JP6758747B2 - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本開示は、固体撮像装置および電子機器に関し、特に、画質向上を実現することができるようにした固体撮像装置および電子機器に関する。
画素の微細化により、R/G,B/Gといった色比率や、もしくはRed横のGreen(以降、Gr)、Blue横のGreen(以降、Gb)といった同色感の感度比率が画角内の像高によって異なる場合があった。
これに対応するため、特許文献１においては、色別に射出瞳補正量を調整することが提案されており、特許文献２においては、色別にレイアウト位置を調整することで、光学的なケラレを軽減する提案がなされていた。しかしながら、感度を最大化する手法だけでは、微細画素の像高別の感度比率バラツキを防ぐことが困難であった。
そこで、特許文献３においては、色別、像高別に開口率や射出瞳補正量を調整する手法が提案されていた。
特開２０１２−１６９６７３号公報 特許５５１５６０６号明細書 特許５２６２８２３号明細書
特許文献３の提案により感度の調整が像高別にできるようになっている。しかしながら、特許文献３の提案では、複雑な画面内分布を補正するには、レイアウト設計の難易度が高かった。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質向上を実現することができるものである。
本開示の一側面の固体撮像装置は、画素配列を有する撮像領域の画素において、光電変換を行う光電変換部と、前記光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部と、前記減光部に形成される開口部とを備え、前記減光部の各辺から、前記減光部の各辺に対応する前記開口部の各辺までの各遮光長を、感度分布を複数に分解した各分布をそれぞれ補正する各補正パラメータとして、前記感度分布を補正することで、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される。
前記開口部は、少なくとも２辺以上の辺からなる。
前記像高に応じて、前記開口部を形成する辺の数が異なる。
前記像高に応じて、前記開口部の形状および開口率が変わる。
前記開口部の開口率は維持され、前記像高に応じて、前記開口部の形状のみが変わる。
前記形状は、非線形に変わる。
前記開口部の各辺の長さの比率は、画素毎に補正される。
前記開口部の各辺の長さの比率は、前記画素に隣接する隣接画素のカラーフィルタの色毎に補正される。
前記減光部より上層にオンチップレンズをさらに備え、前記減光部は、前記オンチップレンズと前記光電変換部との間に設けられる。
前記オンチップレンズは、複数の光電変換部に対応させて形成されている。
前記減光部は、金属膜による減光を行うことができる。
前記減光部は、金属膜による減光とカラーフィルタの被りを利用した減光とを組み合わせて行うことができる。
前記光電変換部は、フォトダイオードまたは有機光電変換膜で構成される。
前記画素配列は、同色カラーフィルタまたは有機光電変換膜の画素が連続して２つ以上並んでいる画素配列であり、前記同色カラーフィルタを有する画素において、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される。
前記画素配列は、画素の右側もしくは左側が遮光された像面位相差検出のための画素が含まれた画素配列であり、前記像面位相差検出のための画素の周辺画素において、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される。
本技術の一側面の電子機器は、画素配列を有する撮像領域の画素において、光電変換を行う光電変換部と、前記光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部と、前記減光部に形成される開口部とを備え、前記減光部の各辺から、前記減光部の各辺に対応する前記開口部の各辺までの各遮光長を、感度分布を複数に分解した各分布をそれぞれ補正する各補正パラメータとして、前記感度分布を補正することで、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系とを有する。
本開示の一側面においては、画素配列を有する撮像領域の画素において、光電変換を行う光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部に開口部が形成される。前記減光部の各辺から、前記減光部の各辺に対応する前記開口部の各辺までの各遮光長を、感度分布を複数に分解した各分布をそれぞれ補正する各補正パラメータとして、前記感度分布を補正することで、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される。
本技術によれば、画質向上を実現することができる。
