(57)【要約】【課題】焦点検出を可能にし、画素欠陥を回避し、撮像用信号に対する入射光の利用効率を高める。【解決手段】青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２は、入射光の青色波長成分を主として光電変換して撮像用信号となるべき電荷を蓄積するＮ型の撮像用電荷蓄積層５２と、入射光の青色波長成分以外の波長成分を主として光電変換して焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積するＮ型の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４とを有する。入射光の入射方向から見たときに少なくとも焦点検出用電荷蓄積層５３，５４の一部は、撮像用電荷蓄積層５２と重なるように、Ｐ型のシリコン基板５１に配置される。【選択図】図１１
2008015215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、
２次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備え、
前記複数の画素の各１つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有し、
前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための複数の焦点検出用信号を互いに独立して出力し得るように構成され、
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときにそれぞれの少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された複数の焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分をそれぞれ主として光電変換してそれぞれ前記複数の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得る複数の焦点検出用光電変換部を有し、
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から互いに異なる方向へそれぞれ偏心した前記射出瞳の領域からの光束をそれぞれ選択的に受光して光電変換する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部の数は２つであり、
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの一方の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第１の領域からの光束を選択的に受光して光電変換し、
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの他方の撮像用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第２の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも１つの画素の前記撮像用光電変換部は、第１導電型の第１の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、
前記少なくとも１つの画素の前記各焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第１の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第１の半導体層に配置され当該画素の前記複数の焦点検出用信号のうちの１つの焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記少なくとも１つの画素において、前記第１の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第１導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記各焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第１の半導体層に配置されたことを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記入射光の実質的に同じ波長成分を光電変換することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記少なくとも一部の画素の少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも短い波長成分であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記少なくとも一部の画素の少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも長い波長成分であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素に対して１対１に設けられ当該画素の前記撮像用光電変換部及び前記複数の焦点検出用光電変換部に入射光を導くマイクロレンズを、有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、
２次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備え、
前記複数の画素の各１つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有し、
前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を独立して出力し得るように構成され、
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分を主として光電変換して前記焦点検出用信号となるべき電荷を得る焦点検出用光電変換部を有し、
前記少なくとも一部の画素のうちの一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第１の領域からの光束を選択的に受光して光電変換し、
前記少なくとも一部の画素のうちの他の一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第２の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１１】
前記少なくとも一部の画素の各１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも１つの画素の前記撮像用光電変換部は、第１導電型の第１の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、
前記少なくとも１つの画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第１の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第１の半導体層に配置され当該画素の前記焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有する、ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの画素において、前記第１の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第１導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第１の半導体層に配置されたことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記複数の画素は複数のグループに分けられ、
同じグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に同一であり、
異なるグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に異なる、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記少なくとも一部の画素は、カラーフィルタを有していないことを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記複数の画素は、前記少なくとも一部の画素以外の画素を含み、
前記少なくとも一部の画素以外の前記画素は、カラーフィルタを有する、
ことを特徴とする請求項１４又は１５記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の固体撮像素子と、前記少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部を、備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子カメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型の固体撮像素子（下記特許文献１）や増幅型の固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する画素が、マトリクス状に複数配置されている。各画素は、入射光を光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る光電変換部を有している。増幅型の固体撮像素子では、光電変換部で得られた信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置には、例えば、増幅部に接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を用いた固体撮像装置や、増幅部にＭＯＳトランジスタを用いた固体撮像装置（下記特許文献２，３）などがある。
【０００３】
光電変換部の光が入射する側には、マイクロレンズがオンチップに配置される。光電変換部以外の画素部に入射する光は、光信号に寄与せず無駄になる。マイクロレンズは、このように無駄となっていた光を光電変換部に集光させ、光量を増大させるために各画素に配置される。また、カラー映像を得るためには、カラーフィルタが光電変換部の上に配置される。カラーフィルタの組み合わせとしては、Ｒ、Ｇ、Ｂを用いる系や、補色系（例えば、マゼンタ、グリーン、シアン及びイエローを用いる系）が用いられる。また、カラーフィルタの配置としては、ベイヤー配列やストライプ配列などが周知である。
【０００４】
ところで、カメラなどの撮像装置では、自動焦点調節を実現するため、撮影レンズの焦点調節状態を検出する必要がある。従来は、固体撮像素子とは別個に焦点検出素子が設けられていた。しかし、その場合には、焦点検出素子やこれに光を導く焦点検出用光学系の分だけ、コストが増大したり装置が大型となったりする。
【０００５】
そこで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式（瞳分割方式又は位相差方式などと呼ばれる場合もある。）を採用しつつ、焦点検出素子としても用いることができるように構成した固体撮像素子が提案されている（例えば、下記特許文献１〜３）。瞳分割位相差方式は、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンズレ（位相シフト量）を検出することで、撮影レンズのデフォーカス量を検出するものである。
【０００６】
特許文献１に開示された固体撮像素子は、複数の撮像用画素の他に、複数の第１の焦点検出用画素（特許文献１において符号「Ｓ１」が付された画素）と、複数の第２の焦点検出用画素（特許文献１において符号「Ｓ２」が付された画素）とを備えている。これらのいずれの画素も、光電変換部を１つだけ有している。特許文献１の図３及び図４に示されているように、いずれの画素も、光電変換部上に画素に対して１対１に設けられたマイクロレンズを備えている。そして、マイクロレンズと光電変換部との間には、マイクロレンズの焦点面付近に遮光膜が設けられ、この遮光膜には、第１及び第２の焦点検出用画素ごとに開口が設けられている。第１の焦点検出用画素では、遮光膜の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りを持つように配置され、第２の焦点検出用画素では、遮光膜の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の焦点検出用画素とは逆方向に偏りを持つように配置されている。これによって、第１の焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、第２の焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。なお、特許文献１に開示された固体撮像素子では、撮像用画素にはカラーフィルタが設けられているが、特許文献１の図３及び図４に示されているように、第１及び第２の焦点検出用画素には、カラーフィルタが設けられていない。
【０００７】
なお、第１及び第２の焦点検出用画素は焦点検出のためにのみ用いられ、撮影レンズの合焦後等において画像を撮像する場合は、画像信号における第１及び第２の焦点検出用画素の位置の画素信号として、例えば、それらの周囲の撮像画素の信号から補間処理して得た信号が用いられる。
【０００８】
また、特許文献２の図１２に開示された固体撮像素子では、全ての画素の各１つの画素は、２分割された光電変換部と、この２分割された光電変換部上に画素に対して１対１に設けられたマイクロレンズを備えている。２分割された光電変換部は、マイクロレンズによって撮影レンズの射出瞳と略結像関係（すなわち、略共役）となる位置に配置されている。以上述べた関係から、各画素において、２分割された光電変換部の一方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、各画素において、２分割された光電変換部の他方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。なお、特許文献２の図１２に開示された固体撮像素子では、全ての画素に、カラーフィルタが設けられている。
【０００９】
