WO2022149353A1 - 受光素子、撮像装置及び補正処理方法 - Google Patents

受光素子、撮像装置及び補正処理方法 Download PDF

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    • H10F39/8063—Microlenses

Definitions

  • the technique according to the present disclosure (the present technique) relates to a light receiving element, an image pickup device provided with the light receiving element, and a correction processing method.
  • the solid-state image sensor in which the image plane phase difference detection pixels are arranged has poor pupil separation performance as compared with the single-lens reflex AF sensor, and the correlation cannot be obtained at the time of large defocus (large blur), which makes AF difficult and causes a decrease in accuracy. Therefore, conventionally, in order to strengthen the pupil separation, a structure in which the dead zone is extended in the pixel center direction has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • an object of the present invention is to provide a light receiving element, an image pickup device, and a correction processing method capable of obtaining a signal having high autofocus performance while suppressing deterioration of image quality. do.
  • One aspect of the present disclosure includes a plurality of photoelectric conversion units that share a first on-chip lens and receive incident light from the pupil region of the optical system via the first on-chip lens to perform photoelectric conversion. It shares a second on-chip lens with the first pixel, and has a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light from the pupil region of the optical system through the second on-chip lens and perform photoelectric conversion.
  • the second pixel is a light receiving element having a second pixel, and the transmittance outside the pupil region where the first pixel can receive light is lower than the transmittance of the pupil region.
  • Another aspect of the present disclosure is a plurality of photoelectric conversion units that share a first on-chip lens and receive incident light from the pupil region of the optical system through the first on-chip lens to perform photoelectric conversion.
  • a plurality of photoelectric conversion units that share the second on-chip lens with the first pixel and receive the incident light from the pupil region of the optical system through the second on-chip lens and perform photoelectric conversion.
  • An image pickup device comprising a second pixel having a light-receiving element, wherein the second pixel has a transmittance outside the pupil region in which the first pixel can receive light is lower than the transmittance in the pupil region. Is.
  • another aspect of the present disclosure is a method for correcting a pixel signal in a light receiving element, in which the first on-chip lens is shared and the incident light from the pupil region of the optical system is collected from the first on-chip lens.
  • the second on-chip lens is shared with the first pixel having a plurality of photoelectric conversion units that receive light and perform photoelectric conversion via the optical system, and the incident light from the pupil region of the optical system is taken from the second on-chip lens.
  • the second pixel includes the correction of the pixel signal and the pixel signal output from the second pixel, and the second pixel has a transmission rate outside the pupil region in which the first pixel can receive light. This is a correction processing method that is lower than the transparency of the pupil region.
  • the definition of the vertical direction in the following description is merely a definition for convenience of explanation, and does not limit the technical idea of the present disclosure.
  • the top and bottom are converted to left and right and read, and if the object is rotated by 180 ° and observed, the top and bottom are reversed and read.
  • the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and other effects may be used.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the image pickup apparatus 100 may be applied to various electronic devices such as a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone having an image pickup function, or another device having an image pickup function. can. Further, as shown in FIG. 1, the image pickup apparatus 100 includes an optical system 12, a solid-state image pickup element 1, a control unit 10, a signal processing unit 60, an image memory 70, a monitor 80, and an operation unit 90.
  • the optical system 12 may be composed of one or a plurality of lenses.
  • the optical system 12 guides the light from the subject to the solid-state image sensor 1, and forms an image on the pixel array unit 20 (shown in FIG. 2) of the solid-state image sensor 1.
  • the solid-state image sensor 1 may be a light receiving element that only receives light from the subject. Further, the optical system 12 performs focus adjustment and drive control of the lens according to the control of the control unit 10. Further, the optical system 12 sets the aperture to the specified aperture value according to the control of the control unit 10.
  • the monitor 80 displays the image data obtained by the signal processing unit 60 performing signal processing.
  • the user of the image pickup apparatus 100 (for example, the photographer) can observe the image data from the monitor 80.
  • the control unit 10 is configured by using a CPU, a memory, or the like, and controls the drive of the solid-state image pickup device 1 in response to an operation signal from the operation unit 90 to control the optical system 12.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the solid-state image sensor 1.
  • the solid-state image pickup device 1 includes, for example, a control unit 10, a pixel array unit 20, a vertical drive unit 30, a horizontal drive unit 40, and a column processing unit 50.
  • the solid-state image sensor 1 may include a signal processing unit 60 and an image memory 70.
  • the solid-state image sensor 1 can be configured as, for example, a system-on-chip (SOC), but is not limited thereto.
  • SOC system-on-chip
  • the control unit 10 may include a timing generator (not shown) that generates various timing signals.
  • the control unit 10 controls the operations of the vertical drive unit 30, the horizontal drive unit 40, and the column processing unit 50 according to various timing signals generated by the timing generator based on, for example, a clock signal supplied from the outside.
  • the pixel array unit 20 includes a group of photoelectric conversion elements arranged in an array, which generates and stores electric charges according to the intensity of incident light. Some of the plurality of photoelectric conversion elements may constitute one pixel. Each pixel typically includes a color filter and is configured to receive light of a color component corresponding to the color filter. As the arrangement of pixels, for example, a Quad arrangement and a Bayer arrangement are known, but the arrangement is not limited to this. In the figure, the vertical direction of the pixel array unit 20 is referred to as a column direction or a vertical direction, and the left-right direction is defined as a row direction or a horizontal direction. The details of the pixel configuration in the pixel array unit 20 will be described later.
  • the vertical drive unit 30 includes a shift register, an address decoder (not shown), and the like. Under the control of the control unit 10, the vertical drive unit 30 drives, for example, the pixel group of the pixel array unit 20 in a row-by-row manner in the vertical direction.
  • the vertical drive unit 30 may include a read scan circuit 32 that scans for reading signals and a sweep scan circuit 34 that sweeps (reset) unnecessary charges from the photoelectric conversion element.
  • the read scanning circuit 32 sequentially performs selective scanning of the pixel group of the pixel array unit 20 row by row in order to read a signal based on the electric charge from each pixel.
  • the sweep scanning circuit 34 performs sweep scanning for the read row on which the read operation is performed by the read scan circuit 32, ahead of the read operation by the time of the operating speed of the electronic shutter.
  • the so-called electronic shutter operation is performed by sweeping out (resetting) unnecessary charges by the sweeping scan circuit 34.
  • the electronic shutter operation is an operation of sweeping out the electric charge of the photoelectric conversion element 222 and newly starting exposure (accumulation of electric charge).
  • the signal based on the electric charge read by the read operation by the read scan circuit 32 corresponds to the magnitude of the light energy incidented after the read operation immediately before or the electronic shutter operation. Then, the period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep operation timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the charge accumulation time in the pixel.
  • the horizontal drive unit 40 includes a shift register, an address decoder (not shown), and the like. Under the control of the control unit 10, the horizontal drive unit 40 drives, for example, the pixel group of the pixel array unit 20 in a row-by-column manner in the horizontal direction. By selectively driving the pixels by the vertical drive unit 30 and the horizontal drive unit 40, a signal based on the electric charge accumulated in the selected pixels is output to the column processing unit 50.
  • the column processing unit 50 performs predetermined processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing on the signals output from each of the pixel groups in the selected row of the pixel array unit 20. Specifically, the column processing unit 50 receives the difference signal output from each of the pixel groups in the selected row, and obtains the level (potential) difference indicated by the difference signal for each row of pixels. Get the signal. Further, the column processing unit 50 can remove fixed pattern noise from the acquired signal. The column processing unit 50 converts the signal subjected to such predetermined processing into a digital signal by the A / D conversion unit (not shown), and outputs this as a pixel signal.
