(57)【要約】【課題】焦点検出の精度、画質などを損なわずに、低コストで自由度の高い撮像素子を提供することができるようにする。【解決手段】フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、金属製の遮光膜を有する複数の第１の画素と、フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記遮光膜を有しない複数の第２の画素とを備え、前記第１の画素および前記第２の画素に含まれるフォトダイオードの周囲が金属製の枠により覆われている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記画素に入射する光の一部を遮光する金属製の遮光膜を有する複数の第１の画素と、
フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記遮光膜を有しない複数の第２の画素とを備え、
前記第１の画素および前記第２の画素に含まれるフォトダイオードの周囲が金属製の枠により覆われている
撮像素子。
【請求項２】
前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素のそれぞれにおいて、
前記画素内トランジスタの端子に接続される配線の一部と、当該画素に隣接する画素の前記枠との距離が一定となるように、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素が配置されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素のそれぞれにおいて、
前記画素内トランジスタのうちの電荷を電圧信号に変換するためのトランジスタのゲート端子と当該画素を構成する回路のＦＤ（Floating Diffusion）とを接続する配線と、前記画素に隣接する画素の前記枠との距離が一定となるように、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素が配置されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記遮光膜および前記枠が、
画素内トランジスタの所定の端子を接続する配線を構成する金属箔により構成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第１の画素は、焦点距離を検出するための画素とされ、
前記第２の画素は、撮像用信号を出力するための画素とされる
請求項１に記載の撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像素子に関し、特に、焦点検出の精度、画質などを損なわずに、低コストで自由度の高い撮像素子を提供することができるようにする撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮像用信号を出力する画素（以下、通常画素と称する）と、焦点距離を検出する画素（以下、ＡＦ（Auto Focus）画素と称する）を、同一撮像素子内に混在させるような撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の技術によれば、撮像素子と同一チップ上に瞳分割微小レンズ群と瞳分割光等を受光する一対の受光素子群とを複数領域において形成し、上記受光素子群の出力に基づいて焦点検出が行われる。これにより、例えば、新たな機構や光学系を追加することなく、省スペースで、より広い焦点検出領域を有し、ＡＦスピードを向上させ、且つ正確な焦点調節を行うことができる。
【０００４】
また、焦点検出精度向上の為に、ＡＦ画素には一定方向の入射光を照射する必要がある。このため、例えば、ＡＦ画素の一部に遮光膜を設ける構成を採用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２の技術によれば、遮光膜は、開口部が設けられており、ＡＦ画素の光の入射する側に配置され、入射光が光電変換部に入射する領域を規定する。これにより、ＡＦ画素の光電変換部は、撮影レンズの射出瞳の中心から−Ｙ方向へ実質的に偏心した射出瞳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になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９２６８６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＡＦ画素の一部に遮光膜を設ける場合、ＡＦ画素に追加した遮光膜の配置位置や形状により、容量の変動（変換効率の変動）が発生する。つまり、個々のＡＦ画素間で電気特性の差が生じることになる。
【０００８】
また、撮像素子の中で、ＡＦ画素と通常画素が隣接している部分では、ＡＦ画素に配置した遮光膜の影響で、ＡＦ画素に隣接している通常画素の電気特性が変動する。すなわち、ＡＦ画素に隣接した通常画素と、ＡＦ画素に隣接していない通常画素との間に電気的特性の差が生じることになる。
【０００９】
その結果、例えば、ＡＦ画素間での電気特性の差に起因して、焦点検出用の信号出力差が発生し、焦点検出精度が低下する場合がある。また、通常画素間での電気特性の差に起因して、撮像用信号に出力差が発生し、画質が著しく低下する場合がある。
【００１０】
さらに、従来の技術では、上述したように、ＡＦ画素の配置によって隣接する通常画素の電気特性が変動するので、ＡＦ画素の配置に係る自由度も少ない。
【００１１】
本技術はこのような状況に鑑みて開示するものであり、焦点検出の精度、画質などを損なわずに、低コストで自由度の高い撮像素子を提供することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本技術の一側面は、フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記画素に入射する光の一部を遮光する金属製の遮光膜を有する複数の第１の画素と、フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記遮光膜を有しない複数の第２の画素とを備え、前記第１の画素および前記第２の画素に含まれるフォトダイオードの周囲が金属製の枠により覆われている撮像素子である。
【００１３】
前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素のそれぞれにおいて、前記画素内トランジスタの端子に接続される配線の一部と、当該画素に隣接する画素の前記枠との距離が一定となるように、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素が配置されているようにすることができる。
【００１４】
