KR102556653B1 - 고체 촬상 소자, 및 전자 장치 - Google Patents

고체 촬상 소자, 및 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는, 입사광에 대한 감도 저하나 위상차 검출 정밀도의 저하 등의 부적합함을 회피한 위상차 검출 화소를 실현할 수 있도록 하는 고체 촬상 소자, 및 전자 장치에 관한 것이다. 본 개시의 제1의 측면인 고체 촬상 소자는, 화상의 화소 신호를 생성하는 통상 화소와, 상면 위상차 AF 기능을 제어하기 위한 위상차 신호 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 위상차 검출 화소가 혼재된 고체 촬상 소자에서, 상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소마다, 상기 위상차 신호의 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있다. 본 개시는, 이면 조사형 CMOS 이미지 센서와, 그것을 탑재하는 전자 장치에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 소자, 및 전자 장치{SOLID-STATE IMAGE PICKUP ELEMENT AND ELECTRONIC DEVICE}
본 개시는, 고체 촬상 소자, 및 전자 장치에 관한 것으로, 특히, 상면(像面) 위상차 AF(Auto Focus) 기능을 실현하기 위한 위상차 검출 화소가 배치되는 경우에 사용하기 알맞은 고체 촬상 소자, 및 전자 장치에 관한 것이다.
종래, 촬상 기능을 구비한 디지털 카메라로 대표되는 전자 장치에 채용되고 있는 AF 기능의 한 방식으로서 상면 위상차 AF가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 상면 위상차 AF를 실현하는 고체 촬상 소자에는, 화상을 구성하는 화소 신호(색신호)를 얻기 위한 통상(通常) 화소에 더하여 입사광을 동분할(瞳分割)하기 위한 위상차 검출 화소가 소정의 위치에 배치되어 있다.
종래의 위상차 검출 화소는, 온 칩 렌즈와 광전 변환층과의 사이에, 온 칩 렌즈의 광축(광학 중심)에 대해 개구를 치우치게 한 금속 차광막이 형성되어 있다. 또한, 인접하여 배치되는 쌍(對)이 되는 위상차 검출 화소 사이에는, 광학적인 혼색을 저감시키기 위한 차광 구조가 마련되어 있다.
그리고, 개구의 위치가 다른 위상차 검출 화소쌍(예를 들면, 좌측이 개구되어 있는 위상차 검출 화소와 우측이 개구되어 있는 위상차 검출 화소)의 출력에 의거하여 위상차 신호가 산출되어, 포커스의 제어에 이용된다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2007-304188호 공보
상술한 종래의 위상차 검출 화소에서는, 금속 차광막에 의해 개구가 제한되어 있기 때문에, 통상 화소에 비교하여, 입사광에 대한 감도의 저하가 회피할 수 없게 된다. 이 때문에, 예를 들면 암소(暗所)에서 촬영을 행하는 경우에 상면 위상차 AF를 이용할 수 없는 등의 실용상의 폐해가 생길 수 있다.
또한, 금후는 더욱 고체 촬상 소자에서의 화소수의 증가에 수반하여 화소 사이즈의 미세화가 상정된다. 그 경우, 입사광의 금속 차광막에서의 반사뿐만 아니라 회절 등의 전자파적인 행동의 영향이 현저해저서, 위상차 검출의 정밀도의 저하, 반사·회절 성분의 인접 화소에의 혼입에 수반하는 화질 특성의 열화 등이 발생할 수 있다.
또한, 금속 차광막을 구비하는 위상차 검출 화소는, 입사각 변화에 대해 감도 응답을 나타내는 각도(角度) 범위가 좁기 때문에, 밝은 F값을 갖는 렌즈나 CRA(Chief Ray Angle)가 크게 변화하는 광학 줌렌즈 등에는 대응이 곤란해진다.
본 개시는 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 입사광에 대한 감도 저하나 위상차 검출 정밀도의 저하 등의 부적합함을 회피 가능한 위상차 검출 화소를 제안하는 것이다.
본 개시의 제1의 측면인 고체 촬상 소자는, 화상의 화소 신호를 생성하는 통상 화소와, 상면 위상차 AF 기능을 제어하기 위한 위상차 신호 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 위상차 검출 화소가 혼재된 고체 촬상 소자에서, 상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소마다, 상기 위상차 신호의 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 공유형(共有型) 온 칩 렌즈가 형성되어 있다.
상기 통상 화소에는, 상기 통상 화소마다, 상기 화상의 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 개별형(個別型) 온 칩 렌즈가 형성되어 있도록 할 수 있다.
상기 통상 화소와 상기 통상 화소의 사이, 및 상기 통상 화소와 상기 위상차 검출 화소의 사이에는 화소 사이 차광 구조를 가질 수 있다.
상기 위상차 검출 화소와 상기 위상차 검출 화소의 사이에도 화소 사이 차광 구조를 가질 수 있다.
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부의 개구를 제한하는 개구 차광 구조를 가질 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 2화소마다 하나의 상기 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 3화소마다 2개의 상기 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있도록 할 수 있다.
상기 통상 화소에 형성되어 있는 상기 개별형 온 칩 렌즈와, 상기 위상차 검출 화소에 형성되어 있는 상기 공유형 온 칩 렌즈와의 경계는, 개략 사각형 또는 개략 육각형으로 할 수 있다.
상기 통상 화소에 형성되어 있는 상기 개별형 온 칩 렌즈와, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소에 형성되어 있는 상기 공유형 온 칩 렌즈와의 사이에는, 더미 집광 소자 구조가 형성되어 있도록 할 수 있다.
상기 더미 집광 소자 구조는, 상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소에 대해 비대칭으로 형성되어 있도록 할 수 있다.
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 체크무늬형상으로 배치되어 있도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소는, 행방향 또는 열방향의 적어도 일방에 직선형상(直線狀)으로 배치되어 있도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소는, 행방향 또는 열방향의 적어도 일방에 스트라이프형상으로 배치되어 있도록 할 수 있다.
상기 스트라이프형상의 이웃하는 스트라이프에 배치되어 있는 상기 위상차 검출 화소끼리는, 위상이 어긋나 있도록 할 수 있다.
3종류 이상의 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 화소마다 가지며, 상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 같은 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 상기 컬러 필터를 갖도록 할 수 있다.
3종류 이상의 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 화소마다 가지며, 상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 상기 컬러 필터를 갖도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소에 비교하여 화소 사이즈를 크게할 수 있다.
3종류 이상의 다른 파장 중의 특정한 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 갖는 모든 화소는, 상기 위상차 검출 화소로 할 수 있고, 상기 위상차 검출 화소의 출력은, 화상의 화소 신호로서도 이용할 수 있다.
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소의 정수배의 사이즈를 가질 수 있고, 상기 위상차 검출 화소의 상기 광전 변환부는, 상기 통상 화소의 광전 변환부와 같은 사입사(斜入射) 특성이 얻어지는 중심 영역을 포함하는 복수의 영역으로 분할되어 있고, 상기 중심 영역의 출력이 화상의 화소 신호로서도 이용할 수 있다.
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소의 2배의 사이즈를 가질 수 있고, 상기 위상차 검출 화소의 상기 광전 변환부는, 약 0.5 : 1 : 0.5로 3분할되어 있고, 상기 비(比)의 1에 대응하는 영역의 출력이 화상의 화소 신호로서도 이용할 수 있다.
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소의 2배의 사이즈를 가질 수 있고, 상기 위상차 검출 화소의 상기 광전 변환부는, 약 0.5 : 0.5 : 0.5 : 0.5로 4분할되어 있고, 상기 비의 중앙의 0.5와 0.5에 각각 대응하는 영역의 출력의 가산치가 화상의 화소 신호로서도 이용할 수 있다.
본 개시의 제2의 측면인 전자 장치는, 화상의 화소 신호를 생성하는 통상 화소와, 상면 위상차 AF 기능을 제어하기 위한 위상차 신호 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 위상차 검출 화소가 혼재된 고체 촬상 소자를 구비하는 전자 장치에서, 상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소마다, 상기 위상차 신호의 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있다.
본 개시의 제1의 측면에 의하면, 입사광에 대한 감도 저하나 위상차 검출 정밀도의 저하 등의 부적합함을 회피한 고체 촬상 소자를 실현을 할 수 있다.
본 개시의 제2의 측면에 의하면, 고정밀도의 상면 위상차 AF 기능을 구비하는 전자 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 통상 화소의 구성례를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1에 대응하는 단면도.
도 3은 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제1의 구성례를 도시하는 사시도.
도 4는 도 3에 대응하는 단면도.
도 5는 도 3의 공유형 온 칩 렌즈의 상면도.
도 6은 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제2의 구성례를 도시하는 단면도.
도 7은 도 6의 공유형 온 칩 렌즈의 상면도.
도 8은 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제3의 구성례를 도시하는 단면도.
도 9는 도 8의 공유형 온 칩 렌즈의 상면도.
도 10은 위상차 검출 화소의 제3의 구성례에서의 더미 집광 소자 구조의 위치와, 동보정의 보정량과의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 11은 위상차 검출 화소의 제3의 구성례에서의 더미 집광 소자 구조의 위치와, 동보정의 보정량과의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 12는 위상차 검출 화소의 제3의 구성례에서의 더미 집광 소자 구조의 위치와, 동보정의 보정량과의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 13은 위상차 검출 화소의 제3의 구성례의 변형례를 도시하는 단면도.
