JPWO2017094362A1 - 固体撮像素子および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

電極や配線が中央部に配置されたＳＰＡＤを有する固体撮像素子において検出効率を向上させる。
固体撮像素子は、フォトダイオードと集光部とを備える。そのフォトダイオードは、受光面および受光面に配置された電極を有してその電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態においてその受光面に入射した光に応じた電気信号を出力する。その集光部は、その電極が配置された領域以外のそのフォトダイオードの受光面に被写体からの光を集光させる。

Description

本技術は、固体撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、シングルフォトンアバランシェフォトダイオードを使用した固体撮像素子および撮像装置に関する。
従来、低照度環境下の撮像や被写体との距離の計測に使用する撮像装置として、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Single Photon Avalanche Diode）を画素の光電変換素子として採用した撮像装置が使用されている。このＳＰＡＤは、降伏電圧を超える電圧が印加された状態において光電変換を行うフォトダイオードである。降伏電圧を超える電圧が印加されているため、光電変換により生成されたキャリアに起因する電子雪崩が発生し、ＳＰＡＤは降伏状態になる。この結果、光電変換に基づくキャリアの増倍が行われ、撮像装置における感度の向上が想定される。しかし、このＳＰＡＤは、比較的高い電圧が印加されるため、周囲の回路等から分離するための比較的大きな分離領域を必要とする。さらに、ＳＰＡＤの電極およびこの電極に接続される配線が画素の表面に配置される。ＳＰＡＤが形成された領域は画素の表面における受光面に該当するため、上述の分離領域等が配置されることにより画素表面における受光面の比率すなわち開口率が低下する。このため光子(フォトン)の検出効率は、比較的低い値となる。ここで、検出効率とは、入射したフォトン数に対する検出されたフォトン数の比率であり、フォトンの検出特性を表す値である。
そこで、分離領域に入射する光をＳＰＡＤに導くことにより検出効率を向上させる撮像装置が使用されている。例えば、画素毎にマイクロレンズを配置し、画素の中央部に形成されたＳＰＡＤの領域に集光する撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−１０３６１４号公報
上述の従来技術では、電極をＳＰＡＤの端部に配置するとともに入射光をＳＰＡＤの中央部に集光させることにより、検出効率を向上させている。しかし、電極がＳＰＡＤの端部に配置されるため、電極間の電界が不均一になり、一部の領域に電界が集中する。これにより、入射光に起因しない降伏状態を生じ、画素から出力された信号のノイズが増加するという問題が生じる。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、電極等をＳＰＡＤの中央部に配置しながら、入射光をＳＰＡＤが形成された領域に集光させることを目的とする。
本技術は、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の側面は、受光面と上記受光面に配置された電極とを有して上記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において上記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードと、上記電極が配置された領域以外の上記受光面に被写体からの光を集光させる集光部とを具備する固体撮像素子である。これにより、受光面と上記受光面に配置された電極とを有して上記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において上記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードであるＳＰＡＤを有する固体撮像素子が構成される。この受光面に被写体からの光が集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記フォトダイオードは、上記電極が上記受光面の略中央に配置されてもよい。これにより、ＳＰＡＤの受光面における電界を均一にするという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記集光部は、略中央部に凹部を有するマイクロレンズにより構成されてもよい。これにより、略中央部に凹部を有するマイクロレンズによりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記マイクロレンズは、上記凹部に開口部を有してもよい。これにより、略中央部に凹部および開口部を有するマイクロレンズによりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記電極と電気的に接続される配線をさらに具備し、上記マイクロレンズは、上記配線に沿って連続する凹部を有してもよい。これにより、配線に沿って連続する凹部を有するマイクロレンズによりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記マイクロレンズは、上記連続する凹部の底部に切込みを有してもよい。これにより、配線に沿って連続する凹部および切込みを有するマイクロレンズによりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記集光部は、上記電極が配置された領域以外の上記受光面にそれぞれが集光させる複数のマイクロレンズにより構成されてもよい。これにより、複数のマイクロレンズによりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、隣接する上記複数のマイクロレンズの間に配置されて上記電極と電気的に接続される配線をさらに具備してもよい。これにより、マイクロレンズの間に配線が配置されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記複数のマイクロレンズは、四角形状の底面を有してもよい。これにより、四角形状の底部を有する複数のマイクロレンズによりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記集光部は、上記電極と上記被写体との間に第１の集光部材と当該第１の集光部材より屈折率が大きい第２の集光部材とが順に配置されて構成されてもよい。これにより、屈折率が異なる第１の集光部材および第２の集光部材によりＳＰＡＤの受光面に集光されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、受光面と当該受光面に配置された電極とを有して上記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において上記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードと、上記電極が配置された領域以外の上記受光面に被写体からの光を集光させる集光部とを備える画素が２次元アレイ状に配置された画素回路と、上記出力された電気信号を処理する処理回路とを具備する撮像装置である。これにより、ＳＰＡＤの受光面に被写体からの光が集光されるという作用をもたらす。
