特許 7636332 撮像素子および撮像装置

(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】2025-02-17

(45)【発行日】2025-02-26

(54)【発明の名称】撮像素子および撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H10F 39/12 20250101AFI20250218BHJP

   H10F 39/18 20250101ALI20250218BHJP

   H04N 25/703 20230101ALI20250218BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20250218BHJP

【ＦＩ】

H10F39/12 D

H10F39/18 E

H04N25/703

H04N25/76

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021544019

(86)(22)【出願日】2020-09-03

(86)【国際出願番号】 JP2020033385

(87)【国際公開番号】W WO2021045139

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2023-07-18

(31)【優先権主張番号】P 2019162545

(32)【優先日】2019-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080160

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149205

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 泰央

(72)【発明者】

【氏名】村川 祐亮

(72)【発明者】

【氏名】富樫 秀晃

(72)【発明者】

【氏名】永島 義人

(72)【発明者】

【氏名】古川 明

(72)【発明者】

【氏名】安藤 良洋

(72)【発明者】

【氏名】芥川 恭大

(72)【発明者】

【氏名】美濃田 拓

(72)【発明者】

【氏名】岩下 博紀

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 孝仁

(72)【発明者】

【氏名】西田 翔

(72)【発明者】

【氏名】石丸 幹朗

【審査官】今井 聖和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１２６３２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１４６３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８８６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８２３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１２１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１１３０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８３５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６８５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０９８６４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１１１６２８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｆ ３９／１２

Ｈ１０Ｆ ３９／１８

Ｈ０４Ｎ ２５／７０３

Ｈ０４Ｎ ２５／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板に形成されて入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と前記光電変換により生成された電荷を転送する電荷転送部とを備える複数の画素、並びに前記光電変換部および前記電荷転送部をそれぞれ備えるとともに互いに隣接して配置されて位相差を検出する複数の位相差画素を２次元格子状に配置して構成された画素アレイ部を備え、
各前記画素は、前記入射光を個別に集光する個別オンチップレンズを有し、
各前記画素および各前記位相差画素は、前記半導体基板に形成されて前記電荷転送部により転送される電荷に基づいて画像信号を生成する画素回路を有し、
前記画素アレイ部は、
前記複数の位相差画素に共通に配置されて前記入射光を共通に集光する共通オンチップレンズと、
隣り合う前記画素の境界に、前記半導体基板を囲繞する壁状に配置された分離部と、を有し、
前記電荷転送部は、前記光電変換部を構成する半導体領域とは異なる半導体領域およびゲート電極を有し、
前記複数の位相差画素の前記電荷転送部を構成する前記異なる半導体領域および前記ゲート電極は、平面視において前記共通オンチップレンズ、前記個別オンチップレンズおよび前記分離部と重ならない領域に配置されている
撮像素子。

【請求項2】

前記画素回路は、前記半導体基板の表面側に形成される請求項１記載の撮像素子。

【請求項3】

前記光電変換部は、前記半導体基板に形成されて前記表面とは異なる面である裏面に入射する前記入射光の光電変換を行う請求項２記載の撮像素子。

【請求項4】

前記電荷転送部は、前記半導体基板の厚さ方向に電荷を転送する縦型トランジスタにより構成される請求項３記載の撮像素子。

【請求項5】

前記光電変換部は、前記半導体基板の裏面側に隣接して配置される光電変換膜により構成される請求項２記載の撮像素子。

【請求項6】

前記電荷転送部は、前記半導体基板を貫通する電極である貫通電極により構成される請求項５記載の撮像素子。

【請求項7】

前記入射光のうち所定の波長の光を透過するカラーフィルタをさらに具備する請求項５記載の撮像素子。

【請求項8】

前記カラーフィルタは、前記個別オンチップレンズおよび前記共通オンチップレンズと前記光電変換膜との間に配置される請求項７記載の撮像素子。

【請求項9】

前記カラーフィルタは、前記光電変換膜と前記半導体基板との間に配置される請求項７記載の撮像素子。

【請求項10】

前記位相差画素の前記光電変換部の間に配置される分離部をさらに具備する請求項１～９のいずれか１項に記載の撮像素子。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記画素回路により生成された画像信号を処理する処理回路と
を具備する
撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、被写体の位相差を検出する撮像素子および当該撮像素子を使用する撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、フォトダイオード等の光電変換素子が形成された半導体基板の裏面側に被写体からの光が照射される裏面照射型の撮像素子において、半導体基板の裏面側において光電変換により生成された電荷を半導体基板の表面側に転送する撮像素子が使用されている。例えば、半導体基板の裏面側に隣接して有機光電変換膜が配置され、この有機光電変換膜における光電変換により生成された電荷を半導体基板の表面側に貫通電極により転送する撮像素子が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。この貫通電極により転送された電荷は、半導体基板の表面側に配置された回路素子により画像信号に変換される。また、貫通電極は、入射光の光電変換の単位となる画素の間の領域である画素間に配置される。

【0003】

また、この撮像素子には、位相差画素についても提案されている。ここで位相差画素とは、被写体の位相差を検出するための画素である。検出された位相差により被写体の焦点位置を検出し、撮像レンズのピントを合わせるオートフォーカスに適用することができる。位相差の検出は瞳分割により行うことができる。この瞳分割は、撮影レンズの右側および左側を透過した入射光を画像信号にそれぞれ変換する１対の画素を配置して位相差を検出する方法である。撮影レンズの右側を透過した画像信号による画像と右側を透過した画像との位相差を検出することにより、焦点位置を検出することができる。瞳分割に使用する位相差画素は、画素の左側または右側を遮光した画素により構成することができる。画素の左側および右側を遮光した画素にオンチップレンズにより集光された入射光を照射することにより、撮影レンズの右側および左側を透過した入射光の光電変換を行うことができる。しかし、その遮光により、位相差画素の画像信号は出力が半減することとなる。位相差の検出精度が低下するという問題がある。

【0004】

そこで、隣接する２つの画素に共通のオンチップレンズ（共通オンチップレンズ）を配置することにより、瞳分割を行う方式が提案されている。共通オンチップレンズを使用して２つの画素の画素間に入射光を集光することにより、撮影レンズの右側および左側を透過した入射光の光電変換を行うことができる。画素の遮光を行わないため、画像信号の出力の低下を防ぐことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１６／１４３５３１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の従来技術では、共通オンチップレンズを使用する瞳分割方式を適用すると、位相差の検出精度が低下するという問題がある。共通オンチップレンズは画素間に入射光を集光するため、上述の貫通電極等の光電変換に寄与しない構造体が画素間に配置されると１対の位相差画素のそれぞれの画像信号に差異を生じて位相差検出の誤差が増加するという問題がある。

【0007】

本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、一対の画素に共通にオンチップレンズが配置されて構成される位相差画素を備える撮像素子の位相差検出の誤差を低減することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と上記光電変換により生成された電荷を転送する電荷転送部とを備える画素と、上記画素毎に配置されて上記入射光を個別に集光する個別オンチップレンズと、上記光電変換部および上記電荷転送部をそれぞれ備えるとともに隣接して配置されて位相差を検出する複数の位相差画素と、上記複数の位相差画素に共通に配置されて上記入射光を共通に集光する共通オンチップレンズと、半導体基板に形成されて上記転送される電荷に基づいて画像信号を生成する画素回路とを具備し、上記複数の位相差画素の上記電荷転送部は、上記共通オンチップレンズおよび上記個別オンチップレンズの間の領域に配置される撮像素子である。

