JP2016139988A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素サイズの増大を抑制しつつ、撮像と焦点調整を撮像面で行わせることが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】緑色画素Ｇ１、Ｇ２からなる第１組と、緑色画素Ｇ３、Ｇ４からなる第２組とは、画素アレイ部１に市松状に配置され、緑色画素Ｇ１、Ｇ２上にはマイクロレンズＺ１が配置され、緑色画素Ｇ３、Ｇ４上にはマイクロレンズＺ２が配置され、マイクロレンズＺ１は緑色画素Ｇ１、Ｇ２にて共有され、マイクロレンズＺ２は緑色画素Ｇ３、Ｇ４にて共有される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は固体撮像装置に関する。

固体撮像装置では、撮像と焦点調整を撮像面で行えるようにするために、像面位相差画素を用いたものがある。像面位相差画素では、１個の画素に１個のマイクロレンズが設けられ、その１個の画素の光電変換部が２個に分割されている。

特開２０００−１５６８２３号公報 特開２０００−２９２６８６号公報 特開２００１−８３４０７号公報

本発明の一つの実施形態は、画素サイズの増大を抑制しつつ、撮像と焦点調整を撮像面で行わせることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、画素アレイ部と、第１マイクロレンズと、制御回路とが設けられている。画素アレイ部は、光電変換された電荷を蓄積する画素がロウ方向およびカラム方向に配置されている。第１マイクロレンズは、第１画素と第２画素で共有される。制御回路は、撮像時および焦点調整時において、前記第１画素と前記第２画素とから別個に画素信号を読み出す。

図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図２（ａ）は、図１の固体撮像装置の色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトの一例を示す平面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトのその他の例を示す平面図である。 図３は、図２（ａ）の色画素配列における画素の構成例を示す回路図である。 図４は、図１の固体撮像装置の焦点検出方法を示す図である。 図５（ａ）は、図２（ａ）の色画素配列における非合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係の一例を示す図、図５（ｂ）は、図２（ａ）の色画素配列における非合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係のその他の例を示す図、図５（ｃ）は、図２（ａ）の色画素配列における合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図である。 図７（ａ）は、図６の色画素配列における左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図、図７（ｂ）は、図６の色画素配列における合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図である。 図８（ａ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置に適用され色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。 図９は、図８（ａ）の色画素配列における画素の構成例を示す回路図である。 図１０（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。 図１１は、第５実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図である。 図１２は、図１１の色画素配列における画素の構成例を示す回路図である。 図１３（ａ）は、第６実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトの一例を示す平面図、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトのその他の例を示す平面図である。 図１４（ａ）は、第７実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。 図１５は、第８実施形態に係る固体撮像装置に適用される画素アレイ部の構成例を示す断面図である。 図１６は、第９実施形態に係る固体撮像装置に適用される画素アレイ部の構成例を示す断面図である。 図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、第１０実施形態に係る固体撮像装置に適用される画素アレイ部の構成例を示す断面図である。 図１８は、第１１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図１９（ａ）は、第１１実施形態に係る固体撮像装置の非合焦状態におけるぼかし処理がない時の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図、図１９（ｂ）は、第１１実施形態に係る固体撮像装置の非合焦状態におけるぼかし処理がある時の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図である。 図２０は、第１２実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、固体撮像装置には、画素アレイ部１が設けられている。画素アレイ部１には、光電変換した電荷を蓄積する画素ＰＣがロウ方向ＲＤおよびカラム方向ＣＤにｍ（ｍは正の整数）行×ｎ（ｎは正の整数）列分だけマトリックス状に配置されている。画素ＰＣには、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２を設けることができる。緑色画素Ｇ１、Ｇ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、緑色画素Ｇ３、Ｇ４はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、赤色画素Ｒ１、Ｒ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、青色画素Ｂ１、Ｂ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。これらの緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２はダブルベイヤ配列を構成することができる。なお、色画素を構成するために、カラーフィルタを用いるようにしてもよいし、光電変換層の深さや材料を変えるようにしてもよい。緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は輝度信号を得るために用いることができ、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２は色信号を得るために用いることができる。緑色画素Ｇ１、Ｇ２からなる第１組と、緑色画素Ｇ３、Ｇ４からなる第２組とは、画素アレイ部１に市松状に配置することができる。緑色画素Ｇ１、Ｇ２上にはマイクロレンズＺ１が配置され、緑色画素Ｇ３、Ｇ４上にはマイクロレンズＺ２が配置されている。マイクロレンズＺ１は緑色画素Ｇ１、Ｇ２にて共有し、マイクロレンズＺ２は緑色画素Ｇ３、Ｇ４にて共有することができる。この時、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は別個に撮像画素として用いることができる。また、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は、焦点調整を行う像面位相差画素としても用いることができる。赤色画素Ｒ１上にはマイクロレンズＺ３が配置され、赤色画素Ｒ２上にはマイクロレンズＺ４が配置されている。マイクロレンズＺ３は赤色画素Ｒ１にて専有させることができる。マイクロレンズＺ４は赤色画素Ｒ２にて専有させることができる。青色画素Ｂ１上にはマイクロレンズＺ５が配置され、青色画素Ｂ２上にはマイクロレンズＺ６が配置されている。マイクロレンズＺ５は青色画素Ｂ１にて専有させることができる。マイクロレンズＺ６は青色画素Ｂ２にて専有させることができる。また、この画素アレイ部１において、ロウ方向ＲＤには画素ＰＣの読み出し制御を行う水平制御線Ｈｌｉｎが設けられ、カラム方向ＣＤには画素ＰＣから読み出された信号を伝送する垂直信号線Ｖｌｉｎが設けられている。なお、垂直信号線Ｖｌｉｎは、１カラムごとに設けるようにしてもよいし、２カラムごとに設けるようにしてもよい。垂直信号線Ｖｌｉｎが１カラムごとに設けられている場合、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４には別個に垂直信号線Ｖｌｉｎを割り当てることができる。

また、固体撮像装置には、読み出し対象となる画素ＰＣを垂直方向に走査する垂直走査回路２、画素ＰＣとの間でソースフォロア動作を行うことにより、画素ＰＣから垂直信号線Ｖｌｉｎにカラムごとに画素信号を読み出す負荷回路３、各画素ＰＣの信号成分をＣＤＳにてカラムごとに検出するカラムＡＤＣ回路４、読み出し対象となる画素ＰＣを水平方向に走査する水平走査回路５、カラムＡＤＣ回路４に基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧発生回路６および各画素ＰＣの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路７が設けられている。なお、基準電圧ＶＲＥＦはランプ波を用いることができる。水平走査回路５は水平レジスタを用いることができる。タイミング制御回路７は、撮像時および焦点調整時において、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から別個に画素信号を読み出させることができる。

