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技術 固体撮像素子、撮像装置、及び、固体撮像素子の製造方法

出願人 ソニー株式会社
発明者 納土晋一郎
出願日 2016年4月19日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2017-521732
公開日 2018年3月22日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 WO2016-194501
状態 特許登録済
技術分野 焦点調節 光信号から電気信号への変換 固体撮像素子 自動焦点調節
主要キーワード 段差幅 離間度 工場試験 高誘電率絶縁層 横ズレ量 各受光データ 読み出し列 集光構造
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

2以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を実現する。 被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子

概要

背景

近年、撮像時に自動的フォーカス調整を行うオートフォーカスAF)機能を搭載した撮像装置が広く普及している。AFの方式は、アクティブ方式パッシブ方式に大別される。アクティブ方式においては、対象物(被写体)に照射した赤外線・超音波などの反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出する。パッシブ方式においては、レンズで捉えた画像を利用して測距を行う。パッシブ方式には、コントラスト検出方式位相差検出方式がある。

位相差検出方式には、撮像用イメージセンサーとは別に位相差AF専用のイメージセンサーを設ける方式と、撮像センサー位相差検出画素を組み込んだ像面位相差AF方式とがある。いずれの方式においても、レンズから入ってくる光を2分割(瞳分割)し、その像のズレから合焦位置を検出する。前者は、撮像用のイメージセンサーとは別に位相差AF専用のイメージセンサーを搭載するため、撮像装置のサイズが大きくなるデメリットがある。後者は、撮像用のイメージセンサーに位相差検出用画素(位相差検出画素)を組み込むため、撮像装置のサイズが小さくて済むメリットがある。

像面位相差AF方式では、位相差検出画素から取得した位相差信号に基づいてAF動作を行う。像面位相差画素は、画角内に複数配置され、受光素子であるフォトダイオード上の開口部を左右または上下に半分程度遮光した画素構造を有する。像面位相差画素は、被写体光の一方の半分を遮光した像面位相差画素と、被写体光の他方の半分を遮光した像面位相差画素との2個一組で設けられ、2個一組の像面位相差画素が各々持つ異なる斜入射特性から1つの位相差信号を作り出している(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1には、マイクロレンズ結像点の位置と、遮光部の入射口側の縁部の位置と、が像高の変化に応じて離れるように形成された像面位相差画素の遮光部について開示されている。イメージセンサーへの被写体光の入射角は、セットレンズの軸外ではマイクロレンズの結像点から徐々にずれていくが、特許文献1の技術を適用することにより、チップ内座標に応じてセットレンズからの被写体光の入射角に合うように、遮光部の入射口側の端部の位置を設計することができる。

概要

2以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を実現する。 被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子

目的

本技術は、前記課題に鑑みてなされたもので、2以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を備える固体撮像素子、当該固体撮像素子を備える固体撮像装置、当該固体撮像素子の製造方法を実現することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子

請求項2

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子。

請求項3

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子。

請求項4

前記第3方向は、本固体撮像素子の受光面の光軸中心から延びる放射線に沿う方向である、請求項3に記載の固体撮像素子。

請求項5

前記縁部は、前記放射線に沿う方向と異なる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている、請求項4に記載の固体撮像素子。

請求項6

本固体撮像素子は、複数の画素を有し、前記遮光部を有する画素は、2つ一組で設けられており、当該2つ一組の各画素の遮光部は、画素の受光面の互いに異なる範囲を遮光する形状である、請求項5に記載の固体撮像素子。

請求項7

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置

請求項8

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。

請求項9

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。

請求項10

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子の製造方法。

請求項11

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子の製造方法。

請求項12

被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子の製造方法。

技術分野

0001

本技術は、固体撮像素子撮像装置、及び、固体撮像素子の製造方法に関する。

背景技術

0002

近年、撮像時に自動的フォーカス調整を行うオートフォーカスAF)機能を搭載した撮像装置が広く普及している。AFの方式は、アクティブ方式パッシブ方式に大別される。アクティブ方式においては、対象物(被写体)に照射した赤外線・超音波などの反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出する。パッシブ方式においては、レンズで捉えた画像を利用して測距を行う。パッシブ方式には、コントラスト検出方式位相差検出方式がある。

0003

位相差検出方式には、撮像用イメージセンサーとは別に位相差AF専用のイメージセンサーを設ける方式と、撮像センサー位相差検出画素を組み込んだ像面位相差AF方式とがある。いずれの方式においても、レンズから入ってくる光を2分割(瞳分割)し、その像のズレから合焦位置を検出する。前者は、撮像用のイメージセンサーとは別に位相差AF専用のイメージセンサーを搭載するため、撮像装置のサイズが大きくなるデメリットがある。後者は、撮像用のイメージセンサーに位相差検出用画素(位相差検出画素)を組み込むため、撮像装置のサイズが小さくて済むメリットがある。

0004

像面位相差AF方式では、位相差検出画素から取得した位相差信号に基づいてAF動作を行う。像面位相差画素は、画角内に複数配置され、受光素子であるフォトダイオード上の開口部を左右または上下に半分程度遮光した画素構造を有する。像面位相差画素は、被写体光の一方の半分を遮光した像面位相差画素と、被写体光の他方の半分を遮光した像面位相差画素との2個一組で設けられ、2個一組の像面位相差画素が各々持つ異なる斜入射特性から1つの位相差信号を作り出している(例えば、特許文献1参照)。

0005

特許文献1には、マイクロレンズ結像点の位置と、遮光部の入射口側の縁部の位置と、が像高の変化に応じて離れるように形成された像面位相差画素の遮光部について開示されている。イメージセンサーへの被写体光の入射角は、セットレンズの軸外ではマイクロレンズの結像点から徐々にずれていくが、特許文献1の技術を適用することにより、チップ内座標に応じてセットレンズからの被写体光の入射角に合うように、遮光部の入射口側の端部の位置を設計することができる。

先行技術

0006

特開2012−182332号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、レンズ交換式の撮像装置の場合、装着するレンズ毎に主光線角度が異なるため、各レンズの主光線角度に応じた像面位相差画素を設ける必要がある。また、1つのレンズであっても、ズームポジションが変わると主光線角度が変わり、各ズームポジションの主光線角度に応じた像面位相差画素を設ける必要がある。仮に、主光線角度の素性が近い複数のレンズやズームポジションをグループ化して、グループ毎に像面位相差画素を設けたとしても、レンズラインナップ角度範囲やズームポジションの角度範囲が広い場合は、多数の像面位相差画素を設ける必要がある。像面位相差画素は、撮像画像の構成要素として使用できない欠陥画素扱いとなり、像面位相差画素の増加は撮像画像の画質劣化につながる。

