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JP2024111649A - 光検出装置及び電子機器 - Google Patents

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JP2024111649A
JP2024111649A JP2023016278A JP2023016278A JP2024111649A JP 2024111649 A JP2024111649 A JP 2024111649A JP 2023016278 A JP2023016278 A JP 2023016278A JP 2023016278 A JP2023016278 A JP 2023016278A JP 2024111649 A JP2024111649 A JP 2024111649A
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Abstract

【課題】入射光を画素における所定の領域に集光する。【解決手段】光検出装置は、画素と、オンチップレンズと、埋込み領域とを有する。その光検出装置が有する画素は、被写体からの入射光の光電変換を行って画素信号を生成する。その光検出装置が有するオンチップレンズは、その画素に配置される。その光検出装置が有する埋込み領域は、そのオンチップレンズに埋め込まれて配置されるそのオンチップレンズとは屈折率が異なる領域である。【選択図】図４Ａ

Description

本開示は、光検出装置及び電子機器に関する。
被写体を撮像する撮像装置として、入射光の光電変換を行う光電変換部を備える画素が２次元行列状に配置されて構成された撮像装置が使用されている。この撮像装置の感度を向上させるため、画素にはオンチップレンズが配置される。このオンチップレンズは、例えば、半球形状に構成されて、画素の入射光を光電変換部に集光するレンズである。一方、撮像装置の外部には、被写体を結像する撮影レンズが配置される。この撮影レンズを透過した入射光が撮像装置に照射される。この際、撮像装置の周縁部に配置される画素には、被写体からの光が斜めに入射する。このため、周縁部の画素では、オンチップレンズによる集光位置が光電変換部からずれることとなり、感度が低下する。この現象は、シェーディングと称される。
そこで、このシェーディングを補正するレンズ曲面を有するオンチップレンズを備える撮像装置（固体撮像装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。球面に傾斜成分を重畳したレンズ曲面を有するオンチップレンズを配置することにより、シェーディングを低減する。
（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６－１５６５１５号公報
しかしながら、上記の従来技術では、入射光を画素における所定の領域に集光できず、所望の画像信号が得られないという問題がある。
そこで、本開示では、入射光を画素における所定の領域に集光可能な光検出装置を提案する。
本開示に係る光検出装置は、被写体からの入射光の光電変換を行って画素信号を生成する画素と、上記画素に配置されるオンチップレンズと、上記オンチップレンズに埋め込まれて配置される上記オンチップレンズとは屈折率が異なる領域である埋込み領域とを有する。
本開示の実施形態に係る光検出装置の概略構成の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係る光検出装置の概略構成の他の例を示す図である。 本開示の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 従来の画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る画素の製造方法を示す図である。 本開示の実施形態に係る画素の製造方法を示す図である。 本開示の実施形態に係る画素の製造方法を示す図である。 本開示の実施形態に係る画素の製造方法を示す図である。 本開示の実施形態に係る画素の製造方法を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第４の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの他の構成例を示す図である。 電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。 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。 撮像部の設置位置の例を示す図である。 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。 図２８に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。説明は、以下の順に行う。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
１．第１の実施形態
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．第４の実施形態
５．第５の実施形態
６．第６の実施形態
７．電子機器の構成
８．移動体への応用例
９．内視鏡手術システムへの応用例
（１．第１の実施形態）
[光検出装置の構成]
図１は、本開示の実施形態に係る光検出装置の概略構成の一例を示す図である。本例の光検出装置１は、図１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に複数の光電変換部を含む画素１２が規則的に２次元的に配列された画素アレイ部（いわゆる撮像領域）１３と、周辺回路部とを有して構成される。画素１２は、光電変換部となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。画素１２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する１つの浮遊拡散領域と、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。
周辺回路部は、垂直駆動回路３３と、カラム信号処理回路３４と、水平駆動回路３５と、出力回路３７と、制御回路３６などを有して構成される。