そして、撮像時では、垂直走査回路２にて画素ＰＣが垂直方向に走査されることで、ロウ方向ＲＤに画素ＰＣが選択される。そして、負荷回路３において、その画素ＰＣとの間でソースフォロア動作が行われることにより、画素ＰＣから読み出された画素信号が垂直信号線Ｖｌｉｎを介して伝送され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。また、基準電圧発生回路６において、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が設定され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。そして、カラムＡＤＣ回路４において、画素ＰＣから読み出された信号レベルとリセットレベルがランプ波のレベルに一致するまでクロックのカウント動作が行われ、その時の信号レベルとリセットレベルとの差分がとられることで各画素ＰＣの信号成分がＣＤＳにてカラムごとに検出される。そして、この信号成分が水平方向にシリアルに転送されることで出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。この時、緑色画素Ｇ１、Ｇ２間で画素信号が混合されたり、緑色画素Ｇ３、Ｇ４間で画素信号が混合されたりしないようにして、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から別個に画素信号を読み出すことができる。そして、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２から別個に読み出され画素信号に基づいてカラー画像を得ることができる。

一方、焦点調整時においても同様に、垂直走査回路２にて画素ＰＣが垂直方向に走査されることで、ロウ方向ＲＤに画素ＰＣが選択される。そして、負荷回路３において、その画素ＰＣとの間でソースフォロア動作が行われることにより、画素ＰＣから読み出された画素信号が垂直信号線Ｖｌｉｎを介して伝送され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。また、基準電圧発生回路６において、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が設定され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。そして、カラムＡＤＣ回路４において、画素ＰＣから読み出された信号レベルとリセットレベルがランプ波のレベルに一致するまでクロックのカウント動作が行われ、その時の信号レベルとリセットレベルとの差分がとられることで各画素ＰＣの信号成分がＣＤＳにてカラムごとに検出される。そして、この信号成分が水平方向にシリアルに転送されることで出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。この時、緑色画素Ｇ１、Ｇ２間で画素信号が混合されたり、緑色画素Ｇ３、Ｇ４間で画素信号が混合されたりしないようにして、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から別個に画素信号を読み出すことができる。そして、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から別個に読み出され画素信号に基づいて焦点調整を行うことができる。ここで、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から得られる画素信号の重心差またはエッジの位相差から焦点調整のためのデータを生成することができる。
ここで、２個の撮像画素で１個のマイクロレンズを共有させることで、１個の撮像画素の光電変換部が２個に分割することなく、焦点調整を撮像面で行わせることができる。このため、画素サイズの増大を抑制しつつ、撮像と焦点調整を撮像面で行わせることが可能となる。

図２（ａ）は、図１の固体撮像装置の色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトの一例を示す平面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトのその他の例を示す平面図である。なお、図２（ａ）の例では、８行８列分の画素について示した。図２（ｂ）および図２（ｃ）の例では、図２（ａ）の２行４列分の画素を抜き出して示した。
図２（ａ）および図２（ｂ）において、緑色画素Ｇ１、Ｇ２からなる第１組と、緑色画素Ｇ３、Ｇ４からなる第２組とは市松状に配置されている。また、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２にてダブルベイヤ配列が構成されている。この時、緑色画素Ｇ１、Ｇ２と緑色画素Ｇ３、Ｇ４とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけずれた状態で１ラインごとに交互に配置することができる。赤色画素Ｒ１、Ｒ２と青色画素Ｂ１、Ｂ２とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけずれた状態で１ラインごとに交互に配置することができる。ここで、緑色画素Ｇ１、Ｇ２からなる第１組と、緑色画素Ｇ３、Ｇ４からなる第２組とを市松状に配置することにより、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４を均等に配置することができ、画質の低下を抑制しつつ、撮像画素を像面位相差画素として用いることが可能となる。
図２（ｃ）において、赤色画素Ｒ１、Ｒ２上にはマイクロレンズＺ７が配置され、青色画素Ｂ１、Ｂ２上にはマイクロレンズＺ８が配置されている。マイクロレンズＺ７は赤色画素Ｒ１、Ｒ２にて共有し、マイクロレンズＺ８は青色画素Ｂ１、Ｂ２にて共有することができる。ここで、赤色画素Ｒ１、Ｒ２にてマイクロレンズＺ７を共有させ、青色画素Ｂ１、Ｂ２にてマイクロレンズＺ８を共有させることにより、マイクロレンズＺ１、Ｚ２、Ｚ７、Ｚ８の形状を互いに等しくすることができる。このため、マイクロレンズＺ１、Ｚ２、Ｚ７、Ｚ８の製造ばらつきを減少させることができ、各画素ＰＣ間で集光効率を均一化することができる。

図３は、図２（ａ）の色画素配列における画素の構成例を示す回路図である。なお、図３の例では、２画素１セル構成を例にとった。この２画素１セル構成では、２個の画素ＰＣで１本の垂直信号線Ｖｌｉｎを共有することができる。
図３において、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４には、フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ１、ＰＤ_Ｇｒ２、ＰＤ_Ｇｂ１、ＰＤ_Ｇｂ２が設けられている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ１は読み出しトランジスタＴＧｇｒ１を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ２は読み出しトランジスタＴＧｇｒ２を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｂ１は読み出しトランジスタＴＧｇｂ１を介してフローティングディフュージョンＦＤ４に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｂ２は読み出しトランジスタＴＧｇｂ２を介してフローティングディフュージョンＦＤ４に接続されている。
各赤色画素Ｒ１、Ｒ２には、フォトダイオードＰＤ_Ｒ１、ＰＤ_Ｒ２が設けられている。フォトダイオードＰＤ_Ｒ１は読み出しトランジスタＴＧｒ１を介してフローティングディフュージョンＦＤ３に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｒ２は読み出しトランジスタＴＧｒ２を介してフローティングディフュージョンＦＤ３に接続されている。各青色画素Ｂ１、Ｂ２には、フォトダイオードＰＤ_Ｂ１、ＰＤ_Ｂ２が設けられている。フォトダイオードＰＤ_Ｂ１は読み出しトランジスタＴＧｂ１を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｂ２は読み出しトランジスタＴＧｂ２を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。

フローティングディフュージョンＦＤ１は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ１を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ１は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ２を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ２は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ３は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ３のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ３のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ３を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ２に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ３のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ３は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ３を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ４は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ４のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ４のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ４を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ２に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ４のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ４は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ４を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。

そして、撮像時および焦点調整時において、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から別個に画素信号が読み出される。この時、読み出しトランジスタＴＧｇｒ１、ＴＧｇｒ２、ＴＧｇｂ１、ＴＧｇｂ２は、撮像時と焦点調整時とで互いに同じタイムシーケンスでオン／オフさせることができる。