0008

本技術は、前記課題に鑑みてなされたもので、2以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を備える固体撮像素子、当該固体撮像素子を備える固体撮像装置、当該固体撮像素子の製造方法を実現することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本技術の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子である。

0010

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子である。

0011

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており 、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子である。

0012

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置である。

0013

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する 、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置である。

0014

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており 、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置である。

0015

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子の製造方法である。

0016

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する 、固体撮像素子の製造方法である。

0017

本技術の他の態様の1つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており 、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子の製造方法である。

0018

なお、以上説明した固体撮像素子や固体撮像装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本技術は前記固体撮像素子や固体撮像装置を備える撮像システムとしても実現可能である。また、上述した固体撮像素子の製造方法は、他の方法の一環として実施されたり、各工程に対応する手段を備えた固体撮像素子の製造装置や該製造方法で作成された固体撮像素子を備えた固体撮像装置として実現されたりする等の各種の態様を含む。

発明の効果

0019

本技術によれば、2以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を備える固体撮像素子、当該固体撮像素子を備える固体撮像装置、当該固体撮像素子の製造方法を実現することが可能となる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また付加的な効果があってもよい。

図面の簡単な説明

0020

第1の実施形態に係る固体撮像素子の構造を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部の縁部における第1縁部と第2縁部を説明する図である。
遮光部を有する画素の固体撮像素子上における位置・配列方向を説明する図である。
固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
裏面照射型の固体撮像素子の要部構造を断面的に示した図である。
第2の実施形態に係る撮像装置の機能構成の一例を説明する図である。
固体撮像素子における画素配置の一例を示す模式図である。
位相差検出用画素から得られる受光データを説明する図である。
位相差検出用画素における合焦時の結像位置を説明する図である。
位相差検出用画素における合焦時の結像位置を説明する図である。
段差部を設けたことによる受光強度への影響を説明する図である。
固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。
固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。
固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。
固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。
固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。
固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。

実施例

0021

以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
(A)第1の実施形態:
(B)第2の実施形態:
(C)第3の実施形態:

0022

(A)第1の実施形態:
図1は、本実施形態に係る固体撮像素子100の構造を説明する図である。

0023

固体撮像素子100は、複数の画素Pが二次元平面上に配列された受光部10を有する。二次元平面上の配列には、ダイアゴナル配列、デルタ配列ハニカム配列等、各種の二次元配列を含む。

0024

図2は、画素の断面形状を概略的に示した図である。同図に示すように、各画素Pは、入射光に応じた電気信号を生成する光電変換部としてのフォトダイオード20、及び、フォトダイオード20の受光面から離間して設けたマイクロレンズ30を備えている。

0025

複数の画素Pの一部又は全部は、フォトダイオード20及びマイクロレンズ30に加えて、フォトダイオード20とマイクロレンズ30の間に設けられた遮光部40を備えている。以下、遮光部40を備える画素を、画素Phと記載する。遮光部40は、フォトダイオード20の受光面上を通過する縁部41を有する。

0026

図3図11は、各種の遮光部40の縁部41における第1縁部411と第2縁部412を説明する図である。

0027

遮光部40は、フォトダイオード20の受光面上を通過する縁部41を有し、縁部41は、固体撮像素子100の出力画像における上下方向に対応する第1方向D1と当該出力画像の左右方向に対応する第2方向D2との双方で位置が互いに異なる第1縁部411と第2縁部412とを有する。

0028

図3(a)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph1の上辺下辺の間を接続しており、図3(b)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph2の上辺と下辺の間を接続しており、フォトダイオード20の受光面上を概略第1方向D1(固体撮像素子100の出力画像における上下方向に対応する方向)に沿って横切って通過する形状である。画素Ph1,Ph2の縁部41は、フォトダイオード20の受光面上を横切って通過する途中に段差部41Gを有する。段差部41Gは、縁部41において第1方向D1とは異なる第2方向D2に延びる部分である。

0029

縁部41において、段差部41Gを挟んで一方の側が第1縁部411を構成し、段差部41Gを挟んで他方の側が第2縁部412を構成する。第1縁部411と第2縁部412は、固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11c(図9参照)から延びる少なくとも1本の放射線Drが、第1縁部411と第2縁部412の双方と交差するように設ける。

0030

すなわち、第1縁部411と第2縁部412は、第1方向D1において互いに異なる位置に設けられ、第2方向D2においても段差部41Gによるオフセットによって互いに異なる位置に設けられる。

0031

なお、図3に示す例では、段差部41Gの数が1つの場合を示してあるが、段差部41Gの数はこれに限るものではなく、2以上の任意の数の段差部41Gを縁部41に設けて縁部を3つ以上に分割してもよい。段差部41Gによって分割された全ての縁部が、固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11cから延びる少なくとも1本の放射線Drと交差するように設ける。

0032

図4(a)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph1の左辺右辺の間を接続しており、図4(b)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph2の左辺と右辺の間を接続しており、フォトダイオード20の受光面上を概略第2方向D2(固体撮像素子100の出力画像における左右方向に対応する方向)に沿って横切って通過する形状である。画素Ph1,Ph2の縁部41は、フォトダイオード20の受光面上を横切って通過する途中に段差部41Gを有する。段差部41Gは、縁部41において第2方向D2とは異なる第1方向D1に延びる部分である。

0033

縁部41において、段差部41Gを挟んで一方の側が第1縁部411を構成し、段差部41Gを挟んで他方の側が第2縁部412を構成する。第1縁部411と第2縁部412は、固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11cから延びる少なくとも1本の放射線Drが、第1縁部411と第2縁部412の双方と交差するように設ける。

0034

すなわち、第1縁部411と第2縁部412は、第2方向D2において互いに異なる位置に設けられ、第1方向D1においても段差部41Gによるオフセットによって互いに異なる位置に設けられる。

0035

なお、図4に示す例では、段差部41Gの数が1つの場合を示してあるが、段差部41Gの数はこれに限るものではなく、2以上の任意の数の段差部41Gを縁部41に設けて縁部を3つ以上に分割してもよい。段差部41Gによって分割された全ての縁部が、固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11cから延びる少なくとも1本の放射線Drと交差するように設ける。