  • predetermined processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing
  • the signal processing unit 60 has at least an arithmetic processing function, and is a circuit that performs various signal processing such as arithmetic processing on the pixel signal output from the column processing unit 50.
  • the digital signal processor (DSP) is an aspect of the signal processing unit 60.
  • the image memory 70 temporarily stores data necessary for signal processing by the signal processing unit 60.
  • the signal processing unit 60 may be configured to perform all or part of the above-mentioned arithmetic processing in the column processing unit 50. Further, although the details will be described later, the signal processing unit 60 includes a defocus amount prediction processing unit 61 and a correction processing unit 62 as functions according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the pixel arrangement of the pixel array unit 20 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • each of the plurality of pixels 200 includes a color filter, and the pixels of each color component corresponding to the color filter are arranged according to a predetermined arrangement pattern.
  • Color filters include, but are not limited to, for example, three types of filters, red, green, and blue.
  • the pixel array unit 20 four pixels 200 of red pixel R, green pixel Gb, Gr, and blue pixel B form one pixel block, and the pixel block group is arranged in an array.
  • FIG. 4 is a partial vertical sectional view showing an example of the schematic structure of the pixel 200 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the pixel 200 in the pixel array unit 20 includes, for example, an on-chip lens 201, a filter layer 210, a semiconductor substrate 220, and a wiring layer 230, which are laminated in order. .. That is, the solid-state image pickup device 1 (see FIG. 1) of the present disclosure is a back-illuminated image pickup device in which the wiring layer 230 is provided on the surface opposite to the surface of the semiconductor substrate 220 to be irradiated with light.
  • the on-chip lens 201 collects the incident light on the irradiation surface of the semiconductor substrate 220 via the filter layer 210.
  • the filter layer 210 includes a color filter so that each pixel 200 receives light of a specific color component.
  • Color filters include, but are not limited to, red, green and blue filters, for example.
  • the semiconductor substrate 220 includes, for example, two photoelectric conversion elements 222A and 222B for receiving incident light and accumulating electric charges for each pixel 200.
  • the wiring layer 230 includes transfer gate electrodes 232A and 232B and metal wiring 234.
  • the transfer gate electrode 232A is electrically connected to the photoelectric conversion element 222A.
  • the transfer gate electrode 232A is electrically connected to the photoelectric conversion element 222A.
  • the transfer gate electrode 232B is electrically connected to the photoelectric conversion element 222B.
  • a gate voltage is applied to the transfer gate electrodes 232A and 232B under the control of the control unit 10.
  • the solid-state image sensor 1 having the above configuration, light is irradiated from the back surface side of the semiconductor substrate 220, the irradiated light passes through the on-chip lens 201 and the filter layer 210, and the transmitted light is the photoelectric conversion elements 222A and 222B. A signal charge is generated by photoelectric conversion with. Then, the generated signal charge is output as a pixel signal in the metal wiring 234 via the pixel transistor including the transfer gate electrodes 232A and 232B formed in the wiring layer 230.
  • the solid-state image sensor 1 having the above configuration, as shown in FIG. 5A, when focusing by the optical system 12, for example, the A image which is the output of the photoelectric conversion element 222A and the output of the photoelectric conversion element 222B. It is output so that it overlaps with the B image.
  • the solid-state image sensor 1 as shown in FIG. 5B, at the time of front pinning by the optical system 12, for example, an A image which is the output of the photoelectric conversion element 222A and a B image which is the output of the photoelectric conversion element 222B. Is output separately.
  • the incident light IL is intensively irradiated to the photoelectric conversion region of the photoelectric conversion element 222A according to the incident angle.
  • the output of the photoelectric conversion element 222A is 100
  • the output of the photoelectric conversion element 222B should be 0, but in reality, a certain amount is also provided from the photoelectric conversion element 222B. Output is made.
  • FIG. 6 shows the output results according to the incident angle of light for each of the photoelectric conversion elements 222A and 222B.
  • the difference output Gr (A) -Gb (A) between the green pixel Gr and the green pixel Gb in the photoelectric conversion element 222A is represented by the curve A1 of the one-point chain line, and the difference between the green pixel Gr and the green pixel Gb in the photoelectric conversion element 222B.
  • the output Gr (B) -Gb (B) is represented by the curve A2 of the one-point chain line.
  • the curve A1 corresponding to the output of the photoelectric conversion element 222A and the curve A2 corresponding to the output of the photoelectric conversion element 222B are formed when the incident angle becomes 0 degrees, that is, light is incident from directly above. Sometimes the values in the output match.
  • the distance between the center of gravity at the output of the photoelectric conversion element 222A and the center of gravity at the output of the photoelectric conversion element 222B is used as the baseline length.
  • the baseline length of the green pixel Gb (A) and the green pixel Gb (B) that is, by narrowing the pupil region in the green pixel Gb, it is strong when the focus is greatly deviated.
  • the baseline length of the green pixel Gr (A) and the green pixel Gr (B) that is, widening the pupil region in the green pixel Gr, it is resistant to low illuminance.
  • the baseline lengths of Gr (A) -Gb (A) and Gr (B) -Gb (B) becomes longer, which causes parallax and is advantageous in terms of AF accuracy. That is, even a slight out-of-focus can be detected as a large phase difference.
  • the incident angle crushes the sensitivity near 0 degrees, the effect on the image quality is large, and it becomes difficult to achieve both the imaging performance and the pupil division performance at the same time.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an arrangement of pixels 200 of the pixel array unit 20 including the pixels 300 provided with a light-shielding film in the first embodiment.
  • a light-shielding film 310 is formed on the outside of the incident angle characteristic of the pixel 300, which is the green pixel Gb (outside the pupil region of the optical system 12), to limit the incident light outside the pupil region of the optical system 12. .
  • the shape of the light-shielding film 310 is, for example, a quadrangle.
  • the difference output Gr (A) -Gb (A) between the green pixel Gr and the green pixel Gb in the photoelectric conversion element 222A in the first embodiment is represented by a solid line curve A3, and the photoelectric conversion element 222B is represented.
  • the difference output Gr (B) -Gb (B) between the green pixel Gr and the green pixel Gb in the above is represented by the solid line curve A4.
  • the amount of light flux outside the optical system 12 is obtained by the difference from the output signal of the adjacent green pixel Gr.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure of the signal processing unit 60 when performing sensitivity difference correction.
  • the defocus amount prediction processing unit 61 provided in the signal processing unit 60 predicts the amount of light outside the pupil region of the optical system 12 based on the output signal of the green pixel Gr and the output signal of the green pixel Gb.
  • the correction processing unit 62 provided in the signal processing unit 60 corrects a pixel signal obtained by the green pixel Gr and including an object in a predetermined imaging field and a pixel signal obtained by the green pixel Gb.
  • the signal processing unit 60 determines whether or not the aperture value (F value) of the optical system 12 is equal to or less than a predetermined value (step ST8a).
  • the signal processing unit 60 determines whether or not the subject is in focus (step ST8b).
  • “in focus” means that when incident light from an object OBJ (for example, a candle is shown in FIG. 9) is received by the solid-state image sensor 1 via the optical system 12, it is photoelectric. It means that the output obtained by the conversion element 222A and the output obtained by the photoelectric conversion element 222B are substantially the same.
  • the signal processing unit 60 executes the sensitivity difference gain correction process (step ST8c).
  • the sensitivity difference is stored in the image memory 70 in advance.
  • the signal processing unit 60 executes peripheral pixel interpolation processing (step ST8d).
