(57)【要約】【課題】位相差検出画素の遮光膜開口を小さくすることなく良好な位相差情報を取得する。【解決手段】基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子５と、該複数の光電変換素子５の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、光電変換素子５の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子５の受光面上に開口６が設けられた遮光膜とを備え、光電変換素子５のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する２つの光電変換素子５Ｇ，５ｇに設けられる前記開口が該２つの光電変換素子で共通に１つの開口７として設けられる【選択図】図３
2012211942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子と、該複数の光電変換素子の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、前記光電変換素子の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子の受光面上に開口が設けられた遮光膜とを備え、前記光電変換素子のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する２つの光電変換素子に設けられる前記開口が該２つの光電変換素子で共通に１つの開口として設けられる固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、前記位相差情報は、前記１つの開口のうち前記２つの光電変換素子の一方の受光面上の開口部分の重心位置と他方の受光面上の開口部分の重心位置とを前記２つの各光電変換素子の受光面中心位置に対して互いに反対方向にずらして設けることで検出される
固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子であって、前記二次元アレイ状に配列形成された前記複数の光電変換素子は、奇数行に対して偶数行が１／２ピッチずつづらして配列形成されており、正方格子配列となる前記奇数行の前記光電変換素子に３原色のカラーフィルタがベイヤ配列され、正方格子配列となる前記偶数行の前記光電変換素子に３原色のカラーフィルタがベイヤ配列される固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子であって、前記光電変換素子の前記信号電荷の量に応じた撮像信号をＭＯＳトランジスタ回路で読み出す固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像素子であって、前記固体撮像素子の前記ＭＯＳトランジスタ回路に接続される配線を、２つの光電変換素子行毎，２つの光電変換素子列毎に纏めて敷設した固体撮像素子。
【請求項６】
請求項５に記載の固体撮像素子であって、前記配線を前記遮光膜の代わりに使用すると共に、前記位相差情報を検出する隣接する２つの光電変換素子の間に前記配線が存在しない部分には前記配線を延長して前記遮光膜代わりとする固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像素子であって、前記１つの開口の一辺が少なくとも０．７μｍある固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の固体撮像素子であって、前記１つの開口の形状が平行四辺形である固体撮像素子。
【請求項９】
請求項８に記載の固体撮像素子であって、前記平行四辺形の鋭角の頂点部分が削除された多角形状である固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の固体撮像素子であって、前記１つの開口の形状が、前記位相差情報を検出しない前記光電変換素子に設けられる前記開口と同一形状である固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子であって、前記基板上に形成される光電変換素子の全てを前記位相差情報を検出する光電変換素子とする固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像素子であって、前記１つの開口は前記２つの光電変換素子毎に設けられ、一方向に長手の第１の開口と、該一方向に対して垂直な方向に長手の第２の開口とが均等に混在して設けられる固体撮像素子。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の固体撮像素子を搭載した撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体画像を撮像する撮像面上に位相差検出画素（焦点検出用画素とも云われる）を搭載した固体撮像素子及びこの撮像素子を搭載した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置で被写体に焦点を合わせる場合、被写体までの距離を位相差ＡＦ方式で検出する方法がある。この位相差ＡＦ方式には、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、固体撮像素子の受光面（撮像面）上の隣接２画素（フォトダイオード（光電変換素子）を画素ということにする。）を焦点検出用画素のペア画素としたものがある。
