JP7180658B2 - 固体撮像素子、および電子機器 - Google Patents

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Description

本開示は、固体撮像素子、および電子機器に関し、特に、像面位相差ＡＦ(Auto Focus)機能を実現するための位相差検出画素が配置される場合に用いて好適な固体撮像素子、および電子機器に関する。
従来、撮像機能を備えたデジタルカメラに代表される電子装置に採用されているＡＦ機能の一方式として像面位相差ＡＦが知られている（例えば、特許文献１参照）。像面位相差ＡＦを実現する固体撮像素子には、画像を構成する画素信号（色信号）を得るための通常画素に加えて入射光を瞳分割するための位相差検出画素が所定の位置に配置されている。
従来の位相差検出画素は、オンチップレンズと光電変換層との間に、オンチップレンズの光軸（光学中心）に対して開口を偏らせた金属遮光膜が形成されている。さらに、隣接して配置される対となる位相差検出画素に間には、光学的な混色を低減させるための遮光構造が設けられている。
そして、開口の位置が異なる位相差検出画素対（例えば、左側が開口されている位相差検出画素と右側が開口されている位相差検出画素）の出力に基づいて位相差信号が算出されて、フォーカスの制御に用いられる。
特開２００７－３０４１８８号公報
上述した従来の位相差検出画素では、金属遮光膜により開口が制限されているため、通常画素に比較して、入射光に対する感度の低下が不回避となる。このため、例えば暗所で撮影を行う場合に像面位相差ＡＦが利用できないなどの実用上の弊害が生じ得る。
また、今後はさらに固体撮像素子における画素数の増加に伴って画素サイズの微細化が想定される。その場合、入射光の金属遮光膜での反射のみならず回折などの電磁波的な振る舞いの影響が顕著となり、位相差検出の精度の低下、反射・回折成分の隣接画素への混入に伴う画質特性の劣化などが発生し得る。
さらに、金属遮光膜を備える位相差検出画素は、入射角変化に対して感度応答を示す角度範囲が狭いため、明るいＦ値を有するレンズやCRA(Chief Ray Angle)が大きく変化する光学ズームレンズなどには対応が困難となる。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、入射光に対する感度低下や位相差検出精度の低下などの不具合を回避可能な位相差検出画素を提案するものである。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、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であって、前記位相差検出画素には、隣接する３つ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２つの共有型オンチップレンズが形成されており、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おり、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。
本開示の第２の側面である電子機器は、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機器であって、前記位相差検出画素には、隣接する３つ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２つの共有型オンチップレンズが形成されており、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おり、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。
本開示の第１の側面によれば、入射光に対する感度低下や位相差検出精度の低下などの不具合を回避した固体撮像素子を実現ができる。
本開示の第２の側面によれば、高精度の像面位相差ＡＦ機能を備えた電子機器を実現できる。
本開示を適用した固体撮像素子における通常画素の構成例を示す斜視図である。 図１に対応する断面図である。 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の構成例を示す斜視図である。 図３に対応する断面図である。 図３の共有型オンチップレンズの上面図である。 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の構成例を示す断面図である。 図６の共有型オンチップレンズの上面図である。 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の構成例を示す断面図である。 図８の共有型オンチップレンズの上面図である。 位相差検出画素の第３の構成例におけるダミー集光素子構造の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。 位相差検出画素の第３の構成例におけるダミー集光素子構造の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。 位相差検出画素の第３の構成例におけるダミー集光素子構造の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。 位相差検出画素の第３の構成例の変形例を示す断面図である。 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の構成例を示す斜視図である。 図１４に対応する断面図である。 図１４の共有型オンチップレンズの上面図である。 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の構成例を示す断面図である。 図１７の共有型オンチップレンズの上面図である。 第１および４の構成例のデバイス感度の入射角依存性を説明するための図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の変形例の配置例を示す図である。 位相差検出画素の出力を色信号として用いる場合の問題を説明する図である。 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の構成例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 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の構成例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の第６の構成例とその配置例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の第７の構成例とその配置例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 本開示を適用した固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜本開示を適用した固体撮像素子における通常画素の構成例＞
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。
図１は、本開示を適用した固体撮像素子における通常画素３０のみを４×４画素の範囲で抜き出した斜視模式図であり、図２は、図１のＡ－Ａ’における断面模式図である。
通常画素３０は、上面側（入射面側）から順に、個別型オンチップレンズ３１、カラーフィルタ層３２、画素間遮光構造３３、光電変換部３４、および信号配線層３５から成る。
個別型オンチップレンズ３１は、下層の光電変換部３４に対して入射電磁波（以下、入射光と称する）をより効率的に入射させるために画素毎に形成される。カラーフィルタ層３２は、入射光のうちの特定波長を下層側に透過させるため、例えばベイヤ配列等に従って配置されたＲ，Ｇ，Ｂいずれかの色に着色されたカラーフィルタが各画素を覆うように形成されている。
画素間遮光構造３３は、隣接する画素間の光学的な混色を低減するために金属材料などにより形成される。光電変換部３４は、個別型オンチップレンズ３１およびカラーフィルタ層３２を介して入射する入射光に応じて電荷を発生して蓄積するフォトダイオードからなる。信号配線層３５は、光電変換部３４により発生、蓄積された信号電荷を読み出して後段に出力する。
＜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＞
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。
位相差検出画素４０は、上面側（入射面側）から順に、共有型オンチップレンズ４１、カラーフィルタ層３２、画素間遮光構造３３、光電変換部３４、および信号配線層３５から成る。
図５は、共有型オンチップレンズ４１の上面図を示している。同図に示されるように、共有型オンチップレンズ４１は、隣接する複数（同図の場合、２）の位相差検出画素４０を覆うように形成される。すなわち、図３および図４に示された第１の構成例は、２つの位相差検出画素４０が共有型オンチップレンズ４１を共有する構成を有している。
なお、共有型オンチップレンズ４１を共有する複数の位相差検出画素４０の間には、通常画素３０どうしの間、および通常画素３０と位相差検出画素４０の間に形成される画素間遮光構造３３が形成されない。ただし、共有型オンチップレンズ４１を共有する複数の位相差検出画素４０の間に画素間遮光構造３３を形成してもよい。
図示したように、通常画素３０と位相差検出画素４０が配置される固体撮像素子では、通常画素３０により撮像画像の高解像度化、高画質化が実現できる。また、位相差検出画素４０では、光を遮光構造でブロックすることなく共有型オンチップレンズ４１の集光力で位相差検出するため、感度が高く、分離比特性が良い位相差検出が可能となる。さらに、光を散乱したり、回折したりする障害物が光路中にないことから光の散乱、回折により生じ得る隣接画素の混色が抑止されるので、画質劣化も防ぐことができる。
＜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＞
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。
第２の構成例である位相差検出画素５０は、第１の構成例である位相差検出画素４０の共有型オンチップレンズ４１を、共有型オンチップレンズ５１に置換したものである。すなわち、図６に示された第２の構成例は、２つの位相差検出画素５０が共有型オンチップレンズ５１を共有する構成を有している。
図６は、２つの位相差検出画素５０を覆う共有型オンチップレンズ５１と、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１の上面図を示している。
共有型オンチップレンズ５１を個別型オンチップレンズ３１と同様の製造方法により形成した場合、個別型オンチップレンズ３１は隣接画素間でほぼギャップなく平面充填されており、その形状が略四角形となるのに対して、共有型オンチップレンズ５１はその形状が略６角形形状となる。これにより通常画素３０と位相差検出画素５０の集光素子構造（オンチップレンズ）の間にギャップが生じることなく、位相差検出画素５０の感度を高くすることが可能になる。
＜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＞
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。
第３の構成例である位相差検出画素６０は、第１の構成例である位相差検出画素４０の共有型オンチップレンズ４１を、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に置換したものである。すなわち、図８に示された第３の構成例は、２つの位相差検出画素５０が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を共有する構成を有している。
図９は、２つの位相差検出画素６０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の上面図を示している。
ダミー集光素子構造５３は、位相差検出画素６０を覆う共有型オンチップレンズ５２と隣接する通常画素３０を覆う個別型オンチップレンズ３１との間に形成される。ダミー集光素子構造５３を設けることにより、個別型オンチップレンズ３１および共有型オンチップレンズ５２は隣接画素間でほぼギャップなく平面充填することができ、さらにその構造変形を最小限に留め光学混色の少ない位相差検出画素を実現することができる。
＜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＞
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。
図１０は、隣接する位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２の中心を位相差検出画素６０Ａ側に偏心した位置に形成し、ダミー集光素子構造５３を共有型オンチップレンズ５２と、位相差検出画素６０Ｂの図中右側に隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１との間に形成した場合を示している。この場合、垂直方向（入射角０）からの光に対しては位相差検出画素６０Ａの方が位相差検出画素６０Ｂよりも感度が高くなる。よって結果として、垂直方向に近い入射角での光に対しては位相差検出画素６０Ａが高感度となり、図中左側からの斜め方向からの入射光に対しては位相差検出画素６０Ｂの感度が相対的に高くなる角度応答を有する位相差検出画素対（位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂ）を実現できる。
図１１は、隣接する位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２の中心を両画素の中心と一致させた位置に形成し、ダミー集光素子構造５３を、共有型オンチップレンズ５２と、位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂそれぞれと隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１との間に形成した場合を示している。この場合、垂直方向（入射角０）からの光に対しては位相差検出画素６０Ａと６０Ｂの感度は等しくなる。よって結果として、垂直方向に近い入射角での光に対しては位相差検出画素６０Ａが高感度となり、図中の左右斜め方向からの入射光に対しては、入射角０を基準として左右対照的な角度応答を有する位相差検出画素対（位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂ）を実現できる。