  • the fact that the object is out of focus means that the object OBJ is not in the pupil region of the optical system 12, as shown in FIG. 10, and therefore the object OBJ (for example, a candle is shown in FIG. 10).
  • the output obtained by the photoelectric conversion element 222A includes the "flame” of the "candle”
  • the output obtained by the photoelectric conversion element 222A includes the "flame”. Only the "candle” of "candle” is included, which means that the output is different for each.
  • the signal processing unit 60 calculates a signal corresponding to the virtual light-shielding film 310 based on, for example, the signal of the pixel 300-1 and the signals of the pixels 200-1 to 200-4 in the vicinity thereof. do. Specifically, for example, the pixel signal of the pixel 200-1 minus the pixel signal of the pixel 300-1, or the pixel signal of the pixel 200-1 and the pixel signal of the pixel 200-2 and the pixel of the pixel 200-3. The value obtained by subtracting the pixel signal of the pixel 300-1 from the average of the signal and the pixel signal of the pixel 200-4 is calculated as a signal corresponding to the virtual light-shielding film 310, that is, a correction amount.
  • the signal processing unit 60 performs interpolation processing for each pixel 300, and an image (captured image including the object OBJ) composed of the pixel signal of the pixel 200 and the pixel signal obtained by the interpolation processing is recorded in the image memory 70. Will be done.
  • step ST8a when the signal processing unit 60 determines that the F value exceeds a predetermined value, the signal processing unit 60 ends the process as it is.
  • the signal processing unit 60 ends the process as it is.
  • the outside of the pupil region of the optical system 12 is intentionally deteriorated by the light-shielding film 310, and the pixel 200 corresponding to the adjacent green pixel Gr is intentionally deteriorated.
  • the luminous flux outside the pupil region is obtained by the difference from the output signal of. As a result, it is possible to obtain a signal with high AF performance while suppressing deterioration of image quality.
  • the amount of light outside the pupil region of the optical system 12 is predicted by subtracting the output signal of the pixel 300 corresponding to the green pixel Gb from the output signal of the pixel 200 corresponding to the green pixel Gr. can do.
  • the gain correction process is executed based on the focus information, and the imaging field of view and the object OBJ are in focus. If the subject does not match, the optimum correction process can be performed according to the focus, such as performing an interpolation process using peripheral pixels.
  • the correction processing based on the focus information is performed only when the aperture value (F value) of the optical system 12 is, for example, a predetermined value or less, unnecessary correction processing is performed. You don't have to.
  • the second embodiment is a modification of the first embodiment, and a case where the light-shielding film is made circular will be described.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an example of an arrangement of pixels 200 of the pixel array unit 20A including the pixels 300A provided with a light-shielding film in the solid-state image sensor 1A according to the second embodiment.
  • the same parts as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • a circular light-shielding film 320 is formed on the outside of the incident angle characteristic of the pixel 300A to be the green pixel Gb (outside the pupil region of the optical system 12), and the pupil of the optical system 12 is formed. Limits incident light outside the area.
  • the luminous flux outside the optical system 12 is obtained by the difference from the output signal of the adjacent green pixel Gr.
  • the third embodiment is a modification of the first and second embodiments, and describes a case where one on-chip lens 201 has a 2-row 2-column photoelectric conversion element and the light-shielding film is circular. ..
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an example of the arrangement of pixels 200A of the pixel array unit 20B including the pixels 300B provided with a light-shielding film in the solid-state image sensor 1B according to the third embodiment.
  • the same parts as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • a light-shielding film 330 is formed on the outside of the incident angle characteristic (outside the pupil region of the optical system 12) of the pixel 300B which is the green pixel Gb, and the pupil region of the optical system 12 is formed. Limits the outside incident light.
  • the pixel 200A includes two rows and two columns of photoelectric conversion elements 222A, 222B, 222C, and 222D for one on-chip lens 201.
  • the pixel 300B includes two rows and two columns of photoelectric conversion elements 222A, 222B, 222C, and 222D for one on-chip lens 201.
  • the luminous flux outside the optical system 12 is obtained by the difference from the output signal of the adjacent green pixel Gr.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and the photoelectric conversion elements 222A, 222B, 2 rows and 2 columns, are obtained for one on-chip lens 201. Since 222C and 222D are arranged, it is possible to obtain information on phase difference detection in both the row direction and the column direction.
  • the fourth embodiment is a modification of the third embodiment, in which two pixels are arranged between the pixels provided with the light-shielding film.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining an example of an arrangement of pixels 200A of the pixel array unit 20C including the pixels 400 provided with a light-shielding film in the solid-state image sensor 1C according to the fourth embodiment.
  • the same parts as those in FIG. 14 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • a light-shielding film 410 is formed on the outside of the incident angle characteristic of the pixel 400-1 which is the red pixel R (outside the pupil region of the optical system 12), and the pupil of the optical system 12 is formed. Limits incident light outside the area. Further, in the pixel array unit 20C, a light-shielding film 410 is formed on the outside of the incident angle characteristic of the pixel 400-2, which is the green pixel Gr, to limit the incident light on the outside of the pupil region of the optical system 12.
  • a light-shielding film 410 is formed on the outside of the incident angle characteristic of the pixel 400-3, which is the green pixel Gb, to limit the incident light on the outside of the pupil region of the optical system 12. Further, in the pixel array unit 20C, a light-shielding film 410 is formed outside the incident angle characteristic of the pixel 400-4, which is the blue pixel B, to limit the incident light outside the pupil region of the optical system 12.
  • a pixel 200A-1 to be a green pixel Gr and a pixel 200A-2 to be a red pixel R are arranged between a pixel 400-1 to be a red pixel R and a pixel 400-2 to be a green pixel Gr. ..
  • a pixel 200A-3, which is a green pixel Gb, and a pixel 200A-4, which is a red pixel R, are arranged between the pixel 400-1 which is the red pixel R and the pixel 400-3 which is the green pixel Gb. ..
  • a pixel 200A-5 to be a blue pixel B and a pixel 200A-6 to be a green pixel Gb are arranged between the pixel 400-3 to be a green pixel Gb and the pixel 400-4 to be a blue pixel B. ..
  • a pixel 200A-7 to be a blue pixel B and a pixel 200A-8 to be a green pixel Gr are arranged between the pixel 400-2 to be a green pixel Gr and the pixel 400-4 to be a blue pixel B. ..
  • the signal processing unit 60 calculates a signal corresponding to the virtual light-shielding film 410 based on, for example, the signal of the pixel 400-4 which becomes the blue pixel B and the signal of the pixel 200A corresponding to the blue pixel B in the vicinity thereof. Further, the signal processing unit 60 calculates a signal corresponding to the virtual light-shielding film 410 based on, for example, the signal of the pixel 400-1 which becomes the red pixel R and the signal of the pixel 200A corresponding to the red pixel R in the vicinity thereof. do.
  • the signal processing unit 60 corresponds to the virtual light-shielding film 410 based on, for example, the signal of the pixel 400-2 which becomes the green pixel Gr and the signal of the pixel 200A corresponding to the green pixel Gr or the green pixel Gb in the vicinity thereof. Calculate the signal to be used.
  • the light-shielding film is applied only to the green pixel Gb in the first to third embodiments described above, whereas the red pixel R, the green pixel Gr, and the blue are used. Since the light-shielding film 410 can be applied to all the colors of the pixel B, it is possible to deal with subjects of various colors. It should be noted that between the pixel 400-1 that becomes the red pixel R and the pixel 400-2 that becomes the green pixel Gr, at least one pixel 200A that becomes the red pixel R or the pixel 200A that becomes the green pixel Gr is included. Anything is fine.
