JP2020031127A - 固体撮像装置、撮像装置、および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構成でフレアの発生を抑制するとともに、フレアによる色付きを抑制できるようにする。【解決手段】固体撮像素子と透明保護基板(ガラス基板)との間に高屈折率層を形成する。オンチップレンズにより発生する回折光による反射光が、高屈折率層との界面で発生する反射が生じることで、表層の透明保護基板で全反射した後、再入射するときまでに十分減衰することで、フレアとフレアによる色付きが抑制される。本開示は、撮像装置に適応することができる。【選択図】図8

Description

本開示は、固体撮像装置、撮像装置、および電子機器に関し、特に、簡易な構成でフレアの発生と、フレアによる色付きを抑制できるようにした固体撮像装置、撮像装置、および電子機器に関する。
近年、撮像素子の簡易なパッケージ方法として、チップスケールパッケージ(Chip Scale Package;CSP)構造が提案され、このCSP構造の撮像素子が量産されている。
ところが、上記したCSP構造では、撮像素子の上面で反射した光がシールガラス(保護基盤)で全反射して、再入射することで生じる、CSP構造以外のパッケージ構造では生じることのなかったフレア(偽画像)光が発生する。
そこで、シールガラスに波長制御膜を形成することでフレアを抑制する技術が提案されている(特許文献1,2参照)。
特開2012−175461号公報 特開2013−041941号公報
しかしながら、特許文献1,2に記載の波長制御膜は、波長依存性があり、フレアによる色付きを抑制できない恐れがあった。
また、波長制御膜は、TiO/SiO等の積層膜により形成されるため、波長制御膜の形成に工数が掛かる。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、簡易な構成でフレアの発生と、フレアによる色付きを抑制できるようにするものである。
本開示の一側面の固体撮像装置、撮像装置、および電子機器は、光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される固体撮像装置、撮像装置、および電子機器である。
本開示の一側面においては、光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される。
本開示の撮像装置の構成例を説明する図である。 図1の撮像装置における固体撮像素子を含む一体化構成部の外観概略図である。 一体化構成部の基板構成を説明する図である。 積層基板の回路構成例を示す図である。 画素の等価回路を示す図である。 積層基板の詳細構造を示す図である。 フレアの発生を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第1の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第2の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第3の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第4の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第5の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第6の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示の一体化構成部の第7の実施の形態の構成例を説明する図である。 本開示のカメラモジュールを適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本開示の技術を適用したカメラモジュールの使用例を説明する図である。 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。 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。 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。 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。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
以下、本開示を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
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.電子機器への適用
9.固体撮像装置の使用例
10.内視鏡手術システムへの応用例
11.移動体への応用例
<<1.第1の実施の形態>>
<本開示の撮像装置の構成例>
図1を参照して、簡易な構成でフレアの発生を抑制すると共に、フレアによる色付きを抑制する、本開示の撮像装置の構成例について説明する。尚、図1は、撮像装置の側面断面図である。
図1の撮像装置1は、固体撮像素子11、高屈折率層12、接合用樹脂13、保護基板(透明保護基板、シールガラス、ガラス基板等)14、レンズ群16、回路基板17、アクチュエータ18、コネクタ19、およびスペーサ20より構成されている。
固体撮像素子11は、いわゆるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)や、CCD(Charge Coupled Device)などからなるイメージセンサであり、回路基板17上で電気的に接続された状態で固定されている。固体撮像素子11は、図4を参照して後述するように、アレイ状に配置された複数の画素より構成され、画素単位で、図中上方よりレンズ群16を介して集光されて入射される、入射光の光量に応じた画素信号を生成し、画像信号として回路基板17を介してコネクタ19より外部に出力する。
固体撮像素子11の図1中の上面部には、高屈折率層12が設けられている。高屈折率層12は、固体撮像素子11の平坦化膜11e(図2)、および、接合用樹脂13のいずれの屈折率よりも高い屈折率の単層膜である。
高屈折率層12は、例えば、シリコン窒化膜、炭化シリコンなどのシリコン化合物、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化錫(すず)、などの金属酸化物、或いは、これらの複合酸化物、または、アクリル系樹脂やシロキサンなどの有機物から構成される。
高屈折率層12と、保護基板14とは、保護基板14と同一の屈折率の接合用樹脂13により接合されている。
すなわち、固体撮像素子11、高屈折率層12、および保護基板14が、積層され、透明の接合用樹脂13により、貼り合わされて、一体的な構成とされて、回路基板17に接続されている。尚、図中の一点鎖線で囲まれた、固体撮像素子11、高屈折率層12、および保護基板14は、接合用樹脂13により貼り合わされて、いわゆる、CSP(Chip Scale Package)に一体化された構成にされているので、以降においては、単に、一体化構成部10とも称する。
固体撮像素子11、高屈折率層12、および保護基板14が一体構成された全体を取り囲むようにスペーサ20が回路基板17上に構成されている。また、スペーサ20の上に、アクチュエータ18が設けられている。アクチュエータ18は、円筒状に構成されており、その円筒内部に複数のレンズが積層されて構成されるレンズ群16を内蔵し、図1中の上下方向に駆動させる。