制御回路３６は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また撮像素子の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路３６では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４及び水平駆動回路３５などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４及び水平駆動回路３５等に入力する。
垂直駆動回路３３は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動線２３を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路３３は、画素領域３の各画素１２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素１２の光電変換部となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路３４に供給する。
カラム信号処理回路３４は、画素１２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素１２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路３４は、画素１２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路３４の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線３８との間に接続されて設けられる。なお、カラム信号処理回路３４は、本開示の「処理回路」の一例である。
水平駆動回路３５は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路３４の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路３４の各々から画素信号を水平信号線３８に出力させる。
出力回路３７は、カラム信号処理回路３４の各々から水平信号線３８を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子３９は、外部と信号のやりとりをする。
なお、同図は、光検出装置１が半導体基板１１に形成される場合の例を表したものである。光検出装置１は、複数の半導体基板により構成することもできる。光検出装置１を構成する複数の基板を積層することにより、光検出装置１のサイズ（面積）を縮小することができる。この場合の例について次に説明する。
[光検出装置の構成]
図２は、本開示の実施形態に係る光検出装置の概略構成の他の例を示す図である。同図の光検出装置１は、３つの基板（第１基板１０、第２基板２０、第３基板３０）を備えている。光検出装置１は、３つの基板（第１基板１０、第２基板２０、第３基板３０）を貼り合わせて構成された３次元構造となっている。第１基板１０、第２基板２０及び第３基板３０は、この順に積層されている。
第１基板１０は、半導体基板１１に、光電変換を行う複数の画素１２を有している。半導体基板１１は、本開示の「半導体基板」の一具体例に相当する。複数の画素１２は、第１基板１０における画素アレイ部１３内に行列状に設けられている。第２基板２０は、半導体基板２１に、画素１２から出力された電荷に基づく画素信号を出力する画素回路２２を４つの画素１２毎に１つずつ有している。半導体基板２１は、本開示の「第２の半導体基板」の一具体例に相当する。また、画素回路２２は、本開示の「信号生成部」の一具体例に相当する。第２基板２０は、行方向に延在する複数の画素駆動線２３と、列方向に延在する複数の垂直信号線２４とを有している。第３基板３０は、半導体基板３１に、画素信号を処理するロジック回路３２を有している。ロジック回路３２は、例えば、垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４、水平駆動回路３５及び制御回路３６を有している。ロジック回路３２（具体的には水平駆動回路３５）は、画素１２ごとの出力電圧Ｖｏｕｔを外部に出力する。ロジック回路３２では、例えば、ソース電極及びドレイン電極と接する不純物拡散領域の表面に、ＣｏＳｉ２やＮｉＳｉなどのサリサイド(Self Aligned Silicide)プロセスを用いて形成されたシリサイドからなる低抵抗領域が形成されていてもよい。
垂直駆動回路３３は、例えば、複数の画素１２を行単位で順に選択する。カラム信号処理回路３４は、例えば、垂直駆動回路３３によって選択された行の各画素１２から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路３４は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各画素１２の受光量に応じた画素データを保持する。水平駆動回路３５は、例えば、カラム信号処理回路３４に保持されている画素データを順次、外部に出力する。制御回路３６は、例えば、ロジック回路３２内の各ブロック（垂直駆動回路３３、カラム信号処理回路３４及び水平駆動回路３５）の駆動を制御する。
図３は、本開示の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素１２の構成例を表す回路図であり、画素１２及び画素回路２２の一例を表したものである。以下では、図２に示したように、４つの画素１２が１つの画素回路２２を共有している場合について説明する。ここで、「共有」とは、４つの画素１２の出力が共通の画素回路２２に入力されることを指している。
各画素１２は、互いに共通の構成要素を有している。図２には、各画素１２の構成要素を互いに区別するために、各画素１２の構成要素の符号の末尾に識別番号（１、２、３及び４）が付与されている。以下では、各画素１２の構成要素を互いに区別する必要のある場合には、各画素１２の構成要素の符号の末尾に識別番号を付与するが、各画素１２の構成要素を互いに区別する必要のない場合には、各画素１２の構成要素の符号の末尾の識別番号を省略するものとする。
各画素１２は、例えば、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤと電気的に接続された電荷転送部ＴＲと、電荷転送部ＴＲを介してフォトダイオードＰＤから出力された電荷を一時的に保持する電荷保持部を構成する浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）ＦＤとを有している。フォトダイオードＰＤは、本開示の「光電変換部」の一具体例に相当する。フォトダイオードＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する。フォトダイオードＰＤのカソードが電荷転送部ＴＲのソースに電気的に接続されており、フォトダイオードＰＤのアノードが基準電位線（例えばグラウンド）に電気的に接続されている。電荷転送部ＴＲのドレインが浮遊拡散領域ＦＤに電気的に接続され、電荷転送部ＴＲのゲートは画素駆動線２３に電気的に接続されている。電荷転送部ＴＲは、例えば、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。
