JP6010465B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP6010465B2
JP6010465B2 JP2013003954A JP2013003954A JP6010465B2 JP 6010465 B2 JP6010465 B2 JP 6010465B2 JP 2013003954 A JP2013003954 A JP 2013003954A JP 2013003954 A JP2013003954 A JP 2013003954A JP 6010465 B2 JP6010465 B2 JP 6010465B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
dimming
dimming element
hybrid
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013003954A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014135451A (en
Inventor
田中 俊介
俊介 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2013003954A priority Critical patent/JP6010465B2/en
Publication of JP2014135451A publication Critical patent/JP2014135451A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6010465B2 publication Critical patent/JP6010465B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、焦点検出等に利用される非対称な画素を有する固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device having asymmetric pixels used for focus detection and the like.

携帯電話機やスマートフォン等の携帯機器に搭載されるカメラモジュールやデジタルカメラにはオートフォーカス機能がほぼ標準的に搭載されている。オートフォーカス機能を実現するための方法は複数知られており、例えば、近年のカメラモジュールやデジタルカメラでは、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(以下、位相差AFという)が多く用いられている。   Camera modules and digital cameras mounted on mobile devices such as mobile phones and smartphones are equipped with an autofocus function almost as standard. A plurality of methods for realizing the autofocus function are known. For example, in recent camera modules and digital cameras, a contrast detection method (so-called contrast AF) that performs focus adjustment so as to maximize the contrast of an image, A phase difference detection method (hereinafter referred to as phase difference AF) that performs focus adjustment based on a phase difference due to parallax is often used.

位相差AFには、例えば、特許文献1に記載の固体撮像装置のように、複数の画素が配列された受光領域内の所定箇所に、左右方向に非対称な形状に形成された焦点検出用画素(以下、位相差画素)を有する固体撮像装置が用いられる。そして、位相差画素が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ことにより得られる信号に基づいて、位相差(視差)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。   For the phase difference AF, for example, as in the solid-state imaging device described in Patent Document 1, focus detection pixels formed in an asymmetric shape in the left-right direction at a predetermined position in a light receiving region in which a plurality of pixels are arranged. A solid-state imaging device having (hereinafter referred to as phase difference pixel) is used. The phase difference pixel calculates the phase difference (parallax) based on the signal obtained by selectively receiving light incident from either the left or right direction, and drives the imaging lens so that the phase difference is reduced. To adjust the focus. Further, in Patent Document 1, the phase difference pixel is formed by making the color filter asymmetric in the left-right direction. However, the aperture is decentered with respect to the center of the photodiode, or the intralayer lens is asymmetrically formed. It is also known to form a phase difference pixel by doing so.

また、位相差AFに用いるような左右方向に非対称形状に形成された画素は、単眼の3D撮像装置にも用いられることがある。単眼3D撮像装置は、1つの固体撮像装置によって左右に視差のある立体視用の2枚の画像を同時に得る撮像装置であり、位相差画素と同様の非対称な画素が撮像領域の全面に配列され、1個のオンチップマイクロレンズに対して2つのフォトダイオードを設けることによって位相差画素が形成される(特許文献2)。   A pixel formed in an asymmetric shape in the left-right direction as used for phase difference AF may also be used in a monocular 3D imaging device. The monocular 3D imaging device is an imaging device that simultaneously obtains two images for stereoscopic viewing with parallax on the left and right by one solid-state imaging device, and asymmetric pixels similar to phase difference pixels are arranged on the entire surface of the imaging region. A phase difference pixel is formed by providing two photodiodes for one on-chip microlens (Patent Document 2).

特開2012−003009号公報JP 2012-003009 A 国際公開2012/026292号パンフレットInternational Publication 2012/026292 Pamphlet

上述のように、位相差画素は非対称な形状に形成されているので、通常の対称な形状の画素(以下、通常画素という)とは得られる信号が異なっている。このため、位相差AFの後、被写体の画像を撮像する場合には、位相差画素の画素値をそのまま用いることができないので、位相差画素の画素値をゲイン補正して使用したり、周辺の通常画素を用いて補間により算出した画素値で代用したりする必要がある。このように、位相差画素の画素値をゲイン補正したり、補間により算出したりする場合、被写体の具体的態様やゲイン補正や補間の精度等によっては、位相差画素のある部分で感度や解像度が低下してしまう場合がある。   As described above, since the phase difference pixel is formed in an asymmetric shape, a signal obtained is different from a normal symmetric shape pixel (hereinafter referred to as a normal pixel). For this reason, when capturing an image of a subject after phase difference AF, the pixel value of the phase difference pixel cannot be used as it is. It is necessary to substitute a pixel value calculated by interpolation using a normal pixel. As described above, when the pixel value of the phase difference pixel is gain-corrected or calculated by interpolation, the sensitivity or resolution at the portion where the phase-difference pixel is present depends on the specific aspect of the subject, the accuracy of gain correction or interpolation, and the like. May fall.

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場合があるが、位相差画素を有する固体撮像装置では上述のように位相差画素があることによって画質が劣化してしまう場合があるので、これらの駆動モードを採用できない場合がある。このため、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てしまう場合がある。   Furthermore, in recent camera modules, digital cameras, and the like, there are cases where a drive mode for taking a moving image or adding pixels is prepared, but in a solid-state imaging device having a phase difference pixel, a phase difference pixel is used as described above. In some cases, the image quality may be deteriorated, so that these drive modes may not be adopted. For this reason, in addition to enabling accurate focus adjustment by phase difference AF, other conveniences may be impaired.

また、位相差画素が全面に配置された3D撮像装置では、右目用の位相差画素と左目用の位相差画素からそれぞれ得られる信号を用いることにより位相差AFを行うことができるが、3D撮像装置で2D画像を得る場合、右目用あるいは左目用の画像の一方のみを用いたり、左右の位相差画素の画素値を平均したり、合算する必要がある。しかし、これらの方法では得られる画像の画素数は、撮像領域に配列された画素数の半数であり、撮影画像の解像度が低くなってしまう。また、右目用あるいは左目用の画像は、全て位相差画素で得られた画素値を用いているので、全方向から均等に受光する通常の画素で撮像する場合と比較すれば感度が悪い。   Further, in the 3D imaging device in which the phase difference pixels are arranged on the entire surface, the phase difference AF can be performed by using signals obtained from the phase difference pixel for the right eye and the phase difference pixel for the left eye, respectively. When a 2D image is obtained by the apparatus, it is necessary to use only one of the right-eye image and the left-eye image, average the pixel values of the left and right phase difference pixels, or add them up. However, the number of pixels of the image obtained by these methods is half the number of pixels arranged in the imaging region, and the resolution of the captured image is lowered. In addition, since the right-eye or left-eye images all use pixel values obtained from phase difference pixels, the sensitivity is poor compared to the case of imaging with normal pixels that receive light uniformly from all directions.

本発明は、位相差AFを行うことができる固体撮像装置でありながら、撮影画像の感度や解像度の低下を抑止する固体撮像装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing a decrease in sensitivity and resolution of a captured image while being a solid-state imaging device capable of performing phase difference AF.

本発明の固体撮像装置は、第1ハイブリッド画素、第2ハイブリッド画素、調光制御部を備える。第1ハイブリッド画素は、被写体からの入射光を光電変換するフォトダイオードの入射面の一部を覆い、印加される電圧に応じて透過光量が変化する第1調光素子と、前記フォトダイオードの入射面の残りの部分を覆い、印加される電圧に応じて透過光量が変化する第2調光素子を備える。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調光素子と第2調光素子の位置を入れ替えた画素である。調光制御部は、第1調光素子と第2調光素子の少なくとも一方に電圧を印加して、第1調光素子または第2調光素子の一方を透明にし、他方を不透明にすることにより、第1ハイブリッド画素及び第2ハイブリッド画素を一対の位相差画素として機能させる。そして、複数の画素が配列された受光領域の少なくとも中央部と周辺部に第1ハイブリッド画素及び第2ハイブリッド画素が設けられ、中央部に対して所定の第1方向の周辺部に配置された第1ハイブリッド画素は、第1調光素子の面積が第2調光素子の面積よりも大きく、中央部に対して第1方向の周辺部に配置された第2ハイブリッド画素は、第1調光素子の面積が前記第2調光素子の面積よりも小さい。 The solid-state imaging device of the present invention includes a first hybrid pixel, a second hybrid pixel, and a dimming control unit. The first hybrid pixel covers a part of an incident surface of a photodiode that photoelectrically converts incident light from a subject, and the amount of transmitted light changes according to an applied voltage, and the incidence of the photodiode A second dimming element that covers the remaining portion of the surface and changes the amount of transmitted light according to the applied voltage is provided. The second hybrid pixel is a pixel in which the positions of the first dimming element and the second dimming element are interchanged with respect to the first hybrid pixel. The dimming control unit applies a voltage to at least one of the first dimming element and the second dimming element, and makes one of the first dimming element and the second dimming element transparent and the other non-transparent. Thus, the first hybrid pixel and the second hybrid pixel are caused to function as a pair of phase difference pixels. The first hybrid pixel and the second hybrid pixel are provided at least in the central part and the peripheral part of the light receiving region in which the plurality of pixels are arranged, and the first hybrid pixel and the second hybrid pixel are arranged in the peripheral part in a predetermined first direction with respect to the central part. In one hybrid pixel, the area of the first dimming element is larger than the area of the second dimming element, and the second hybrid pixel disposed in the peripheral portion in the first direction with respect to the central portion is the first dimming element. Is smaller than the area of the second light control device.

第1調光素子及び第2調光素子は、一対の透明電極と、前記一対の透明電極の間に設けられ、透明な所定基材中に配向粒子が分散配置された層とを備えるものである。この場合、調光制御部は、一対の透明電極間に印加する電圧を調節して配向粒子の配向方向を変えることにより、第1調光素子及び第2調光素子の透過光量を調節する。   The first dimming element and the second dimming element include a pair of transparent electrodes and a layer provided between the pair of transparent electrodes and in which oriented particles are dispersedly arranged in a predetermined transparent substrate. is there. In this case, the dimming control unit adjusts the amount of light transmitted through the first dimming element and the second dimming element by adjusting the voltage applied between the pair of transparent electrodes to change the orientation direction of the oriented particles.

また、第1調光素子及び第2調光素子は、第1の透明電極と、酸化されることによって着色する酸化発色層と、酸化発色層の着色に関与するイオンを通す絶縁性のイオン導電層と、イオン導電層を介して還元されることによって着色する還元発色層と、第2の透明電極をこの順に積層して形成されるエレクトロクロミック素子にしても良い。この場合、調光制御部は、第1の透明電極及び第2の透明電極との間に印加する電圧を調節して、酸化発色層と還元発色層の着色を制御することにより、第1調光素子及び第2調光素子の透過光量を調節する   In addition, the first dimming element and the second dimming element include a first transparent electrode, an oxidized color layer that is colored by being oxidized, and an insulating ion conductive material that allows ions involved in the coloring of the oxidized color layer to pass through. An electrochromic element formed by laminating a layer, a reduced coloring layer colored by being reduced through an ion conductive layer, and a second transparent electrode in this order may be used. In this case, the dimming control unit adjusts the voltage applied between the first transparent electrode and the second transparent electrode to control the coloring of the oxidation coloring layer and the reduction coloring layer, thereby controlling the first tuning electrode. Adjust the amount of light transmitted through the optical element and the second dimmer element

また、第1調光素子及び第2調光素子は、一対の透明電極と、高分子ネットワークの間隙に液晶分子が充填された構造を有する高分子液晶複合層と備えたものでも良い。この場合、調光制御部は、一対の透明電極間に印加する電圧を調節して液晶分子の配向方向を変えることにより、第1調光素子及び第2調光素子の透過光量を調節する。 Further, the first dimming element and the second dimming element may include a pair of transparent electrodes and a polymer liquid crystal composite layer having a structure in which liquid crystal molecules are filled in a gap between polymer networks. In this case, the dimming control unit adjusts the amount of light transmitted through the first dimming element and the second dimming element by adjusting the voltage applied between the pair of transparent electrodes to change the alignment direction of the liquid crystal molecules .

また、第1調光素子及び第2調光素子は、第1の偏光板と、第1の透明電極と、液晶分子からなる液晶層と、第2の透明電極と、第2の偏光板とを備えたいわゆる液晶表示装置様のデバイスでも良い。この場合、調光制御部は、第1の透明電極と第2の透明電極とに印加する電圧を調節し、液晶分子の配向方向を制御することにより第1調光素子及び第2調光素子の透過光量を調節する。   The first dimming element and the second dimming element include a first polarizing plate, a first transparent electrode, a liquid crystal layer composed of liquid crystal molecules, a second transparent electrode, and a second polarizing plate. A so-called liquid crystal display device-like device may be used. In this case, the dimming control unit adjusts the voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode, and controls the alignment direction of the liquid crystal molecules, thereby controlling the first dimming element and the second dimming element. Adjust the amount of transmitted light.

また、中央部に対して第1方向と逆の方向の周辺部に配置された第1ハイブリッド画素は、第1調光素子の面積が第2調光素子の面積よりも小さく、中央部に対して第1方向と逆の方向の周辺部に配置された第2ハイブリッド画素は、第1調光素子の面積が第2調光素子の面積よりも大きいことが好ましい。   In addition, the first hybrid pixel arranged in the peripheral portion in the direction opposite to the first direction with respect to the central portion has an area of the first dimmer element smaller than that of the second dimmer element, Thus, it is preferable that the second hybrid pixel disposed in the peripheral portion in the direction opposite to the first direction has a larger area of the first dimming element than that of the second dimming element.

なお、赤色、緑色、青色の少なくとも2色以上に第1ハイブリッド画素及び第2ハイブリッド画素が含まれていても良い。   Note that the first hybrid pixel and the second hybrid pixel may be included in at least two colors of red, green, and blue.

また、複数の画素が配列された受光領域にある全ての画素をハイブリッド画素にしてもよい。   Further, all the pixels in the light receiving region where a plurality of pixels are arranged may be hybrid pixels.

第1ハイブリッド画素及び第2ハイブリッド画素が、フォトダイオードとして素子分離領域で複数に分けられた光電変換領域を有していても良い。この場合、第1調光素子及び第2調光素子は各光電変換領域に対応して設けられる。そして、1つの第1ハイブリッド画素または第2ハイブリッド画素に含まれる素子分離領域には、他の画素間と分離するための素子分離領域よりも添加物の量が多いことが好ましい。   The first hybrid pixel and the second hybrid pixel may have a photoelectric conversion region divided into a plurality of element isolation regions as photodiodes. In this case, the first dimming element and the second dimming element are provided corresponding to each photoelectric conversion region. The element isolation region included in one first hybrid pixel or second hybrid pixel preferably has a larger amount of additive than the element isolation region for isolation from other pixels.

本発明は、通常画素として使用可能であり、位相差AFを行う場合に位相差画素として機能するハイブリ度画素を備えているので、位相差AFを行うことができる固体撮像装置でありながら、撮影画像の感度や解像度の低下を抑止することができる。   Since the present invention includes a hybrid pixel that can be used as a normal pixel and functions as a phase difference pixel when performing phase difference AF, it is possible to perform imaging while being a solid-state imaging device capable of performing phase difference AF. Reduction in image sensitivity and resolution can be suppressed.

