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特許7524178光電変換素子、光検出装置、光検出システム、電子機器および移動体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】光電変換素子、光検出装置、光検出システム、電子機器および移動体
(51)【国際特許分類】
H01L 31/10 20060101AFI20240722BHJP
H01L 31/12 20060101ALI20240722BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240722BHJP
G01S 7/4863 20200101ALN20240722BHJP
G01S 17/894 20200101ALN20240722BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 D
H01L31/10 H
H01L31/12 E
H01L27/146 E
H01L27/146 A
H01L27/146 D
G01S7/4863
G01S17/894
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2021526830
(86)(22)【出願日】2020-06-17
(86)【国際出願番号】 JP2020023712
(87)【国際公開番号】W WO2020255999
(87)【国際公開日】2020-12-24
【審査請求日】2023-05-23
(31)【優先権主張番号】62/864,907
(32)【優先日】2019-06-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【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】富樫 秀晃
(72)【発明者】
【氏名】山口 哲司
(72)【発明者】
【氏名】河合 信宏
(72)【発明者】
【氏名】関口 浩司
(72)【発明者】
【氏名】定榮 正大
(72)【発明者】
【氏名】村田 賢一
(72)【発明者】
【氏名】平田 晋太郎
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 雄大
(72)【発明者】
【氏名】永島 義人
【審査官】小林 幹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－００９４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２６５５３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１２１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１３８３７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０９１１１９９３（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１５－２１６１８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／２０
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６－２７／１４８
Ｇ０１Ｓ ７／４８６３
Ｇ０１Ｓ １７／８９４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含み、
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられており、
前記複数の電荷蓄積電極のそれぞれに対応する位置に複数の前記光学フィルタがそれぞれ設けられている
光電変換素子。
【請求項2】
前記第２の光電変換部は、対象物の距離情報を取得可能である請求項１記載の光電変換素子。
【請求項3】
前記第２の光電変換部は、第２の光電変換層と、一対のゲート電極と、前記第２の光電変換層から前記一対のゲート電極をそれぞれ経由して到達する電荷を蓄積する一対の電荷保持部と、を含む請求項１記載の光電変換素子。
【請求項4】
前記第２の光電変換部と対応する位置に複数の開口部分を含む画素間領域遮光膜を、前記第２の光電変換部の入射側にさらに有する請求項１記載の光電変換素子。
【請求項5】
前記電荷蓄積電極に蓄積される電荷を、前記第１の光電変換部から見て前記第２の光電変換部と反対側に取り出す貫通電極をさらに有する請求項１記載の光電変換素子。
【請求項6】
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層をさらに有する請求項５記載の光電変換素子。
【請求項7】
前記半導体基板は、前記第１の光電変換部と対向する第１の面、および前記第１の面と反対側の第２の面を含み、前記第１の面および前記第２の面のうちの少なくとも一方に凹凸構造が形成されている
請求項１記載の光電変換素子。
【請求項8】
前記第１の光電変換層における前記積層構造は、前記第１の電極と前記第１の光電変換層との間に設けられた半導体層をさらに含む請求項１記載の光電変換素子。
【請求項9】
複数の光電変換素子を備え、前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含み、
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられており、
前記複数の電荷蓄積電極のそれぞれに対応する位置に複数の前記光学フィルタがそれぞれ設けられている
光検出装置。
【請求項10】
前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に位置すると共に、隣り合う前記光電変換素子同士の間の領域に設けられた遮光膜をさらに備える請求項９記載の光検出装置。
【請求項11】
赤外光を発する発光装置と、光電変換素子を有する光検出装置と
を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、外部からの可視光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記発光装置からの前記赤外光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含み、
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられており、
前記複数の電荷蓄積電極のそれぞれに対応する位置に複数の前記光学フィルタがそれぞれ設けられている
光検出システム。
【請求項12】
光学部と、信号処理部と、光電変換素子を備え、前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含み、
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられており、
前記複数の電荷蓄積電極のそれぞれに対応する位置に複数の前記光学フィルタがそれぞれ設けられている
電子機器。
【請求項13】
可視光域に含まれる第１の光および赤外光域に含まれる第２の光を発する発光装置と、 光電変換素子を含む光検出装置とを有する光検出システムを備え、前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の光を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記第２の光を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含み、
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられており、
前記複数の電荷蓄積電極のそれぞれに対応する位置に複数の前記光学フィルタがそれぞれ設けられている
移動体。
【請求項14】
可視光域に含まれる第１の光および赤外光域に含まれる第２の光を発する発光装置と、 光電変換素子を含む光検出装置とを有する光検出システムを備え、前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の光を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記第２の光を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含み、
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられており、
前記複数の電荷蓄積電極のそれぞれに対応する位置に複数の前記光学フィルタがそれぞれ設けられている
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光電変換を行う光電変換素子、ならびにそれを備えた光検出装置、光検出システム、電子機器および移動体に関する。
【背景技術】
【0002】
これまでに、主に可視光を受光して光電変換を行う第１の光電変換領域と、主に赤外光を受光して光電変換を行う第２の光電変換領域との積層構造を有する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－２０８４９６号公報
【発明の概要】
【0004】
ところで、固体撮像装置では、機能向上が求められている。
【0005】
したがって、高い機能を有する光電変換素子を提供することが望まれる。
【0006】
本開示の一実施形態としての光電変換素子は、半導体基板と、その半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、半導体基板内のうち半導体基板の厚さ方向において第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、第１の光電変換部の、第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタとを有する。第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図7】本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図12】本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図14】本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図17】本開示の第５の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図22】本開示の第６の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図25】本開示の第７の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図26】本開示の第８の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図29】本開示の第９の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図30】本開示の第９の実施の形態に係る撮像素子の一例を示す概略断面図である。
【図33A】本開示の第１０の実施の形態に係る撮像素子における貫通電極およびその周辺を拡大して表す断面模式図である。
【図33B】本開示の第１０の実施の形態に係る撮像素子における貫通電極およびその周辺を拡大して表す平面模式図である。
【図34A】本開示の第１０の実施の形態に係る撮像素子における貫通電極およびその周辺の詳細の他の構成例を表す拡大断面模式図である。
【図34B】本開示の第１０の実施の形態に係る撮像素子における貫通電極およびその周辺の詳細の他の構成例を表す拡大平面模式図である。
【図35】本開示の第１０の実施の形態に係る変形例としての撮像素子の概略構成の一例を表す断面模式図である。
【図36A】本開示の第１１の実施の形態に係る光検出システムの全体構成の一例を表す模式図である。
【図37】電子機器の全体構成例を表す概略図である。
【図38】体内情報取得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39】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40】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。
【図41】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42】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。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
可視光画像情報を得る有機光電変換部と、赤外光を受光して距離情報を得るｉＴＯＦセンサ部とを備えた固体撮像装置の例。
２．第２の実施の形態
１つの光電変換部に対し、オンチップレンズ、カラーフィルタおよび電荷蓄積電極が４つずつ設けられた固体撮像装置の例。
３．第３の実施の形態
１つの光電変換部に対し、オンチップレンズ、カラーフィルタおよび電荷蓄積電極２５が１６個ずつ設けられた固体撮像装置の例。
４．第４の実施の形態
１つのオンチップレンズおよび１つのカラーフィルタに対し、４つの電荷蓄積電極および４つの光電変換部が設けられた固体撮像装置の例。
５．第５の実施の形態
１つのオンチップレンズ、１つのカラーフィルタおよび１つの光電変換部に対し、４つの電荷蓄積電極が設けられた固体撮像装置の例。
６．第６の実施の形態
１つの光電変換部に対し、４つのオンチップレンズと、４つのカラーフィルタと、１６個の電荷蓄積電極とが設けられた固体撮像装置の例。
７．第７の実施の形態
電荷保持部を有するｉＴＯＦセンサ部を備えた固体撮像装置の例。
８．第８の実施の形態
デュアルバンドパスフィルタをさらに備えた固体撮像装置の例。
９．第９の実施の形態
インナーレンズもしくは光導波路をさらに有する固体撮像装置の例。
１０．第１０の実施の形態
貫通電極の周囲を遮蔽する金属層を備えた固体撮像装置の例。
１１．第１１の実施の形態
発光装置と光検出装置とを備えた光検出システムの例。
１２．電子機器への適用例
１３．体内情報取得システムへの応用例
１４．内視鏡手術システムへの応用例
１５．移動体への適用例
１６．その他の変形例
１．第１の実施の形態
可視光画像情報を得る有機光電変換部と、赤外光を受光して距離情報を得るｉＴＯＦセンサ部とを備えた固体撮像装置の例。
２．第２の実施の形態
１つの光電変換部に対し、オンチップレンズ、カラーフィルタおよび電荷蓄積電極が４つずつ設けられた固体撮像装置の例。
３．第３の実施の形態
１つの光電変換部に対し、オンチップレンズ、カラーフィルタおよび電荷蓄積電極２５が１６個ずつ設けられた固体撮像装置の例。
４．第４の実施の形態
１つのオンチップレンズおよび１つのカラーフィルタに対し、４つの電荷蓄積電極および４つの光電変換部が設けられた固体撮像装置の例。
５．第５の実施の形態
１つのオンチップレンズ、１つのカラーフィルタおよび１つの光電変換部に対し、４つの電荷蓄積電極が設けられた固体撮像装置の例。
６．第６の実施の形態
１つの光電変換部に対し、４つのオンチップレンズと、４つのカラーフィルタと、１６個の電荷蓄積電極とが設けられた固体撮像装置の例。
７．第７の実施の形態
電荷保持部を有するｉＴＯＦセンサ部を備えた固体撮像装置の例。
８．第８の実施の形態
デュアルバンドパスフィルタをさらに備えた固体撮像装置の例。
９．第９の実施の形態
インナーレンズもしくは光導波路をさらに有する固体撮像装置の例。
１０．第１０の実施の形態
貫通電極の周囲を遮蔽する金属層を備えた固体撮像装置の例。
１１．第１１の実施の形態
発光装置と光検出装置とを備えた光検出システムの例。
１２．電子機器への適用例
１３．体内情報取得システムへの応用例
１４．内視鏡手術システムへの応用例
１５．移動体への適用例
１６．その他の変形例
【0009】
＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置１の構成］
（全体構成例）
図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１の全体構成例を表している。固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。固体撮像装置１は、例えば光学レンズ系を介して被写体からの入射光（像光）を取り込み、撮像面上に結像された入射光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ようになっている。固体撮像装置１は、例えば半導体基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１００と、その画素部１００の周辺領域に配置された垂直駆動回路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とを有している。この固体撮像装置１は、本開示の「光検出装置」に対応する一具体例である。
［固体撮像装置１の構成］
（全体構成例）
図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１の全体構成例を表している。固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。固体撮像装置１は、例えば光学レンズ系を介して被写体からの入射光（像光）を取り込み、撮像面上に結像された入射光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ようになっている。固体撮像装置１は、例えば半導体基板１１上に、撮像エリアとしての画素部１００と、その画素部１００の周辺領域に配置された垂直駆動回路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とを有している。この固体撮像装置１は、本開示の「光検出装置」に対応する一具体例である。
【0010】
画素部１００には、例えば、行列状に２次元配置された複数の画素Ｐを有している。画素部１００には、例えば水平方向（紙面横方向）に並ぶ複数の画素Ｐにより構成される画素行と、垂直方向（紙面縦方向）に並ぶ複数の画素Ｐにより構成される画素列とがそれぞれ複数設けられている。画素部１００には、例えば、画素行ごとに１つの画素駆動線Ｌread（行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに１つの垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、各画素Ｐ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。複数の画素駆動線Ｌreadの端部は、垂直駆動回路１１１の各画素行に対応した複数の出力端子にそれぞれ接続されている。
【0011】
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ており、画素部１００における各画素Ｐを、例えば、画素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。
【0012】
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。
【0013】
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、複数の垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素Ｐの信号が順番に水平信号線１２１に出力され、その水平信号線１２１を通じて半導体基板１１の外部へ伝送されるようになっている。
【0014】
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、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。
【0015】
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。
【0016】
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、撮像素子である画素Ｐ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。
【0017】
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。
【0018】
（画素Ｐの断面構成例）
図２Ａは、画素部１００において行列状に配列された複数の画素Ｐのうちの一の画素Ｐ１における断面構成の一例を模式的に表している。
図２Ａは、画素部１００において行列状に配列された複数の画素Ｐのうちの一の画素Ｐ１における断面構成の一例を模式的に表している。
【0019】