0036

図5(a)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph1の上辺と下辺の間を接続しており、図5(b)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph2の上辺と下辺の間を接続しており、第1方向D1と第2方向D2との双方と異なる第3方向D3に沿って、フォトダイオード20の受光部10上を横切って通過する形状である。すなわち、画素Ph1,Ph2の縁部41が上下左右方向に対して傾斜した方向に延びる形状である。

0037

この第3方向D3に沿って延びる縁部41において、互いに異なる部位が第1縁部411と第2縁部412を構成する。縁部41は、第1方向D1と第2方向D2の何れとも異なる第3方向D3に沿って伸びているため、第1縁部411と第2縁部412は、第2方向D2と第1方向D1の双方において位置が互いに異なる。

0038

なお、図5に示す例では、縁部41上には第1縁部411と第2縁部412の2つを設定した場合を示してあるが、縁部41上には第1縁部411と第2縁部412以外に任意の数の縁部を設定することができる。縁部41上に設定される第1縁部411や第2縁部412、その他縁部は、いずれも固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11cから延びる少なくとも1本の放射線Drと交差する。

0039

図6(a)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph1の左辺と右辺の間を接続しており、図6(b)に示す遮光部40において、縁部41は画素Ph2の左辺と右辺の間を接続しており、第1方向D1と第2方向D2との双方と異なる第4方向D4に沿って、フォトダイオード20の受光部10上を横切って通過する形状である。すなわち、画素Ph1,Ph2の縁部41が上下左右方向に対して傾斜した方向に延びる形状である。

0040

この第4方向D4に沿って延びる縁部41において、互いに異なる部位が第1縁部411と第2縁部412を構成する。縁部41は、第1方向D1と第2方向D2の何れとも異なる第4方向D4に沿って伸びているため、第1縁部411と第2縁部412は、第2方向D2と第1方向D1の双方において位置が互いに異なる。

0041

なお、図5に示す例では、縁部41上には第1縁部411と第2縁部412の2つを設定した場合を示してあるが、縁部41上には第1縁部411と第2縁部412以外に任意の数の縁部を設定することができる。縁部41上に設定される第1縁部411や第2縁部412、その他縁部は、いずれも固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11cから延びる少なくとも1本の放射線Drと交差する。

0042

図7に示す遮光部40において、縁部41は、図5に示す遮光部40と同様に、画素Ph1、Ph2の上辺と下辺の間を接続しており、第1方向D1と第2方向D2との双方と異なる第3方向D3に沿って、フォトダイオード20の受光面上を横切って通過する形状である。ただし、図7に示す縁部41は、第3方向D3とは異なる方向(図7では、第1方向D1及び第2方向D2)に延びる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている。

0043

第1縁部411と第2縁部412は、この第3方向D3に沿って延びる縁部41上の第1方向D1に延びる方向線の上に離間して設けられる。これにより、縁部41は、第1方向D1と第2方向D2との双方で位置が互いに異なる第1縁部411と第2縁部412とを有することになる。なお、上述した図3に示す画素Phの遮光部40の縁部41は、このような図7に示す縁部41をジグザグにした態様の1つとして捉えることもできる。

0044

図8に示す遮光部40において、縁部41は、図6に示す遮光部40と同様に、画素Ph1、Ph2の左辺と右辺の間を接続しており、第1方向D1と第2方向D2との双方と異なる第4方向D4に沿って、フォトダイオード20の受光面上を横切って通過する形状である。ただし、図8に示す縁部41は、第4方向D4とは異なる方向(図8では、第1方向D1及び第2方向D2)に延びる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている。

0045

第1縁部411と第2縁部412は、この第4方向D4に沿って延びる縁部41上の第2方向D2に延びる方向線の上に離間して設けられる。これにより、縁部41は、第1方向D1と第2方向D2との双方で位置が互いに異なる第1縁部411と第2縁部412とを有することになる。なお、上述した図4に示す画素Phの遮光部40の縁部41は、このような図8に示す縁部41をジグザグに形成した態様の1つとして捉えることもできる。

0046

図9に示す画素Ph1、Ph2の遮光部40において、縁部41は、固体撮像素子100の受光面10の光軸中心11cからの放射線Drに沿って、画素Ph1,Ph2を横切って通過する形状である。なお、図9に示す縁部41についても、図7図8に示す例と同様に、放射線Drと異なる方向線の組み合わせによってジグザグに形成してもよい。第1縁部411と第2縁部412は、放射線Drに沿って延びる縁部41上に離間して設けられる。

0047

なお、図9に示す画素Phの遮光部40のように、放射線Drに沿って縁部41を形成すると、縁部41が第1方向D1や第2方向D2に沿って延びる場合が有り、この場合、第1縁部411と第2縁部412は、第1方向D1又は第2方向D2において同じ位置に設けられる場合がある。また、縁部41が第1方向D1や第2方向D2に沿って延びる場合は、放射線Drと異なる方向線の組み合わせによってジグザグに形成する必要はない。

0048

図10は、縁部41に段差部41Gを有する画素Phの段差幅を固体撮像素子100内で対比した図である。図10には、複数の画素Phを一列に配列した状態を示してある。
これら複数の画素Phは、受光面10の光軸中心11cからの離間度合に応じて段差部41Gの段差幅が徐々に増加する構成となっている。すなわち、光軸中心に近い画素Phから順に、段差部41Gの段差幅は、d1、d2、d3、d4、d5、d6となっており、これら段差幅は、d1<d2<d3<d4<d5<d6、の大小関係を有している。

0049

図11は、縁部41に傾斜を有する画素Phの傾斜角度を固体撮像素子100内で対比した図である。図11には、複数の画素Phを一列に配列した状態を示してある。これら複数の画素Phは、受光面10の光軸中心11cからの離間度合に応じて傾斜角度が徐々に増加する構成となっている。すなわち、光軸中心に近い画素Phから順に、傾斜角度は、θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6となっており、これら段差幅は、θ1<θ2<θ3<θ4<θ5<θ6、の大小関係を有している。

0050

図3図11に示す画素Phは、画素中心点対称の軸にして互いに180°回転した形状を持つ画素Ph1と画素Ph2(図3図8に示す例では(a)と(b))の2種類がある。すなわち、画素Phには、縁部41を挟んで一方側を遮光しつつ他方側を開口した画素Ph1と、縁部41を挟んで一方側を開口しつつ他方側を遮光した画素Ph2の2種類がある。