  • the film is not limited to the light-shielding film, and for example, a filter or the like is formed such that the transmittance outside the pupil region is lower than the transmittance in the pupil region of the green pixel Gr for the green pixel Gb. good.
  • the present disclosure may also have the following structure.
  • a first pixel that shares a first on-chip lens and has a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light from the pupil region of an optical system through the first on-chip lens and perform photoelectric conversion.
  • a second pixel that shares a second on-chip lens and has a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light from the pupil region of the optical system through the second on-chip lens and perform photoelectric conversion.
  • the second pixel is a light receiving element whose transmittance outside the pupil region where the first pixel can receive light is lower than the transmittance of the pupil region.
  • a plurality of the first pixel and the second pixel are provided.
  • the first pixel has two photoelectric conversion units of 1 row and 2 columns with respect to the first on-chip lens.
  • the light receiving element according to (1) above, wherein the second pixel has two photoelectric conversion units of 1 row and 2 columns with respect to the second on-chip lens.
  • the first pixel has four photoelectric conversion units of 2 rows and 2 columns with respect to the first on-chip lens.
  • the second pixel is an image pickup device including a light receiving element in which the transmittance outside the pupil region in which the first pixel can receive light is lower than the transmittance in the pupil region.
  • the image pickup apparatus which has a correction unit for correcting a pixel signal obtained by the first pixel and including an object in a predetermined imaging field of view and a pixel signal obtained by the second pixel.
  • the correction unit obtains a correction amount for a pixel signal obtained by the first pixel and a pixel signal obtained by the second pixel based on focus information.
  • the correction unit obtains a correction amount for a pixel signal obtained by the first pixel and a pixel signal obtained by the second pixel based on a focus value at the time of shooting. ..
  • the correction unit executes a gain correction process when the imaging field of view and the object are in focus, and the imaging field of view and the object are out of focus.
  • the image pickup apparatus according to (12) above which executes an interpolation process using peripheral pixels.
  • It is a method of correcting a pixel signal in a light receiving element.
  • a first pixel that shares a first on-chip lens and has a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light from the pupil region of an optical system through the first on-chip lens and perform photoelectric conversion, and a first pixel.
  • a second pixel that shares two on-chip lenses and has a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light from the pupil region of the optical system through the second on-chip lens and perform photoelectric conversion.
  • To output a pixel signal including an object within a predetermined imaging field It includes correcting a pixel signal output from the first pixel and a pixel signal output from the second pixel.
  • the transmittance outside the pupil region where the first pixel can receive light is lower than the transmittance in the pupil region.
  • Correction processing method (16) The correction is the correction processing method according to (15), wherein the correction amount for the pixel signal obtained by the first pixel and the pixel signal obtained by the second pixel is obtained based on the focus information.
  • the correction according to the above (15) is to obtain a correction amount for a pixel signal obtained by the first pixel and a pixel signal obtained by the second pixel based on a focus value at the time of shooting. Processing method.
  • the gain correction process is executed based on the focus information, and the imaging field of view and the object are in focus.
  • the correction processing method according to (16) above which executes an interpolation processing using peripheral pixels when there is no peripheral pixel.
  • operation unit 100 ... Image sensor, 200,200-1,200-2,200-3,200-4,200A,200A-1,200A-2,200A-3,200A-4,200A-5,200A-6,200A- 7,200A-8,300,300-1,300A,300B,400,400-1,400-2,400-3,400-4 ... pixels, 201 ... on-chip lens, 210 ... filter layer, 220 ... semiconductor Substrate, 222,222A, 222B, 222C, 222D ... Photoelectric conversion element, 230 ... Wiring layer, 232A, 232B ... Transfer gate electrode, 234 ... Metal wiring, 310, 320, 330, 410 ... Shading film.