【０００３】
このペア画素の一方に右眼で被写体を見た光が入射し、他方に左眼で被写体を見た光が入射するように、夫々の遮光膜開口を夫々の画素中心に対して反対方向に偏心させ、夫々の画素に入射光角度依存性を持たせるのが一般的である。
【０００４】
図１０は、位相差検出画素と通常画素との遮光膜開口を例示する図であり、６画素分を図示しており、中央の２画素が焦点検出用画素（位相差検出画素）である。上下の２画素づつが通常画素であり、夫々の遮光膜開口１は広く開口されている。これに対し、位相差検出画素の遮光膜開口２ａ，２ｂは開口１より狭く、且つ、各画素の中心から互いに反対方向に偏心して設けられる。
【０００５】
図１１は、位相差検出画素で被写体までの距離を検出する原理を説明する図である。位相差検出画素のペア画素を水平方向に任意の間隔で並べ、遮光膜開口２ａを通して得られた信号ｆ（ｘ）と、遮光膜開口２ｂを通して得られた信号ｇ（ｘ）とを求める。信号ｆ（ｘ）と信号ｇ（ｘ）とは、同一水平線上の同一被写体からの入射光を受光した結果得られるもので、互いに水平方向にずれた同一波形となり、両者間のズレ量が位相差量となる。この位相差量は、被写体までの距離に応じた視差であり、この位相差量から被写体までの距離を求めることができる。
【０００６】
従来の位相差検出画素に設ける遮光膜開口２ａ，２ｂは、両者間の視差が良好に得られるように、図１０に示す様に、小さく、別々に形成されている。近年の固体撮像素子は多画素化が進展し、１０００万画素以上を搭載するのが普通となり、１画素１画素が微細化され、１画素の寸法が製造限界に近づいている。この結果、位相差検出画素に設ける遮光膜開口２ａ，２ｂは、１画素よりかなり小さく形成しなければならない。
【０００７】
しかしながら、各画素に積層されるマイクロレンズによる入射光の集光点（光スポット）は、入射光の波長程度以下に小さくできないという問題がある。光スポットの径は、光の波長λとレンズの開ロ数ＮＡを用いると、およそ、スポット径Φ＝１．２２×λ／ＮＡとなる。
【０００８】
ここで、ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθであり、θはレンズから焦点に向かう光の最大角度、ｎはレンズと焦点の間の媒質の屈折率である。固体撮像素子における光学系として、ｎを酸化膜の値（およそ１．４６）、θ＝４５度とおくと、φ＝１．２６×λとなる。
【０００９】
これは、スポット径が光の波長程度の広がりを持つことを表し、Ｇ（緑色）光として波長５５０ｎｍを考えた場合、スポット径は約０．７μｍとなる。従って、位相差検出画素の遮光膜開ロ２ａ，２ｂの一辺が０．７μｍを下回ると、光スポットが遮光膜で蹴られることになり、感度が急激に低下する。
【００１０】
例えば、１画素の１辺が１．４μｍセルの固体撮像素子を考えた場合、遮光膜開ロ２ａ，２ｂのサイズは、およそ０．７μｍ程度となる。従って、位相差情報を取得するために遮光膜開ロ２ａ，２ｂを狭めると、位相差検出画素の感度が急激に低下し、良好な位相差情報を取得することが困難となる。位相差ＡＦにより焦点距離を求める場合、低照度撮影時にはＡＦ精度が得られないという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９―１０５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、微細化を図った画素に位相差検出用の遮光膜開口を設ける場合でも遮光膜開口を小さくせずに且つ良好な位相差情報を取得可能な固体撮像素子及びこの固体撮像素子を搭載した撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子と、該複数の光電変換素子の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、前記光電変換素子の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子の受光面上に開口が設けられた遮光膜とを備え、前記光電変換素子のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する２つの光電変換素子に設けられる前記開口が該２つの光電変換素子で共通に１つの開口として設けられることを特徴とする。
【００１４】
本発明の撮像装置は、上記の固体撮像素子を搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、遮光膜開口を小さくせずに且つ良好な位相差情報を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】図２の点線矩形枠内の６画素分の遮光膜開口を示す図である。
【図４】図１に示す固体撮像素子の配線敷設状態と遮光膜開口を示す図である。