そして、特許文献２の図１２に開示された固体撮像素子では、焦点検出時には、各画素の２分割された光電変換部の一方部分の信号及び他方部分の信号が、異なるタイミングでフローティングディフュージョンに転送されて、それぞれ個別に読み出される。そして、瞳分割位相差方式の原理に従って、それらの信号に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態が検出される。一方、撮影レンズの合焦後等において画像を撮像する場合は、各画素の２分割された光電変換部の両部分からの信号が同じタイミングで同じフローティングディフュージョンに転送されて、両信号が画素内で加算されて読み出される。
【００１０】
このように、特許文献２の図１２に開示された固体撮像素子では、全ての画素の各１つの画素は、２分割された光電変換部（したがって、基板の面方向に並んだ２つの光電変換部）を有し、撮像用画素及び焦点検出用画素の両方を兼用している。
【００１１】
特許文献３に開示された固体撮像素子は、特許文献２の図１２に開示された固体撮像素子と同様に構成されている。
【００１２】
また、特許文献２の図１乃至図１０に開示された固体撮像素子では、一部の画素のみを光電変換部が２分割されたものとする一方、残りの画素を光電変換部が分割されていないもの（すなわち、当該画素は光電変換部を１つだけ有するもの）とし、光電変換部が２分割されていない画素にはカラーフィルタを形成する一方、光電変換部が２分割されている画素にはカラーフィルタを形成していない。この固体撮像素子では、光電変換部が２分割された画素が焦点検出用信号を得るためにのみ用いられ、光電変換部が２分割されていない画素が撮像用信号を得るためにのみ用いられている。
【００１３】
ところで、カラー画像信号を得る場合、一般的な固体撮像素子では、各画素が１つの色の撮像用信号のみを得るように構成され、各色の画素がベイヤー配列等されている（特許文献１〜３）。
【００１４】
これに対し、特許文献４，５には、シリコンその他の半導体の光吸収係数は波長依存性が高く波長により半導体内部に到達する深さが異なるという特性を利用することで、各画素を、当該１つの画素から各色の撮像用信号（具体例には、Ｒ，Ｇ，Ｂの撮像信号）を互いに独立して出力するように構成された固体撮像素子が、開示されている。この固体撮像素子では、１つの画素に、入射光のＲ成分を主として光電変換するＲ用光電変換部、入射光のＧ成分を主として光電変換するＧ用光電変換部、及び、入射光のＢ成分を主として光電変換するＢ用光電変換部が設けられ、これら３つの光電変換部が入射光の入射方向から見たときにそれぞれ重なるように配置されている。特許文献４，５は焦点検出用信号を得るための構成は全く開示も示唆もしておらず、特許文献４，５に開示されている固体撮像素子では、撮像用信号のみしか得ることができず、焦点検出用信号を得ることはできない。
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４４７１２号公報
【特許文献３】特開２００２−３１４０６２号公報
【特許文献４】特表２００２−５１３１４５号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／０１９４６５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示された固体撮像素子や特許文献２の図１乃至図１０に開示された固体撮像素子では、焦点検出用画素は、焦点検出のためにのみ用いられて、画像撮像時には用いることができないため、焦点検出用画素の分だけ画素欠陥と同様の状態を招くことになり、いくら補間処理を行うとはいえ、撮像した画像の画質は劣化せざるを得ない。また、補間処理を行う回路を要するため、コストが増大するとともに大型化してしまう。
【００１６】
これに対し、特許文献２の図１２に開示された前記固体撮像素子や特許文献３に開示された前記固体撮像素子では、画像撮像時には、撮像用及び焦点検出用の両方を兼用する２分割光電変換部を有する画素については、２分割光電変換部の両部分からの信号が画素内で加算されて読み出されるため、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができる。
【００１７】
しかし、これらの固体撮像素子では、各画素の２分割光電変換部の両部分の間が入射光を光電変換し得ない不感帯となり、両部分間に入射した光が撮像用信号の形成に全く利用されないため、入射光の利用効率が低くなる。よって、撮像用信号を得る場合に２分割された両部分の信号を加算しても、分割されていない１つの光電変換部で撮像用信号を得る場合に比べて、撮像用信号が小さくなってしまう。すなわち、撮像用信号を得る場合において入射光の利用効率が低くなり、撮像用信号の感度が低下してしまう。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焦点検出素子としての機能を併せ持つことを前提とした上で、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができ、しかも、撮像用信号に対する入射光の利用効率を高めることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、２次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備えたものである。前記複数の画素の各１つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有する。前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための複数の焦点検出用信号を互いに独立して出力し得るように構成される。前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときにそれぞれの少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された複数の焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分をそれぞれ主として光電変換してそれぞれ前記複数の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得る複数の焦点検出用光電変換部を有する。前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から互いに異なる方向へそれぞれ偏心した前記射出瞳の領域からの光束をそれぞれ選択的に受光して光電変換する。
【００２０】
本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であるものである。
【００２１】
本発明の第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部の数は２つであり、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの一方の焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第１の領域からの光束を選択的に受光して光電変換し、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素の前記複数の焦点検出用光電変換部のうちの他方の撮像用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第２の領域からの光束を選択的に受光して光電変換するものである。
【００２２】
本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも１つの画素の前記撮像用光電変換部は、第１導電型の第１の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、前記少なくとも１つの画素の前記各焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第１の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第１の半導体層に配置され当該画素の前記複数の焦点検出用信号のうちの１つの焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有するものである。
【００２３】
本発明の第５の態様による固体撮像素子は、前記第４の態様において、前記少なくとも１つの画素において、前記第１の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第１導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記各焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第１の半導体層に配置されたものである。
【００２４】
本発明の第６の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記複数の焦点検出用光電変換部は、前記入射光の実質的に同じ波長成分を光電変換するものである。
【００２５】
本発明の第７の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも短い波長成分であるものである。
【００２６】
本発明の第８の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記各焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも長い波長成分であるものである。
【００２７】
本発明の第９の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第８のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素に対して１対１に設けられ当該画素の前記撮像用光電変換部及び前記複数の焦点検出用光電変換部に入射光を導くマイクロレンズを、有するものである。
【００２８】
本発明の第１０の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、２次元状に配置され各々が前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の画素を備えたものである。前記複数の画素の各１つの画素は、入射光の所定波長成分を主として光電変換して前記撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部を有する。前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記撮像用信号の他に、前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を独立して出力し得るように構成される。前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素の前記撮像用光電変換部の他に、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が当該画素の前記撮像用光電変換部と重なるように配置された焦点検出用光電変換部であって、当該画素の前記撮像用光電変換部が光電変換する前記入射光の前記所定波長成分とは実質的に異なる波長成分を主として光電変換して前記焦点検出用信号となるべき電荷を得る焦点検出用光電変換部を有する。前記少なくとも一部の画素のうちの一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から所定方向へ偏心した前記射出瞳の第１の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する。前記少なくとも一部の画素のうちの他の一部の画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記光学系の射出瞳の中心から前記所定方向とは反対の方向へ偏心した前記射出瞳の第２の領域からの光束を選択的に受光して光電変換する。
【００２９】
本発明の第１１の態様による固体撮像素子は、前記第１０の態様において、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分、及び、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分は、可視域の波長成分であるものである。
【００３０】
本発明の第１２の態様による固体撮像素子は、前記第１０又は第１１の態様において、前記少なくとも一部の画素のうちの少なくとも１つの画素の前記撮像用光電変換部は、第１導電型の第１の半導体層に配置され前記撮像用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の撮像用電荷蓄積層を有し、前記少なくとも１つの画素の前記焦点検出用光電変換部は、前記入射光の入射方向から見たときに少なくとも一部が前記第１の半導体層の一部を介して当該画素の前記撮像用電荷蓄積層と重なるように前記第１の半導体層に配置され当該画素の前記焦点検出用信号となるべき前記電荷を蓄積する第２導電型の焦点検出用電荷蓄積層を有するものである。
【００３１】
本発明の第１３の態様による固体撮像素子は、前記第１２の態様において、前記少なくとも１つの画素において、前記第１の半導体層よりも不純物濃度が高濃度である前記第１導電型の層が、前記撮像用電荷蓄積層と前記焦点検出用電荷蓄積層との間に位置するように、前記第１の半導体層に配置されたものである。
【００３２】
前記第１０乃至第１３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも短い波長成分であってもよい。
【００３３】
前記第１０乃至第１３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の少なくとも１つの画素に関して、当該画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、当該画素の前記焦点検出用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の波長成分よりも長い波長成分であってもよい。
【００３４】
前記第１０乃至第１３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素の各１つの画素は、当該画素に対して１対１に設けられ当該画素の前記撮像用光電変換部及び前記焦点検出用光電変換部に入射光を導くマイクロレンズを、有してもよい。
【００３５】
本発明の第１４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第１３のいずれかの態様において、前記複数の画素は複数のグループに分けられ、同じグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に同一であり、異なるグループの前記画素の前記撮像用光電変換部が主として光電変換する前記入射光の前記所定波長成分は、互いに実質的に異なるものである。