0051

これら画素Ph1と画素Ph2の位置関係としては、画素Ph1から一定範囲内に少なくとも1つの画素Ph2が配設され、画素Ph2から一定範囲内に少なくとも1つの画素Ph1が配設される。一定範囲内としては、1〜数画素程度であり、各画素へ入射する入射光の主光線角度が略同等と見なせる程度に近接した範囲である。 すなわち、画素Ph1と、当該画素Ph1から一定範囲内にある画素Ph2との受光結果を対比して、後述する撮像装置200において合焦判定を行うことができる。

0052

図12は、図3図8に示す遮光部40を有する画素Phの固体撮像素子100上における位置・配列方向を説明する図である。

0053

図3図8に示す画素Phは、主に、固体撮像素子100の受光面100の画隅部分に設けられる。画隅部分は、図10に示す例では、光軸中心11cを通って第1方向D1に延びる第1線L1及び光軸中心11cを通って第2方向D2に延びる第2線L2と交差する画素を除く画素エリアを指す。なお、第1線L1や第2線L2と交差する部位に画素Phを設けることを禁止する趣旨ではない。一方、図9に示す画素Phについては、第1線L1上と第2線L2上を含む受光面10上の任意の位置に設けることができる。

0054

画素Phは、後述する撮像装置200において適宜選択される検波方向Ddに沿って離間的又は連続的に並べて配置される。図12に示す例では、固体撮像素子100の出力画像における左右方向に対応する第2方向D2を検波方向Ddとしてあり、この検波方向Ddに沿って複数の画素Phを並べて配置した位相差検出画素群PLが設けられている。この位相差検出画素群PLにおいては、全体的に画素Ph1と画素Ph2とが略同等の比率で設けられており、例えば画素Ph1と画素Ph2が交互に設けられている。

0055

以上説明した固体撮像素子100は様々な具体的な態様で実現可能であり、以下では、具体的な態様の一例について説明する。

0056

図13は、固体撮像素子100の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、固体撮像素子として、X−Yアドレス型固体撮像素子一種であるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを例にとり説明を行うが、むろん、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサを採用してもよい。以下、図13を参照しつつCMOSイメージセンサとしての固体撮像素子の具体的な一例について説明する。

0057

図13において、固体撮像素子100は、画素部121、垂直駆動部122、アナログデジタル変換部123(AD変換部123)、参照信号生成部124、水平駆動部125、通信タイミング制御部126及び信号処理部127を備えている。

0058

画素部121には、光電変換部としてのフォトダイオードを含む複数の画素Pが二次元マトリクス状に配置されている。フォトダイオードは受光量に応じた電気信号を生成する。画素部121の受光面側には、各画素に対応してフィルタの色を区分された色フィルタアレイが設けられる。

0059

画素部121には、n本の画素駆動線HSLn(n=1,2,・・・)とm本の垂直信号線VSLm(m=1,2,・・・)が配線されている。画素駆動線HSLnは、図の左右方向(画素行画素配列方向/水平方向)に沿って配線され、図の上下方向に等間隔で配置されている。垂直信号線VSLmは、図の上下方向(画素列の画素配列方向/垂直方向)に沿って配線され、図の左右方向に等間隔で配置されている。

0060

画素駆動線HSLnの一端は、垂直駆動部122の各行に対応した出力端子に接続されている。垂直信号線VSLmは各列の画素Pに接続されており、その一端は、AD変換部123に接続されている。垂直駆動部122や水平駆動部125は、通信・タイミング制御部126の制御の下、画素部121を構成する各画素Pから、フォトダイオードPDが受光量に応じて生成するアナログの電気信号を順次に読み出す制御を行う。

0061

通信・タイミング制御部126は、例えば、タイミングジェネレータ通信インターフェースとを備える。タイミングジェネレータは、外部から入力されるクロックマスタークロック)に基づいて、各種のクロック信号を生成する。通信インターフェースは、固体撮像素子100の外部から与えられる動作モードを指令するデータなどを受け取り、固体撮像素子100の内部情報を含むデータを外部へ出力する。

0062

通信・タイミング制御部126は、マスタークロックに基づいて、マスタークロックと同じ周波数のクロック、それを2分周したクロック、より分周した低速のクロック、等を生成し、デバイス内の各部(垂直駆動部122、水平駆動部125、AD変換部123、参照信号生成部124、信号処理部127、等)に供給する。

0063

垂直駆動部122は、例えば、シフトレジスタアドレスデコーダ等によって構成されている。垂直駆動部122は、外部から入力される映像信号デコードした信号に基づいて、行アドレスを制御するための垂直アドレス設定部や行走査を制御するための行走査制御部を備えている。

0064

垂直駆動部122は、読み出し走査と掃き出し走査が可能である。
読み出し走査とは、信号を読み出す単位画素を順に選択する走査である。読み出し走査は、基本的には行単位で順に行われるが、所定の位置関係にある複数画素の出力を加算もしくは加算平均することにより画素の間引きを行う場合は、所定の順番により行われる。

0065

掃き出し走査とは、読み出し走査にて読み出しを行う行又は画素組み合わせに対し、この読み出し走査よりもシャッタースピード時間分だけ先行して、読み出しを行う行又は画素組み合わせに属する単位画素をリセットさせる走査である。

0066

水平駆動部125は、通信・タイミング制御部126の出力するクロックに同期してAD変換部123を構成する各ADC回路を順番に選択する。AD変換部123は、垂直信号線VSLmごとに設けられたADC回路(m=1,2,・・・)を備え、各垂直信号線VSLmから出力されるアナログ信号デジタル信号に変換し、水平駆動部125の制御に従って水平信号線Ltrfに出力する。

0067

水平駆動部125は、例えば、水平アドレス設定部や水平走査部を備えており、水平アドレス設定部が規定した水平方向の読み出し列に対応するAD変換部123の個々のADC回路を選択することにより、選択されたADC回路において生成されたデジタル信号を水平信号線Ltrfに導く。

0068

このようにしてAD変換部123から出力されたデジタル信号は、水平信号線Ltrfを介して信号処理部127へ入力される。信号処理部127は、画素部121からAD変換部123を経由して出力される信号を、演算処理にて、色フィルタアレイの色配列に対応した画像信号に変換する処理を行う。

0069

また、信号処理部127は、必要に応じて、水平方向や垂直方向の画素信号を加算や加算平均等により間引く処理を行う。このようにして生成された画像信号は、固体撮像素子100の外部に出力される。

