JP5860168B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、位相差検出方式の焦点調節が可能な固体撮像装置に関する。
デジタルカメラや、携帯電話機及びスマートフォン等の携帯電子機器のカメラモジュールには、オートフォーカス機能が標準的に備えられている。このオートフォーカス機能には、像のコントラストが最大になるように焦点調節を行うコントラスト検出方式（いわゆるコントラストＡＦ）や、視差による位相差に基づいて焦点調節を行う位相差検出方式のオートフォーカス（以下、位相差ＡＦという）等がある。コントラストＡＦでは、撮像レンズを移動しながら、コントラストの変曲点を見つけ出すことが必要であるが、位相差ＡＦでは各レンズ位置で焦点状態が分かるので、迅速なオートフォーカスが可能となる。
位相差ＡＦを実行する固体撮像装置は、例えば特許文献１に記載されているように、通常画像の撮像に使用する通常画素の他に、左右いずれかの方向から入射する光を選択的に受光する２種類の位相差画素（右位相差画素と左位相差画素）が所定のパターンで配置されている。この２種類の位相差画素から得られる画素信号（画素値）に基づいて、位相差に関する情報を算出し、位相差が小さくなるように撮像レンズを駆動することにより焦点調節を行う。また、特許文献１ではカラーフィルタを左右方向に非対称にすることで位相差画素を形成しているが、フォトダイオードの中心に対して開口を偏心して配置したり、層内レンズを非対称形状にしたりすることで位相差画素を形成するものも知られている。
また、１つの固体撮像装置によって、立体視用の２つの視点画像を同時に撮像する単眼の３Ｄ撮像装置も知られている。この固体撮像装置は、受光領域に配置された全画素が視点画素であり、これは１個のオンチップマイクロレンズの背後に、通常画素のほぼ半分のサイズを有する２個のフォトダイオードを併置した構成をしている。２個のフォトダイオードは、右視点画像を撮像する右視点画素部と、左視点画像を撮像する左視点画素部とを構成している（特許文献２）。
さらに、受光領域の所定位置に測定用画素を配置し、この測定用画素には複数の制御用透明電極を設け、１個の測定画素を仮想的に複数の領域に区画した固体撮像装置も知られている（特許文献３）。測定用画素では、各制御用透明電極が個別に制御され、各領域から個別に信号を読み出して、測光と色温度検出を行うことができる。
特開２０１２−００３００９号公報 国際公開２０１２／０２６２９２号パンフレット 特開平１−２１５０６３号公報
各位相差画素は、例えば左右方向で非対称な形状に形成されているので、対称な形状した通常画素とは、得られる画素信号が異なっている。このため、位相差ＡＦの後に、被写体を撮像する場合は、位相差画素の画素信号をそのまま用いて、通常画像の画素信号とすることができない。そこで、位相差画素の画素信号のゲインを補正したり、周辺の通常画素を用いて補間したりして、位相差画素が存在する位置に対して、通常画像の画素信号を作成することが必要である。このように、ゲイン補正や補間処理で通常画像の画素信号を作成する場合は、被写体の具体的態様、ゲイン補正や補間の精度等によっては、位相差画素に対応した位置では、画素の感度や解像度が実質的に低下することがある。
さらに、近年のカメラモジュールやデジタルカメラ等においては、動画の撮影や、画素加算をする駆動モードが用意されているものがある。しかし、位相差画素を有する固体撮像装置では、位相差画素の存在により通常画像の画質が劣化することがあるため、これらの駆動モードを採用できないことがある。このため、位相差画素を有する固体撮像装置では、位相差ＡＦによる正確な焦点調節が可能になる代わりに、その他の利便性が損なわれることがある。
また、受光領域の全てに視点画素が配置された３Ｄ撮像装置では、右視点画素部と左視点画素部からの信号を用いることにより位相差ＡＦを行うことができる。通常画像（２Ｄ画像）を得る場合には、右視点画像あるいは左視点画像の一方を用いたり、２種類の視点画素部の画素信号を平均したり、合算したりすることが必要である。しかし、これらの方法では得られる通常画像の画素数は、受光領域に配列された左右視点画素部の総数の半分であるため、通常画像の解像度が低くなってしまう。また、右視点画像と左視点画像は、全て非対称な画素から得た画素信号を用いているので、全方向から均等に受光する通常画素で撮像する場合と比較して感度が悪い。
特許文献３に記載された測定用画素は、１個の画素を仮想的に複数の領域に区画しているので、例えば画素の右半分と左半分の領域から個別に信号を取り出すと、位相差ＡＦを実行することが可能である。ところで、領域毎に異なる色のカラーフィルタを配置しているので、通常画像の作成時に、測定用画素の全領域から信号を読み出しても、通常画素と同じ信号を得ることはできない。このため、特許文献３でも、測定画素から通常画像の画素信号を得るには補正が必要であり、やはり部分的に解像度や感度が低下することになる。
本発明は、位相差ＡＦに用いられる画素から、通常画像の画素信号を作成する場合でも、感度や解像度の低下を抑止した固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、光電変換領域、電荷蓄積領域、及びポテンシャル変調用電極を有する複数のハイブリッド画素を備えている。光電変換領域は、被写体からの入射光を光電変換し、入射光量に応じた電荷を発生させる。電荷蓄積領域は、光電変換領域で発生した電荷を蓄積する。ポテンシャル変調用電極は、電荷蓄積領域に電圧を印加して電荷に対するポテンシャルを変調することによって、電荷蓄積領域の幅を狭窄して、電荷蓄積領域を偏在させる。各ハイブリッド画素は、電荷蓄積領域の幅が狭窄されていない場合に、光電変換領域で発生した電荷を偏りなく蓄積する通常画素として機能する。そして、ポテンシャル変調用電極に電圧が印加されて電荷蓄積領域の幅が狭窄された場合に、光電変換領域の一部で発生した電荷を選択的に蓄積する位相差画素として機能する。
ハイブリッド画素は、複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードは光電変換領域と電荷蓄積領域とを有する。各フォトダイオードの間での電荷の移動を妨げる分離領域には、隣接する画素との間での電荷の移動を妨げる分離領域よりも添加物の量を多くして、電荷に対するポテンシャルを高くすることが好ましい。
ポテンシャル変調用電極は、各々独立して電圧を印加可能な複数の電極を有することが好ましい。少なくとも１つの電極に負電圧を印加することにより、電荷蓄積領域が他方の電極の下へ偏在する。電荷蓄積領域が偏在される位置に対応する電極には、正電圧を印加することが好ましい。
ポテンシャル変調用電極は、印加電圧が制御可能な第１電極と第２電極を有することが好ましい。複数のハイブリッド画素には、第１電極と第２電極が第１方向に配置された第１ハイブリッド画素と、第１電極と第２電極が第１ハイブリッド画素と逆順に配置された第２ハイブリッド画素の２種類がある。第１ハイブリッド画素と第２ハイブリッド画素の両方とも、第１電極には第１電圧が印加される。また、第１ハイブリッド画素と第２ハイブリッド画素の両方とも、第２電極には第２電圧が印加される。
ポテンシャル変調用電極は、第１方向に配列された少なくとも３以上の電極を有することが好ましい。
焦点距離が調節可能なズームレンズを用いて、被写体の像を受光領域に結像することが好ましい。この受光領域には、ハイブリッド画素を含む複数の画素が配列されている。ズームレンズの焦点距離に応じて、第１方向に配置された各電極の印加電圧を変えることにより、電荷蓄積領域を偏在させる位置が変わる。
複数のハイブリッド画素は、第１〜第４ハイブリッド画素を含んでいることが好ましい。ポテンシャル変調用電極は、印加電圧が制御可能な第１〜第４電極の４つの電極を有している。第１〜第４ハイブリッド画素の各第１〜第４電極には、同じ電圧が印加される。第１ハイブリッド画素は、第１方向とこの第１方向に垂直な第２方向に沿って、第１〜第４電極が２次元に配列されている。第２ハイブリッド画素は、第１ハイブリッド画素に対して、第１〜第４電極の配列が第１方向に対称である。第３ハイブリッド画素は、第２ハイブリッド画素に対して、第１〜第４電極の配列が第２方向に対称である。第４ハイブリッド画素は、第３ハイブリッド画素に対して、第１〜第４電極が第１方向に対称である。
受光領域内におけるハイブリッド画素の位置に応じて、電荷蓄積領域を偏在させる位置を変えることが好ましい。
ポテンシャル変調用電極は透明であり、ポテンシャル変調用電極を通って入射光が光電変換領域に入射することが好ましい。
ハイブリッド画素毎にマイクロレンズを設け、入射光をフォトダイオードに集光することが好ましい。また、ポテンシャル変調用電極は、不透明な材料で形成され、マイクロレンズによって入射光が集光される集光領域の外に設けられている。
ポテンシャル変調用電極が集光領域を切り欠いた形状をしていることが好ましい。受光領域にある全ての画素が、ハイブリッド画素であることが好ましい。
本発明のハイブリッド画素は、電荷蓄積領域をポテンシャル変調することで、その幅を狭窄可能にするから、通常画素と位相差画素のいずれにも使用可能である。これにより、本発明では、高精度な位相差ＡＦを行うことができる他に、通常画像の画素信号を作成する場合でも、感度や解像度の低下を抑止することができる。
