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CN115528056B - 光检测设备和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光检测设备和电子装置。其中，光检测设备可包括：在平面图中布置在像素阵列中的多个像素组，包括彼此相邻的第一像素组和第二像素组，第一像素组和第二像素组各自包括：片上透镜；四个光电转换区域，对应于片上透镜；和设置在片上透镜和四个光电转换区域之间的滤色器；第一分离区域，包括第一材料并且在平面图中布置在第一像素组和第二像素组之间；以及第二分离区域，包括第二材料并且在平面图中布置在第一像素组的四个光电转换区域之间，其中，第二材料的折射率大于第一材料的折射率。

Description

光检测设备和电子装置
本申请是申请日为2020年2月14日、发明名称为“固体摄像装置和电子设备”的申请号为202080010136.4的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置和电子设备。
背景技术
近年来，存在如下所述的用于实现相位差的检测的技术：通过使光从相同的片上透镜入射到背面照射型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中的多个光电二极管中(例如，参见专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2016-52041 A
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在上述相关技术中，存在如下情况：由于光是从相同的片上透镜入射到多个光电二极管上，因此入射光被大量散射在设置于多个光电二极管之间的分离区域中。然后，当被大量散射的光入射至另一光电二极管上时，像素阵列单元中可能会发生混色(colormixing)。
因此，本发明提出了一种能够抑制混色的发生的固体摄像装置和电子设备。
技术问题的解决方案
根据本发明，提供了一种固体摄像装置。所述固体摄像装置包括半导体层、多个片上透镜、第一分离区域和第二分离区域。所述半导体层设置有多个光电转换单元。所述多个片上透镜使光入射在相应的所述光电转换单元上。所述第一分离区域分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过相同的所述片上透镜的光入射在被所述第一分离区域分离的多个所述光电转换单元上。所述第二分离区域分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过不同的所述片上透镜的光入射在被所述第二分离区域分离的多个所述光电转换单元上。此外，所述第一分离区域具有高于所述第二分离区域的折射率。
发明的有益效果
根据本发明，能够提供能够抑制混色的发生的固体摄像装置和电子设备。注意，这里记载的效果不一定是限制性的，并且可以是本说明书中记载的任何效果。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施方案的固体摄像装置的示意性构成示例的系统构成图。
图2是用于说明根据本发明实施方案的像素阵列单元的单位像素、滤色器和片上透镜的布置的平面图。
图3是沿着图2所示的线A-A截取的横截面图。
图4是用于说明在根据参考示例的像素阵列单元中的光散射状态的视图。
图5是用于说明在根据本发明实施方案的像素阵列单元中的光散射状态的视图。
图6是示出了根据本发明实施方案的单位像素的电路结构的电路图。
图7是用于说明根据本发明实施方案的第一变形例的像素阵列单元的第二分离区域的结构的视图。
图8是用于说明根据本发明实施方案的第一变形例的像素阵列单元的第一分离区域的结构的视图。
图9是示出了根据本发明实施方案的第二变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图10是示出了根据本发明实施方案的第三变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图11是示出了根据本发明实施方案的第四变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图12是示出了根据本发明实施方案的第五变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图13是示出了根据本发明实施方案的第六变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图14是示出了根据本发明实施方案的第七变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图15是示出了根据本发明实施方案的第八变形例的像素阵列单元的横截面结构的放大横截面图。
图16是用于说明根据本发明实施方案的第九变形例的像素阵列单元的单位像素、滤色器和片上透镜的布置的平面图。
图17是沿着图16所示的线B-B截取的横截面图。
图18是用于说明根据本发明实施方案的第十变形例的像素阵列单元的单位像素、滤色器和片上透镜的布置的平面图。
图19是沿着图18所示的线C-C截取的横截面图。
图20是用于说明根据本发明实施方案的第十一变形例的像素阵列单元的单位像素、滤色器和片上透镜的布置的平面图。
图21是沿着图20所示的线D-D截取的横截面图。
图22是用于说明根据本发明实施方案的第十二变形例的像素阵列单元的单位像素、滤色器和片上透镜的布置的平面图。
图23是沿着图22所示的线E-E截取的横截面图。
图24是用于说明根据本发明实施方案的第十三变形例的像素阵列单元的像素组和采光点的布置的平面图。
图25是示出了作为应用了根据本发明的技术的电子设备的摄像装置的构成示例的框图。
图26是示出了车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图27是示出了车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
图28是示出了内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图29是示出了摄像头和CCU的功能型构成的示例的框图。
具体实施方案
下文中，将参考附图详细说明本发明的各实施方案。注意，在以下各个实施方案中，相同的部分由相同的附图标记表示，并且将省略对相同部分的重复说明。
近年来，存在通过以下方式实现相位差的检测的技术：使光从相同的片上透镜入射到背面照射型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中的多个光电二极管中。
然而，在上述相关技术中，存在如下情况：由于光是从同一片上透镜入射到多个光电二极管上，因此入射光被大量地散射在设置于多个光电二极管之间的分离区域中。
例如，当这样的分离区域由电介质(例如，SiO2)制成时，由于在电介质与该分离区域的位于光入射侧的端部处的硅基板之间的很大的折射率差异，导致了存在光被大量地散射的情况。然后，当被大量地散射的光入射到另一光电二极管上时，像素阵列单元中存在可能发生混色的可能性。
因此，期望实现一种设置有能够抑制混色的发生的像素阵列单元的固体摄像装置。
[固体摄像装置的构成]
图1是示出了根据本发明实施方案的固体摄像装置1的示意性构成的系统构成图。如图1所示，作为CMOS图像传感器的固体摄像装置1包括像素阵列单元10、系统控制单元12、垂直驱动单元13、列读出电路单元14、列信号处理单元15、水平驱动单元16和信号处理单元17。
像素阵列单元10、系统控制单元12、垂直驱动单元13、列读出电路单元14、列信号处理单元15、水平驱动单元16和信号处理单元17设置在同一半导体基板上或电连接的多个堆叠的半导体基板上。
在像素阵列单元10中，分别具有光电转换元件(光电二极管21(参照图3))的有效单位像素(下文中，也称为“单位像素”)11在矩阵中二维地布置，所述光电转换元件能够光电转换与入射光量相对应的电荷量，将电荷累积在其中，并且作为信号输出电荷。
此外，除有效单位像素11外，像素阵列单元10有时包括如下区域：在该区域中，以行和/或列布置有具有不包括光电二极管21的结构的伪单位像素、遮挡光接收面以阻挡来自外部的光入射的遮光单位像素等。
注意，除光接收面被遮光外，遮光单位像素可以具有与有效单位像素11相同的构成。此外，下文中，将具有与入射光量相对应的电荷量的光电电荷简称为“电荷”，并且在某些情况下，将单位像素11简称为“像素”。
在像素阵列单元10中，沿着附图的左右方向(像素行中的像素的排列方向)针对矩阵中的像素阵列的各行形成有像素驱动线LD，并且沿着附图的上下方向(各像素列中的像素的阵列方向)针对各列形成有垂直像素配线LV。像素驱动线LD的一端连接至与垂直驱动单元13的各行相对应的输出端。
列读出电路单元14至少包括针对各列将恒定电流供给至像素阵列单元10的所选行中的单位像素11的电路、电流镜电路以及用于将被读取的单位像素11的转换开关。
然后，列读出电路单元14与像素阵列单元10中的被选像素中的晶体管一起形成放大器，将光电电荷信号转换为电压信号，并且输出光电电荷信号至垂直像素配线LV。
垂直驱动单元13包括移位寄存器、地址解码器等，并且针对所有像素同时地或以行为单位地驱动像素阵列单元10的各个单位像素11。尽管未示出其具体构成，但是垂直驱动单元13包括读出扫描系统和扫出扫描系统或者批量扫出和批量传输系统。
读出扫描系统以行为单位选择性地扫描像素阵列单元10的单位像素11以从单位像素11中读出像素信号。在行驱动(滚动快门操作)的情况下，为了扫出，在先于读出扫描前的快门速度的时间处，对将由读出扫描系统执行读出扫描的读出行进行扫出扫描。
