(57)【要約】【課題】高い測距性能と深い被写界深度とを両立しうる撮像装置及び撮像システムを提供する。【解決手段】複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素を有する撮像装置であって、複数の画素のそれぞれは、第１の光電変換部と、第２の光電変換部と、第３の光電変換部と、第１の光電変換部、第２の光電変換部及び第３の光電変換部に集光するマイクロレンズと、第１の光電変換部に入射する光が透過する第１のカラーフィルタと、第２の光電変換部に入射する光が透過する第２のカラーフィルタと、第３の光電変換部に入射する光が透過する第３のカラーフィルタと、を有し、第１の方向において、第１の光電変換部と、第２の光電変換部と、第３の光電変換部とは、この順で配されており、第１のカラーフィルタの透過率及び第３のカラーフィルタの透過率と、第２のカラーフィルタ透過率とが異なっている。【選択図】図３
2019041352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素を有する撮像装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、
第１の光電変換部と、
第２の光電変換部と、
第３の光電変換部と、
前記第１の光電変換部、前記第２の光電変換部及び前記第３の光電変換部に集光するマイクロレンズと、
前記第１の光電変換部に入射する光が透過する第１のカラーフィルタと、
前記第２の光電変換部に入射する光が透過する第２のカラーフィルタと、
前記第３の光電変換部に入射する光が透過する第３のカラーフィルタと、を有し、
第１の方向において、前記第１の光電変換部と、前記第２の光電変換部と、前記第３の光電変換部とは、この順で配されており、
前記第１のカラーフィルタの透過率及び前記第３のカラーフィルタの透過率と、前記第２のカラーフィルタの透過率とが異なっている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の光電変換部と前記第３の光電変換部とは、前記第１の方向に離間して配されており、
前記第２の光電変換部は、前記第１の方向と交差する第２の方向の長さが、前記第１の光電変換部及び前記第３の光電変換部よりも短い
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素のそれぞれは、前記第２の光電変換部を挟むように前記第２の方向に離間して配された第４の光電変換部及び第５の光電変換部と、前記第４の光電変換部に入射する光が透過する第４のカラーフィルタと、前記第５の光電変換部に入射する光が透過する第５のカラーフィルタと、を更に有する
ことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１のカラーフィルタの透過率及び前記第３のカラーフィルタの透過率は、前記第２のカラーフィルタの透過率よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１のカラーフィルタの透過率及び前記第３のカラーフィルタの透過率は、前記第２のカラーフィルタの透過率よりも小さい
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１のカラーフィルタ及び前記第３のカラーフィルタの色と、前記第２のカラーフィルタの色とが異なっている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１のカラーフィルタ及び前記第３のカラーフィルタは、白色である
ことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１のカラーフィルタ及び前記第３のカラーフィルタの色と、前記第２のカラーフィルタの色とが同じである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１のカラーフィルタの透過率と前記第３のカラーフィルタの透過率とが同じである
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１のカラーフィルタの透過率と前記第３のカラーフィルタの透過率とが異なっている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記マイクロレンズは、撮像レンズの射出瞳のうち、第１の瞳領域を通過した光を前記第１の光電変換部に集光し、前記第１の瞳領域とは異なる第３の瞳領域を通過した光を前記第３の光電変換部に集光し、前記第１の瞳領域と前記第３の瞳領域との間の第２の瞳領域を通過した光を前記第２の光電変換部に集光する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の光電変換部、前記第２の光電変換部及び前記第３の光電変換部のそれぞれは、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配された光電変換層とを含み、
前記第１の光電変換部、前記第２の光電変換部及び前記第３の光電変換部の前記第１の電極は共通電極であり、前記第１の光電変換部、前記第２の光電変換部及び前記第３の光電変換部の前記第２の電極は個別電極である
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の光電変換部、前記第２の光電変換部及び前記第３の光電変換部は、半導体領域に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
移動体であって、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の前記画素から出力される信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影時のフォーカス調整を自動的に行うオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えた撮像システムが広く普及している。このような撮像システムに搭載される撮像装置として、特許文献１には、一部の単位画素に設けられた焦点検出用の光電変換部からの信号を用いて位相差方式より焦点検出を行う撮像装置が記載されている。また、特許文献２には、光電変換部を基板の上に配したいわゆる積層型の撮像装置において、位相差方式より焦点検出を行う撮像装置が記載されている。特許文献１及び特許文献２に記載されているような、いわゆる撮像面位相差方式の焦点検出は、撮像レンズの瞳上の異なる領域（瞳領域）を通過した光束による視差画像の位相差から、三角測距の原理でデフォーカス量や被写体までの距離を求めるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５８６９２号公報