本発明の固体撮像装置を示す説明図である。 カラーフィルタの配列を示す説明図である。 固体撮像装置の部分断面図である。 ハイブリッド画素の透明電極を示す説明図である。 固体撮像装置の作用を示す説明図である。 ４つの透明電極を用いる固体撮像装置を示す説明図である。 左右の視差を得る場合の説明図である。 上下の視差を得る場合の説明図である。 斜めの視差を得る場合の説明図である。 斜めの視差を得る別の例を示す説明図である。 ４つの透明電極を有するハイブリッド画素の断面図である。 ズームレンズを用いる場合に、広角端での入射光と電荷蓄積領域を示す断面図である。 ズームレンズを用いる場合に、望遠端での入射光と電荷蓄積領域を示す断面図である。 受光領域内での各ハイブリッド画素の位置と比感度の関係を示すグラフである。 受光領域内での位置によらず、電荷蓄積領域を一律に制御する場合での入射光と電荷蓄積領域を示す断面図である。 受光領域内での位置に応じて電荷蓄積領域を制御する場合での入射光と電荷蓄積領域を示す断面図である。 不透明な電極を用いる場合の電極の配置を示す説明図である。 不透明な電極を４つ用いる場合の電極の配置を示す説明図である。 不透明な電極を用いる場合の他の電極形状を示す説明図である。 不透明な電極を４つ用いる場合の他の電極形状を示す説明図である。 ハイブリッド画素を赤色画素や青色画素にも設ける場合の説明図である。 全画素をハイブリッド画素にする例の説明図である。 全画素をハイブリッド画素にする別の例を示す説明図である。 １画素に２つのＰＤを設けた例を示す説明図である。 １画素の２つのＰＤ間をｐ＋＋にした例を示す説明図である。 ハニカム配列の固体撮像装置を示す説明図である。 別のハニカム配列の固体撮像装置を示す説明図である。 カラーフィルタがベイヤー配列の固体撮像装置を示す説明図である。 表面照射型の固体撮像装置を示す断面図である。
［第１実施形態］
図１に示すように、固体撮像装置１０はＣＭＯＳ型イメージセンサであり、受光領域１１と、垂直走査回路１３、水平走査回路１４、出力回路１６、制御回路１７等を備えている。
受光領域１１は、複数の画素２１が水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に沿って正方配列された領域である。受光領域１１には、撮像レンズによって被写体の像が結像され、各画素２１は光電変換により、入射光量に応じた電荷を発生して蓄積する。
画素２１は、フォトダイオード（以下、ＰＤという）２２、リセットトランジスタ（以下、Ｔｒという）２３、アンプトランジスタ（以下、Ｔａという）２４、選択トランジスタ（以下、Ｔｓという）２５を備えている。Ｔｒ２３，Ｔａ２４，Ｔｓ２５は、例えばｎ型のＭＯＳトランジスタである。また、各画素２１には、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のいずれかの色のカラーフィルタ４１（図２参照）が設けられており、各画素２１は対応するカラーフィルタ４１の色と同じ色光を光電変換する。
画素２１には、通常画素４３と、ハイブリッド画素４２ａ、４２ｂとがある（図２参照）。通常画素４３は、水平方向及び垂直方向に対称に形成されており、被写体の撮影で取得する通常画像の画素として用いられる。一方、ハイブリッド画素４２ａ、４２ｂは、左右方向（水平方向）の視差に関する情報を得るための位相差画素として用いられる他に、通常画像の画素としても用いられる。通常画素４３とハイブリッド画素４２ａ、４２ｂは、立体的構造（具体的には、透明電極５５Ａ，５５Ｂ（図３参照）の有無）が異なっているが、入射光の光電変換、電荷の蓄積、電荷の読出しに関する基本的な電気的構成は同じである。このため、図１では、通常画素４３とハイブリッド画素４２ａ、４２ｂとを区別せずに、全て画素２１としている。
ＰＤ２２は、光電変換によって入射光量に応じた電荷（電子と正孔の対）を発生する。ＰＤ２２のアノードはグラウンドに接続されており、カソードはＴａ２４のゲート電極に接続されている。ＰＤ２２のカソードとＴａ２４のゲート電極の接続部分が、フローティングディフュージョン（以下、ＦＤという）２６であり、ここに蓄積された電荷（例えば電子）が電圧信号としてＴａ２４のゲート電極に印加される。
Ｔｒ２３は、ソース電極がＦＤ２６に接続され、ドレイン電極には電源電圧ＶＤＤ（図示しない）が印加される。また、Ｔｒ２３のゲート電極はリセット線２７に接続されている。Ｔｒ２３は、そのゲート電極にリセット線２６を介して垂直走査線１３からのリセットパルスが印加されると、オン状態になる。Ｔｒ２３がオン状態になると、ＦＤ２６に電源電圧ＶＤＤが印加され、ＦＤ２６に蓄積された電荷が破棄される。
Ｔａ２４は、ゲート電極がＦＤ２６に接続され、ドレイン電極には電源電圧ＶＤＤが印加されている。また、画素信号（信号電圧）が出力されるソース電極は、Ｔｓ２５のドレイン電極に接続されている。Ｔａ２４かオンすると、ＦＤ２６に蓄積された電荷量に応じた画素信号をソース電極に出力する。
Ｔｓ２５は、ドレイン電極がＴａ２４のソース電極に接続され、ソース電極は信号線２８に接続されている。また、Ｔｓ２５のゲート電極は、行選択線２９に接続されている。Ｔｓ２５は、行選択線２９を介して垂直走査回路１３から選択パルスが入力されるとオン状態になり、Ｔａ２４から出力された画素信号を信号線２８に出力する。
垂直走査回路１３は、画素２１を駆動するためのものであり、各行のリセット線２７と行選択線２９が接続されている。垂直走査回路１３は、選択された行のリセット線２７にリセットパルスを入力し、また行選択線２９に選択パルスを入力してＴｒ２３やＴｓ２５の動作を制御する。
水平走査回路１４は、各信号線２８上に設けられた列選択トランジスタ（Ｔｃ）３２のうち１つをオンにすることにより、画素信号の読み出しを行う列を選択する。
信号線２８は、各画素２１からの画素信号を読み出すためのものであり、画素２１の列毎に設けられている。また、信号線２８の末端には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路３１と列選択トランジスタ３２が設けられている。ＣＤＳ回路３１は、制御回路１７から入力されるクロック信号に基づいて動作し、垂直走査回路１３によって選択された行選択線２９上の画素２１から、読み出しに伴うノイズが除去されるように画素信号をサンプリングホールドする。水平走査回路１４によって列選択トランジスタ３２がオンにされると、ＣＤＳ回路３１が保持する画素信号は出力バスライン３３を介して出力回路１６に出力される。
出力回路１６は、ＣＤＳ３１から入力される画素信号を増幅するアンプ３４と、アンプ３４で増幅された画素信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路３５を備える。アンプ３４のゲインは可変であり、撮影モード等の設定に応じて適宜調節される。
制御回路１７は、固体撮像装置１０の各部を統括的に制御する。例えば、垂直走査回路１３や水平走査回路１４の動作は、制御回路１７から入力されるクロック信号等の制御信号に基づいて動作する。また、ＣＤＳ３１の動作やアンプ３４のゲイン等も制御回路１７によって制御される。
図２に示すように、カラーフィルタ４１は、６×６画素の色配列を１単位とする長い周期性を有している。より詳しくは、カラーフィルタ４１は、３×３画素の色配列からなる２種類のサブユニット４１ａ，４１ｂをそれぞれ対角の位置に配置した配列である。第１サブユニット４１ａは、３×３画素の中央及び対角位置に緑色（Ｇ）フィルタが配置され、左右中央に青色（Ｂ）フィルタを、上下中央に赤色（Ｒ）フィルタが配置されたサブユニットである。第２サブユニット４１ｂは、３×３画素の中央及び対角位置にＧフィルタが配置されている点は、第１サブユニット４１ａと同様である。しかし、ＢフィルタとＲフィルタが第１サブユニット４１ａとは逆になっており、左右中央にはＲフィルタが配置され、上下中央にはＢフィルタが配置される。
例えば、２×２画素の色配列を１単位としたベイヤー配列と比較すると、カラーフィルタ４１は長い周期性を有するので、固体撮像装置１０では光学的ローパスフィルタを用いなくてもモアレの発生を抑えることができる。また、カラーフィルタ４１を採用した固体撮像装置１０では、Ｙ方向及びＸ方向に必ずＲＧＢの画素が存在するので、偽色が抑えられ、正確な色再現が可能である。
固体撮像装置１０の受光領域１１の殆どは通常画素４３であり、この通常画素４３はＹ方向とＸ方向から入射する光を均等に受光する。ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂは、通常画素と位相差画素に兼用されるものであり、例えば、右上の第１サブユニット４１ａと左上の第２サブユニット４１ｂの各左下のＧ画素に形成される。
ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを位相差画素として機能させる場合に、一対を構成するハイブリッド画素４２ａ，４２ｂから得られる画素信号（画素値）に基づいて合焦評価が行われる。そして、合焦評価の結果に応じて撮像レンズの位置が自動調節される。また、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを通常画素として用いる場合には、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの画素信号は、他の通常画素４３と同様にゲイン補正や補間等をせずに、そのまま通常画像の画素信号として用いる。