此外，在全局曝光(全局快门操作)的情况下，批量扫出比批量传输提前了快门速度的时间进行。通过这种扫出，从读出行中的单位像素11的光电二极管21中扫出(复位)了不必要的电荷。然后，通过扫出(复位)不必要的电荷来执行所谓的电子快门操作。
这里，电子快门操作指的是丢弃之前累积在光电二极管21中的不必要的光电电荷并且开始新的曝光(开始光电电荷的累积)的操作。
由读出扫描系统的读出操作所读出的信号对应于在前一个读出操作期间或在电子快门操作后入射的光量。在行驱动的情况下，从前一读出操作的读出时刻或电子快门操作的扫出时刻到当前读出操作的读出时刻的时间段是单位像素11中的光电电荷累积时间(曝光时间)。在全局曝光的情况下，从批量扫出到批量传输的时间是累积时间(曝光时间)。
通过各个垂直像素配线LV将从由垂直驱动单元13选择性地扫描的像素行中的各个单位像素11输出的像素信号提供至列信号处理单元15。列信号处理单元15针对像素阵列单元10的各个像素列，对通过垂直像素配线LV从被选择的行中的各个单位像素11输出的像素信号执行预定的信号处理，并且暂时地保持已经进行了信号处理的像素信号。
具体地，作为信号处理，列信号处理单元15执行至少去噪处理(例如，相关双采样(CDS)处理)。通过列信号处理单元15中的CDS处理，去除了像素特有的固定图案噪声(诸如复位噪声和放大晶体管AMP的阈值差异)。
注意，除去噪处理外，列信号处理单元15还可以具有例如AD转换功能，以便将像素信号输出为数字信号。
水平驱动单元16包括移位寄存器、地址解码器等，并且依次地选择与列信号处理单元15的像素串相对应的单元电路。通过水平驱动单元16的选择性扫描，已经由列信号处理单元15进行了信号处理的像素信号被顺序地输出至信号处理单元17。
系统控制单元12包括产生各种时序信号的时序发生器等，并且基于由时序发生器产生的各种时序信号执行垂直驱动单元13、列信号处理单元15、水平驱动单元16等的驱动控制。
固体摄像装置1还包括信号处理单元17和数据存储单元(未示出)。信号处理单元17具有至少加法处理功能，并且对从列信号处理单元15输出的像素信号执行诸如加法处理等各种类型的信号处理。
为了在信号处理单元17中进行信号处理，数据存储单元临时存储处理所需的数据。这些信号处理单元17和数据存储单元可以通过设置在不同于固体摄像装置1的基板上的外部信号处理单元(例如，数字信号处理器(DSP)或由软件执行的处理)来实现，或者可选地可以安装在与固体摄像装置1相同的基板上。
[像素阵列单元的构成]
接着，将参照图2和图3说明像素阵列单元10的详细构成。图2是用于说明根据本发明实施方案的像素阵列单元10的单位像素11、滤色器40和片上透镜50的布置的平面图，图3是沿着图2所示的线A-A截取的横截面图。
如图3等所示，像素阵列单元10包括半导体层20、固定电荷膜30、多个滤色器40和多个片上透镜50。
半导体层20例如包含硅。半导体层20具有多个光电二极管(PD)21。光电二极管21是光电转换单元的示例。注意，在一个单位像素11中设置有一个光电二极管21。稍后将说明单位像素11的电路结构示例。
此外，半导体层20具有多个第一分离区域22和多个第二分离区域23。第一分离区域22分离如下的多个光电二极管21：透过同一片上透镜50的光L入射在这些光电二极管21上。另一方面，第二分离区域23分离如下的多个光电二极管21：透过不同的片上透镜50的光L入射在这些光电二极管21上。
换言之，当一个像素组18由光L通过相同的片上透镜50入射到的多个单位像素11构成时，第一分离区域22是将属于相同的像素组18的多个单位像素11分离的分离区域。另一方面，第二分离区域23是将属于不同像素组18的多个单位像素11分离的分离区域。
如图3所示，例如，第一分离区域22和第二分离区域23形成为壁形状，以从半导体层20的光入射侧(即，片上透镜50侧)的表面在深度方向上延伸。此外，第一分离区域22和第二分离区域23形成为不穿透半导体层20。
这里，在本实施方案中，第一分离区域22的折射率被设定为高于第二分离区域23的折射率。例如，第一分离区域22由诸如氧化钽(Ta2O5：折射率＝2.2(波长：530nm))和氧化钛(TiO2：折射率＝2.4(波长：530nm))等具有高折射率的电介质制成。
此外，第二分离区域23由诸如氧化硅(SiO2：折射率＝1.5(波长：530nm))等具有低折射率的电介质制成。
这里，将参照图4和图5说明通过如上所述地构造第一分离区域22和第二分离区域23而获得的效果。图4是用于说明根据参考示例的像素阵列单元10中的光L的散射状态的视图。
图4所示的参考例示出了多个光电二极管21被全部具有相同折射率的分离区域24分离的情况。这里，分离区域24优选地具有与由硅制成的半导体层20(折射率＝4.2(波长：530nm))很大的折射率差，以便抑制光L漏射至相邻的光电二极管21。
这是因为随着光电二极管21与分离区域24之间的折射率差的增大，界面处的折射变大，在光电二极管21内部传播的光L在与分离区域24的界面处被完全反射，并且返回至同一光电二极管21的比例增加。
即，当考虑到光学地分离相邻的光电二极管21时，优选所有的分离区域24由具有低折射率的电介质(例如SiO2)制成。
另一方面，在图4所示的参考示例中，光L从同一片上透镜50入射到多个光电二极管21上，因此，存在这样的情况：光L入射在分离属于同一像素组18的单位像素11的分离区域24中的光入射侧的端部上。
那么，由于与光电二极管21的极大的折射率差，入射在分离区域24的光入射侧的端部的光L被极大地散射，并且漏射至其它光电二极管21。因此，在参考示例的像素阵列单元10中存在可能发生混色的可能性。
图5是用于说明根据本发明实施方案的像素阵列单元10中的光L的散射状态的视图。如图5所示，在该实施方案中，第一分隔区域22由具有高折射率的电介质制成，并且第二分隔区域23由具有低折射率的电介质制成。
此外，存在这样的情况：即使在根据本实施方案的像素阵列单元中，类似于参考示例，光L入射在分离属于同一像素组18的多个单位像素11的第一分离区域22的光入射侧的端部。
然而，第一分离区域22与光电二极管21之间的折射率差小于参考示例的折射率差，因此，如图5所示，入射在第一分离区域22的光入射侧的端部的光L没有被大量散射。
因此，根据本实施方案，能够抑制散射光漏射至其它光电二极管21，因此，能够抑制由于散射光而引起的混色的发生。
此外，在本实施方案中，分离属于不同像素组18的多个单位像素11的第二分离区域23由具有低折射率的电介质制成。因此，能够增大光电二极管21与第二分离区域23之间的折射率差，因此，能够增大在光电二极管21与第二分离区域23之间的界面处被完全反射的光L的比例。
即，在本实施方案中，能够防止从片上透镜50入射到光电二极管21上的光L漏射到其他光电二极管21。因此，根据实施方案，能够抑制由于光L入射在光电二极管21上引起的混色的发生。
注意，如图2等所示，第二分离区域23未布置在片上透镜50的中央部分中，而是布置在片上透镜50的外围边缘部分中，因此，光L几乎不入射在第二分离区域23的光入射侧的端部。
因此，光L在光入射侧的端部中被散射的程度非常小，因此，即使第二分离区域23由具有低折射率的电介质制成，也没有实际问题。
如上所述，第一分离区域22由具有高折射率的电介质制成，并且第二分离区域23由具有低折射率的电介质制成，因此，在本实施方案中能够抑制混色的发生。即，根据本实施方案，通过将第一分离区域22的折射率设定为高于第二分离区域23的折射率，能够抑制混色的发生。
例如，在本实施方案中，当第一分离区域22由氧化钛制成并且第二分离区域23由氧化硅制成时，与其中分离区域24由氧化硅制成的参考示例相比，能够获得约5％的混色降低效果(当光L的入射角度为30°时)。
此外，在本实施方案中，第一分离区域22在530nm的波长下的折射率优选地为2.0以上且小于4.2。因此，能够进一步减小第一分离区域22与光电二极管21之间的折射率差，从而能够进一步抑制由于散射光引起的混色的发生。
此外，在本实施方案中，第二分离区域23在530nm的波长下的折射率优选地为1.0以上且1.5以下。因此，能够进一步增大光电二极管21与第二分离区域23之间的折射率差，从而能够进一步抑制由于光L入射到光电二极管21上引起的混色的发生。
注意，第二分离区域23不限于具有低折射率的电介质，并且可以例如由空气制成。即，第二分离区域23可以由填充有空气的沟槽制成而没有任何嵌入。
返回图2和图3，将继续说明关于像素阵列单元10的其它部分。固定电荷膜30具有在光电二极管21和滤色器40之间的界面处固定电荷(这里，空穴)的功能。作为固定电荷膜30的材料，优选使用具有大量固定电荷的高介电材料。
固定电荷膜30例如由氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽、氧化锆(ZrO2)、氧化钛、氧化镁(MgO2)或氧化镧(La2O3)等制成。
此外，固定电荷膜30可以由氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)或氧化铕(Eu2O3)等制成。
此外，固定电荷膜30可以由氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)或氧化铥(Tm2O3)等制成。
此外，固定电荷膜30由氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化铝(AlN)、氮氧化铪(HfON)或氮氧化铝膜(AlON)等制成。
滤色器40设置在片上透镜50和固定电荷膜30之间，并且具有红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B。红色滤色器40R是红色滤色器40的示例。