Landscapes

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract

画質劣化を抑制しつつ、オートフォーカス性能の高い信号を得ることが可能な受光素子、撮像装置及び補正処理方法を提供する。受光素子は、第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、第２のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素とを備える。第２の画素は、第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が瞳領域の透過率に比べて低い。

Description

受光素子、撮像装置及び補正処理方法
　本開示に係る技術（本技術）は、受光素子、及び受光素子を備えた撮像装置、補正処理方法に関する。
　近年、オートフォーカス（ＡＦ）の速度向上を図るために、像面位相差検出画素を配置した固体撮像装置が使用されている。この種の固体撮像装置においては、オンチップレンズで集光した光を瞳分割するために、金属膜等によって、部分的に遮光する方式が多く採用され、一般的であるが、遮光画素で得られる情報は、撮像画像の情報としては使用できないため、周辺の画素から得られる情報を用いて補間しなければならない。
　また、像面位相差検出画素を配置した固体撮像装置は、一眼レフＡＦセンサに対し瞳分離性能が悪く、大デフォーカス（大ボケ）時に相関が取れずＡＦ困難となり、精度低下を招く。
　そこで、従来では、瞳分離を強めるために、画素中心方向に不感帯を延伸させる構造が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０１８－２０１０１５号公報
　しかしながら、上記構造では、延伸を強めると撮像の画質が劣化し、延伸を弱めると瞳分割効果が得られにくいため、撮像性能と瞳分割性能の両立が困難となる。
　本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、画質劣化を抑制しつつ、オートフォーカス性能の高い信号を得ることが可能な受光素子、撮像装置及び補正処理方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様は、第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素とを備え、前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い受光素子である。
　本開示の他の態様は、第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素とを備え、前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い、受光素子を備える撮像装置である。
　さらに、本開示の他の態様は、受光素子における画素信号の補正処理方法であって、第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素とで得られ所定の撮像視野内の対象物を含む画素信号を出力することと、前記第１の画素から出力される画素信号と、前記第２の画素から出力される画素信号とを補正することと、を含み、前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い補正処理方法である。
本開示の第１の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す概略構成図である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の構成の一例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素アレイ部の画素の配列の一例を説明するための図である。 本開示の第１の実施形態に係る画素の概略的構造の一例を示す部分縦断面図である。 本開示の第１の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するために示す図である。 第１の実施形態と比較例とを比較するための光電変換素子ごとの光の入射角に応じた出力結果を示す図である。 本開示の第１の実施形態において、遮光膜を施した画素を含む画素アレイ部の画素の配列の一例を説明するための図である。 本開示の第１の実施形態において、感度差補正を行う場合の信号処理部の制御手順を示すフローチャートである。 本開示の第１の実施形態において、ピントが合っている場合の補正処理の様子を説明するための図である。 本開示の第１の実施形態において、ピントが合っていない場合の補正処理の様子を説明するための図である。 本開示の第１の実施形態において、ピントが合っていない場合における周辺の画素による補間処理の様子を説明するための図である。 本開示の第１の実施形態において、光学系の絞り値が所定値を超える場合の処理の様子を説明するための図である。 本開示の第２の実施形態に係る固体撮像素子において、遮光膜を施した画素を含む画素アレイ部の画素の配列の一例を説明するための図である。 本開示の第３の実施形態に係る固体撮像素子において、遮光膜を施した画素を含む画素アレイ部の画素の配列の一例を説明するための図である。 本開示の第４の実施形態に係る固体撮像素子において、遮光膜を施した画素を含む画素アレイ部の画素の配列の一例を説明するための図である。
　以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものと異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
　なお、本明細書中に記載される効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
　＜第１の実施形態＞　
　（撮像装置の構成）　
　図１は、本開示の第１の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す概略構成図である。
　第１の実施形態に係る撮像装置１００は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。また、撮像装置１００は、図１に示すように、光学系１２、固体撮像素子１、制御部１０、信号処理部６０、画像メモリ７０、モニタ８０、操作部９０を備える。
　光学系１２は、１枚または複数枚のレンズから構成され得る。光学系１２は、被写体からの光を固体撮像素子１に導き、固体撮像素子１の画素アレイ部２０（図２で図示）に結像させる。なお、固体撮像素子１には、被写体からの光を受光するのみの受光素子であってもよい。また、光学系１２は、制御部１０の制御に従って、レンズの焦点調整や駆動制御を行う。さらに、光学系１２は、制御部１０の制御に従って、絞りを指定された絞り値にする。
　モニタ８０は、信号処理部６０が信号処理を施すことにより得られた画像データを表示する。撮像装置１００の利用者（例えば撮影者）は、画像データをモニタ８０から観察することができる。
　制御部１０は、ＣＰＵやメモリ等を用いて構成されており、操作部９０からの操作信号に応答して、固体撮像素子１の駆動を制御し、光学系１２を制御する。
　（固体撮像素子の構成）　
　図２は、上記固体撮像素子１の構成の一例を示す図である。同図に示すように、固体撮像素子１は、例えば、制御部１０と、画素アレイ部２０と、垂直駆動部３０と、水平駆動部４０と、カラム処理部５０とを含み構成される。また、固体撮像素子１は、信号処理部６０と、画像メモリ７０とを含み得る。固体撮像素子１は、例えばシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）として構成され得るが、これに限られない。
　制御部１０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（図示せず）を含み得る。制御部１０は、例えば、外部から供給されるクロック信号に基づいてタイミングジェネレータにより生成された各種のタイミング信号に従って、垂直駆動部３０、水平駆動部４０及びカラム処理部５０の動作を制御する。
　画素アレイ部２０は、入射した光の強さに応じた電荷を生成し蓄積する、アレイ状に配置された光電変換素子群を含み構成される。複数の光電変換素子の幾つかは、１つの画素を構成し得る。各画素は、典型的には、カラーフィルタを含み、カラーフィルタに対応する色成分の光を受光するように構成される。画素の配列としては、例えば、クアッド（Quad）配列やベイヤー（Bayer）配列が知られているが、これに限られない。同図中、画素アレイ部２０の上下方向を列方向ないしは垂直方向と称し、左右方向を行方向ないしは水平方向と定義する。なお、画素アレイ部２０における画素の構成の詳細については、後述する。
　垂直駆動部３０は、シフトレジスタやアドレスデコーダ（図示せず）などを含み構成される。垂直駆動部３０は、制御部１０の制御の下、例えば、画素アレイ部２０の画素群を、行単位で順番に、垂直方向に駆動していく。本開示では、垂直駆動部３０は、信号の読出しのための走査を行う読出し走査回路３２と光電変換素子から不要な電荷を掃き出す（リセットする）走査を行う掃出し走査回路３４を含み得る。
　読出し走査回路３２は、各画素から電荷に基づく信号を読み出すために、画素アレイ部２０の画素群を行単位で順に選択走査を行う。
　掃出し走査回路３４は、読出し走査回路３２によって読出し動作が行われる読出し行に対して、その読出し動作よりも電子シャッタの動作速度の時間分だけ先行して掃出し走査を行う。掃出し走査回路３４による不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。電子シャッタ動作とは、光電変換素子２２２の電荷を掃き出し、新たに露光（電荷の蓄積）を開始する動作をいう。