一対のハイブリッド画素４２ａ，４２ｂは、受光領域１１の全面に均一に分布されているが、カラーフィルタ４１の６×６画素の単位中に必ずハイブリッド画素４２ａ，４２ｂが設けられているわけではなく、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂが設けられていない単位もある。ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂが設けられていない単位においては、全てが通常画素４３である。なお、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂが設けられている単位では、図２に示す位置に設けられる。
図３に示すように、固体撮像装置１０は、裏面照射（ＢＳＩ；ｂａｃｋ ｓｉｄｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）型のＣＭＯＳイメージセンサであり、支持基板５１、配線層５２、ｐ型半導体基板５３、透明電極層５４、カラーフィルタ４１、マイクロレンズ５７等で構成される。ｐ型半導体基板５３に対して配線層５２が設けられている側が、固体撮像装置１０の「表面」であり、カラーフィルタ４１や透明電極層５４，マイクロレンズ５７が設けられている側が「裏面」である。固体撮像装置１０には、マイクロレンズ５７、カラーフィルタ４１、透明電極層５４を介して裏面側からＰＤ２２に光が入射される。
支持基板５１は、例えばシリコン基板であり、裏面照射型の固体撮像装置１０を製造する過程で、ｐ型半導体基板５３の裏面を露呈させ、ｐ型半導体基板５３を薄型化するために、配線層５２の表面に接合される。
配線層５２は、ｐ型半導体基板５３の表面に形成され、配線層５２内に設けられた配線５２ａによって、各画素２１（通常画素４３及びハイブリッド画素４２ａ，４２ｂ）のトランジスタ（Ｔｒ２３，Ｔａ２４，Ｔｓ２５）や、各画素２１を駆動するための各種回路（垂直走査回路１３，水平走査回路１４，出力回路１６，制御回路１７，ＣＤＳ３１等）、各種配線（リセット線２７，信号線２８，行選択線２９、出力バスライン３３等）が形成される。なお、配線層５２には、暗電流等によって各ＰＤ２２で発生する不要な電荷を排出するための配線（図示しない）が設けられている。
ＰＤ２２は、ｐ型半導体基板５３と、ｐ型半導体基板５３内に形成されたｎ型半導体領域２２ａとのＰＮ接合によって形成される。ｐ型半導体基板５３は薄型化されており、一点鎖線で示す光電変換領域２２ｂは、ｐ型半導体基板５３の裏面近傍にまで達している。光電変換領域２２ｂは、光が入射した場合に電荷を生成可能な領域の全体である。また、ＰＤ２２が生成した電荷（電子）は、ポテンシャルが低いｎ型半導体領域（電荷蓄積領域２２ａ）に蓄積される。なお、ＰＤ２２は、ＰＮ接合によって形成される光電変換領域２２ｂと電荷蓄積領域２２ａの全体である。また、各ＰＤ２２は図示しない分離層（例えばｐ＋層）によって分離されており、隣接するＰＤ２２間では電荷が移動しないようになっている。なお、電荷蓄積領域２２ａはＦＤ２６に接続されている。
透明電極層５４は、ｐ型半導体基板５３の裏面側に設けられ、透明電極５５Ａ，５５Ｂと絶縁膜５６とからなる。透明電極５５Ａ，５５Ｂは、例えば、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の透明で導電性のある材料で形成される。また、透明電極５５Ａ，５５Ｂは、電圧が印加されることによって電荷蓄積領域２２ａのポテンシャルを変調するので、ポテンシャル変調用電極に相当する。透明電極５５Ａ，５５Ｂに電圧（電子を蓄積する場合は負電圧）が印加された場合に、生成及び蓄積する電荷（電子）に対して直下の電荷蓄積領域２２ａのポテンシャルを上げる。このポテンシャル変調により、ｎ型半導体領域自体は変化しないが、実効的な電荷蓄積領域２２ａの幅（ＸＹ面内での大きさ）が変化する。
ＰＤ２２を左側部（Ｘ方向での上流側）と右側部とに２分したときに、透明電極５５Ａ，５５Ｂは、ＰＤ２２の左側部と右側部とをそれぞれ覆っている。また、対になっているハイブリッド画素４２ａ及びハイブリッド画素４２ｂでは、透明電極５５Ａ，５５Ｂが左右対称に設けられている。具体的には、ハイブリッド画素４２ａでは、ＰＤ２２の右側部に透明電極５５Ａが設けられ、左側部に透明電極５５Ｂが設けられる。一方、ハイブリッド画素４２ｂでは、ＰＤ２２の左側部に透明電極５５Ａが設けられ、右側部に透明電極５５Ｂが設けられる。
絶縁膜５６は、透明電極５５Ａ，５５Ｂとｐ型半導体基板５３との間を絶縁するとともに、透明電極５５Ａ，５５Ｂ上を平坦化する平坦化膜として用いられている。このため、通常画素４３上の透明電極層５４は、絶縁膜５６のみで形成されている。絶縁膜５６は、例えば、ＢＰＳＧ等の透明で導電性のない材料で形成される。なお、絶縁膜５６は、透明電極５５Ａ，５５Ｂの下に存在する絶縁膜と、透明電極５５Ａ，５５Ｂの間に存在する絶縁膜、及び透明電極５５Ａ，５５Ｂ上に存在する平坦化膜とを一体化したものである。
カラーフィルタ４１は、透明電極層５４上で、各色セグメントがＰＤ２２にそれぞれ対応するように設けられている。このカラーフィルタ４１は、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれかの色光を選択的に透過する。
マイクロレンズ５７は、各ＰＤ２２に対応するように、カラーフィルタ４１上に設けられており、形状は概ね半球である。このマイクロレンズ５７は、入射光を対応するＰＤ２２に集光させる。なお、受光領域１１の中心では、マイクロレンズ５７の中心はＰＤ２２の中心にほぼ一致しているが、受光領域１１の周辺部分にあるものほど主光線角度に応じて受光領域１１の中心方向にオフセットして配置（スケーリング）されている。これにより、受光領域１１の周辺部分において、ＰＤ２２に斜めに入射する光束も対応するＰＤ２２に効率良く集光される。
図４に示すように、固体撮像装置１０は、第１電圧印加部６１、第２電圧印加部６２、及びこれらと透明電極５５Ａ，５５Ｂをそれぞれ接続する配線６３、６４を有し、透明電極５５Ａと透明電極５５Ｂとに印加する電圧をそれぞれ独立に制御できるようになっている。
第１電圧印加部６１は、配線６３を介して透明電極５５Ａに電圧を印加するものであり、制御部１７から入力される制御信号に基づいて、透明電極５５Ａに電圧を印加するタイミングや印加する電圧の大きさを調節する。例えば、第１電圧印加部６１は、位相差ＡＦを行う場合に、透明電極５５Ａに正電圧を印加する。また、位相差ＡＦを行った後、被写体の撮像をする場合に、第１電圧印加部６１は透明電極５５Ａの電圧を零にする（あるいは透明電極５５Ａの電位をグラウンドにする等により電圧を印加しない状態にする）。
第２電圧印加部６２は、配線６４を介して透明電極５５Ｂに電圧を印加するものであり、第１電圧印加部６２と同様に、制御部１７から入力される制御信号に基づいて透明電極５５Ｂに電圧を印加するタイミングや電圧の大きさを調節する。但し、位相ＡＦを行う場合に、第２電圧印加部６２が透明電極５５Ｂに印加する電圧は、第１電圧印加部６１が透明電極５５Ａに印加する電圧と符号が逆である。すなわち、第２電圧印加部６２は、位相差ＡＦを行う場合に、透明電極５５Ｂに負電圧を印加する。一方、位相差ＡＦを行った後、被写体を撮像する場合は、第１電圧印加部６１が透明電極５５Ａの電圧を零にするのと同様に、第２電圧印加部６２も透明電極５５Ｂに印加する電圧を零にする。
なお、第１電圧印加部６１及び第２電圧印加部６２は、制御部１７と同様に配線層５２の配線５２ａ等によって形成される。一方、第１電圧印加部６１及び第２電圧印加部６２と、透明電極５５Ａ，５５Ｂとをそれぞれ接続する配線６３，６４は、例えば透明電極５５Ａ，５５Ｂと同様に、ポリシリコンによって透明電極層５４内に形成される。このため、第１電圧印加部６１及び第２電圧印加部６２と、配線６３，６４とは、ｐ型半導体基板５３を貫通するビアホール（スルーホールとも言う。図示しない）を介して接続される。
図５（Ａ）に示すように、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの透明電極５５Ａ，５５Ｂに電圧を印加しない場合（零電圧の場合）に、電荷蓄積領域２２ａのポテンシャルが変化しないので、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂと通常画素４３とは、各電荷蓄積領域２２ａは同じ大きさである。また、透明電極５５Ａ，５５Ｂと、通常画素４３上の絶縁膜５６のいずれも透明であり、どちらも入射光がＰＤ２２に到達することを妨げない。このため、透明電極５５Ａ，５５Ｂに電圧を印加しない場合に、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂと通常画素４３とは、実質的に同じ機能を有する。すなわち、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂは、通常画素４３として機能する。例えば、通常画素４３及びハイブリッド画素４２ａ，４２ｂのそれぞれにおいて、ＰＤ２２の右側部で発生した電荷７０ａと、左側部で発生した電荷７０ｂは、ともにｎ型半導体領域２２ａに蓄積される。
