WO2022124167A1 - 撮像装置および電子機器 - Google Patents

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WO2022124167A1
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    • G—PHYSICS
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    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8063—Microlenses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/20—Surgical microscopes characterised by non-optical aspects

Definitions

  • the embodiments of the present disclosure relate to an image pickup apparatus and an electronic device.
  • An image recognition system including an image pickup device (sensor) having a plurality of pixels and a microlens array having a plurality of microlenses having the same size level as the unit pixel of the image pickup device is known.
  • one or two pinholes are provided between each micron and the corresponding sensor. Then, the closer the microlens is to the peripheral side with respect to the optical axis of the microlens located in the center of the microlens array, the larger the tilt angle of the optical axis becomes. As a result, the subject image can be recognized with a wide angle of view.
  • the range of incident light is limited by using pinholes, so the light utilization efficiency is low. Also, as it approaches the periphery of the microlens array, the cross section of the light beam that has passed through the circular pinhole becomes a distorted ellipse, and it is not possible to select a ray with a desired angle of view at the pinhole and reach the sensor array. , It is difficult to obtain good image quality.
  • the present disclosure provides an image pickup device capable of obtaining a high-quality image with high light utilization efficiency and an electronic device using this image pickup device.
  • the image pickup apparatus includes at least one pixel, and the pixel is a pixel. It passes through a lens unit that collects incident light, a phase modulation unit that modulates the phase of a part of the light that has passed through the lens unit, and light whose phase is modulated by the phase modulation unit and light whose phase is not modulated. It includes a light-shielding portion having a pinhole for causing the light to be formed, and an image pickup element for capturing light that has passed through the pinhole.
  • the phase modulation unit has a first portion and a second portion, and the light passing through the first portion and the light passing through the second portion have a wavelength of 1. It may be configured to generate a phase difference of / 2.
  • the phase modulation unit may have substantially the same area as the first portion and the second portion.
  • the image pickup apparatus may further include a first light guide unit that is arranged closer to the subject than the lens unit and guides the subject light to the lens unit.
  • the image pickup apparatus may further include a second light guide unit that is arranged between the phase modulation unit and the light shielding unit and guides the light that has passed through the phase modulation unit to the light shielding unit. ..
  • the light-shielding portion includes a first member having the pinhole and arranged in a direction intersecting the propagation direction of light passing through the phase modulation portion, and a peripheral portion of the first member. It may have a second member extending in the direction of the phase modulation section and arranged on the side of the second light guide section.
  • the image pickup device includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and each pixel has a lens unit that collects incident light and a pinhole that allows at least a part of the light that has passed through the lens unit to pass through.
  • the light-shielding portion and the image pickup element that captures the light that has passed through the pinhole are provided, and at least one of the plurality of pixels modulates the phase of a part of the light that has passed through the lens portion.
  • the light-shielding portion of the pixel having the phase modulation unit and having the phase modulation unit has the pinhole for passing light whose phase is modulated by the phase modulation unit and light which is not modulated by the phase modulation unit.
  • the phase modulation unit has a first portion and a second portion, and the light passing through the first portion and the light passing through the second portion have a wavelength of 1. It may be configured to generate a phase difference of / 2.
  • the phase modulation unit may have substantially the same area as the first portion and the second portion.
  • the first light guide portion arranged on the subject side of the lens portion and guiding the subject light to the lens portion is arranged between the lens portion and the light shielding portion.
  • a second light guide portion that guides the light beam from the lens portion to the light shielding portion may be further provided.
  • the light-shielding portion includes a first member having the pinhole and arranged in a direction intersecting the propagation direction of light passing through the phase modulation portion, and a peripheral portion of the first member. May extend in the direction of the phase modulation section and be arranged on the side of the second light guide section.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first to third pixels are arranged in the phase.
  • the fourth pixel may have a modulation unit, the fourth pixel may not have the phase modulation unit, and may have a color filter arranged between the image pickup element and the lens unit.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first to second pixels are arranged in the phase.
  • the third to fourth pixels may have a modulation unit, do not have the phase modulation unit, and have different color filters arranged between the image pickup element and the lens unit.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first pixel has the phase modulation unit.
  • the second to fourth pixels may not have the phase modulation unit and may have different color filters arranged between the image pickup element and the lens unit.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first pixel has the phase modulation unit.
  • the second to third pixels do not have the phase modulation unit, and have a first color filter of the same color arranged between the image pickup element and the lens unit, and the fourth pixel has. It may have a second color filter having a color different from that of the first color filter arranged between the image pickup element and the lens unit without having the phase modulation unit.
  • an optical member arranged between the plurality of pixels and the subject and condensing light from the subject to the plurality of pixels may be further provided.
  • the optical member may be a convex lens.
  • the optical member may be a Fresnel lens.
  • the optical member may be a hologram.
  • the electronic device includes an image pickup device and a signal processing unit that performs signal processing based on the pixel signal captured by the image pickup device, and the image pickup device includes a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • Each pixel has a lens unit that collects incident light, a light-shielding unit that has a pinhole that allows at least a part of the light that has passed through the lens group, and an image pickup that captures the light that has passed through the pinhole. It comprises an element, and at least one of the plurality of pixels has a phase modulator that modulates the phase of a portion of light that has passed through the lens portion.
  • the light-shielding portion of the pixel having the phase modulation unit has the pinhole for passing light whose phase is modulated by the phase modulation unit and light whose phase is not modulated by the phase modulation unit.
  • the cross-sectional view which shows the composition of the pixel in the image pickup apparatus by 1st Embodiment.
  • the plan view which shows the phase modulation part of a pixel in the image pickup apparatus of 1st Embodiment.
  • the circuit diagram which shows the structure of the image pickup apparatus of 1st Embodiment.
  • the plan view which shows the phase modulation part of a pixel in the image pickup apparatus by one modification of 1st Embodiment.
  • the figure which shows the pixel arrangement of the image pickup apparatus by 2nd Embodiment The figure which shows the pixel arrangement of the image pickup apparatus by the 1st modification of 2nd Embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an optical member of an image pickup apparatus according to a first modification of the third embodiment.
  • 12A and 12B are a cross-sectional view and a top view showing an example of an optical member of the image pickup apparatus according to the first modification of the third embodiment, respectively.
  • the cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment The cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment.
  • the cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment. The cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment.
  • the cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment. which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment.
  • the cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment. The cross-sectional view which shows the manufacturing process of the image pickup apparatus according to 6th Embodiment.
  • the image pickup apparatus of the first embodiment is an image sensor, and includes a pixel array having a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of pixels arranged in one direction.
  • a plurality of (for example, two) pixels 10 are arranged in the x direction, but a plurality of pixels (not shown) may be arranged in the y direction. That is, when m and n are positive integers, the pixels 10 may be arranged in a matrix of m rows ⁇ n columns in the pixel array.
  • the z direction is a direction in which light from a subject (not shown) propagates.
  • Each pixel 10 includes a light guide unit 12, a lens unit 14, a phase modulation unit 16, a light guide unit 18, a light shielding unit 20, and an image pickup element 30.
  • the light guide unit 12 is arranged between a subject (not shown) and the image sensor 30, and propagates light from the subject to the lens unit 14.
  • the light guide unit 12 is made of a material through which visible light is transmitted, and for example, a material having a refractive index of 1.55 for sodium D line (hereinafter, also simply referred to as D line) is used.
  • the lens unit 14 is arranged between the light guide unit 12 and the image pickup element 30, and the light propagating through the light guide unit 12 propagates to the phase modulation unit 16.
  • the lens unit 14 has, for example, a convex microlens, and the microlens has, for example, a refractive index of 1.9 for the D line.
  • the phase modulation unit 16 is arranged between the lens unit 14 and the image pickup element 30, and has a phase difference (for example, a phase difference of a half wavelength of the wavelength ⁇ of visible light) of the light propagated from the lens unit 14. It separates into two lights and propagates to the light guide unit 18.
  • the phase modulation unit 16 is divided into two portions 16a and 16b, for example, as shown in FIG. 2, the portion 16a is composed of, for example, a transparent material having a refractive index of 1.9 on the D line, and the portion 16b is formed.
  • a transparent material having a refractive index of 1.55 for the D line is used, and a transparent material having a thickness (length in the z direction) of, for example, 0.7857 ⁇ m is used.
  • the area of the portion 16a and the area of the portion 16b when viewed from the subject are substantially equal. That is, it means that the difference between the area of the portion 16a and the area of the portion 16b is within the manufacturing error range.
  • FIG. FIG. 3 is a plan view of the phase modulation unit 16 as viewed from the subject.
  • the circular solid line indicates the range of the light beam bundle that has passed through the lens portion 14.
  • the light guide unit 18 is arranged between the phase modulation unit 16 and the image pickup element 30, and the light from the phase modulation unit 16 propagates to the light shielding unit 20.
  • the light guide unit 18 is made of a material through which visible light is transmitted, and for example, a material having a refractive index of 1.55 for the D line is used.
  • the light-shielding unit 20 is arranged between the light guide unit 18 and the image pickup element 30, and is provided on the surface of the light guide unit 18 facing the image pickup element 30 and the side surface of the light guide unit 18 (in the z direction).
  • a portion 20b provided on a part of a parallel surface) is provided.
  • the portion 20a is arranged at a position substantially separated from the lens portion 14 by a focal length of the microlens, and a pinhole 20c is provided in the center.
  • the "substantial focal length” means a focal length within the range of manufacturing error of the microlens.
  • the focal length of the microlens is preferably larger than 0.0003 mm and smaller than 3 mm.
  • the diameter of the pinhole is preferably larger than 0.1 ⁇ m and smaller than 2 ⁇ m.
  • the portion 20b is provided on the image pickup element 30 side of the side surface of the light guide unit 18 to prevent light from propagating from the side surface of the light guide unit 18 to other pixels. That is, the light shielding unit 20 propagates the light rays focused by the lens unit 14 via the phase modulation unit 16 and the light guide unit 18 to the image pickup device 30 through the pinhole 20c, and the light is adjacent to the pixels by the portion 20b. Propagate to and prevent crosstalk from occurring. That is, the portions 20a and 20b are made of a material that absorbs visible light.
  • the image pickup device 30 includes a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS image sensor element.
  • the optical axis of the optical system including the light guide unit 12, the lens unit 14, the phase modulation unit 16, the light guide unit 18, and the light shielding unit 20 passes substantially the center of the image pickup element 30.
  • a phase modulation unit 16 is provided, and the phase modulation unit 16 separates the light passing through the phase modulation unit 16 by the portion 16a and the portion 16b into two lights having a phase difference of half a wavelength.
  • the subject 40 has a trapezoidal cross section and is almost transparent, and when light is incident on the subject 40 from the opposite side of the image sensor, that is, the light is incident on the subject 40 from the lower side of the trapezoid and the upper side.
  • Two light rays are paired and photoelectrically converted by an image sensor having the same pixel.
  • One of the two light rays represents the light passing through the area center of the portion 16a of the phase modulation unit 16, and the other one represents the light passing through the area center of the portion 16b of the phase modulation unit 16.
  • the phase difference is canceled in the image sensor, and the same image as when there is no phase difference is obtained. Since the light rays 46a and 46b shown in FIG. 3 pass through different positions on the hypotenuse of the subject 40, there is a phase difference. Therefore, the phase difference is different between the light ray passing through the area center of the portion 16a of the phase modulation unit 16 and the light ray passing through the area center of the part 16b of the phase modulation unit 16, and the phase difference is not canceled by the corresponding image pickup element. , An image with a phase difference is obtained. That is, it is possible to obtain an image having a differential interference contrast contrast, and it is possible to obtain a high-quality image.
  • the portion 16a and the portion 16b are arranged separately in the x direction, so that the contrast of the image is generated along the x direction, and the obtained image is x. It looks like a three-dimensional image seen from the direction.
  • the lens unit 14 made of a microlens is used to collect light in the pinhole 20c of the light shielding unit 20, it is possible to improve the efficiency of light utilization. Further, since a part of the side surface of the light guide portion 18 is covered by the portion 20b of the light shielding portion 20, cross stalk can be suppressed and the light utilization efficiency can be further improved.
  • FIG. 4 shows the overall configuration of the image pickup apparatus of this embodiment.
  • the image pickup apparatus 250 of this embodiment includes a pixel region 251, a pixel drive line 252, a vertical signal line 253, a vertical drive unit 254, a column processing unit 255, a horizontal drive unit 256, a system control unit 257, and the like. It includes a signal processing unit 258 and a memory unit 259. These are formed on a semiconductor substrate (chip) such as a silicon substrate (not shown).
  • the pixel region 251 is formed on a sensor chip made of a first semiconductor substrate, and the pixel drive line 252, the vertical signal line 253, the vertical drive unit 254, the column processing unit 255, the horizontal drive unit 256, the system control unit 257, and the signal processing.
  • a unit 258 and a memory unit 259 may be formed on a circuit chip made of a second semiconductor substrate, and these chips may be bonded together.
  • the pixel region 251 is a pixel array in which the pixels 10 described in FIG. 1 are two-dimensionally arranged, and an optical signal is converted into an electric signal for imaging.
  • a pixel drive line 252 is provided for every two rows of a pixel, and a vertical signal line 253 is provided for every two columns.
