(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された半導体基板と、
該半導体基板の上層に前記画素に対応する位置に積層されたカラーフィルタ層と、
該カラーフィルタ層の上層に積層され前記画素に入射する光を集光する複数のマイクロレンズと、
隣接する複数の前記マイクロレンズに囲まれて形成される隙間の位置毎に、前記半導体基板と前記マイクロレンズとの間の中間層内に立設され、かつ、前記隙間から前記カラーフィルタに入射する光を、当該カラーフィルタに対応する前記画素に向かう方向に反射する孤立した柱状の反射壁と、
を備える撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子であって、前記反射壁は、頂点が前記カラーフィルタ層側に形成された角錐形又は円錐形又はくさび形で構成される撮像素子。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像素子であって、前記マイクロレンズ３個に囲まれて形成される前記隙間の形状が三角形状であり、前記反射壁が三角錐形状又は円錐形状である撮像素子。
【請求項４】
請求項２に記載の撮像素子であって、前記マイクロレンズ４個に囲まれて形成される前記隙間の形状が四角形状であり、前記反射壁が四角錐形状又は円錐形状である撮像素子。
【請求項５】
請求項２に記載の撮像素子であって、前記マイクロレンズ３個に囲まれて形成される前記隙間の形状が三角形状であり、前記反射壁が、隣接する前記三角形状の隙間の間を結ぶくさび形形状である撮像素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像素子であって、前記反射壁は、前記中間層の構成材料と該反射壁の構成材料との屈折率差に基づいて入射光を全反射する反射面を備える撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像素子であって、前記反射壁は金属の反射面を備える撮像素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像素子であって、前記画素のうち一部画素又は全画素が、遮光膜開口が互いに反対方向に偏心して形成された位相差検出画素ペアで構成される撮像素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像素子であって、前記マイクロレンズの夫々が、同一色のカラーフィルタが積層された隣接する複数画素に共通に設けられ、全画素がマイクロレンズ共有方式の位相差検出画素で構成される撮像素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の撮像素子を搭載した撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置に係り、特に、受光感度が高くかつ色分離性能が優れ、しかも高速駆動が可能な撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタルカメラに搭載される単板式カラー画像撮像用の撮像素子は、多画素化が進展し、１千万画素以上を持つのが普通になっている。多画素化が図られた固体撮像素子は、１画素１画素が微細化されると共に、画素間のピッチが狭くなっている。この結果、ある画素への入射光が、隣接画素つまり色違い画素に洩れ出てしまう量の割合が増え、混色が発生してしまう。【０００３】
そこで従来は、特許文献１，２に記載されている様に、画素間に、断面が三角形状の遮光部を設け、隣接画素への入射光の洩れが少なくなる様にしている。この遮光部を、特許文献２に記載されている様に、カラーフィルタ層やマイクロレンズ層の方向に高く形成し、かつ全反射膜で形成することで、より隣接画素への入射光の洩れ量を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１１―１１９４４５号公報
【特許文献２】日本国特開２００９―８８４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画素間に断面三角形状の遮光壁を立設することで、色分離性能は向上する。しかし、図１９に示す様に、各画素５間を分離する位置に遮光壁６を設けると、遮光壁６は、図１９に示す例では井桁状（格子状）に設けることになる。つまり、各画素５の受光面は、四方が遮光壁６で囲まれた状態になる。【０００６】
画素の四方が遮光壁６で囲まれた状態の各画素の受光感度をシミュレーションで求めてみると、遮光壁６が無い状態に比較して、約２０％の低下があることが分かる。多画素化が図られた固体撮像素子は、１画素１画素の受光面積が狭く、もともと受光感度は高くないため、この２０％の感度低下は、撮像画像の品質を大きく劣化させてしまう。【０００７】
また、井桁状の遮光壁６を、特許文献２に記載されている様に、金属膜で形成すると、遮光壁６の電気的な負荷容量成分が大きくなり、これが固体撮像素子の駆動速度を低下させてしまうという問題も生じる。【０００８】
本発明の目的は、受光感度が高くかつ色分離性能が優れ、しかも高速駆動が可能な撮像素子及びこの撮像素子を搭載した撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像素子は、複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された半導体基板と、その半導体基板の上層に上記画素に対応する位置に積層されたカラーフィルタ層と、そのカラーフィルタ層の上層に積層され上記画素に入射する光を集光する複数のマイクロレンズと、隣接する複数の上記マイクロレンズに囲まれて形成される隙間の位置毎に、上記半導体基板と上記マイクロレンズとの間の中間層内に立設され、かつ、上記隙間から上記カラーフィルタに入射する光を、そのカラーフィルタに対応する上記画素に向かう方向に反射する孤立した柱状の反射壁とを備える。【００１０】
本発明の撮像装置は、上記の撮像素子を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マイクロレンズ間の隙間毎に、柱状の孤立した反射壁を設けることで、入射光の隣接画素への漏洩を阻止して混色抑制を図ることができ、遮光壁が孤立した島状に設けられるため、各画素の受光感度を落とすこともない。更に、遮光壁を金属製としても、各遮光壁が孤立した島状なため、電気的な負荷容量が小さくなり、高速駆動に支障は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す撮像装置の機能ブロック構成図である。
【図３】図２に示す固体撮像素子の表面模式図である。
【図４】図３に示すマイクロレンズ層の下層の表面模式図である。
【図５】図４のIV―IV線断面模式図である。
【図６】画素配列がハニカム配列の固体撮像素子に係る本発明の第２の実施形態の表面模式図である。
【図７】図６の実施形態に位相差検出画素を設けた表面模式図である。
【図８】画素配列がハニカム配列でマイクロレンズ共有方式により全画素を位相差検出画素にした固体撮像素子の表面模式図である。
【図９】図８の固体撮像素子に本発明の第３実施形態に係る反射壁を設けた固体撮像素子の要部拡大表面模式図である。
【図１０】図９とは異なる本発明の第４実施形態に係る表面模式図である。
【図１１】図１０の実施形態で用いたくさび形の反射壁の外観斜視図である。
【図１２】画素配列が正方格子配列の固体撮像素子に図１０のくさび形反射壁を適用した実施形態の表面模式図である。
【図１３】図１２の実施形態に適用するカラーフィルタ配列を示す図である。
【図１４】図１３とは異なるカラーフィルタ配列を示す図である。
【図１５】図１０とは異なるマイクロレンズ配列を持つ固体撮像素子の表面模式図である。
【図１６】画素配列が正方格子配列で４画素に１つのマイクロレンズを搭載した固体撮像素子の表面模式図である。
【図１７】本発明の別実施形態に係る撮像装置の外観斜視図である。
【図１８】図１７に示す撮像装置の機能ブロック構成図である。
【図１９】従来の固体撮像素子の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置（デジタルカメラ）１０の外観斜視図である。このデジタルカメラ１０は、矩形の筐体１１の前部に、撮影レンズ１２を備える。この撮影レンズ１２は、沈胴式のレンズ鏡筒１３内に収納されている。筐体１１の向かって左肩部分にはシャッタレリーズボタン１４が設けられている。筐体１１の背面には、撮影画像やスルー画像（ライブビュー画像），カメラメニュー画像等を表示する液晶表示部（図２のＬＣＤ１６）が設けられている。右肩部分の前部にはフラッシュ発光部４４が設けられている。
【００１５】
図２は、図１に示すデジタルカメラの機能ブロック構成図である。このデジタルカメラ１０は、撮影レンズ１２の背部に設けられた固体撮像素子（この実施形態では、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサ）２１と、デジタルカメラ１０を統括的に制御するＣＰＵ（中央演算処理装置）２２を備える。
【００１６】
ＣＰＵ２２は、バス２３に接続され、このバス２３に、フレームメモリ２４と、画像処理を行う信号処理部（ＤＳＰ）２５と、ＪＰＥＧ形式等に圧縮された撮影画像データを外部メモリカード２６に保存するカードインタフェース（Ｉ／Ｆ）２７と、カメラ背面のＬＣＤ（液晶表示部）１６の表示制御を行う表示制御部２８と、ＬＣＤ１６に表示する文字情報等のＯＳＤ信号を発生させるＯＳＤ信号発生部２９とが接続される。
【００１７】
ＣＰＵ２２には、制御プログラム等を格納したＲＯＭ２２ａやＲＡＭ２２ｂが接続されており、また、シャッタレリーズボタン１４を含む操作部４０が接続されている。また、このデジタルカメラ１０には、撮影レンズ１２のフォーカスレンズ位置等を制御するレンズ駆動部４１と、固体撮像素子２１の駆動タイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（ＴＧ）４２と、固体撮像素子２１を駆動するドライバ４３と、発光部４４の発光制御を行うフラッシュ制御回路４５とが設けられており、これらはＣＰＵ２２によって制御指示される。
【００１８】
ＣＰＵ２２は、配下のＤＳＰ２５等を用いて、各種制御処理を行う。例えば、後述する位相差検出画素を搭載した固体撮像素子２１の場合には、位相差検出画素から出力される信号を処理し、被写体までの距離を算出し、撮影レンズ１２のフォーカスレンズ位置を調整して、被写体に合焦した画像を撮像する。
【００１９】
あるいは、全画素を位相差検出画素とした固体撮像素子２１の場合には、位相差検出画素ペアの一方と他方の撮像画像信号から、左眼で見た状態の被写体画像と右眼で見た状態の被写体画像を生成し、立体視可能な画像を生成する。
【００２０】
図３は、固体撮像素子２１の一例を示す表面模式図である。半導体基板には、二次元アレイ状に、この例では正方格子状に複数の画素（光電変換部）５０が形成されている。そして、各画素５０の上方に、○印で示すマイクロレンズ（オンチップレンズ）５１が形成されている。各画素５０上に記載したＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）は、カラーフィルタの色を表している。この例では、三原色のカラーフィルタがベイヤ配列された固体撮像素子２１を示している。
【００２１】
図４は、図３からマイクロレンズ層の下側から半導体基板方向を見た図である。固体撮像素子２１のうち、本実施形態の柱形状の孤立した多数の反射壁６０を設ける位置を示している。図１９の井桁状の遮光壁６に比較すると、本実施形態では、井桁状の格子点の位置にだけに、島状の反射壁６０を立設している。
【００２２】
ここで、本願発明の実施形態における原理と、従来の特許文献１，２との違いを説明する。特許文献１や特許文献２に記載の遮光壁は、マイクロレンズにより屈折を受けた光を更に画素部に導くためのものなので、マイクロレンズの内側に形成する必要がある。しかし、隣接するマイクロレンズ間に形成される後述の隙間５３に入射した光による混色を防止する効果は乏しく、また、混色に大きく影響する光は、隣接するマイクロレンズ間に形成される隙間５３に入射する光であることを本願発明者は見出し、この実施形態に記載の島状の反射壁６０を設けることとした。
【００２３】
特許文献１や特許文献２に記載の遮光壁は、井桁状に形成され、複数の隣接するマイクロレンズ間に形成される隙間ではない場所にまで形成している。そのため、マイクロレンズによって屈折され、画素に向かう光まで遮光してしまい、かえって感度を低下させる場合がある。これに対し、必要な場所にしか島状の反射壁６０を設けない本願発明の実施形態では、感度低下を最小限に抑えることができる。
【００２４】
図３に示す様に、マイクロレンズ５１が４個隣接する場所では、四角形状の隙間５３が大きくなる。つまり各画素５０の対角位置の隙間が大きくなる。入射光の隣接画素への漏洩は、マイクロレンズ５１を通ることなく、隙間５３を通って入射した光が殆どである。マイクロレンズ５１を通る入射光は、マイクロレンズによって画素の中心の方向に屈折するが、隙間５３に入射した光は、マイクロレンズによる屈折を受けず、隣接する画素に入射してしまう。
【００２５】
そこで、隙間５３から入射した光が、入射した側に在る画素の方向に反射する様に、各反射壁６０を、４面の反射面を備える四角錐形状で形成するのが良い。その頂点位置は、格子点位置（隙間５３の中心位置：この位置は、カラーフィルタの画素毎の区画位置にも一致する。）となる様に製造するのが良い。
【００２６】
四角錐の夫々の反射面で反射した光は、反射面が向く画素に入射することになる。つまり、図４の右下の反射壁６０で言えば、反射面６０ａは画素５０ａ側に向き、反射面６０ｂは画素５０ｂ側に、反射面６０ｃは画素５０ｃ側に、反射面６０ｄは画素５０ｄ側に向く様に、四角錐形状の反射壁６０が製造されている。柱状の反射壁６０は、四角錐形状でなく円錐形状でも良く、入射光の反射壁６０による反射光が、反射面の向く方向の画素に入射する様になれば良い。
【００２７】
図５は、図４のＶ−Ｖ線断面模式図である。半導体基板６２の裏面側表面には透明な絶縁層６３が積層され、その上に、遮光膜６４が積層される。遮光膜６４は、画素に対応する位置に開口６４ａが設けられており、上面から見たとき井桁状になっている。画素５０となる電荷蓄積領域（光電変換領域）は、遮光膜開口６４ａに臨む位置の半導体基板表面側に形成される。
【００２８】
遮光膜６４の井桁状の格子点位置の上に、四角錐形状の反射壁６０が立設される。反射壁６０は、本実施形態では、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。反射壁６０を除く箇所の半導体基板６２の裏面側上層には、窒化シリコン（ＳｉＮ）層６５が積層され、上面が平坦化される。
【００２９】
窒化シリコン層６５の上に、カラーフィルタ層６６が積層され、その上に、平坦化層６７が積層され、その上に、マイクロレンズ５１が形成される。
【００３０】
反射壁６０の先端は、カラーフィルタ層６６のうち、その画素に対応するカラーフィルタ６６ａと隣接画素に対応するカラーフィルタ６６ｂとの区画位置６６ｃに整列する様に、反射壁６０及びカラーフィルタ層６６が形成される。
【００３１】
この様な構造を持つ固体撮像素子２１では、マイクロレンズ５０間の隙間５３からカラーフィルタ６６ａに入射した被写体からの光は、反射壁６０の反射面によって反射され、カラーフィルタ６６ａに対応する画素に向かう方向に進むことになる。隙間５３を通りカラーフィルタ６６ｂに入射した光は、カラーフィルタ６６ｂに対応する画素の方向に進む。これにより、混色防止が図られる。
【００３２】
本実施形態の反射壁６０は、各々が連続せずに孤立した島状に形成されるため、各画素の受光感度は低下せずに、高感度かつＳ／Ｎの高い被写体画像を撮像することが可能となる。
【００３３】
この反射壁６０を、金属膜で形成することも可能である。本実施形態の反射壁６０は、島状に孤立した形状であるため、これを電極膜や配線層の膜とは分離した金属膜製とすることも可能である。反射壁６０が個々に孤立しているため、電気的な負荷容量成分は小さく、固体撮像素子２１を高速駆動するときでも、妨げになることはないからである。
【００３４】
図５に示す二酸化シリコン製の反射壁６０は、次の様にして製造することが可能である。半導体基板６２の上に絶縁層６３を積層し、遮光膜開口６４ａを持つ遮光膜６４を形成する。そして、その上に、厚手に、二酸化シリコン層を積層する。
【００３５】
次に、反射壁６０を形成する箇所の二酸化シリコン層を残し、他の場所の二酸化シリコン層をエッチングで除去する。エッチング深さが深くなるほど水平方向のエッチング速度が遅くなる条件でエッチングすることで、錐形状の孤立した柱状反射壁６０が製造できる。
【００３６】
遮光膜開口６４ａを通して絶縁層６３までエッチングした後、今度は、厚手に、窒化シリコン層６５を積層する。そして、表面を平坦化した後、カラーフィルタ層６６，平坦化層６７，マイクロレンズ層５１を積層する。
【００３７】
反射壁６０が屈折率の低い二酸化シリコンで形成され、入射光の画素５０への導波路となる箇所が屈折率の高い窒化シリコン層６５で形成されるため、窒化シリコン層６５から反射壁６０に進んだ光は、全反射する。これにより、マイクロレンズ間の隙間５３から入射し、反射壁６０で全反射した光は、ロス無く、対応画素に入射することになる。
【００３８】
図６は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子２１の表面模式図である。この固体撮像素子２１は、奇数行の画素行が偶数行の画素行に対して１／２画素ピッチずつずらして形成された、所謂、ハニカム画素配列となっている。
【００３９】
この様な固体撮像素子２１でも、最隣接４画素の夫々に積層される４つのマイクロレンズ５１の隣接箇所にできる隙間の位置に、四角錐形状の反射壁６０を立設する。勿論、円錐形状でも良い。これにより、色違いの隣接画素への入射光の漏洩が防止され、色分離性能が向上する。また、島状に孤立した多数の反射壁６０が立設されるため、各画素の受光感度は低下せずに、明るい画像を撮像することが可能となる。
【００４０】
図６に図示するカラーフィルタ配列は、奇数行の画素行に三原色のカラーフィルタＲＧＢをベイヤ配列し、偶数行の画素行にも三原色のカラーフィルタｒ（＝Ｒ）ｇ（＝Ｇ）ｂ（＝Ｂ）をベイヤ配列している。つまり、斜めに隣接する画素が同色のカラーフィルタを持つことになる。
【００４１】
この様に、２つの隣接画素が同色画素になる場合、２つの隣接画素をペア画素とし、位相差検出画素ペアとすることができる。例えば図７に示す様に、ペア画素の一方の遮光膜開口５５ａと、他方の遮光膜開口５５ｂとを、通常画素の遮光膜開口６４ａ（図５参照）より小さな開口にすると共に、両者を互いに反対方向に偏心して設ける。これにより、位相差検出画素ペアの一方には右眼で被写体を見た光が入射し、他方には左眼で被写体を見た光が入射することになる。
【００４２】
この様な位相差検出画素ペアを、固体撮像素子２１の撮像面上の離散的位置に設けておくことで、位相差検出画素の検出信号から被写体までの距離を算出することが可能になる。なお、この様な位相差検出画素を持つ固体撮像素子については既に公知であり、例えば、特開２０１２−０５８５２２号公報などに記載されている。
【００４３】
通常画素より開口面積の小さな遮光膜開口５５ａ，５５ｂを持つ位相差検出画素は、当然、通常画素より、受光感度が小さくなる。このため、周りの色違い画素からの漏洩光が入射してくると、高精度な位相差量の検出ができなくなってしまう。しかし、図７に示す様に、マイクロレンズ間の隙間位置に反射壁６０を立設しておけば、受光感度を犠牲にすることなく色分離性能が向上し、高精度な位相差量の検出が容易となる。
【００４４】
図７では、位相差量を検出するために、小さくした遮光膜開口５５ａ，５５ｂを互いに反対方向に偏心して設け、位相差検出画素ペアの瞳分割を行った。これを固体撮像素子２１に搭載される全画素のペアについて行うと、被写体の立体カラー画像を、単眼の固体撮像素子２１だけで撮像することが可能になる。
【００４５】
しかし、遮光膜開口を小さくするため、各画素の受光感度が低下してしまう。そこで、遮光膜開口を通常画素と同じ大きさとし、位相差検出画素ペアに一つのマイクロレンズを搭載することで瞳分割を行うのが良い。２画素に１つのマイクロレンズを搭載することで瞳分割し、位相差検出画素とする従来技術として、例えば特開２００７―２８１２９６号公報等に記載のものがある。
【００４６】
図８は、図６と同じ画素配列，同じカラーフィルタ配列で、斜めに隣接するペア画素の夫々に、楕円形状の瞳分割用マイクロレンズ７０を設け、単眼で被写体の３Ｄ（立体）画像を撮像できる様にしている。
【００４７】
この場合も問題となるのが、混色防止つまり色分離性能である。そこで、図８の実施形態でも、上述した実施形態と同様に、柱状の孤立した反射壁を設ける。
【００４８】
図８の実施形態では、楕円状のマイクロレンズ７０が長円方向に並んでいるが、マイクロレンズ７０の斜め方向の列に対する一列となりの列では、マイクロレンズ７０が半ピッチ分ずれている。このため、マイクロレンズ７０の３個が隣接してできる隙間７１は、三角形状となる。そこで、図９に隙間７１部分を拡大した図を示すが、この隙間７１の位置に、三角錐形状の反射壁７２を立設する。
【００４９】
反射壁７２には、３つのマイクロレンズ７０が隣接するが、反射壁７２の３つの反射面が夫々のマイクロレンズ７０下部の画素に面するように、反射壁７２を製造する。これにより、マイクロレンズ間の隙間７１から入射した光は、入射してきた方向の反射面で反射され、本来入射すべき画素に入射することになる。なお、前述と同様に、反射壁７２は、円錐形状でも良い。
【００５０】
図９に示す実施形態では、三角錐形状の反射壁７２を設けたが、隣接する２つの反射壁７２を繋げて、図１０に示す様に、１個の平板形状のくさび型反射壁７５としても良い。
【００５１】
図１１に、くさび型反射壁７５の斜視図を示す。反射壁７５は、正面から見ると台形、側面から見ると二等辺三角形をしており、４面の反射面７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄを持つ。反射壁７５は、４つのマイクロレンズ７０の間に位置し、各反射面は、各マイクロレンズ側に面する方向に設けられる。これにより、マイクロレンズ７０間の隙間の大きな箇所から入射した光は、各反射面で反射され、色分離性能が向上する。