このような構成により、アクチュエータ18は、レンズ群16を、図1中の上下方向(光軸に対して前後方向)に移動させることで、図中の上方となる図示せぬ被写体までの距離に応じて、固体撮像素子11の撮像面上において、被写体を結像させるように焦点を調整することでオートフォーカスを実現する。
<外観概略図>
次に、図2乃至図6を参照して、一体化構成部10の構成につい説明する。図2は、一体化構成部10の外観概略図を示している。
図2に示される一体化構成部10は、下側基板11aと上側基板11bとが積層されて構成されている積層基板からなる固体撮像素子11がパッケージ化された、いわゆる、CSP(Chip Scale Package)と呼ばれる半導体パッケージである。
固体撮像素子11を構成する積層基板の下側基板11aには、図1の回路基板17と電気的に接続するための裏面電極であるはんだボール11fが、複数、形成されている。
上側基板11bの上面には、層間絶縁膜11c、およびR(赤)、G(緑)、またはB(青)のカラーフィルタを含むオンチップレンズ(マイクロレンズ)11dが形成されている。また、上側基板11bは、オンチップレンズ11dを保護し、平坦化するための平坦化膜11eおよび層間絶縁膜11cを介してキャビティレス構造で接続されている。
例えば、上側基板11bには、図3Aに示されるように、光電変換を行う画素部がアレイ状に2次元配列された画素領域21と、画素部の制御を行う制御回路22が形成されており、下側基板11aには、画素部から出力された画素信号を処理する信号処理回路などのロジック回路23が形成されている。
あるいはまた、図3Bに示されるように、上側基板11bには、画素領域21のみが形成され、下側基板11aに、制御回路22とロジック回路23が形成される構成でもよい。
以上のように、ロジック回路23または制御回路22及びロジック回路23の両方を、画素領域21の上側基板11bとは別の下側基板11aに形成して積層させることで、1枚の半導体基板に、画素領域21、制御回路22、およびロジック回路23を平面方向に配置した場合と比較して、撮像装置1としてのサイズを小型化することができる。
以下では、少なくとも画素領域21が形成される上側基板11bを、画素センサ基板11bと称し、少なくともロジック回路23が形成される下側基板11aを、ロジック基板11aと称して説明を行う。
<積層基板の構成例>
図4は、固体撮像素子11の回路構成例を示している。
固体撮像素子11は、画素32が2次元アレイ状に配列された画素アレイ部33と、垂直駆動回路34、カラム信号処理回路35、水平駆動回路36、出力回路37、制御回路38、および入出力端子39を含む。
画素32は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。画素32の回路構成例については、図5を参照して後述する。
また、画素32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、共有される1つのフローティングディフージョン(浮遊拡散領域)と、共有される1つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の1つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
制御回路38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、また固体撮像素子11の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路38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34、カラム信号処理回路35及び水平駆動回路36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、制御回路38は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路34、カラム信号処理回路35及び水平駆動回路36等に出力する。
垂直駆動回路34は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線40を選択し、選択された画素駆動配線40に画素32を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素32を駆動する。すなわち、垂直駆動回路34は、画素アレイ部33の各画素32を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素32の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線41を通してカラム信号処理回路35に供給する。
カラム信号処理回路35は、画素32の列ごとに配置されており、1行分の画素32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。例えば、カラム信号処理回路5は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
水平駆動回路36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35の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路35の各々から画素信号を水平信号線42に出力させる。
出力回路37は、カラム信号処理回路35の各々から水平信号線42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。出力回路37は、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。
以上のように構成される固体撮像素子11は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路35が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
<画素の回路構成例>
図5は、画素32の等価回路を示している。
図5に示される画素32は、電子式のグローバルシャッタ機能を実現する構成を示している。
画素32は、光電変換素子(光電変換領域)としてのフォトダイオード51、第1転送トランジスタ52、メモリ部(MEM)53、第2転送トランジスタ54、FD(フローティング拡散領域)55、リセットトランジスタ56、増幅トランジスタ57、選択トランジスタ58、及び排出トランジスタ59を有する。
フォトダイオード51は、受光量に応じた電荷(信号電荷)を生成し、蓄積する光電変換部である。フォトダイオード51のアノード端子が接地されているとともに、カソード端子が第1転送トランジスタ52を介してメモリ部53に接続されている。また、フォトダイオード51のカソード端子は、不要な電荷を排出するための排出トランジスタ59とも接続されている。
第1転送トランジスタ52は、転送信号TRXによりオンされたとき、フォトダイオード51で生成された電荷を読み出し、メモリ部53に転送する。メモリ部53は、FD55に電荷を転送するまでの間、一時的に電荷を保持する電荷保持部である。
第2転送トランジスタ54は、転送信号TRGによりオンされたとき、メモリ部53に保持されている電荷を読み出し、FD55に転送する。