0070

参照信号生成部124は、DAC(Digtal Analog Converter)を備えており、通信・タイミング制御部126から供給されるカウントクロックに同期して、参照信号Vramp(後述の図4等参照)を生成する。参照信号Vrampは、通信・タイミング制御部126から供給される初期値から階段状に時間変化する鋸歯状波ランプ波形)である。この参照信号Vrampは、AD変換部123の個々のADC回路に供給される。

0071

AD変換部123は、複数のADC回路を備えている。ADC回路は、各画素Pから出力されるアナログ電圧をAD変換するにあたり、所定のAD変換期間(後述するP相期間やD相期間)に参照信号Vrampと垂直信号線VSLmの電圧とを比較器にて比較し、参照信号Vrampと垂直信号線VSLmの電圧の電圧(画素電圧)との大小関係が反転する前後いずれかの時間をカウンタにてカウントする。これにより、アナログの画素電圧に応じたデジタル信号を生成することができる。なお、AD変換部123の具体例については後述する。

0072

図14は、裏面照射型の固体撮像素子300の要部構造を断面的に示した図である。なお、本実施形態では、裏面照射型のCMOSイメージセンサーを例に取り説明を行うが、むろん、これに限るものではなく、表面照射型のCMOSイメージセンサーや裏面照射型、表面照射型のCCDイメージセンサーに適用することもできる。

0073

また、後述する固体撮像素子300の構造は一例であり、集光構造を限定するものではない。また、例えば、集光パワーを上げる為の層内レンズ、混色やフレアを抑制する為に層間絶縁膜321からカラーフィルタ層318までの間で画素間に設けられる遮光壁、等を組み合わせてもよい。

0074

同図に示す固体撮像素子300は、裏面照射型のCMOSイメージセンサーであり、例えば、シリコンによる半導体基板301に複数の単位画素311が配列された画素領域310(いわゆる、撮像領域)と、画素領域310の周辺に配置された周辺回路部(不図示)とを形成して構成される。

0075

画素トランジスタは、基板表面301Aの側に形成され、図14ではゲート電極312を示して模式的に画素トランジスタの存在を示している。各フォトダイオードPDは不純物拡散層による素子分離領域313で分離される。

0076

半導体基板301の画素トランジスタが形成された表面側には、層間絶縁膜315を介して、複数の配線314を形成した多層配線層316が形成される。このため、裏面照射型のCMOSイメージセンサーでは、フォトダイオードPDの位置に関係なく配線314を形成することができる。

0077

半導体基板301のフォトダイオードPDが臨む裏面301B上には、反射防止膜として機能する層間絶縁膜321が形成される。層間絶縁膜321は、互いに屈折率が異なる複数の膜が積層された積層構造を有する。

0078

層間絶縁膜321は、例えば、半導体基板301の側から順に積層された、ハフニウム酸化(HfO2)膜とシリコン酸化膜(SiO2)の2層構造で構成される。ハフニウム酸化膜は、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い高誘電率絶縁層(high−k膜)である。その他、層間絶縁膜321にはシリコン窒化膜を用いてもよい。

0079

層間絶縁膜321上には、遮光膜320が形成される。遮光膜320は、光を遮断する材料であればよいが、遮光性が強く、かつ微細加工が可能な材料、例えばエッチングで精度良く加工できる材料で形成することが好ましい。より具体的には、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、或いは銅(Cu)が例示される。この遮光膜320は、上述した固体撮像素子100の遮光部40に相当する。なお、表面照射型のイメージセンサーの場合、遮光膜320の代わりにフォトダイオードとカラーフィルタ層の間に設けられる配線層を用いて上述した遮光部40を構成してもよい。

0080

層間絶縁膜321と遮光膜320の上には、必要に応じて平坦化膜317が形成され、平坦化膜317の上には、フォトダイオードPDそれぞれの位置に対応するように形成された複数のカラーフィルタで構成されるカラーフィルタ層318が形成される。なお、平坦化膜317は、層間絶縁膜321と平坦化膜317の上面の段差を許容可能であれば形成しなくても構わない。

0081

カラーフィルタ層318の上面には、フォトダイオードPDそれぞれに対応するようにマイクロレンズ319が形成される。マイクロレンズ319は、図14に示すように、半導体基板301の裏面であって、遮光膜320の上方に設けられる。マイクロレンズ319は、画素領域310に配列された複数のフォトダイオードPDに対応するように、複数が同一形状で配置されている。マイクロレンズ319は、受光面JSからカラーフィルタ層318の側へ向かう方向において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズである。

0082

(B)第2の実施形態:
次に、上述した第1の実施形態に係る固体撮像素子を含んで構成される撮像装置200について説明する。図15は、本実施形態に係る撮像装置の機能構成の一例を説明する図である。

0083

撮像装置200は、被写体を撮像して画像データ(撮像画像)を生成し、生成された画像データを画像コンテンツ静止画コンテンツまたは動画コンテンツ)として記録する撮像装置である。なお、以下では、画像コンテンツ(画像ファイル)として静止画コンテンツ(静止画ファイル)を記録する例を主に示す。

0084

撮像装置200は、レンズ部210、操作部220、制御部230、固体撮像素子240、信号処理部250、記憶部260、表示部270、合焦判定部280、及び、駆動部290を備える。固体撮像素子240は、上述した第1の実施形態に係る固体撮像素子100により構成される。

0085

レンズ部210は、被写体からの光(被写体光)を集光する。このレンズ部210は、例えば、ズームレンズ211と、絞り212と、フォーカスレンズ213と、レンズ制御部214(不図示)とを備える。

0086

本実施形態においてレンズ部210は交換可能であり、以下では、必要に応じて、第1レンズ部210Aと第2レンズ部210Bとで交換可能な場合を例にとり説明を行う。なお、交換可能なレンズ部の数は2以上としてもよく、この場合上述した段差部41Gによって分割する縁部の数を各画素へ入射する入射光の主光線角度の数(又は主光線角度の素性が近い複数のレンズやズームポジションのグループ数)に応じて増加させる。なお、以下では、第1レンズ部210Aを撮像装置200に装着した場合と第2レンズ部210Bを撮像装置200に装着した場合とで、各画素へ入射する光の主光線入射角度が互いに異なるものとする。

0087

ズームレンズ211は、駆動部290の駆動により光軸方向に移動して焦点距離を変動させ、撮像画像に含まれる被写体の倍率を調整する。絞り212は、駆動部290の駆動により開口の度合いを変化させて固体撮像素子240に入射する被写体光の光量を調整する。フォーカスレンズ213は、駆動部290の駆動により光軸方向に移動して、固体撮像素子240への入射光の焦点を調整する。

