(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接して配置された複数の位相差検出画素を有する固体撮像装置であり、前記各位相差検出画素は、入射した光を光電変換して得た電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部ごとに１つずつ設けられ、一部が隣接する前記位相差検出画素に入り込むように、光軸が前記光電変換部の中心に対して偏心しており、前記光電変換部に向けて前記光を集光するマイクロレンズと、を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記各位相差検出画素は、前記マイクロレンズが所定の方向に偏心した第１画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素と反対の方向に偏心した第２画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素の偏心方向と略直交する方向に偏心した第３画素と、前記マイクロレンズが前記第３画素と反対の方向に偏心した第４画素とを有する請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１画素と前記第２画素とを所定の方向に交互に並べた第１画素列と、前記第３画素と前記第４画素とを前記第１画素列の配列方向と同じ方向に交互に並べた第２画素列とを有し、前記各画素列は、各列と略直交する方向に交互に並べられており、前記第３画素と前記第４画素の各マイクロレンズは、隣接する前記第１画素と前記第２画素の一部に入り込むように偏心して配置されており、前記第１画素と前記第２画素の各マイクロレンズは、隣接する前記第３画素と前記第４画素の一部に入り込むように偏心して配置されている請求の範囲第２項記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記各位相差検出画素は、水平方向及び垂直方向に並べて配置されるとともに、水平方向に隣接するもの同士が垂直方向に１／２ピッチずれたハニカム配列に並べられており、前記各画素列の前記各画素の配列方向は、前記撮像面の上下方向であり、前記第１画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の右方向であり、前記第２画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の左方向であり、前記第３画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の上方向であり、前記第４画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の下方向である請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記各位相差検出画素は、水平方向及び垂直方向に並べて配置された単純正方格子配列に並べられており、前記各画素列の前記各画素の配列方向は、前記撮像面の斜め４５度方向であり、前記第１画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の右斜め下方向であり、前記第２画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の左斜め上方向であり、前記第３画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の右斜め上方向であり、前記第４画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の左斜め下方向である請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記各位相差検出画素の前記マイクロレンズの偏心量は、前記光電変換部の受光面の中心を中心点とする前記位相差検出画素の最大円の半径の約（４−√１０）／３倍である請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記各第１画素列の全てが緑色の前記位相差検出画素となるように、前記各第１画素と前記各第２画素とに設けられた緑色のカラーフィルタと、前記各第２画素列が一列置きに赤色の前記位相差検出画素、青色の前記位相差検出画素となるように、前記第３画素と前記第４画素とに設けられた赤色のカラーフィルタ及び青色のカラーフィルタとを備える請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記各画素列の前記各画素の配列方向と略平行な方向に、前記各光電変換部が蓄積した電荷を転送する電荷転送部を設けた請求の範囲第３項記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記各位相差検出画素は、前記マイクロレンズが所定の方向に偏心した第１画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素と反対の方向に偏心した第２画素とを有し、前記各マイクロレンズの偏心方向に前記第１画素を複数並べた第１画素列と、前記偏心方向に前記第２画素を複数並べた第２画素列とを備え、前記各画素列は、前記偏心方向と略直交する方向に交互に並べられており、前記第１画素の前記マイクロレンズの一部が、隣接する前記第１画素の一部に入り込み、前記第２画素の前記マイクロレンズの一部が、隣接する前記第２画素の一部に入り込んでいる請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記各画素列と直交する方向に並ぶ４つの前記各画素に設けられた緑色のカラーフィルタと、これらと平行に並ぶ４つの前記各画素に並べて設けられた２つの赤色のカラーフィルタ及び２つの青色のカラーフィルタとを備え、前記各カラーフィルタは、これら８つを１組として前記各画素に配置されている請求の範囲第９項記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記光電変換部の受光面の中心と前記マイクロレンズの光軸中心とが一致した複数の第３画素と、この第３画素が一列に並べられ、前記第１及び前記第２画素列とともに順番に繰り返して並べられた複数の第３画素列とを備える請求の範囲第９項記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記各位相差検出画素は、前記マイクロレンズが所定の方向に偏心した第１画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素と反対の方向に偏心した第２画素とを有し、前記各マイクロレンズの偏心方向に前記第１画素を複数並べた第１画素列と、前記偏心方向に前記第２画素を複数並べた第２画素列とを備え、前記各画素列は、前記偏心方向と略直交する方向に２列周期で並べられており、前記第１画素の前記マイクロレンズの一部が、隣接する前記第１画素の一部に入り込み、前記第２画素の前記マイクロレンズの一部が、隣接する前記第２画素の一部に入り込んでいる請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