  • the vertical drive unit 254 is configured by a shift register, an address decoder, or the like, and pixel signals corresponding to the charges stored in each image sensor in the pixel area 251 are read out in order from the top in the order of odd-numbered columns and even-numbered columns. As described above, the drive signal is supplied to the pixel drive line 252.
  • the column processing unit 255 has a signal processing circuit for each of the two rows of pixels in the pixel area 251. Each signal processing circuit of the column processing unit 255 performs A / D conversion processing and correlated double sampling (CDS (Correlated Double Sampling)) for the pixel signal read from the corresponding pixel and supplied through the vertical signal line 253. ) Perform signal processing such as processing.
  • the column processing unit 255 temporarily holds the pixel signal after signal processing.
  • the horizontal drive unit 256 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and sequentially selects the signal processing circuit of the column processing unit 255. As a result, the pixel signals signal-processed by each signal processing circuit of the column processing unit 255 are sequentially output to the signal processing unit 258.
  • the system control unit 257 is composed of a timing generator or the like that generates various timing signals, and controls the vertical drive unit 254, the column processing unit 255, and the horizontal drive unit 256 based on the various timing signals generated by the timing generator. do.
  • the signal processing unit 258 performs various signal processing on the pixel signal output from the column processing unit. At this time, the signal processing unit 258 stores the intermediate result of signal processing and the like in the memory unit 259 as necessary, and refers to the signal processing unit 258 at a necessary timing.
  • the signal processing unit 258 outputs the pixel signal after signal processing.
  • the memory unit 259 is composed of a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a SRAM (Static Random Access Memory), or the like.
  • the phase modulation unit 16 shown in FIG. 2 is used as the phase modulation unit 16A shown in FIG. 5, so that the subject is in the x-direction and the y-direction. You can see the difference in thickness.
  • the phase modulation unit 16A has a portion 16a arranged in two regions located on one diagonal of the regions divided into two in the x direction and two in the y direction, and two regions located on the other diagonal. It has a configuration in which the portion 16b is arranged in. Also in FIG. 5, the areas of the portion 16a and the portion 16b are substantially the same.
  • a specific wavelength for example, 940 nm
  • a 1/2 wavelength phase plate having the specific wavelength is used as a portion 16a of the phase modulation unit 16A of each pixel. Can be done.
  • this modification can also provide an image pickup device capable of obtaining a high-quality image with high light utilization efficiency.
  • the image pickup apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the first embodiment is an image pickup device that can obtain a monochromatic image
  • the second embodiment is an image pickup device that can obtain a color image.
  • FIG. 6 is a diagram showing a pixel arrangement of the image pickup apparatus of the second embodiment.
  • Pixels 10 11 to 10 44 arranged in 4 rows and 4 columns are divided into 1st to 4th pixel groups with 4 pixels arranged in 2 rows and 2 columns as one unit.
  • the first pixel group is composed of pixels 10 11 , 10, 12 , 10 21 , and 1022
  • the second pixel group is composed of pixels 10 13 , 10 14 , 10 23 , and 10 24
  • the third pixel group is composed of pixels. It is composed of 10 31 , 10 32 , 10 41 , and 10 42
  • the fourth pixel group is composed of pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , and 10 44 .
  • one pixel (for example, pixel 10 11 ) of the four pixels 10 11 , 10 12 12 , 10 21 and 10 22 of the first pixel group is a red pixel (hereinafter, also referred to as an R pixel).
  • the other pixels are referred to as differential interference pixels (hereinafter, also referred to as D pixels).
  • One pixel (for example, pixel 10 13 ) of the four pixels 10 13 , 10, 14 , 10 23 , and 10 24 of the second pixel group is a green pixel (hereinafter, also referred to as G pixel), and the other pixel is D. Let it be a pixel.
  • One pixel (for example, pixel 10 31 ) of the four pixels 10 31 , 10 32 , 10 41 , and 10 42 in the third pixel group is a G pixel, and the other pixel is a D pixel.
  • One pixel (for example, pixel 10 33 ) of the four pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , 10 44 of the fourth pixel group is a blue pixel (hereinafter, also referred to as B pixel), and the other pixel is a D pixel. And.
  • the D pixel has the same configuration as the pixel 10 shown in FIG. 1, and the phase modulation unit 16 shown in FIG. 2 or the phase modulation unit 16A shown in FIG. 5 is used as the phase modulation unit.
  • the D pixel of the first pixel group uses an R color half-wavelength phase plate as the phase modulation unit 16A
  • the D pixel of the second pixel group is a G color half as the phase modulation unit 16A.
  • a wavelength phase plate is used
  • a G-color half-wave phase plate is used as the phase modulation unit 16A for the D pixel of the third pixel group
  • a B-color half-wave phase of the D pixel of the fourth pixel group is used as the phase modulation unit 16A.
  • a board is used.
  • the R pixel replaces the phase modulation unit 16 of the pixel 10 shown in FIG. 1 with a red filter
  • the G pixel replaces the phase modulation unit 16 of the pixel 10 shown in FIG. 1 with a green filter
  • the B pixel is the pixel 10 shown in FIG. It has a configuration in which the phase modulation unit 16 is replaced with a B color filter.
  • each pixel group is provided with one color pixel and the remaining three D pixels, and since these three D pixels are provided with a half-wavelength plate of the color of the color pixel, the above-mentioned color is emphasized in the image. Can be obtained.
  • FIG. 7 is a diagram showing a pixel arrangement of an image pickup apparatus according to a first modification of the second embodiment.
  • the pixels 10 11 to 10 44 arranged in 4 rows and 4 columns are set as a pixel group in which 4 pixels arranged in 2 rows and 2 columns are used as one unit, and the first to 1st to 4 pixels are used. It is divided into a fourth pixel group.
  • the first pixel group is composed of pixels 10 11 , 10, 12 , 10 21 , and 1022
  • the second pixel group is composed of pixels 10 13 , 10 14 , 10 23 , and 10 24
  • the third pixel group is composed of pixels. It is composed of 10 31 , 10 32 , 10 41 , and 10 42
  • the fourth pixel group is composed of pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , and 10 44 .
  • one pixel (for example, pixel 10 11 ) of the four pixels 10 11 1, 10 12 12 , 10 21 and 10 22 of the first pixel group is a G pixel.
  • the other one pixel (for example, pixel 10 22 ) is a B pixel, and the remaining two pixels are D pixels.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 13 ) of the four pixels 10 13 , 10, 14 , 10 23 , and 10 24 of the second pixel group is a G pixel
  • the other pixel (for example, pixel 10 24 ) is an R pixel.
  • the remaining two pixels are D pixels.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 31 ) of the four pixels 10 31 , 10 32 , 10 41 , and 10 42 in the third pixel group is a G pixel, and the other pixel (for example, pixel 10 42 ) is an R pixel.
  • the remaining two pixels be D pixels.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 33 ) of the four pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , 10 44 of the fourth pixel group is a G pixel, and the other pixel (for example, pixel 10 44 ) is a B pixel.
  • the remaining two pixels be D pixels.
  • a B-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • FIG. 8 is a diagram showing a pixel arrangement of an image pickup apparatus according to a second modification of the second embodiment. Similar to the second embodiment, the pixels 10 11 to 10 44 arranged in 4 rows and 4 columns are set as a pixel group in which 4 pixels arranged in 2 rows and 2 columns are used as one unit, and the first to 1st to 4 pixels are used. It is divided into a fourth pixel group.
  • the first pixel group is composed of pixels 10 11 , 10, 12 , 10 21 , and 1022
  • the second pixel group is composed of pixels 10 13 , 10 14 , 10 23 , and 10 24
  • the third pixel group is composed of pixels. It is composed of 10 31 , 10 32 , 10 41 , and 10 42
  • the fourth pixel group is composed of pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , and 10 44 .
  • one pixel (for example, pixel 10 11 ) of the four pixels 10 11 1, 10 12 12 , 10 21 and 10 22 of the first pixel group is an R pixel, and the other.
  • One pixel (for example, pixel 10 12 ) is a G pixel
  • another pixel (for example, pixel 10 21 ) is a B pixel
  • the remaining one pixel (for example, pixel 10 22 ) is a D pixel.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 13 ) of the four pixels 10 13 10, 10 14 10, 10 23 , 10 24 of the second pixel group is an R pixel, and the other pixel (for example, pixel 10 14 ) is a G pixel.
  • another pixel for example, pixel 10 23
  • B pixel another pixel
  • D pixel the remaining one pixel
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 31 ) of the four pixels 10 31 , 10 32 , 10 41 , 10 42 of the third pixel group is an R pixel, and the other pixel (for example, pixel 10 32 ) is a G pixel.
  • another pixel for example, pixel 10 41
  • B pixel another pixel
  • D pixel the remaining one pixel
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 33 ) of the four pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , 10 44 of the fourth pixel group is an R pixel, and the other pixel (for example, pixel 10 34 ) is a G pixel.
  • another pixel for example, pixel 10 43
  • B pixel another pixel
  • D pixel the remaining one pixel
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • the first to fourth pixel groups each have the same array of pixels.
  • the second modification of the second embodiment can also obtain a high-quality color image with high light utilization efficiency.
  • FIG. 9 is a diagram showing a pixel arrangement of an image pickup apparatus according to a third modification of the second embodiment. Similar to the second embodiment, the pixels 10 11 to 10 44 arranged in 4 rows and 4 columns are set as a pixel group in which 4 pixels arranged in 2 rows and 2 columns are used as one unit, and the first to 1st to 4 pixels are used. It is divided into a fourth pixel group.
  • the first pixel group is composed of pixels 10 11 , 10, 12 , 10 21 , and 1022
  • the second pixel group is composed of pixels 10 13 , 10 14 , 10 23 , and 10 24
  • the third pixel group is composed of pixels. It is composed of 10 31 , 10 32 , 10 41 , and 10 42
  • the fourth pixel group is composed of pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , and 10 44 .
  • one pixel for example, pixel 10 11 of the four pixels 10 11 1, 10 12 12 , 10 21 and 10 22 of the first pixel group is used as an R pixel, and the like.
  • Two pixels for example, pixels 10 12 and 10 21 ) are G pixels, and the remaining one pixel (for example, pixels 10 22 ) is a D pixel.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 13 ) of the four pixels 10 13 10, 10 14 10, 10 23 , 10 24 of the second pixel group is defined as a B pixel, and the other two pixels (for example, pixels 10 14 10 10 23 ) are used.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 31 ) of the four pixels 10 31 , 10 32 , 10 41 , 10 42 of the third pixel group is defined as a B pixel, and the other two pixels (for example, pixels 10 32 , 10 41 ) are used.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • One pixel (for example, pixel 10 33 ) of the four pixels 10 33 , 10 34 , 10 43 , 10 44 of the fourth pixel group is an R pixel, and the other two pixels (for example, pixels 10 34 , 10 43 ) are used.
  • a G-color half-wavelength phase plate is used as the phase modulation unit 16A.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the image pickup apparatus of the third embodiment.
  • the image pickup device 100 of the third embodiment is an optical member (for example, a convex lens) on a pixel array in which a plurality of pixels 10 are arranged in a matrix in the image pickup devices of the first embodiment and the second embodiment and modified examples thereof. ) 50 is further provided.
  • an optical member for example, a convex lens
  • the pixel 10a is a pixel corresponding to the central portion of the image obtained by the image pickup apparatus, and receives light rays passing through the central region 50a of the convex lens 50.
  • the light rays that have passed through the region 50a propagate to the light guide unit 12 of the pixel 10a.
  • the pixel 10c is a pixel corresponding to the vicinity of the end portion of the image obtained by the image pickup apparatus, and receives light rays passing through the region 50c near the end portion of the convex lens 50.
  • the light rays that have passed through the region 50c propagate to the light guide unit 12 of the pixel 10c.
  • the pixel 10b is a pixel corresponding to a region between the central portion and the vicinity of the end portion of the image obtained by the image pickup apparatus, and is a region 50b between the central region 50a of the convex lens 50 and the region 50c near the end portion. Receives light rays that pass through. The light rays that have passed through the region 50b propagate to the light guide unit 12 of the pixel 10b.
  • the arrangement pitch of the image pickup device 30 is 5 ⁇ m
  • the diagonal length d of the effective diameter of the image pickup device 100 is 3.3 mm
  • the focal length f of the convex lens 50 is 10 mm.
  • the diagonal length of the image is reduced from 3.3 mm to 1.65 mm, and the pixel pitch (resolution in a broad sense) is increased. Reduce from 5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. That is, it will be reduced to 1/2.
  • the diagonal length of the image is reduced from 3.3 mm to 0.33 mm, and the resolution is reduced from 5 ⁇ m to 0.5 ⁇ m. That is, it will be reduced to 1/10.
  • the diagonal length of the image is reduced from 3.3 mm to 0.033 mm, and the resolution is reduced from 5 ⁇ m to 0.05 ⁇ m. .. That is, it will be reduced to 1/100.
  • the diagonal length of the image is reduced from 3.3 mm to 0.0066 mm and the resolution is reduced from 5 ⁇ m to 0.01 ⁇ m. .. That is, it will be reduced to 1/500.
  • the image pickup apparatus of this embodiment has the same functions as a microscope and is a microscope that does not use an objective lens.
  • the focal length of the convex lens 50 is preferably larger than 0.1 mm and smaller than 1000 mm.
