(57)【要約】  撮像素子５は、行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙに格子状に配置された多数の画素セル５０（Ｒ，Ｇ，Ｂ画素セル）を有する。各画素セル行には、同色光を検出する２つの画素セル５０をペアとして当該ペアが連続して配置される。行方向Ｘに隣接する２つの画素セル５０毎に１つのマイクロレンズ（ＭＬ）５１が設けられる。ＭＬ５１の配列は、奇数行の画素セル行にあるＭＬ５１が、偶数行の画素セル行にあるＭＬ５１に対し、各画素セル行におけるＭＬ５１の配列ピッチの１／２、行方向Ｘにずれたものとなっており、各ＭＬ５１の下方には、異なる色の光を検出する２つの光電変換部が配置される。
2013183382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向とこれに直交する列方向に格子状に配置された多数の画素セルを有する撮像素子であって、
前記多数の画素セルは、赤色光を検出する光電変換部を含む第一の画素セル、緑色光を検出する光電変換部を含む第二の画素セル、及び青色光を検出する光電変換部を含む第三の画素セルを含み、
前記行方向に並ぶ画素セルからなる各画素セル行には、同色光を検出する光電変換部を含む隣接する２つの画素セルをペアとして当該ペアが周期的に配置されており、
前記行方向に隣接する２つの画素セル毎に、当該２つの画素セルの各々に含まれる２つの前記光電変換部に跨る１つのマイクロレンズが設けられており、
前記マイクロレンズの配列は、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズが、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズに対し、各画素セル行における前記マイクロレンズの配列ピッチの１／２、前記行方向にずれたものとなっており、
奇数行と偶数行の少なくとも一方にある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されている撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の撮像素子であって、
奇数行にある前記ペアは、偶数行にある前記ペアに対し、各画素セル行における前記ペアの配列ピッチの１／２、前記行方向にずれて配置されており、
奇数行と偶数行のそれぞれにある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されている撮像素子。
【請求項３】
請求項２記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、赤色光を検出するペアであるＲペアと緑色光を検出するペアであるＧペアと青色光を検出するペアであるＢペアとがベイヤ状に配列され、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、前記Ｒペアと前記Ｇペアと前記Ｂペアとがベイヤ状に配列されている撮像素子。
【請求項４】
請求項２記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、市松位置に赤色光を検出するペアであるＲペアが配置され、残りの市松位置に緑色光を検出するペアであるＧペアが配置されており、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、市松位置に青色光を検出するペアであるＢペアが配置され、残りの市松位置に前記Ｇペアが配置されている撮像素子。
【請求項５】
請求項２記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、赤色光を検出するペアであるＲペア、緑色光を検出するペアであるＧペア、青色光を検出するペアであるＢペア、及び前記Ｇペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行と、前記Ｇペア、前記Ｒペア、前記Ｇペア、及び前記Ｂペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行とが前記列方向に交互に並べられており、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、前記Ｂペア、前記Ｇペア、前記Ｒペア、及び前記Ｇペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行と、前記Ｇペア、前記Ｂペア、前記Ｇペア、及び前記Ｒペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行とが前記列方向に交互に並べられている撮像素子。
【請求項６】
請求項１記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、緑色光を検出するペアであるＧペアが格子状に並べられており、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、市松位置に赤色光を検出するペアであるＲペアが配置され、残りの市松位置に青色光を検出するペアであるＢペアが配置されている撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の撮像素子を備える撮像装置。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子の高解像度化に伴い、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、スマートフォン等の携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，携帯情報端末）等の撮影機能を有する情報機器の需要が急増している。なお、以上のような撮像機能を有する情報機器を撮像装置と称する。【０００３】
これら撮像装置では、主要な被写体に焦点を合わせる合焦制御方法として、コントラストＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ、自動合焦）方式や位相差ＡＦ方式が採用されている。位相差ＡＦ方式は、コントラストＡＦ方式に比べて合焦位置の検出を高速，高精度に行うことができるため、様々な撮像装置で多く採用されている。【０００４】
例えば特許文献１には、１つのマイクロレンズ下に異なる分光感度特性の複数の光電変換部を有する画素セルを複数個、規則的に配置した固体撮像素子により、位相差ＡＦを行う撮像装置が開示されている。【０００５】
また、位相差検出の技術を利用して、被写体を異なる２つの視点から見たときの画像を取得して立体撮像を可能にした撮像装置も提案されている。【０００６】