格子状に配置された２×２の４つの前記各画素のうちの斜め２つの前記各画素に設けられた緑色のカラーフィルタと、残り２つの前記各画素に１つずつ設けられた赤色のカラーフィルタ及び青色のカラーフィルタとを備え、前記各カラーフィルタは、これを１組として前記各画素に並べるベイヤ配列に配置されている請求の範囲第１１項又は第１２項記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記偏心方向と略直交する方向に隣接する前記各画素に前記各マイクロレンズの一部が入り込むように、前記偏心方向と略直交する方向に長く前記各マイクロレンズを形成した請求の範囲第９項から第１３項いずれか記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記各位相差検出画素の前記各マイクロレンズの偏心量をδ、前記各マイクロレンズの偏心方向と平行な方向における前記各位相差検出画素の配列ピッチをＤとしたとき、δが、約Ｄ／３である請求の範囲第９項から第１４項いずれか記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記マイクロレンズの形状が、半球状、半楕円体状、多面体状、又は多面体の頂点部分及び辺部分を滑らかにした形状のいずれかである請求の範囲第１記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記マイクロレンズは、その一部が入り込んだ隣接する前記位相差検出画素のマイクロレンズに接している請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差方式のオートフォーカス又は立体視を可能とする固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオード（ＰＤ）の受光面に入射する光の角度に選択性を持たせることにより、位相差方式のオートフォーカス（以下、位相差ＡＦと称す）を行えるようにした固体撮像装置が、特許文献１〜３などで知られている。【０００３】
特許文献１、２では、ＰＤに向けて光を集光するマイクロレンズの光軸と、ＰＤの表面を覆う遮光膜に形成された開口の中心とを偏心させて形成することにより、ＰＤの受光面に入射する光の角度に選択性を持たせた画素（以下、位相差検出画素と称す）を構成している。しかしながら、このように遮光膜の開口を偏心させて形成する構成では、その偏心の分だけ開口の面積を狭くしなければならないため、マイクロレンズの光軸と遮光膜の開口の中心とを一致させる通常の画素に比べて、感度が低くなってしまう。【０００４】
そこで、特許文献３では、２つの画素に跨る瞳形成用マイクロレンズを設けるとともに、この瞳形成用マイクロレンズの下に各画素のそれぞれに対応する２つの瞳分割用マイクロレンズを設け、瞳形成用マイクロレンズによって光束を分離させることにより、各ＰＤに入射する光の角度に選択性を持たせるようにした固体撮像装置を提案している。このように、瞳形成用マイクロレンズによって光束を分離させ、それらの各光束を各瞳分割用マイクロレンズで集光して対応する各画素のＰＤに入射させると、遮光膜の開口を狭める必要がなく、通常の画素と同じ大きさの開口とすることができるので、従来に比べて位相差検出画素の感度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−３３４０９号公報
【特許文献２】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献３】特開２００７−１５８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３の構成では、位相差検出画素の感度の向上を図ることができる反面、瞳形成用マイクロレンズを形成する工程が増えるため、また、マイクロレンズの厚さが厚くなり、材料増や加工の難しさを伴うため、固体撮像装置のコストアップを招いてしまう。また、位相差検出画素の構成としては、上記の他に、ＰＤの受光面の中心に対してマイクロレンズの光軸を偏心させる方法が知られているが、この構成では、偏心させる分だけマイクロレンズの径を小さくしなければならず、遮光膜の開口を偏心させる場合と同様に、位相差検出画素の感度の低下を招いてしまう。このため、位相差ＡＦ用の固体撮像装置では、コストアップを招くことなく、位相差検出画素の感度を向上させることが望まれている。【０００７】
本発明は、コストアップを招くことなく、位相差検出画素の感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、隣接して配置された複数の位相差検出画素を有する。前記位相差検出画素は、入射した光を光電変換して得た電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部に向けて前記光を集光するマイクロレンズとを備える。マイクロレンズは、その一部が隣接する前記位相差検出画素に入り込むように、前記マイクロレンズの光軸が前記光電変換部の中心に対して偏心している。【０００９】
前記各位相差検出画素は、前記マイクロレンズが所定の方向に偏心した第１画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素と反対の方向に偏心した第２画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素の偏心方向と略直交する方向に偏心した第３画素と、前記マイクロレンズが前記第３画素と反対の方向に偏心した第４画素とを有する。【００１０】
前記第１画素と前記第２画素とを所定の方向に交互に並べた第１画素列と、前記第３画素と前記第４画素とを前記第１画素列の配列方向と同じ方向に交互に並べた第２画素列とを有する。前記各画素列は、各列と略直交する方向に交互に並べられている。前記第１画素と前記第２画素の一部に入り込むように、隣接する前記第３画素と前記第４画素の各マイクロレンズが偏心している。同様に、前記第３画素と前記第４画素の一部に入り込むように、隣接する前記第１画素と前記第２画素の各マイクロレンズが偏心して配置されている。【００１１】
前記各位相差検出画素は、水平方向及び垂直方向に並べて配置されるとともに、水平方向に隣接するもの同士が垂直方向に１／２ピッチずれたハニカム配列に並べられている。前記各画素列の前記各画素の配列方向は、前記撮像面の上下方向である。前記第１画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の右方向である。前記第２画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の左方向である。前記第３画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の上方向である。前記第４画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の下方向である。【００１２】