도 14는 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제4의 구성례를 도시하는 사시도.
도 15는 도 14에 대응하는 단면도.
도 16은 도 14의 공유형 온 칩 렌즈의 상면도.
도 17은 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제5의 구성례를 도시하는 단면도.
도 18은 도 17의 공유형 온 칩 렌즈의 상면도.
도 19는 제1 및 4의 구성례의 디바이스 감도의 입사각 의존성을 설명하기 위한 도면.
도 20은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 21은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 22는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 23은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 24는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 25는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 26은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 27은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 28은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 29는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 30은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 31은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 32는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 33은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 34는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 35는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 36은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 37은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 38은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 39는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 40은 위상차 검출 화소의 변형례의 배치례를 도시하는 도면.
도 41은 위상차 검출 화소의 출력을 색신호로서 이용하는 경우의 문제를 설명하는 도면.
도 42는 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제4의 구성례를 도시하는 도면.
도 43은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 44는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 45는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 46은 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제5의 구성례를 도시하는 도면.
도 47은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 48은 위상차 검출 화소의 제6의 구성례와 그 배치례를 도시하는 도면.
도 49는 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 50은 위상차 검출 화소의 제7의 구성례와 그 배치례를 도시하는 도면.
도 51은 위상차 검출 화소의 배치의 베리에이션을 도시하는 도면.
도 52는 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자를 사용하는 사용례를 도시하는 도면.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 최선의 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 통상 화소의 구성례>
처음에, 본 개시는 주로 고체 촬상 소자에 배치되는 위상차 검출 화소에 관한 것이지만, 위상차 검출 화소와의 비교를 위해, 위상차 검출 화소와 함께 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에 배치되는 통상 화소의 구성례에 관해 설명한다.
도 1은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 통상 화소(30)만을 4×4화소의 범위에서 발출(拔出)한 사시 모식도이고, 도 2는, 도 1의 A-A'에서의 단면 모식도이다.
통상 화소(30)는, 상면측(입사면측)부터 차례로, 개별형 온 칩 렌즈(31), 컬러 필터층(32), 화소 사이 차광 구조(33), 광전 변환부(34), 및 신호 배선층(35)으로 이루어진다.
개별형 온 칩 렌즈(31)는, 하층의 광전 변환부(34)에 대해 입사 전자파(이하, 입사광이라고 칭한다)를 보다 효율적으로 입사시키기 위해 화소마다 형성된다. 컬러 필터층(32)은, 입사광 중의 특정 파장을 하층측에 투과시키기 위해,예를 들면 베이어 배열 등에 따라 배치된 R, G, B 어느 하나의 색으로 착색된 컬러 필터가 각 화소를 덮도록 형성되어 있다.
화소 사이 차광 구조(33)는, 인접하는 화소 사이의 광학적인 혼색을 저감하기 위해 금속재료 등에 의해 형성된다. 광전 변환부(34)는, 개별형 온 칩 렌즈(31) 및 컬러 필터층(32)을 통하여 입사하는 입사광에 응하여 전하를 발생하여 축적하는 포토 다이오드로 이루어진다. 신호 배선층(35)은, 광전 변환부(34)에 의해 발생, 축적된 신호 전하를 판독하여 후단에 출력한다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제1의 구성례>
다음에, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제1의 구성례에 관해 설명한다. 도 3은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 16(=4×4)화소의 범위를 발출하여 도시한 사시 모식도이고, 이 중의 2화소가 제1의 구성례로서의 위상차 검출 화소(40)이고, 그 밖의 14화소가 통상 화소(30)이다. 도 4는, 도 3의 A-A'에서의 단면 모식도이고, 중앙의 2화소가 위상차 검출 화소(40)이다. 또한, 위상차 검출 화소(40)와 통상 화소(30)에서 공통되는 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있기 때문에, 그 설명은 적절히 생략한다. 이후에 설명하는 제2의 구성례 등에 관해서도 마찬가지로 한다.
위상차 검출 화소(40)는, 상면측(입사면측)부터 차례로, 공유형 온 칩 렌즈(41), 컬러 필터층(32), 화소 사이 차광 구조(33), 광전 변환부(34), 및 신호 배선층(35)으로 이루어진다.
도 5는, 공유형 온 칩 렌즈(41)의 상면도를 도시하고 있다. 동 도면에 도시되는 바와 같이, 공유형 온 칩 렌즈(41)는, 인접하는 복수(동 도면의 경우, 2)의 위상차 검출 화소(40)를 덮도록 형성된다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 제1의 구성례는, 2개의 위상차 검출 화소(40)가 공유형 온 칩 렌즈(41)를 공유하는 구성을 갖고 있다.
또한, 공유형 온 칩 렌즈(41)를 공유하는 복수의 위상차 검출 화소(40)의 사이에는, 통상 화소(30)끼리의 사이, 및 통상 화소(30)와 위상차 검출 화소(40)의 사이에 형성되는 화소 사이 차광 구조(33)가 형성되지 않는다. 단, 공유형 온 칩 렌즈(41)를 공유하는 복수의 위상차 검출 화소(40)의 사이에 화소 사이 차광 구조(33)를 형성하여도 좋다.
도시한 바와 같이, 통상 화소(30)와 위상차 검출 화소(40)가 배치되는 고체 촬상 소자에서는, 통상 화소(30)에 의해 촬상 화상의 고해상도화, 고화질화가 실현될 수 있다. 또한, 위상차 검출 화소(40)에서는, 광을 차광 구조로 블록하는 일 없이 공유형 온 칩 렌즈(41)의 집광력으로 위상차 검출하기 때문에, 감도가 높고, 분리비(分離比) 특성이 좋은 위상차 검출이 가능해진다. 또한, 광을 산란하거나, 회절되거나 하는 장애물이 광로 중에 없기 때문에 광의 산란, 회절에 의해 생길 수 있는 인접 화소의 혼색이 억제되기 때문에, 화질 열화도 막을 수 있다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제2의 구성례>
다음에, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제2의 구성례에 관해 설명한다. 도 6은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 인접하는 4화소의 단면 모식도이고, 중앙의 2화소가 제2의 구성례로서의 위상차 검출 화소(50)이다.
제2의 구성례인 위상차 검출 화소(50)는, 제1의 구성례인 위상차 검출 화소(40)의 공유형 온 칩 렌즈(41)를, 공유형 온 칩 렌즈(51)로 치환한 것이다. 즉, 도 6에 도시된 제2의 구성례는, 2개의 위상차 검출 화소(50)가 공유형 온 칩 렌즈(51)를 공유하는 구성을 갖고 있다.
도 6은, 2개의 위상차 검출 화소(50)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(51)와, 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)의 상면도를 도시하고 있다.
공유형 온 칩 렌즈(51)를 개별형 온 칩 렌즈(31)와 같은 제조 방법에 의해 형성한 경우, 개별형 온 칩 렌즈(31)는 인접 화소 사이에서 거의 갭 없이 평면 충전되어 있고, 그 형상이 개략 사각형이 됨에 대해, 공유형 온 칩 렌즈(51)는 그 형상이 개략 6각형 형상이 된다. 이에 의해 통상 화소(30)와 위상차 검출 화소(50)의 집광 소자 구조(온 칩 렌즈)의 사이에 갭이 생기는 일 없이, 위상차 검출 화소(50)의 감도를 높게 하는 것이 가능해진다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제3의 구성례>
다음에, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제3의 구성례에 관해 설명한다. 도 8은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 인접하는 4화소의 단면 모식도이고, 중앙의 2화소가 제3의 구성례로서의 위상차 검출 화소(60)이다.
제3의 구성례인 위상차 검출 화소(60)는, 제1의 구성례인 위상차 검출 화소(40)의 공유형 온 칩 렌즈(41)를, 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)로 치환한 것이다. 즉, 도 8에 도시된 제3의 구성례는, 2개의 위상차 검출 화소(50)가 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)를 공유하는 구성을 갖고 있다.
도 9는, 2개의 위상차 검출 화소(60)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)와, 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)의 상면도를 도시하고 있다.
더미 집광 소자 구조(53)는, 위상차 검출 화소(60)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(52)와 인접하는 통상 화소(30)를 덮는 개별형 온 칩 렌즈(31)와의 사이에 형성된다. 더미 집광 소자 구조(53)를 마련함에 의해, 개별형 온 칩 렌즈(31) 및 공유형 온 칩 렌즈(52)는 인접 화소 사이에서 거의 갭 없이 평면 충전할 수 있고, 또한 그 구조 변형을 최소한으로 멈추어(留め) 광학 혼색이 적은 위상차 검출 화소를 실현할 수 있다.
<제3의 구성례인 위상차 검출 화소(60)에서의 더미 집광 소자 구조(53)의 위치와, 동보정(瞳補正)의 보정량과의 관계>
다음에, 도 10 내지 도 12는, 도 8에 도시된 제3의 구성례인 위상차 검출 화소(60)에서의 더미 집광 소자 구조(53)의 위치와, 동보정의 보정량과의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 각 도(圖)A는, 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)와, 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)의 상면 도, 각 도B는 단면도, 각 도C는, 각 위상차 검출 화소에서의 입사광의 입사각에 대한 디바이스 감도의 관계를 도시하고 있다.
