像素、固态成像设备和成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及像素、固态成像设备和成像装置。提供了一种固态成像设备，在获取具有彼此不同灵敏度的成像信号的同时可以获取测距信号，并且还防止测距精度下降。像素包括具有相互不同的灵敏度并且在第一方向上平行地排列的第一光电转换区域和第二光电转换区域、以及夹在第一光电转换区域与第二光电转换区域之间的第一势垒区。第一光电转换区域包括在与第一方向相交的第二方向上平行地排列的第一光电转换部和第二光电转换部、以及夹在第一光电转换部与第二光电转换部之间的第二势垒区。第一势垒区的电气分隔的量值大于第二势垒区的电气分隔的量值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固态成像设备，并且更特别地涉及适于诸如数码相机之类的成像装置的固态成像设备。
技术介绍
对于由诸如数码相机之类的成像装置获取的图像的更宽动态范围存在增长的需求。日本专利特许公开No.2004-363193提出了一种技术来解决这个问题：通过使像素内的多个光电转换部的孔径面积相互区分、改变进入光电转换部的光量之比、并由此获取两种类型的像素信号，即高灵敏度信号和低灵敏度信号。然后，这两种类型的像素信号被合成，从而使动态范围变宽。对于能够在获取运动图像信号的同时获取静止图像信号的成像装置的实现也存在增长的需求。一般而言，为了获得平滑的运动图像，优选地以大约与固态成像设备的读出帧速率相同的曝光时间(电荷累积时段)执行拍摄。另一方面，优选地根据被摄体的运动速度来设置在静止图像的情况下的曝光时间。因此，在获取运动图像信号的同时获取静止图像信号必需获取各自具有不同的曝光时间的两个图像信号。日本专利特许公开No.2004-120391公开了一种固态成像设备以在获取运动图像信号的同时获取静止图像信号，该固态成像设备在单个像素中具有多个光电转换元件(相当于日本专利特许公开No.2004-363193中的光电转换部)，所述多个光电转换元件具有不同的曝光时间。具有相对较短的曝光时间的光电转换元件的面积相对较宽，而具有相对较长的曝光时间的光电转换元件的面积相对较小，并且灵敏度在用于运动图像的光电转换元件与用于静止图像的光电转换元件之间有所不同。注意，“光电转换元件(光电转换部)的灵敏度”被定
义为在光电转换部中累积的电荷量与每单位时间进入像素的光量之比。日本专利特许公开No.2002-314062公开了作为常规技术的具有距离测量像素(以下简称为“测距像素”)的固态成像设备，其中测距像素具有测距功能以通过相位差测量来检测至被摄体的距离。测距像素设有多个光电转换部，并且被配置为使得已穿过拍摄透镜的光瞳的不同区域的光束分别被引导至不同的光电转换部。根据向每个测距像素提供的多个光电转换部中的每一个光电转换部所获取的信号，来生成已各自穿过从拍摄透镜的光轴移到彼此相对的侧的光瞳区域的光束的图像(以下简称为“测距图像”)。然后，基于根据已穿过拍摄透镜的不同光瞳区域的每个光束生成的测距图像之间的未对准量(amount of misalignment)，可以使用三角测量的原理来检测至被摄体的距离。在成像时，在像素内的多个光电转换部获取的信号的输出被相加并被获取，由此产生成像信号。现在，当在获取不同灵敏度的图像的同时获取测距图像时，出现以下问题。为了在获取具有不同灵敏度的多个成像信号中的一个的同时获取另一个，通过使用日本专利特许公开No.2004-363193和2004-120391中所公开的技术，进入设在像素内的多个光电转换部中的每一个光电转换部的光量需要改变。具体而言，采用如下配置：在该配置中，在像素中设有两个光电转换部，并且微透镜的光轴从用于隔开两个光电转换部的势垒区的中心移开。但是，这种布局导致由光电转换部接收的光束所穿过的拍摄透镜的光瞳区域之间的距离(基线长度)更短，并且测距的精度下降。另一方面，在微透镜的光轴穿过用于隔开两个光电转换部的势垒区的中心的情况下，如在日本专利特许公开No.2002-314062的情况下，由光电转换部接收的光束所穿过的拍摄透镜的光瞳区域之间的距离(基线长度)更长，所以测距的精度提高。但是，通过微透镜进入两个光电转换部的光量大致相同，因此难以在获取具有不同灵敏度的多个成像信号中的一个的同时获取另一个。已经发现，期望的是使得能够在获取具有相互不同的灵敏度的成
像信号(用于获取图像的信号)的同时获取测距信号(用于获取测距图像的信号)，并且还防止测距精度下降。
技术实现思路
像素包括具有相互不同的灵敏度并且在第一方向上平行地排列的第一光电转换区域和第二光电转换区域、以及夹在第一光电转换区域与第二光电转换区域之间的第一势垒区。第一光电转换区域包括在与第一方向相交的第二方向上平行地排列的第一光电转换部和第二光电转换部、以及夹在第一光电转换部与第二光电转换部之间的第二势垒区。第一势垒区的电气分隔的量值大于第二势垒区的电气分隔的量值。根据本专利技术的成像装置包括拍摄透镜和固态成像设备。参照附图阅读对示例性实施例的以下描述，本专利技术的更多特征将变得清楚。附图说明图1是例示了根据第一实施例的固态成像设备的示例的图。图2A至2E是例示了根据第一实施例的像素的配置示例以及根据第一实施例的在像素中提供的电势分布的示例的图。图3A至3C是例示了根据第一实施例的向像素提供的光电转换部的灵敏度的角度依赖性的图。图4A至4C是例示了根据第一实施例的布置在像素上的微透镜的修改的图。图5A至5C是例示了根据第一实施例的按照方向来布置具有不同折光力的微透镜的示例的图、以及例示了这种情况下的在第二光电转换区域处的灵敏度的角度依赖性的图。图6A至6D是例示了根据第一实施例的在像素上按照方向来定位具有不同折光力的微透镜的具体示例的图。图7A至7D是例示了根据第一实施例的在向像素提供光波导的情况下的配置示例的图、以及例示了这种情况下的在第二光电转换区