図１２は、隣接する位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２の中心を位相差検出画素６０Ｂ側に偏心した位置に形成し、ダミー集光素子構造５３を、共有型オンチップレンズ５２と、位相差検出画素６０Ａの図中左側に隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１との間に形成した場合を示している。この場合、垂直方向（入射角０）からの光に対しては位相差検出画素６０Ｂの方が位相差検出画素６０Ａよりも感度が高くなる。よって結果として、垂直方向に近い入射角での光に対しては位相差検出画素６０Ｂが高感度となり、図中右側からの斜め方向からの入射光に対しては位相差検出画素６０Ａの感度が相対的に高くなる角度応答を有する位相差検出画素対（位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂ）を実現できる。
図１０乃至図１２に示された位相差検出画素対を固体撮像素子の適切な位置に配置することにより、CRAレンジが広いズームレンズなどにも対応できる固体撮像素子を実現できる。
＜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の構成例の変形例＞
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。
図１３のＡの変形例は、図１０のＢに示された状態からさらに、個別型オンチップレンズ３１、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、図中右側にずらして形成したものである。この場合、通常画素３０Ｃの個別型オンチップレンズ３１は右側に偏心しており、その瞳補正をレンズ光学系の主光線と同等に設計することができる。一方で位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂは、その右側にダミー集光素子構造５３を形成していることにより、相対的に左側からの光に対して位相差が０になるか、または位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂの出力を同等にすることができる。
図１３のＢの変形例は、図１１のＢに示された状態からさらに、個別型オンチップレンズ３１、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、図中右側にずらして形成したものである。この場合、通常画素３０Ｃの個別型オンチップレンズ３１は右側に偏心しており、その瞳補正をレンズ光学系の主光線と同等に設計することができる。一方で位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂは、その左右にダミー集光素子構造５３を均等に形成していることにより、通常画素３０Ｃで感度最大になる入射角方向と同等の角度で、位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂの出力を同等にすることができる。
図１３のＣの変形例は、図１２のＢに示された状態からさらに、個別型オンチップレンズ３１、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、図中右側にずらして形成したものである。この場合、通常画素３０Ｃの個別型オンチップレンズ３１は右側に偏心しており、その瞳補正をレンズ光学系の主光線と同等に設計することができる。一方で位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂは、その左側にダミー集光素子構造５３を形成していることにより、相対的に右側からの光に対して位相差が０になるか、または位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂの出力を同等にすることができる。
図１３に示されたように、ダミー集光素子構造５３の大きさ、幅、その配置を変更することにより、通常画素３０と位相差検出画素６０の瞳補正の補正量を異なる大きさに設計すれば、例えば光学ズームレンズなどのような焦点距離に応じて主光線角度が大きく変化するような場合でも、高精度の位相差検出が可能となる。
＜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＞
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。
位相差検出画素８０は、上面側（入射面側）から順に、共有型オンチップレンズ８１、カラーフィルタ層３２、画素間遮光構造３３、光電変換部３４、および信号配線層３５から成る。
図１６は、共有型オンチップレンズ８１の上面図を示している。同図に示されるように、共有型オンチップレンズ８１は、２つの共有型オンチップレンズ８１－１，８１－２によって、隣接する３つの位相差検出画素８０を覆うように形成される。すなわち、図１４および図１５に示された第４の構成例は、３つの位相差検出画素８０が２つの共有型オンチップレンズ８１－１，８１－２を共有する構成を有している。
なお、２つの共有型オンチップレンズ８１－１，８１－２を共有する３つの位相差検出画素８０のうち、中央の位相差検出画素８０は画素開口のほぼ半分が覆われて遮光されているものとする。
＜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＞
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。
第５の構成例である位相差検出画素９０は、第４の構成例である位相差検出画素８０の共有型オンチップレンズ８１を、共有型オンチップレンズ９１に置換したものであり、共有型オンチップレンズ８１と同様に、共有型オンチップレンズ９１は、２つの共有型オンチップレンズ９１－１，９１－２によって、隣接する３つの位相差検出画素９０を覆うように形成される。
図１８は、３つの位相差検出画素９０を覆う２つの共有型オンチップレンズ９１－１，９１－２と、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１の上面図を示している。
共有型オンチップレンズ９１を個別型オンチップレンズ３１と同様の製造方法により形成した場合、個別型オンチップレンズ３１は隣接画素間でほぼギャップなく平面充填されており、その形状が略四角形となるのに対して、共有型オンチップレンズ９１はその形状が略６角形形状となる。これにより通常画素３０と位相差検出画素９０の集光素子構造（オンチップレンズ）の間にギャップが生じることなく、位相差検出画素の感度を高くすることが可能になる。
＜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＞
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。
同図上段には、金属遮光膜を用いて画素開口の左半分が遮光された従来型の位相差検出画素Ａと、右半分が遮光された従来型の位相差検出画素Ｂのデバイス感度の入射角依存性を示している。位相差検出画素Ａは入射角度＋側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素Ｂは－側の角度から入射する光に対して高感度である。ＡＦに用いられる位相差情報は、両者の信号レベルの差異から算出される。