固体撮像装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a solid-state imaging device. カラーフィルタの配列を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement | sequence of a color filter. 固体撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of a solid-state imaging device. ハイブリッド画素の調光素子とその配線等を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the light control element of a hybrid pixel, its wiring, etc. 調光素子の概略的構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a light control element. 固体撮像装置の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of a solid-state imaging device. 4つの調光素子を用いる固体撮像装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the solid-state imaging device using four light control elements. 左右の視差を得る場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of obtaining the parallax on either side. 上下の視差を得る場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of obtaining the upper and lower parallax. 斜めの視差を得る場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of obtaining diagonal parallax. 別の方法で斜めの視差を得る場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of obtaining diagonal parallax by another method. 左側が不透明にされるハイブリッド画素への入射光を表す断面図である。It is sectional drawing showing the incident light to the hybrid pixel made into opaque on the left side. 右側が不透明にされるハイブリッド画素への入射光を表す断面図である。It is sectional drawing showing the incident light to the hybrid pixel made right side opaque. 通常画素に対するハイブリッド画素の感度比を表すグラフである。It is a graph showing the sensitivity ratio of the hybrid pixel with respect to a normal pixel. ハイブリッド画素の位置に応じて調光素子の幅(面積)を調節する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the width | variety (area) of a light control element is adjusted according to the position of a hybrid pixel. ハイブリッド画素の位置に応じて調光素子の幅(面積)を調節した場合の感度比を表すグラフである。It is a graph showing the sensitivity ratio at the time of adjusting the width | variety (area) of a light control element according to the position of a hybrid pixel. 4つの調光素子を用いる場合に、ハイブリッド画素の位置に応じて調光素子の幅(面積)を調節する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the width | variety (area) of a light control element is adjusted according to the position of a hybrid pixel, when using four light control elements. 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。It is explanatory drawing in the case of providing a hybrid pixel also in a red pixel and a blue pixel. 全画素をハイブリッド画素にした例の説明図である。It is explanatory drawing of the example which made all the pixels the hybrid pixel. 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。It is explanatory drawing which shows another example which makes all the pixels a hybrid pixel. 1画素に2つのPDを設けた例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which provided two PD in 1 pixel. 1画素の2つのPD間をp++にした例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which made p ++ between two PD of 1 pixel. ハニカム配列の固体撮像装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the solid-state imaging device of a honeycomb arrangement | sequence. 別のハニカム配列の固体撮像装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the solid-state imaging device of another honeycomb arrangement | sequence. 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。It is explanatory drawing which shows the solid-state imaging device of which a color filter is a Bayer arrangement. 表面照射型の固体撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of a surface irradiation type solid-state imaging device. 調光素子として用いるエレクトロクロミック素子の断面図である。It is sectional drawing of the electrochromic element used as a light control element. 調光素子として用いるPNLCの断面図である。It is sectional drawing of PNLC used as a light control element. 調光素子として用いる液晶デバイスの断面図である。It is sectional drawing of the liquid crystal device used as a light control element.

[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等を備える。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 10 is a CMOS image sensor, and includes a light receiving region 11, a vertical scanning circuit 13, a horizontal scanning circuit 14, an output circuit 16, a control circuit 17, and the like.

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蓄積する。ここでいう水平方向(左右方向)、垂直方向(上下方向)とは、撮像素子の受光面をX−Y平面とみた場合のX軸方向を水平方向または左右方向とし、Y軸を垂直方向または上下方向とするものである。   The light receiving region 11 is a region in which a plurality of pixels 21 are squarely arranged along the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction). An image of a subject is formed in the light receiving region 11 by an imaging lens, and each pixel 21 accumulates electric charge corresponding to the amount of incident light by photoelectric conversion. Here, the horizontal direction (left-right direction) and the vertical direction (up-down direction) are the X-axis direction when the light receiving surface of the image sensor is regarded as the XY plane, and the Y-axis is the vertical direction or left-right direction. The vertical direction.

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、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の色の光を光電変換する。   The pixel 21 includes a photodiode (hereinafter referred to as PD) 22, a reset transistor (hereinafter referred to as Tr) 23, an amplifier transistor (hereinafter referred to as Ta) 24, and a selection transistor (hereinafter referred to as Ts) 25. Tr23, Ta24, and Ts25 are, for example, n-type MOS transistors. Each pixel 21 is provided with a color filter 41 (see FIG. 2) of any one of red (R), green (G), and blue (B). 21 photoelectrically converts the light of the color of the corresponding color filter 41.

なお、受光領域11に配列されている画素21は、通常画素とハイブリッド画素のいずれかである。通常画素は、水平方向及び垂直方向に対称に形成された画素であり、通常画素で蓄積された電荷に基づく撮像信号は撮影画像の形成に利用される。一方、ハイブリッド画素は、その構造等は後述するが、位相差AFを行う場合に左右方向(水平方向)の視差を得るための位相差画素として機能するとともに、被写体の画像を撮影する場合には対称な通常画素として機能する画素である。通常画素とハイブリッド画素は、立体的構造(具体的には、調光素子55A,55B(図3参照)の有無)が異なっているが、光電変換をし、その電荷を読み出すための基本的な電気的構成は同じである。このため、図1では通常画素とハイブリッド画素を区別せずに、受光領域11内の画素を全て画素21としている。   Note that the pixels 21 arranged in the light receiving region 11 are either normal pixels or hybrid pixels. The normal pixel is a pixel formed symmetrically in the horizontal direction and the vertical direction, and an imaging signal based on the electric charge accumulated in the normal pixel is used for forming a captured image. On the other hand, the hybrid pixel functions as a phase difference pixel for obtaining a parallax in the left-right direction (horizontal direction) when performing phase difference AF, and the structure of the hybrid pixel will be described later. It is a pixel that functions as a symmetric normal pixel. The normal pixel and the hybrid pixel are different in three-dimensional structure (specifically, the presence or absence of the light control elements 55A and 55B (see FIG. 3)), but the basic pixel for photoelectrically converting and reading out the charges is used. The electrical configuration is the same. For this reason, in FIG. 1, all the pixels in the light receiving region 11 are pixels 21 without distinguishing between normal pixels and hybrid pixels.

PD22は光電変換により、入射光量に応じた電荷を生成する素子であり、アノードがグラウンドに接続されており、カソードが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PD22で生成された電荷が蓄積される。   The PD 22 is an element that generates a charge corresponding to the amount of incident light by photoelectric conversion. The anode is connected to the ground, and the cathode is connected to the gate electrode of Ta24. A connection portion between the cathode of the PD 22 and the gate electrode of the Ta 24 is a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 26, and charges generated by the PD 22 are accumulated therein.

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、リセット線26を介して垂直走査線13からゲート電極にリセットパルスが印加されることによりオン状態になる。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。   The source electrode of Tr23 is connected to FD26, and power supply voltage VDD (not shown) is applied to the drain electrode. The gate electrode of Tr 23 is connected to the reset line 27. The Tr 23 is turned on when a reset pulse is applied from the vertical scanning line 13 to the gate electrode via the reset line 26. When the Tr 23 is turned on, the power supply voltage VDD is applied to the FD 26, and charges accumulated in the FD 26 are discarded.

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、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は、FD26に蓄積された電荷量に応じた信号電圧をソース電極に出力する。   As for Ta24, the gate electrode is connected to FD26, and the power supply voltage VDD is applied to the drain electrode. The source electrode from which the signal voltage is output is connected to the drain electrode of Ts25. The Ta 24 outputs a signal voltage corresponding to the amount of charge accumulated in the FD 26 to the source electrode.

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から出力された信号電圧を信号線28に出力する。   The drain electrode of Ts25 is connected to the source electrode of Ta24, and the source electrode is connected to the signal line. The gate electrode of Ts25 is connected to the row selection line 29. Ts 25 is turned on when a selection pulse is input from the vertical scanning circuit 13 via the row selection line 29, and outputs the signal voltage output from the Ta 24 to the signal line 28.

垂直走査回路13は、画素21の駆動回路であり、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の動作を制御することにより、前述のように各画素21を動作させる。   The vertical scanning circuit 13 is a drive circuit for the pixels 21, and a reset line 27 and a row selection line 29 for each row are connected to each other. The vertical scanning circuit 13 inputs a reset pulse to the reset line 27 of the selected row, and also inputs a selection pulse to the row selection line 29 to control the operation of Tr23 and Ts25, as described above. The pixel 21 is operated.

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、信号電圧の読み出しを行う列を選択する。   The horizontal scanning circuit 14 selects a column from which a signal voltage is read by turning on one of the column selection transistors (Tc) 32 provided on each signal line 28.

信号線28は、各画素21からの信号電圧を読み出すための配線であり、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電圧信号をサンプリングし、保持する。水平走査回路14によって列選択トランジスタ32がオンにされることによって、CDS回路31が保持する電圧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。   The signal line 28 is a wiring for reading a signal voltage from each pixel 21, and is provided for each column of the pixels 21. A correlated double sampling (CDS) circuit 31 and a column selection transistor 32 are provided at the end of the signal line 28. The CDS circuit 31 operates based on the clock signal input from the control circuit 17 and is a voltage signal so that noise accompanying readout is removed from the pixel 21 on the row selection line 29 selected by the vertical scanning circuit 13. Is sampled and held. When the column selection transistor 32 is turned on by the horizontal scanning circuit 14, the voltage signal held by the CDS circuit 31 is output to the output circuit 16 via the output bus line 33.

出力回路16は、CDS31から入力される電圧信号を増幅するアンプ34と、アンプ34で増幅された電圧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。   The output circuit 16 includes an amplifier 34 that amplifies the voltage signal input from the CDS 31 and an A / D conversion circuit 35 that converts the voltage signal amplified by the amplifier 34 into digital data. The gain of the amplifier 34 is variable and is appropriately adjusted according to the setting such as the shooting mode.

制御回路17は、垂直走査回路13や水平走査回路14等の各部と接続されており、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。   The control circuit 17 is connected to each unit such as the vertical scanning circuit 13 and the horizontal scanning circuit 14, and comprehensively controls each unit of the solid-state imaging device 10. For example, the operations of the vertical scanning circuit 13 and the horizontal scanning circuit 14 operate based on a control signal such as a clock signal input from the control circuit 17. The operation of the CDS 31 and the gain of the amplifier 34 are also controlled by the control circuit 17.

図2に示すように、固体撮像装置10のカラーフィルタ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と同様であるが、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。   As shown in FIG. 2, the color filter 41 of the solid-state imaging device 10 has a long periodicity with a color arrangement of 6 × 6 pixels as one unit. More specifically, the color filter 41 is an array in which two types of subunits 41a and 41b each having a color array of 3 × 3 pixels are arranged at diagonal positions. The first subunit 41a has a green (G) filter arranged at the center and diagonal positions of 3 × 3 pixels, a blue (B) filter at the left and right center, and a red (R) filter at the top and bottom center. Is a unit. The second subunit 41b is the same as the first subunit 41a in that G filters are arranged at the center and diagonal positions of 3 × 3 pixels, but the B filter and the R filter are the same as the first subunit 41a. Are reversed, an R filter is disposed at the center of the left and right, and a B filter is disposed at the center of the top and bottom.

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、縦方向(垂直方向)及び横方向(水平方向)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。   For example, the color filter 41 has a long periodicity as compared with a Bayer arrangement in which the color arrangement of 2 × 2 pixels is one unit. Therefore, the solid-state imaging device 10 suppresses the occurrence of moire even without using an optical low-pass filter. be able to. Further, in the solid-state imaging device 10 employing the color filter 41, since RGB pixels always exist in the vertical direction (vertical direction) and the horizontal direction (horizontal direction), false colors can be suppressed and accurate color reproduction is possible. is there.

ハイブリッド画素42a,42bは、通常画素としても位相差画素としても機能する画素であり、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以外の画素は、上下左右の各方向から入射する光を均等に受光する通常画素43である。   The hybrid pixels 42a and 42b function as both normal pixels and phase difference pixels. For example, the hybrid pixels 42a and 42b are formed in the lower left G pixels of the upper right first subunit 41a and the upper left second subunit 41b. Pixels other than the hybrid pixels 42a and 42b are normal pixels 43 that uniformly receive light incident from the upper, lower, left, and right directions.

位相差AFを行うため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場合、ハイブリッド画素42a,42bの対から得られた視差がある電圧信号(あるいはこの電圧信号に基づく画素値)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ベストピントになるように撮像レンズの位置が自動調節される。また、被写体を撮像するためにハイブリッド画素42a,42bを通常画素として機能させる場合、ハイブリッド画素42a,42bの画素値は、他の通常画素43と同様にゲイン補正や補間等によらず、そのまま撮影画像の生成に用いられる。   When the hybrid pixels 42a and 42b function as phase difference pixels in order to perform phase difference AF, based on a voltage signal with a parallax obtained from the pair of hybrid pixels 42a and 42b (or a pixel value based on this voltage signal). Focus assessment is performed. Then, the position of the imaging lens is automatically adjusted so as to achieve the best focus according to the result of the focus evaluation. When the hybrid pixels 42a and 42b function as normal pixels in order to capture an image of the subject, the pixel values of the hybrid pixels 42a and 42b are captured as they are without gain correction or interpolation as with the other normal pixels 43. Used for image generation.

なお、ハイブリッド画素42a,42bは受光領域11の全面に満遍なく設けられているが、複数あるカラーフィルタ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、受光領域11の各画素21をカラーフィルタ41の6×6画素の単位でみた場合、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が設けられている単位の場合には、上記箇所に設けられる。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。   Although the hybrid pixels 42a and 42b are provided uniformly over the entire surface of the light receiving region 11, the hybrid pixels 42a and 42b are not necessarily provided in the 6 × 6 pixel unit of the plurality of color filters 41. When each pixel 21 in the light receiving region 11 is viewed in units of 6 × 6 pixels of the color filter 41, there is a unit in which the hybrid pixels 42a and 42b are not provided. In the case of a unit in which the hybrid pixels 42a and 42b are provided, the unit is provided at the above location. In the unit where the hybrid pixels 42 a and 42 b are not provided, all are normal pixels 43.

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、調光層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や調光層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、調光層54を介して裏面側からPD22に光が入射される。すなわち、「裏面」が光の入射面である。   As shown in FIG. 3, the solid-state imaging device 10 is a backside illuminated (BSI) type CMOS image sensor, and includes a support substrate 51, a wiring layer 52, a p-type semiconductor substrate 53, a light control layer 54, and a color. The filter 41, the micro lens 57, and the like are included. The side where the wiring layer 52 is provided with respect to the p-type semiconductor substrate 53 is the “front surface” of the solid-state imaging device 10, and the side where the color filter 41, the light control layer 54 and the microlens 57 are provided is the “back surface”. is there. Light enters the solid-state imaging device 10 from the back side through the microlens 57, the color filter 41, and the light control layer 54. That is, the “back surface” is the light incident surface.

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。   The support substrate 51 is, for example, a silicon substrate. In the process of manufacturing the back-illuminated solid-state imaging device 10, a wiring layer is formed to expose the back surface of the p-type semiconductor substrate 53 and reduce the thickness of the p-type semiconductor substrate 53. Bonded to the surface of 52.