図２に示したように、画素Ｐ１は、例えば一の光電変換部１０と、一の有機光電変換部２０とが厚さ方向であるＺ軸方向において積層された構造を有する、いわゆる縦方向分光型の撮像素子である。撮像素子である画素Ｐ１は、本開示の「光電変換素子」に対応する一具体例である。画素Ｐ１は、光電変換部１０と有機光電変換部２０との間に設けられた中間層４０と、光電変換部１０から見て有機光電変換部２０と反対側に設けられた多層配線層３０とをさらに有している。さらに、有機光電変換部２０から見て光電変換部１０と反対側の光入射側には、例えば、一の封止膜５１と、一のカラーフィルタ５２と、一の平坦化膜５３と、一のオンチップレンズ５４とが有機光電変換部２０に近い位置から順にＺ軸方向に沿って積層されている。なお、封止膜５１および平坦化膜５３は、それぞれ、複数の画素Ｐにおいて共通に設けられていてもよい。
【0020】
（光電変換部１０）
光電変換部１０は、例えば光飛行時間（Time-of-Flight ;TOF）により、距離画像（距離情報）を獲得する間接ＴＯＦ（以下、ｉＴＯＦという）センサである。光電変換部１０は、例えば、半導体基板１１と、光電変換領域１２と、固定電荷層１３と、一対のゲート電極１４Ａ，１４Ｂと、浮遊拡散領域である電荷電圧変換部（ＦＤ）１５Ａ，１５Ｂと、画素間領域遮光壁１６と、貫通電極１７とを有している。
光電変換部１０は、例えば光飛行時間（Time-of-Flight ;TOF）により、距離画像（距離情報）を獲得する間接ＴＯＦ（以下、ｉＴＯＦという）センサである。光電変換部１０は、例えば、半導体基板１１と、光電変換領域１２と、固定電荷層１３と、一対のゲート電極１４Ａ，１４Ｂと、浮遊拡散領域である電荷電圧変換部（ＦＤ）１５Ａ，１５Ｂと、画素間領域遮光壁１６と、貫通電極１７とを有している。
【0021】
半導体基板１１は、表面１１Ａおよび裏面１１Ｂを含む、例えば、ｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板であり、所定領域にｐウェルを有している。表面１１Ａは、多層配線層３０と対向している。裏面１１Ｂは、中間層４０と対向する面であり、微細な凹凸構造が形成されているとよい。半導体基板１１に入射した赤外光を半導体基板１１の内部に閉じ込めるのに効果的であるからである。なお、表面１１Ａにも同様の微細な凹凸構造が形成されていてもよい。
【0022】
光電変換領域１２は、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）型のフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される光電変換素子であり、半導体基板１１の所定領域において形成されたｐｎ接合を含んでいる。光電変換領域１２は、被写体からの光のうち、特に赤外光域の波長を有する光を検出して受光し、受光量に応じた電荷を光電変換により生成し、蓄積するようになっている。
【0023】
固定電荷層１３は、半導体基板１１の裏面１１Ｂを覆うように設けられている。固定電荷層１３は、半導体基板１１の受光面である裏面１１Ｂの界面準位に起因する暗電流の発生を抑制するため、例えば負の固定電荷を有している。固定電荷層１３が誘起する電界により、半導体基板１１の裏面１１Ｂの近傍にホール蓄積層が形成される。このホール蓄積層によって裏面１１Ｂからの電子の発生が抑制される。なお、固定電荷層１３には、画素間領域遮光壁１６と光電変換領域１２との間においてＺ軸方向に延在する部分も含まれている。固定電荷層１３は、絶縁材料を用いて形成することが好ましい。具体的には、固定電荷層１３の構成材料としては、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。
【0024】
一対のゲート電極１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ転送トランジスタ（ＴＧ）１４１Ａ，１４１Ｂの一部を構成しており、例えば表面１１Ａから光電変換領域１２に至るまでＺ軸方向に延在している。ＴＧ１４１Ａ，ＴＧ１４１Ｂは、ゲート電極１４Ａ，１４Ｂにそれぞれ印加される駆動信号に応じて光電変換領域１２に蓄積されている電荷を一対のＦＤ１５Ａ，１５Ｂに転送するものである。
【0025】
一対のＦＤ１５Ａ，１５Ｂは、それぞれ、ゲート電極１４Ａ，１４Ｂを含むＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂを介して光電変換領域１２から転送されてきた電荷を電気信号（例えば、電圧信号）に変換して出力する浮遊拡散領域である。ＦＤ１５Ａ，１５Ｂには、後述の図３に示すように、リセットトランジスタ（ＲＳＴ）１４３Ａ，１４３Ｂが接続されるとともに、増幅トランジスタ（ＡＭＰ）１４４Ａ，１４４Ｂおよび選択トランジスタ（ＳＥＬ）１４５Ａ，１４５Ｂを介して垂直信号線Ｌsig（図１）が接続されている。
【0026】
図２Ｂは、貫通電極１７を取り囲む画素間領域遮光壁１６を拡大して示したＺ軸に沿った断面図であり、図２Ｃは、貫通電極１７を取り囲む画素間領域遮光壁１６を拡大して示したＸＹ面に沿った断面図である。図２Ｂは、図２Ｃに示したＩＩＢ－ＩＩＢ線に沿った矢視方向の断面を表している。画素間領域遮光壁１６は、ＸＹ面内において隣り合う他の画素Ｐとの境界部分に設けられている。画素間領域遮光壁１６は、例えばＸＺ面に沿って広がる部分とＹＺ面に沿って広がる部分とを含んでおり、各画素Ｐの光電変換領域１２を取り囲むように設けられている。また、画素間領域遮光壁１６は、貫通電極１７を取り囲むように設けられていてもよい。これにより、隣接する画素Ｐ同士の間における光電変換領域１２への不要光の斜入射を抑制し、混色を防ぐことができる。
【0027】
画素間領域遮光壁１６は、例えば遮光性を有する単体金属、金属合金、金属窒化物、および金属シリサイドのうちの少なくとも１種を含む材料からなる。より具体的には、画素間領域遮光壁１６の構成材料としては、Ａｌ（アルミニウム），Ｃｕ（銅），Ｃｏ（コバルト），Ｗ（タングステン），Ｔｉ（チタン），Ｔａ（タンタル），Ｎｉ（ニッケル），Ｍｏ（モリブデン），Ｃｒ（クロム），Ｉｒ（イリジウム），白金イリジウム，ＴｉＮ（窒化チタン）またはタングステンシリコン化合物などが挙げられる。なお、画素間領域遮光壁１６の構成材料は金属材料に限定されず、グラファイトを用いて構成してもよい。また、画素間領域遮光壁１６は、導電性材料に限定されず、有機材料などの遮光性を有する非導電性材料により構成されていてもよい。また、画素間領域遮光壁１６と貫通電極１７との間には、例えばＳｉＯｘ（シリコン酸化物）や酸化アルミニウムなどの絶縁材料からなる絶縁層Ｚ１が設けられていてもよい。あるいは、画素間領域遮光壁１６と貫通電極１７との間に空隙を設けることで、画素間領域遮光壁１６と貫通電極１７との絶縁を行うようにしてもよい。なお、画素間領域遮光壁１６が非導電性材料により構成されている場合には絶縁層Ｚ１を設けなくともよい。さらに、画素間領域遮光壁１６の外側、すなわち、画素間領域遮光壁１６と固定電荷層１３との間には絶縁層Ｚ２が設けられていてもよい。絶縁層Ｚ２は、例えばＳｉＯｘ（シリコン酸化物）や酸化アルミニウムなどの絶縁材料からなる。あるいは、画素間領域遮光壁１６と固定電荷層１３との間に空隙を設けることで、画素間領域遮光壁１６と固定電荷層１３との絶縁を行うようにしてもよい。この絶縁層Ｚ２により、画素間領域遮光壁１６が導電性材料であった場合には、画素間領域遮光壁１６と半導体基板１１との電気的絶縁性が確保される。また、画素間領域遮光壁１６が貫通電極１７を取り囲むように設けられていて、画素間領域遮光壁１６が導電性材料であった場合には、絶縁層Ｚ１により画素間領域遮光壁１６と貫通電極１７との電気的絶縁性が確保される。
【0028】
貫通電極１７は、例えば、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側に設けられた有機光電変換部２０の読出電極２６と、半導体基板１１の表面１１Ａに設けられたＦＤ１３１およびＡＭＰ１３３（後出の図４参照）とを電気的に接続する接続部材である。貫通電極１７は、例えば、有機光電変換部２０において生じた信号電荷の伝送や、電荷蓄積電極２５を駆動させる電圧の伝送を行う伝送経路となっている。貫通電極１７は、例えば有機光電変換部２０の読出電極２６から半導体基板１１を貫いて多層配線層３０に至るまでＺ軸方向に延在するように設けることができる。貫通電極１７は、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側に設けられた有機光電変換部２０で生じた信号電荷を、半導体基板１１の表面１１Ａ側に良好に転送することが可能となっている。貫通電極１７の周囲には、固定電荷層１３および絶縁層４１が設けられており、これにより、貫通電極１７と半導体基板１１のｐウェル領域とは電気的に絶縁されている。
【0029】
貫通電極１７は、例えば、ＰＤＡＳ（Phosphorus Doped Amorphous Silicon）等の不純物がドープされたシリコン材料の他、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびタンタル（Ｔａ）等の金属材料のうちの１種または２種以上を用いて形成することができる。
【0030】
（多層配線層３０）
多層配線層３０は、例えば、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂ、ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂ、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４ＢおよびＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂ等を有する読み出し回路を含んでいる。
多層配線層３０は、例えば、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂ、ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂ、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４ＢおよびＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂ等を有する読み出し回路を含んでいる。
【0031】
（中間層４０）
中間層４０は、例えば絶縁層４１と、その絶縁層４１に埋設された光学フィルタ４２および画素間領域遮光膜４３とを有していてもよい。絶縁層４１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機絶縁材料のうちの１種よりなる単層膜か、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構成されている。さらに、絶縁層４１を構成する材料として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、Ｎ－２（アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等の有機絶縁材料を用いてもよい。
中間層４０は、例えば絶縁層４１と、その絶縁層４１に埋設された光学フィルタ４２および画素間領域遮光膜４３とを有していてもよい。絶縁層４１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機絶縁材料のうちの１種よりなる単層膜か、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構成されている。さらに、絶縁層４１を構成する材料として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、Ｎ－２（アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等の有機絶縁材料を用いてもよい。
【0032】
光学フィルタ４２は、光電変換領域１２において光電変換が行われる赤外光域（例えば波長８８０ｎｍ以上１０４０ｎｍ以下）に透過バンドを有する。すなわち、光学フィルタ４２は、可視光域（例えば波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）の波長を有する光よりも赤外光域の波長を有する光のほうが透過しやすいものである。具体的には、光学フィルタ４２は、例えば有機材料により構成することができるものであり、赤外光域の光を選択的に透過させつつ、可視光域の波長の光の少なくとも一部を吸収するようになっている。
【0033】
画素間領域遮光膜４３は、ＸＹ面内において隣り合う他の画素Ｐとの境界部分に設けられている。画素間領域遮光膜４３は、ＸＹ面に沿って広がる部分を含んでおり、各画素Ｐの光電変換領域１２を取り囲むように設けられている。画素間領域遮光膜４３は、画素間領域遮光壁１６と同様、隣接する画素Ｐ同士の間における光電変換領域１２への不要光の斜入射を抑制し、混色を防ぐものである。なお、画素間領域遮光膜４３は必要に応じて設置すればよいので、画素Ｐ１は画素間領域遮光膜４３を有さなくてもよい。
【0034】
（有機光電変換部２０）
有機光電変換部２０は、例えば光電変換部１０に近い位置から順に積層された読出電極２６と、半導体層２１と、有機光電変換層２２と、上部電極２３とを有している。有機光電変換部２０は、さらに、半導体層２１の下方に設けられた絶縁層２４と、その絶縁層２４を介して半導体層２１と対向するように設けられた電荷蓄積電極２５とを有している。電荷蓄積電極２５および読出電極２６は、互いに離間されており、例えば同一の階層に設けられている。読出電極２６は、貫通電極１７の上端と接している。なお、上部電極２３、有機光電変換層２２、および半導体層２１は、それぞれ、画素部１００における複数の画素Ｐ（図２Ａ）のうちの一部のいくつかの画素Ｐにおいて共通に設けられ、または画素部１００における複数の画素Ｐの全てにおいて共通に設けられていてもよい 。本実施の形態以降に説明する他の実施の形態および変形例等においても同様である。
有機光電変換部２０は、例えば光電変換部１０に近い位置から順に積層された読出電極２６と、半導体層２１と、有機光電変換層２２と、上部電極２３とを有している。有機光電変換部２０は、さらに、半導体層２１の下方に設けられた絶縁層２４と、その絶縁層２４を介して半導体層２１と対向するように設けられた電荷蓄積電極２５とを有している。電荷蓄積電極２５および読出電極２６は、互いに離間されており、例えば同一の階層に設けられている。読出電極２６は、貫通電極１７の上端と接している。なお、上部電極２３、有機光電変換層２２、および半導体層２１は、それぞれ、画素部１００における複数の画素Ｐ（図２Ａ）のうちの一部のいくつかの画素Ｐにおいて共通に設けられ、または画素部１００における複数の画素Ｐの全てにおいて共通に設けられていてもよい 。本実施の形態以降に説明する他の実施の形態および変形例等においても同様である。
【0035】
なお、有機光電変換層２２と半導体層２１との間および有機光電変換層２２と上部電極２３との間には、他の有機層が設けられていてもよい。
【0036】
読出電極２６、上部電極２３および電荷蓄積電極２５は、光透過性を有する導電膜により構成され、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）により構成されている。但し、読出電極２６、上部電極２３および電荷蓄積電極２５の構成材料としては、このＩＴＯの他にも、ドーパントを添加した酸化スズ（ＳｎＯx）系材料、あるいは亜鉛酸化物（ＺｎＯ）にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）添加のガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、インジウム（Ｉｎ）添加のインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。また、読出電極２６、上部電極２３および電荷蓄積電極２５の構成材料としては、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ4 、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ2 、ＭｇＩＮ2 Ｏ4 、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ3 またはＴｉＯ2 等を用いてもよい。さらに、スピネル形酸化物やＹｂＦｅ2 Ｏ4 構造を有する酸化物を用いてもよい。
【0037】
有機光電変換層２２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、例えば、ｐ型半導体およびｎ型半導体として機能する有機材料を２種以上含んで形成されている。ｐ型半導体は、相対的に電子供与体（ドナー）として機能するものであり、ｎ型半導体は、相対的に電子受容体（アクセプタ）として機能するｎ型半導体として機能するものである。有機光電変換層２２は、層内に、バルクヘテロ接合構造を有している。バルクヘテロ接合構造は、ｐ型半導体およびｎ型半導体が混ざり合うことで形成されたｐ／ｎ接合面であり、光を吸収した際に生じる励起子は、このｐ／ｎ接合界面において電子と正孔とに分離する。
【0038】
有機光電変換層２２は、ｐ型半導体およびｎ型半導体の他に、さらに、所定の波長帯域の光を光電変換する一方、他の波長帯域の光を透過させる、いわゆる色素材料の３種類を含んで構成されていてもよい。ｐ型半導体、ｎ型半導体および色素材料は、互いに異なる吸収極大波長を有していることが好ましい。これにより、可視光領域の波長を広い範囲で吸収することが可能となる。
【0039】
有機光電変換層２２は、例えば、上記各種有機半導体材料を混合し、スピンコート技術を用いることで形成することができる。この他、例えば、真空蒸着法やプリント技術等を用いて有機光電変換層２２を形成するようにしてもよい。
【0040】
半導体層２１を構成する材料としては、バンドギャップの値が大きく（例えば、３．０ｅＶ以上のバンドギャップの値）、有機光電変換層２２を構成する材料よりも高い移動度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体材料；遷移金属ダイカルコゲナイド；シリコンカーバイド；ダイヤモンド；グラフェン；カーボンナノチューブ；縮合多環炭化水素化合物や縮合複素環化合物等の有機半導体材料を挙げることができる。
【0041】
電荷蓄積電極２５は、絶縁層２４および半導体層２１と共に一種のキャパシタを形成し、有機光電変換層２２において発生する電荷を半導体層２１の一部、例えば半導体層２１のうち絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積するようになっている。本実施の形態では、一の光電変換領域１２、一のカラーフィルタ５２、および一のオンチップレンズ５４のそれぞれに対応して、一の電荷蓄積電極２５が設けられている。電荷蓄積電極２５は、例えば垂直駆動回路１１１と接続されている。
【0042】
絶縁層２４は、例えば絶縁層４１と同様の無機絶縁材料および有機絶縁材料により形成可能である。
【0043】
有機光電変換部２０は、上記のように、可視光域の波長の一部または全部を検出するものである。また、有機光電変換部２０は、赤外光域に対する感度を有さないものであることが望ましい。
【0044】
有機光電変換部２０では、上部電極２３側から入射した光は、有機光電変換層２２で吸収される。これによって生じた励起子（電子－正孔対）は、有機光電変換層２２を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、すなわち、電子と正孔とに解離する。ここで発生した電荷、すなわち電子および正孔は、キャリアの濃度差による拡散や、上部電極２３と電荷蓄積電極２５との電位差による内部電界によって上部電極２３または半導体層２１に移動し、光電流として検出される。例えば、読出電極２６を正の電位とし、上部電極２３を負の電位とする。その場合、有機光電変換層２２における光電変換により発生した正孔は、上部電極２３に移動する。有機光電変換層２２における光電変換により発生した電子は、電荷蓄積電極２５に引き付けられ、半導体層２１の一部、例えば半導体層２１のうち絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積される。
【0045】
半導体層２１のうち絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積された電荷（例えば電子）は、次のようにして読み出される。具体的には、読出電極２６に電位Ｖ２６を印加し、電荷蓄積電極２５に電位Ｖ２５を印加する。ここで、電位Ｖ２５よりも電位Ｖ２６を高くする（Ｖ２５＜Ｖ２６）。こうすることで、半導体層２１のうち電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積されていた電子は、読出電極２６へ転送される。
【0046】