例えば、特許文献２には、同色光を検出する４つの光電変換部を１単位として、この単位を二次元状に配列した固体撮像素子を用いて、位相差ＡＦや立体撮像を可能にした撮像装置が開示されている。この固体撮像素子は、４つの光電変換部（上下２×左右２）単位で１つのマイクロレンズを共有し、各マイクロレンズが、異なる色を検出する光電変換部を跨ぐように配置された構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開２００７−３１７９５１号公報
【特許文献２】日本国特開２０１０−２３９３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に記載された固体撮像素子のように、複数の光電変換部で１つのマイクロレンズを共有する構成では、光の空間サンプリング位置が、マイクロレンズの中心位置で決定されるため、１つの光電変換部に対して１つのマイクロレンズが設けられる通常の撮像素子と比較して、解像度が低下する。【０００９】
特許文献１，２は、画素補間処理時の画質劣化防止や画像処理に使用するメモリ容量の削減等を主たる目的としており、解像度を向上させることを主たる目的としているものではない。そのため、解像度については改善の余地がある。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、２つの光電変換部に対して１つのマイクロレンズを設ける構成の撮像素子において解像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】
【００１１】
本発明の撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に格子状に配置された多数の画素セルを有する撮像素子であって、上記多数の画素セルは、赤色光を検出する光電変換部を含む第一の画素セル、緑色光を検出する光電変換部を含む第二の画素セル、及び青色光を検出する光電変換部を含む第三の画素セルを含み、上記行方向に並ぶ画素セルからなる各画素セル行には、同色光を検出する光電変換部を含む隣接する２つの画素セルをペアとしてそのペアが周期的に配置されており、上記行方向に隣接する２つの画素セル毎に、その２つの画素セルの各々に含まれる２つの上記光電変換部に跨る１つのマイクロレンズが設けられており、上記マイクロレンズの配列は、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズが、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズに対し、各画素セル行における上記マイクロレンズの配列ピッチの１／２、上記行方向にずれたものとなっており、奇数行と偶数行の少なくとも一方にある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されているものである。【００１２】
本発明の撮像装置は、上記撮像素子を備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２つの光電変換部に対して１つのマイクロレンズを設ける構成の撮像素子において解像度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子５の構成を示す平面模式図
【図３】図１に示す撮像素子５に搭載されるマイクロレンズを示す図
【図４】撮像素子５による光の空間サンプリング位置を説明するための図
【図５】撮像素子５のマイクロレンズ５１を、ペアを構成する２つの画素セル５１に対応して設けた参考構成の撮像素子５ａを示す図
【図６】撮像素子５ａによる光の空間サンプリング位置を説明するための図
【図７】図１に示す撮像素子５の変形例である撮像素子５ｂの構成を示す平面模式図
【図８】図７に示す撮像素子５ｂに搭載されるマイクロレンズを示す図
【図９】撮像素子５ｂによる光の空間サンプリング位置を説明するための図
【図１０】図１に示す撮像素子５の変形例である撮像素子５ｃの構成を示す平面模式図
【図１１】図１０に示す撮像素子５ｃに搭載されるマイクロレンズを示す図
【図１２】撮像素子５ｃによる光の空間サンプリング位置を説明するための図
【図１３】図１に示す撮像素子５の変形例である撮像素子５ｄの構成を示す平面模式図
【図１４】図１３に示す撮像素子５ｄに搭載されるマイクロレンズを示す図
【図１５】撮像素子５ｄによる光の空間サンプリング位置を説明するための図
【図１６】図３に示した範囲Ａにある６つの画素セル５０を列方向Ｙに向かって見た断面模式図
【図１７】図３に示した範囲Ａにある６つの画素セル５０を列方向Ｙに向かって見た断面の変形例を示す図
【図１８】図３に示した範囲Ａにある６つの画素セル５０を列方向Ｙに向かって見た断面の変形例を示す図
【図１９】撮像装置としてのスマートフォンの構成を示す図
【図２０】図１９に示すスマートフォンの内部構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すデジタルカメラの撮像系は、撮影光学系としての撮影レンズ１と、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２とを備えている。
【００１８】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御する。また、システム制御部１１は、位相差ＡＦ方式により、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１に含まれるフォーカスレンズの位置を調整したり、撮影レンズ１に含まれるズームレンズの位置の調整を行ったりする。更に、システム制御部１１は、絞り駆動部９を介して絞り２の開口量を制御することにより、露光量の調整を行う。
【００１９】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像画像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２０】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備える。アナログ信号処理部６及びＡ／Ｄ変換回路７は、システム制御部１１によって制御される。アナログ信号処理部６及びＡ／Ｄ変換回路７は撮像素子５に内蔵されることもある。
【００２１】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される撮像画像信号に対し、補間演算、ガンマ補正演算、及びＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って撮影画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された撮影画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、信号処理部１７により生成される２つの視点から撮影して得た２つの撮像画像データを用いて立体画像データを生成する立体画像生成部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された表示部２３が接続される表示制御部２２とを備えている。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、立体画像生成部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２２】
図２は、図１に示すデジタルカメラに搭載される撮像素子５の構成を示す平面模式図である。
【００２３】
撮像素子５は、行方向Ｘ及びこれに直交する列方向Ｙに格子状に配列された多数の画素セル５０（図中の一辺が長さｄの正方形のブロック）を備えている。図２の例では、画素セル５０が行方向Ｘと列方向Ｙにそれぞれピッチｄで配列されている。行方向Ｘと列方向Ｙにおける画素セル５０の配列ピッチは同じでなくてもよい。
【００２４】
各画素セル５０は、フォトダイオード等の光電変換部と、この光電変換部上方に形成されたカラーフィルタとを含む。なお、図２では、一部の画素セル５０にのみ、光電変換部において遮光されていない部分（受光面５０ａ）を示している。光電変換部上方とは、光電変換部に対して光が入射してくる方向を意味する。
【００２５】
図２では、赤色光を透過するカラーフィルタを含む画素セル５０（以下、Ｒ画素セル５０ともいう）には“Ｒ”の文字を付し、緑色光を透過するカラーフィルタを含む画素セル５０（以下、Ｇ画素セル５０ともいう）には“Ｇ”の文字を付し、青色光を透過するカラーフィルタを含む画素セル５０（以下、Ｂ画素セル５０ともいう）には“Ｂ”の文字を付している。そして、カラーフィルタ配列を見やすくするために、Ｒ画素セル５０とＢ画素セル５０にはハッチングを付してある。
【００２６】
多数の画素セル５０は、行方向Ｘに並ぶ複数の画素セル５０からなる画素セル行を、列方向Ｙに複数個並べた配列となっている。そして、奇数行の画素セル行と偶数行の画素セル行は、各画素セル行の画素セル５０の配列ピッチ分、行方向Ｘにずれている。
【００２７】
各画素セル行には、同色光を検出する光電変換部を含む隣接する２つの画素セル５０をペアとして当該ペアが連続して配置されている。奇数行にあるペアは、偶数行にあるペアに対し、各画素セル行におけるペアの配列ピッチ（＝２ｄ）の１／２、行方向Ｘにずれて配置されている。以下では、赤色光を検出する画素セル５０のペアをＲペアといい、緑色光を検出する画素セル５０のペアをＧペアといい、青色光を検出する画素セル５０のペアをＢペアという。
【００２８】
奇数行には、ＲペアとＧペアを交互に並べたＲＧペア行と、ＧペアとＢペアを交互に並べたＧＢペア行とが、列方向Ｙに交互に並べられている。つまり、奇数行には、ＲペアとＧペアとＢペアがベイヤ状に配置されている。
【００２９】
偶数行には、ＢペアとＧペアを交互に並べたＢＧペア行と、ＧペアとＲペアを交互に並べたＧＲペア行とが、列方向Ｙに交互に並べられている。つまり、偶数行にも、ＲペアとＧペアとＢペアがベイヤ状に配置されている。
【００３０】
撮像素子５では、１回の撮像により、異なる２つの視点から被写体を撮像した画像を得るために、各ペアにおける一方の画素セルの出力信号と他方の画素セルの出力信号とに位相差が生じるようにしている。具体的には、行方向Ｘに隣接する２つの画素セル５０毎に、当該２つの画素セル５０の各々に含まれる２つの光電変換部に跨る１つのマイクロレンズ５１を設けている。このマイクロレンズ５１は、光電変換部の上方に設けられる。
【００３１】
更に、本実施形態では、解像度を向上させるために、行方向Ｘに隣接する２つのペアに含まれる４つの画素セル５０のうち、この２つのペアの境界を挟んで隣接する２つの画素セル５０に対応して１つのマイクロレンズ５１を設けている。つまり、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズ５１が、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズ５１に対し、各画素セル行におけるマイクロレンズ５１の配列ピッチ（＝２ｄ）の１／２、行方向Ｘにずれたものとなっている。
【００３２】
図３は、図１に示す撮像素子５に搭載されるマイクロレンズを示す図である。なお、図３では、図を見やすくするために、Ｒ画素セル５０とＢ画素セル５０におけるハッチングは省略している。
【００３３】
図３に示すように、隣接する２つのペアの境界を挟んで隣接する２つの画素セル５０には、この２つの画素セル５０に対応してマイクロレンズ５１が設けられている。マイクロレンズ５１の配列は、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズ５１が、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズ５１に対し、各画素セル行におけるマイクロレンズ５１の配列ピッチの１／２、行方向Ｘにずれた、いわゆるハニカム配列となっている。
【００３４】
マイクロレンズ５１は、その光軸が、対応する２つの画素セル５０のペアの重心位置と一致している。また、マイクロレンズ５１下方にある２つの光電変換部の受光面５０ａは、マイクロレンズ５１の光軸を通る列方向Ｙに伸びる直線に対して対称となっている。
【００３５】
この構成により、マイクロレンズ５１に対応する左側の画素セル５０の光電変換部には、撮像素子５側から見て撮影レンズ１の右半分を通過した光が主として入射し、マイクロレンズ５１に対応する右側の画素セル５０の光電変換部には、撮像素子５側から見て撮影レンズ１の左半分を通過した光が主として入射する。つまり、各ペアにおいて左側にある画素セル５０と右側にある画素セル５０は、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した光を受光し受光量に応じた信号を出力する画素セルとなる。
【００３６】
このように、各ペアの左側の画素セル５０の出力信号群と、各ペアの右側の画素セル５０の出力信号群とには位相差が生じるため、この２つの出力信号群の位相差に基づいて位相差ＡＦを行ったり、この２つの出力信号群を用いて立体視可能な立体画像データを生成したりすることが可能になる。
【００３７】
図４は、撮像素子５による光の空間サンプリング位置を説明するための図である。各画素セル５０による光の空間サンプリング位置は、当該各画素セル５０に対応するマイクロレンズ５１の光軸位置と一致する。図４では、Ｇ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を白抜きの丸印で示し、Ｒ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を疎のドットハッチの丸印で示し、Ｂ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を密のドットハッチの丸印で示している。図４では、マイクロレンズ５１に対応する２つの画素セル５０の各々の空間サンプリング位置を、当該マイクロレンズ５１の光軸位置からは僅かにずらして図示している。