도 10은, 인접하는 위상차 검출 화소(60A, 60B)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(52)의 중심을 위상차 검출 화소(60A)측으로 편심한 위치에 형성하고, 더미 집광 소자 구조(53)를 공유형 온 칩 렌즈(52)와, 위상차 검출 화소(60B)의 도면 중 우측에 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)와의 사이에 형성한 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 수직 방향(입사각 0)으로부터의 광에 대해서는 위상차 검출 화소(60A)의 쪽이 위상차 검출 화소(60B)보다도 감도가 높아진다. 따라서 결과로서, 수직 방향에 가까운 입사각으로의 광에 대해서는 위상차 검출 화소(60A)가 고감도가 되고, 도면 중 좌측부터의 경사 방향에서의 입사광에 대해서는 위상차 검출 화소(60B)의 감도가 상대적으로 높아지는 각도 응답을 갖는 위상차 검출 화소쌍(위상차 검출 화소(60A, 60B))를 실현할 수 있다.
도 11은, 인접하는 위상차 검출 화소(60A, 60B)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(52)의 중심을 양 화소의 중심과 일치시킨 위치에 형성하고, 더미 집광 소자 구조(53)를, 공유형 온 칩 렌즈(52)와, 위상차 검출 화소(60A, 60B) 각각과 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)와의 사이에 형성한 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 수직 방향(입사각 0)으로부터의 광에 대해서는 위상차 검출 화소(60A와 60B)의 감도는 동등해진다. 따라서 결과로서, 수직 방향에 가까운 입사각으로의 광에 대해서는 위상차 검출 화소(60A)가 고감도가 되고, 도면 중의 좌우 경사 방향에서의 입사광에 대해서는, 입사각 0을 기준으로 하여 좌우 대칭적인 각도 응답을 갖는 위상차 검출 화소쌍(위상차 검출 화소(60A, 60B))을 실현할 수 있다.
도 12는, 인접하는 위상차 검출 화소(60A, 60B)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(52)의 중심을 위상차 검출 화소(60B)측으로 편심한 위치에 형성하고, 더미 집광 소자 구조(53)를, 공유형 온 칩 렌즈(52)와, 위상차 검출 화소(60A)의 도면 중 좌측에 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)와의 사이에 형성한 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 수직 방향(입사각 0)으로부터의 광에 대해서는 위상차 검출 화소(60B)의 쪽이 위상차 검출 화소(60A)보다도 감도가 높아진다. 따라서 결과로서, 수직 방향에 가까운 입사각으로의 광에 대해서는 위상차 검출 화소(60B)가 고감도가 되고, 도면 중 우측부터의 경사 방향에서의 입사광에 대해서는 위상차 검출 화소(60A)의 감도가 상대적으로 높아지는 각도 응답을 갖는 위상차 검출 화소쌍(위상차 검출 화소(60A, 60B))를 실현할 수 있다.
도 10 내지 도 12에 도시된 위상차 검출 화소쌍을 고체 촬상 소자의 적절한 위치에 배치함에 의해, CRA 레인지가 넓은 줌렌즈 등에도 대응할 수 있는 고체 촬상 소자를 실현할 수 있다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제3의 구성례의 변형례>
다음에, 도 13은, 도 10의 B 내지 도 12의 B에 도시된 제3의 구성례인 위상차 검출 화소(60)의 변형례를 도시하고 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(60A, 60B)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)를 인접하는 통상 화소(30)상에 까지 어긋내어 형성하고, 이에 수반하여, 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)도 어긋내어 형성하도록 한 것이다.
도 13의 A의 변형례는, 도 10의 B에 도시된 상태로부터 또한, 개별형 온 칩 렌즈(31), 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)를, 도면 중 우측으로 어긋내어 형성한 것이다. 이 경우, 통상 화소(30C)의 개별형 온 칩 렌즈(31)는 우측으로 편심하고 있고, 그 동보정을 렌즈 광학계의 주(主) 광선과 동등하게 설계할 수 있다. 한편으로 위상차 검출 화소(60A, 60B)는, 그 우측에 더미 집광 소자 구조(53)를 형성하고 있음에 의해, 상대적으로 좌측부터의 광에 대해 위상차가 0이 되든지, 또는 위상차 검출 화소(60A, 60B)의 출력을 동등하게 할 수 있다.
도 13의 B의 변형례는, 도 11의 B에 도시된 상태로부터 또한, 개별형 온 칩 렌즈(31), 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)를, 도면 중 우측으로 어긋내어 형성한 것이다. 이 경우, 통상 화소(30C)의 개별형 온 칩 렌즈(31)는 우측으로 편심하고 있고, 그 동보정을 렌즈 광학계의 주 광선과 동등하게 설계할 수 있다. 한편으로 위상차 검출 화소(60A, 60B)는, 그 좌우에 더미 집광 소자 구조(53)를 균등하게 형성하고 있음에 의해, 통상 화소(30C)에서 감도 최대가 되는 입사각 방향과 동등한 각도로, 위상차 검출 화소(60A, 60B)의 출력을 동등하게 할 수 있다.
도 13의 C의 변형례는, 도 12의 B에 도시된 상태로부터 또한, 개별형 온 칩 렌즈(31), 공유형 온 칩 렌즈(52) 및 더미 집광 소자 구조(53)를, 도면 중 우측으로 어긋내어 형성한 것이다. 이 경우, 통상 화소(30C)의 개별형 온 칩 렌즈(31)는 우측으로 편심하고 있고, 그 동보정을 렌즈 광학계의 주 광선과 동등하게 설계할 수 있다. 한편으로 위상차 검출 화소(60A, 60B)는, 그 좌측에 더미 집광 소자 구조(53)를 형성하고 있음에 의해, 상대적으로 우측부터의 광에 대해 위상차가 0이 되든지, 또는 위상차 검출 화소(60A, 60B)의 출력을 동등하게 할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 더미 집광 소자 구조(53)의 크기, 폭, 그 배치를 변경함에 의해, 통상 화소(30)와 위상차 검출 화소(60)의 동보정의 보정량을 다른 크기로 설계하면, 예를 들면 광학 줌렌즈 등과 같은 초점 거리에 응하여 주 광선 각도가 크게 변화하는 경우에도, 고정밀도의 위상차 검출이 가능해진다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제4의 구성례>
다음에, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제4의 구성례에 관해 설명한다. 도 14는, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 16(=4×4)화소를 발출하여 도시한 사시 모식도이고, 이 중의 3화소가 제4의 구성례로서의 위상차 검출 화소(80)이고, 그 밖의 13화소가 통상 화소(30)이다. 도 15는, 도 14의 A-A'에서의 단면 모식도이고, 좌측의 3화소가 위상차 검출 화소(80)이다.
위상차 검출 화소(80)는, 상면측(입사면측)부터 차례로, 공유형 온 칩 렌즈(81), 컬러 필터층(32), 화소 사이 차광 구조(33), 광전 변환부(34), 및 신호 배선층(35)으로 이루어진다.
도 16은, 공유형 온 칩 렌즈(81)의 상면도를 도시하고 있다. 동 도면에 도시되는 바와 같이, 공유형 온 칩 렌즈(81)는, 2개의 공유형 온 칩 렌즈(81-1, 81-2)에 의해, 인접하는 3개의 위상차 검출 화소(80)를 덮도록 형성된다. 즉, 도 14 및 도 15에 도시된 제4의 구성례는, 3개의 위상차 검출 화소(80)가 2개의 공유형 온 칩 렌즈(81-1, 81-2)를 공유하는 구성을 갖고 있다.
또한, 2개의 공유형 온 칩 렌즈(81-1, 81-2)를 공유하는 3개의 위상차 검출 화소(80) 중, 중앙의 위상차 검출 화소(80)는 화소 개구의 거의 반분이 덮여 차광되어 있는 것으로 한다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제5의 구성례>
다음에, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제5의 구성례에 관해 설명한다. 도 17은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 인접하는 4화소의 단면 모식도이고, 좌측의 3화소가 제5의 구성례로서의 위상차 검출 화소(90)이다.
제5의 구성례인 위상차 검출 화소(90)는, 제4의 구성례인 위상차 검출 화소(80)의 공유형 온 칩 렌즈(81)를, 공유형 온 칩 렌즈(91)로 치환하는 것이고, 공유형 온 칩 렌즈(81)와 마찬가지로, 공유형 온 칩 렌즈(91)는, 2개의 공유형 온 칩 렌즈(91-1, 91-2)에 의해, 인접하는 3개의 위상차 검출 화소(90)를 덮도록 형성된다.
도 18은, 3개의 위상차 검출 화소(90)를 덮는 2개의 공유형 온 칩 렌즈(91-1, 91-2)와, 인접하는 통상 화소(30)의 개별형 온 칩 렌즈(31)의 상면도를 도시하고 있다.