0088

操作部220は、ユーザからの操作を受け付けるものである。この操作部220は、例えば、シャッタータン押下操作された場合に、当該押下操作に応じた信号を操作信号として制御部230に供給する。

0089

制御部230は、撮像装置200を構成する各部の動作を制御する。例えば、制御部230は、位相差検出方式によりフォーカスの合焦判定を行う場合には、この合焦判定を行う動作(位相差検出動作)を示す信号(位相差検出動作信号)を信号処理部250に供給する。位相差検出方式とは、撮像レンズを通過した光を瞳分割して1対の像を形成し、その形成された像の間隔(像の間のズレ量)を計測(位相差を検出)することによって合焦の度合いを検出する焦点検出方法である。

0090

固体撮像素子240は、被写体光を受光して、受光した被写体光を電気信号に光電変換する。

0091

固体撮像素子240には、受光した被写体光に基づいて撮像画像を生成するための信号を生成する画素(画像生成画素)と、位相差検出を行うための信号を生成する画素(位相差検出画素)とが配置される。固体撮像素子240は、光電変換により発生した電気信号を信号処理部250に供給する。

0092

信号処理部250は、固体撮像素子240から供給された電気信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理部250は、例えば、制御部230から静止画像撮像動作信号が供給されている場合には、各種の信号処理を施して、静止画像のデータ(静止画像データ)を生成する。信号処理部250は、生成した画像データを記憶部260に供給し、記憶部260に記憶させる。

0093

信号処理部250は、制御部230から位相差検出動作信号が供給されている場合には、固体撮像素子240の位相差検出画素からの出力信号に基づいて、位相差を検出するためのデータ(位相差検出用データ)を生成する。信号処理部250は、生成した位相差検出用データを合焦判定部280に供給する。

0094

信号処理部250は、制御部230からライブビュー表示信号が供給されている場合には、固体撮像素子240における画像生成画素からの出力信号に基づいて、ライブビュー画像のデータ(ライブビュー画像データ)を生成する。信号処理部250は、生成したライブビュー画像データを表示部270に供給する。

0095

記憶部260は、信号処理部250から供給された画像データを画像コンテンツ(画像ファイル)として記録する。記憶部260には、例えば、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体内蔵記録媒体を用いることができる。

0096

表示部270は、信号処理部250から供給された画像データに基づいて、表示画面に画像を表示する。表示部270は、例えば、液晶パネルにより実現される。表示部270は、例えば、信号処理部250からライブビュー画像データが供給された場合には、表示画面にライブビュー画像を表示する。

0097

合焦判定部280は、信号処理部250から供給された位相差検出用データに基づいて、フォーカスを合わせる対象の物体(合焦対象物)に対してフォーカスが合っているか否か判定する。

0098

合焦判定部280は、フォーカシングを行う領域(フォーカスエリア)における物体(合焦対象物)に対して合焦している場合には、合焦していることを示す情報を合焦判定結果情報として、駆動部290に供給する。

0099

合焦判定部280は、フォーカスエリアにおける合焦対象物にフォーカスが合っていない場合には、フォーカスのズレの量(デフォーカス量)を算出し、その算出したデフォーカス量を示す情報を合焦判定結果情報として駆動部290に供給する。

0100

ここで、デフォーカス量の算出の一例について説明する。図16は、固体撮像素子240における画素配置の一例を示す模式図である。同図では、上下方向をY軸、左右方向をX軸とし、固体撮像素子240における信号の読み出し方向はX軸方向とする(行単位で読み出される)。本実施形態においては、検波方向DdをX軸方向とする。

0101

固体撮像素子240では、画像生成画素が配置される行と位相差検出画素が配置される行とが交互に配置される。図16に示す例では、画素群を構成する各画素をX軸方向に並べた位相差検出画素群PL、画像生成画素群PG、位相差検出画素群PL、画像生成画素群PG、・・・が、Y軸方向に沿って交互に配置されている。

0102

また、固体撮像素子240では、縁部41の左を開口した画素Ph1と縁部41の右を開口した画素Ph2とが交互に配置されるラインPL1と、縁部41の上を開口した画素Ph1と縁部41の下を開口した画素Ph2とが交互に配置されるラインPL2とが、画像生成画素群PGを挟んで交互になるように配置される。すなわち、位相差検出画素群PLとしては、同一方向(読み出し方向(左右)または読み出し方向に直交する方向(上下))に瞳分割を行う位相差検出画素が行単位で配置される。

0103

図17は、画素Phから得られる受光データを説明する図である。同図には、ラインPL1から得られる受光データを示してある。ラインPL1の並び方向は上述した検波方向Ddに相当する。以下では、ラインPL1から得られる受光データのうち、画素Ph1から得られる受光データを受光データDaと呼び、画素Ph2から得られる受光データを受光データDbとする。

0104

受光データDaと受光データDbを比較すると、受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列はほぼ同様の波形であり、デフォーカス量に応じた位相差で検波方向Ddに互いにオフセットした形状である。受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列は、デフォーカス量が大きいほど位相差量横ズレ量)が増大する。

0105

受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列の間の位相差量は、各種の演算により算出可能であり、例えば各受光データの重心位置の差に基づいて算出可能である。この位相差量に基づいて被写体までの距離を算出することができる。なお、この位相差量は、受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列の間の相関演算を行うことで求めることも可能である。受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列の間の相関量評価値を求める方法は、公知の又は今後開発される各種の方法を採用できる。

0106

例えば、一方の波形データ(曲線)を画素単位シフトしながら他方の曲線との差分の総和をとり、総和が最小となるときの距離を位相差量として求める方法がある。より具体的には、受光データDaを構成する各点と受光データDbを構成する各点との差分の絶対値の積算値を求め、最小の積算値が得られた点間の差分を位相差量とする。以下、最小の積算値を相関値という。受光データDaと受光データDbの相関が高いほど相関値の最小値は小さくなる。

0107

受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列のオフセット量とデフォーカス量とは比例関係となっており、この比例関係の比例係数工場試験等によって事前に取得できる。

0108

合焦判定部280は、受光データDaのデータ系列と受光データDbのデータ系列の位相差量からデフォーカス量を算出し、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量を駆動部290に与える。なお、デフォーカス量とフォーカスレンズ213の駆動量との関係は、撮像装置200に装着されているレンズ部210の設計値より一意に定まるものである。