【００５２】
図８，図９，図１０では、画素配列がハニカム画素配列を例にし、斜めに隣接する２画素の位相差検出画素に１つの楕円形状のマイクロレンズ７０を設けたが、画素が正方格子配列された固体撮像素子にも同様に適用可能である。これを図１２に示す。図１２の場合、楕円形状のマイクロレンズ７０は、水平方向に連続することになる。
【００５３】
この実施形態でも、図８，図９の実施形態と同様に、マイクロレンズ７０間のギャップが大きくなる箇所、つまり、マイクロレンズ７０の円弧状の縁が、隣接マイクロレンズ７０と接することができず離間してしまう箇所に、三角錐形状又は円錐形状の反射壁を立設すれば良い。あるいは、図１０，図１１に記載したくさび形の反射壁７５を立設すれば良い。図１２は、反射壁７５を設けた例を示している。
【００５４】
１つの楕円形マイクロレンズ７０の下側に設けられる２つの画素は、同色のカラーフィルタを持つ必要があるが、このカラーフィルタの配列は任意である。図１３，図１４に一例を示す。図１３は、図８に示すカラーフィルタ配列を４５度傾けて水平にした配列となっている。図１４は、マイクロレンズの斜めの列が一列置きにＧフィルタ搭載画素となり、残りがＢフィルタとＲフィルタが２行ずつ交互に設けられている。
【００５５】
図８，図１２〜図１４の実施形態は、マイクロレンズの列が１行置きに半ピッチずれている。しかし、図１５に示す様に、各マイクロレンズ７０が、水平方向，垂直方向共に、ずれることなく配列される場合もある。この場合、４つのマイクロレンズ７０が隣接することで形成される隙間７６は、四角形状となる。このため、この隙間７６の位置に設ける反射壁は、図４，図５で説明した実施形態と同様に、四角錐形状又は円錐形状の反射壁とすれば良い。この隙間７６に、図１１に示すくさび形の反射壁７５を設けると、垂直方向に多数の反射壁７５が連続してしまい、各画素の受光感度を低下させる虞がある。尤も、１画素１画素が大きな固体撮像素子であれば問題は無い。
【００５６】
図１６は、４画素に１つのマイクロレンズ８０を搭載した固体撮像素子を示している。この場合も、最隣接する４個のマイクロレンズ８０に囲まれる四角形状の隙間８１ができるが、これも、図４，図５で説明した四角錐形状又は円錐形状の反射壁を設ければ良い。
【００５７】
なお、上述した各実施形態は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサであるが、他のＭＯＳ型イメージセンサにも適用可能である。また、裏面照射型や表面照射型のＣＣＤイメージセンサにも適用できる。表面照射型のＭＯＳイメージセンサは、配線層が光入射側に設けられるが、配線層の上側の該当個所に反射壁６０を設ければ、混色防止の効果が得られる。
【００５８】
固体撮像素子では、中央部の画素に対し周辺部の画素の感度が低下するのを防止するために、例えば特開平１―２１３０７９号公報や特開２００７―２０１０９０号公報に記載されている様に、マイクロレンズの形成位置を、対応する電荷蓄積領域（画素）の形成位置に対して、受光面中心方向にずらすものがある。この様なシェーディング対策が施された固体撮像素子の場合、周辺画素の対角位置に立設する孤立した柱状の反射壁を、マイクロレンズのずらし位置に合わせて斜めに立設すれば良い。
【００５９】
以上、本発明の撮影装置の実施形態として、デジタルカメラについて説明してきたが、撮影装置の構成はこれに限定されない。本発明のその他の撮影装置としては、例えば、内蔵型又は外付け型のPC用カメラ、或いは、以下に説明するような、撮影機能を有する携帯端末装置とすることができる。
【００６０】
本発明の撮影装置の一実施形態である携帯端末装置としては、例えば、携帯電話機やスマートフォン、PDA(Personal Digital Assistants)、携帯型ゲーム機が挙げられる。以下、スマートフォンを例に挙げ、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００６１】
図１７は、本発明の撮影装置の一実施形態であるスマートフォン２００の外観を示すものである。図１７に示すスマートフォン２００は、平板状の筐体２０１を有し、筐体２０１の一方の面に表示部としての表示パネル２０２と、入力部としての操作パネル２０３とが一体となった表示入力部２０４を備えている。また、この様な筐体２０１は、スピーカ２０５と、マイクロホン２０６、操作部２０７と、カメラ部２０８とを備えている。なお、筐体２０１の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成を採用したり、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用したりすることもできる。
【００６２】
図１８は、図１７に示すスマートフォン２００の構成を示すブロック図である。図１８に示すように、スマートフォンの主たる構成要素として、無線通信部２１０と、表示入力部２０４と、通話部２１１と、操作部２０７と、カメラ部２０８と、記憶部２１２と、外部入出力部２１３と、ＧＰＳ(Global Positioning System)受信部２１４と、モーションセンサ部２１５と、電源部２１６と、主制御部２２０とを備える。また、スマートフォン２００の主たる機能として、図示省略の基地局装置ＢＳと図示省略の移動通信網ＮＷとを介した移動無線通信を行う無線通信機能を備える。
【００６３】