域处的灵敏度的角度依赖性的图。图8A至8D是例示了根据第一实施例的在设于像素中的第一和第二势垒区处的电势分布的示例的图。图9A和9B是例示了根据第一实施例的固态成像设备中的像素的布局示例的图。图10A至10C是例示了根据第二实施例的固态成像设备中的像素的布局示例的图。图11是例示了根据第三实施例的固态成像设备中的像素的布局示例的图。图12是例示了根据第六实施例的设有固态成像设备的成像装置的示例的示意图。图13A至13C是例示了根据比较例的固态成像设备中的像素的配置示例、以及向像素提供的光电转换构件的灵敏度与微透镜的光轴的偏移量之间的关系的图。图14A和14B是例示了关于其中微透镜的光轴的偏移量小的情况和其中所述偏移量大的情况中的每一种情况，入射到像素的光束传播的方式的图。图15A和15B是例示了其中用于获取测距信号的多个光电转换部和用于获取具有相互不同的灵敏度的成像信号的多个光电转换区域在同一方向上排列的像素的图。图16是适用于第一和第二实施例中的像素的电路图。图17是例示了在第一光电转换区域的灵敏度比第二光电转换区域的灵敏度高的情况下，在同一列中排列的多个像素的曝光时间的图。图18是例示了在第一光电转换区域的灵敏度比第二光电转换区域的灵敏度低的情况下，在同一列中排列的多个像素的曝光时间的图。具体实施方式将参照附图来描述根据本专利技术的固态成像设备的实施例。在所有附图中，具有相同或等同功能的部分由相同的附图标记表示，并且将
省略冗余的描述。第一实施例将描述能够同时获取测距信号和具有不同灵敏度的多个图像的信号的固态成像设备的配置。图1是例示了根据本专利技术的固态成像设备100的示例的示意图。固态成像设备100具有在其中设有像素的成像区域103、以及其中布置有外围电路104的区域。像素101是排列在成像区域103的中央区域102中的像素。术语“排列在中央区域102中的像素”用来意指当从与成像区域103垂直的方向(Z方向)上看时，像素101的重心被包括在中央区域102中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素，其特征在于，包括：第一光电转换区域和第二光电转换区域，具有相互不同的灵敏度并且在第一方向上平行地排列，和第一势垒区，夹在第一光电转换区域与第二光电转换区域之间，其中，第一光电转换区域包括：第一光电转换部和第二光电转换部，在与第一方向相交的第二方向上平行地排列，和第二势垒区，夹在第一光电转换部与第二光电转换部之间，并且其中，第一势垒区的电气分隔的量值大于第二势垒区的电气分隔的量值。

【技术特征摘要】
2015.03.11 JP 2015-048506;2016.02.02 JP 2016-018361.一种像素，其特征在于，包括：第一光电转换区域和第二光电转换区域，具有相互不同的灵敏度并且在第一方向上平行地排列，和第一势垒区，夹在第一光电转换区域与第二光电转换区域之间，其中，第一光电转换区域包括：第一光电转换部和第二光电转换部，在与第一方向相交的第二方向上平行地排列，和第二势垒区，夹在第一光电转换部与第二光电转换部之间，并且其中，第一势垒区的电气分隔的量值大于第二势垒区的电气分隔的量值。2.如权利要求1所述的像素，其中，由于第一势垒区的势垒的高度高于第二势垒区的势垒的高度，第一势垒区的电气分隔的量值大于第二势垒区的电气分隔的量值。3.如权利要求1所述的像素，还包括：微透镜，在第一光电转换区域和第二光电转换区域的光进入侧，其中，微透镜的光轴相对于第一势垒区的中心在第一方向上的偏移量大于微透镜的光轴相对于第二势垒区的中心在第二方向上的偏移量。4.如权利要求1所述的像素，其中，第一光电转换区域具有第一灵敏度，并且第二光电转换区域具有低于第一灵敏度的第二灵敏度。5.如权利要求1所述的像素，其中第一方向与第二方向之间的角度是垂直的角度。6.如权利要求1所述的像素，还包括：微透镜，在第一光电转换区域和第二光电转换区域的光进入侧，其中，微透镜相对于与第一方向垂直并包括微透镜的光轴的平面具有非对称的形状。7.如权利要求1所述的像素，还包括：微透镜，在第一光电转换区域和第二光电转换区域的光进入侧，其中，微透镜相对于与第一方向垂直并包括微透镜的光轴的平面具有非对称的折射率分布。8.如权利要求1所述的像素，还包括：微透镜，在第一光电转换区域和第二光电转换区域的光进入侧，其中，微透镜在第一方向上的折光力小于在第二方向上的折光力。9.如权利要求1所述的像素，还包括：微透镜，在第一光电转换区域和第二光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：沼田爱彦，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP