(57)【要約】【課題】偏光画素を有する撮像素子のダイナミックレンジを向上させる。【解決手段】撮像素子は、高感度画素群および低感度画素群を具備する。その撮像素子が具備する高感度画素群は、複数の高い感度の画素により構成される。その撮像素子が具備する低感度画素群は、複数の低い感度の画素により構成される。その高感度画素群およびその低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の高い感度の画素により構成される高感度画素群と、
複数の低い感度の画素により構成される低感度画素群と
を具備し、
前記高感度画素群および前記低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の前記画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される
撮像素子。
【請求項２】
前記高い感度の画素は、前記低い感度の画素とは異なるサイズに構成される請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記複数の偏光部は、前記入射光を透過させる際の透過軸の方向がそれぞれ異なる前記偏光部が含まれる請求項１記載の撮像素子。
【請求項４】
前記複数の偏光部は、３つ以上の前記透過軸の方向にそれぞれ構成される前記偏光部が含まれる請求項３記載の撮像素子。
【請求項５】
前記複数の偏光部は、互いに直交しない２つの前記透過軸の方向にそれぞれ構成される前記偏光部が含まれる請求項３記載の撮像素子。
【請求項６】
前記複数の偏光部は、前記透過軸が同じ方向に構成される請求項１記載の撮像素子。
【請求項７】
前記複数の偏光部は、特定の被写体からの前記入射光の偏光方向と直交する前記透過軸の方向に構成される請求項６記載の撮像素子。
【請求項８】
前記偏光部が配置された高い感度の画素は、前記低い感度の画素より高い感度に構成される請求項１記載の撮像素子。
【請求項９】
前記偏光部は、所定のピッチに配列された複数の帯状導体からなるワイヤグリッドにより構成される請求項１記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記複数の偏光部は、異なる透過率に構成される前記偏光部を含む請求項９記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記偏光部は、前記帯状導体の幅を変更することにより異なる透過率に構成される請求項１０記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記偏光部は、前記帯状導体の間隔を変更することにより異なる透過率に構成される請求項１０記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記低い感度の画素に配置される偏光部は、前記高い感度の画素に配置される偏光部とは異なる透過率に構成される請求項１０記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記低い感度の画素に配置される偏光部は、前記高い感度の画素に配置される偏光部より低い透過率に構成される請求項１３記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記高感度画素群の画素および前記低感度画素群の画素により構成されるとともに当該高感度画素群の画素および当該低感度画素群の画素のうち少なくとも高感度画素群の一部の画素には前記偏光部が配置される複数の画素ユニットが配列されて構成されるとともに、前記複数の画素ユニットにはそれぞれ異なる透過率に構成された前記偏光部が配置される請求項１０記載の撮像素子。
【請求項１６】
複数の高い感度の画素により構成される高感度画素群と、
複数の低い感度の画素により構成される低感度画素群と、
前記画素により生成された画像信号を処理する処理回路と
を具備し、
前記高感度画素群および前記低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の前記画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、画素に偏光部が配置された撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被写体の偏光情報を検出するための画素である偏光画素が配置された撮像素子が使用されている。被写体より反射された光は、被写体の面に応じた方向に偏光している。この偏光の情報を検出することにより、被写体の３次元形状の取得等を行うことができる。このような撮像素子においては、この偏光画素と被写体のカラー情報を検出するカラー画素とが配置されて構成される。
【０００３】
このような撮像素子として、例えば、複数の偏光画素が行および列方向に格子状に並べられ、複数のカラー画素が行および列方向に半画素分ずれた位置の偏光画素の間に配置される撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−００５１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術では、撮像の際のダイナミックレンジが狭いという問題がある。風景等には広い範囲の輝度の被写体が含まれる。このような風景等の撮像にダイナミックレンジが狭い撮像素子を使用すると画質が低下する。具体的には、日光が直接照射される被写体と影になる部分の被写体とを含む風景を撮像する場合のように、高輝度の領域および低輝度の領域を含む被写体の撮像が問題となる。日光が直接照射される高輝度の領域においては、当該領域の画像信号の飽和により階調が失われた画像、いわゆる白飛びを生じる。一方、低輝度の領域である影の部分においては、当該領域の画像信号が略黒レベルとなって階調が失われた画像、いわゆる黒潰れを生じる。何れにおいても当該領域の被写体の情報が欠落した画像となる。このように、上述の従来技術では、ダイナミックレンジが狭いため画質が低下する。
【０００６】
本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、偏光画素を有する撮像素子のダイナミックレンジを向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、複数の高い感度の画素により構成される高感度画素群と、複数の低い感度の画素により構成される低感度画素群とを具備し、上記高感度画素群および上記低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の上記画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される撮像素子である。
【０００８】
また、この第１の態様において、上記高い感度の画素は、上記低い感度の画素とは異なるサイズに構成されてもよい。
【０００９】
また、この第１の態様において、上記複数の偏光部は、上記入射光を透過させる際の透過軸の方向がそれぞれ異なる上記偏光部が含まれてもよい。
【００１０】
また、この第１の態様において、上記複数の偏光部は、３つ以上の上記透過軸の方向にそれぞれ構成された上記偏光部が含まれてもよい。
【００１１】
また、この第１の態様において、上記複数の偏光部は、互いに直交しない２つの上記透過軸の方向にそれぞれ構成された上記偏光部が含まれてもよい。
【００１２】
また、この第１の態様において、上記複数の偏光部は、上記透過軸が同じ方向に構成されてもよい。
【００１３】
また、この第１の態様において、上記複数の偏光部は、特定の被写体からの上記入射光の偏光方向と直交する上記透過軸の方向に構成されてもよい。
【００１４】
また、この第１の態様において、上記偏光部が配置された高い感度の画素は、上記低い感度の画素より高い感度に構成されてもよい。
【００１５】