無線通信部２１０は、主制御部２２０の指示にしたがって、移動通信網ＮＷに収容された基地局装置ＢＳに対し無線通信を行うものである。この無線通信を使用して、音声データ、画像データ等の各種ファイルデータ、電子メールデータなどの送受信や、Ｗｅｂデータやストリーミングデータなどの受信を行う。
【００６４】
表示入力部２０４は、主制御部２２０の制御により、画像（静止画像及び動画像）や文字情報などを表示して視覚的にユーザに情報を伝達するとともに、表示した情報に対するユーザ操作を検出する、いわゆるタッチパネルであって、表示パネル２０２と、操作パネル２０３とを備える。
【００６５】
表示パネル２０２は、LCD(Liquid Crystal Display)、OELD(Organic Electro-Luminescence Display)などを表示デバイスとして用いたものである。操作パネル２０３は、表示パネル２０２の表示面上に表示される画像を視認可能に載置され、ユーザの指や尖筆によって操作される一又は複数の座標を検出するデバイスである。このデバイスをユーザの指や尖筆によって操作すると、操作に起因して発生する検出信号を主制御部２２０に出力する。次いで、主制御部２２０は、受信した検出信号に基づいて、表示パネル２０２上の操作位置（座標）を検出する。
【００６６】
図１７に示すように、本発明の撮影装置の一実施形態として例示しているスマートフォン２００の表示パネル２０２と操作パネル２０３とは一体となって表示入力部２０４を構成しているが、操作パネル２０３が表示パネル２０２を完全に覆うような配置となっている。係る配置を採用した場合、操作パネル２０３は、表示パネル２０２外の領域についても、ユーザ操作を検出する機能を備えてもよい。換言すると、操作パネル２０３は、表示パネル２０２に重なる重畳部分についての検出領域（以下、表示領域と称する）と、それ以外の表示パネル２０２に重ならない外縁部分についての検出領域（以下、非表示領域と称する）とを備えていてもよい。
【００６７】
なお、表示領域の大きさと表示パネル２０２の大きさとを完全に一致させても良いが、両者を必ずしも一致させる必要は無い。また、操作パネル２０３が、外縁部分と、それ以外の内側部分の２つの感応領域を備えていてもよい。更に、外縁部分の幅は、筐体２０１の大きさなどに応じて適宜設計されるものである。更にまた、操作パネル２０３で採用される位置検出方式としては、マトリクススイッチ方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式などが挙げられ、いずれの方式を採用することもできる。
【００６８】
通話部２１１は、スピーカ２０５やマイクロホン２０６を備え、マイクロホン２０６を通じて入力されたユーザの音声を主制御部２２０にて処理可能な音声データに変換して主制御部２２０に出力したり、無線通信部２１０あるいは外部入出力部２１３により受信された音声データを復号してスピーカ２０５から出力するものである。また、図１７に示すように、例えば、スピーカ２０５を表示入力部２０４が設けられた面と同じ面に搭載し、マイクロホン２０６を筐体２０１の側面に搭載することができる。
【００６９】
操作部２０７は、キースイッチなどを用いたハードウェアキーであって、ユーザからの指示を受け付けるものである。例えば、図１７に示すように、操作部２０７は、スマートフォン２００の筐体２０１の側面に搭載され、指などで押下されるとオンとなり、指を離すとバネなどの復元力によってオフ状態となる押しボタン式のスイッチである。
【００７０】
記憶部２１２は、主制御部２２０の制御プログラムや制御データ、アプリケーションソフトウェア、通信相手の名称や電話番号などを対応づけたアドレスデータ、送受信した電子メールのデータ、ＷｅｂブラウジングによりダウンロードしたＷｅｂデータや、ダウンロードしたコンテンツデータを記憶し、またストリーミングデータなどを一時的に記憶するものである。また、記憶部２１２は、スマートフォン内蔵の内部記憶部２１７と着脱自在な外部メモリスロットを有する外部記憶部２１８により構成される。なお、記憶部２１２を構成するそれぞれの内部記憶部２１７と外部記憶部２１８は、フラッシュメモリタイプ（flash memory type）、ハードディスクタイプ（hard disk type）、マルチメディアカードマイクロタイプ（multimedia card micro type）、カードタイプのメモリ（例えば、ＭｉｃｒｏＳＤ（登録商標）メモリ等）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの格納媒体を用いて実現される。
【００７１】
外部入出力部２１３は、スマートフォン２００に連結される全ての外部機器とのインターフェースの役割を果たすものであり、他の外部機器に通信等（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、IEEE１３９４など）又はネットワーク（例えば、インターネット、無線ＬＡＮ、ブルートゥース（Bluetooth）（登録商標）、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、赤外線通信（Infrared Data Association：ＩｒＤＡ）（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wideband）（登録商標）、ジグビー（ZigBee）（登録商標）など）により直接的又は間接的に接続するためのものである。
【００７２】
