、光電変換素子を有する受光部としての光検出装置２００２とを備えている。光検出装置２００２としては、上述した光検出装置１を用いることができる。光検出システム２０００は、さらに、システム制御部２００３、光源駆動部２００４、センサ制御部２００５、光源側光学系２００６およびカメラ側光学系２００７を備えていてもよい。
【0098】
光検出装置２００２は光Ｌ１と光Ｌ２とを検出することができる。光Ｌ１は、外部からの環境光が被写体（測定対象物）２１００（図２０Ａ）において反射された光である。光Ｌ２は発光装置２００１において発光されたのち、被写体２１００に反射された光である。光Ｌ１は例えば可視光であり、光Ｌ２は例えば赤外光である。光Ｌ１は、光検出装置２００２における光電変換部において検出可能であり、光Ｌ２は、光検出装置２００２における光電変換領域において検出可能である。光Ｌ１から被写体２１００の画像情報を獲得し、光Ｌ２から被写体２１００と光検出システム２０００との間の距離情報を獲得することができる。光検出システム２０００は、例えば、スマートフォン等の電子機器や車等の移動体に搭載することができる。発光装置２００１は例えば、半導体レーザ、面発光半導体レーザ、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成することができる。発光装置２００１から発光された光Ｌ２の光検出装置２００２による検出方法としては、例えばｉＴＯＦ方式を採用することができるが、これに限定されることはない。ｉＴＯＦ方式では、光電変換部は、例えば光飛行時間（Time-of-Flight；ＴＯＦ）により被写体２１００との距離を測定することができる。発光装置２００１から発光された光Ｌ２の光検出装置２００２による検出方法としては、例えば、ストラクチャード・ライト方式やステレオビジョン方式を採用することもできる。例えばストラクチャード・ライト方式では、あらかじめ定められたパターンの光を被写体２１００に投影し、そのパターンのひずみ具合を解析することによって光検出システム２０００と被写体２１００との距離を測定することができる。また、ステレオビジョン方式においては、例えば２以上のカメラを用い、被写体２１００を２以上の異なる視点から見た２以上の画像を取得することで光検出システム２０００と被写体との距離を測定することができる。なお、発光装置２００１と光検出装置２００２とは、システム制御部２００３によって同期制御することができる。
【0099】
＜５．応用例＞
（内視鏡手術システムへの応用例）
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
（内視鏡手術システムへの応用例）
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【0100】
図２１は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【0101】
図２１では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【0102】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【0103】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【0104】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
【0105】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統
括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【0106】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【0107】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【0108】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【0109】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【0110】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【0111】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【0112】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を
照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織に
その試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織に
その試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【0113】
【0114】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【0115】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【0116】
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するため
の１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
の１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【0117】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【0118】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【0119】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【0120】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【0121】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【0122】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【0123】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【0124】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【0125】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【0126】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【0127】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【0128】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【0129】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【0130】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。
【0131】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【0132】
（移動体への応用例）
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、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、建設機械、農業機械（トラクター）など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。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、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、建設機械、農業機械（トラクター）など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。
【0133】
図２３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。
【0134】
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２３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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
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。
【0138】
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。
【0139】
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。
【0140】
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。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
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２３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。
【0144】
図２４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0145】
図２４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【0146】
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。
【0147】
なお、図２４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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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。
【0151】
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。
【0152】
以上、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について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記第１，第２の実施の形態およびその変形例１～４に係る光検出装置（例えば、光検出装置１）は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
【0153】
以上、第１，第２の実施の形態、変形例１～４および適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した変形例１～４は、上記第１の実施の形態の変形例として説明したが、各変形例および第２の実施の形態の構成を適宜組み合わせることができる。例えば、本開示の「開口調整構造」をカラーフィルタ層２３とオンチップレンズ２４Ｌやインナーレンズ２７Ｌとを組み合わせた構成としてもよい。
【0154】
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