　読出し走査回路３２による読出し動作によって読み出される電荷に基づく信号は、その直前の読出し動作又は電子シャッタ動作以降に入射した光エネルギーの大きさに対応する。そして、直前の読出し動作による読出しタイミング又は電子シャッタ動作による掃出し動作タイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、画素における電荷の蓄積時間となる。
　水平駆動部４０は、シフトレジスタやアドレスデコーダ（図示せず）などを含み構成される。水平駆動部４０は、制御部１０の制御の下、例えば、画素アレイ部２０の画素群を、列単位で順番に、水平方向に駆動していく。垂直駆動部３０及び水平駆動部４０による画素の選択的な駆動により、選択された画素に蓄積された電荷に基づく信号がカラム処理部５０に出力される。
　カラム処理部５０は、画素アレイ部２０の選択された行における画素群のそれぞれから出力される信号に対して、例えばＣＤＳ（Correlated Double Sampling；相関二重サンプリング）処理といった所定の処理を行う。具体的には、カラム処理部５０は、選択された行における画素群のそれぞれから出力される差分信号を受け取り、該差分信号が示すレベル（電位）差を求めることによって１行分の画素ごとの信号を取得する。また、カラム処理部５０は、取得した信号について、固定パターンノイズを除去し得る。カラム処理部５０は、このような所定の処理を施した信号を、Ａ／Ｄ変換部（図示せず）により、デジタル信号に変換し、これを画素信号として出力する。
　信号処理部６０は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部５０から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う回路である。デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）は、信号処理部６０の一態様である。画像メモリ７０は、信号処理部６０での信号処理に際し、その処理に必要なデータを一時的に格納する。なお、信号処理部６０は、カラム処理部５０における上記のような演算処理の全部又は一部を行うように構成されても良い。
　さらに、信号処理部６０は、詳細は後述するが、第１の実施形態に係る機能として、デフォーカス量予測処理部６１と、補正処理部６２とを備えている。
　図３は、本開示の第１の実施形態に係る画素アレイ部２０の画素の配列の一例を説明するための図である。画素アレイ部２０において、複数の画素２００のそれぞれは、カラーフィルタを含み構成され、カラーフィルタに対応する各色成分の画素が所定の配列パターンに従って配置されている。カラーフィルタは、例えば赤、緑及び青の３種類のフィルタを含むが、これに限らない。
　画素アレイ部２０では、赤画素Ｒ、緑画素Ｇｂ，Ｇｒ及び青画素Ｂの４つの画素２００が１つの画素ブロックを形成し、該画素ブロック群がアレイ状に配列される。
　（画素の断面構造）　
　図４は、本開示の第１の実施形態に係る画素２００の概略的構造の一例を示す部分縦断面図である。
　同図に示すように、画素アレイ部２０における画素２００は、例えば、オンチップレンズ２０１と、フィルタ層２１０と、半導体基板２２０と、配線層２３０とを含み、これらが順に積層され構成されている。すなわち、本開示の固体撮像素子１（図１参照）は、光が照射される半導体基板２２０の面と反対側の面に配線層２３０が設けられた裏面照射型撮像素子である。
　オンチップレンズ２０１は、入射する光を、フィルタ層２１０を介して、半導体基板２２０の照射面に集光する。
　フィルタ層２１０は、各画素２００が特定の色成分の光を受光するように、カラーフィルタを含み構成される。カラーフィルタは、例えば、赤、緑及び青のフィルタを含むが、これに限られない。
　半導体基板２２０は、画素２００ごとに、入射した光を受光し、電荷を蓄積する例えば２つの光電変換素子２２２Ａ，２２２Ｂを含み構成される。
　配線層２３０は、転送ゲート電極２３２Ａ，２３２Ｂ及び金属配線２３４を含み構成される。転送ゲート電極２３２Ａは、光電変換素子２２２Ａに電気的に接続される。転送ゲート電極２３２Ａは、光電変換素子２２２Ａに電気的に接続される。転送ゲート電極２３２Ｂは、光電変換素子２２２Ｂに電気的に接続される。転送ゲート電極２３２Ａ、２３２Ｂには、制御部１０の制御の下、ゲート電圧が印加される。
　以上の構成を有する固体撮像素子１では、半導体基板２２０の裏面側から光が照射され、照射された光がオンチップレンズ２０１及びフィルタ層２１０を透過し、透過した光が光電変換素子２２２Ａ，２２２Ｂで光電変換されることで、信号電荷が生成される。そして、生成された信号電荷が、配線層２３０内に形成された転送ゲート電極２３２Ａ、２３２Ｂを含む画素トランジスタを介して、金属配線２３４で画素信号として出力される。
　ところで、以上の構成を有する固体撮像素子１では、図５（ａ）に示すように、光学系１２による合焦時に、例えば光電変換素子２２２Ａの出力であるＡ像と、光電変換素子２２２Ｂの出力であるＢ像とが重なるように出力する。一方、固体撮像素子１では、図５（ｂ）に示すように、光学系１２による前ピン時に、例えば光電変換素子２２２Ａの出力であるＡ像と、光電変換素子２２２Ｂの出力であるＢ像とが別々に出力される。
　図４の例では、入射光ＩＬが、その入射角に応じて、光電変換素子２２２Ａの光電変換領域に集中的に照射されている。このとき、理想的には、光電変換素子２２２Ａの出力を１００とすれば、光電変換素子２２２Ｂの出力は０となっているべきであるが、実際には、光電変換素子２２２Ｂからも一定量の出力がなされる。
　（実施形態の比較例）　
　図６には、光電変換素子２２２Ａ，２２２Ｂごとの光の入射角に応じた出力結果を示している。図６において、緑画素Ｇｒと緑画素Ｇｂとの差分について説明する。光電変換素子２２２Ａにおける緑画素Ｇｒと緑画素Ｇｂとの差分出力Ｇｒ（Ａ）－Ｇｂ（Ａ）を、一点鎖線の曲線Ａ１により表し、光電変換素子２２２Ｂにおける緑画素Ｇｒと緑画素Ｇｂとの差分出力Ｇｒ（Ｂ）－Ｇｂ（Ｂ）を、一点鎖線の曲線Ａ２により表している。
　図６において、光電変換素子２２２Ａの出力に応じた曲線Ａ１と、光電変換素子２２２Ｂの出力に応じた曲線Ａ２とは、入射角が０度となるとき、すなわち、光が真上から入射されたときにその出力の値が一致している。
　ここで、光電変換素子２２２Ａの出力における重心と、光電変換素子２２２Ｂの出力における重心との距離を基線長とする。例えば緑画素Ｇｂ（Ａ）と緑画素Ｇｂ（Ｂ）との基線長を短く、つまり緑画素Ｇｂにおける瞳領域を狭くすることで、ピント大ズレ時に強い。例えば緑画素Ｇｒ（Ａ）と緑画素Ｇｒ（Ｂ）との基線長を長く、つまり緑画素Ｇｒにおける瞳領域を広くすることで、低照度に強い。
　Ｇｒ（Ａ）－Ｇｂ（Ａ）と、Ｇｒ（Ｂ）－Ｇｂ（Ｂ）との基線長を求めることで、基線長が長くなり、これにより視差がより付き、ＡＦ精度面で有利となる。つまり、わずかなピントズレも大きな位相差として検出できる。しかしながら、入射角が０度付近の感度を潰しているため、画質への影響が大きく、撮像性能と瞳分割性能の両立が困難となる。
　（第１の実施形態の解決手段）　
　そこで、第１の実施形態では、例えば緑画素Ｇｂの入射角特性外側（光学系１２の瞳領域の外側）を遮光膜でわざと悪くするようにしている。
　図７は、第１の実施形態において、遮光膜を施した画素３００を含む画素アレイ部２０の画素２００の配列の一例を説明するための図である。画素アレイ部２０において、緑画素Ｇｂとなる画素３００の入射角特性外側（光学系１２の瞳領域の外側）に遮光膜３１０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。遮光膜３１０は、その形状が例えば四角形である。
　図６に戻って、第１の実施形態における光電変換素子２２２Ａにおける緑画素Ｇｒと緑画素Ｇｂとの差分出力Ｇｒ（Ａ）－Ｇｂ（Ａ）を、実線の曲線Ａ３により表し、光電変換素子２２２Ｂにおける緑画素Ｇｒと緑画素Ｇｂとの差分出力Ｇｒ（Ｂ）－Ｇｂ（Ｂ）を、実線の曲線Ａ４により表している。
　本第１の実施形態では、隣接する緑画素Ｇｒの出力信号との差分で光学系１２の外側の光束量を得る。
　（感度差補正）　
　図８は、感度差補正を行う場合の信号処理部６０の制御手順を示すフローチャートである。
　信号処理部６０に備えられるデフォーカス量予測処理部６１は、光学系１２の瞳領域の外側の光量を、緑画素Ｇｒの出力信号と、緑画素Ｇｂの出力信号とに基づいて予測する。
　信号処理部６０に備えられる補正処理部６２は、緑画素Ｇｒで得られ所定の撮像視野内の対象物を含む画素信号と、緑画素Ｇｂで得られる画素信号とを補正する。
　信号処理部６０は、固体撮像素子１から画素信号を入力すると、光学系１２の絞り値（Ｆ値）が所定値以下である否かの判断を行う（ステップＳＴ８ａ）。ここで、光学系１２の絞り値が所定値以下と判断した場合（Ｙｅｓ）、信号処理部６０はピントが合っているか否かの判断を行う（ステップＳＴ８ｂ）。
　ピントがあっているとは、図９に示すように、対象物ＯＢＪ（図９では例えば、ろうそくを示す）からの入射光が光学系１２を介して固体撮像素子１に受光されると、光電変換素子２２２Ａで得られる出力と光電変換素子２２２Ｂで得られる出力とがほぼ同じであることを意味する。
　ピントが合っている場合（Ｙｅｓ）、信号処理部６０は感度差ゲイン補正処理を実行する（ステップＳＴ８ｃ）。この場合、予め感度差を画像メモリ７０に記憶しておく。
　一方、ピントが合っていないと判断した場合（Ｎｏ）、信号処理部６０は周辺画素補間処理を実行する（ステップＳＴ８ｄ）。ここで、ピントがあっていないとは、図１０に示すように、対象物ＯＢＪが光学系１２の瞳領域内に入っていないため、対象物ＯＢＪ（図１０では例えば、ろうそくを示す）からの入射光が光学系１２を介して固体撮像素子１に受光されると、光電変換素子２２２Ａで得られる出力には「ろうそく」の「炎」が含まれ、光電変換素子２２２Ａで得られる出力には「ろうそく」の「ろう」のみが含まれ、それぞれ出力が異なることを意味する。
　信号処理部６０は、図１１に示すように、例えば画素３００－１の信号とその近辺の画素２００－１～２００－４の信号とに基づいて、仮想の遮光膜３１０に対応する信号を算出する。具体的には、例えば、画素２００－１の画素信号から画素３００－１の画素信号を差し引いたもの、あるいは画素２００－１の画素信号と画素２００－２の画素信号と画素２００－３の画素信号と画素２００－４の画素信号との平均から画素３００－１の画素信号を差し引いたものを、仮想の遮光膜３１０に対応する信号、つまり補正量として算出する。
