特許ウォッチ

公開番号2025044614
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152298
出願日2023-09-20
発明の名称光検出装置及び撮像装置
出願人ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10F 39/12 20250101AFI20250326BHJP()
要約【課題】位相差信号の精度を向上可能な光検出装置を提供する。
【解決手段】行方向及び列方向にアレイ状に配置された複数の光電変換部を含む半導体基板と、行方向に並んだ2つの光電変換部を含む複数の画素と、半導体基板の光入射面側に配置され、撮像装置の撮像光学系を通過した光を画素毎に集光するマイクロレンズと、を備える構成とした。そして、複数の画素が、複数の特殊画素を含み、特殊画素が、2以上の光電変換部のうちの少なくとも一部である特定光電変換部の光入射面の行方向の一端側領域又は他端側領域を覆う遮光膜を有し、複数の特殊画素のうちの少なくとも一部の特殊画素が、互いに行方向に離れて配置され、各特殊画素が有する遮光膜の行方向の幅が、該遮光膜が覆っている特定光電変換部の行方向の像高に応じて異なっている構成とした。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１方向及び第２方向にアレイ状に配置された複数の光電変換部を含む半導体基板と、
前記第１方向に並んだ２以上の前記光電変換部を含む複数の画素と、
前記半導体基板の光入射面側に配置され、撮像装置の撮像光学系を通過した光を前記画素毎に集光するマイクロレンズと、を備え、
複数の前記画素は、複数の特殊画素を含んでおり、
前記特殊画素は、前記２以上の前記光電変換部のうちの少なくとも一部である特定光電変換部の光入射面の前記第１方向の一端側領域又は他端側領域を覆う遮光膜を有しており、
複数の前記特殊画素のうちの少なくとも一部の前記特殊画素は、互いに前記第１方向に離れて配置され、各前記特殊画素が有する前記遮光膜の前記第１方向の幅が、該遮光膜が覆っている前記特定光電変換部の前記第１方向の像高に応じて異なっている
光検出装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記半導体基板の厚さ方向から見た場合に、前記遮光膜の前記第１方向の幅は、所定の瞳距離を有する前記撮像光学系を通過し且つ前記マイクロレンズで集光された光の集光領域と、該遮光膜の前記第１方向の端部とが重なる大きさになっている
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
前記画素は、前記２以上の前記光電変換部として、前記第１方向に並んだ２つの前記光電変換部を含み、
前記特定光電変換部は、前記特殊画素に含まれる２つの前記光電変換部のうちの１つの前記光電変換部である
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記特定光電変換部は、一の前記特殊画素の前記第１方向の一方側に位置し且つ光入射面の前記第１方向の一端側領域が前記遮光膜で覆われた第１特定光電変換部と、他の前記特殊画素の前記第１方向の一方側に位置し且つ光入射面の前記第１方向の他端側領域が前記遮光膜で覆われた第２特定光電変換部と、を含む光電変換部ペアを複数構成し、
同じ前記光電変換部ペアに含まれる前記第１特定光電変換部の光入射面を覆う前記遮光膜の前記第１方向の幅と、前記第２特定光電変換部の光入射面のうちの前記遮光膜で覆われていない領域の前記第１方向の幅とが等しくなっている
請求項３に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記半導体基板の厚さ方向から見た場合に、前記遮光膜は、前記第１方向の幅が、所定の第１瞳距離を有する前記撮像光学系を通過し且つ前記マイクロレンズで集光された光の集光領域と該遮光膜の前記第１方向の端部とが重なる大きさとなっている第１遮光膜と、前記第１瞳距離とは異なる第２瞳距離を有する前記撮像光学系を通過し且つ前記マイクロレンズで集光された光の集光領域と該遮光膜の前記第１方向の端部とが重なる大きさとなっている第２遮光膜と、を含んで構成されており、
複数の前記光電変換部ペアは、前記第１特定光電変換部及び前記第２特定光電変換部の光入射面を覆う前記遮光膜が前記第１遮光膜である第１特定光電変換部ペアと、前記第１特定光電変換部及び前記第２特定光電変換部の光入射面を覆う前記遮光膜が前記第２遮光膜である第２特定光電変換部ペアと、を含んで構成されている