図４は、図１の固体撮像装置の焦点検出方法を示す図である。
図４において、焦点検出では、左側画素ＰＤ_ＧＬおよび右側画素ＰＤ_ＧＲが用いられる。左側画素ＰＤ_ＧＬおよび右側画素ＰＤ_ＧＲ上には、マイクロレンズＺが設けられている。マイクロレンズＺ下にはグリーンフィルタＦｇが配置されている。マイクロレンズＺ上には、撮影レンズＬが配置されている。なお、左側画素ＰＤ_ＧＬ、右側画素ＰＤ_ＧＲおよびグリーンフィルタＦｇは、例えば、図１の緑色画素Ｇ１、Ｇ２に対応させることができる。
そして、撮影レンズＬにて集光された光は、マイクロレンズＺにて集光される。そして、グリーンフィルタＦｇにて緑色光が選択された後、左側画素ＰＤ_ＧＬおよび右側画素ＰＤ_ＧＲに入射することで、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲが得られる。左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲに基づいて相関演算が行われることで撮影レンズＬの焦点状態が検出される。ここで、マイクロレンズＺが左側画素ＰＤ_ＧＬおよび右側画素ＰＤ_ＧＲにて共有されているため、撮影レンズＬの異なる瞳領域を通過する光束が左側画素ＰＤ_ＧＬおよび右側画素ＰＤ_ＧＲにて受光される。すなわち、左側画素ＰＤ_ＧＬでは光束ＬＲが受光され、右側画素ＰＤ_ＧＲでは光束ＬＬが受光される。この時、合焦状態では、左側画素ＰＤに対する光束ＬＲの入射角と右側画素ＰＤ_ＧＲに対する光束ＬＬの入射角とは互いに等しいが、非合焦状態では、左側画素ＰＤに対する光束ＬＲの入射角と右側画素ＰＤ_ＧＲに対する光束ＬＬの入射角とが異なる。このため、合焦状態では、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲとは互いに等しいが、非合焦状態では、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲとは異なる。このため、左側画素出力ＰＬと右側画素出力ＰＲとを比較することにより、撮影レンズＬの合焦状態を判別することができる。
また、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は輝度情報の主成分をなす。そして、人間の画像認識特性は輝度情報に敏感である。一方で、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２は赤色情報および青色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感である。さらに、赤色光と青色光は光学レンズの屈折率が緑色光の波長に対して異なるため、焦点距離が異なる。このため、焦点検出に緑色画素Ｇ１〜Ｇ４を用いることで、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２を用いた場合に比べ、焦点検出精度を向上させることができる。

図５（ａ）は、図２（ａ）の色画素配列における非合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係の一例を示す図、図５（ｂ）は、図２（ａ）の色画素配列における非合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係のその他の例を示す図、図５（ｃ）は、図２（ａ）の色画素配列における合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図である。
図５（ａ）において、画素ズレに対する左側画素出力ＰＬのエッジ（この図では，立ち上がりを示したが、立ち下がりを検出することもできる）を検出し、右側画素出力ＰＲのエッジを検出する。なお、非合焦状態では、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲのエッジは緩やかになっている。ここで、左側画素出力ＰＬのエッジ位置（ズレ量＝０）の出力レベルに対して、右側画素出力ＰＲのエッジの出力レベルが小さくなるズレ量が３画素目、右側画素出力ＰＲのエッジの出力レベルが大きくなるズレ量が５画素目であるとする。この場合、左側画素出力ＰＬに対して右側画素出力ＰＲは、３画素目と５画素目の中間の４画素分の位相差ずれが発生していることになる。この４画素分の位相差ずれを光学レンズのピントずれとしてピント調整用レンズをシフトさせることで焦点調整を迅速に行うことができる。
同様に、図５（ｂ）において、画素ズレに対する左側画素出力ＰＬのエッジ（この図では，立ち上がりを示したが、立ち下がりを検出することもできる）を検出し、右側画素出力ＰＲのエッジを検出する。ここで、左側画素出力ＰＬのエッジ位置（ズレ量＝０）の出力レベルに対して、右側画素出力ＰＲのエッジの出力レベルが小さくなるズレ量が４画素目、右側画素出力ＰＲのエッジの出力レベルが大きくなるズレ量が６画素目であるとする。この場合、左側画素出力ＰＬに対して右側画素出力ＰＲは、４画素目と６画素目の中間の５画素分の位相差ずれが発生していることになる。この５画素分の位相差ずれを光学レンズのピントずれとしてピント調整用レンズをシフトさせることで焦点調整を迅速に行うことができる。
以上の焦点調整により、図５（ｃ）に示すように、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲのエッジを急峻化することができ、非合焦状態から合焦状態に移行させることができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図である。
図６において、２ライン分の第１画素群Ｊ１と２ライン分の第２画素群Ｊ２がカラム方向ＣＤに交互に配置されている。第１画素群Ｊ１では、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２が設けられ、これらの緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２はダブルベイヤ配列を構成することができる。第２画素群Ｊ２では、緑色画素Ｇ１´〜Ｇ４´、赤色画素Ｒ１´、Ｒ２´および青色画素Ｂ１´、Ｂ２´が設けられ、これらの緑色画素Ｇ１´〜Ｇ４´、赤色画素Ｒ１´、Ｒ２´および青色画素Ｂ１´、Ｂ２´はダブルベイヤ配列を構成することができる。この時、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は緑色画素Ｇ１´〜Ｇ４´に対してロウ方向ＲＤに１画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。赤色画素Ｒ１、Ｒ２と青色画素Ｂ１、Ｂ２とは、赤色画素Ｒ１´、Ｒ２´および青色画素Ｂ１´、Ｂ２´に対してロウ方向ＲＤに１画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。ここで、図２の配列では、図４の左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲがそれぞれ水平画素数の半分しか得られないが、図６の配列では、図４の左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲを垂直４ラインごとにそれぞれ水平画素数分だけ得ることができ、焦点調整を向上させることができる。また、図６の配列では、図２の配列に比べて色画素の配置を離散化することができ、特に、規則正しい模様の被写体における偽色（モワレ）を低減することができる。
なお、緑色画素Ｇ１´〜Ｇ４´、赤色画素Ｒ１´、Ｒ２´および青色画素Ｂ１´、Ｂ２´に対しても、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２と同様にマイクロレンズを配置することができる。マイクロレンズの配置方法は、図２（ｂ）の方法であってもよいし、図２（ｃ）の方法であってもよい。

図７（ａ）は、図６の色画素配列における左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図、図７（ｂ）は、図６の色画素配列における合焦状態の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図である。
図７（ａ）において、画素ズレに対する左側画素出力ＰＬのエッジ（この図では，立ち上がりを示したが、立ち下がりを検出することもできる）を検出し、右側画素出力ＰＲのエッジを検出する。ここで、左側画素出力ＰＬのエッジ位置（ズレ量＝０）の出力レベルに対して、右側画素出力ＰＲのエッジの出力レベルが等しくなるズレ量が４画素目であるとする。この場合、左側画素出力ＰＬに対して、右側画素出力ＰＲは４画素分の位相差ずれが発生していることになる。この４画素分の位相差ずれを光学レンズのピントずれとしてピント調整用レンズをシフトさせることで焦点調整を迅速に行うことができる。
以上の焦点調整により、図７（ｂ）に示すように、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲのエッジを急峻化することができ、非合焦状態から合焦状態に移行させることができる。
なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）、図７（ａ）および図７（ｂ）では、エッジの信号から位相差演算処理を実施する方法について示したが、重心のずれ量から重心差演算処理を実施するようにしてもよい。ここで、図４の左側画素ＰＤ_ＧＬから生成される被写体の重心と、右側画素ＰＤ_ＧＲから生成される被写体の重心とがずれている場合、その重心のずれ量は撮影レンズの非合焦量に略比例する。このため、左側画素ＰＤ_ＧＬから生成される被写体の重心と、右側画素ＰＤ_ＧＲから生成される被写体の重心との差を演算することで撮影レンズの合焦状態が検出することができる。