공유형 온 칩 렌즈(91)를 개별형 온 칩 렌즈(31)와 같은 제조 방법에 의해 형성한 경우, 개별형 온 칩 렌즈(31)는 인접 화소 사이에서 거의 갭 없이 평면 충전되어 있고, 그 형상이 개략 사각형이 됨에 대해, 공유형 온 칩 렌즈(91)는 그 형상이 개략 6각형 형상이 된다. 이에 의해 통상 화소(30)와 위상차 검출 화소(90)의 집광 소자 구조(온 칩 렌즈)의 사이에 갭이 생기는 일 없이, 위상차 검출 화소의 감도를 높게 하는 것이 가능해진다.
<인접하는 3개의 위상차 검출 화소를 2개의 공유형 온 칩 렌즈로 덮는 경우의 입사광의 입사각에 대한 디바이스 감도의 관계>
도 19는 인접하는 3개의 위상차 검출 화소를 2개의 공유형 온 칩 렌즈로 덮는 경우의 입사광의 입사각에 대한 디바이스 감도의 관계를 설명하기 위한 것이다.
동 도면 상단에는, 금속 차광막을 이용하여 화소 개구의 좌반분이 차광된 종래형의 위상차 검출 화소(A)와, 우반분이 차광된 종래형의 위상차 검출 화소(B)의 디바이스 감도의 입사각 의존성을 나타내고 있다. 위상차 검출 화소(A)는 입사각도 +측부터의 광에 대해 고감도이고, 반대로, 위상차 검출 화소(B)는 -측의 각도로부터 입사하는 광에 대해 고감도이다. AF에 이용되는 위상차 정보는, 양자(兩者)의 신호 레벨의 차이로부터 산출된다.
동 도면 중단에는, 본 개시의 제1의 구성례인, 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 덮인 2개의 위상차 검출 화소(40A, 40B)의 디바이스 감도의 입사각 의존성을 나타내고 있다. 위상차 검출 화소(40A)는 입사각도 +측부터의 광에 대해 고감도이고, 반대로, 위상차 검출 화소(40B)는 -측의 각도로부터 입사하는 광에 대해 고감도이다. 또한, 그래프 중의 점선은 비교를 위해, 동 도면 상단에 도시된 종래의 위상차 검출 화소(A, B)에 대응하는 것이다. 동 도면에 도시되는 바와 같이, 제1의 구성례인 위상차 검출 화소(40A, 40B)에서는, 차광에 기인하는 감도 저하가 없기 때문에, 모든 입사각도에서 종래에 비교하여 높은 감도를 얻을 수 있다.
동 도면 하단에는, 본 개시의 제4의 구성례인, 2개의 공유형 온 칩 렌즈(81)에 의해 덮인 3개의 위상차 검출 화소(80A, 80B, 80C)와, 2개의 공유형 온 칩 렌즈(81)에 의해 덮인 3개의 위상차 검출 화소(80D, 80E, 80F)의 디바이스 감도의 입사각 의존성을 나타내고 있다. 단, 위상차 검출 화소(80B)는 화소 개구의 좌반분이 차광되고, 위상차 검출 화소(80E)는 화소 개구의 우반분이 차광되어 있다.
위상차 검출 화소(80A)는 입사각도 +측부터의 광에 대해 고감도이고, 반대로, 위상차 검출 화소(80C)는 입사각도 -측부터의 광에 대해 고감도이다. 또한, 위상차 검출 화소(80B)는 화소 개구의 중앙으로부터 좌측이 차광되어 있기 때문에, 상대적으로 감도가 낮고, 또한, 위상차 검출 화소(80C)보다도 큰 -측에서의 입사에 대해 피크 감도를 갖는다.
위상차 검출 화소(80F)는 입사각도 -측부터의 광에 대해 고감도이고, 반대로, 위상차 검출 화소(80D)는 입사각도 +측부터의 광에 대해 고감도이다. 또한, 위상차 검출 화소(80E)는 화소 개구의 중앙으로부터 우측이 차광되어 있기 때문에, 상대적으로 감도가 낮고, 또한, 위상차 검출 화소(80D)보다도 큰 +측에서의 입사에 대해 피크 감도를 갖는다.
상면 위상차 AF에 이용되는 위상차 정보는, 이들 복수 위상차 검출 화소(80)의 신호 레벨의 차이로부터 산출되는데, 각각의 위상차 검출 화소(80)가 피크 감도를 갖는 각도 범위가 넓어지는 것으로, 넓은 주 광선 레인지의 광에 대해 위상차를 검출할 수 있다.
<화소 배열의 베리에이션>
도 20은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 배치례를 도시하고 있다. 단, 동 도면은 고체 촬상 소자의 36화소를 6×6의 화소 범위를 발출한 것이고, 도면 중의 R, G, B는 각각 컬러 필터층(32)의 각 화소의 색을 나타내고 있다. 또한, 위상차 검출 화소(40) 이외의 통상 화소(30)에서의 컬러 필터층(32)의 색의 배치는 4(=2×2)화소로 1유닛을 구성하는 베이어 배열로 되어 있다. 또한, 유닛 내에서의 R, G, B의 각 색 필터의 배치는 도시하는 것으로 한정되는 것이 아니고 변경 가능하다. 또는, 컬러 필터층(32)의 각 화소의 색의 구성에 대해서도 R, G, B로 한정되는 것이 아니고, 변경 가능하다. 이후의 도면에서도 마찬가지이다.
동 도면의 배치례에서는, 도면 중 상측부터 3행째의 전부에 위상차 검출 화소(40)가 배치되어 있고, 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 같은 색(지금의 경우, G)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮여 있다.
1행의 모든 화소를 위상차 검출 화소(40)로 함으로써, 고정밀도, 고감도의 위상차 검출과 베이어 배열에 의한 고해상도 화상의 양립이 가능해진다.
도 21은, 도 20의 배치례에서의 위상차 검출 화소(40)를 1열 어긋낸 배치례를 도시하고 있다. 하나의 고체 촬상 소자에는, 도 20의 배치례와 도 21의 배치례와 같이, 위상을 반위상 어긋낸 위상차 검출 화소(40)를 혼재시키는 것이 바람직하다. 도 22는, 도 20의 배치례에 대해, 또한, 도면 중 상측부터 5행째의 모든 화소에도 위상차 검출 화소(40)를 배치한 것이고, 2×4화소로 FD 가산을 상정한 배치례를 도시하고 있다. FD 가산에 대응하여 동위상의 위상차 검출 화소의 출력 신호의 가산을 가능하게 한 배치를 채용함에 의해, 고정밀도, 고감도의 위상차 검출과 베이어 배열에 의한 고해상도 화상의 양립이 가능해진다.
도 23은, 도면 중 중앙의 4(=2×2)화소에 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 가로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 같은 색(지금의 경우, G)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮인 배치례를 도시하고 있다.
도 24는, 도 23의 배치례에서의 위상차 검출 화소(40)를 1열 어긋낸 배치례를 도시하고 있다. 하나의 고체 촬상 소자에는, 도 23의 배치례와 도 24의 배치례와 같이, 위상을 반위상 어긋낸 위상차 검출 화소(40)를 혼재시키는 것이 바람직하다. 도 25는, 도면 중 중앙의 4(=2×2)화소에 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 세로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 같은 색(지금의 경우, G)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮인 배치례를 도시하고 있다.
도 26은, 도면 중 중앙의 4(=2×2)화소에 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 같은 색(지금의 경우, G)의 4개의 위상차 검출 화소(40)가 덮인 배치례를 도시하고 있다.
도 27은, 도면 중 중앙의 4(=2×2)화소에, 색의 배치가 베이어 배열의 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 가로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 이색(異色)(지금의 경우, R과 G, G와 B)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮인 배치례를 도시하고 있다.
도 28은, 도 27의 배치례에서의 위상차 검출 화소(40)를 1열 어긋낸 배치례이고, 가로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 이색(지금의 경우, G와 R, B와 G)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮인 배치례를 도시하고 있다. 하나의 고체 촬상 소자에는, 도 27의 배치례와 도 28의 배치례와 같이, 위상을 반위상 어긋낸 위상차 검출 화소(40)를 혼재시키는 것이 바람직하다. 도 29는, 도면 중 중앙의 8(=2×4)화소에, 색의 배치가 베이어 배열의 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 가로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 이색(지금의 경우, G와 B, R과 G)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮여 있고, 2×4화소로의 FD 가산을 상정한 배치례를 도시하고 있다.
도 30은, 도면 중 중앙의 4(=2×2)화소에, 색의 배치가 베이어 배열의 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 세로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 이색(지금의 경우, R과 G, G와 B)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮인 배치례를 도시하고 있다.
도 31은, 도면 중 상측부터 3행째와 4행째의 모든 화소의 색의 배치가 베이어 배열의 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 가로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 이색(지금의 경우, R과 G, G와 B)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮인 배치례를 도시하고 있다.
도 32는, 도 31의 배치례에서의 위상차 검출 화소(40)의 위상을 반위상 어긋낸 배치례를 도시하고 있다. 하나의 고체 촬상 소자에는, 도 31의 배치례와 도 32의 배치례와 같이, 위상을 반위상 어긋낸 위상차 검출 화소(40)를 혼재시키는 것이 바람직하다. 도 33은, 도면 중 상측부터 2 내지 5행째의 모든 화소에, 색의 배치가 베이어 배열의 위상차 검출 화소(40)가 배치되고, 가로로 길다란 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 이색(지금의 경우, G와 B, R과 G)의 위상차 검출 화소(40)가 2화소마다 덮여 있고, 2×4화소로의 FD 가산을 상정한 배치례를 도시하고 있다.