0109

駆動部290は、レンズ部210を構成するズームレンズ211、絞り212及びフォーカスレンズ213を駆動する。

0110

駆動部290は、例えば、合焦判定部280から出力された合焦判定結果情報に基づいて、フォーカスレンズ213の駆動量を算出し、その算出した駆動量に応じてフォーカスレンズ213を移動させる。これにより、合焦判定部280が検出した焦点位置にフォーカスレンズ213を移動させるオートフォーカス(AF)制御が実行される。

0111

駆動部290は、フォーカスが合っている場合には、フォーカスレンズ213の現在の位置を維持させる。駆動部290は、フォーカスがズレている場合には、デフォーカス量を示す合焦判定結果情報およびフォーカスレンズ213の位置情報に基づいて駆動量(移動距離)を算出し、その駆動量に応じてフォーカスレンズ213を移動させる。

0112

図18は、画素Phにおける合焦時の結像位置を説明する図である。同図に示す例では、各画素へ入射する入射光について、互い異なる2種類の主光線角度を切り替えて使用する場合(第1レンズ部210Aと第2レンズ部210Bを交換して使用する場合やズームポジションを切り替えて使用する場合)を示してある。例えば、第1レンズ部210Aと第2レンズ部210Bを交換して使用する場合、画素Ph1,Ph2において、第1レンズ部210Aを用いて合焦させた場合には第1縁部411付近に集光し、第2レンズ部210Bを用いて合焦させた場合には第2縁部412付近に集光するように、第1縁部411及び第2縁部412の位置が調整されている。これにより、同じ位相差検出画素群PLを用いて主光線角度の互いに異なる2種類のレンズ部又は主光線角度の互いに異なる2種類のズームポジションの合焦判定を行うことが可能となる。

0113

図19は、画素Phにおける合焦時の結像位置を説明する図である。同図に示す例では、各画素へ入射する入射光について、3以上の互いに異なる複数の主光線角度を切り替えて使用する場合(複数種類のレンズ部を交換して使用する場合や複数のズームポジションを切り替えて使用する場合)を示してある。このとき、画素Ph1,Ph2において、第1主光線角度から一定範囲内に主光線角度を有するレンズ部又はズームポジション(第1主光線角度グループG1)で合焦させた場合には第1縁部411付近に集光し、第2主光線角度から一定範囲内の主光線角度を有するレンズ部又はズームポジション(第2主光線角度グループG2)で合焦させた場合には第2縁部412付近に集光するように、第1縁部411及び第2縁部412の位置が調整されている。これにより、同じ位相差検出画素群PLを用いて、第1主光線角度グループG1及び第2主光線角度グループG2に属する複数種類のレンズ部又はズームポジションの合焦判定を行うことが可能となる。

0114

図20は、縁部41の途中に段差部41Gを設けたことによる受光強度に対する影響を説明する図である。

0115

図20(a)に示す画素Ph1のように、段差部41Gの凸角に隣接する第1縁部411に集光する場合は、段差部41Gが無い場合には遮光部40がカットするはずの光の一部が段差部41Gからの縁漏れ光としてフォトダイオードPDへ余分に入射する。一方、図20(b)に示す画素Ph2のように段差部41Gの凹角に隣接する集光する場合は、段差部41Gが無い場合にはフォトダイオードPDへ入射するはずの光の一部を遮光部40が余分にカットしてしまう。

0116

そこで、本実施形態に係る撮像装置200では、段差部41Gの凸角に隣接する縁部に集光する場合の余分な縁漏れ光成分による影響と、段差部41Gの凹角に隣接する縁部に集光する場合の余分な遮光成分による影響とを、演算により調整して除去するための構成を設けてある。

0117

具体的には、段差部41Gの凸角に隣接する縁部に集光する画素から得られる受光データについては、信号強度から所定量を減算した上で上述した位相差量の演算を行い、段差部41Gの凹角に隣接する縁部に集光する画素から得られる受光データについては、信号強度に所定量を加算した上で上述した位相差量の演算を行う。減算量及び加算量は実測又はシミュレーション等によって予め設定される。むろん、信号強度の調整の仕方は適宜に変更可能であり、何れか一方の受光データに他方の加算分または減算分を上乗せして減算又は加算を行っても構わない。

0118

(C)第3の実施形態:
以下、上述した固体撮像素子300を製造するための製造方法の一例について説明する。図21図26は、固体撮像素子300の製造方法の各工程における固体撮像素子300の要部を示す図である。なお、本実施形態では、上述した裏面照射型のCMOSイメージセンサーの製造方法を示してある。

0119


まず、図21に示すように、半導体基板301の画素領域を形成すべき領域に、各画素に対応させて光電変換部としてのフォトダイオードPDをそれぞれ形成する第1工程を行う。

0120

フォトダイオードPDは、基板厚さ方向の全域にわたるn型半導体領域と、n型半導体領域に接して形成されて基板の表裏両面に臨むp型半導体領域とから成るpn接合を有して形成される。これらのp型半導体領域やn型半導体領域は、例えば、イオン注入法を用いて、不純物を半導体基板に導入することによって形成される。各フォトダイオードPDは、p型半導体で形成された素子分離領域によって分離される。

0121

基板表面301Aの各画素に対応する領域には、それぞれ素子分離領域に接するp型半導体ウェル領域を形成し、このp型半導体ウェル領域内にそれぞれ画素トランジスタを形成する。画素トランジスタは、それぞれソース領域及びドレイン領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極312とにより形成される。さらに、基板表面301Aの上部には、層間絶縁膜315を介して複数層の配線314を配置した多層配線層316を形成する。

0122

次に、図22に示すように、受光面となる基板裏面301B上に、反射防止膜として機能する層間絶縁膜321を形成する。層間絶縁膜321は、例えば、半導体基板301の裏面側から順にシリコン酸化膜(SiO2)、ハフニウム酸化膜(HfO2)を積層した二層膜で形成できる。ハフニウム酸化膜は反射防止に最適な膜厚で形成される。層間絶縁膜321は、例えば、熱酸化法CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。

0123

次に、図23に示すように、層間絶縁膜321を介して半導体基板301の基板裏面301B上に、遮光膜320を形成する。具体的には、層間絶縁膜321の全面に遮光膜を成膜する成膜工程と、その遮光膜をエッチングによりパターン加工するパターン加工工程とを行って遮光膜320を形成する。なお、遮光膜320は、単独で形成してもよいが、周辺回路や光学的黒レベルを決める画素上の遮光膜と同時に形成してもよい。