一方、図５（Ｂ）に示すように、透明電極５５Ａに正電圧を印加し、透明電極５５Ｂに負電圧を印加すると、電荷（電子）に対して透明電極５５Ｂの直下のポテンシャルが高くなり、電荷蓄積領域２２ａはＸ方向に狭窄される。このため、ハイブリッド画素４２ａでは、もともとの電荷蓄積領域２２ａのうち左側部のポテンシャルが高くなるので、実効的な電荷蓄積領域７３ａは右側部に偏る。逆に、ハイブリッド画素４２ｂの実効的な電荷蓄積領域７３ｂは左側部に偏る。
但し、透明電極５５Ａ，５５Ｂは透明であるから、入射光の範囲は変わらず、また光電変換領域２２ｂの大きさや形状も変化しない。このため、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂにおいても、通常画素４３と同様に、ＰＤ２２の右側部でも左側部でも電荷７０ａ，７０ｂは生成される。しかし、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂでは、実効的な電荷蓄積領域７３ａ，７３ｂが左右に偏っているので、発生した電荷７０ａ，７０ｂのうち、一方だけが電荷蓄積領域７３ａ，７３ｂに蓄積される。
すなわち、ハイブリッド画素４２ａでは、実効的な電荷蓄積領域７３ａが右側部にしか発生しないので、ＰＤ２２の右側部で発生した電荷７０ａは蓄積されるが、ＰＤ２２の左側部で荷７０ｂは、暗電流等を除去するための配線を介して排出される。また、ハイブリッド画素４２ｂでは、実効的な電荷蓄積領域７３ｂが左側部にしかないので、ＰＤ２２の右側部で発生した電荷７０ａは蓄積されず、ＰＤ２２の左側部で発生した電荷７０ｂだけが蓄積される。このように、透明電極５５Ｂに負電圧を印加した場合、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂは、受光範囲自体は等方的であるが、右側部または左側部で発生した電荷のみを選択的に蓄積するので、いわゆる位相差画素として機能する。
もちろん、透明電極５５Ａ，５５Ｂを再び零電圧にすれば、狭窄されていた電荷蓄積領域７３ａ，７３ｂはもとの電荷蓄積領域２２ａに戻り、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを通常画素４３として機能させることができる。
固体撮像装置１０は、上述のようにハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの透明電極５５Ａ，５５Ｂに印加する電圧を調節して、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの電荷蓄積領域２２ａを制御することで、位相差ＡＦを行うことができる。この位相差ＡＦでは、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを位相差画素として機能させ、また位相差ＡＦ後に被写体を撮像する場合にはハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを通常画素として機能させる。
このように、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂは、位相差画素として機能するだけでなく、通常画素としても機能するので、被写体の撮像をする場合にはハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの画素信号を、そのまま通常画像の画素信号として使用することができる。このため、従来の位相差画素を有する固体撮像装置のように、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの画素信号を補間処理やゲイン調節等によって補正する必要がないので、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの対応位置において、通常画像の感度や解像度が低下しない。また、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを設けることによる駆動モードの制限がないから、従来の位相差画素を有する固体撮像装置ではできなかった動画の撮影や、画素加算をすることができる。
上記第１実施形態では、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを左右方向で二分するように透明電極５５Ａ，５５Ｂを設け、位相差ＡＦを行う際に、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂで左右方向の視差に関する情報を得ているが、透明電極５５Ａ，５５Ｂを設ける方向は任意である。例えば、上下方向に透明電極５５Ａ，５５Ｂを並べて設け、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂで上下方向の視差に関する情報を得てもよい。また、斜め４５度方向（あるいは１３５度方向）に透明電極５５Ａ，５５Ｂを並設して、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂで斜め方向の視差に関する情報を得てもよい。
また、透明電極５５Ａに正電圧を印加し、透明電極５５Ｂに負電圧を印加することによって、ハイブリッド画素４２ａの右側に入射した光によって発生した電荷を選択的に蓄積する位相差画素として機能させ、ハイブリッド画素４２ｂの左側に入射した光によって発生した電荷を選択的に蓄積する位相差画素として機能させているが、透明電極５５Ａ，５５Ｂに印加する電圧は逆でもよい。この場合、ハイブリッド画素４２ａでは電荷蓄積領域の右側部が狭窄され、実効的な電荷蓄積領域が左側部に偏る。また、ハイブリッド画素４２ｂでは電荷蓄積領域２２ａの左側部が狭窄され、右側部に実効的な電荷蓄積領域が形成される。
また、透明電極５５Ｂに負電圧を印加すれば、透明電極５５Ａには電圧を印加せず、例えばグラウンドにしておいても上述と同様にハイブリッド画素４２ａ，４２ｂを位相差画素として機能させることができる。
カラーフィルタ４１の６×６画素の単位において、右上の第１サブユニット４１ａの左下Ｇ画素と、左上の第２サブユニット４１ｂの左下Ｇ画素をハイブリッド画素４２ａ，４２ｂにしているが、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂにするＧ画素の位置は任意である。例えば、右上の第１サブユニット４１ａの中央のＧ画素と、左上の第２サブユニット４１ｂの中央のＧ画素をそれぞれハイブリッド画素４２ａ，４２ｂとしてもよい。
［第２実施形態］
第１実施形態ではハイブリッド画素４２ａ，４２ｂがそれぞれ２つの透明電極５５Ａ，５５Ｂを有しているが、透明電極をさらに増やしてもよい。例えば、図６に示す固体撮像装置８０のように、ハイブリッド画素に、独立に電圧の制御が可能な４つの透明電極を設けてもよい。
固体撮像装置８０は、カラーフィルタ４１の６×６画素の単位の中に、４つのハイブリッド画素８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを有する。
ハイブリッド画素８２ａは右上の第１サブユニット４１ａの左下Ｇ画素であり、４つの透明電極８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄにより、直下のＰＤ２２のポテンシャルが制御される。ハイブリッド画素８２ａの場合に、透明電極８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄはそれぞれ右上，左上，左下，右下に設けられる。
ハイブリッド画素８２ｂは、左上の第２サブユニット４１ｂの左下Ｇ画素であり、ハイブリッド画素８２ａと同様に４つの透明電極８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄによって電荷蓄積領域２２ａのポテンシャルが制御される。但し、ハイブリッド画素８２ｂは、透明電極８５Ａ〜８５Ｄの配置がハイブリッド画素８２ａと異なっており、ハイブリッド画素８２ａのものと左右対称（Ｘ方向の位置を入れ替えた配置）である。すなわち、ハイブリッド画素８２ｂでは、透明電極８５Ａは左上に、透明電極８５Ｂは右上に、透明電極８５Ｃは右下に、透明電極８５Ｄは左下にそれぞれ配置される。
また、ハイブリッド画素８２ｃは、左下の第１サブユニット４１ａの左下Ｇ画素であり、ハイブリッド画素８２ｄは右下の第２サブユニット４２ｂの左下Ｇ画素である。そして、これらもハイブリッド画素８２ａ，８２ｂと同様に、４つの透明電極８５Ａ〜８５Ｄによって直下のＰＤ２２のポテンシャルが制御されるが、透明電極８５Ａ〜８５Ｄの配列が異なっている。
ハイブリッド画素８２ｃの透明電極８５Ａ〜８５Ｄはそれぞれ、左下，右下，右上，左上に配置される。すなわち、ハイブリッド画素８２ｃは、透明電極８５Ａ〜８５Ｄの配置が同列上方にあるハイブリッド画素８２ｂと上下対称（Ｙ方向の位置を入れ替えた配置）である。また、ハイブリッド画素８２ａのものと比較すれば、ハイブリッド画素８２ｃの透明電極８５Ａ〜８５Ｄの配列は、斜め方向（約１３５度方向）に対称である。