FD55は、メモリ部53から読み出された電荷を信号として読み出すために保持する電荷保持部である。リセットトランジスタ56は、リセット信号RSTによりオンされたとき、FD55に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出されることで、FD55の電位をリセットする。
増幅トランジスタ57は、FD55の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ57は定電流源としての負荷MOS60とソースフォロワ回路を構成し、FD55に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す画素信号が、増幅トランジスタ57から選択トランジスタ58を介してカラム信号処理回路35(図4)に出力される。負荷MOS60は、例えば、カラム信号処理回路35内に配置されている。
選択トランジスタ58は、選択信号SELにより画素32が選択されたときオンされ、画素32の画素信号を、垂直信号線41を介してカラム信号処理回路35に出力する。
排出トランジスタ59は、排出信号OFGによりオンされたとき、フォトダイオード51に蓄積されている不要電荷を定電圧源VDDに排出する。
転送信号TRX及びTRG、リセット信号RST、排出信号OFG、並びに選択信号SELは、画素駆動配線40を介して垂直駆動回路34から供給される。
画素32の動作について簡単に説明する。
まず、露光開始前に、Highレベルの排出信号OFGが排出トランジスタ59に供給されることにより排出トランジスタ59がオンされ、フォトダイオード51に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出され、全画素のフォトダイオード51がリセットされる。
フォトダイオード51のリセット後、排出トランジスタ59が、Lowレベルの排出信号OFGによりオフされると、画素アレイ部33の全画素で露光が開始される。
予め定められた所定の露光時間が経過すると、画素アレイ部33の全画素において、転送信号TRXにより第1転送トランジスタ52がオンされ、フォトダイオード51に蓄積されていた電荷が、メモリ部53に転送される。
第1転送トランジスタ52がオフされた後、各画素32のメモリ部53に保持されている電荷が、行単位に、順次、カラム信号処理回路35に読み出される。読み出し動作は、読出し行の画素32の第2転送トランジスタ54が転送信号TRGによりオンされ、メモリ部53に保持されている電荷が、FD55に転送される。そして、選択トランジスタ58が選択信号SELによりオンされることで、FD55に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す信号が、増幅トランジスタ57から選択トランジスタ58を介してカラム信号処理回路35に出力される。
以上のように、図5の画素回路を有する画素32は、露光時間を画素アレイ部33の全画素で同一に設定し、露光終了後はメモリ部53に電荷を一時的に保持しておいて、メモリ部53から行単位に順次電荷を読み出すグローバルシャッタ方式の動作(撮像)が可能である。
なお、画素32の回路構成としては、図5に示した構成に限定されるものではなく、例えば、メモリ部53を持たず、いわゆるローリングシャッタ方式による動作を行う回路構成を採用することもできる。
<固体撮像装置の基本構造例>
次に、図6を参照して、固体撮像素子11の詳細構造について説明する。図6は、固体撮像素子11の一部分を拡大して示した断面図である。
ロジック基板11aには、例えばシリコン(Si)で構成された半導体基板81(以下、シリコン基板81という。)の上側(画素センサ基板11b側)に、多層配線層82が形成されている。この多層配線層82により、図3の制御回路22やロジック回路23が構成されている。
多層配線層82は、画素センサ基板11bに最も近い最上層の配線層83a、中間の配線層83b、及び、シリコン基板81に最も近い最下層の配線層83cなどからなる複数の配線層83と、各配線層83の間に形成された層間絶縁膜84とで構成される。
複数の配線層83は、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)などを用いて形成され、層間絶縁膜84は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などで形成される。複数の配線層83及び層間絶縁膜84のそれぞれは、全ての階層が同一の材料で形成されていてもよし、階層によって2つ以上の材料を使い分けてもよい。
シリコン基板81の所定の位置には、シリコン基板81を貫通するシリコン貫通孔85が形成されており、シリコン貫通孔85の内壁に、絶縁膜86を介して接続導体87が埋め込まれることにより、シリコン貫通電極(TSV:Through Silicon Via)88が形成されている。絶縁膜86は、例えば、SiO2膜やSiN膜などで形成することができる。
なお、図6に示されるシリコン貫通電極88では、内壁面に沿って絶縁膜86と接続導体87が成膜され、シリコン貫通孔85内部が空洞となっているが、内径によってはシリコン貫通孔85内部全体が接続導体87で埋め込まれることもある。換言すれば、貫通孔の内部が導体で埋め込まれていても、一部が空洞となっていてもどちらでもよい。このことは、後述するチップ貫通電極(TCV:Through Chip Via)105などについても同様である。
シリコン貫通電極88の接続導体87は、シリコン基板81の下面側に形成された再配線90と接続されており、再配線90は、はんだボール11fと接続されている。接続導体87及び再配線90は、例えば、銅(Cu)、タングステン(W)、タングステン(W)、ポリシリコンなどで形成することができる。
また、シリコン基板81の下面側には、はんだボール11fが形成されている領域を除いて、再配線90と絶縁膜86を覆うように、ソルダマスク(ソルダレジスト)91が形成されている。
一方、画素センサ基板11bには、シリコン(Si)で構成された半導体基板101(以下、シリコン基板101という。)の下側(ロジック基板11a側)に、多層配線層102が形成されている。この多層配線層102により、図3の画素領域21の画素回路が構成されている。
多層配線層102は、シリコン基板101に最も近い最上層の配線層103a、中間の配線層103b、及び、ロジック基板11aに最も近い最下層の配線層103cなどからなる複数の配線層103と、各配線層103の間に形成された層間絶縁膜104とで構成される。
複数の配線層103及び層間絶縁膜104として使用される材料は、上述した配線層83及び層間絶縁膜84の材料と同種のものを採用することができる。また、複数の配線層103や層間絶縁膜104が、1または2つ以上の材料を使い分けて形成されてもよい点も、上述した配線層83及び層間絶縁膜84と同様である。
なお、図6の例では、画素センサ基板11bの多層配線層102は3層の配線層103で構成され、ロジック基板11aの多層配線層82は4層の配線層83で構成されているが、配線層の総数はこれに限られず、任意の層数で形成することができる。
シリコン基板101内には、PN接合により形成されたフォトダイオード51が、画素32ごとに形成されている。
また、図示は省略されているが、多層配線層102とシリコン基板101には、第1転送トランジスタ52、第2転送トランジスタ54などの複数の画素トランジスタや、メモリ部(MEM)53なども形成されている。