【0009】

また、この第１の態様において、上記画素回路は、上記半導体基板の表面側に形成されてもよい。

【0010】

また、この第１の態様において、上記光電変換部は、上記半導体基板に形成されて上記表面とは異なる面である裏面に入射する上記入射光の光電変換を行ってもよい。

【0011】

また、この第１の態様において、上記電荷転送部は、上記半導体基板の厚さ方向に電荷を転送する縦型トランジスタにより構成されてもよい。

【0012】

また、この第１の態様において、上記光電変換部は、上記半導体基板の裏面側に隣接して配置される光電変換膜により構成されてもよい。

【0013】

また、この第１の態様において、上記電荷転送部は、上記半導体基板を貫通する電極である貫通電極により構成されてもよい。

【0014】

また、この第１の態様において、上記入射光のうち所定の波長の光を透過するカラーフィルタをさらに具備してもよい。

【0015】

また、この第１の態様において、上記カラーフィルタは、上記個別オンチップレンズおよび上記共通オンチップレンズと上記光電変換膜との間に配置されてもよい。

【0016】

また、この第１の態様において、上記カラーフィルタは、上記光電変換膜と上記半導体基板との間に配置されてもよい。

【0017】

また、この第１の態様において、上記位相差画素の上記光電変換部の間に配置される分離部をさらに具備してもよい。

【0018】

また、本開示の第２の態様は、入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と上記光電変換により生成された電荷を転送する電荷転送部とを備える画素と、上記画素毎に配置されて上記入射光を個別に集光する個別オンチップレンズと、上記光電変換部および上記電荷転送部をそれぞれ備えるとともに隣接して配置されて位相差を検出する複数の位相差画素と、上記複数の位相差画素に共通に配置されて上記入射光を共通に集光する共通オンチップレンズと、半導体基板に形成されて上記転送される電荷に基づいて画像信号を生成する画素回路と、上記生成された画像信号を処理する処理回路とを具備し、上記複数の位相差画素の上記電荷転送部は、上記共通オンチップレンズおよび上記個別オンチップレンズの間の領域に配置される撮像装置である。

【0019】

上述の態様を採ることにより、平面視において共通オンチップレンズが配置される領域とは異なる領域に電荷転送部が配置されるという作用をもたらす。電荷転送部の共通オンチップレンズの集光への影響の低減が想定される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。

【図2】本開示の第1の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。

【図3】本開示の第1の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。

【図4】本開示の第1の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。

【図5】本開示の第1の実施の形態に係る位相差画素の構成例を示す断面図である。

【図6】本開示の第２の実施の形態に係る位相差画素の構成例を示す断面図である。

【図7】本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。

【図8】本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。

【図9】本開示の第３の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。

【図10】本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。

【図11】本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。

【図12】本開示の第４の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。

【図13】本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。

【図14】本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。

【図15】本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。

【図16】本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。

【図17】本開示の第７の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。

【図18】本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。

【図19】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20】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。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．第６の実施の形態
７．第７の実施の形態
８．カメラへの応用例
９．内視鏡手術システムへの応用例
１０．移動体への応用例

【0022】

＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部２と、垂直駆動部３と、カラム信号処理部４と、制御部５とを備える。

【0023】

画素アレイ部２は、画素１００および位相差画素２００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部３により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部２には、信号線６および７がＸＹマトリクス状に配置される。信号線６は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部２の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線７は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部２の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。

【0024】

また、位相差画素２００は、被写体の位相差を検出する画素である。同図の画素アレイ部２のハッチングが付された矩形が位相差画素２００を表す。この位相差画素２００は、隣接する２つの位相差画素２００が対になって配置され、瞳分割を行う。画素１００と同様に、位相差画素２００にも光電変換部および画素回路が配置され、信号線６および７が接続される。

【0025】

垂直駆動部３は、画素１００および位相差画素２００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部３は、生成した制御信号を同図の信号線６を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部４は、画素１００および位相差画素２００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部４は、同図の信号線７を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部４における処理には、例えば、画素１００および位相差画素２００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部４により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部５は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部５は、垂直駆動部３およびカラム信号処理部４を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部５により生成された制御信号は、信号線８および９により垂直駆動部３およびカラム信号処理部４に対してそれぞれ伝達される。なお、カラム信号処理部４は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。

【0026】

［画素の回路構成］
図２は、本開示の第1の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。同図は、画素１００の構成例を表す回路図である。同図の画素１００は、光電変換部１１と、電荷転送部１２と、電荷保持部２１と、ＭＯＳトランジスタ２２乃至２４とを備える。なお、同図において、電荷転送部１２は、ＭＯＳトランジスタを想定する。

【0027】

光電変換部１１のアノードは接地され、カソードは電荷転送部１２のソースに接続される。電荷転送部１２のドレインは、ＭＯＳトランジスタ２２のソース、ＭＯＳトランジスタ２３のゲートおよび電荷保持部２１の一端に接続される。電荷保持部２１の他の一端は、接地される。ＭＯＳトランジスタ２２および２３のドレインは電源線Ｖｄｄに共通に接続され、ＭＯＳトランジスタ２３のソースはＭＯＳトランジスタ２４のドレインに接続される。ＭＯＳトランジスタ２４のソースは、信号線７に接続される。電荷転送部１２、ＭＯＳトランジスタ２２および２４のゲートは、それぞれ転送信号線ＴＲ、リセット信号線ＲＳＴおよび選択信号線ＳＥＬに接続される。なお、転送信号線ＴＲ、リセット信号線ＲＳＴおよび選択信号線ＳＥＬは、信号線６を構成する。

【0028】

光電変換部１１は、前述のように照射された光に応じた電荷を生成するものである。この光電変換部１１には、フォトダイオードを使用することができる。また、電荷保持部２１およびＭＯＳトランジスタ２２乃至２４は、画素回路２０を構成する。

【0029】

電荷転送部１２は、光電変換部１１の光電変換により生成される電荷を電荷保持部２１に転送するトランジスタである。電荷転送部１２における電荷の転送は、転送信号線ＴＲにより伝達される信号により制御される。電荷保持部２１は、電荷転送部１２により転送された電荷を保持するキャパシタである。ＭＯＳトランジスタ２３は、電荷保持部２１に保持された電荷に基づく信号を生成するトランジスタである。ＭＯＳトランジスタ２４は、ＭＯＳトランジスタ２３により生成された信号を画像信号として信号線７に出力するトランジスタである。このＭＯＳトランジスタ２４は、選択信号線ＳＥＬにより伝達される信号により制御される。