１つの画素回路２２を共有する各画素１２の浮遊拡散領域ＦＤは、互いに電気的に接続されるとともに、共通の画素回路２２の入力端に電気的に接続されている。画素回路２２は、例えば、リセットトランジスタＲＳＴと、選択トランジスタＳＥＬと、増幅トランジスタＡＭＰとを有している。なお、選択トランジスタＳＥＬは、必要に応じて省略してもよい。リセットトランジスタＲＳＴのソース（画素回路２２の入力端）が浮遊拡散領域ＦＤに電気的に接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤ及び増幅トランジスタＡＭＰのドレインに電気的に接続されている。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは画素駆動線２３（図２参照）に電気的に接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに電気的に接続されており、増幅トランジスタＡＭＰのゲートがリセットトランジスタＲＳＴのソースに電気的に接続されている。選択トランジスタＳＥＬのソース（画素回路２２の出力端）が垂直信号線２４に電気的に接続されており、選択トランジスタＳＥＬのゲートが画素駆動線２３（図２参照）に電気的に接続されている。
電荷転送部ＴＲは、オン状態になると、フォトダイオードＰＤの電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＳＴは、浮遊拡散領域ＦＤの電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴがオン状態になると、浮遊拡散領域ＦＤの電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、画素回路２２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰは、画素信号として、浮遊拡散領域ＦＤに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロア型のアンプを構成しており、フォトダイオードＰＤで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力するものである。増幅トランジスタＡＭＰは、選択トランジスタＳＥＬがオン状態になると、浮遊拡散領域ＦＤの電位に応じた電圧を、垂直信号線２４を介してカラム信号処理回路３４に出力する。リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰ及び選択トランジスタＳＥＬは、例えば、ＭＯＳトランジスタである。なお、画像信号は、本開示の「画素信号」の一例である。
［画素の構成］
図４Ａは、本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素１２の構成例を表す図である。また、同図は、半導体基板１１の表面側における画素１２の構成を表す図である。同図の半導体基板には、図３において説明した４つの画素１２（画素１２ａ、画素１２ｂ、画素１２ｃ及び画素１２ｄ）を記載した。これらの画素１２毎に光電変換部１０１、電荷転送部１０２（図３のＴＲに相当する）及び電荷保持部１０３（図２のＦＤに相当する）が配置される。画素１２の境界には、分離部１３５が配置される。なお、画素１２ａ、画素１２ｂ、画素１２ｃ及び画素１２ｄ並びに不図示の画素回路２２の組合せを画素ブロック１００と称する。
画素１２ａ－１２ｄは、平面視において正方形の形状に構成される。これら画素１２ａ－１２ｄに後述するオンチップレンズ１７０が共通に配置される。同図の円は、オンチップレンズ１７０の外形を表す。このオンチップレンズ１７０により被写体からの入射光が集光される。以下、この入射光の集光領域をビームスポットと称する。ビームスポットは、４つの画素１２の中央部に形成される。
画素１２ａ及び１２ｄと画素１２ｂ及び１２ｃとは、位相差画素の機能を有する。この位相差画素は、被写体画像を瞳分割した像面位相差を検出する画素である。この場合、画素１２ａ及び１２ｄと画素１２ｂ及び１２ｃとにおいて個別に画素信号が生成される。この画素信号に基づいて像面位相差が検出される。同図の例では、被写体を左右の方向に瞳分割する。ここで位相差の検出精度を向上させるためには、隣接する位相差画素の中央にビームスポットを形成する必要がある。また、ビームスポットのサイズが小さいほど、瞳分割方向の分離比を向上させることができる。ビームスポットのサイズが小さいほどビームスポット位置が左右に変化した時の位相差信号の差分が大きくなるためである。しかし、ビームスポットのサイズが小さすぎる場合には、画素１２の間に配置された分離部１３５の作用により散乱され入射光の比率が高くなり、混色等の問題を生じる。このため、オンチップレンズ１７０による入射光の集光を調整し、適切なサイズのビームスポットを形成する必要がある。
同図のオンチップレンズ１７０には、埋込み領域１８０及び１８１が配置される。同図のオンチップレンズ１７０の円の内側に記載された円は、埋込み領域１８０及び１８１の外形を表す。この埋込み領域１８０及び１８１は、オンチップレンズ１７０に配置されてオンチップレンズ１７０とは異なる屈折率の領域である。この埋込み領域１８０等を配置することにより、オンチップレンズ１７０における集光を調整することができる。同図の埋込み領域１８０及び１８１は、オンチップレンズ１７０を構成する部材より高い屈折率に構成される例を表したものである。
このように、オンチップレンズ１７０に埋込み領域１８０等を埋め込むことにより、オンチップレンズ１７０の一部に屈折率が異なる領域が形成されることとなる。このような屈折率が異なる領域が隣接する場合、屈折率が高い領域では入射光の位相遅れが大きくなり、屈折率が低い領域では入射光の位相遅れが比較的小さくなる。このため、入射光の方向を屈折率が大きい領域である埋込み領域１８０の側に変化させることができる。これにより、ビームスポットの形状を調整することができる。同図の一点鎖線は、ビームスポットの形状を表す。同図のビームスポットは、埋込み領域１８０及び１８１の並び方向に引き延ばされた楕円の形状に構成される。
同図に表したように、オンチップレンズ１７０には複数の埋込み領域（埋込み領域１８０及び１８１）を配置することができる。この埋込み領域１８０及び１８１は、同じ屈折率に構成することができる。また、埋込み領域１８０及び１８１をそれぞれ異なる屈折率に構成することもできる。