オンチップレンズ11dが形成されていないシリコン基板101の所定の位置には、画素センサ基板11bの配線層103aと接続されているシリコン貫通電極108と、ロジック基板11aの配線層83aと接続されているチップ貫通電極105が、形成されている。
チップ貫通電極105とシリコン貫通電極108は、シリコン基板101上面に形成された接続用配線106で接続されている。また、シリコン貫通電極108及びチップ貫通電極105のそれぞれとシリコン基板101との間には、絶縁膜107が形成されている。さらに、シリコン基板101の上面には、平坦化膜(絶縁膜)11cを介して、オンチップレンズ11dが形成されている。
以上のように、図2に示される固体撮像素子11は、ロジック基板11aの多層配線層102側と、画素センサ基板11bの多層配線層82側とを貼り合わせた積層構造となっている。図6では、ロジック基板11aの多層配線層102側と、画素センサ基板11bの多層配線層82側とを貼り合わせ面が、破線で示されている。
また、撮像装置1の固体撮像素子11では、画素センサ基板11bの配線層103とロジック基板11aの配線層83が、シリコン貫通電極108とチップ貫通電極105の2本の貫通電極により接続され、ロジック基板11aの配線層83とはんだボール(裏面電極)11fが、シリコン貫通電極88と再配線90により接続されている。これにより、撮像装置1の平面積を、極限まで小さくすることができる。
さらに、固体撮像素子11上の高屈折率層12と保護基板14との間を、キャビティレス構造にして、接合用樹脂13により貼り合わせることにより、高さ方向についても低くすることができる。
したがって、図1に示される撮像装置1によれば、より小型化した半導体装置(半導体パッケージ)を実現することができる。
以上のような撮像装置1の構成により、保護基板14と、固体撮像素子11との間に高屈折率層12が設けられることになるので、光の内乱反射によるフレアの発生を抑制するとともに、フレアによる色付きを抑制ことが可能となる。
<フレアが発生する原理>
ここで、フレアが発生する原理について説明する。図7で示されるように、高屈折率層12が存在しない一体化構成部10の場合、入射光L1がオンチップレンズ11dの表層の位置P1において、反射すると共に、回折により反射光L11乃至L14を発生させる。
反射光L11乃至L14のうち、点線で示される臨界角よりも小さい反射角の反射光L11,L12については、接合用樹脂13および保護基板14を透過する。
しかしながら、反射光L11乃至L14のうち、点線で示される臨界角よりも大きな反射角の反射光L13,L14については、保護基板14と空気層151との境界の位置P11,P12において、再度全反射する。この場合、全反射した反射光L13,L14は、反射率が同一の保護基板14と接合用樹脂13を透過することで、固体撮像素子11に再入射する。この再入射する反射光L13,L14が、フレアを発生させる。
<フレアの発生を抑制する原理>
これに対して、図1の撮像装置1における一体化構成部10は、図8で示されるように、接合用樹脂13と固体撮像素子11との間に高屈折率層12が設けられることにより、フレアの発生が抑制される。そこで、フレアの発生が抑制される原理を説明するために、入射光L101が、オンチップレンズ11dの位置P101において反射されるとき生じる反射光のうち、臨界角よりも大きな反射角の反射光L111について考える。
この場合、反射光L111は、平坦化膜11eを透過すると、平坦化膜11eと高屈折率層12との境界の位置P111において、矢印で示されるように一部が反射光r1として反射される。これにより、反射光L111から反射光r1分だけ光量が低減した反射光L111−1が高屈折率層12を透過する。
また、反射光L111−1は、高屈折率層12を透過すると、高屈折率層12と接合用樹脂13との境界の位置P112において、矢印で示されるように一部が反射光r2として反射される。これにより、反射光L111−1から反射光r2分だけ光量が低減した反射光L111−2が接合用樹脂13および保護基板14を透過する。
さらに、反射光L111−2は、接合用樹脂13および保護基板14を透過すると、保護基板14と空気層151との境界の位置P121において、矢印で示されるように全反射されて、反射光L111−3として、再び保護基板14および接合用樹脂13を透過する。
そして、反射光L111−3は、保護基板14および接合用樹脂13を透過すると、接合用樹脂13と高屈折率層12との境界の位置P113において、矢印で示されるように一部が反射光r3として反射される。これにより、反射光L111−2から反射光r3分だけ光量が低減した反射光L111−4が高屈折率層12を透過する。
さらに、反射光L111−4は、高屈折率層12を透過すると、高屈折率層12と平坦膜11dとの境界の位置P114において、矢印で示されるように一部が反射光r4として反射される。これにより、反射光L111−4から反射光r4分だけ光量が低減した反射光L111−5がオンチップレンズ11dに再入射する。
すなわち、反射光L111は、高屈折率層12との界面(高屈折率層12と平坦化膜11eとの界面、および接合用樹脂13と高屈折率層12との界面)上の位置P111乃至P114のそれぞれにおいて、一部が反射光r1乃至r4として反射される。これにより、反射光L111の光量は徐々に低減されて、最終的に反射光L111−5となってオンチップレンズ11dに再入射することになる。
結果として、図8を参照して説明したように、図1の撮像装置1の一体化構成部10においては、反射光L111−5が、反射光L111より十分に光量が低減された光となって固体撮像素子11に再入射することになるので、フレアの発生が抑制されるとともに、フレアによる色付きが抑制される。
また、高屈折率層12は、単層構造であるので、例えば、波長制御膜などのように積層させて形成される場合に比べて構成が簡易であり、製造上でも工数を低減させることができるので、製造コストを低減させることが可能となる。
<<2.第2の実施の形態>>
以上においては、高屈折率層12が、固体撮像素子11の平坦化膜11eと、接合用樹脂13との間に形成される例について説明してきたが、高屈折率層12は、保護基板14と、平坦化膜11eとの間で、反射光の光量を徐々に低減できるような他の層との界面を形成することができれば、他の位置に形成されてもよいので、例えば、接合用樹脂13と保護基板14との間に形成されてもよい。
図9は、高屈折率層12が、接合用樹脂13と保護基板14との間に形成されるときの一体化構成部10の側面断面を示している。すなわち、図9の一体化構成部10は、図中下から、固体撮像素子11、接合用樹脂13、高屈折率層12、および保護基板14の順序で積層され、高屈折率層12が、接合用樹脂13と保護基板14との間に形成されている。
ここで、図9を参照して、入射光L101が、オンチップレンズ11dの位置P101において反射された反射光のうち、臨界角よりも大きな反射角の反射光L131について考える。
この場合、反射光L131は、平坦化膜11eおよび接合用樹脂13を透過すると、接合用樹脂13と高屈折率層12との境界の位置P131において、矢印で示されるように一部が反射光r11として反射される。これにより、反射光L131から反射光r11分だけ光量が低減した反射光L131−1が高屈折率層12を透過する。
また、反射光L131−1は、高屈折率層12を透過すると、高屈折率層12と保護基板14との境界の位置P132において、矢印で示されるように一部が反射光r12として反射される。これにより、反射光L131−1から反射光r12分だけ光量が低減した反射光L131−2が保護基板14を透過する。