【特許文献２】特開２０１６−０３３９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車載用カメラに用いられる撮像装置においては、自立移動用の情報取得を目的として、感度や精度の高い測距性能を確保するとともに、撮像画像の全体に渡ってピンボケしないように被写界深度を深くすることが望まれている。しかしながら、一般的に測距性能の向上と被写界深度を深くすることとは相反する要求であり、特許文献１及び特許文献２に記載された撮像装置では、高い測距性能と深い被写界深度とを両立することが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、高い測距性能と深い被写界深度とを両立しうる撮像装置及び撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素を有する撮像装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、第１の光電変換部と、第２の光電変換部と、第３の光電変換部と、前記第１の光電変換部、前記第２の光電変換部及び前記第３の光電変換部に集光するマイクロレンズと、前記第１の光電変換部に入射する光が透過する第１のカラーフィルタと、前記第２の光電変換部に入射する光が透過する第２のカラーフィルタと、前記第３の光電変換部に入射する光が透過する第３のカラーフィルタと、を有し、第１の方向において、前記第１の光電変換部と、前記第２の光電変換部と、前記第３の光電変換部とは、この順で配されており、前記第１のカラーフィルタの透過率及び前記第３のカラーフィルタの透過率と、前記第２のカラーフィルタの透過率とが異なっている撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い測距性能と深い被写界深度とを両立した高性能の撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図（その１）である。
【図５】本発明の第１実施形態による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図（その２）である。
【図６】参考例による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。
【図７】参考例による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施形態による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の変形例による撮像装置の画素の構造を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面に特段の記載がされていない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用しうる。また、以下に説明する各実施形態は、本発明の一つの実施形態であって、これに限定されるものではない。
【００１０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による撮像装置について、図１乃至図７を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。図３は、本実施形態による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。図４及び図５は、本実施形態による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図である。図６は、参考例による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。図７は、参考例による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図である。
【００１１】
本実施形態による撮像装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、読み出し回路３０Ａ，３０Ｂと、水平走査回路５０Ａ，５０Ｂと、制御回路６０と、出力回路７０Ａ，７０Ｂとを有している。
【００１２】
画素領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。画素領域１０の画素アレイの各行には、第１の方向（図１において横方向）に延在して、制御線１４が配されている。制御線１４は、第１の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。本明細書では、制御線１４の延在する第１の方向を、行方向と表記することがある。
【００１３】
また、画素領域１０の画素アレイの各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１において縦方向）に延在して、出力線１６Ａ，１６Ｂが交互に配されている。出力線１６Ａ，１６Ｂは、第２の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。本明細書では、出力線１６Ａ，１６Ｂの延在する第２の方向を、列方向と表記することがある。画素領域１０内の複数の画素１２は、列毎に、出力線１６Ａに接続された画素１２と、出力線１６Ｂに接続された画素１２とに分けられている。
【００１４】
垂直走査回路２０は、画素領域１０の各行に配された制御線１４に接続されている。垂直走査回路２０は、画素１２から画素信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御線１４を介して画素１２に供給する回路部である。
【００１５】
読み出し回路３０Ａは、出力線１６Ａに接続されている。画素１２から出力線１６Ａを介して読み出された画素信号は、読み出し回路３０Ａに入力される。同様に、読み出し回路３０Ｂは、出力線１６Ｂに接続されている。画素１２から出力線１６Ｂを介して読み出された画素信号は、読み出し回路３０Ｂに入力される。読み出し回路３０Ａ，３０Ｂは、画素１２から読み出された画素信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処理、ＡＤ変換処理、加算処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路３０Ａ，３０Ｂは、差動増幅回路、サンプル・ホールド回路、ＡＤ変換回路、加算回路、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路等を含み得る。
【００１６】
水平走査回路５０Ａは、読み出し回路３０Ａにおいて処理された信号を列毎に順次、出力回路７０Ａに転送するための制御信号を、読み出し回路３０Ａに供給する回路部である。同様に、水平走査回路５０Ｂは、読み出し回路３０Ｂにおいて処理された信号を列毎に順次、出力回路７０Ｂに転送するための制御信号を、読み出し回路３０Ｂに供給する回路部である。
【００１７】
出力回路７０Ａは、読み出し回路３０Ａから読み出された画素信号を撮像装置１００の外部の信号処理部に出力するための回路部である。同様に、出力回路７０Ｂは、読み出し回路３０Ｂから読み出された画素信号を撮像装置１００の外部の信号処理部に出力するための回路部である。出力回路７０Ａ，７０Ｂは、バッファアンプ、差動増幅器などにより構成される。
【００１８】
制御回路６０は、垂直走査回路２０、読み出し回路３０Ａ，３０Ｂ及び水平走査回路５０Ａ，５０Ｂの動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。垂直走査回路２０、読み出し回路３０Ａ，３０Ｂ及び水平走査回路５０Ａ，５０Ｂに供給する制御信号の一部又は総ては、撮像装置１００の外部から供給してもよい。
【００１９】
なお、図１の例では、２つの読み出し回路３０Ａ，３０Ｂと２つの水平走査回路５０Ａ，５０Ｂとを設け、画素領域１０を挟んで対向する位置にそれぞれ配置しているが、必ずしもこれらを２つずつ設ける必要はない。１つの読み出し回路と１つの水平走査回路とを、画素領域１０の一辺側のみに配置するようにしてもよい。