請求項４に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記第１特定光電変換部ペア及び前記第２特定光電変換部ペアは、所定の２つの前記特殊画素の前記第１方向の一方側に位置する前記光電変換部それぞれを前記第１特定光電変換部ペアの前記第１特定光電変換部及び前記第２特定光電変換部とし、前記２つの前記特殊画素の前記第１方向の他方側に位置する前記光電変換部それぞれを前記第２特定光電変換部ペアの前記第１特定光電変換部及び前記第２特定光電変換部としている
請求項５に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記特殊画素に含まれる２つの前記光電変換部同士で電荷を相互に転送する第１オーバーフローパスと、
前記特殊画素の前記光電変換部から溢れた電荷をフローティングディフュージョンに転送する第２オーバーフローパスと、を備え、
前記第２オーバーフローパスのポテンシャルが、前記第１オーバーフローパスのポテンシャルよりも深くなっている
請求項３に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記画素は、前記２以上の前記光電変換部として、２×２アレイ状に配列された４つの前記光電変換部を含み、
前記特定光電変換部は、前記特殊画素に含まれる前記第２方向に並ぶ二対の前記光電変換部のうちの一対の前記光電変換部である
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記特定光電変換部は、一の前記特殊画素の前記第１方向の一方側に位置し且つ光入射面の前記第１方向の一端側領域が前記遮光膜で覆われた２つの第１特定光電変換部と、他の前記特殊画素の前記第１方向の一方側に位置し且つ光入射面の前記第１方向の他端側領域が前記遮光膜で覆われた２つの第２特定光電変換部と、を含む光電変換部ペアを複数構成し、
同じ前記光電変換部ペアに含まれる前記第１特定光電変換部の光入射面を覆う前記遮光膜の前記第１方向の幅と、前記第２特定光電変換部の光入射面のうちの前記遮光膜で覆われていない領域の前記第１方向の幅とが等しくなっている
請求項８に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記半導体基板の厚さ方向から見た場合に、前記遮光膜は、前記第１方向の幅が、所定の第１瞳距離を有する前記撮像光学系を通過し且つ前記マイクロレンズで集光された光の集光領域と該遮光膜の前記第１方向の端部とが重なる大きさとなっている第１遮光膜と、前記第１瞳距離とは異なる第２瞳距離を有する前記撮像光学系を通過し且つ前記マイクロレンズで集光された光の集光領域と該遮光膜の前記第１方向の端部とが重なる大きさとなっている第２遮光膜と、を含んで構成されており、
複数の前記光電変換部ペアは、前記第１特定光電変換部及び前記第２特定光電変換部の光入射面を覆う前記遮光膜が前記第１遮光膜である第１特定光電変換部ペアと、前記第１特定光電変換部及び前記第２特定光電変換部の光入射面を覆う前記遮光膜が前記第２遮光膜である第２特定光電変換部ペアと、を含んで構成されている
請求項９に記載の光検出装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本技術（本開示に係る技術）は、光検出装置及び撮像装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、２×２アレイ状に配列された４つの光電変換部を含むブロックと、ブロック毎に集光を行うマイクロレンズと、を有する複数の瞳分割画素を備えた光検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の光検出装置は、４つの光電変換部から画素信号を読み出し、読み出した画素信号から位相差信号を取得していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１５４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような光検出装置では、位相差信号の精度のさらなる向上が求められている。
【０００５】
本開示は、位相差信号の精度を向上可能な光検出装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の光検出装置は、（ａ）第１方向及び第２方向にアレイ状に配置された複数の光電変換部を含む半導体基板と、（ｂ）第１方向に並んだ２以上の光電変換部を含む複数の画素と、（ｃ）半導体基板の光入射面側に配置され、撮像装置の撮像光学系を通過した光を画素毎に集光するマイクロレンズと、を備え、（ｄ）複数の画素は、複数の特殊画素を含んでおり、（ｅ）特殊画素は、２以上の光電変換部のうちの少なくとも一部である特定光電変換部の光入射面の第１方向の一端側領域又は他端側領域を覆う遮光膜を有しており、（ｆ）複数の特殊画素のうちの少なくとも一部の特殊画素は、互いに第１方向に離れて配置され、各特殊画素が有する遮光膜の第１方向の幅が、該遮光膜が覆っている特定光電変換部の第１方向の像高に応じて異なっていることを要旨とする。