【図５】図４のＡ―Ａ’線位置における断面模式図である。
【図６】図４に替わる実施形態の遮光膜開口を示す図である。
【図７】図６に替わる実施形態の遮光膜開口を示す図である。
【図８】図７に替わる実施形態の遮光膜開口を示す図である。
【図９】図８に替わる実施形態の画素配列及び遮光膜開口を示す図である。
【図１０】従来の位相差検出画素の遮光膜開口を例示する図である。
【図１１】位相差検出画素が検出する位相差量の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を搭載したデジタルカメラ（撮像装置）の機能ブロック構成図である。このデジタルカメラ１０は、撮影レンズ２１ａや絞り２１ｂ等を備える撮影光学系２１、この撮影光学系２１の後段に配置された撮像チップ２２とを備える。
【００１９】
撮像素子チップ２２は、信号読出手段がＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等のカラー画像撮像用単板式の固体撮像素子２２ａと、固体撮像素子２２ａから出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部（ＡＦＥ）２２ｂと、アナログ信号処理部２２ｂから出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２２ｃとを備える。本実施形態では、固体撮像素子２２ａとしてＣＭＯＳ型を例に説明する。
【００２０】
このデジタルカメラ１０は更に、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によって，固体撮像素子２２ａ，アナログ信号処理部２２ｂ，Ａ／Ｄ２２ｃの駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２３と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。駆動部２３を撮像素子チップ２２内に一緒に搭載する場合もある。
【００２１】
本実施形態のデジタルカメラ１０は更に、Ａ／Ｄ２２ｃから出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等の周知の画像処理を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス３４とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。
【００２２】
図２は、図１に示す固体撮像素子２２ａの表面模式図であり、画素配列，カラーフィルタ配列を示している。図示する実施形態では、奇数行の画素行（４５度傾けた正方形枠が各画素を示し、各画素上のＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）がカラーフィルタの色を表している。）に対して偶数行の画素行を１／２画素ピッチづつずらして配置した、所謂ハニカム画素配列となっている。
【００２３】
そして、奇数行の各画素だけみると画素配列は正方格子配列となり、これに三原色カラーフィルタＲＧＢがベイヤ配列されている。また、偶数行の各画素だけみても画素配列は正方格子配列となり、これに三原色カラーフィルタｒｇｂがベイヤ配列されている。Ｒ＝ｒ，Ｇ＝ｇ，Ｂ＝ｂであり、斜めに隣接する同色画素がペア画素を形成する。各画素の上（カラーフィルタの上）には、全画素で同一形状のマイクロレンズが搭載される（図示は省略する）。
【００２４】
図３は、図２の中央部分の点線枠で囲った６画素分の遮光膜開口を例示する図である。各ペア画素のうち位相差検出画素を構成するペア画素として、緑色（Ｇ，ｇ）のカラーフィルタを搭載した画素が採用される。赤色，青色のカラーフィルタを搭載した画素より多く存在するためである。
【００２５】
位相差検出画素以外の通常画素５の遮光膜開口６は、各画素５上に個別に設けられ、各画素５の面積より若干狭められた開口６となっている。これに対し、本実施形態の位相差検出画素の遮光膜開口７は、ペア画素５Ｇ，５ｇで共通に１つの開口とし、面積を広くしている。
【００２６】
図示する例の遮光膜開口７は、平行四辺形となっており、画素５Ｇ上に来る開口部分と画素５ｇ上に来る開口部分との面積を同一面積としている。また、夫々の開口部分の重心位置が、夫々の画素の中心位置に対して互いに反対方向に偏心した位置となるように設けられているため、位相差情報を取ることができる。図３の場合、画素５Ｇの中心位置に対して開口７の画素５Ｇ上の開口部分の重心位置が左にズレ、画素５ｇの中心位置に対して開口７の画素５ｇ上の開口部分の重心位置が右にズレているため、左右の位相差情報をとることができる。
【００２７】
図１０に示す従来の位相差検出画素は、ペア画素が水平方向に隣接しているが、位相差検出画素は水平方向，垂直方向に隣接しなければならない訳ではなく、本実施形態の様に斜め方向に隣接していても良い。この遮光膜開口７の形状によっては、位相差検出画素５Ｇ，５ｇ間の位相差は、左右方向成分の他、上下方向の成分も持つ場合もある。
【００２８】