【００２０】
ぞれぞれの画素１２は、例えば図２に示すように、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３、転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４、容量Ｃを有する。転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４、容量Ｃは、画素１２内の読み出し回路を構成する。
【００２１】
光電変換部ＰＣ１は、第１の電極１１１と、ブロッキング層１２１と、光電変換層１３１と、絶縁層１４１と、第２の電極１５１とを含む。第１の電極１１１は例えば上部電極であり、第２の電極１５１は例えば下部電極である。光電変換層１３１は、第１の電極１１１と第２の電極１５１との間に配されている。ブロッキング層１２１は、第１の電極１１１と光電変換層１３１との間に配されている。絶縁層１４１は、光電変換層１３１と第２の電極１５１との間に配されている。第１の電極１１１は、電圧Ｖｓが供給されるノードＡ（図２中、「ｎｏｄｅ Ａ」と表す）に含まれる。第２の電極１５１は、転送トランジスタＭ１１を介してノードＢ（図２中、「ｎｏｄｅ Ｂ」と表す）に接続されている。
【００２２】
同様に、光電変換部ＰＣ２は、第１の電極１１２と、ブロッキング層１２２と、光電変換層１３２と、絶縁層１４２と、第２の電極１５２とを含む。光電変換層１３２は、第１の電極１１２と第２の電極１５２との間に配されている。ブロッキング層１２２は、第１の電極１１２と光電変換層１３２との間に配されている。絶縁層１４２は、光電変換層１３２と第２の電極１５２との間に配されている。第１の電極１１２は、ノードＡに含まれる。第２の電極１５２は、転送トランジスタＭ１２を介してノードＢに接続されている。
【００２３】
また、光電変換部ＰＣ３は、第１の電極１１３と、ブロッキング層１２３と、光電変換層１３３と、絶縁層１４３と、第２の電極１５３とを含む。光電変換層１３３は、第１の電極１１３と第２の電極１５３との間に配されている。ブロッキング層１２３は、第１の電極１１３と光電変換層１３３との間に配されている。絶縁層１４３は、光電変換層１３３と第２の電極１５３との間に配されている。第１の電極１１３は、ノードＡに含まれる。第２の電極１５３は、転送トランジスタＭ１３を介してノードＢに接続されている。
【００２４】
ノードＢには、増幅トランジスタＭ３のゲートが含まれる。増幅トランジスタＭ３は増幅部であり、増幅トランジスタＭ３のゲートは増幅部の入力ノードである。つまり、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３の第２の電極１５１，１５２，１５３は、転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３を介して増幅部に電気的に接続されている。ノードＢには、また、容量Ｃの第１の端子が含まれる。容量Ｃの第２の端子は、ノードＣ（図２中、「ｎｏｄｅ Ｃ」と表す）に含まれる。第２の端子は、第１の端子と容量結合している。別の観点で言えば、ノードＣは容量Ｃを介してノードＢと容量結合している。容量Ｃの第２の端子（ノードＣ）には、所定の電圧（例えば、基準電圧）が供給される。
【００２５】
リセットトランジスタＭ２のドレインには、リセット電圧Ｖｒｅｓが供給される。リセットトランジスタＭ２のソースは、ノードＢに接続されている。増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧Ｖｄｄが供給されたノードに接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４を介して、出力線１６（出力線１６Ａ又は出力線１６Ｂ）に接続されている。出力線１６には、電流源１８が接続されている。これにより、増幅トランジスタＭ３及び電流源１８はソースフォロア回路を構成している。
【００２６】
図２に示す構成の画素１２の場合、各行の制御線１４は、制御信号ＰＴＸ１を供給する信号線と、制御信号ＰＴＸ２を供給する信号線と、制御信号ＰＴＸ３を供給する信号線と、制御信号ＰＲＥＳを供給する信号線と、制御信号ＰＳＥＬを供給する信号線とを含む。制御信号ＰＴＸ１，ＰＴＸ２，ＰＴＸ３，ＰＲＥＳ，ＰＳＥＬは、制御線１４を介して、垂直走査回路２０から画素１２へと供給される。
【００２７】
光電変換部ＰＣ１は、第１の電極１１１に供給される電圧Ｖｓと、転送トランジスタＭ１１を介してノードＢから第２の電極１５１に供給されるリセット電圧Ｖｒｅｓとの大小関係によって、信号電荷の蓄積と信号電荷の排出とが制御される。光電変換部ＰＣ２，ＰＣ３についても同様である。転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３を適宜制御することにより、信号電荷の蓄積や信号電荷の排出を行う光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３を選択することができる。なお、信号電荷の排出は、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３で生成された信号電荷を読み出すために行われる。
【００２８】
また、リセットトランジスタＭ２をオンにすることにより、ノードＢの電圧をリセット電圧Ｖｒｅｓにリセットすることができる。この状態で転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３をオンにすれば、第２の電極１５１，１５２，１５３にリセット電圧Ｖｒｅｓを供給することができる。リセットトランジスタＭ２をオフにすることで、ノードＢは電気的にフローティングになる。
【００２９】
このような構成により、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３で生成された信号電荷に基づく信号を増幅部で増幅し、出力線１６に出力することができる。
【００３０】
なお、画素１２は、１つのマイクロレンズを共有する光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３で生成された信号電荷に基づく信号をそれぞれ読み出すことができるように構成されていればよく、図２に例示した回路に限定されるものではない。例えば、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３のそれぞれに読み出し回路を接続するように構成してもよいし、１つの読み出し回路を複数の画素１２の光電変換部で共用するように構成してもよい。また、光電変換部ＰＣ１及び光電変換部ＰＣ３のうちの一方の信号は、光電変換部ＰＣ１及び光電変換部ＰＣ３のうちの他方の信号を加算した信号として読み出すように構成されていてもよい。また、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３で生成される信号電荷は、電子であってもよいし、正孔であってもよい。
【００３１】
図３（ａ）は、１つの画素１２の概略断面図である。１つの画素１２は、半導体基板２１０、配線部２２０、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３、マイクロレンズ２４０を含む。
【００３２】