前記各位相差検出画素は、水平方向及び垂直方向に並べて配置された単純正方格子配列に並べられている。前記各画素列の前記各画素の配列方向は、前記撮像面の斜め４５度方向である。前記第１画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の右斜め下方向である。前記第２画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の左斜め上方向である。前記第３画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の右斜め上方向である。前記第４画素の前記マイクロレンズの偏心方向は、前記撮像面の左斜め下方向である。【００１３】
前記各位相差検出画素の前記マイクロレンズの偏心量は、前記光電変換部の受光面の中心を中心点とする前記位相差検出画素の最大円の半径の約（４−√１０）／３倍である。【００１４】
前記各第１画素列の全てが緑色の前記位相差検出画素となるように、前記各第１画素と前記各第２画素とに設けられた緑色のカラーフィルタと、前記各第２画素列が一列置きに赤色の前記位相差検出画素、青色の前記位相差検出画素となるように、前記第３画素と前記第４画素とに設けられた赤色のカラーフィルタ及び青色のカラーフィルタとを備えることが望ましい。【００１５】
前記各画素列の前記各画素の配列方向と略平行な方向に、前記各光電変換部が蓄積した電荷を転送する電荷転送部を設けることが望ましい。【００１６】
前記各位相差検出画素は、前記マイクロレンズが所定の方向に偏心した第１画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素と反対の方向に偏心した第２画素とを有する。前記各マイクロレンズの偏心方向に前記第１画素を複数並べた第１画素列と、前記偏心方向に前記第２画素を複数並べた第２画素列とを備える。前記各画素列は、前記偏心方向と略直交する方向に交互に並べられている。前記第１画素の一部に入り込むように、隣接する第１画素の前記マイクロレンズが偏心して配置されている。同様に、第２画素の前記マイクロレンズも偏心している。【００１７】
前記各画素列と直交する方向に並ぶ４つの前記各画素に設けられた緑色のカラーフィルタと、これらと平行に並ぶ４つの前記各画素に並べて設けられた２つの赤色のカラーフィルタ及び２つの青色のカラーフィルタとを備える。前記各カラーフィルタは、これら８つを１組として前記各画素に配置されている。【００１８】
前記光電変換部の受光面の中心と前記マイクロレンズの光軸中心とが一致した複数の第３画素と、この第３画素が一列に並べられ、前記第１及び前記第２画素列とともに順番に繰り返して並べられた複数の第３画素列とを備えることが望ましい。
【００１９】
前記各位相差検出画素は、前記マイクロレンズが所定の方向に偏心した第１画素と、前記マイクロレンズが前記第１画素と反対の方向に偏心した第２画素とを有する。前記各マイクロレンズの偏心方向に前記第１画素を複数並べた第１画素列と、前記偏心方向に前記第２画素を複数並べた第２画素列とを備える。前記各画素列は、前記偏心方向と略直交する方向に２列周期で並べられている。隣接する２個の前記第１画素間では、他方のマイクロレンズの一部が入り込むように偏心して配置されている。同様に、前記第２画素のマイクロレンズが偏心して配置されている。【００２０】
格子状に配置された２×２の４つの前記各画素のうちの斜め２つの前記各画素に設けられた緑色のカラーフィルタと、残り２つの前記各画素に１つずつ設けられた赤色のカラーフィルタ及び青色のカラーフィルタとを備える。前記各カラーフィルタは、これを１組として前記各画素に並べるベイヤ配列に配置されている。【００２１】
前記偏心方向と略直交する方向に隣接する前記各画素に前記各マイクロレンズの一部が入り込むように、前記偏心方向と略直交する方向に長く前記各マイクロレンズが形成されている。【００２２】
前記各位相差検出画素の前記各マイクロレンズの偏心量をδ、前記各マイクロレンズの偏心方向と平行な方向における前記各位相差検出画素の配列ピッチをＤとしたとき、δが、約Ｄ／３であることが望ましい。【００２３】
前記マイクロレンズの形状が、半球状、半楕円体状、多面体状、又は多面体の頂点部分及び辺部分を滑らかにした形状のいずれかであることが望ましい。また、前記マイクロレンズは、その一部が入り込んだ隣接する前記位相差検出画素のマイクロレンズに接していることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、マイクロレンズの一部が、隣接する位相差検出画素に入り込むようにしている。こうすれば、光電変換部の受光面の中心とマイクロレンズの光軸中心とを一致させて形成する通常の画素の持つマイクロレンズの面積と略同じ面積、あるいはそれ以上で、位相差検出画素のマイクロレンズが形成できるようになるので、位相差検出画素の感度を向上させることができる。そして、瞳形成用マイクロレンズなどを別途設ける必要もないので、コストアップを招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＣＣＤイメージセンサの構成を示す説明図である。
【図２】各画素の構成を示す説明図である。
【図３】４種類の各画素を抜き出して拡大した説明図である。
【図４】各画素にカラーフィルタを設けた例を示す説明図である。
【図５】隣接する２つの画素の一方を高感度、他方を低感度とした配列を示す説明図である。
【図６】図５に示す各画素にカラーフィルタを設けた例を示す説明図である。
【図７】単純正方格子配列に対応させて各画素を配列した例を示す説明図である。
【図８】ベイヤ配列でカラーフィルタを配置できるように各画素を配列した例を示す説明図である。
【図９】ベイヤ配列でカラーフィルタを配置した例を示す説明図である。
【図１０】マイクロレンズが各方向に偏心した各画素を２列周期で配列した例を示す説明図である。
【図１１】ベイヤ配列を構成する４つの画素全ての各マイクロレンズが同じ方向に偏心するように各カラーフィルタを配置した例を示す説明図である。
【図１２】多面体状にマイクロレンズを形成した例を示す説明図である。
【図１３】多面体の頂点部分及び辺部分を滑らかにした形状にマイクロレンズを形成した例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
図１に示すように、ＣＣＤイメージセンサ１０は、複数の画素１１と、複数の垂直転送路（以下ＶＣＣＤという）１２と、水平転送路（以下ＨＣＣＤという）１３と、フローティングディフュージョンアンプ（以下ＦＤＡという）１４と、素子分離領域１５とを備えている。
【００２７】