（第３実施形態）
図８（ａ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置に適用され色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図８（ａ）および図８（ｂ）において、画素ＰＣには、緑色画素Ｇ１〜Ｇ８、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４および青色画素Ｂ１〜Ｂ４を設けることができる。緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は２行２列に配置され、緑色画素Ｇ５〜Ｇ８は２行２列に配置され、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４は２行２列に配置され、青色画素Ｂ１〜Ｂ４は２行２列に配置されている。緑色画素Ｇ１〜Ｇ４からなる第１組と、緑色画素Ｇ５〜Ｇ８からなる第２組とは市松状に配置されている。また、緑色画素Ｇ１〜Ｇ８、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４および青色画素Ｂ１〜Ｂ４にてクワッドベイヤ配列が構成されている。この時、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４と緑色画素Ｇ５〜Ｇ８とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。赤色画素Ｒ１〜Ｒ４と青色画素Ｂ１〜Ｂ４とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。緑色画素Ｇ１〜Ｇ４上にはマイクロレンズＺ１１が配置され、緑色画素Ｇ５〜Ｇ８上にはマイクロレンズＺ１２が配置されている。マイクロレンズＺ１１は緑色画素Ｇ１〜Ｇ４にて共有し、マイクロレンズＺ１２は緑色画素Ｇ５〜Ｇ８にて共有することができる。赤色画素Ｒ１〜Ｒ４上にはマイクロレンズＺ１３が配置され、青色画素Ｂ１〜Ｂ４上にはマイクロレンズＺ１４が配置されている。マイクロレンズＺ１３は赤色画素Ｒ１〜Ｒ４にて共有し、マイクロレンズＺ１４は青色画素Ｂ１〜Ｂ４にて共有することができる。ここで、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４からなる第１組と、緑色画素Ｇ５〜Ｇ８からなる第２組とを市松状に配置することにより、緑色画素Ｇ１〜Ｇ８を均等に配置することができ、画質の低下を抑制しつつ、撮像画素を像面位相差画素として用いることが可能となる。また、２行２列の４個の色画素で１個のマイクロレンズを共有させることにより、マイクロレンズの形状を互いに等しくしつつ、正方形で構成することができる。このため、マイクロレンズの製造ばらつきを減少させることができ、各画素ＰＣ間で集光効率を均一化することができる。
なお、図８（ｂ）の構成では、マイクロレンズＺ１３を赤色画素Ｒ１〜Ｒ４にて共有し、マイクロレンズＺ１４を青色画素Ｂ１〜Ｂ４にて共有した構成について示したが、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４ごとにマイクロレンズを別個に設けるとともに、青色画素Ｂ１〜Ｂ４ごとにマイクロレンズを別個に設けるようにしてもよい。これにより、非合焦状態において、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４および青色画素Ｂ１〜Ｂ４から生成される画像が２重像になるのを防止することができ、２重像を解消するための信号処理を不要とすることができる。

図９は、図８（ａ）の色画素配列における画素の構成例を示す回路図である。なお、図９の例では、４画素１セル構成を例にとった。
図９において、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ８には、フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ１１、ＰＤ_Ｇｒ１２、ＰＤ_Ｇｒ２１、ＰＤ_Ｇｒ２２、ＰＤ_Ｇｂ３１、ＰＤ_Ｇｂ３２、ＰＤ_Ｇｂ４１、ＰＤ_Ｇｂ４２が設けられている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ１１は読み出しトランジスタＴＧｇｒ１１を介してフローティングディフュージョンＦＤ１１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ１２は読み出しトランジスタＴＧｇｒ１２を介してフローティングディフュージョンＦＤ１１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ２１は読み出しトランジスタＴＧｇｒ２１を介してフローティングディフュージョンＦＤ１１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｒ２２は読み出しトランジスタＴＧｇｒ２２を介してフローティングディフュージョンＦＤ１１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｂ３１は読み出しトランジスタＴＧｇｂ３１を介してフローティングディフュージョンＦＤ２２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｂ３２は読み出しトランジスタＴＧｇｂ３２を介してフローティングディフュージョンＦＤ２２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｂ４１は読み出しトランジスタＴＧｇｂ４１を介してフローティングディフュージョンＦＤ２２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｇｂ４２は読み出しトランジスタＴＧｇｂ４２を介してフローティングディフュージョンＦＤ２２に接続されている。
各赤色画素Ｒ１〜Ｒ４には、フォトダイオードＰＤ_Ｒ１１、ＰＤ_Ｒ１２、ＰＤ_Ｒ２１、ＰＤ_Ｒ２２が設けられている。フォトダイオードＰＤ_Ｒ１１は読み出しトランジスタＴＧｒ１１を介してフローティングディフュージョンＦＤ２１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｒ１２は読み出しトランジスタＴＧｒ１２を介してフローティングディフュージョンＦＤ２１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｒ２１は読み出しトランジスタＴＧｒ２１を介してフローティングディフュージョンＦＤ２１に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｒ２２は読み出しトランジスタＴＧｒ２２を介してフローティングディフュージョンＦＤ２１に接続されている。各青色画素Ｂ１〜Ｂ４には、フォトダイオードＰＤ_Ｂ３１、ＰＤ_Ｂ３２、ＰＤ_Ｂ４１、ＰＤ_Ｂ４２が設けられている。フォトダイオードＰＤ_Ｂ３１は読み出しトランジスタＴＧｂ３１を介してフローティングディフュージョンＦＤ１２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｂ３２は読み出しトランジスタＴＧｂ３２を介してフローティングディフュージョンＦＤ１２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｂ４１は読み出しトランジスタＴＧｂ４１を介してフローティングディフュージョンＦＤ１２に接続されている。フォトダイオードＰＤ_Ｂ４２は読み出しトランジスタＴＧｂ４２を介してフローティングディフュージョンＦＤ１２に接続されている。

フローティングディフュージョンＦＤ１１は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１１のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１１のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ１１を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１１のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ１１は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１１を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ１２は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１２のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１２のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ１２を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ２に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１２のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ１２は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１２を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２１は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２１のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２１のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ２１を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ３に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２１のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ２１は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２１を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
フローティングディフュージョンＦＤ２２は、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２２のゲートに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２２のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ２２を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ４に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２２のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ２２は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２２を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。

そして、撮像時および焦点調整時において、緑色画素Ｇ１〜Ｇ８から別個に画素信号が読み出される。この時、読み出しトランジスタＴＧｇｒ１１、ＴＧｇｒ１２、ＴＧｇｒ２１、ＴＧｇｒ２２、ＴＧｇｂ３１、ＴＧｇｂ３２、ＴＧｇｂ４１、ＴＧｇｂ４２は、撮像時と焦点調整時とで互いに同じタイムシーケンスでオン／オフさせることができる。なお、４画素１セル構成では２画素１セル構成に比べて増幅トランジスタ、行選択トランジスタおよびリセットトランジスタの個数を半減させることができ、レイアウト面積を減らすことができる。また、４画素１セル構成では、ビニング動作時に４画素分の信号電荷を電荷加算することができ、高感度化に容易に対応することができる。

（第４実施形態）
図１０（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図１０（ａ）および図１０（ｂ）の構成では、図２（ａ）および図２（ｂ）の構成に対して、赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ１の位置が互いに入れ替わっている。すなわち、図２（ａ）および図２（ｂ）の構成では、赤色画素Ｒ１、Ｒ２がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、青色画素Ｂ１、Ｂ２がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。これに対して、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の構成では、赤色画素Ｒ１と青色画素Ｂ１がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、赤色画素Ｒ２と青色画素Ｂ２がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。
図２（ａ）および図２（ｂ）の構成では、赤色信号および青色信号を１ラインおきにしか得ることができないが、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の構成では赤色信号および青色信号を１ラインごとに得ることができ、色情報の高解像度化を図ることができる。