【0030】

ＭＯＳトランジスタ２２は、電荷保持部２１に保持された電荷を電源線Ｖｄｄに排出することにより電荷保持部２１をリセットするトランジスタである。このＭＯＳトランジスタ２２によるリセットは、リセット信号線ＲＳＴにより伝達される信号により制御され、電荷転送部１２による電荷の転送の前に実行される。なお、このリセットの際、電荷転送部１２を導通させることにより、光電変換部１１のリセットも行うことができる。このように、画素回路２０は、光電変換部１１により生成された電荷を画像信号に変換する。

【0031】

なお、画素回路２０は、光電変換部１１により生成されて電荷転送部１２により転送された電荷に基づいて画像信号を生成する回路である。なお、位相差画素２００においても、同図の回路構成を適用することができる。

【0032】

［画素の構成］
図３は、本開示の第1の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、画素１００の構成例を表す模式断面図である。同図の画素１００は、半導体基板１１０と、配線領域１３０と、固定電荷膜１４１と、分離部１４２と、遮光膜１４３と、カラーフィルタ１５０と、平坦化膜１４４と、オンチップレンズ１８１とを備える。

【0033】

半導体基板１１０は、画素１００の光電変換部１１や画素回路２０の素子の拡散領域等が形成される半導体の基板である。この半導体基板１１０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成することができる。光電変換部１１や画素回路２０の素子の拡散領域は、半導体基板１１０に形成されたウェル領域に配置される。便宜上、同図の半導体基板１１０は、ｐ型のウェル領域に構成されるものと想定する。このｐ型のウェル領域である半導体基板１１０にｎ型の半導体領域を配置することにより、光電変換部１１等を形成することができる。半導体基板１１０の内部の矩形は、ｎ型の半導体領域を表す。半導体基板１１０の表面側には、後述する配線領域１３０が形成される。

【0034】

光電変換部１１は、ｎ型の半導体領域１１１により構成される。具体的には、ｎ型の半導体領域１１１と周囲のｐ型のウェル領域との界面のｐｎ接合により構成されるフォトダイオードが光電変換部１１に該当する。入射光が照射されると、ｎ型の半導体領域１１１において光電変換を生じる。この光電変換により生成された電荷のうち電子がｎ型の半導体領域１１１に蓄積される。なお、ｎ型の半導体領域１１１は半導体基板１１０の裏面側に配置され、裏面側に照射された入射光の光電変換を行う。このような撮像素子１は、裏面照射型の撮像素子と称される。

【0035】

半導体基板１１０の表面側には、ｎ型の半導体領域１１２乃至１１５が形成される。また、半導体基板１１０の表面には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極１２２乃至１２４が配置される。これらはＭＯＳトランジスタ２２乃至２４および電荷保持部２１を構成し、画素回路２０を構成する。

【0036】

ｎ型の半導体領域１１２は、電荷保持部２１を構成する半導体領域である。このｎ型の半導体領域１１２は、浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）と称され、電荷転送部１２により転送される電荷を保持する。また、ｎ型の半導体領域１１２、ｎ型の半導体領域１１３およびゲート電極１２２は、ＭＯＳトランジスタ２２を構成する。ｎ型の半導体領域１１２および１１３は、それぞれＭＯＳトランジスタ２２のソースおよびドレインに該当する。ｎ型の半導体領域１１２および１１３の間のゲート電極１２２の近傍のウェル領域は、ＭＯＳトランジスタ２２のチャネル領域に該当する。

【0037】

また、ｎ型の半導体領域１１３、ｎ型の半導体領域１１４およびゲート電極１２３は、ＭＯＳトランジスタ２３を構成する。ｎ型の半導体領域１１３および１１４は、それぞれＭＯＳトランジスタ２３のドレインおよびソースに該当する。また、ｎ型の半導体領域１１４、ｎ型の半導体領域１１５およびゲート電極１２４は、ＭＯＳトランジスタ２４を構成する。ｎ型の半導体領域１１４および１１５は、それぞれＭＯＳトランジスタ２４のドレインおよびソースに該当する。

【0038】

また、電荷転送部１２は、ｎ型の半導体領域１１１、ｎ型の半導体領域１１２およびゲート電極１２１により構成されるＭＯＳトランジスタである。ｎ型の半導体領域１１１および１１２は、それぞれ電荷転送部１２のソースおよびドレインに該当する。ゲート電極１２１は、半導体基板１１０に形成された孔にゲート絶縁膜を介して電極が埋め込まれた形状に構成され、ｎ型の半導体領域１１１および１１２の近傍に配置される。ゲート電極１２１にゲート電圧を印加することにより、ゲート電極１２１の近傍のウェル領域にチャネルが形成され、ｎ型の半導体領域１１１および１１２の間が導通状態になる。これにより、光電変換部１１のｎ型の半導体領域１１１に蓄積された電荷がフローティングディフュージョンであるｎ型の半導体領域１１２に転送される。このように、半導体基板１１０に対して垂直方向に電荷の転送を行うトランジスタは、縦型トランジスタと称される。ゲート絶縁膜は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）、高誘電体膜により構成することができる。ゲート電極１２１は、例えば、金属やポリシリコンにより構成することができる。

【0039】

配線領域１３０は、半導体基板１１０の表面側に隣接して配置され、半導体基板１１０に形成された素子の配線が形成される領域である。配線領域１３０には、絶縁層１３１および配線層１３２が配置される。配線層１３２は、銅（Ｃｕ）等の金属により構成され、半導体基板１１０に形成された素子等に信号を伝達する配線である。絶縁層１３１は、配線層１３２を絶縁するものである。この絶縁層１３１は、例えば、ＳｉＯ_２により構成することができる。また、絶縁層１３１および配線層１３２は、多層に構成することができる。なお、同図において、ゲート電極１２２乃至１２４と半導体基板１１０との間の絶縁層１３１は、ゲート酸化膜と称される。また、配線層１３２と半導体領域およびゲート電極１２３等との間はコンタクトプラグ１３３により接続される。

【0040】

固定電荷膜１４１は、半導体基板１１０の裏面側の界面に形成されて、半導体基板１１０の界面準位をピニングするものである。この固定電荷膜１４１は、負の固定電荷を有する材料により構成され、半導体基板１１０の界面の近傍にホールを蓄積させる。この蓄積されたホールにより界面準位がピニングされる。これにより、界面準位に起因する暗電流の影響を軽減することができる。

【0041】

分離部１４２は、画素１００の半導体基板１１０を囲繞する壁状に配置され、半導体基板１１０を分離するものである。また、分離部１４２は、隣接する画素１００からの入射光の遮光を行う。この分離部１４２は、半導体基板１１０に形成された溝にタングステン（Ｗ）等の金属を配置することにより構成することができる。同図の分離部１４２は、固定電荷膜１４１を介して半導体基板１１０に形成された溝に配置される。

【0042】

遮光膜１４３は、半導体基板１１０の裏面側に配置されて入射光を遮光するものである。この遮光膜は、画素１００の境界に配置され、隣接する画素１００のカラーフィルタ１５０を透過した光を遮光する。これにより、混色の発生を防止することができる。遮光膜１４３は、分離部１４２と同様に、Ｗ等の金属により構成することができる。

【0043】

カラーフィルタ１５０は、入射光のうち所定の波長の光を透過する光学的なフィルタである。このカラーフィルタ１５０として、例えば、赤色光、緑色光および青色光を透過するそれぞれのカラーフィルタ１５０を画素１００に配置することができる。また、赤外光を透過するカラーフィルタ１５０を画素１００に配置することもできる。