0124

遮光膜320の材料は、遮光性が強く、例えばエッチングで精度良く加工できる、繊細加工に適したものが好ましい。こうした特性を有する材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、銅(Cu)、等の金属材料が例示される。

0125

遮光膜320の成膜工程は、例えば、スパッタリング法、CVD(Chemichal
Vapor Deposition)法、メッキ処理等により行われる。これにより、上述したアルミニウム等の金属膜が層間絶縁膜321の全面に形成される。

0126

遮光膜320のパターン加工工程では、画像生成用画素については画素間の境界に対応する部分に沿ってレジストマスクが形成され、位相差検出用画素については画素間の境界に対応する部分及び縁部41を挟んで何れか遮蔽される側にレジストマスクが形成され、レジストマスクが形成されない部分の遮光膜320が、ウェットエッチングドライエッチング等のエッチングにより選択的にエッチング除去される。

0127

これにより、遮光膜320は、画像生成用画素については、互いに隣接する画素の境界線に沿って形成され、フォトダイオードPDの受光面の部分を開口したパターンが形成される。一方、位相差検出用画素については、同様の境界線に沿って遮光膜320が形成されるとともに、上述した画素Ph1については縁部41を境にして一方側を遮蔽するように形成され、上述した画素Ph2については縁部41を境にして他方側を遮蔽するように形成される。

0128

次に、図24に示すように、層間絶縁膜321及び遮光膜320を介して基板裏面301B上に、透明な平坦化膜317を形成する。平坦化膜317は、例えば、熱可塑性樹脂スピンコート法によって成膜した後、熱硬化処理を行うことにより形成される。なお、平坦化膜317は、シリコン酸化膜等の無機膜を成膜して化学機械研磨によって平坦化して形成してもよい。これにより、平坦化膜317内に遮光膜320が設けられた状態となる。

0129

次に、図25に示すように、平坦化膜317の上にカラーフィルタ層318及び隔壁部350を形成する。カラーフィルタ層318及び隔壁部350は、例えば、顔料染料などの色材感光性樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成し、その塗膜をリソグラフィ技術でパターン加工することにより形成される。

0130

各色のカラーフィルタの形成は、例えば、次のようにして行う事が出来る。まず、形成したい色分光特性を得るための色材と感光性樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法によって塗布し、フォトレジスト膜(図示なし)を成膜する。その後、プリベーク処理を実施した後に、そのフォトレジスト膜についてパターン加工することで、所望の色のカラーフィルタが形成される。

0131

次に、図26に示すように、カラーフィルタ層318上に、マイクロレンズ319を形成する。マイクロレンズ319は、例えば、ポジ型のフォトレジスト膜をカラーフィルタ層318上に成膜後、加工することによって形成される。ここでは、受光面JSからカラーフィルタ層318の側へ向かう方向において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズとして、マイクロレンズ319を設ける。

0132

マイクロレンズの材料としては、スチレン系樹脂アクリル系樹脂スチレンアクリル共重合系樹脂シロキサン系樹脂等の有機材料が例示される。レンズの形状形成には、例えば主成分としてノボラック樹脂感光性材料フォトレジストとしてリソグラフィ技術でパターニングし、パターン形成したフォトレジストを熱軟化点より高い温度で熱処理を行い、レンズ形状を形成する。このレンズ形状のレジストマスクとして、ドライエッチング法を用いて該レンズ形状を下地レンズ材料パターン転写し、レンズを全画素に形成する。なお、マイクロレンズの形成は、この手法に限定するものではなく、例えば、感光性樹脂からなるレンズ材の成膜と、プリベーク露光現像ブリーチング露光処理を順次行った後に、感光性樹脂の熱軟化点以上の温度で熱処理を行う方法を採用してもよい。

0133

なお、本技術は上述した各実施形態に限られず、上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また,本技術の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

0134

そして、本技術は、以下のような構成を取ることができる。

0135

(1)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子。

0136

(2)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子。

0137

(3)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子。

0138

(4)
前記第3方向は、本固体撮像素子の受光面の光軸中心から延びる放射線に沿う方向である、前記(3)に記載の固体撮像素子。

0139

(5)
前記縁部は、前記放射線に沿う方向と異なる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている、前記(4)に記載の固体撮像素子。

0140

(6)
本固体撮像素子は、複数の画素を有し、
前記遮光部を有する画素は、2つ一組で設けられており、
当該2つ一組の各画素の遮光部は、画素の受光面の互いに異なる範囲を遮光する形状である、前記(1)〜前記(5)の何れか1項に記載の固体撮像素子。

0141

(7)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子と、
前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。

0142

(8)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子と、
前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。

0143

(9)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子と、
前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。

0144

(10)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方で位置が互いに異なる第1縁部と第2縁部とを有する、固体撮像素子の製造方法。

0145

(11)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子の製造方法。

0146

(12)
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第1方向と出力画像の左右方向に対応する第2方向との双方と異なる第3方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子の製造方法。

0147

10…受光部、12…固体撮像装置、20…フォトダイオード、11…受光面10c…光軸中心、30…マイクロレンズ、40…遮光部、41…縁部、41G…段差部、100…固体撮像素子、110…受光面、121…画素部、122…垂直駆動部、123…アナログデジタル変換部(AD変換部)、124…参照信号生成部、125…水平駆動部、126…タイミング制御部、127…信号処理部、200…撮像装置、210…レンズ部、210A…第1レンズ部、210B…第2レンズ部、211…ズームレンズ、212…絞り、213…フォーカスレンズ、214…レンズ制御部、220…操作部、230…制御部、240…固体撮像素子、250…信号処理部、260…記憶部、270…表示部、280…合焦判定部、290…駆動部、300…固体撮像素子、301…半導体基板、301A…基板表面、301B…基板裏面、310…画素領域、311…単位画素、312…ゲート電極、313…素子分離領域、314…配線、315…層間絶縁膜、316…多層配線層、317…平坦化膜、318…カラーフィルタ層、319…マイクロレンズ、320…遮光膜、321…層間絶縁膜、350…隔壁部、411…第1縁部、412…第2縁部、D1…第1方向、D2…第2方向、D3…第3方向、D4…第4方向、Da…受光データ、Db…受光データ、Dd…検波方向、Dr…放射線、G1…第1主光線角度グループ、G2…第2主光線角度グループ、L1…第1線、L2…第2線、P…画素、PD…フォトダイオード、PG…画像生成画素群、PL…位相差検出画素群、Ph…画素、Ph1…画素、Ph2…画素

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