（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図である。
図１１の構成では、図６の構成に対して、赤色画素Ｒ２および青色画素Ｂ１の位置が互いに入れ替わるとともに、赤色画素Ｒ２´および青色画素Ｂ１´の位置が互いに入れ替わっている。すなわち、２ライン分の第１画素群Ｊ１´と２ライン分の第２画素群Ｊ２´がカラム方向ＣＤに交互に配置されている。第１画素群Ｊ１´では、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２が設けられ、第２画素群Ｊ２´では、緑色画素Ｇ１´〜Ｇ４´、赤色画素Ｒ１´、Ｒ２´および青色画素Ｂ１´、Ｂ２´が設けられている。この時、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は緑色画素Ｇ１´〜Ｇ４´に対してロウ方向ＲＤに１画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。赤色画素Ｒ１、Ｒ２と青色画素Ｂ１、Ｂ２とは、赤色画素Ｒ１´、Ｒ２´および青色画素Ｂ１´、Ｂ２´に対してロウ方向ＲＤに１画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。ここで、赤色画素Ｒ１と青色画素Ｂ１がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、赤色画素Ｒ２と青色画素Ｂ２がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。また、赤色画素Ｒ１´と青色画素Ｂ１´がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、赤色画素Ｒ２´と青色画素Ｂ２´がロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。ここで、図６の構成では、赤色信号および青色信号を１ラインおきにしか得ることができないが、図１１の構成では赤色信号および青色信号を１ラインごとに得ることができ、色情報の高解像度化を図ることができる。

図１２は、図１１の色画素配列における画素の構成例を示す回路図である。
図１２の構成では、図３の構成に対して、フォトダイオードＰＤ_Ｒ２および読み出しトランジスタＴＧｒ２と、フォトダイオードＰＤ_Ｂ１および読み出しトランジスタＴＧｂ１とが入れ替わっている。それ以外は、図３の構成と同様である。

（第６実施形態）
図１３（ａ）は、第６実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトの一例を示す平面図、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウトのその他の例を示す平面図である。なお、図１３（ａ）の例では、８行８列分の画素について示した。図１３（ｂ）および図１３（ｃ）の例では、図２（ａ）の２行４列分の画素を抜き出して示した。
図１３（ａ）および図１３（ｂ）において、画素ＰＣには、白色画素Ｗ１〜Ｗ８、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２を設けることができる。白色画素Ｗ１、Ｗ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、白色画素Ｗ３、Ｗ４はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、白色画素Ｗ５、Ｗ６はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、白色画素Ｗ７、Ｗ８はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。緑色画素Ｇ１、Ｇ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、緑色画素Ｇ３、Ｇ４はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、赤色画素Ｒ１、Ｒ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置され、青色画素Ｂ１、Ｂ２はロウ方向ＲＤに互いに隣接して配置されている。白色画素Ｗ１〜Ｗ８は輝度信号を得るために用いることができ、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２は色信号を得るために用いることができる。白色画素Ｗ１、Ｗ２からなる第１組と、白色画素Ｗ３、Ｗ４からなる第２組と、白色画素Ｗ５、Ｗ６からなる第３組と、白色画素Ｗ７、Ｗ８からなる第４組とは、画素アレイ部１に市松状に配置することができる。この時、白色画素Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６と白色画素Ｗ３、Ｗ４、Ｗ７、Ｗ８とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけずれた状態で１ラインごとに交互に配置することができる。緑色画素Ｇ１、Ｇ２と緑色画素Ｇ３、Ｇ４とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけ離れた状態で１ラインおきに配置することができる。赤色画素Ｒ１、Ｒ２と青色画素Ｂ１、Ｂ２とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけ離れた状態で緑色画素Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のないラインに１ラインおきに配置することができる。白色画素Ｗ１、Ｗ２上にはマイクロレンズＺ１が配置され、白色画素Ｗ３、Ｗ４上にはマイクロレンズＺ２が配置されている。マイクロレンズＺ１は白色画素Ｗ１、Ｗ２にて共有し、マイクロレンズＺ２は白色画素Ｗ３、Ｗ４にて共有することができる。この時、各白色画素Ｗ１〜Ｗ８は別個に撮像画素として用いることができる。また、各白色画素Ｗ１〜Ｗ８は、焦点調整を行う像面位相差画素としても用いることができる。青色画素Ｂ１上にはマイクロレンズＺ３が配置され、青色画素Ｂ２上にはマイクロレンズＺ４が配置されている。マイクロレンズＺ３は青色画素Ｂ１にて専有させることができる。マイクロレンズＺ４は青色画素Ｂ２にて専有させることができる。緑色画素Ｇ１上にはマイクロレンズＺ５が配置され、緑色画素Ｇ２上にはマイクロレンズＺ６が配置されている。マイクロレンズＺ５は緑色画素Ｇ１にて専有させることができる。マイクロレンズＺ６は緑色画素Ｇ２にて専有させることができる。
ここで、図２（ａ）の緑色画素Ｇ１〜Ｇ４の代わりに白色画素Ｗ１〜Ｗ８を像面位相差画素として用いることにより、高感度化を図ることができる。
図１３（ｃ）において、図１３（ｂ）のマイクロレンズＺ３〜Ｚ６の代わりにマイクロレンズＺ７、Ｚ８が設けられている。これにより、マイクロレンズＺ１、Ｚ２、Ｚ７、Ｚ８の形状を互いに等しくすることができる。このため、マイクロレンズＺ１、Ｚ２、Ｚ７、Ｚ８の製造ばらつきを減少させることができ、各画素ＰＣ間で集光効率を均一化することができる。