また、ハイブリッド画素８２ｄの透明電極８５Ａ〜８５Ｄは、それぞれ右下，左下，左上，右上に配置され、同列上方にあるハイブリッド画素８２ａのものに対して上下対称な配列になっている。また、ハイブリッド画素８２ｂのものと比較すれば、ハイブリッド画素８２ｄの透明電極８５Ａ〜８５Ｄの配置は、斜め方向に対称な配置（右下と左上を入れ替えた配置）である。
これらのハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄは、各画素間に設けられた配線８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄを介して、第１電圧印加部９１，第２電圧印加部９２，第３電圧印加部９３，第４電圧印加部９４にそれぞれ接続される。配線８９ａ〜８９ｄは、第１実施形態と同様にポリシリコン等を用いて、透明電極層５４に設けられる。第１〜第４電圧印加部９１〜９４は、配線８９ａ〜８９ｄを介し、透明電極８５Ａ〜８５Ｄにそれぞれ独立に電圧を印加する。第１〜第４電圧印加部９１〜９４は、第１実施形態と同様に配線層５２の配線５２ａ等により形成され、配線８９ａ〜８９ｄとは図示しないビアホールを通じて接続される。また、第１〜第４電圧印加部９１〜９４は、制御部１７から入力される制御信号に基づいて、透明電極８５Ａ〜８５Ｄに電圧を印加するタイミングや電圧の大きさをそれぞれ調節する。
上述のように構成される固体撮像装置８０は、図７（Ａ）に示すように、透明電極８５Ａ〜８５Ｄに電圧を印加しない場合に、各ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄは通常画素４３として機能する。各ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄの電荷蓄積領域２２ａは、通常画素４３のものと同じである。このために透明電極８５Ａ〜８５Ｄに電圧を印加せずに被写体を撮像することにより、ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄの画素信号をゲイン補正等せずにそのまま用いて通常画像の画素としても用いることができる。
一方、透明電極８５Ａと透明電極８５Ｄに正電圧を印加し、透明電極８５Ｂと透明電極８５Ｃに負電圧を印加すると、各ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄの電荷蓄積領域２２ａは狭窄され、透明電極８５Ａ及び透明電極８５Ｄ下だけに実効的な電荷蓄積領域９６Ｒ，ＰＤ９６Ｌが残る。すなわち、カラーフィルタ４１の６×６画素の単位で見たときに、右側にある２つのハイブリッド画素８２ａ，８２ｄでは、実効的な電荷蓄積領域９６Ｒが右側に偏在しているので、これらは右側から入射する光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。一方、左側にある２つのハイブリッド画素８２ｂ，８２ｃでは、実効的な電荷蓄積領域９６Ｌが左側に偏在しているので、これらは左側に入射する光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。
したがって、透明電極８５Ａと透明電極８５Ｄに正電圧を印加し、透明電極８５Ｂと透明電極８５Ｃに負電圧を印加することにより、左右の視差に基づいた位相差ＡＦを行うことができる。なお、合焦評価は、例えば、ハイブリッド画素８２ａとハイブリッド画素８２ｂの対や、ハイブリッド画素８２ｄとハイブリッド画素８２ｃの対から得られる画素信号に基づいて、周知のように行われる。
また、図８に示すように、透明電極８５Ａと透明電極８５Ｂに正電圧を印加し、透明電極８５Ｃと透明電極８５Ｄに負電圧を印加すると、ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄの電荷蓄積領域２２ａは狭窄され、透明電極８５Ａと透明電極８５Ｂの下だけ実効的な電荷蓄積領域９６Ｕ，電荷蓄積領域９６Ｄが残る。すなわち、カラーフィルタ４１の６×６画素の単位で見たときに、上側（Ｙ方向で上流側）にある２つのハイブリッド画素８２ａ，８２ｂでは、実効的な電荷蓄積領域９６Ｕが上側に偏在しているので、これらは上側に入射する光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。一方、下側（Ｙ方向で下流側）にある２つのハイブリッド画素８２ｃ，８２ｄでは、実効的な電荷蓄積領域９６Ｄが下側に偏在するので、これらは下側に入射する光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。
したがって、透明電極８５Ａと透明電極８５Ｂに正電圧を印加し、透明電極８５Ｃと透明電極８５Ｄに負電圧を印加することにより、固体撮像装置８０は上下の視差に基づいた位相差ＡＦを行うことができる。上下の視差に基づいた位相差ＡＦは、例えば、地平線等、上下方向に変化があるが左右方向に変化が少ない被写体を撮影する場合に好適である。もちろん、被写体に応じて透明電極８５Ａ〜８５Ｄに印加する電圧のパターンを変化させることにより、左右の視差に基づく位相差ＡＦと、上下方向の視差に基づく位相差ＡＦとのうち、精度が良い方に切り換えを行うこともできる。
なお、遮光膜等によって位相差画素の非対称性を与えている従来の固体撮像装置は、左右方向と上下方向の視差に関する情報を両方とも得るためには、左右方向の視差を検出するための位相差画素と、上下方向の視差を検出するための位相差画素を予め配置されている。このため、左右方向あるいは上下方向の一方向の視差だけを得る場合に比べて、２倍の位相差画素が必要となるので、ゲイン補正や補間をしなければならない画素が倍増し、感度や解像度の劣化はさらに顕著になりやすい。この従来の固体撮像装置と比較すると、本発明の固体撮像装置８０では、左右方向と上下方向の視差に関する情報を任意に切り換えて得ることができる上に、通常画像を撮像する場合にはハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄが通常画素として機能するので、感度や解像度の劣化が特に少ない通常画像を撮像することができる。
さらに、図９に示すように、固体撮像装置８０では、透明電極８５Ａに正電圧を印加し、透明電極８５Ｂ〜８５Ｄに負電圧を印加することにより、ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄの電荷蓄積領域２２ａを狭窄し、透明電極８５Ａの下だけに実効的な電荷蓄積領域９６ＵＲ，９６ＵＬ，９６ＤＬ，９６ＤＲを残すこともできる。この場合に、ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄは、それぞれ右上，左上，左下，右下の各方向から入射する光を選択的に受光する位相差画素として機能する。例えば、ハイブリッド画素８２ａとハイブリッド画素８２ｃの対や、ハイブリッド画素８２ｂとハイブリッド画素８２ｄの対から得られる信号に基づいて位相差ＡＦを行うことにより、斜め方向の視差に基づく位相差ＡＦを行うことができる。
また、図１０に示すように、透明電極８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｄに正電圧を印加し、透明電極８５Ｃに負電圧を印加してもよい。この場合に、各ハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄの実効的な電荷蓄積領域は、Ｌ字型の電荷蓄積領域９６ＵＲ，９６ＵＬ，９６ＤＬ，９６ＤＲになる。この場合も、ハイブリッド画素８２ａとハイブリッド画素８２ｃの対や、ハイブリッド画素８２ｂとハイブリッド画素８２ｄの対から得られる信号に基づいて位相差ＡＦを行うことにより、斜め方向の視差に基づく位相差ＡＦを行うことができる。また、例えば、透明電極８５Ａに正電圧を印加し、透明電極８５Ｃに負電圧を印加し、透明電極８５Ｂ，８５Ｄには電圧を印加しない場合も同様である。
なお、第２実施形態では複数の透明電極が２次元に配列されているが、これらは一列に配置してもよい。例えば、図１１に示す固体撮像装置１１０では、４つの透明電極１１３Ａ〜１１３Ｄを横方向（Ｘ方向）に配置したハイブリッド画素１１２を用いて、電荷蓄積領域２２ａの大きさ及び位置をさらに細かく制御している。この固体撮像装置１１０は各種の撮像レンズと組み合わせて用いることができるが、焦点距離が可変なズームレンズ（図示しない）を用いるのが特に好適である。
図１２に示すように、ズームレンズを広角端（最短焦点距離）で使用する場合に、入射光のうち主に右側から入射する部分（以下、右側光束という）１１４Ｒは光電変換領域２２ｂの左側に入射し、入射光のうち主に左側から入射する部分（以下、左側光束という）１１４Ｌは光電変換領域２２ｂの右側に入射する。このため、左側２つの透明電極１１３Ａ及び透明電極１１３Ｂに負電圧を印加し、右側２つの透明電極１１３Ｃ及び透明電極１１３Ｄに正電圧を印加して、実効的な電荷蓄積領域１１５をＰＤ２２の右側に偏在させれば、左側光束１１４Ｌによって発生した電荷を蓄積し、右側光束１１４Ｒによって発生した電荷は破棄される。