本技術によれば、電極等をＳＰＡＤの中央部に配置しながら、入射光をＳＰＡＤの受光面に集光させ、検出効率を向上させるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術の第１の実施の形態における撮像システム１の構成例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における画素１１０の構成例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における画素１１０の構成例を示す断面図である。 本技術の第１の実施の形態におけるマイクロレンズ１２１の構成例を示す図である。 本技術の実施の形態におけるＳＰＡＤ１１２の特性を示す図である。 本技術の第２の実施の形態におけるマイクロレンズ１２３の構成例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態における画素１１０の構成例を示す図である。 本技術の第４の実施の形態における画素１１０の構成例を示す断面図である。 本技術の第４の実施の形態における集光の一例を示す図である。 本技術の第４の実施の形態の変形例における画素１１０の構成例を示す断面図である。 本技術の第５の実施の形態における撮像装置１０の構成例を示す図である。 本技術の第５の実施の形態における画素１５０の構成例を示す図である。 本技術の第５の実施の形態における画素の配置の一例を示す図である。 本技術の第５の実施の形態の変形例における画素の配置の一例を示す図である。 本技術の第６の実施の形態における画素１５０の構成例を示す図である。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（距離計測センサに使用する場合の例）
２．第２の実施の形態（切込みを有するマイクロレンズを使用する場合の例）
３．第３の実施の形態（複数のマイクロレンズを使用する場合の例）
４．第４の実施の形態（異なる屈折率の集光部材により集光する場合の例）
５．第５の実施の形態（低照度環境における撮像に使用する場合の例）
６．第６の実施の形態（瞳補正を行う場合の例）
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の構成］
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像システム１の構成例を示す図である。同図は、被写体との距離の計測を行う撮像システム１の構成例を表したものである。この撮像システム１は、撮像装置１０と、距離計測部２０と、赤外光照射部３０とを備える。
撮像装置１０は、入射した光の検出を行うものである。この撮像装置１０は、入射した光に応じた電気信号を出力する。
赤外光照射部３０は、被写体に赤外光を照射するものである。この赤外光照射部３０は、距離計測部２０により制御されて、赤外光の照射を行う。
距離計測部２０は、撮像装置１０から出力された電気信号に基づいて被写体との距離を計測するものである。この距離計測部２０は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式の距離の計測を行う。距離の計測は、以下の手順により行うことができる。まず、距離計測部２０は、赤外光照射部３０を制御して赤外光の照射を開始させる。この照射された赤外光が被写体により反射されて撮像装置１０に入射すると、撮像装置１０は、これを検出して電気信号に変換し、距離計測部２０に対して出力する。距離計測部２０は、赤外光照射部３０における赤外光の照射の開始から撮像装置１０における電気信号の出力までの時間を計測し、これに基づいて被写体との距離の算出を行う。
撮像装置１０は、画素アレイ部１００と、電源部２００と、信号処理部３００とを備える。
画素アレイ部１００は、画素１１０が２次元アレイ状に配置されて構成されたものである。この画素１１０は、入射光に応じた電気信号を生成するものである。この画素１１０における電気信号の生成は、ＳＰＡＤにより行われる。生成された電気信号は、信号線３０１により、個別に信号処理部３００に入力される。また、これらの画素１１０には、電源線２０１および接地線２０２を介して電源部２００から電源が供給される。なお、画素１１０は、請求の範囲に記載の固体撮像素子の一例である。画素アレイ部１００は、請求の範囲に記載の画素回路の一例である。
電源部２００は、画素アレイ部１００の画素１１０に対して電源を供給するものである。
信号処理部３００は、画素アレイ部１００に配置された複数の画素１１０から出力された電気信号を処理するものである。この処理として、例えば、電気信号の波形を整形して出力する処理を行うことができる。なお、信号処理部３００は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。
［画素の回路構成］
図２は、本技術の第１の実施の形態における画素１１０の構成例を示す図である。同図は、画素１１０の回路構成を表したものである。画素１１０は、ＳＰＡＤ１１２と、抵抗１１１とを備える。ＳＰＡＤ１１２のカソードは電源線２０１に接続され、アノードは信号線３０１および抵抗１１１の一端に接続される。抵抗１１１の他の一端は、接地線２０２に接続される。
ＳＰＡＤ１１２は、光を電気信号に変換する光電変換を行う素子である。また、このＳＰＡＤ１１２は、光電変換により生成されたキャリアの増倍をさらに行う。ＳＡＰＤ１１２の構成の詳細については、後述する。
抵抗１１１は、後述するクェンチングを行うための抵抗である。直列接続されたＳＰＡＤ１１２および抵抗１１１の両端に電源線２０１および接地線２０２を介して電源電圧が印加される。画素１１０の出力は、これらの中点から信号線３０１を介して取り出すことができる。抵抗１１１の代わりにＭＯＳトランジスタ等により構成された定電流回路を使用することも可能である。このように、ＳＰＡＤ１１２は、通常のフォトダイオードとは異なり、電源電圧が印加された状態において入射した光に応じた電気信号を出力する。