このように有機光電変換層２２の下層に半導体層２１を設け、半導体層２１のうちの絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に電荷（例えば電子）を蓄積することにより、以下のような効果が得られる。すなわち、半導体層２１を設けずに有機光電変換層２２に電荷（例えば電子）を蓄積する場合と比較して、電荷蓄積時の正孔と電子との再結合が防止され、蓄積した電荷（例えば電子）の読出電極２６への転送効率を増加させることができるうえ、暗電流の生成を抑制することができる。上記説明では電子の読み出しを行う場合を例示したが、正孔の読み出しを行うようにしてもよい。正孔の読み出しを行う場合は、上記説明での電位は正孔が感じる電位として説明される。
【0047】
【0048】
光電変換部１０の読み出し回路は、例えば、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂと、ＯＦＧ１４６と、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂと、ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂと、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂと、ＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂとを有している。
【0049】
ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂは、光電変換領域１２とＦＤ１５Ａ，１５Ｂとの間に接続されている。ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂのゲート電極１４Ａ，１４Ｂに駆動信号が印加され、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂがアクティブ状態となると、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂの転送ゲートが導通状態となる。その結果、光電変換領域１２で変換された信号電荷が、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂを介してＦＤ１５Ａ，１５Ｂに転送される。
【0050】
ＯＦＧ１４６は、光電変換領域１２と電源との間に接続されている。ＯＦＧ１４６のゲート電極に駆動信号が印加され、ＯＦＧ１４６がアクティブ状態になると、ＯＦＧ１４６が導通状態になる。その結果、光電変換領域１２で変換された信号電荷がＯＦＧ１４６を介して電源に排出される。
【0051】
ＦＤ１５Ａ，１５Ｂは、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂと、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂとの間に接続されている。ＦＤ１５Ａ，１５Ｂは、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂ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、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂに出力する。
【0052】
ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂは、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂと電源との間に接続されている。ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂのゲート電極に駆動信号が印加され、ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂがアクティブ状態になると、ＲＳＴ１４３Ａ，１４３Ｂのリセットゲートが導通状態となる。その結果、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂの電位が電源のレベルにリセットされる。
【0053】
ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂは、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂに接続されるゲート電極と、電源に接続されるドレイン電極とをそれぞれ有している。ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂは、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂが保持している電圧信号の読み出し回路、いわゆるソースフォロア回路の入力部となる。すなわち、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂは、そのソース電極がＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂを介してそれぞれ垂直信号線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。
【0054】
ＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂは、それぞれ、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂのソース電極と、垂直信号線Ｌｓｉｇとの間に接続される。ＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂの各ゲート電極に駆動信号が印加され、ＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂがアクティブ状態になると、ＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂが導通状態となり、画素Ｐが選択状態となる。これにより、ＡＭＰ１４４Ａ，１４４Ｂから出力される読み出し信号（画素信号）が、ＳＥＬ１４５Ａ，１４５Ｂを介して、垂直信号線Ｌｓｉｇに出力される。
【0055】
固体撮像装置１では、赤外域の光パルスを被写体に照射し、その被写体から反射した光パルスを光電変換部１０の光電変換領域１２で受光する。光電変換領域１２では、赤外域の光パルスの入射により複数の電荷が発生する。光電変換領域１２において発生した複数の電荷は、一対のゲート電極１４Ａ，１４Ｂに対して交互に等時間に亘って駆動信号を供給することで、ＦＤ１５ＡとＦＤ１５Ｂとに交互に振り分けられるようになっている。ゲート電極１４Ａ，１４Ｂに印加する駆動信号のシャッタ位相を照射する光パルスに対して変えることで、ＦＤ１５Ａにおける電荷の蓄積量およびＦＤ１５Ｂにおける電荷の蓄積量は、位相変調された値となる。これらを復調することによって光パルスの往復時間が推定されることから、固体撮像装置１と被写体との距離が求められる。
【0056】
【0057】
有機光電変換部２０の読み出し回路は、例えば、ＦＤ１３１と、ＲＳＴ１３２と、ＡＭＰ１３３と、ＳＥＬ１３４とを有している。
【0058】
ＦＤ１３１は、読出電極２６とＡＭＰ１３３との間に接続されている。ＦＤ１３１は、読出電極２６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、ＡＭＰ１３３に出力する。
【0059】
ＲＳＴ１３２は、ＦＤ１３１と電源との間に接続されている。ＲＳＴ１３２のゲート電極に駆動信号が印加され、ＲＳＴ１３２がアクティブ状態になると、ＲＳＴ１３２のリセットゲートが導通状態となる。その結果、ＦＤ１３１の電位が電源のレベルにリセットされる。
【0060】
ＡＭＰ１３３は、ＦＤ１３１に接続されるゲート電極と、電源に接続されるドレイン電極とを有している。ＡＭＰ１３３のソース電極は、ＳＥＬ１３４を介して垂直信号線Ｌｓｉｇに接続されている。
【0061】
ＳＥＬ１３４は、ＡＭＰ１３３のソース電極と、垂直信号線Ｌｓｉｇとの間に接続される。ＳＥＬ１３４のゲート電極に駆動信号が印加され、ＳＥＬ１３４がアクティブ状態になると、ＳＥＬ１３４が導通状態となり、画素Ｐ１が選択状態となる。これにより、ＡＭＰ１３３から出力される読み出し信号（画素信号）が、ＳＥＬ１３４を介して、垂直信号線Ｌｓｉｇに出力される。
【0062】
（画素Ｐ１の平面構成例）
図５は、画素部１００における複数の画素Ｐ１の配列状態の一例を模式的に表している。図５の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図２Ａに示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図５の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図５の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図５の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５および読出電極２６の配列状態を表し、図５の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。図５の（Ｄ）では、さらに、レベルＬｖ４に相当する高さ位置にある画素間領域遮光膜４３の平面形状を破線で表している。図５の（Ａ）～（Ｄ）に示したように、画素部１００では、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられている。ここでいう互いに対応する位置とは、例えば、Ｚ軸方向において互いに重なり合う位置である。あるいは、それに限定されず、１つのオンチップレンズ５４に入射した光が、１つのカラーフィルタ５２と、複数の画素Ｐ１に共通に設けられた有機光電変換部２０と、１つの光電変換領域１２とに順次入射し、有機光電変換部２０において光電変換により発生した電荷が１つの電荷蓄積電極２５に引き付けられて半導体層２１の一部、すなわち、絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積されるようになっていればよい。また、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに重なり合う位置にある場合、各々の中心位置が互いに一致していてもよいし、各々の中心位置が互いに一致していなくともよい。なお、図５では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ４つずつ並ぶ合計１６個の画素Ｐ１の平面構成例を示しているが、画素部１００では、例えばこれら１６個の画素Ｐ１がＸ軸方向およびＹ軸方向の双方において複数配置されている。
図５は、画素部１００における複数の画素Ｐ１の配列状態の一例を模式的に表している。図５の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図２Ａに示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図５の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図５の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図５の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５および読出電極２６の配列状態を表し、図５の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。図５の（Ｄ）では、さらに、レベルＬｖ４に相当する高さ位置にある画素間領域遮光膜４３の平面形状を破線で表している。図５の（Ａ）～（Ｄ）に示したように、画素部１００では、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられている。ここでいう互いに対応する位置とは、例えば、Ｚ軸方向において互いに重なり合う位置である。あるいは、それに限定されず、１つのオンチップレンズ５４に入射した光が、１つのカラーフィルタ５２と、複数の画素Ｐ１に共通に設けられた有機光電変換部２０と、１つの光電変換領域１２とに順次入射し、有機光電変換部２０において光電変換により発生した電荷が１つの電荷蓄積電極２５に引き付けられて半導体層２１の一部、すなわち、絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積されるようになっていればよい。また、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに重なり合う位置にある場合、各々の中心位置が互いに一致していてもよいし、各々の中心位置が互いに一致していなくともよい。なお、図５では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ４つずつ並ぶ合計１６個の画素Ｐ１の平面構成例を示しているが、画素部１００では、例えばこれら１６個の画素Ｐ１がＸ軸方向およびＹ軸方向の双方において複数配置されている。
【0063】
図５の例では、（Ｂ）に示したように、赤色のカラーフィルタ５２Ｒを有し赤色光を受光する１つの赤色画素ＰＲ１と、青色のカラーフィルタ５２Ｂを有し青色光を受光する１つの青色画素ＰＢ１と、緑色のカラーフィルタ５２Ｇを有し緑色光を受光する２つの緑色画素ＰＧ１とが、１つの画素群ＰＰ１を構成している。図５の（Ｂ）に示した複数の画素Ｐの配列状態は、いわゆるベイヤ配列と呼ばれる。赤色画素ＰＲ１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ１つ置きに配列されている。青色画素ＰＢ１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ１つ置きに配列されると共に赤色画素ＰＲ１に対し斜め方向に位置している。緑色画素ＰＧ１は、赤色画素ＰＲ１および青色画素ＰＢ１の隙間を埋めるように配置されている。なお、図５は一例であり、本開示の画素部１００における複数の画素Ｐ１の配列状態はこれに限定されるものではない。
【0064】
図５の（Ｃ）に示したように、読出電極２６は、１つの画素群ＰＰ１につき１つの割合で設けられている。具体的には、１つの画素群ＰＰ１における４つの電荷蓄積電極２５の中央付近の隙間に１つの読出電極２６が配置されている。なお、図５は一例であり、本開示の画素部１００における読出電極２６の配置位置はこれに限定されるものではない。図５の例では、１つの画素群ＰＰ１を構成する４つの画素Ｐの中央に設けられているので、４つの画素Ｐの各電荷蓄積電極２５と読出電極２６との距離がほぼ等しくなっている。このため、隣り合う画素Ｐ間で読出電極２６を共有するのに好適である。
【0065】
図５の（Ｄ）に示したように、貫通電極１７は、１つの画素Ｐにつき１つの割合で設けられている。具体的には、各画素Ｐにおける光電変換領域１２の４つの角部付近の隙間に１つの貫通電極１７が配置されている。このように光電変換領域１２の角部付近に貫通電極１７を配置することにより、光電変換領域１２の面積をより大きくすることができる。なお、図５は一例であり、本開示の画素部１００における貫通電極１７の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば図６に示したように、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置にも貫通電極１７をさらに配置するようにしてもよい。図６は、図１に示した画素部１００における複数の画素Ｐ１の配列状態の一変形例を模式的に表したものである。図５の（Ｄ）および図６の（Ｄ）に示したように、貫通電極１７および読出電極２６は、オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにするとよい。光電変換領域１２に入射可能な赤外光の光量を高めることができ、各画素Ｐ１における赤外光検出感度を向上するのに有利だからである。なお、本開示は図５および図６に示した態様に限定されるものではなく、例えば光電変換領域１２における４つの角部には貫通電極１７を配置せず、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置のみに貫通電極１７を配置するようにしてもよい。また、各画素Ｐにおける光電変換領域１２に対し、複数の貫通電極１７をＺ軸と直交する面内において可能な限り対称に配置することにより、光電変換領域１２における光学的特性が向上する。すなわち、例えば斜入射光を受光した場合の、光電変換領域１２におけるＺ軸と直交する面内での光電変換特性の均一性が向上する。
【0066】
画素間領域遮光膜４３は、図５の（Ｄ）および図６の（Ｄ）にそれぞれ示したように、ＸＹ面内において隣り合う他の画素Ｐ１との境界部分に、全体として格子状をなすように設けられている。画素間領域遮光膜４３は、各画素Ｐ１の光電変換領域１２を取り囲むように設けられており、複数の開口部分４３Ｋを含んでいる。先に述べたように、画素間領域遮光膜４３は、隣接する画素Ｐ１同士の間における光電変換領域１２への不要光の斜入射を抑制し、混色を防ぐものである。ここで、画素間領域遮光膜４３における各開口部分４３Ｋの中心位置を、各画素Ｐ１の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ１の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ１の検出感度低下を避けるためである。その場合、各画素Ｐ１の中心位置に対する各開口部分４３Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにしてもよい。そうすることにより、画素部１００の端部でのシェーディング特性をより改善させることが可能となる。
【0067】
さらに、隣り合う画素Ｐ１同士の間隔を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、その間隔が非線形に変化するようにするとよい。そのようにすることにより、例えば画素部１００に配置された複数の画素Ｐ１における、各々の像高に応じた瞳補正を行うことができる。
【0068】
［固体撮像装置１の作用効果］
本実施の形態の固体撮像装置１は、入射側から順に積層された可視光域の波長を有する光を検出して光電変換を行う有機光電変換部２０と、赤外光域に透過バンドを有する光学フィルタ４２と、赤外光域の波長を有する光を検出して光電変換を行う光電変換部１０とを有する。このため、赤色画素ＰＲ、緑色画素ＰＧ、および青色画素ＰＢからそれぞれ得られる赤色光信号、緑色光信号および青色光信号により構成される可視光画像と、複数の画素Ｐの全てから得られる赤外光信号を用いた赤外光画像とを同時に、ＸＹ面内方向において同じ位置で取得することができる。よって、ＸＹ面内方向における高集積化が実現できる。
本実施の形態の固体撮像装置１は、入射側から順に積層された可視光域の波長を有する光を検出して光電変換を行う有機光電変換部２０と、赤外光域に透過バンドを有する光学フィルタ４２と、赤外光域の波長を有する光を検出して光電変換を行う光電変換部１０とを有する。このため、赤色画素ＰＲ、緑色画素ＰＧ、および青色画素ＰＢからそれぞれ得られる赤色光信号、緑色光信号および青色光信号により構成される可視光画像と、複数の画素Ｐの全てから得られる赤外光信号を用いた赤外光画像とを同時に、ＸＹ面内方向において同じ位置で取得することができる。よって、ＸＹ面内方向における高集積化が実現できる。
【0069】
さらに、光電変換部１０は、一対のゲート電極１４Ａ，１４Ｂと、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂとを有するようにしたので、被写体との距離の情報を含む距離画像としての赤外光画像を取得することができる。したがって、本実施の形態の固体撮像装置１によれば、高解像度の可視光画像の取得と、奥行き情報を有する赤外光画像の取得とを両立することができる。
【0070】
本実施の形態では、有機光電変換部２０が、読出電極２６と半導体層２１と有機光電変換層２２と上部電極２３とが順に積層された構造に加え、半導体層２１の下方に設けられた絶縁層２４と、その絶縁層２４を介して半導体層２１と対向するように設けられた電荷蓄積電極２５とを有するようにしている。したがって、有機光電変換層２２において光電変換により生じる電荷を半導体層２１の一部、例えば半導体層２１のうち絶縁層２４を介して電荷蓄積電極２５に対応した領域部分に蓄積することができる。このため、例えば露光開始時に半導体層２１における電荷の除去、すなわち半導体層２１の完全空乏化を実現できる。その結果、ｋＴＣノイズを減少させることができるので、ランダムノイズによる画質の低下を抑制することができる。さらに、半導体層２１を設けずに有機光電変換層２２に電荷（例えば電子）を蓄積する場合と比較して、電荷蓄積時の正孔と電子との再結合が防止され、蓄積した電荷（例えば電子）の読出電極２６への転送効率を増加させることができるうえ、暗電流の生成を抑制することができる。
【0071】