【００３６】
本発明の第１５の態様による固体撮像素子は、前記第１４の態様において、前記少なくとも一部の画素は、カラーフィルタを有していないものである。
【００３７】
本発明の第１６の態様による固体撮像素子は、前記第１４又は第１５の態様において、前記複数の画素は、前記少なくとも一部の画素以外の画素を含み、前記少なくとも一部の画素以外の前記画素は、カラーフィルタを有するものである。
【００３８】
本発明の第１７の態様による撮像装置は、前記第１乃至第１６のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部を、備えたものである。
【００３９】
前記第１７の態様において、前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、焦点検出素子としての機能を併せ持つことを前提とした上で、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができ、しかも、撮像用信号に対する入射光の利用効率を高めることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００４２】
［第１の実施の形態］
【００４３】
図１は、本発明の第１の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、被写体像を結像する光学系としての撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、撮影レンズ２により結像された被写体像を光電変換する固体撮像素子３の撮像面が配置される。
【００４４】
固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号のいずれかである。いずれにおいても信号は、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部（検出処理部）１０、記録部１１、画像圧縮部１２及び画像処理部１３なども接続される。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。この電子カメラ１の動作については、後述する。
【００４５】
なお、図示していないが、固体撮像素子３と撮影レンズ２との間には、ＩＲカットコートの施された光学ローパスフィルタが配置される。これにより、およそ７００ｎｍ以上の波長帯の光をカットしてモアレを防止している。
【００４６】
図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。画素２０がマトリクス状に配置されている撮像領域を符号３１で示している。図２において、画素数は、横に４行縦に４行の１６個の画素２０を示している。しかし、本実施の形態では、画素数はそれよりもはるかに多くなっている。もっとも、本発明では、画素数は特に限定されるものではない。本発明では、固体撮像素子３は、画素として後述する４種類の画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ１，２０Ｂ２を有しているが、図２ではそれらのいずれであるかを区別することなく、符号２０で示している。その具体的な回路構成や構造は、後述する。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って、撮像用信号又は焦点検出用信号を出力する。
【００４７】
周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２３，２４、画素２０からの信号を受け取る垂直信号線２５、垂直信号線２５と接続される定電流源２６及び相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）２７、ＣＤＳ回路２７から出力される信号を受け取る水平信号線２８、出力アンプ２９等からなる。
【００４８】
垂直走査回路２１及び水平走査回路２２は、電子カメラ１の撮像制御部４からの指令に基づいて駆動信号を出力する。各画素２０は、垂直走査回路２１から出力される駆動信号を所定の駆動信号線２３から受け取って駆動され、撮像用信号又は焦点検出用信号を垂直信号線２５に出力する。垂直走査回路２１から出力される駆動信号は複数あり、それに伴い駆動配線２３も複数ある。これらについては後述する。
【００４９】
画素２０から出力された信号は、ＣＤＳ回路２７にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路２２の駆動信号により水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して外部に信号が出力される。
【００５０】
図３は、図１中の固体撮像素子３（特にその撮像領域３１）を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図３に示すように、固体撮像素子３の撮像領域３１には、中央に配置された十字状をなす２つの焦点検出領域３２，３３と、両側に配置された２つの焦点検出領域３４，３５と、上下に配置された２つの焦点検出領域３６，３７とが、設けられている。なお、図３に示すように、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義する。また、Ｘ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｘ方向又は＋Ｘ側、その反対の向きを−Ｘ方向又は−Ｘ側と呼び、Ｙ軸方向についても同様とする。ＸＹ平面と平行な平面が固体撮像素子３の撮像面（受光面）と一致している。Ｘ軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列とする。これらの点は、後述する図についても同様である。
【００５１】
図４は、図３における焦点検出領域３５の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。図５は、図３における焦点検出領域３６の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。前述したように、固体撮像素子３は、画素２０として、４種類の画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ１，２０Ｂ２を有している。図４及び図５において、画素２０Ｒには符号「Ｒ」を付し、画素２０Ｇには符号「Ｇ」を付し、画素２０Ｂ１には符号「Ｂ１」を付し、画素２０Ｂ２には符号「Ｂ２」を付している。図４及び図５において、符号「Ｂ＊」は、画素２０Ｂ１及び画素２０Ｂ２のうちのいずれか任意の一方を示している。
【００５２】
画素２０Ｒは赤色の撮像用信号を出力するように構成され、画素２０Ｇは緑色の撮像用信号を出力するように構成され、画素２０Ｂ１，２０Ｂ２は青色の撮像用信号を出力するように構成されている。以下の説明では、出力する撮像用信号の色に着目して、画素２０Ｒを赤色の画素、画素２０Ｇを緑色の画素、画素２０Ｂ１，２０Ｂ２を青色の画素と呼ぶ場合がある。各色の画素がそれぞれ１つのグループをなしている。すなわち、本実施の形態では、画素２０は、赤色の画素のグループと、青色の画素のグループと、緑色の画素のグループの３つに分けられている。
【００５３】
本実施の形態では、画素２０Ｒ，２０Ｇは焦点検出用信号を出力し得るように構成されていない。一方、画素２０Ｂ１は、青色の撮像用信号の他に、２つの焦点検出用信号を出力し得るように構成されている。また、画素２０Ｂ２も、青色の撮像用信号の他に、２つの焦点検出用信号を出力し得るように構成されている。後述するように、画素２０Ｂ１と画素２０Ｂ２とでは、得られる焦点検出用信号が撮影レンズ２の射出瞳のいずれの領域からの光束に基づくものであるかが異なる。
【００５４】
本実施の形態では、図４及び図５に示すように、赤色の画素２０Ｒ、緑色の画素２０Ｇ及び青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２が、ベイヤー配列に従って配列されている。もっとも、本発明では、カラー用として構成する場合であっても、ベイヤー配列に限定されるものではない。
【００５５】
Ｙ軸方向に延びた焦点検出領域３５は、図４に示すように、緑色の画素２０Ｇと青色の画素とが交互に並んだＹ軸方向の列の一部である。焦点検出領域３５では、青色の画素として青色の画素２０Ｂ１が用いられている。Ｙ軸方向に延びた焦点検出領域３３，３４は、焦点検出領域３５と同様である。
【００５６】
Ｘ軸方向に延びた焦点検出領域３６は、図５に示すように、緑色の画素２０Ｇと青色の画素とが交互に並んだＸ軸方向の行の一部である。焦点検出領域３６では、青色の画素として青色の画素２０Ｂ２が用いられている。Ｘ軸方向に延びた焦点検出領域３６，３７は、焦点検出領域３６と同様である。
【００５７】
図６は、図１中の固体撮像素子３の青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２（図４及び図５参照）を示す回路図である。画素２０Ｂ２は画素２０Ｂ１と同一の回路構成を有しているので、ここでは、画素２０Ｂ１についてのみ説明する。
【００５８】
青色の画素２０Ｂ１は、図６に示すように、入射光の青色波長成分を主として光電変換して青色の撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部としての撮像用フォトダイオード４１と、入射光の青色以外の波長成分を主として光電変換して第１の焦点検出用信号となるべき電荷を得る第１の焦点検出用光電変換部としての第１の焦点検出用フォトダイオード４２と、入射光の青色以外の波長成分を主として光電変換して第２の焦点検出用信号となるべき電荷を得る第２の焦点検出用光電変換部としての第２の焦点検出用フォトダイオード４３と、を有している。第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から互いに反対方向へそれぞれ偏心した前記射出瞳の領域からの光束をそれぞれ選択的に受光して光電変換する。
【００５９】
また、青色の画素２０Ｂ１は、所定部位としてのフローティングディフュージョン（ＦＤ）４４と、撮像用フォトダイオード４１からＦＤ４４へ電荷を転送する第１の転送ゲート部としての第１の転送トランジスタ４５と、第１の焦点検出用フォトダイオード４２からＦＤ４４へ電荷を転送する第２の転送ゲート部としての第２の転送トランジスタ４６と、第２の焦点検出用フォトダイオード４３からＦＤ４４へ電荷を転送する第３の転送ゲート部としての第３の転送トランジスタ４７と、ＦＤ４４の電荷量に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ４８と、ＦＤ４４の電荷を排出させてＦＤ４４をリセットするリセット部としてのＦＤリセットトランジスタ４９と、画素アンプ４８の信号を当該画素から出力する選択スイッチとしての選択トランジスタ５０とを有している。
【００６０】
本実施の形態では、第１乃至第３の転送トランジスタ４５〜４７、画素アンプ５０、ＦＤリセットトランジスタ４９、選択トランジスタ５０は、いずれもＮＭＯＳトランジスタで構成されている。
【００６１】
第１の転送トランジスタ４５のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて垂直走査回路２１から駆動配線２３を介して駆動信号φＴＧＡが供給される。第１の転送トランジスタ４５は、この駆動信号φＴＧＡに従って所定のタイミングで各行ごとに同時にオンとされ、撮像用フォトダイオード４１から撮像用信号となるべき電荷をＦＤ４４に転送する。
【００６２】
第２の転送トランジスタ４６のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて垂直走査回路２１から駆動配線２３を介して駆動信号φＴＧＢが供給される。第２の転送トランジスタ４６は、この駆動信号φＴＧＢに従って所定のタイミングで各行ごとに同時にオンとされ、第１の焦点検出用フォトダイオード４２から第１の焦点検出用信号となるべき電荷をＦＤ４４に転送する。
【００６３】
第３の転送トランジスタ４７のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて垂直走査回路２１から駆動配線２３を介して駆動信号φＴＧＣが供給される。第３の転送トランジスタ４７は、この駆動信号φＴＧＣに従って所定のタイミングで各行ごとに同時にオンとされ、第２の焦点検出用フォトダイオード４３から第２の焦点検出用信号となるべき電荷をＦＤ４４に転送する。
【００６４】
選択トランジスタ５０のゲート電極は、画素行ごとに共通接続されて垂直走査回路２１から駆動配線２３を介して駆動信号φＳが供給される。ＦＤリセットトランジスタ４９のゲート電極は、画素行ごとに共通接続されて垂直走査回路２１から駆動配線２３を介して駆動信号φＦＤＲが供給される。
【００６５】
なお、図６において、フォトダイオード４１〜４２の一方の端子及びＦＤ４４の一方の端子は、便宜的に接地として記載されている。しかし、実際は、後述する図１０乃至図１２から理解されるとおりＰ型のシリコン基板５１の電位となる。
【００６６】
図７は、図１中の固体撮像素子３の青色の画素２０Ｂ１の主な要素を模式的に示す概略平面図である。図８は、図１中の固体撮像素子３の青色の画素２０Ｂ１の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図９は、図１中の固体撮像素子３の青色の画素２０Ｂ１の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図１０は、図７中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図１１は、図７のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。図１２は、図７中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。
【００６７】
なお、図７に示すように、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義する。また、Ｘ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｘ方向又は＋Ｘ側、その反対の向きを−Ｘ方向又は−Ｘ側と呼び、Ｙ軸方向についても同様とする。ＸＹ平面と平行な平面が固体撮像素子３の撮像面（受光面）と一致している。Ｘ軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図７の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図についても同様である。