然后，根据相对应的单位像素11和片上透镜50来布置红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B中的任何一个。
在实施方案中，如图2所示，为各个片上透镜50提供红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B中的任何一个。注意，在以下附图中，为了便于理解，红色滤色器40R由向左下倾斜的斜线填充，绿色滤色器40G由点填充，蓝色滤色器40B由向右下倾斜的斜线填充。
此外，滤色器40设置有规则的颜色阵列(例如，拜耳阵列)。因此，像素阵列单元10能够获取对应于这种颜色阵列的颜色光接收数据。
注意，在图2的示例中示出了其中设置有红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B作为滤色器40的示例，但是除了这些外，还可以设置有白色滤色器。
片上透镜50设置在半导体层20上的光L入射的一侧上，并且具有朝向相应的光电二极管21会聚光L的功能。片上透镜50例如由有机材料或氧化硅制成。
在本实施方案中，如图2所示，针对各个片上透镜50设置有两行两列的单位像素11。即，一个像素组18包括两行两列的单位像素11。然后，针对各个像素组18设置有红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B中的任何一个。
在具有上述构造的像素阵列单元10中，可以通过在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11之间共用相同的片上透镜50和滤色器40来检测相位差。因此，固体摄像装置1可以设置有根据本实施方案的相位差检测系统的自动对焦功能。
因此，在如上本实施方案中所述的共用相同的片上透镜50和滤色器40的一对单位像素11中能够抑制发生混色。因此，在根据本实施方案的固体摄像装置1中能够提高相位差检测系统的自动对焦精度。
此外，根据本实施方案，由于两行两列的单位像素11共用相同的滤色器40，因此能够将高动态范围(HDR)功能和去马赛克功能添加至固体摄像装置1中。
此外，在本实施方案中，第一分离区域22和第二分离区域23设置为在深度方向上不穿透半导体层20。因此，在形成第一分隔区域22和第二分隔区域23时，不需要穿透形成在半导体层20中的沟槽，因此，能够降低像素阵列单元10的制造成本。
注意，在图3中，在半导体层20的与光入射侧相对的一侧上设置有用于读出累积在光电二极管21中的电荷的多个像素晶体管和包括多个配线层和层间绝缘膜的多层配线层，但是它们都未被示出。
[单位像素的电路结构示例]
接着，将参照图6说明单位像素11的电路结构示例。图6是示出了根据本发明实施方案的单位像素11的电路结构的示例的电路图。
单位像素11包括作为光电转换单元的光电二极管21、传输晶体管61、浮动扩散部62、复位晶体管63、放大晶体管64和选择晶体管65。
光电二极管21根据接收到的光量产生并累积电荷(信号电荷)。光电二极管21包括接地的阳极端子和经由传输晶体管61连接至浮动扩散部层62的阴极端子。
当传输晶体管61被传输信号TG导通时，传输晶体管61读取由光电二极管21产生的电荷，并且将该电荷传输至浮动扩散部层62。
浮动扩散部62保持从光电二极管21读取的电荷。当复位晶体管63被复位信号RST导通时，浮动扩散部62中累积的电荷被放电至漏极(恒定电源Vdd)，从而复位浮动扩散部62的电位。
放大晶体管64输出与浮动扩散部62的电位相对应的像素信号。即，放大晶体管64与经由垂直信号线66连接的作为恒定电流源的负载(未示出)一起构成源极跟随器电路。
此外，放大晶体管64经由选择晶体管65向列信号处理单元15(参照图1)输出指示与累积在浮动扩散部62中的电荷相对应的电平的像素信号。
当选择信号SEL选择单位像素11时，选择晶体管65被导通，并且经由垂直信号线66将由单位像素11产生像素信号输出至列信号处理单元15。用于传输传输信号TG、选择信号SEL和复位信号RST的各信号线连接至垂直驱动单元13(参照图1)。
单位像素11可以如上所述构成，但是不限于该构成，并且可以采用其他构成。例如，多个单位像素11可以具有共用浮动扩散部62、复位晶体管63、放大晶体管64和选择晶体管65的共用像素结构。
[各种变形例]
接着，将参照图7至图24说明本实施方案的各种变形例。图7是用于说明根据本发明实施方案的第一变形例的像素阵列单元10的第二分离区域23的结构的视图。
在第一变形例中，固定电荷膜30由堆叠的第一固定电荷膜31和第二固定电荷膜32制成。第一固定电荷膜31是与光电二极管21直接接触的层，并且由具有大的固定电荷的电介质(例如，氧化铝)制成。
此外，除了在光电二极管21的光入射侧的表面外，在光电二极管21的侧面(即，在光电二极管21与第二分离区域23之间)也设置有第一固定电荷膜31。
第二固定电荷膜32是形成在第一固定电荷膜31上的层，并且由具有高折射率的电介质(例如，氧化钽或氧化钛)制成。
此外，在第一变形例中，在固定电荷膜30上设置有氧化硅膜25。因此，氧化硅膜25与第二分离区域23一体地设置。例如，可以通过形成氧化硅膜25以填充形成在与第二分离区域23相对应的位置处的沟槽来一体地形成氧化硅膜25和第二分离区域23。
图8是用于说明根据本发明实施方案的第一变形例的像素阵列单元10的第一分离区域22的结构的视图。如图8所示，在第一变形例中，一体地设置第一分离区域22和第二固定电荷膜32。即，在第一变形例中第一分离区域22含有与固定电荷膜30(具体地，第二固定电荷膜32)相同的材料。
例如，可以通过形成第二固定电荷膜32以填充形成在与第一分离区域22相对应的位置处的沟槽来一体地形成第二固定电荷膜32和第一分离区域22。
因此，根据第一变形例，能够同时形成第二固定电荷膜32和第一分离区域22，从而能够降低像素阵列单元10的制造成本。
此外，在第一变形例，能够同时形成氧化硅膜25和第二分离区域23，因此能够降低像素阵列单元10的制造成本。
注意，在第一变形例中，第一分离区域22和第二分离区域23的各自的厚度优选地为约80nm。此外，与第一分离区域22或第二分离区域23相邻的第一固定电荷膜31的厚度优选地为约15nm。
此外，在第一变形例中已经示出了其中第一固定电荷膜31被设置为与第一分离区域22或第二分离区域23相邻的例子，但是与第一分离区域22或第二分离区域23相邻的第一固定电荷膜31不是必须设置的。
图9是示出了根据本发明实施方案的第二变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。第二变形例与本实施方案的不同之处在于：第二分离区域23贯穿半导体层20。
由于第二分离区域23以这种方式在深度方向上贯穿，因此能够有利地将不同颜色之间的彼此相邻的光电二极管21彼此光学分离。因此，根据第二变形例，能够进一步抑制混色的发生。
图10是示出了根据本发明实施方案的第三变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。第三变形例与第二变形例的不同之处在于：第一分离区域22和第二分离区域23都贯穿半导体层20。
由于第一分离区域22和第二分离区域23都以这种方式在深度方向上贯穿，因此能够有利地将所有相邻的光电二极管21彼此光学分离。因此，根据第三变形例，能够进一步抑制混色的发生。
图11是示出了根据本发明实施方案的第四变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。在第四变形例中，第一分离区域22的结构与本实施方案中的结构不同。
具体地，如本实施方案中那样，第一分离区域22的在光入射侧的端部22a由具有高折射率的电介质(例如，氧化钽或氧化钛)制成。另一方面，第一分离区域22的除端部22a外的部分22b由具有低折射率的电介质(例如，氧化硅)制成。
这里，第一分离区域22的端部22a与光电二极管21之间的折射率差较小，因此，入射在第一分离区域22的端部22a上的光L不会被大量地散射。因此，根据第四变形例，能够抑制由于散射光引起的混色的发生。
此外，在第四变形例中，由于除在光入射侧的端部22a外的部分22b由折射率低的电介质构成，因此能够增加入射到光电二极管21的光被完全反射到第一分离区域22的比例。
即，在第四变形例中，能够防止入射到光电二极管21上的光经由第一分离区域22漏射到相邻的光电二极管21。因此，根据第四变形例，能够进一步抑制由于入射在光电二极管21上的光L引起的混色的发生。
如上所述，在第四变形例中，在第一分离区域22中，端部22a的折射率设定为高于第二分离区域23的折射率，并且除端部22a外的部分22b的折射率设定为低于端部22a的折射率。因此，在第一分离区域22中，既能够抑制由于散射光引起的混色的发生，也能够抑制由于入射在光电二极管21上的光L引起的混色的发生。
此外，在第四变形例中，第一分离区域22的在光入射侧的端部22a的深度优选地为20nm以上且100nm以下。因此，在第一分离区域22中能够以良好平衡的方式既抑制了由于散射光引起的混色的发生，又抑制了由于入射在光电二极管21上的光L引起的混色的发生。
图12是示出了根据本发明实施方案的第五变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。在第五变形例中，第一分离区域22的结构与本实施方案中的结构不同。
具体地，第一分离区域22具有小于第二分离区域23的厚度。因此，可以减小入射在第一分离区域22的端部的光L被散射的部分的面积，从而能够抑制光L被大量地散射。因此，根据第五变形例，能够进一步抑制由于散射光引起的混色的发生。