［画素の構成］
図３は、本技術の第１の実施の形態における画素１１０の構成例を示す断面図である。同図は、２個配置された画素１１０の構成例を表す模式断面図である。
画素１１０は、ＳＰＡＤ１１２、電源線２０１および信号線３０１の他に、マイクロレンズ１２１と、絶縁層１０１とを備える。なお、抵抗１１１については、記載を省略している。
ＳＰＡＤ１１２は、第１の半導体領域１０５と、第２の半導体領域１０６と、第３の半導体領域１０７と、ガードリング１０８と、電極１０３と、電極１０４とを備える。このＳＰＡＤ１１２は、例えば、次の手順により製造することができる。まず、Ｐ型の半導体基板１０９のウェル領域としてＮ型の第２の半導体領域１０６が形成される。次に、この第２の半導体領域１０６の内部にＰ型の第１の半導体領域１０５、Ｐ型のガードリング１０８およびＮ型の第３の半導体領域１０７がさらに形成される。これらのウェル領域および半導体領域は、イオン打込み等により形成することができる。次に、第１の半導体領域１０５および第３の半導体領域１０７の表面に電極１０３および１０４がそれぞれ形成される。これにより、ＳＰＡＤ１１２を製造することができる。
第１の半導体領域１０５および第３の半導体領域１０７は、比較的高い不純物濃度を有し、第２の半導体領域１０６表面の比較的浅い領域に形成される。後述するように、第１の半導体領域１０５は、円盤状に形成される。ガードリング１０８は、円環形状に形成され、第１の半導体領域１０５の外側に配置される。第３の半導体領域１０７も、ガードリング１０８と同様に円環形状に形成され、ガードリング１０８の外側に配置される。
電極１０３は、第１の半導体領域１０５上に形成された電極であり、アノード電極として動作する。この電極１０３は円盤形状であり、第１の半導体領域１０５の略中央部に配置される。一方、電極１０４は、第３の半導体領域１０７上に形成された電極であり、カソード電極として動作する。この電極１０４は円環形状であり、第３の半導体領域１０７に沿って形成される。電極１０３および電極１０４には、信号線３０１および電源線２０１がそれぞれ接続される。なお、電極１０３および信号線３０１は、一体として同時に形成することもできる。同様に、電極１０４および電源線２０１においても、一体として同時に形成することができる。また、電極１０３および１０４は、金属により構成することができる。同様に、電源線２０１および信号線３０１も金属により構成することができる。なお、電極１０３は、請求の範囲に記載の電極の一例である。
被写体からの光が第１の半導体領域１０５に照射されると、照射された光が第１の半導体領域１０５を透過して第２の半導体領域１０６に達する。ここで、光電変換が行われてキャリアが生成される。このように、第１の半導体領域１０５は、ＳＰＡＤ１１２における受光面に該当する。図２において説明したようにＳＰＡＤ１１２には、常に電源電圧が印加されている。この電圧は、ＳＰＡＤ１１２に対して逆方向に印加される。すなわち、電極１０４（カソード電極）に正、電極１０３（アノード電極）に負の極性の電圧が印加される。このため、第１の半導体領域１０５および第２の半導体領域１０６によるＰＮ接合部に空乏層が形成される。ＳＰＡＤ１１２に印加された電圧は、ほとんどがこの空乏層部に分圧される。
このように、ＳＰＡＤ１１２における光電変換は、電圧が印加された状態において行われる。後述するように、このＳＰＡＤ１１２に印加される電圧は、降伏電圧を超える比較的高い電圧である。ガードリング１０８は、この印加された電圧により生成された電界が第１の半導体領域１０５の端部に集中することによる降伏状態、いわゆるエッジブレークダウンの発生を防止するものである。このガードリング１０８は、同図に表した半導体のほかに、例えば、シリコン酸化膜等の誘電体により構成することができる。
なお、ＳＰＡＤ１１２の構成は、同図に表した構成に限定されない。例えば、第１の半導体領域１０５をＮ型半導体とし、第２の半導体領域１０６および第３の半導体領域１０７をＰ型半導体として構成することもできる。また、シリコン以外の半導体により構成することも可能である。
絶縁層１０１は、電源線２０１および信号線３０１を絶縁するとともに入射光を透過させるものである。
マイクロレンズ１２１は、画素１１０に入射した光を集光する集光部である。後述するように、このマイクロレンズ１２１は、半球状の断面を有するドーナツ状に構成され、被写体からの光を電極１０３や信号線３０１が配置された領域以外の第１の半導体領域１０５（受光面）に集光する。この様子を同図の右側に表した。これにより、電極１０３等の光電変換に関与しない領域に照射される光をＳＰＡＤ１１２のＰＮ接合部に導くことができ、検出効率を向上させることができる。
［マイクロレンズの構成］
図４は、本技術の第１の実施の形態におけるマイクロレンズ１２１の構成例を示す図である。同図におけるａは、画素１１０の上面図を表す。同図におけるｂは、同図におけるａのＡ−Ａ'線に沿ったマイクロレンズ１２１の断面図を表す。同図におけるｃは、マイクロレンズ１２１および信号線３０１を除いた画素１１０の上面図を表す。なお、前述した図３は、同図におけるａのＡ−Ａ'線に沿った画素１１０の断面図に相当する。
同図に表したように、マイクロレンズ１２１は、略中央部に凹部を有する形状に構成される。さらに、同図のマイクロレンズ１２１は、この凹部に開口部１２２を有するドーナツ状に構成され、半球形状の断面を有する。また、マイクロレンズ１２１は、画素１１０の略中央部に配置される。前述のように、電極１０３は円盤状に形成された第１の半導体領域１０５の略中央部に配置され、マイクロレンズ１２１は開口部１２２と電極１０３とが重なる位置に配置される。これにより、画素１１０に入射した光は、電極１０３および電極１０３の上部に配置された配線３０１を避けて、第１の半導体領域１０５に集光される。なお、マイクロレンズ１２１の構成は、同図に表した構成に限定されない。例えば、開口部１２２を省略して中央部に凹部を有する構成にすることもできる。
［マイクロレンズの形成方法］
マイクロレンズ１２１は、次の手順により形成することができる。絶縁層１０１の上にレジストを塗布し、円環形状にパターニングする。次に、リフロー炉等により全体を加熱し、レジストを溶解させる。この際、表面張力により、パターニングされたレジストは、断面が半球形状になる。その後、これらを冷却することにより、ドーナツ形状のマイクロレンズ１２１を形成することができる。レジストには、感光性のアクリル樹脂等を使用することができる。
［ＳＰＡＤの特性］