  • the image pickup apparatus 100 of the present embodiment is provided with the phase modulation unit 16 in each pixel, it is possible to observe a subject such as a cell that is almost transparent as in the image pickup apparatus of the first embodiment. Therefore, the obtained image has high image quality.
  • the image pickup device of the second embodiment and its modified example is used as the image pickup device of the present embodiment, it is possible to obtain an image in which a nearly transparent subject is color-reproduced and color-enhanced.
  • the convex lens 50 is usually made of a glass material.
  • a plastic lens made of a plastic material may be used. In this case, it can be formed on a pixel array using a replica process.
  • the third embodiment can provide an image pickup device capable of obtaining a high-quality image with high light utilization efficiency, similarly to the first embodiment.
  • the image pickup apparatus according to the first modification of the third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the image pickup apparatus of the first modification has a configuration in which the optical member 50 is replaced with the Fresnel lens 52 shown in FIG. 11 in the image pickup apparatus 100 of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along a plane including the optical axis of the Fresnel lens 52.
  • this first modification also makes it possible to observe a subject such as a cell that is almost transparent, and the obtained image has high image quality. Further, if the image pickup device of the second embodiment and the modification thereof is used as the image pickup device of the present modification, it is possible to obtain an image in which a nearly transparent subject is color-reproduced and color-enhanced.
  • FIGS. 12A and 12B The image pickup apparatus according to the second modification of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12A and 12B.
  • the image pickup apparatus of the second modification has a configuration in which the optical member 50 is replaced with the hologram 54 shown in FIGS. 12A and 12B in the image pickup apparatus 100 of the third embodiment.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view cut along a plane including the optical axis of the hologram 54
  • FIG. 12B is a top view of the hologram 54.
  • This hologram 54 utilizes a diffraction phenomenon, unlike a lens or the like that utilizes a refraction phenomenon.
  • this first modification also makes it possible to observe a subject such as a cell that is almost transparent, and the obtained image has high image quality. Further, if the image pickup device of the second embodiment and the modification thereof is used as the image pickup device of the present modification, it is possible to obtain an image in which a nearly transparent subject is color-reproduced and color-enhanced.
  • the electronic device 300 is a system for displaying a microscope for observing a subject such as cells that are almost transparent and an image thereof, and includes an image pickup device 100, a processing unit 310, and a display unit 320.
  • the image pickup device 100 is the image pickup device of the third embodiment.
  • a PC Personal Computer
  • the processing unit 310 is used as the processing unit 310 to process the signal supplied from the signal processing unit 258 shown in FIG. 4 to obtain image data.
  • the display device 320 displays an image using the image data supplied from the processing unit 310.
  • the light beam emitted from the light source 410 is applied to the well 450 containing the sample (for example, cells) through the lens 420.
  • the light beam transmitted through the well 450 is imaged by the image pickup device 100, the image pickup result is processed by the processing unit 310, and the processing result is displayed by the display device 320.
  • the image pickup device 100 the image pickup device of the first modification or the second modification of the third embodiment may be used.
  • the electronic device of the fourth embodiment can observe a subject such as a cell that is almost transparent, and the obtained image has high image quality.
  • the image pickup device 100 of the present embodiment is used as the image pickup device of the second embodiment and its modified example, it is possible to obtain an image in which a nearly transparent subject is color-reproduced and color-enhanced.
  • the image pickup apparatus according to the fifth embodiment is shown in FIG.
  • the image pickup device 100A of the fifth embodiment includes a configuration in which the phase modulation section 16 is deleted from each pixel and the light-shielding section 20 is replaced with the light-shielding section 20A in the image pickup device 100 of the third embodiment shown in FIG. ing.
  • the pixels 10Aa, 10Ab, and 10Ac shown in FIG. 14 correspond to the pixels 10a, 10b, and 10c shown in FIG. 10, respectively.
  • the light-shielding portion 20A has a configuration in which the pinhole 20c is removed from the light-shielding portion 20 shown in FIG. That is, in the light-shielding portion 20A, the pinhole 20c provided on a part of the side surface of the light guide portion 18 is deleted.
  • the lens portion 14 made of a microlens is used to collect light in the pinhole of the light shielding portion 20A, so that the efficiency of light utilization is improved. be able to.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an image pickup apparatus manufactured by the manufacturing method of the present embodiment.
  • a first semiconductor chip portion 500 including a pixel array (hereinafter, also referred to as a pixel region) and a control circuit, and a second semiconductor chip portion 700 on which a logic circuit is mounted are electrically connected up and down. It is laminated in.
  • an image sensor in a semi-finished state is provided in a region to be a chip portion of the first semiconductor wafer (hereinafter, also referred to as a first semiconductor substrate) 510. It forms a control region 530 with 520. That is, for example, a photodiode (PD) to be a photoelectric conversion part of each pixel is formed in a region to be a chip portion of a first semiconductor substrate 510 made of a silicon substrate, and a source / source of each pixel transistor is formed in the semiconductor well region 512.
  • the drain region 514 is formed.
  • the semiconductor well region 512 is formed by introducing a first conductive type, for example, p-type impurity, and the source / drain region 514 is formed by introducing a second conductive type, for example, n-type impurity.
  • the photodiode (PD) and the source / drain region 514 of each pixel transistor are formed by ion implantation from the substrate surface.
  • the photodiode (PD) has an n-type semiconductor region 516 and a p-type semiconductor region 517 on the substrate surface side.
  • a gate electrode 518 is formed on the surface of the substrate constituting the pixel via a gate insulating film, and pixel transistors Tr1 and Tr2 are formed by a source / drain region 514 paired with the gate electrode 518.
  • a plurality of pixel transistors are represented by two pixel transistors Tr1 and Tr2.
  • the pixel transistor Tr1 adjacent to the photodiode (PD) corresponds to a transfer transistor, and its source / drain region corresponds to a floating diffusion (FD).
  • Each unit pixel is separated by the element separation region 522.
  • a MOS transistor constituting the control region 530 is formed on the first semiconductor substrate 510.
  • FIG. 16 shows MOS transistors constituting the control region 530, represented by MOS transistors Tr3 and Tr4.
  • Each MOS transistor Tr3 and Tr4 includes an n-type source / drain region 514 and a gate electrode 518 formed via a gate insulating film. The MOS transistors Tr3 and Tr4 are separated by the element separation region 525.
  • the first layer of the interlayer insulating film 540 is formed on the surface of the first semiconductor substrate 510, and then a contact hole is formed in the interlayer insulating film 540 to form a connecting conductor 542 to be connected to a required transistor.
  • a first insulating thin film for example, a silicon oxide film is formed on the entire surface including the upper surface of the transistor, and as a second insulating thin film (not shown) as an etching stopper.
  • it is formed of a silicon nitride film and laminated.
  • a second interlayer insulating film 540 is formed on the second insulating thin film. After that, contact holes having different depths are selectively formed in the second interlayer insulating film 540 up to the second insulating thin film (not shown) as an etching stopper.
  • the first insulating thin film (not shown) and the second insulating thin film (not shown) having the same film thickness are selectively etched in each part so as to be connected to each contact hole to form a contact hole.
  • the connecting conductor 542 is embedded in each contact hole.
  • each copper wiring 546 is formed. Normally, each copper wiring 546 is covered with a barrier metal layer (not shown) in order to prevent Cu diffusion.
  • the first multilayer wiring layer 550 is formed by alternately forming the interlayer insulating film 540 and the copper wiring 546 formed via the barrier metal layer.
  • the first multilayer wiring layer 550 is formed of copper wiring 546, but metal wiring made of other metal materials is also possible.
  • the first semiconductor chip portion 500 having the first multilayer wiring layer 550 on the upper portion and having the pixel region 520 and the control region 530 in the semi-finished state is formed.
  • a logic circuit 710 including a signal processing circuit for processing a signal in a semi-finished product state is formed in a region to be a chip portion of a second semiconductor substrate (semiconductor wafer) 720 made of silicon, for example. do. That is, a plurality of MOS transistors constituting the logic circuit 710 are formed in the p-type semiconductor well region 722 on the surface side of the second semiconductor substrate 720 so as to be separated by the element separation region 725.
  • a plurality of MOS transistors are represented by MOS transistors Tr11, Tr12, and Tr13.
  • Each of the MOS transistors Tr11, Tr12, and Tr13 has a pair of n-type source / drain regions 730 and a gate electrode 732 formed via a gate insulating film (not shown).
  • the logic circuit 710 can be configured with a CMOS transistor.
  • the first layer of the interlayer insulating film 740 is formed on the surface of the second semiconductor substrate 720, and then a contact hole is formed in the interlayer insulating film 740.
  • a connecting conductor 742 is formed to connect to a required transistor so as to embed this contact hole.
  • a silicon oxide film as a first insulating thin film (not shown) and a second insulating thin film as an etching stopper are formed on the entire surface including the upper surface of the transistor, as in the case described above.
  • a silicon nitride film is laminated.
  • a second interlayer insulating film 740 is formed on the second insulating thin film. Then, contact holes having different depths are selectively formed in the second interlayer insulating film 640 up to the second insulating thin film (not shown) which serves as an etching stopper.
  • the first insulating thin film (not shown) and the second insulating thin film (not shown) having the same film thickness are selectively etched in each part so as to be connected to each contact hole to form a contact hole.
  • the second multilayer wiring layer 750 is formed by repeating the formation of the interlayer insulating film 740 and the formation of the metal wiring of a plurality of layers.
  • the four layers of copper wiring 752 are formed by using the same process as the step of forming the first multilayer wiring layer 550 formed on the first semiconductor substrate 510, and the second multilayer wiring layer 750 is formed. ..
  • a warp correction film 760 for reducing warpage when the first semiconductor substrate 610 and the second semiconductor substrate 720 are bonded is formed on the upper part of the second multilayer wiring layer 750.
  • a second semiconductor substrate 720 having a second multilayer wiring layer 750 on the upper portion and having a logic circuit in a semi-finished state is formed on the upper part of the second multilayer wiring layer 750.
  • the first semiconductor substrate 510 and the second semiconductor substrate 720 are bonded so that the first multilayer wiring layer 550 and the second multilayer wiring layer 750 face each other.
  • the bonding is performed with, for example, an adhesive. In addition, they may be bonded by plasma bonding.
  • the first multilayer wiring layer 550 having the multilayer wiring layer on the upper portion and the second semiconductor substrate 720 are laminated and laminated to form a laminated body 800 composed of two different types of substrates.
  • the first semiconductor substrate 510 is thinned by grinding and polishing from the back surface side of the first semiconductor substrate 510. This thinning is performed so that the back surface of the photodiode (PD), that is, the n-type semiconductor region 516 is exposed. After thinning, a p-type semiconductor layer (not shown) for suppressing dark current is formed on the back surface of the photodiode (PD).
  • the thickness of the first semiconductor substrate 510 is, for example, about 600 ⁇ m, but the thickness of the first semiconductor substrate 510 is reduced to, for example, about 3 to 5 ⁇ m.
  • the back surface of the first semiconductor substrate 510 is a light incident surface when configured as a back-illuminated image pickup device.
  • an antireflection coating 810 is applied to the back surface of the first semiconductor substrate 510.
  • a tungsten film 820 is formed on the photodiode (PD) with a thickness of, for example, 350 nm.
  • the surface is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and pinhole 822 is formed by etching.
  • a light-shielding film groove portion 830 which requires light-shielding, is formed.
  • the light-shielding film groove portion 830 is formed by forming an opening by etching from the upper surface of the insulating film 826 formed on the back surface side of the first semiconductor substrate 510. This opening is formed, for example, at a depth that does not reach the first semiconductor substrate 510.
  • a tungsten (W) film is formed and the surface is polished by the CMP method.
  • the tungsten in the light-shielding film groove portion 830 remains, and the light-shielding film 832 is formed in the light-shielding region.
  • phase plate 840 that occupies an area of about 1/2 of the effective diameter of the sensor is formed.
  • the phase plate 840 forms, for example, a thin film of silicon nitride on the flattening film 836, and a photoresist is formed on the silicon nitride film.
  • a mask (not shown) having a hole in the shape of a half-wavelength phase plate is formed.
  • exposure and development are performed, and then the photoresist in the area not covered by the mask is removed. Then, using the above mask. It can be formed by etching the silicon nitride film, then peeling off the photoresist and performing cleaning. The mask is removed when the photoresist is peeled off.
  • red (R), green (G), and blue (B) on-chip color filters 860 are formed on the flattening film 836 corresponding to each pixel.
  • the on-chip color filter 860 can be formed on the top of the photodiode (PD) constituting the desired pixel array by forming an organic film containing a pigment or dye of a desired color and patterning the organic film. .. Then, the on-chip lens material 870 is formed in the pixel array region including the upper part of the on-chip color filter 860.
  • a resist film for an on-chip lens is formed in a region corresponding to each pixel on the upper part of the on-chip lens material 870, and an etching process is performed to form an on-chip lens 872. ..
  • the convex lens 50 of the third embodiment shown in FIG. 10 of the present disclosure is formed with an air gap.
  • the adhesive layer 880 may be formed to form the convex lens 50.
  • the Fresnel lens 52 shown in FIG. 11 may be formed.
  • the hologram 54 shown in FIGS. 12A and 12B may be formed.