图13是示出了根据本发明实施方案的第六变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。在第六变形例中，第一分离区域22A分离透过红色滤色器40R入射有光L的多个光电二极管21，第一分离区域22A不是通过电介质而是通过离子注入区域进行分离。换言之，包含红色滤色器40R的像素组18的第一分离区域22A通过离子注入区域而不是电介质进行分离。
即，第一分离区域22A由与半导体层20相同的材料(例如，硅)制成，并且具有与半导体层20相同的折射率。注意，在第六变形例中，包含绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B的像素组18的第一分离区域22与本实施方案类似地由具有高折射率的电介质(例如，氧化钽或氧化钛)制成。
因此，当形成第一分离区域22A时，不需要在半导体层20中形成沟槽，因此，能够降低像素阵列单元10的制造成本。
注意，由于入射光L的波长长，因此包含红色滤色器40R的像素组18的相位差的检测精度低于其它颜色的像素组18的相位差的检测精度。因此，通过优先地利用其它颜色的像素组18来检测相位差，能够实现与本实施方案相等的相位差检测精度。
图14是示出了根据本发明实施方案的第七变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。在第七变形例中，滤色器40的结构与本实施方案中的不同。
具体地，在不同颜色的相邻滤色器40之间设置有像素间遮光膜41。像素间遮光膜41由阻挡光L的材料制成。作为用于像素间遮光膜41的材料，期望使用具有强遮光性的并且能够通过微加工(例如，蚀刻)进行高精度加工的材料。
像素间遮光膜41例如可以使用诸如钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钼(Mo)和镍(Ni)等金属膜形成。
在第七变形例中，通过设置像素间遮光膜41，能够抑制倾斜地入射在具有与单位像素11相对应的滤色器40不同颜色的滤色器40上的光L入射到该单位像素11上。
因此，根据第七变形例，能够抑制由于倾斜地入射在滤色器40上的光L而引起的混色的发生。
注意，在图14的示例中示出了其中像素间遮光膜41被设置为使其与半导体层20的光入射侧的表面接触的示例，但是像素间遮光膜41的布置不限于该示例。图15是示出了根据本发明实施方案的第八变形例的像素阵列单元10的横截面结构的放大横截面图。
如图15所示，像素间遮光膜41可以被设置为与第一变形例中示出的氧化硅膜25的光入射侧的表面接触。即使在如上构造的第八变形例中，也能够与第七变型例类似地抑制由于倾斜地入射在滤色器40上的光L引起的混色的发生。
注意，像素间遮光膜41可以被设置为与固定电荷膜30的位于光入射侧的表面接触。
图16是用于说明根据本发明实施方案的第九变形例的像素阵列单元10的单位像素11、滤色器40以及片上透镜50的布置的平面图，并且图17是沿着图16所示的线B-B的横截面图。
如图16所示，在根据第九变形例的像素阵列单元10中，一个像素组18形成有在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11。然后，针对各像素组18设置一个片上透镜50以及红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B中的任何一个。
在第九变形例中，可以通过在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11之间共用相同的片上透镜50和滤色器40来检测相位差。因此，根据第九变形例，固体摄像装置1能够设置有相位差检测系统的自动对焦功能。
因此，在第九变形例中，透过同一片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第一分离区域22分离，并且透过不同的片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第二分离区域23分离。
因此，能够抑制在共用相同的片上透镜50和滤色器40的一对单位像素11中的混色的发生。因此，根据第九变形例能够提高固体摄像装置1中相位差检测系统的自动对焦精度。
图18是用于说明根据本发明实施方案的第十变形例的像素阵列单元10的单位像素11、滤色器40以及片上透镜50的布置的平面图，并且图19是沿着图18所示的线C-C的横截面图。
如图18所示，在根据第十变形例的像素阵列单元10中，一个像素组18形成有在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11。此外，针对各个像素组18设置有一个片上透镜50。然后，分别针对多个像素组18(图18的两行两列)设置有红色滤色器40R、绿色滤色器40G和蓝色滤色器40B中的任何一者。
在第十变形例中，可以通过在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11之间共用相同的片上透镜50和滤色器40来检测相位差。因此，根据第十变形例，固体摄像装置1能够设置有相位差检测系统的自动对焦功能。
因此，在第十变形例中，透过同一片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第一分离区域22分离，并且透过不同的片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第二分离区域23分离。
因此，能够抑制共用相同的片上透镜50和滤色器40的一对单位像素11中的混色的发生。因此，根据第十变形例，能够提高固体摄像装置1中相位差检测系统的自动对焦精度。
此外，根据第十变形例，通过在多个单位像素11之间共用相同的滤色器40，固体摄像装置1能够设置有HDR功能和去马赛克功能。
图20是用于说明根据本发明实施方案的第十一变形例的像素阵列单元10的单位像素11、滤色器40以及片上透镜50的布置的平面图，并且图21是沿着图20所示的线D-D截取的横截面图。
如图20所示，根据第十一变形例的像素阵列单元10包括具有在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11的像素组18。此外，像素组18共用相同的片上透镜50和绿色滤色器40G，因此，根据第十一变形例的固体摄像装置1能够进行相位差检测。
因此，在第十一变形例中，透过同一片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第一分离区域22分离，并且透过不同的片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第二分离区域23分离。
因此，能够抑制在共用相同的片上透镜50和绿色滤色器40G的一对单位像素11中的混色的发生。因此，根据第十一变形例，能够提高固体摄像装置1中相位差检测系统的自动对焦精度。
此外，在如图20所示的第十一变型例中，多个单位像素11共用相同的滤色器40，因此，固体摄像装置1能够设置有HDR功能和马赛克功能。
图22是用于说明本发明实施方案的第十二变形例的像素阵列单元10的单位像素11、滤色器40以及片上透镜50的布置的平面图，并且图23是沿着图22所示的线E-E截取的横截面图。
如图22所示，根据第十二变形例的像素阵列单元10包括具有在左右方向上彼此相邻的一对单位像素11的像素组18。此外，像素组18共用相同的片上透镜50和绿色滤色器40G，因此，根据第十二变形例的固体摄像装置1能够进行相位差检测。
因此，在第十二变形例中，透过同一片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第一分离区域22分离，并且透过不同的片上透镜50的光L入射在其上的多个光电二极管21被第二分离区域23分离。
因此，能够抑制在共用相同的片上透镜50和绿色滤色器40G的一对单位像素11中的混色的发生。因此，根据第十二变形例，能够提高固体摄像装置1中相位差检测系统的自动对焦精度。
图24是用于说明根据本发明实施方案的第十三变形例的像素阵列单元10的像素组18和采光点51的布置的平面图。注意，在第十三变形例中，大量由两行两列的单位像素11构成的像素组18以矩阵布置，并且针对每个像素组18设置一个片上透镜50(参照图2)。
在具有大量像素组18的像素阵列单元10中，来自片上透镜50的光L(参照图3)的入射角在位于视角中心的像素组18C和位于视角的端部的像素组18(例如，位于角部的像素组18E)之间是不同的。因此，光线不是充足地入射在像素11上，因而在端部的像素组18中像素信号劣化。
因此，在第十三变形例中，根据在像素阵列单元10上的像素组18的位置来改变第一分离区域22的位置。具体地，第一分离区域22被布置在各个像素组18中，使得片上透镜50的采光点51与彼此交叉成十字形的第一分离区域22之间的交叉点重合。
例如，在位于视角中心处的像素组18C中，采光点51C是像素组18的中心，因此，将第一分离区域22布置为使得第一分离区域22之间的交叉点是像素组18的中心。
此外，当在位于视角的角部处的像素组18E中采光点51E从像素组18的中心朝向像素阵列单元10的中心侧偏移时，第一分离区域22被布置为使得以相同的方式移动第一分隔区域22之间的交叉点。
由于以这种方式针对每个像素组18适当地调整在第一分离区域22之间的交叉点的位置，因此在第十三变形例中，能够抑制根据像素组18在像素阵列单元10中的位置而生成的像素信号差异。
注意，在图24的示例中示出了在位于视角的角部处的像素组18E中采光点51E从像素组18的中心朝向像素阵列单元10的中心侧偏移的情况。然而，采光点51E偏移的方向不限于像素阵列单元10的中心侧，并且例如，采光点51E可以偏移至远离像素阵列单元10的中心的一侧。
[效果]