また、この第１の態様において、上記偏光部は、所定のピッチに配列された複数の帯状導体からなるワイヤグリッドにより構成されてもよい。
【００１６】
また、この第１の態様において、上記複数の偏光部は、異なる透過率に構成される上記偏光部を含んでもよい。
【００１７】
また、この第１の態様において、上記偏光部は、上記帯状導体の幅を変更することにより異なる透過率に構成されてもよい。
【００１８】
また、この第１の態様において、上記偏光部は、上記帯状導体の間隔を変更することにより異なる透過率に構成されてもよい。
【００１９】
また、この第１の態様において、上記低い感度の画素に配置される偏光部は、上記高い感度の画素に配置される偏光部とは異なる透過率に構成されてもよい。
【００２０】
また、この第１の態様において、上記低い感度の画素に配置される偏光部は、上記高い感度の画素に配置される偏光部より低い透過率に構成されてもよい。
【００２１】
また、この第１の態様において、上記高感度画素群の画素および上記低感度画素群の画素により構成されるとともに当該高感度画素群の画素および当該低感度画素群の画素のうち少なくとも高感度画素群の一部の画素には上記偏光部が配置される複数の画素ユニットが配列されて構成されるとともに、上記複数の画素ユニットにはそれぞれ異なる透過率に構成される上記偏光部が配置されてもよい。
【００２２】
また、本開示の第２の態様は、複数の高い感度の画素により構成される高感度画素群と、複数の低い感度の画素により構成される低感度画素群と、上記画素により生成された画像信号を処理する処理回路とを具備し、上記高感度画素群および上記低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の上記画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される撮像装置である。
【００２３】
このような態様を採ることにより、それぞれ異なる感度の画素群である高感度画素群および低感度画素群の画素により撮像素子が構成され、高感度画素群は偏光部が配置される画素および偏光部が配置されない画素が混在するという作用をもたらす。偏光部の配置の有無に基づく画素の感度の調整が想定される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。
【図２】本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図３】本開示の実施の形態に係る偏光部における入射光の透過の一例を示す図である。
【図４】本開示の実施の形態に係る入射光の偏光の一例を示す図である。
【図５】本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。
【図６】本開示の実施の形態に係る偏光部の構成例を示す図である。
【図７】本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の特性の一例を示す図である。
【図８】本開示の第１の実施の形態の変形例に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図９】本開示の第１の実施の形態の変形例に係る撮像素子の他の構成例を示す平面図である。
【図１０】本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１１】本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１２】本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１３】本開示の第４の実施の形態に係る偏光部の構成例を示す断面図である。
【図１４】本開示の第４の実施の形態に係る偏光部の構成例を示す断面図である。
【図１５】本開示の第５の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１６】本開示の第６の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１７】本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。
【図１８】本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．第６の実施の形態
７．カメラへの応用例
【００２６】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
【００２７】
画素アレイ部１０は、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１０１等は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１０１等は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１０１等は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１０１等における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１０１等に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１０１等の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１０１等に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。
【００２８】
なお、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４は、異なる感度に構成される。ここで感度とは、入射光量と画像信号出力との比率である。画素１０１乃至１０４は比較的高い感度に構成され、画素２０１乃至２０４は比較的低い感度に構成される。画素１０１等の構成の詳細については後述する。
【００２９】
垂直駆動部２０は、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１０１等に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１０１等から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１０１等において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。なお、カラム信号処理部３０は、特許請求の範囲に記載の処理回路の一例である。
【００３０】
［画素アレイ部の構成］
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、撮像素子１のうち画素アレイ部１０の構成例を示す平面図である。
【００３１】
前述のように、画素アレイ部１０には、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４が配置される。同図の八角形は画素１０１乃至１０４を表し、四角形は画素２０１乃至２０４を表す。これらのうち、画素１０２乃至１０４にはそれぞれ偏光部３１０、３２０および３３０が配置され、画素２０２乃至２０４にはそれぞれ偏光部３５０、３６０および３７０が配置される。ここで、偏光部３１０、３２０、３３０、３５０、３６０および３７０は、画素１０２乃至１０４および画素２０２乃至２０４への入射光のうち、所定の偏光方向の入射光を透過させて光電変換部に入射させるものである。
【００３２】
これら偏光部３１０等は、例えば、ワイヤグリッドにより構成することができる。このワイヤグリッドとは、複数の帯状に構成された導体（後述する帯状導体３０１）が等ピッチに配置されて構成されたものである。同図において、偏光部３１０等の中央部におけるハッチングが付された部分が帯状導体３０１を表し、白抜きの矩形部分が帯状導体３０１の間の間隙を表す。このように複数の帯状導体３０１をスリット状に配置することにより、複数の帯状導体３０１の並び方向に平行な偏光方向の光を透過することができる。この偏光部３１０等を透過する光の偏光方向は、透過軸と称される。一方、複数の帯状導体３０１の並び方向に垂直な偏光方向の光は、偏光部３１０等を通過せず、反射される。偏光部３１０、３２０および３３０は、それぞれ異なる方向の透過軸に構成される。同様に、偏光部３５０、３６０および３７０も、それぞれ異なる方向の透過軸に構成される。具体的には、同図の紙面の横方向を０度と仮定すると、偏光部３１０、３２０および３３０はそれぞれ時計回りに−４５度、９０度および４５度の透過軸に構成される。偏光部３５０、３６０および３７０も同様である。このように、偏光部３１０、３２０および３３０ならびに偏光部３５０、３６０および３７０は、３つ以上の透過軸の方向に構成される。
【００３３】
前述のように、画素１０１乃至１０４は、画素２０１乃至２０４より高い感度に構成される画素である。これらの画素１０１乃至１０４は、高感度画素群１００を構成する。この高感度画素群１００には、偏光部３１０等が配置される画素１０２乃至１０４と偏光部が配置されない画素１０１とが混在する。また、これらの画素１０１乃至１０４は、２行２列に配列される。
【００３４】
画素２０１乃至２０４は、画素１０１乃至１０４より低い感度に構成される画素である。これらの画素２０１乃至２０４は、例えば、画素１０１乃至１０４とは異なるサイズに構成することができる。具体的には、同図に表したように、画素２０１乃至２０４は、画素１０１乃至１０４より小さなサイズに構成することができる。これにより、画素２０１乃至２０４を画素１０１乃至１０４より低い感度に構成することができる。これらの画素２０１乃至２０４は、低感度画素群２００を構成する。この低感度画素群２００には、偏光部３５０等が配置される画素２０２乃至２０４と偏光部が配置されない画素２０１とが混在する。
【００３５】
画素２０１乃至２０４は、２行２列に配列される画素１０１乃至１０４の隙間にそれぞれ配置することができる。具体的には、同図に表したように、八角形の画素１０１乃至１０４同士が隣接する辺以外の辺に画素２０１乃至２０４が隣接して配置される。これにより、サイズがそれぞれ異なる画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４を画素アレイ部１０に高密度に配列することができる。画素アレイ部１０には、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４からなる４行４列の画素を単位とする８つの画素が２次元格子状に配置される。この８つの画素は、後述する画素ユニットを構成する。なお、画素１０１乃至１０４は、特許請求の範囲に記載の高い感度の画素の一例である。画素２０１乃至２０４は、特許請求の範囲に記載の低い感度の画素の例である。
【００３６】
［偏光部における入射光の透過］
図３は、本開示の実施の形態に係る偏光部における入射光の透過の一例を示す図である。同図は、偏光部３１０、３２０、３３０、３５０、３６０および３７０における入射光の透過の様子を表す図である。同図の偏光部３１０を例に挙げて偏光部における入射光の透過を説明する。同図の入射光４０１および４０２は、それぞれ直交する入射光である。同図の実線の矢印は入射光４０１の電場の振動方向を表し、破線の矢印は入射光４０２の電場の振動方向を表す。
【００３７】
同図に表したように、偏光部３１０は、複数の帯状導体３０１が等ピッチに配置されて構成される。帯状導体３０１は、例えば、金属等により構成され、線形状や直方体の形状に構成された導体である。この帯状導体３０１の中の自由電子は、帯状導体３０１に入射する光の電場に追従して振動し、反射波を輻射する。複数の帯状導体３０１の並び方向と垂直な方向、すなわち帯状導体の長手方向に平行な入射光４０２は、自由電子の振幅が大きくなるため、より多くの反射光を輻射する。このため、入射光４０２は偏光部３１０を透過せずに反射される。
【００３８】
一方、複数の帯状導体３０１の並び方向に平行、すなわち帯状導体３０１の長手方向に垂直な入射光４０１は、帯状導体３０１からの反射光の輻射が小さくなる。自由電子の振動が制限されて振幅が小さくなるためである。このため、入射光４０１は、偏光部３１０による減衰が小さくなり、偏光部３１０を透過することができる。同図においては、これを透過光４０１’により表した。このように、偏光部３１０は、所定の偏光方向の入射光を透過する。複数の帯状導体３０１の並び方向に平行な方向が前述の透過軸に該当する。
【００３９】
［入射光の減衰］
図４は、本開示の実施の形態に係る入射光の減衰の一例を示す図である。同図は、偏光部３１０等が配置される画素１０２等に、入射光を照射した場合の偏光部３１０による減衰を説明する図である。同図の横軸は、偏光部３１０の透過軸を表す。横軸の単位は度である。同図の縦軸は、光強度を表す。同図の点線４１０は偏光部３１０を透過する前の入射光を表し、実線４１１は偏光部３１０を透過した後の入射光を表す。入射光は、偏光部３１０を透過する際に、５０％以下の強度に減衰する。偏光部３１０の透過軸とは異なる偏光方向の入射光が反射されるためである。また、偏光部３１０を透過する入射光の強度は、偏光部３１０の透過軸の方向に応じて１８０度周期の正弦波状に変化する。同図の例では、透過軸がそれぞれ４５度および１３５度のとき偏光部３１０を透過する入射光がそれぞれ最大および最小となる。
【００４０】
この偏光部３１０を透過した入射光のうち、正弦波状に変化する成分は偏光成分に該当し、変化しない成分は無偏光成分に該当する。偏光成分は、所定の方向に偏光した入射光であり、被写体の特定の面により反射された入射光である。例えば、ガラスや水面から反射された光が偏光成分に該当する。無偏光成分は、所定の方向に偏光していない入射光であり、例えば、ガラスを透過した入射光である。画素アレイ部１０への入射光のうち、偏光成分を除去することにより、ガラスによる反射光を除去することができ、ガラスの向こう側の被写体についての鮮明な画像を取得することができる。このように、被写体からの入射光の偏光の様子である偏光情報を取得して画像処理を行うことにより、画質を向上させることができる。
【００４１】
同図の例（実線４１１）においては、透過軸が４５度の時、偏光成分が最大となる。このため、入射光の偏光成分は４５度の方向に偏光していると判断することができる。これにより、被写体の面の法線の方向を検出することができる。また、入射光から偏光成分を減算して無偏光成分を生成することにより、上述の反射光の影響を除去した画像を取得することができる。このように、入射光の偏光の情報である偏光情報を取得することにより、被写体の画像の立体形状の取得や画質の向上を図ることができる。偏光成分は正弦波状に変化するため、３つ以上の透過軸の偏光部を画素アレイ部１０に配置することにより、偏光成分の検出や偏光情報の取得が可能となる。すなわち、透過軸がそれぞれ異なる偏光部３１０、３２０および３３０を有する画素１０２乃至１０４を配置することにより、偏光成分の検出が可能となる。同様に、透過軸がそれぞれ異なる偏光部３５０、３６０および３７０を有する画素２０２乃至２０４を配置することによっても、偏光成分の検出が可能である。
【００４２】
また、偏光部３１０等を画素に配置することにより、画素の感度を調整することができる。上述のように、偏光部３１０等により入射光の一部が遮光され、感度が低下するためである。このため、偏光部３１０、３２０および３３０がそれぞれ配置された画素１０２乃至１０４は、画素１０１より低い感度になる。同様に、偏光部３５０、３６０および３７０がそれぞれ配置された画素２０２乃至２０４は、画素２０１より低い感度になる。このように、高感度画素群１００の画素（画素１０１乃至１０４）の一部に偏光部（偏光部３１０、３２０および３３０）を配置することにより、異なる感度に調整された画素により撮像を行うことができる。高感度画素群１００の画素のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。同様に、低感度画素群２００の画素（画素２０１乃至２０４）の一部に偏光部（偏光部３５０、３６０および３７０）を配置することにより、低感度画素群２００の画素のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００４３】
また、高感度画素群１００の画素のうち偏光部が配置された画素（画素１０２乃至１０４）を低感度画素群２００の画素のうち偏光部が配置されない画素（画素２０１）より高い感度に構成した場合には、さらに広い範囲のダイナミックレンジにすることができる。これは、偏光部の透過率ならびに高感度画素群１００および低感度画素群２００の画素のサイズを調整することにより行うことができる。撮像素子１のダイナミックレンジの詳細については後述する。
【００４４】
［画素の構成］
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素アレイ部１０に配置された画素１０１等の構成例を表す断面図であり、図２におけるａ−ａ’線に沿った画素アレイ部１０の断面図である。同図に表した画素１０１および１０３と画素２０１および２０３とは、画素サイズが異なる点を除いて同様の構成を採ることができる。画素１０１等は、半導体基板１５０と、絶縁層１６１および配線層１６２からなる配線領域と、絶縁膜１７１および１７３と、遮光膜１７２と、平坦化膜１７４と、オンチップレンズ１８１および１８２とを備える。また、画素１０３および２０３は、それぞれ偏光部３２０および３６０を備える。
【００４５】
半導体基板１５０は、画素１０１等の光電変換部や画素回路の素子の半導体部分が形成される基板である。画素１０１等の光電変換部や画素回路の素子の半導体部分は、半導体基板１５０のウェル領域に形成される。便宜上、同図の半導体基板１５０は、ｐ型のウェル領域を構成するものと想定する。この半導体基板１５０にｎ型半導体領域を形成することにより、光電変換部等の半導体部分を形成することができる。同図の半導体基板１５０には、ｎ型半導体領域１５１および１５２を例として記載した。これらの半導体領域は、光電変換部を構成する。具体的には、これらのｎ型半導体領域とｐ型のウェル領域との間のｐｎ接合がフォトダイオードとなり、光電変換部を構成する。なお、ｎ型半導体領域１５１は高感度画素群１００の画素１０１乃至１０４に配置され、ｎ型半導体領域１５２は低感度画素群１００の画素２０１乃至２０４に配置される。画素サイズに合わせて、ｎ型半導体領域１５２は、ｎ型半導体領域１５１より小さいサイズに構成される。
【００４６】
配線層１６２は、画素１０１等に信号を伝達する配線である。この配線層１６２は、銅（Ｃｕ）等の金属により構成することができる。絶縁層１６１は、配線層１６２を絶縁するものである。この絶縁層１６１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ-２）により構成することができる。絶縁層１６１および配線層１６２は、配線領域を構成する。この配線領域は、半導体基板１５０の表面に隣接して形成される。
【００４７】
絶縁膜１７１は、半導体基板１５０の裏面に隣接して形成され、半導体基板１５０を絶縁する膜である。この絶縁膜１７１は、例えば、ＳｉＯ２により構成され、半導体基板１５０の裏面側を絶縁するとともに保護する。
【００４８】
遮光膜１７２は、絶縁膜１７１の表面における画素１０１等の境界部分に配置され、隣接する画素から斜めに入射する光を遮光する膜である。この遮光膜１７２は、例えば、タングステン（Ｗ）等の金属により構成することができる。
【００４９】
絶縁膜１７３は、絶縁膜１７１および遮光膜１７２に隣接して配置される膜である。この絶縁膜は、半導体基板１５０裏面側を絶縁するとともに平坦化する。
【００５０】
偏光部３２０および３６０は、絶縁膜１７２の表面に配置される。前述のように複数の帯状導体３０１が等ピッチに配置されて構成される。
【００５１】
平坦化膜１７４は、画素アレイ部１０の裏面側を平坦化する膜である。この平坦化膜１７４は、絶縁膜１７３に隣接するとともに偏光部３２０および３６０を覆う形状に配置され、後述するオンチップレンズ１８１等が形成される面を平坦化する。
【００５２】
オンチップレンズ１８１および１８２は、入射光を集光するレンズである。このオンチップレンズ１８１および１８２は、半球形状に構成されて平坦化膜１７４に隣接して配置される。オンチップレンズ１８１および１８２は、例えば、アクリル樹脂等の有機材料や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機材料により構成することができる。なお、オンチップレンズ１８１は高感度画素群１００の画素１０１乃至１０４に配置され、オンチップレンズ１８２は低感度画素群１００の画素２０１乃至２０４に配置される。画素サイズに合わせて、オンチップレンズ１８２は、オンチップレンズ１８１より小さいサイズに構成される。
【００５３】
同図の画素アレイ部１０を備える撮像素子１は、半導体基板１５０の裏面側から入射光が照射される裏面照射型の撮像素子に該当する。なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、撮像素子１は、半導体基板１５０の表面側から入射光が照射される表面照射型の撮像素子に構成することもできる。
【００５４】
［偏光部の構成］
図６は、本開示の実施の形態に係る偏光部の構成例を示す図である。同図は、偏光部３１０の構成例を表す断面図である。偏光部３１０を例に挙げて偏光部の構成を説明する。同図の偏光部３１０は、複数の帯状導体３０１が絶縁膜１７３および平坦化膜１７４の間に配置されて構成される。それぞれの帯状導体３０１は、光反射層３０２、絶縁層３０３、光吸収層３０４および保護層３０５により構成される。
【００５５】
光反射層３０２は、入射光を反射するものである。この光反射層３０２は、導電性を有する無機材料により構成することができる。例えば、Ａｌ、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、Ｃｕ、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｗ、鉄（Ｆｅ）およびテルル（Ｔｅ）等の金属材料により構成することができる。また、例えば、これらの金属を含む合金ならびにシリコン（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料により構成することもできる。
【００５６】
光吸収層３０４は、入射光を吸収するものである。この光吸収層３０４は、光反射層３０２と同様な材料により構成することができるが、入射光における吸収係数が高い材料を使用すると好適である。
【００５７】
絶縁層３０３は、例えば、ＳｉＯ２により構成される絶縁物である。この絶縁層３０３は、光反射層３０２および光吸収層３０４の間に配置され、光反射層３０２により反射された光の位相を調整する。具体的には、絶縁層３０３は、光反射層３０２により反射された光の位相を光吸収層３０４により反射された光とは逆の位相に調整する。絶縁層３０３により位相が調整された光と光吸収層３０４により反射された光とは逆位相であるため、両者は干渉により減衰する。これにより、偏光部３１０による光の反射を軽減することができる。また、絶縁層３０３は、光吸収層３０４の下地としての役割も有する。
【００５８】
保護層３０５は、順に積層された光反射層３０２、絶縁層３０３および光吸収層３０４を保護するものである。この保護層３０５は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。
【００５９】
このように構成された帯状導体３０１が所定のピッチで配列される。これら隣接する帯状導体３０１の間には空隙３０９が配置される。この空隙３０９は、隣接する帯状導体３０１の間に空気等のガスを充填することにより形成することができる。これにより、偏光部３１０の透過率を向上させることができる。
【００６０】
なお、偏光部３１０の構成は、この例に限定されない。例えば、帯状導体３０１を光反射層３０２のみより構成することもできる。
【００６１】
［撮像素子の特性］
図７は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の特性の一例を示す図である。同図は、撮像素子１のダイナミックレンジ等の特性を表す図である。同図の縦軸は画素アレイ部１０に配置された画素により生成される画像信号出力を表し、横軸は画素の入射光量を表す。同図において、実線のグラフ４０１は、高感度画素群１００の画素のうち偏光部が配置されない画素である画素１０１の特性を表す。点線のグラフ４０２は、高感度画素群１００の画素のうち偏光部が配置される画素である画素１０２乃至１０４の特性を表す。１点鎖線のグラフ４０３は、低感度画素群２００の画素のうち偏光部が配置されない画素である画素２０１の特性を表す。２点鎖線のグラフ４０４は、低感度画素群２００の画素のうち偏光部が配置される画素である画素２０２乃至２０４の特性を表す。
【００６２】
何れの画素においても、入射光量の増加とともに画像信号出力が増加する。しかし、画素１０１等において光電変換により生成された電荷の保持量には限界があるため、画像信号出力には、所定の飽和レベルが存在する。なお、同図の残留ノイズレベルは、撮像素子１において入射光に関わらずに生成されるノイズの出力レベルである。画素１０１等により生成される画像信号出力が残留ノイズレベル以下になる場合には、被写体の輝度に基づく画像信号がノイズに埋もれる状態となり、被写体の輝度を測定することができなくなる。画素１０１等は、残留ノイズレベルおよび飽和レベルの間の画像信号に対応する入射光量の範囲において使用することができる。
【００６３】
グラフ４０１乃至４０４は、それぞれの画素の感度に応じた傾きとなる。偏光部が配置されない高感度画素群１００の画素１０１が最も高い感度となる。以下、偏光部３１０等が配置される高感度画素群１００の画素１０２乃至１０４、偏光部が配置されない低感度画素群２００の画素２０１、偏光部３２０等が配置される低感度画素群２００の画素２０２乃至２０４の順に感度が低下する。感度が高い画素は、低い入射光量においても残留ノイズレベル以上の画像信号を出力することができる反面、飽和レベルに達する入射光量も低くなってダイナミックレンジが狭くなる。逆に、感度が低い画素は、高い入射光量においても入射光量に応じた画像信号を出力することができる反面、低い入射光量に対応することができない。
【００６４】
そこで、これら４種類の画素を配置することにより、広い範囲ダイナミックレンジに構成することができる。同図の輝度情報取得範囲は、４種類の画素を使用した場合のダイナミックレンジに該当する。例えば、直射日光が照射される被写体のように高輝度の被写体は、グラフ４０４に対応する画素２０２乃至２０４により撮像を行うことにより、白飛びを防ぐことができる。一方、物体の影になる部分等の低輝度の被写体は、グラフ４０１に対応する画素１０１により撮像を行うことにより、黒潰れを防ぐことができる。
【００６５】
また、４種類の画素の画像信号を使用することにより、入射光量を画像信号に変換する際の分解能を向上させることができる。図１において説明したように、画素１０１等から主力された画像信号は、カラム信号処理部３０においてデジタルの画像信号にアナログデジタル変換される。このため、画像信号は、ビット数に応じた分解能のデジタルの画像信号として撮像素子１から出力される。画素アレイ部１０に配置される全ての画素において同じビット数のデジタルの信号に変換されるため、比較的感度が低く、広い範囲の入射光量に対応可能な画素ほど検出可能な入射光量の分解能が低くなり、画質が低下する。そこで、被写体の入射光量に応じて４種類の画素の画像信号を切り替えて使用することにより、分解能の低下の影響を軽減することができる。
【００６６】
具体的には、低い入射光量の被写体においては、グラフ４０１に対応する画素１０１により生成された画像信号を使用する。画素１０１の画像信号が略飽和レベルに達する入射光量において、グラフ４０２に対応する画素１０２乃至１０４により生成された画像信号を使用する。同様に、画素１０２乃至１０４の画像信号が略飽和レベルに達する入射光量においてグラフ４０３に対応する画素２０１により生成された画像信号に切り替える。画素２０１の画像信号が略飽和レベルに達する入射光量においてグラフ４０４に対応する画素２０２乃至２０４により生成された画像信号に切り替える。このように、画素１０１乃至１０４および画素２０１乃至２０４の４種類の画素の画像信号を切り替えて撮像を行うことにより、広いダイナミックレンジを確保しながら分解能の低下による画質の低下を軽減することができる。例えば、輝度や色調が徐々に変化する被写体を撮像した際に、画像信号の変化を滑らかにすることができ、被写体の再現性が高い画像を得ることができる。
【００６７】
また、グラフ４０２および４０９は、それぞれ画素１０２乃至１０４および画素２０２乃至２０４の特性を表している。これらは、偏光部が配置される画素の特性に該当する。図４において説明したように、偏光部が配置される画素の画像信号には出力が周期的に変化する偏光成分が含まれる。この偏光成分は、グラフ４０２および４０４においてそれぞれ変動幅４０８および４０９として記載した。この変動分を加味した入射光量の範囲が同図の偏光情報取得範囲となる。偏光情報を取得する場合においても、グラフ４０２に対応する画素１０１乃至１０４およびグラフ４０４に対応する画素２０２乃至２０４の画像信号を切り替えて使用することにより、広いダイナミックレンジを確保することができる。
【００６８】
［変形例］
上述の撮像素子１は、高感度画素群１００および低感度画素群２００の画素の一部に偏光部が配置されていたが、何れかの画素群の偏光部を省略することもできる。
【００６９】
図８は、本開示の第１の実施の形態の変形例に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図の撮像素子１は、画素２０２乃至２０４において偏光部３５０乃至３７０が省略される点で、図２の撮像素子１と異なる。
【００７０】
同図の撮像素子１においては、高感度画素群１００の画素の一部の画素（画素１０２乃至１０４）に偏光部が配置される。これら、画素１０２乃至１０４により、被写体の偏光情報を取得することができる。また、画素１０１、画素１０２乃至１０４および画素２０１乃至２０４の３種類の感度の画素により撮像を行うことができる。
【００７１】
図９は、本開示の第１の実施の形態の変形例に係る撮像素子の他の構成例を示す平面図である。同図の撮像素子１は、画素１０２乃至１０４において偏光部３１０乃至３３０が省略される点で、図２の撮像素子１と異なる。
【００７２】
同図の撮像素子１においては、低感度画素群２００の画素の一部の画素（画素２０２乃至２０４）に偏光部が配置される。これら、画素２０２乃至２０４により、被写体の偏光情報を取得することができる。また、画素１０１乃至１０４、画素２０１および画素２０２乃至２０４の３種類の感度の画素により撮像を行うことができる。同図のような画素の配置は、例えば、図２において説明した撮像素子１の画素アレイ部１０の一部の領域、例えば、周縁部に適用することもできる。高感度画素群１００の画素に偏光部が配置されないため、低い輝度の被写体の解像度を向上させることができるためである。
【００７３】
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、高感度画素群１００および低感度画素群２００の画素により構成され、少なくとも高感度画素群１００の一部の画素には、偏光部が配置される。これにより、複数の異なる感度の画素が画素アレイ部１０に配置され、撮像素子１のダイナミックレンジを向上させることができる。