スマートフォン２００に連結される外部機器としては、例えば、有／無線ヘッドセット、有／無線外部充電器、有／無線データポート、カードソケットを介して接続されるメモリカード（Memory card）やＳＩＭ(Subscriber Identity Module Card)／ＵＩＭ(User Identity Module Card)カード、オーディオ・ビデオＩ／Ｏ（Input/Output）端子を介して接続される外部オーディオ・ビデオ機器、無線接続される外部オーディオ・ビデオ機器、有／無線接続されるスマートフォン、有／無線接続されるパーソナルコンピュータ、有／無線接続されるPDA、有／無線接続されるパーソナルコンピュータ、イヤホンなどがある。外部入出力部２１３は、このような外部機器から伝送を受けたデータをスマートフォン２００の内部の各構成要素に伝達することや、スマートフォン２００の内部のデータが外部機器に伝送されるようにすることができる。
【００７３】
ＧＰＳ受信部２１４は、主制御部２２０の指示にしたがって、GPS衛星ＳＴ１〜ＳＴｎから送信されるGPS信号を受信し、受信した複数のGPS信号に基づく測位演算処理を実行し、そのスマートフォン２００の緯度、経度、高度からなる位置を検出する。ＧＰＳ受信部２１４は、無線通信部２１０や外部入出力部２１３（例えば、無線ＬＡＮ）から位置情報を取得できる時には、その位置情報を用いて位置を検出することもできる。
【００７４】
モーションセンサ部２１５は、例えば、３軸の加速度センサなどを備え、主制御部２２０の指示にしたがって、スマートフォン２００の物理的な動きを検出する。スマートフォン２００の物理的な動きを検出することにより、スマートフォン２００の動く方向や加速度が検出される。係る検出結果は、主制御部２２０に出力されるものである。
【００７５】
電源部２１６は、主制御部２２０の指示にしたがって、スマートフォン２００の各部に、バッテリ（図示しない）に蓄えられる電力を供給するものである。
【００７６】
主制御部２２０は、マイクロプロセッサを備え、記憶部２１２が記憶する制御プログラムや制御データにしたがって動作し、スマートフォン２００の各部を統括して制御するものである。また、主制御部２２０は、無線通信部２１０を通じて、音声通信やデータ通信を行うために、通信系の各部を制御する移動通信制御機能と、アプリケーション処理機能を備える。
【００７７】
アプリケーション処理機能は、記憶部２１２が記憶するアプリケーションソフトウェアにしたがって主制御部２２０が動作することにより実現するものである。アプリケーション処理機能としては、例えば、外部入出力部２１３を制御して対向機器とデータ通信を行う赤外線通信機能や、電子メールの送受信を行う電子メール機能、Webページを閲覧するWebブラウジング機能などがある。
【００７８】
また、主制御部２２０は、受信データやダウンロードしたストリーミングデータなどの画像データ（静止画像や動画像のデータ）に基づいて、映像を表示入力部２０４に表示する等の画像処理機能を備える。画像処理機能とは、主制御部２２０が、上記画像データを復号し、この復号結果に画像処理を施して、画像を表示入力部２０４に表示する機能のことをいう。
【００７９】
更に、主制御部２２０は、表示パネル２０２に対する表示制御と、操作部２０７、操作パネル２０３を通じたユーザ操作を検出する操作検出制御を実行する。表示制御の実行により、主制御部２２０は、アプリケーションソフトウェアを起動するためのアイコンや、スクロールバーなどのソフトウェアキーを表示したり、あるいは電子メールを作成するためのウィンドウを表示する。なお、スクロールバーとは、表示パネル２０２の表示領域に収まりきれない大きな画像などについて、画像の表示部分を移動する指示を受け付けるためのソフトウェアキーのことをいう。
【００８０】
また、操作検出制御の実行により、主制御部２２０は、操作部２０７を通じたユーザ操作を検出したり、操作パネル２０３を通じて、上記アイコンに対する操作や、上記ウィンドウの入力欄に対する文字列の入力を受け付けたり、あるいは、スクロールバーを通じた表示画像のスクロール要求を受け付ける。
【００８１】
更に、操作検出制御の実行により主制御部２２０は、操作パネル２０３に対する操作位置が、表示パネル２０２に重なる重畳部分（表示領域）か、それ以外の表示パネル２０２に重ならない外縁部分（非表示領域）かを判定し、操作パネル２０３の感応領域や、ソフトウェアキーの表示位置を制御するタッチパネル制御機能を備える。
【００８２】
また、主制御部２２０は、操作パネル２０３に対するジェスチャ操作を検出し、検出したジェスチャ操作に応じて、予め設定された機能を実行することもできる。ジェスチャ操作とは、従来の単純なタッチ操作ではなく、指などによって軌跡を描いたり、複数の位置を同時に指定したり、あるいはこれらを組み合わせて、複数の位置から少なくとも１つについて軌跡を描く操作を意味する。
【００８３】
カメラ部２０８は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge-Coupled Device)などの撮像素子を用いて電子撮影するデジタルカメラである。また、カメラ部２０８は、主制御部２２０の制御により、撮像によって得た画像データを例えばJPEG(Joint Photographic coding Experts Group)などの圧縮した画像データに変換し、記憶部２１２に記録したり、外部入出力部２１３や無線通信部２１０を通じて出力することができる。図１７に示すにスマートフォン２００において、カメラ部２０８は表示入力部２０４と同じ面に搭載されているが、カメラ部２０８の搭載位置はこれに限らず、表示入力部２０４の背面に搭載されてもよいし、あるいは、複数のカメラ部２０８が搭載されてもよい。なお、複数のカメラ部２０８が搭載されている場合には、撮影に供するカメラ部２０８を切り替えて単独にて撮影したり、あるいは、複数のカメラ部２０８を同時に使用して撮影することもできる。