【0155】
なお、本開示は以下のような構成をとることも可能である。以下の構成の本技術によれば、これにより、相対的に光感度が低い画素における量子効率が向上する。よって、感度の向上と共に色バランスを改善することが可能となる。
（１）
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造と
を備えた光検出装置。
（２）
前記波長分離構造は、前記第１の画素および前記第２の画素に対する共通層として形成される第１の媒質と、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに設けられた第２の媒質とを有し、
前記第２の媒質は前記入射光の所定の波長以下の大きさの柱状構造を有し、前記第１の媒質よりも高い屈折率を有する、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
前記第２の媒質は、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに１または複数設けられると共に、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに異なる径を有する、前記（２）に記載の光検出装置。
（４）
前記第１の媒質は、前記入射光に対して１．５以下の屈折率を有する、前記（２）または（３）に記載の光検出装置。
（５）
前記第１の媒質は、シリコン酸化物、フッ素を添加したシリコン酸化物、フッ素樹脂、多孔質シリカまたはそれらの混合素材からなる、前記（２）乃至（４）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（６）
前記第２の媒質は、前記入射光に対して１．７以上の屈折率を有する、前記（２）乃至（５）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（７）
前記第２の媒質は、酸化チタン、酸化アルミニウム、シリコン窒化物、アモルファスシリコンまたはそれらの混合素材からなる、前記（２）乃至（６）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（８）
前記開口調整構造は、前記一方の画素に選択的に設けられる集光素子からなる、前記（１）乃至（７）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（９）
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、前記（８）に記載の光検出装置。
（１０）
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、前記（８）または（９）に記載の光検出装置。
（１１）
複数の前記第１の画素および前記第２の画素は、それぞれ、前記半導体基板において、行方向および列方向に複数隣接配置されており、
前記集光素子は、隣接配置された複数の前記第１の画素からなる第１の画素群または隣接配置された複数の第２の画素からなる第２の画素群のうち、光感度が相対的に低い一方の画素群に１つずつ設けられている、前記（８）乃至（１０）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１２）
前記開口調整構造は、前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体からなり、
前記一方の画素の開口サイズは、前記他方の開口サイズよりも大きく、
前記開口には、それぞれ、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタが充填されている
前記（１）乃至（１１）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１３）
前記枠体は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い材料からなる、前記（１２）に記載の光検出装置。
（１４）
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側において、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に設けられた集光素子と
を備えた光検出装置。
（１５）
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、前記（１４）に記載の光検出装置。
（１６）
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、前記（１４）または（１５）に記載の光検出装置。
（１７）
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、前記開口内に充填された、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層とを備え、
前記開口のサイズは光感度が相対的に低い画素の開口が他の画素の開口よりも大きい
光検出装置。
（１８）
前記枠体は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い材料からなる、前記（１７）に記載の光検出装置。
（１）
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い一方の画素の実効的な画素開口サイズを他方の画素よりも大きくする開口調整構造と
を備えた光検出装置。
（２）
前記波長分離構造は、前記第１の画素および前記第２の画素に対する共通層として形成される第１の媒質と、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに設けられた第２の媒質とを有し、
前記第２の媒質は前記入射光の所定の波長以下の大きさの柱状構造を有し、前記第１の媒質よりも高い屈折率を有する、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
前記第２の媒質は、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに１または複数設けられると共に、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに異なる径を有する、前記（２）に記載の光検出装置。
（４）
前記第１の媒質は、前記入射光に対して１．５以下の屈折率を有する、前記（２）または（３）に記載の光検出装置。
（５）
前記第１の媒質は、シリコン酸化物、フッ素を添加したシリコン酸化物、フッ素樹脂、多孔質シリカまたはそれらの混合素材からなる、前記（２）乃至（４）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（６）
前記第２の媒質は、前記入射光に対して１．７以上の屈折率を有する、前記（２）乃至（５）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（７）
前記第２の媒質は、酸化チタン、酸化アルミニウム、シリコン窒化物、アモルファスシリコンまたはそれらの混合素材からなる、前記（２）乃至（６）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（８）
前記開口調整構造は、前記一方の画素に選択的に設けられる集光素子からなる、前記（１）乃至（７）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（９）
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、前記（８）に記載の光検出装置。
（１０）
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、前記（８）または（９）に記載の光検出装置。
（１１）
複数の前記第１の画素および前記第２の画素は、それぞれ、前記半導体基板において、行方向および列方向に複数隣接配置されており、
前記集光素子は、隣接配置された複数の前記第１の画素からなる第１の画素群または隣接配置された複数の第２の画素からなる第２の画素群のうち、光感度が相対的に低い一方の画素群に１つずつ設けられている、前記（８）乃至（１０）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１２）
前記開口調整構造は、前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体からなり、
前記一方の画素の開口サイズは、前記他方の開口サイズよりも大きく、
前記開口には、それぞれ、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタが充填されている
前記（１）乃至（１１）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１３）
前記枠体は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い材料からなる、前記（１２）に記載の光検出装置。
（１４）
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面側において、前記第１の画素および前記第２の画素のうち光感度が相対的に低い画素に設けられた集光素子と
を備えた光検出装置。
（１５）
前記集光素子は、前記波長分離構造よりも光入射側に配置されるオンチップレンズである、前記（１４）に記載の光検出装置。
（１６）
前記集光素子は、前記第１の面と前記波長分離構造との間に配置されるインナーレンズである、前記（１４）または（１５）に記載の光検出装置。
（１７）
対向する第１の面および第２の面を有し、互いに異なる波長を選択的に光電変換する複数の第１の画素および第２の画素が行列状に配置された半導体基板と、
互いに異なる屈折率を有する媒質が前記第１の面側に前記第１の画素および前記第２の画素それぞれに平面且つ離散的に設けられ、前記第１の画素では入射光を第１の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第１の波長成分を選択的に前記第１の画素に導き、前記第２の画素では入射光を第２の波長成分とそれ以外の波長成分とに分離して前記第２の波長成分を選択的に前記第２の画素に導く波長分離構造と、
前記第１の面と前記波長分離構造との間において、隣り合う前記第１の画素と前記第２の画素との境界に設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素のそれぞれに開口を有する枠体と、前記開口内に充填された、前記第１の画素および前記第２の画素それぞれにおいて光電変換される波長を選択的に透過するカラーフィルタとからなるカラーフィルタ層とを備え、
前記開口のサイズは光感度が相対的に低い画素の開口が他の画素の開口よりも大きい
光検出装置。
（１８）
前記枠体は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い材料からなる、前記（１７）に記載の光検出装置。
【符号の説明】
【0156】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，２…光検出装置、１０…受光部、１１…半導体基板、１２…光電変換部、１３…素子分離部、１４…固定電荷層、２０…導光部、２１…隔壁、２２…カラーフィルタ、２２Ｂ…青色フィルタ、３３Ｇ…緑色フィルタ、２２Ｒ…赤色フィルタ、２３…カラーフィルタ層、２４…透明層、２４Ｌ…オンチップレンズ、２５…分光部、２６…波長分離層、２７…インナーレンズ層、２７Ｌ…インナーレンズ、３０…多層配線層、３１，３２，３３…配線層、３４…層間絶縁層、１１Ｓ１…第１面、１１Ｓ２…第２面、Ｓ１…光入射側。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