仮に、遮光膜開口７を、位相差検出画素５Ｇ，５ｇ間の境界部分で、図１０の様に２つの開口（２ａ，２ｂ）に分離した場合、境界部分に入射する光は境界部分の遮光膜で蹴られて入射量が大幅に減ってしまう。しかし、本実施形態の様に、ペア画素を組む２つの位相差検出画素で共通の１つの広い遮光膜開口７を設けることで、入射光量を増やすことができ、位相差情報が取り易くなる。境界部分にはフォトダイオードは存在しないが、境界部分に入射した光によって半導体基板内に発生した光電荷は、半導体基板内部のポテンシャル勾配に応じて最近接のフォトダイオード（画素）へと移動するため、この光電荷も位相差情報として取り出すことが可能となる。
【００２９】
上述した様に、位相差検出画素を構成する隣接するペア画素で共通の１つの開口を設けるには、ペア画素間の境界部分に、配線や他の回路（信号読出回路等）が存在しない構成とするのが好ましい。
【００３０】
図４は、位相差検出画素を構成するペア画素間の境界部分に配線や信号読出回路等を設ける必要のないＣＭＯＳ型固体撮像素子の配線敷設方法を示す図である。図３に示す画素配列の固体撮像素子において、従来は、各画素行へのリセット信号線，読出信号線，ドレイン線等の水平配線は、各画素行毎に設けるのが普通であり、例えば各画素行の上辺に沿って設けられる。また、各画素列への電源線や信号出力線等の垂直配線は、各画素列毎に設けるのが普通であり、例えば各画素列の右辺に沿って設けられる。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、図４に示す様に、画素配列がハニカム配列のため蛇行して設けられる水平配線４１（実線で図示）は、２行の画素行（偶数行の画素行とこれに隣接する奇数行の画素行）毎に纏め、この２行の画素行の境界線上に水平配線４１（上行用の水平配線と下行用の水平配線）を通し、蛇行して設けられる垂直配線４２（破線で図示）も、２列の画素列毎に纏め、この２列の画素列の境界線上に垂直配線４２（右列用の垂直配線と左列用の垂直配線）を通す構成としている。
【００３２】
各画素に設ける信号読出回路（リセットトランジスタ，出力トランジスタ，行選択トランジスタ等）４４は、これらに接続する対応の水平配線４１の敷設位置，垂直配線４２の敷設位置に設けるのが好ましく、更にこれに合わせて、各画素（フォトダイオード）の読出ゲート（図中、三角形で示す）４５を配置する。
【００３３】
この配線構造により、同色のペア画素〔（Ｒ，ｒ）、（Ｇ，ｇ）、（Ｂ，ｂ）〕の全ての各ペア画素間の境界線部分に配線や信号回路が存在しない構造が実現可能となる。そして、各ペア画素のうち、任意の例えば周期的位置にある同色（Ｇ，ｇが好ましい。）のペア画素を位相差検出画素として、２つの位相差検出画素に共通の１つの広い、少なくとも１辺が０．７μｍの遮光膜開口７を設ける。これにより、画素が微細化された状態でも位相差検出画素の感度が向上して、良好な位相差情報を取得することが可能となる。
【００３４】
なお、上述した実施形態は、画素配列がハニカム画素配列のＣＭＯＳ型固体撮像素子で説明したが、ＣＣＤ型固体撮像素子でも同様に実現可能である。この場合、画素列２列毎に１本の垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）を共用する構成とすることで、左右のペア画素間の境界部分に垂直電荷転送路が来ない構造とすることができる。
【００３５】
図５（ａ）は、図４のＡ―Ａ’線位置の断面模式図である。ｐ型半導体基板５１の表面部には夫々がフォトダイオードを構成する複数のｎ領域５２（５２ａ，５２ｂを含む）が形成されている。半導体基板５１の表面上層には、絶縁層を介して水平配線４１と垂直配線４２とが積層され、その上に、遮光膜５３が積層される。
【００３６】
本実施形態では、画素行１行置きに水平配線４１を設け、画素列１列置きに垂直配線４２を設けた配線構造のため、同色カラーフィルタ（図２参照）が積層された斜め隣接画素（ｎ領域）間には、図５（ａ）に示される様に、配線４１，４２は敷設されない構成となる。
【００３７】
遮光膜５３には、夫々の通常画素の上部に開口する図３の遮光膜開口６が設けられると共に、２つの位相差検出画素５２ａ，５２ｂの上部には、図３に例示する共通の１つの遮光膜開口７が設けられる。
【００３８】
位相差検出画素５２ａ，５２ｂの境界部には、配線も信号読出回路も存在せずに、遮光膜開口７を通して入射してきた光は、半導体基板５１内で光電荷を発生させる。この光電荷は、ｎ領域５２ａ，５２ｂのいずれかにポテンシャル勾配に従って流れ込むことになる。
【００３９】
図５（ａ）の実施形態では、遮光膜５３を配線４１，４２とは別に設けたが、図５（ｂ）に示す様に、水平配線４１，垂直配線４２を本来の配線として使用する部分とは別にこれを画素境界部分に延長し、遮光膜として利用する構成とすることも可能である。
【００４０】
図５（ｂ）において、ｐ型半導体基板５１の表面部にはｎ領域５２（５２ａ，５２ｂを含む）が形成され、半導体基板５１の上方に、水平配線４１，垂直配線４２が絶縁層を介して積層される。上述した様に、同色斜め隣接のペア画素間には配線４１，４２は敷設されない構造となっている。このため、図示の例では配線４１，４２をペア画素間に延長して延長配線４１ａ，４２ａとし、配線４１，４２，４１ａ，４２ａを遮光膜として利用する。勿論、延長配線４１ａ，４２ａが隣接する水平配線４１，垂直配線４２と電気的に接触しないようにするのは当然である。