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。
本技術を適用した固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 撮像領域におけるGr/Gb比率の分布例を示す図である。 撮像領域におけるGr/Gb比率の分布例を示す図である。 Gr/Gb比率の分布の分解について説明する図である。 画素配列の例を示す図である。 画素構造の例を示す断面図である。 ４画素分の遮光膜のレイアウトの例を示す図である。 １画素分の遮光膜のレイアウトの例を示す図である。 １画素分の遮光膜のレイアウトの他の例を示す図である。 １画素分の遮光膜のレイアウトの像高に応じた変化例を示す図である。 １画素分の遮光膜のレイアウトの像高に応じた変化例を示す図である。 １画素分の遮光膜のレイアウトの像高に応じた変化例を示す図である。 カラーフィルタの被りによる遮光について説明する断面図である。 カラーフィルタの被りの例を示す断面図である。 カラーフィルタの他の被りの例を示す断面図である。 １つのオンチップレンズに対して複数のフォトダイオードを有する画素の構造を示す断面図である。 画素分割配列の例を示す図である。 像面位相差検出のための画素の構造例を示す断面図である。 図１８の共有画素のアレイ展開図である。 本技術を適用したイメージセンサの使用例を示す図である。 本技術を適用した撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した携帯通信端末の外観例を示す図である。 本技術を適用した高性能カメラの外観の構成例を示す図である。 本技術を適用しカプセル内視鏡の構成例を示す図である。
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態（本技術の適用例）
３．第３の実施の形態 （イメージセンサの使用例）
４．第４の実施の形態 （電子機器の例）
＜１．第１の実施の形態＞
＜固体撮像装置の概略構成例＞
図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像装置の一例の概略構成例を示している。
図１に示されるように、固体撮像装置（素子チップ）１は、半導体基板１１（例えばシリコン基板）に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路領域とを有して構成される。
画素２は、光電変換素子（例えば、PD(Photo Diode)）と、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有してなる。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができ、さらに選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。
また、画素２は、画素共有構造とすることもできる。画素共有構造は、複数のフォトダイオード、複数の転送トランジスタ、共有される１つのフローティングディフュージョン、および、共有される１つずつの他の画素トランジスタから構成される。フォトダイオードは、光電変換素子である。
周辺回路領域は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、および制御回路８から構成される。
制御回路８は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６に入力する。
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。具体的には、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、カラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、A/D（Analog/Digital）変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。
＜Gr/Gb比率の分布例＞
図２は、撮像領域３におけるGr/Gb比率の分布例を表している。なお、Grは、Red画素の横のGreen画素を表し、Gbは、Blue画素の横のGreen画素を表している。
本技術においては、開口部を形成する遮光／減光膜（以下、単に遮光膜と称するが、減光するものも含まれている）の辺を個々の調整因子と捉えることで、撮像領域３における複雑な感度の分布が補正される。例えば、図２に示されるようなGr/Gbバランスを有する分布を考える。図２の例においては、撮像領域３における各画素２のGr/Gb比率が数値とハッチで表わされている。
このような分布は、像高に応じて簡便な数式で表すことが難しく、数式を用いたレイアウト設計で実施するには難易度が高かった。なお、逆に、簡便な分布というのは、図３Ａに示される左右に対して単調増減する変動のものや、図示しないが上下に対して単調増減する変動のものや、あるいは、図３Ｂに示される同心円に対して単調増減するような変動のものである。