なお、本開示では、図２Ｄに示した画素Ｐ１Ａに示したように、半導体層２１を設けなくともよい。図２Ｄに示した画素Ｐ１Ａでは、有機光電変換層２２が読出電極２６と接続され、電荷蓄積電極２５が絶縁層２４を介して有機光電変換層２２と対向するように設けられる。このような構成の場合、有機光電変換層２２において光電変換により生じる電荷は有機光電変換層２２に蓄積される。この場合であっても、有機光電変換層２２における光電変換の際に、有機光電変換層２２と絶縁層２４と電荷蓄積電極２５とによって一種のキャパシタが形成される。このため、例えば露光開始時に有機光電変換層２２における電荷の除去、すなわち有機光電変換層２２の完全空乏化を実現できる。その結果、ｋＴＣノイズを減少させることができるので、ランダムノイズによる画質の低下を抑制することができる。
【0072】
また、本実施の形態では、画素部１００において、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられている。このため、赤色画素ＰＲ１、緑色画素ＰＧ１、および青色画素ＰＢ１のそれぞれに対応する位置において赤外光信号を得ることができる。よって、本実施の形態の画素Ｐ１では、後述する第２の実施の形態の画素Ｐ２および第３の実施の形態の画素Ｐ３と比較して、高解像度を有する赤外光画像が得られる。
【0073】
なお、本実施の形態では、赤色、緑色および青色のカラーフィルタ５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂをそれぞれ備え、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ受光してカラーの可視光画像を取得するようにしたが、カラーフィルタ５２を設けずに白黒の可視光画像を取得するようにしてもよい。
【0074】
また、本実施の形態では、貫通電極１７および読出電極２６を、オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにしたので、各画素Ｐ１における赤外光検出感度を向上させることができる。
【0075】
＜２．第２の実施の形態＞
［画素Ｐ２の構成］
図７は、第２の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ２における断面構成の一例を模式的に表している。図８は、複数の画素Ｐ２のＸＹ面内における配列状態の一例を模式的に表している。画素Ｐ２は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐに適用可能である。ただし、本実施の形態では、図８に示したように４つの画素Ｐ２が１つの画素群ＰＰ２を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ２を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、画素Ｐ２を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素群ＰＰ２を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。なお、図７では、貫通電極１７およびその上端に接する読出電極２６が左右に２つずつ記載されているところ、右側の読出電極２６は半導体層２１と離間するように見える。しかしながら、実際には、図７に示した断面と異なる断面において右側の読出電極２６も半導体層２１と接続されている。
［画素Ｐ２の構成］
図７は、第２の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ２における断面構成の一例を模式的に表している。図８は、複数の画素Ｐ２のＸＹ面内における配列状態の一例を模式的に表している。画素Ｐ２は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐに適用可能である。ただし、本実施の形態では、図８に示したように４つの画素Ｐ２が１つの画素群ＰＰ２を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ２を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、画素Ｐ２を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素群ＰＰ２を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。なお、図７では、貫通電極１７およびその上端に接する読出電極２６が左右に２つずつ記載されているところ、右側の読出電極２６は半導体層２１と離間するように見える。しかしながら、実際には、図７に示した断面と異なる断面において右側の読出電極２６も半導体層２１と接続されている。
【0076】
図８の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図７に示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図８の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図８の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図８の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５の配列状態を表し、図８の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２、貫通電極１７、および読出電極２６の配列状態を表している。なお、図８では、視認性を確保するため、読出電極２６を（Ｄ）に記載している。また、図８の（Ｂ）では、符号ＰＲ２は赤色の画素Ｐ２を表し、符号ＰＧ２は緑色の画素Ｐ２を表し、符号ＰＢ２は青色の画素Ｐ２を表している。カラーフィルタ５２の色の配列は特に限定されるものではないが、例えばベイヤ配列であってもよい。
【0077】
上記第１の実施の形態では、画素部１００において、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。これに対し、本実施の形態では、１つの光電変換領域１２に対し４つのオンチップレンズ５４と、４つのカラーフィルタ５２と、４つの電荷蓄積電極２５とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。より詳細には、１つの光電変換領域１２に対し、オンチップレンズ５４、カラーフィルタ５２および電荷蓄積電極２５が、Ｘ軸方向に２列、Ｙ軸方向に２行、それぞれ配置されている。すなわち本実施の形態では、図７および図８に示したように、各画素Ｐ２がオンチップレンズ５４、カラーフィルタ５２および電荷蓄積電極２５を１つずつ有すると共に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方において隣り合う４つの画素Ｐ２が１つの画素群ＰＰ２を構成し、４つの画素Ｐ２が１つの光電変換部１０を共有している。この点を除き、画素Ｐ２の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。なお、図８の（Ｄ）では、貫通電極１７および読出電極２６を、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部にそれぞれ配置するようにした例を示している。
【0078】
［画素Ｐ２の作用効果］
本実施の形態の画素Ｐ２によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、画素Ｐ２によれば、複数の画素Ｐ１により画素部１００を構成した場合と比べて、画素部１００を構成する複数の画素Ｐ２における赤外光検出感度差を低減することができる。複数の画素Ｐ１により画素部１００を構成した場合、カラーフィルタ５２の色によってカラーフィルタ５２を透過する赤外光の透過率が異なる。このため、光電変換領域１２に到達する赤外光の強度が、赤色画素ＰＲ１と、青色画素ＰＢ１と、緑色画素ＰＧ１とでそれぞれ異なる。このため、１つの画素群ＰＰ１を構成する複数の画素Ｐ１において赤外光検出感度差が生じることとなる。その点、本実施の形態の画素Ｐ２によれば、１つのカラーフィルタ５２Ｒと、１つのカラーフィルタ５２Ｂと、２つのカラーフィルタ５２Ｇとをそれぞれ透過した赤外光が各光電変換領域１２に入射するようになっている。このため、複数の画素群ＰＰ２間において生じる赤外光検出感度差を低減することができる。
本実施の形態の画素Ｐ２によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、画素Ｐ２によれば、複数の画素Ｐ１により画素部１００を構成した場合と比べて、画素部１００を構成する複数の画素Ｐ２における赤外光検出感度差を低減することができる。複数の画素Ｐ１により画素部１００を構成した場合、カラーフィルタ５２の色によってカラーフィルタ５２を透過する赤外光の透過率が異なる。このため、光電変換領域１２に到達する赤外光の強度が、赤色画素ＰＲ１と、青色画素ＰＢ１と、緑色画素ＰＧ１とでそれぞれ異なる。このため、１つの画素群ＰＰ１を構成する複数の画素Ｐ１において赤外光検出感度差が生じることとなる。その点、本実施の形態の画素Ｐ２によれば、１つのカラーフィルタ５２Ｒと、１つのカラーフィルタ５２Ｂと、２つのカラーフィルタ５２Ｇとをそれぞれ透過した赤外光が各光電変換領域１２に入射するようになっている。このため、複数の画素群ＰＰ２間において生じる赤外光検出感度差を低減することができる。
【0079】
また、本実施の形態では、貫通電極１７および読出電極２６を、各オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにしたので、各画素Ｐ２における赤外光検出感度を向上させることができる。
【0080】
また、本実施の形態の画素Ｐ２を複数配列した場合においても、画素間領域遮光膜４３における各開口部分４３Ｋの中心位置を、各画素Ｐ２の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ２の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ２の検出感度低下を避けるためである。その場合、各画素Ｐ２の中心位置に対する各開口部分４３Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにするとよい。
【0081】
さらに、隣り合う画素Ｐ２同士の間隔を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、その間隔が非線形に変化するようにするとよい。そのようにすることにより、例えば画素部１００に配置された複数の画素Ｐ２における、各々の像高に応じた瞳補正を行うことができる。
【0082】
なお、図８は一例であり、本開示の画素部１００に配列された複数の画素Ｐ２における貫通電極１７の配置位置および読出電極２６の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば図９に示したように、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置に貫通電極１７を配置するようにしてもよい。図９は、画素部１００における複数の画素Ｐ２の配列状態の第１変形例を模式的に表したものである。あるいは、図１０に示したように、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部と、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置との双方に貫通電極１７をそれぞれ配置するようにしてもよい。図１０は、画素部１００における複数の画素Ｐ２の配列状態の第２変形例を模式的に表したものである。さらに、図１１に示したように、オンチップレンズ５４の２つ分の大きさを有する一のオンチップレンズ５４Ａを、Ｘ軸方向に並ぶ２つのオンチップレンズ５４に代えて配置するようにしてもよい。図１１は、画素部１００における複数の画素Ｐ２の配列状態の第３変形例を模式的に表したものである。図１１の例では、オンチップレンズ５４Ａの直下に配置されるカラーフィルタ５２をいずれも例えば緑色を透過する緑色のカラーフィルタ５２Ｇとする。これにより、オンチップレンズ５４Ａを透過した光が２つの画素ＰＧ２において受光されるので、像面位相差情報を取得することができる。なお、カラーフィルタ５２の色の配列は特に限定されるものではないが、オンチップレンズ５４Ａ以外の部分については、例えばベイヤ配列であってもよい。また、図１１では、光電変換領域１２における４つの角部の位置に貫通電極１７および読出電極２６を配置するようにしたが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば図１１の構成に加え、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置にも貫通電極１７をさらに配置するようにしてもよい。あるいは、光電変換領域１２における４つの角部には貫通電極１７を配置せず、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置のみに貫通電極１７を配置するようにしてもよい。
【0083】
＜３．第３の実施の形態＞
［画素Ｐ３の構成］
図１２は、第３の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ３における断面構成の一例を模式的に表している。図１３は、複数の画素Ｐ３のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ３は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐに適用可能である。ただし、本実施の形態では、図１３に示したように１６個の画素Ｐ３が１つの画素群ＰＰ３を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ３を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、画素Ｐ３を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素群ＰＰ３を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
［画素Ｐ３の構成］
図１２は、第３の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ３における断面構成の一例を模式的に表している。図１３は、複数の画素Ｐ３のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ３は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐに適用可能である。ただし、本実施の形態では、図１３に示したように１６個の画素Ｐ３が１つの画素群ＰＰ３を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ３を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、画素Ｐ３を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素群ＰＰ３を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
【0084】
図１３の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図１２に示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図１３の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図１３の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図１３の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５および読出電極２６の配列状態を表し、図１３の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。なお、図１３では、視認性を確保するため、読出電極２６を（Ｄ）にも記載している。また、図１３の（Ｃ）では、電荷蓄積電極２５と読出電極２６とが一部重なり合っているように記載されているが、実際には電荷蓄積電極２５と読出電極２６とは互いに離間して配置されている。さらに、図１３の（Ｂ）では、符号ＰＲ３は赤色の画素Ｐ３を表し、符号ＰＧ３は緑色の画素Ｐ３を表し、符号ＰＢ３は青色の画素Ｐ３を表している。なお、カラーフィルタ５２の色の配列は特に限定されるものではないが、例えばベイヤ配列であってもよい。
【0085】
上記第１の実施の形態では、画素部１００において、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。これに対し、本実施の形態では、１つの光電変換領域１２に対し１６個のオンチップレンズ５４と、１６個のカラーフィルタ５２と、１６個の電荷蓄積電極２５とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。より詳細には、１つの光電変換領域１２に対し、オンチップレンズ５４、カラーフィルタ５２および電荷蓄積電極２５が、Ｘ軸方向に４列、Ｙ軸方向に４行、それぞれ配置されている。すなわち本実施の形態では、図１２および図１３に示したように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方において隣り合う１６個の画素Ｐ３が１つの画素群ＰＰ３を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。この点を除き、画素Ｐ３の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。なお、図１３の（Ｄ）では、貫通電極１７を、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部と、それら４つの角部同士を結ぶ直線上にそれぞれ配置するようにした例を示している。また、図１３の（Ｄ）では、読出電極２６を、４つの画素Ｐ３の中央の位置にそれぞれ１つずつ配置し、４つの画素Ｐ３で１つの読出電極２６を共有するようにしている。
【0086】
［画素Ｐ３の作用効果］
本実施の形態の画素Ｐ３によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、画素Ｐ３によれば、複数の画素Ｐ１により画素部１００を構成した場合と比べて、画素部１００を構成する複数の画素群ＰＰ３における赤外光検出感度差を低減することができる。
本実施の形態の画素Ｐ３によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、画素Ｐ３によれば、複数の画素Ｐ１により画素部１００を構成した場合と比べて、画素部１００を構成する複数の画素群ＰＰ３における赤外光検出感度差を低減することができる。
【0087】
また、本実施の形態では、貫通電極１７および読出電極２６を、各オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにしたので、各画素Ｐ２における赤外光検出感度を向上させることができる。なお、図１３は一例であり、本開示の画素部１００に配列された複数の画素Ｐ３における貫通電極１７の配置位置および読出電極２６の配置位置はこれに限定されるものではない。
【0088】
また、本実施の形態の画素Ｐ３を複数配列した場合においても、画素間領域遮光膜４３における各開口部分４３Ｋの中心位置を、各画素Ｐ３の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ３の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ３の検出感度低下を避けるためである。その場合、各画素Ｐ３の中心位置に対する各開口部分４３Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにするとよい。
【0089】
さらに、隣り合う画素Ｐ３同士の間隔を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、その間隔が非線形に変化するようにするとよい。そのようにすることにより、例えば画素部１００に配置された複数の画素Ｐ２における、各々の像高に応じた瞳補正を行うことができる。
【0090】
＜４．第４の実施の形態＞
［画素Ｐ４の構成］
図１４は、第４の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ４における断面構成の一例を模式的に表している。図１５は、複数の画素Ｐ４のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ４は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐに適用可能である。ただし、本実施の形態では、図１４および図１５に示したように１つの画素Ｐ４が４つのサブ画素ＳＰ４により構成され、各サブ画素ＳＰ４が一の電荷蓄積電極２５および一の光電変換部１０を有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ４を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、サブ画素ＳＰ４を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、サブ画素ＳＰ４を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