【００３８】
図４に示したように、撮像素子５によれば、行方向Ｘにおいては、ピッチｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。また、列方向Ｙにおいては、ピッチｄで緑色光をサンプリングし、ピッチ４ｄで赤色光，青色光をサンプリングすることができる。更に、行方向Ｘに対して右斜め４５°の方向と左斜め４５°の方向においては、ピッチ√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。
【００３９】
図５は、撮像素子５のマイクロレンズ５１を、ペアを構成する２つの画素セル５１に対応して設けた参考構成の撮像素子５ａを示す図である。図６は、撮像素子５ａによる光の空間サンプリング位置を説明するための図である。
【００４０】
この撮像素子５ａでは、行方向Ｘにおいては、ピッチｄで緑色光をサンプリングし、ピッチ４ｄで赤色光，青色光をサンプリングすることができる。また、列方向Ｙにおいては、ピッチｄで緑色光をサンプリングし、ピッチ４ｄで赤色光，青色光をサンプリングすることができる。更に、行方向Ｘに対して右斜め４５°の方向においては、ピッチ２√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。更に、行方向Ｘに対して左斜め４５°の方向においては、ピッチ√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。
【００４１】
撮像素子において解像度に有利なのは、Ｒ画素セルとＧ画素セルとＢ画素セルをベイヤ状に配列し、各画素セルに１つのマイクロレンズを設けた一般的なベイヤ型の撮像素子である。このベイヤ型の撮像素子では、行方向Ｘと列方向Ｙにおいては、ピッチｄで緑色光をサンプリングし、ピッチ２ｄで赤色光，青色光をサンプリングすることができる。また、行方向Ｘに対して右斜め４５°の方向と左斜め４５°の方向においては、ピッチ√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。
【００４２】
上述した各方向における各色光のサンプリング間隔と、そのサンプリング間隔の逆数に１００を掛けて得られる解像度［％］とをまとめた結果を表１に示す。また、上述した各方向に並ぶサンプリング点からなるサンプリング列において、赤色光、緑色光、及び青色光の全てがサンプリングされている列の割合を各方向について求めた結果を表２に示す。なお、表１，２では、後述する撮像素子５の変形例である撮像素子５ｂ，５ｃ，５ｄについての値も示してある。
【００４３】
【表１】
2013183382.tif 000003
【００４４】
【表２】
2013183382.tif 000004
【００４５】
表１，２から分かるように、本実施形態の撮像素子５によれば、ベイヤ型の撮像素子と遜色ない解像度を得ることができる。また、ペアの２つの画素セルでマイクロレンズを共有する撮像素子５ａと比較しても、解像度を向上させることができる。また、行方向Ｘ以外の方向においては、どのサンプリング列を見てもＲＧＢの光がサンプリングされる。撮像素子５ａやベイヤ型の撮像素子と比較しても、ＲＧＢの全ての光がサンプリングされる列が１００％となる方向が多くなるため、このことからも、撮像素子５によれば解像度を大幅に向上できることが分かる。
【００４６】
図７は、図１に示す撮像素子５の変形例である撮像素子５ｂの構成を示す平面模式図である。
【００４７】
撮像素子５ｂは、撮像素子５の奇数行にあるＲペアとＢペアをＧペアに変更し、偶数行にあるＧペアをＢペアに変更し、偶数行にあるＢペアをＲペアに変更したものである。
【００４８】
このように、撮像素子５ｂの奇数行には、Ｇペアのみが配置され、撮像素子５ｂの偶数行には、ＲペアとＢペアを行方向Ｘに交互に配置したＲＢペア行と、ＢペアとＲペアを行方向Ｘに交互に配置したＢＲペア行とが、列方向Ｙに交互に配置されている。言い換えると、撮像素子５ｂは、奇数行にはＧペアが格子状に並べられ、偶数行には、市松位置にＲペアが配置され、残りの市松位置にＢペアが配置された構成である。
【００４９】
図８は、図７に示す撮像素子５ｂに搭載されるマイクロレンズを示す図である。なお、図８では、図を見やすくするために、Ｒ画素セル５０とＢ画素セル５０におけるハッチングは省略している。
【００５０】
撮像素子５と同様に、撮像素子５ｂにおいても、隣接する２つのペアの境界を挟んで隣接する２つの画素セル５０には、この２つの画素セル５０に対応してマイクロレンズ５１が設けられており、マイクロレンズ５１がハニカム配列されている。
【００５１】
図９は、撮像素子５ｂによる光の空間サンプリング位置を説明するための図である。図９では、Ｇ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を白抜きの丸印で示し、Ｒ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を疎のドットハッチの丸印で示し、Ｂ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を密のドットハッチの丸印で示している。
【００５２】
図９に示したように、撮像素子５ｂによれば、行方向Ｘと列方向Ｙにおいては、ピッチ２ｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。また、行方向Ｘに対して右斜め４５°の方向と左斜め４５°の方向においては、ピッチ√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をサンプリングすることができる。
【００５３】
撮像素子５ｂの解像度の結果は表１に示すとおりである。表１に示すように、撮像素子５ｂによれば、ベイヤ型の撮像素子と遜色ない解像度を得ることができると共に、ペアの２つの画素セルでマイクロレンズを共有する撮像素子５ａと比較しても、解像度を向上させることができる。
【００５４】
なお、図７において、奇数行の左端にある４つのＧ画素セル５０を、奇数行の右端に移動させた構成、即ち、ペアを格子状に配列した構成としても、マイクロンレズ５１を図８に示すように配置することで、図９に示す空間サンプリングを実現することができ、解像度向上を図ることができる。
【００５５】
図１０は、図１に示す撮像素子５の変形例である撮像素子５ｃの構成を示す平面模式図である。
【００５６】