半導体基板２１０には、転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４（いずれも図示せず）を含む半導体素子が設けられる。半導体基板２１０の上には、配線部２２０が設けられている。配線部２２０は、素子間を電気的に接続するための配線や信号線が設けられた配線層、配線層間を絶縁するための絶縁層（いずれも図示せず）などを含む。容量Ｃは、例えば配線間容量によって構成できる。
【００３３】
配線部２２０の上には、第２の電極１５１，１５２，１５３が設けられている。第２の電極１５１，１５２，１５３の上には、光電変換層１３０が設けられている。光電変換層１３０の上には、第１の電極１１０が設けられている。これにより、第１の電極１１０と、光電変換層１３０と、第２の電極１５１とを含む第１の光電変換部ＰＣ１が構成されている。また、第１の電極１１０と、光電変換層１３０と、第２の電極１５２とを含む第２の光電変換部ＰＣ２が構成されている。また、第１の電極１１０と、光電変換層１３０と、第２の電極１５３とを含む第３の光電変換部ＰＣ３が構成されている。
【００３４】
光電変換層１３０のうち、第１の電極１１０と第２の電極１５１との間の部分が、光電変換部ＰＣ１の光電変換層１３１に対応する。同様に、光電変換層１３０のうち、第１の電極１１０と第２の電極１５２との間の部分が、光電変換部ＰＣ２の光電変換層１３２に対応する。また、光電変換層１３０のうち、第１の電極１１０と第２の電極１５３との間の部分が、光電変換部ＰＣ３の光電変換層１３３に対応する。第１の電極１１０は、光電変換部ＰＣ１の第１の電極１１１、光電変換部ＰＣ２の第１の電極１１２及び光電変換部ＰＣ３の第１の電極１１３を兼ねる共通電極である。第２の電極１５１，１５２，１５３は、互いに電気的に分離された光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３の個別電極である。
【００３５】
第１の電極１１０は、第２の電極１５１，１５２，１５３との間に電圧を印加し、光電変換層１３０内に電界を生成するためのものである。第１の電極１１０は、光電変換層１３０よりも光の入射面側に設けられているため、入射光に対して透明な導電性材料、例えばＩＴＯなどにより構成される。光電変換層１３０は、入射光の光量に応じた電荷を生成する無機化合物材料や有機化合物材料により構成される。第２の電極１５１，１５２，１５３は、光電変換層１３０の各領域で発生した電荷を分離して捕集するためのものである。第２の電極１５１，１５２，１５３は、薄膜電極であり、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの導電性材料により構成される。
【００３６】
光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３の上には、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３が配されている。カラーフィルタ２３１，２３２，２３３は、カラーフィルタ２３１を透過した光が光電変換部ＰＣ１に、カラーフィルタ２３２を透過した光が光電変換部ＰＣ２に、カラーフィルタ２３３を透過した光が光電変換部ＰＣ３に、それぞれ入射するように配されている。
【００３７】
カラーフィルタ２３１及びカラーフィルタ２３３の透過率は、カラーフィルタ２３２の透過率とは異なっている。一例では、カラーフィルタ２３１及びカラーフィルタ２３３の透過率は、カラーフィルタ２３２の透過率よりも大きい。例えば、カラーフィルタ２３２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）若しくは青（Ｂ）又はシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）若しくは黄（Ｙ）の光を透過するフィルタである。一方、カラーフィルタ２３１，２３３は白色（Ｗ）のカラーフィルタであり、カラーフィルタ２３２よりも透過率が大きい。なお、ここでいう透過率とは、画素１２に入射する光の波長領域で積分される透過率である。カラーフィルタの透過率を大きくする方法としては、カラーフィルタの分光透過率のピーク値を大きくする方法が挙げられる。また、横軸が波長であり縦軸が透過率である分光透過率特性のグラフを考えたとき、透過波長帯域幅がより広い分光透過率特性を有する材料を用いることで、波長領域で積分される透過率を大きくすることができる。
【００３８】
カラーフィルタ２３１，２３２，２３３の上には、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３に集光するマイクロレンズ２４０が配されている。マイクロレンズ２４０は、１つの画素１２に１つずつ配されている。換言すると、１つの画素１２の３つの光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３が、１つのマイクロレンズ２４０を共有している。或いは、１つのマイクロレンズ２４０を共有する３つの光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３により、１つの画素１２が構成される。マイクロレンズ２４０は、例えば樹脂材料により構成される。
【００３９】
なお、図３（ａ）では、簡略化のため、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３のブロッキング層１２１，１２２，１２３、絶縁層１４１，１４２，１４３等を含む一部の構成要素の図示は省略している。カラーフィルタ２３１，２３２，２３３とマイクロレンズ２４０の間には、平坦化層を設けてもよい。
【００４０】
図３（ｂ）は、半導体基板２１０の表面に平行な面に投影した第２の電極１５１，１５２，１５３の平面図である。図３（ｃ）は、半導体基板２１０の表面に平行な面に投影したカラーフィルタ２３１，２３２，２３３の平面図である。図３の各図に示す座標系を想定した場合、半導体基板２１０の表面はｘｙ面に平行であり、半導体基板２１０の法線方向はｚ軸に平行である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）のＡ−Ａ′線を含むｘｚ面に平行な面における断面図が、図３（ａ）に相当する。なお、ｘ方向は例えば行方向に対応し、ｙ方向は例えば列方向に対応する。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、第２の電極１５１，１５２，１５３、すなわち光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３は、ｘ方向においてこの順で配されている。また、第２の電極１５１と第２の電極１５３、すなわち光電変換部ＰＣ１と光電変換部ＰＣ３とは、ｘ方向に離間して配されている。第２の電極１５２、すなわち光電変換部ＰＣ２は、第２の電極１５１と第２の電極１５３との間、すなわち光電変換部ＰＣ１と光電変換部ＰＣ３との間に配されている。また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、第２の電極１５１の上方にはカラーフィルタ２３１が位置し、第２の電極１５２の上方にはカラーフィルタ２３２が位置し、第２の電極１５３の上方にはカラーフィルタ２３３が位置している。これにより、カラーフィルタ２３１を通過した光が光電変換部ＰＣ１に入射し、カラーフィルタ２３２を通過した光が光電変換部ＰＣ２に入射し、カラーフィルタ２３３を通過した光が光電変換部ＰＣ３に入射するように構成されている。
【００４２】
ここで、図４（ａ）に示すように、被写体２６０からの光が撮像レンズの射出瞳２５０を通過して画素１２に入射する状態を想定する。画素１２に入射する光の光軸は、概ね図３及び図４の各図に示す座標系におけるｚ軸に平行である。