各画素１１は、垂直方向及び水平方向に所定のピッチで配列され、入射光に応じた電荷を蓄積する。各ＶＣＣＤ１２は、各画素１１が蓄積した電荷を垂直方向に転送する電荷転送部を構成する。ＨＣＣＤ１３は、各ＶＣＣＤ１２の末端が接続され、各ＶＣＣＤ１２から転送された電荷を水平方向に転送する。ＦＤＡ１４は、ＨＣＣＤ１３によって転送された電荷を電圧信号（撮像信号）に変換して出力する。素子分離領域１５は、隣接する画素１１間で電荷の移動が起こらないように各画素１１を分離させる。
【００２８】
各画素１１は、正方形を４５度回転させた形状に形成されるとともに、水平方向に隣接するもの同士が垂直方向に１／２ピッチずれた、いわゆるハニカム配列に並べられている。ＣＣＤイメージセンサ１０は、このように複数の各画素１１を配列することによって、被写体像を撮像するための矩形状の撮像面１８を構成している。
【００２９】
ＶＣＣＤ１２と素子分離領域１５とは、各画素１１の間に沿うようにジグザグに蛇行して形成されている。ＶＣＣＤ１２は、読み出しゲート１６を介して画素１１と接続されている。画素１１に蓄積された電荷は、この読み出しゲート１６を介してＶＣＣＤ１２に読み出される。そして、ＶＣＣＤ１２は、図示を省略した４相の転送電極により制御され、各画素１１から読み出した電荷をＨＣＣＤ１３に向けて垂直方向に転送する。また、ＶＣＣＤ１２は、画素１１の列に対して２列おきに設けられている。このため、各ＶＣＣＤ１２は、左右に設けられた各画素１１からの電荷の読み出しに用いられる。
【００３０】
図２に示すように、ＣＣＤイメージセンサ１０は、第１画素１１ａ、第２画素１１ｂ、第３画素１１ｃ、第４画素１１ｄの４種類の画素１１を有している。ＣＣＤイメージセンサ１０は、これら４種類の各画素１１ａ〜１１ｄを所定のパターンで配列することにより、撮像面１８を構成している。なお、図１及び図２では、便宜的に一部のみを図示しているが、実際には、周知のように、多数の各画素１１ａ〜１１ｄが設けられている。
【００３１】
第１画素１１ａは、入射した光を電荷に変換して蓄積する光電変換部であるフォトダイオード（以下ＰＤという）２０ａと、このＰＤ２０ａに向けて光を集光するマイクロレンズ２１ａとを有している。また、第２画素１１ｂ、第３画素１１ｃ、第４画素１１ｄも同様に、それぞれＰＤ２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、マイクロレンズ２１ｂ、２１ｃ、２１ｄとを有している。各ＰＤ２０ａ〜２０ｄは、半導体基板状に略同一の形状、及び構成で形成されている。各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄは、それぞれ略同一の大きさの半球状に形成されている。
【００３２】
第１画素１１ａのマイクロレンズ２１ａは、ＰＤ２０ａの受光面の中心に対し、その光軸中心が右方向に偏心して配置されている。第２画素１１ｂのマイクロレンズ２１ｂは、ＰＤ２０ｂの受光面の中心に対し、その光軸中心が左方向に偏心して配置されている。第３画素１１ｃのマイクロレンズ２１ｃは、ＰＤ２０ｃの受光面の中心に対し、その光軸中心が上方向に偏心して配置されている。そして、第４画素１１ｄのマイクロレンズ２１ｄは、ＰＤ２０ｄの受光面の中心に対し、その光軸中心が下方向に偏心して配置されている。
【００３３】
ここで、右方向、左方向、上方向、下方向とは、ＣＣＤイメージセンサ１０の撮像面１８を図示のように見た際の方向である。詳しくは、ＶＣＣＤ１２の転送方向上流側を上、下流側（ＨＣＣＤ１３の側）を下、ＨＣＣＤ１３の転送方向上流側を右、下流側（ＦＤＡ１４の側）を左としている。
【００３４】
このように構成された各画素１１ａ〜１１ｄでは、入射する光の角度に選択性を持つようになる。具体的には、マイクロレンズ２１ａが右方向に偏心した第１画素１１ａでは、マイクロレンズ２１ａに対して左方向から進入する光がＰＤ２０ａに入射しにくくなる。マイクロレンズ２１ｂが左方向に偏心した第２画素１１ｂでは、マイクロレンズ２１ｂに対して右方向から進入する光がＰＤ２０ｂに入射しにくくなる。マイクロレンズ２１ｃが上方向に偏心した第３画素１１ｃでは、マイクロレンズ２１ｃに対して下方向から進入する光がＰＤ２０ｃに入射しにくくなる。マイクロレンズ２１ｄが下方向に偏心した第４画素１１ｄでは、マイクロレンズ２１ｄに対して上方向から進入する光がＰＤ２０ｄに入射しにくくなる。
【００３５】
このＣＣＤイメージセンサ１０をデジタルカメラなどの撮像装置に用いた場合、撮像面内に設けられた各第１画素１１ａの撮像信号によって構成される画像と、各第２画素１１ｂの撮像信号によって構成される画像とには、ＣＣＤイメージセンサ１０に被写体像を結像する撮影レンズの合焦状態に応じて左右方向にずれが生じる。同様に、各第３画素１１ｃの撮像信号によって構成される画像と、各第４画素１１ｄの撮像信号によって構成される画像とには、撮影レンズの合焦状態に応じて上下方向にずれが生じる。
【００３６】
これにより、各第１画素１１ａの撮像信号によって構成される画像と、各第２画素１１ｂの撮像信号によって構成される画像とのずれ量及びそのずれの方向を検知する、もしくは、各第３画素１１ｃの撮像信号によって構成される画像と、各第４画素１１ｄの撮像信号によって構成される画像とのずれ量及びそのずれの方向を検知することで、撮影レンズ内のフォーカスレンズの移動方向と移動量とを求めることができる。
【００３７】
このように、ＣＣＤイメージセンサ１０では、各第１画素１１ａからなる画像と各第２画素１１ｂからなる画像、もしくは各第３画素１１ｃからなる画像と各第４画素１１ｄからなる画像とを用いることにより、いわゆる位相差方式のＡＦを行うことができる。また、このＣＣＤイメージセンサ１０では、各第１画素１１ａと各第２画素１１ｂ、もしくは各第３画素１１ｃと各第４画素１１ｄを用いることにより、両眼視差の生じる一対の画像を取得する、いわゆる単眼３Ｄ撮影を行うこともできる。
【００３８】
ＣＣＤイメージセンサ１０には、第１画素１１ａと第２画素１１ｂとを上下方向に交互に並べた第１画素列２２と、第３画素１１ｃと第４画素１１ｄとを上下方向に交互に並べた第２画素列２３とが構成されている。これにより、ＣＣＤイメージセンサ１０では、第１画素１１ａと第２画素１１ｂとの各マイクロレンズ２１ａ、２１ｂの偏心によって空いた領域に、隣接する第３画素１１ｃと第４画素１１ｄとの各マイクロレンズ２１ｃ、２１ｄの一部が入り込んでいる。また、第３画素１１ｃと第４画素１１ｄとの各マイクロレンズ２１ｃ、２１ｄの偏心によって空いた領域に、隣接する第１画素１１ａと第２画素１１ｂとの各マイクロレンズ２１ａ、２１ｂの一部が入り込んでいる。
【００３９】
上記のように各画素１１ａ〜１１ｄを配列した場合には、図２及び図３に示すように、第１画素１１ａの右端にマイクロレンズ２１ａが接し、第２画素１１ｂの左端にマイクロレンズ２１ｂが接している。同様に、第３画素１１ｃの上端にマイクロレンズ２１ｃが接し、第４画素１１ｄの下端にマイクロレンズ２１ｄが接している。各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄを対応する方向に偏心させることにより、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの大きさ（直径）を最大にすることができる。