【００７４】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、３つの方向の透過軸に構成された偏光部を画素に配置していた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、２つの方向の透過軸に構成された偏光部を画素に配置する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００７５】
［画素アレイ部の構成］
図１０は、本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、図２と同様に、撮像素子１の画素アレイ部１０の構成例を表す平面図である。同図の撮像素子１は、それぞれ２つの方向の透過軸に構成される偏光部３１０および３２０ならびに偏光部３５０および３６０が画素に配置される点で、図２において説明した撮像素子１と異なる。
【００７６】
図２の撮像素子１と同様に、画素１０２および２０２には、それぞれ偏光部３１０および３５０が配置される。一方、画素１０３および２０３の偏光部は省略され、画素１０４および２０４には、偏光部３２０および３６０がそれぞれ配置される。同図の撮像素子１に配置される偏光部３１０および３２０は、透過軸の方向が４５度異なる。同様に、偏光部３５０および３６０も、透過軸の方向が４５度異なる。このように、同図の撮像素子１は、直交しない２つの方向の透過軸に構成される偏光部がそれぞれ配置される画素を備える。
【００７７】
図４において説明したように、正弦波状に変化する偏光成分の検出には、３つの以上の透過軸の偏光部が必要となる。そこで、３つ目の透過軸の方向に対応する画像信号を生成する。これは、偏光部が配置されない画素の画像信号および偏光部が配置される画素の画像信号の演算により算出することができる。例えば、画素１０１の画像信号に対して感度に応じて補償した画像信号から画素１０２の画像信号を減算することにより、画素１０２に配置される偏光部３１０の透過軸と９０度異なる方向の偏光成分を算出することができる。この際、画素１０２の偏光部３１０と画素１０４の偏光部３２０とを直交しない方向の偏光方向に構成することにより、算出した画像信号の偏光方向を画素１０４の画像信号とは異なる偏光方向にすることができる。また、補償後の画素１０３の画像信号から画素１０４の画像信号を減算してもよい。
【００７８】
このように、画素１０２および１０４の画像信号と画素１０１および１０３の画像信号とにより３つ目の偏光方向の画像信号を算出することができる。同様に、画素２０２および２０４の画像信号と画素２０１および２０３の画像信号とにより３つ目の偏光方向の画像信号を算出することができる。これにより、入射光の偏光成分を検出することができる。
【００７９】
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００８０】
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、直交しない２つの方向の透過軸に構成された偏光部を画素に配置し、被写体の偏光情報を取得する。これにより、撮像素子１の構成を簡略化することができる。
【００８１】
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、３つの方向の透過軸に構成された偏光部を画素に配置していた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、１つの方向の透過軸に構成された偏光部を画素に配置する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００８２】
［画素アレイ部の構成］
図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、図２と同様に、撮像素子１の画素アレイ部１０の構成例を示す平面図である。同図の撮像素子１は、同じ方向の透過軸に構成される偏光部３２０および３６０が画素に配置される点で、図２において説明した撮像素子１と異なる。
【００８３】
前述のように、被写体の特定の面から反射された入射光は、特定の方向に偏光している。そこで当該特定の方向の入射光を遮光することにより、当該被写体の画像を除去することができる。例えば、道路上の水溜まりからの反射光を含む入射光を撮像素子１により撮像する場合に、偏光部３２０および３６０を水溜まりからの反射光の偏光方向に垂直な透過軸に構成する。これにより、水溜まりからの反射光が遮光され、水溜まりにより反射された画像を除去することができる。水溜まりの水面下の道路の状態を取得することが可能となる。このように、削除する入射光の偏光方向に垂直な透過軸に構成された偏光部を画素に配置することにより、不要な画像を削除することができる。
【００８４】
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００８５】
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、１つの方向の透過軸に構成される偏光部３２０および３６０を画素に配置することにより、不要な偏光方向の入射光を遮光することができ、画質を向上させることができる。
【００８６】
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、同じ幅の帯状導体３０１が配列された偏光部３１０等を画素に配置していた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、異なる幅の帯状導体３０１が配列された偏光部が配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００８７】
［画素アレイ部の構成］
図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、図１０と同様に、撮像素子１の画素アレイ部１０の構成例を示す平面図である。同図の撮像素子１は、異なる幅の帯状導体３０１が配列される偏光部３１０および３２０ならびに偏光部３５０および３６０が配置される点で、図１０において説明した撮像素子１と異なる。
【００８８】
同図の偏光部３５０および３６０は、偏光部３１０および３２０とは異なる幅の帯状導体３０１が配列されて構成される。具体的には、偏光部３５０および３６０の帯状導体３０１を偏光部３１０および３２０より大きな幅に構成する。すなわち、図１における偏光部３５０および３６０より大きな幅に構成する。これにより、偏光部の透過率を調整することができる。ここで、透過率とは、偏光部の入射光に対する透過光の比率である。同図においては、偏光部３５０および３６０の透過率を低くすることができる。この偏光部３５０および３６０が配置される画素２０２および２０４の感度を低くすることができ、ダイナミックレンジを調整することができる。
【００８９】
［偏光部の構成］
図１３および１４は、本開示の第４の実施の形態に係る偏光部の構成例を示す断面図である。同図は、偏光部３１０および３５０の構成例を表す断面図である。同図の矩形は、帯状導体３０１を表す。
【００９０】
図１３におけるＡは、偏光部３５０の帯状導体３０１の幅を偏光部３１０の帯状導体３０１より大きくした場合の例を表した図である。同図におけるｗ１およびｗ２は、それぞれ偏光部３１０および３５０における帯状導体３０１の幅を表す。同図におけるＡは、偏光部３５０の帯状導体３０１を偏光部３１０の帯状導体３０１の略２倍の幅に構成する例を表したものである。また、ｓ１は、偏光部３１０および３５０における帯状導体３０１の間隔を表す。同図におけるＡの偏光部３１０および３５０における複数の帯状導体３０１は、同じ間隔ｓ１に配列される。このため、同図の偏光部３５０は、偏光部３１０と比較して入射光が照射される面に対する帯状導体３０１の面積が大きくなり、透過率が低下する。
【００９１】