【００４３】
撮像レンズの射出瞳２５０と光電変換層１３０とは、マイクロレンズ２４０を介して共役関係にある。ここで、図４（ｂ）に示すように、射出瞳２５０に、ｘ方向に瞳分割した瞳領域２５１，２５２，２５３を想定すると、図４（ａ）に示すように、瞳領域２５１を通過した光は光電変換部ＰＣ１に入射し、瞳領域２５３を通過した光は光電変換部ＰＣ３に入射する。また、図５に示すように、瞳領域２５２を通過した光は光電変換部ＰＣ２に入射する。
【００４４】
光電変換部ＰＣ１は、瞳領域２５１を通過した光によって第２の電極１５１の上に位置する部分の光電変換層１３０（光電変換層１３１）にて生成され、第２の電極１５１を介して捕集された電荷に基づく信号を出力する。同様に、光電変換部ＰＣ２は、瞳領域２５２を通過した光によって第２の電極１５２の上に位置する部分の光電変換層１３０（光電変換層１３２）にて生成され、第２の電極１５２を介して捕集された電荷に基づく信号を出力する。また、光電変換部ＰＣ３は、瞳領域２５３を通過した光によって第２の電極１５３の上に位置する部分の光電変換層１３０（光電変換層１３３）にて生成され、第２の電極１５３を介して捕集された電荷に基づく信号を出力する。
【００４５】
光電変換部ＰＣ１の出力信号と光電変換部ＰＣ３の出力信号とは、ｘ方向に瞳分割した瞳領域２５１，２５３を通過した光に基づく信号であり、ｘ方向の位相差情報を含む。したがって、これら２つの信号に基づく視差画像から、三角測距の原理を用いて被写体２６０までの距離やデフォーカス量を計測することができる。また、光電変換部ＰＣ２の出力信号からは、被写体２６０の撮像画像を取得することができる。
【００４６】
次に、本実施形態による撮像装置の効果について、参考例による撮像装置と対比しながら説明する。図６は、参考例による撮像装置の構造を示す概略断面図である。図７は、参考例による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図である。
【００４７】
参考例による撮像装置は、図６に示すように、１つの画素１２が、半導体基板２１０、配線部２２０、２つの光電変換部ＰＣ１，ＰＣ３、１種類のカラーフィルタ２３０及びマイクロレンズ２４０を有している。光電変換部及びカラーフィルタの数が異なるほかは、基本的には本実施形態による撮像装置と同様である。
【００４８】
図７（ａ）に示すように、撮像レンズの射出瞳２５０と光電変換層１３０とは、マイクロレンズ２４０を介して共役関係にある。ここで、図７（ｂ）に示すように、射出瞳２５０に、ｘ方向に瞳分割した瞳領域２７１，２７３を想定すると、図７（ａ）に示すように、瞳領域２７１を通過した光は光電変換部ＰＣ１に入射し、瞳領域２７３を通過した光は光電変換部ＰＣ３に入射する。
【００４９】
光電変換部ＰＣ１は、瞳領域２７１を通過した光によって第２の電極１５１の上に位置する部分の光電変換層１３０にて生成され、第２の電極１５１を介して捕集された電荷に基づく信号を出力する。同様に、光電変換部ＰＣ３は、瞳領域２７３を通過した光によって第２の電極１５３の上に位置する部分の光電変換層１３０にて生成され、第２の電極１５３を介して捕集された電荷に基づく信号を出力する。
【００５０】
光電変換部ＰＣ１の出力信号と光電変換部ＰＣ３の出力信号とは、ｘ方向に瞳分割した瞳領域２７１，２７３を通過した光に基づく信号であり、ｘ方向の位相差情報を含む。したがって、これら２つの信号に基づく視差画像から、三角測距の原理を用いて被写体２６０までの距離やデフォーカス量を計測することができる。
【００５１】
ところで、測距精度を向上する観点からは、視差を大きくするために、分割した２つの瞳領域の重心の間の距離を大きくすることが望ましい。このような観点から、本実施形態による撮像装置では、ｘ方向に沿った画素１２の両端部に、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ３を配置している。そして、レンズの絞りを開いた状態、例えば開放Ｆ値に設定することで、瞳領域２５１の重心と瞳領域２５３の重心（図４（ｂ）中、いずれも×印で表す）との距離Ｌ１が大きくなるようにしている。このように構成することで、瞳領域２５１の重心と瞳領域２５３の重心との間の距離Ｌ１を、参考例による撮像装置における瞳領域２７１の重心と瞳領域２７３の重心（図７（ｂ）中、いずれも×印で表す）との間の距離Ｌ２よりも大きくすることができる。
【００５２】
また、車載用の測距カメラなどへの適用を考慮した場合、夜間においても精度良く測距を行うために、測距用信号の検出感度を向上することが重要である。そこで、本実施形態による撮像装置においては、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ３の上方には白色などの透過率の高いカラーフィルタ２３１，２３３を配置し、測距用信号の検出感度を向上している。
【００５３】
その一方で、レンズの絞りを開いた状態、例えば開放Ｆ値に設定すると、被写界深度が浅くなり、撮像領域の全体にピントを合わせることが困難となる。このため、近いところから遠いところまでピンボケせずに撮影することが求められる車載用の撮像装置としては望ましくない。そこで、本実施形態による撮像装置では、画素１２の中心付近に配された光電変換部ＰＣ２からの信号を撮像用信号として別途読み出すことができるように構成し、撮像用信号の取得に用いる光束が通過する瞳領域２５２を光軸近傍に限定している。このように構成することによって、レンズの絞りを例えば開放Ｆ値に設定した場合であっても、ｘ方向における実質的な絞り値を小さくし、ｘ方向において被写界深度が浅くなるのを防止することができる。また、光電変換部ＰＣ２で受光する光はカラーフィルタ２３２を透過した光であり、撮像に必要な色情報を取得することができる。
【００５４】
以上の説明では、カラーフィルタ２３１及びカラーフィルタ２３３が白色であり、カラーフィルタ２３２がＲＧＢ又はＣＭＹのうちのいずれか一色である場合を例示した。しかしながら、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３は、この組み合わせに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３を同じ色のカラーフィルタで構成し、カラーフィルタ２３１，２３３の透過率をカラーフィルタ２３２の透過率よりも大きくするようにしてもよい。この場合、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ３から出力される測距用信号からも色情報を取得することができる。また、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３からの出力信号を合成することで、開放Ｆ値の撮像画像を取得することも可能である。
【００５６】
また、以上の説明では、測距の感度を優先する観点から、カラーフィルタ２３１，２３３の透過率をカラーフィルタ２３２の透過率より大きくする場合を例示した。しかしながら、例えば撮像の感度を優先する場合などには、カラーフィルタ２３２の透過率をカラーフィルタ２３１，２３３の透過率より大きくしてもよい。
【００５７】
例えば、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３を同じ色のカラーフィルタで構成し、カラーフィルタ２３２の透過率をカラーフィルタ２３１，２３３の透過率よりも大きくするようにしてもよい。このように構成することで、測距精度の高い測距用信号を取得するとともに、深い被写界深度の撮像用信号を高感度で取得することができる。