【０００７】
本開示の撮像装置は、（ａ）第１方向及び第２方向にアレイ状に配置された複数の光電変換部を含む半導体基板、（ｂ）第１方向に並んだ２以上の光電変換部を含む複数の画素、（ｃ）及び半導体基板の光入射面側に配置され、撮像装置の撮像光学系を通過した光を画素毎に集光するマイクロレンズを備え、（ｄ）複数の画素は、複数の特殊画素を含んでおり、（ｅ）特殊画素は、２以上の光電変換部のうちの少なくとも一部である特定光電変換部の光入射面の第１方向の一端側領域又は他端側領域を覆う遮光膜を有しており、（ｆ）複数の特殊画素のうちの少なくとも一部の特殊画素は、互いに第１方向に離れて配置され、各特殊画素が有する遮光膜の第１方向の幅が、該遮光膜が覆っている特定光電変換部の第１方向の像高に応じて異なっている光検出装置を備えることを要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１の実施形態の撮像装置の概略的な構成を示す図である。
受光素子の平面構成を示す図である。
図２に示した受光素子の左上隅の部分を拡大して示す図である。
図３のＡ－Ａ線で破断した場合の、受光素子の断面構成を示す図である。
図３のＢ－Ｂ線で破断した場合の、受光素子の断面構成を示す図である。
図３のＣ－Ｃ線で破断した場合の、受光素子の断面構成を示す図である。
図４のＤ－Ｄ線で破断した場合の、受光素子の断面構成を示す図である。
通常画素及び特殊画素の各部のポテンシャルを示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
第２の実施形態に係る受光素子の平面構成を示す図である。
図１０の第１グループの部分を抜き出して示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
受光素子の断面構成を示す図である。
図１３のＥ－Ｅ線で破断した場合の、受光素子の断面構成を示す図である。
通常画素及び特殊画素の各部のポテンシャルを示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
特殊画素として青色画素を用いた構成を示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
図１９に示した受光素子の左上隅の部分を拡大して示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
信号処理部で行われる画素信号同士の減算のイメージを示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
図２４の像高中央や高像高の通常画素を抜き出して示す図である。
図２４の像高中央や高像高の特殊画素を抜き出して示す図である。
図２４の像高中央や高像高の特殊画素を抜き出して示す図である。
光の入射角と光電変換部の規格化出力との関係を示す図である。
ピンホール画素を示す図である。
ピンホール画素の画素信号を示す図である。
アイランド画素を示す図である。
アイランド画素の画素信号を示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
通常画素及び特殊画素の各部のポテンシャルを示す図である。
変形例に係る受光素子の平面構成を示す図である。
図３５に示した受光素子の左上隅の部分を拡大して示す図である。
通常画素及び特殊画素の各部のポテンシャルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本開示の実施形態に係る光検出装置及び撮像装置の一例を、図１～図３７を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順序で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果は例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
１．第１の実施形態
１－１撮像装置の構成
１－２受光素子の構成
１－３信号処理部の動作
１－４画素分離構造の構成
１－５変形例
２．第２の実施形態
２－１要部の構成
２－２変形例
【００１０】
本発明者らは、特許文献１に記載の光検出装置において、以下の課題を発見した。
特許文献１に記載の光検出装置では、例えば、レンズ交換式の撮像装置に適用された場合、想定された瞳距離（受光素子の撮像面とカメラレンズの出射瞳との間の距離）と大きく異なる瞳距離のカメラレンズが取り付けられると、瞳分割画素で適切な画素信号が得られず、画素信号から生成される位相差信号の精度が低下する可能性があった。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許