図５は、本技術の実施の形態におけるＳＰＡＤ１１２の特性を示す図である。同図におけるａは、ＳＰＡＤ１１２の印加電圧と電流との関係を表す図である。ＳＰＡＤ１１２に対して逆方向に電圧を印加すると、所定の降伏電圧Ｖｂｄ以上の印加電圧において、流れる電流が急激に増加することがわかる。この降伏電圧Ｖｂｄは、第１の半導体領域１０５および第２の半導体領域１０６によるＰＮ接合部に形成された空乏層において電子雪崩を生じ得る電圧である。同図におけるａにおいて、降伏電圧Ｖｂｄ以上の逆方向電圧が印加された領域は、アバランシェ領域と称され、電子雪崩によるキャリアの増倍作用を生じる領域である。この電子雪崩は、空乏層中の強電界により加速された電子による衝突電離が発生し、新たなキャリアが生成されることにより、キャリアが増倍する現象である。この電子雪崩により、光電変換に基づくキャリアの増倍作用が行われる。ただし、この領域においては、入射光量とＳＰＡＤ１１２を流れる電流との間には、比例関係が存在する。
アバランシェ領域において、さらに高い逆電圧が印加されると、電子雪崩によるキャリアの増倍作用が大きくなり、増倍率が１０６程度の値に達する。この領域はガイガー領域と称され、出力電流が入射した光量に比例しない領域である。この領域では、ＳＰＡＤ１１２をフォトンが入射したか否かを検出する素子として使用することができる。例えば、降伏電圧Ｖｂｄより数ボルト高い電圧を印加することにより、ＳＰＡＤ１１２をガイガー領域において使用することができる。
同図におけるｂは、降伏状態になったＳＰＡＤ１１２による電圧の波形を表したものである。同図におけるｂの実線は、ＳＰＡＤ１１２のカソードおよびアノード間の電圧を表す。また、同図におけるｂの点線は、図２において説明した信号線３０１の電圧を表す。これは、ＳＰＡＤ１１２の出力電圧に該当する。降伏状態になる前のＳＰＡＤ１１２のカソードおよびアノード間の電圧は、電源電圧Ｖｏｐと略等しい値である。この時、光がＳＰＡＤ１１２に入射すると、キャリアの増倍作用により、大きな電流が抵抗１１１およびＳＰＡＤ１１２に流れる。すると、抵抗１１１による電圧降下によりＳＰＡＤ１１２に印加される電圧が急激に低下する。そして、ＳＰＡＤ１１２に印加される電圧が降伏電圧Ｖｂｄに達すると、ＳＰＡＤ１１２におけるキャリアの増倍作用が停止し、電流が減少する。その後、ＳＰＡＤ１１２は、初期の状態に戻る。このような抵抗１１１による降伏状態からの復帰動作は、クェンチングと称される。
降伏状態から復帰した直後のＳＰＡＤ１１２にはトラップ等にキャリアが捕捉さているため、再度Ｖｏｐが印加された際に、トラップ等から放出されたキャリアに起因して降伏状態に戻る場合がある。この再度の降伏状態に基づく出力電圧の変化は、アフターパルスと称される。図１において説明した電源部２００は、同図におけるｂに表したように、クェンチング後の出力電圧を徐々に上昇させることができる。これにより、アフターパルスの発生を防止することができる。信号線３０１の出力は、最大電圧がＶｏｐ−Ｖｂｄに略等しいパルス状の電圧になる。この出力は、信号処理部３００により整形されて、撮像装置１０の出力信号として距離計測部２０に対して出力される。このように、ＳＰＡＤ１１２は、降伏電圧を超える電圧が印加された状態において受光面である第１の半導体領域１０５に入射した光に応じた電気信号を出力する。
一方、前述のように、降伏電圧Ｖｂｄを超える電圧が印加されるため、光の照射に起因しない降伏状態も発生し得る。特に、第１の半導体領域１０５の電位分布が不均一な場合には、局部的な電界の集中が発生し、光の照射に起因しない降伏状態を生じることとなる。これは、ノイズの原因となる。このような電界の集中を防ぐため、ガードリング１０８を設けるとともに、電極１０３を第１の半導体領域１０５の中央部に配置する。これにより、第１の半導体領域１０５の電位分布を均一にすることができ、電界の集中を防ぐことができる。
ただし、電極１０３を第１の半導体領域１０５の中央に配置すると、電極１０３により光が遮断され、検出効率が低下する。そこで、図３および４において説明した形状のマイクロレンズ１２１を使用して、入射光を第１の半導体領域１０５の中央部以外の領域に集光させる。すなわち、入射光を電極１０３等が配置された領域以外の受光面に集光させる。これにより、検出効率の低下を防止することができる。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、略中央部に凹部を有するマイクロレンズ１２１を配置することにより、ＳＰＡＤ１１２の中央部に配置された電極１０３を避けて、入射した光を受光面に集光することができる。これにより、検出効率を向上させることができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、中央部に凹部を有するマイクロレンズ１２１を使用していた。これに対し、本技術の第２の実施の形態では、信号線３０１に沿った切込みを有する形状のマイクロレンズを使用する。これにより、検出効率をさらに向上させることができる。
［ＳＰＡＤの構成］
図６は、本技術の第２の実施の形態におけるマイクロレンズ１２３の構成例を示す図である。同図におけるａは、画素１１０の上面図を表す。同図の画素１１０は、マイクロレンズ１２１の代わりにマイクロレンズ１２３を備える点で、図４において説明した画素１１０と異なっている。また、同図におけるｂは、同図におけるａのＢ−Ｂ'線に沿ったマイクロレンズ１２３の断面を表す図である。
同図におけるａに表したように、マイクロレンズ１２３は、信号線３０１に沿って連続する凹部を有する形状に構成される。さらに、マイクロレンズ１２３は、この連続する凹部の底部に切込み１２４を有する。この切込み１２４は、信号線３０１に沿って配置されるため、切込み１２４に重なる領域を除いた信号線３０１の領域に照射された光を第１の半導体領域１０５上に集光させることができる。すなわち、信号線３０１が第１の半導体領域１０５を横断する部分に照射される光を受光面である第１の半導体領域１０５に集光させることができる。なお、マイクロレンズ１２３の構成は、同図に表した構成に限定されない。例えば、切込み１２４を省略して信号線３０１に沿って連続する凹部を有する構成にすることもできる。なお、信号線３０１は、請求の範囲に記載の配線の一例である。
これ以外の画素１１０等の構成は本技術の第１の実施の形態において説明した画素１１０等と同様であるため、説明を省略する。
このように、本技術の第２の実施の形態によれば、切込み１２４を有するマイクロレンズ１２３を使用することにより、切込み１２４に重なる領域を除く信号線３０１上に照射される光を第１の半導体領域１０５に集光することができる。これにより、検出効率をより向上させることができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、中央部に凹部を有するマイクロレンズ１２１を使用していた。これに対し、本技術の第３の実施の形態では、複数のマイクロレンズにより、集光を行う。これにより、検出効率を向上させることができる。