（第７実施形態）
図１４（ａ）は、第７実施形態に係る固体撮像装置に適用される色画素配列のレイアウト例を示す平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の色画素配列に適用されるマイクロレンズのレイアウト例を示す平面図である。
図１４（ａ）において、画素ＰＣには、白色画素Ｗ１〜Ｗ１６、緑色画素Ｇ１〜Ｇ８、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４および青色画素Ｂ１〜Ｂ４を設けることができる。白色画素Ｗ１〜Ｗ４は２行２列に配置され、白色画素Ｗ５〜Ｗ８は２行２列に配置され、白色画素Ｗ９〜Ｗ１２は２行２列に配置され、白色画素Ｗ１３〜Ｗ１６は２行２列に配置されている。緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は２行２列に配置され、緑色画素Ｇ５〜Ｇ８は２行２列に配置され、赤色画素Ｒ１〜Ｒ４は２行２列に配置され、青色画素Ｂ１〜Ｂ４は２行２列に配置されている。白色画素Ｗ１〜Ｗ４からなる第１組と、白色画素Ｗ５〜Ｗ８からなる第２組と、白色画素Ｗ９〜Ｗ１２からなる第３組と、白色画素Ｗ１３〜Ｗ１６からなる第４組とは、画素アレイ部１に市松状に配置することができる。この時、白色画素Ｗ１〜Ｗ４、Ｗ９〜Ｗ１２と白色画素Ｗ５〜Ｗ８、Ｗ１３〜Ｗ１６とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけずれた状態で２ラインごとに交互に配置することができる。緑色画素Ｇ１〜Ｇ４と緑色画素Ｇ５〜Ｇ８とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけ離れた状態で２ラインおきに配置することができる。赤色画素Ｒ１〜Ｒ４と青色画素Ｂ１〜Ｂ４とは、ロウ方向ＲＤに２画素分だけ離れた状態で緑色画素Ｇ１〜Ｇ８のないラインに２ラインおきに配置することができる。白色画素Ｗ１〜Ｗ４上にはマイクロレンズＺ１１が配置され、白色画素Ｗ５〜Ｗ８上にはマイクロレンズＺ１２が配置されている。マイクロレンズＺ１１は白色画素Ｗ１〜Ｗ４にて共有し、マイクロレンズＺ１２は白色画素Ｗ５〜Ｗ８にて共有することができる。この時、各白色画素Ｗ１〜Ｗ１６は別個に撮像画素として用いることができる。また、各白色画素Ｗ１〜Ｗ１６は、焦点調整を行う像面位相差画素としても用いることができる。青色画素Ｂ１〜Ｂ４上にはマイクロレンズＺ１３が配置され、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４上にはマイクロレンズＺ１４が配置されている。マイクロレンズＺ１３は青色画素Ｂ１〜Ｂ４にて共有し、マイクロレンズＺ１４は緑色画素Ｇ１〜Ｇ４にて共有することができる。
ここで、図８（ａ）の緑色画素Ｇ１〜Ｇ８の代わりに白色画素Ｗ１〜Ｗ１６を像面位相差画素として用いることにより、高感度化を図ることができる。また、２行２列の４個の色画素で１個のマイクロレンズを共有させることにより、マイクロレンズの形状を互いに等しくしつつ、正方形で構成することができる。このため、マイクロレンズの製造ばらつきを減少させることができ、各画素ＰＣ間で集光効率を均一化することができる。

（第８実施形態）
図１５は、第８実施形態に係る固体撮像装置に適用される画素アレイ部の構成例を示す断面図である。なお、図１５の例では、図１０（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した場合を示した。また、図１５の例では、裏面照射型ＣＭＯＳセンサを示した。
図１５において、半導体基板２４には、光電変換層Ｈ１〜Ｈ４が画素ＰＣごとに形成されている。半導体基板２４の材料は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＩｎＧａＡｓＰなどを用いることができる。光電変換層Ｈ１〜Ｈ４の裏面側にはピンニング層２３が形成されている。半導体基板２４はＰ型半導体を用いることができる。光電変換層Ｈ１〜Ｈ４はｎ⁻型不純物拡散層を用いることができる。ピンニング層２３はｐ^＋型不純物拡散層を用いることができる。ピンニング層２３は、半導体基板２４の欠陥などによるリーク電流を低減することができる。半導体基板２１裏面側には、グリーンフィルタＦｇ、レッドフィルタＦｒおよびブルーフィルタＦｂが設けられている。なお、グリーンフィルタＦｇ、レッドフィルタＦｒおよびブルーフィルタＦｂの上下層には、平坦化層２１、２２を形成するようにしてもよい。平坦化層２１、２２の材料は、例えば、ＳｉＯ_２などを用いることができる。グリーンフィルタＦｇは光電変換層Ｈ１、Ｈ２にて共有されている。レッドフィルタＦｒは光電変換層Ｈ３にて専有されている。ブルーフィルタＦｂは光電変換層Ｈ４にて専有されている。グリーンフィルタＦｇ上にはマイクロレンズＺ１が設けられ、レッドフィルタＦｒ上にはマイクロレンズＺ３が設けられ、ブルーフィルタＦｂ上にはマイクロレンズＺ４が設けられている。なお、マイクロレンズＺ１を光電変換層Ｈ１、Ｈ２で共有させた時にできる２重画像を抑制するため、マイクロレンズＺ１は、マイクロレンズＺ３、Ｚ４よりも扁平性を大きくするようにしてもよい。半導体基板２４には、配線層２５が設けられている。配線層２５には、各光電変換層Ｈ１〜Ｈ４に対応したゲート電極ＴＧ１〜ＴＧ４が設けられている。ゲート電極ＴＧ１は図１２の読み出しトランジスタＴＧｇｒ１を構成し、ゲート電極ＴＧ２は図１２の読み出しトランジスタＴＧｇｒ２を構成し、ゲート電極ＴＧ３は図１２の読み出しトランジスタＴＧｒ１を構成し、ゲート電極ＴＧ４は図１２の読み出しトランジスタＴＧｂ１を構成することができる。
そして、入射光が各マイクロレンズＺ１、Ｚ３、Ｚ４にて集光された後、グリーンフィルタＦｇ、レッドフィルタＦｒおよびブルーフィルタＦｂに入射する。そして、グリーンフィルタＦｇでは緑色光が選択され、光電変換層Ｈ１、Ｈ２に入射する。そして、各光電変換層Ｈ１、Ｈ２において緑色光が電荷に変換され、各光電変換層Ｈ１、Ｈ２に蓄積される。レッドフィルタＦｒでは赤色光が選択され、光電変換層Ｈ３に入射する。そして、光電変換層Ｈ３において赤色光が電荷に変換され、光電変換層Ｈ３に蓄積される。ブルーフィルタＦｂでは青色光が選択され、光電変換層Ｈ４に入射する。そして、光電変換層Ｈ４において青色光が電荷に変換され、光電変換層Ｈ４に蓄積される。

（第９実施形態）
図１６は、第９実施形態に係る固体撮像装置に適用される画素アレイ部の構成例を示す断面図である。なお、図１６の例では、図１０（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した場合を示した。また、図１６の例では、裏面照射型ＣＭＯＳセンサを示した。
図１６の構成では、図１５の構成に光学分離層２６が追加されている。光学分離層２６は、互いに隣接する画素ＰＣ間に配置され、半導体基板２４内で光の透過を遮断することができる。例えば、光学分離層２６は、光電変換層Ｈ１〜Ｈ４間に配置することができる。さらに、光学分離層２６は、グリーンフィルタＦｇ、レッドフィルタＦｒおよびブルーフィルタＦｂ間に配置するとともに、光電変換層Ｈ１、Ｈ２ごとにグリーンフィルタＦｇが分離されるように配置することができる。また、光学分離層２６は、光電変換層Ｈ１〜Ｈ４ごとにピンニング層２３および平坦化層２１、２２が分離されるように配置することができる。光学分離層２６は、光を吸収する光吸収層であってもよいし、光を反射する光反射層であってもよい。この光反射層は、半導体基板２４の入射光を全反射させる全反射層であってもよい。光学分離層２６の材料は、入射光を反射させるためにアルミニウムなどの金属もしくは屈折率が小さい空気層もしくはＳｉＯ_２などを用いることができる。ＳｉＯ_２を光学分離層２６に形成した場合は、平坦化層２１、２２はＳｉＯ_２より屈折率が大きなＳｉＮやＴｉＯ_２などで形成したほうが好ましい。そして、光電変換層Ｈ１〜Ｈ４に入射した入射光が光学分離層２６に到達すると、その入射光が光学分離層２６にて反射され、元の光電変換層Ｈ１〜Ｈ４に戻される。このため、自分の画素ＰＣと異なる色のカラーフィルタを通過した入射光が自分の画素ＰＣに入射するのを防止することができ、混色を防止することができる。また、像面位相差画素の左右の信号分離の精度を向上させることができ、より暗いシーンでの適用ができる。