  • the convex lens 50 can be bonded by using a plastic mold lens or a glass mold lens.
  • a wafer level lens manufactured by a replica process may be formed by step and repeat.
  • the hologram 54 may be formed after the adhesive layer 880 is formed, the cover glass is adhered, and the thickness is reduced to, for example, 50 ⁇ m.
  • the hologram manufactured by this manufacturing method has a four-step step shape.
  • the adhesive layer 880 shown in FIG. 23 is formed on the upper layer of the light incident surface (back surface), and then the cover glass 890 is adhered. Subsequently, for example, the cover glass 890 is thinned to 50 ⁇ m, and a silicon oxide film 892 having a thickness of 0.4 ⁇ m is formed on the cover glass 890. A photoresist film 894 is formed on the silicon oxide film 892.
  • a mask having a hole in the shape of the first stage of the hologram is formed on the photoresist film 894, and the photoresist film 894 is exposed (FIG. 25).
  • the exposed photoresist and mask 896 are removed.
  • a mask 894a made of a photoresist is formed (FIG. 26).
  • the silicon oxide film 892 is etched using this mask 894a.
  • the silicon oxide film becomes a patterned silicon oxide film 892a (FIG. 27).
  • the mask 894a made of the photoresist is removed, and then cleaning is performed. This completes the first stage of the step hologram made of the silicon oxide film 892a (FIG. 28).
  • a photoresist film 898 is formed on the silicon oxide film 892a and between the adjacent silicon oxide films 892a (FIG. 29). Subsequently, a mask 900 having a hole in the shape of a second stage of the hologram is formed on the photoresist film 898. The photoresist film 898 is exposed using this mask 900 (FIG. 30).
  • the exposed photoresist film 898 is developed, the exposed photoresist film 898 is removed, and the mask 900 is also removed. As a result, a mask 898a made of a photoresist is formed (FIG. 31).
  • the silicon oxide film 892a is etched using the mask 898a (FIG. 32). Subsequently, the mask 898a made of a photoresist is peeled off and washed. This completes the silicon oxide film 892b having the first and second stages of the stepped hologram (FIG. 33).
  • a photoresist film 902 is formed on the silicon oxide film 892b and between the adjacent silicon oxide films 892b (FIG. 34).
  • a mask 904 provided with a hole in the shape of the third stage of the hologram is formed on the photoresist film 902. Subsequently, the photoresist film 902 is exposed using this mask 904 (FIG. 35).
  • the photoresist film 902 is developed, the exposed photoresist is removed, and a mask 902a made of the photoresist is formed. At this time, the mask 904 is also removed (FIG. 36).
  • the silicon oxide film 892b is etched using the mask 902a.
  • the third stage of the stepped hologram is completed, and the silicon oxide film 892c that shakes the first stage, the second cross section, and the third stage is formed (FIG. 37).
  • the mask 902a made of photoresist is removed and washed. This completes the hologram made of the silicon oxide film 892c, which also has the fourth stage of the stepped hologram (FIG. 38).
  • At least one pixel is provided, and the pixel is It passes through a lens unit that collects incident light, a phase modulation unit that modulates the phase of a part of the light that has passed through the lens unit, and light whose phase is modulated by the phase modulation unit and light whose phase is not modulated.
  • An image pickup device including a light-shielding portion having a pinhole for causing the light to be formed, and an image pickup element for capturing light that has passed through the pinhole.
  • the phase modulation unit has a first portion and a second portion, and a phase difference of 1 ⁇ 2 of the wavelength between the light passing through the first portion and the light passing through the second portion.
  • the imaging apparatus which is configured to generate the above.
  • the image pickup apparatus according to any one of (1) to (3), which is arranged closer to the subject than the lens portion and further includes a first light guide portion that guides the subject light to the lens portion.
  • the second light guide section (1) to (4) which is arranged between the phase modulation section and the light-shielding section and guides the light passing through the phase modulation section to the light-shielding section.
  • the light-shielding portion includes a first member having the pinhole and arranged in a direction intersecting the propagation direction of light passing through the phase modulation portion, and the phase modulation portion from the peripheral portion of the first member.
  • the image pickup apparatus according to (5) which has a second member extending in the direction of the above and arranged on the side of the second light guide portion.
  • a plurality of pixels arranged in a matrix are provided, and each pixel has a lens unit that collects incident light and a light-shielding unit having a pinhole that allows at least a part of the light that has passed through the lens unit to pass through.
  • An image pickup element that captures light that has passed through the pinhole, and at least one of the plurality of pixels has a phase modulation unit that modulates the phase of a part of the light that has passed through the lens unit.
  • the light-shielding portion of the pixel having the phase-modulating section is an image pickup device having the pinhole for passing light whose phase is modulated by the phase-modulating section and light whose phase is not modulated by the phase-modulating section.
  • the phase modulation unit has a first portion and a second portion, and a phase difference of 1 ⁇ 2 of the wavelength between the light passing through the first portion and the light passing through the second portion.
  • the image pickup apparatus according to (7) or (8), wherein the phase modulation unit has substantially the same area as the first portion and the second portion.
  • the image pickup apparatus according to any one of (7) to (9), further comprising a second light guide portion for guiding light to the light shielding portion.
  • the light-shielding portion includes a first member having the pinhole and arranged in a direction intersecting the propagation direction of light passing through the phase modulation portion, and the phase modulation portion from the peripheral portion of the first member.
  • the image pickup apparatus which extends in the direction of the above and is arranged on the side portion of the second light guide portion.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first to third pixels have the phase modulation unit.
  • the image pickup apparatus according to any one of (7) to (11), wherein the fourth pixel does not have the phase modulation section and has a color filter arranged between the image pickup element and the lens section.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first to second pixels have the phase modulation unit.
  • the third to fourth pixels are described in any one of (7) to (11), wherein the third to fourth pixels do not have the phase modulation unit and have different color filters arranged between the image pickup element and the lens unit.
  • Imaging device (14)
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first pixel has the phase modulation unit, and the first pixel is the first. 2.
  • the plurality of pixels are arranged in units of pixel groups having first to fourth pixels arranged in two adjacent rows and two columns, and the first pixel has the phase modulation unit, and the first pixel is the first.
  • the second to third pixels do not have the phase modulation unit, and have a first color filter of the same color arranged between the image pickup element and the lens unit, and the fourth pixel has the phase modulation unit.
  • the image pickup apparatus according to any one of (7) to (11), which does not have a second color filter and has a second color filter having a color different from that of the first color filter arranged between the image pickup element and the lens portion. ..