【００６８】
図７において、第１の焦点検出用フォトダイオード４２を構成する第１の焦点検出用電荷蓄積層５３、及び、第２の焦点検出用フォトダイオード４３を構成する第２の焦点検出用電荷蓄積層５４を、透過して示している。図７では、駆動配線は省略され、画素内の内部配線７３のみを示している。図７乃至図９において、Ｏはマイクロレンズ６５の光軸を示している。
【００６９】
図８は、主に、撮像用フォトダイオード４１を構成する撮像用電荷蓄積層５２を示している。理解を容易にするため、図８には、ＦＤ４４の一部を構成するＮ型拡散層７１と、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４の電荷をそれぞれ導く導電路の一部をそれぞれ構成し基板５１の表面に現れる拡散部５５，５６も、示している。また、図８には、破線によって後述する分離層５７も示している。
【００７０】
図９は、主に、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４を示している。図９には、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４の電荷をそれぞれ導く導電路の他の一部をそれぞれ構成する深い拡散部５８，５９も示している。
【００７１】
図１１では、基板５１上の主要な要素（すなわち、基板５１上に形成された層間絶縁膜６１、当該画素の有効受光領域に開口６２ａを有する遮光膜を兼ねる配線層６２、平坦化層６３，６４及びマイクロレンズ６５）も示しているが、図１０及び図１２ではそれらの図示は省略している。画素２０Ｂ１に対して１対１にマイクロレンズ６５が設けられている。遮光膜を兼ねる配線層６２は、マイクロレンズ６５の略焦点面に配置されている。ＦＤ４４、深い拡散部５８，５９及び表面に現れる拡散部５５，５６の領域は、配線層６２で遮光されている。なお、図１１では、層間絶縁膜６１中に配置される他の配線層等の図示は省略している。
【００７２】
図１０乃至図１２に示すように、電荷蓄積層５２〜５４等を配置すべき第１の半導体層としてのＰ型のシリコン基板５１に所望の不純物拡散がなされて、電荷蓄積層５２〜５４や各種トランジスタ等が配置されている。なお、Ｎ型のシリコン基板上にＰ型のウエル又はエピタキシャル層を設けて、Ｐ型のウエル又はエピタキシャル層を前記第１の半導体層とし、それに対して電荷蓄積層５２〜５４や各種トランジスタ等を配置してもよい。
【００７３】
Ｐ型シリコン基板５１に、撮像用フォトダイオード４１の一部を構成するＮ型の撮像用電荷蓄積層５２が配置されている。撮像用電荷蓄積層５２は、Ｎ型不純物の拡散によって形成される。ここでは、撮像用フォトダイオード４１は、一般的なＰＮフォトダイオードとしているが、これに限らず、撮像用電荷蓄積層５２の基板表面側にＰ型の空乏化防止層を付加することで、埋め込みフォトダイオードとしても構わない。撮像用電荷蓄積層５２は、入射光の青色波長成分が主として光電変換されて青色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。撮像用電荷蓄積層５２の表面は、薄いシリコン酸化膜６６によって覆われている。
【００７４】
この青色の画素２０Ｂ１には、図１１に示すように、カラーフィルタは設けられていない。
【００７５】
青色の波長帯はおよそ４５０ｎｍ程度であるが、青色の波長帯の光は、シリコン表面近くで光電変換される。シミュレーションによれば、青色の波長帯の光は、シリコン表面から１ミクロン程度で９５％以上吸収され、１．５ミクロン程度で１００％吸収される。したがって、青色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する撮像用電荷蓄積層５２は、空乏層を加えてシリコン表面から１ミクロン〜１．５ミクロンの間の厚さとなるのが好ましい。ここでは、Ｎ型の撮像用電荷蓄積層５２の厚さを例えば０．５ミクロンとする。
【００７６】
撮像用電荷蓄積層５２で蓄積された電荷は、ゲート電極７４を有する第１の転送トランジスタ４５がオンとなることによって、ＦＤ４４に転送される。
【００７７】
また、Ｐ型シリコン基板５１には、第１の焦点検出用フォトダイオード４２の一部を構成するＮ型の第１の焦点検出用電荷蓄積層５３、及び、第２の焦点検出用フォトダイオード４３の一部を構成するＮ型の第２の焦点検出用電荷蓄積層５４が配置されている。これらの電荷蓄積層５３，５４はいずれも、入射光の入射方向から見たときに少なくともその一部がＰ型シリコン基板５１のＰ型領域を介して撮像用電荷蓄積層５２と重なるように、配置されている。
【００７８】
本実施の形態では、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４は、撮像用電荷蓄積層５２の奥側（撮像用電荷蓄積層５２に対して深い側）に配置され、それらの深さ位置や厚さは互いに同じになっている。本実施の形態では、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４はマイクロレンズ６５の光軸Ｏに対して対称的に配置され、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は光軸Ｏに対して＋Ｙ側に配置され、第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は光軸Ｏに対して−Ｙ側に配置されている。これによって、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｙ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第１の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｙ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第２の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４は、撮像用電荷蓄積層５２では光電変換されずに透過された波長成分を光電変換する。このため、入射光を効率良く利用することが可能となる。なお、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４は、それらの深さ位置や厚さは互いに同じになっているので、入射光の同じ波長成分を光電変換した電荷を蓄積する。
【００７９】
第１及び第２の電荷蓄積層５３，５４も、Ｎ型不純物の拡散により形成されている。ただし、第１及び第２の電荷蓄積層５３，５４は、シリコン基板５１の表面から所定寸法の深さに高い精度で配置させることは必ずしも必要としない。第１及び第２の電荷蓄積層５３，５４を配置させる画素２０Ｂ１において、その深さのばらつきが小さいなら、各々の信号を比較すれば焦点検出用信号として十分利用できるからである。ここでは、第１及び第２の電荷蓄積層５３，５４の上面を、シリコン基板５１の表面からおよそ３ミクロンの位置に配置させている。しかし、これに限らない。第１及び第２の電荷蓄積層５３，５４の深さは、撮像用電荷蓄積層５２と空乏層が接触せず、且つ、撮像用電荷蓄積層５２が蓄積する電荷の光電変換元の青色波長成分とは異なる波長成分（例えば、赤色波長成分及び／又は緑色波長成分などの可視域の波長成分）が光電変換された電荷が蓄積される深さなら構わない。
【００８０】
第１の焦点検出用電荷蓄積層５３で蓄積された電荷は、Ｎ型の深い拡散部５８を介してシリコン基板５１の表面に設けられたＮ型の拡散部５５に導かれる。表面の拡散部５５に導かれた電荷は、ゲート電極７５を有する第２の転送トランジスタ４６がオンとなることによって、ＦＤ４４に転送される。
【００８１】
第２の焦点検出用電荷蓄積層５４で蓄積された電荷は、Ｎ型の深い拡散部５９を介してシリコン基板５１の表面に設けられたＮ型の拡散部５６に導かれる。表面の拡散部５６に導かれた電荷は、ゲート電極７６を有する第３の転送トランジスタ４７がオンとなることによって、ＦＤ４４に転送される。
【００８２】
本実施の形態では、撮像用電荷蓄積層５２と第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４との間には、Ｐ型の不純物拡散層からなる分離層５７が設けられている。分離層５７の不純物濃度は、シリコン基板５１の不純物濃度よりも高くなっている。分離層５７は、例えば、シリコン基板５１の表面から１．５ミクロンの深さに設けられる。この分離層５７によって、分離層５７よりも表面側で発生する電荷は撮像用電荷蓄積層５２に捕捉され、分離層５７よりも裏面側で発生する電荷は第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４に捕捉される。したがって、撮像用電荷蓄積層５２が青色波長成分以外の波長成分により発生する電荷を捕捉してしまうことが、更に低減されるので、好ましい。もっとも、分離層５７は必ずしも設ける必要はない。
【００８３】
前述したように、第１乃至第３の転送トランジスタ４５〜４７のいずれかがオンとされると、フォトダイオード４１〜４３の電荷蓄積層５２〜５４のうちの対応する電荷蓄積層の電荷がＦＤ４４に転送される。
【００８４】
ＦＤ４４は、互いに分離してシリコン基板５１に形成された２つのＮ型拡散層７１，７２を有し、これらのＮ型拡散層７１，７２を配線７３で電気的に接続することで、実質的に１つのフローティングディフュージョンとして構成されている。
【００８５】
撮像用電荷蓄積層５２とＦＤ部４４のＮ型拡散層７１との間の上には、薄いシリコン酸化膜６６を介してゲート電極７４が形成されている。第１の転送トランジスタ４５は、ゲート電極７４をゲートとするとともに撮像用電荷蓄積層５２及びＦＤ部４４のＮ型拡散層７１をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして構成されている。
【００８６】
表面のＮ型拡散部５５とＦＤ部４４のＮ型拡散層７１との間の上には、薄いシリコン酸化膜６６を介してゲート電極７５が形成されている。第２の転送トランジスタ４６は、ゲート電極７５をゲートとするとともにＮ型拡散部５５及びＦＤ部４４のＮ型拡散層７１をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして構成されている。
【００８７】
表面のＮ型拡散部５６とＦＤ部４４のＮ型拡散層７１との間の上には、薄いシリコン酸化膜６６を介してゲート電極７６が形成されている。第３の転送トランジスタ４７は、ゲート電極７６をゲートとするとともにＮ型拡散部５６及びＦＤ部４４のＮ型拡散層７１をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして構成されている。
【００８８】
また、シリコン基板５１には、図１０に示すように、図７中のＡ−Ａ’線に沿って、Ｎ型拡散層７２の他に、Ｎ型拡散層８１，８２，８３がシリコン基板５１に形成されている。Ｎ型拡散層８１は、図示しない配線により電源ＶＤＤに接続されている。Ｎ型拡散層８１とＮ型拡散層８２との間の上には、薄いシリコン酸化膜６６を介してゲート電極８５が形成されている。画素アンプ４８は、ゲート電極８５をゲートとするとともにＮ型拡散層８１，８２をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして構成されている。なお、ゲート電極８５は、配線７３によって、ＦＤ４４（Ｎ型拡散層７１，７２）と電気的に接続されている。
【００８９】
Ｎ型拡散層８２とＮ型拡散層８３との間の上には、薄いシリコン酸化膜６６を介してゲート電極８６が配置されている。選択トランジスタ５０は、ゲート電極８６をゲートとするとともにＮ型拡散層８２，８３をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして構成されている。
【００９０】
また、ＦＤ４４のＮ型拡散層７２とＮ型拡散層８１との間の上には、薄いシリコン酸化膜６６を介してゲート電極８４が配置されている。ＦＤリセットトランジスタ４９は、ゲート電極８４をゲートとするとともにＮ型拡散層７２及びＮ型拡散層８１をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして構成されている。
【００９１】
なお、フィールド部分には、各素子を分離する分離領域として、ＬＯＣＯＳによる厚い酸化膜６７と、その下にＰ型の分離拡散部６８が設けられている。
【００９２】
以上、青色の画素２０Ｂ１の構成について説明した。青色の画素２０Ｂ１では、前述したマイクロレンズ６５、撮像用電荷蓄積層５２並びに第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４の平面視での位置関係は、図７よりも更に抽象化して示すと、図１３に示す通りである。
【００９３】
なお、製造時においては、例えば、Ｐ型のシリコン基板５１上に薄いシリコン酸化膜を形成する。次に、シリコン基板５１の所定領域にリンイオン等を複数回打ち込んで深い拡散部５８，５９を形成する。次いで、リンイオン等を打ち込んで第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４を形成する。さらに、ボロンイオン等を打ち込んで分離層５７を形成する。その後、ボロンイオン等を打ち込んで分離拡散部６８を形成した後に、ＬＯＣＯＳにより厚い酸化膜６７を形成する。次に、リンイオン等を打ち込んで、撮像用電荷蓄積層５２や表面の拡散部５５等を形成する。各イオンの注入条件等を適宜設定することで、前述した青色の画素２０Ｂ１を得ることができる。
【００９４】
次に、図１中の固体撮像素子３の青色の画素２０Ｂ２（図５参照）について説明する。図１４は、青色の画素２０Ｂ２における撮像用電荷蓄積層５２並びに第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４の平面視での位置関係を示す図であり、図１３に対応している。図１４において、図１３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００９５】
青色の画素２０Ｂ２が青色の画素２０Ｂ１と異なる所は、青色の画素２０Ｂ１では、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は光軸Ｏに対して＋Ｙ側に配置されるとともに、第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は光軸Ｏに対して−Ｙ側に配置されているのに対し、青色の画素２０Ｂ２では、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は光軸Ｏに対して−Ｘ側に配置されるとともに、第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は光軸Ｏに対して＋Ｘ側に配置されている点と、これに伴って、図面には示していないが、各トランジスタ等の配置が変更されている点のみである。