図４Ｂは、従来の画素の構成例を示す図である。同図は、比較のために記載した図である。同図のオンチップレンズ１７０には、埋込み領域１８０及び１８１が配置されていないため、ビームスポットは、円形状に構成される。
［画素の断面の構成］
図５は、本開示の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、画素ブロック１００のうちの画素１２ａ及び１２ｂの部分の構成例を表す模式断面図である。画素１２ａを例に挙げて画素１２の構成を説明する。画素１２は、半導体基板１２０と、絶縁膜１３０と、配線領域１４０と、分離部１３５と、保護膜１３６及び１６０と、カラーフィルタ１５０と、埋込み領域１８０及び１８１とを備える。
半導体基板１２０は、画素１２の半導体素子の拡散層が配置される半導体の基板である。半導体基板１２０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成することができる。半導体素子等は、半導体基板１２０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１２０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型のウェル領域にｎ型又はｐ型の半導体領域を配置することにより半導体素子を形成することができる。同図の半導体基板１２０には、光電変換部１０１（図３のＰＤに相当する）を例として記載した。この光電変換部１０１は、ｎ型の半導体領域１２１により構成される。具体的には、ｎ型の半導体領域１２１及び周囲のｐ型のウェル領域の界面のｐｎ接合からなるフォトダイオードが光電変換部１０１に該当する。
絶縁膜１３０は、半導体基板１２０の表面側を絶縁するものである。この絶縁膜１３０には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜を適用することができる。
配線領域１４０は、半導体基板１２０の表面側に配置されて素子の配線が形成される領域である。この配線領域１４０は、配線１４２と、絶縁層１４１とを備える。配線１４２は、半導体基板１２０の素子等に信号を伝達する導体である。この配線１４２は、例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の金属により構成することができる。絶縁層１４１は、配線１４２等を絶縁するものである。この絶縁層１４１は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。
分離部１３５は、半導体基板１２０における画素１２の境界に配置されて画素１２を電気的及び光学的に分離するものである。この分離部１３５は、半導体基板１２０に埋め込まれた絶縁物により構成することができる。分離部１３５は、例えば、画素１２の境界に形成される半導体基板１２０を貫通する溝部にＳｉＯ２等の絶縁物を配置することにより形成することができる。なお、分離部１３５は、半導体基板１２０の裏側の表面から表面側に達しない深さに構成することもできる。
保護膜１３６は、半導体基板１２０の裏面側を保護する膜である。この保護膜１３６は、ＳｉＯ２等の絶縁物により構成することができる。
カラーフィルタ１５０は、入射光のうちの所定の波長の入射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には、例えば、赤色光、緑色光及び青色光を透過するカラーフィルタを使用することができる。同じ画素ブロック１００に配置される画素１２には、同色に対応するカラーフィルタ１５０が共通に配置される。画素１２は、カラーフィルタ１５０が対応する波長の入射光の画像信号を生成する。
なお、同図の画素１２には、画素ブロック１００の境界のカラーフィルタ１５０の領域に遮光膜１５９が配置される。この遮光膜１５９は、入射光を遮光するものである。遮光膜１５９を配置することにより、隣接する画素１２から斜めに入射する入射光を遮光することができる。
保護膜１６０は、カラーフィルタ１５０に積層されて下層の画素１２の領域を保護するものである。また、保護膜１６０は、カラーフィルタ１５０の表面を平坦化するものである。この保護膜１６０は、オンチップレンズ１７０と同じ材料により構成することができる。
オンチップレンズ１７０は、前述のように画素ブロック１００を構成する複数の画素１２に共通に配置されるレンズである。同図のオンチップレンズ１７０は、半球形状に構成することができる。オンチップレンズ１７０は、アクリル樹脂等の有機材料や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機材料により構成することができる。
同図のオンチップレンズ１７０には、埋込み領域１８０及び１８１が配置される。この埋込み領域１８０及び１８１は、高屈折率の材料、例えば、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）や酸化チタン（ＴｉＯ２）等により構成することができる。また、埋込み領域１８０及び１８１は、低屈折率の材料、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ２及びＳｉＯＮ等の無機膜やスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂及びシロキサン系樹脂等の樹脂系材料（有機膜）により構成することもできる。
オンチップレンズ１７０よりも高い屈折率の埋込み領域１８０及び１８１をオンチップレンズ１７０の中心から離れた位置に配置することにより、高い屈折率の埋込み領域１８０及び１８１の側に入射光の方向を変えることができる。これにより、ビームスポットの径を広げることができる。
なお、同図の埋込み領域１８０及び１８１は、オンチップレンズ１７０の表面に形成された開口部に埋め込まれる形状に構成される例を表したものである。ここで、オンチップレンズ１７０の表面とは、被写体からの光が入射する面を表す。このような構成を採ることにより、オンチップレンズ１７０の部材を介在させずに、入射光を埋込み領域１８０等の上面に直接入射させることができる。これにより、埋込み領域１８０等における入射光の光路を伸長することができ、入射光の方向の変化量を増大させることができる。
［画素の製造方法］
図６Ａ－６Ｅは、本開示の実施形態に係る画素の製造方法を示す図である。同図は、画素１２のうちのオンチップレンズ１７０部分の製造工程を表す図である。
まず、半導体基板１１に配線領域１４０等を形成し、カラーフィルタ１５０及び保護膜１６０を形成する。次に、保護膜１６０の上にオンチップレンズ１７０の材料膜４００を配置する（図６Ａ）。