根据本实施方案的固体摄像装置1包括半导体层20、多个片上透镜50、第一分离区域22和第二分离区域23。半导体层20设置有多个光电转换单元(光电二极管21)。多个片上透镜50使光L入射到相应的光电转换单元(光电二极管21)上。第一分离区域22分离透过同一片上透镜50的光L入射在其上的多个光电转换单元(光电二极管21)。第二分离区域23分离透过不同的片上透镜50的光L入射在其上的多个光电转换单元(光电二极管21)。此外，第一分离区域22具有比第二分离区域23更高的折射率。
因此，可以实现能够抑制混色的发生的固体摄像装置1。
此外，根据本实施方案的固体摄像装置1包括设置在半导体层20和片上透镜50之间的多种颜色的滤色器40。此外，第一分离区域22分离透过相同颜色的滤色器40的光L入射在其上的多个光电转换单元(光电二极管21)。此外，第二分离区域23分离透过不同颜色的滤色器40的光L入射在其上的多个光电转换单元(光电二极管21)。
因此，能够提高固体摄像装置1中的相位差检测系统的自动对焦精度。
此外，分离透过红色滤色器40(红色滤色器40R)的光L入射在其上的多个光电转换单元(光电二极管21)的第一分隔区域22A具有与根据本实施方案的固体摄像装置1的半导体层20相同的折射率。
因此，能够降低像素阵列单元10的制造成本。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22和第二分离区域23不穿透半导体层20。
因此，能够降低像素阵列单元10的制造成本。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22不穿透半导体层20，并且第二分离区域23穿透半导体层20。
因此，能够进一步抑制混色的发生。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22和第二分离区域23穿透半导体层20。
因此，能够进一步抑制混色的发生。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22在530nm的波长处的折射率为2.0以上且小于4.2。
因此，能够进一步抑制由于散射光引起的混色的发生。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第二分离区域23在530nm的波长处的折射率为1.0以上且1.5以下。
因此，能够进一步抑制由于入射在光电二极管21上的光L而引起的混色的发生。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22包含与固定电荷膜30(第二固定电荷膜32)相同的材料。
因此，能够降低像素阵列单元10的制造成本。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22的位于光入射侧的端部22a具有比第二分离区域23高的折射率，并且第一分离区域22的除光入射侧的端部22a外的部分22b具有比光入射侧的端部22a小的折射率。
因此，在第一分离区域22中，既能够抑制由于散射光引起的混色的发生，也能够抑制由于入射在光电二极管21上的光L引起的混色的发生。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22的光入射侧的端部22a的深度为20nm以上且100nm以下。
因此，在第一分离区域22中能够以良好平衡的方式既抑制了由于散射光引起的混色的发生，也抑制了由于入射在光电二极管21上的光L引起的混色的发生。
此外，在根据本实施方案的固体摄像装置1中，第一分离区域22具有小于第二分离区域23的厚度。
因此，能够进一步抑制由于散射光而引起的混色的发生。
[电子设备]
注意，本发明不限于固体摄像装置的应用。即，除固体摄像装置外，本发明还可以应用于相机模块、摄像装置、具有摄像功能的移动终端设备或具有固体摄像装置的所有电子设备(诸如使用固体摄像装置作为图像读取单元的复印机)。
这种摄像装置的示例包括数码照相机和摄像机。此外，具有摄像功能的这种移动终端设备的示例包括智能电话和平板终端。
图25是示出了作为应用了根据本发明的技术的电子设备100的摄像装置的配置示例的框图。图25的电子设备100例如是诸如摄像装置(诸如数码照相机和摄像机等)以及移动终端设备(诸如智能手机和平板终端等)等电子设备。
在图25中，电子设备100包括透镜组101、固体摄像装置102、DSP电路103、帧存储器104、显示单元105、记录单元106、操作单元107和电源单元108。
此外，电子设备100中的DSP电路103、帧存储器104、显示单元105、记录单元106、操作单元107和电源单元108经由总线109彼此连接。
透镜组101拍摄来自被摄体的入射光(图像光)并且在固体摄像装置102的摄像表面上形成图像。固体摄像装置102对应于根据上述实施方案的固体摄像装置1，并且以像素为单位将通过透镜组101在摄像表面上成像的入射光量转换为电信号，并且将该电信号作为像素信号输出。
DSP电路103是相机信号处理电路，其处理从固体摄像装置102提供的信号。帧存储器104以帧为单位临时地保持由DSP电路103处理过的图像数据。
使用诸如液晶面板和有机电致发光(EL)面板等面板式显示装置来构成显示单元105，并且显示单元显示由固体摄像装置102拍摄的运动图像或静止图像。记录单元106将由固体摄像装置102拍摄的运动图像或静止图像的图像数据记录到诸如半导体存储器和硬盘等记录介质上。
操作单元107根据用户的操作发出用于电子设备100的各种功能的操作命令。电源单元108将用作DSP电路103、帧存储器104、显示单元105、记录单元106和操作单元107的工作电源的各种电源相应地供应给这些供应目标。
在以这种方式构成的电子设备100中，通过应用上述各个实施方案的固体摄像装置1作为固体摄像装置102能够抑制混色的发生。
<移动对象的应用示例>
根据本发明的技术(本技术)可以应用到各种产品。例如，根据本发明的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶和机器人等任意类型的移动对象上的装置。
图26是示出了作为可以应用根据本发明的技术的移动对象控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成示例的框图。
车辆控制系统12000包含通过通信网络12001连接的多个电控制单元。在图26示出的例子中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，示出了作为集成控制单元12050的功能配置的微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下装置的控制装置：诸如内燃机、驱动马达等被构造用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、被构造用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、调整车辆转向角的转向机构、产生车辆制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯和雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，车身系统控制单元12020可以接收从替代钥匙的便携式装置发射的无线电波或者各种开关的信号的输入。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或者信号的输入以控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或车灯等。
车外信息检测单元12030检测关于安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接至摄像单元12031。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行人、车辆、障碍物、标识、路面上的文字等的对象检测处理，或者距离检测处理。
摄像单元12031是接收光线并且输出与接收到的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031可以将电信号输出作为图像，并且还可以作为测距信息。此外，由摄像单元12031接收到的光可以是可见光，或者是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如连接至检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041。驾驶员状态检测单元12041例如包括拍摄驾驶员的相机，并且基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或者集中程度，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或者制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，ADAS功能包括用于车辆的碰撞避免或冲击减缓、基于车间距离的前方车辆跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告。
此外，通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的关于车辆周围的信息控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，微型计算机12051能够执行旨在自动驾驶等的协同控制，使用所述自动驾驶车辆能够在不依赖驾驶员的操作的情况下自主地行驶。