【００９６】
したがって、青色の画素２０Ｂ２では、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｘ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第１の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｘ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、第２の焦点検出用信号となるべき電荷を蓄積する。
【００９７】
次に、図１中の固体撮像素子３の赤色の画素２０Ｒ及び緑色の画素２０Ｇ（図４及び図５参照）について説明する。
【００９８】
図１５は、赤色の画素２０Ｒ及び緑色の画素２０Ｇを示す回路図であり、図６に対応している。図１６は、赤色の画素２０Ｒ及び緑色の画素２０Ｇを示す概略断面図であり、図１１に対応している。図１５及び図１６において、図５及び図１１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００９９】
赤色の画素２０Ｒが青色の画素２０Ｂ１と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、図１５及び図１６に示すように、赤色の画素２０Ｒには、青色の画素２０Ｂ１で設けられていた第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３並びに第１及び第２の転送トランジスタは、設けられていない。これに伴い、赤色の画素２０Ｒには、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４、分離層５７、表面の拡散部５５，５６、深い拡散部５８，５９も設けられていない。
【０１００】
赤色の画素２０Ｒでは、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４並びに分離層５７が設けられていないことによって、入射光の赤色波長成分のみならず青色波長成分及び緑色波長成分も撮像用フォトダイオード４１に入射するとすれば、撮像用フォトダイオード４１は赤色、青色及び緑色の波長成分も光電変換することになり、撮像用電荷蓄積層５２にはこれらの成分による電荷が蓄積することになる。しかしながら、赤色の画素２０Ｒには、図１６に示すように、平坦化層６３，６４間に赤色波長成分を選択的に透過させる赤色カラーフィルタ８８Ｒが設けられている。したがって、赤色の画素２０Ｒでは、入射光の赤色波長成分のみしか入射しない。このため、赤色の画素２０Ｒでは、撮像用フォトダイオード４１は、入射光の赤色波長成分を主として光電変換して赤色の撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用光電変換部となり、撮像用フォトダイオード４１を構成する撮像用電荷蓄積層５２は、入射光の青色波長成分が主として光電変換されて青色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。
【０１０１】
緑色の画素２０Ｇは、緑色波長成分を選択的に透過させる緑色カラーフィルタ８８Ｇが赤色カラーフィルタ８８Ｒの代わりに設けられている点を除き、赤色の画素２０Ｒと同一に構成されている。
【０１０２】
このように、本実施の形態では、画素２０Ｒ及び画素２０Ｇは、従来の通常の固体撮像素子において用いられている赤色の画素及び緑色の画素とそれぞれ同様に構成されている。もっとも、画素２０Ｒ及び画素２０Ｇの構成は、このような構成に限定されるものではない。
【０１０３】
次に、固体撮像素子３の駆動手順の各例について、図１７乃至図１９を参照して説明する。
【０１０４】
図１７は、焦点検出モード（固体撮像素子３から焦点検出用信号を読み出すが撮像用信号は読み出さない動作モード）時の固体撮像素子３の駆動手順を示すタイミングチャートである。図１８は、撮像モード（固体撮像素子３から撮像用信号を読み出すが焦点検出用信号は読み出さない動作モード）時の固体撮像素子３の駆動手順を示すタイミングチャートである。図１９は、焦点検出・撮像の同時モード（固体撮像素子３から撮像用信号を読み出しながら焦点検出用信号も読み出して両信号を実質的に同時に読み出す動作モード）時の固体撮像素子３の駆動手順を示すタイミングチャートである。なお、各画素に含まれるトランジスタはＮＭＯＳトランジスタであり、ハイレベル（ハイ）の駆動信号を受けてオン状態とされる。
【０１０５】
最初に、図１７を参照して焦点検出モード時の駆動手順を説明する。なお、全行において、φＳがハイにされて行選択されている期間以外は、φＦＤＲはハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４がリセットされている。もっとも、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な期間だけφＦＤＲをハイにしてもよい。
【０１０６】
まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、ｎ行目のφＴＧＢ（ｎ）がハイにされて第２の転送トランジスタ４６がオンにされ、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２がリセットされる。時刻ｔ２から、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２の露光時間が開始する。
【０１０７】
次いで、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、φＴＧＣ（ｎ）がハイにされて第３の転送トランジスタ４７がオンにされ、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３がリセットされる。時刻ｔ４から、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３の露光時間が開始する。
【０１０８】
その後、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２の露光時間が終了する時刻ｔ６の直前の時刻ｔ５において、φＦＤＲ（ｎ）がローにされてｎ行目のＦＤリセットトランジスタ４９がオフにされＦＤ４４のリセットが終了するとともに、φＳ（ｎ）がハイにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオンにされ、ｎ行目の行選択が開始され、ｎ行目の画素アンプ４８によるソースフォロワ読み出しが開始される。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間に、ｎ行目のダークレベル（ＦＤ４４の前記リセット状態に対応してｎ行目の画素アンプ４８から出力される信号）が、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。
【０１０９】
次に、時刻ｔ６において、φＴＧＢ（ｎ）がハイにされてｎ行目の第２の転送トランジスタ４６がオンにされる。これにより、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２に蓄積されている電荷はＦＤ４４に転送され、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２の露光時間が終了する。ＦＤ４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされ、ＣＤＳ回路２７によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ２の射出瞳の一方に偏心した領域からの光束に基づく第１の焦点検出用信号となる。時刻ｔ７において、φＴＧＢ（ｎ）がローにされてｎ行目の第２の転送トランジスタ４６がオフにされる。そして、これらのｎ行目の第１の焦点検出用信号は、水平走査回路２２の駆動信号によって水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して、外部に出力される。
【０１１０】
次いで、ＣＤＳ回路２７がリセットされた後、時刻ｔ８において、再びφＦＤＲ（ｎ）がハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４がリセットされる。その後、時刻ｔ９において、φＦＤＲ（ｎ）がローにされてｎ行目のＦＤリセットトランジスタ４９がオフにされ、ＦＤ４４のリセットが終了する。時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの間に、ｎ行目のダークレベルが、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。
【０１１１】
次に、時刻ｔ１０において、φＴＧＣ（ｎ）がハイにされて第３の転送トランジスタ４７がオンにされる。これにより、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３に蓄積されている電荷はＦＤ４４に転送され、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３の露光時間が終了する。ＦＤ４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされ、ＣＤＳ回路２７によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ２の射出瞳の他方に偏心した領域からの光束に基づく第２の焦点検出用信号となる。時刻ｔ１１において、φＴＧＣ（ｎ）がローにされてｎ行目の第３の転送トランジスタ４７がオフにされる。そして、これらのｎ行目の第２の焦点検出用信号は、水平走査回路２２の駆動信号によって水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して、外部に出力される。
【０１１２】
その後、時刻ｔ１２において、φＦＤＲ（ｎ）がハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４のリセットが開始されるとともに、φＳ（ｎ）がローにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオフにされ、ｎ行目の行選択が終了される。
【０１１３】
図１７に示すように、φＴＧＡ（ｎ）は常にローのままとされて、第１の転送トランジスタ４５はオフのままとされる。したがって、撮像用フォトダイオード４１の電荷に基づく撮像用信号の読み出しは行われない。
【０１１４】
次に、水平帰線期間を経て次の（ｎ＋１）行目の選択動作へと移行する。（ｎ＋１）行目もｎ行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、焦点検出モードを終了する。なお、撮像用電荷蓄積層５２からのオーバーフローを嫌うなら、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間においてφＴＧＡ（ｎ）をハイにしてもよい。
【０１１５】
次に、図１８を参照して撮像モード時の駆動手順を説明する。なお、全行において、φＳがハイにされて行選択されている期間以外は、φＦＤＲはハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４がリセットされている。もっとも、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な期間だけφＦＤＲをハイにしてもよい。
【０１１６】
まず、時刻ｔ２１において、ｎ行目のφＴＧＡ（ｎ）、φＴＧＢ（ｎ）及びφＴＧＣ（ｎ）がハイにされ、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１並びに第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３がすべてオンにされ、これらのフォトダイオード４１，４２，４３がリセットされる。
【０１１７】
次いで、時刻ｔ２２において、φＴＧＡ（ｎ）がローにされて第１の転送トランジスタ４５がオフにされ、撮像用フォトダイオード４１の露光時間が開始する。時刻ｔ２３まで、φＴＧＢ（ｎ）及びφＴＧＣ（ｎ）はハイのままとされ、第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３はリセットされ続ける。もっとも、φＴＧＢ（ｎ）及びφＴＧＣ（ｎ）は、時刻ｔ２２でローにしてもよいし、あるいは、常にローのままとしてもよい。
【０１１８】
次いで、時刻ｔ２３において、φＴＧＢ（ｎ）、φＴＧＣ（ｎ）及びφＦＤＲ（ｎ）がローにされて、第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３及びＦＤ４４のリセットが終了されるとともに、φＳ（ｎ）がハイにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオンにされ、ｎ行目の行選択が開始され、ｎ行目の画素アンプ４８によるソースフォロワ読み出しが開始される。時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの間に、ｎ行目のダークレベル（ＦＤ４４の前記リセット状態に対応してｎ行目の画素アンプ４８から出力される信号）が、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。
【０１１９】
次に、時刻ｔ２４において、φＴＧＡ（ｎ）がハイにされてｎ行目の第１の転送トランジスタ４５がオンにされる。これにより、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１に蓄積されている電荷はＦＤ４４に転送され、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１の露光時間が終了する。ＦＤ４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされ、ＣＤＳ回路２７によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮像用信号となる。時刻ｔ２５において、φＴＧＡ（ｎ）がローにされてｎ行目の第１の転送トランジスタ４５がオフにされる。そして、これらのｎ行目の撮像用信号は、水平走査回路２２の駆動信号によって水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して、外部に出力される。