（第１０実施形態）
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、第１０実施形態に係る固体撮像装置に適用される画素アレイ部の構成例を示す断面図である。なお、図１７（ａ）および図１７（ｂ）の例では、図１０（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した場合を示した。また、図１７（ａ）および図１７（ｂ）の例では、裏面照射型ＣＭＯＳセンサを示した。また、図１７（ａ）では合焦状態での光の入射経路、図１７（ｂ）では非合焦状態での光の入射経路を示した。
図１７（ａ）において、図１７（ａ）の構成では、図１６の構成に内部レンズ２８が追加されるとともに、図１６の光学分離層２６の代わりに光学分離層２６、２７が設けられている。内部レンズ２８は、グリーンフィルタＦｇ、レッドフィルタＦｒおよびブルーフィルタＦｂ下において、光電変換層Ｈ１〜Ｈ４ごとに設けることができる。内部レンズ２８の凹凸は、平坦化層２２にて解消させることができる。この時、内部レンズ２８は平坦化層２２よりも屈折率を大きくする。例えば、平坦化層２２にＳｉＯ_２を用いた場合、内部レンズ２８にはＳｉＮやＴｉＯ_２などを用いることができる。また、光電変換層Ｈ１、Ｈ２間では、図１６の光学分離層２６の代わりに光学分離層２７を設け、光電変換層Ｈ１、Ｈ２上の内部レンズ２８が光学分離層２６で分離されないようにすることができる。
そして、緑色画素Ｇ１、Ｇ２では、光束ＬＲ、ＬＬがマイクロレンズＺ１にて集光された後、グリーンフィルタＦｇに入射する。そして、グリーンフィルタＦｇでは緑色光が選択され、緑色光が緑色画素Ｇ１、Ｇ２ごとに内部レンズ２８で集光された後、光電変換層Ｈ１、Ｈ２に入射する。そして、各光電変換層Ｈ１、Ｈ２において緑色光が電荷に変換され、各光電変換層Ｈ１、Ｈ２に蓄積される。
また、非合焦状態では、図１７（ｂ）に示すように、光束ＬＲ、ＬＬの入射角が傾き、光束ＬＲ、ＬＬの集光位置がずれる。このため、非合焦状態では、緑色画素Ｇ１、Ｇ２の画素出力が異なるようになり、これらの画素出力を比較することにより、撮影レンズの合焦状態を判別することができる。ここで、光電変換層Ｈ１、Ｈ２で共有されるマイクロレンズＺ１下に各光電変換層Ｈ１、Ｈ２で占有される内部レンズ２８を設けることにより、マイクロレンズＺ１を光電変換層Ｈ１、Ｈ２で共有させた時にできる２重画像を抑制しつつ、集光効率を向上させることができる。

（第１１実施形態）
図１８は、第１１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１８において、この固体撮像装置には、光学部３１、光学制御部３５、センサ部３７および信号処理部４１が設けられている。さらに、固体撮像装置には、ＣＰＵ４７、表示部４８、操作スイッチ４９およびフラッシュメモリ５０を付随させることができる。光学部３１には、撮影レンズ３２、絞り３３およびアクチュエータ３４が設けられている。撮影レンズ３２は、光学レンズ群の一部のレンズを光軸方向に可変することで、焦点（ピント）調整することができる。アクチュエータ３４は、焦点調整時に撮影レンズ３２を光軸方向に移動させることができる。光学部３１には、光学ズーム機構や機械式光学シャッタなどを設けるようにしてもよい。光学制御部３５には、フォーカス制御回路３６が設けられている。フォーカス制御回路３６は、撮影レンズ３２が合焦状態になるようにアクチュエータ３４の動作を制御することができる。センサ部３７には、画素アレイ部３８およびＡＤ変換部３９および画素制御回路４０が設けられている。画素アレイ部３８は、画素ＰＣがロウ方向ＲＤおよびカラム方向ＣＤに配置されている。画素ＰＣには、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２が設けられている。この時、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は別個に撮像画素として用いられる。また、各緑色画素Ｇ１〜Ｇ４は、焦点調整を行う像面位相差画素としても用いられる。画素アレイ部３８は、例えば、図１の画素アレイ部１を用いることができる。ＡＤ変換部３９は、画素ＰＣから読み出された画素信号をＡＤ変換することができる。ＡＤ変換部３９は、例えば、図１の負荷回路３およびカラムＡＤＣ回路４を用いることができる。画素制御回路４０は、画素アレイ部３８の撮像動作を制御することができる。画素制御回路４０は、例えば、図１の垂直走査回路２、水平走査回路５、基準電圧発生回路６およびタイミング制御回路７を用いることができる。信号処理部４１には、位相差演算部４２、焦点判定部４３、ぼかし処理部４４、カラー画像処理部４５およびベイヤ配列変換部４６が設けられている。
位相差演算部４２は、図４の左側画素出力ＰＬ（緑色画素Ｇ１、Ｇ３の画素出力）および右側画素出力ＰＲ（緑色画素Ｇ２、Ｇ４の画素出力）から生成した像に基づいて相関演算を行うことで撮影レンズ３２の焦点状態を検出する。焦点判定部４３は、位相差演算部４２の検出結果に基づいて、撮影レンズ３２の合焦状態を判定する。ぼかし処理部４４は、合焦状態の判定結果に基づいてぼかし処理を実施する。カラー画像処理部４５は、ＲＧＢ画像信号のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。ベイヤ配列変換部４６は、画素アレイ部３８から得られたダブルベイヤ配列信号をシングルベイヤ配列信号に変換する。シングルベイヤ配列ＢＨでは、緑色画素Ｇｒ、Ｇｂ、赤色画素Ｒおよび青色画素Ｂが２行２列に配列される。シングルベイヤ配列信号は、シングルベイヤ配列ＢＨから得られた信号である。
ＣＰＵ４７は、撮像装置内でカメラ本体の種々の制御を実施することができる。ＣＰＵ４７は、例えば、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。そして、ＣＰＵ４７は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、撮像装置が有する各種回路を駆動し、オートフォーカス、撮影、画像処理及び記録等の一連の動作を実行することができる。表示部４８は、液晶ディスプレイ等であり、撮像装置の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示することができる。操作スイッチ４９は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成することができる。フラッシュメモリ５０は、着脱可能であり撮影済み画像を記録することができる。