此外，基于由车外信息检测单元12030获取的关于车辆外部的信息，微型计算机12051可以向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或迎面而来的车辆的位置控制前照灯，从而进行诸如从远光变为近光等旨在防止眩光的协同控制。
声音图像输出单元12052将声音或者图像中的至少一者的输出信号发送到能够在视觉或者听觉上向车辆的乘客或车辆外部提供信息通知的输出装置。在图26的示例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被示出为输出装置。显示单元12062例如可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图27是示出了摄像单元12031的安装位置的示例的视图。
在图27中，作为摄像单元12031设置有摄像单元12101、摄像单元12102、摄像单元12103、摄像单元12104和摄像单元12105。
摄像单元12101、摄像单元12102、摄像单元12103、摄像单元12104和摄像单元12105例如安装在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门以及乘客舱内的挡风玻璃的上部等位置。安装在前鼻处的摄像单元12101和安装在乘客舱内的挡风玻璃的上部中的摄像单元12105主要获取车辆12100的前方区域的图像。安装在侧视镜上的摄像单元12102和摄像单元12103主要获取车辆12100的两侧的图像。安装在后保险杠或后门上的摄像单元12104主要获取车辆12100的后方区域的图像。安装在乘客舱内的挡风玻璃上部中的摄像单元12105主要用于检测前方车辆或行人、障碍物、信号灯、交通标志、车道等。
注意，图27示出了摄像单元12101至摄像单元12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111代表设置在前鼻的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和摄像范围12113代表分别设置在侧视镜的摄像单元12102和摄像单元12103的摄像范围，并且摄像范围12114代表设置在后保险杠或后盖上的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像数据获得从上面观察的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像单元12101至摄像单元12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101至摄像单元12104中的至少一个可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，基于从摄像单元12101至摄像单元12104获取的距离信息，微型计算机12051可以获得在摄像范围12111到摄像范围12114内的各个三维对象的距离和所述距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而提取特别是在车辆12100的行驶路径上的并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)沿着与车辆12100大致相同的方向行驶的最靠近的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定保持在前方车辆后面的车间距离，并且进行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。以这种方式，能够执行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像单元12101至摄像单元12104获取的距离信息，微型计算机12501可以将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准车辆、大型车辆、行人、以及诸如电线杆等其他三维物体，提取分类后的三维对象数据，并且提取数据用于障碍物的自动躲避。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物分类为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于指示与各个障碍物碰撞风险度的碰撞风险，并且在存在碰撞可能性且碰撞风险等于或者高于设定值的情况下，通过经由音频扬声器12061和/或显示单元12062向驾驶员发出警告，或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者规避转向可以执行协助驾驶以避免碰撞。
摄像单元12101至摄像单元12104中至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在由摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，对行人的这种识别是通过如下步骤执行的：提取由作为红外相机的摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像中的特征点的步骤；以及对一系列代表物体轮廓的特征点进行模式匹配处理并确定对象是否对应于行人的步骤。当微型计算机12051确定在由摄像单元12101至摄像单元12104拍摄的图像中存在行人并识别出了行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062使得用于强调的方形轮廓线被叠加并显示在识别的行人上。此外，声音图像输出单元12052还可以控制显示单元12062以在需要的位置显示代表行人的图标等。
以上已经说明了可以应用根据本发明的技术的车辆控制系统的示例。根据本发明的技术可以应用在如上所述构造中的摄像单元12031等。具体地，图1的固体摄像装置1可以应用到摄像单元12031。由于根据本发明的技术可以应用到摄像单元12031，因此在摄像单元12031中能够抑制混色的发生。
<内窥镜手术系统的应用示例>
根据本发明的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图28是示出了可以应用根据本发明的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的视图。
图28示出了外科大夫(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000为在病床11133上的患者11132执行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、其它手术工具11110(诸如气腹管11111和能量装置11112等)、支撑臂装置11120(其支撑内窥镜11100)和推车11200，用于内窥镜手术的各种装置装载在推车11200上。
内窥镜11100包括镜筒11101和连接至镜筒11101的近端的摄像头11102，在镜筒11101中从远端起具有预定长度的区域被插入患者11132的体腔。在所示的示例中，示出了构造成作为具有硬性的镜筒11101的所谓刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，内窥镜11100也可以构造成具有柔性的镜筒的所谓柔性内窥镜。
镜筒11101的远端设置已经安装了物镜的开口。光源装置11203连接至内窥镜11100，并且由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导被引导至镜筒的远端并且通过物镜向患者11132体腔中的观察目标照射。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或者侧视内窥镜。
在摄像头11102的内部设置有光学系统和摄像元件，并且来自观察目标的反射光(观察光)被光学系统聚集在摄像元件上。摄像元件对观察光进行光电转换，从而产生与观察光相对应的电信号，即与观察图像相对应的图像信号。图像信号被作为原始数据传输至相机控制单元(CCU)11201。
使用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等来配置CCU 11201，并且CCU11201集中地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并且针对图像信号执行用于基于图像信号显示图像的各种图像处理，例如显影处理(去马赛克处理)。
显示装置11202在CCU 11201的控制下显示基于已由CCU 11201处理的图像信号的图像。
例如，使用诸如发光二极管(LED)等光源来配置光源装置11203，并且光源装置11203在拍摄手术区域等时向内窥镜11100提供照射光。
输入装置11204是关于内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型信息和输入指令。例如，使用者输入指令来改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率或焦距等)。
治疗工具控制装置11205控制构造成用于消融组织、切口、密封血管等的能量治疗装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体送入体腔内以便对患者11132的体腔充气，以确保内窥镜11100的视野并且确保外科大夫的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以各种形式(诸如文本、图像或图形等)打印与手术有关的各种类型的信息的装置。
