JP6780503B2 - 固体撮像素子、および電子装置 - Google Patents
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Description
始めに、本開示は主に固体撮像素子に配置される位相差検出画素に関するものであるが、位相差検出画素との比較のために、位相差検出画素とともに本開示を適用した固体撮像素子に配置される通常画素の構成例について説明する。
次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第1の構成例について説明する。図3は、本開示を適用した固体撮像素子における16(=4×4)画素の範囲を抜き出して図示した斜視模式図であり、このうちの2画素が第1の構成例としての位相差検出画素40であって、その他の14画素が通常画素30である。図4は、図3のA−A’における断面模式図であり、中央の2画素が位相差検出画素40である。なお、位相差検出画素40と通常画素30で共通する構成要素については同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。以降に説明する第2の構成例などについても同様とする。
次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第2の構成例について説明する。図6は、本開示を適用した固体撮像素子における隣接する4画素の断面模式図であり、中央の2画素が第2の構成例としての位相差検出画素50である。
次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第3の構成例について説明する。図8は、本開示を適用した固体撮像素子における隣接する4画素の断面模式図であり、中央の2画素が第3の構成例としての位相差検出画素60である。
次に、図10乃至図12は、図8に示された第3の構成例である位相差検出画素60におけるダミー集光素子構造53の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。なお、各図Aは、共有型オンチップレンズ52およびダミー集光素子構造53と、隣接する通常画素30の個別型オンチップレンズ31の上面図、各図Bは断面図、各図Cは、各位相差検出画素における入射光の入射角に対するデバイス感度の関係を示している。
次に、図13は、図10のB乃至図12のBに示された第3の構成例である位相差検出画素60の変形例を示している。具体的には、位相差検出画素60A,60Bを覆う共有型オンチップレンズ52およびダミー集光素子構造53を隣接する通常画素30上にまでずらして形成し、これに伴い、隣接する通常画素30の個別型オンチップレンズ31もずらして形成するようにしたものである。
次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第4の構成例について説明する。図14は、本開示を適用した固体撮像素子における16(=4×4)画素を抜き出して図示した斜視模式図であり、このうちの3画素が第4の構成例としての位相差検出画素80であって、その他の13画素が通常画素30である。図15は、図14のA−A’における断面模式図であり、左側の3画素が位相差検出画素80である。
次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第5の構成例について説明する。図17は、本開示を適用した固体撮像素子における隣接する4画素の断面模式図であり、左側の3画素が第5の構成例としての位相差検出画素90である。
図19は隣接する3つの位相差検出画素を2つの共有型オンチップレンズで覆う場合の入射光の入射角に対するデバイス感度の関係を説明するためのものである。
図20は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素40の配置例を示している。ただし、同図は固体撮像素子の36画素を6×6の画素範囲を抜き出したものであり、図中のR,G,Bはそれぞれカラーフィルタ層32の各画素の色を表している。なお、位相差検出画素40以外の通常画素30におけるカラーフィルタ層32の色の配置は4(=2×2)画素で1ユニットを構成するベイヤ配列とされている。なお、ユニット内におけるR,G,Bの各色フィルタの配置は図示するものに限定されるものではなく変更可能である。または、カラーフィルタ層32の各画素の色の構成についてもR,G,Bに限定されるものではなく、変更可能である。以降の図面においても同様である。
ところで、例えば図20等に示された配置例のように、特定の色(図20の場合はG)について通常画素30と位相差検出画素40が固体撮像素子上に配置されている場合、位相差検出画素40の位置に対応する色信号は同じ色の近傍の通常画素30の出力を用いて補間できるので、位相差検出画素40の出力は位相検出信号を算出する用途だけに用いればよい。
図42のAは、位相差検出画素の第4の構成例を示している。この位相差検出画素100は、通常画素30の2画素分のサイズとされており、光電変換部については通常画素30の2画素分のサイズが横方向に略0.5:0.5:0.5:0.5に4分割されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。以下、通常画素30の2画素分のサイズが4等分されている位相差検出画素100を図中左側から順に、位相差検出画素100ll、位相差検出画素100l、位相差検出画素100r、位相差検出画素100rrと称する。位相差検出画素100ll乃至100rrは1つの共有型オンチップレンズに覆われており、カラーフィルタ層の色は共通とされている。
100G=100S(100B/100A)
100S=1000ll+1000l+1000r+1000rr
図46のAは、位相差検出画素の第5の構成例を示している。この位相差検出画素110は、通常画素30の2画素分のサイズとされており、光電変換部については通常画素30の2画素分のサイズが横方向に略0.5:1:0.5に3分割されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。以下、通常画素30の2画素分のサイズが3分割されている位相差検出画素110を図中左側から順に、位相差検出画素110l、位相差検出画素110c、位相差検出画素110rと称する。位相差検出画素110l,110c,110rは1つの共有型オンチップレンズに覆われており、カラーフィルタ層の色は共通とされている。
110G=110S(110B/110A)
110S=1100l+1100l+1100r
図48は、位相差検出画素の第6の構成例と、固体撮像素子におけるその配置例を示している。この位相差検出画素120は、通常画素30の4倍のサイズとされており、光電変換部については通常画素30の4画素分のサイズが縦、横方向それぞれに、0.5:0.5:0.5:0.5に4等分されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。位相差検出画素120は、1つの共有型オンチップレンズに覆われており、区分けられた各領域のカラーフィルタ層の色は共通とされている。また、同図の配置例では、位相差検出画素120はカラーフィルタ層の色がGとされており、固体撮像素子において、Gの位相差検出画素120と、BまたはRの通常画素30はベイヤ配列に従って配置されている。
図50は、位相差検出画素の第7の構成例と、固体撮像素子におけるその配置例を示している。この位相差検出画素130は、通常画素30の4倍のサイズとされており、光電変換部については通常画素30の4画素分のサイズが縦、横方向それぞれに、0.5:1:0.5に3分割されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。位相差検出画素130は、1つの共有型オンチップレンズに覆われており、区分けられた各領域のカラーフィルタ層の色は共通とされている。また、同図の配置例では、位相差検出画素130はカラーフィルタ層の色がGとされており、固体撮像素子において、Gの位相差検出画素130と、BまたはRの通常画素30はベイヤ配列に従って配置されている。
・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
(1)
画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差AF機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子において、
前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている
固体撮像素子。
(2)
前記通常画素には、前記通常画素毎に、前記画像の画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための個別型オンチップレンズが形成されている
前記(1)に記載の固体撮像素子。
(3)
前記通常画素と前記通常画素の間、および前記通常画素と前記位相差検出画素の間には画素間遮光構造を有する
前記(1)または(2)に記載の固体撮像素子。
(4)
前記位相差検出画素と前記位相差検出画素の間にも画素間遮光構造を有する
前記(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(5)
前記位相差検出画素は、前記光電変換部の開口を制限する開口遮光構造を有する
前記(1)から(4)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)
前記位相差検出画素には、隣接する2画素毎に1つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
前記(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(7)
前記位相差検出画素には、隣接する3画素毎に2つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
前記(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(8)
前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの境界は、略四角形または略六角形である
前記(1)から(7)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(9)
前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、隣接する複数の前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの間には、ダミー集光素子構造が形成されている