【０１２０】
その後、時刻ｔ２６において、φＦＤＲ（ｎ）がハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４のリセットが開始されるとともに、φＳ（ｎ）がローにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオフにされ、ｎ行目の行選択が終了される。
【０１２１】
図１８に示すように、φＴＧＢ（ｎ）及びφＴＧＣ（ｎ）は、φＦＤＲ（ｎ）がローでかつφＳがハイの期間（時刻ｔ２３から時刻２６までの期間）において、ローのままとされている。したがって、第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３の電荷に基づく第１及び第２の焦点検出用信号の読み出しは行われない。
【０１２２】
次に、水平帰線期間を経て次の（ｎ＋１）行目の選択動作へと移行する。（ｎ＋１）行目もｎ行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、撮像モードを終了する。
【０１２３】
次に、図１９を参照して焦点検出・撮像の同時モード時の駆動手順を説明する。なお、全行において、φＳがハイにされて行選択されている期間以外は、φＦＤＲはハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４がリセットされている。もっとも、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な期間だけφＦＤＲをハイにしてもよい。
【０１２４】
まず、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの期間において、ｎ行目のφＴＧＡ（ｎ）がハイにされて第１の転送トランジスタ４５がオンにされ、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１がリセットされる。時刻ｔ３２から、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１の露光時間が開始する。
【０１２５】
次いで、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までの期間において、ｎ行目のφＴＧＢ（ｎ）がハイにされて第２の転送トランジスタ４６がオンにされ、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２がリセットされる。時刻ｔ４から、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２の露光時間が開始する。
【０１２６】
次に、時刻ｔ３５から時刻ｔ３６までの期間において、φＴＧＣ（ｎ）がハイにされて第３の転送トランジスタ４７がオンにされ、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３がリセットされる。時刻ｔ３６から、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３の露光時間が開始する。
【０１２７】
その後、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１の露光時間が終了する時刻ｔ３８の直前の時刻ｔ３７において、φＦＤＲ（ｎ）がローにされてｎ行目のＦＤリセットトランジスタ４９がオフにされＦＤ４４のリセットが終了するとともに、φＳ（ｎ）がハイにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオンにされ、ｎ行目の行選択が開始され、ｎ行目の画素アンプ４８によるソースフォロワ読み出しが開始される。時刻ｔ３７から時刻ｔ３８までの間に、ｎ行目のダークレベル（ＦＤ４４の前記リセット状態に対応してｎ行目の画素アンプ４８から出力される信号）が、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。
【０１２８】
次に、時刻ｔ３８において、φＴＧＡ（ｎ）がハイにされてｎ行目の第１の転送トランジスタ４５がオンにされる。これにより、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１に蓄積されている電荷はＦＤ４４に転送され、ｎ行目の撮像用フォトダイオード４１の露光時間が終了する。ＦＤ４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされ、ＣＤＳ回路２７によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮像用信号となる。時刻ｔ３９において、φＴＧＡ（ｎ）がローにされてｎ行目の第１の転送トランジスタ４５がオフにされる。そして、これらのｎ行目の撮像用信号は、水平走査回路２２の駆動信号によって水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して、外部に出力される。
【０１２９】
次いで、ＣＤＳ回路２７がリセットされた後、時刻ｔ４０において、再びφＦＤＲ（ｎ）がハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４がリセットされる。その後、時刻ｔ４１において、φＦＤＲ（ｎ）がローにされてｎ行目のＦＤリセットトランジスタ４９がオフにされ、ＦＤ４４のリセットが終了する。時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの間に、ｎ行目のダークレベルが、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。
【０１３０】
次に、時刻ｔ４２において、φＴＧＢ（ｎ）がハイにされて第２の転送トランジスタ４６がオンにされる。これにより、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２に蓄積されている電荷はＦＤ４４に転送され、ｎ行目の第１の焦点検出用フォトダイオード４２の露光時間が終了する。ＦＤ４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされ、ＣＤＳ回路２７によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ２の射出瞳の一方に偏心した領域からの光束に基づく第１の焦点検出用信号となる。時刻ｔ４３において、φＴＧＢ（ｎ）がローにされてｎ行目の第２の転送トランジスタ４６がオフにされる。そして、これらのｎ行目の第１の焦点検出用信号は、水平走査回路２２の駆動信号によって水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して、外部に出力される。
【０１３１】
次いで、ＣＤＳ回路２７がリセットされた後、時刻ｔ４４において、再びφＦＤＲ（ｎ）がハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４がリセットされる。その後、時刻ｔ４５において、φＦＤＲ（ｎ）がローにされてｎ行目のＦＤリセットトランジスタ４９がオフにされ、ＦＤ４４のリセットが終了する。時刻ｔ４５から時刻ｔ４６までの間に、ｎ行目のダークレベルが、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。
【０１３２】
次に、時刻ｔ４６において、φＴＧＣ（ｎ）がハイにされて第３の転送トランジスタ４７がオンにされる。これにより、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３に蓄積されている電荷はＦＤ４４に転送され、ｎ行目の第２の焦点検出用フォトダイオード４３の露光時間が終了する。ＦＤ４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされ、ＣＤＳ回路２７によってこの信号と先のダークレベルとの差分信号が取得される。この信号が、撮影レンズ２の射出瞳の他方に偏心した領域からの光束に基づく第２の焦点検出用信号となる。時刻ｔ４７において、φＴＧＣ（ｎ）がローにされてｎ行目の第３の転送トランジスタ４７がオフにされる。そして、これらのｎ行目の第２の焦点検出用信号は、水平走査回路２２の駆動信号によって水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して、外部に出力される。
【０１３３】
その後、時刻ｔ４８において、φＦＤＲ（ｎ）がハイにされてＦＤリセットトランジスタ４９がオンにされ、ＦＤ４４のリセットが開始されるとともに、φＳ（ｎ）がローにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオフにされ、ｎ行目の行選択が終了される。
【０１３４】
次に、水平帰線期間を経て次の（ｎ＋１）行目の選択動作へと移行する。（ｎ＋１）行目もｎ行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、焦点検出・撮像の同時モードを終了する。
【０１３５】
前述した図１７乃至図１９に示す例では、露光の開始と終了を電子シャッタ動作で決めていたが、メカニカルシャッタ機構を用いて露光の開始と終了を決めるようにしてもよい。この場合、例えば、電子シャッタによる露光開始後メカニカルシャッタが開となり、メカニカルシャッタ閉後電子シャッタが閉となるメカニカルシャッタで、露光時間を決めるようにすればよい。
【０１３６】
次に、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例について、再び図１を参照して説明する。
【０１３７】
電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、レリーズ釦の半押し操作に同期して撮像制御部４を駆動する。撮像制御部４は、図１７を参照して説明した焦点検出モードの動作によって、固体撮像素子３から焦点検出用信号を読み出し、メモリ７に蓄積する。
【０１３８】
撮像制御部４の指令によって固体撮像素子３から焦点検出用信号が出力されメモリ７に蓄積されると、焦点演算部１０は、この信号を用いて瞳分割位相差方式に従った焦点検出演算処理を実施し、デフォーカス量を、撮影レンズ２の焦点調節状態を示す検出信号として得る。
【０１３９】
ここで、現在設定されている焦点調節モードが、例えば図３及び図４に示す焦点検出領域３５のみに基づいて焦点調節を行うモード（以下、「焦点検出領域３５モード」と呼ぶ。）である場合は、焦点演算部１０は、メモリ７に取り込まれた焦点検出用信号のうち、焦点検出領域３５の全ての青色の画素２０Ｂ１の第１及び第２の焦点検出用信号を用いて、瞳分割位相差方式に従った焦点検出演算処理を実施し、デフォーカス量を、撮影レンズ２の焦点調節状態を示す検出信号として得る。
【０１４０】
現在設定されている焦点調節モードが、例えば図３に示す全ての焦点検出領域３２〜３７に基づいて焦点調節を行うモード（以下、「全焦点検出領域モード」と呼ぶ。）である場合は、焦点演算部１０は、前述したように焦点検出領域３５に関してデフォーカス量を演算する他、各焦点検出領域３２〜３４，３６，３７についても、同様に、当該焦点検出領域に関してデフォーカス量を演算する。なお、焦点検出領域３６に関してデフォーカス量を演算する場合、図５から理解できるように、焦点検出領域３６の全ての青色の画素２０Ｂ２の第１及び第２の焦点検出用信号を用いて演算する。
【０１４１】
焦点演算部１０によって検出されたデフォーカス量は、レンズ制御部２ａに伝達される。レンズ制御部２ａは、伝達されるデフォーカス量に基づいて撮影レンズ２の焦点駆動を行い、撮影レンズ２を被写体に合焦させる。
【０１４２】
このとき、現在設定されている焦点調節モードが焦点検出領域３５モードの場合は、レンズ制御部２ａは、焦点検出領域３５に関するデフォーカス量に基づいてそのデフォーカス量がゼロになるように、撮影レンズ２を駆動する。また、現在設定されている焦点調節モードが全焦点検出領域モードの場合は、レンズ制御部２ａは、先に求められた各焦点検出領域のデフォーカス量に基づいて決定した調節後の焦点調節状態となるように、撮影レンズ２を駆動する。
【０１４３】
その後、電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、レリーズ釦の全押し操作に同期して撮像制御部４を用いて、図１８を参照して説明した撮像モードの動作によって、固体撮像素子３から撮像用信号を読み出し、メモリ７に蓄積する。引き続いて、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部１１に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する。
【０１４４】
また、電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、操作部９ａの操作により動画撮影などが指示されると、それに合わせて撮像制御部４を駆動する。撮像制御部４は、図１９を参照して説明した焦点検出・撮像の同時モードによって、固体撮像素子３から焦点検出用信号及び撮像用信号の両方を実質的に同時に読み出し、メモリ７に蓄積する。このように撮像用信号を読み出してメモリ７に蓄積しながら、実質的に同時に得られた焦点検出用信号に基づいた焦点演算部１０によるデフォーカス量の演算及びこれに応じたレンズ制御部２ａによる合焦を行う。この場合も、現在設定されている焦点調節モードに従ったデフォーカス量の演算及び撮影レンズ２の駆動を行う。このようにして、動体等に追従した合焦動作を行いながら、動画を撮像することができる。
【０１４５】
本実施の形態によれば、青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２に関して、１つの画素に、青色の撮像用信号となるべき電荷を得る撮像用フォトダイオード４１の他に、第１及び第２の焦点検出用信号となるべき電荷を得る第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３が設けられているので、１つの画素から青色の撮像用信号と焦点検出用信号の両方を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、固体撮像素子３が焦点検出素子としての機能を併せ持ちながら、画素欠陥と同様の状態による画質の劣化を回避することができる。
【０１４６】