도 34는, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 배치례이고, 고체 촬상 소자의 16(=4×4)화소 또는 24(=6×4)화소를 발출하여 도시한 것이다.
동 도A의 배치례는, 위상차 검출 화소(40)에 관해서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는(G의 컬러 필터로 덮여진) 2화소가 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)로 덮이고, 또한, 각 행에서 인접하지 않도록 체크무늬형상으로 배치되어 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, 같은 색에 대해 선택적인 감도를 갖는(같은 색의 컬러 필터로 덮여진) 2화소가 행방향으로 인접하여 배치되어 있다.
동 도B의 배치례는, 위상차 검출 화소(40)에 관해서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 2화소가 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)로 덮이고, 또한, 각 행에서 인접하지 않도록 체크무늬형상으로 배치되어 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, N행째에는 R, B의 순서로 배치되고, N+1행째에는 B, R의 순서로 배치되어 있다.
동 도C의 배치례는, 위상차 검출 화소(40)에 관해서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 2화소가 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)로 덮이고, 또한, 각 행에서 인접하지 않도록 체크무늬형상으로 배치되어 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, 각 행에 R, B의 순서로 배치되어 있다.
동 도D의 배치례는, 위상차 검출 화소(40)에 관해서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 2화소가 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)로 덮이고, 또한, 각 행에서 인접하지 않도록 체크무늬형상으로 배치되어 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, 모든 행과 열에 R, B가 존재하고, 쌍이 되는 2개의 위상차 검출 화소(40)의 양 옆은 항상 같은 색이 배치되어 있다.
도 35는, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 배치례이고, 고체 촬상 소자의 16(=4×4)화소를 발출하여 도시한 것이다. 동 도A 내지 동 도D에 도시되는 배치례에서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 위상차 검출 화소(40)가 가로(행) 스트라이프형상으로 연속하여 배치되어 있고, 그 위상은 모든 행에서 공통이다.
동 도A의 경우, 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 각 행의 R, B의 배치가 동일하고, 같은 색이 연속하지 않도록 배치되어 있다.
동 도B의 경우, 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 같은 색의 연속을 허용하여 배치되어 있다.
동 도C의 경우, 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 각 행의 R, B의 배치가 다르고, 또한, 같은 색이 연속하지 않도록 배치되어 있다.
동 도D의 경우, 통상 화소의 배치가 동 도B에 도시된 배치례로부터 1열만큼 어긋내어 배치되어 있다.
도 36은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 배치례이고, 고체 촬상 소자의 16(=4×4)화소를 발출하여 도시한 것이다. 동 도A 내지 동 도D에 도시되는 배치례에서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 위상차 검출 화소(40)가 가로(행) 스트라이프형상으로 연속하여 배치되어 있고, 그 위상은 행마다 반위상만큼 어긋내어 배치되어 있다.
동 도A의 경우, 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 각 행의 R, B의 배치가 동일하고, 같은 색이 연속하지 않도록 배치되어 있다.
동 도B의 경우, 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 같은 색의 연속을 허용하여 배치되어 있다.
동 도C의 경우, 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 각 행의 R, B의 배치가 다르고, 또한, 같은 색이 연속하지 않도록 배치되어 있다.
동 도D의 경우, 통상 화소의 배치가 동 도B에 도시된 배치례로부터 1열만큼 어긋내어 배치되어 있다.
도 37은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 배치례이고, 고체 촬상 소자의 16(=4×4)화소를 발출하여 도시한 것이다. 단, 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(40)의 컬러 필터층의 색은 R 또는 B로 되어 있다.
즉, 동 도A에 도시되는 배치례는, R에 대해 선택적인 감도를 갖는 위상차 검출 화소(40)가 가로 스트라이프형상으로 연속하여 배치되어 있고, 그 위상이 행마다 반위상만큼 어긋내어 배치되어 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 각 행의 G, B의 배치가 동일하고, 같은 색이 연속하지 않도록 배치되어 있다.
동 도B에 도시되는 배치례는, B에 대해 선택적인 감도를 갖는 위상차 검출 화소(40)가 가로 스트라이프형상으로 연속하여 배치되어 있고, 그 위상이 행마다 반위상만큼 어긋내어 배치되어 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, 행방향으로 본 경우, 각 행의 R, G의 배치가 동일하고, 같은 색이 연속하지 않도록 배치되어 있다.
도시된 바와 같이, 위상차 검출 화소(40)의 컬러 필터층의 색은 G로 한하지 않고, R 또는 B로 하여도 좋다. 이 경우, 위상차 검출 화소(40)를 덮는 컬러 필터의 색을 G로 한 경우에 비교하여 감도는 1/2 정도이지만, 위상차 검출 화소(40)를 덮는 공유형 온 칩 렌즈(41)의 면적이, 통상 화소(30)를 덮는 개별형 온 칩 렌즈(31)의 2배 있기 때문에, 동등 출력아 되어, 감도비는 양호하게 된다.
도 38은, 도 36의 A에 도시된 배치례에서의 위상차 검출 화상(40)의 구성을 변형한 것이다. 동 도A는, 2화소분의 위상차 검출 화상(40)의 영역을 불균등(1 : 3)하게 2분할한 것을 나타내고 있다. 동 도B는, 2화소분의 위상차 검출 화상(40)의 영역을 균등하게 3분할하여 다시점화(多視点化)한 것을 나타내고 있다. 동 도면에 도시된 바와 같이, 2화소분의 위상차 검출 화상(40)의 영역을 1 : 1과는 다른 비율로 적절하게 복수로 분할하면, 사입사(斜入射) 특성의 개선이 기대될 수 있다. 또한, 도 38에 도시된 변형례를 또한 변형하여, 도 37에 도시된 바와 같이, 위상차 검출 화소(40)를 덮는 컬러 필터의 색을 R 또는 B로 하여도 좋다.
도 39는, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 배치례이고, 고체 촬상 소자의 16(=4×4)화소를 발출하여 도시한 것이다. 동 도A 내지 동 도D에 도시되는 배치례에서는, 위상차 검출 화소(40)에 관해서는, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 4화소가 하나의 공유형 온 칩 렌즈(41)에 의해 덮여 있다. 통상 화소(30)에 관해서는, R 또는 B에 대해 선택적인 감도를 가지며, 1 화소씩 개별형 온 칩 렌즈(31)에 의해 덮여 있다.
동 도A의 경우, G의 위상차 검출 화소(40) 이외의 2×2화소 영역에는, R의 통상 화소(30)만, 또는 B의 통상 화소(30)만이 배치되어 있다.
동 도B의 경우, G의 위상차 검출 화소(40) 이외의 2×2화소 영역에는, R 또는 B의 같은 색의 통상 화소(30)가 열방향으로 인접하여 배치되어 있다. 단, 각 2×2화소 영역에서의 R 및 B의 통상 화소(30)의 배치는 다르다.
동 도C의 경우, G의 위상차 검출 화소(40) 이외의 2×2화소 영역에는, R 또는 B의 같은 색 통상 화소(30)가 열방향으로 인접하여 배치되어 있다. 단, 각 2×2화소 영역에서의 R 및 B의 통상 화소(30)의 배치는 공통이다.
동 도D의 경우, G의 위상차 검출 화소(40) 이외의 2×2화소 영역에는, R 또는 B의 같은 색 통상 화소(30)가 경사 방향으로 인접하여 배치되어 있다. 단, 각 2×2화소 영역에서의 R 및 B의 통상 화소(30)의 배치는 공통이다.
도 40은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(40)의 변형례의 배치례이고, 고체 촬상 소자의 18(=6×3)화소를 발출하여 도시한 것이다. 이 변형례는, 위상차 검출 화소쌍의 사이즈를 통상 화소의 사이즈보다도 크게 형성한 것이고, 위상차 검출 화소쌍은 체크무늬형상으로 배치된다.
동 도A의 경우, G에 대해 선택적인 감도를 갖는 Gl, Gr이 위상차 검출 화소쌍이고, 그 사이즈가, R 또는 B에 대해 선택적인 감도를 갖는 통상 화소의 사이즈보다도 크게 형성되어 있다.
동 도B의 경우, R에 대해 선택적인 감도를 갖는 Rl, Rr과, B에 대해 선택적인 감도를 갖는 Bl, Br이 위상차 검출 화소쌍이고, 그 사이즈가 G에 대해 선택적인 감도를 갖는 통상 화소의 사이즈보다도 크게 형성되어 있다.
<위상차 검출 화소의 출력을 색신호로서 이용하는 경우의 문제에 관해>
그런데, 예를 들면 도 20 등에 도시된 배치례와 같이, 특정한 색(도 20의 경우는 G)에 관해 통상 화소(30)와 위상차 검출 화소(40)가 고체 촬상 소자상에 배치되어 있는 경우, 위상차 검출 화소(40)의 위치에 대응하는 색신호는 같은 색의 부근의 통상 화소(30)의 출력을 이용하여 보간할 수 있기 때문에, 위상차 검출 화소(40)의 출력은 위상 검출 신호를 산출하는 용도만큼 이용하면 좋다.