【００５８】
また、以上の説明では、カラーフィルタ２３１の透過率とカラーフィルタ２３３の透過率とが同じ場合を例示したが、これらの透過率は異なっていてもよい。このように構成した場合、光電変換部ＰＣ１で取得できる画像と光電変換部ＰＣ３で取得できる画像とが重なる部分に対しては、感度の異なる２種類の画像を取得することができる。したがって、この２種類の画像を合成処理することで、ＨＤＲ画像を生成することも可能である。
【００５９】
また、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３には、白色、ＲＧＢ、ＣＭＹだけでなく、ＩＲ（赤外）のカラーフィルタを用いてもよい。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、測距精度の高い測距用信号と被写界深度の深い撮像用信号とを取得することができる。
【００６１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による撮像装置について、図８乃至図１０を用いて説明する。第１実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図８は、本実施形態による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。図９は、本実施形態による撮像装置における各画素の光電変換部と撮像レンズの射出瞳との位置関係を説明する図である。図１０は、本実施形態の変形例による撮像装置の画素の構造を示す平面図である。
【００６２】
本実施形態による撮像装置は、図８に示すように、光電変換部ＰＣ２の第２の電極１５３及び光電変換部ＰＣ２に対応するカラーフィルタ２３２の構成が異なるほかは、第１実施形態による撮像装置と同様である。
【００６３】
すなわち、本実施形態による撮像装置では、光電変換部ＰＣ２の第２の電極１５２のｙ方向の長さが、図８（ｂ）に示すように、第２の電極１５１，１５３のｙ方向の長さよりも短くなっている。第２の電極１５２は、平面視（ｘｙ面に平行な面）における画素１２の中心付近に配されている。第２の電極１５２のｙ方向の長さは、光電変換部ＰＣ２のｙ方向の長さに対応する。また、カラーフィルタ２３２のｙ方向の長さが、図８（ｃ）に示すように、カラーフィルタ２３１，２３３のｙ方向の長さよりも短くなっている。カラーフィルタ２３２は、平面視（ｘｙ面に平行な面）における画素１２の中心付近に配されている。図８（ｂ）及び図８（ｃ）のＡ−Ａ′線に沿った断面構造は、図８（ａ）に示すように、第１実施形態による撮像装置と同様である。
【００６４】
ここで、図９（ａ）に示すように、被写体２６０からの光が撮像レンズの射出瞳２５０を通過して画素１２に入射する状態を想定する。画素１２に入射する光の光軸は、概ね図８及び図９の各図に示す座標系におけるｚ軸に平行である。
【００６５】
撮像レンズの射出瞳２５０と光電変換層１３０とはマイクロレンズ２４０を介して共役関係にあるため、光電変換部ＰＣ２のｙ方向の長さが短い本実施形態の撮像装置においては、図９（ｂ）に示すように、瞳領域２５２のｙ方向の長さも短くなる。すなわち、本実施形態による撮像装置においては、ｘ方向に加え、ｙ方向においても光電変換部ＰＣ２に入射する光束が通過する瞳領域２５２を光軸近傍に限定することができる。したがって、レンズの絞り値を例えば開放Ｆ値に設定した場合であっても、ｘ方向及びｙ方向における実質的な絞り値を小さくし、ｘ方向及びｙ方向において被写界深度が浅くなるのを防止することができる。本実施形態の撮像装置によれば、ｘ方向のみならずｙ方向においても被写界深度の深い撮像用信号を取得することができる。
【００６６】
光電変換部ＰＣ２のｙ方向の長さを短くすることにより生じた空きスペースは、測距用信号を取得するための光電変換部の配置場所として利用することも可能である。
【００６７】
図１０は、１つの画素１２に、３行×３列の計９つの光電変換部ＰＣ１〜ＰＣ９を設けた場合の構成例である。図１０（ａ）が第２の電極１５１〜１５９の平面レイアウト図であり、図１０（ｂ）がカラーフィルタ２３１〜２３９の平面レイアウト図である。
【００６８】
図１０に示すレイアウトでは、例えば、光電変換部ＰＣ２から撮像用信号を取得するとともに、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ３〜ＰＣ９から測距用信号を取得することができる。この場合、カラーフィルタ２３２の透過率と、カラーフィルタ２３１，２３３〜２３９の透過率とが異なるように構成する。例えば、カラーフィルタ２３２をＲＧＢのカラーフィルタとし、カラーフィルタ２３１，２３３〜２３９を透過率の高い白色のカラーフィルタとする。
【００６９】
なお、図１０に示すレイアウトにおいて、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ４，ＰＣ７の信号を加算して読み出すことは、第１又は第２実施形態において光電変換部ＰＣ１から信号を読み出すことに対応している。また、光電変換部ＰＣ３，ＰＣ６，ＰＣ９の信号を加算して読み出すことは、第１又は第２実施形態において光電変換部ＰＣ３から信号を読み出すことに対応している。
【００７０】
また、図１０に示すレイアウトとすることで、１つの画素１２内に、ｘ方向のみならずｙ方向にも複数の光電変換部が配置されるため、ｘ方向の位相差情報を利用した測距のみならず、ｙ方向の位相差情報を利用した測距も可能となる。例えば、光電変換部ＰＣ５からの出力信号と光電変換部ＰＣ８からの出力信号に基づく視差画像から、被写体２６０までの距離やデフォーカス量を計測することができる。光電変換部ＰＣ１〜ＰＣ９から読み出す信号は自由に選択することができるため、ｘ方向及びｙ方向に対して斜めの方向の位相差情報を利用して測距することも可能である。
【００７１】
このように、本実施形態によれば、測距精度の高い測距用信号と被写界深度の深い撮像用信号とを取得することができる。
【００７２】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像装置について、図１１及び図１２を用いて説明する。第１及び第２実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１１は、本実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。図１２は、本実施形態による撮像装置の画素の構造を示す断面図及び平面図である。
【００７３】
第１及び第２実施形態では、半導体素子が設けられた半導体基板２１０の上方に光電変換部を配置した、いわゆる積層型の撮像装置への適用例を示したが、本発明は、光電変換部を半導体基板に設けた撮像装置にも適用可能である。本実施形態では、光電変換部を半導体基板に設けた撮像装置への適用例を説明する。
【００７４】
本実施形態による撮像装置の画素１２は、例えば図１１に示すように、光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３、転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を有する。転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４は、画素１２内の読み出し回路を構成する。
【００７５】