【0044】

平坦化膜１４４は、カラーフィルタ１５０が形成された画素１００の裏面側を平坦化する膜である。この平坦化膜１４４は、塗布型の絶縁材料により構成することができる。

【0045】

オンチップレンズ１８１は、入射光を集光するレンズである。このオンチップレンズ１８１は、半球形状に構成され、入射光を半導体基板１１０の光電変換部１１（ｎ型の半導体領域１１１）に集光する。同図のオンチップレンズ１８１は、カラーフィルタ１５０を介して入射光の集光を行う。オンチップレンズ１８１は、例えば、屈折率が１．０乃至１．３の有機材料により構成することができる。なお、オンチップレンズ１８１は、請求の範囲に記載の個別オンチップレンズの一例である。

【0046】

なお、位相差画素２００には、オンチップレンズ１８１の代わりに後述する共通オンチップレンズ１８２が配置される。これ以外の位相差画素２００の構成は、画素１００と同様の構成にすることができる。

【0047】

［画素アレイ部の構成］
図４は、本開示の第1の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。同図は、画素アレイ部２における画素１００および位相差画素２００の構成例を表す平面図である。同図の破線の矩形が画素１００を表し、点線の矩形が位相差画素２００を表す。また、画素１００および位相差画素２００において、斜線のハッチングが付された矩形は画素回路２０の領域を表す。この画素回路２０の中の矩形は、電荷保持部２１のｎ型の半導体領域１１２を表す。また、網掛けのハッチングが付された矩形は縦型トランジスタのゲート電極１２１を表す。画素回路２０およびゲート電極１２１に隣接する矩形が光電変換部１１のｎ型の半導体領域１１１を表す。電荷転送部１２のゲート電極１２１は、画素１００等の隅部に配置され、ｎ型の半導体領域１１１および画素回路２０がそれぞれ隣接して配置される。

【0048】

画素１００の一点鎖線の円は、オンチップレンズ１８１を表す。また、位相差画素２００の一点鎖線の長円は、共通オンチップレンズ１８２を表す。同図に表したように、オンチップレンズ１８１は画素１００毎に配置され、共通オンチップレンズ１８２は隣接する２つの位相差画素２００に共通に配置される。なお、共通オンチップレンズ１８２の形状は、この例に限定されない。例えば、共通オンチップレンズ１８２を楕円形状に構成することもできる。同図の隣接する２つの位相差画素２００は、隣接する方向に瞳分割を行う。同図の画素アレイ部２においては、被写体を左右に瞳分割する。

【0049】

光電変換部１１のｎ型の半導体領域１１１の電荷は、縦型トランジスタに構成された電荷転送部１２により、平面視において９０度向きを変えて転送される。この電荷転送部１２は、位相差画素２００において共通オンチップレンズ１８２とは重ならない領域に配置される。すなわち、光電変換に寄与しないゲート電極１２１を有する縦型トランジスタにより構成される電荷転送部１２は、入射光が照射される面において共通オンチップレンズ１８２およびオンチップレンズ１８１の間の領域に配置される。これにより、位相差画素２００における共通オンチップレンズ１８２による入射光の集光に対する電荷転送部１２の影響を除去することができる。電荷転送部１２のゲート電極１２１が共通オンチップレンズ１８２により集光される入射光の光路を遮蔽しないためである。

【0050】

［位相差画素の構成］
図５は、本開示の第1の実施の形態に係る位相差画素の構成例を示す断面図である。同図は、位相差画素２００の構成例を表す断面図であり、図４におけるａ－ａ’線に沿う断面図である。

【0051】

前述のように、共通オンチップレンズ１８２は、２つの位相差画素２００の共通のオンチップレンズとして配置される。また、共通オンチップレンズ１８２は、２つの位相差画素２００の間の半導体基板１１０の裏面の近傍に焦点を形成する。これにより、撮影レンズの左側を通過した被写体からの入射光が右側の位相差画素２００の光電変換部１１（ｎ型の半導体領域１１１）に入射し、撮影レンズの右側を通過した入射光が左側の位相差画素２００の光電変換部１１に入射する。同図の実線の矢印は撮影レンズの左側を通過した入射光３０１を表し、点線の矢印は撮影レンズの右側を通過した入射光３０２を表す。このように、隣接する２つの位相差画素２００に共通オンチップレンズ１８２を配置することにより、瞳分割を行うことができ、位相差の検出が可能となる。

【0052】

なお、２つの位相差画素２００の間の半導体基板１１０の裏面の近傍の焦点を通過した被写体からの光は、ｎ型の半導体領域１１１に入射し、光電変換される。この入射光が到達するｎ型の半導体領域１１１の近傍に電荷転送部１２のゲート電極１２１等の光電変換に寄与しない構造体が配置されると、入射光の光電変換の妨げとなる。また、このような構造体が２つの位相差画素２００において非対称に配置されると、２つの位相差画素２００の感度に差異を生じ、画像信号出力に差異を生じることとなる。入射光の位相差に起因しない画像信号の差分を生じるため、位相差検出の誤差を生じる。

【0053】

光電変換部１１の近傍に光電変換に寄与しない構造体を配置する場合であっても、２つの位相差画素２００を完全に対称に構成することにより、画像信号の差分を生じないとも思われる。しかし、２つの位相差画素２００の構成を完全に対称に構成することは困難である。また、画素アレイ部２の周縁部に配置された位相差画素２００においては、像高が高くなり、入射光が位相差画素２００に対して斜めに入射する。このため、光電変換に寄与しない構造体の影響が増大する。そこで、図４において前述したように、共通オンチップレンズ１８２が配置される領域とは異なる領域に、光電変換に寄与しない構造体であるゲート電極１２１を有する電荷転送部１２を配置する。これにより、２つの位相差画素２００の画像信号の出力差を低減することができる。この場合においても、２つの位相差画素２００を対称な構成にすることにより、２つの位相差画素２００の画像信号の出力差をさらに低減することが可能となる。

【0054】

以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、共通オンチップレンズ１８２が配置される２つの位相差画素２００を備える。この本開示の第１の実施の形態の撮像素子１において、光電変換に寄与しない構造体であるゲート電極１２１を有する電荷転送部１２が共通オンチップレンズ１８２と画素１００のオンチップレンズ１８１との間に配置される。これにより、位相差画素２００の画像信号の差異を低減することができ、位相差画素２００の位相差検出の誤差を低減することができる。

【0055】

＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、２つの位相差画素２００が隣接して配置されていた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、隣接する２つの位相差画素２００の間の半導体基板１１０に分離部を配置する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。

【0056】

［位相差画素の構成］
図６は、本開示の第２の実施の形態に係る位相差画素の構成例を示す断面図である。同図は、図５と同様に位相差画素２００の構成例を表す断面図である。２つの位相差画素２００の間の半導体基板１１０に分離部１４２が配置される点で、図５において説明した位相差画素２００と異なる。