同図中段には、本開示の第１の構成例である、１つの共有型オンチップレンズ４１によって覆われた２つの位相差検出画素４０Ａ，４０Ｂのデバイス感度の入射角依存性を示している。位相差検出画素４０Ａは入射角度＋側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素４０Ｂは－側の角度から入射する光に対して高感度である。なお、グラフ中の点線は比較のために、同図上段に示された従来の位相差検出画素Ａ，Ｂに対応するものである。同図に示されるように、第１の構成例である位相差検出画素４０Ａ，４０Ｂでは、遮光に起因する感度低下がないので、全ての入射角度で従来に比較して高い感度を得ることができる。
同図下段には、本開示の第４の構成例である、２つの共有型オンチップレンズ８１によって覆われた３つの位相差検出画素８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃと、２つの共有型オンチップレンズ８１によって覆われた３つの位相差検出画素８０Ｄ，８０Ｅ，８０Ｆのデバイス感度の入射角依存性を示している。ただし、位相差検出画素８０Ｂは画素開口の左半分が遮光され、位相差検出画素８０Ｅは画素開口の右半分が遮光されている。
位相差検出画素８０Ａは入射角度＋側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素８０Ｃは入射角度－側からの光に対して高感度である。また、位相差検出画素８０Ｂは画素開口の中央から左側が遮光されているので、相対的に感度が低く、さらに、位相差検出画素８０Ｃよりも大きな－側からの入射に対してピーク感度を有する。
位相差検出画素８０Ｆは入射角度－側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素８０Ｄは入射角度＋側からの光に対して高感度である。また、位相差検出画素８０Ｅは画素開口の中央から右側が遮光されているので、相対的に感度が低く、さらに、位相差検出画素８０Ｄよりも大きな＋側からの入射に対してピーク感度を有する。
像面位相差ＡＦに用いられる位相差情報は、これら複数位相差検出画素８０の信号レベルの差異から算出されるが、各々の位相差検出画素８０がピーク感度を有する角度範囲が広がることで、広い主光線レンジの光に対して位相差を検出することができる。
＜画素配列のバリエーション＞
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。
同図の配置例では、図中上側から３行目の全てに位相差検出画素４０が配置されており、共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われている。
１行の全ての画素を位相差検出画素４０とすることで、高精度、高感度な位相差検出とベイヤ配列による高解像度画像の両立が可能になる。
図２１は、図２０の配置例における位相差検出画素４０を１列ずらした配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図２０の配置例と図２１の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図２２は、図２０の配置例に対し、さらに、図中上側から５行目の全ての画素にも位相差検出画素４０を配置したものであり、２×４画素でＦＤ加算を想定した配置例を示している。ＦＤ加算に対応して同位相の位相差検出画素の出力信号の加算を可能にした配置を採用することにより、高精度、高感度な位相差検出とベイヤ配列による高解像度画像の両立が可能になる。
図２３は、図中中央の４（＝２×２）画素に位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
図２４は、図２３の配置例における位相差検出画素４０を１列ずらした配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図２３の配置例と図２４の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図２５は、図中中央の４（＝２×２）画素に位相差検出画素４０が配置され、縦長の共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
図２６は、図中中央の４（＝２×２）画素に位相差検出画素４０が配置され、１つの共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の４つの位相差検出画素４０が覆われた配置例を示している。
図２７は、図中中央の４（＝２×２）画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＲとＧ、ＧとＢ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
図２８は、図２７の配置例おける位相差検出画素４０を１列ずらした配置例であり、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＧとＲ、ＢとＧ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図２７の配置例と図２８の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図２９は、図中中央の８（＝２×４）画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＧとＢ、ＲとＧ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われており、２×４画素でのＦＤ加算を想定した配置例を示している。
図３０は、図中中央の４（＝２×２）画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、縦長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＲとＧ、ＧとＢ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
図３１は、図中上側から３行目と４行目の全ての画素の色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＲとＧ、ＧとＢ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
図３２は、図３１の配置例における位相差検出画素４０の位相を半位相ずらした配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図３１の配置例と図３２の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図３３は、図中上側から２乃至５行目の全ての画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＧとＢ、ＲとＧ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われており、２×４画素でのＦＤ加算を想定した配置例を示している。
図３４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の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素または２４（＝６×４）画素を抜き出して図示したものである。