　信号処理部６０において、各画素３００に関する補間処理が行われ、画素２００の画素信号と、補間処理により得た画素信号とからなる画像（対象物ＯＢＪを含む撮像画像）が、画像メモリ７０に記録される。
　一方、上記ステップＳＴ８ａの処理において、信号処理部６０はＦ値が所定値を超えると判断した場合、そのまま処理を終了する。この場合、図１２に示すように、小絞りになるほど、ＡＦ性能が気にならず、一方で解像度は求められるケースとも上手く合致する。
　＜第１の実施形態による作用効果＞　
　以上のように第１の実施形態によれば、緑画素Ｇｂに対応する画素３００について、光学系１２の瞳領域の外側を遮光膜３１０でわざと悪くして隣接する緑画素Ｇｒに対応する画素２００の出力信号との差分で瞳領域の外側の光束を得るようにしている。その結果、画質劣化を抑制しつつ、ＡＦ性能の高い信号を得ることが可能となる。
　また、第１の実施形態によれば、緑画素Ｇｒに対応する画素２００の出力信号から緑画素Ｇｂに対応する画素３００の出力信号を差し引くことで光学系１２の瞳領域の外側の光量を予測することができる。
　また、第１の実施形態によれば、ピント情報に基づいて、撮像視野と対象物ＯＢＪとのピントが合っている場合に、ゲイン補正処理を実行し、撮像視野と対象物ＯＢＪとのピントが合っていない場合に、周辺画素による補間処理を実行するというように、ピントに応じて最適な補正処理を行い得る。
　さらに、第１の実施形態によれば、例えば光学系１２の絞り値（Ｆ値）が所定値以下である場合のみ、ピント情報に基づく補正処理を行うようにすれば、不要な補正処理を行わずに済む。
　＜第２の実施形態＞　
　次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の変形であり、遮光膜を円形にした場合について説明する。
　図１３は、第２の実施形態に係る固体撮像素子１Ａにおいて、遮光膜を施した画素３００Ａを含む画素アレイ部２０Ａの画素２００の配列の一例を説明するための図である。なお、図１３において、上記図７と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　図１３に示すように、画素アレイ部２０Ａにおいて、緑画素Ｇｂとなる画素３００Ａの入射角特性外側（光学系１２の瞳領域の外側）に円形の遮光膜３２０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。
　本第２の実施形態では、隣接する緑画素Ｇｒの出力信号との差分で光学系１２の外側の光束量を得る。
　＜第２の実施形態による作用効果＞　
　以上のように第２の実施形態であっても、上記第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
　＜第３の実施形態＞　
　次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態の変形であり、１つのオンチップレンズ２０１に対し２行２列の光電変換素子を有し、遮光膜を円形にした場合について説明する。
　図１４は、第３の実施形態に係る固体撮像素子１Ｂにおいて、遮光膜を施した画素３００Ｂを含む画素アレイ部２０Ｂの画素２００Ａの配列の一例を説明するための図である。なお、図１４において、上記図７と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　図１４に示すように、画素アレイ部２０Ｂにおいて、緑画素Ｇｂとなる画素３００Ｂの入射角特性外側（光学系１２の瞳領域の外側）に遮光膜３３０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。
　画素２００Ａは、１つのオンチップレンズ２０１に対し、２行２列の光電変換素子２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄを備える。画素３００Ｂは、１つのオンチップレンズ２０１に対し、２行２列の光電変換素子２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄを備える。
　本第３の実施形態では、隣接する緑画素Ｇｒの出力信号との差分で光学系１２の外側の光束量を得る。
　＜第３の実施形態による作用効果＞　
　以上のように第３の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、１つのオンチップレンズ２０１に対し、２行２列の光電変換素子２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄが配置されていることから、行方向と列方向との両方の方向で、位相差検出の情報を得ることができる。
　＜第４の実施形態＞　
　次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態の変形であり、遮光膜を施した画素の間に２つの画素が配置される。
　図１５は、第４の実施形態に係る固体撮像素子１Ｃにおいて、遮光膜を施した画素４００を含む画素アレイ部２０Ｃの画素２００Ａの配列の一例を説明するための図である。なお、図１５において、上記図１４と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　図１５に示すように、画素アレイ部２０Ｃにおいて、赤画素Ｒとなる画素４００－１の入射角特性外側（光学系１２の瞳領域の外側）に遮光膜４１０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。また、画素アレイ部２０Ｃにおいて、緑画素Ｇｒとなる画素４００－２の入射角特性外側に遮光膜４１０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。また、画素アレイ部２０Ｃにおいて、緑画素Ｇｂとなる画素４００－３の入射角特性外側に遮光膜４１０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。さらに、画素アレイ部２０Ｃにおいて、青画素Ｂとなる画素４００－４の入射角特性外側に遮光膜４１０を形成し、光学系１２の瞳領域の外側の入射光を制限する。
　赤画素Ｒとなる画素４００－１と緑画素Ｇｒとなる画素４００－２との間には、緑画素Ｇｒとなる画素２００Ａ－１と、赤画素Ｒとなる画素２００Ａ－２とが配置される。赤画素Ｒとなる画素４００－１と緑画素Ｇｂとなる画素４００－３との間には、緑画素Ｇｂとなる画素２００Ａ－３と、赤画素Ｒとなる画素２００Ａ－４とが配置される。緑画素Ｇｂとなる画素４００－３と青画素Ｂとなる画素４００－４との間には、青画素Ｂとなる画素２００Ａ－５と、緑画素Ｇｂとなる画素２００Ａ－６とが配置される。緑画素Ｇｒとなる画素４００－２と青画素Ｂとなる画素４００－４との間には、青画素Ｂとなる画素２００Ａ－７と、緑画素Ｇｒとなる画素２００Ａ－８とが配置される。
　信号処理部６０は、例えば青画素Ｂとなる画素４００－４の信号とその近辺の青画素Ｂに対応する画素２００Ａの信号とに基づいて、仮想の遮光膜４１０に対応する信号を算出する。また、信号処理部６０は、例えば赤画素Ｒとなる画素４００－１の信号とその近辺の赤画素Ｒに対応する画素２００Ａの信号とに基づいて、仮想の遮光膜４１０に対応する信号を算出する。さらに、信号処理部６０は、例えば緑画素Ｇｒとなる画素４００－２の信号とその近辺の緑画素Ｇｒまたは緑画素Ｇｂに対応する画素２００Ａの信号とに基づいて、仮想の遮光膜４１０に対応する信号を算出する。
　＜第４の実施形態による作用効果＞　
　以上のように第４の実施形態によれば、上記第１の実施形態から第３の実施形態が緑画素Ｇｂのみに遮光膜を施していたのに対し、赤画素Ｒ、緑画素Ｇｒ、青画素Ｂ全色に遮光膜４１０を施すことができるようになったことで、様々な色の被写体に対応できる。なお、赤画素Ｒとなる画素４００－１と緑画素Ｇｒとなる画素４００－２との間には、赤画素Ｒとなる画素２００Ａもしくは緑画素Ｇｒとなる画素２００Ａを少なくとも１つ以上含んでいるものであればよい。
　＜その他の実施形態＞　
　上記のように、本技術は第１から第４の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本技術を限定するものであると理解すべきではない。上記の第１から第４の実施形態が開示する技術内容の趣旨を理解すれば、当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が本技術に含まれ得ることが明らかとなろう。また、第１から第４の実施形態がそれぞれ開示する構成を、矛盾の生じない範囲で適宜組み合わせることができる。例えば、複数の異なる実施形態がそれぞれ開示する構成を組み合わせてもよく、同一の実施形態の複数の異なる変形例がそれぞれ開示する構成を組み合わせてもよい。
　また、遮光膜に限らず、例えば緑画素Ｇｂに対し、瞳領域の外側の透過率が緑画素Ｇｒの瞳領域の透過率に比べて低くなるような、フィルタ等を形成するものであってもよい。
　なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。　
（１）
　第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、
　第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素と
を備え、
　前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い
受光素子。
（２）
　前記第２の画素は、前記光学系の瞳領域の外側の入射光を制限する遮光膜を有する
前記（１）に記載の受光素子。
（３）
　前記遮光膜は、円形または四角形である
前記（２）に記載の受光素子。
（４）
　前記第１の画素及び前記第２の画素は、それぞれ複数備え、
　複数の前記第１の画素及び複数の前記第２の画素は、アレイ状に配列される
前記（１）に記載の受光素子。
（５）
　前記第１の画素は、前記第１のオンチップレンズに対し１行２列の２つの光電変換部を有し、