次に、材料膜４００の表面にレジスト４０１を配置する。このレジスト４０１には、埋込み領域１８０及び１８１を配置する領域に開口部４０２が形成される（図６Ｂ）。
次に、レジスト４０１をマスクとして使用して材料膜４００のエッチングを行い、開口部４０３を形成する（図６Ｃ）。
次に、開口部４０３に埋込み領域１８０及び１８１の構成部材４０４を配置する（図６Ｃ）。
次に、材料膜４００のエッチングを行って半球の形状にする（図６Ｅ）。これは、材料膜４００の上に半球形状のレジストを配置し、当該レジスト及び材料膜４００を同時にドライエッチングしてレジストの形状を材料膜４００に転写することにより行うことができる。
以上の工程により、オンチップレンズ１７０に埋め込まれた埋込み領域１８０及び１８１を形成することができる。
［画素の他の構成］
図７Ａ及び７Ｂは、本開示の第１の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。図７Ａは画素ブロック１００の断面の構成を表し、図７Ｂは画素ブロック１００の平面の構成を表す。
同図の画素ブロック１００は、画素アレイ部１３の端部に配置される画素ブロック１００を表したものである。画素アレイ部１３の端部においては、入射光が画素ブロック１００に斜めに入射する。そこで、オンチップレンズ１７０を画素ブロック１００の中心からずらして配置する。これにより、入射光の集光位置のずれを補正することができる。この補正は、瞳補正と称される。図７Ｂの画素ブロック１００においては、同図の右上方向が画素アレイ部１３の中心の方向となる。
このような場合、入射光が斜めに画素ブロック１００に入射するため、ビームスポットは入射光の方向に引き延ばされた形状となり、位相差の検出精度が低下する。そこで、埋込み領域１８０及び１８１の並び方向が入射光の方向に対して垂直となる位置に埋込み領域１８０及び１８１を配置する。これにより、斜めに入射する入射光のビームスポットの偏りを補正することができる。
このように、本開示の第１の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０に埋込み領域１８０等を配置することにより、入射光の集光を調整することができ、入射光を画素ブロックの所定の領域に集光させることができる。
（２．第２の実施形態）
上述の第１の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０より屈折率にが高い埋込み領域１８０等を配置していた。これに対し、本開示の第２の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０より屈折率が低い埋込み領域を配置する点で、上述の第１の実施形態と異なる。
［画素の構成］
図８Ａ及び８Ｂは、本開示の第２の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の構成例を表す図である。図８Ａは画素ブロック１００の断面の構成を表し、図８Ｂは画素ブロック１００の平面の構成を表す。同図のオンチップレンズ１７０には、埋込み領域１８３が配置される。この埋込み領域１８３は、オンチップレンズ１７０の中央に配置される例を表したものである。埋込み領域１８３は、オンチップレンズ１７０より屈折率が小さいため、入射光を遠ざける方向に作用する。図８Ｂの一点鎖線のビームスポットの内側の点ハッチングの領域は、集光領域を表す。このような埋込み領域１８３は、オンチップレンズ１７０及び半導体基板１１の表面の距離を変えずにレンズパワーを中心に集めたいときに有効である。
［画素の他の構成］
図９Ａ及び９Ｂは、本開示の第２の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の構成例を表す図である。図９Ａは画素ブロック１００の断面の構成を表し、図９Ｂは画素ブロック１００の平面の構成を表す。同図は、オンチップレンズ１７０に埋込み領域１８１乃至１８３が配置される例を表したものである。
これ以外の光検出装置１の構成は本開示の第１の実施形態における光検出装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第２の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０より屈折率が小さい埋込み領域１８３を配置し、入射光の集光を調整することができる。
（３．第３の実施形態）
上述の第１の実施形態の光検出装置１は、同じサイズの埋込み領域１８０等を使用していた。これに対し、本開示の第３の実施形態の光検出装置１は、埋込み領域１８０等のサイズを調整する点で、上述の第１の実施形態と異なる。
［画素の構成］
図１０Ａ－１０Ｃは、本開示の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の平面の構成例を表す図である。同図に記載した文字は、カラーフィルタ１５０の種類を表す。同図の「Ｇ」、「Ｒ」及び「Ｂ」は、それぞれ緑色光、赤色光及び青色光に対応するカラーフィルタ１５０を表す。同図の画素ブロック１００においては、カラーフィルタ１５０の種類に応じて埋込み領域１８０及び１８１のサイズを調整する。
赤色光に対応するカラーフィルタ１５０が配置される画素ブロック１００（図１０Ｂ）では、緑色光に対応するカラーフィルタ１５０が配置される画素ブロック１００（図１０Ａ）より大きいサイズの埋込み領域１８０及び１８１が配置される。また、青色光に対応するカラーフィルタ１５０が配置される画素ブロック１００（図１０Ｃ）では、緑色光に対応するカラーフィルタ１５０が配置される画素ブロック１００（図１０Ａ）より小さいサイズの埋込み領域１８０及び１８１が配置される。
通常、オンチップレンズ１７０や埋込み領域１８０及び１８１は、光の波長に応じて屈折が変化する。そこで、入射光の波長に応じて埋込み領域１８０及び１８１のサイズを調整することにより、ビームスポットの形状を最適化することができる。
これ以外の光検出装置１の構成は本開示の第１の実施形態における光検出装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第３の実施形態の光検出装置１は、画素ブロック１００に配置されるカラーフィルタ１５０に応じて埋込み領域１８０及び１８１のサイズを調整する。これにより、入射光の波長に応じて集光を調整することができる。
（４．第４の実施形態）
上述の第１の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０の瞳補正を行って。これに対し、本開示の第４の実施形態の光検出装置１は、瞳補正の際に埋込み領域１８０及び１８１の位置を調整する点で、上述の第１の実施形態と異なる。