同図Ａの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する（Ｇのカラーフィルタで覆われた）２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、同じ色に対して選択的な感度を有する（同じ色のカラーフィルタで覆われた）２画素が行方向に隣接して配置されている。
同図Ｂの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、Ｎ行目にはＲ，Ｂの順に配置され、Ｎ＋１行目にはＢ，Ｒの順に配置されている。
同図Ｃの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、各行にＲ，Ｂの順に配置されている。
同図Ｄの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、全ての行と列にＲ，Ｂが存在し、対となる２つの位相差検出画素４０の両脇は常に同色が配置されている。
図３５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の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。同図Ａ乃至同図Ｄに示される配置例では、Ｇに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横（行）ストライプ状に連続して配置されており、その位相は全ての行で共通である。
同図Ａの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
同図Ｂの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、同じ色の連続を許容して配置されている。
同図Ｃの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が異なり、かつ、同じ色が連続しないように配置されている。
同図Ｄの場合、通常画素の配置が同図Ｂに示された配置例から１列だけずらして配置されている。
図３６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の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。同図Ａ乃至同図Ｄに示される配置例では、Ｇに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横（行）ストライプ状に連続して配置されており、その位相は行毎に半位相だけずらして配置されている。
同図Ａの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
同図Ｂの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、同じ色の連続を許容して配置されている。
同図Ｃの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が異なり、かつ、同じ色が連続しないように配置されている。
同図Ｄの場合、通常画素の配置が同図Ｂに示された配置例から１列だけずらして配置されている。
図３７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の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。ただし、同図の配置例では、位相差検出画素４０のカラーフィルタ層の色はＲまたはＢとされている。
すなわち、同図Ａに示される配置例は、Ｒに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横ストライプ状に連続して配置されており、その位相が行毎に半位相だけずらして配置されている。通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＧ，Ｂの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
同図Ｂに示される配置例は、Ｂに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横ストライプ状に連続して配置されており、その位相が行毎に半位相だけずらして配置されている。通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｇの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
図示されたように、位相差検出画素４０のカラーフィルタ層の色はＧに限らず、ＲまたはＢとしてもよい。この場合、位相差検出画素４０を覆うカラーフィルタの色をＧとした場合に比較して感度は１／２程度であるが、位相差検出画素４０を覆う共有型オンチップレンズ４１の面積が、通常画素３０を覆う個別型オンチップレンズ３１の２倍あるので、同等出力となり、感度比は良好となる。
図３８は、図３６のＡに示された配置例における位相差検出画像４０の構成を変形したものである。同図Ａは、２画素分の位相差検出画像４０の領域を不均等（１：３）に２分割したものを示している。同図Ｂは、２画素分の位相差検出画像４０の領域を均等に３分割して多視点化したものを示している。同図に示されたように、２画素分の位相差検出画像４０の領域を１：１とは異なる割合で適切に複数に分割すれば、斜入射特性の改善が期待できる。なお、図３８に示された変形例をさらに変形し、図３７に示されたように、位相差検出画素４０を覆うカラーフィルタの色をＲまたはＢとしてもよい。
図３９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の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。同図Ａ乃至同図Ｄに示される配置例では、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する４画素が１つの共有型オンチップレンズ４１によって覆われている。通常画素３０については、ＲまたはＢに対して選択的な感度を有し、１画素ずつ個別型オンチップレンズ３１により覆われている。
同図Ａの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、Ｒの通常画素３０のみ、またはＢの通常画素３０のみが配置されている。
同図Ｂの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、ＲまたはＢの同色の通常画素３０が列方向に隣接して配置されている。ただし、各２×２画素領域におけるＲおよびＢの通常画素３０の配置は異なる。
同図Ｃの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、ＲまたはＢの同色通常画素３０が列方向に隣接して配置されている。ただし、各２×２画素領域におけるＲおよびＢの通常画素３０の配置は共通である。
同図Ｄの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、ＲまたはＢの同色通常画素３０が斜め方向に隣接して配置されている。ただし、各２×２画素領域におけるＲおよびＢの通常画素３０の配置は共通である。