光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤ１のフォトダイオードは、アノードが接地電圧端子に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１１のソースに接続されている。光電変換部ＰＤ２のフォトダイオードは、アノードが接地電圧端子に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１２のソースに接続されている。光電変換部ＰＤ３のフォトダイオードは、アノードが接地電圧端子に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１３のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散領域（フローティングディフュージョンＦＤ）である。フローティングディフュージョンＦＤに寄生する容量（浮遊拡散容量）は、電荷の保持部としての機能を備える。リセットトランジスタＭ２のドレインは、電源電圧線（Ｖｒｅｓ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧端子（Ｖｄｄ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、出力線１６（出力線１６Ａ又は出力線１６Ｂ）に接続されている。
【００７６】
光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３は、オンすることにより光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョンＦＤは、その容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３から転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電源電圧Ｖｄｄが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線１６に出力する。リセットトランジスタＭ２は、オンすることによりフローティングディフュージョンＦＤをリセット電圧Ｖｒｅｓに応じた電圧にリセットする。
【００７７】
図１２（ａ）は、１つの画素１２の概略断面図である。１つの画素１２は、半導体基板２１０、配線部２２０、光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３、マイクロレンズ２４０を含む。
【００７８】
半導体基板２１０には、光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３、転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４等が設けられている。図１２（ａ）には、これらのうち光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のみを示している。半導体基板２１０の上には、配線部２２０が設けられている。配線部２２０の上には、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３が配されている。カラーフィルタ２３１，２３２，２３３の上には、マイクロレンズ２４０が配されている。
【００７９】
図１２（ｂ）は、半導体基板２１０の平面図である。図１２（ｂ）には、光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の電荷蓄積領域を構成する半導体領域を、対応する光電変換部の符号ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３で示している。また、転送トランジスタＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３のゲート電極を、対応する転送トランジスタの符号Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３で示している。図１２（ｃ）は、カラーフィルタ２３１，２３２，２３３の平面レイアウト図である。
【００８０】
図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、光電変換部ＰＤ１の上方にはカラーフィルタ２３１が位置し、光電変換部ＰＤ２の上方にはカラーフィルタ２３２が位置し、光電変換部ＰＤ３の上方にはカラーフィルタ２３３が位置している。これにより、カラーフィルタ２３１を通過した光が光電変換部ＰＤ１に入射し、カラーフィルタ２３２を通過した光が光電変換部ＰＤ２に入射し、カラーフィルタ２３３を通過した光が光電変換部ＰＤ３に入射するように構成されている。カラーフィルタ２３１及びカラーフィルタ２３３の透過率は、カラーフィルタ２３２の透過率とは異なっている。一例では、例えば第１実施形態と同様、カラーフィルタ２３１及びカラーフィルタ２３３の透過率は、カラーフィルタ２３２の透過率よりも大きい。このように構成することで、第１実施形態と同様、測距精度の高い測距用信号と被写界深度の深い撮像用信号とを取得することができる。
【００８１】
なお、図１２には、配線部２２０が配された半導体基板２１０の表面側にマイクロレンズ２４０及びカラーフィルタ２３１，２３２，２３３を配した表面照射型の画素１２を例示しているが、裏面照射型の画素１２としてもよい。裏面照射型の画素１２では、半導体基板２１０の裏面側に、絶縁膜を介してカラーフィルタ２３１，２３２，２３３及びマイクロレンズ２４０を配置し、半導体基板２１０の裏面側から入射した光を光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３により検出する。
【００８２】
このように、本実施形態によれば、測距精度の高い測距用信号と被写界深度の深い撮像用信号とを取得することができる。
【００８３】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像システムについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００８４】
上記第１乃至第３実施形態で述べた撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１３にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００８５】
撮像システム３００は、図１３に示すように、撮像光学系３０２、ＣＰＵ３１０、レンズ制御部３１２、撮像装置制御部３１４、画像処理部３１６、絞りシャッタ制御部３１８、表示部３２０、操作スイッチ３２２、記録媒体３２４を備える。
【００８６】
撮像光学系３０２は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り３０４等を含む。絞り３０４は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り３０４は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系３０２は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。
【００８７】