［画素Ｐ４の構成］
図１４は、第４の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ４における断面構成の一例を模式的に表している。図１５は、複数の画素Ｐ４のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ４は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐに適用可能である。ただし、本実施の形態では、図１４および図１５に示したように１つの画素Ｐ４が４つのサブ画素ＳＰ４により構成され、各サブ画素ＳＰ４が一の電荷蓄積電極２５および一の光電変換部１０を有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ４を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、サブ画素ＳＰ４を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、サブ画素ＳＰ４を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
【0091】
図１５の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図１４に示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図１５の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図１５の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図１５の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５の配列状態を表し、図１５の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。なお、図１５では、視認性を確保するため、読出電極２６を（Ｄ）に記載している。また、図１５の（Ｂ）では、符号ＰＲ４は赤色の画素Ｐ４を表し、符号ＰＧ４は緑色の画素Ｐ４を表し、符号ＰＢ４は青色の画素Ｐ４を表している。
【0092】
上記第１の実施の形態では、画素部１００において、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。これに対し、本実施の形態では、１つのオンチップレンズ５４に対し、１つのカラーフィルタ５２と、４つの電荷蓄積電極２５と、４つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。より詳細には、１つのオンチップレンズ５４および１つのカラーフィルタ５２に対し、電荷蓄積電極２５および光電変換領域１２が、Ｘ軸方向に２列、Ｙ軸方向に２行、それぞれ配置されている。すなわち本実施の形態では、図１４および図１５に示したように、４つの電荷蓄積電極２５および４つの光電変換領域１２が、１つの画素Ｐ４に含まれている。この点を除き、画素Ｐ４の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。
【0093】
［画素Ｐ４の作用効果］
本実施の形態の画素Ｐ４によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、各画素Ｐ４において、赤外光により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における像面位相差情報を取得することができる。
本実施の形態の画素Ｐ４によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、各画素Ｐ４において、赤外光により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における像面位相差情報を取得することができる。
【0094】
また、赤色画素ＰＲ４、緑色画素ＰＧ４、および青色画素ＰＢ４のそれぞれに対応する位置において赤外光信号を得ることができる。よって、本実施の形態の画素Ｐ４では、第２の実施の形態の画素Ｐ２および第３の実施の形態の画素Ｐ３と比較して、高解像度を有する赤外光画像が得られる。
【0095】
また、本実施の形態においても、貫通電極１７および読出電極２６を、オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにしたので、各画素Ｐ４における赤外光検出感度を向上させることができる。
【0096】
また、本実施の形態の画素Ｐ４を複数配列した場合においても、画素間領域遮光膜４３における各開口部分４３Ｋの中心位置を、各サブ画素ＳＰ４の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ４の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ４の検出感度低下を避けるためである。その場合、各サブ画素ＳＰ４の中心位置に対する各開口部分４３Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにするとよい。
【0097】
さらに、隣り合う画素Ｐ４同士の間隔を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、その間隔が非線形に変化するようにするとよい。そのようにすることにより、例えば画素部１００に配置された複数の画素Ｐ４における、各々の像高に応じた瞳補正を行うことができる。
【0098】
なお、図１５は一例であり、本開示の画素部１００に配列された複数の画素Ｐ４における貫通電極１７の配置位置および読出電極２６の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば図１６に示したように、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置にも貫通電極１７を配置するようにしてもよい。図１６は、画素部１００における複数の画素Ｐ４の配列状態の一変形例を模式的に表したものである。
【0099】
＜５．第５の実施の形態＞
［画素Ｐ５の構成］
図１７は、第５の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ５における断面構成の一例を模式的に表している。図１８は、複数の画素Ｐ５のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ５は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。ただし、本実施の形態では、図１７および図１８に示したように１つの画素Ｐ５が４つのサブ画素ＳＰ５により構成され、各サブ画素ＳＰ５が一の電荷蓄積電極２５を有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ５を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、サブ画素ＳＰ５を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素Ｐ５を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
［画素Ｐ５の構成］
図１７は、第５の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ５における断面構成の一例を模式的に表している。図１８は、複数の画素Ｐ５のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ５は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。ただし、本実施の形態では、図１７および図１８に示したように１つの画素Ｐ５が４つのサブ画素ＳＰ５により構成され、各サブ画素ＳＰ５が一の電荷蓄積電極２５を有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ５を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、サブ画素ＳＰ５を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素Ｐ５を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
【0100】
図１８の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図１７に示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図１８の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図１８の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図１８の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５の配列状態を表し、図１８の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。なお、図１８では、視認性を確保するため、読出電極２６を（Ｄ）に記載している。また、図１８の（Ｂ）では、符号ＰＲ５は赤色の画素Ｐ５を表し、符号ＰＧ５は緑色の画素Ｐ５を表し、符号ＰＢ５は青色の画素Ｐ５を表している。
【0101】
上記第１の実施の形態では、画素部１００において、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。これに対し、本実施の形態では、１つのオンチップレンズ５４に対し、１つのカラーフィルタ５２と、４つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。より詳細には、１つのオンチップレンズ５４、１つのカラーフィルタ５２および１つの光電変換領域１２に対し、電荷蓄積電極２５が、Ｘ軸方向に２列配置されていると共にＹ軸方向に２行配置されている。すなわち本実施の形態では、図１７および図１８に示したように、４つの電荷蓄積電極２５が、１つの画素Ｐ５に含まれている。さらに、本実施の形態の画素Ｐ５では、Ｚ軸方向における例えば有機光電変換部２０とオンチップレンズ５４との間に、より具体的には例えばカラーフィルタ５２と封止膜５１との間に画素間領域遮光膜５６を設けるようにしてもよい。画素間領域遮光膜５６は、Ｗ（タングステン）やＡｌ（アルミニウム）などの金属を主成分としている。画素間領域遮光膜５６は、複数の開口部分５６Ｋを含んでおり、ＸＹ面内において隣り合う他の画素Ｐ５との境界部分に、すなわち互いに異なる色のカラーフィルタ５２同士の間の領域に、全体として格子状をなすように設けられている。これにより、隣接する画素Ｐ５同士の間における有機光電変換部２０への不要光の斜入射を抑制し、混色を防ぐことができる。さらに、画素間領域遮光膜５６は、平面視において各画素Ｐ５の光電変換領域１２を取り囲むように設けられている。これにより、隣接する画素Ｐ５同士の間における光電変換領域１２への不要光の斜入射を抑制し、混色を防ぐことができる。図１８では、（Ｂ）に画素間領域遮光膜５６を破線で示している。これらの点を除き、画素Ｐ５の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。本実施の形態では、特に、カラーフィルタ５２の配置ピッチと、光電変換領域１２の配置ピッチとが一致するようにしたので、画素間領域遮光膜５６を設けることにより、有機光電変換部２０および光電変換領域１２の双方に対する混色防止効果が期待できる。ここで、画素間領域遮光膜４３における各開口部分５６Ｋの中心位置を、各画素Ｐ５の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ５の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ５の検出感度低下を避けるためである。その場合、各画素Ｐ５の中心位置に対する各開口部分５６Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにしてもよい。なお、画素間領域遮光膜５６は、本実施の形態の画素Ｐ５以外の、本願明細書において各実施の形態および変形例として示した他の画素のいずれにも適宜適用可能である。ただし、いずれの実施の形態および変形例で示した画素においても、画素間領域遮光膜５６を設けなくてもよい。
【0102】
［画素Ｐ５の作用効果］
本実施の形態の画素Ｐ５によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、各画素Ｐ５において、可視光により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における像面位相差情報を取得することができる。
本実施の形態の画素Ｐ５によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、各画素Ｐ５において、可視光により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における像面位相差情報を取得することができる。
【0103】
また、本実施の形態においても、貫通電極１７および読出電極２６を、オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにしたので、各画素Ｐ５における赤外光検出感度を向上させることができる。
【0104】
また、本実施の形態の画素Ｐ５を複数配列した場合においても、画素間領域遮光膜４３における各開口部分４３Ｋの中心位置を、各画素Ｐ５の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ５の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ５の検出感度低下を避けるためである。その場合、各画素Ｐ５の中心位置に対する各開口部分４３Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにするとよい。
【0105】
さらに、隣り合う画素Ｐ５同士の間隔を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、その間隔が非線形に変化するようにするとよい。そのようにすることにより、例えば画素部１００に配置された複数の画素Ｐ５における、各々の像高に応じた瞳補正を行うことができる。
【0106】
なお、図１８は一例であり、本開示の画素部１００に配列された複数の画素Ｐ４における貫通電極１７の配置位置および読出電極２６の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば図１９に示したように、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置にも貫通電極１７を配置するようにしてもよい。図１９は、画素部１００における複数の画素Ｐ５の配列状態の第１変形例を模式的に表したものである。あるいは、図２０に示したように、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部と、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置との双方に貫通電極１７をそれぞれ配置するようにしてもよい。図２０は、画素部１００における複数の画素Ｐ５の配列状態の第２変形例を模式的に表したものである。
【0107】
さらに、図２１Ａおよび図２１Ｂに示したように、各画素Ｐ５において、例えばカラーフィルタ５２の中心位置と光電変換領域１２の中心位置とをＸ軸方向およびＹ軸方向の双方において半分ずつずらすようにしてもよい。こうすることにより、各光電変換領域１２における赤外光の受光感度のばらつきを低減することができる。なお、図２１Ａおよび図２１Ｂは、画素部１００における複数の画素Ｐ５の配列状態の第３変形例を模式的に表したものである。図２１Ａは、特にオンチップレンズ５４と、光電変換領域１２と、貫通電極１７と、読出電極２６との位置関係を表している。図２１Ｂは、特にオンチップレンズ５４と、カラーフィルタ５２と、光電変換領域１２との位置関係を表している。
【0108】
＜６．第６の実施の形態＞
［画素Ｐ６の構成］
図２２は、第６の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ６における断面構成の一例を模式的に表している。図２３は、複数の画素Ｐ６のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ６は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。ただし、本実施の形態では、図２２および図２３に示したように１つの画素Ｐ６が４つのサブ画素ＳＰ４により構成され、各サブ画素ＳＰ６が一の電荷蓄積電極２５を有している。また、４つの画素Ｐ６が１つの画素群ＰＰ６を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ６を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、サブ画素ＳＰ６を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素群ＰＰ６を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
［画素Ｐ６の構成］
図２２は、第６の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ６における断面構成の一例を模式的に表している。図２３は、複数の画素Ｐ６のＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。画素Ｐ６は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。ただし、本実施の形態では、図２２および図２３に示したように１つの画素Ｐ６が４つのサブ画素ＳＰ４により構成され、各サブ画素ＳＰ６が一の電荷蓄積電極２５を有している。また、４つの画素Ｐ６が１つの画素群ＰＰ６を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。したがって、本実施の形態の画素Ｐ６を図１に示した画素Ｐとして用いる場合は、一例として、サブ画素ＳＰ６を単位として一の電荷蓄積電極２５を含む有機光電変換部２０の駆動を行うと共に、画素群ＰＰ６を単位として一の光電変換部１０の駆動を行うようにしてもよい。
【0109】
図２３の（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、図２２に示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ３，Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図２３の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図２３の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図２３の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５の配列状態を表し、図２３の（Ｄ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。なお、図２３では、視認性を確保するため、読出電極２６を（Ｄ）に記載している。また、図２３の（Ｂ）では、符号ＰＲ６は赤色の画素Ｐ６を表し、符号ＰＧ６は緑色の画素Ｐ６を表し、符号ＰＢ６は青色の画素Ｐ６を表している。
【0110】