【0057】

同図の位相差画素２００においては、半導体基板１１０のそれぞれのｎ型の半導体領域１１１の間のウェル領域に分離部１４２が配置される。このため、隣接する位相差画素２００からの入射光の漏洩や電荷の漏洩を軽減することができる。

【0058】

これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0059】

以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、２つの位相差画素２００の間の半導体基板１１０に分離部１４２を配置することにより、入射光等の漏洩を軽減し、画像信号の差異の発生を低減することができる。位相差検出の誤差をさらに低減することができる。

【0060】

＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、画素１００および位相差画素２００毎に画素回路２０が配置されていた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、複数の画素１００等により画素回路２０を共有する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。

【0061】

［画素の回路構成］
図７は、本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。同図の画素１００および位相差画素２００は、複数の画素１００等において画素回路２０が共有される点で、図２において説明した画素１００および位相差画素２００と異なる。回路構成について画素１００を例に挙げて説明する。同図の画素１００は、光電変換部１１および電荷転送部１２を備え、画素回路２０が分離されて配置される。同図は、４つの画素１００等（画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａ）に対して画素回路２０が共通に接続されて構成される例を表したものである。

【0062】

画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａの電荷転送部１２のドレインは、画素回路２０の電荷保持部２１に共通に接続される。

【0063】

画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａのそれぞれのＴＲに順次ＯＮ信号を入力することにより、画素１００ａ等の光電変換部１１により生成された電荷が順次画素回路２０に転送される。この転送された電荷に基づいて画像信号を順次生成することができる。

【0064】

［画素の構成］
図８は、本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図３と同様に、画素１００の構成例を表す模式断面図である。なお、同図において、符号に付された文字「ａ」および「ｂ」は、図７に表した異なる画素１００（画素１００ａおよびｂ）に対応する。同図の画素１００は、次の点で図３において説明した画素１００と異なる。電荷保持部２１が画素１００等の間に配置される。また、電荷保持部２１に複数の電荷転送部１２（電荷転送部１２ａおよび１２ｂ）が共通に接続される。すなわち、電荷転送部１２ａおよび１２ｂのそれぞれのゲート電極１２１ａおよび１２１ｂが電荷保持部２１のｎ型の半導体領域１１２に近接して配置される。電荷保持部２１のｎ型の半導体領域１１２は、電荷転送部１２ａおよび１２ｂの共通のドレイン領域を構成する。なお、電荷保持部２１以外の画素回路２０の記載は省略した。

【0065】

［画素アレイ部の構成］
図９は、本開示の第３の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。同図は、図４と同様に画素アレイ部２における画素１００および位相差画素２００の構成例を表す平面図である。画素回路２０が画素１００等の外側の領域に配置されて複数の画素１００毎に共通に配置される点で、図４において説明した画素アレイ部２と異なる。

【0066】

画素回路２０は、隣接する２行２列の画素１００等に共通に配置される。画素回路２０の電荷保持部２１のｎ型の半導体領域１１２は、これら４つの画素１００等の中央部に配置される。この電荷保持部２１のｎ型の半導体領域１１２に４つの画素１００等のゲート電極１２１が近接して配置される。

【0067】

同図においてもゲート電極１２１は、共通オンチップレンズ１８２およびオンチップレンズ１８１の間に配置される。これにより、２つの位相差画素２００の画像信号の出力差を低減することができる。

【0068】

これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0069】

以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、複数の画素１００等により画素回路２０を共有する。これにより、画素１００等の構成を簡略化することができる。

【0070】

＜４．第４の実施の形態＞
上述の第３の実施の形態の撮像素子１は、画素１００および位相差画素２００の半導体基板１１０に光電変換部１１が配置されていた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、光電変換を行う光電変換膜がさらに配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。

【0071】

［画素の回路構成］
図１０は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。同図の画素１００および位相差画素２００は、光電変換部がさらに配置され、複数の画素１００等において複数の画素回路２０が共有される点で、図７において説明した画素１００および位相差画素２００と異なる。回路構成について画素１００を例に挙げて説明する。同図の画素１００は、光電変換部１３およびスイッチ素子１４をさらに備え、複数の画素回路２０が配置される。同図は、４つの画素１００等（画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａ）に対して２つの画素回路２０（画素回路２０ａおよび２０ｂ）が共通に接続されて構成される例を表したものである。

【0072】

光電変換部１３は、光電変換膜が第１電極および第２電極に挟持されて構成される光電変換部である。同図において光電変換部１３は、２端子素子に構成され、光電変換に基づく電荷を生成する。また、スイッチ素子１４は、電荷転送部１２と同様に光電変換部１３により生成された電荷を転送する素子である。スイッチ素子１４は、３端子素子に構成され、入力端子、出力端子および制御信号端子を備える。電荷転送部１２のＭＯＳトランジスタと同様に、制御信号が制御信号端子に入力されると入力端子および出力端子の間が導通状態になる。後述するように、光電変換部１３およびスイッチ素子１４は、画素１００等において一体に構成される。同図においては、便宜上、光電変換部１３およびスイッチ素子１４を個別に記載した。また、同図の画素１００等には、電源線Ｖｏｕがさらに配置される。この電源線Ｖｏｕは、光電変換部１３にバイアス電圧を供給する電源線である。また、信号線６は、スイッチ素子１４の制御信号端子に制御信号を伝達する信号線ＴＲ２をさらに備える。これに伴い、電荷転送部１２のゲートに制御信号を伝達する信号線を信号線ＴＲ１に変更して区別する。

【0073】

画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａの電荷転送部１２のドレインは、画素回路２０ａの電荷保持部２１に共通に接続される。また、光電変換部１３の一端は電源線Ｖｏｕに接続され、他端はスイッチ素子１４の入力端子に接続される。スイッチ素子１４の制御信号端子は、信号線ＴＲ２に接続される。画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａのスイッチ素子１４の出力端子は、画素回路２０ｂの電荷保持部２１に共通に接続される。

【0074】

画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａのそれぞれのＴＲ１に順次ＯＮ信号を入力することにより、画素１００ａ等の光電変換部１１により生成された電荷が順次画素回路２０ａに転送されて画像信号が生成される。同様に、画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａのそれぞれのＴＲ２に順次制御信号を入力することにより、画素１００ａ等の光電変換部１３により生成された電荷が順次画素回路２０ｂに転送されて画像信号が生成される。

【0075】

［画素の構成］
図１１は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図８と同様に、画素１００の構成例を表す模式断面図である。なお、同図において、符号に付された文字「ａ」、「ｂ」および「ｃ」は、図１０に表した異なる画素１００（画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃ）に対応する。同図の画素１００は、次の点で図８において説明した画素１００と異なる。電荷転送部１２がＭＯＳトランジスタにより構成される。また、複数の電荷転送部１２（電荷転送部１２ａおよび１２ｂ）が電荷保持部２１ａに共通に接続される。すなわち、電荷保持部２１ａのｎ型の半導体領域１１２が、電荷転送部１２ａおよび１２ｂの共通のドレイン領域を構成する。同図のゲート電極１２５ａおよび１２５ｂは、これらの電荷転送部１２のゲートに該当する。電荷保持部２１ａは、図１０において説明した画素回路２０ａの電荷保持部２１に該当する。また、光電変換部１９をさらに備え、光電変換部１９により生成された電荷を転送する貫通電極１３９をさらに備える。また、高屈折率膜１５１が光電変換部１９およびオンチップレンズ１８１の間に配置される。