図１３におけるＢは、偏光部３５０の帯状導体３０１の間隔を偏光部３１０より狭くした場合の例を表した図である。同図のｓ２は、偏光部３５０に配列される帯状導体３０１の間隔を表す。図１３におけるＢは、偏光部３５０の帯状導体３０１を偏光部３５０の帯状導体３０１の略半分の間隔に配列する例を表したものである。なお、偏光部３１０および３５０の帯状導体３０１は、同じ幅ｗ１に構成される。図１３におけるＡと同様に、図１３におけるＢの偏光部３５０は、入射光が照射される面に対する帯状導体３０１の面積が大きくなり、偏光部３１０と比較して透過率が低下する。このように、帯状導体３０１の幅および間隔の何れかを調整することにより、これらが配置される画素２０２および２０４の感度を調整することができる。
【００９２】
なお、図１４は、偏光部３５０の帯状導体３０１の幅を偏光部３１０の帯状導体３０１より大きくするとともに偏光部３５０の帯状導体３０１の間隔を偏光部３１０より狭くした場合の例を表した図である。同図のｗ１およびｗ２ならびにｓ１およびｓ２は、図１３と同様に帯状導体３０１の幅および間隔を表す。同図は、偏光部３５０の帯状導体３０１を偏光部３１０の帯状導体３０１の略２倍の幅に構成するとともに偏光部３５０の帯状導体３０１の略半分の間隔に配列する例を表したものである。このため、偏光部３５０の帯状導体３０１は、偏光部３１０と略同じピッチに配列される。この場合においても、図１３におけるＡと同様に、同図の偏光部３５０は、入射光が照射される面に対する帯状導体３０１の面積が大きくなり、偏光部３１０と比較して透過率が低下する。このように、配置された帯状導体３０１の幅および間隔を同時に調整した場合においても、これらが配置される画素２０２および２０４の感度を調整することができる。
【００９３】
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００９４】
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、偏光部３５０および３６０の帯状導体３０１の幅や間隔を変更することにより、透過率を調整する。これにより、画素２０２および２０４の感度を調整することができ、撮像素子１のダイナミックレンジを調整することができる。
【００９５】
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、同じ幅の帯状導体３０１が配列された偏光部３１０等を画素に配置していた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、複数の画素１０１等により構成される画素ユニット毎に異なる幅の帯状導体３０１が配列された偏光部が配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００９６】
［画素アレイ部の構成］
図１５は、本開示の第５の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、図１０と同様に、撮像素子１の画素アレイ部１０の構成例を示す平面図である。同図の撮像素子１は、画素ユニット毎に異なる幅の帯状導体３０１が配列される偏光部３１０および３２０ならびに偏光部３５０および３６０が配置される点で、図１０において説明した撮像素子１と異なる。ここで、画素ユニットとは、高感度画素群１００の画素と低感度画素群２００の画素とにより構成される複数の画素のブロックである。また、画素ユニットの画素のうち、少なくとも高感度画素群１００の画素の一部には偏光部が配置される。
【００９７】
同図においては、高感度画素群１００の４つ画素（画素１０１乃至１０４）と低感度画素群２００の４つの画素（画素２０１乃至２０４）とからなる４行４列の画素により構成される画素ユニットの例を表した。同図における１点鎖線により囲まれた複数の画素１０１等が画素ユニット５０１を構成し、点線により囲まれた複数の画素１０１等が画素ユニット５０２を構成する。
【００９８】
また、画素ユニット５０１および５０２の画素に配置される偏光部は、異なる幅の帯状導体３０１により構成される。具体的には、画素ユニット５０２の画素１０２、１０４、２０２および２０４に配置される偏光部は、画素ユニット５０１の画素１０２、１０４、２０２および２０４に配置される偏光部より大きな幅の帯状導体３０１が配置される。同図の画素アレイ部１０は、このような画素ユニット５０１および５０２が交互に配列されて構成される。これにより、偏光部が配置される画素の透過率を画素ユニット毎に調整することができる。なお、図１３におけるＢと同様に異なる間隔の帯状導体３０１を画素ユニット毎に配置する構成にすることもでき、図１４と同様の構成を採用することもできる。
【００９９】
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
【０１００】
以上説明したように、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、画素ユニット５０１および５０２毎に異なる透過率の偏光部を配置することにより、ダイナミックレンジを調整することができる。
【０１０１】
＜６．第６の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、被写体の輝度に応じた画像信号を生成していた。これに対し、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、被写体の輝度および色度に応じた画像信号を生成する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【０１０２】
［画素アレイ部の構成］
図１６は、本開示の第６の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、図２と同様に、撮像素子１の画素アレイ部１０の構成例を示す平面図である。同図の撮像素子１は、画素１０１等にカラーフィルタが配置される点で、図２の撮像素子１と異なる。ここで、カラーフィルタとは、画素の入射光のうち所定の波長の入射光を透過させて光電変換部に照射させる光学的なフィルタである。
【０１０３】
同図の撮像素子１は、画素ユニット毎に異なるカラーフィルタが配置される。画素ユニット５１１の画素１０１等には赤色光を透過するカラーフィルタが配置され、画素ユニット５１２および５１３の画素１０１等には緑色光を透過するカラーフィルタが配置される。また、画素ユニット５１４の画素１０１等には青色光を透過するカラーフィルタが配置される。同図に記載された「Ｒ」、「Ｇ」および「Ｂ」の文字は、画素ユニットの画素に配置されるカラーフィルタの種類を表す。すなわち、「Ｒ」、「Ｇ」および「Ｂ」は、それぞれ赤色光、緑色光および青色光を透過するカラーフィルタが配置される画素ユニットを表す。同図の撮像素子１は、このような４つの画素ユニットが２次元格子状に配置されて構成される。また、同図に表した画素ユニット５１１乃至５１４の配置は、例えば、緑色光を透過するカラーフィルタを市松形状に配置し、赤色光および青色光を透過するカラーフィルタが緑色光を透過するカラーフィルタの間に配置する構成を採ることができる。このような配列は、ベイヤー配列と称される。
【０１０４】
［画素の構成］
図１７は、本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図５と同様に、画素１０１等の構成例を表す断面図である。同図の画素１０１等は、カラーフィルタ１７５が配置される点で、図５において説明した画素１０１等と異なる。カラーフィルタ１７５は、平坦化膜１７４とオンチップレンズ１８１および１８２との間に配置することができる。
【０１０５】
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
【０１０６】
以上説明したように、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、カラーフィルタ１７５を配置することにより、被写体の色度を検出することができ、カラーの画像信号を出力することができる。