上記第１の実施の形態では、画素部１００において、１つのオンチップレンズ５４と、１つのカラーフィルタ５２と、１つの電荷蓄積電極２５と、１つの光電変換領域１２とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。これに対し、本実施の形態では、１つの光電変換領域１２に対し４個のオンチップレンズ５４と、４個のカラーフィルタ５２と、１６個の電荷蓄積電極２５とがＺ軸方向において互いに対応する位置に設けられるようにした。より詳細には、１つの光電変換領域１２に対し、オンチップレンズ５４およびカラーフィルタ５２がＸ軸方向に２列、Ｙ軸方向に２行、それぞれ配置され、電荷蓄積電極２５がＸ軸方向に４列、Ｙ軸方向に４行、それぞれ配置されている。すなわち本実施の形態では、図２２および図２３に示したように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方において隣り合う４個の画素Ｐ６が１つの画素群ＰＰ６を構成し、１つの光電変換部１０を共有している。この点を除き、画素Ｐ６の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。
【0111】
［画素Ｐ６の作用効果］
本実施の形態の画素Ｐ６によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、各画素Ｐ６において、可視光により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における像面位相差情報を取得することができる。
本実施の形態の画素Ｐ６によれば、上述の構成を有するようにしたので、可視光画像と距離情報を含む赤外光画像とを同時に、面内方向において同じ位置で取得することができる。さらに、各画素Ｐ６において、可視光により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における像面位相差情報を取得することができる。
【0112】
また、本実施の形態においても、貫通電極１７および読出電極２６を、オンチップレンズ５４の中心近傍とＺ軸方向において重ならない位置に設けるようにしたので、各画素Ｐ６における赤外光検出感度を向上させることができる。
【0113】
また、本実施の形態の画素Ｐ６を複数配列した場合においても、画素間領域遮光膜４３における各開口部分４３Ｋの中心位置を、各画素Ｐ５の中心位置からシフトさせるようにしてもよい。画素部１００に配置された複数の画素Ｐ６の検出特性のばらつきを低減させるため、例えば画素部１００の周辺部に配置された画素Ｐ６の検出感度低下を避けるためである。その場合、各画素Ｐ６の中心位置に対する各開口部分４３Ｋの中心位置のシフト量を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、そのシフト量が非線形に変化するようにするとよい。
【0114】
さらに、隣り合う画素Ｐ６同士の間隔を、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって増加させるようにしてもよい。特に、画素部１００の中心から画素部１００の周辺部に近づくにしたがって、その間隔が非線形に変化するようにするとよい。そのようにすることにより、例えば画素部１００に配置された複数の画素Ｐ６における、各々の像高に応じた瞳補正を行うことができる。
【0115】
なお、図２３は一例であり、本開示の画素部１００に配列された複数の画素Ｐ６における貫通電極１７の配置位置および読出電極２６の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば図２４に示したように、隣り合う画素群ＰＰ６同士の境界近傍であって、各々のオンチップレンズ５４を取り囲むように貫通電極１７を配置するようにしてもよい。図２４は、画素部１００における複数の画素Ｐ６の配列状態の一変形例を模式的に表したものである。
【0116】
＜７．第７の実施の形態＞
［画素Ｐ７の構成］
図２５は、第７の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ７における断面構成の一例を模式的に表している。画素Ｐ７は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。
［画素Ｐ７の構成］
図２５は、第７の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ７における断面構成の一例を模式的に表している。画素Ｐ７は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。
【0117】
本実施の形態の画素Ｐ７は、画素Ｐ１の構成に加えて、半導体基板１１の表面１１Ａに一対の電荷保持部（ＭＥＭ）１４３Ａ，１４３Ｂをさらに設けるようにしたものである。ＭＥＭ１４３Ａ，１４３Ｂは、ＦＤ１５Ａ，１５Ｂを他画素と共有するため、光電変換領域１２において生成されて蓄積された電荷を一時的にその電荷を保持する領域である。この点を除き、画素Ｐ７の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。なお、ＭＥＭ１４３Ａ，１４３Ｂは、表面１１Ａの側から絶縁膜と電極とが積層された構造を有する。また、この構成以外にも、１５Ａ，１５Ｂの浮遊拡散層を除き、ＴＧ１４１Ａ，１４１Ｂの隣に電荷保持部１４３Ａ、１４３Ｂを設置し、さらにその隣にＦＤ１５Ａ，１５Ｂを設置するといった構造などもとることができる。なお、ＭＥＭ１４３Ａ，１４３Ｂは、本実施の形態の画素Ｐ７以外の、本願明細書において各実施の形態および変形例として示した他の画素のいずれにも適宜適用可能である。
【0118】
［画素Ｐ７の作用効果］
本実施の形態の画素Ｐ７によれば、光電変換部１０がＭＥＭ１４３Ａ，１４３Ｂを有するようにしたので、１５Ａ，１５Ｂの浮遊拡散層を共有することが可能となり、半導体基板上の撮像素子の設置効率が向上する。例えば、アンプトランジスタの面積を増大させることで、光電変換膜のノイズ特性を向上させることなどが可能となる。画素Ｐ７は、その他、上記第１の実施の形態の画素Ｐ１と同様の作用効果を有する。
本実施の形態の画素Ｐ７によれば、光電変換部１０がＭＥＭ１４３Ａ，１４３Ｂを有するようにしたので、１５Ａ，１５Ｂの浮遊拡散層を共有することが可能となり、半導体基板上の撮像素子の設置効率が向上する。例えば、アンプトランジスタの面積を増大させることで、光電変換膜のノイズ特性を向上させることなどが可能となる。画素Ｐ７は、その他、上記第１の実施の形態の画素Ｐ１と同様の作用効果を有する。
【0119】
＜８．第８の実施の形態＞
図２６は、第８の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ８における断面構成の一例を模式的に表している。画素Ｐ８は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。
図２６は、第８の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ８における断面構成の一例を模式的に表している。画素Ｐ８は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。
【0120】
本実施の形態の画素Ｐ８は、上記第１の実施の形態で説明した画素Ｐ１の構成に加えて、オンチップレンズ５４の入射側、すなわち、オンチップレンズ５４から見て有機光電変換部２０と反対側に、光学フィルタ６１をさらに設けるようにしたものである。ただし、図２６では、１つの光学フィルタ６１、１つのオンチップレンズ５４、１つの有機光電変換層２２、１つの光学フィルタ４２、および１つの光電変換領域１２につき、互いに異なる色のカラーフィルタ５２が複数配列された例を示している。図２６では、便宜上、互いに異なる色のカラーフィルタ５２－１およびカラーフィルタ５２－２を記載している。この点を除き、画素Ｐ８の構成は画素Ｐ１の構成と実質的に同じである。なお、画素Ｐ８は、図２６に示したものに限定されない。例えば１つの光学フィルタ６１につき、１つのカラーフィルタ５２を設けるようにしてもよいし、１つの光学フィルタ６１につき、オンチップレンズ５４、有機光電変換層２２、光学フィルタ４２、および光電変換領域１２を複数設けるようにしてもよい。なお、有機光電変換層２２は、いくつかの画素Ｐ８に共通に設けられていてもよいし、画素部１００における複数の画素Ｐ８の全てにおいて共通に設けられていてもよい 。あるいは、一つの光学フィルタ６１が、複数の画素Ｐ８にまたがるように設けられていてもよい。なお、光学フィルタ６１は、上記第１から第７の実施の形態で説明した画素Ｐ１～Ｐ７およびそれらの各変形例のいずれにおいても適用可能である。
【0121】
図２７Ａ～２７Ｃは、画素Ｐ８における光学フィルタ６１、カラーフィルタ５２および光学フィルタ４２の各々の光透過率の波長依存性を模式的に表している。具体的には、図２７Ａが光学フィルタ６１の光透過率分布を表し、図２７Ｂがカラーフィルタ５２の光透過率分布を表し、図２７Ｃが光学フィルタ４２の光透過率分布を表している。さらに、図２７Ｄは、有機光電変換層２２に入射する波長と、有機光電変換層２２における入射光に対する感度との関係、および光電変換領域１２に入射する波長と、光電変換領域１２における入射光に対する感度との関係、をそれぞれ示している。なお、図２７Ｂでは、赤色のカラーフィルタ５２Ｒの光透過率分布曲線をＲで示し、緑色のカラーフィルタ５２Ｇの光透過率分布曲線をＧで示し、青色のカラーフィルタ５２Ｂの光透過率分布曲線をＢで示している。また、図２７Ｃでは、光学フィルタ６１の光透過率分布を破線で表し、光学フィルタ４２の光透過率分布を実線で表している。光学フィルタ６１は、いわゆるデュアルバンドパスフィルタであり、可視光域と赤外光域との双方に透過波長域を有し、可視光（例えば４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長を有する光）と赤外光（例えば８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長を有する光）の一部とを選択的に透過する光学部材である。入射光のうち、可視光と赤外光の一部とが光学フィルタ６１を透過する（図２７Ａ）。光学フィルタ６１を透過した光のうち、例えば、青色領域の可視光と赤外光の一部とが青色のカラーフィルタ５２Ｂを透過する（図２７Ｂ）。有機光電変換層２２を、可視光域の波長の一部または全部を検出し、赤外光域に対する感度を有さないように構成した場合、青色のカラーフィルタ５２Ｂを透過した光のうち、青色領域の可視光は有機光電変換層２２で吸収され、青色のカラーフィルタ５２Ｂを透過した光のうち、赤外光の一部は有機光電変換層２２を透過する。有機光電変換層２２を透過した光のうち、光学フィルタ４２を透過した赤外光が光電変換領域１２に入射する。赤色のカラーフィルタ５２Ｒ、緑色のカラーフィルタ５２Ｇについても、同様である。その結果、図２７Ｄに示したように、有機光電変換層２２において可視光情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が取得され、光電変換領域１２において赤外光情報（ＩＲ）が取得される。図２７Ａ～２７Ｄに示したように、画素Ｐ８によれば、光学フィルタ６１とカラーフィルタ５２と有機光電変換層２２と光学フィルタ４２との全てを透過した所定の波長域の赤外光のみが選択的に光電変換領域１２に入射し、光電変換されることとなる。
【0122】
なお、図２７Ａ～２７Ｄの特性は一例であり、画素Ｐ８に適用可能な光学フィルタの光透過率分布は図２７Ａ～２７Ｄに示したものに限定されない。例えば図２８Ａ～２８Ｄに示した変形例としての光学フィルタ６１Ａのように、可視光域から赤外光域の一部に至るまで連続した波長域の光を選択的に透過するものであってもよい。具体的には、図２８Ａが光学フィルタ６１Ａの光透過率分布を表し、図２８Ｂがカラーフィルタ５２の光透過率分布を表し、図２８Ｃが光学フィルタ４２の光透過率分布を表している。さらに、図２８Ｄは、光学フィルタ６１Ａを用いた場合における、有機光電変換層２２に入射する波長と、有機光電変換層２２における入射光に対する感度との関係、および光電変換領域１２に入射する波長と、光電変換領域１２における入射光に対する感度との関係、をそれぞれ示している。
【0123】
＜９．第９の実施の形態＞
図２９は、第９の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ９における断面構成の一例を模式的に表している。画素Ｐ９は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。
図２９は、第９の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ９における断面構成の一例を模式的に表している。画素Ｐ９は、上記第１の実施の形態の撮像素子としての画素Ｐ１と同様、図１に示した固体撮像装置１における画素部１００を構成する画素Ｐとして適用可能である。
【0124】
本実施の形態の画素Ｐ９は、上記第８の実施の形態で説明した画素Ｐ８の構成に加えて、有機光電変換部２０と光電変換部１０との間、より具体的には有機光電変換層２２と光学フィルタ４２との間にインナーレンズＩＮＬをさらに設けるようにしたものである。この点を除き、画素Ｐ９の構成は画素Ｐ８の構成と実質的に同じである。なお、有機光電変換層２２と光学フィルタ４２との間にインナーレンズＩＮＬを設ける構成は、上記第１から第７の実施の形態で説明した画素Ｐ１～Ｐ７およびそれらの各変形例のいずれにおいても適用可能である。
【0125】
また、図３０に示した画素Ｐ９Ａのように、インナーレンズＩＮＬの代わりに光導波路ＷＧを設けるようにしてもよい。図３０は、第９の実施の形態の変形例である撮像素子としての画素Ｐ９Ａの断面構成を表す模式図である。なお、有機光電変換層２２と光学フィルタ４２との間に光導波路ＷＧを設ける構成は、上記第１から第７の実施の形態で説明した画素Ｐ１～Ｐ７およびそれらの各変形例のいずれにおいても適用可能である。
【0126】
図３１は、複数の画素Ｐ９，Ｐ９ＡのＸＹ面内における配列状態の一例を表す模式図である。図３１の（Ａ）～（Ｅ）は、それぞれ、図２９および図３０に示したＺ軸方向のレベルＬｖ1～Ｌｖ５に相当する高さ位置での配列状態を表している。すなわち、図３１の（Ａ）はＸＹ面内におけるオンチップレンズ５４の配列状態を表し、図３１の（Ｂ）はＸＹ面内におけるカラーフィルタ５２の配列状態を表し、図３１の（Ｃ）はＸＹ面内における電荷蓄積電極２５の配列状態を表し、図３１の（Ｄ）はＸＹ面内におけるインナーレンズＩＮＬもしくは光導波路ＷＧの配列状態を表し、図３１の（Ｅ）はＸＹ面内における光電変換領域１２および貫通電極１７の配列状態を表している。また、図３１の（Ｂ）では、符号ＰＲ９，ＰＲ９Ａは赤色の画素Ｐ９，Ｐ９Ａを表し、符号ＰＧ９，ＰＧ９Ａは緑色の画素Ｐ９，Ｐ９Ａを表し、符号ＰＢ９，ＰＢ９Ａは青色の画素Ｐ９，Ｐ９Ａを表している。なお、図３１の（Ｅ）では、貫通電極１７を、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって光電変換領域１２における４つの角部に配置するようにしたが、貫通電極１７の配置位置はこれに限定されない。例えば光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置に貫通電極１７を配置するようにしてもよい。あるいは、隣り合う光電変換領域１２同士の境界近傍であって、光電変換領域１２における４つの角部と、光電変換領域１２における４つの角部の中間の位置との双方に貫通電極１７をそれぞれ配置するようにしてもよい。 また、図３１の（Ｅ）では、画素間領域遮光膜４３を記載したが、本実施の形態およびその変形例である画素Ｐ９，Ｐ９Ａは、画素間領域遮光膜４３を有しなくてもよい。
【0127】
本実施の形態およびその変形例の画素Ｐ９，９Ａでは、インナーレンズＩＮＬもしくは光導波路ＷＧを設けるようにしたので、例えばＸＹ面内に広がる裏面１１Ｂに対して傾斜した入射光であっても、画素間領域遮光壁１６においてケラレを回避することができ、斜入射特性を改善することができる。
【0128】
さらに、図３２Ａおよび図３２Ｂに示したように、各画素Ｐ９において、例えばカラーフィルタ５２の中心位置と光電変換領域１２の中心位置とをＸ軸方向およびＹ軸方向の双方において半分ずつずらすようにしてもよい。その際、併せてインナーレンズＩＮＬの配置位置を光電変換領域１２の配置位置に応じてシフトさせるとよい。こうすることにより、各光電変換領域１２における赤外光の受光感度のばらつきを低減したり、隣り合う画素Ｐ９間における混色を抑制したりすることができる。なお、図３２Ａおよび図３２Ｂは、画素部１００における複数の画素Ｐ９の配列状態の一変形例を模式的に表したものである。図３２Ａは、特にオンチップレンズ５４と、光電変換領域１２と、貫通電極１７と、読出電極２６との位置関係を表している。図３２Ｂは、特にオンチップレンズ５４と、カラーフィルタ５２と、インナーレンズＩＮＬと、光電変換領域１２との位置関係を表している。インナーレンズＩＮＬの代わりに光導波路ＷＧを用いた画素９Ａにおいても同様である。さらに、インナーレンズＩＮＬや光導波路ＷＧを用いない場合であっても、図３２Ａおよび図３２Ｂに示した態様と同様にしてカラーフィルタ５２の中心位置と光電変換領域１２の中心位置とをＸ軸方向およびＹ軸方向の双方において半分ずつずらすようにしてもよい。なお、本開示の画素部１００に配列される複数の画素Ｐ９，Ｐ９Ａにおける貫通電極１７の配置位置および読出電極２６の配置位置は、図３１および図３２Ａに示した配置位置に限定されるものではない。
【0129】
＜１０．第１０の実施の形態＞
図３３Ａおよび図３３Ｂは、それぞれ、第１０の実施の形態としての撮像素子における、貫通電極１７の近傍を拡大した縦断面図および水平断面図である。なお、図３３Ａは、図３３Ｂに示したＡ－Ａ切断線に沿った断面を表している。本実施の形態の構成は、上記第１から第９の実施の形態における画素Ｐ１～Ｐ９、およびそれらの変形例としての各画素のいずれにも適用可能である。
図３３Ａおよび図３３Ｂは、それぞれ、第１０の実施の形態としての撮像素子における、貫通電極１７の近傍を拡大した縦断面図および水平断面図である。なお、図３３Ａは、図３３Ｂに示したＡ－Ａ切断線に沿った断面を表している。本実施の形態の構成は、上記第１から第９の実施の形態における画素Ｐ１～Ｐ９、およびそれらの変形例としての各画素のいずれにも適用可能である。
【0130】
本実施の形態は、ＸＹ断面において貫通電極１７を取り囲むと共にＺ軸方向に延在する金属層１８を設けるようにした構成を有する。貫通電極１７と金属層１８とは、その隙間を埋める絶縁層Ｚ１により電気的に絶縁されている。金属層１８は、例えば画素間領域遮光壁１６を兼ねていてもよい。金属層１８の外側には、絶縁層Ｚ２を介して固定電荷層１３が設けられている。
【0131】
貫通電極１７は、例えばタングステン（Ｗ）などにより形成されている。また、金属層１８は、例えばタングステン（Ｗ）により形成されている。ただし金属層１８には、アルミニウムなどを使用することもできる。絶縁層Ｚ１，Ｚ２は、例えばＳｉＯｘ（シリコン酸化物）や酸化アルミニウムなどの絶縁材料により形成されている。また、絶縁層Ｚ１の代わりに画素間領域遮光壁１６と貫通電極１７との間に空隙を設けることで、画素間領域遮光壁１６と貫通電極１７との絶縁を行うようにしてもよい。同様に、絶縁層Ｚ２の代わりに画素間領域遮光壁１６と固定電荷層１３との間に空隙を設けることで、画素間領域遮光壁１６と固定電荷層１３との絶縁を行うようにしてもよい。なお、各構成要素の構成材料は上述のものに限定されない。
【0132】
貫通電極１７は、例えば、有機光電変換部２０において生じた信号電荷の伝送や、電荷蓄積電極２５を駆動させる電圧の伝送を行う伝送経路である。金属層１８は画素間領域遮光壁であると共に静電遮蔽膜でもある。金属層１８が存在しない場合、固定電荷層１３が例えば負の固定電荷を有するときに貫通電極１７に正電圧が印加されると、固定電荷層１３の機能が損なわれて暗電流の発生を招くことがある。そこで、金属層１８を設けて貫通電極１７と固定電荷層１３とを電気的に遮蔽することで、そのような暗電流の発生を抑制することができる。なお、図３３Ｂに示した金属層１８のうち、貫通電極１７を取り囲む部分以外の部分については、遮光性を有する材料であって非導電性を有する材料によって置き換えることもできる。貫通電極１７を取り囲む部分がタングステンやアルミニウムなどの金属材料により形成された金属層１８であれば、上述の静電遮蔽膜の効果が得られるからである。さらに、静電遮蔽膜として金属層１８を設ける場合には、金属層１８のうち貫通電極１７を取り囲む部分以外の部分は設けなくてもよい。
【0133】
また、貫通電極１７の近傍を図３４Ａおよび図３４Ｂに示した構成としてもよい。図３４Ａおよび図３４Ｂに示した構成は、絶縁層Ｚ２を介して金属層１８と対向するように配置された固定電荷層１３を有さないことを除き、図３３Ａおよび図３３Ｂに示した構成と同じである。金属層１８は、画素間領域遮光壁であり、貫通電極の電界を遮蔽し、貫通電極１７に印可される電圧の影響が半導体基板１１へ及ぶことを防ぐようになっている。さらに、金属層１８に適切な電圧を印加することにより、固定電荷層と同様の効果をもたらすこともできる。さらに、図３４Ｂに示した金属層１８のうち、貫通電極１７を取り囲む部分以外の部分については、遮光性を有する材料であって非導電性を有する材料によって置き換えることもできる。なお、図３４Ａおよび図３４Ｂに示した構成においても、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側の固定電荷層１３については設けるようにするとよい。
【0134】