そして、センサ部３７から得られた緑色画素Ｇ１〜Ｇ４の画素出力は、位相差演算部４２に送られるとともに、センサ部３７から得られた赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２の画素出力はカラー画像処理部４５に送られる。そして、位相差演算部４２において、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４の画素出力に基づいて撮影レンズ３２の焦点状態が検出される。この時、位相差ずれに対応した水平画素数が算出され、その水平画素数がフォーカス制御回路３６に送られる。そして、フォーカス制御回路３６において、その水平画素数だけ撮影レンズ３２が光軸方向に移動されることで焦点調整が行われる。また、焦点判定部４３において、位相差演算部４２の検出結果に基づいて、撮影レンズ３２の合焦状態が判定される。そして、ぼかし処理部４４において、撮影レンズ３２が非合焦状態にある時は、２重画像を解消するために、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４から得られた画像のぼかし処理が実施される。このぼかし処理では、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲを混合することで、２重画像を解消することができる。そして、カラー画像処理部４５において、焦点状態に応じてぼかし処理された緑色信号およびセンサ部３７から得られた赤色信号および青色信号からなるＲＧＢ画像信号のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理が行われ、ダブルベイヤ配列信号Ｖｏｕｔ１としてＣＰＵ４７に出力される。また、ベイヤ配列変換部４６において、ダブルベイヤ配列信号Ｖｏｕｔ１がシングルベイヤ配列信号Ｖｏｕｔ２に変換され、ＣＰＵ４７に出力される。
なお、図１８の画素アレイ部３８では、図２（ａ）および図２（ｂ）の構成が用いられている場合について示したが、図２（ａ）および図２（ｃ）の構成を用いるようにしてもよい。この場合、緑色画素Ｇ１〜Ｇ４の画素出力だけでなく、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２の画素出力についても、撮影レンズ３２が非合焦状態にある時は、赤色画素Ｒ１、Ｒ２および青色画素Ｂ１、Ｂ２から得られた画像のぼかし処理を実施することができる。あるいは、図１８の画素アレイ部３８では、図６の構成を用いるようにしてもよいし、図８（ａ）および図８（ｂ）の構成を用いるようにしてもよいし、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の構成を用いるようにしてもよいし、図１１の構成を用いるようにしてもよい。図８（ａ）および図８（ｂ）の構成を用いた場合は、ベイヤ配列変換部４６は、クワッドベイヤ配列信号をシングルベイヤ配列信号に変換することができる。あるいは、図１８の画素アレイ部３８では、図１３（ａ）および図１３（ｂ）の構成を用いるようにしてもよいし、図１４（ａ）および図１４（ｂ）の構成を用いるようにしてもよい。図１３（ａ）および図１３（ｂ）の構成を用いる場合、白色信号について位相差演算およびぼかし処理を実施することができる。図１４（ａ）および図１４（ｂ）の構成を用いる場合、白色信号について位相差演算を実施するとともに、白色信号、緑色信号、赤色信号および青色信号についてぼかし処理を実施することができる。
図１８の構成は、カメラモジュールとして提供することができる。例えば、光学部とセンサ部、信号処理部と光学制御部を組み込んだ小型のカメラモジュールとすることもできる。この場合、ベイヤ配列変換処理を実施することで、後段のプロセッサで汎用的に処理されるシングルベイヤ配列信号を出力することができる。センサ部３７と信号処理部４１は、一体化した１チップ構成であってもよいし、別々の２チップ構成であってもよいし、センサチップ下部にバンプ接続またはＣｕ接続した積層チップと光学部を一体化したモジュール構成であってもよい。

図１９（ａ）は、第１１実施形態に係る固体撮像装置の非合焦状態におけるぼかし処理がない時の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図、図１９（ｂ）は、第１１実施形態に係る固体撮像装置の非合焦状態におけるぼかし処理がある時の左側画素出力と右側画素出力の関係を示す図である。
図１９（ａ）において、左側画素ＰＤ_ＧＬおよび右側画素ＰＤ_ＧＲでマイクロレンズＺを共有すると、非合焦時には、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲのエッジの位置がずれるため、輪郭が２重に見えるようになる。
この時、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲについてぼかし処理を行う。例えば、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲを混合することにより、図１９（ｂ）に示すように、左側画素出力ＰＬおよび右側画素出力ＰＲの出力レベルを等しくすることができ、輪郭が２重に見えるのを防止することができる。なお、このぼかし処理を位相差量に応じて強めに行うことで、ピントが合った画像を強調することができる。非合焦状態と判定されたエリアについてローパスフィルタ処理を行うことで、ぼかし処理を容易に実現することができる。なお、合焦状態と判定されたエリアについては輪郭が２重に見えることはないので、ぼかし処理を不要とすることができ、解像度の低下を防止することができる。

（第１２実施形態）
図２０は、第１２実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図２０において、デジタルカメラ１１は、カメラモジュール１２および後段処理部１３を有する。カメラモジュール１２は、撮像光学系１４および固体撮像装置１５を有する。後段処理部１３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）１６、記憶部１７及び表示部１８を有する。なお、固体撮像装置１５は、図１の構成を用いることができる。また、ＩＳＰ１６の少なくとも一部の構成は固体撮像装置１５とともに１チップ化するようにしてもよい。

撮像光学系１４は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置１５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ１６は、固体撮像装置１５での撮像により得られた画像信号を信号処理する。記憶部１７は、ＩＳＰ１６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部１７は、ユーザの操作等に応じて、表示部１８へ画像信号を出力する。表示部１８は、ＩＳＰ１６あるいは記憶部１７から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイである。なお、カメラモジュール１２は、デジタルカメラ１１以外にも、例えばカメラ付き携帯電話やスマートフォン等の電子機器に適用するようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 画素アレイ部、２ 垂直走査回路、３ 負荷回路、４ カラムＡＤＣ回路、５ 水平走査回路、６ 基準電圧発生回路、７ タイミング制御回路、ＰＣ 画素、Ｖｌｉｎ 垂直信号線、Ｈｌｉｎ 水平制御線、Ｚ１〜Ｚ６ マイクロレンズ、Ｇ１〜Ｇ４ 緑色画素、Ｒ１、Ｒ２ 赤色画素、Ｂ１、Ｂ２ 青色画素

Claims (5)

1. 光電変換された電荷を蓄積する画素がロウ方向およびカラム方向に配置された画素アレイ部と、
   第１画素と第２画素で共有される第１マイクロレンズと、
   撮像時および焦点調整時において、前記第１画素と前記第２画素とから別個に画素信号を読み出す制御回路とを備える固体撮像装置。
2. 前記撮像に用いられる第３画素で占有される第２マイクロレンズと、
   前記撮像に用いられる第４画素で占有される第３マイクロレンズとを備え、
   前記第１画素と前記第２画素は輝度信号を得るために用いられ、前記第３画素は第１色信号を得るために用いられ、前記第４画素は第２色信号を得るために用いられる請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第１画素と前記第２画素との組は、前記画素アレイ部に市松状に配置されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第１画素および前記第２画素からなる第１組と、前記第１画素および前記第２画素からなる第２組とが、前記カラム方向に１画素だけずれた状態で前記ロウ方向に交互に配置される第１画素群と、
   前記第１画素および前記第２画素からなる第３組と、前記第１画素および前記第２画素からなる第４組とが、前記カラム方向に１画素だけずれた状態で前記ロウ方向に交互に配置される第２画素群とを備え、
   前記第１画素群と前記第２画素群とは前記ロウ方向に１画素だけずれた状態で前記カラム方向に交互に配置されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
5. 前記画素アレイ部から読み出された画像の合焦状態に基づいて前記画像のぼかし処理を行うぼかし処理部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

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