さらに、反射光L131−2は、保護基板14を透過すると、保護基板14と空気層151との境界の位置P141において、矢印で示されるように全反射されて、反射光L131−3として再び保護基板14を透過する。
また、反射光L131−3は、保護基板14を透過すると、保護基板14と高屈折率層12との境界の位置P133において、矢印で示されるように一部が反射光r13として反射される。これにより、反射光L131−3から反射光r13分だけ光量が低減した反射光L131−4が高屈折率層12を透過する。
さらに、反射光L131−4は、高屈折率層12を透過すると、高屈折率層12と接合用樹脂13との境界の位置P134において、矢印で示されるように一部が反射光r14として反射される。これにより、反射光L131−4から反射光r14分だけ光量が低減した反射光L131−5が、接合用樹脂13および平坦化膜11eを透過してオンチップレンズ11dに再入射する。
すなわち、反射光L131は、位置P131乃至P134のそれぞれにおいて、一部が順次反射光r11乃至r14として反射されることにより、反射光L131の光量が徐々に低減されて、反射光L131−5としてオンチップレンズ11dに再入射する。
結果として、図9の一体化構成部10においては、固体撮像素子11に再入射する反射光L131−5が、反射光L131より十分に光量が低減された光となって固体撮像素子11に再入射することになるので、フレアの発生が抑制されるとともに、フレアによる色付きが抑制される。
また、高屈折率層12は、単層構造であるので、例えば、波長制御膜などのように積層させて形成される場合に比べて構成が簡易であり、製造上でも工数が少ないので、製造コストを低減させることが可能となる。
<<3.第3の実施の形態>>
以上においては、高屈折率層12が、接合用樹脂13と保護基板14との間に形成される例について説明してきたが、高屈折率層12は、複数層形成されてもよい。
図10は、2層の高屈折率層12−1,12−2が形成されるときの一体化構成部10の側面断面を示している。
すなわち、図10の一体化構成部10においては、高屈折率層12−1が、固体撮像素子11の平坦化膜11eと接合用樹脂13との間に形成され、高屈折率層12−2が、接合用樹脂13と保護基板14との間に形成されている。
ここで、図10の一体化構成部10において、入射光L101が、オンチップレンズ11dの位置P101において反射された反射光のうち、臨界角よりも大きな反射角の反射光L151について考える。
この場合、反射光L151は、平坦化膜11eを透過すると、平坦化膜11eと高屈折率層12−1との境界の位置P151において、矢印で示されるように一部が反射光r21として反射される。これにより、反射光L151から反射光r21分だけ光量が低減した反射光L151−1が高屈折率層12−1を透過する。
また、反射光L151−1は、高屈折率層12−1を透過すると、高屈折率層12−1と接合用樹脂13との境界の位置P152において、矢印で示されるように一部が反射光r22として反射される。これにより、反射光L151−1から反射光r22分だけ光量が低減した反射光L151−2が接合用樹脂13を透過する。
さらに、反射光L151−2は、接合用樹脂13を透過すると、接合用樹脂13と高屈折率層12−2との境界の位置P153において、矢印で示されるように一部が反射光r23として反射される。これにより、反射光L151−2から反射光r23分だけ光量が低減した反射光L151−3が高屈折率層12−2を透過する。
また、反射光L151−3は、高屈折率層12−2を透過すると、高屈折率層12−2と保護基板14との境界の位置P154において、矢印で示されるように一部が反射光r24として反射される。これにより、反射光L151−3から反射光r24分だけ光量が低減した反射光L151−4が保護基板14を透過する。
さらに、反射光L151−4は、保護基板14を透過すると、保護基板14と空気層151との境界の位置P161において、矢印で示されるように全反射されて、反射光L151−5として再び保護基板14を透過する。
また、反射光L151−5は、保護基板14を透過すると、保護基板14と高屈折率層12−2との境界の位置P155において、矢印で示されるように一部が反射光r25として反射される。これにより、反射光L151−5から反射光r25分だけ光量が低減した反射光L151−6が高屈折率層12−2を透過する。
さらに、反射光L151−6は、高屈折率層12−2を透過すると、高屈折率層12−2と接合用樹脂13との境界の位置P156において、矢印で示されるように一部が反射光r26として反射される。これにより、反射光L151−6から反射光r26分だけ光量が低減した反射光L151−7が、接合用樹脂13を透過する。
また、反射光L151−7は、接合用樹脂13を透過すると、接合用樹脂13と高屈折率層12−1との境界の位置P157において、矢印で示されるように一部が反射光r27として反射される。これにより、反射光L151−7から反射光r27分だけ光量が低減した反射光L151−8が高屈折率層12−1を透過する。
さらに、反射光L151−8は、高屈折率層12−1を透過すると、高屈折率層12−1と固体撮像素子11の平坦化膜11eとの境界の位置P158において、矢印で示されるように一部が反射光r28として反射される。反射光L151−8から反射光r28分だけ光量が低減した反射光L151−9が、オンチップレンズ11dに再入射する。
すなわち、反射光L151は、位置P151乃至P158のそれぞれにおいて、一部が順次反射光r21乃至r28として反射されることにより、反射光L151の光量が徐々に低減されて、最終的に反射光L151−9となってオンチップレンズ11dに再入射することになる。
結果として、図10を参照して説明したように、図1の撮像装置1の一体化構成部10においては、反射光L151−9が、反射光L151より十分に光量が低減された光となって固体撮像素子11に再入射することになるので、フレアの発生が抑制されるとともに、フレアによる色付きが抑制される。
尚、図10の一体化構成部10においては、図8,図9の一体化構成部10における構成に比べて、高屈折率層12−1,12−2が2層構成とされているため、界面が2倍となり、固体撮像素子11に再入射する反射光の光量がより低減されることになるため、フレアやフレアによる色付きの発生をより抑制させることができる。
また、高屈折率層12−1,12−2は、いずれも単層構造であるので、波長制御膜などのように積層させて形成される場合に比べて構成が簡易であり、製造上でも工数が少ないので、製造コストを低減させることが可能となる。
尚、以上においては、高屈折率層12が2層構造である場合について説明してきたが、それ以上の複数層の構造であってもよく、複数層の高屈折率層12が形成されることにより、固体撮像素子11に対して再入射する反射光の光量をより低減させることができ、フレアの発生やフレアに伴う色付きを、より抑制することが可能となる。
<<4.第4の実施の形態>>
以上においては、高屈折率層12−1,12−2の2層構造とする例について説明してきたが、接合用樹脂13を高屈折率化するようにしてもよい。
図11は、高屈折率層12および接合用樹脂13に代えて、接合用高屈折樹脂12’を形成するようにした一体化構成部10の側面断面を示している。すなわち、図11の一体化構成部10においては、固体撮像素子11の平坦化膜11eと保護基板14との間に、高屈折率化された接合用樹脂である接合用高屈折樹脂12’が形成されている。