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)を形成するトランジスタ(Tr23,Ta24,Ts25)や、各画素21を駆動するための垂直走査回路13,水平走査回路14,出力回路16,制御回路17,CDS31等の各種回路、リセット線27,信号線28,行選択線29、出力バスライン33等の各種配線が形成される。   The wiring layer 52 is formed on the surface of the p-type semiconductor substrate 53, and the transistors (Tr23, Ta24) that form each pixel 21 (the normal pixel 43 and the hybrid pixels 42a, 42b) by the wiring 52a provided in the wiring layer 52. , Ts25), vertical scanning circuit 13 for driving each pixel 21, horizontal scanning circuit 14, output circuit 16, control circuit 17, various circuits such as CDS 31, reset line 27, signal line 28, row selection line 29, Various wirings such as the output bus line 33 are formed.

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、破線で示すPD22の光電変換領域は、p型半導体基板53の裏面近傍にまで達している。PD22が光電変換により生成した電荷は、配線層52との界面近傍に蓄積される。なお、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いる。   The PD 22 is formed by a PN junction of a p-type semiconductor substrate 53 and an n-type semiconductor region formed in the p-type semiconductor substrate 53. The p-type semiconductor substrate 53 is thinned, and the photoelectric conversion region of the PD 22 indicated by a broken line reaches the vicinity of the back surface of the p-type semiconductor substrate 53. The charges generated by the photoelectric conversion of the PD 22 are accumulated near the interface with the wiring layer 52. Each PD 22 is separated by a separation layer (not shown) (for example, a p + layer).

調光層54は、p型半導体基板53の裏面側(入射面側)に設けられ、調光素子55A,55Bと絶縁膜56とからなる。調光素子55A,55Bは、可視光の透過光量(透過率)を調節することができる素子であり、例えば、所定電圧が印加されている場合にはほぼ透明であり、印加する電圧を下げると徐々に不透明になり、電圧を印加しない状態にすると(あるいは調光素子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)と、調光素子55A,55Bの透過率はほぼ0%(〜数%程度)になる。調光素子55A,55Bは、各々独立して制御できる状態で、ハイブリット画素42a,42b上にPD22を覆って設けられている。調光素子55A,55Bが透明な場合には、マイクロレンズ57及びカラーフィルタ41を介して入射する光は調光素子55A,55Bを透過してPD22に到達する。調光素子55A,55Bが不透明な場合には、入射光は調光素子55A,55Bによって遮られ、少なくとも減光されてPD22に入射する。   The light control layer 54 is provided on the back surface side (incident surface side) of the p-type semiconductor substrate 53 and includes light control elements 55 </ b> A and 55 </ b> B and an insulating film 56. The light control elements 55A and 55B are elements that can adjust the amount of transmitted visible light (transmittance). For example, the light control elements 55A and 55B are almost transparent when a predetermined voltage is applied. When the voltage gradually becomes opaque and no voltage is applied (or the voltage is not applied by setting the electric potential of the dimming element 55A to ground or the like), the transmittance of the dimming elements 55A and 55B is almost 0%. (About several percent). The dimming elements 55A and 55B are provided on the hybrid pixels 42a and 42b so as to cover the PD 22 in a state where they can be controlled independently. When the light control elements 55A and 55B are transparent, the light incident through the microlens 57 and the color filter 41 passes through the light control elements 55A and 55B and reaches the PD 22. When the dimming elements 55A and 55B are opaque, the incident light is blocked by the dimming elements 55A and 55B, is at least dimmed, and enters the PD 22.

また、調光素子55A,55Bは、対になるハイブリッド画素42aとハイブリッド画素42bとで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は、PD22の入射面の右側半分に調光素子55Aが設けられ、左側半分に調光素子55Bが設けられる。一方、ハイブリッド画素42bでは、PD22の入射面の左側半分に調光素子55Aが設けられ、右側半分に調光素子55Bが設けられる。   The dimming elements 55A and 55B are provided symmetrically between the hybrid pixel 42a and the hybrid pixel 42b that form a pair. Specifically, the hybrid pixel 42a is provided with a dimming element 55A on the right half of the incident surface of the PD 22 and a dimming element 55B on the left half. On the other hand, in the hybrid pixel 42b, the dimming element 55A is provided in the left half of the incident surface of the PD 22, and the dimming element 55B is provided in the right half.

絶縁膜56は、調光素子55A,55Bとp型半導体基板53の間を絶縁するとともに、調光素子55A,55B上を平坦化する平坦化膜でもある。このため、通常画素43上の調光層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、調光素子55A,55B下の絶縁膜と、調光素子55A,55B間及び調光素子55A,55B上の平坦化膜が一体化したものである。   The insulating film 56 is also a planarizing film that insulates the light control elements 55A and 55B from the p-type semiconductor substrate 53 and flattens the surfaces of the light control elements 55A and 55B. For this reason, the light control layer 54 on the normal pixel 43 is formed of only the insulating film 56. The insulating film 56 is made of, for example, a transparent and non-conductive material such as BPSG. The insulating film 56 is formed by integrating an insulating film below the light control elements 55A and 55B and a planarizing film between the light control elements 55A and 55B and on the light control elements 55A and 55B.

カラーフィルタ41は調光層54上に、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。カラーフィルタ41の色配列については前述の通りであり、マイクロレンズ57によって集光される光束はカラーフィルタ41を通ることによってR,G,Bのいずれかの色になってPD22に入射する。   The color filter 41 is provided on the light control layer 54 so that each color segment corresponds to the PD 22. The color arrangement of the color filter 41 is as described above, and the light beam condensed by the micro lens 57 passes through the color filter 41 and becomes one of R, G, and B and enters the PD 22.

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。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の中心においては、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。   The microlens 57 is provided on the color filter 41 so as to correspond to each PD 22 and has a substantially hemispherical shape. The microlens 57 collects incident light on the corresponding PD 22. The center of the microlens 57 substantially coincides with the center of the PD 22 at the center of the light receiving region 11, but the closer to the periphery of the light receiving region 11, the closer to the center of the light receiving region 11 depending on the chief ray angle. It is arranged with offset (scaling). Thereby, in the peripheral portion of the light receiving region 11, the light beam incident on the PD 22 obliquely is also efficiently collected on the corresponding PD 22.

図4に示すように、固体撮像装置10は、第1調光制御部61、第2調光制御部62、及びこれらと調光素子55A,55Bをそれぞれ接続する配線63、64を有し、調光素子55Aと調光素子55B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。   As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 10 includes a first dimming control unit 61, a second dimming control unit 62, and wirings 63 and 64 that connect the dimming elements 55A and 55B, respectively. The voltage applied to the light control element 55A and the light control element 55B can be controlled independently.

第1調光制御部61は、配線63を介し、必要に応じて調光素子55Aに電圧を印加するための回路であり、制御部17から入力される制御信号に基づいて調光素子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。本実施形態においては、第1調光制御部61は、位相差AFを行う場合もその後被写体の撮像を行う場合も、調光素子55Aに印加する電圧を所定電圧に保つ。このため、調光素子55Aは常に透明な状態であり、入射光をほぼ全て透過させる。   The first dimming control unit 61 is a circuit for applying a voltage to the dimming element 55A as needed via the wiring 63. The first dimming control unit 61 applies the dimming element 55A to the dimming element 55A based on a control signal input from the control unit 17. Adjust the timing of applying the voltage and the magnitude of the applied voltage. In the present embodiment, the first dimming control unit 61 keeps the voltage applied to the dimming element 55A at a predetermined voltage both when performing phase difference AF and when imaging a subject. For this reason, the light control element 55A is always in a transparent state and transmits almost all incident light.

第2調光制御部62は、配線64を介し、必要に応じて調光素子55Bに電圧を印加するための回路であり、第1調光制御部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調光素子55B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。本実施形態では、第2調光制御部62は、位相差AFを行う場合に、調光素子55Bに印加する電圧を零にして不透明な状態にし、調光素子55Bの透過光量を下げる。一方、位相差AFを行った後、被写体を撮像する場合、第2調光制御部62は調光素子55Bに所定電圧を印加して透明な状態にし、調光素子55Bへの入射光を透過させる。   The second dimming control unit 62 is a circuit for applying a voltage to the dimming element 55B as needed via the wiring 64, and is input from the control unit 17 in the same manner as the first dimming control unit 62. The timing of applying a voltage to the light control element 55B and the magnitude of the applied voltage are adjusted based on the control signal. In the present embodiment, when performing the phase difference AF, the second dimming control unit 62 sets the voltage applied to the dimming element 55B to zero to make it opaque, and reduces the amount of light transmitted through the dimming element 55B. On the other hand, when the subject is imaged after performing the phase difference AF, the second dimming control unit 62 applies a predetermined voltage to the dimming element 55B to make it transparent, and transmits incident light to the dimming element 55B. Let

なお、第1調光制御部61及び第2調光制御部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調光制御部61及び第2調光制御部62と調光素子55A,55Bをそれぞれ接続する配線63,64は、調光層54内に、例えばポリシリコン等によって形成される。このため、第1調光制御部61及び第2調光制御部62と、配線63,64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。   The first dimming control unit 61 and the second dimming control unit 62 are formed by the wiring 52a of the wiring layer 52 and the like, similar to the control unit 17. On the other hand, the wirings 63 and 64 that connect the first dimming control unit 61 and the second dimming control unit 62 and the dimming elements 55A and 55B, respectively, are formed in the dimming layer 54 by, for example, polysilicon. Therefore, the first dimming control unit 61 and the second dimming control unit 62 are connected to the wirings 63 and 64 through via holes (also referred to as through holes, not shown) that penetrate the p-type semiconductor substrate 53.

図5に示すように、調光素子55Aは、例えば、SPD(Suspended Particle Device。懸濁粒子デバイスとも言う)であり、一対の透明電極71a,71bと、SPD層72からなる。透明電極71a,71bは、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)からなる。透明電極71aはp型半導体基板53側に設けられた下部電極であり、透明電極71bはカラーフィルタ41及びマイクロレンズ57側に設けられた上部電極である。第1調光制御部61はこれらの透明電極71a,71b間に所定電圧を印加することにより、SPD層72の透過光量を調節する。   As shown in FIG. 5, the dimming element 55 </ b> A is, for example, an SPD (Suspended Particle Device, also referred to as a suspended particle device), and includes a pair of transparent electrodes 71 a and 71 b and an SPD layer 72. The transparent electrodes 71a and 71b are made of, for example, ITO (indium tin oxide). The transparent electrode 71a is a lower electrode provided on the p-type semiconductor substrate 53 side, and the transparent electrode 71b is an upper electrode provided on the color filter 41 and microlens 57 side. The first dimming control unit 61 adjusts the amount of light transmitted through the SPD layer 72 by applying a predetermined voltage between the transparent electrodes 71a and 71b.

SPD層72は、透明な樹脂72aにマイクロカプセル72bが分散配置された層である。樹脂72aは例えば紫外線硬化樹脂からなり、マイクロカプセル72bには配向粒子72c(例えば液晶分子)が封入されている。SPD層72の上下を挟み込む透明電極71a,71bに所定電圧が印加されている場合、図5(A)に示すように、各々の配向粒子72cの配向方向がほぼ整列され、入射光は調光素子55Aを透過する。一方、図5(B)に示すように、透明電極71a,71bに電圧が印加されていない場合、各々の配向粒子71a,71bの配向方向はほぼランダムになる。このため、透明電極71a,71b間に電圧が印加されていない場合、調光素子55Aへの入射光は配向粒子72cに散乱されるので、調光素子55Aは不透明な状態になる。透明電極71a,71bに印加する電圧を零電圧と所定電圧との間で調節することによって、配向粒子72cの配向方向の整列度合いを調節し、調光素子55Aの不透明度を調節することができる。なお、図5では調光素子55Aを示したが、調光素子55Bの構造も調光素子55Aと同じである。   The SPD layer 72 is a layer in which microcapsules 72b are dispersedly arranged in a transparent resin 72a. The resin 72a is made of, for example, an ultraviolet curable resin, and oriented particles 72c (for example, liquid crystal molecules) are sealed in the microcapsule 72b. When a predetermined voltage is applied to the transparent electrodes 71a and 71b sandwiching the upper and lower sides of the SPD layer 72, as shown in FIG. 5A, the orientation directions of the oriented particles 72c are substantially aligned, and the incident light is dimmed. The light passes through the element 55A. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when no voltage is applied to the transparent electrodes 71a and 71b, the orientation directions of the oriented particles 71a and 71b become almost random. For this reason, when a voltage is not applied between the transparent electrodes 71a and 71b, the incident light to the light control element 55A is scattered by the oriented particles 72c, so that the light control element 55A is in an opaque state. By adjusting the voltage applied to the transparent electrodes 71a and 71b between a zero voltage and a predetermined voltage, the degree of alignment of the alignment particles 72c in the alignment direction can be adjusted, and the opacity of the light control element 55A can be adjusted. . Although FIG. 5 shows the light control element 55A, the structure of the light control element 55B is the same as that of the light control element 55A.

以下、上述のように構成される固体撮像措置10の作用を説明する。図6(A)に示すように、ハイブリッド画素42a,42bの調光素子55A,55Bにともに所定電圧を印加する場合、調光素子55A,55Bは透明である。このため、ハイブリッド画素42a,42bへの入射光71は、調光素子55A,55Bを透過してPD22に到達する。したがって、調光素子55A,55Bに所定電圧を印加する場合、ハイブリッド画素42a,42bは通常画素43として機能する。   Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device 10 configured as described above will be described. As shown in FIG. 6A, when a predetermined voltage is applied to the dimming elements 55A and 55B of the hybrid pixels 42a and 42b, the dimming elements 55A and 55B are transparent. For this reason, the incident light 71 to the hybrid pixels 42a and 42b passes through the light control elements 55A and 55B and reaches the PD 22. Therefore, when a predetermined voltage is applied to the dimming elements 55A and 55B, the hybrid pixels 42a and 42b function as the normal pixels 43.

一方、図6(B)に示すように、調光素子55Aに所定電圧を印加しつつ、調光素子55Bに印加する電圧を零にすると、調光素子55Aは透明であるが、調光素子55Bは不透明になる。このため、ハイブリッド画素42a,42bへの入射光71は不透明な調光素子55Bによって一部が遮られ、透明な調光素子55Aの部分だけを透過し、PD22に到達する。PD22に到達した光は電子に変換され、前述のように信号電圧として出力され、その信号電圧は入射光の位相差成分に応じた位相差信号となる。したがって調光素子に印加する電圧を制御することで、ハイブリッド画素は位相差画素として機能する。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, when a predetermined voltage is applied to the light control element 55A and the voltage applied to the light control element 55B is zero, the light control element 55A is transparent, but the light control element 55B becomes opaque. For this reason, a part of the incident light 71 to the hybrid pixels 42a and 42b is blocked by the opaque dimmer 55B, passes only through the transparent dimmer 55A, and reaches the PD 22. The light reaching the PD 22 is converted into electrons and output as a signal voltage as described above, and the signal voltage becomes a phase difference signal corresponding to the phase difference component of the incident light. Therefore, the hybrid pixel functions as a phase difference pixel by controlling the voltage applied to the light control element.