図４０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の変形例の配置例であり、固体撮像素子の１８（＝６×３）画素を抜き出して図示したものである。この変形例は、位相差検出画素対のサイズを通常画素のサイズよりも大きく形成したものであり、位相差検出画素対は市松模様状に配置される。
同図Ａの場合、Ｇに対して選択的な感度を有するＧl，Ｇrが位相差検出画素対であり、そのサイズが、ＲまたはＢに対して選択的な感度を有する通常画素のサイズよりも大きく形成されている。
同図Ｂの場合、Ｒに対して選択的な感度を有するＲl，Ｒrと、Ｂに対して選択的な感度を有するＢl，Ｂrが位相差検出画素対であり、そのサイズがＧに対して選択的な感度を有する通常画素のサイズよりも大きく形成されている。
＜位相差検出画素の出力を色信号として用いる場合の問題について＞
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。
しかしながら、例えば図３４等に示された配置例のように、特定の色（図３４の場合はＧ）の全ての画素が位相差検出画素４０とされている場合、同じ色の通常画素３０は存在しないので、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でなく色信号としても用いる必要がある。
ただし、位相差検出画素４０の出力を色信号としても用いた場合、該特定の色とは異なる色（図３４の場合、Ｒ，Ｂ）の通常画素３０とオンチップレンズの形状が異なることから斜入射特性に違いがあって以下の問題が生じてしまう。この問題について図４１を参照して説明する。
図４１のＡは、同じ色の２画素の位相差検出画素４０からなる位相差検出画素対が共有型オンチップレンズ４１を共有する場合を示しており、一方を位相差検出画素４０ｌ(light)、他方を位相差検出画素４０ｒ(right)と称する。
図４１のＢは、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒのCRA＝0degにおける斜入射特性を示しており、横軸は入射角、縦軸は感度である。また、図４１のＢにおける曲線ｌは位相差検出画素４０ｌの、曲線ｒは位相差検出画素４０ｒの、曲線ｎは位相差検出画素４０と色が異なる通常画素３０の斜入射特性をそれぞれ示しており、曲線ｌ＋ｒは曲線ｌと曲線ｒを加算したもの、曲線２ｎは曲線ｎを２倍したものである。
位相差検出画素４０ｌと位相差検出画素４０ｒの感度の加算値を表す曲線ｌ＋ｒが、通常画素３０の感度の２倍値を表す曲線２ｎと一致すれば、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒと通常画素３０の斜入射特性は一致することになるが、図４１のＢから明らかなように両者は一致しない。
このように、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒと通常画素３０の斜入射特性が異なる固体撮像素子は、スマートフォンなどに採用されている固定焦点カメラに搭載する分には支障ない。しかしながら、絞りＦ値や焦点距離ｆが可変とされている撮像装置（一眼レフカメラ、コンパクトカメラなど）に搭載すると、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒと通常画素３０の感度比が変化してＷＢ（ホワイトバランス）ずれが生じるという不都合が発生してしまう。
そこで以下では、そのような不都合の発生を抑止できる、斜入射特性が通常画素と一致するようにした位相差検出画素の構成例（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）を説明する。
＜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＞
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。
図４２のＢは、位相差検出画素１００ｌｌ，１００ｌ，１００ｒ，１００ｒｒのCRA＝0degにおける斜入射特性を示しており、横軸は入射角、縦軸は感度である。また、図４２のＢにおける曲線ｌｌは位相差検出画素１００ｌｌの、曲線ｌは位相差検出画素１００ｌの、曲線ｒは位相差検出画素１００ｒの、曲線ｒｒは位相差検出画素１００ｒｒの、曲線ｎは位相差検出画素１００と色が異なる通常画素３０の斜入射特性をそれぞれ示しており、曲線ｌ＋ｒは曲線ｌと曲線ｒを加算したもの、曲線２ｎは曲線ｎを２倍したものである。
同図Ｂから明らかなように、位相差検出画素１００ｌと位相差検出画素１００ｒの感度の加算値を表す曲線ｌ＋ｒは、通常画素３０の感度の２倍値を表す曲線２ｎとほぼ一致する。したがって、位相差検出画素１００の出力を色信号として用いる場合には、位相差検出画素１００ｌと位相差検出画素１００ｒの出力を加算して用いるようにし、位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒの出力については、位相差検出信号の算出に用いるようにする。
位相差検出画素１００と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
図４３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１００の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の２４（＝４×６）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１００のカラーフィルタ層の色はＧとされており、１行毎に全画素が位相差検出画素１００とされ、位相差検出画素１００の行は交互に位相が半位相ずつずらして配置されている。
ところで、位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒの出力を、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号に用いないと、斜入射範囲が広いレンズ（Ｆ値が小さいレンズ）では、一部の信号が常時位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒに集光して感度ロスが発生してしまう。そこで、位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒの出力も色信号として用いるようにしてよい。
具体的には、図４３のＡに示される位相差検出画素１０００の位置に対応するＧ成分の色信号１００Ｇを、位相差検出画素１０００とその周囲の同色の位相差検出画素１００１乃至１００６の出力を用いて演算するようにする。
１００Ｇ＝１００Ｓ（１００Ｂ／１００Ａ）
ここで、１００Ｓ，１００Ａ，１００Ｂは以下のとおりである。
１００Ｓ＝１０００ｌｌ＋１０００ｌ＋１０００ｒ＋１０００ｒｒ
１００Ａ＝（ｚ０（１０００ｌｌ＋１０００ｌ＋１０００ｒ＋１０００ｒｒ）＋ｚ１（１００１ｌｌ＋１００１ｌ＋１００１ｒ＋１００１ｒｒ）＋ｚ２（１００２ｌｌ＋１００２ｌ＋１００２ｒ＋１００２ｒｒ）＋ｚ３（１００３ｌｌ＋１００３ｌ＋１００３ｒ＋１００３ｒｒ）＋ｚ４（１００４ｌｌ＋１００４ｌ＋１００４ｒ＋１００４ｒｒ）＋ｚ５（１００５ｌｌ＋１００５ｌ＋１００５ｒ＋１００５ｒｒ）＋ｚ６（１００６ｌｌ＋１００６ｌ＋１００６ｒ＋１００６ｒｒ））／（ｚ０＋ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋ｚ４＋ｚ５＋ｚ６）