本技術を実施するにあたり、まず、Gr/Gbバランスの分布を複雑の単純化した形状に切り分ける。例えば、図２に示したGr/Gb比率の分布は、図４に示すように、左から右へ増加する分布a、右から左へ増加する分布ｂ、下から上へ増加する分布ｃ、上から下へ増加する分布ｄなど複数の分布の掛け合わせでできているため、これらは分解することが可能である。
画素２は、撮像領域３の一部において、図５に示されるように配列され、画素構造は、図６Ａ乃至図６Ｃのようになっている。図５の例においては、撮像領域３に、４つの画素２の配列が示されており、これら４つの画素２の繰り返しで配置されている。配列においては、Gbの画素２の右隣にBlueの画素２が配置され、GBの画素２の下にRedの画素２が配置され、Redの画素２の右隣に、Grの画素２が配置されている。
＜本技術の画素の構造例＞
図６Ａは、像高左端における画素の構造を示す断面図であり、図６Ｂは、像高中心における画素の構造を示す断面図であり、図６Ｃは、像高右端における画素の構造を示す断面図である。図６Ａ乃至図６Ｃの例においては、上から斜めの矢印は光路を表しており、画素２−１乃至２−３の３つの画素の断面が示されている。
図６Ａ乃至図６Ｃの場合、画素２−１乃至２−３の各フォトダイオード３１−1乃至３１−３の上には、それぞれ、光を照射するために形成されている開口部３５−１乃至３５−３を有する遮光膜３２が形成されており、その上には、カラーフィルタ３３−１乃至３３−３が形成されている。なお、本実施の形態において、遮光膜には、完全に遮光するものも、ほぼ遮光するものも、減光するものも含まれているものとする。さらに、カラーフィルタ３３−１乃至３３−３上には、オンチップレンズ３４が配置されている。なお、オンチップレンズ３４も、画素２−１乃至２−３毎に形成されている。
図７は、４画素分の遮光膜のレイアウトの例を示す図である。遮光膜３２は、図７に示されるように、４画素分の４つの開口部３５−１乃至３５−４を並べてレイアウトされている。本技術においては、この遮光膜３２を形成する各々の辺を個別の調整パラメータとしてとらえる。
図８は、１画素分の遮光膜のレイアウトの例を示す図である。例えば、図８に示されるように、遮光膜３２の上辺から開口部３５の上辺までの長さが、遮光長ａとされ、遮光膜３２の右辺から開口部３５の右辺までの長さが、遮光長ｂとされる。遮光膜３２の下辺から開口部３５の下辺までの長さが、遮光長ｃとされ、遮光膜３２の左辺から開口部３５の左辺までの長さが、遮光長ｄとされる。光が開口部３５の中心に集光されている場合において、遮光膜３２は、いずれの辺であっても中心に延びることで感度を落とすことができる。すなわち、感度を落とす調整をするには、全ての辺を同時に変動させる必要はなく、特定の辺だけを動かすことで調整ができる。このように、個々の辺を個別に調整パラメータとしてとらえることで、画素毎に調整パラメータは調整可能となり、開口部を、像高によって異なる各辺の長さの比率（と、それに伴う形状）で表現することが可能となる。したがって、複雑な画角内分布を補正することができる。
本技術においては、図４において分解した分布ａをパラメータとして遮光長ａ、分布ｂを補正するパラメータとして遮光長ｂ、分布ｃを補正するパラメータとして遮光長ｃ、分布ｄを補正するパラメータとして遮光長ｄで個々に補正が行われる。結果的に、レイアウトは、遮光長ａ乃至ｄの組み合わせで形成されるので、図２に示された複雑な形状を補正することを可能としたレイアウト設計とすることができる。
これらの遮光長は、例えば、次の式（１）乃至（４）に基づいて座標によって補正されてもよい。ここで、A乃至Lは、任意の定数とし、画角内のx,yは、横方向、縦方向の座標を各々示すものとする。
遮光長ａ= Ay^2+By+C ・・・（１）
遮光長ｂ= Dx^2+Ex+F ・・・（２）
遮光長ｃ= Gy^2+Hy+I ・・・（３）
遮光長ｄ= Jx^2+Kx+L ・・・（４）

上述した式（１）乃至（４）の場合、横方向の分布を遮光長b,dで、縦方向の分布を遮光長a,cでキャンセルしているが、これらの割り当てや数式は任意であり、上記のようでなくてもよい。例えば、数式は、３次式や４次式であってもよいし、同じ数式の中にx,yのパラメータを同時にもっていてもよい（例えば、配線長a=Ax^2+Bxy+Cy^2+Dなど）。また、形状は、線形に変わらなくてもよく、非線形に変わってもよい。
なお、これら配線長を個々に制御するため、開口率が変わることもあるが、開口率は必ずしも変わるとは限らない。例えば、遮光長ａが太くなっても、遮光長ｂが細くなれば（すなわち、形状が変わっても）、開口率は維持される。また、遮光長ａ、遮光長ｂなどで感度に対する寄与率が異なる場合、開口率を変えずとも変動させることができる。