ハイブリッド画素42aの場合、右側(X方向正側)に調光素子55Aが配置され、左側(X方向負側)に調光素子55Bが配置されているので、入射光71のうち右側半分72aが選択的にPD22到達する。このため、調光素子55Aを透明にし、調光素子55Bを不透明にすることにより、ハイブリッド画素42aは右側からの光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。これに対してハイブリッド画素42bの場合、右側に調光素子55Bが配置され、左側に調光素子55Aが配置されているので、ハイブリッド画素42aとは逆に、入射光71のうち左側半分72bが選択的にPD22に到達する。このため、ハイブリッド画素42aと同様に、調光素子55Aを透明にし、調光素子55Bを不透明にする場合、ハイブリッド画素42bは左側からの光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。   In the case of the hybrid pixel 42a, the dimming element 55A is arranged on the right side (X direction positive side) and the dimming element 55B is arranged on the left side (X direction negative side). Selectively reaches PD22. Therefore, by making the light control element 55A transparent and the light control element 55B opaque, the hybrid pixel 42a functions as a phase difference pixel that selectively receives a light beam from the right side. On the other hand, in the case of the hybrid pixel 42b, the dimming element 55B is arranged on the right side and the dimming element 55A is arranged on the left side, so that the left half 72b of the incident light 71 is opposite to the hybrid pixel 42a. Selectively reaches PD22. Therefore, similarly to the hybrid pixel 42a, when the dimming element 55A is transparent and the dimming element 55B is opaque, the hybrid pixel 42b functions as a phase difference pixel that selectively receives a light beam from the left side.

上述のように、固体撮像装置10は、ハイブリッド画素42a,42bの調光素子55A,55Bの透過光量を各々独立に調節することによって、位相差AFを行う場合にはハイブリッド画素42a,42bを位相差画素として機能させ、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43として機能させることができる。   As described above, the solid-state imaging device 10 adjusts the hybrid pixels 42a and 42b when performing phase difference AF by independently adjusting the transmitted light amounts of the dimming elements 55A and 55B of the hybrid pixels 42a and 42b. The hybrid pixels 42 a and 42 b can function as the normal pixels 43 when functioning as phase difference pixels and imaging a subject after phase difference AF.

特に、固体撮像装置10は、ハイブリッド画素42a,42b自体が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ハイブリッド画素42a,42bの画素値をそのまま撮影画像の生成に使用することができる。このため、従来の位相差画素が設けられた固体撮像装置で撮像する場合のように、位相差画素の画素値を補間やゲインの調節等によって、撮影画像に使用可能なものに補正する必要がないので、撮影画像の感度や解像度の低下がない。また、固体撮像装置10には、位相差画素を設けたことによる駆動モードの制限等もなく、従来、位相差画素を有する固体撮像装置では使用できなかった動画の撮影や画素加算をする駆動モードも固体撮像値10では使用可能である。   In particular, in the solid-state imaging device 10, since the hybrid pixels 42a and 42b themselves function as normal pixels, the pixel values of the hybrid pixels 42a and 42b can be used as they are for generating a captured image when imaging a subject. . For this reason, it is necessary to correct the pixel value of the phase difference pixel so that it can be used for the captured image by interpolation, gain adjustment, etc., as in the case of imaging with a solid-state imaging device provided with a conventional phase difference pixel. There is no decrease in sensitivity and resolution of captured images. In addition, the solid-state imaging device 10 has no drive mode limitation due to the provision of the phase difference pixels and the like, and a driving mode for taking a moving image and adding pixels that cannot be conventionally used in the solid-state imaging device having the phase difference pixels. Can also be used with a solid imaging value of 10.

なお、上述の第1実施形態では、ハイブリッド画素42a,42bを左右方向に二分するように調光素子55A,55Bを設け、位相差AFを行う場合に、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、調光素子55A,55Bを設ける方向は任意である。例えば、上下方向に調光素子55A,55Bを並べて設けることにより、位相差AFを行う場合にハイブリッド画素42a,42bで上下方向の視差に関する情報を得るようにしても良い。また、斜め45度方向(あるいは135度方向)に調光素子55A,55Bを並べて設けることにより、位相差AFを行う場合にハイブリッド画素42a,42bで斜め方向の視差に関する情報を得るようにしても良い。   In the first embodiment described above, the dimming elements 55A and 55B are provided so as to divide the hybrid pixels 42a and 42b in the left-right direction, and the phase difference AF is performed in the hybrid pixels 42a and 42b in the left-right direction parallax. However, the direction in which the light control elements 55A and 55B are provided is arbitrary. For example, by providing dimming elements 55A and 55B side by side in the vertical direction, information regarding vertical parallax may be obtained by the hybrid pixels 42a and 42b when performing phase difference AF. Further, by providing the dimming elements 55A and 55B side by side in the oblique 45 degree direction (or 135 degree direction), when performing phase difference AF, the hybrid pixels 42a and 42b may obtain information on the oblique parallax. good.

なお、上述の第1実施形態では、調光素子55Aに所定電圧を印加して透明にしたまま調光素子55Bに印加する電圧を零にして不透明にし、ハイブリッド画素42aを右側からの光束を選択的に受光する位相差画素として機能させ、ハイブリッド画素42bを左側からの光束を選択的に受光する位相差画素として機能させるが、これとは逆に、調光素子55Aに印加する電圧を零にして不透明にし、調光素子55Bに所定電圧を印加して透明性を保つようにしても良い。この場合、ハイブリッド画素42aは左側からの光束を選択的に受光する位相差画素として機能し、ハイブリッド画素42bは右側からの光束を選択的に受光する位相差画素として機能する。このように、ハイブリッド画素42a,42bをそれぞれ左側,右側からの光束を選択的に受光する位相差画素にする場合も、これらのハイブリッド画素42a,42bから得られる信号に基づいて上述と同様に位相差AFを行うことができる。   In the first embodiment described above, the voltage applied to the dimming element 55B is made zero by applying a predetermined voltage to the dimming element 55A to make it opaque, and the hybrid pixel 42a selects the light flux from the right side. In contrast, the hybrid pixel 42b functions as a phase difference pixel that selectively receives a light flux from the left side, but conversely, the voltage applied to the dimming element 55A is set to zero. It may be made opaque, and a predetermined voltage may be applied to the light control element 55B to maintain transparency. In this case, the hybrid pixel 42a functions as a phase difference pixel that selectively receives a light beam from the left side, and the hybrid pixel 42b functions as a phase difference pixel that selectively receives a light beam from the right side. As described above, when the hybrid pixels 42a and 42b are phase difference pixels that selectively receive light beams from the left side and the right side, respectively, in the same manner as described above based on the signals obtained from the hybrid pixels 42a and 42b. Phase difference AF can be performed.

なお、上述の第1実施形態では、ハイブリッド画素42a,42bを位相差画素として機能させる場合に、調光素子55Aに所定電圧を印加して透明にし、調光素子55Bを零電圧にして不透明にしているが、調光素子55Bに印加する電圧が調光素子55Aのものよりも低ければ、調光素子55A,55Bに印加する電圧は任意である。例えば、調光素子55Aに所定電圧よりも低い電圧を印加し、調光素子55Bは零電圧にするのではなく、調光素子55Aに印加する電圧よりも低い範囲内で電圧を印加しても良い。すなわち、調光素子55Aと調光素子55Bとで透過光量が異なっていれば、これらから左右の視差に関する情報を得ることができるので、調光素子55A,55bに印加する電圧の大きさ自体は任意に設定することができる。但し、上述の第1実施形態のように、調光素子55Aに所定電圧を印加して最も透過光量が大きくなるようにし、調光素子55Bを零電圧にして最も透過光量が小さくなるようにする場合に、視差の情報が最も正確になる。このため、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、調光素子55Aには所定電圧を印加し、調光素子55Bは零電圧にすることが好ましい。   In the first embodiment described above, when the hybrid pixels 42a and 42b function as phase difference pixels, a predetermined voltage is applied to the dimming element 55A to make it transparent, and the dimming element 55B to zero voltage to make it opaque. However, if the voltage applied to the light control element 55B is lower than that of the light control element 55A, the voltage applied to the light control elements 55A and 55B is arbitrary. For example, a voltage lower than a predetermined voltage is applied to the light control element 55A, and the light control element 55B is not set to zero voltage, but may be applied within a range lower than the voltage applied to the light control element 55A. good. That is, if the amount of transmitted light is different between the dimming element 55A and the dimming element 55B, information on the left and right parallax can be obtained from these, so the magnitude of the voltage applied to the dimming elements 55A and 55b itself is It can be set arbitrarily. However, as in the first embodiment, a predetermined voltage is applied to the light control element 55A so that the transmitted light amount is maximized, and the light control element 55B is set to zero voltage so that the transmitted light amount is minimized. In this case, parallax information is most accurate. For this reason, when making the hybrid pixels 42a and 42b function as phase difference pixels, it is preferable to apply a predetermined voltage to the dimmer 55A and set the dimmer 55B to zero voltage.

なお、上述の第1実施形態では、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にしたが、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にしてもよい。   In the first embodiment described above, in the 6 × 6 pixel unit of the color filter 41, the lower left G pixel of the upper right first subunit 41a and the lower left G pixel of the upper left second subunit 41b are combined into the hybrid pixel 42a. , 42b, but the position of the G pixel used as the hybrid pixel 42a, 42b is arbitrary. For example, the center G pixel of the upper right first subunit 41a and the center G pixel of the upper left second subunit 41b may be hybrid pixels 42a and 42b, respectively.

[第2実施形態]
なお、上述の第1実施形態では、ハイブリッド画素42a,42bに2つの調光素子55A,55Bを設けたが、図7に示す固体撮像装置80のように、ハイブリッド画素に、独立に透過光量を制御可能な4つの調光素子を設けても良い。
[Second Embodiment]
In the first embodiment described above, the two dimming elements 55A and 55B are provided in the hybrid pixels 42a and 42b. However, like the solid-state imaging device 80 shown in FIG. Four controllable light control elements may be provided.

固体撮像装置80では、カラーフィルタ41の6×6画素の単位のなかに、4つのハイブリッド画素82a,82b,82c,82dを有する。   The solid-state imaging device 80 includes four hybrid pixels 82a, 82b, 82c, and 82d in the 6 × 6 pixel unit of the color filter 41.

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つの調光素子85A,85B,85C,85Dが各々に透過光量を調節する。ハイブリッド画素82aの場合、調光素子85A,85B,85C,85Dはそれぞれ右上,左上,左下,右下に設けられる。   The hybrid pixel 82a is the lower left G pixel of the upper right first subunit 41a, and the four dimming elements 85A, 85B, 85C, and 85D each adjust the amount of transmitted light. In the case of the hybrid pixel 82a, the dimming elements 85A, 85B, 85C, and 85D are provided at the upper right, upper left, lower left, and lower right, respectively.

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つの調光素子85A,85B,85C,85Dを有する。但し、ハイブリッド画素82bは、調光素子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のものと水平方向に左右対称に配置される。すなわち、ハイブリッド画素82bでは、調光素子85Aは左上に、調光素子85Bは右上に、調光素子85Cは右下に、調光素子85Dは左下にそれぞれ配置される。   The hybrid pixel 82b is the lower left G pixel of the upper left second subunit 41b, and has four dimming elements 85A, 85B, 85C, and 85D, similar to the hybrid pixel 82a. However, the hybrid pixel 82b is different from the hybrid pixel 82a in the arrangement of the dimming elements 85A to 85D, and is arranged symmetrically in the horizontal direction with respect to the hybrid pixel 82a. That is, in the hybrid pixel 82b, the dimming element 85A is arranged at the upper left, the dimming element 85B is arranged at the upper right, the dimming element 85C is arranged at the lower right, and the dimming element 85D is arranged at the lower left.

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41b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つの調光素子85A〜85Dを有する。但し、これらの配列が異なっている。   The hybrid pixel 82c is the lower left G pixel of the lower left first subunit 41a, and the hybrid pixel 82d is the lower left G pixel of the lower right second subunit 41b. And these also have four light control elements 85A-85D like the hybrid pixels 82a and 82b. However, these sequences are different.

ハイブリッド画素82cの調光素子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、調光素子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の調光素子85A〜85Dの配列は、斜め方向(約135度方向)に対称である。   The dimming elements 85A to 85D of the hybrid pixel 82c are arranged at the lower left, lower right, upper right, and upper left, respectively. That is, the hybrid pixel 82c is vertically symmetrical with the hybrid pixel 82b in which the arrangement of the light control elements 85A to 85D is above the same column. Further, as compared with that of the hybrid pixel 82a, the arrangement of the dimming elements 85A to 85D of the hybrid pixel 82c is symmetrical in the oblique direction (about 135 degrees direction).

また、ハイブリッド画素82dの調光素子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の調光素子85A〜85Dの配列は、斜め方向(約45度方向)に対称な配列である。   The dimming elements 85A to 85D of the hybrid pixel 82d are arranged at the lower right, the lower left, the upper left, and the upper right, respectively, and are arranged vertically symmetrically with respect to that of the hybrid pixel 82a in the upper row. In addition, as compared with that of the hybrid pixel 82b, the arrangement of the dimming elements 85A to 85D of the hybrid pixel 82d is a symmetrical arrangement in the oblique direction (about 45 degrees direction).

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調光制御部91,第2調光制御部92,第3調光制御部93,第4調光制御部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調光層54に設けられる。第1〜第4調光制御部91〜94は、配線89a〜89dを介し、必要に応じて調光素子85A〜85Dにそれぞれ独立に電圧を印加するための回路である。第1〜第4調光制御部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調光制御部91〜94は、制御部17から入力される制御信号に基づいて調光素子85A〜85D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それぞれ調節する。   These hybrid pixels 82a to 82d are connected to each pixel through wirings 89a, 89b, 89c, and 89d, such as a first dimming control unit 91, a second dimming control unit 92, and a third dimming control unit. 93 and the fourth dimming control unit 94, respectively. The wirings 89a to 89d are provided in the light control layer 54 using polysilicon or the like as in the first embodiment. The first to fourth dimming control units 91 to 94 are circuits for independently applying voltages to the dimming elements 85A to 85D through the wirings 89a to 89d as necessary. The first to fourth dimming control units 91 to 94 are formed by the wiring 52a and the like of the wiring layer 52 as in the first embodiment, and are connected to the wirings 89a to 89d through via holes (not shown). The first to fourth dimming control units 91 to 94 adjust the timing of applying a voltage to the dimming elements 85A to 85D and the magnitude of the applied voltage based on the control signal input from the control unit 17, respectively. To do.

上述のように構成される固体撮像装置80は、図8(A)に示すように、調光素子85A〜85Dに全て所定電圧を印加する場合、調光素子85A〜85Dは全て透明なので各ハイブリッド画素82a〜82dは通常画素43として機能する。このため、調光素子85A〜85Dに所定電圧を印加して被写体を撮像することにより、ハイブリッド画素82a〜82dの画素値をゲイン補正等せずにそのまま用いて被写体の画像を生成することができる。   As shown in FIG. 8A, in the solid-state imaging device 80 configured as described above, when all of the dimming elements 85A to 85D are applied with a predetermined voltage, since the dimming elements 85A to 85D are all transparent, The pixels 82 a to 82 d function as the normal pixel 43. For this reason, by applying a predetermined voltage to the dimming elements 85A to 85D and imaging the subject, the pixel values of the hybrid pixels 82a to 82d can be used as they are without gain correction or the like to generate an image of the subject. .