なお、図３３Ａおよび図３３Ｂならびに図３４Ａおよび図３４Ｂにそれぞれ示した本実施の形態の構成、すなわち、ＸＹ断面において貫通電極１７を取り囲むと共にＺ軸方向に延在する金属層１８を設けるようにした構成は、上記第１から第９の実施の形態等でそれぞれ示した画素以外にも適用可能である。例えば、図３５に示した、第１０の実施の形態の変形例としての画素Ｐ１０にも適用可能である。画素Ｐ１０は、読出電極２６が例えば画素Ｐ１０の全体に亘って広がっており、半導体層２１および電荷蓄積電極２５を有しない。また、図３５の画素Ｐ１０では、一の光電変換領域１２に対しＴＧ１４１およびＦＤ１５などが１つずつ設けられている。さらに、上述したように、画素間領域遮光壁１６を兼ねる金属層１８を設けるようにしている。これらの点を除き、図３５の画素Ｐ１０は、図２Ａなどに示した画素Ｐ１と実質的に同じ構成を有する。なお、図３５では、画素Ｐ１０がカラーフィルタ５２を有するようにしたが、画素Ｐ１０ではカラーフィルタ５２を設けなくてもよい。また、画素Ｐ１０において有機光電変換部２０および光電変換部１０の各々において感度を示す波長域は、それぞれ任意に設定可能である。さらに、有機光電変換部２０の有機光電変換層２２は、有機物以外の光電変換材料、例えば量子ドットから構成されていてもよい。
【0135】
＜１１．第１１の実施の形態＞
図３６Ａは、本開示の第１１の実施の形態に係る光検出システム２０１の全体構成の一例を表す模式図である。図３６Ｂは、光検出システム２０１の回路構成の一例を表す模式図である。光検出システム２０１は、赤外光Ｌ２を発する光源部としての発光装置２１０と、光電変換素子を有する受光部としての光検出装置２２０とを備えている。光検出装置２２０としては、上述した固体撮像装置１を用いることができる。光検出システム２０１は、さらに、システム制御部２３０、光源駆動部２４０、センサ制御部２５０、光源側光学系２６０、およびカメラ側光学系２７０を備えていてもよい。
図３６Ａは、本開示の第１１の実施の形態に係る光検出システム２０１の全体構成の一例を表す模式図である。図３６Ｂは、光検出システム２０１の回路構成の一例を表す模式図である。光検出システム２０１は、赤外光Ｌ２を発する光源部としての発光装置２１０と、光電変換素子を有する受光部としての光検出装置２２０とを備えている。光検出装置２２０としては、上述した固体撮像装置１を用いることができる。光検出システム２０１は、さらに、システム制御部２３０、光源駆動部２４０、センサ制御部２５０、光源側光学系２６０、およびカメラ側光学系２７０を備えていてもよい。
【0136】
光検出装置２２０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）２００（図３６Ａ）において反射された光である。光Ｌ２は発光装置２１０において発光されたのち、被写体２００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２２０における有機光電変換部において検出可能であり、光Ｌ２は、光検出装置２２０における光電変換部において検出可能である。光Ｌ１から被写体２００の画像情報を獲得し、光Ｌ２から被写体２００と光検出システム２０１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２０１は、例えばスマートフォン等の電子機器や、車などの移動体に搭載することができる。発光装置２１０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２１０から発光された光Ｌ２の光検出装置２２０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２００との距離を測定することができる。発光装置２１０から発光された光Ｌ２の光検出装置２２０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２００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２０１と被写体２００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２００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２０１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２１０と光検出装置２２０とは、システム制御部２３０によって同期制御することができる。
【0137】
＜１２．電子機器への適用例＞
図３７は、本技術を適用した電子機器２０００の構成例を示すブロック図である。電子機器２０００は、例えばカメラとしての機能を有する。
図３７は、本技術を適用した電子機器２０００の構成例を示すブロック図である。電子機器２０００は、例えばカメラとしての機能を有する。
【0138】
電子機器２０００は、レンズ群などからなる光学部２００１、上述の固体撮像装置１など（以下、固体撮像装置１等という。）が適用される光検出装置２００２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路２００３を備える。また、電子機器２０００は、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７、および電源部２００８も備える。ＤＳＰ回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７および電源部２００８は、バスライン２００９を介して相互に接続されている。
【0139】
光学部２００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで光検出装置２００２の撮像面上に結像する。光検出装置２００２は、光学部２００１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出力する。
【0140】
表示部２００５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネル等のパネル型表示装置からなり、光検出装置２００２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２００６は、光検出装置２００２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
【0141】
操作部２００７は、ユーザによる操作の下に、電子機器２０００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２００８は、ＤＳＰ回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６および操作部２００７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。
【0142】
上述したように、光検出装置２００２として、上述した固体撮像装置１等を用いることで、良好な画像の取得が期待できる。
【0143】
＜１３．体内情報取得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。
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。
【0144】
図３８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得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。
【0145】
体内情報取得システム１０００１は、カプセル型内視鏡１０１００と、外部制御装置１０２００とから構成される。
【0146】
カプセル型内視鏡１０１００は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡１０１００は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像（以下、体内画像ともいう）を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置１０２００に順次無線送信する。
【0147】
外部制御装置１０２００は、体内情報取得システム１０００１の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置（図示せず）に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。
【0148】
体内情報取得システム１０００１では、このようにして、カプセル型内視鏡１０１００が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。
【0149】
カプセル型内視鏡１０１００と外部制御装置１０２００の構成及び機能についてより詳細に説明する。
【0150】
カプセル型内視鏡１０１００は、カプセル型の筐体１０１０１を有し、その筐体１０１０１内には、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、給電部１０１１５、電源部１０１１６、及び制御部１０１１７が収納されている。
【0151】
光源部１０１１１は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、撮像部１０１１２の撮像視野に対して光を照射する。
【0152】
撮像部１０１１２は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光（以下、観察光という）は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部１０１１２では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部１０１１２によって生成された画像信号は、画像処理部１０１１３に提供される。
【0153】
画像処理部１０１１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサによって構成され、撮像部１０１１２によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部１０１１３は、信号処理を施した画像信号を、ＲＡＷデータとして無線通信部１０１１４に提供する。
【0154】
無線通信部１０１１４は、画像処理部１０１１３によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して外部制御装置１０２００に送信する。また、無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から、カプセル型内視鏡１０１００の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ１０１１４Ａを介して受信する。無線通信部１０１１４は、外部制御装置１０２００から受信した制御信号を制御部１０１１７に提供する。
【0155】
給電部１０１１５は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部１０１１５では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。
【0156】
電源部１０１１６は、二次電池によって構成され、給電部１０１１５によって生成された電力を蓄電する。図３８では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部１０１１６からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部１０１１６に蓄電された電力は、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び制御部１０１１７に供給され、これらの駆動に用いられ得る。
【0157】
制御部１０１１７は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、光源部１０１１１、撮像部１０１１２、画像処理部１０１１３、無線通信部１０１１４、及び、給電部１０１１５の駆動を、外部制御装置１０２００から送信される制御信号に従って適宜制御する。
【0158】
外部制御装置１０２００は、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００の制御部１０１１７に対して制御信号を、アンテナ１０２００Ａを介して送信することにより、カプセル型内視鏡１０１００の動作を制御する。カプセル型内視鏡１０１００では、例えば、外部制御装置１０２００からの制御信号により、光源部１０１１１における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、撮像条件（例えば、撮像部１０１１２におけるフレームレート、露出値等）が変更され得る。また、外部制御装置１０２００からの制御信号により、画像処理部１０１１３における処理の内容や、無線通信部１０１１４が画像信号を送信する条件（例えば、送信間隔、送信画像数等）が変更されてもよい。
【0159】
また、外部制御装置１０２００は、カプセル型内視鏡１０１００から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ(Noise reduction)処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置１０２００は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置１０２００は、生成した画像データを記録装置（図示せず）に記録させたり、印刷装置（図示せず）に印刷出力させてもよい。
【0160】
以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得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、例えば撮像部１０１１２に適用することができる。このため、小型でありながら高い画像検出精度が得られる。
【0161】
＜１４．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。
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。
【0162】
図３９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。
【0163】
図３９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。
【0164】
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。
【0165】
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。
【0166】
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。
【0167】
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。
【0168】
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。
【0169】
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。
【0170】
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。
【0171】
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。
【0172】
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。
【0173】
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。
【0174】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯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。
【0175】
【0176】
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。
【0177】
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。
【0178】
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。
【0179】
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。
【0180】
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。
【0181】
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。
【0182】
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。
【0183】
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。
【0184】
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。
【0185】
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。
【0186】
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。
【0187】
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。
【0188】
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。
【0189】
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。
【0190】
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。
【0191】
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。
【0192】
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、例えばカメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者における術部の視認性が向上する。
【0193】
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。
【0194】
＜１５．移動体への応用例＞
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、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。
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、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。
【0195】
図４１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。
【0196】
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３５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。
【0197】
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。
【0198】
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。
【0199】
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。
【0200】
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。
【0201】
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。
【0202】
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。
【0203】
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。
【0204】
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１２０３０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。
【0205】