撮像素子５ｃは、奇数行にあるＧＢペア行のＢペアをＲペアに変更し、偶数行にあるＧＲペア行のＲペアをＢペアに変更した点を除いては撮像素子５と同じ構成である。言い換えると、撮像素子５ｃは、奇数行には、市松位置にＲペアが配置され残りの市松位置にＧペアが配置され、偶数行には、市松位置にＢペアが配置され残りの市松位置にＧペアが配置された構成である。
【００５７】
図１１は、図１０に示す撮像素子５ｃに搭載されるマイクロレンズを示す図である。なお、図１１では、図を見やすくするために、Ｒ画素セル５０とＢ画素セル５０におけるハッチングは省略している。
【００５８】
撮像素子５と同様に、撮像素子５ｃにおいても、隣接する２つのペアの境界を挟んで隣接する２つの画素セル５０には、この２つの画素セル５０に対応してマイクロレンズ５１が設けられており、マイクロレンズ５１がハニカム配列されている。
【００５９】
図１２は、撮像素子５ｃによる光の空間サンプリング位置を説明するための図である。図１２では、Ｇ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を白抜きの丸印で示し、Ｒ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を疎のドットハッチの丸印で示し、Ｂ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を密のドットハッチの丸印で示している。
【００６０】
図１２に示したように、撮像素子５ｃによれば、行方向Ｘと列方向Ｙにおいては、ピッチｄで緑色光をサンプリングし、ピッチ２ｄで赤色光と青色光をそれぞれサンプリングすることができる。また、行方向Ｘに対して右斜め４５°の方向と左斜め４５°の方向においては、ピッチ√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をそれぞれサンプリングすることができる。
【００６１】
撮像素子５ｃの解像度の結果は表１に示すとおりである。表１に示すように、撮像素子５ｃによれば、ベイヤ型の撮像素子と同じ解像度を得ることができると共に、ペアの２つの画素セルでマイクロレンズを共有する撮像素子５ａと比較しても、解像度を向上させることができる。
【００６２】
図１３は、図１に示す撮像素子５の変形例である撮像素子５ｄの構成を示す平面模式図である。
【００６３】
撮像素子５ｄは、行方向Ｘに隣接する同色光を検出する２つの画素セルによりペアを構成し、このペアがハニカム配列されている点では撮像素子５と同じである。
【００６４】
撮像素子５ｄの奇数行には、ＲペアとＧペアとＢペアとＧペアをこの順で並べた単位を行方向Ｘにくり返し配置したＲＧＢＧペア行と、ＧペアとＲペアとＧペアとＢペアをこの順に並べた単位を行方向Ｘにくり返し配置したＧＲＧＢペア行とが、列方向Ｙに交互に配置されている点で撮像素子５とは異なる。
【００６５】
また、撮像素子５ｄの偶数行には、ＢペアとＧペアとＲペアとＧペアをこの順で並べた単位を行方向Ｘにくり返し配置したＢＧＲＧペア行と、ＧペアとＢペアとＧペアとＲペアをこの順で並べた単位を行方向Ｘにくり返し配置したＧＢＧＲペア行とが、列方向Ｙに交互に配置されている点で撮像素子５とは異なる。
【００６６】
図１４は、図１３に示す撮像素子５ｄに搭載されるマイクロレンズを示す図である。なお、図１４では、図を見やすくするために、Ｒ画素セル５０とＢ画素セル５０におけるハッチングは省略している。
【００６７】
撮像素子５と同様に、撮像素子５ｄにおいても、隣接する２つのペアの境界を挟んで隣接する２つの画素セル５０には、この２つの画素セル５０に対応してマイクロレンズ５１が設けられており、マイクロレンズ５１がハニカム配列されている。
【００６８】
図１５は、撮像素子５ｄによる光の空間サンプリング位置を説明するための図である。図１５では、Ｇ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を白抜きの丸印で示し、Ｒ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を疎のドットハッチの丸印で示し、Ｂ画素セル５０による光の空間サンプリング位置を密のドットハッチの丸印で示している。
【００６９】
図１５に示したように、撮像素子５ｄによれば、行方向Ｘと列方向Ｙにおいては、ピッチｄで赤色光、緑色光、青色光をそれぞれサンプリングすることができる。また、行方向Ｘに対して右斜め４５°の方向と左斜め４５°の方向においては、ピッチ√２ｄで赤色光、緑色光、青色光をそれぞれサンプリングすることができる。
【００７０】
撮像素子５ｄの解像度の結果は表１に示すとおりである。表１に示すように、撮像素子５ｄによれば、ベイヤ型の撮像素子よりも高い解像度を得ることができると共に、ペアの２つの画素セルでマイクロレンズを共有する撮像素子５ａと比較しても、解像度を向上させることができる。
【００７１】
以上のように、画素セル５０のペアを二次元状に配列し、奇数行と偶数行の少なくとも一方にある各マイクロレンズ５１の下方には、異なる色の光を検出する２つの光電変換部が配置されるように、マイクロレンズ５１をハニカム配列した構成とすることで、２つの画素セル５０でマイクロレンズを共用する場合でも、高い解像度を得ることができる。
【００７２】
特に、撮像素子５ｃのように、奇数行においてはＲペアとＧペアをそれぞれ市松状に配置し、偶数行においてはＢペアとＧペアをそれぞれ市松状に配置することで、ベイヤ型の撮像素子と同じ解像度を得ることができ、単一撮像素子かつ単一レンズによる高解像度の立体撮像装置を実現することができる。
【００７３】
また、撮像素子５ｄのように、各行各列にＲ画素セル５０、Ｇ画素セル５０、及びＢ画素セル５０が含まれる配置とすることで、ベイヤ型の撮像素子よりも高い解像度を得ることができ、単一撮像素子かつ単一レンズによる高解像度の立体撮像装置を実現することができる。
【００７４】
撮像素子５，５ｂ，５ｃ，５ｄは、奇数行と偶数行の少なくとも一方において、異なる色の光を検出する２つの画素セル５０で１つのマイクロレンズ５１を共有する構成である。そのため、マイクロレンズ５１を共有する画素セル５０間における混色を抑制する構造が求められる。以下では、混色を抑制する画素セルの構造例について説明する。
【００７５】
図１６は、図３に示した範囲Ａにある６つの画素セル５０を列方向Ｙに向かって見た断面模式図である。
【００７６】
シリコン基板５２の表面部には、フォトダイオード等の光電変換部（ＰＤ）５３が形成されている。シリコン基板５２上には絶縁膜５８が形成され、絶縁膜５８上には遮光膜５４が形成されている。
【００７７】
遮光膜５４には、光電変換部５３上方に開口５０ａが設けられており、この開口５０ａから見える光電変換部を図３では符号５０ａで示している。
【００７８】