  • the image pickup apparatus according to (7) to (15), further comprising an optical member arranged between the plurality of pixels and a subject and condensing light from the subject onto the plurality of pixels.
  • the optical member is a convex lens.
  • the optical member is a Fresnel lens.
  • the image pickup apparatus according to (16), wherein the optical member is a hologram.
  • the image pickup apparatus includes an image pickup apparatus and a signal processing unit that performs signal processing based on a pixel signal imaged by the image pickup apparatus, and the image pickup apparatus includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and each pixel is provided.
  • a lens unit that collects incident light
  • a light-shielding unit having a pinhole that allows at least a part of the light that has passed through the lens group
  • an image pickup element that captures the light that has passed through the pinhole.
  • At least one of the plurality of pixels has a phase modulation section that modulates the phase of a part of light that has passed through the lens section, and the light-shielding section of the pixel having the phase modulation section is the light-shielding section.
  • An electronic device having the pinhole for passing light whose phase is modulated and light whose phase is not modulated by a phase modulator.

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Abstract

［課題］光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置およびこの撮像装置を用いた電子機器を提供する。 ［解決手段］本開示の撮像装置は、少なくとも１つの画素を備え、前記画素は、入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部と、前記位相変調部で位相が変調された光と位相が変調されない光とを通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、 を備えている。

Description

撮像装置および電子機器
　本開示の実施形態は、撮像装置および電子機器に関する。
　複数の画素を有する撮像装置（センサ）と、撮像装置の単位画素と同じサイズレベルのマイクロレンズを複数個有するマイクロレンズアレイと、を備えた画像認識システムが知られている。
　この画像認識システムにおいては、各マイクロンズと対応するセンサとの間に１つまたは２つのピンホールが設けられている。そして、マイクロレンズアレイのうち中央に位置しているマイクロレンズの光軸に対して、周縁側により近いマイクロレンズほど、光軸の傾斜角度を大きくしてくる。これにより、広い画角で被写体像を認識することができる。
特許第５４８８９２８号公報 特表２００７－５２０７４３号公報
　しかし、この画像認識システムにおいては、ピンホールを用いて入射光の範囲を制限しているため、光の利用効率が低い。また、マイクロレンズアレイの周縁に近づくに従って、円形のピンホールを通過した光束の断面が歪んだ楕円になり、ピンホールで所望の画角の光線を選択してセンサアレイに到達させることができず、良質の画質を得ることが難しい。
　本開示では、光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置およびこの撮像装置を用いた電子機器を提供する。
　本開示の第１態様による撮像装置は、少なくとも１つの画素を備え、前記画素は、
　入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部と、前記位相変調部で位相が変調された光と位相が変調されない光とを通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、を備えている。
　第１態様による撮像装置において、前記位相変調部は、第１部分と、第２部分とを有し、前記第１部分を通過した光と前記第２部分を通過した光とで、波長の１／２の位相差を生じるように構成されていてもよい。
　第１態様による撮像装置において、前記位相変調部は、前記第１部分と前記第２部分は実質的に同じ面積を有していてもよい。
　第１態様による撮像装置において、前記レンズ部よりも被写体側に配置され、被写体光を前記レンズ部に導光する第１導光部を更に備えていてもよい。
　第１態様による撮像装置において、前記位相変調部と前記遮光部との間に配置され前記位相変調部を通過した光を前記遮光部に導光する第２導光部を更に備えていてもよい。
　第１態様による撮像装置において、前記遮光部は、前記ピンホールを有し前記位相変調部を通過した光の伝搬方向に交差する方向に配置された第１部材と、前記第１部材の周縁部から前記位相変調部の方向に延び前記第２導光部の側部に配置される第２部材と、を有していてもよい。
　第２態様による撮像装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を備え、各画素は、入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部を通過した光の少なくとも一部を通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、を備え、前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部を有し、前記位相変調部を有する前記画素の前記遮光部は、前記位相変調部で位相が変調された光と変調されない光とを通過させる前記ピンホールを有する。
　第２態様による撮像装置において、前記位相変調部は、第１部分と、第２部分とを有し、前記第１部分を通過した光と前記第２部分を通過した光とで、波長の１／２の位相差を生じるように構成されていてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記位相変調部は、前記第１部分と前記第２部分は実質的に同じ面積を有していてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記レンズ部よりも被写体側に配置され、被写体光を前記レンズ部に導光する第１導光部と、前記レンズ部と前記遮光部との間に配置され前記レンズ部からの光線を前記遮光部に導光する第２導光部と、を更に備えていてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記遮光部は、前記ピンホールを有し前記位相変調部を通過した光の伝搬方向に交差する方向に配置された第１部材と、前記第１部材の周縁部から前記位相変調部の方向に延び前記第２導光部の側部に配置されていてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１乃至第３画素は前記位相変調部を有し、前記第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される色フィルタを有していてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１乃至第２画素は前記位相変調部を有し、前記第３乃至第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される異なる色フィルタを有していてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１画素は前記位相変調部を有し、前記第２乃至第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される互いに異なる色フィルタを有していてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１画素は前記位相変調部を有し、前記第２乃至第３画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される同色の第１色フィルタを有し、前記第４画素は、前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される前記第１色フィルタと異なる色の第２色フィルタを有していてもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記複数の画素と被写体との間に配置され、前記被写体からの光を前記複数の画素に集光する光学部材を更に備えていてもよい。
　第２態様による撮像装置において。前記光学部材は凸レンズであってもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記光学部材はフレネルレンズであってもよい。
　第２態様による撮像装置において、前記光学部材はホログラムであってもよい。
　第３態様による電子機器は、撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画素信号に基づいて信号処理を行う信号処理部と、を備え、前記撮像装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を備え、各画素は、入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ群を通過した光の少なくとも一部を通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、を備え、前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部を有し、
　前記位相変調部を有する前記画素の前記遮光部は、前記位相変調部で位相が変調された光と変調されない光とを通過させる前記ピンホールを有する。
第１実施形態による撮像装置における画素の構成を示す断面図。 第１実施形態の撮像装置における画素の位相変調部を示す平面図。 第１実施形態の撮像装置の効果を説明する図。 第１実施形態の撮像装置の構成を示す回路図。 第１実施形態の一変形例による撮像装置における画素の位相変調部を示す平面図。 第２実施形態による撮像装置の画素配列を示す図。 第２実施形態の第１変形例による撮像装置の画素配列を示す図。 第２実施形態の第２変形例による撮像装置の画素配列を示す図。 第２実施形態の第３変形例による撮像装置の画素配列を示す図。 第３実施形態による撮像装置を示す図。 第３実施形態の第１変形例による撮像装置の光学部材の一例を示す断面図。 図１２Ａおよび図１２Ｂはそれぞれ、第３実施形態の第１変形例による撮像装置の光学部材の一例を示す断面図および上面図。 第４実施形態による電子機器の構成を示す図。 第５実施形態による撮像装置の構成を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第６実施形態による撮像装置の製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。 第３乃至第４実施形態に用いられるホログラムの製造工程を示す断面図。
　本開示の実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、撮像装置および電子機器の構成部分を主に説明するが、撮像装置および電子機器には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
　また、以下の説明で参照される図面は、本開示の実施形態の説明と、その理解を促すための図面であり、分かり易くするために、図中に示される形状、寸法、比などは実際と異なる場合がある。
　（第１実施形態）
　第１実施形態による撮像装置について図１乃至図５を参照して説明する。第１実施形態の撮像装置はイメージセンサであって、マトリクス状に配列された複数の画素を有する画素アレイを備えている。図１は、一方向に配列された画素の断面図である。図１では、複数（例えば２個）の画素１０がｘ方向に配列されているが、ｙ方向に図示しない複数の画素が配列されていてもよい。すなわち、ｍ、ｎを正の整数とした場合に、画素アレイは、画素１０がｍ行×ｎ列のマトリクス状に配列されていてもよい。なお、ｚ方向は図示しない被写体からの光が伝播する方向である。
　各画素１０は、導光部１２と、レンズ部１４と、位相変調部１６と、導光部１８と、遮光部２０と、撮像素子３０と、を備えている。
　導光部１２は、図示しない被写体と撮像素子３０との間に配置され、被写体からの光をレンズ部１４に伝播する。この導光部１２は可視光が透過する材料で構成され、例えばナトリウムのＤ線（以下、単にＤ線とも云う）の屈折率が１．５５の材料が用いられる。
　レンズ部１４は導光部１２と撮像素子３０との間に配置され、導光部１２を伝播してきた光を位相変調部１６に伝播する。このレンズ部１４として、例えば凸形状のマイクロレンズを有し、このマイクロレンズは、例えばＤ線の屈折率が１．９となっている。
　位相変調部１６は、レンズ部１４と撮像素子３０との間に配置され、レンズ部１４から伝播されてきた光を、位相差（例えば可視光の波長λの半波長の位相差）を有する２つの光に分離し、導光部１８に伝播する。この位相変調部１６は、例えば図２に示すように、２つの部分１６ａ、１６ｂに分けられ、部分１６ａは例えばＤ線の屈折率が１．９の透明体の材料で構成し、部分１６ｂは例えばＤ線の屈折率が１．５５の透明材料で構成し、それぞれの厚さ（ｚ方向の長さ）が例えば０．７８５７μｍの透明材料が用いられる。図２において、被写体から見たときの部分１６ａの面積と部分１６ｂの面積は実質的に等しい。すなわち、部分１６ａの面積と部分１６ｂの面積との差は製造誤差範囲内にあること意味する。
　この構成により、部分１６ａと部分１６ｂを透過した光に１／２波長の位相差が生じる。なお、図２は。位相変調部１６を被写体からみた平面図である。図２において、円形の実線は、レンズ部１４を通過した光線束の範囲を示している。
　導光部１８は位相変調部１６と撮像素子３０との間に配置され、位相変調部１６からの光を遮光部２０に伝播する。この導光部１８は導光部１２と同様に、可視光が透過する材料で構成され、例えばＤ線の屈折率が１．５５の材料が用いられる。
　遮光部２０は、導光部１８と撮像素子３０との間に配置され、撮像素子３０に対向する導光部１８の面に設けられた部分２０ａと、導光部１８の側面（ｚ方向に平行な面）の一部に設けられた部分２０ｂとを、備えている。部分２０ａは、レンズ部１４からマイクロレンズの実質的焦点距離離れた位置に配置され、中央にピンホール２０ｃが設けられている。ここで、「実質的焦点距離」とは、マイクロレンズの製造誤差の範囲内の焦点距離であることを意味する。なお、マイクロレンズの焦点距離は、０．０００３ｍｍより大きく３ｍｍよりも小さいことが好ましい。また、ピンホールの直径は０．１μｍより大きく２μｍよりも小さいことが好ましい。
　部分２０ｂは導光部１８の側面の撮像素子３０側に設けられ、導光部１８の側面から光が他の画素に伝播するのを防止する。すなわち、遮光部２０は、レンズ部１４によって位相変調部１６および導光部１８を介して集光された光線を、ピンホール２０ｃを通して撮像素子３０に伝播するとともに、部分２０ｂによって光が隣接する画素に伝播しクロストークが生じることを防止する。すなわち、部分２０ａ、２０ｂは可視光を吸収する材料で構成される。
　撮像素子３０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳイメージセンサ素子を備えている。
　各画素１０において、導光部１２，レンズ部１４、位相変調部１６、導光部１８、および遮光部２０からなる光学系の光軸は、撮像素子３０のほぼ中心を通る。
　本実施形態においては、位相変調部１６が設けられ、この位相変調部１６は、部分１６ａと部分１６ｂによって位相変調部１６を通過する光を半波長の位相差を有する２つの光に分離する。これにより、被写体が細胞などの透明に近いものをより見え易くすることが可能になる。このことについて図３を参照して以下に説明する。例えば。図３に示すように被写体４０として、断面が台形形状で透明に近いものとし、撮像素子と反対側から被写体４０に光が入射する場合、すなわち台形の下辺側から光が被写体４０に入射し上辺側から画素に出射する場合を考える。２本の光線がペアとなり、同一の画素の撮像素子で光電変換されると仮定する。２本の光線のうち１本は位相変調部１６の部分１６ａの面積中心を通過する光を表し、他の１本は位相変調部１６の部分１６ｂの面積中心を通過する光を表す。
　図３に示す光線４２ａ、４２ｂは被写体４０を通過しないので、２本の光線４２ａ、４２ｂに位相差は生じない。このため、位相変調部１６の部分１６ａを通過した光線４２ａと部分１６ｂを通過した光線４２ｂは対応する撮像素子において位相差が打ち消され、位相差が無い場合と同じ画像が得られる。図３に示す光線４４ａ、４４ｂは被写体４０の台形形状の下辺および上辺を透過しているので、透過後の光線４４ａ、４４ｂに位相差が生じず、光線４２ａ、４２ｂの場合と同様に、対応する撮像素子において位相差が打ち消され、位相差が無い場合と同じ画像が得られる。図３に示す光線４６ａ、４６ｂは被写体４０の斜辺の異なる位置を通過しているため、位相差がある。このため、位相変調部１６の部分１６ａの面積中心を通過した光線と、位相変調部１６の部分１６ｂの面積中心を通過した光線とで位相差が異なり、対応する撮像素子で位相差が打ち消されず、位相差がある画像が得られる。すなわち、微分干渉コントラストを有する画像を得ることが可能となり、高画質の画像を得ることができる。