微細化に伴い、開口幅と光の波長サイズが近くなってきている。開口率を安易に変えると透過可能な波長が制限され、分光特性に影響するが、本技術の手法では、開口率を維持したまま感度調整ができる。もちろん、開口率は変わってもよい。
＜変形例（形状）＞
さらに複雑な調整を可能にするには、図８を参照して上述した“辺”の数を増やせばよい。例えば、図９に示されるように、遮光膜３２の開口部３５を８角形で形成するようにレイアウトしてもよい。また、図１０に示されるように、像高中心の画素２−１の遮光膜３２−１においては、４角形の開口部３５にレイアウトされているが、像高によって辺が増えて、画素２−２の遮光膜３２−２においては、５角形以上（例えば、８角形）の開口部３５−２にレイアウトされるようにしてもよい。もちろん、像高によって辺を減らしてもよい。
また、図１１に示されるように、像高や象限によって変動させる辺を限定してもよい。例えば、図１１の例においては、像高中心の画素２−２では、４辺とも同じ幅の開口部３５−２にレイアウトされている。これに対して、象限の左側の画素２−１では、遮光長ｂのみ変動されており、象限の右側の画素２−２では、遮光長ａのみ変動されている。
さらに、図１２に示されるように、開口部３５を２辺から構成するようにしてもよい。図１２の例においては、像高中心の画素２−１では、円、すなわち、１つ辺を有する開口部３５−１にレイアウトされている。これに対して、象限の左側の画素２−２では、半円を２つ、すなわち、半円を１つの辺とすると、２つの辺を有する開口部３５−２にレイアウトされている。
＜変形例(材料)＞
また、上記説明においては、遮光膜３２は、金属である例を説明してきたが、遮光手法は、金属膜に限らず、例えば、カラーフィルタ同士の被りを利用してもよい。光路上に、複数色のフィルタが存在すると、その複数色のフィルタに、殆どの色が吸収されてしまう。
図１３Ａは、像高左端における画素の構造を示す断面図であり、図１３Ｂは、像高中心における画素の構造を示す断面図であり、図１３Ｃは、像高右端における画素の構造を示す断面図である。図１３Ａ乃至図１３Ｃの例においては、画素２−１乃至２−３の３つの画素の断面が示されている。なお、図１３Ａ乃至図１３Ｃにおいて、上からの斜めの矢印が、光路を表している。
図１３Ｂや図１３Ｃの例において、Redのカラーフィルタ３３−２を通った光は、赤色成分だけになっているが、図１３Ａの例においては、Redのカラーフィルタ３３−２を通った光路上には、Greenのカラーフィルタ３３−１も存在する。Greenのカラーフィルタ３３−１は、緑色成分しか通さないため、この光路の光は、殆ど遮光されてしまう。
なお、現実的には、カラーフィルタの透過成分の波長依存には、若干の被りがあり、R,Gの中間波長などの一部は透過し、また、カラーフィルタの厚さによっては、各波長において透過する成分がある。ただ、いずれにせよ、カラーフィルタの被りを利用することで、減光することができるため、感度調整が可能である。
図１４を参照して、光路内に複数のカラーフィルタが存在する例について説明する。図１４の例においては、画素２−１と画素２−２の間の遮光膜３２の位置Ｐ１のときには、矢印が示す光路内に、Greenのカラーフィルタ３３−１しか存在しない。
一方、画素２−１と画素２−２の間の遮光膜３２の位置Ｐ１を、少し右側にある位置Ｐ２に移動することで、矢印が示す光路内に、Redのカラーフィルタ３３−２とGreenのカラーフィルタ３３−１が存在することとなり、この光路の光を減光することができる。
図１５を参照して、物理的に複数のカラーフィルタが重なっている例について説明する。図１５の例においては、画素２−１と画素２−２の間の遮光膜３２の位置Ｐ１において、Greenのカラーフィルタ３３−１とRedのカラーフィルタ３３−２は物理的に重なっていない。
一方、画素２−１と画素２−２の間の遮光膜３２の位置Ｐ１において、Greenのカラーフィルタ３３−１とRedのカラーフィルタ３３−２を物理的に重ねてしまうと、矢印が示す光路内に、Redのカラーフィルタ３３−２とGreenのカラーフィルタ３３−１が存在することとなり、この光路の光を減光することができる。
以上のことから、カラーフィルタの被りの幅を、遮光長ととらえて、金属膜の代わりに、上記説明の手法によって感度を調整するようにしてもよいし、上記説明の遮光膜と組み合わせてもよい。
なお、カラーフィルタの被りを用いる場合、上述したように波長依存性が発生する。しかしながら、Gr/Gb色比率や色シェーディングそのものが波長依存性を有している場合、波長依存性のある手法で対応することの方が望ましいこともあり、波長依存性のある形状分布はカラーフィルタ、依存性の内分布は遮光膜で補正するなど、組み合わせて補正を行うようにしてもよい。
以上のように、本技術においては、画素配列を有する撮像領域の画素において、光電変換を行う光電変換部よりも上層（レンズ側）に形成され、減光または遮光を行う減光部に形成される開口部の各辺の長さを個別に調整可能としたので、開口部を、各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるようにすることができる。