一方、調光素子85Aと調光素子85Dに所定電圧を印加して透明にし、調光素子85Bと調光素子85Cを零電圧にして不透明にすると、入射光71が透過可能な領域は調光素子85A,85Dに対応する領域96R,96Lに制限される。すなわち、カラーフィルタ41の6×6画素の単位でみたときに、右側にある2つのハイブリッド画素82a,82dでは、入射光71が透過可能な領域が右側半分の領域96Rに制限されるので、これらは右側から入射する光束を選択的に受光して光電変換を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、入射光71が透過可能な領域が左側半分の領域96Lに制限されるので、これらは左側から入射する光束を選択的に受光して光電変換をする位相差画素として機能する。   On the other hand, when a predetermined voltage is applied to the dimming element 85A and the dimming element 85D to make it transparent, and the dimming element 85B and the dimming element 85C are set to zero voltage to be opaque, the region through which the incident light 71 can be transmitted is dimmed. It is limited to the regions 96R and 96L corresponding to the elements 85A and 85D. That is, when viewed in units of 6 × 6 pixels of the color filter 41, the two hybrid pixels 82a and 82d on the right side limit the region through which the incident light 71 can be transmitted to the right half region 96R. Functions as a phase difference pixel that selectively receives a light beam incident from the right side and performs photoelectric conversion. On the other hand, in the two hybrid pixels 82b and 82c on the left side, the region through which the incident light 71 can be transmitted is limited to the left half region 96L. Functions as a phase difference pixel.

したがって、調光素子85Aと調光素子85Dに所定電圧を印加して透明にし、調光素子85Bと調光素子85Cを零電圧にして不透明にすることにより、固体撮像装置80は、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の対から得られる信号に基づいて行われる。   Accordingly, by applying a predetermined voltage to the dimming element 85A and the dimming element 85D to make it transparent, and making the dimming element 85B and the dimming element 85C to be zero voltage and making them opaque, the solid-state imaging device 80 can make a right and left parallax. Based on the phase difference AF. The focus evaluation is performed based on, for example, signals obtained from a pair of the hybrid pixel 82a and the hybrid pixel 82b or a pair of the hybrid pixel 82d and the hybrid pixel 82c.

図9に示すように、調光素子85Aと調光素子85Bに所定電圧を印加して透明にし、調光素子85Cと調光素子85Dを零電圧にして不透明にすると、入射光71が透過可能な領域は調光素子85A,85Bに対応する領域96U,96Dに制限される。すなわち、カラーフィルタ41の6×6画素の単位でみたときに、上側にある2つのハイブリッド画素82a,82bでは、入射光71が透過可能な領域が上側半分の領域96Uに制限されるので、これらは上側から入射する光束を選択的に受光して光電変換する位相差画素として機能する。一方、下側にある2つのハイブリッド画素82c,82dでは、入射光71が透過可能な範囲が下側半分の領域96Dに制限されるので、これらは下側から入射する光束を選択的に受光して光電変換する位相差画素として機能する。   As shown in FIG. 9, when a predetermined voltage is applied to the dimming element 85A and the dimming element 85B to make it transparent, and the dimming element 85C and the dimming element 85D are made zero voltage to be opaque, the incident light 71 can be transmitted. This area is limited to the areas 96U and 96D corresponding to the light control elements 85A and 85B. That is, when viewed in units of 6 × 6 pixels of the color filter 41, the two hybrid pixels 82a and 82b on the upper side limit the region through which the incident light 71 can be transmitted to the upper half region 96U. Functions as a phase difference pixel that selectively receives and photoelectrically converts a light beam incident from above. On the other hand, in the two hybrid pixels 82c and 82d on the lower side, the range through which the incident light 71 can be transmitted is limited to the lower half region 96D, so that these selectively receive the light beam incident from the lower side. And function as a phase difference pixel for photoelectric conversion.

したがって、調光素子85Aと調光素子85Bに所定電圧を印加して透明にし、調光素子85Cと調光素子85Dを零電圧にして不透明にすることにより、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。また、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の場合、前述のように左右の視差に基づいて位相差AFを精度良く行えないが、このような被写体を撮像する場合、固体撮像装置80は透明電極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、容易に上下方向の視差に基づく位相差AFに切り換えを行うことも可能である。   Therefore, by applying a predetermined voltage to the dimming element 85A and the dimming element 85B to make it transparent, and making the dimming element 85C and the dimming element 85D zero voltage to make them opaque, the solid-state imaging device 80 can change the upper and lower parallaxes. Based phase difference AF can be performed. Also, for example, in the case of a subject that changes in the vertical direction but has little change in the horizontal direction, such as the horizon, the phase difference AF cannot be accurately performed based on the left and right parallax as described above. In this case, the solid-state imaging device 80 can easily switch to the phase difference AF based on the vertical parallax by changing the pattern of the voltage applied to the transparent electrodes 85A to 85D.

また、遮光膜等によって非対称性をつくりだしている従来の固体撮像装置で、左右方向と上下方向の視差に関する情報を両方とも得られるようにする場合、左右方向の視差を検出する位相差画素と、上下方向の視差を検出する位相差画素を予め配置しておかなければならない。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られるようにする場合の2倍の位相差画素を予め設けなければならないので、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、固体撮像装置80では、左右方向と上下方向の示唆に関する情報を任意に得ることができるうえに、被写体を撮像する場合にはハイブリッド画素82a〜82dは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撮影画像を得ることができる。   In addition, in a conventional solid-state imaging device that creates asymmetry by using a light shielding film or the like, in the case where both information about the parallax in the horizontal direction and the vertical direction can be obtained, a phase difference pixel that detects parallax in the horizontal direction; Phase difference pixels for detecting the parallax in the vertical direction must be arranged in advance. For this reason, since it is necessary to provide in advance a phase difference pixel that is twice that in the case of obtaining only the parallax in one direction in the left-right direction or the up-down direction, the number of pixels that have to be subjected to gain correction or interpolation is doubled. Deterioration of sensitivity and resolution tends to become more remarkable. Compared with this conventional solid-state imaging device, the solid-state imaging device 80 can arbitrarily obtain information on the suggestion in the left-right direction and the up-down direction, and the hybrid pixels 82a to 82d are normal pixels when imaging a subject. Therefore, it is possible to obtain a captured image with particularly little deterioration in sensitivity and resolution.

なお、上下方向の視差に基づいて位相差AFを行う場合、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82dの対や、ハイブリッド画素82bとハイブリッド画素82cの対から得られる信号に基づいて行われる。   When phase difference AF is performed based on vertical parallax, the focus evaluation is performed based on, for example, a signal obtained from a pair of hybrid pixel 82a and hybrid pixel 82d or a pair of hybrid pixel 82b and hybrid pixel 82c. Done.

図10に示すように、固体撮像装置80では、調光素子85Aに所定電圧を印加して透明にし、調光素子85B〜85Dを零電圧にして不透明にすることによって、入射光71が透過可能な領域を調光素子85Aに対応する領域96UR,96UL,96DL,96DRに制限することもできる。この場合、ハイブリッド画素82a〜82dは、それぞれ右上,左上,左下,右下の方向から入射する光束を選択的に受光して光電変換をする位相差画素として機能する。このため、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。   As shown in FIG. 10, in the solid-state imaging device 80, the incident light 71 can be transmitted by applying a predetermined voltage to the dimming element 85A to make it transparent and making the dimming elements 85B to 85D to be zero voltage to be opaque. This area can be limited to the areas 96UR, 96UL, 96DL, and 96DR corresponding to the dimming element 85A. In this case, the hybrid pixels 82a to 82d function as phase difference pixels that selectively receive light beams incident from the upper right, upper left, lower left, and lower right directions and perform photoelectric conversion. For this reason, for example, by performing phase difference AF based on a signal obtained from a pair of hybrid pixel 82a and hybrid pixel 82c or a pair of hybrid pixel 82b and hybrid pixel 82d, phase difference AF based on diagonal parallax is obtained. It can be carried out.

なお、図10では調光素子85Aだけを透明にしているが、図11に示すように、調光素子85A,85B,85Dに所定電圧を印加して透明にし、調光素子85Cだけを零電圧にして不透明にしても良い。この場合、各ハイブリッド画素82a〜82dが入射光71を透過可能な領域は、L字型の領域97UR,97UL,97DL,97DRに狭窄される。この場合にも、前述と同様にハイブリッド画素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、斜め方向の示唆に基づく位相差AFを行うことができる。また、例えば、調光素子85A所定電圧を印加して透明にし、調光素子85Cを零電圧にして不透明にするとともに、調光素子85B,85Dには中間的な電圧を印加して半透明にするような場合も同様である。   In FIG. 10, only the dimming element 85A is made transparent, but as shown in FIG. 11, a predetermined voltage is applied to the dimming elements 85A, 85B, and 85D to make it transparent, and only the dimming element 85C is set to zero voltage. And may be opaque. In this case, the area where each of the hybrid pixels 82a to 82d can transmit the incident light 71 is confined to L-shaped areas 97UR, 97UL, 97DL, and 97DR. Also in this case, as described above, the phase difference AF is performed based on the signals obtained from the pair of the hybrid pixel 82a and the hybrid pixel 82c or the pair of the hybrid pixel 82b and the hybrid pixel 82d. Phase difference AF can be performed. Further, for example, the dimming element 85A is made transparent by applying a predetermined voltage, the dimming element 85C is made zero by making it opaque, and an intermediate voltage is applied to the dimming elements 85B and 85D to make it semitransparent. The same applies to such cases.

[第3実施形態]
なお、上述の第1,第2実施形態では、ハイブリッド画素の受光領域11内の配置による影響に言及しなかったが、主光線角度は受光領域11の中央部から周辺部にかけて大きくなることが一般的であり、周辺部の画素には斜めに光が入射する。このため、前述のようにマイクロレンズ57の配置はスケーリングされており、斜めに入射する光を効率良くPD22に集光させることができるようになっている。より具体的には、マイクロレンズ57は、対称な構造の通常画素43のPD22への光の入射効率に基づいてスケーリングされる。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments described above, the influence of the arrangement of the hybrid pixels in the light receiving region 11 is not mentioned, but the chief ray angle generally increases from the central portion to the peripheral portion of the light receiving region 11. The light is obliquely incident on the peripheral pixels. For this reason, as described above, the arrangement of the microlenses 57 is scaled so that obliquely incident light can be efficiently condensed on the PD 22. More specifically, the microlens 57 is scaled based on the incident efficiency of light to the PD 22 of the normal pixel 43 having a symmetric structure.

一方、位相差画素として機能させる場合のハイブリッド画素は、入射光71が透過可能な領域が制限されるので、実質的に非対称な構造の画素になるが、このような非対称構造を有する画素は、光が斜めに入射することによる感度の低下度合いが通常画素43よりも大きい。このため、通常画素43に合わせてマイクロレンズ57をスケーリングするだけでは、位相差画素として機能させる場合のハイブリッド画素の感度は低下してしまうので、受光領域11の周辺部にあるハイブリッド画素(位相差画素)を用いて位相差AFを行うと、正確性に欠けてしまう場合がある。   On the other hand, a hybrid pixel in the case of functioning as a phase difference pixel is a pixel having a substantially asymmetric structure because a region through which incident light 71 can be transmitted is limited. However, a pixel having such an asymmetric structure is The degree of decrease in sensitivity due to oblique incidence of light is larger than that of the normal pixel 43. For this reason, simply scaling the microlens 57 in accordance with the normal pixel 43 reduces the sensitivity of the hybrid pixel when functioning as a phase difference pixel. Therefore, the hybrid pixel (phase difference in the periphery of the light receiving region 11) is reduced. If phase difference AF is performed using (pixel), accuracy may be lost.

具体的には、図12に示すように、受光領域11の中央部と周辺部でハイブリッド画素42aを比較すると、中央部のハイブリッド画素42aCでは主光線角度が小さく、ほぼ正面から光が入射する。このため、調光素子55Bを不透明にすると、例えば、入射光のうち右側の光束101Rの約2/3程度、左側の光束101Lの約1/3が透明な調光素子55Aを透過する。すなわち、全体としては、入射光の約1/2程度の光がPD22に入射する。   Specifically, as shown in FIG. 12, when the hybrid pixel 42a is compared between the central portion and the peripheral portion of the light receiving area 11, the chief ray angle is small in the central hybrid pixel 42aC, and light is incident almost from the front. For this reason, when the light control element 55B is made opaque, for example, about 2/3 of the right light beam 101R and about 1/3 of the left light beam 101L of the incident light pass through the transparent light control element 55A. That is, as a whole, about 1/2 of the incident light is incident on the PD 22.

また、受光領域11の周辺部にあるハイブリッド画素42aR,42aLでは、主光線角度が大きく、斜めに光が入射する。このため、調光素子55Bを不透明にすると、右側(X方向正側)の周辺部にあるハイブリッド画素42aRでは、右側の光束101Rの約2/3、左側の光束101Lの約2/3が調光素子55Aを透過するので、全体としては入射光の約2/3程度の光がPD22に入射する。また、左側(X方向負側)の周辺部にあるハイブリッド画素42aLでは、右側の光束101Rの約1/3、左側の光束101Lの約1/3が調光素子55Aを透過するので、全体としては入射光の約1/3程度の光がPD22に入射する。   Further, in the hybrid pixels 42aR and 42aL in the periphery of the light receiving region 11, the chief ray angle is large and light is incident obliquely. For this reason, when the dimming element 55B is made opaque, about 2/3 of the right beam 101R and about 2/3 of the left beam 101L are modulated in the hybrid pixel 42aR on the right side (X direction positive side) peripheral portion. Since the light passes through the optical element 55A, about 2/3 of the incident light is incident on the PD 22 as a whole. Further, in the hybrid pixel 42aL on the left side (X direction negative side) peripheral portion, about 1/3 of the right light beam 101R and about 1/3 of the left light beam 101L pass through the dimming element 55A. In this case, about 1/3 of the incident light is incident on the PD 22.

また、図13に示すように、調光素子55A,55Bの配置が逆順になっているハイブリッド画素42bのうち、受光領域11の中央部にあるハイブリッド画素42bCは、調光素子55Bが不透明になると、入射光の約1/2程度の光がPD22に入射する。しかし、受光領域11の右側の周辺部にあるハイブリッド画素42bRでは、入射光の約1/3がPD22に入射し、受光領域11の左側の周辺部にあるハイブリッド画素42bLでは入射光の約2/3がPD22に入射する。なお、図12及び図13では、簡単のためマイクロレンズ57をスケーリングしていないが、マイクロレンズ57をスケーリングしている場合もこの傾向は同様である。   Moreover, as shown in FIG. 13, among the hybrid pixels 42b in which the arrangement of the dimming elements 55A and 55B is reversed, the dimming element 55B of the hybrid pixel 42bC in the center of the light receiving region 11 becomes opaque. . About half of the incident light is incident on the PD 22. However, in the hybrid pixel 42bR in the right peripheral part of the light receiving region 11, about 1/3 of the incident light enters the PD 22, and in the hybrid pixel 42bL in the left peripheral part of the light receiving region 11, about 2 / of the incident light. 3 enters the PD 22. In FIGS. 12 and 13, the microlens 57 is not scaled for simplicity, but this tendency is the same when the microlens 57 is scaled.