【００４０】
なお、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの大きさが最大の状態とは、図２及び図３に示すように、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄが、各画素１１ａ〜１１ｄの端部に接するとともに、隣接する各画素１１ａ〜１１ｄの各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄと接し、それ以上直径を広げることができなくなった状態を指す。
【００４１】
各画素１１ａ〜１１ｄは、それぞれ略同一の大きさの正方形状に形成されており、各ＰＤ２０ａ〜２０ｄの受光面の中心から上下左右の各方向の端部までの距離は略一定である。そして、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄも、それぞれ略同一の大きさの半球状に形成されているから、上記のように各画素１１ａ〜１１ｄの端部に接するように各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄを対応する方向に偏心させた場合には、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの偏心量も略一定となる。
【００４２】
ここで、図３に示すように、ＰＤ２０ａの受光面の中心をＯ１、ＰＤ２０ｂの受光面の中心をＯ２、ＰＤ２０ｃの受光面の中心をＯ３、ＰＤ２０ｄの受光面の中心をＯ４、マイクロレンズ２１ａの光軸中心をＯ１１、マイクロレンズ２１ｂの光軸中心をＯ２１、マイクロレンズ２１ｃの光軸中心をＯ３１、マイクロレンズ２１ｄの光軸中心をＯ４１とする。また、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの偏心量をδ、各画素１１ａ〜１１ｄの斜め方向の配列ピッチ（正方形状に形成された各画素１１ａ〜１１ｄの一辺の長さと同じ）をＤ、各ＰＤ２０ａ〜２０ｄの受光面の中心を中心点とする各画素１１ａ〜１１ｄの最大円Ｃ０（正方形状に形成された各画素１１ａ〜１１ｄの、受光面の中心を中心点とする最大の内接円）の半径をｒ０とする。マイクロレンズ２１ａの光軸中心Ｏ１１と、マイクロレンズ２１ｃの光軸中心Ｏ３１との距離Ｏ１１Ｏ３１は、三平方の定理により、下式（１）で表すことができる。また、マイクロレンズ２１ｃの光軸中心Ｏ３１と、マイクロレンズ２１ｄの光軸中心Ｏ４１との距離Ｏ３１Ｏ４１は、下式（２）で表すことができる。
【００４３】
【数１】
0005620992.tif 000002
【００４４】
【数２】
0005620992.tif 000003
【００４５】
前述のように、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの大きさが最大である場合、隣接する第１画素１１ａ、第３画素１１ｃ、第４画素１１ｄの各マイクロレンズ２１ａ、２１ｃ、２１ｄは、それぞれが互いに接した状態になる。このように、３つの円が均等に接している場合、これらの各円の中心点を結ぶ線分は、その中点が各円の接点部分を通過する正三角形になる。従って、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの大きさが最大である場合の半径をｒｍａｘとすると、下式（３）に示すように、距離Ｏ１１Ｏ３１と距離Ｏ３１Ｏ４１とは、それぞれ最大半径ｒｍａｘの２倍、すなわち大きさが最大の状態の各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの直径と等しくなる。
【００４６】
【数３】
0005620992.tif 000004
【００４７】
上記の式（３）に式（１）、（２）を代入すると、下式（４）に示す多項式が得られる。そして、この多項式をδについて解くと、下式（５）に示す解が得られる。
【００４８】
【数４】
0005620992.tif 000005
【００４９】
【数５】
0005620992.tif 000006
【００５０】
ここで、δの値がｒ０の値を超えてしまうと、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄが隣接する画素１１に重なってしまうことになる。従って、δの範囲は、δ＜ｒ０でなければならない。この条件を式（５）に適用すると、下式（６）に示すように、δの最大値δｍａｘは、ｒ０の約０．２７９倍であることが分る。
【００５１】
【数６】
0005620992.tif 000007
【００５２】
この最大値δｍａｘを式（１）のδに代入すると、下式（７）に示すように、距離Ｏ１１Ｏ３１は、最大円Ｃ０の直径の約１．０１９３倍、言い換えると、最大半径ｒｍａｘは、最大円Ｃ０の半径ｒ０の約１．０１９３倍であることが分る。
【００５３】
【数７】
0005620992.tif 000008
【００５４】
このように、本実施形態によれば、位相差検出画素である各画素１１ａ〜１１ｄの各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄの大きさを、最大円Ｃ０に比べて半径で約１．０１９３倍、面積比では約１．０３９８倍とすることができるので、受光面の中心とマイクロレンズ中途を通る光に対して、各画素１１ａ〜１１ｄの感度を向上させることができる。また、各画素１１ａ〜１１ｄを位相差検出画素とするにあたり、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄを形成するだけでよく、特許文献３のように瞳形成用マイクロレンズなどを別途設ける必要もないので、ＣＣＤイメージセンサ１０のコストアップを招くこともない。
【００５５】
図４に示すように、上記構成のＣＣＤイメージセンサ１０に、赤色の光を透過させる赤色カラーフィルタ２５Ｒ、緑色の光を透過させる緑色カラーフィルタ２５Ｇ、青色の光を透過させる青色カラーフィルタ２５Ｂの各色のカラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂを設けてもよい。各カラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、各画素１１ａ〜１１ｄの直上に正方形状に形成されている。なお、図４では、各ＰＤ２０ａ〜２０ｄの図示を便宜的に省略している。また、本明細書の図面では、垂直方向のハッチングで赤色、斜め４５度方向のハッチングで緑色、水平方向のハッチングで青色をそれぞれ示している。
【００５６】
各カラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、周知のように、各画素１１ａ〜１１ｄの各ＰＤ２０ａ〜２０ｄと各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄとの間に設けられる。そして、各カラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、各画素１１ａ〜１１ｄの外形形状と略同一の正方形状の薄膜に形成され、各画素１１ａ〜１１ｄの直上に配置されている。これにより、各カラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、各マイクロレンズ２１ａ〜２１ｄが集光させた各色の光のうち、それぞれ赤色、緑色、青色の成分のみを透過させて、各ＰＤ２０ａ〜２０ｄに入射させる。