【００４１】
位相差検出画素を構成する画素５２ａ，５２ｂ間においては、水平配線４１の幅を拡大した配線４１ｂとして、遮光膜開口７を構成する遮光膜として利用する。
【００４２】
図６は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。図４の実施形態と類似するが、位相差検出画素に設ける１つの遮光膜開口８の形状が図４と異なる。図４の実施形態では、遮光膜開口７は平行四辺形で頂点の角度が鋭角になっている。この形状を微細化技術で製造した場合、鋭角部分が鈍ってしまい、その製造誤差は大きくなり、製造安定性が阻害されることがある。
【００４３】
そこで、図６の実施形態では、遮光膜開口８の鋭角部分を最初から設計で削除し、遮光膜開口８の平面形状を多角形状としている。これにより、製造安定性が向上する。
【００４４】
図７は、本発明の更に別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。図４の実施形態では、位相差検出画素の１つの遮光膜開口７を他の通常画素の遮光膜開口６（図３参照）と異なる形状の平行四辺形としたが、本実施形態では、位相差検出画素の共通の１つの遮光膜開口を、他の通常画素に設ける遮光膜開口６と同じ形状（図示する例では正方形状）６としている。開口レイアウトを全て同一形状とすることで、製造安定性が向上する。
【００４５】
上述した実施形態では、位相差検出画素を、全画素のうち周期的な位置にある同色画素とした。この場合、位相差検出画素の検出信号を位相差情報としてだけ利用してこの位相差検出画素を欠陥画素と同様に取り扱い、周囲の通常画素の撮像画像信号を補間演算して欠陥画素（位相差検出画素）位置の撮像画像信号とし、被写体画像データを生成することが行われる。
【００４６】
しかし、上述した実施形態では、位相差検出画素の遮光膜開口を１つの共通の大きな遮光膜開口としているため、位相差検出画素であっても明るい光を受光することができる。つまり、位相差検出画素の検出信号を、位相差情報を持った撮像画像信号として使うことが可能である。
【００４７】
そこで、全画素を位相差検出画素として使用することができ、図２で説明したペア画素の全てを位相差検出画素のペア画素として使用することができる。ペア画素毎に設ける遮光膜開口を図３に示す遮光膜開口とすることで、左右方向に位相差情報を持った撮像画像信号を撮影することが可能となる。
【００４８】
この場合、ペア画素の左側の画素への入射光による撮像画像は、撮影レンズで左右反転した入射光による画像となるため、右眼で被写体を見た画像となる。ペア画素の右側の画素への入射光による撮像画像は、撮影レンズで左右反転した入射光による画像となるため、左眼で被写体を見た画像となる。このため、右眼で見た撮像画像と左眼で見た撮像画像とを組み合わせることで、被写体の立体画像を再生することが可能となる。
【００４９】
しかし、例えば図８に示す様に、遮光膜開口を、偶数列と奇数列とで縦長平行四辺形５５，横長平行四辺形５６とすることも可能である。偶数行と奇数行とで遮光膜開口の延びる方向を変えても良い。尚、開口５５，５６の形状は平行四辺形である必要はなく、一方向に長手の開口５５と、この一方向に対して略直角な方向に長手の開口５６とすれば良い。
【００５０】
図８に示す縦長平行四辺形５５の遮光膜開口を通すことで、ユーザが正立状態で被写体を見たときに得られる立体画像を撮像することができ、横長平行四辺形５６の遮光膜開口を通すことで、ユーザが被写体を横になって見たときに得られる立体画像を撮像することができる。つまり、縦長と横長の長手の遮光膜開口を１つの撮像素子の受光面に均等に配列することで、両方の立体画像を撮像することが可能となる。
【００５１】
図９は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。上述した各実施形態の固体撮像素子は、画素配列がハニカム画素配列の例であるが、本実施形態では、画素配列を正方格子配列としている。
【００５２】
各画素が正方格子配列された固体撮像素子では、各画素行毎の水平配線４１が２行の画素行間に纏めて敷設され、画素列毎の垂直配線４２は、各画素列毎に敷設される。図示する例では、配線層の無い、上下に隣接する２つの画素のうち周期的な位置にある位相差検出画素間に共通の１つの遮光膜開口５７を設けている。この構成でも、位相差検出画素が明るい光を受光でき、良好な位相差情報を取得することが可能となる。
【００５３】
なお、図９の実施形態では、２つの位相差検出画素は同色である必要があるため、カラーフィルタ配列を横ストライプとするのが良い。あるいは、モノクロ画素撮像用の固体撮像素子や、３板式カラー画像撮像用の固体撮像素子に適用するのが良い。
【００５４】
以上述べた実施形態の固体撮像素子は、基板上に二次元アレイ状に配列形成され各々が入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の光電変換素子と、該複数の光電変換素子の各々の上に積層される同形状のマイクロレンズと、前記光電変換素子の受光面と対応する前記マイクロレンズとの間に介挿され該光電変換素子の受光面上に開口が設けられた遮光膜とを備え、前記光電変換素子のうち被写体からの入射光の位相差情報を検出する隣接する２つの光電変換素子に設けられる前記開口が該２つの光電変換素子で共通に１つの開口として設けられることを特徴とする。