絶縁膜５８及び遮光膜５４上には絶縁膜５５が形成され、絶縁膜５５の上において各光電変換部上方には、カラーフィルタ５６が形成されている。Ｒ画素セル５０に含まれる光電変換部５３上方のカラーフィルタ５６は、赤色光を透過するカラーフィルタであり、図１６では“Ｒ”の文字を付してある。Ｇ画素セル５０に含まれる光電変換部５３上方のカラーフィルタ５６は、緑色光を透過するカラーフィルタであり、図１６では“Ｇ”の文字を付してある。図示はされていないが、Ｂ画素セル５０に含まれる光電変換部５３上方のカラーフィルタ５６は、青色光を透過するカラーフィルタとなっている。
【００７９】
カラーフィルタ５６の上には絶縁膜５７が形成され、絶縁膜５７上にはマイクロレンズ５１が形成されている。
【００８０】
マイクロレンズ５１の光軸を基準にして、マイクロンレンズ５１に入射する光の入射角をα（光軸よりも右側に傾くときをプラス、光軸よりも左側に傾くときをマイナス）とし、αの値がプラス側で最大になるときの入射光の光路を実線矢印で示し、αの値がマイナス側で最大になるときの入射光の光路を破線矢印で示している。
【００８１】
図１６の例では、マイクロレンズ５１下方にある２つの光電変換部５３において混色が発生しないように、カラーフィルタ５６のマイクロレンズ５１側の面（以下、上面という）を、図１６中の破線矢印と実線矢印が交わる点Ｐ（マイクロレンズ５１の一端に最大入射角αで入射した光線と、マイクロレンズ５１の他端に最大入射角−αで入射した光線とがマイクロレンズ５１下方で交わる点）よりもシリコン基板５２側に配置している。
【００８２】
これにより、図１６の実線矢印で示す光は、Ｒ画素セル５０のカラーフィルタ５６のみを透過して光電変換部５３に入射することになる。また、図１６の破線矢印で示す光は、Ｇ画素セル５０のカラーフィルタ５６のみを透過して光電変換部５３に入射することになる。したがって、同じマイクロレンズ５１に対応する２つの光電変換部において混色が発生するのを防止することができ、撮像画像品質を向上させることができる。
【００８３】
なお、カラーフィルタ５６の上面を図１６の位置から、図１７に示すように下げ、最大入射角の光に対するマイクロレンズ５１の焦点が、カラーフィルタ５６が形成された層内に来るようにすることで、混色を更に防止することができる。
【００８４】
図１６に示した角度αを０に近づけると、図１６中のＰ点はシリコン基板５２側に移動する。図１８に示すように、α＝０のときのＰ点よりも、カラーフィルタ５６の上面をシリコン基板５２側にすることで、更なる混色防止を図ることができる。
【００８５】
なお、マイクロレンズ５１を共有する２つの光電変換部５３は、マイクロレンズ５１への光の入射角が小さくなるにつれて感度が低くなる。そのため、少なくともαが最大のときのＰ点よりも低い位置にカラーフィルタ５６の上面を配置することで、撮像画質に影響の大きい混色を防止することができる。
【００８６】
このように、カラーフィルタ５６とシリコン基板５２内の光電変換部５３との距離を小さくすることで混色を防止することができる。シリコン等の半導体基板内に光電変換部を形成し、この半導体基板の光入射側とは反対側の面に、光電変換部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す読み出し回路を形成した、いわゆる裏面照射型の撮像素子であれば、シリコン基板とカラーフィルタとの距離を小さくすることが容易である。このため、撮像素子５，５ｂ，５ｃ，５ｄは裏面照射型の撮像素子に好適なものとなる。
【００８７】
次に、撮像装置としてスマートフォンの構成について説明する。
【００８８】
図１９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１９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と、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。
【００８９】
図２０は、図１９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２０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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
図１９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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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から出力させたりするものである。また、図１９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。
【００９８】
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８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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、当該スマートフォン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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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したり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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
カメラ部２０８は、図１に示したデジタルカメラにおける外部メモリ制御部２０、記録媒体２１、表示制御部２２、表示部２３、及び操作部１４以外の構成を含む。カメラ部２０８によって生成された撮像画像データは、記憶部２１２に記録したり、入出力部２１３や無線通信部２１０を通じて出力したりすることができる。図１９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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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録部２１２に記録したり、入出力部２１３や無線通信部２１０を通じて出力したりすることもできる。
【０１１５】
以上のような構成のスマートフォン２００においても、同様に、解像度の高い立体撮像や、高精度の位相差ＡＦを行うことができる。
【０１１６】
以上説明した実施形態は、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内で種々の変更が可能である。