【0076】

光電変換部１９は、半導体基板１１０の裏面側に隣接して配置される。具体的には、平坦化膜１４４の領域に配置される。この光電変換部１９は、第１電極１６３と、絶縁膜１６２と、光電変換膜１６４と、第２電極１６５と、電荷蓄積用電極１６１とを備える。光電変換部１９は、電荷蓄積用電極１６１、絶縁膜１６２、光電変換膜１６４および第２電極１６５が積層されて構成される。第１電極１６３、光電変換膜１６４および第２電極１６５は複数の画素１００等において共通に配置され、電荷蓄積用電極１６１および絶縁膜１６２は画素１００等に個別に配置される。また、第１電極１６３は、複数の画素１００に共通に配置される光電変換膜１６４の中央部に接続される。なお、絶縁膜１６２を複数の画素１００等において共通に配置することもできる。

【0077】

光電変換膜１６４は、有機光電変換膜により構成され、入射光の光電変換を行う膜である。この光電変換膜１６４は、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン、フタロシアニン系色素、クマリン系色素およびトリス－８－ヒドリキシキノリンＡｌ等を含む有機光電変換材料により構成することができる。また、光電変換膜１６４は、入射光のうちの特定の波長の光を吸収して光電変換を行う構成にすることができる。

【0078】

第２電極１６５は、光電変換膜１６４に隣接して配置される電極である。この第２電極１６５は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）により構成することができる。絶縁膜１６２は、光電変換膜１６４および電荷蓄積用電極１６１の間を絶縁する膜である。この絶縁膜１６２は、例えば、ＳｉＯ_２により構成することができる。電荷蓄積用電極１６１は、絶縁膜１６２を介して光電変換膜１６４に積層され、光電変換膜１６４に電圧を印加する電極である。この電荷蓄積用電極１６１は、例えば、ＩＴＯにより構成することができる。第１電極１６３は、光電変換膜１６４により生成された電荷が出力される電極である。

【0079】

なお、第２電極１６５および光電変換膜１６４は、図１０において説明した光電変換部１３に該当する。絶縁膜１６２、電荷蓄積用電極１６１および第１電極１６３は、図１０において説明したスイッチ素子１４に該当する。

【0080】

また、第２電極１６５は、図１０において説明した電源線Ｖｏｕ（不図示）に接続される端子に該当する。また、第１電極１６３は、図１０のスイッチ素子１４の出力端子に該当する。また、電荷蓄積用電極１６１は、スイッチ素子１４の制御信号端子に該当する。なお、電荷蓄積用電極１６１および第１電極１６３は、それぞれ配線１６８および１６９に接続される。

【0081】

撮像素子の露光期間中に電源線Ｖｏｕの電圧より高い電圧の制御信号を電荷蓄積用電極１６１に印加する。すると、光電変換膜１６４の光電変換により生成された電荷のうちの電子が電荷蓄積用電極１６１に引き寄せられ、絶縁膜１６２を介した電荷蓄積用電極１６１の近傍の光電変換膜１６４の領域に蓄積される。その後、光電変換により生成された電荷を転送する際に、電源線Ｖｏｕの電圧より低い制御信号を電荷蓄積用電極１６１に印加する。これにより、光電変換膜１６４に蓄積された電荷（電子）が第１電極１６３に移動し、配線１６９から出力される。

【0082】

貫通電極１３９は、半導体基板１１０を貫通して構成される電極である。この貫通電極１３９は、半導体基板１１０の裏面側から表面側に電荷を転送する電極である。貫通電極１３９は、例えば、半導体基板１１０に形成された貫通孔に金属等の導電材料を埋め込むことにより形成することができる。同図の貫通電極１３９は、光電変換部１９の配線１６９および配線領域１３０に配置される配線層１３２の間を接続する。上述の光電変換部１９により生成されて第１電極１６３に移動した電荷は、貫通電極１３９を介して半導体基板１１０の表面側に転送される。この転送された電荷は、配線層１３２およびコンタクトプラグ１３３を介してｎ型の半導体領域１１６にさらに転送される。このｎ型の半導体領域１１６は、図１０において説明した画素回路２０ｂの電荷保持部２１ｂを構成する。

【0083】

高屈折率膜１５１は、高い屈折率に構成される膜である。光電変換部１９は、オンチップレンズ１８１に近接して配置される。この高屈折率膜１５１を配置することにより、入射光の集光位置を光電変換部１９に近づけることができる。高屈折率膜１５１には、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）を使用することができる。なお、高屈折率膜１５１を省略することも可能である。

【0084】

光電変換部１９は、オンチップレンズ１８１および半導体基板１１０の間に配置されるため、光電変換部１９により吸収されなかった波長の光が半導体基板１１０の光電変換部１１により光電変換されることとなる。例えば、光電変換部１９が可視光の光電変換を行い、光電変換部１１が赤外光の光電変換を行う構成にすることができる。また、例えば、光電変換部１９が短波長の可視光の光電変換を行い、光電変換部１１が長波長の可視光の光電変換を行う構成にすることもできる。

【0085】

［画素アレイ部の構成］
図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。同図は、図４と同様に画素アレイ部２における画素１００および位相差画素２００の構成例を表す平面図である。画素回路２０ａおよび２０ｂが画素１００等の外側の領域に配置されて複数の画素１００毎に共通に配置され、貫通電極１３９がさらに配置される点で、図４において説明した画素アレイ部２と異なる。

【0086】

画素回路２０ａは、隣接する２行２列の画素１００等に共通に配置される。画素回路２０ａの電荷保持部２１のｎ型の半導体領域１１２は、これら４つの画素１００等の中央部に配置される。同様に、画素回路２０ｂは、隣接する２行２列の画素１００等に共通に配置される。画素回路２０ｂに接続される貫通電極１３９は、これら４つの画素１００等の中央部に配置される。

【0087】

同図において貫通電極１３９は、共通オンチップレンズ１８２およびオンチップレンズ１８１の間に配置される。貫通電極１３９は、半導体基板１１０に配置されて光電変換に寄与しない構造体に該当する。この貫通電極１３９を共通オンチップレンズ１８２が配置される領域とは異なる領域に配置することにより、２つの位相差画素２００の画像信号の出力差を低減することができる。

【0088】

なお、画素１００等の構成は、この例に限定されない。例えば、光電変換膜による光電変換部は、電荷蓄積用電極１６１を省略した２端子型にすることもできる。この場合であっても、貫通電極１３９は、共通オンチップレンズ１８２およびオンチップレンズ１８１の間に配置する。

【0089】

これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0090】

以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、光電変換に寄与しない構造体である貫通電極１３９を共通オンチップレンズ１８２と画素１００のオンチップレンズ１８１との間に配置する。これにより、位相差画素２００の画像信号の差異を低減することができ、位相差画素２００の位相差検出の誤差を低減することができる。