【００５５】
また、実施形態の固体撮像素子の前記位相差情報は、前記１つの開口のうち前記２つの光電変換素子の一方の受光面上の開口部分の重心位置と他方の受光面上の開口部分の重心位置とを前記２つの各光電変換素子の受光面中心位置に対して互いに反対方向にずらして設けることで検出されることを特徴とする。
【００５６】
また、実施形態の固体撮像素子の前記二次元アレイ状に配列形成された前記複数の光電変換素子は、奇数行に対して偶数行が１／２ピッチずつづらして配列形成されており、正方格子配列となる前記奇数行の前記光電変換素子に３原色のカラーフィルタがベイヤ配列され、正方格子配列となる前記偶数行の前記光電変換素子に３原色のカラーフィルタがベイヤ配列されることを特徴とする。
【００５７】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記光電変換素子の前記信号電荷の量に応じた撮像信号をＭＯＳトランジスタ回路で読み出すことを特徴とする。
【００５８】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記固体撮像素子の前記ＣＭＯＳトランジスタ回路に接続される配線が２つの光電変換素子行毎，２つの光電変換素子列毎に纏めて敷設したことを特徴とする。
【００５９】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記配線を前記遮光膜の代わりに使用すると共に、前記位相差情報を検出する隣接する２つの光電変換素子の間に前記配線が存在しない部分には前記配線を延長して前記遮光膜代わりとすることを特徴とする。
【００６０】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記１つの開口の一辺が少なくとも０．７μｍあることを特徴とする。
【００６１】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記１つの開口の形状が平行四辺形であることを特徴とする。
【００６２】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記平行四辺形の鋭角の頂点部分が削除された多角形状であることを特徴とする。
【００６３】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記１つの開口の形状が、前記位相差情報を検出しない前記光電変換素子に設けられる前記開口と同一形状であることを特徴とする。
【００６４】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記基板上に形成される光電変換素子の全てを前記位相差情報を検出する光電変換素子とすることを特徴とする。
【００６５】
また、実施形態の固体撮像素子は、前記１つの開口は前記２つの光電変換素子毎に設けられ、一方向に長手の第１の開口と、該一方向に対して垂直な方向に長手の第２の開口とが均等に混在して設けられることを特徴とする。
【００６６】
また、実施形態の撮像装置は、上記のいずれかに記載の固体撮像素子を搭載したことを特徴とする。
【００６７】
以上述べた実施形態によれば、位相差情報を取得する２つの位相差検出画素に共通の１つの開口を設けたため、位相差検出画素の受光量が増え、良好な位相差情報を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る固体撮像素子は、遮光膜開口を小さくせずに且つ良好な位相差情報を取得することができるため、位相差ＡＦ方式を採用する固体撮像素子やこの固体撮像素子を搭載した撮像装置に適用すると有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１，６  通常画素の遮光膜開口
２ａ，２ｂ  従来の位相差検出画素の遮光膜開口
５  画素（光電変換素子）
５Ｇ，５ｇ  位相差検出画素
７，８  位相差検出画素の遮光膜開口
４１  水平配線
４１ａ，４１ｂ  水平配線の延長部分
４２  垂直配線
４２ａ  垂直配線の延長部分
４４  信号読出回路
４５  読出ゲート
５１  半導体基板
５２  画素（ｎ領域（フォトダイオード））
５２ａ，５２ｂ  位相差検出画素のｎ領域
５３  遮光膜
【図１】
2012211942.tif 000003
【図２】
2012211942.tif 000004
【図３】
2012211942.tif 000005
【図４】
2012211942.tif 000006
【図５】
2012211942.tif 000007
【図６】
2012211942.tif 000008
【図７】
2012211942.tif 000009
【図８】
2012211942.tif 000010
【図９】
2012211942.tif 000011
【図１０】
2012211942.tif 000012
【図１１】
2012211942.tif 000013