【０１１７】
例えば、撮像素子５，５ｂ，５ｃ，５ｄにおいて、Ｒ画素セル５０をＢ画素セル５０に置き換え、Ｂ画素セル５０をＲ画素セル５０に置き換えた構成としてもよい。
【０１１８】
また、画素セル５０に含まれる光電変換部を、基板上に積層された光電変換材料からなる膜によって構成してもよい。例えば、図１６の断面図において、光電変換部５３の代わりに、絶縁膜５８とカラーフィルタ５６の間に、可視光を吸収し吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換材料からなる光電変換膜を全画素セル５０で共通に設け、各画素セル５０の光電変換膜で発生した電荷に応じた信号を、各画素セル５０に設けたＭＯＳ回路等で読み出す構成としてもよい。
【０１１９】
以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【０１２０】
開示された撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に格子状に配置された多数の画素セルを有する撮像素子であって、上記多数の画素セルは、赤色光を検出する光電変換部を含む第一の画素セル、緑色光を検出する光電変換部を含む第二の画素セル、及び青色光を検出する光電変換部を含む第三の画素セルを含み、上記行方向に並ぶ画素セルからなる各画素セル行には、同色光を検出する光電変換部を含む隣接する２つの画素セルをペアとしてそのペアが周期的に配置されており、上記行方向に隣接する２つの画素セル毎に、その２つの画素セルの各々に含まれる２つの上記光電変換部に跨る１つのマイクロレンズが設けられており、上記マイクロレンズの配列は、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズが、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズに対し、各画素セル行における上記マイクロレンズの配列ピッチの１／２、上記行方向にずれたものとなっており、奇数行と偶数行の少なくとも一方にある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されているものである。
【０１２１】
開示された撮像素子は、奇数行にある上記ペアが、偶数行にある上記ペアに対し、各画素セル行における上記ペアの配列ピッチの１／２、上記行方向にずれて配置されており、奇数行と偶数行のそれぞれにある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されているものである。
【０１２２】
開示された撮像素子は、偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、赤色光を検出するペアであるＲペアと緑色光を検出するペアであるＧペアと青色光を検出するペアであるＢペアとがベイヤ状に配列され、偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、上記Ｒペアと上記Ｇペアと上記Ｂペアとがベイヤ状に配列されているものである。
【０１２３】
開示された撮像素子は、偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、市松位置に赤色光を検出するペアであるＲペアが配置され、残りの市松位置に緑色光を検出するペアであるＧペアが配置されており、偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、市松位置に青色光を検出するペアであるＢペアが配置され、残りの市松位置に上記Ｇペアが配置されているものである。
【０１２４】
開示された撮像素子は、偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、赤色光を検出するペアであるＲペア、緑色光を検出するペアであるＧペア、青色光を検出するペアであるＢペア、及び上記Ｇペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行と、上記Ｇペア、上記Ｒペア、上記Ｇペア、及び上記Ｂペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行とが上記列方向に交互に並べられており、偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、上記Ｂペア、上記Ｇペア、上記Ｒペア、及び上記Ｇペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行と、上記Ｇペア、上記Ｂペア、上記Ｇペア、及び上記Ｒペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行とが上記列方向に交互に並べられているものである。
【０１２５】
開示された撮像素子は、偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、緑色光を検出するペアであるＧペアが格子状に並べられており、偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、市松位置に赤色光を検出するペアであるＲペアが配置され、残りの市松位置に青色光を検出するペアであるＢペアが配置されているものである。
【０１２６】
開示された撮像素子は、上記画素セルが、上記光電変換部とその光電変換部上方に設けられる上記マイクロレンズとの間に、その光電変換部が検出する色の光を透過するカラーフィルタを有し、上記マイクロレンズの両端に最大入射角で入射する光線がそのマイクロレンズ下方で交わる点よりも上記光電変換部側に、上記カラーフィルタの上記マイクロレンズ側の面が配置されるものである。
【０１２７】
開示された撮像素子は、入射角０°で入射する光に対する上記マイクロレンズの焦点よりも上記光電変換部側に、上記カラーフィルタの上記マイクロレンズ側の面が配置されるものである。
【０１２８】
開示された撮像素子は、上記カラーフィルタが配置される層内に、上記マイクロレンズの焦点があるものを含む。
【０１２９】
開示された撮像素子は、裏面照射型であるものを含む。
【０１３０】
開示された撮像装置は、上記撮像素子を備えるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の撮像素子によれば、２つの光電変換部に対して１つのマイクロレンズを設ける構成の撮像素子において解像度を向上させることができるため、デジタルカメラ等の撮像装置に適用して有用である。【０１３２】
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、２０１２年６月７日出願の日本特許出願（特願２０１２−１２９８１６）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