一方、図１３に示すように、ズームレンズを望遠端（最長焦点距離）で使用する場合に、光の入射角度は広角端の場合よりも緩やかになる。そして、例えば、ハイブリッド画素１１２が受光領域１１の右側にある場合に、右側光束１１６Ｒも左側光束１１６Ｌも主に光電変換領域２２ｂの右側に入射する。この場合、広角端の場合と同じように、実効的な電荷蓄積領域１１５をＰＤ２２の右側半分に偏在させただけでは左右の各光束１１６Ｒ，１１６Ｌによって発生した電荷が両方とも蓄積されてしまう。すなわち、ハイブリッド画素１１２では、視差に関する情報が得られ難い。このため、固体撮像装置１１０では、ズームレンズを望遠端で使用する場合に、左側３つの透明電極１１３Ａ〜１１３Ｃに負電圧を印加し、最も右側の透明電極１１３Ｄにだけ正電圧を印加して、実効的な電荷蓄積領域１１７を広角端に比べて約半分の幅にして、ＰＤ２２の最も右側にだけ偏在させる。こうすると、左右の各光束１１６Ｒ，１１６Ｌが、ともに光電変換領域２２ｂの右側１／２の領域に入射した場合でも、左側光束１１６Ｌによって発生した電荷が蓄積され、右側光束１１６Ｒによって発生した電荷が破棄される。これにより、ハイブリッド画素１１２は、視差に関する情報を得ることができる。
左右方向には、２つの透明電極しか配置していない第１，第２実施形態の各ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂ，８２ａ〜８２ｄでは、ズームレンズに使用する場合に、望遠端では視差に関する情報を得られにくくなることがある。そこで、左右方向にさらに細かく透明電極を分割して配置したハイブリッド画素１１２を用いれば、ズームレンズに対しても視差に関する情報が得やすくなり、位相差ＡＦの精度も向上する。
なお、第２実施形態のハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄのように２次元に透明電極を配置する場合には、左右方向の他に、視差を求める上下方向等にも、細かく分割した透明電極を配置すれば、ハイブリッド画素１１２と同様に、ズームレンズに好適なハイブリッド画素とすることができる。
また、図１２及び図１３では、ハイブリッド画素１１２を左側光束１１４Ｌ，１１６Ｌによって発生した電荷を蓄積する位相差画素として機能させているが、透明電極１１３Ａ〜１１３Ｄに印加する電圧の正負を逆にすれば、ハイブリッド画素１１２を右側光束１１４Ｒ，１１６Ｒによって発生した電荷を蓄積する位相差画素として機能させることができる。
図１４に示すグラフは、横軸がハイブリット画素１１２の受光領域１１内での位置を表し、縦軸が電荷蓄積領域２２ａの右半分に実効的な電荷蓄積領域を偏在させたときのハイブリッド画素１１２の比感度を表している。この比感度は、通常画素４３の感度に対するハイブリッド画素１１２の感度の比である。図１５に示すように、左側の透明電極１１３Ａ，１１３Ｂに負電圧を印加し、右側の透明電極１１３Ｃ，１１３Ｄに正電圧を印加すると、実効的な電荷蓄積領域１２２は、電荷蓄積領域２２ａの１／２の幅で右側に偏在するから、ハイブリッド画素１１２は、光電変換領域２２ｂの右側で発生した電荷を選択的に蓄積する位相差画素として機能する。この場合に、図１４の実線で示すように、受光領域１１の中央にあるハイブリッド画素１１２Ｃでは比感度は０．５であるが、受光領域１１の右側にあるハイブリッド画素１１２Ｒでは比感度が０．５よりも高くなり、逆に受光領域１１の左側にあるハイブリッド画素１１２Ｌでは比感度が０．５よりも低くなる。
受光領域１１内での位置によって、ハイブリッド画素の比感度が変化する理由は、図１５から明らかなように、光の入射角度が異なるからである。具体的には、受光領域１１の中央にあるハイブリッド画素１１２Ｃでは、光の入射角が小さいため、入射光のうち右側光束１２１Ｒは光電変換領域２２ｂの左側に入射し、左側光束１２１Ｌは光電変換領域２２ｂの右側に入射する。これにより、右半分に偏在させた実効的な電荷蓄積領域１２２には、左側光束１２１Ｌによって発生した電荷が選択的に蓄積される。このように、中央のハイブリッド画素１１２では、入射光のうち約１／２の左側光束１２１Ｌが、電荷蓄積領域１２２に蓄積される電荷を生成するので、比感度は概ね０．５となる。
一方、受光領域１１の右側（Ｘ方向での下流側）にあるハイブリッド画素１１２Ｒでは、光の入射角が受光領域１１の中心方向に傾斜する。このため、左側光束１２１Ｌと右側光束１２１Ｒが両方とも光電変換領域２２ｂの右側に入射し、左側光束１２１Ｌによって発生した電荷と、右側光束１２１Ｒによって発生した電荷の両方が電荷蓄積領域１２２に蓄積される。したがって、受光領域１１の右側にあるハイブリッド画素１１２Ｒは、中央のハイブリッド画素１１２Ｃよりも比感度が高くなるが、Ｓ／Ｎが良くなく、視差に関する情報が得られ難い。
逆に、受光領域１１の左側にあるハイブリッド画素１１２Ｌでは、左側光束１２１Ｌと右側光束１２１Ｒの両方が光電変換領域２２ｂの左側に入射する。このために、電荷蓄積領域１２２には、左側光束１２１Ｌによって発生した電荷と右側光束１２１Ｒによって発生した電荷のいずれも蓄積されにくくなり、中央のハイブリッド画素１１２Ｃと比較して比感度が小さくなる。
上記のように、Ｓ／Ｎが良くない場合や、比感度が小さい場合には、位相差ＡＦの精度が低下するが、図１６に示すように、受光領域１１内の位置に応じて各ハイブリッド画素１１２の実効的な電荷蓄積領域の幅を制御することで、Ｓ／Ｎや比感度を向上させることができる。具体的には、中央のハイブリッド画素１１２Ｃでは、透明電極１１３Ａ，１１３Ｂに負電圧を印加し、透明電極１１３Ｃ，１１３Ｄに正電圧を印加することにより、実効的な電荷蓄積領域１２２を電荷蓄積領域２２ａ（図１１参照）の右側でそのほぼ半分に偏在させる。一方、右側のハイブリッド画素１１２Ｒでは、透明電極１１３Ａ〜１１３Ｃに負電圧を印加し、透明電極１１３Ｄに正電圧を印加することによって、実効的な電荷蓄積領域１２３を電荷蓄積領域２２ａの右側で、そのほぼ１／４に偏在させる。また、左側のハイブリッド画素１１２Ｒでは、透明電極１１３Ａに負電圧を印加し、透明電極１１３Ｂ〜１１３Ｄに正電圧を印加することによって、実効的な電荷蓄積領域１２４を電荷蓄積領域２２ａの右寄りのほぼ３／４にする。
このように、受光領域１１の右側にあるハイブリッド画素１１２Ｒでは、位置が右側にあるほど、実効的な電荷蓄積領域１２３の幅を小さくして右側に偏在させると、右側光束１２１Ｒによって発生する電荷が蓄積されなくなるので、比感度は中央のハイブリッド画素１１２Ｃと同程度まで低くなるが、Ｓ／Ｎが向上する。これにより、ハイブリッド画素１１２Ｒを用いた位相差ＡＦの精度が向上する。また、受光領域１１の左側にあるハイブリッド画素１１２Ｌは、位置が左側にあるほど、実効的な電荷蓄積領域１２４の幅を左側へ広げると、左側光束１２１Ｌによる電荷を蓄積することができるので比感度が向上する。すなわち、ハイブリッド画素１１２Ｌを用いた位相差ＡＦの精度を向上する。
図１５では、受光領域１１の左側にあるハイブリッド画素１１２Ｌにおいて、実効的な電荷蓄積領域１２４は、電荷蓄積領域２２ａの３／４の幅で右側に偏在している。この代わりに、透明電極１１３Ａと透明電極１１３Ｃ及び透明電極１１３Ｄに負電圧を印加し、左から２番目の透明電極１１３Ｂにだけ正電圧を印加することで、左側光束１２１Ｌの到達点近傍の直下に、実効的な電荷蓄積領域を偏在させてもよい。
また、右側光束１２１Ｒによって発生する電荷を選択的に蓄積するハイブリッド画素１１２の場合には、図１４の破線で示すように、右側にあるものほど比感度が低く、左側にあるものほど比感度が高いが、Ｓ／Ｎが良くない。このため、右側光束１２１Ｒによって発生する電荷を選択的に蓄積する場合には、透明電極１１３Ａ〜１１３Ｄに印加する電圧の正負を、左側光束１２１Ｌによって発生する電荷を選択的に蓄積する場合の逆にすればよい。
一つのハイブリッド画素に３以上の透明電極を用いる場合に、受光領域１１の位置に応じて電荷蓄積領域の幅を変えることで位相差ＡＦの精度が向上するが、これは撮像レンズの種類に依存しない。但し、撮像レンズとしてズームレンズを用いると、ハイブリッド画素１１２に対しては、望遠端での位相差ＡＦの精度低下と、受光領域１１内での配置と光の入射角の関係による位相差ＡＦの精度低下を一挙に改善することができるので、特に好ましい。
図１５及び図１６では、４つの透明電極１１３Ａ〜１１３Ｄを有するハイブリッド画素１１２を用いているが、２つ以上の透明電極があれば、受光領域１１内の位置に応じて電荷蓄積領域の幅の調節をすることができる。例えば、第３図に示す第１実施形態のように左右に２つの透明電極５５Ａ，５５Ｂを配置する場合に、各ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの受光領域１１内での位置に応じて、透明電極５５Ａ，５５Ｂの大きさを予め調節しておけばよい。すなわち、光電変換領域２２ｂの右側で発生した電荷を蓄積するハイブリッド画素４２ａは、右側にあるものほど透明電極５５Ｂの面積を大きくし、これとともに透明電極５５Ａの面積を小さくする。なお、透明電極５５Ａだけを小さくしてもよい。また、光電変換領域２２ｂの左側で発生した電荷を蓄積するハイブリッド画素４２ｂでは、左側にあるものほど透明電極５５Ａの面積を大きくし、これとともに透明電極５５Ｂの面積を小さくする。なお、第２実施形態のように４つの電極８２Ａ〜８２Ｄを２次元に配列する場合も同様である。