［ＳＰＡＤの構成］
図７は、本技術の第３の実施の形態における画素１１０の構成例を示す図である。同図におけるａは、画素１１０の上面図を表す。同図におけるｂは、同図におけるａのＣ−Ｃ'線に沿ったマイクロレンズ１２６の断面図を表す。同図におけるｃは、マイクロレンズ１２６および配線３０１を除いた画素１１０の上面図を表す。
同図の画素１１０は、マイクロレンズ１２１の代わりにマイクロレンズ１２６を４つ備える。これらのマイクロレンズ１２６は、四角形状の底部を有し、それぞれが受光面である第１の半導体領域１０５に集光する。また、同図の画素１１０は、四角形状の第１の半導体領域１０５と四角形状の外周部を有するガードリング１０８および第３の半導体領域１０７とを有する。すなわち、同図の画素１１０には、表面が四角形状に構成されたＳＰＡＤ１１２が配置されている。また、電極１０３は第１の半導体領域１０５の中央部に配置される。なお、本技術の第３の実施の形態における画素１１０の断面は図４において説明した画素１１０と同様の構成であるため、説明を省略する。
同図におけるａに表したように、本技術の第３の実施の形態の画素１１０では、複数のマイクロレンズ１２６が配置される。これらのマイクロレンズ１２６は、それぞれが受光面である第１の半導体領域１０５に入射光を集光させる。また、電極１０３および信号線３０１がこれらのマイクロレンズ１２６の間に配置される。これにより、入射した光を電極１０３等が配置された領域以外の第１の半導体領域１０５に集光することができる。マイクロレンズ１２６の底部は四角形状であるため、図３において説明した画素１１０と比較して、マイクロレンズの画素１１０における占有面積を大きくすることができる。このため、画素１１０の広い範囲に照射された光を第１の半導体領域１０５に集光することができ、検出効率をさらに向上させることができる。なお、マイクロレンズ１２６の構成は、同図に表した構成に限定されない。例えば、円形状の底部を有する構成にすることもできる。
これ以外の画素１１０等の構成は本技術の第１の実施の形態において説明した画素１１０等と同様であるため、説明を省略する。
このように、本技術の第３の実施の形態によれば、複数のマイクロレンズを使用し、これらの間に電極１０３および信号線３０１を配置することにより、入射した光を第１の半導体領域１０５に集光することができる。これにより、検出効率を向上させることができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、マイクロレンズ１２１により集光を行っていた。これに対し、本技術の第４の実施の形態では、屈折率が異なる２つの部材により集光を行う。これにより、画素の構成を簡略化することができる。
［ＳＰＡＤの構成］
図８は、本技術の第４の実施の形態における画素１１０の構成例を示す断面図である。同図の画素１１０は、図４において説明した画素１１０と比較して、マイクロレンズ１２１の代わりに第１の集光部材１２７を備える。また、図４において説明したＳＰＡＤ１１２と比較して、同図のＳＰＡＤ１１２は、ガードリング１０８を備える必要はない。さらに、同図のＳＰＡＤ１１２は、第１の半導体領域１０５および第３の半導体領域１０７に代えて第１の半導体領域１３１および第３の半導体領域１３２を備える。
第１の半導体領域１３１は、第２の半導体領域１０６の略中央部に形成され、円柱形状に構成される。第３の半導体領域１３２は、図３における第３の半導体領域１０７と同様に円環形状に構成される。また、これら第１の半導体領域１３１および第３の半導体領域１３２は、それぞれの底部が第２の半導体領域１０６の比較的深い領域に達するように形成される。このように、同図のＳＰＡＤ１１２は、ＰＮ接合部が半導体基板１０９に対して横方向に配置されたラテラル構造を有している。このため、同図のＳＰＡＤ１１２は、第１の半導体領域１３１の端部における電界の集中を考慮する必要がなく、ガードリング１０８を省略することができる。この場合、第２の半導体領域１０６の表面が受光面となる。
また、電極１０３と絶縁層１０１との間に第１の集光部材１２７が配置されている。この第１の集光部材１２７は、絶縁層１０１と同様に光を透過させるものである。ここで、この第１の集光部材１２７および絶縁層１０１の屈折率は異なっており、絶縁層１０１の方が高い屈折率の材料により構成されている。このように、本技術の第４の実施の形態における集光部は、電極１０３と被写体との間に第１の集光部材１２７と絶縁層１０１とが順に配置されて構成されている。また、同図の集光部材１２７は、釣鐘状の形状に構成される。なお、絶縁層１０１は、請求の範囲に記載の第２の集光部材の一例である。
［集光部材による集光方法］
図９は、本技術の第４の実施の形態における集光の一例を示す図である。同図は、第１の集光部材１２７および絶縁層１０１による集光の様子を表したものである。同図において、電極１０３および信号線３０１の上方から入射する光は、絶縁層１０１および第１の集光部材１２７の界面において、屈折により光路が変化する。上述のように絶縁層１０１の方が第１の集光部材１２７より屈折率が大きいため、絶縁層１０１から第１の集光部材１２７に入射する際に屈折角が大きくなる方向に屈折する。一方、入射角が臨界角を超える場合には、光は集光部材１２７および絶縁層１０１の界面において全反射する。このため、同図に表したように、入射光の光路が変化し、受光面である第２の半導体領域１０６に集光することができる。
これ以外の画素１１０等の構成は本技術の第１の実施の形態において説明した画素１１０等と同様であるため、説明を省略する。
このように、本技術の第４の実施の形態によれば、屈折率が異なる第１の集光部材１２７および絶縁層１０１を用いて入射光を全反射させることにより、入射光を受光面に集光することができ、マイクロレンズを省略することができる。これにより、画素１１０の構成を簡略化することができる。
［変形例］
上述の第４の実施の形態では、ラテラル構造のＳＰＡＤ１１２を使用していたが図４において説明した構造のＳＰＡＤ１１２を使用してもよい。第１の集光部材１２７および絶縁層１０１による受光面への集光が可能であるためである。
［ＳＰＡＤの構成］
図１０は、本技術の第４の実施の形態の変形例における画素１１０の構成例を示す断面図である。同図のＳＰＡＤ１１２は、図４において説明したＳＰＡＤ１１２と同様な構成としている。同図の画素１１０においても、集光部材１２７および絶縁層１０１による受光面である第１の半導体領域１０５への集光を行うことができる。
これ以外の画素１１０等の構成は本技術の第４の実施の形態において説明した画素１１０等と同様であるため、説明を省略する。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、ＳＰＡＤを距離計測のためのセンサとして使用していた。これに対し、本技術の第５の実施の形態では、ＳＰＡＤを撮像に使用する。これにより、低照度環境における撮像装置の感度を向上させることができる。