그렇지만, 예를 들면 도 34 등에 도시된 배치례와 같이, 특정한 색(도 34의 경우는 G)의 모든 화소가 위상차 검출 화소(40)로 되어 있는 경우, 같은 색의 통상 화소(30)는 존재하지 않기 때문에, 위상차 검출 화소(40)의 출력은 위상 검출 신호를 산출하는 용도뿐만 아니라 색신호로서도 이용할 필요가 있다.
단, 위상차 검출 화소(40)의 출력을 색신호로서도 이용한 경우, 그 특정한 색과는 다른 색(도 34의 경우, R, B)의 통상 화소(30)와 온 칩 렌즈의 형상이 다르기 때문에 사입사 특성에 차이가 있어서 이하의 문제가 생겨 버린다. 이 문제에 관해 도 41을 참조하여 설명한다.
도 41의 A는, 같은 색의 2화소의 위상차 검출 화소(40)로 이루어지는 위상차 검출 화소쌍이 공유형 온 칩 렌즈(41)를 공유하는 경우를 도시하고 있고, 일방을 위상차 검출 화소(40l)(light), 타방을 위상차 검출 화소(40r)(right)라고 칭한다.
도 41의 B는, 위상차 검출 화소(40l, 40r)의 CRA=0deg에서의 사입사 특성을 나타내고 있고, 횡축은 입사각, 종축은 감도(感度)이다. 또한, 도 41의 B에서의 곡선(l)은 위상차 검출 화소(40l)의, 곡선(r)은 위상차 검출 화소(40r)의, 곡선(n)은 위상차 검출 화소(40)와 색이 다른 통상 화소(30)의 사입사 특성을 각각 나타내고 있고, 곡선(l+r)은 곡선(l)과 곡선(r)을 가산한 것, 곡선(2n)은 곡선(n)을 2배한 것이다.
위상차 검출 화소(40l)와 위상차 검출 화소(40r)의 감도의 가산치를 나타내는 곡선(l+r)이, 통상 화소(30)의 감도의 2배치를 나타내는 곡선(2n)과 일치하면, 위상차 검출 화소(40l, 40r)와 통상 화소(30)의 사입사 특성은 일치하는 것이 되지만, 도 41의 B로부터 분명한 바와 같이 양자는 일치하지 않는다.
이와 같이, 위상차 검출 화소(40l, 40r)와 통상 화소(30)의 사입사 특성이 다른 고체 촬상 소자는, 스마트 폰 등에 채용되어 있는 고정 초점 카메라에 탑재하는 한(分)에서는 지장 없다. 그렇지만, 조리개(F)값이나 초점 거리(f)가 가변으로 되어 있는 촬상 장치(일안(一眼) 리플렉스 카메라, 컴팩트 카메라 등)에 탑재하면, 위상차 검출 화소(40l, 40r)와 통상 화소(30)의 감도비가 변화하여 WB(화이트 밸런스) 어긋남이 생긴다는 부적합함이 발생하여 버린다.
그래서 이하에서는, 그와 같은 부적합함의 발생을 억제할 수 있는, 사입사 특성이 통상 화소와 일치하도록 한 위상차 검출 화소의 구성례(본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제4의 구성례)를 설명한다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제4의 구성례>
도 42의 A는, 위상차 검출 화소의 제4의 구성례를 도시하고 있다. 이 위상차 검출 화소(100)는, 통상 화소(30)의 2화소분의 사이즈로 되어 있고, 광전 변환부에 관해서는 통상 화소(30)의 2화소분의 사이즈가 횡방향으로 약 0.5 : 0.5 : 0.5 : 0.5로 4분할되어 있고, 각각에서 생성된 전하가 개별적으로 출력될 수 있게 되어 있다. 이하, 통상 화소(30)의 2화소분의 사이즈가 4등분되어 있는 위상차 검출 화소(100)를 도면 중 좌측부터 차례로, 위상차 검출 화소(100ll), 위상차 검출 화소(100l), 위상차 검출 화소(100r), 위상차 검출 화소(100rr)라고 칭한다. 위상차 검출 화소(100ll 내지 100rr)는 하나의 공유형 온 칩 렌즈에 덮여 있고, 컬러 필터층의 색은 공통으로 되어 있다.
도 42의 B는, 위상차 검출 화소(100ll, 100l, 100r, 100rr)의 CRA=0deg에서의 사입사 특성을 나타내고 있고, 횡축은 입사각, 종축은 감도이다. 또한, 도 42의 B에서의 곡선(ll)은 위상차 검출 화소(100ll)의, 곡선(l)은 위상차 검출 화소(100l)의, 곡선(r)은 위상차 검출 화소(100r)의, 곡선(rr)은 위상차 검출 화소(100rr)의, 곡선(n)은 위상차 검출 화소(100)와 색이 다른 통상 화소(30)의 사입사 특성을 각각 나타내고 있고, 곡선(l+r)은 곡선(l)과 곡선(r)을 가산한 것, 곡선(2n)은 곡선(n)을 2배한 것이다.
동 도B로부터 분명한 바와 같이, 위상차 검출 화소(100l)와 위상차 검출 화소(100r)의 감도의 가산치를 나타내는 곡선(l+r)은, 통상 화소(30)의 감도의 2배치를 나타내는 곡선(2n)과 거의 일치한다. 따라서 위상차 검출 화소(100)의 출력을 색신호로서 이용하는 경우에는, 위상차 검출 화소(100l)와 위상차 검출 화소(100r)의 출력을 가산하여 이용하도록 하고, 위상차 검출 화소(100ll)와 위상차 검출 화소(100rr)의 출력에 대해서는, 위상차 검출 신호의 산출에 이용하도록 한다.
위상차 검출 화소(100)와 통상 화소(30)를 포함하는 고체 촬상 소자를 탑재한 촬상 장치에서는, 양자의 사입사 특성의 불일치에 기인하는 상술한 부적합함의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
도 43은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(100)의 배치례이고, 고체 촬상 소자로부터 통상 화소(30)의 24(=4×6)화소분의 영역을 발출하여 도시한 것이다. 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(100)의 컬러 필터층의 색은 G로 되어 있고, 1행마다 전(全) 화소가 위상차 검출 화소(100)가 되고, 위상차 검출 화소(100)의 행은 교대로 위상이 반위상씩 어긋내어 배치되어 있다.
그런데, 위상차 검출 화소(100ll)와 위상차 검출 화소(100rr)의 출력을, 위상차 검출 신호의 산출에만 이용하고 색신호에 이용하지 않으면, 사입사 범위가 넓은 렌즈(F값이 작은 렌즈)에서는, 일부의 신호가 항상 위상차 검출 화소(100ll)와 위상차 검출 화소(100rr)에 집광하여 감도 로스가 발생하여 버린다. 그래서, 위상차 검출 화소(100ll)와 위상차 검출 화소(100rr)의 출력도 색신호로서 이용하도록 하여도 좋다.
구체적으로는, 도 43의 A에 도시되는 위상차 검출 화소(1000)의 위치에 대응하는 G성분의 색신호(100G)를, 위상차 검출 화소(1000)와 그 주위의 같은 색의 위상차 검출 화소(1001 내지 1006)의 출력을 이용하여 연산하도록 한다.
100G=100S(100B/100A)
여기서, 100S, 100A, 100B는 이하와 같다.
100S=1000ll+1000l+1000r+1000rr
100A=(z0(1000ll+1000l+1000r+1000rr)+z1(100l1l+1001l+1001r+1001rr)+z2(1002ll+1002l+1002r+1002rr)+z3(1003ll+1003l+1003r+1003rr)+z4(1004ll+1004l+1004r+1004rr)+z5(1005ll+1005l+1005r+1005rr)+z6(1005ll+1005l+1005r+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)
또한, 100A, 100B에서의 z0 내지 z6은 소정의 계수이고, 예를 들면 전부 1이라도 좋고, 중심의 화소로부터의 공간적인 거리에 응하여, 무게 부여를 행하여도 좋고, 위상차 검출 화소(100)의 4개의 출력(ll, l, r, rr)에 대해 더욱 세분화한 계수를 설정하도록 하여도 좋고, 해상도와 SN비의 밸런스를 고려하여 설정하면 좋다.
이와 같이 하여 산출된 색신호(100G)는, 사입사 특성을 통상 화소에 일치시키면서 노이즈 레벨을 압축시킨 것으로 되어, 화상의 SN비를 개선할 수 있다.
도 44는, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(100)의 다른 배치례이고, 고체 촬상 소자로부터 통상 화소(30)의 18(=6×3)화소분의 영역을 발출하여 도시한 것이다. 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(100)의 컬러 필터층의 색은 B 또는 R로 되어 있고, G의 2화소의 통상 화소(30)와, B의 위상차 검출 화소(100ll 내지 100rr)와, R의 위상차 검출 화소(100ll 내지 100rr)가 베이어 배열에 따라 배치되어 있다.