【００５７】
緑色カラーフィルタ２５Ｇは、第１画素１１ａと第２画素１１ｂとに設けられ、各第１画素列２２の全てが緑色の画素１１となるように配列されている。一方、赤色カラーフィルタ２５Ｒと青色カラーフィルタ２５Ｂとは、第３画素１１ｃと第４画素１１ｄとに設けられ、各第２画素列２３が一列置きに赤色の画素１１、青色の画素１１となるように配列されている。
【００５８】
すなわち、各カラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、緑色の画素１１からなる第１画素列２２、赤色の画素１１からなる第２画素列２３、緑色の画素１１からなる第１画素列２２、青色の画素１１からなる第２画素列２３の順に左右方向に並び、この並びが順次繰り返されるように各画素１１ａ〜１１ｄに配列されている。
【００５９】
このように、各カラーフィルタ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂを配列すれば、人間の眼の分光感度のピークに近い緑色の画素１１を赤色の画素１１及び青色の画素１１の２倍にして見かけ上の解像度の向上を図ることができるとともに、左右方向のずれ量を検知する第１画素１１ａと第２画素１１ｂとを同じ緑色の画素１１にして位相差ＡＦの精度の向上を図ることができる。
【００６０】
また、各画素列２２、２３毎に色を設定して各色の並びとＶＣＣＤ１２の転送方向とを平行にし、同じ色の信号電荷のみをＶＣＣＤ１２が転送するようにしたので、混色の発生を抑えることもできる。さらには、隣接する第１画素１１ａと第２画素１１ｂ、及び隣接する第３画素１１ｃと第４画素１１ｄとを、それぞれ画素混合することで、高感度化を図ることもできる。このように画素混合を行った場合には、混合後の各画素の重心位置が一般的なベイヤ配列となるため、ベイヤ配列の信号処理で画像形成を行うことができる。なお、画素混合を行わない場合には、三色縦ストライプフィルタ処理で画像形成を行えばよい。
【００６１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。図５に示すように、本実施形態のＣＣＤイメージセンサ３０は、第１画素３１ａと、第２画素３１ｂとの２種類の画素を有している。各画素３１ａ、３１ｂは、上記第１の実施形態と同様に、正方形を４５度回転させた形状に形成され、ハニカム配列で並べられている。
【００６２】
各画素３１ａ、３１ｂには、上記各実施形態と同様に、それぞれＰＤ３２ａ、３２ｂと、マイクロレンズ３３ａ、３３ｂとが設けられている。第１画素３１ａのマイクロレンズ３３ａは、ＰＤ３２ａの受光面の中心に対し、その光軸中心が略４５度の角度で右斜め上方向に偏心して配置されている。第２画素３１ｂのマイクロレンズ３３ｂは、ＰＤ３２ｂの受光面の中心に対し、その光軸中心が略４５度の角度で左斜め下方向に偏心して配置されている。各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの各方向への偏心量は、略同一であり、偏心量をδ、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの偏心方向と平行な各画素３１ａ、３１ｂの斜め方向の配列ピッチをＤとしたとき、δは、約Ｄ／３である。
【００６３】
ＣＣＤイメージセンサ３０は、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの偏心方向に第１画素３１ａを複数並べた第１画素列３４と、前記偏心方向に第２画素３１ｂを複数並べた第２画素列３５とを構成している。マイクロレンズ３３ａの偏心によって空いた領域に、隣接する第１画素３１ａのマイクロレンズ３３ａの一部が入り込んでいる。マイクロレンズ３３ｂの偏心によって空いた領域に、隣接する第２画素３１ｂのマイクロレンズ３３ｂの一部が入り込んでいる。前記偏心方向と略直交する方向に各画素列３４、３５が交互に並べられている。
【００６４】
また、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂは、偏心方向と略直交する方向に空く平面領域を埋めるため、それぞれ偏心方向と略直交する方向が長軸となった半楕円体状（楕円の回転体を半分に切断した形状）に形成されている。各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの短軸は、Ｄと略同一に形成されている。そして、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの長軸は、Ｄの約２／√３倍となるように形成されている。従って、マイクロレンズ３３ａは、短軸側の一部が隣接する第１画素３１ａに入り込むとともに、長軸側の両端の一部が偏心方向と略直交する方向に隣接する各第２画素３１ｂに入り込む。マイクロレンズ３３ｂは、短軸側の一部が隣接する第２画素３１ｂに入り込むとともに、長軸側の両端の一部が偏心方向と略直交する方向に隣接する各第１画素３１ａに入り込む。
【００６５】
このように構成されたＣＣＤイメージセンサ３０では、Ｄを直径とする最大円Ｃ０に比べて、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの大きさを楕円化した長軸の分、すなわち約２／√３倍（≒１．１５４倍）とすることができる。これは、上記第１の実施形態と同様に、コストアップを招くことなく各画素３１ａ、３１ｂの感度の向上を達成する。
【００６６】
図６は、「スーパーＣＣＤハニカムＥＸＲ」（出願人の商品名）の画素列を示すものである。ＣＣＤイメージセンサ３０には、各画素列３４、３５と直交する方向に並ぶ４つの画素に緑色カラーフィルタ３６Ｇが設けられている。これらと平行に並ぶ４つの画素に２つの赤色カラーフィルタ３６Ｒと２つの青色カラーフィルタ３６Ｂとが並べて設けられている。ＣＣＤイメージセンサ３０の各画素３１ａ、３１ｂの配列は、このように各カラーフィルタ３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂを配置する場合に適している。
【００６７】
また、ＣＣＤイメージセンサ３０では、各画素列３４、３５の配列方向と直交する方向に、赤色カラーフィルタ３６Ｒと青色カラーフィルタ３６Ｂとが２つずつ交互に並ぶとともに、各画素列３４、３５の配列方向と平行な方向に、赤色カラーフィルタ３６Ｒと青色カラーフィルタ３６Ｂとが緑色カラーフィルタ３６Ｇを挟んで交互に並んでいる。
【００６８】