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４１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。
【0206】
図４２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0207】
図４２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【0208】
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。
【0209】
なお、図４２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。
【0210】
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。
【0211】
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。
【0212】
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。
【0213】
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。
【0214】
以上、本開示に係る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。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【0215】
＜１６．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例、ならびにそれらの適用例もしくは応用例（以下、実施の形態等という。）を挙げて本開示を説明したが、本開示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。例えば本開示は、裏面照射型イメージセンサに限定されるものではなく、表面照射型イメージセンサにも適用可能である。
以上、いくつかの実施の形態および変形例、ならびにそれらの適用例もしくは応用例（以下、実施の形態等という。）を挙げて本開示を説明したが、本開示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。例えば本開示は、裏面照射型イメージセンサに限定されるものではなく、表面照射型イメージセンサにも適用可能である。
【0216】
また、本開示の撮像装置は、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされたモジュールの形態をなしていてもよい。
【0217】
さらに、上記実施の形態等では、光学レンズ系を介し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出力する固体撮像装置、およびそれに搭載される撮像素子を例示して説明するようにしたが、本開示の光電変換素子は、そのような撮像素子に限定されるものではない。例えば被写体からの光を検出して受光し、受光量に応じた電荷を光電変換により生成し、蓄積するものであればよい。出力される信号は画像情報の信号でもよいし、測距情報の信号でもよい。
【0218】
また、上記実施の形態等では、第２の光電変換部としての光電変換部１０がｉＴＯＦセンサである場合を例示して説明するようにしたが、本開示はこれに限定されない。すなわち、第２の光電変換部は、赤外光域の波長を有する光を検出するものに限定されず、他の波長域の波長光を検出するものであってもよい。また、光電変換部１０がｉＴＯＦセンサではない場合、転送トランジスタ（ＴＧ）は１つのみ設けるようにしてもよい。
【0219】
さらに、上記実施の形態等では、本開示の光電変換素子として、光電変換領域１２を含む光電変換部１０と、有機光電変換層２２を含む有機光電変換部２０とが中間層４０を挟んで積層された撮像素子を例示するようにしが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、本開示の光電変換素子は、２つの有機光電変換領域が積層された構造を有するものであってもよいし、２つの無機光電変換領域が積層された構造を有するものであってもよい。また、上記実施の形態等では、光電変換部１０において主に赤外光域の波長光を検出して光電変換を行うと共に、有機光電変換部２０において主に可視光領域の波長光を検出して光電変換を行うようにしたが、本開示の光電変換素子はこれに限定されるものではない。本開示の光電変換素子では、第１の光電変換部および第２の光電変換部において感度を示す波長域は任意に設定可能である。
【0220】
また、本開示の光電変換素子の各構成要素の構成材料は、上記実施の形態等において挙げた材料に限定されるものではない。例えば第１の光電変換部もしくは第２の光電変換部が可視光領域の光を受光して光電変換を行う場合には、第１の光電変換部もしくは第２の光電変換部が量子ドットを含むようにしてもよい。
【0221】
また、上記第５の実施の形態では、Ｚ軸方向における有機光電変換部２０とオンチップレンズ５４との間に、画素間領域遮光膜５６を設けるようにしたが、第５の実施の形態以外の上述した各実施の形態および各変形例においても同様に画素間領域遮光膜５６を設けるようにしてもよい。
【0222】
また、上記実施の形態等では、一の第２の光電変換層に対し、一対のゲート電極と、第２の光電変換層から一対のゲート電極をそれぞれ経由して到達する電荷を蓄積する一対の電荷保持部と、を含む場合を例示して説明するようにしたが、本開示はこれに限定されない。一の第２の光電変換層に対し、一のゲート電極および一の電荷保持部を設けるようにしてもよい。あるいは、一の第２の光電変換層に対し、３以上のゲート電極および３以上の電荷保持部を設けるようにしてもよい。また、本開示では、第２の光電変換層の電荷を読み出すトランジスタとしては、いわゆる縦型トランジスタに限定されるものではなく、プレーナー型トランジスタであってもよい。
【0223】
本開示の一実施形態としての光電変換素子によれば、上記の構成により、例えば高画質の可視光画像情報と、距離情報を含む赤外光画像情報とを取得できる。
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。また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
光電変換素子。
（２）
前記第２の光電変換部は、対象物の距離情報を取得可能である
上記（１）記載の光電変換素子。
（３）
前記第２の光電変換部は、第２の光電変換層と、一対のゲート電極と、前記第２の光電変換層から前記一対のゲート電極をそれぞれ経由して到達する電荷を蓄積する一対の電荷保持部と、を含む
上記（１）または（２）記載の光電変換素子。
（４）
１つの前記第２の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられている
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（５）
前記１つの第２の光電変換部に対応して１つの前記光学フィルタが設けられ、
前記１つの第２の光電変換部に対応して１つの前記第１の光電変換部が設けられている
上記（４）記載の光電変換素子。
（６）
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられている
上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（７）
前記第２の光電変換部と対応する位置に複数の開口部分を含む画素間領域遮光膜を、前記第２の光電変換部の入射側にさらに有する
上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（８）
前記電荷蓄積電極に蓄積される電荷を、前記第１の光電変換部から見て前記第２の光電変換部と反対側に取り出す貫通電極をさらに有する
上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（９）
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層をさらに有する
上記（８）記載の光電変換素子。
（１０）
前記半導体基板は、前記第１の光電変換部と対向する第１の面、および前記第１の面と反対側の第２の面を含み、
前記第１の面および前記第２の面のうちの少なくとも一方に凹凸構造が形成されている
上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１１）
前記第１の光電変換層における前記積層構造は、前記第１の電極と前記第１の光電変換層との間に設けられた半導体層をさらに含む
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１２）
複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
光検出装置。
（１３）
前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に位置すると共に、隣り合う前記光電変換素子同士の間の領域に設けられた遮光膜をさらに備える
上記（１２）記載の光検出装置。
（１４）
赤外光を発する発光装置と、
光電変換素子を有する光検出装置と
を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、外部からの可視光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記発光装置からの前記赤外光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
光検出システム。
（１５）
光学部と、信号処理部と、光電変換素子を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
電子機器。
（１６）
可視光域に含まれる第１の光および赤外光域に含まれる第２の光を発する発光装置と、
光電変換素子を含む光検出装置とを有する光検出システムを備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の光を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記第２の光を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
移動体。
（１７）
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板側から、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造を有し、第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の電極と電気的に接続され、前記第１の光電変換層で生じた電荷を、前記第１の光電変換部から見て、前記半導体基板の反対側に取り出す貫通電極と、
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層と
を有する光電変換素子。
（１８）
前記金属層は、前記積層構造が積層された積層方向と直交する面内において前記第２の光電変換部を取り囲むように設けられている
上記（１７）記載の光電変換素子。
（１９）
可視光域に含まれる第１の光および赤外光域に含まれる第２の光を発する発光装置と、
光電変換素子を含む光検出装置とを有する光検出システムを備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の光を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記第２の光を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
電子機器。
（２０）
光学部と、信号処理部と、光電変換素子を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板側から、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造を有し、第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の電極と電気的に接続され、前記第１の光電変換層で生じた電荷を、前記第１の光電変換部から見て、前記半導体基板の反対側に取り出す貫通電極と、
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層と
を有する
電子機器。
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。また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
光電変換素子。
（２）
前記第２の光電変換部は、対象物の距離情報を取得可能である
上記（１）記載の光電変換素子。
（３）
前記第２の光電変換部は、第２の光電変換層と、一対のゲート電極と、前記第２の光電変換層から前記一対のゲート電極をそれぞれ経由して到達する電荷を蓄積する一対の電荷保持部と、を含む
上記（１）または（２）記載の光電変換素子。
（４）
１つの前記第２の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられている
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（５）
前記１つの第２の光電変換部に対応して１つの前記光学フィルタが設けられ、
前記１つの第２の光電変換部に対応して１つの前記第１の光電変換部が設けられている
上記（４）記載の光電変換素子。
（６）
１つの前記第１の光電変換部に対応して複数の前記電荷蓄積電極が設けられている
上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（７）
前記第２の光電変換部と対応する位置に複数の開口部分を含む画素間領域遮光膜を、前記第２の光電変換部の入射側にさらに有する
上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（８）
前記電荷蓄積電極に蓄積される電荷を、前記第１の光電変換部から見て前記第２の光電変換部と反対側に取り出す貫通電極をさらに有する
上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（９）
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層をさらに有する
上記（８）記載の光電変換素子。
（１０）
前記半導体基板は、前記第１の光電変換部と対向する第１の面、および前記第１の面と反対側の第２の面を含み、
前記第１の面および前記第２の面のうちの少なくとも一方に凹凸構造が形成されている
上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１１）
前記第１の光電変換層における前記積層構造は、前記第１の電極と前記第１の光電変換層との間に設けられた半導体層をさらに含む
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の光電変換素子。
（１２）
複数の光電変換素子を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
光検出装置。
（１３）
前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に位置すると共に、隣り合う前記光電変換素子同士の間の領域に設けられた遮光膜をさらに備える
上記（１２）記載の光検出装置。
（１４）
赤外光を発する発光装置と、
光電変換素子を有する光検出装置と
を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、外部からの可視光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記発光装置からの前記赤外光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
光検出システム。
（１５）
光学部と、信号処理部と、光電変換素子を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、可視光域を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、赤外光域を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
電子機器。
（１６）
可視光域に含まれる第１の光および赤外光域に含まれる第２の光を発する発光装置と、
光電変換素子を含む光検出装置とを有する光検出システムを備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の光を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記第２の光を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
移動体。
（１７）
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板側から、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造を有し、第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の電極と電気的に接続され、前記第１の光電変換層で生じた電荷を、前記第１の光電変換部から見て、前記半導体基板の反対側に取り出す貫通電極と、
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層と
を有する光電変換素子。
（１８）
前記金属層は、前記積層構造が積層された積層方向と直交する面内において前記第２の光電変換部を取り囲むように設けられている
上記（１７）記載の光電変換素子。
（１９）
可視光域に含まれる第１の光および赤外光域に含まれる第２の光を発する発光装置と、
光電変換素子を含む光検出装置とを有する光検出システムを備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の光を含む第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、前記第２の光を含む第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の光電変換部の、前記第２の光電変換部と反対側に設けられ、所定の波長域に含まれる所定の色成分の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記第１の光電変換部は、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造と、前記第１の電極と離間して配置されると共に絶縁層を介して前記第１の光電変換層と対向して配置された電荷蓄積電極とを含む
電子機器。
（２０）
光学部と、信号処理部と、光電変換素子を備え、
前記光電変換素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板側から、第１の電極、第１の光電変換層、および第２の電極が順に積層された積層構造を有し、第１の波長域の光を検出して光電変換を行う第１の光電変換部と、
前記半導体基板内のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記第１の光電変換部と重なる位置に設けられ、第２の波長域の光を検出して光電変換を行う第２の光電変換部と、
前記第１の電極と電気的に接続され、前記第１の光電変換層で生じた電荷を、前記第１の光電変換部から見て、前記半導体基板の反対側に取り出す貫通電極と、
前記貫通電極を、絶縁層を介して取り囲む金属層と
を有する
電子機器。
【0224】
本出願は、米国特許商標庁において２０１９年６月２１日に仮出願された米国仮出願番号６２／８６４９０７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
【0225】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【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20】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27A】
【図27B】
【図27C】
【図27D】
【図28A】
【図28B】
【図28C】
【図28D】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32A】
【図32B】
【図33A】
【図33B】
【図34A】
【図34B】
【図35】
【図36A】
【図36B】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】