１００Ｂ＝（ｚ０（１０００ｌ＋１０００ｒ）＋ｚ１（１００１ｌ+１００１ｒ）＋ｚ２（１００２ｌ+１００２ｒ）＋ｚ３（１００３ｌ+１００３ｒ）＋ｚ４（１００４ｌ+１００４ｒ）＋ｚ５（１００５ｌ+１００５ｒ）＋ｚ６（１００６ｌ+１００６ｒ））／（ｚ０＋ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋ｚ４＋ｚ５＋ｚ６）
なお、１００Ａ，１００Ｂにおけるｚ０乃至ｚ６は所定の係数であり、例えば全て１であってもよいし、中心の画素からの空間的な距離に応じて、重み付けを行ってもよいし、位相差検出画素１００の４つの出力ｌｌ，ｌ，ｒ，ｒｒに対してさらに細分化した係数を設定するようにしてもよく、解像度とＳＮ比のバランスを考慮して設定すればよい。
このようにして算出される色信号１００Ｇは、斜入射特性を通常画素に一致させながらノイズレベルを圧縮させたものとなり、画像のＳＮ比を改善することができる。
図４４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１００の他の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の１８（＝６×３）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１００のカラーフィルタ層の色はＢまたはＲとされており、Ｇの２画素の通常画素３０と、Ｂの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒと、Ｒの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒがベイヤ配列に従って配置されている。
図４５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１００のさらに他の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の１６（＝４×４）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１００のカラーフィルタ層の色はＢまたはＲとされており、１行毎に全画素が位相差検出画素１００とされ、位相差検出画素１００の行は交互に位相が半位相ずつずらして配置されている。位相差検出画素１００の各行には、Ｂの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒとＲの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒが交互に配置されている。
なお、固体撮像素子における位相差検出画素１００の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。
＜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＞
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。
図４６のＢは、位相差検出画素１１０ｌ，１１０ｃ，１１０ｒのCRA＝0degにおける斜入射特性を示しており、横軸は入射角、縦軸は感度である。また、図４６のＢにおける曲線ｌは位相差検出画素１１０ｌの、曲線ｃは位相差検出画素１１０ｃの、曲線ｒは位相差検出画素１１０ｒの、曲線ｎは位相差検出画素１１０と色が異なる通常画素３０の斜入射特性をそれぞれ示しており、曲線２ｎは曲線ｎを２倍したものである。
同図Ｂから明らかなように、位相差検出画素１１０ｃの感度を表す曲線ｃは、通常画素３０の感度の２倍値を表す曲線２ｎとほぼ一致する。したがって、位相差検出画素１１０の出力を色信号として用いる場合には、位相差検出画素１１０ｃの出力を用いるようにし、位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒの出力については、位相差検出信号の算出に用いるようにする。
位相差検出画素１１０と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
図４７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１１０の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の２４（＝４×６）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１１０のカラーフィルタ層の色はＧとされており、１行毎に全画素が位相差検出画素１１０とされ、位相差検出画素１１０の行は交互に位相が半位相ずつずらして配置されている。
ところで、位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒの出力を、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号に用いないと、斜入射範囲が広いレンズ（Ｆ値が小さいレンズ）では、一部の信号が常時位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒに集光して感度ロスが発生してしまう。そこで、位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒの出力も色信号として用いるようにしてよい。
具体的には、図４７のＡに示される位相差検出画素１１００の位置に対応するＧ成分の色信号１００Ｇを、位相差検出画素１１００とその周囲の同色の位相差検出画素１１０１乃至１１０６の出力を用いて演算するようにする。
１１０Ｇ＝１１０Ｓ（１１０Ｂ／１１０Ａ）
ここで、１１０Ｓ，１１０Ａ，１１０Ｂは以下のとおりである。
１１０Ｓ＝１１００ｌ＋１１００ｌ＋１１００ｒ
１１０Ａ＝（ｚ０（１１００ｌ＋１１００ｃ＋１１００ｒ）＋ｚ１（１１０１ｌ＋１１０１ｃ＋１１０１ｒ）＋ｚ２（１１０２ｌ＋１１０２ｃ＋１１０２ｒ）＋ｚ３（１１０３ｌ＋１１０３ｃ＋１１０３ｒ）＋ｚ４（１１０４ｌ＋１１０４ｃ＋１１０４ｒ）＋ｚ５（１１０５ｌ＋１１０５ｃ＋１１０５ｒ）＋ｚ６（１１０６ｌ＋１１０６ｃ＋１１０６ｒ））／（ｚ０＋ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋ｚ４＋ｚ５＋ｚ６）
１１０Ｂ＝（ｚ０（１１００ｌ＋１１００ｒ）＋ｚ１（１１０１ｌ+１１０１ｒ）＋ｚ２（１１０２ｌ+１１０２ｒ）＋ｚ３（１１０３ｌ+１１０３ｒ）＋ｚ４（１１０４ｌ+１１０４ｒ）＋ｚ５（１１０５ｌ+１１０５ｒ）＋ｚ６（１１０６ｌ+１１０６ｒ））／（ｚ０＋ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋ｚ４＋ｚ５＋ｚ６）
なお、１１０Ａ，１１０Ｂにおけるｚ０乃至ｚ６は所定の係数であり、例えば全て１であってもよいし、中心の画素からの空間的な距離に応じて、重み付けを行ってもよいし、位相差検出画素１１０の３つの出力ｌ，ｃ，ｒに対してさらに細分化した係数を設定するようにしてもよく、解像度とＳＮ比のバランスを考慮して設定すればよい。
このようにして算出される色信号１１０Ｇは、斜入射特性を通常画素に一致させながらノイズレベルを圧縮させたものとなり、画像のＳＮ比を改善することができる。