ここで、図11を参照して、入射光L101が、オンチップレンズ11dの位置P101において反射された反射光のうち、臨界角よりも大きな反射角の反射光L171について考える。
この場合、反射光L171は、平坦化膜11eを透過すると、平坦化膜11eと接合用高屈折樹脂12’との境界の位置P171において、矢印で示されるように一部が反射光r31として反射される。これにより、反射光L171から反射光r31分だけ光量が低減した反射光L171−1が接合用高屈折樹脂12’を透過する。
また、反射光L171−1は、接合用高屈折樹脂12’を透過すると、接合用高屈折樹脂12’と保護基板14との境界の位置P172において、矢印で示されるように一部が反射光r32として反射される。これにより、反射光L171−1から反射光r32分だけ光量が低減した反射光L171−2が保護基板14を透過する。
さらに、反射光L171−2は、保護基板14を透過すると、保護基板14と空気層151との境界の位置P181において、矢印で示されるように全反射されて、反射光L171−3として再び保護基板14を透過する。
また、反射光L171−3は、保護基板14を透過すると、保護基板14と接合用高屈折樹脂12’との境界の位置P173において、矢印で示されるように一部が反射光r33として反射される。これにより、反射光L171−3から反射光r33分だけ光量が低減した反射光L171−4が接合用高屈折樹脂12’を透過する。
さらに、反射光L171−4は、接合用高屈折樹脂12’を透過すると、接合用高屈折樹脂12’と平坦化膜11eとの境界の位置P174において、矢印で示されるように一部が反射光r34として反射される。これにより、反射光L171−4から反射光r34分だけ光量が低減した反射光L171−5が、平坦化膜11eを透過してオンチップレンズ11dに再入射する。
すなわち、反射光L171は、位置P171乃至P174のそれぞれにおいて、一部が順次反射光r31乃至r34として反射される。これにより、反射光L171の光量が徐々に低減されて、反射光L171−5としてオンチップレンズ11dに再入射する。
結果として、図11の一体化構成部10においては、固体撮像素子11に再入射する反射光L171−5が、反射光L171より十分に光量が低減された状態で再入射することになるので、フレアの発生が抑制されるとともに、フレアによる色付きが抑制される。
また、接合用高屈折樹脂12’は、単層構造であるので、例えば、波長制御膜などのように積層させて形成される場合に比べて構成が簡易であり、製造上でも工数が少ないので、製造コストを低減させることが可能となる。
さらに、接合用高屈折樹脂12’により固体撮像素子11の平坦化膜11eと保護基板14とが貼り合わされるのみであるので、さらに工数を低減させることが可能となる。
尚、図11の一体化構成部10において、接合用高屈折樹脂12’の屈折率は、平坦化膜11eと保護基板(=ガラス)14の屈折率よりも大きくする必要がある。
<<5.第5の実施の形態>>
以上においては、高屈折率層12、および接合用樹脂13に代えて、接合用高屈折樹脂12’を設ける様にする例について説明してきたが、保護基板14を高屈折率化するようにしてもよい。
図12は、保護基板14に代えて、高屈折保護基板12’’を形成するようにした一体化構成部10の側面断面を示している。すなわち、図12の一体化構成部10においては、高屈折率層12と保護基板14とに代えて、高屈折率の保護基板である高屈折保護基板12’’が形成される。
ここで、図12を参照して、入射光L101が、オンチップレンズ11dの位置P101において反射された反射光のうち、臨界角よりも大きな反射角の反射光L191について考える。
この場合、反射光L191は、平坦化膜11eおよび接合用樹脂13を透過すると、接合用樹脂13と高屈折保護基板12’’との境界の位置P191において、矢印で示されるように一部が反射光r41として反射される。これにより、反射光L191から反射光r41分だけ光量が低減した反射光L191−1が高屈折保護基板12’’を透過する。
また、反射光L191−1は、高屈折保護基板12’’を透過すると、高屈折保護基板12’’と空気層151との境界の位置P201において、矢印で示されるように全反射されて、反射光L191−2として再び高屈折保護基板12’’を透過する。
また、反射光L191−2は、高屈折保護基板12’’を透過すると、高屈折保護基板12’’と接合用樹脂13との境界の位置P192において、矢印で示されるように一部が反射光r42として反射される。これにより、反射光L191−2から反射光r42分だけ光量が低減した反射光L191−3が、接合用樹脂13、および平坦化膜11eを透過してオンチップレンズ11dに再入射する。
すなわち、反射光L191は、位置P191,P192のそれぞれにおいて、一部が順次反射光r41,r42として反射されることにより、反射光L191の光量が徐々に低減されて、反射光L191−3としてオンチップレンズ11dに再入射する。
結果として、図12の一体化構成部10においては、固体撮像素子11に再入射する反射光L191−3が、反射光L191より十分に光量が低減された状態で再入射することになるので、フレアの発生が抑制されるとともに、フレアによる色付きが抑制される。
また、図12の一体化構成部10においては、高屈折保護基板12’’を接合用樹脂13で固体撮像素子11の平坦化膜11eと貼り合わせるだけの構造であるので、図8乃至図11の一体化構成部10と比較しても、製造上での工数が少ないので、製造コストをより低減させることが可能となる。
尚、図12の一体化構成部10においては、屈折率差による反射を利用してフレアを低減させるため、高屈折保護基板12’’の屈折率は、接合用樹脂13よりも大きくする必要がある。
<<6.第6の実施の形態>>
以上においては、保護基板14を高屈折率化する例について説明してきたが、高屈折率層12を保護基板14の上面に形成するようにしてもよい。
図13は、高屈折率層12を保護基板14の上面に形成するようにした一体化構成部10の側面断面を示している。すなわち、図13の一体化構成部10においては、高屈折率層12が保護基板14上に形成されている。
ここで、図13を参照して、入射光L101が、オンチップレンズ11dの位置P101において反射された反射光のうち、臨界角よりも大きな反射角の反射光L211について考える。
この場合、反射光L211は、平坦化膜11e、接合用樹脂13、および保護基板14を透過すると、保護基板14と高屈折率層12との境界の位置P211において、矢印で示されるように一部が反射光r51として反射される。これにより、反射光L211から反射光r51分だけ光量が低減した反射光L211−1が高屈折率層12を透過する。
また、反射光L211−1は、高屈折率層12を透過して、高屈折率層12と空気層151との境界の位置P221において、矢印で示されるように全反射されて、反射光L211−2として再び高屈折率層12を透過する。
また、反射光L211−2は、高屈折率層12を透過すると、高屈折率層12と保護基板14との境界の位置P212において、矢印で示されるように一部が反射光r52として反射される。これにより、反射光L211−2から反射光r52分だけ光量が低減した反射光L211−3が、保護基板14、接合用樹脂13、および平坦化膜11eを透過してオンチップレンズ11dに再入射する。
すなわち、反射光L211は、位置P211,P212のそれぞれにおいて、一部が順次反射光r51,r52として反射されることにより、反射光L211の光量が徐々に低減されて、反射光L211−3としてオンチップレンズ11dに再入射する。