第１，第２実施形態では、透明電極を用いてハイブリッド画素を形成しているが、透明電極の代わりに不透明な電極を用いてもよい。例えば、図１７に示すように、電荷蓄積領域２２ａの左右に不透明な電極１５１Ａ，１５１Ｂが設けられる。但し、電極１５１Ａ，１５１Ｂは、入射光を遮光しないように、マイクロレンズ５７が入射光を集光する領域（以下、集光領域という）１５２に重ならないように設ける。電極１５１Ａ，１５１Ｂは、第１実施形態の透明電極５５Ａ，５５Ｂにそれぞれ対応するものであり、例えば、電極１５１Ａに正電圧を印加し、電極１５１Ｂに負電圧を印加すれば、実効的な電荷蓄積領域を右側に偏在させることができる。また、第２実施形態のように４つの電極を２次元に配列する場合、図１８に示すように、電荷蓄積領域２２ａの四隅に不透明な電極１５３Ａ〜１５３Ｄを配置すればよい。
図１７及び図１８では、電荷蓄積領域２２ａの左右の端または四隅にそれぞれ不透明な四角形の電極が形成されているが、集光領域１５２に重ならない範囲であれば、不透明な電極の形状や大きさ等は任意である。例えば、図１９に示すように、左右に配置された２つの不透明な電極１５４Ａ，１５４Ｂは、集光領域１５２の部分がほぼ半円形に切り欠かれている。同様に、図２０に示すように、左右に配置された４つの不透明な電極１５５Ａ〜１５５Ｄは、集光領域１５２の部分が円弧状に切り欠かれている。このように、集光領域１５２の部分を切り欠いた電極を用いると、電荷蓄積領域２２ａの左右の端や四隅に四角形の電極を設ける場合よりも、正確に電荷蓄積領域２２ａの幅等を制御できる。不透明な電極の材料は導電性があれば任意であり、例えば、アルミニウム等の金属を用いることができる。
図２１は、Ｇ画素の他に、Ｒ画素やＢ画素もハイブリッド画素にしたものである。もちろん、ハイブリッド画素を全てＲ画素としてもよいし、あるいは全てＢ画素としてもよい。また、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか２種にだけハイブリッド画素を設けてもよい。
図２２は、受光領域１１内の全ての画素をハイブリッド画素としたものである。従来の固体撮像装置では、位相差画素が所定位置に設けられているため、焦点調節が可能なＡＦエリアが特定されることになるが、全ての画素をハイブリッド画素にすれば、撮像フィールド内の全域で焦点調節をすることが可能となる。
また、図２２では、右側部に透明電極５５Ａが配置されたハイブリッド画素４２ａと、左側部に透明電極５５Ａが配置されたハイブリッド画素４２ｂとを混在させているが、図２３に示すように、例えば全画素を、右側部に透明電極５５Ａが配置されたハイブリッド画素４２ａにしてもよい。この場合に、例えば、あるフレームでは、透明電極５５Ａに正電圧を印加し、透明電極５５Ｂに負電圧を印加して、全画素において右側で受光した光によって発生した電荷を選択的に蓄積して撮像をする。次のフレームでは、透明電極５５Ａに負電圧を印加し、透明電極５５Ｂに正電圧を印加して、全画素において左側で受光した光によって発生した電荷を選択的に蓄積して撮像をする。こうすると、連続した２つのフレーム間での画素信号を用いて位相差ＡＦを行うことができる。また、１フレーム目で得た画像を右視点画像、２フレーム目で得た画像を左視点画像とすれば、立体視用の視差画像を得ることもできる。すなわち、２Ｄ撮影（全画素を通常画素として通常画像を撮影する場合）と、３Ｄ撮影を容易に切り換えることができる。また、２Ｄ撮影画像と３Ｄ撮影画像とは、全画素を使用しているから高解像度の画像を得ることができる。
図２４に示す固体撮像装置１６０は、１画素に２つのＰＤ２２を設けたものである。なお、カラーフィルタ４１の色セグメントやマイクロレンズ７５は１画素に１つである。この固体撮像装置１６０では、２つのＰＤ２２で発生した電荷が合算され、１つの画素の画素信号として出力される。この場合に、ハイブリッド画素１６２では、一方のＰＤ２２上に透明電極５５Ａを設け、他方のＰＤ２２上に透明電極５５Ｂを設ける。透明電極５５Ａに正電圧（または負電圧）を、透明電極５５Ｂに負電圧（または正電圧）をそれぞれ印加すれば、ハイブリッド画素１６２を位相差画素として機能させることができる。なお、第２実施形態のように４つの透明電極８５Ａ〜８５Ｄを設けてもよい。この場合には、１画素に４つのＰＤ２２が設けられる。このように、１画素に複数のＰＤ２２を含むようにすると、各ＰＤ２２が独立しているので、各ＰＤ２２間での電荷の移動がなく、ノイズが少ないのでさらに正確な位相差ＡＦを行うことができる。
１画素に複数のＰＤ２２を含ませる場合は、図２５に示すように、画素間等の素子分離領域１５１をｐ＋で形成した上で、さらにＰＤ２２間の素子分離領域１７２をより添加物が多いｐ＋＋で形成することが好ましい。こうすると、素子分離領域１７２の電子に対するポテンシャル障壁が通常の素子分離領域１７１よりも高くなるので、２つのＰＤ２２間の電荷の移動をより確実に防止することができる。例えば、２つのＰＤ２２のうち一方のＰＤに対応する透明電極に負電圧を印加し、他方のＰＤに対応する透明電極に正電圧を印加する場合に、負電圧が印加されたＰＤで発生した電子は、素子分離領域１７２のポテンシャル障壁を乗り越えられないので、負電圧を印加されていない他方のＰＤには流入しない。負電圧が印加されたＰＤでは、光電変換により電荷を生成されるが、生成された電荷は負電圧が印加されているために蓄積されず、グランドに接続された配線（図示しない）を介して排出される。
また、図２５において、各ＰＤ２２に対してＦＤ２６と読み出しゲート１７３とを設けて、２つのＰＤ２２の電荷を混合せずに、ＰＤ２２毎に電荷の読み出しを行うのが望ましい。こうすると、各ＰＤ２２間の電荷の移動をさらに確実に防止することができる。
図２４及び図２５では、通常画素１６３とハイブリッド画素１６２の両方が、２つのＰＤ２２を含んでいるが、ハイブリッド画素１６２だけに複数のＰＤ２２を設けてもよい。
図２６及び図２７は、画素がハニカム配列された固体撮像装置を示す。このハニカム配列では、カラーフィルタの色配列は任意であるが、図２６ではＧ画素の列と、Ｒ画素及びＢ画素が２個ずつ交互に並んだ列を、斜め４５度方向に交互に配置している。図２７では、画素、Ｇ画素、Ｂ画素が交互に並んだ同じ列が、斜め４５度方向に配置されている。
また、第１，第２実施形態では、６×６画素を単位としたカラーフィルタ４１を用いているが、カラーフィルタ４１の色配列は任意である。例えば、画素を正方配列にする場合には、図２８に示すように、破線で囲む２×２画素を上下左右に並べたいわゆるベイヤー配列にしてもよい。
図２９は、表面照射型（ＦＳＩ；ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）の固体撮像装置１８０を示す。この表面照射型の固体撮像装置１８０は、ｐ型半導体基板５３上に配線層５２、カラーフィルタ４１、マイクロレンズ５７が、この順番で積層された構造を有し、配線層５２を介して表面側からＰＤ２２に光が入射する。透明電極層５４は、例えばｐ型半導体基板５３と配線層５２の間（ｐ型半導体基板５３の表面上）に設けられる。但し、透明電極層５４の透明電極５５Ａ，５５Ｂによって、ＰＤ２２のポテンシャルを制御することができるのであれば、表面照射型の固体撮像装置１８０でも、透明電極層５４をＰＤ２２の下（ｐ型半導体基板５３の裏面側）に設けてもよい。
前述した第１，第２実施形態では、位相差画素として機能させる場合に、対になるハイブリッド画素が同じ行（第２実施形態では同じ行かつ同じ列）に設けられているが、対になる２つのハイブリッド画素は異なる行または列に設けてもよい。
また、１つの画素は、３つのトランジスタＴｒ２３，Ｔａ２４，Ｔｓ２５を有するが、各画素のトランジスタの数等は任意である。例えば、ＰＤ２２とＦＤの間に転送用のトランジスタを設け、４つのトランジスタを用いて構成してもよい。
裏面照射型の固体撮像装置では、ｐ型半導体基板５３の裏面に透明電極層５４を設けているが、透明電極によってＰＤ２２のポテンシャルを制御することができれば、透明電極層５４の積層順は任意である。例えば、カラーフィルタ４１とマイクロレンズ５７の間に透明電極層５４を設けてもよい。但し、透明電極とＰＤ２２の距離が近いほど制御性が良いので、透明電極層５４はｐ型半導体基板５３上に形成されていることが好ましい。
また、加色法の３原色（Ｂ，Ｇ，Ｒ）カラーフィルタ４１を用いているが、減色法の３原色（Ｙ，Ｍ，Ｃ）カラーフィルタを用いてもよい。また、カラーフィルタには無色（透明）、特定色等が含まれていてもよく、この無色等のフィルタをハイブリッド画素に設けてもよい。
第１実施形態では、ハイブリッド画素４２ａ，４２ｂで左右方向の視差に関する情報を得ており、第２実施形態ではハイブリッド画素８２ａ〜８２ｄで上下左右及び斜めの各方向の視差に関する情報を得ている。この他に、第１実施形態のハイブリッド画素４２ａ，４２ｂと、これらを９０度回転して上下方向に配置した２個のハイブリッド画素とにより、左右と上下方向での視差情報を得てもよい。
全てのハイブリッド画素間では、同じ透明電極に一律に同じ電圧を印加しているが、透明電極に印加する電圧をハイブリッド画素毎に制御してもよい。特に、全画素をハイブリッド画素にする場合に、各画素の透明電極を個別に制御できると、２Ｄ撮影と３Ｄ撮影の切り換えが容易である。