したがって、図14に示すように、受光領域11の周辺部では、通常画素43に対するハイブリッド画素42a,42bの各感度はアンバランスになる。特に位相差画素として機能させる場合、受光領域11の周辺部でハイブリッド画素42a,42bの感度が低いと、位相差AFの演算に十分な信号を得ることが難しくなり、感度が十分な中央部でしか位相差AFを行うことができない場合もある。   Therefore, as shown in FIG. 14, in the periphery of the light receiving region 11, the sensitivity of the hybrid pixels 42 a and 42 b with respect to the normal pixel 43 is unbalanced. In particular, when functioning as a phase difference pixel, if the sensitivity of the hybrid pixels 42a and 42b is low in the peripheral portion of the light receiving region 11, it becomes difficult to obtain a signal sufficient for the calculation of the phase difference AF. However, there are cases where phase difference AF cannot be performed.

そこで、図15に示すように、調光素子55A,55Bの幅(X方向の長さ)を変えて、これらの各面積をハイブリッド画素42a,42bの位置に応じて調節することが好ましい。具体的には、受光領域11の右側に配置されるハイブリッド画素42aRでは、中央部のハイブリッド画素42aCの調光素子55Bの幅Wよりも調光素子55Bの幅Wを伸ばし(W>W)、中央部のハイブリッド画素42aCの調光素子55Aの幅Wよりも調光素子55Aの幅Wを縮める(W<W)。また、受光領域11の右側に配置されるハイブリッド画素42bRでは、調光素子55Aの幅をWにし、調光素子55Aの幅をWにする。左側の周辺部にあるハイブリッド画素42aL,42bLではこの逆である。こうすると、図16に示すようにハイブリッド画素42a,42bの感度を均一化され、周辺部のハイブリッド画素42a,42bを用いた場合でも正確な位相差AFを行うことができる。 Therefore, as shown in FIG. 15, it is preferable to adjust the respective areas according to the positions of the hybrid pixels 42a and 42b by changing the widths (lengths in the X direction) of the light control elements 55A and 55B. Specifically, the hybrid pixel 42aR disposed on the right side of the light-receiving region 11, extending the width W 1 even dimming element 55B than the width W 0 of the light control device 55B of hybrid pixel 42aC of the central portion (W 1> W 0 ), the width W 2 of the dimming element 55A is made smaller than the width W 0 of the dimming element 55A of the center hybrid pixel 42aC (W 2 <W 0 ). In the hybrid pixel 42bR disposed on the right side of the light-receiving region 11, the width of the light control device 55A to W 1, the width of the light control device 55A to W 2. The reverse is true for the hybrid pixels 42aL and 42bL on the left periphery. In this way, the sensitivity of the hybrid pixels 42a and 42b is made uniform as shown in FIG. 16, and accurate phase difference AF can be performed even when the peripheral hybrid pixels 42a and 42b are used.

なお、ここでは第1実施形態のハイブリッド画素42a,42bを例にしたが、第2実施形態のハイブリッド画素82a〜82dのように4つの透明電極85A〜85Dを用いる場合には、図17に示すように、調光素子85A〜85Dの面積を調節すれば良い。図17では、調光素子85Aにだけ符号を付しているが、各ハイブリッド画素82a〜82dのその他の調光素子85B〜85Dの位置は前述の通りである(図7参照)。   Here, the hybrid pixels 42a and 42b of the first embodiment are taken as an example. However, when four transparent electrodes 85A to 85D are used like the hybrid pixels 82a to 82d of the second embodiment, they are shown in FIG. Thus, what is necessary is just to adjust the area of light control element 85A-85D. In FIG. 17, only the dimming element 85A is provided with a reference numeral, but the positions of the other dimming elements 85B to 85D of the hybrid pixels 82a to 82d are as described above (see FIG. 7).

なお、上述の第1〜第3実施形態では、G画素をハイブリッド画素にしたが、図18に示すように、R画素やB画素にもハイブリッド画素にしても良い。もちろん、ハイブリッド画素を全てR画素に形成してもよいし、ハイブリッド画素を全てB画素に形成しても良い。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良い。   In the first to third embodiments described above, the G pixel is a hybrid pixel. However, as shown in FIG. 18, the R pixel or the B pixel may be a hybrid pixel. Of course, all the hybrid pixels may be formed as R pixels, or all the hybrid pixels may be formed as B pixels. Further, only two of R, G, and B may be provided with hybrid pixels.

但し、例えばR,G,Bのうち2色以上にハイブリッド画素42a,42bを形成する場合、色毎に周辺部11bにおける感度の低下量が異なるので、色毎に調光素子55A,55Bの面積の拡大率(縮小率)を変えることが好ましい。色毎に調光素子55A,55Bの面積の拡大率を変えると、通常画素43の感度に対して各色のハイブリッド画素の感度を均一化することができるので、色毎のシェーディング補正等を行う必要がなく、簡便に正確な位相差AFを行うことができる。なお、各色の調光素子55A,55Bの拡大率(縮小率)は、カラーフィルタの特性等に応じて決める。   However, for example, when the hybrid pixels 42a and 42b are formed for two or more colors of R, G, and B, the amount of decrease in sensitivity in the peripheral portion 11b differs for each color, so the areas of the light control elements 55A and 55B for each color It is preferable to change the enlargement ratio (reduction ratio). If the area enlargement ratio of the light control elements 55A and 55B is changed for each color, the sensitivity of the hybrid pixel of each color can be made uniform with respect to the sensitivity of the normal pixel 43, so it is necessary to perform shading correction or the like for each color. Therefore, accurate and accurate phase difference AF can be performed. The enlargement ratio (reduction ratio) of the light control elements 55A and 55B for each color is determined according to the characteristics of the color filter.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、受光領域11内の一部の画素をハイブリッド画素にしているが、ハイブリッド画素は通常画素としても機能するので、図19に示すように、受光領域11内の全ての画素をハイブリッド画素にしても良い。従来の位相差画素を含む固体撮像装置では、位相差画素が予め所定位置に設けられているため、位相差画素が含まれないエリアの被写体には位相差AFによって焦点を合わせることができない。しかし、上述のように受光領域11内の画素を全てハイブリッド画素にしておけば、任意の箇所の被写体に対して位相差AFで焦点を合わせることができる。   In the first to third embodiments described above, some of the pixels in the light receiving region 11 are hybrid pixels. However, since the hybrid pixel also functions as a normal pixel, as shown in FIG. All the pixels in 11 may be hybrid pixels. In a solid-state imaging device including a conventional phase difference pixel, since the phase difference pixel is provided in a predetermined position in advance, the subject in an area that does not include the phase difference pixel cannot be focused by the phase difference AF. However, if all the pixels in the light receiving region 11 are hybrid pixels as described above, it is possible to focus on a subject at an arbitrary position with the phase difference AF.

なお、図19では、右側に調光素子55Aが配置されたハイブリッド画素42aと、左側に調光素子55Aが配置されたハイブリッド画素42bを混在させているが、図20に示すように、例えば全画素を、右側に調光素子55Aが配置されたハイブリッド画素42aにしても良い。この場合、例えばあるフレームでは調光素子55Aに所定電圧を印加して透明にし、調光素子55Bを零電圧にして不透明にして、全画素で右側からの光束を選択的に受光して撮像をし、次のフレームでは調光素子55Aを零電圧にして不透明にし、調光素子55Bに所定電圧を印加して透明にして、全画素で左側からの光束を選択的に受光して撮像をする。こうすると、1フレーム目で得た画素値と2フレーム目で得た画素値を用いて位相差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目用画像、2フレーム目で得た画像を左目用画像とすれば、立体視用の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機能させた場合)と3D撮影を容易に切り換えることができ、かつ、2D撮影画像の解像度も3D撮影画像の解像度も全画素を使用した高解像度画像である。   In FIG. 19, the hybrid pixel 42a in which the dimming element 55A is arranged on the right side and the hybrid pixel 42b in which the dimming element 55A is arranged on the left side are mixed, but as shown in FIG. The pixel may be a hybrid pixel 42a in which the dimming element 55A is arranged on the right side. In this case, for example, in a certain frame, a predetermined voltage is applied to the dimming element 55A to make it transparent, and the dimming element 55B is made to be zero voltage to make it opaque, and the light beam from the right side is selectively received by all the pixels for imaging. In the next frame, the dimming element 55A is set to zero voltage to make it opaque, a predetermined voltage is applied to the dimming element 55B to make it transparent, and light is picked up from all the pixels selectively from the left side for imaging. . In this way, the phase difference AF can be performed using the pixel value obtained in the first frame and the pixel value obtained in the second frame. If the image obtained in the first frame is the right-eye image and the image obtained in the second frame is the left-eye image, a stereoscopic image can be obtained. That is, 2D shooting (when all pixels function as normal pixels) and 3D shooting can be easily switched, and the resolution of the 2D shot image and the resolution of the 3D shot image are high-resolution images using all pixels. is there.

なお、調光素子55A,55Bは所定電圧を印加した場合に透明であるが、その透明度は可視光を100%透過する透明度ではない場合がある。このため、ハイブリッド画素42a,42bにだけ調光素子55A,55Bを設けておくと、ハイブリッド画素42a,42bを通常画素として機能させるために調光素子55A,55Bを透明にしたとしても、これらが設けられていない通常画素43よりも感度が低くなってしまう場合がある。このため、全ての画素に調光素子55A,55Bを設け、通常画素として機能させる場合の全画素の感度を揃えておくようにしても良い。   The light control elements 55A and 55B are transparent when a predetermined voltage is applied, but the transparency may not be a transparency that transmits 100% of visible light. For this reason, if dimming elements 55A and 55B are provided only in the hybrid pixels 42a and 42b, even if the dimming elements 55A and 55B are made transparent so that the hybrid pixels 42a and 42b function as normal pixels, The sensitivity may be lower than that of the normal pixel 43 that is not provided. For this reason, dimming elements 55A and 55B may be provided in all the pixels, and the sensitivity of all the pixels when functioning as a normal pixel may be made uniform.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、1画素に1つのPD22が設けられているが、図21に示すように、2つのPD22に対してカラーフィルタ41の色セグメントやマイクロレンズ75を1つ設け、1画素に2つのPD22が含まれるようにし、各画素は2つのPD22で発生した電荷の合計値に比例する電圧信号を出力するようにしてもよい。この場合、ハイブリッド画素142aでは、一方のPD22上に調光素子55Aを設け、他方のPD22上に調光素子55Bを設ける。調光素子55Aに所定電圧を印加して透明にし、調光素子55Bを零電圧にして不透明にすれば、ハイブリッド画素142aを位相差画素として機能させることができる。第2実施形態のように4つの調光素子85A〜85Dを用いる場合には、1画素に4つのPD22が含まれるようにすればよい。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。   In the first to third embodiments described above, one PD 22 is provided for one pixel. However, as shown in FIG. 21, the color segments of the color filter 41 and the microlens 75 are provided for the two PDs 22. One pixel may include two PDs 22, and each pixel may output a voltage signal proportional to the total value of the charges generated by the two PDs 22. In this case, in the hybrid pixel 142a, the dimming element 55A is provided on one PD22, and the dimming element 55B is provided on the other PD22. If a predetermined voltage is applied to the dimming element 55A to make it transparent, and the dimming element 55B is made zero voltage to make it opaque, the hybrid pixel 142a can function as a phase difference pixel. When using four dimming elements 85A to 85D as in the second embodiment, four PDs 22 may be included in one pixel. As described above, when a plurality of PDs 22 are included in one pixel, since each PD 22 is independent, there is no movement of charges between the PDs 22 and there is little noise, so that more accurate phase difference AF can be performed. it can.

このように、1画素に複数のPD22を含むようにする場合には、図22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152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152のポテンシャルが通常の素子分離領域151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。また、同じく図22に示すように、PD22毎に、FD26と読み出しゲート153を設け、2つのPD22の電荷を混合せず、PD22毎に電荷の読み出しを行うようにすればさらによい。   Thus, when a plurality of PDs 22 are included in one pixel, as shown in FIG. 22, element isolation regions 151 such as between pixels are formed by p +, and further, element isolation regions 152 between PDs 22 are formed. Is preferably formed with p ++ with more additives. By doing so, the potential of the element isolation region 152 becomes higher than that of the normal element isolation region 151, so that the movement of charges between the two PDs 22 can be more reliably prevented. Similarly, as shown in FIG. 22, it is further preferable to provide an FD 26 and a read gate 153 for each PD 22 so as to read charges for each PD 22 without mixing the charges of the two PDs 22.

なお、図22では、1画素に2つのPD22を設けた場合を例にしたが、第1〜第3実施形態のように、1つの通常画素43に1つのPD22を設ける場合においても、ハイブリッド画素にする画素だけ、上述のようにPD22を2つに分割しておいてもよい。   22 exemplifies a case where two PDs 22 are provided for one pixel. However, as in the first to third embodiments, even when one PD 22 is provided for one normal pixel 43, a hybrid pixel is used. As described above, the PD 22 may be divided into two as described above.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、固体撮像装置10の画素が正方配列されているが、画素の配列は任意である。例えば、画素配列を図23及び図24のようにハニカム配列にしても良い。また、画素配列をハニカム配列にする場合のカラーフィルタの色配列は任意であるが、例えば、図23及び図24の色配列にすることができる。図23の色配列は、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た例である。   In the first to third embodiments described above, the pixels of the solid-state imaging device 10 are arranged in a square, but the arrangement of the pixels is arbitrary. For example, the pixel array may be a honeycomb array as shown in FIGS. Further, the color arrangement of the color filter when the pixel arrangement is the honeycomb arrangement is arbitrary, but for example, the color arrangement shown in FIGS. 23 and 24 can be used. The color arrangement in FIG. 23 is an example in which columns of G pixels and columns in which two R pixels and two B pixels are alternately arranged are alternately arranged in a 45-degree oblique direction.

また、上述の第1〜第3実施形態では、固体撮像装置10の画素が正方配列している場合に、6×6画素を単位としたカラーフィルタ41を用いたが、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25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。   In the first to third embodiments described above, when the pixels of the solid-state imaging device 10 are arranged in a square, the color filter 41 using 6 × 6 pixels as a unit is used. Is optional. For example, when the pixels are arranged in a square array, as shown in FIG. 25, a so-called Bayer array in which 2 × 2 pixels surrounded by a broken line are arranged vertically and horizontally may be used.

なお、上述の第1〜第3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(列)に設けられていても良い。   In the first to third embodiments described above, the hybrid pixels that are paired when functioning as the phase difference pixels are provided in the same row (the same row and the same column in the second embodiment). These two hybrid pixels may be provided in different rows (columns).