撮像光学系３０２の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１００が配置されている。撮像装置１００は、第１乃至第３実施形態で説明した撮像装置１００であり、ＣＭＯＳセンサ（画素領域１０）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１００は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１００は、撮像光学系３０２により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。
【００８８】
レンズ制御部３１２は、撮像光学系３０２のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッタ制御部３１８は、絞り３０４の開口径を変化して（絞り値を可変として）撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。
【００８９】
ＣＰＵ３１０は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ３１０は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系３０２の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ３１０は、信号処理部でもある。
【００９０】
撮像装置制御部３１４は、撮像装置１００の動作を制御するとともに、撮像装置１００から出力された信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３１０に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１００が備えていてもかまわない。画像処理部３１６は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部３２０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ３２２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体３２４は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。
【００９１】
このようにして、第１乃至第３実施形態による撮像装置１００を適用した撮像システム３００を構成することにより、高精度の焦点調節が可能であり且つ被写界深度の深い画像を取得しうる高性能の撮像システムを実現することができる。
【００９２】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【００９３】
図１４（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム４００の一例を示したものである。撮像システム４００は、撮像装置４１０を有する。撮像装置４１０は、上述の第１乃至第３実施形態に記載の撮像装置１００のいずれかである。撮像システム４００は、撮像装置４１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部４１２と、撮像装置４１０により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部４１４を有する。また、撮像システム４００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部４１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部４１８と、を有する。ここで、視差取得部４１４や距離取得部４１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部４１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００９４】
撮像システム４００は、車両情報取得装置４２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ４３０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ４３０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム４００は、衝突判定部４１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置４４０とも接続されている。例えば、衝突判定部４１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ４３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置４４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【００９５】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム４００で撮像する。図１４（ｂ）に、車両前方（撮像範囲４５０）を撮像する場合の撮像システム４００を示した。車両情報取得装置４２０は、撮像システム４００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の第１乃至第３実施形態の撮像装置１００を撮像装置４１０として用いることにより、本実施形態の撮像システム４００は、測距の精度をより向上させることができる。
【００９６】
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００９７】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００９８】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【００９９】
また、上記第１乃至第３実施形態では、光電変換部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３又は光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３をｘ方向に並べて配置したが、ｙ方向に並べて配置するようにしてもよい。
【０１００】
また、画素１２の回路構成は、図２や図１１に示すものに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
【０１０１】
また、第４及び第５実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システムを例示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図１３及び図１４に示した構成に限定されるものではない。
【０１０２】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３…光電変換部
１２…画素
１１０，１１１，１１２，１１３…第１の電極
１３０…光電変換層
１５１，１５２，１５３…第２の電極
２３１，２３２，２３３…カラーフィルタ
２４０…マイクロレンズ
【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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