なお、固体撮像素子における位相差検出画素１１０の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。例えば、図４３乃至図４５と同様の色や配置を適用できる。
＜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６の構成例＞
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。
なお、図示は省略するが、位相差検出画素１２０の斜入射特性は、図４２のＢと同様となる。したがって、位相差検出画素１２０の出力を色信号として用いる場合には、１６区画に分割された位相差検出画素１２０の中心の４つの区画の出力を用いるようにし、その他の区画の出力については、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号には用いないようにする。
図４９は、位相差検出画素１２０の固体撮像素子における配置例を示している。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ＢまたはＲとされており、固体撮像素子において、ＢまたはＲの位相差検出画素１２０と、Ｇの通常画素３０はベイヤ配列に従って配置されている。
なお、固体撮像素子における位相差検出画素１２０の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。
位相差検出画素１２０と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
＜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７の構成例＞
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。
なお、図示は省略するが、位相差検出画素１３０の斜入射特性は、図４６のＢと同様となる。したがって、位相差検出画素１３０の出力を色信号として用いる場合には、９区画に分割された位相差検出画素１２０の中心の１区画の出力を用いるようにし、その他の区画の出力については、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号には用いないようにする。
図５１は、位相差検出画素１３０の固体撮像素子における配置例を示している。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ＢまたはＲとされており、固体撮像素子において、ＢまたはＲの位相差検出画素１３０と、Ｇの通常画素３０はベイヤ配列に従って配置されている。
なお、固体撮像素子における位相差検出画素１３０の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。
位相差検出画素１３０と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
＜本開示の適用した固体撮像素子の使用例＞
図５２は、上述の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
該固体撮像素子は、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
本開示の実施の形態は、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。
本開示は以下のような構成も取ることができる。
（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。
３０ 通常画素， ３１ 個別型オンチップレンズ， ３２ カラーフィルタ層， ３３ 画素間遮光構造， ３４ 光電変換部， ３５ 信号配線層， ４０ 位相差検出画素， ４１ 共有型オンチップレンズ， ５０ 位相差検出画素， ５１，５２ 共有型オンチップレンズ， ５３ ダミー集光素子構造， ６０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０ 位相差検出画素

Claims (12)

  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３つ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２つの共有型オンチップレンズが形成されており、
    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おり、
    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
    固体撮像素子。
  2. 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１に記載の固体撮像素子。
  3. 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１または請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 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１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像素子。
  5. 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１から請求項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１から請求項４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１から請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子。
  8. 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７に記載の固体撮像素子。
  9. 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
    請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体撮像素子。
  10. 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１から請求項９のいずれかに記載の固体撮像素子。
  11. 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１から請求項８のいずれかに記載の固体撮像素子。
  12. 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機器において、
    前記位相差検出画素には、隣接する３つ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２つの共有型オンチップレンズが形成されており、
    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おり、
    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
    電子機器。
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