【0091】

＜５．第５の実施の形態＞
上述の第４の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１０の裏面側に光電変換膜を備える光電変換部１９が配置されていた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、オンチップレンズおよび光電変換部１９の間にカラーフィルタを配置する点で、上述の第４の実施の形態と異なる。

【0092】

［画素の構成］
図１３は、本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図１１と同様に、画素１００の構成例を表す模式断面図である。同図の画素１００は、カラーフィルタ１５０が光電変換部１９の第２電極１６５および高屈折率膜１５１の間に配置される点で、図１１の画素１００と異なる。

【0093】

カラーフィルタ１５０には、例えば、赤外光や紫外光を遮蔽するカラーフィルタを使用することができる。これにより、可視光の撮像を行う撮像素子において、赤外光等による誤差を低減することができる。

【0094】

これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第４の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0095】

以上説明したように、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、カラーフィルタ１５０をオンチップレンズ１８１および光電変換部１９の間に配置することにより、可視光の画像信号の誤差を低減することができる。

【0096】

＜６．第６の実施の形態＞
上述の第５の実施の形態の撮像素子１は、オンチップレンズ１８１および光電変換部１９の間にカラーフィルタ１５０を配置していた。これに対し、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、光電変換部１９および半導体基板１１０の間にカラーフィルタを配置する点で、上述の第５の実施の形態と異なる。

【0097】

［画素の構成］
図１４は、本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図１３と同様に、画素１００の構成例を表す模式断面図である。同図の画素１００は、カラーフィルタ１５０が平坦化膜１４４および固定電荷膜１４１の間に配置される点で、図１３の画素１００と異なる。

【0098】

同図のカラーフィルタ１５０は光電変換部１９および半導体基板１１０の間に配置され、同図のカラーフィルタ１５０には光電変換部１９を透過した光が入射する。そこで、光電変換部１９に吸収されなかった光のうち半導体基板１１０の光電変換部１１における光電変換の対象外の波長の光を遮蔽するカラーフィルタを使用することができる。例えば、光電変換部１９が緑色光を吸収して光電変換を行う際に、緑色光を遮光するカラーフィルタ１５０を使用することができる。これにより、半導体基板１１０の光電変換部１１により生成される画像信号の誤差を低減することができる。

【0099】

これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第５の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0100】

以上説明したように、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、カラーフィルタ１５０を光電変換部１９および半導体基板１１０の間に配置することにより、半導体基板１１０の光電変換部１１において生成される画像信号の誤差を低減することができる。

【0101】

＜７．第７の実施の形態＞
上述の第４の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１０に光電変換部１１が配置されていた。これに対し、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１０に配置される光電変換部をさらに備える点で、上述の第４の実施の形態と異なる。

【0102】

［画素の回路構成］
図１５は、本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す回路図である。同図の画素１００および位相差画素２００は、光電変換部がさらに配置される点で、図１０において説明した画素１００および位相差画素２００と異なる。回路構成について画素１００を例に挙げて説明する。同図の画素１００は、光電変換部１５および電荷転送部１６をさらに備え、画素回路２０ｃがさらに配置される点で、図１０において説明した画素１００と異なる。

【0103】

光電変換部１５は、光電変換部１１と同様に、半導体基板１１０に形成されるフォトダイオードにより構成される。また、電荷転送部１６は、電荷転送部１２と同様にＭＯＳトランジスタにより構成される。また、信号線６は、電荷転送部１６のゲートに制御信号を伝達する信号線ＴＲ３をさらに備える。

【0104】

光電変換部１５のアノードは接地され、カソードは電荷転送部１６のソースに接続される。電荷転送部１６のゲートは信号線ＴＲ３に接続される。画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃならびに位相差画素２００ａの電荷転送部１６のドレインは、画素回路２０ｃの電荷保持部２１に共通に接続される。

【0105】

［画素の構成］
図１６は、本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図１１と同様に、画素１００の構成例を表す模式断面図である。同図の画素１００は、光電変換部１５、電荷転送部１６およびカラーフィルタ１５０をさらに備える点で、図１１において説明した画素１００と異なる。

【0106】

光電変換部１５は、半導体基板１１０の裏面の近傍に配置される。具体的には、光電変換部１５を構成するｎ型の半導体領域１１７は、半導体基板１１０の裏面側の浅い領域に形成される。一方、光電変換部１１のｎ型の半導体領域１１１は、半導体基板１１０の深い領域に形成される。すなわち、半導体基板１１０の表面の近傍に配置される。

【0107】

半導体基板１１０に配置されたｎ型の半導体領域１１８は、画素回路２０ｃの電荷保持部２１ｃを構成する半導体領域である。

【0108】

光電変換部１５のｎ型の半導体領域１１７に隣接して電荷転送部１６が配置される。この電荷転送部１６は、図３において説明した電荷転送部１２と同様に縦型トランジスタに構成される。電荷転送部１６は、ゲート電極１２６を備える。電荷転送部１６により、半導体基板１１０の裏面近傍に配置された光電変換部１５により生成された電荷が、半導体基板１１０の表面側に配置された電荷保持部２１の半導体領域１１８に転送される。

【0109】

光電変換膜により構成される光電変換部１９は、最もオンチップレンズ１８１に近い領域に配置されるため、短い波長の光、例えば、青色光を吸収して光電変換を行う構成にすることができる。光電変換部１５は、半導体基板１１０の裏面から浅い領域に配置されるため、光電変換部１９を透過した入射光のうちの比較的短い波長の光、例えば、緑色光の光電変換を行う。これに対し、光電変換部１１は、半導体基板１１０の裏面から深い領域に配置され、赤色光や赤外光のように半導体基板１１０の深い領域に到達する光の光電変換を行うこととなる。このように、同図の画素１００は、３つの波長域の入射光の光電変換を行い、ぞれぞれの光に対応する画像信号を生成することができる。

【0110】

なお、カラーフィルタ１５０は、紫外光を遮蔽するカラーフィルタを使用することができる。また、上述の光電変換部１１が赤色光のみの光電変換を行う際には、赤外光を遮蔽するカラーフィルタ１５０を使用することができる。

【0111】

［画素アレイ部の構成］
図１７は、本開示の第７の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。同図は、図１２と同様に画素アレイ部２における画素１００および位相差画素２００の構成例を表す平面図である。画素回路２０ｃがさらに配置され、ゲート電極１２６がさらに配置される点で、図１２において説明した画素アレイ部２と異なる。

【0112】

同図の画素回路２０ａは、図１２の画素回路２０ａに対して１画素ずれた位置に配置される。図１２において画素回路２０ａが配置されていた場所に画素回路２０ｃが配置される。この画素回路２０ｃの電荷保持部のｎ型の半導体領域１１８に隣接して４つのゲート電極１２６が配置される。

【0113】

画素回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの電荷保持部２１は、何れも４つの画素１００等の光電変換部１１等に共通に接続される。

【0114】

同図に表したように、光電変換に寄与しない貫通電極１３９およびゲート電極１２６（電荷転送部１６）は、共通オンチップレンズ１８２およびオンチップレンズ１８１の間の領域に配置される。また、画素回路２０ａ、２０ｂおよび２０ｃの電荷保持部２１は、何れも４つの画素１００等により共有されて接続される。これにより、ｎ型の半導体領域１１２、貫通電極１３９およびゲート電極１２６をそれぞれ個別に４つの画素１００等の中心に配置することが可能となる。これにより、２つの位相差画素２００の画像信号の出力差を低減することができる。