　なお、第１実施形態では、位相変調部１６は、部分１６ａと部分１６ｂがｘ方向に分けられて配置されているので、画像のコントラストはｘ方向に沿って生じ、得られた画像は、ｘ方向から見た３次元画像のようになる。
　本実施形態では、マイクロレンズからなるレンズ部１４を用いて遮光部２０のピンホール２０ｃに集光しているため、光の利用効率を高めることができる。また、導光部１８の側面の一部が遮光部２０の部分２０ｂによって覆われているため、クロスストークを抑制することが可能になるとともに光の利用効率を更に高めることができる。
　本実施形態の撮像装置の全体の構成を図４に示す。この実施形態の撮像装置２５０は、画素領域２５１と、画素駆動線２５２と、垂直信号線２５３と、垂直駆動部２５４と、カラム処理部２５５と、水平駆動部２５６と、システム制御部２５７と、信号処理部２５８と、メモリ部２５９と、を備えている。これらが図示せぬシリコン基板等の半導体基板（チップ）に形成されている。なお、画素領域２５１を第１半導体基板からなるセンサチップに形成され、画素駆動線２５２、垂直信号線２５３、垂直駆動部２５４、カラム処理部２５５、水平駆動部２５６、システム制御部２５７、信号処理部２５８、およびメモリ部２５９を第２半導体基板からなる回路チップに形成し、これらのチップを貼り合わせてもよい。
　画素領域２５１には、図１で説明した画素１０が２次元配列された画素アレイであって、光信号を電気信号に変換して撮像を行う。この画素領域２５１には画素に対して２行ごとに画素駆動線２５２が設けられ、２列ごとに垂直信号線２５３が設けられている。
　垂直駆動部２５４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素領域２５１の各撮像素子に蓄積された電荷に対応する画素信号が、奇数列、偶数列の順に行単位で上から順に読み出されるように、画素駆動線２５２に駆動信号を供給する。
　カラム処理部２５５は、画素領域２５１の画素の２列ごとに信号処理回路を有する。カラム処理部２５５の各信号処理回路は、対応する画素から読み出され、垂直信号線２５３を通して供給される画素信号に対して、Ａ／Ｄ変換処理、相関二重サンプリング（ＣＤＳ（Correlated Double Sampling））処理等の信号処理を行う。カラム処理部２５５は信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
　水平駆動部２５６は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部２５５の信号処理回路を順番に選択する。これにより、カラム処理部２５５の各信号処理回路で信号処理された画素信号が順番に信号処理部２５８に出力される。
　システム制御部２５７は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等で構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部２５４、カラム処理部２５５、および水平駆動部２５６を制御する。
　信号処理部２５８は、カラム処理部から出力される画素信号に対して種々の信号処理を行う。このとき、信号処理部２５８は、必要に応じて信号処理の途中結果などをメモリ部２５９に格納し、必要なタイミングで参照する。信号処理部２５８は、信号処理後の画素信号を出力する。
　メモリ部２５９は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などにより構成される。
　以上説明したことにより、本実施形態によれば、光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。
　（変形例）
　第１実施形態では、得られた画像はｘ方向にコントラストが生じるため、被写体のｘ方向の厚さの違いを見ることができる。しかし、被写体のｙ方向の厚みの違いを得ることは難しい。
　そこで、第１実施形態の変形例として、第１実施形態の撮像装置において、図２に示す位相変調部１６を図５に示す位相変調部１６Ａを用いることにより、被写体のｘ方向およびｙ方向の厚みの違いを見ることができる。この位相変調部１６Ａは、ｘ方向に２分割およびｙ方向に２分割された領域のうち１つの対角線上に位置する２つの領域に部分１６ａが配置され、他方の対角線上に位置する２つの領域に部分１６ｂが配置された構成を有している。図５においても部分１６ａと部分１６ｂとの面積は実質的に等しい。
　例として、撮像装置の全ての画素において、特定の波長（例えば９４０ｎｍ）が入射される場合に、各画素の位相変調部１６Ａの部分１６ａとして上記特定の波長の１／２波長位相板を用いることができる。
　この変形例も第１実施形態と同様に、光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。
 （第２実施形態）
　第２実施形態による撮像装置について図６を参照して説明する。第１実施形態は単色画像が得られる撮像装置であったが、第２実施形態は、カラー画像が得られる撮像装置である。
　図６は、第２実施形態の撮像装置の画素配列を示す図である。４行４列に配置された画素１０１１～１０４４に対して、２行２列に配置された４個の画素を１単位とする画素群とし、第１乃至第４画素群に分割する。例えば、第１画素群は画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２から構成され、第２画素群は画素１０１３、１０１４、１０２３、１０２４から構成され、第３画素群は画素１０３１、１０３２、１０４１、１０４２から構成され、第４画素群は画素１０３３、１０３４、１０４３、１０４４から構成される。
　この第２実施形態においては、第１画素群の４つの画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２のうちの１つの画素（例えば画素１０１１）を赤色画素（以下、Ｒ画素とも云う）とし、他の画素を微分干渉画素（以下、Ｄ画素とも云う）とする。
　第２画素群の４つの画素１０１３、１０１４、１０２３、１０２４のうちの１つの画素（例えば、画素１０１３）を緑色画素（以下、Ｇ画素とも云う）とし、他の画素をＤ画素とする。
　第３画素群の４つの画素１０３１、１０３２、１０４１、１０４２のうちの１つの画素（例えば画素１０３１）をＧ画素とし、他の画素をＤ画素とする。
　第４画素群の４つの画素１０３３、１０３４、１０４３、１０４４のうちの１つの画素（例えば画素１０３３）を青色画素（以下、Ｂ画素とも云う）とし、他の画素をＤ画素とする。
　Ｄ画素は図１に示す画素１０と同じ構成を有しており、位相変調部として図２に示す位相変調部１６または図５に示す位相変調部１６Ａが用いられる。なお、第２実施形態においては、第１画素群のＤ画素は位相変調部１６ＡとしてＲ色の半波長位相板が用いられ、第２画素群のＤ画素は位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられ、第３画素群のＤ画素は位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられ、第４画素群のＤ画素は位相変調部１６ＡとしてＢ色の半波長位相板が用いられる。
　Ｒ画素は図１に示す画素１０の位相変調部１６を赤色フィルタに置き換え、Ｇ画素は図１に示す画素１０の位相変調部１６を緑色フィルタに置き換え、Ｂ画素は図１に示す画素１０の位相変調部１６をＢ色フィルタに置き換えた構成を有している。このような構成にすることにより、第１乃至第４画素群を色再現の１単位としてみると、ベイヤー配列となり、カラー画像を得ることができる。
　また、各画素群には１つの色画素と残りの３つのＤ画素が設けられ、これらの３つのＤ画素は色画素の色の半波長板を備えているので、上記色が強調された画像を得ることができる。
　この第２実施形態も、光の利用効率が高く高画質のカラー画像を得ることができる。
　（第１変形例）
　第２実施形態の第１変形例による撮像装置について図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態の第１変形例による撮像装置の画素配列を示す図である。第２実施形態と同様に、４行４列に配置された画素１０１１～１０４４に対して、２行２列に配置された４個の画素を１単位とする画素群とし、第１乃至第４画素群に分割する。例えば、第１画素群は画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２から構成され、第２画素群は画素１０１３、１０１４、１０２３、１０２４から構成され、第３画素群は画素１０３１、１０３２、１０４１、１０４２から構成され、第４画素群は画素１０３３、１０３４、１０４３、１０４４から構成される。
　この第２実施形態の第１変形例においては、第１画素群の４つの画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２のうちの１つの画素（例えば画素１０１１）をＧ画素とするとともに、他の１つの画素（例えば画素１０２２）をＢ画素とし、残りの２つの画素をＤ画素とする。これらのＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第２画素群の４つの画素１０１３、１０１４、１０２３、１０２４のうちの１つの画素（例えば画素１０１３）をＧ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０２４）Ｒ画素とし、残りの２つの画素をＤ画素とする。これらのＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第３画素群の４つの画素１０３１、１０３２、１０４１、１０４２のうちの１つの画素（例えば画素１０３１）をＧ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０４２）をＲ画素とし、残りの２つ画素をＤ画素とする。これらのＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第４画素群の４つの画素１０３３、１０３４、１０４３、１０４４のうちの１つの画素（例えば画素１０３３）をＧ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０４４）をＢ画素とし、残りの２つ画素をＤ画素とする。これらのＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＢ色の半波長位相板が用いられる。
　この第１変形例においては、第１乃至第４画素群の各Ｄ画素には、位相変調部１６ＡとしてＢ色の半波長位相板が用いられるので、Ｂ色が強調された画像を得ることができる。
　このような構成にすることにより、第２実施形態の第１変形例も、光の利用効率が高く高画質のカラー画像を得ることができる。
　（第２変形例）
　第２実施形態の第２変形例による撮像装置について図８を参照して説明する。図８は、第２実施形態の第２変形例による撮像装置の画素配列を示す図である。第２実施形態と同様に、４行４列に配置された画素１０１１～１０４４に対して、２行２列に配置された４個の画素を１単位とする画素群とし、第１乃至第４画素群に分割する。例えば、第１画素群は画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２から構成され、第２画素群は画素１０１３、１０１４、１０２３、１０２４から構成され、第３画素群は画素１０３１、１０３２、１０４１、１０４２から構成され、第４画素群は画素１０３３、１０３４、１０４３、１０４４から構成される。
　この第２実施形態の第２変形例においては、第１画素群の４つの画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２のうちの１つの画素（例えば画素１０１１）をＲ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０１２）をＧ画素とし、更に他の１つの画素（例えば画素１０２１）をＢ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０２２）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第２画素群の４つの画素１０１３、１０１４、１０２３，１０２４のうちの１つの画素（例えば画素１０１３）をＲ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０１４）をＧ画素とし、更に他の１つの画素（例えば画素１０２３）をＢ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０２４）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第３画素群の４つの画素１０３１、１０３２、１０４１，１０４２のうちの１つの画素（例えば画素１０３１）をＲ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０３２）をＧ画素とし、更に他の１つの画素（例えば画素１０４１）をＢ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０４２）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第４画素群の４つの画素１０３３、１０３４、１０４３，１０４４のうちの１つの画素（例えば画素１０３３）をＲ画素とし、他の１つの画素（例えば画素１０３４）をＧ画素とし、更に他の１つの画素（例えば画素１０４３）をＢ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０４４）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　すなわち、この第２変形例においては、第１乃至第４画素群はそれぞれ、同じ配列の画素を有している。
　この第２変形例においては、第１乃至第４画素群の各Ｄ画素には、位相変調部１６ＡとしてＢ色の半波長位相板が用いられるので、Ｂ色が強調された画像を得ることができる。
　このような構成にすることにより、第２実施形態の第２変形例も、光の利用効率が高く高画質のカラー画像を得ることができる。
　（第３変形例）
　第２実施形態の第３変形例による撮像装置について図９を参照して説明する。図９は、第２実施形態の第３変形例による撮像装置の画素配列を示す図である。第２実施形態と同様に、４行４列に配置された画素１０１１～１０４４に対して、２行２列に配置された４個の画素を１単位とする画素群とし、第１乃至第４画素群に分割する。例えば、第１画素群は画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２から構成され、第２画素群は画素１０１３、１０１４、１０２３、１０２４から構成され、第３画素群は画素１０３１、１０３２、１０４１、１０４２から構成され、第４画素群は画素１０３３、１０３４、１０４３、１０４４から構成される。
　この第２実施形態の第３変形例においては、第１画素群の４つの画素１０１１、１０１２、１０２１，１０２２のうちの１つの画素（例えば画素１０１１）をＲ画素とし、他の２つの画素（例えば画素１０１２、１０２１）をＧ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０２２）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第２画素群の４つの画素１０１３、１０１４、１０２３，１０２４のうちの１つの画素（例えば画素１０１３）をＢ画素とし、他の２つの画素（例えば画素１０１４、１０２３）をＧ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０２４）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第３画素群の４つの画素１０３１、１０３２、１０４１，１０４２のうちの１つの画素（例えば画素１０３１）をＢ画素とし、他の２つの画素（例えば画素１０３２、１０４１）をＧ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０４２）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　第４画素群の４つの画素１０３３、１０３４、１０４３，１０４４のうちの１つの画素（例えば画素１０３３）をＲ画素とし、他の２つの画素（例えば画素１０３４、１０４３）をＧ画素とし、残り１つの画素（例えば画素１０４４）をＤ画素とする。このＤ画素は、位相変調部１６ＡとしてＧ色の半波長位相板が用いられる。
　この第３変形例においては、第１乃至第４画素群の各Ｄ画素には、位相変調部１６ＡとしてＢ色の半波長位相板が用いられるので、Ｂ色が強調された画像を得ることができる。
　このような構成にすることにより、第２実施形態の第３変形例も、光の利用効率が高く高画質のカラー画像を得ることができる。
 （第３実施形態）
　第３実施形態による撮像装置の構成を図１０に示す。図１０は第３実施形態の撮像装置の断面図である。この第３実施形態の撮像装置１００は、第１実施形態および第２実施形態の撮像装置ならびにそれらの変形例において、複数の画素１０がマトリクス状に配列された画素アレイ上に光学部材（例えば凸レンズ）５０を更に設けた構成を備えている。
　図１０においては、画素アレイ中の３個の画素１０ａ、１０ｂ、１０ｃが示されている。画素１０ａは、撮像装置によって得られる画像の中心部に対応する画素であり、凸レンズ５０の中心部の領域５０ａを通過する光線を受光する。領域５０ａを通過した光線は画素１０ａの導光部１２に伝播する。
　画素１０ｃは撮像装置によって得られる画像の端部近傍に対応する画素であり、凸レンズ５０の端部近傍の領域５０ｃを通過する光線を受光する。領域５０ｃを通過した光線は画素１０ｃの導光部１２に伝播する。
　画素１０ｂは、撮像装置によって得られる画像の中心部と端部近傍との間の領域に対応する画素であり、凸レンズ５０の中心部の領域５０ａと端部近傍の領域５０ｃとの間の領域５０ｂを通過する光線を受光する。領域５０ｂを通過した光線は画素１０ｂの導光部１２に伝播する。
　この第３実施形態の撮像装置１００において、例えば撮像素子３０の配列ピッチを５μｍ、撮像装置１００の有効径の対角長ｄを３．３ｍｍとし、凸レンズ５０の焦点距離ｆを１０ｍｍとする。