また、本実施の形態では、青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２に関して、１つの画素において、撮像用フォトダイオード４１と第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３とが入射光の入射方向に重なるように配置され、撮像用フォトダイオード４１が主として光電変換する入射光の波長成分と、第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３が主として光電変換する入射光の波長成分とが、異なっている。したがって、本実施の形態によれば、特許文献３に開示された前記固体撮像素子などとは異なり、撮像用フォトダイオード４１を２分割する必要がなく、撮像用フォトダイオード４１に不感帯が生じない。よって、本実施の形態によれば、青色の撮像用信号に対する入射光の利用効率が高まる。
【０１４７】
［第２の実施の形態］
【０１４８】
図２０は、本発明の第２の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。図２０において、図４及び図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１４９】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と基本的に異なる所は、固体撮像素子３における画素の配置のみである。本実施の形態では、固体撮像素子３における画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ１，２０Ｂ２を、撮像領域３１の全体に渡って、図２０に示すようなパターンで配置したものである。図２０は、撮像領域３１の一部を拡大したものに相当する。
【０１５０】
本実施の形態では、図２０に示すように、ベイヤー配列に従った配置を採用しつつ、緑色の画素２０Ｇを１つ挟んでＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ隣り合う青色の画素が、画素２０Ｂ１と画素２０Ｂ２となり、画素２０Ｂ１同士や画素２０Ｂ２同士とならないように、配置したものである。
【０１５１】
前記第１の実施の形態では、焦点検出領域が予め図３に示すように定められていたが、本実施の形態では、例えば、緑色の画素２０Ｇ、青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２を含む任意の列及び行の一部を、適宜任意に焦点検出領域として指定し得る。この場合、緑色の画素２０Ｇ、青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２を含むＹ軸方向の列の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の青色の画素２０Ｂ１の第１及び第２の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。緑色の画素２０Ｇ、青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２を含むＸ軸方向の行の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の青色の画素２０Ｂ２の第１及び第２の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。
【０１５２】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１５３】
［第３の実施の形態］
【０１５４】
図２１は、本発明の第３の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図であり、図３における焦点検出領域３５の付近を拡大したものに相当する。図２２は、本実施の形態による電子カメラ１の固体撮像素子３の画素配置を模式的に示す他の図であり、図３における焦点検出領域３６の付近を拡大したものに相当する。図２１及び図２２において、図４及び図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１５５】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と基本的に異なる所は、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２に代えて、焦点検出用信号を出力し得ない青色の画素２０Ｂが用いられている点と、焦点検出用信号を出力し得ない赤色の画素２０Ｒに代えて、焦点検出用信号を出力し得るように構成された赤色の画素２０Ｒ１，２０Ｒ２が用いられている点のみである。
【０１５６】
図２１及び図２２において、画素２０Ｂには符号「Ｂ」を付し、画素２０Ｒ１には符号「Ｒ１」を付し、画素２０Ｒ２には符号「Ｒ２」を付している。
【０１５７】
本実施の形態では、図２１及び図２２に示すように、赤色の画素２０Ｒ１，２０Ｒ２、緑色の画素２０Ｇ及び青色の画素２０Ｂが、ベイヤー配列に従って配列されている。
【０１５８】
本実施の形態では、Ｙ軸方向に延びた図３中の焦点検出領域３５は、図２１に示すように、緑色の画素２０Ｇと赤色の画素とが交互に並んだＹ軸方向の列の一部である。焦点検出領域３５では、赤色の画素として赤色の画素２０Ｒ１が用いられている。Ｙ軸方向に延びた図３中の焦点検出領域３３，３４は、焦点検出領域３５と同様である。
【０１５９】
また、本実施の形態では、Ｘ軸方向に延びた図３中の焦点検出領域３６は、図２２に示すように、緑色の画素２０Ｇと赤色の画素とが交互に並んだＸ軸方向の行の一部である。焦点検出領域３６では、赤色の画素として赤色の画素２０Ｒ２が用いられている。Ｘ軸方向に延びた図３中の焦点検出領域３６，３７は、焦点検出領域３５と同様である。
【０１６０】
図面には示していないが、青色の画素２０Ｂは、青色波長成分を選択的に透過させる青色カラーフィルタ８８Ｂ（図示せず）が赤色カラーフィルタ８８Ｒの代わりに設けられている点を除き、第１の実施の形態における赤色の画素２０Ｒと同一に構成されている。
【０１６１】
次に、赤色の画素２０Ｒ１について、図２３乃至図２６を参照して説明する。赤色の画素２０Ｒ１の回路構成は、図６に示す青色の画素２０Ｂ１の回路構成と同一である。
【０１６２】
図２３は、赤色の画素２０Ｒ１の主な要素を模式的に示す概略平面図である。図２４は、赤色の画素２０Ｒ１の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図２５は、赤色の画素２０Ｒ１の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。図２６は、図２３中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。図２３乃至図２６において、図７乃至図１２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１６３】
図２３において、撮像用フォトダイオード４１を構成する撮像用電荷蓄積層５２を透過して破線にて示している。図２３では、駆動配線は省略され、画素内の内部配線７３のみを示している
【０１６４】
図２４は、主に、撮像用フォトダイオード４１を構成する撮像用電荷蓄積層５２を示している。図２４には、撮像用電荷蓄積層５２の電荷を導く導電路の一部をそれぞれ構成する深いＮ型の拡散部９１及び表面に現れるＮ型の拡散部９２も、示している。また、図２４には、破線によって分離層５７も示している。
【０１６５】
図２５は、主に、第１の焦点検出用フォトダイオード４２を構成する第１の焦点検出用電荷蓄積層５３、及び、第２の焦点検出用フォトダイオード４３を構成する第２の焦点検出用電荷蓄積層５４を、示している。理解を容易にするため、図２５には、ＦＤ４４の一部を構成するＮ型拡散層７１と、深い拡散部９１と、表面の拡散部９２も示している。なお、図示されていないが、フローティングディフュージョン７１、深い拡散部９１、表面に現れる拡散部９２の領域は、遮光膜を兼ねる配線層６２（図示せず）で遮光されている。
【０１６６】
なお、図２６では、図１１と異なり、基板５１上の主要な要素（すなわち、基板５１上に形成された層間絶縁膜６１、当該画素の有効受光領域に開口６２ａを有する遮光膜を兼ねる配線層６２、平坦化層６３，６４及びマイクロレンズ６５）の図示は省略している。しかしながら、赤色の画素２０Ｒ１においても、それらの要素は設けられている。なお、赤色の画素２０Ｒ１においても、第１の実施の形態における青色の画素２０Ｂ１と同じく、カラーフィルタは設けられていない。
【０１６７】
赤色の画素２０Ｒ１が青色の画素２０Ｂ１と基本的に異なる所は、撮像用フォトダイオード４１を構成する撮像用電荷蓄積層５２が、基板５１の表面ではなく、深さ方向に深い領域に配置されている点と、第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３をそれぞれ構成する第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４が、基板５１の表面近くに配置されている点である。
【０１６８】
これにより、赤色の画素２０Ｒ１では、撮像用電荷蓄積層５２は、シリコン基板５１の深くにて入射光の赤色波長成分が主として光電変換されて赤色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。これを有する撮像用フォトダイオード４１は、入射光の赤色波長成分を主として光電変換して赤色の撮像用信号となるべき電荷を得ることになる。また、赤色の画素２０Ｒ１では、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４は、シリコン基板５１の表面近くにて入射光の青色波長成分が主として光電変換されてそれぞれ青色の第１及び第２のの焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ蓄積する。第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４をそれぞれ有する第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３は、入射光の青色波長成分を主として光電変換してそれぞれ青色の第１及び第２の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得ることになる。
【０１６９】
赤色の画素２０Ｒ２は、青色の画素２０Ｂ１を変形して青色の画素２０Ｂ２を得たのと同様の方法で赤色の画素２０Ｒ１を変形することによって、得ることができる。すなわち、赤色の画素２０Ｒ２では、図２３及び図２４に示すように、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は光軸Ｏに対して＋Ｙ側に配置されるとともに、第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は光軸Ｏに対して−Ｙ側に配置されているのに対し、図面には示していないが、赤色の画素２０Ｒ２では、第１の焦点検出用電荷蓄積層５３は光軸Ｏに対して−Ｘ側に配置されるとともに、第２の焦点検出用電荷蓄積層５４は光軸Ｏに対して＋Ｘ側に配置されている。
【０１７０】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１７１】
なお、前記第１の実施の形態を変形して前記第２の実施の形態を得たのと同様の変形を、本実施の形態に適用してもよい。
【０１７２】
［第４の実施の形態］
【０１７３】
図２７は、本発明の第４の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。図２７において、図４、図５、図２１及び図２２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１７４】
本実施の形態が前記第３の実施の形態と基本的に異なる所は、固体撮像素子３における画素の配置のみである。本実施の形態では、これまで説明した画素２０Ｂ１，２０Ｒ２，２０Ｇを、撮像領域３１の全体に渡って、図２０に示すようなパターンで配置したものである。図２７は、撮像領域３１の一部を拡大したものに相当する。本実施の形態では、図２７に示すように、画素２０Ｂ１，２０Ｒ２，２０Ｇがベイヤー配列されている。
【０１７５】
本実施の形態では、例えば、緑色の画素２０Ｇ及び青色の画素２０Ｂ１を含む任意の列の一部、及び、緑色の画素２０Ｇ及び赤色の画素２０Ｒ２を含む任意の行の一部を、適宜任意に焦点検出領域として指定し得る。この場合、緑色の画素２０Ｇ及び青色の画素２０Ｂ１を含む任意の列の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の青色の画素２０Ｂ１の第１及び第２の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。緑色の画素２０Ｇ及び赤色の画素２０Ｒ２を含む任意の行の一部を焦点検出領域として指定する場合は、当該焦点検出領域の全部の赤色の画素２０Ｒ２の第１及び第２の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量を演算する。
【０１７６】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１７７】
［第５の実施の形態］
【０１７８】
図２８は、本発明の第５の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。図２８において、図４、図５、図２１及び図２２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１７９】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と基本的に異なる所は、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２に代えて、焦点検出用信号を出力し得ない青色の画素２０Ｂが用いられている点と、焦点検出用信号を出力し得ない緑色の画素２０Ｇに代えて、焦点検出用信号を出力し得るように構成された緑色の画素２０Ｇ１，２０Ｇ２が用いられている点のみである。
【０１８０】
図２８において、画素２０Ｇ１には符号「Ｇ１」を付し、画素２０Ｇ２には符号「Ｇ２」を付している。
【０１８１】
本実施の形態では、図２１及び図２２に示すように、赤色の画素２０Ｒ、緑色の画素２０Ｇ１，２０Ｇ２及び青色の画素２０Ｂが、ベイヤー配列に従って配列されている。
【０１８２】
図面には示していないが、緑色の画素２０Ｇ１の回路構成は、図６に示す青色の画素２０Ｂ１の回路構成と同一である。
【０１８３】