　前記第２の画素は、前記第２のオンチップレンズに対し１行２列の２つの光電変換部を有する
前記（１）に記載の受光素子。
（６）
　前記第１の画素は、前記第１のオンチップレンズに対し２行２列の４つの光電変換部を有し、
　前記第２の画素は、前記第２のオンチップレンズに対し２行２列の４つの光電変換部を有する
前記（１）に記載の受光素子。
（７）
　前記第２の画素は、緑色成分に対応するように設けられる
前記（５）または前記（６）に記載の受光素子。
（８）
　複数の前記第２の画素は、隣接する第２の画素の間に、前記第２の画素と同色の第１の画素が少なくとも１以上配置される
前記（４）に記載の受光素子。
（９）
　第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、
　第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素と
を備え、
　前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い、受光素子
を備える撮像装置。
（１０）
　前記光学系の瞳領域の外側の光量を、前記第１の画素の出力信号と、前記第２の画素の出力信号とに基づいて予測する予測部を有する
前記（９）に記載の撮像装置。
（１１）
　前記第１の画素で得られ所定の撮像視野内の対象物を含む画素信号と、前記第２の画素で得られる画素信号とを補正する補正部を有する
前記（９）に記載の撮像装置。
（１２）
　前記補正部は、ピント情報に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
前記（１１）に記載の撮像装置。
（１３）
　前記補正部は、撮影時のフォーカス値に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
前記（１１）に記載の撮像装置。
（１４）
　前記補正部は、前記ピント情報に基づいて、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っている場合に、ゲイン補正処理を実行し、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っていない場合に、周辺画素による補間処理を実行する
前記（１２）に記載の撮像装置。
（１５）
　受光素子における画素信号の補正処理方法であって、
　第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素とで得られ所定の撮像視野内の対象物を含む画素信号を出力することと、
　前記第１の画素から出力される画素信号と、前記第２の画素から出力される画素信号とを補正することと、を含み、
　前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い、
補正処理方法。
（１６）
　前記補正することは、ピント情報に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
前記（１５）に記載の補正処理方法。
（１７）
　前記補正することは、撮影時のフォーカス値に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
前記（１５）に記載の補正処理方法。
（１８）
　前記補正することは、前記ピント情報に基づいて、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っている場合に、ゲイン補正処理を実行し、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っていない場合に、周辺画素による補間処理を実行する
前記（１６）に記載の補正処理方法。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…固体撮像素子、１０…制御部、１２…光学系、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…画素アレイ部、３０…垂直駆動部、３２…読出し走査回路、３４…掃出し走査回路、４０…水平駆動部、５０…カラム処理部、６０…信号処理部、６１…デフォーカス量予測処理部、６２…補正処理部、７０…画像メモリ、８０…モニタ、９０…操作部、１００…撮像装置、２００，２００－１，２００－２，２００－３，２００－４，２００Ａ，２００Ａ－１，２００Ａ－２，２００Ａ－３，２００Ａ－４，２００Ａ－５，２００Ａ－６，２００Ａ－７，２００Ａ－８，３００，３００－１，３００Ａ，３００Ｂ，４００，４００－１，４００－２，４００－３，４００－４…画素、２０１…オンチップレンズ、２１０…フィルタ層、２２０…半導体基板、２２２，２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄ…光電変換素子、２３０…配線層、２３２Ａ，２３２Ｂ…転送ゲート電極、２３４…金属配線、３１０，３２０，３３０，４１０…遮光膜。

Claims (18)

  1. 　第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、
    　第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素と
    を備え、
    　前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い
    受光素子。
  2. 　前記第２の画素は、前記光学系の瞳領域の外側の入射光を制限する遮光膜を有する
    請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記遮光膜は、円形または四角形である
    請求項２に記載の受光素子。
  4. 　前記第１の画素及び前記第２の画素は、それぞれ複数備え、
    　複数の前記第１の画素及び複数の前記第２の画素は、アレイ状に配列される
    請求項１に記載の受光素子。
  5. 　前記第１の画素は、前記第１のオンチップレンズに対し１行２列の２つの光電変換部を有し、
    　前記第２の画素は、前記第２のオンチップレンズに対し１行２列の２つの光電変換部を有する
    請求項１に記載の受光素子。
  6. 　前記第１の画素は、前記第１のオンチップレンズに対し２行２列の４つの光電変換部を有し、
    　前記第２の画素は、前記第２のオンチップレンズに対し２行２列の４つの光電変換部を有する
    請求項１に記載の受光素子。
  7. 　前記第２の画素は、緑色成分に対応するように設けられる
    請求項５または請求項６に記載の受光素子。
  8. 　複数の前記第２の画素は、隣接する第２の画素の間に、前記第２の画素と同色の第１の画素が少なくとも１以上配置される
    請求項４に記載の受光素子。
  9. 　第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、
    　第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素と
    を備え、
    　前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い、受光素子
    を備える撮像装置。
  10. 　前記光学系の瞳領域の外側の光量を、前記第１の画素の出力信号と、前記第２の画素の出力信号とに基づいて予測する予測部を有する
    請求項９に記載の撮像装置。
  11. 　前記第１の画素で得られ所定の撮像視野内の対象物を含む画素信号と、前記第２の画素で得られる画素信号とを補正する補正部を有する
    請求項９に記載の撮像装置。
  12. 　前記補正部は、ピント情報に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
    請求項１１に記載の撮像装置。
  13. 　前記補正部は、撮影時のフォーカス値に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
    請求項１１に記載の撮像装置。
  14. 　前記補正部は、前記ピント情報に基づいて、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っている場合に、ゲイン補正処理を実行し、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っていない場合に、周辺画素による補間処理を実行する
    請求項１２に記載の撮像装置。
  15. 　受光素子における画素信号の補正処理方法であって、
    　第１のオンチップレンズを共有し、光学系の瞳領域からの入射光を前記第１のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第１の画素と、第２のオンチップレンズを共有し、前記光学系の瞳領域からの入射光を前記第２のオンチップレンズを介して受光して光電変換する複数の光電変換部を有する第２の画素とで得られ所定の撮像視野内の対象物を含む画素信号を出力することと、
    　前記第１の画素から出力される画素信号と、前記第２の画素から出力される画素信号とを補正することと、を含み、
    　前記第２の画素は、前記第１の画素が受光可能な瞳領域の外側の透過率が前記瞳領域の透過率に比べて低い、
    補正処理方法。
  16. 　前記補正することは、ピント情報に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
    請求項１５に記載の補正処理方法。
  17. 　前記補正することは、撮影時のフォーカス値に基づいて、前記第１の画素で得られる画素信号、及び前記第２の画素で得られる画素信号に対する補正量を求める
    請求項１５に記載の補正処理方法。
  18. 　前記補正することは、前記ピント情報に基づいて、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っている場合に、ゲイン補正処理を実行し、前記撮像視野と前記対象物とのピントが合っていない場合に、周辺画素による補間処理を実行する
    請求項１６に記載の補正処理方法。
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