【００８４】
また、カメラ部２０８はスマートフォン２００の各種機能に利用することができる。例えば、表示パネル２０２にカメラ部２０８で取得した画像を表示することや、操作パネル２０３の操作入力のひとつとして、カメラ部２０８の画像を利用することができる。また、ＧＰＳ受信部２１４が位置を検出する際に、カメラ部２０８からの画像を参照して位置を検出することもできる。更には、カメラ部２０８からの画像を参照して、３軸の加速度センサを用いずに、或いは、３軸の加速度センサと併用して、スマートフォン２００のカメラ部２０８の光軸方向を判断することや、現在の使用環境を判断することもできる。勿論、カメラ部２０８からの画像をアプリケーションソフトウェア内で利用することもできる。
【００８５】
その他、静止画又は動画の画像データにＧＰＳ受信部２１４により取得した位置情報、マイクロホン２０６により取得した音声情報（主制御部等により、音声テキスト変換を行ってテキスト情報となっていてもよい）、モーションセンサ部２１５により取得した姿勢情報等などを付加して記憶部２１２に記録したり、外部入出力部２１３や無線通信部２１０を通じて出力することもできる。
【００８６】
以上述べた実施形態の撮像素子は、複数の画素が二次元アレイ状に配列形成された半導体基板と、その半導体基板の上層に上記画素に対応する位置に積層されたカラーフィルタ層と、そのカラーフィルタ層の上層に積層され上記画素に入射する光を集光する複数のマイクロレンズと、隣接する複数の上記マイクロレンズに囲まれて形成される隙間の位置毎に、上記半導体基板と上記マイクロレンズとの間の中間層内に立設され、かつ、上記隙間から上記カラーフィルタに入射する光を、そのカラーフィルタに対応する上記画素に向かう方向に反射する孤立した柱状の反射壁と、を備える。
【００８７】
また、実施形態の撮像素子の上記反射壁は、頂点が上記カラーフィルタ層側に形成された角錐形又は円錐形又はくさび形で構成されることを特徴とする。
【００８８】
また、実施形態の撮像素子は、上記マイクロレンズ３個に囲まれて形成される上記隙間の形状が三角形状であり、上記反射壁が三角錐形状又は円錐形状であることを特徴とする。
【００８９】
また、実施形態の撮像素子は、上記マイクロレンズ４個に囲まれて形成される上記隙間の形状が四角形状であり、上記反射壁が四角錐形状又は円錐形状であることを特徴とする。
【００９０】
また、実施形態の撮像素子は、上記マイクロレンズ３個に囲まれて形成される上記隙間の形状が三角形状であり、上記反射壁が、隣接する上記三角形状の隙間の間を結ぶくさび形形状であることを特徴とする。
【００９１】
また、実施形態の撮像素子の上記反射壁は、上記中間層の構成材料とその反射壁の構成材料との屈折率差に基づいて入射光を全反射する反射面を備えることを特徴とする。
【００９２】
また、実施形態の撮像素子の上記反射壁は、金属の反射面を備えることを特徴とする。
【００９３】
また、実施形態の撮像素子は、上記画素のうち一部画素又は全画素が、遮光膜開口が互いに反対方向に偏心して形成された位相差検出画素ペアで構成されることを特徴とする。
【００９４】
また、実施形態の撮像素子は、上記マイクロレンズの夫々が、同一色のカラーフィルタが積層された隣接する複数画素に共通に設けられ、全画素がマイクロレンズ共有方式の位相差検出画素で構成されることを特徴とする。
【００９５】
また、実施形態の撮像装置は、上述したいずれかに記載の撮像素子を搭載したことを特徴とする。
【００９６】
以上述べた実施形態によれば、微細化を図った撮像素子であっても、混色が抑制されて色分離性能が良く、また、各画素の受光感度も高く、更に、高速駆動することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明に係る撮像素子は、色分離性能が高く、受光感度が高く、Ｓ／Ｎの高い撮像画像信号を得ることができるため、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ，カメラ付携帯電話機，カメラ付小型電子機器，電子内視鏡装置等の撮像装置に適用すると有用である。特に、位相差検出画素を用いたＡＦ方式を行う撮像装置や、単眼３Ｄカメラに適用すると有用である。【００９８】
本出願は、２０１２年３月３０日出願の日本特許出願（特願２０１２−８０６６７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１０，２００  撮像装置
２１  撮像素子
５０  画素
５１  マイクロレンズ
５３，７１  マイクロレンズ間の隙間
６０  四角錐形状の反射壁
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ  反射面
６４  遮光膜
６４ａ  遮光膜開口
６６  カラーフィルタ層
５５ａ，５５ｂ  位相差検出画素用の遮光膜開口
７０  瞳分割用のマイクロレンズ
７２  三角錐形状の反射壁
７５  くさび形の反射壁
７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ  反射面
【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】
0005542247.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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