注意，例如，可以使用LED、激光光源或者由包括它们组合的白光源等来构造在拍摄手术区域时将照射光提供至内窥镜11100的光源装置11203。在白光源包括RGB激光光源的组合的情况下，可以高精度地控制各种颜色(各个波长)的输出强度和输出时机，因此，可以由光源装置11203调整拍摄图像的白平衡。此外，在这种情况下，来自各个RGB激光光源的激光分时地照射到观察目标上，并且与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，从而能够以分时的方式拍摄对应于R、G和B的图像。根据此方法，即使在没有为摄像元件提供滤色器的情况下，也能够获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203的驱动使得以预定的时间间隔改变输出光的强度。当通过与光强度的改变的时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，从而以分时的方式获取图像，并且将这些图像合成时，能够产生没有所谓的黑视(blackout)和高亮溢出的具有高动态范围的图像。
此外，光源装置11203可以构造成能够提供与特殊光观察相对应的预定波长带的光。特殊光观察通过利用人体组织中光吸收的波长依赖性并且以比普通观察时的照射光(即白光)更窄波段的光照射，执行拍摄预定组织(诸如粘膜表面层中的血管等)的具有高对比度的所谓窄带摄像。或者，特殊光观察可以执行用于由通过激发光照射产生的荧光而获得图像的荧光观察。荧光观察可以通过将激发光照射到身体组织上来观察来自身体组织的荧光(自体荧光观察)或者通过将试剂(诸如吲哚菁绿(ICG))局部注射到人体组织中并且将与试剂的荧光波长对应的激发光照射到人体组织上获得荧光图像。光源装置11203可以构造成能够提供在这种特殊光观察兼容的窄带光和/或激发光。
图29是示出了图28中所示的摄像头11102和CCU 11201的功能配置的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理器11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400连接以能够彼此进行通信。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接部分处的光学系统。从镜筒11101的远端摄取的观察光被引导到摄像头11102并且入射到透镜单元11401中。透镜单元11401包括包含变焦透镜和对焦透镜的多个透镜的组合。
形成摄像单元11402的摄像元件在数量上可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)。例如，当摄像单元11402是多板型的摄像单元时，可以通过各自的摄像元件生成与R、G和B相对应的图像信号，并且合成以获得彩色图像。可替代地，摄像单元11402可以包括被构造用于获取与三维(3D)显示兼容的右眼的图像信号和左眼图像信号的一对摄像元件。3D显示使得外科大夫11131更准确地理解手术部位中活体组织的深度。注意，当摄像单元11402是多板型的摄像单元时，与摄像元件相对应地设置有多个透镜单元11401。
此外，摄像单元11402不是必须设置在摄像头11102上。例如，可以在镜筒11101内部的紧挨着物镜后面设置摄像单元11402。
使用致动器来配置驱动单元11403，并且驱动单元11403在摄像头控制单元11405的控制下，沿光轴以预定距离移动透镜单元11401的变焦透镜和对焦透镜。因此，能够适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
使用用于发送各种类型的信息到CCU 11201和接收来自CCU 11201的各种类型信息的通信装置来构成通信单元11404。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获得的图像信号作为RAW数据发送至CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并且将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。控制信息的示例包括与摄像条件相关的信息，诸如指定拍摄图像的帧率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大倍数和焦点的信息。
注意，诸如帧率、曝光值、放大率和焦点等上述摄像条件可以由用户适当地指定或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设置。在后一种情况下，在内窥镜11100中安装有所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收到的来自CCU11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
使用用于发送各种类型的信息到摄像头11102和接收来自摄像头11102的各种类型的信息的通信装置来构成通信单元11411。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102发送的图像信号。
此外，通信单元11411向摄像头11102发送控制信号以控制摄像头11102的驱动。图像信号和控制信号可以通过电通信、光通信等传输。
图像处理器11412对从摄像头11102发送的RAW数据的图像信号执行各种类型图像处理。
控制单元11413执行与由内窥镜11100对手术部位等的拍摄和通过对手术部位等的拍摄而获得的拍摄图像的显示相关的各种类型的控制。例如，控制单元11413创建用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413使控制显示装置11202基于已经由图像处理器11412进行了图像处理的图像信号显示包括手术部位等的拍摄图像。此时，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别所拍摄图像中的各种对象。例如，控制单元11413可以通过检测包含在拍摄图像中的对象的边缘的形状、颜色等来识别例如镊子等手术工具、特定的活体区域、出血、当使用能量装置11112时的雾等。当控制单元11413控制显示装置11202显示拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别的结果在手术部位的图像上叠加各种类型的手术支持信息。由于手术支持信息被叠加并且呈现给外科大夫11131，因此能够减轻外科大夫11131的负担，并且使得外科医生11131确信地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201连接的传输电缆11400是能够兼容电信号通信的电信号电缆、能够兼容光通信的光纤或者它们的复合电缆。
这里，虽然在所示的示例中，通过使用传输电缆11400以有线方式进行通信，但是摄像头11102和CCU 11201之间的通信也可以无线地进行。
上文已经说明了可以应用根据本发明的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本发明的技术可以应用于上述构造中的摄像头11102的摄像单元11402。具体地，图1的固体摄像装置1可以应用至摄像单元11402。当将根据本发明的技术应用于摄像单元11402时，在摄像单元11402中能够抑制混色的发生。因此，能够获得更清晰的手术部位的图像，从而外科医生能够可靠地确认手术部位。
注意，这里将内窥镜手术系统作为示例进行了说明，但是根据本发明的技术可以应用于例如显微手术系统等。
尽管以上说明已经给出了关于本发明实施方案，但是，本发明的技术范围不限于如上所述的实施方案，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种变形。此外，可以适当地组合不同实施方案和变形例中的组件。
此外，本说明书记载的效果仅仅是示例，并且不限制本文的公开，并且可以实现本文未记载的其他效果。
注意，本发明还可以具有如下配置。
(1)一种固体摄像装置，包括：
半导体层，其具有多个光电转换单元；
多个片上透镜，其使光入射在相应的所述光电转换单元上；
第一分离区域，其分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过相同的所述片上透镜的光入射在被所述第一分离区域分离的多个所述光电转换单元上；和
第二分离区域，其分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过不同的所述片上透镜的光入射在被所述第二分离区域分离的多个所述光电转换单元上，其中，
所述第一分离区域具有高于所述第二分离区域的折射率。
(2)
根据上述(1)记载的固体摄像装置，还包括
设置在所述半导体层和所述片上透镜之间的多种颜色的滤色器，其中
所述第一分离区域分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过相同颜色的所述滤色器的光入射在被所述第一分离区域分离的多个所述光电转换单元上，并且
所述第二分离区域分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过不同颜色的所述滤色器的光入射在被所述第二分离区域分离的多个所述光电转换单元上。
(3)
根据上述(2)记载的固体摄像装置，其中
分离如下所述的多个所述光电转换单元的所述第一分离区域的折射率等于所述半导体层的折射率，透过红色的所述滤色器的光入射在这些所述光电转换单元上。
(4)