各カラーフィルタ３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂは、各画素３１ａ、３１ｂの外形形状と略同一の正方形状の薄膜に形成され、各画素３１ａ、３１ｂの直上に配置されている。なお、図６では、各ＰＤ３２ａ、３２ｂの図示を便宜的に省略している。
【００６９】
隣接する各画素３１ａ、３１ｂの一方を高感度の画素、他方を低感度の画素とし、これらの各画素３１ａ、３１ｂの出力値を利用することによって、ダイナミックレンジの広い画像を取得することができる。従って、ＣＣＤイメージセンサ３０では、各画素３１ａ、３１ｂの感度の向上を図り、かつ高感度の画素と低感度の画素とを構成する各画素３１ａ、３１ｂの各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂをそれぞれ逆向きの偏心とすることができる。この高感度と低感度とは、電気的に露出時間を制御することで得られた見かけ上の感度である。また、ダイナミックレンジを広げるために、レンズの面積を縮小した低感度用の画素を別途設ける必要もない。
【００７０】
本実施形態では、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの偏心方向と略直交する方向を長軸として半楕円体状の各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂを形成しているが、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂは、偏心方向と略直交する方向に隣接する各画素３１ａ、３１ｂに一部が入り込み、偏心によって空いた平面領域を埋めるものであればよい。すなわち、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂは、少なくとも偏心方向と略直交する方向に長く形成されていればよく、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの長軸は、前記偏心方向と略直交する方向に対して所定の角度傾いていてもよい。また、各マイクロレンズ３３ａ、３３ｂの形状は、半楕円体状に限ることなく、偏心方向と略直交する方向に長い任意の形状でよい。
【００７１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７に示すように、本実施形態のＣＣＤイメージセンサ４０は、第１画素４１ａと、第２画素４１ｂと、第３画素４１ｃと、第４画素４１ｄとの４種類の画素を有している。各画素４１ａ〜４１ｄは、正方形状に形成され、これを水平方向及び垂直方向に並べて配置した単純正方格子配列に並べられている。なお、単純正方格子配列におけるＶＣＣＤ１２やＨＣＣＤ１３などの構成は、周知の構成を用いればよい。
【００７２】
各画素４１ａ〜４１ｄには、上記各実施形態と同様に、それぞれＰＤ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄと、マイクロレンズ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄとが設けられている。第１画素４１ａのマイクロレンズ４３ａは、ＰＤ４２ａの受光面の中心に対し、その光軸中心が略４５度の角度で右斜め下方向に偏心して配置されている。第２画素４１ｂのマイクロレンズ４３ｂは、ＰＤ４２ｂの受光面の中心に対し、その光軸中心が略４５度の角度で左斜め上方向に偏心して配置されている。第３画素４１ｃのマイクロレンズ４３ｃは、ＰＤ４２ｃの受光面の中心に対し、その光軸中心が略４５度の角度で右斜め上方向に偏心して配置されている。第４画素４１ｄのマイクロレンズ４３ｄは、ＰＤ４２ｄの受光面の中心に対し、その光軸中心が略４５度の角度で左斜め下方向に偏心して配置されている。
【００７３】
ＣＣＤイメージセンサ４０は、第１画素４１ａと第２画素４１ｂとを斜め４５度方向に交互に並べた第１画素列４４と、第３画素４１ｃと第４画素４１ｄとを斜め４５度方向に交互に並べた第２画素列４５とで構成されている。これらの各画素列４４、４５が、各列と直交する方向に交互に並べられることにより、第１画素４１ａと第２画素４１ｂとの各マイクロレンズ４３ａ、４３ｂの偏心によって空いた領域が形成される。
【００７４】
この空いた領域内に、隣接する第３画素４１ｃと第４画素４１ｄとの各マイクロレンズ４３ｃ、４３ｄの一部が入り込む。そして、第３画素４１ｃと第４画素４１ｄとの各マイクロレンズ４３ｃ、４３ｄの偏心によって空いた領域に、隣接する第１画素４１ａと第２画素４１ｂとの各マイクロレンズ４３ａ、４３ｂの一部が入り込んでいる。
【００７５】
ＣＣＤイメージセンサ４０は、上記第１の実施形態のＣＣＤイメージセンサ１０の各画素１１ａ〜１１ｄの配列を４５度回転させることで単純正方格子配列に対応させている。このように、単純正方格子配列のＣＣＤイメージセンサ４０に対しても、上記第１の実施形態と同様に各画素４１ａ〜４１ｄを配列することができ、これによって、本実施形態のＣＣＤイメージセンサ４０でも、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８に示すように、本実施形態のＣＣＤイメージセンサ５０は、第１画素５１ａと、第２画素５１ｂと、第３画素５１ｃとの３種類の画素を有している。各画素５１ａ〜５１ｃは、上記第３の実施形態と同様に、正方形状に形成され、単純正方格子配列に並べられている。
【００７７】
各画素５１ａ〜５１ｃには、上記各実施形態と同様に、それぞれＰＤ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと、マイクロレンズ５３ａ、５３ｂ、５３ｃとが設けられている。第１画素５１ａのマイクロレンズ５３ａは、ＰＤ５２ａの受光面の中心と、その光軸中心とが略一致するように配置されている。第２画素５１ｂのマイクロレンズ５３ｂは、ＰＤ５２ｂの受光面の中心に対し、その光軸中心が右方向に偏心して配置されている。第３画素５１ｃのマイクロレンズ５３ｃは、ＰＤ５２ｃの受光面の中心に対し、その光軸中心が左方向に偏心して配置されている。各マイクロレンズ５３ｂ、５３ｃの各方向への偏心量は、略同一であり、偏心量をδ、各マイクロレンズ５３ｂ、５３ｃの偏心方向と平行な方向の各画素５１ａ〜５１ｃの配列ピッチをＤとしたとき、δは、約Ｄ／３である。
【００７８】
ＣＣＤイメージセンサ５０は、各マイクロレンズ５３ｂ、５３ｃの偏心方向に第１画素５１ａを複数並べた第１画素列５４と、前記偏心方向に第２画素５１ｂを複数並べた第２画素列５５と、前記偏心方向に第３画素５１ｃを複数並べた第３画素列５６とを有する。マイクロレンズ５３ｂの偏心によって空いた領域に、隣接する第２画素５１ｂのマイクロレンズ５３ｂの一部が入り込んでいる。マイクロレンズ５３ｃの偏心によって空いた領域に、隣接する第３画素５１ｃのマイクロレンズ５３ｃの一部が入り込んでいる。前記偏心方向と略直交する方向に各画素列５４〜５６が順番に繰り返し並べられている。
【００７９】