したがって、画素毎に調整が可能となり、すなわち、色（Gr/Gb、すなわち、画素に隣接する隣接画素のカラーフィルタの色）毎や、第２の実施の形態において後述する位相差検出画素などの特殊な画素毎に調整が可能となる。
したがって、本技術によれば、Gr/Gb段差や、色シェーディングなどの補正が複雑な画面分布であっても補正することが可能となる。
＜２．第２の実施の形態（本技術の適用例）＞
図１６は、１つのオンチップレンズに対して複数のフォトダイオードを有する画素の構造を示す断面図である。
図１６の例において、画素２−１は、左右のフォトダイオード３１−１Ｌおよび３１−１Ｒを有しており、それらの上に、フォトダイオード３１−１Ｌおよび３１−１Ｒに光を照射するための開口部３５−１を有する遮光膜３２が形成されている。画素２−２は、左右のフォトダイオード３１−２Ｌおよび３１−２Ｒを有しており、それらの上に、フォトダイオード３１−２Ｌおよび３１−２Ｒに光を照射するための開口部３５−２を有する遮光膜３２が形成されている。画素２−３は、左右のフォトダイオード３１−３Ｌおよび３１−３Ｒを有しており、それらの上に、フォトダイオード３１−３Ｌおよび３１−３Ｒに光を照射するための開口部３５−３を有する遮光膜３２が形成されている。遮光膜３２の上には、カラーフィルタ３３−１乃至３３−３が形成されている。さらに、カラーフィルタ３３−１乃至３３−３上には、オンチップレンズ３４が配置されている。なお、オンチップレンズ３４も、画素２−１乃至２−３毎に形成されている。
このような構造の場合、画素２−１について説明すると、Gr/Gbの比率だけでなく、左のフォトダイオード３１−１Ｌと、右のフォトダイオード３１−１Ｒの感度差も調整することが必要である。この感度差も、左のフォトダイオード３１−１Ｌと、右のフォトダイオード３１−１Ｒを個別の画素ととらえることで、遮光膜３２は、図中右に示される遮光膜３２−１または３２−２のように形成される。これにより、左のフォトダイオード３１−１Ｌと、右のフォトダイオード３１−１Ｒは、左右で個別の調整を行うことができる。
図１７は、画素分割配列を示す図である。図１７に示される画素分割配列は、同色画素が２つ以上連続し、オンチップレンズ（図示せぬ）は、個々の画素毎に設けられることを特徴としている。この配列においては、同色画素が４つであるので、個々の画素の特性が異なると、隣接画素やフォトダイオードなどの光電変換部の設計違いなどで様々な要因で感度差が生じる。この配列は、特許５６６４１４１号明細書に記載されるように、長露光蓄積画素と、短露光蓄積画素を混在内させて使用する用途があるが、この用途で使用する際、長蓄／短蓄画素とが正しい比率にならないと、画質が悪化してしまう。そこで、図１７の画素分割配列においても、同様に本技術を適用させることは効果的である。
図１８は、像面位相差検出のための画素の構造例を示す図である。図１８の例においては、画素領域３の一定間隔で位相差画素P1,P2,…,Pnが設けられる例が示されている。なお、通常画素とは撮像に用いられる通常の画素のことを言う。また、拡大図において、左が位相差画素２−Ｐ１であり、右が通常画素２−Ｒであり、Si基板５１に、フォトダイオード３１−Ｐ１とフォトダイオード３１−Ｒが形成されており、その上に、開口部３５−Ｐ１および３５−Ｒを有する遮光膜３２が設けられている。遮光膜３２の上には、カラーフィルタ３３−Ｐ１および３３−Ｒが形成されており、その上にオンチップレンズ３４−Ｐ１および３４−Ｒが配置されている。
位相差画素２−Ｐ１は、遮光膜３２が金属で形成されることが多く、図１８の矢印に示されるように、この金属の遮光膜３２からの反射／乱反射によって混色し、周辺画素の感度が変動することがある。本技術、すなわち、図１９の矢印に示されるように、遮光膜３２の通常画素のいずれかの遮光長を延長させることは、周辺に配置された通常画素の感度を調整するために適用することができる。
なお、ここでの混色とは、感度が増えるプラス側のケースだけではなく、感度が減るマイナス側の場合も含むものとする。位相差検出画素の遮光側の隣接画素においては、通常よりも混色が減るので、出力がマイナスになる場合もあるためである。
以上のように、本技術によれば、Gr/Gb段差や、色シェーディングなどの補正が複雑な画面分布であっても補正することが可能となる。
また、カラーフィルタの被り量を含めた補正方法により、波長依存のある画面内分布の補正も可能となる。
１つのオンチップレンズに複数の光電変換部を有する構造においては、右側、左側の画素の感度差をも補正することが可能である。
同色の画素が複数並ぶ画素分割構造においては、ハイダイナミックレンジの画像を生成する際に生じる長時間蓄積画素および短時間蓄積画素の感度差を防ぐことが可能となる。
像面位相差検出画素を含む配列においては、周辺画素への感度変動影響を低減することが可能となる。
