[发明专利]固态摄像元件和摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及固态摄像元件和摄像装置。具体地，本发明涉及一种使用单光子雪崩二极管的固态摄像元件和摄像装置。

背景技术

迄今，使用单光子雪崩二极管(SPAD，single-photon avalanche diode)作为像素的光电转换元件的摄像装置已经被用作用于在低照度的环境中摄像或者测量到被摄体的距离的摄像装置。SPAD是在施加有超过击穿电压的电压的状态下进行光电转换的二极管。由于施加了超过击穿电压的电压，发生了由光电转化产生的载流子导致的电子雪崩，并且SPAD进入击穿状态。因此，基于光电转换的载流子倍增，并且期望提高摄像装置的灵敏度。然而，由于将相对高的电压施加到SPAD，SPAD需要相对大的用于与周围电路等绝缘的绝缘区域。另外，在像素的表面上布置有SPAD的电极和连接到电极的配线。形成SPAD的区域相应于像素表面中的光接收表面；因此，通过布置上述的绝缘区域等，光接收表面在像素表面中的比率，即光圈比率减小。因此，电子检测效率是相对低的值。此处，检测效率是被检测的光子的数量与入射光子数量的比率，并且检测效率是示出光子检测的特征的值。

因此，使用如下摄像装置，其中，入射至绝缘区域的光被引导到SPAD并且由此提高了检测效率。例如，提出了如下摄像装置，其中，每个像素布置有微透镜并且光被聚集到形成于像素的中心部分的SPAD的区域(例如，参见专利文献1)。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：JP 2008-103614号公报

发明内容

技术问题

上述的常规技术中，电极布置于SPAD的端部并且入射光聚集到SPAD的中心部分，并且由此提高了检测效率。然而，由于电极布置在SPAD的端部，电极之间的电场是不均匀的，并且电场集中在部分区域中。因此，引发了如下问题：发生了非源于入射光的击穿状态并且增大了从像素输出的信号的噪声。

鉴于这种情况提出了本发明，并且本发明的目的是使入射光聚集到形成有SPAD的区域并且使电极等布置在SPAD的中心部分。

技术方案

本发明已经解决了上述的技术问题。根据本发明的第一方面，固态摄像元件包括：光电二极管，其包括光接收表面和布置在该光接收表面上的电极，并且在所述电极施加有超过击穿电压的电压的状态下，所述光电二极管输出与入射到所述光接收表面的光相对应的电信号；和光聚集部，其使来自被摄体的光聚集到除了布置有所述电极的区域之外的所述光接收表面。因此，提供了包括SPAD的固态摄像元件，该SPAD是如下所述的光电二极管：其包括光接收表面和布置在该光接收表面上的电极的光电二极管，在所述电极施加有超过击穿电压的电压的状态下，所述光电二极管输出与入射到光接收表面的光相对应的电信号。这提供了使源自被摄物的光被聚集至光接收表面的作用。

另外，根据第一方面，在光电二极管中，在光接收表面的大致中心处布置有电极。这提供了使SPAD的光接收表面的电场均匀化的作用。

另外，根据第一方面，光聚集部可以包括微透镜，该微透镜在大致中心部分具有凹部。这提供了通过在大致中心部分的具有凹部的微透镜使光聚集到SPAD的光接收表面的作用。

另外，根据第一方面，微透镜可以具有凹部中的开口。这提供了通过在大致中心部分处具有凹部和开口的微透镜而使光聚集到SPAD的光接收表面的作用。

另外，根据第一方面，固态摄像元件还可以包括电连接到电极的配线，并且微透镜可以具有沿着该配线延伸的凹部。这提供了通过具有沿着配线延伸的凹部的微透镜而使光聚集到SPAD的光接收表面的作用。

另外，根据第一方面，固态摄像元件可以具有在延伸的凹部的底部的切口。这提供了通过具有沿着配线延伸的凹部和切口的微透镜而使光聚集到SPAD的光接收表面的作用。

另外，根据第一方面，光聚集部可以包括多个微透镜，每个微透镜配置为使光聚集到除了布置有电极的区域之外的光接收表面。这提供了通过多个微透镜使光聚集到SPAD的光接收表面的作用。

另外，根据第一方面，固态摄像元件还包括在多个彼此相邻的微透镜之间布置的配线，并且该配线电连接到电极。这提供了在微透镜之间布置配线的作用。

另外，根据第一方面，多个微透镜中的每一者可以具有四边形的底面。这提供了通过每一个具有四边形底部的多个微透镜而使光聚集到SPAD的光接收表面的作用。