［画素の構成］
図１１は、本開示の第４の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図７Ｂと同様に、画素ブロック１００の平面の構成例を表す図である。埋込み領域１８０及び１８１の位置を入射光の入射角度に応じて調整する点で、図７Ｂの画素ブロック１００と異なる。
光検出装置１に入射する入射光の角度は像高位置によって変化し、画素アレイ部１３の中心から離れた位置（像高が高くなる方向）になるほど主光線の仰角が小さくなる。そのため、画素アレイ部１３の中心と周縁部の高い像高の位置とでは、オンチップレンズ１７０が半導体基板１１の表面に形成するビームスポットの形状が変化する。高い像高では、半導体基板１１の画素ブロック１００の中心にビームスポットの中心が来るように、オンチップレンズ１７０の瞳補正を行う。しかし、オンチップレンズ１７０の位置を変化させるだけではビームスポットの形状を十分に整えることができない。
そこで、埋込み領域１８０及び１８１の位置を更に調整してビームスポットの形状を調整する。同図の画素ブロック１００では、埋込み領域１８０及び１８１を画素ブロック１００の中心から遠ざける方向にずらして配置する。これにより、ビームスポットの形状を円形状に調整することができる。このように、入射光の入射角度に応じてオンチップレンズ１７０における埋込み領域１８０及び１８１の位置を調整することができる。
これ以外の光検出装置１の構成は本開示の第１の実施形態における光検出装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第４の実施形態の光検出装置１は、埋込み領域１８０及び１８１の位置を更に調整することにより、ビームスポットの形状を調整することができる。
（５．第５の実施形態）
上述の第１の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０に埋込み領域１８０及び１８１を配置していた。これに対し、本開示の第５の実施形態の光検出装置１は、オンチップレンズ１７０に３つ以上の埋込み領域を配置する点で、上述の第１の実施形態と異なる。
［画素の構成］
図１２は、本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図４Ａと同様に、画素ブロック１００の平面の構成例を表す図である。同図の画素ブロック１００は、埋込み領域１８０乃至１８３が配置される点で、図４Ａの画素ブロック１００と異なる。なお、同図の画素ブロック１００は、画素アレイ部１３の中央部に配置される画素ブロック１００の例を表したものである。同図の画素ブロック１００においては、４つの埋込み領域１８０乃至１８３により入射光を中心に集光する。画素ブロック１００の周縁部に配置される画素ブロック１００の構成について、次に説明する。
図１３Ａ－１３Ｃは、本開示の第５の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の平面の構成例を表す図である。図１３Ａは、画素アレイ部１３の左端に配置される画素ブロック１００の構成を表す。図１３Ｂは、画素アレイ部１３の下端に配置される画素ブロック１００の構成を表す。図１３Ｃは、画素アレイ部１３の左下隅に配置される画素ブロック１００の構成を表す。なお、同図の点線の円は、埋込み領域の位置を調整する前の状態を表したものである。
図１３Ａの画素ブロック１００においては、埋込み領域１８０及び１８１の位置を調整する。また、図１３Ｂの画素ブロック１００においては、埋込み領域１８２及び１８３の位置を調整する。このように、入射光の方向に沿った並び方向の埋込み領域の位置を調整し、ビームスポットの形状を調整する。
一方、図１３Ｃの画素ブロック１００においては、埋込み領域１８０乃至１８３の位置を調整してビームスポットの形状を調整することとなる。
図１４Ａ－１４Ｃは、本開示の第５の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は、図１３Ａ－１４Ｃと同様に、画素ブロック１００の平面の構成例を表す図である。図１４Ａ－１４Ｃの画素ブロック１００においては、埋込み領域１８０乃至１８３の位置の調整を行う。これにより、ビームスポットの形状を円形状に補正することができる。
これ以外の光検出装置１の構成は本開示の第１の実施形態における光検出装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第５の実施形態の光検出装置１は、埋込み領域１８０乃至１８３により、ビームスポットの形状を調整することができる。
（６．第６の実施形態）
埋込み領域１８０等のバリエーションについて説明する。
［画素の構成］
図１５Ａ－１５Ｃは、本開示の第６の実施形態に係る画素の構成例を示す図である。図１５Ａは、平面視において円形状に構成される埋込み領域１８０等を表したものである。図１５Ｂは、平面視において楕円形状に構成される埋込み領域１８０等を表したものである。図１５Ｃは、平面視において円環形状に構成される埋込み領域１８０等を表したものである。
図１６Ａ－１６Ｃは、本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。図１６Ａは、平面視において菱形形状に構成される埋込み領域１８０等を表したものである。図１６Ｂは、平面視において十字の形状に構成される埋込み領域１８０等を表したものである。図１６Ｃは、平面視において六角形の形状に構成される埋込み領域１８０等を表したものである。
図１７は、本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は、異なる形状の複数の埋込み領域１８０等が配置される例を表したものである。
図１８Ａ－１８Ｃは、本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は画素ブロック１００の断面の構成を表したものである。図１８Ａは、画素アレイ部１３の左端に配置される画素ブロック１００を表したものである。図１８Ｂは、画素アレイ部１３の中央に配置される画素ブロック１００を表したものである。図１８Ｃは、画素アレイ部１３の右端に配置される画素ブロック１００を表したものである。このように、入射光の入射角度に応じて埋込み領域１８０及び１８１の深さを調整することができる。
図１９Ａ－１９Ｃは、本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は、図１８Ａ－１８Ｃと同様に、画素ブロック１００の断面の構成を表したものである。図１９Ａは、画素アレイ部１３の左端に配置される画素ブロック１００を表したものである。図１９Ｂは、画素アレイ部１３の中央に配置される画素ブロック１００を表したものである。図１９Ｃは、画素アレイ部１３の右端に配置される画素ブロック１００を表したものである。このように、入射光の入射角度に応じて埋込み領域１８０及び１８１の深さをそれぞれ調整することができる。