［撮像装置の構成］
図１１は、本技術の第５の実施の形態における撮像装置１０の構成例を示す図である。この撮像装置１０は、垂直駆動部４００をさらに備えるとともに信号処理部３００の代わりに信号処理部５００を備える点で、図１において説明した撮像装置１０と異なる。
同図の画素アレイ部１００は、ＳＰＡＤを有する画素１５０と通常のフォトダイオードを有する画素１６０、１７０および１８０とが２次元アレイ状に配置されて構成された点で、図１において説明した画素アレイ部１００とは異なる。画素１６０、１７０および１８０は、カラーフィルタを備え、特定の波長の光に応じた画像信号を生成する画素である。同図では、これらの画素として赤色光に応じた画像信号を生成する赤色画素と緑色光に応じた画像信号を生成する緑色画素と青色光に応じた画像信号を生成する青色画素とが配置される例を表した。同図において「Ｒ」、「Ｇ」および「Ｂ」が付された画素がそれぞれ赤色画素（画素１６０）、緑色画素（画素１７０）および青色画素（画素１８０）を表す。なお、「Ｓ」が付された画素は、ＳＰＡＤを有する画素（画素１５０）を表す。本技術の第５の実施の形態における画素１５０は、低照度環境における画像信号の生成を行う。このため、画素１５０は、カラーフィルタを備える必要はない。これらの画素は、所定の規則に基づいて画素アレイ部１００に配置される。同図は、ベイヤー配列形状における２つの緑色画素のうちの１つを画素１５０に置き換えて配置する例を表したものである。
なお、画素アレイ１００の構成は、上述の例に限定されるものではない。例えば、ＳＰＡＤを有する画素にカラーフィルタを配置することもできる。具体的には、画素１７０と同様に、緑色光を透過する特性のカラーフィルタを画素１５０に対して配置することも可能である。この場合には、カラーフィルタの配置をベイヤー配列形状にすることができる。一般的な撮像装置の製造工程に基づく撮像装置１０の製造が可能となる。
また、画素アレイ部１００には、行信号線４０１および列信号線５０１がＸＹマトリクス状に配置され、各画素に配線される。行信号線４０１は、画素１５０乃至１６０対して制御信号を伝達する信号線である。また、列信号線５０１は、画素１５０乃至１６０が生成した画像信号を伝達する信号線である。行信号線４０１は、画素１５０等のうち同一の行に配置された画素１５０等に対して共通に配線される。また、同一の列に配置された画素１５０等には、列信号線５０１が共通に配線される。
垂直駆動部４００は、画素アレイ部１００に配置された画素１５０等を駆動するものである。この垂直駆動部４００は、行信号線４０１を介して制御信号を画素１５０等に出力して駆動を行う。この際、垂直駆動部４００は、画素アレイ部１００の行毎に制御信号を順次出力する。
信号処理部５００は、画素１５０等により生成された画像信号を処理するものである。この信号処理部５００は、例えば、画素１５０等により生成されたアナログの画像信号に対してアナログデジタル変換を行って、デジタルの画像信号を出力する処理を行うことができる。また、信号処理部５００には、画素アレイ部１００から１行分の画像信号が同時に入力される。信号処理部５００は、この入力された画像信号に対応する１行分のデジタルの画像信号を順次出力する水平転送をさらに行う。信号処理部５００から出力された画像信号は、撮像装置１０の出力画像信号となる。なお、信号処理部５００は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。
電源部２００は、ＳＰＡＤに印加するための電源に加えて、画素１５０等の動作に必要な電源の供給をさらに行う。これらの電源は、電源線２０１および接地線２０２を介して画素１５０等に供給される。
［画素の回路構成］
図１２は、本技術の第５の実施の形態における画素１５０の構成例を示す図である。同図は、画素１５０の回路構成を表したものである。画素１５０は、ＳＰＡＤ１１２と、抵抗１５３と、波形整形部１５４と、保持部１５５と、ＭＯＳトランジスタ１５６乃至１５９とを備える。なお、ＭＯＳトランジスタ１５６乃至１５９には、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタを使用することができる。
電源線２０１は、複数の電源線（ＶｐおよびＶｄｄ）により構成されている。電源線Ｖｐは、ＳＰＡＤ１１２の電源を供給する電源線である。電源線Ｖｄｄは、画素１５０の動作に必要な電源を供給する電源線である。行信号線４０１は、複数の信号線（ＲＳＴおよびＳＥＬ）により構成されている。リセット信号線ＲＳＴ（Reset）は、ＭＯＳトランジスタ１５７に信号を伝達する信号線である。選択信号線ＳＥＬ（Select）は、ＭＯＳトランジスタ１５９に信号を伝達する信号線である。ＭＯＳトランジスタ１５７および１５９のゲートおよびソース間の閾値電圧以上の電圧（以下、オン信号と称する。）がこれらの信号線を介して入力されると、該当するＭＯＳトランジスタが導通状態になる。
ＳＰＡＤ１１２のアノードは接地線２０２に接続され、カソードは波形整形部１５４の入力および抵抗１５３の一端に接続される。抵抗１５３の他の一端は、電源線Ｖｐに接続される。波形整形部１５４の出力は、ＭＯＳトランジスタ１５６のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタ１５６のソースは接地線２０２に接続され、ドレインはＭＯＳトランジスタ１５７のソース、ＭＯＳトランジスタ１５８のゲートおよび保持部１５５の一端に接続される。保持部１５５の他の一端は、接地線２０２に接続される。ＭＯＳトランジスタ１５７のドレインおよびゲートは、それぞれ電源線Ｖｄｄおよびリセット信号線ＲＳＴに接続される。ＭＯＳトランジスタ１５８のドレインおよびソースは、それぞれ電源線ＶｄｄおよびＭＯＳトランジスタ１５９のドレインに接続される。ＭＯＳトランジスタ１５９のゲートおよびソースは、それぞれ選択信号線ＳＥＬおよび列信号線５０１に接続される。
抵抗１５３は、図２において説明した抵抗１１１と同様に、クェンチングを行うための抵抗である。図２における画素１１０の回路とは異なり、同図においては、ＳＰＡＤ１１２および抵抗１５３が入れ替わって接続されている。これは、画素１６０乃至１８０におけるフォトダイオードと同じ接続方法にするためである。ＳＰＡＤ１１２からの出力電圧は、図５におけるｂの実線により表された電圧と等価なものとなる。
波形整形部１５４は、ＳＰＡＤ１１２から出力された信号の波形を整形するものである。この波形整形部１５４は、ＳＰＡＤ１１２の出力信号が入力されると、所定の電圧およびパルス幅の信号を生成して出力する。波形整形部１５４には、例えば、コンパレータを使用することができる。