　この場合において、凸レンズ５０から５ｍｍの位置にある被写体（図示せず）を見ると、画像の対角長が３．３ｍｍから１．６５ｍｍに縮小するとともに、画素ピッチ（広い意味での分解能）が５μｍから２．５μｍに縮小する。すなわち１／２に縮小することになる。
　また、凸レンズ５０から９ｍｍの位置にある被写体（図示せず）を見ると、画像の対角長が３．３ｍｍから０．３３ｍｍに縮小するとともに、分解能が５μｍから０．５μｍに縮小する。すなわち、１／１０に縮小することになる。
　また、凸レンズ５０から９．９ｍｍの位置にある被写体（図示せず）を見ると、画像の対角長が３．３ｍｍから０．０３３ｍｍに縮小するとともに、分解能が５μｍから０．０５μｍに縮小する。すなわち、１／１００に縮小することになる。
　更に、凸レンズ５０から９．９５ｍｍの位置にある被写体（図示せず）を見ると、画像の対角長が３．３ｍｍから０．００６６ｍｍに縮小するとともに、分解能が５μｍから０．０１μｍに縮小する。すなわち、１／５００に縮小することになる。
　以上の説明から、本実施形態の撮像装置は、顕微鏡と同等の機能を備え、対物レンズを用いない顕微鏡となる。
　なお、凸レンズ５０の焦点距離は０．１ｍｍより大きく１０００ｍｍよりも小さいことが好ましい。
　また、本実施形態の撮像装置１００は、各画素には位相変調部１６が設けられているので、第１実施形態の撮像装置と同様に、透明に近い細胞などの被写体を観察することが可能となり、得られた画像は、高画質となる。
　また、本実施形態の撮像装置として、第２実施形態およびその変形例の撮像装置を用いれば、透明に近い被写体を色再現および色強調した画像を得ることができる。
　なお、凸レンズ５０は、通常ガラス材料で形成される。しかし、プラスチック材料で形成したプラスチックレンズを用いてもよい。この場合、レプリカプロセスを用いて画素アレイ上に形成することができる。
　以上説明したことにより、第３実施形態も第１実施形態と同様に、光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。
　（第１変形例）
　第３実施形態の第１変形例による撮像装置について図１１を参照して説明する。この第１変形例の撮像装置は、第３実施形態の撮像装置１００において、光学部材５０を図１１に示すフレネルレンズ５２に置き換えた構成を有している。図１１は、フレネルレンズ５２の光軸を含む平面で切断した断面図である。
　この第１変形例も第３実施形態と同様に、透明に近い細胞などの被写体を観察することが可能となり、得られた画像は、高画質となる。また、本変形例の撮像装置として、第２実施形態およびその変形例の撮像装置を用いれば、透明に近い被写体を色再現および色強調した画像を得ることができる。
　以上説明したように、本変形例によれば、光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。
　（第２変形例）
　第３実施形態の第２変形例による撮像装置について図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して説明する。この第２変形例の撮像装置は、第３実施形態の撮像装置１００において、光学部材５０を図１２Ａ、１２Ｂに示すホログラム５４に置き換えた構成を有している。図１２Ａはホログラム５４の光軸を含む平面で切断した断面図、１２Ｂはホログラム５４の上面図である。このホログラム５４は、屈折現象を利用するレンズ等と異なり、回折現象を利用する。
　この第１変形例も第３実施形態と同様に、透明に近い細胞などの被写体を観察することが可能となり、得られた画像は、高画質となる。また、本変形例の撮像装置として、第２実施形態およびその変形例の撮像装置を用いれば、透明に近い被写体を色再現および色強調した画像を得ることができる。
　以上説明したように、本変形例によれば、光の利用効率が高く高画質の画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。
 （第４実施形態）
　第４実施形態による電子機器を図１３に示す。この電子機器３００は、透明に近い細胞等の被写体を観察する顕微鏡およびその画像を表示するシステムであり、撮像装置１００と、処理部３１０と、表示部３２０と、を備えている。撮像装置１００は、第３実施形態の撮像装置である。処理部３１０は、例えばＰＣ（Personal Computer）が用いられ、図４に示す信号処理部２５８から供給された信号を処理し、画像データを得る。表示装置３２０は、処理部３１０から供給された画像データを用いて画像を表示する。
　第４実施形態においては、光源４１０から出射された光線をレンズ４２０を通して試料（例えば細胞等）が入ったウェル４５０に照射する。ウェル４５０を透過した光線を撮像装置１００によって撮像し、撮像結果を処理部３１０において処理し、処理結果を表示装置３２０で表示する。
　なお、撮像装置１００として、第３実施形態の第１変形例または第２変形例の撮像装置を用いてもよい。
　以上説明したことにより、第４実施形態の電子機器は、透明に近い細胞などの被写体を観察することが可能となり、得られた画像は、高画質となる。
　また、本実施形態の撮像装置１００として、第２実施形態およびその変形例の撮像装置を用いれば、透明に近い被写体を色再現および色強調した画像を得ることができる。
　これにより、第４実施形態によれば、光の利用効率が高く高画質のカラー画像を得ることが可能な電子機器を得ることができる。
 （第５実施形態）
　第５実施形態による撮像装置を図１４に示す。この第５実施形態の撮像装置１００Ａは、図１０に示す第３実施形態の撮像装置１００において、各画素から位相変調部１６を削除するとともに、遮光部２０を遮光部２０Ａに置き換えた構成を備えている。
　図１４に示す画素１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ａｃはそれぞれ、図１０に示す画素１０ａ、１０ｂ、１０ｃに対応する。
　遮光部２０Ａは、図１に示す遮光部２０からピンホール２０ｃを削除した構成を有している。すなわち、遮光部は２０Ａは、導光部１８の側面の一部に設けられたピンホール２０ｃが削除されている。
　このように構成された撮像装置１００Ａにおいては、第１実施形態と同様に、マイクロレンズからなるレンズ部１４を用いて遮光部２０Ａのピンホールに集光しているため、光の利用効率を高めることができる。
　なお、第１実施形態と同様に、導光部１８の側面の一部を覆う部分２０ｂを新たに設ければ、クロスストークを抑制することが可能になるとともに光の利用効率を更に高めることができる。
 （第６実施形態）
　第６実施形態による撮像装置の製造方法について図１５乃至図２３を参照して説明する。第６実施形態の製造方法は、裏面照射型のＭＯＳ型撮像装置を製造する。
　図１５は、本実施形態の製造方法によって製造される撮像装置の概略断面構成図である。この撮像装置は、画素アレイ（以下、画素領域とも云う）および制御回路を含む第１半導体チップ部５００と、ロジック回路が搭載された第２半導体チップ部７００が電気的に接続された状態で上下に積層されている。
　第６実施形態においては、先ず、図１６に示すように、第１半導体ウェハ（以下、第１半導体基板とも云う）５１０の各チップ部となる領域に、半製品状態のイメージセンサ 、すなわち画素領域５２０と制御領域５３０を形成する。すなわち、例えばシリコン基板からなる第１半導体基板５１０の各チップ部となる領域に、各画素の光電変換部となるフォトダイオード（ＰＤ）を形成し、その半導体ウェル領域５１２に各画素トランジスタのソース／ドレイン領域５１４を形成する。
　半導体ウェル領域５１２は、第１導電型、例えばｐ型の不純物を導入して形成し、ソース／ドレイン領域５１４は、第２導電型、例えばｎ型の不純物を導入して形成する。フォトダイオード（ＰＤ）及び各画素トランジスタのソース／ドレイン領域５１４は、基板表面からのイオン注入によって形成する。フォトダイオード（ＰＤ）は、ｎ型半導体領域５１６と基板表面側のｐ型半導体領域５１７を有している。
　画素を構成する基板表面上にはゲート絶縁膜を介してゲート電極５１８を形成し、ゲート電極５１８と対のソース／ドレイン領域５１４により画素トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を形成する。
　図１６に示すように、複数の画素トランジスタを、２つの画素トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２で代表して示す。フォトダイオード（ＰＤ）に隣接する画素トランジスタＴｒ１が転送トランジスタに相当し、そのソース／ドレイン領域がフローティングディフージョン（ＦＤ）に相当する。
　各単位画素が素子分離領域５２２で分離される。一方、制御領域５３０では、第１の半導体基板５１０に制御領域５３０を構成するＭＯＳトランジスタを形成する。図１６では、ＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４で代表して、制御領域５３０を構成するＭＯＳトランジスタを示す。各ＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、ｎ型のソース／ドレイン領域５１４と、ゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極５１８とを備えていう。ＭＯＳトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、素子分離領域５２５で分離される。
　次いで、第１半導体基板５１０の表面に、１層目の層間絶縁膜５４０を形成し、その後 、層間絶縁膜５４０にコンタクトホールを形成し、所要のトランジスタに接続する接続導体５４２を形成する。高さの異なる接続導体５４２の形成に際しては、トランジスタ上面を含む全面に第１絶縁薄膜（図示せず）として例えばシリコン酸化膜で形成し、エッチングストッパとなる第２絶縁薄膜（図示せず）として例えばシリコン窒化膜で形成して積層する。この第２絶縁薄膜上に２層目の層間絶縁膜５４０を形成する。その後、２層目の層間絶縁膜５４０に深さの異なるコンタクトホールをエッチングストッパとなる第２絶縁薄膜（図示せず）まで選択的に形成する。
　次いで、各コンタクトホールに接続するように、各部で同じ膜厚の第１絶縁薄膜（図示せず）及び第２絶縁薄膜（図示せず）を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、各コンタクトホールに接続導体５４２を埋め込む。
　次いで、各接続導体５４２に接続するように、層間絶縁膜５４０を介して複数層、本例では３層の銅配線５４６を形成することにより。第１多層配線層５５０を形成する。通常、各銅配線５４６は、Ｃｕ拡散を防止するため図示しないバリアメタル層で覆われる。
　層間絶縁膜５４０とバリアメタル層を介して形成される銅配線５４６とを交互に形成することにより、第１多層配線層５５０が形成される。本実施形態では、第１多層配線層５５０を銅配線５４６で形成としたが、その他の金属材料によるメタル配線とすることも可能である。
　これまでの工程で、上部に第１多層配線層５５０を有し、半製品状態の画素領域５２０及び制御領域５３０が構成された第１半導体チップ部５００が形成される。
　一方、図１７に示すように、例えばシリコンからなる第２半導体基板（半導体ウェハ）７２０の各チップ部となる領域に、半製品状態の信号処理するための信号処理回路を含むロジック回路７１０を形成する。すなわち、第２半導体基板７２０の表面側のｐ型の半導体ウェル領域７２２に、素子分離領域７２５で分離されるように、ロジック回路７１０を構成する複数のＭＯＳトランジスタを形成する。ここでは、複数のＭＯＳトランジスタを、ＭＯＳトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２、Ｔｒ１３で代表する。各ＭＯＳトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３は、それぞれ１対のｎ型のソース／ドレイン領域７３０と、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して形成したゲート電極７３２を有している。ロジック回路７１０は、ＣＭＯＳトランジスタで構成することができる。
　次いで、第２半導体基板７２０の表面に、１層目の層間絶縁膜７４０を形成し、その後 、層間絶縁膜７４０にコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを埋め込むように所要のトランジスタに接続する接続導体７４２を形成する。高さの異なる接続導体７４２の形成に際しては、前述した場合と同様に、トランジスタの上面を含む全面に第１絶縁薄膜（図示せず）として例えばシリコン酸化膜と、エッチングストッパとなる第２絶縁薄膜（図示せず）として例えばシリコン窒化膜を積層する。この第２絶縁薄膜上に２層目の層間絶縁膜７４０を形成する。そして、２層目の層間絶縁膜６４０に深さの異なるコンタクトホールをエッチングストッパとなる第２絶縁薄膜（図示せず）まで選択的に形成する。
　次いで、各コンタクトホールに接続するように、各部で同じ膜厚の第１絶縁薄膜（図示せず）及び第２絶縁薄膜（図示せず）を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。
　そして 、各コンタクトホールに接続導体７４２を埋め込む。その後、層間絶縁膜７４０の形成と複数層のメタル配線の形成を繰り返すことにより、第２多層配線層７５０を形成する。本実施形態では、第１半導体基板５１０上に形成した第１多層配線層５５０の形成工程と同様の工程を用いて４層の銅配線７５２を形成し、第２多層配線層７５０が形成される。
　そして、第２多層配線層７５０の上部には、第１半導体基板６１０と第２半導体基板７２０の貼り合わせの際に反りを軽減するための反り矯正膜７６０を形成する。これまでの工程で、上部に第２多層配線層７５０を有し、半製品状態のロジック回路が構成された第２半導体基板７２０が形成される。
　次に、図１８に示すように、第１半導体基板５１０と第２半導体基板７２０とを、第１多層配線層５５０及び第２多層配線層７５０が向き合うように貼り合わせる。貼り合わせは、例えば接着剤にて行う。この他、プラズマ接合で貼り合わせてもよい。そして、上部に多層配線層を有する第１多層配線層５５０と第２半導体基板７２０とが積層して貼り合わされることにより、２つの異種基板からなる積層体８００が形成される。
　次に、図１９に示すように、第１半導体基板５１０の裏面側から研削、研磨して第１半導体基板５１０を薄肉化する。この薄肉化は、フォトダイオード（ＰＤ）の裏面、すなわちｎ型半導体領域５１６が露出するように行われる。薄肉化した後、フォトダイオード（ＰＤ）の裏面に暗電流抑制のためのｐ型半導体層（図示せず）を形成する。第１半導体基板５１０の厚さは例えば６００μｍ程度あるが、第１半導体基板５１０を例えば３～５μｍ程度まで薄肉化する。この第１半導体基板５１０の裏面が裏面照射型の撮像装置として構成されたときの、光入射面となる。
　次に、第１半導体基板５１０の裏面に反射防止コーティング８１０を施す。続いて、図１９に示すように、フォトダイオード（ＰＤ）の上にタングステン膜８２０を、例えば３５０ｎｍの厚で形成する。その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で表面を研磨し、エッチングでピンホール８２２を形成する。
　次に、図２０に示すように遮光が必要な、遮光膜用溝部８３０を形成する。遮光膜用溝部８３０は、第１半導体基板５１０の裏面側に形成された絶縁膜８２６の上面からエッチングにより開口を形成することで形成する。この開口は、例えば第１半導体基板５１０に達しない深さに形成する。
　その後、図２１に示すように、例えば、タングステン（Ｗ）膜を形成し、ＣＭＰ法で表面を研磨する。これにより、遮光膜用溝部８３０内のタングステンを残存させ、遮光領域に遮光膜８３２が形成される。
　その後、全面に平坦化膜８３６を形成する。続いて、センサ有効径の約１／２の面積を占める１／２波長の位相板８４０を形成する。この位相板８４０は、例えば平坦化膜８３６上に、窒化シリコンの薄膜を形成し、この窒化シリコン膜上にフォトレジストを形成する。このフォトレジスト上に、１／２波長の位相板の形状の穴が空けられたマスク（図示せず）を形成する。続いて、露光および現像し、その後、上記マスクで覆われていない領域のフォトレジストの除去を行う。そして、上記マスクを用いて。窒化シリコン膜をエッチングし、その後、フォトレジストを剥離し、洗浄を行うことにより形成できる。なお、上記マスクは、フォトレジストを剥離する時に除去される。
　次に、図２２に示すように、平坦化膜８３６上に各画素に対応して例えば赤（Ｒ）、緑（ Ｇ）、青（Ｂ）のオンチップカラーフィルタ８６０を形成する。オンチップカラーフィルタ８６０は、所望の色の顔料又は染料が含有された有機膜を成膜し、パターニングすることにより、所望の画素アレイを構成するフォトダイオード（ＰＤ）の上部に形成することができる。その後、オンチップカラーフィルタ８６０の上部を含む画素アレイ領域にオンチップレンズ材料８７０を成膜する。
　次に、図２２に示すように、オンチップレンズ材料８７０の上部の各画素に対応する領域に、オンチップレンズ用のレジスト膜を形成し、エッチング処理を行い、オンチップレンズ８７２が形成される。
　この上に、本開示の例えば図１０に示す第３実施形態の凸レンズ５０を、空気の間隔を設けて形成する。また、図２３に示すように、接着層８８０を形成して、凸レンズ５０を形成してもよい。また、凸レンズ５０の代わりに、図１１に示すフレネルレンズ５２を形成しても良い。また、凸レンズ５０の代わりに、図１２Ａ、１２Ｂに示すホログラム５４を形成しても良い。この時、凸レンズ５０は、プラスチックモールドレンズやガラスモールドレンズを用いて接着することが出来る。また、ステップ＆リピートで、レプリカプロセスで製作したウエハーレベルレンズを形成しても良い。
　または、図２３に示すように、接着層８８０を形成してからカバーガラスを接着して、例えば５０μｍまで薄肉化したあと、ホログラム５４を形成しても良い。
　　（ホログラムの製造方法）
　次に、ホログラム５４の製造方法について図２４乃至図３８を参照して説明する。この製造方法で製造されるホログラムは４段のステップ形状を有している。
　図２４に示すように、光入射面（裏面）の上層部に図２３に示す接着層８８０を形成し、その後、カバーガラス８９０を接着する。続いて、例えばカバーガラス８９０を５０μｍまで薄肉化し、このカバーガラス８９０上に厚さが０．４μｍシリコン酸化膜８９２を形成する。シリコン酸化膜８９２上にフォトレジスト膜８９４を形成する。