【0115】

これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第４の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。

【0116】

以上説明したように、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、光電変換に寄与しない構造体であるゲート電極１２１を有する電荷転送部１６および貫通電極１３９を共通オンチップレンズ１８２と画素１００のオンチップレンズ１８１との間に配置する。これにより、位相差画素２００の画像信号の差異を低減することができ、位相差画素２００の位相差検出の誤差を低減することができる。

【0117】

なお、第２の実施の形態の位相差画素２００の構成は、第３乃至第７の実施の形態に組み合わせてもよい。すなわち、第３乃至第７の実施の形態の位相差画素２００の間の半導体基板１１０に分離部１４２を配置してもよい。

【0118】

＜８．カメラへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。

【0119】

図１８は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。

【0120】

レンズ１００１は、カメラ１０００の撮影レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。

【0121】

撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。

【0122】

撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。

【0123】

レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。

【0124】

画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。

【0125】

操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。

【0126】

フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。

【0127】

表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。

【0128】

記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。

【0129】

以上、本開示が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することにより、位相差検出の誤差が軽減され、オートフォーカスを行う際の画像の画質の低下を防止することができる。カメラ１０００は、請求の範囲に記載の撮像装置の一例である。画像処理部１００５は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。

【0130】

なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば監視装置等に適用されてもよい。また、本開示は、カメラ等の電子機器の他に、半導体モジュールの形式の半導体装置に適用することもできる。具体的には、図１８の撮像素子１００２および撮像制御部１００３を１つのパッケージに封入した半導体モジュールである撮像モジュールに本開示に係る技術を適用することもできる。

【0131】

＜９．内視鏡手術システムへの応用例＞
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。

【0132】

図１９は、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概略的な構成の一例を示す図である。

【0133】

図１９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。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

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。

【0137】

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。

【0138】

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。

【0139】

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。

【0140】

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。

【0141】

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。

【0142】

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。

【0143】

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。

【0144】

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。

【0145】

図２０は、図１９に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。

【0146】

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。

【0147】

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。

【0148】

撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。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。

【0149】

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。

【0150】

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。

【0151】

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。

【0152】

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。

【0153】

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。

【0154】

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。

【0155】

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。

【0156】

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。

【0157】

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。

【0158】

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。

【0159】

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。

【0160】

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。

【0161】

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。

【0162】

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、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、図１の撮像素子１は、撮像部１０４０２に適用することができる。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、術者が術部を確実に確認することが可能になる。

【0163】

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。

【0164】

＜１０．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。

【0165】

図２１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。

【0166】

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２１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。

【0167】

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。

【0168】

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。

【0169】

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。

【0170】

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。

【0171】

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。

【0172】

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。

【0173】

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。

【0174】

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。

【0175】

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２１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。

【0176】

図２２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

【0177】

図２２では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。

【0178】

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。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、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。

【0179】

なお、図２２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。

【0180】

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。

【0181】

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。

【0182】

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。

【0183】

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。

【0184】

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、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、図１の撮像素子１は、撮像部１２０３１等に適用することができる。撮像部１２０３１等に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な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。

【0185】

最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

【0186】

また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無い。また、他の効果があってもよい。

【0187】

また、上述の実施の形態における図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。

【0188】

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と前記光電変換により生成された電荷を転送する電荷転送部とを備える画素と、
前記画素毎に配置されて前記入射光を個別に集光する個別オンチップレンズと、
前記光電変換部および前記電荷転送部をそれぞれ備えるとともに隣接して配置されて位相差を検出する複数の位相差画素と、
前記複数の位相差画素に共通に配置されて前記入射光を共通に集光する共通オンチップレンズと、
半導体基板に形成されて前記転送される電荷に基づいて画像信号を生成する画素回路と
を具備し、
前記複数の位相差画素の前記電荷転送部は、前記共通オンチップレンズおよび前記個別オンチップレンズの間の領域に配置される
撮像素子。
（２）前記画素回路は、前記半導体基板の表面側に形成される前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記光電変換部は、前記半導体基板に形成されて前記表面とは異なる面である裏面に入射する前記入射光の光電変換を行う前記（２）に記載の撮像素子。
（４）前記電荷転送部は、前記半導体基板の厚さ方向に電荷を転送する縦型トランジスタにより構成される前記（３）に記載の撮像素子。
（５）前記光電変換部は、前記半導体基板の裏面側に隣接して配置される光電変換膜により構成される前記（２）に記載の撮像素子。
（６）前記電荷転送部は、前記半導体基板を貫通する電極である貫通電極により構成される前記（５）に記載の撮像素子。
（７）前記入射光のうち所定の波長の光を透過するカラーフィルタをさらに具備する前記（５）に記載の撮像素子。
（８）前記カラーフィルタは、前記個別オンチップレンズおよび前記共通オンチップレンズと前記光電変換膜との間に配置される前記（７）に記載の撮像素子。
（９）前記カラーフィルタは、前記光電変換膜と前記半導体基板との間に配置される前記（７）に記載の撮像素子。
（１０）前記位相差画素の前記光電変換部の間に配置される分離部をさらに具備する前記（１）から（９）の何れかに記載の撮像素子。
（１１）入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と前記光電変換により生成された電荷を転送する電荷転送部とを備える画素と、
前記画素毎に配置されて前記入射光を個別に集光する個別オンチップレンズと、
前記光電変換部および前記電荷転送部をそれぞれ備えるとともに隣接して配置されて位相差を検出する複数の位相差画素と、
前記複数の位相差画素に共通に配置されて前記入射光を共通に集光する共通オンチップレンズと、
半導体基板に形成されて前記転送される電荷に基づいて画像信号を生成する画素回路と、
前記生成された画像信号を処理する処理回路と
を具備し、
前記複数の位相差画素の前記電荷転送部は、前記共通オンチップレンズおよび前記個別オンチップレンズの間の領域に配置される
撮像装置。

【符号の説明】

【0189】

１ 撮像素子
２ 画素アレイ部
４ カラム信号処理部
１１、１３、１５、１９ 光電変換部
１２、１２ａ、１２ｂ、１６ 電荷転送部
１４ スイッチ素子
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 画素回路
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 電荷保持部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 画素
１１０ 半導体基板
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２２～１２４、１２５ａ、１２５ｂ、１２６ ゲート電極
１３９ 貫通電極
１４２ 分離部
１５０ カラーフィルタ
１５１ 高屈折率膜
１６１ 電荷蓄積用電極
１６２ 絶縁膜
１６３ 第１電極
１６４ 光電変換膜
１６５ 第２電極
１８１ オンチップレンズ
１８２ 共通オンチップレンズ
２００、２００ａ 位相差画素
１０００ カメラ
１００２ 撮像素子
１００５ 画像処理部
１０４０２、１２０３１、１２１０１～１２１０５ 撮像部

【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20】

【図21】

【図22】