【０１０７】
＜７．カメラへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。
【０１０８】
図１８は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。
【０１０９】
レンズ１００１は、カメラ１０００の撮影レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。
【０１１０】
撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。
【０１１１】
撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。
【０１１２】
レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。
【０１１３】
画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。
【０１１４】
操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。
【０１１５】
フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。
【０１１６】
表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。
【０１１７】
記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。
【０１１８】
以上、本開示が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することによりダイナミックレンジを向上させることができ、カメラ１０００により生成される画像の画質の低下を防止することができる。なお、図４において説明した、偏光情報の検出は、画像処理部１００５において行うことができる。なお、画像処理部１００５は、特許請求の範囲に記載の処理回路の一例である。カメラ１０００は、特許請求の範囲に記載の撮像装置の一例である。
【０１１９】
なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば監視装置等に適用されてもよい。また、本開示は、カメラ等の電子機器の他に、半導体モジュールの形式の半導体装置に適用することもできる。具体的には、図１９の撮像素子１００２および撮像制御部１００３を１つのパッケージに封入した半導体モジュールである撮像モジュールに本開示に係る技術を適用することもできる。
【０１２０】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１２１】
また、上述の実施の形態における図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。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ることは勿論である。
【０１２２】
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（CompactDisc）、ＤＶＤ（DigitalVersatileDisc）およびメモリカード等を用いることができる。
【０１２３】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）複数の高い感度の画素により構成される高感度画素群と、
複数の低い感度の画素により構成される低感度画素群と
を具備し、
前記高感度画素群および前記低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の前記画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される
撮像素子。
（２）前記高い感度の画素は、前記低い感度の画素とは異なるサイズに構成される前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記複数の偏光部は、前記入射光を透過させる際の透過軸の方向がそれぞれ異なる前記偏光部が含まれる前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）前記複数の偏光部は、３つ以上の前記透過軸の方向にそれぞれ構成される前記偏光部が含まれる前記（３）に記載の撮像素子。
（５）前記複数の偏光部は、互いに直交しない２つの前記透過軸の方向にそれぞれ構成される前記偏光部が含まれる前記（３）に記載の撮像素子。
（６）前記複数の偏光部は、前記透過軸が同じ方向に構成される前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（７）前記複数の偏光部は、特定の被写体からの前記入射光の偏光方向と直交する前記透過軸の方向に構成される前記（６）に記載の撮像素子。
（８）前記偏光部が配置された高い感度の画素は、前記低い感度の画素より高い感度に構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（９）前記偏光部は、所定のピッチに配列された複数の帯状導体からなるワイヤグリッドにより構成される前記（１）から（８）の何れかに記載の撮像素子。
（１０）前記複数の偏光部は、異なる透過率に構成される前記偏光部を含む前記（９）に記載の撮像素子。
（１１）前記偏光部は、前記帯状導体の幅を変更することにより異なる透過率に構成される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）前記偏光部は、前記帯状導体の間隔を変更することにより異なる透過率に構成される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１３）前記低い感度の画素に配置される偏光部は、前記高い感度の画素に配置される偏光部とは異なる透過率に構成される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１４）前記低い感度の画素に配置される偏光部は、前記高い感度の画素に配置される偏光部より低い透過率に構成される前記（１３）に記載の撮像素子。
（１５）前記高感度画素群の画素および前記低感度画素群の画素により構成されるとともに当該高感度画素群の画素および当該低感度画素群の画素のうち少なくとも高感度画素群の一部の画素には前記偏光部が配置される複数の画素ユニットが配列されて構成されるとともに、前記複数の画素ユニットにはそれぞれ異なる透過率に構成される前記偏光部が配置される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１６）複数の高い感度の画素により構成される高感度画素群と、
複数の低い感度の画素により構成される低感度画素群と、
前記画素により生成された画像信号を処理する処理回路と
を具備し、
前記高感度画素群および前記低感度画素群のうち、少なくとも高感度画素群の一部の前記画素には所定の偏光方向の入射光を透過させる偏光部が配置される
撮像装置。
【符号の説明】
【０１２４】
１  撮像素子
１０  画素アレイ部
３０  カラム信号処理部
１００  高感度画素群
１０１〜１０４、２０１〜２０４  画素
１７５  カラーフィルタ
２００  低感度画素群
３０１  帯状導体
３１０、３２０、３３０、３５０、３６０、３７０  偏光部
５０１、５０２、５１１〜５１４  画素ユニット
１０００  カメラ
１００２  撮像素子
１００５  画像処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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