上記技術により、より高画質（低ノイズ／低色付き）の撮像装置を実現することができる。
さらに、レイアウト設計も簡便に実施できるため、設計コストを下げることができる。
なお、上記説明においては、光電変換部として、フォトダイオードを用いて説明してきたが、フォトダイオードではなくてもよく、有機光電変換膜などのその他の光電変換部であってもよい。また、原色系カラーフィルタだけでなく、シアンやマゼンタなどの補色系カラーフィルタなどを用いたその他の構造であってもよいし、配列も、ベイヤー配列だけでなく、クリアビット配列などであってもよい。
さらに、本実施の形態においては、上述した実施例同士の組み合わせも可能である。
なお、上記説明においては、裏面照射の固体撮像装置の例について説明してきたが、表面照射の固体撮像装置にも本技術は適用することができる。
また、以上においては、本技術を、CMOS固体撮像装置に適用した構成について説明してきたが、CCD（Charge Coupled Device）固体撮像装置といった固体撮像装置に適用するようにしてもよい。
＜３．第３の実施の形態（イメージセンサの使用例）＞
図２０は、上述の固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。
上述した固体撮像装置（イメージセンサ）は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜４．第４の実施の形態（電子機器の例）＞
＜電子機器の構成例＞
さらに、本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
ここで、図２１を参照して、本技術の電子機器の１つである撮像装置の構成例について説明する。
図２１に示される撮像装置１００は、被写体を撮像し、被写体の画像を電気信号（画像データ）として出力する。図２７に示されるように、撮像装置１００は、レンズ系１０１、撮像素子１０２、A/D変換部１０３、クランプ部１０４、デモザイク部１０５、リニアマトリックス部１０６、ガンマ補正部１０７、輝度クロマ信号生成部１０８、およびビデオインタフェース（IF）１０９を有する。
このような撮像素子１０２として、本技術の第１の実施の形態の固体撮像装置１が設けられる。これにより、撮像装置１００の画質向上を実現することができる。
A/D変換部１０３は、撮像素子１０２において光電変換された被写体の画像のアナログ信号をデジタル値へ変換する。クランプ部１０４は、A/D変換部１０３から供給される被写体の画像のデジタルデータ（画像データ）の黒レベルを減算する。デモザイク部１０５は、クランプ部１０４から供給される画像データについて、必要に応じて色信号を補完する。リニアマトリックス部１０６は、デモザイク部１０５から供給される画像データについて、必要に応じてリニアマトリックスをかけて色再現などを向上させる。ガンマ補正部１０７は、リニアマトリックス部１０６から供給される画像データについて、輝度表現を自然にするガンマ補正処理を行う。輝度クロマ信号生成部１０８は、ガンマ補正部１０７から供給される画像データから、輝度信号およびクロマ信号を生成する。ビデオインタフェース１０９は、輝度クロマ信号生成部１０８から供給される輝度信号およびクロマ信号を出力する。
また、本技術の固体撮像装置は、図２２に示されるような、撮像素子２０１およびタッチパネルの積層された表示部２０２を備える携帯通信端末２００に組み込むことができる。
さらに、本技術の固体撮像装置は、図２３に示されるような、高性能カメラ（一眼レフカメラ）３００にも組み込むことができる。
図２３の例において、高性能カメラ３００の外観の構成例が示されている。高性能カメラ３００は、鏡筒３１１、筐体３１３、レンズ３１４、絞りやズームの調整ダイヤル３１５および３１６、シャッタボタン３１７、ファインダ３１８、フラッシュ３１９を備えている。高性能カメラ３００の内部には、レンズ３１４からの光を受ける位置に、図示せぬ撮像素子が設けられている。この撮像素子として、本技術の第１の実施の形態の固体撮像装置１が設けられる。これにより、高性能カメラ３００の画質向上を実現することができる。
本技術を適用することで、図２４のような医療機器（ヘルスケア装置、カプセル内視鏡、DNAチップなど）においても、画質向上を実現することができる。
図２４に示されるカプセル内視鏡４００は、被験者等がこれを飲み込み、体内において人体の様子を撮像する小型の装置である。カプセル内視鏡４００は、撮像装置４０１を内蔵する。
これらの装置の撮像装置として、本技術を適用した撮像装置１００（図２１）を用いる。これにより、高解像度を維持したまま、波長依存取得を同時に行うことが可能となる。波長依存を取得することで前述したようなヘモグロビンの解析など、ヘルスケア、病理解析に使用することが可能となる。
また、単一画素に分子サイズが収まってしまうような分子やDNAの光学特性解析におい
ても、１画素で複数の光学特性を得ることができる本技術は、光学特性をより正確に取得