図２０Ａ、２０Ｂは、本開示の第６の実施形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は、１つの画素１２を含む画素ブロック１００の例を表したものである。図２０Ａは画素ブロック１００の平面の構成を表し、図２０Ｂは画素ブロック１００の断面の構成を表す。同図の画素１２はオンチップレンズ１７１を備える。オンチップレンズ１７１は、オンチップレンズ１７０と異なり、複数の画素１２に共通に配置されないオンチップレンズである。一方、このオンチップレンズ１７１には、オンチップレンズ１７０と同様に、埋込み領域１８０及び１８１が配置される。この埋込み領域１８０及び１８１は、例えば、前述の瞳補正のためにオンチップレンズ１７１の位置をずらした場合等において、ビームスポットの形状を調整するために位置を調整することができる。また、埋込み領域１８０及び１８１は、入射光の入射角度に応じて位置を調整することができる。
なお、図２０Ｂの画素ブロック１００は、オンチップレンズ１７１並びに埋込み領域１８０及び１８１の上面に隣接する反射防止膜１９０が配置される例を表したものである。この反射防止膜１９０は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。
図２１Ａ及び２１Ｂは、本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の構成例を表す平面図である。
図２２は、本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの他の構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の構成例を表す平面図である。
図２３Ａ及び２３Ｂは、本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の構成例を表す平面図である。
図２４は、本開示の第６の実施形態に係る画素ブロックの他の構成例を示す図である。同図は、画素ブロック１００の構成例を表す平面図である。
（７．電子機器の構成）
上述したような光検出装置１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図２５は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。図２５に示すように、電子機器７０１は、光学系７０２、光検出装置７０３、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）７０４を備えており、バス７０７を介して、ＤＳＰ７０４、表示装置７０５、操作系７０６、メモリ７０８、記録装置７０９、及び電源系７１０が接続されて構成され、静止画像及び動画像を撮像可能である。
光学系７０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光検出装置７０３に導き、光検出装置７０３の受光面（センサ部）に結像させる。
光検出装置７０３には、上述したいずれかの構成例の光検出装置１が適用される。光検出装置７０３には、光学系７０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、光検出装置７０３に蓄積された電子に応じた信号がＤＳＰ７０４に入力される。
ＤＳＰ７０４は、光検出装置７０３からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ７０８に一時的に記憶させる。メモリ７０８に記憶された画像のデータは、記録装置７０９に記録されたり、表示装置７０５に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系７０６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて電子機器７０１の各ブロックに操作信号を供給し、電源系７１０は、電子機器７０１の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。
（８．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。
図２８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。
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２８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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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２８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。
図２７は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図２７では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
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。
なお、図２７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。
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。
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。
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。
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。
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に適用され得る。具体的には、図１の光検出装置１は、撮像部１２０３１に適用することができる。
（９．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。