前記(1)から(6)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(10)
前記ダミー集光素子構造は、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素に対して非対称に形成されている
前記(9)に記載の固体撮像素子。
(11)
前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、市松模様状に配置されている
前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12)
前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方に直線状に配置されている
前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(13)
前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方にストライプ状に配置されている
前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(14)
前記ストライプ状の隣り合うストライプに配置されている前記位相差検出画素どうしは、位相がずれている
前記(13)に記載の固体撮像素子。
(15)
3種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、同じ波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
前記(1)から(14)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(16)
3種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、異なる波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
前記(1)から(14)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(17)
前記位相差検出画素は、前記通常画素に比較して画素サイズが大きい
前記(1)から(16)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(18)
3種類以上の異なる波長のうちの特定の波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを有する全ての画素は、前記位相差検出画素であり、
前記位相差検出画素の出力は、画像の画素信号としても用いられる
前記(1)から(15)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(19)
前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の整数倍のサイズを有し、
前記位相差検出画素の前記光電変換部は、前記通常画素の光電変換部と同じ斜入射特性が得られる中心領域を含む複数の領域に分割されており、前記中心領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
前記(18)記載の固体撮像素子。
(20)
前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の2倍のサイズを有し、
前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5:1:0.5に3分割されており、前記比の1に対応する領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
前記(19)に記載の固体撮像素子。
(21)
前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の2倍のサイズを有し、
前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5:0.5:0.5:0.5に4分割されており、前記比の中央の0.5と0.5にそれぞれ対応する領域の出力の加算値が画像の画素信号としても用いられる
前記(19)に記載の固体撮像素子。
(22)
画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差AF機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子を備える電子装置において、
前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている
電子装置。
Claims (20)
- 画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差AF機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子において、
前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されており、
3種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、同じ波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
固体撮像素子。 - 前記通常画素には、前記通常画素毎に、前記画像の画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための個別型オンチップレンズが形成されている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記通常画素と前記通常画素の間、および前記通常画素と前記位相差検出画素の間には画素間遮光構造を有する
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素と前記位相差検出画素の間にも画素間遮光構造を有する
請求項3に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素は、前記光電変換部の開口を制限する開口遮光構造を有する
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素には、隣接する2画素毎に1つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素には、隣接する3画素毎に2つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの境界は、略四角形または略六角形である
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、隣接する複数の前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの間には、ダミー集光素子構造が形成されている
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記ダミー集光素子構造は、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素に対して非対称に形成されている
請求項9に記載の固体撮像素子。 - 前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、市松模様状に配置されている
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方に直線状に配置されている
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方にストライプ状に配置されている
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記ストライプ状の隣り合うストライプに配置されている前記位相差検出画素どうしは、位相がずれている
請求項13に記載の固体撮像素子。 - 前記位相差検出画素は、前記通常画素に比較して画素サイズが大きい
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 3種類以上の異なる波長のうちの特定の波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを有する全ての画素は、前記位相差検出画素であり、
前記位相差検出画素の出力は、画像の画素信号としても用いられる
請求項2に記載の固体撮像素子。 - 前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の整数倍のサイズを有し、
前記位相差検出画素の前記光電変換部は、前記通常画素の光電変換部と同じ斜入射特性が得られる中心領域を含む複数の領域に分割されており、前記中心領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
請求項16に記載の固体撮像素子。 - 前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の2倍のサイズを有し、
前記位相差検出画素の前記光電変換部は、0.5:1:0.5の比で3分割されており、前記比の1に対応する領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
請求項17に記載の固体撮像素子。 - 前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の2倍のサイズを有し、
前記位相差検出画素の前記光電変換部は、0.5:0.5:0.5:0.5の比で4分割されており、前記比の中央の0.5と0.5にそれぞれ対応する領域の出力の加算値が画像の画素信号としても用いられる
請求項17に記載の固体撮像素子。 - 画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差AF機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子を備える電子装置において、
前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されており、
3種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、同じ波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
電子装置。
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