なお、上述の実施形態では、3つのトランジスタTr23,Ta24,Ts25で画素を構成しているが(図1参照)、画素21(通常画素43及び位相差画素42a,42b)は、入射光を各々光電変換し、撮影画像の形成や位相差AFに必要な信号を出力することができればよく、トランジスタの数等は任意である。例えば、画素21は、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されていても良い。   In the above-described embodiment, the three transistors Tr23, Ta24, and Ts25 form a pixel (see FIG. 1), but the pixel 21 (the normal pixel 43 and the phase difference pixels 42a and 42b) receives incident light respectively. The number of transistors and the like are arbitrary as long as photoelectric conversion can be performed and signals necessary for formation of a captured image and phase difference AF can be output. For example, the pixel 21 may be configured by providing a transistor for transfer between the PD 22 and the FD and using four transistors.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、p型半導体基板53の裏面に調光層54を設けているが、調光素子によって透過光量の分布を形成することができれば、調光層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の間に調光層54を設けても良い。但し、調光素子とPD22の距離が近いほど制御性が良いので、上述の第1〜第3実施形態のように調光層54はp型半導体基板53上に直接設けられていることが好ましい。   In the first to third embodiments described above, the light control layer 54 is provided on the back surface of the p-type semiconductor substrate 53. However, if the distribution of the transmitted light amount can be formed by the light control element, the light control layer 54 is provided. The order of stacking is arbitrary. For example, a light control layer 54 may be provided between the color filter 41 and the microlens 57. However, since the controllability is better as the distance between the light control element and the PD 22 is shorter, the light control layer 54 is preferably provided directly on the p-type semiconductor substrate 53 as in the first to third embodiments described above. .

なお、上述の第1〜第3実施形態では、固体撮像装置10がCMOSイメージセンサであるが、固体撮像装置10はCCD型イメージセンサでもよい。また、上述の第1〜第3実施形態では、固体撮像装置10が裏面照射型であるが、図26に示すように、固体撮像装置10は表面照射(FSI;front side illuminated)型のイメージセンサでもよい。表面照射型イメージセンサは、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がこの順に積層された構造を有し、配線層52を介して表面側からPD22に光が入射するタイプのイメージセンサである。表面照射型の場合、調光層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)に設ければよい。但し、調光層54の調光素子55A,55Bによって透過光量の分布を形成することができれば、表面照射型の場合でも、調光層54をPD22の下(p型半導体基板53の裏面側)に設けても良い。   In the first to third embodiments described above, the solid-state imaging device 10 is a CMOS image sensor, but the solid-state imaging device 10 may be a CCD image sensor. In the first to third embodiments described above, the solid-state imaging device 10 is a backside illumination type. However, as shown in FIG. 26, the solid-state imaging device 10 is a front side illuminated (FSI) type image sensor. But you can. The front-illuminated image sensor has a structure in which a wiring layer 52, a color filter 41, and a microlens 57 are laminated in this order on a p-type semiconductor substrate 53, and light enters the PD 22 from the surface side through the wiring layer 52. This type of image sensor. In the case of the surface irradiation type, the light control layer 54 may be provided, for example, between the p-type semiconductor substrate 53 and the wiring layer 52 (on the surface of the p-type semiconductor substrate 53). However, if the distribution of the amount of transmitted light can be formed by the light control elements 55A and 55B of the light control layer 54, the light control layer 54 is under the PD 22 (on the back side of the p-type semiconductor substrate 53) even in the case of the front surface irradiation type. May be provided.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、調光素子としてSPDを用いたが、透過光量を調節できるものであればSPD以外のものを代わりに用いても良い。例えば、図27に示すエレクトロクロミック素子170をSPDの代わりに調光素子として用いることができる。エレクトロクロミック素子170は、印加する電圧を制御することにより色が変化する素子であり、例えば、下部電極171,酸化発色層172,イオン導電層173,還元発色層174,上部電極175をこの順に積層して形成される。   In the first to third embodiments described above, the SPD is used as the dimming element. However, a device other than the SPD may be used instead as long as the amount of transmitted light can be adjusted. For example, the electrochromic element 170 shown in FIG. 27 can be used as a light control element instead of the SPD. The electrochromic element 170 is an element whose color is changed by controlling the applied voltage. For example, a lower electrode 171, an oxidation coloring layer 172, an ion conductive layer 173, a reduction coloring layer 174, and an upper electrode 175 are laminated in this order. Formed.

下部電極171及び上部電極175は、いずれも透明電極であり、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)からなる。下部電極171及び上部電極175にはSnOやInOを用いても良い。 The lower electrode 171 and the upper electrode 175 are both transparent electrodes, and are made of, for example, indium tin oxide (ITO). SnO 2 or In 2 O may be used for the lower electrode 171 and the upper electrode 175.

酸化発色層172は、もともと透明であるが、酸化されることによって発色する層であり、例えば酸化イリジウムからなる。酸化発色層172には、イリジウム、ニッケル、クロム、バナジウム、ルテニウム、ロジウム等の酸化物あるいは水酸化物を用いることができる。酸化発色層172に酸化イリジウムを用いる場合、着色時には灰色になる。   The oxidation coloring layer 172 is originally transparent, but is a layer that develops color when oxidized. An oxide or hydroxide such as iridium, nickel, chromium, vanadium, ruthenium, or rhodium can be used for the oxidation coloring layer 172. When iridium oxide is used for the oxidation coloring layer 172, it becomes gray when colored.

イオン導電層173は、絶縁膜であるが、酸化発色層172と還元発色層174の着色に関与するイオンの良導体(あるいは供給体)である。イオン導電層173は例えば五酸化タンタル(Ta)で形成される。イオン導電層173には、ケイ素、チタン、アルミニウム、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン等の酸化物やフッ化マグネシウムを用いることもできる。 The ion conductive layer 173 is an insulating film, but is a good conductor (or supplier) of ions involved in the coloring of the oxidation coloring layer 172 and the reduction coloring layer 174. The ion conductive layer 173 is made of, for example, tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ). For the ion conductive layer 173, an oxide such as silicon, titanium, aluminum, niobium, zirconium, hafnium, lanthanum, or magnesium fluoride can be used.

還元発色層174は、もともと透明であるが、還元されることによって発色する層であり、例えば、酸化タングステン(WO)からなる。酸化モリブデン(MoO)を用いることもできる。還元発色層174に酸化タングステンを用いる場合、着色時には青色になる。 The reduced color layer 174 is originally transparent, but is a layer that develops color when reduced, and is made of, for example, tungsten oxide (WO 3 ). Molybdenum oxide (MoO 3 ) can also be used. When tungsten oxide is used for the reduction coloring layer 174, it becomes blue when colored.

上述のように構成冴えるエレクトロクロミック素子170は、下部電極171及び上部電極175に電圧を印加すると、酸化発色層172及び還元発色層174がそれぞれ酸化,還元され、着色し、不透明になる。   In the electrochromic element 170 configured as described above, when a voltage is applied to the lower electrode 171 and the upper electrode 175, the oxidation coloring layer 172 and the reduction coloring layer 174 are oxidized, reduced, colored, and opaque.

また、図28(A)及び図28(B)に示すように、高分子と液晶の複合デバイス180を調光素子として用いることもできる。高分子液晶複合デバイス180は、例えば、対向する2枚の透明電極181a,181b間に高分子と液晶の複合層182を配置して形成される。透明電極181a,181bは例えばITOからなる。複合層182は、網目状の高分子ネットワーク183の間隙に、ほぼ連続的に液晶分子184が充填されて形成される。   As shown in FIGS. 28A and 28B, a composite device 180 of a polymer and a liquid crystal can be used as a light control element. The polymer liquid crystal composite device 180 is formed, for example, by disposing a polymer / liquid crystal composite layer 182 between two transparent electrodes 181a and 181b facing each other. The transparent electrodes 181a and 181b are made of, for example, ITO. The composite layer 182 is formed by filling liquid crystal molecules 184 almost continuously in the gaps of the network polymer network 183.

そして、図28(A)に示すように、透明電極181a,181b間に電圧を印加されると、液晶分子184の配向方向が整列され、入射光71が透過する透明な状態になる。一方、図28(B)に示すように、透明電極181a,18b間に電圧を印加しない場合には、液晶分子184は周辺の高分子ネットワーク183に応じてほぼランダムに配向し、入射光71を散乱する。すなわち、透明電極181a,18b間に電圧を印加しない場合、高分子液晶複合デバイス180は不透明な状態になる。   Then, as shown in FIG. 28A, when a voltage is applied between the transparent electrodes 181a and 181b, the alignment directions of the liquid crystal molecules 184 are aligned, and a transparent state in which the incident light 71 is transmitted is obtained. On the other hand, as shown in FIG. 28 (B), when no voltage is applied between the transparent electrodes 181a and 18b, the liquid crystal molecules 184 are oriented almost randomly according to the surrounding polymer network 183, and the incident light 71 is changed. Scattered. That is, when no voltage is applied between the transparent electrodes 181a and 18b, the polymer liquid crystal composite device 180 becomes opaque.

なお、図28では、いわゆるPNLC(Polymer network Liquid Crystal)を示したが、高分子中に液晶分子184が不連続に分布したいわゆるPDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)も同様に調光素子として用いることができる。   In FIG. 28, so-called PNLC (Polymer Network Liquid Crystal) is shown, but so-called PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) in which liquid crystal molecules 184 are discontinuously distributed in the polymer may be used as the light control element. it can.

さらに、図29に示すように、ポピュラーな液晶表示装置とほぼ同様の構成を有する液晶デバイス190を、SPDの代わりに調光素子として用いても良い。液晶デバイス190は、偏光板191、下部電極192、配向膜193、液晶層194、配向膜195、上部電極196、偏光板197等をこの順に積層して形成される。偏光板191と偏光板197は透過軸が互いに垂直になるように、いわゆるクロスニコル配置されている。配向膜193,195は、下部電極192及び上部電極196間に電圧が印加されていない場合に、液晶層194の液晶分子194aの配向方向をほぼ垂直方向に整える。下部電極192及び上部電極196は透明電極であり、例えばITOで形成される。   Furthermore, as shown in FIG. 29, a liquid crystal device 190 having substantially the same configuration as a popular liquid crystal display device may be used as a light control element instead of the SPD. The liquid crystal device 190 is formed by laminating a polarizing plate 191, a lower electrode 192, an alignment film 193, a liquid crystal layer 194, an alignment film 195, an upper electrode 196, a polarizing plate 197, and the like in this order. The polarizing plate 191 and the polarizing plate 197 are so-called crossed Nicols so that the transmission axes are perpendicular to each other. The alignment films 193 and 195 align the alignment direction of the liquid crystal molecules 194a of the liquid crystal layer 194 in a substantially vertical direction when no voltage is applied between the lower electrode 192 and the upper electrode 196. The lower electrode 192 and the upper electrode 196 are transparent electrodes, and are formed of, for example, ITO.

上述のように構成される液晶デバイス190は、図29(A)に示すように、一対の電極192,196間に電圧を印加して液晶分子194aを回転させ、水平方向に配向させると、偏光板197を透過した入射光は、液晶分子194aの複屈折性により、偏光板191を透過する偏光面を有するようになる。このため、電極192,196間に電圧を印加した場合、液晶デバイス190は透明な状態になる。一方、図29(B)に示すように、電極192,196間に電圧を印加しない場合、液晶分子194aは配向膜193,195によってほぼ垂直方向に配向する。このため、偏光板197を透過した入射光は、液晶分子194aの複屈折性作用を受けないので、対向する偏光板191を透過することができない。すなわち、電極192,196間に電圧を印加しない場合、液晶デバイス190は不透明な状態になる。   In the liquid crystal device 190 configured as described above, when a voltage is applied between a pair of electrodes 192 and 196 to rotate the liquid crystal molecules 194a and align it in the horizontal direction as shown in FIG. Incident light that has passed through the plate 197 has a polarization plane that passes through the polarizing plate 191 due to the birefringence of the liquid crystal molecules 194a. For this reason, when a voltage is applied between the electrodes 192 and 196, the liquid crystal device 190 becomes transparent. On the other hand, as shown in FIG. 29B, when no voltage is applied between the electrodes 192 and 196, the liquid crystal molecules 194a are aligned in a substantially vertical direction by the alignment films 193 and 195. For this reason, the incident light transmitted through the polarizing plate 197 does not receive the birefringence action of the liquid crystal molecules 194a, and therefore cannot pass through the opposing polarizing plate 191. That is, when no voltage is applied between the electrodes 192 and 196, the liquid crystal device 190 is in an opaque state.

なお、図29では、いわゆるVA型液晶を示したが、TN型、IPS型、MVA型、OCB型等、他の形式の液晶を用いても良い。   Note that FIG. 29 shows a so-called VA type liquid crystal, but other types of liquid crystal such as a TN type, an IPS type, an MVA type, and an OCB type may be used.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、原色系のカラーフィルタ41を用いているが、補色系のカラーフィルタを用いても良い。また、カラーフィルタには無色(透明)な色セグメントが含まれていてもよく、ハイブリッド画素がこの無色画素に形成されていてもよい。   In the first to third embodiments described above, the primary color filter 41 is used, but a complementary color filter may be used. The color filter may include a colorless (transparent) color segment, and a hybrid pixel may be formed in the colorless pixel.

なお、上述の第1実施形態では左右方向の視差を得る位相差画素として機能するハイブリッド画素42a,42bを設け、第2実施形態では上下左右,及び斜め方向の視差を得る位相差画素として機能するハイブリッド画素82a〜82dを設けたが、上下方向と左右方向の視差を得る場合には、第1実施形態のハイブリッド画素42a,42bと、ハイブリッド画素42a,42bを90度回転して上下方向の視差を得られるようにしたハイブリッド画素を任意に配置しておいてもよい。   In the first embodiment described above, hybrid pixels 42a and 42b that function as phase difference pixels for obtaining the parallax in the horizontal direction are provided, and in the second embodiment, functions as phase difference pixels for obtaining the parallax in the vertical and horizontal directions and in the oblique direction. Although the hybrid pixels 82a to 82d are provided, when obtaining vertical and horizontal parallaxes, the hybrid pixels 42a and 42b of the first embodiment and the hybrid pixels 42a and 42b are rotated by 90 degrees and the vertical parallax is obtained. Hybrid pixels that can be obtained may be arbitrarily arranged.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、全てのハイブリッド画素42a,42bの調光素子55Aに所定電圧を印加して透明にする等、複数のハイブリッド画素の同じ調光素子に一律に同じ電圧を印加するが、全てのハイブリッド画素の調光素子に印加する電圧を画素毎に制御できるようにしても良い。特に、全画素をハイブリッド画素にする場合(図19,図20参照)に、各画素の透明電極を個別に制御できるようにしてあると、2D撮影と3D撮影の切り換えが容易である。   In the first to third embodiments described above, the same dimming elements of a plurality of hybrid pixels are uniformly the same, such as applying a predetermined voltage to the dimming elements 55A of all the hybrid pixels 42a and 42b to make them transparent. Although a voltage is applied, the voltage applied to the dimming elements of all the hybrid pixels may be controlled for each pixel. In particular, when all the pixels are hybrid pixels (see FIGS. 19 and 20), switching between 2D shooting and 3D shooting is easy if the transparent electrode of each pixel can be individually controlled.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、調光素子が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つでも良い。例えば、第1実施形態のハイブリッド画素42a,42bの場合、常に透明にしておく調光素子55Aをなくし、調光素子55Bだけを設けてもよい。この場合、調光素子55Bを零電圧にして不透明にすれば、調光素子が設けられていない部分(第1実施形態で調光素子55Aがある部分)だけ入射光71を透過させることができる。このため、調光素子55Bを零電圧にして不透明にすることでハイブリッド画素42a,42bをそれぞれ右光束用位相差画素、左光束用位相差画素として機能させることを予め定めている場合には、上述のように、不透明に制御する調光素子だけを設けてもよい。被写体や撮影の状況等に応じてハイブリッド画素42a,42bを右光束用位相差画素、左光束用位相差画素として機能させたり、逆にハイブリッド画素42a,42bをそれぞれ左光束用位相差画素、右光束用位相差画素として機能させたりする場合には、第1〜第3実施形態のように2以上の調光素子を設けておくことが好ましい。   In the first to third embodiments described above, two or more dimming elements are provided in one hybrid pixel. However, one electrode may be provided in the hybrid pixel. For example, in the case of the hybrid pixels 42a and 42b of the first embodiment, the dimming element 55A that is always kept transparent may be eliminated, and only the dimming element 55B may be provided. In this case, if the dimming element 55B is set to zero voltage to make it opaque, the incident light 71 can be transmitted only through the portion where the dimming device is not provided (the portion where the dimming device 55A is provided in the first embodiment). . For this reason, when it is determined in advance that the hybrid pixels 42a and 42b function as a right light beam phase difference pixel and a left light beam phase difference pixel, respectively, by setting the dimming element 55B to zero and making it opaque. As described above, it is possible to provide only a light control element that is controlled to be opaque. The hybrid pixels 42a and 42b function as a right beam phase difference pixel and a left light beam phase difference pixel according to the subject or shooting conditions, and conversely, the hybrid pixels 42a and 42b respectively function as a left light beam phase difference pixel and a right beam phase difference pixel. When functioning as a light beam phase difference pixel, it is preferable to provide two or more light control elements as in the first to third embodiments.