도 45는, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(100)의 또 다른 배치례이고, 고체 촬상 소자로부터 통상 화소(30)의 16(=4×4)화소분의 영역을 발출하여 도시한 것이다. 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(100)의 컬러 필터층의 색은 B 또는 R로 되어 있고, 1행마다 전 화소가 위상차 검출 화소(100)가 되고, 위상차 검출 화소(100)의 행은 교대로 위상이 반위상씩 어긋내어 배치되어 있다. 위상차 검출 화소(100)의 각 행에는, B의 위상차 검출 화소(100ll 내지 100rr)와 R의 위상차 검출 화소(100ll 내지 100rr)가 교대로 배치되어 있다.
또한, 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(100)의 색이나 배치는, 상술한 배치례로 한정되는 것이 아니다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제5의 구성례>
도 46의 A는, 위상차 검출 화소의 제5의 구성례를 도시하고 있다. 이 위상차 검출 화소(110)는, 통상 화소(30)의 2화소분의 사이즈로 되어 있고, 광전 변환부에 관해서는 통상 화소(30)의 2화소분의 사이즈가 횡방향으로 약 0.5 : 1 : 0.5로 3분할되어 있고, 각각에서 생성된 전하가 개별적으로 출력될 수 있게 되어 있다. 이하, 통상 화소(30)의 2화소분의 사이즈가 3분할되어 있는 위상차 검출 화소(110)를 도면 중 좌측부터 차례로, 위상차 검출 화소(110l), 위상차 검출 화소(110c), 위상차 검출 화소(110r)라고 칭한다. 위상차 검출 화소(110l, 110c, 110r)는 하나의 공유형 온 칩 렌즈에 덮여 있고, 컬러 필터층의 색은 공통으로 되어 있다.
도 46의 B는, 위상차 검출 화소(110l, 110c, 110r)의 CRA=0deg에서의 사입사 특성을 나타내고 있고, 횡축은 입사각, 종축은 감도이다. 또한, 도 46의 B에서의 곡선(l)은 위상차 검출 화소(110l)의, 곡선(c)은 위상차 검출 화소(110c)의, 곡선(r)은 위상차 검출 화소(110r)의, 곡선(n)은 위상차 검출 화소(110)로 색이 다른 통상 화소(30)의 사입사 특성을 각각 나타내고 있고, 곡선(2n)은 곡선(n)을 2배한 것이다.
동 도B로부터 분명한 바와 같이, 위상차 검출 화소(110c)의 감도를 나타내는 곡선(c)은, 통상 화소(30)의 감도의 2배치를 나타내는 곡선(2n)과 거의 일치한다. 따라서 위상차 검출 화소(110)의 출력을 색신호로서 이용하는 경우에는, 위상차 검출 화소(110c)의 출력을 이용하도록 하고, 위상차 검출 화소(110l)와 위상차 검출 화소(110r)의 출력에 대해서는, 위상차 검출 신호의 산출에 이용하도록 한다.
위상차 검출 화소(110)와 통상 화소(30)를 포함하는 고체 촬상 소자를 탑재한 촬상 장치에서는, 양자의 사입사 특성의 불일치에 기인하는 상술한 부적합함의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
도 47은, 본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(110)의 배치례이고, 고체 촬상 소자로부터 통상 화소(30)의 24(=4×6)화소분의 영역을 발출하여 도시한 것이다. 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(110)의 컬러 필터층의 색은 G로 되어 있고, 1행마다 전 화소가 위상차 검출 화소(110)가 되고, 위상차 검출 화소(110)의 행은 교대로 위상이 반위상씩 어긋내어 배치되어 있다.
그런데, 위상차 검출 화소(110l)와 위상차 검출 화소(110r)의 출력을, 위상차 검출 신호의 산출에만 이용하고 색신호에 이용하지 않으면, 사입사 범위가 넓은 렌즈(F값이 작은 렌즈)에서는, 일부의 신호가 항상 위상차 검출 화소(110l)와 위상차 검출 화소(110r)에 집광하여 감도 로스가 발생하여 버린다. 그래서, 위상차 검출 화소(110l)와 위상차 검출 화소(110r)의 출력도 색신호로서 이용하도록 하여도 좋다.
구체적으로는, 도 47의 A에 도시되는 위상차 검출 화소(1100)의 위치에 대응하는 G성분의 색신호(100G)를, 위상차 검출 화소(1100)와 그 주위의 같은 색의 위상차 검출 화소(1101 내지 1106)의 출력을 이용하여 연산하도록 한다.
110G=110S(110B/110A)
여기서, 110S, 110A, 110B는 이하와 같다.
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)
또한, 110A, 110B에서의 z0 내지 z6은 소정의 계수이고, 예를 들면 전부 1이라도 좋고, 중심의 화소로부터의 공간적인 거리에 응하여, 무게 부여를 행하여도 좋고, 위상차 검출 화소(110)의 3개의 출력(l, c, r)에 대해 더욱 세분화한 계수를 설정하도록 하여도 좋고, 해상도와 SN비의 밸런스를 고려하여 설정하면 좋다.
이와 같이 하여 산출된 색신호(110G)는, 사입사 특성을 통상 화소에 일치시키면서 노이즈 레벨을 압축시킨 것으로 되어, 화상의 SN비를 개선할 수 있다.
또한, 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(110)의 색이나 배치는, 상술한 배치례로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 43 내지 도 45와 같은 색이나 배치를 적용할 수 있다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제6의 구성례>
도 48은, 위상차 검출 화소의 제6의 구성례와, 고체 촬상 소자에서의 그 배치례를 도시하고 있다. 이 위상차 검출 화소(120)는, 통상 화소(30)의 4배의 사이즈로 되어 있고, 광전 변환부에 관해서는 통상 화소(30)의 4화소분의 사이즈가 종, 횡방향 각각에, 0.5 : 0.5 : 0.5 : 0.5로 4등분되어 있고, 각각에서 생성된 전하가 개별적으로 출력될 수 있게 되어 있다. 위상차 검출 화소(120)는, 하나의 공유형 온 칩 렌즈에 덮여 있고, 구분된 각 영역의 컬러 필터층의 색은 공통으로 되어 있다. 또한, 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(120)는 컬러 필터층의 색이 G로 되어 있고, 고체 촬상 소자에서, G의 위상차 검출 화소(120)와, B 또는 R의 통상 화소(30)는 베이어 배열에 따라 배치되어 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 위상차 검출 화소(120)의 사입사 특성은, 도 42의 B와 마찬가지가 된다. 따라서 위상차 검출 화소(120)의 출력을 색신호로서 이용하는 경우에는, 16구획으로 분할된 위상차 검출 화소(120)의 중심의 4개의 구획의 출력을 이용하도록 하고, 그 밖의 구획의 출력에 대해서는, 위상차 검출 신호의 산출에만 이용하고 색신호에는 이용하지 않도록 한다.
도 49는, 위상차 검출 화소(120)의 고체 촬상 소자에서의 배치례를 도시하고 있다. 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(120)는 컬러 필터층의 색이 B 또는 R로 되어 있고, 고체 촬상 소자에서, B 또는 R의 위상차 검출 화소(120)와, G의 통상 화소(30)는 베이어 배열에 따라 배치되어 있다.
또한, 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(120)의 색이나 배치는, 상술한 배치례로 한정되는 것이 아니다.
위상차 검출 화소(120)와 통상 화소(30)를 포함하는 고체 촬상 소자를 탑재한 촬상 장치에서는, 양자의 사입사 특성의 불일치에 기인하는 상술한 부적합함의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소의 제7의 구성례>
도 50은, 위상차 검출 화소의 제7의 구성례와, 고체 촬상 소자에서의 그 배치례를 도시하고 있다. 이 위상차 검출 화소(130)는, 통상 화소(30)의 4배의 사이즈로 되어 있고, 광전 변환부에 관해서는 통상 화소(30)의 4화소분의 사이즈가 종, 횡방향 각각에, 0.5 : 1 : 0.5로 3분할되어 있고, 각각에서 생성된 전하가 개별적으로 출력될 수 있게 되어 있다. 위상차 검출 화소(130)는, 하나의 공유형 온 칩 렌즈에 덮여 있고, 구분된 각 영역의 컬러 필터층의 색은 공통으로 되어 있다. 또한, 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(130)는 컬러 필터층의 색이 G로 되어 있고, 고체 촬상 소자에서, G의 위상차 검출 화소(130)와, B 또는 R의 통상 화소(30)는 베이어 배열에 따라 배치되어 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 위상차 검출 화소(130)의 사입사 특성은, 도 46의 B와 마찬가지가 된다. 따라서 위상차 검출 화소(130)의 출력을 색신호로서 이용하는 경우에는, 9구획으로 분할된 위상차 검출 화소(120)의 중심의 1구획의 출력을 이용하도록 하고, 그 밖의 구획의 출력에 대해서는, 위상차 검출 신호의 산출에만 이용하고 색신호에는 이용하지 않도록 한다.
도 51은, 위상차 검출 화소(130)의 고체 촬상 소자에서의 배치례를 도시하고 있다. 동 도면의 배치례에서는, 위상차 검출 화소(130)는 컬러 필터층의 색이 B 또는 R로 되어 있고, 고체 촬상 소자에서, B 또는 R의 위상차 검출 화소(130)와, G의 통상 화소(30)는 베이어 배열에 따라 배치되어 있다.