ＭＯＳトランジスタ１５７は、保持部１５５に電源電圧Ｖｄｄを印加するトランジスタである。
保持部１５５は、ＳＰＡＤ１１２の出力電圧に応じた電圧を保持するキャパシタである。
ＭＯＳトランジスタ１５６は、保持部１５５を放電するものである。このＭＯＳトランジスタ１５６は、波形整形部１５４から出力されたパルス電圧がゲートに入力される毎に保持部１５５の両端子間を短絡して放電を行う。この際、ＭＯＳトランジスタ１５６は、保持部１５５に保持された電圧の一部を放電する。
ＭＯＳトランジスタ１５８は、保持部１５５に保持された電圧に応じた信号を生成するトランジスタである。ＭＯＳトランジスタ１５９は、ＭＯＳトランジスタ１５８により生成された信号を画像信号として出力するトランジスタである。
同図に表した回路の動作について説明する。まず、リセット信号線ＲＳＴからオン信号が入力されて、ＭＯＳトランジスタ１５７が導通状態になる。これにより、保持部１５５が電源電圧Ｖｄｄに充電される。すなわち、保持部１５５がリセットされる。この状態でＳＰＡＤ１１２に光が照射されると、波形整形部１５４には、図５におけるｂの実線により表された電圧波形が入力される。波形整形部１５４は、入力された電圧波形に応じてパルス電圧を出力する。このパルス電圧によりＭＯＳトランジスタ１５６が導通し、保持部１５５に保持された電圧の一部が放電される。すなわち、波形整形部１５４にＳＰＡＤ１１２からの電圧波形が入力される度に、保持部１５５に保持された電圧は、徐々に放電される。前述のように、ＳＰＡＤ１１２はガイガー領域において動作させるため、１つのフォトンが入射する度に、保持部１５５に保持された電圧が放電されることとなり、保持部１５５の電圧はＳＰＡＤ１１２に入射したフォトン数に応じて変化する。すなわち、保持部１５５の電圧を計測することにより、ＳＰＡＤ１１２に入射したフォトン数を計測することができる。
所定の露光時間が経過した後、選択信号線ＳＥＬからオン信号が入力されるとＭＯＳトランジスタ１５９が導通し、ＭＯＳトランジスタ１５８により生成された信号が画像信号として列信号線５０１に対して出力される。
なお、画素１６０乃至１８０には公知の構成の画素を使用することができる。これにより、画素１６０乃至１８０から入射光に応じた電圧が画像信号として出力される。上述のように、画素１５０からは、入射したフォトン数に応じた電圧が出力されるため、図１１において説明した信号処理部５００は、画素１５０と画素１６０乃至１８０とが出力した画像信号について共通の処理を行うことができる。
これ以外のＳＰＡＤ１１２等の構成は本技術の実施の形態１において説明したＳＰＡＤ１１２等と同様であるため、説明を省略する。
［画素の配置］
図１３は、本技術の第５の実施の形態における画素の配置の一例を示す図である。同図は、画素アレイ部１００における画素１５０乃至１８０の配置について、図１１において説明した配置とは異なる配置の例を表したものである。同図におけるａは、画素１５０が市松形状に配置され、これ以外の部分に他の画素が配置された例を表したものである。ＳＰＡＤ１１２を有する画素１５０が多く配置されるため、低照度環境における解像度を向上させることができる。同図におけるｂは、画素１７０が市松形状に配置された例を表したものである。緑色画素である画素１７０が多く配置されており、通常の環境における解像度を向上させることができる。また、白色光に応じた画像信号を生成する白色画素をさらに有する配置にすることも可能である。
このように、本技術の第５の実施の形態によれば、ＳＰＡＤ１１２が配置された画素１５０を有する画素アレイ部１００を使用することにより、撮像装置１０の感度を向上させることができる。
［変形例］
上述の第５の実施の形態では、同じサイズの画素により構成された画素アレイ部１００を使用していたが、ＳＰＡＤを有する画素１５０のサイズを通常のフォトダイオードを有する画素１６０乃至１８０より大きくしてもよい。ＳＰＡＤを有する画素１５０の感度を向上させることができるためである。
図１４は、本技術の第５の実施の形態の変形例における画素の配置の一例を示す図である。同図は、ＳＰＡＤ１１２を有する画素１５０と通常のフォトダイオードを有する画素１６０乃至１８０との大きさが異なる場合の配置の例を表したものである。同図におけるａは、ベイヤー配列形状に配置された画素１６０乃至１８０の一部を画素１５０により置き換えて配置された例を表したものである。画素１５０は画素１６０乃至１８０の４倍の面積に構成されているため、低照度環境における感度をさらに向上させることができる。同図におけるｂは、画素１５０が市松形状に配置された例を表したものである。画素１５０が多く配置されているため、低照度環境における感度および解像度をさらに向上させることができる。
これ以外の画素アレイ部１００の構成は本技術の第５の実施の形態において説明した画素アレイ部１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
＜６．第６の実施の形態＞
上述の第５の実施の形態では、ＳＰＡＤを低照度環境における撮像に使用していた。これに対し、本技術の第６の実施の形態では、ＳＰＡＤを有する画素に瞳補正を行う。これにより、撮像装置１０の感度の低下を防止することができる。
［画素の構成］
図１５は、本技術の第６の実施の形態における画素１５０の構成例を示す図である。この画素１５０は、画素１５０の中心からずれた位置にマイクロレンズ１２１が配置されている点で、図３において説明した画素１１０と異なる。このようにマイクロレンズ１２１を画素１５０の中心からずらして配置することにより、瞳補正を行うことができる。ここで、瞳補正とは、画素アレイ部１００に配置された画素のうち周辺部に配置された画素のマイクロレンズ１２１の位置を画素アレイ部１００の中央部に向かう方向にずらして配置することにより、周辺部の感度の低下を補正するものである。周辺部に配置された画素には、光が斜め方向からマイクロレンズ１２１に入射するため、画素アレイ部１００の中央部に配置された画素とは異なる位置に入射光が集光される。この集光位置が電極等にかかる場合、画素アレイ部１００の周辺部に配置された画素における感度の低下を生じる。瞳補正を行って所望の位置に集光させることにより、この感度の低下を防止することができる。
本技術の第６の実施の形態においては、瞳補正を行うことにより、画素アレイ部１００の周辺部に配置された画素１５０のＳＰＡＤ１１２において、入射光の電極１０３部分への集光を防止する。これにより、検出効率の低下を防止し、感度の低下を防止することができる。同図の画素１５０は、図１０において説明した画素アレイ部１００における左側周辺部に配置される画素１５０の例を表したものであり、マイクロレンズ１２１が画素１５０の中心に対して右方向にずれた位置に配置されている。