また、各マイクロレンズ５３ａ〜５３ｃは、上記のようにマイクロレンズ５３ｂ、５３ｃを偏心させることによって偏心方向と略直交する方向に空く平面領域を埋めるため、それぞれ偏心方向と略直交する方向が長軸となった半楕円体状に形成されている。各マイクロレンズ５３ａ〜５３ｃの短軸は、Ｄと略同一に形成されている。一方、各マイクロレンズ５３ａ〜５３ｃの長軸は、偏心によって空いた平面領域の面積に応じてＤよりも僅かに大きく形成されている。従って、各マイクロレンズ５３ａ〜５３ｃは、長軸側の両端の一部が偏心方向と略直交する方向に隣接する各画素５１ａ〜５１ｃに入り込む。
【００８０】
このように構成されたＣＣＤイメージセンサ５０では、Ｄを直径とする最大円Ｃ０に比べて、各マイクロレンズ５３ａ〜５３ｃの大きさを楕円化した長軸の分だけ大きくなる。従って、上記各実施形態と同様に、コストアップを招くことなく各画素５１ａ〜５１ｃの感度の向上を図ることができる。また、マイクロレンズ５３ａが偏心していない第１画素５１ａからなる第１画素列５４を３列周期で持たせているので、多視点化を行うことができる。
【００８１】
また、図９に示すように、ＣＣＤイメージセンサ５０には、格子状に配置された２×２の４つの画素のうちの斜め２つの画素に緑色カラーフィルタ５７Ｇが設けられている。そして、残り２つの画素に赤色カラーフィルタ５７Ｒと青色カラーフィルタ５７Ｂとが１つずつ設けられている。ＣＣＤイメージセンサ５０は、これら２つの緑色カラーフィルタ５７Ｇと、１つの赤色カラーフィルタ５７Ｒ及び青色カラーフィルタ５７Ｂとを１組として各画素５１ａ〜５１ｃに並べている。
【００８２】
ＣＣＤイメージセンサ５０の各画素５１ａ〜５１ｃの配列は、いわゆるベイヤ配列に各カラーフィルタ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂを配置する場合に適している。なお、各カラーフィルタ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂの形成方法は、上記各実施形態と同様でよい。
【００８３】
カラーフィルタをベイヤ配列で配置する場合には、図１０に示すＣＣＤイメージセンサ６０のように構成してもよい。ＣＣＤイメージセンサ６０は、第１画素６１ａと、第２画素６１ｂとの２種類の画素を有している。各画素６１ａ、６１ｂは、上記実施形態と同様に、正方形状に形成され、単純正方格子配列に並べられている。
【００８４】
各画素６１ａ、６１ｂには、上記各実施形態と同様に、それぞれＰＤ６２ａ、６２ｂと、マイクロレンズ６３ａ、６３ｂとが設けられている。第１画素６１ａのマイクロレンズ６３ａは、ＰＤ６２ａの受光面の中心に対し、その光軸中心が右方向に偏心して配置されている。第２画素６１ｂのマイクロレンズ６３ｂは、ＰＤ６２ｂの受光面の中心に対し、その光軸中心が左方向に偏心して配置されている。各マイクロレンズ６３ａ、６３ｂの各方向への偏心量は、略同一であり、偏心量をδ、各マイクロレンズ６３ａ、６３ｂの偏心方向と平行な方向の各画素６１ａ、６１ｂの配列ピッチをＤとしたとき、δは、約Ｄ／３である。
【００８５】
ＣＣＤイメージセンサ６０は、各マイクロレンズ６３ａ、６３ｂの偏心方向に第１画素６１ａを複数並べた第１画素列６４と、前記偏心方向に第２画素６１ｂを複数並べた第２画素列６５とを有している。マイクロレンズ６３ａの偏心によって空いた領域に、隣接する第１画素６１ａのマイクロレンズ６３ａの一部が入り込んでいる。マイクロレンズ６３ｂの偏心によって空いた領域に、隣接する第２画素６１ｂのマイクロレンズ６３ｂの一部が入り込んでいる。そして、前記偏心方向と略直交する方向に各画素列６４、６５を２列周期で並べている。
【００８６】
各マイクロレンズ６３ａ、６３ｂは、Ｄを直径とする略半球状に形成されている。従って、ＣＣＤイメージセンサ６０では、各ＰＤ６２ａ、６２ｂの受光面の中心と光軸とを一致させて形成する通常の画素と同じ大きさで、位相差検出画素である各画素６１ａ、６１ｂの各マイクロレンズ６３ａ、６３ｂを形成することができる。また、瞳形成用マイクロレンズなどを設ける必要もないので、コストアップを招くことなく各画素６１ａ、６１ｂの感度を向上させることができる。
【００８７】
上記ＣＣＤイメージセンサ５０の構成では、ベイヤ配列を構成する４つの画素が上下の２列で視差を持ってしまうため、この視差が分光特性に悪影響を与えてしまうことが懸念される。これに対し、図１１に示すように、ＣＣＤイメージセンサ６０にベイヤ配列で各色のカラーフィルタ６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂを配置した場合には、ベイヤ配列を構成する４つの画素全てを同じ方向に揃えることができるので、視差による分光特性の劣化を防ぐことができる。
【００８８】
上記各実施形態では、光学中心付近の画素構成について代表し記述したが、光学中心から離れたていくに従い、主光線の入射角度が垂直方向から傾いてくる。したがって、それに伴い、マイクロレンズとＰＤとの位置関係を補正する手段、いわゆるスケーリング手法が用いられる。本発明は、光学中心以外の画素構成については、詳細には記述していないが、スケーリングの方向と大きさにより、これまで述べてきたマイクロレンズの偏心量、方向に影響を与えることは自明であり、また、スケーリングの方向と大きさにより、マイクロレンズの偏心量、および方向を補正できることもまた、自明である。
【００８９】
上記各実施形態では、半球状、又は半楕円体状のマイクロレンズが用いられているが、図１２に示すマイクロレンズ７０のように、多面体状としてもよいし、図１３に示すマイクロレンズ７２のように、多面体の頂点部分及び辺部分を面取りして滑らかにした形状としてもよい。さらには、非球面レンズ状の形状としてもよい。
【００９０】
本発明は、ＣＣＤイメージセンサの他に、ＣＭＯＳイメージセンサなどの他のタイプの固体撮像装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  ＣＣＤイメージセンサ
１１  画素
１１ａ  第１画素
１１ｂ  第２画素
１１ｃ  第３画素
１１ｄ  第４画素
１２  ＶＣＣＤ
１８  撮像面
２０ａ〜２０ｄ  ＰＤ
２１ａ〜２１ｄ  マイクロレンズ
２２  第１画素列
２３  第２画素列
２５Ｒ  赤色カラーフィルタ
２５Ｇ  緑色カラーフィルタ
２５Ｂ  青色カラーフィルタ
【図１】
0005620992.tif 000009
【図２】
0005620992.tif 000010
【図３】
0005620992.tif 000011
【図４】
0005620992.tif 000012
【図５】
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【図６】
0005620992.tif 000014
【図７】
0005620992.tif 000015
【図８】
0005620992.tif 000016
【図９】
0005620992.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
0005620992.tif 000019
【図１２】
0005620992.tif 000020
【図１３】
0005620992.tif 000021