結果として、図13の一体化構成部10においては、固体撮像素子11に再入射する反射光L211−3が、反射光L211より十分に光量が低減された状態で再入射することになるので、フレアの発生が抑制される。
また、図13の一体化構成部10においては、高屈折率層12は、単層構造であるので、積層構造の波長制御層等と比べても、製造上での工数が少ないので、製造コストをより低減させることが可能となる。
<<7.第7の実施の形態>>
以上においては、レンズ群16が、一体化構成部10の光の入射方向に対して前段に設けられていたが、レンズ群16の最後段の一部が、一体化構成部10に貼り合わされてもよい。
図14は、レンズ群16の最後段の一部が、貼り合わされた一体化構成部10の構成例である。
すなわち、図14においては、図8を参照して説明した一体化構成部10にレンズ群16の最後段のレンズ171が貼り合わされた構成が示されている。
図14の一体化構成部10においても、図8の一体化構成部10と同様に、フレアの発生が抑制される。
また、図13の一体化構成部10においては、高屈折率層12は、単層構造であるので、波長制御層等と比べても、製造上での工数が少ないので、製造コストをより低減させることが可能となる。
さらに、レンズ群16の一部が、一体化構成部10上に貼り合わされることにより、レンズ群16を軽量化することが可能となるので、アクチュエータ18による負荷が低減されることにより、オートフォーカスの高速化を図ることが可能となる。
尚、図14においては、図8の一体化構成部10に対してレンズ171が貼り合わされる例について説明してきたが、それ以外の一体化構成部10上にレンズ171が形成されるようにしてもよく、例えば、図9乃至図13のいずれかの一体化構成部10上にレンズ171が形成されるようにしてもよい。また、レンズ171の形状は、図14で示されるような凹レンズでも、凸レンズでもよいし、凹レンズと凸レンズとの組み合わせであってもよい。
<<8.電子機器への適用例>>
上述した図8乃至図14の一体化構成部10を備えた、図1の撮像装置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装置、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15は、本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図15に示される撮像装置1001は、光学系1002、シャッタ装置1003、固体撮像素子1004、駆動回路1005、信号処理回路1006、モニタ1007、およびメモリ1008を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系1002は、1枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの光(入射光)を固体撮像素子1004に導き、固体撮像素子1004の受光面に結像させる。
シャッタ装置1003は、光学系1002および固体撮像素子1004の間に配置され、駆動回路1005の制御に従って、固体撮像素子1004への光照射期間および遮光期間を制御する。
固体撮像素子1004は、上述した固体撮像素子を含むパッケージにより構成される。固体撮像素子1004は、光学系1002およびシャッタ装置1003を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像素子1004に蓄積された信号電荷は、駆動回路1005から供給される駆動信号(タイミング信号)に従って転送される。
駆動回路1005は、固体撮像素子1004の転送動作、および、シャッタ装置1003のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像素子1004およびシャッタ装置1003を駆動する。
信号処理回路1006は、固体撮像素子1004から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路1006が信号処理を施すことにより得られた画像(画像データ)は、モニタ1007に供給されて表示されたり、メモリ1008に供給されて記憶(記録)されたりする。
このように構成されている撮像装置1001においても、上述した光学系1002、および固体撮像素子1004に代えて、図8乃至図14のうちのいずれかの一体化構成部10を備えた撮像装置1を適用することにより、装置構成の小型化および低背化を実現しつつ、内乱反射に起因するフレアやフレアによる色付きを抑制することが可能となる。
<<9.固体撮像装置の使用例>>
図16は、上述の撮像装置1を使用する使用例を示す図である。
上述した撮像装置1は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
<<10.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17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17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18は、図17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。
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、例えば、内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)、CCU11201(の画像処理部11412)等に適用され得る。具体的には、例えば、図8乃至図14のうちのいずれかの一体化構成部10を備えた図1の撮像装置1は、レンズユニット11401および撮像部10402に適用することができる。レンズユニット11401および撮像部10402に本開示に係る技術を適用することにより、装置構成の小型化および低背化を実現すると共に、内乱反射に起因するフレアやフレアによる色付きの発生を抑制させることが可能となる。
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。
<<11.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19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19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19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20は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図20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。
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。
なお、図20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、例えば、撮像部12031に適用され得る。具体的には、例えば、図8乃至図14のいずれかの一体化構成部10を備えた図1の撮像装置1は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、装置構成の小型化および低背化を実現すると共に、フレアの発生やフレアによる色付きを抑制させることが可能となる。