図２８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。
図２８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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図２９は、図２８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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、内視鏡１１１００や、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の光検出装置１は、撮像部１１４０２に適用することができる。
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。
なお、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く、また他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
被写体からの入射光の光電変換を行って画素信号を生成する画素と、
前記画素に配置されるオンチップレンズと、
前記オンチップレンズに埋め込まれて配置される前記オンチップレンズとは屈折率が異なる領域である埋込み領域と
を有する光検出装置。
（２）
前記オンチップレンズに複数の前記埋込み領域が配置される前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
複数の前記埋込み領域は、それぞれ異なる屈折率に構成される前記（２）に記載の光検出装置。
（４）
複数の前記埋込み領域は、それぞれ異なる埋込み深さに構成される前記（２）又は（３）に記載の光検出装置。
（５）
前記画素に配置される前記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過するカラーフィルタを更に有し、
前記埋込み領域は、前記カラーフィルタに応じたサイズに構成される
前記（１）から（４）の何れかに記載の光検出装置。
（６）
前記埋込み領域は、前記入射光の入射角度に応じて前記オンチップレンズにおける位置が調整される前記（１）に記載の光検出装置。
（７）
前記埋込み領域は、前記オンチップレンズの表面に形成された開口部を埋める形状に構成される前記（１）から（６）の何れかに記載の光検出装置。
（８）
前記オンチップレンズは、複数の前記画素に共通に配置される前記（１）から（７）の何れかに記載の光検出装置。
（９）
前記オンチップレンズは、２行２列に配置される４つの前記画素に共通に配置される前記（８）に記載の光検出装置。
（１０）
前記オンチップレンズは、隣接する２つの前記画素に共通に配置される前記（８）に記載の光検出装置。
（１１）
前記オンチップレンズが共通に配置される複数の前記画素のうちの隣接する２つの前記画素は、前記被写体を瞳分割して像面位相差を検出するための複数の位相差信号を前記画素信号として生成する前記（８）に記載の光検出装置。
（１２）
前記オンチップレンズ及び前記オンチップレンズが共通に配置される複数の前記画素を有する複数の画素ブロックを備える画素アレイ部を有する前記（１）から（１１）の何れかに記載の光検出装置。
（１３）
被写体からの入射光の光電変換を行って画素信号を生成する画素と、
前記画素に配置されるオンチップレンズと、
前記オンチップレンズに埋め込まれて配置される前記オンチップレンズとは屈折率が異なる領域である埋込み領域と、
前記生成された画素信号を処理する処理回路と
を有する電子機器。
１ 光検出装置
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 画素
１３ 画素アレイ部
３４ カラム信号処理回路
１００ 画素ブロック
１０１ 光電変換部
１５０ カラーフィルタ
１７０、１７１ オンチップレンズ
１８０～１８３ 埋込み領域
７０１ 電子機器
７０３ 光検出装置
１１４０２、１２０３１、１２１０１～１２１０５ 撮像部

Claims (13)

  1. 被写体からの入射光の光電変換を行って画素信号を生成する画素と、
    前記画素に配置されるオンチップレンズと、
    前記オンチップレンズに埋め込まれて配置される前記オンチップレンズとは屈折率が異なる領域である埋込み領域と
    を有する光検出装置。
  2. 前記オンチップレンズに複数の前記埋込み領域が配置される請求項１に記載の光検出装置。
  3. 複数の前記埋込み領域は、それぞれ異なる屈折率に構成される請求項２に記載の光検出装置。
  4. 複数の前記埋込み領域は、それぞれ異なる埋込み深さに構成される請求項２に記載の光検出装置。
  5. 前記画素に配置される前記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過するカラーフィルタを更に有し、
    前記埋込み領域は、前記カラーフィルタに応じたサイズに構成される
    請求項１に記載の光検出装置。
  6. 前記埋込み領域は、前記入射光の入射角度に応じて前記オンチップレンズにおける位置が調整される請求項１に記載の光検出装置。
  7. 前記埋込み領域は、前記オンチップレンズの表面に形成された開口部を埋める形状に構成される請求項１に記載の光検出装置。
  8. 前記オンチップレンズは、複数の前記画素に共通に配置される請求項１に記載の光検出装置。
  9. 前記オンチップレンズは、２行２列に配置される４つの前記画素に共通に配置される請求項８に記載の光検出装置。
  10. 前記オンチップレンズは、隣接する２つの前記画素に共通に配置される請求項８に記載の光検出装置。
  11. 前記オンチップレンズが共通に配置される複数の前記画素のうちの隣接する２つの前記画素は、前記被写体を瞳分割して像面位相差を検出するための複数の位相差信号を前記画素信号として生成する請求項８に記載の光検出装置。
  12. 前記オンチップレンズ及び前記オンチップレンズが共通に配置される複数の前記画素を有する複数の画素ブロックを備える画素アレイ部を有する請求項１に記載の光検出装置。
  13. 被写体からの入射光の光電変換を行って画素信号を生成する画素と、
    前記画素に配置されるオンチップレンズと、
    前記オンチップレンズに埋め込まれて配置される前記オンチップレンズとは屈折率が異なる領域である埋込み領域と、
    前記生成された画素信号を処理する処理回路と
    を有する電子機器。
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