これ以外の画素アレイ部１００の構成は本技術の第５の実施の形態において説明した画素アレイ部１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本技術の第６の実施の形態によれば、瞳補正を行うことにより、画素アレイ部１００の周辺部に配置された画素１５０における検出効率の低下を防止し、撮像装置１０の感度の低下を防止することができる。
上述のように、本技術の実施の形態によれば、電極１０３等をＳＰＡＤ１１２の中央部に配置しながら、集光部により入射光をＳＰＡＤ１１２の受光面に集光することができ、検出効率を向上させることができる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
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なく、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とることができる。
（１）受光面と当該受光面に配置された電極とを有して前記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において前記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードと、
前記電極が配置された領域以外の前記受光面に被写体からの光を集光させる集光部と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記フォトダイオードは、前記電極が前記受光面の略中央に配置される前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記集光部は、略中央部に凹部を有するマイクロレンズにより構成される前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記マイクロレンズは、前記凹部に開口部を有する前記（３）に記載の固体撮像素子。
（５）前記電極と電気的に接続される配線をさらに具備し、
前記マイクロレンズは、前記配線に沿って連続する凹部を有する
前記（３）または（４）に記載の固体撮像素子。
（６）前記マイクロレンズは、前記連続する凹部の底部に切込みを有する前記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）前記集光部は、前記電極が配置された領域以外の前記受光面にそれぞれが集光させる複数のマイクロレンズにより構成される前記（１）に記載の固体撮像素子。
（８）隣接する前記複数のマイクロレンズの間に配置されて前記電極と電気的に接続される配線をさらに具備する前記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）前記複数のマイクロレンズは、四角形状の底面を有する前記（７）または（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）前記集光部は、前記電極と前記被写体との間に第１の集光部材と当該第１の集光部材より屈折率が大きい第２の集光部材とが順に配置されて構成される前記（１）に記載の固体撮像素子。
（１１）受光面と当該受光面に配置された電極とを有して前記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において前記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードと、前記電極が配置された領域以外の前記受光面に被写体からの光を集光させる集光部とを備える画素が２次元アレイ状に配置された画素回路と、
前記出力された電気信号を処理する処理回路と
を具備する撮像装置。
１ 撮像システム
１０ 撮像装置
２０ 距離計測部
３０ 赤外光照射部
１００ 画素アレイ部
１０１ 絶縁層
１０３、１０４ 電極
１０５、１３１ 第１の半導体領域
１０６ 第２の半導体領域
１０７、１３２ 第３の半導体領域
１０８ ガードリング
１０９ 半導体基板
１１０、１５０、１６０、１７０、１８０ 画素
１１１、１５３ 抵抗
１２１、１２３、１２６ マイクロレンズ
１２２ 開口部
１２４ 切込み
１２７ 第１の集光部材
１５４ 波形整形部
１５５ 保持部
１５６〜１５９ ＭＯＳトランジスタ
２００ 電源部
３００、５００ 信号処理部
３０１ 信号線
４００ 垂直駆動部

Claims (11)

  1. 受光面と当該受光面に配置された電極とを有して前記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において前記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードと、
    前記電極が配置された領域以外の前記受光面に被写体からの光を集光させる集光部と
    を具備する固体撮像素子。
  2. 前記フォトダイオードは、前記電極が前記受光面の略中央に配置される請求項１記載の固体撮像素子。
  3. 前記集光部は、略中央部に凹部を有するマイクロレンズにより構成される請求項１記載の固体撮像素子。
  4. 前記マイクロレンズは、前記凹部に開口部を有する請求項３記載の固体撮像素子。
  5. 前記電極と電気的に接続される配線をさらに具備し、
    前記マイクロレンズは、前記配線に沿って連続する凹部を有する
    請求項３記載の固体撮像素子。
  6. 前記マイクロレンズは、前記連続する凹部の底部に切込みを有する請求項５記載の固体撮像素子。
  7. 前記集光部は、前記電極が配置された領域以外の前記受光面にそれぞれが集光させる複数のマイクロレンズにより構成される請求項１記載の固体撮像素子。
  8. 隣接する前記複数のマイクロレンズの間に配置されて前記電極と電気的に接続される配線をさらに具備する請求項７記載の固体撮像素子。
  9. 前記複数のマイクロレンズは、四角形状の底面を有する請求項７記載の固体撮像素子。
  10. 前記集光部は、前記電極と前記被写体との間に第１の集光部材と当該第１の集光部材より屈折率が大きい第２の集光部材とが順に配置されて構成される請求項１記載の固体撮像素子。
  11. 受光面と当該受光面に配置された電極とを有して前記電極に降伏電圧を超える電圧が印加された状態において前記受光面に入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードと、前記電極が配置された領域以外の前記受光面に被写体からの光を集光させる集光部とを備える画素が２次元アレイ状に配置された画素回路と、
    前記出力された電気信号を処理する処理回路と
    を具備する撮像装置。
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