根据上述(1)至(3)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域和所述第二分离区域不穿透所述半导体层。
(5)
根据上述(1)至(3)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域不穿透所述半导体层，并且所述第二分离区域穿透所述半导体层。
(6)
根据上述(1)至(3)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域和所述第二分离区域均穿透所述半导体层。
(7)
根据上述(1)至(6)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域在530nm的波长处的折射率为2.0以上且小于4.2。
(8)
根据上述(1)至(7)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第二分离区域在530nm的波长处的折射率为1.0以上且1.5以下。
(9)
根据上述(1)至(8)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域包含与固定电荷膜相同的材料。
(10)
根据上述(1)至(9)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域的位于光入射侧的端部具有比所述第二分离区域更高的折射率，并且
所述第一分离区域的除了位于所述光入射侧的所述端部之外的部分具有比位于所述光入射侧的所述端部更低的折射率。
(11)
根据上述(10)记载的固体摄像装置，其中，
所述第一分离区域的位于所述光入射侧的所述端部的深度为20nm以上且100nm以下。
(12)
根据上述(1)至(11)中任一项记载的固体摄像装置，其中
所述第一分离区域具有小于所述第二分离区域的厚度。
(13)
一种电子设备，包括
固体摄像装置，包括：
半导体层，其具有多个光电转换单元；
多个片上透镜，其使光入射在相应的所述光电转换单元上；
第一分离区域，其分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过相同的所述片上透镜的光入射在被所述第一分离区域分离的多个所述光电转换单元上；和
第二分离区域，其分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过不同的所述片上透镜的光入射在被所述第二分离区域分离的多个所述光电转换单元上，其中，
所述第一分离区域具有高于所述第二分离区域的折射率。
(14)
根据上述(13)记载的电子设备，还包括
设置在所述半导体层和所述片上透镜之间的多种颜色的滤色器，其中
所述第一分离区域分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过相同颜色的所述滤色器的光入射在被所述第一分离区域分离的多个所述光电转换单元上，并且
所述第二分离区域分离如下所述的多个所述光电转换单元：透过不同颜色的所述滤色器的光入射在被所述第二分离区域分离的多个所述光电转换单元上。
(15)
根据上述(14)记载的电子设备，其中
分离如下所述的多个所述光电转换单元的所述第一分离区域的折射率等于所述半导体层的折射率，透过红色的所述滤色器的光入射在这些所述光电转换单元上。
(16)
根据上述(13)至(15)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域和所述第二分离区域不穿透所述半导体层。
(17)
根据上述(13)至(15)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域不穿透所述半导体层，并且所述第二分离区域穿透所述半导体层。
(18)
根据上述(13)至(15)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域和所述第二分离区域均穿透所述半导体层。
(19)
根据上述(13)至(18)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域在530nm的波长处的折射率为2.0以上且小于4.2。
(20)
根据上述(13)至(19)中任一项记载的电子设备，其中
所述第二分离区域在530nm的波长处的折射率为1.0以上且1.5以下。
(21)
根据上述(13)至(20)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域包含与固定电荷膜相同的材料。
(22)
根据上述(13)至(21)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域的位于光入射侧的端部具有比所述第二分离区域更高的折射率，并且
所述第一分离区域的除了位于所述光入射侧的所述端部之外的部分具有比位于所述光入射侧的所述端部更低的折射率。
(23)
根据上述(22)记载的电子设备，其中，
所述第一分离区域的位于所述光入射侧的所述端部的深度为20nm以上且100nm以下。
(24)
根据上述(13)至(23)中任一项记载的电子设备，其中
所述第一分离区域具有小于所述第二分离区域的厚度。
附图标记列表
1 固体摄像装置
10 像素阵列单元
11 单位像素
18 像素组
20 半导体层
21 光电二极管(光电转换单元的示例)
22、22A 第一分离区域
22a 光入射侧的端部
22b 除端部之外的部分
23 第二分离区域
30 固定电荷膜
31 第一固定电荷膜
32 第二固定电荷膜
40 滤色器
40R 红色滤波片(红色滤色器的示例)
50 片上透镜
100 电子设备

Claims (15)

1.一种光检测设备，包括：
多个像素组，在平面图中，所述多个像素组布置在像素阵列中，所述多个像素组包括彼此相邻的第一像素组和第二像素组，
所述第一像素组包括：
第一片上透镜；
四个光电转换区域，位于半导体层中且对应于所述第一片上透镜；和
第一滤色器，配置为透过第一波长范围中的光并且设置在所述第一片上透镜和所述第一像素组的所述四个光电转换区域之间；
所述第二像素组包括：
第二片上透镜；
四个光电转换区域，位于所述半导体层中且对应于所述第二片上透镜；和
第二滤色器，配置为透过第二波长范围中的光并且设置在所述第二片上透镜和所述第二像素组的所述四个光电转换区域之间；
第一分离区域，包括第一材料并且在所述平面图中布置在所述第一像素组和所述第二像素组之间；以及
第二分离区域，包括第二材料并且在所述平面图中布置在所述第一像素组的所述四个光电转换区域之间，
其中，所述第二材料的折射率大于所述第一材料的折射率，并且
其中，所述半导体层的材料包括硅，并且所述第二材料包括氧化钽。
2.根据权利要求1所述的光检测设备，其中，所述第一材料包括氧化硅或空气。
3.根据权利要求1所述的光检测设备，其中，所述第一分离区域和所述第二分离区域还包括第三材料。
4.根据权利要求3所述的光检测设备，其中，所述第三材料包括氧化铪。
5.根据权利要求1所述的光检测设备，其还包括设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器之间的滤色器分离区域。
6.根据权利要求5所述的光检测设备，其中，所述滤色器分离区域与所述第一材料接触。
7.根据权利要求5所述的光检测设备，其中，所述滤色器分离区域包括选自由铝、钛、铜、钨组成的组中的至少一种材料。
8.根据权利要求1所述的光检测设备，其中，所述第一分离区域和所述第二分离区域不穿透所述半导体层，所述第一像素组的所述四个光电转换区域和所述第二像素组的所述四个光电转换区域设置在所述半导体层中。
9.根据权利要求1所述的光检测设备，其中，所述多个像素组还包括与所述第一像素组相邻的第三像素组、第四像素组和第五像素组，其中，所述第三像素组包括第三片上透镜和对应于所述第三片上透镜的四个光电转换区域，所述第四像素组包括第四片上透镜和对应于所述第四片上透镜的四个光电转换区域，并且所述第五像素组包括第五片上透镜和对应于所述第五片上透镜的四个光电转换区域。
10.根据权利要求9所述的光检测设备，其中，在所述平面图中，多个第一分离区域包围所述第一像素组，所述多个第一分离区域包括所述第一像素组和所述第二像素组之间的所述第一分离区域、所述第一像素组和所述第三像素组之间的第一分离区域、所述第一像素组和所述第四像素组之间的第一分离区域，以及所述第一像素组和所述第五像素组之间的第一分离区域。
11.根据权利要求9所述的光检测设备，其中，在所述平面图中，多个第一分离区域包围所述第一像素组中的所述第二分离区域，所述多个第一分离区域包括所述第一像素组和所述第二像素组之间的所述第一分离区域、所述第一像素组和所述第三像素组之间的第一分离区域、所述第一像素组和所述第四像素组之间的第一分离区域，以及所述第一像素组和所述第五像素组之间的第一分离区域。
12.根据权利要求5所述的光检测设备，其中，所述第一滤色器为红色滤色器，且所述第二滤色器为绿色滤色器。
13.根据权利要求1所述的光检测设备，其还包括第三滤色器和第四滤色器，其中，在所述平面图中，所述第一滤色器、所述第二滤色器、所述第三滤色器和所述第四滤色器以2*2阵列排列，
其中，所述第三滤色器配置为透过第三波长范围中的光并且设置在第三片上透镜和第三像素组的四个光电转换区域之间，并且，所述第四滤色器配置为透过第四波长范围中的光并且设置在第四片上透镜和第四像素组的四个光电转换区域之间。
14.根据权利要求1所述的光检测设备，其中，在所述平面图中，所述第一像素组的所述四个光电转换区域排列为两行两列。
15.一种电子装置，包括根据权利要求1至14中任一项所述的光检测设备。
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