尚、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
<1> 光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される
固体撮像装置。
<2> 前記高屈折率層は、前記透明保護基板と、前記固体撮像素子との間に形成される
<1>に記載の固体撮像装置。
<3> 前記高屈折率層は、前記高屈折率層よりも低屈折率の接合用樹脂層と、前記固体撮像素子との間に形成される
<2>に記載の固体撮像装置。
<4> 前記高屈折率層は、前記透明保護基板と、前記高屈折率層よりも低屈折率の接合用樹脂層との間に形成される
<2>に記載の固体撮像装置。
<5> 前記高屈折率層は、複数の層として形成される
<2>に記載の固体撮像装置。
<6> 前記高屈折率層は、前記透明保護基板と前記高屈折率層よりも低屈折率の接合用樹脂層との間、および、前記接合用樹脂層と前記固体撮像素子との間に形成される
<5>に記載の固体撮像装置。
<7> 前記高屈折率層は、高屈折率化された接合用樹脂層からなり、前記透明保護基板と前記固体撮像素子との間に形成される
<2>に記載の固体撮像装置。
<8> 前記高屈折率層は、高屈折率化された透明保護基板からなり、前記高屈折率化された透明保護基板と前記固体撮像素子との間に接合用樹脂層が形成される
<1>乃至<7>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<9> 前記高屈折率層は、前記透明保護基板の前段に形成され、前記透明保護基板と前記固体撮像素子との間に接合用樹脂層が形成される
<1>乃至<8>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<10> 前記光の入射方向に対して、最前段に、焦点を調整する複数のレンズから構成されるレンズ群の、最後段のレンズ群が貼り合わされて形成される
<1>乃至<9>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<11> 前記最後段のレンズ群は、凹レンズ、凸レンズ、並びに、前記凹レンズおよび前記凸レンズの組み合わせを含む
<10>に記載の固体撮像装置。
<12> 前記高屈折率層は、単層膜よりなる
<1>乃至<11>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<13> 前記固体撮像素子の撮像面の表層は、オンチップレンズの表層を平坦化する平坦化膜である
<1>乃至<12>のいずれかに記載の固体撮像装置。
<14> 光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される
撮像装置。
<15> 光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される
電子機器。
1 撮像装置, 10 一体化構成部, 11 (CPS構造の)固体撮像素子, 11a 下側基板(ロジック基板), 11b 上側基板(画素センサ基板), 11c カラーフィルタ, 11d オンチップレンズ, 11e 平坦化膜, 12 高屈折率層, 12’ 接合用高屈折樹脂, 12’’ 高屈折保護基板, 13 接合用樹脂, 14 保護基板, 16 レンズ群, 17 回路基板, 18 アクチュエータ, 19 コネクタ, 20 スペーサ, 21 画素領域, 22 制御回路, 23 ロジック回路, 32 画素, 51 フォトダイオード, 81 シリコン基板, 83 配線層, 86 絶縁膜, 88 シリコン貫通電極, 91 ソルダマスク, 101 シリコン基板, 103 配線層, 105 チップ貫通電極, 106 接続用配線, 108 シリコン貫通電極

Claims (15)

  1. 光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される
    固体撮像装置。
  2. 前記高屈折率層は、前記透明保護基板と、前記固体撮像素子との間に形成される
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記高屈折率層は、前記高屈折率層よりも低屈折率の接合用樹脂層と、前記固体撮像素子との間に形成される
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記高屈折率層は、前記透明保護基板と、前記高屈折率層よりも低屈折率の接合用樹脂層との間に形成される
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  5. 前記高屈折率層は、複数の層として形成される
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  6. 前記高屈折率層は、前記透明保護基板と前記高屈折率層よりも低屈折率の接合用樹脂層との間、および、前記接合用樹脂層と前記固体撮像素子との間に形成される
    請求項5に記載の固体撮像装置。
  7. 前記高屈折率層は、高屈折率化された接合用樹脂層からなり、前記透明保護基板と前記固体撮像素子との間に形成される
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  8. 前記高屈折率層は、高屈折率化された透明保護基板からなり、前記高屈折率化された透明保護基板と前記固体撮像素子との間に接合用樹脂層が形成される
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  9. 前記高屈折率層は、前記透明保護基板の前段に形成され、前記透明保護基板と前記固体撮像素子との間に接合用樹脂層が形成される
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  10. 前記光の入射方向に対して、最前段に、焦点を調整する複数のレンズから構成されるレンズ群の、最後段のレンズ群が貼り合わされて形成される
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  11. 前記最後段のレンズ群は、凹レンズ、凸レンズ、並びに、前記凹レンズおよび前記凸レンズの組み合わせを含む
    請求項10に記載の固体撮像装置。
  12. 前記高屈折率層は、単層膜よりなる
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  13. 前記固体撮像素子の撮像面の表層は、オンチップレンズの表層を平坦化する平坦化膜である
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  14. 光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される
    撮像装置。
  15. 光の入射方向に対して固体撮像素子の前段に、透明保護基板および前記固体撮像素子の撮像面の表層のいずれの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率層が形成される
    電子機器。
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