することができる（同一分子を同一画素で複数分光することができる）。
なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 画素配列を有する撮像領域の画素において、
光電変換を行う光電変換部と、
前記光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部と、
前記減光部に形成され、各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なる開口部と
を備える固体撮像装置。
（２） 前記開口部は、少なくとも２辺以上の辺からなる
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３） 前記像高に応じて、前記開口部を形成する辺の数が異なる
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４） 前記像高に応じて、前記開口部の形状および開口率が変わる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５） 前記開口部の開口率は維持され、前記像高に応じて、前記開口部の形状のみが変わる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６） 前記形状は、非線形に変わる
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７） 前記各辺の長さの比率は、画素毎に調整される
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８） 前記各辺の長さの比率は、前記画素に隣接する隣接画素のカラーフィルタの色毎に調整される
前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９） 前記減光部より上層にオンチップレンズを
さらに備え、
前記減光部は、前記オンチップレンズと前記光電変換部との間に設けられる
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０） 前記オンチップレンズは、複数の光電変換部に対応させて形成されている
前記（９）に記載の固体撮像装置。
（１１） 前記減光部は、金属膜による減光を行う
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２） 前記減光部は、複数色のカラーフィルタの被り量を増やすことで減光を行う
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１３） 前記減光部は、金属膜による減光と前記カラーフィルタの被りを利用した減光とを組み合わせて行う
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１４） 前記光電変換部は、フォトダイオードまたは有機光電変換膜で構成される
前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１５） 前記画素配列は、同色カラーフィルタまたは有機光電変換膜の画素が連続して２つ以上並んでいる画素配列であり、
同色カラーフィルタを有する画素において、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なる
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６） 前記画素配列は、画素の右側もしくは左側が遮光された像面位相差検出のための画素が含まれた画素配列であり、前記像面位相差検出画素の周辺画素において、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なる
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１７） 画素配列を有する撮像領域の画素において、
光電変換を行う光電変換部と、
前記光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部と、
前記減光部に形成され、各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なる開口部と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
１ 固体撮像装置， ２，２−１乃至２−３ 画素， ３ 画素領域（撮像領域）， ３１−１乃至３１−３，３１−１Ｒ乃至３１−３Ｒ，３１−１Ｌ乃至３１−３Ｌ フォトダイオード， ３２，３２−１乃至３２−３ 遮光膜， ３３−１乃至３３−３ カラーフィルタ， ３４ オンチップレンズ， ３５，３５−１乃至３５−４ 開口部， １００ 撮像装置， １０２ 撮像素子， ２００ 携帯通信端末， ２０１ 撮像素子， ３００ 高性能カメラ， ４００ カプセル内視鏡