　次に、ホログラムの１段目の形状の穴が開けられたマスクをフォトレジスト膜８９４上に形成し、フォトレジスト膜８９４を露光する（図２５）。
　次に、現像した後、露光されたフォトレジストおよびマスク８９６を除去する。これにより、フォトレジストからなるマスク８９４ａが形成される（図２６）。続いて、このマスク８９４ａを用いて、シリコン酸化膜８９２をエッチングする。これにより、シリコン酸化膜はパターニングされたシリコン酸化膜８９２ａとなる（図２７）。その後、フォトレジストからなるマスク８９４ａを除去し、続いて、洗浄を行う。これにより、シリコン酸化膜８９２ａからなるステップホログラムの１段目が完成する（図２８）。
　次に、シリコン酸化膜８９２ａ上および隣接するシリコン酸化膜８９２ａ間にフォトレジスト膜８９８を形成する（図２９）。続いて、フォトレジスト膜８９８上に、ホログラムの２段目の形状の穴が設けられたマスク９００を形成する。このマスク９００を用いてフォトレジスト膜８９８を露光する（図３０）。
　次に、露光されたフォトレジスト膜８９８を現像し、露光されたフォトレジスト膜８９８を除去するとともにマスク９００も除去する。これにより、フォトレジストからなるマスク８９８ａが形成される（図３１）。
　次に、マスク８９８ａを用いて、シリコン酸化膜８９２ａをエッチングする（図３２）。続いて、フォトレジストからなるマスク８９８ａを剥離し、洗浄を行う。これにより、ステップドホログラムの１段目および２段目を有するシリコン酸化膜８９２ｂが完成する（図３３）。
　次に、シリコン酸化膜８９２ｂ上および隣接するシリコン酸化膜８９２ｂ間にフォトレジスト膜９０２を形成する（図３４）。
　次に、ホログラムの３段目の形状の穴が設けられたマスク９０４をフォトレジスト膜９０２上に形成する。続いて、このマスク９０４を用いてフォトレジスト膜９０２を露光する（図３５）。
　次に、フォトレジスト膜９０２を現像し、露光されたフォトレジストを除去し、フォトレジストからなるマスク９０２ａを形成する。このときマスク９０４も除去される（図３６）。
　次に、マスク９０２ａを用いてシリコン酸化膜８９２ｂをエッチングする。このエッチングにより、ステップドホログラムの３段目が完成し、１段目、２断面、３段目を揺するシリコン酸化膜８９２ｃが形成される（図３７）。
　次に、フォトレジストからなるマスク９０２ａを除去し、洗浄を行う。これにより、ステップドホログラムの４段目も有するシリコン酸化膜８９２ｃからなるホログラムが完成する（図３８）。
　以上、添付図面を参照して本開示の実施形態をについて詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、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、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。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。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記効果とともに、または上記効果に代えて、本明細書の記載から当業者に明らかな他の効果を奏し得る。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）　少なくとも１つの画素を備え、前記画素は、
　入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部と、前記位相変調部で位相が変調された光と位相が変調されない光とを通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、を備えた撮像装置。
（２）　前記位相変調部は、第１部分と、第２部分とを有し、前記第１部分を通過した光と前記第２部分を通過した光とで、波長の１／２の位相差を生じるように構成された（１）記載の撮像装置。
（３）　前記位相変調部は、前記第１部分と前記第２部分は実質的に同じ面積を有している（２）記載の撮像装置。
（４）　前記レンズ部よりも被写体側に配置され、被写体光を前記レンズ部に導光する第１導光部を更に備えた（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像装置。
（５）　前記位相変調部と前記遮光部との間に配置され前記位相変調部を通過した光を前記遮光部に導光する第２導光部を更に備えた（１）乃至（４）のいずれｋない記載の撮像装置。
（６）　前記遮光部は、前記ピンホールを有し前記位相変調部を通過した光の伝搬方向に交差する方向に配置された第１部材と、前記第１部材の周縁部から前記位相変調部の方向に延び前記第２導光部の側部に配置される第２部材と、を有する（５）記載の撮像装置。
（７）　マトリクス状に配列された複数の画素を備え、各画素は、入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部を通過した光の少なくとも一部を通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、を備え、前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部を有し、前記位相変調部を有する前記画素の前記遮光部は、前記位相変調部で位相が変調された光と変調されない光とを通過させる前記ピンホールを有する撮像装置。
（８）　前記位相変調部は、第１部分と、第２部分とを有し、前記第１部分を通過した光と前記第２部分を通過した光とで、波長の１／２の位相差を生じるように構成された（７）記載の撮像装置。
（９）　前記位相変調部は、前記第１部分と前記第２部分は実質的に同じ面積を有する（７）または（８）記載の撮像装置。
（１０）　前記レンズ部よりも被写体側に配置され、被写体光を前記レンズ部に導光する第１導光部と、前記レンズ部と前記遮光部との間に配置され前記レンズ部からの光線を前記遮光部に導光する第２導光部と、を更に備えた（７）乃至（９）のいずれかに記載の撮像装置。
（１１）　前記遮光部は、前記ピンホールを有し前記位相変調部を通過した光の伝搬方向に交差する方向に配置された第１部材と、前記第１部材の周縁部から前記位相変調部の方向に延び前記第２導光部の側部に配置された（１０）記載の撮像装置。
（１２）　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１乃至第３画素は前記位相変調部を有し、前記第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される色フィルタを有する（７）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像装置。
（１３）　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１乃至第２画素は前記位相変調部を有し、前記第３乃至第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される異なる色フィルタを有する（７）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像装置。
（１４）　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１画素は前記位相変調部を有し、前記第２乃至第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される互いに異なる色フィルタを有する（７）乃至（１１）記載の撮像装置。
（１５）　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、前記第１画素は前記位相変調部を有し、前記第２乃至第３画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される同色の第１色フィルタを有し、前記第４画素は、前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される前記第１色フィルタと異なる色の第２色フィルタを有する（７）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像装置。
（１６）　前記複数の画素と被写体との間に配置され、前記被写体からの光を前記複数の画素に集光する光学部材を更に備えた（７）乃至（１５）記載の撮像装置。
（１７）　前記光学部材は凸レンズである（１６）記載の撮像装置。
（１８）　前記光学部材はフレネルレンズである（１６）記載の撮像装置。
（１９）　前記光学部材はホログラムである（１６）記載の撮像装置。
（２０）　撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画素信号に基づいて信号処理を行う信号処理部と、を備え、前記撮像装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を備え、各画素は、入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ群を通過した光の少なくとも一部を通過させるピンホールを有する遮光部と、前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、を備え、前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部を有し、前記位相変調部を有する前記画素の前記遮光部は、前記位相変調部で位相が変調された光と変調されない光とを通過させる前記ピンホールを有する、電子機器。
　１０，１０１１～１０４４、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０Ａａ，１０Ａｂ，１０Ａｃ，・・・画素、１２・・・導光部、１４・・・レンズ部、１６・・・位相変調部、１６ａ，１６ｂ・・・部分、１８・・・導光部、２０，２０Ａ・・・遮光部、２０ａ，２０ｂ・・・部分、２０ｃ・・・ピンホール、３０・・・撮像素子、４０・・・被写体、４２ａ，４２ｂ・・・光線、４４ａ，４４ｂ・・・光線、４６ａ，４６ｂ・・・光線、５０・・・レンズ、５０ａ,５０ｂ，５０ｃ・・・領域、５２・・・フレネルレンズ、５４・・・ホログラム、１００，１００Ａ・・・撮像装置、２５０・・・撮像装置、２５１・・・画素領域（画素アレイ）、２５２・・・画素駆動線、２５３・・・垂直信号線、２５４垂直駆動部、２５５・・カラム処理部、２５６・・・水平駆動部、２５７・・・システム制御部、２５８・・・信号処理部、２５９・・・メモリ部、３００・・・電子機器、３１０・・・処理部、３２０・・・表示部、４１０・・・光源、４２０・・・レンズ、４５０・・・ウェル、５００・・・第１半導体チップ部、５１０・・・第１半導体基板、５１２・・・半導体ウェル領域、５１４・・・ソース／ドレイン領域、５１６・・・ｎ型半導体領域、５１７・・・ｐ型半導体領域、５１８・・・ゲート電極、５２０・・・画素領域、５２２・・・素子分離領域、５２５・・・素子分離領域、５３０・・・制御領域、５４０・・・層間絶縁膜、５４２・・・接続導体、５４６・・・銅配線、５５０・・・第１多層配線層、７００・・・第２半導体チップ部、７１０・・・ロジック回路、７２０・・・第２半導体基板（半導体ウェハ）、７２２・・・ｐ型の半導体ウェル領域、７２５・・・素子分離領域、７３０・・・ソース／ドレイン領域、７３２・・・ゲート電極、７４０・・・層間絶縁膜、７４２・・・接続導体、７５０・・・第２多層配線層、７６０・・・反り矯正膜、８００・・・積層体、８１０・・・反射防止コーティング、８２０・・・タングステン膜、８２２・・・ピンホール、８２６・・・絶縁膜、８３０・・・遮光膜用溝部、８３２・・・遮光膜、８３６・・・平坦化膜、８６０・・・オンチップカラーフィルタ、８７０・・・オンチップレンズ材料、８７２・・・オンチップレンズ、８８０・・・接着層、８９０・・・カバーガラス、８９２，８９２ａ，８９２ｂ，８９２ｃ・・・シリコン酸化膜、８９４・・・フォトレジスト膜、８９４ａ・・・フォトレジストからなるマスク、８９６・・・マスク、８９８・・・フォトレジスト膜、８９８ａ・・・フォトレジストからなるマスク、９００・・・マスク、９０２・・・フォトレジスト膜、９０２ａ・・・フォトレジストからなるマスク、９０４・・・マスク、

Claims (20)

  1. 　少なくとも１つの画素を備え、前記画素は、
    　入射光を集光するレンズ部と、
    　前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部と、
    　前記位相変調部で位相が変調された光と位相が変調されない光とを通過させるピンホールを有する遮光部と、
    　前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、
    を備えた撮像装置。
  2. 　前記位相変調部は、第１部分と、第２部分とを有し、前記第１部分を通過した光と前記第２部分を通過した光とで、波長の１／２の位相差を生じるように構成された請求項１記載の撮像装置。
  3. 　前記位相変調部は、前記第１部分と前記第２部分は実質的に同じ面積を有している請求項２記載の撮像装置。
  4. 　前記レンズ部よりも被写体側に配置され、被写体光を前記レンズ部に導光する第１導光部を更に備えた請求項１に記載の撮像装置。
  5. 　前記位相変調部と前記遮光部との間に配置され前記位相変調部を通過した光を前記遮光部に導光する第２導光部を更に備えた請求項１記載の撮像装置。
  6. 　前記遮光部は、前記ピンホールを有し前記位相変調部を通過した光の伝搬方向に交差する方向に配置された第１部材と、前記第１部材の周縁部から前記位相変調部の方向に延び前記第２導光部の側部に配置される第２部材と、を有する請求項５記載の撮像装置。
  7. 　マトリクス状に配列された複数の画素を備え、各画素は、
    　入射光を集光するレンズ部と、
    　前記レンズ部を通過した光の少なくとも一部を通過させるピンホールを有する遮光部と、
    　前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、
    を備え、
    　前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部を有し、
    　前記位相変調部を有する前記画素の前記遮光部は、前記位相変調部で位相が変調された光と変調されない光とを通過させる前記ピンホールを有する、撮像装置。
  8. 　前記位相変調部は、第１部分と、第２部分とを有し、前記第１部分を通過した光と前記第２部分を通過した光とで、波長の１／２の位相差を生じるように構成された請求項７記載の撮像装置。
  9. 　前記位相変調部は、前記第１部分と前記第２部分は実質的に同じ面積を有している請求項８記載の撮像装置。
  10. 　前記レンズ部よりも被写体側に配置され、被写体光を前記レンズ部に導光する第１導光部と、
    　前記レンズ部と前記遮光部との間に配置され前記レンズ部からの光線を前記遮光部に導光する第２導光部と、を更に備えた請求項７記載の撮像装置。
  11. 　前記遮光部は、前記ピンホールを有し前記位相変調部を通過した光の伝搬方向に交差する方向に配置された第１部材と、前記第１部材の周縁部から前記位相変調部の方向に延び前記第２導光部の側部に配置される第２部材と、を有する請求項１０記載の撮像装置。
  12. 　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、
    　前記第１乃至第３画素は前記位相変調部を有し、
    　前記第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される色フィルタを有する請求項１１記載の撮像装置。
  13. 　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、
    　前記第１乃至第２画素は前記位相変調部を有し、
    　前記第３乃至第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される異なる色フィルタを有する請求項１１記載の撮像装置。
  14. 　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、
    　前記第１画素は前記位相変調部を有し、
    　前記第２乃至第４画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される互いに異なる色フィルタを有する請求項１１記載の撮像装置。
  15. 　前記複数の画素は、隣接する２行２列に配置された第１乃至第４画素を有する画素群を単位として配置され、
    　前記第１画素は前記位相変調部を有し、
    　前記第２乃至第３画素は前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される同色の第１色フィルタを有し、
    　前記第４画素は、前記位相変調部を有せず、かつ前記撮像素子と前記レンズ部との間に配置される前記第１色フィルタと異なる色の第２色フィルタを有する請求項１１記載の撮像装置。
  16. 　前記複数の画素と被写体との間に配置され、前記被写体からの光を前記複数の画素に集光する光学部材を更に備えた請求項７記載の撮像装置。
  17. 　前記光学部材は凸レンズである請求項１６記載の撮像装置。
  18. 　前記光学部材はフレネルレンズである請求項１６記載の撮像装置。
  19. 　前記光学部材はホログラムである請求項１６記載の撮像装置。
  20. 　撮像装置と、
    　前記撮像装置で撮像された画素信号に基づいて信号処理を行う信号処理部と、を備え、
    　前記撮像装置は、
    　マトリクス状に配列された複数の画素を備え、各画素は、
    　入射光を集光するレンズ部と、
    　前記レンズ部を通過した光の少なくとも一部を通過させるピンホールを有する遮光部と、
    　前記ピンホールを通過した光を撮像する撮像素子と、
    を備え、
    　前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、前記レンズ部を通過した一部の光の位相を変調する位相変調部を有し、
    　前記位相変調部を有する前記画素の前記遮光部は、前記位相変調部で位相が変調された光と変調されない光とを通過させる前記ピンホールを有する、電子機器。
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