また、ｐ型半導体基板５３とカラーフィルタ４１の間に透明電極層５４を設け、ハイブリッド画素のＰＤ２２のポテンシャルを裏面側から制御しているが、透明電極層５４をｐ型半導体基板５３と配線層５２の間に設け、表面側からハイブリッド画素のＰＤ２２を制御してもよい。この場合、透明電極５５Ａ，５５Ｂ等の代わりに、不透明な材料を使用して電極を形成することができる。
ＰＤ２２のポテンシャルを制御するための透明電極は、１つのハイブリッド画素に２以上設けられているが、ハイブリッド画素に設ける電極は１つでもよい。例えば、第１実施形態のハイブリッド画素４２ａ，４２ｂの場合、透明電極５５Ａをなくし、透明電極５５Ｂだけを設けてもよい。この場合、透明電極５５Ｂに負電圧を印加すれば、ＰＤ２２のポテンシャルを電極がない部分（第１実施形態で透明電極５５Ａがある部分）の直下だけが残るようにＰＤ２２のポテンシャルを制御することができる。但し、１つの電極に負電圧を印加してＰＤ２２の電荷蓄積領域２２ａを狭窄するよりも、２以上の電極を用いた方がポテンシャル（すなわち電荷蓄積領域の形状等）の制御性が良いので、第１，第２実施形態のように複数の電極を設けておくことが好ましい。
ハイブリッド画素を位相差画素として機能させる場合に、電荷蓄積領域を偏在させる箇所の電極（例えば、第１実施形態の透明電極５５Ａ）に正電圧を印加しているが、この電荷蓄積領域を偏在させる箇所の電極には零電圧（あるいはグランド）にしもよい。例えば、第１実施形態において、透明電極５５Ｂに負電圧を印加し、透明電極５５Ａを零電圧にした場合も、電荷蓄積領域は透明電極５５Ａの下に偏在させることができる。但し、ポテンシャルの制御性が良いので、透明電極５５Ａには正電圧を印加した方がよい。
受光領域１１内に複数のハイブリッド画素を均一に設けているが、位相差ＡＦを行うためにはハイブリッド画素は、少なくとも対となる２個があればよい。一対のハイブリッド画素を複数設ける場合には、一対のハイブリッド画素の数や配置は任意に決めればよい。
本発明の固体撮像装置は、位相差ＡＦを行うものであれば、ＣＭＯＳイメージセンサの他に、ＣＣＤ型イメージセンサでもよい。また、３以上の透明電極を有するハイブリッド画素１１２を用いる固体撮像装置は、薄型のデジタルカメラ、携帯電話機やＰＤＡ、スマーフォトン等に搭載されるカメラユニット等、周辺部で主光線角度が大きくなりやすい薄型，小型のものに特に好適である。
１０，８０，１６０，１８０ 固体撮像装置
１１ 受光領域
２１ 画素
２２ ＰＤ
２２ａ 電荷蓄積領域
２２ｂ 光電変換領域
４１ カラーフィルタ
４２ａ，４２ｂ，８２ａ〜８２ｄ ハイブリッド画素
４３ 通常画素
５４ 透明電極層
５５Ａ，５５Ｂ，８５Ａ〜８５Ｄ 透明電極
７３ａ，７３ｂ，１１５，１１７，１２２，１２２〜１２４ 実効的な電荷蓄積領域

Claims (11)

  1. 被写体からの入射光を光電変換し、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換領域と、前記光電変換領域で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積領域と、前記電荷蓄積領域に電圧を印加して前記電荷に対するポテンシャルを変調することによって前記電荷蓄積領域の幅を狭窄し、前記電荷蓄積領域を偏在させるポテンシャル変調用電極とを有するハイブリッド画素を複数備え、
    前記ハイブリッド画素は、前記電荷蓄積領域の幅が狭窄されていない場合に、前記光電変換領域で発生した前記電荷を偏りなく蓄積する通常画素として機能し、そして前記ポテンシャル変調用電極に電圧が印加されて前記電荷蓄積領域の幅が狭窄された場合に、前記電荷のうち前記光電変換領域の一部で発生した前記電荷を選択的に蓄積する位相差画素として機能し、
    前記ハイブリッド画素は複数のフォトダイオードを含み、各フォトダイオードは前記光電変換領域と前記電荷蓄積領域とを有し、
    前記各フォトダイオードの間での前記電荷の移動を妨げる分離領域には、隣接する画素との間での前記電荷の移動を妨げる分離領域よりも添加物の量が多く、前記電荷に対するポテンシャルが高くなっている固体撮像装置。
  2. 前記ポテンシャル変調用電極は、各々独立して電圧を印加可能な複数の電極を有し、この少なくとも１つの各電極に負電圧を印加することにより、前記電荷蓄積領域を他方の電極の下へ偏在させる請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記電荷蓄積領域が偏在される位置に対応する前記電極には、正電圧が印加される請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記ポテンシャル変調用電極は、印加電圧が制御可能な第１電極と第２電極を有し、
    複数の前記ハイブリッド画素は、前記第１電極と前記第２電極が第１方向に配置された第１ハイブリッド画素と、前記第１電極と前記第２電極が前記第１ハイブリッド画素と逆順に配置された第２ハイブリッド画素の２種類であり、
    前記第１電極には、前記第１ハイブリッド画素と前記第２ハイブリッド画素の両方に第１電圧を印加され、前記第２電極には前記第１ハイブリッド画素と前記第２ハイブリッド画素の両方に第２電圧が印加される請求項２または３に記載の固体撮像装置。
  5. 前記ポテンシャル変調用電極は、第１方向に配列された少なくとも３以上の電極である請求項２または３に記載の固体撮像装置。
  6. 前記ハイブリッド画素を含む複数の画素が配列された受光領域に、焦点距離が調節可能なズームレンズによって被写体の像が結像される際に、
    前記ズームレンズの焦点距離に応じて、前記第１方向に配置された前記各電極の印加電圧を変えることにより、前記電荷蓄積領域を偏在させる位置を変える請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記ポテンシャル変調用電極は、印加電圧が制御可能な第１〜第４電極の４つの電極を有し、
    複数の前記ハイブリッド画素は第１〜第４ハイブリッド画素を含み、
    前記第１ハイブリッド画素は、第１方向とこの第１方向に垂直な第２方向に沿って、前記第１〜第４電極が２次元に配列され
    前記第２ハイブリッド画素は、前記第１ハイブリッド画素に対して、前記第１〜第４電極の配列が前記第１方向に対称であり、
    前記第３ハイブリッド画素は、前記第２ハイブリッド画素に対して、前記第１〜第４電極の配列が前記第２方向に対称であり、
    前記第４ハイブリッド画素は、前記第３ハイブリッド画素に対して、前記第１〜第４電極が前記第１方向に対称であり、
    前記第１〜第４ハイブリッド画素の各前記第１〜第４電極には同じ電圧が印加される請求項２または３に記載の固体撮像装置。
  8. 前記被写体の像が結像される受光領域に、前記ハイブリッド画素を含む複数の画素が配列され、
    前記受光領域内における前記ハイブリッド画素の位置に応じて、前記電荷蓄積領域を偏在させる位置を変える請求項２〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  9. 前記ハイブリッド画素毎に前記入射光を前記フォトダイオードに集光するマイクロレンズを備え、
    前記ポテンシャル変調用電極は不透明な材料で形成され、前記マイクロレンズによって前記入射光が集光される集光領域の外に設けられている請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  10. 前記ポテンシャル変調用電極が前記集光領域を切り欠いた形状をしている請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 被写体からの入射光を光電変換し、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換領域と、前記光電変換領域で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積領域と、前記電荷蓄積領域に電圧を印加して前記電荷に対するポテンシャルを変調することによって前記電荷蓄積領域の幅を狭窄し、前記電荷蓄積領域を偏在させるポテンシャル変調用電極とを有する複数のハイブリッド画素と、
    前記光電変換領域及び前記電荷蓄積領域よりも、前記入射光が入射する光入射側とは反対側に設けられた配線層とを備え、
    前記ハイブリッド画素は、前記電荷蓄積領域の幅が狭窄されていない場合に、前記光電変換領域で発生した前記電荷を偏りなく蓄積する通常画素として機能し、そして前記ポテンシャル変調用電極に電圧が印加されて前記電荷蓄積領域の幅が狭窄された場合に、前記電荷のうち前記光電変換領域の一部で発生した前記電荷を選択的に蓄積する位相差画素として機能し、
    前記ポテンシャル変調用電極は、前記光電変換領域及び前記電荷蓄積領域よりも前記光入射側に設けられ、かつ各々独立して電圧を印加可能な複数の透明電極を有し、この少なくとも１つの各透明電極に負電圧を印加することにより、前記電荷蓄積領域を他方の透明電極の下へ偏在させる固体撮像装置。
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