なお、上述の第1〜第3実施形態では、受光領域11内に満遍なくハイブリッド画素が複数設けられているが、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2個あればよい。3以上のハイブリッド画素を設ける場合には、ハイブリッド画素の個数や配置の分布は任意である。   In the first to third embodiments described above, a plurality of hybrid pixels are provided uniformly in the light receiving region 11, but at least two hybrid pixels are sufficient for performing phase difference AF. When three or more hybrid pixels are provided, the number of hybrid pixels and the distribution of the arrangement are arbitrary.

本発明の固体撮像装置10は、位相差AFを行うものであれば任意の撮像装置に用いることができる。特に、第3実施形態の調光素子55Aの面積を周辺部11bで拡大したものは、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。   The solid-state imaging device 10 of the present invention can be used for any imaging device that performs phase difference AF. In particular, the area of the dimming element 55A of the third embodiment enlarged at the peripheral portion 11b is the principal ray angle at the peripheral portion, such as a thin digital camera, a camera unit mounted on a mobile phone, PDA, smart photon, etc. It is particularly suitable for thin and small products that tend to be large.


10,80 固体撮像装置
11 受光領域
21 画素
42a,42b,82a〜82d ハイブリッド画素
43 通常画素
54 調光層
55A,55B,85A〜85D 調光素子

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,80 Solid-state imaging device 11 Light-receiving area 21 Pixel 42a, 42b, 82a-82d Hybrid pixel 43 Normal pixel 54 Light control layer 55A, 55B, 85A-85D Light control element

Claims (9)

被写体からの入射光を光電変換するフォトダイオードの入射面の一部を覆い、印加される電圧に応じて透過光量が変化する第1調光素子と、前記フォトダイオードの入射面の残りの部分を覆い、印加される電圧に応じて透過光量が変化する第2調光素子とを有する第1ハイブリッド画素と、
前記第1ハイブリッド画素に対して前記第1調光素子と前記第2調光素子の位置を入れ替えた第2ハイブリッド画素と、
前記第1調光素子と前記第2調光素子の少なくとも一方に電圧を印加して、前記第1調光素子または前記第2調光素子の一方を透明にし、他方を不透明にすることにより、前記第1ハイブリッド画素及び前記第2ハイブリッド画素を一対の位相差画素として機能させる調光制御部と、
を備え、
複数の画素が配列された受光領域の少なくとも中央部と周辺部に前記第1ハイブリッド画素及び前記第2ハイブリッド画素が設けられ、
前記中央部に対して所定の第1方向の前記周辺部に配置された前記第1ハイブリッド画素は、前記第1調光素子の面積が前記第2調光素子の面積よりも大きく、前記中央部に対して前記第1方向の前記周辺部に配置された前記第2ハイブリッド画素は、前記第1調光素子の面積が前記第2調光素子の面積よりも小さい固体撮像装置。
A first dimming element that covers a part of an incident surface of a photodiode that photoelectrically converts incident light from a subject and changes a transmitted light amount according to an applied voltage, and a remaining portion of the incident surface of the photodiode A first hybrid pixel having a second dimming element that covers and changes the amount of transmitted light according to the applied voltage;
A second hybrid pixel in which positions of the first dimming element and the second dimming element are interchanged with respect to the first hybrid pixel;
By applying a voltage to at least one of the first dimming element and the second dimming element, making one of the first dimming element or the second dimming element transparent and making the other opaque, A dimming control unit that causes the first hybrid pixel and the second hybrid pixel to function as a pair of phase difference pixels;
With
The first hybrid pixel and the second hybrid pixel are provided at least in the central part and the peripheral part of a light receiving region in which a plurality of pixels are arranged,
The first hybrid pixel disposed in the peripheral portion in a predetermined first direction with respect to the central portion has an area of the first dimming element larger than an area of the second dimming element. On the other hand, in the second hybrid pixel disposed in the peripheral portion in the first direction, the area of the first dimming element is smaller than the area of the second dimming element .
前記第1調光素子及び前記第2調光素子は、一対の透明電極と、前記一対の透明電極の間に設けられ、透明な所定基材中に配向粒子が分散配置された層とを備え、
前記調光制御部は、前記一対の透明電極間に印加する電圧を調節して前記配向粒子の配向方向を変えることにより、前記第1調光素子及び前記第2調光素子の透過光量を調節する請求項1に記載の固体撮像装置。
The first dimming element and the second dimming element include a pair of transparent electrodes and a layer provided between the pair of transparent electrodes and in which oriented particles are dispersedly arranged in a transparent predetermined substrate. ,
The dimming control unit adjusts the amount of transmitted light of the first dimming element and the second dimming element by adjusting the voltage applied between the pair of transparent electrodes to change the orientation direction of the oriented particles. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第1調光素子及び前記第2調光素子は、第1の透明電極と、酸化されることによって着色する酸化発色層と、前記酸化発色層の着色に関与するイオンを通す絶縁性のイオン導電層と、前記イオン導電層を介して還元されることによって着色する還元発色層と、第2の透明電極をこの順に積層して形成されるエレクトロクロミック素子であり、
前記調光制御部は、前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極との間に印加する電圧を調節して、前記酸化発色層と前記還元発色層の着色を制御することにより、前記第1調光素子及び前記第2調光素子の透過光量を調節する請求項1に記載の固体撮像装置。
The first dimming element and the second dimming element each include a first transparent electrode, an oxidized color layer that is colored by being oxidized, and insulating ions that pass ions related to the coloring of the oxidized color layer. An electrochromic element formed by laminating a conductive layer, a reduced coloring layer colored by being reduced through the ion conductive layer, and a second transparent electrode in this order;
The dimming control unit adjusts the voltage applied between the first transparent electrode and the second transparent electrode to control the coloring of the oxidation coloring layer and the reduction coloring layer, The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a transmitted light amount of the first dimming element and the second dimming element is adjusted.
前記第1調光素子及び前記第2調光素子が、一対の透明電極と、高分子ネットワークの間隙に液晶分子が充填された構造を有する高分子液晶複合層と備え、
前記調光制御部は、前記一対の透明電極間に印加する電圧を調節して前記液晶分子の配向方向を変えることにより、前記第1調光素子及び前記第2調光素子の透過光量を調節する請求項1に記載の固体撮像装置。
The first dimming element and the second dimming element include a pair of transparent electrodes and a polymer liquid crystal composite layer having a structure in which liquid crystal molecules are filled in a gap between polymer networks,
The dimming control unit adjusts the amount of light transmitted through the first dimming element and the second dimming element by adjusting a voltage applied between the pair of transparent electrodes to change the alignment direction of the liquid crystal molecules. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第1調光素子及び前記第2調光素子は、第1の偏光板と、第1の透明電極と、液晶分子からなる液晶層と、第2の透明電極と、第2の偏光板とを備え、
前記調光制御部は、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極とに印加する電圧を調節し、前記液晶分子の配向方向を制御することにより前記第1調光素子及び前記第2調光素子の透過光量を調節する請求項1に記載の固体撮像装置。
The first dimming element and the second dimming element include a first polarizing plate, a first transparent electrode, a liquid crystal layer made of liquid crystal molecules, a second transparent electrode, and a second polarizing plate, With
The dimming control unit adjusts a voltage applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode, and controls an alignment direction of the liquid crystal molecules, thereby controlling the first dimming element and the second dimming element. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the amount of light transmitted through the light control element is adjusted.
前記中央部に対して前記第1方向と逆の方向の周辺部に配置された前記第1ハイブリッド画素は、前記第1調光素子の面積が前記第2調光素子の面積よりも小さく、前記中央部に対して前記第1方向と逆の方向の前記周辺部に配置された前記第2ハイブリッド画素は、前記第1調光素子の面積が前記第2調光素子の面積よりも大きい請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The first hybrid pixel disposed in a peripheral portion in a direction opposite to the first direction with respect to the central portion has an area of the first dimming element smaller than an area of the second dimming element, wherein said second hybrid pixels arranged in the peripheral portion of the direction of the first direction and the reverse is greater claim than the area of the area of the first light adjusting device said second light adjusting device with respect to the central portion The solid-state imaging device according to any one of 1 to 5 . 赤色、緑色、青色の少なくとも2色以上に前記第1ハイブリッド画素及び前記第2ハイブリッド画素を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first hybrid pixel and the second hybrid pixel are included in at least two colors of red, green, and blue. 複数の画素が配列された受光領域にある全ての画素が前記第1ハイブリッド画素または前記第2ハイブリッド画素である請求項1〜のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7 All the pixels in the light receiving region in which a plurality of pixels are arranged is the first hybrid pixel or the second hybrid pixel. 前記第1ハイブリッド画素及び前記第2ハイブリッド画素は前記フォトダイオードとして素子分離領域で複数に分けられた光電変換領域を有し、
前記第1調光素子及び前記第2調光素子は各前記光電変換領域に対応して設けられ、
1つの前記第1ハイブリッド画素または前記第2ハイブリッド画素に含まれる前記素子分離領域には、他の画素間と分離するための素子分離領域よりも添加物の量が多い請求項1〜のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The first hybrid pixel and the second hybrid pixel have a photoelectric conversion region divided into a plurality of element isolation regions as the photodiode,
The first dimming element and the second dimming element are provided corresponding to the photoelectric conversion regions,
One wherein the said isolation region included in the first hybrid pixel or the second hybrid pixel, either high amount claims 1-8 additives than the element isolation region for isolating the between other pixels The solid-state imaging device according to claim 1.
JP2013003954A 2013-01-11 2013-01-11 Solid-state imaging device Active JP6010465B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013003954A JP6010465B2 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013003954A JP6010465B2 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Solid-state imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014135451A JP2014135451A (en) 2014-07-24
JP6010465B2 true JP6010465B2 (en) 2016-10-19

Family

ID=51413511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013003954A Active JP6010465B2 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6010465B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6338443B2 (en) * 2013-07-11 2018-06-06 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same
JP6682175B2 (en) 2014-07-31 2020-04-15 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and imaging system
JP6890766B2 (en) * 2014-08-07 2021-06-18 株式会社ニコン Detection device
JP2016038467A (en) * 2014-08-07 2016-03-22 株式会社ニコン Image pick-up element, focus detection device and imaging device
JP2017076872A (en) * 2015-10-14 2017-04-20 キヤノン株式会社 Imaging element
CN105611122B (en) * 2015-12-18 2019-03-01 Oppo广东移动通信有限公司 Imaging sensor and output method, phase focusing method, imaging device and terminal
JP2021140179A (en) * 2019-02-13 2021-09-16 株式会社ニコン Image pick-up element, and imaging device
CN110164897B (en) * 2019-06-06 2021-09-14 德淮半导体有限公司 Phase focusing image sensor and forming method thereof

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0224615A (en) * 1988-07-14 1990-01-26 Canon Inc Focus detecting device
JPH02280117A (en) * 1989-04-21 1990-11-16 Komatsu Ltd Shutter glass
JPH06175015A (en) * 1992-12-08 1994-06-24 Canon Inc Automatic focusing device
JP2677184B2 (en) * 1993-12-10 1997-11-17 日本電気株式会社 Solid-state imaging device
JPH10270673A (en) * 1997-03-27 1998-10-09 Asahi Optical Co Ltd Image pickup device
JP2004014802A (en) * 2002-06-06 2004-01-15 Sony Corp Imaging device
JP2012003009A (en) * 2010-06-16 2012-01-05 Fujifilm Corp Solid imaging element, method for manufacturing the same, and photographing device
JP2012003080A (en) * 2010-06-17 2012-01-05 Olympus Corp Imaging apparatus
JP2012042856A (en) * 2010-08-23 2012-03-01 Olympus Corp Imaging apparatus
JP5834398B2 (en) * 2010-11-22 2015-12-24 株式会社ニコン Imaging device and imaging apparatus
JP2012182332A (en) * 2011-03-02 2012-09-20 Sony Corp Imaging element and imaging device
JP5967950B2 (en) * 2011-04-20 2016-08-10 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP2013046013A (en) * 2011-08-26 2013-03-04 Sony Corp Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP2013197796A (en) * 2012-03-19 2013-09-30 Nikon Corp Image sensor and imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014135451A (en) 2014-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6010465B2 (en) Solid-state imaging device
JP6017322B2 (en) Solid-state imaging device
US11839094B2 (en) Solid-state imaging element, production method thereof, and electronic device
JP5860168B2 (en) Solid-state imaging device
JP6987950B2 (en) Solid-state image sensor and its manufacturing method, and electronic devices
JP6408372B2 (en) SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS DRIVE CONTROL METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
US10015416B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
US10453898B2 (en) Solid state image sensor pixel electrode below a photoelectronic conversion film
JP5538553B2 (en) Solid-state imaging device and imaging apparatus
KR20210043002A (en) Solid-state image-capturing device and production method thereof, and electronic appliance
EP2806643A1 (en) Solid-state image sensor and camera system
CN110113546A (en) The combination of adjacent pixel unit and reading method in imaging system and pixel array
CN107256876A (en) Solid camera head and electronic camera
JP2011103335A (en) Image sensor and image capturing apparatus
US20150163464A1 (en) Solid-state imaging device
TW201523849A (en) Solid-state imaging device
JP2016029674A (en) Solid-state image pickup device
JP2012084649A (en) Laminated imaging device
WO2015062141A1 (en) Pixel unit of 3d cmos image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150410

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160330

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160530

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160831

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160916

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6010465

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250