また、図面には示していないが、緑色の画素２０Ｇ１が青色の画素２０Ｂ１と基本的に異なる所は、撮像用フォトダイオード４１を構成する撮像用電荷蓄積層５２が、基板５１の表面ではなく、緑色波長成分が光電変換された電荷を蓄積するのに適した中間的に深い領域に配置されている点と、第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３をそれぞれ構成する第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４が、基板５１の表面近く又は撮像用電荷蓄積層５２よりも深い位置に配置されている点である。
【０１８４】
これにより、緑色の画素２０Ｇ１では、撮像用電荷蓄積層５２は、シリコン基板５１の中間的な深さにて入射光の緑波長成分が主として光電変換されて緑色の撮像用信号となるべき電荷を蓄積する。これを有する撮像用フォトダイオード４１は、入射光の緑色波長成分を主として光電変換して緑色の撮像用信号となるべき電荷を得ることになる。また、緑色の画素２０Ｒ１では、第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４は、シリコン基板５１の表面近く又は深くにて入射光の青色波長成分又は赤色波長成分が主として光電変換されてそれぞれ青色又は赤色の第１及び第２のの焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ蓄積する。第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４をそれぞれ有する第１及び第２の焦点検出用フォトダイオード４２，４３は、入射光の青色波長成分又は赤色波長成分を主として光電変換してそれぞれ青色又は赤色の第１及び第２の焦点検出用信号となるべき電荷をそれぞれ得ることになる。
【０１８５】
緑色の画素２０Ｇ２は、青色の画素２０Ｂ１を変形して青色の画素２０Ｂ２を得たのと同様の方法で緑色の画素２０Ｇ１を変形することによって、得ることができる。
【０１８６】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１８７】
［第６の実施の形態］
【０１８８】
図２９は、本発明の第６の実施の形態による撮像装置としての電子カメラの固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図であり、図３における焦点検出領域３５の付近を拡大したものに相当する。図３０は、本実施の形態による電子カメラ１の固体撮像素子３の画素配置を模式的に示す他の図であり、図３における焦点検出領域３６の付近を拡大したものに相当する。図２９及び図３０において、図４及び図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１８９】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と基本的に異なる所は、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２に代えて、焦点検出用信号を出力し得るように構成された青色の画素２０Ｂ３，２０Ｂ４，２０Ｂ５，２０Ｂ６が用いられている点のみである。
【０１９０】
図２９及び図３０において、画素２０Ｂ３には符号「Ｂ３」を付し、画素２０Ｂ４には符号「Ｂ４」を付し、画素２０Ｂ５には符号「Ｂ５」を付し、画素２０Ｂ６には符号「Ｂ６」を付している。図２９及び図３０において、符号「Ｂ＊」は、青色の画素２０Ｂ３，２０Ｂ４，２０Ｂ５，２０Ｂ６のいずれか任意の１つであることを示している。
【０１９１】
本実施の形態では、図２９及び図３０に示すように、赤色の画素２０Ｒ、緑色の画素２０Ｇ及び青色の画素２０Ｂ３，２０Ｂ４，２０Ｂ５，２０Ｂ６が、ベイヤー配列に従って配列されている。
【０１９２】
本実施の形態では、Ｙ軸方向に延びた図３中の焦点検出領域３５は、図２９に示すようなＹ軸方向の３列の一部である。また、Ｘ軸方向に延びた図３中の焦点検出領域３６は、図３０に示すようなＸ軸方向の３行の一部である。
【０１９３】
図３１は、青色の画素２０Ｂ３の要部を模式的に示す概略平面図である。図３２は、青色の画素２０Ｂ４の要部を模式的に示す概略平面図である。図３３は、青色の画素２０Ｂ５の要部を模式的に示す概略平面図である。図３４は、青色の画素２０Ｂ６の要部を模式的に示す概略平面図である。図３１乃至図３３において、図１３及び図１４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１９４】
青色の画素２０Ｂ３が青色の画素２０Ｂ１と基本的に異なる所は、−Ｙ側の第２の焦点検出用電荷蓄積層５４（したがって、第２の焦点検出用フォトダイオード４３）が除去されている点のみである。青色の画素２０Ｂ３の回路構成は、図６において、第２の焦点検出用フォトダイオード４３及び第３の転送トランジスタ４７が除去されたものとなる。
【０１９５】
青色の画素２０Ｂ４が青色の画素２０Ｂ１と基本的に異なる所は、＋Ｙ側の第１の焦点検出用電荷蓄積層５３（したがって、第１の焦点検出用フォトダイオード４２）が除去されている点のみである。青色の画素２０Ｂ４の回路構成は、図６において、第１の焦点検出用フォトダイオード４２及び第２の転送トランジスタ４６が除去されたものとなる。
【０１９６】
青色の画素２０Ｂ５が青色の画素２０Ｂ２と基本的に異なる所は、＋Ｘ側の第２の焦点検出用電荷蓄積層５４（したがって、第２の焦点検出用フォトダイオード４３）が除去されている点のみである。青色の画素２０Ｂ５の回路構成は、図６において、第２の焦点検出用フォトダイオード４３及び第３の転送トランジスタ４７が除去されたものとなる。
【０１９７】
青色の画素２０Ｂ６が青色の画素２０Ｂ２と基本的に異なる所は、−Ｘ側の第１の焦点検出用電荷蓄積層５３（したがって、第１の焦点検出用フォトダイオード４２）が除去されている点のみである。青色の画素２０Ｂ３の回路構成は、図６において、第１の焦点検出用フォトダイオード４２及び第２の転送トランジスタ４６が除去されたものとなる。
【０１９８】
本実施の形態では、例えば、図２９に示す焦点検出領域３５が指定された場合、当該領域３５の全部の青色の画素２０Ｂ３からの焦点検出用信号と、当該領域３５の全部の青色の画素２０Ｂ４からの焦点検出用信号とを用いて、デフォーカス量を演算する。図３０に示す焦点検出領域３６が指定された場合、当該領域３６の全部の青色の画素２０Ｂ５からの焦点検出用信号と、当該領域３６の全部の青色の画素２０Ｂ６からの焦点検出用信号とを用いて、デフォーカス量を演算する。
【０１９９】
なお、本実施の形態では、必要に応じて、青色の画素２０Ｂ３，２０Ｂ４，２０Ｂ５，２０Ｂ６において、撮像用電荷蓄積層５２の有効受光領域のうちの焦点検出用電荷蓄積層５３（又は５４）と重なっていない領域に対応する箇所には、青色波長成分のみを選択的に透過する青色カラーフィルタを設ける。また、第１の実施の形態のように、撮像用電荷蓄積層５２の下に分離層を設けてもよい。このように分離層を設ければ、撮像用の信号に不要な電荷が入りノイズになることが無い。さらに、Ｎ型シリコン基板にＰ型ウエルを設け、その中に焦点検出用電荷蓄積層５３や撮像用電荷蓄積層５２を配置させてもよい。その場合、不要な電荷はＮ型シリコンに吸収されるので、ノイズにならない。
【０２００】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０２０１】
ところで、本実施の形態において、青色の画素２０Ｂ３，２０Ｂ４の代わりに、図３５及び図３６にそれぞれ示す青色の画素２０Ｂ３’，２０Ｂ４を用いてもよい。青色の画素２０Ｂ３’では、＋Ｙ側の第１の焦点検出用電荷蓄積層５３の一部が光軸Ｏから−Ｙ側にある程度はみ出すように拡げられている。青色の画素２０Ｂ４’では、−Ｙ側の第２の焦点検出用電荷蓄積層５４の一部が光軸Ｏから＋Ｙ側にある程度はみ出すように拡げられている。青色の画素２０Ｂ５，２０Ｂ６についても同様に変形してもよい。この場合、より大きな焦点検出用信号を得ることが可能となり、焦点検出用信号のＳＮ比が向上する。
【０２０２】
前記第１の実施の形態を変形して第２乃至５の実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第６の実施の形態に対して適用してもよい。
【０２０３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０２０４】
例えば、前述した実施の形態はカラーの組み合わせとしてＲ、Ｇ、Ｂを用いる系を採用した例であるが、本発明は、補色系を採用してもよい。
【０２０５】
また、例えば前記第１の実施の形態では、青色の画素２０Ｂ１，２０Ｂ２は、有効受光領域の全体をカバーする１つの焦点検出用電荷蓄積層を２つの第１及び第２の焦点検出用電荷蓄積層５３，５４に分割したものに相当している。しかしながら、本発明では、１つの画素に設ける焦点検出用電荷蓄積層の数は２つに限定されるものではなく、例えば、１つの画素に４等分割したものに相当する４つの焦点検出用電荷蓄積層を設けてもよい。
【０２０６】
さらに、本発明では、一部の画素ではなく全ての画素にそれぞれ１つ以上の焦点検出用電荷蓄積層を設けてもよい。
【０２０７】
また、本発明は、ＭＯＳトランジスタ以外の増幅部を用いた増幅型固体撮像素子にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による撮像装置を示す概略ブロック図である。
【図２】図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】図１中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図４】図３における所定の焦点検出領域の付近を拡大した概略拡大図である。
【図５】図３における他の所定の焦点検出領域の付近を拡大した概略拡大図である。
【図６】図１中の固体撮像素子の青色の画素を示す回路図である。
【図７】図１中の固体撮像素子の青色の画素の主な要素を模式的に示す概略平面図である。
【図８】図１中の固体撮像素子の青色の画素の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。
【図９】図１中の固体撮像素子の青色の画素の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。
【図１０】図７中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図１１】図７のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図１２】図７中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。
【図１３】図１中の固体撮像素子の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図１４】図１中の固体撮像素子の他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図１５】図１中の固体撮像素子の赤色の画素及び緑色の画素を示す回路図である。
【図１６】図１中の固体撮像素子の赤色の画素及び緑色の画素を示す概略断面図である。
【図１７】焦点検出モード時の図１中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。
【図１８】撮像モード時の図１中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。
【図１９】焦点検出・撮像の同時モード時の図１中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。
【図２０】本発明の第２の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す他の図である。
【図２３】本発明の第３の実施の形態で用いられる赤色の画素の主な要素を模式的に示す概略平面図である。
【図２４】図２３に示す赤色の画素の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。
【図２５】図２３に示す赤色の画素の他の一部の要素を模式的に示す概略平面図である。
【図２６】図２３中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。
【図２８】本発明の第５の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。
【図２９】本発明の第６の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す図である。
【図３０】本発明の第６の実施の形態による撮像装置の固体撮像素子の画素配置を模式的に示す他の図である。
【図３１】本発明の第６の実施の形態で用いられる青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図３２】本発明の第６の実施の形態で用いられる他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図３３】本発明の第６の実施の形態で用いられる更に他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図３４】本発明の第６の実施の形態で用いられる更に他の青色の画素の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図３５】青色の画素の変形例を示す概略平面図である。
【図３６】他の青色の画素の変形例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【０２０９】
１  電子カメラ
２  撮影レンズ
３  固体撮像素子
２０  ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ１〜２０Ｂ６，２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｇ１，２０Ｇ２  画素
４１  撮像用フォトダイオード
４２，４３  焦点検出用フォトダイオード
５２  撮像用電荷蓄積層
５３，５４  焦点検出用電荷蓄積層
【図１】
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【図２】
2008015215.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008015215.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008015215.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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