Claims (17)

  1. 画素配列を有する撮像領域の画素において、
    光電変換を行う光電変換部と、
    前記光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部と、
    前記減光部に形成される開口部と
    を備え、
    前記減光部の各辺から、前記減光部の各辺に対応する前記開口部の各辺までの各遮光長を、感度分布を複数に分解した各分布をそれぞれ補正する各補正パラメータとして、前記感度分布を補正することで、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される
    固体撮像装置。
  2. 前記開口部は、少なくとも２辺以上の辺からなる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記開口部を形成する辺の数が異なる
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記開口部の形状および開口率が変わる
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記開口部の開口率は維持され、前記開口部の形状のみが変わる
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  6. 前記開口部の形状は、非線形に変わる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記開口部の各辺の長さの比率は、画素毎に補正される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記開口部の各辺の長さの比率は、前記画素に隣接する隣接画素のカラーフィルタの色毎に補正される
    請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 前記減光部より上層にオンチップレンズを
    さらに備え、
    前記減光部は、前記オンチップレンズと前記光電変換部との間に設けられる
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記オンチップレンズは、複数の光電変換部に対応させて形成されている
    請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 前記減光部は、金属膜による減光を行う
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 前記減光部は、複数色のカラーフィルタの被り量を増やすことで減光を行う
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  13. 前記減光部は、金属膜による減光とカラーフィルタの被りを利用した減光とを組み合わせて行う
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  14. 前記光電変換部は、フォトダイオードまたは有機光電変換膜で構成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  15. 前記画素配列は、同色カラーフィルタまたは有機光電変換膜の画素が連続して２つ以上並んでいる画素配列であり、
    前記同色カラーフィルタを有する画素において、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  16. 前記画素配列は、画素の右側もしくは左側が遮光された像面位相差検出のための画素が含まれた画素配列であり、前記像面位相差検出のための画素の周辺画素において、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  17. 画素配列を有する撮像領域の画素において、
    光電変換を行う光電変換部と、
    前記光電変換部よりも上層に形成され、減光または遮光を行う減光部と、
    前記減光部に形成される開口部と
    を備え、
    前記減光部の各辺から、前記減光部の各辺に対応する前記開口部の各辺までの各遮光長を、感度分布を複数に分解した各分布をそれぞれ補正する各補正パラメータとして、前記感度分布を補正することで、前記開口部の各辺の長さの比率と形状とが像高によって異なるように形成される固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
    入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
    を有する電子機器。
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