【符号の説明】
【０１３３】
５  撮像素子
５０  画素セル
５１  マイクロレンズ
【図１】
2013183382.tif 000005
【図２】
2013183382.tif 000006
【図３】
2013183382.tif 000007
【図４】
2013183382.tif 000008
【図５】
2013183382.tif 000009
【図６】
2013183382.tif 000010
【図７】
2013183382.tif 000011
【図８】
2013183382.tif 000012
【図９】
2013183382.tif 000013
【図１０】
2013183382.tif 000014
【図１１】
2013183382.tif 000015
【図１２】
2013183382.tif 000016
【図１３】
2013183382.tif 000017
【図１４】
2013183382.tif 000018
【図１５】
2013183382.tif 000019
【図１６】
2013183382.tif 000020
【図１７】
2013183382.tif 000021
【図１８】
2013183382.tif 000022
【図１９】
2013183382.tif 000023
【図２０】
2013183382.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月25日(2014.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向とこれに直交する列方向に格子状に配置された多数の画素セルを有する撮像素子であって、
前記多数の画素セルは、赤色光を検出する光電変換部を含む第一の画素セル、緑色光を検出する光電変換部を含む第二の画素セル、及び青色光を検出する光電変換部を含む第三の画素セルを含み、
前記行方向に並ぶ画素セルからなる各画素セル行には、同色光を検出する光電変換部を含む隣接する２つの画素セルをペアとして当該ペアが周期的に配置されており、
前記行方向に隣接する２つの画素セル毎に、当該２つの画素セルの各々に含まれる２つの前記光電変換部に跨る１つのマイクロレンズが設けられており、
前記マイクロレンズの配列は、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズが、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズに対し、各画素セル行における前記マイクロレンズの配列ピッチの１／２、前記行方向にずれたものとなっており、
奇数行と偶数行の少なくとも一方にある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されており、
奇数行にある前記ペアは、偶数行にある前記ペアに対し、各画素セル行における前記ペアの配列ピッチの１／２、前記行方向にずれて配置されており、
奇数行と偶数行のそれぞれにある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されている撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、赤色光を検出するペアであるＲペアと緑色光を検出するペアであるＧペアと青色光を検出するペアであるＢペアとがベイヤ状に配列され、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、前記Ｒペアと前記Ｇペアと前記Ｂペアとがベイヤ状に配列されている撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、市松位置に赤色光を検出するペアであるＲペアが配置され、残りの市松位置に緑色光を検出するペアであるＧペアが配置されており、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、市松位置に青色光を検出するペアであるＢペアが配置され、残りの市松位置に前記Ｇペアが配置されている撮像素子。
【請求項４】
請求項１記載の撮像素子であって、
偶数行と奇数行の一方だけをみたときに、赤色光を検出するペアであるＲペア、緑色光を検出するペアであるＧペア、青色光を検出するペアであるＢペア、及び前記Ｇペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行と、前記Ｇペア、前記Ｒペア、前記Ｇペア、及び前記Ｂペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行とが前記列方向に交互に並べられており、
偶数行と奇数行の他方だけをみたときに、前記Ｂペア、前記Ｇペア、前記Ｒペア、及び前記Ｇペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行と、前記Ｇペア、前記Ｂペア、前記Ｇペア、及び前記Ｒペアをこの順に並べた単位を行方向にくり返し配置した行とが前記列方向に交互に並べられている撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の撮像素子を備える撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に格子状に配置された多数の画素セルを有する撮像素子であって、前記多数の画素セルは、赤色光を検出する光電変換部を含む第一の画素セル、緑色光を検出する光電変換部を含む第二の画素セル、及び青色光を検出する光電変換部を含む第三の画素セルを含み、前記行方向に並ぶ画素セルからなる各画素セル行には、同色光を検出する光電変換部を含む隣接する２つの画素セルをペアとして当該ペアが周期的に配置されており、前記行方向に隣接する２つの画素セル毎に、当該２つの画素セルの各々に含まれる２つの前記光電変換部に跨る１つのマイクロレンズが設けられており、前記マイクロレンズの配列は、奇数行の画素セル行にあるマイクロレンズが、偶数行の画素セル行にあるマイクロレンズに対し、各画素セル行における前記マイクロレンズの配列ピッチの１／２、前記行方向にずれたものとなっており、奇数行と偶数行の少なくとも一方にある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されており、奇数行にある前記ペアは、偶数行にある前記ペアに対し、各画素セル行における前記ペアの配列ピッチの１／２、前記行方向にずれて配置されており、
奇数行と偶数行のそれぞれにある各マイクロレンズは、異なる色の光を検出する２つの光電変換部に跨って配置されているものである。
【国際調査報告】
2013183382.tif 000025
2013183382.tif 000026