또한, 고체 촬상 소자에서의 위상차 검출 화소(130)의 색이나 배치는, 상술한 배치례로 한정되는 것이 아니다.
위상차 검출 화소(130)와 통상 화소(30)를 포함하는 고체 촬상 소자를 탑재한 촬상 장치에서는, 양자의 사입사 특성의 불일치에 기인하는 상술한 부적합함의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
<본 개시를 적용한 고체 촬상 소자의 사용례>
도 52는, 상술한 고체 촬상 소자를 사용하는 사용례를 도시하는 도면이다.
그 고체 촬상 소자는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다.
·디지털 카메라나, 카메라 기능 부착의 휴대 기기 등의, 감상(鑑賞)용으로 제공되는 화상을 촬영하는 장치
·자동 정지 등의 안전운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량탐재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리측정(測距)을 행하는 거리측정 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치
·유저의 제스처를 촬영하여, 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해, TV나, 냉장고, 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치
·내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치
·방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 보안용으로 제공되는 장치
·피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 마이크로스코프 등의, 미용용으로 제공되는 장치
·스포츠 용도 등 용으로의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치
·밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치
본 개시의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
본 개시는 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
화상의 화소 신호를 생성하는 통상 화소와, 상면 위상차 AF 기능을 제어하기 위한 위상차 신호 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 위상차 검출 화소가 혼재된 고체 촬상 소자에서,
상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소마다, 상기 위상차 신호의 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있는 고체 촬상 소자.
(2)
상기 통상 화소에는, 상기 통상 화소마다, 상기 화상의 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 개별형 온 칩 렌즈가 형성되어 있는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 통상 화소와 상기 통상 화소의 사이, 및 상기 통상 화소와 상기 위상차 검출 화소의 사이에는 화소 사이 차광 구조를 갖는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
상기 위상차 검출 화소와 상기 위상차 검출 화소의 사이에도 화소 사이 차광 구조를 갖는 상기 (1)부터 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부의 개구를 제한하는 개구 차광 구조를 갖는 상기 (1)부터 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 2화소마다 하나의 상기 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있는 상기 (1)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 3화소마다 2개의 상기 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있는 상기 (1)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 통상 화소에 형성되어 있는 상기 개별형 온 칩 렌즈와, 상기 위상차 검출 화소에 형성되어 있는 상기 공유형 온 칩 렌즈와의 경계는, 개략 사각형 또는 개략 육각형인 상기 (1)부터 (7)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
상기 통상 화소에 형성되어 있는 상기 개별형 온 칩 렌즈와, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소에 형성되어 있는 상기 공유형 온 칩 렌즈와의 사이에는, 더미 집광 소자 구조가 형성되어 있는 상기 (1)부터 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(10)
상기 더미 집광 소자 구조는, 상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소에 대해 비대칭으로 형성되어 있는 상기 (9)에 기재된 고체 촬상 소자.
(11)
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 체크무늬형상으로 배치되어 있는 상기 (1)부터 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(12)
상기 위상차 검출 화소는, 행방향 또는 열방향의 적어도 일방에 직선형상으로 배치되어 있는 상기 (1)부터 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(13)
상기 위상차 검출 화소는, 행방향 또는 열방향의 적어도 일방에 스트라이프형상으로 배치되어 있는 상기 (1)부터 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(14)
상기 스트라이프형상의 이웃하는 스트라이프에 배치되어 있는 상기 위상차 검출 화소끼리는, 위상이 어긋나 있는 상기 (13)에 기재된 고체 촬상 소자.
(15)
3종류 이상의 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 화소마다 가지며,
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 같은 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 상기 컬러 필터를 갖는 상기 (1)부터 (14)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(16)
3종류 이상의 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 화소마다 가지며,
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 상기 컬러 필터를 갖는 상기 (1)부터 (14)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(17)
상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소에 비교하여 화소 사이즈가 큰 상기 (1)부터 (16)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(18)
3종류 이상의 다른 파장 중의 특정한 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 갖는 모든 화소는, 상기 위상차 검출 화소이고,
상기 위상차 검출 화소의 출력은, 화상의 화소 신호로서도 이용되는 상기 (1)부터 (15)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(19)
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소의 정수배의 사이즈를 가지며,
상기 위상차 검출 화소의 상기 광전 변환부는, 상기 통상 화소의 광전 변환부와 같은 사입사 특성이 얻어지는 중심 영역을 포함하는 복수의 영역으로 분할되어 있고, 상기 중심 영역의 출력이 화상의 화소 신호로서도 이용되는 상기 (18)기재된 고체 촬상 소자.
(20)
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소의 2배의 사이즈를 가지며,
상기 위상차 검출 화소의 상기 광전 변환부는, 약 0.5 : 1 : 0.5로 3분할되어 있고, 상기 비의 1에 대응하는 영역의 출력이 화상의 화소 신호로서도 이용되는 상기 (19)에 기재된 고체 촬상 소자.
(21)
상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 상기 위상차 검출 화소는, 상기 통상 화소의 2배의 사이즈를 가지며,
상기 위상차 검출 화소의 상기 광전 변환부는, 약 0.5 : 0.5 : 0.5 : 0.5로 4분할되어 있고, 상기 비의 중앙의 0.5와 0.5에 각각 대응하는 영역의 출력의 가산치가 화상의 화소 신호로서도 이용되는 상기 (19)에 기재된 고체 촬상 소자.
(22)
화상의 화소 신호를 생성하는 통상 화소와, 상면 위상차 AF 기능을 제어하기 위한 위상차 신호 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 위상차 검출 화소가 혼재된 고체 촬상 소자를 구비하는 전자 장치에서,
상기 위상차 검출 화소에는, 인접하는 복수의 상기 위상차 검출 화소마다, 상기 위상차 신호의 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있는 전자 장치.
30 : 통상 화소
31 : 개별형 온 칩 렌즈
32 : 컬러 필터층
33 : 화소 사이 차광 구조
34 : 광전 변환부
35 : 신호 배선층
40 : 위상차 검출 화소
41 : 공유형 온 칩 렌즈
50 : 위상차 검출 화소
51, 52 : 공유형 온 칩 렌즈
53 : 더미 집광 소자 구조
60, 80, 90, 100, 110, 120, 130 : 위상차 검출 화소

Claims (22)

  1. 화상의 화소 신호를 생성하는 통상 화소와, 상면 위상차 오토 포커스 기능을 제어하기 위한 위상차 신호 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 위상차 검출 화소가 혼재하여 배열되고,
    상기 위상차 검출 화소에서, 2개의 인접하는 위상차 검출 화소마다 상기 위상차 신호의 산출에 이용되는 화소 신호를 생성하는 광전 변환부 각각에 대해 입사광을 집광하기 위한 공유형 온 칩 렌즈가 형성되어 있고,
    매트릭스 형상의 화소가 배열된 4×3화소를 포함하고, 상기 4×3화소는 상기 매트릭스의 중심에서 2개의 위상차 검출 화소로 구성되고, 10개의 통상 화소가 상기 2개의 위상차 검출 화소 중 적어도 하나에 인접하여 상기 2개의 위상차 검출 화소를 둘러싸고,
    상기 통상 화소에서, 각각의 통상 화소마다, 상기 화상의 화소 신호를 생성하는 광전 변환부에 대해 입사광을 집광하기 위한 개별형 온 칩 렌즈가 형성되고,
    평면시에 있어서, 상기 개별형 온 칩 렌즈는 사각형이고, 상기 공유형 온 칩 렌즈는 육각형인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통상 화소 사이, 및 상기 통상 화소 각각과 상기 위상차 검출 화소 각각의 사이에는, 화소 사이 차광 구조가 마련되고, 2개의 상기 위상차 검출 화소 사이에도 화소 사이 차광 구조가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부의 개구를 제한하는 개구 차광 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소는, 행방향 및 열방향 중 적어도 일방향으로 직선형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소는, 스트라이프형상으로 서로 인접한 행방향 및 열방향 중 적어도 일방향으로 스트라이프형상으로 배치되어 있고,
    상기 위상차 검출 화소의 사이즈는 상기 통상 화소의 사이즈보다 더 큰 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제1항에 기재된 고체 촬상 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통상 화소 사이, 및 상기 통상 화소 각각과 상기 위상차 검출 화소 각각의 사이에는, 화소 사이 차광 구조가 마련되고,
    2개의 상기 위상차 검출 화소 사이에는 화소 사이 차광 구조가 마련되지 않은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통상 화소에 형성되어 있는 상기 개별형 온 칩 렌즈와, 상기 위상차 검출 화소에 형성되어 있는 상기 공유형 온 칩 렌즈와의 경계는, 사각형인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통상 화소에 형성되어 있는 상기 개별형 온 칩 렌즈와, 상기 위상차 검출 화소에 형성되어 있는 상기 공유형 온 칩 렌즈와의 경계는, 육각형인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    3종류 이상의 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 화소마다 가지고, 상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 같은 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 상기 컬러 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    3종류 이상의 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 컬러 필터를 화소마다 가지고, 상기 공유형 온 칩 렌즈를 공유하는 복수의 상기 위상차 검출 화소는, 다른 파장에 대해 선택적인 감도를 갖는 상기 컬러 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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