前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素のそれぞれにおいて、前記画素内トランジスタのうちの電荷を電圧信号に変換するためのトランジスタのゲート端子と当該画素を構成する回路のＦＤ（Floating Diffusion）とを接続する配線と、前記画素に隣接する画素の前記枠との距離が一定となるように、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素が配置されているようにすることができる。
【００１５】
前記遮光膜および前記枠が、画素内トランジスタの所定の端子を接続する配線を構成する金属箔により構成されているようにすることができる。
【００１６】
前記第１の画素は、焦点距離を検出するための画素とされ、前記第２の画素は、撮像用信号を出力するための画素とされるようにすることができる。
【００１７】
本技術の一側面においては、フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記画素に入射する光の一部を遮光する金属製の遮光膜を有する複数の第１の画素と、フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記遮光膜を有しない複数の第２の画素とが設けられ、前記第１の画素および前記第２の画素に含まれるフォトダイオードの周囲が金属製の枠により覆われている。
【発明の効果】
【００１８】
本技術によれば、焦点検出の精度、画質などを損なわずに、低コストで自由度の高い撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子の構成例を示す図である。
【図２】通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子の別の構成例を示す図である。
【図３】通常画素の構成とＡＦ画素の構成を説明する図である。
【図４】通常画素の回路構成を説明する図である。
【図５】通常画素の回路構成を説明する図である。
【図６】ＡＦ画素の回路構成を説明する図である。
【図７】従来の通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子における回路のレイアウトの例を示す図である。
【図８】本技術を適用した場合における通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子における回路のレイアウトの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、ここで開示する技術の実施の形態について説明する。
【００２１】
最初に撮像素子の構成について説明する。従来より、撮像用信号を出力する画素（以下、通常画素と称する）と、焦点距離を検出する画素（以下、ＡＦ（Auto Focus）画素と称する）を、同一撮像素子に混在するような撮像素子が提案されている。
【００２２】
図１は、通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子の構成例を示す図である。同図に示されるように、この撮像素子１０には、図中「Ｎ」と記された矩形で表示される通常画素と、図中「ＡＦ」と記された矩形で表示されるＡＦ画素がそれぞれ１列おきに配置されている。
【００２３】
また、例えば、図２に示されるように、通常画素とＡＦ画素とが配置される場合もある。図２に示される撮像素子２０の場合、ＡＦ画素が１列配置された後、続いて通常画素が２列配置される構成とされている。
【００２４】
また、ＡＦ画素１列に対して通常画素が３列、４列、・・・配置される構成の撮像素子も存在する。さらに、通常画素１列に対してＡＦ画素が２列、３列、・・・という構成も採用し得る。
【００２５】
図３は、通常画素の構成とＡＦ画素の構成を説明する図である。
【００２６】
図３の左側には、通常画素５１が示されている。同図に示されるように通常画素５１は、フォトダイオード５１ａ、および、オンチップレンズ５１ｂにより構成されている。なお、同図において図中上側がフォトダイオードの受光面とされ、フォトダイオードは、受光面に照射された光の強度に応じた電流を発生されるようになされている。また、必要に応じてフォトダイオード５１ａの受光面の上にカラーフィルタなどが設けられる。
【００２７】
図３の右側には、ＡＦ画素５２が示されている。同図に示されるようにＡＦ画素５２は、フォトダイオード５２ａ、オンチップレンズ５２ｂ、および、遮光膜５２ｃを有する構成とされている。なお、同図において図中上側がフォトダイオードの受光面とされ、フォトダイオードは、受光面に照射された光の強度に応じた電流を発生されるようになされている。また、必要に応じてフォトダイオード５２ａの受光面の上にカラーフィルタなどが設けられる。
【００２８】
焦点検出の精度を向上させるために、ＡＦ画素には一定方向の入射光を照射する必要がある。このため、ＡＦ画素５２には、遮光膜５２ｃが設けられている。遮光膜５２ｃは、例えば、フォトダイオード５２ａの受光面に入射する光のうち、特定の方向の光を遮断するように設けられる。遮光膜５２ｃには、例えば、回路基板にプリントされる配線パターンなどを構成する銅箔などが用いられる。このようにすることで、例えば、画素の駆動配線などに係る製造工程において、配線などとともに遮光膜がパターン形成されるようにすることができ、特別な製造工程を追加することなく、通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子を製造することが可能となる。
【００２９】
なお、図２と図３に示した構成は概略的な構成であり、実際の通常画素、ＡＦ画素には、画素内トランジスタなども設けられている。
【００３０】
次に図４乃至図６を参照して、従来の通常画素またはＡＦ画素の詳細な構成について説明する。
【００３１】
図４は、通常画素の回路構成を説明する図である。図４Ａは、通常画素の回路図を示しており、図４Ｂは、通常画素の回路のレイアウトを表している。図４Ａと図４Ｂは、それぞれ撮像素子を構成する１個の通常画素の回路構成を表している。
【００３２】
図４Ａに示されるように、この回路には、４つの画素内トランジスタが設けられている。すなわち、この回路には、ＴＧ（Transmission Gate）線に接続されたトランジスタであって、フォトダイオードに蓄積された電荷をＦＤ（Floating Diffusion）に伝送するための伝送用トランジスタが設けられている。また、この回路には、ＲＳＴ線に接続されたリセット用トランジスタが設けられている。さらに、この回路には、ＦＤの電荷を電圧値に変換するための変換用トランジスタが設けられている。また、この回路には、ＳＥＬ線に接続された選択用トランジスタが設けられている。
【００３３】
図４Ｂは、通常画素を２段（ＭＴ１、ＭＴ２）の構成とした場合のＭＴ１の構成例を示している。図４Ｂに示されるように、フォトダイオードの図中下側に変換用トランジスタ（ＡＭＰ）が配置されている。そして、ＦＤから図中下に向かう配線によって、ＦＤとＡＭＰのゲート端子がＦＤに接続されている。
【００３４】
図５は、通常画素の回路構成を説明する図である。図５Ａは、通常画素の回路図を示しており、図５Ｂは、通常画素の回路のレイアウトを表している。図５Ｂは、通常画素を２段（ＭＴ１、ＭＴ２）の構成とした場合のＭＴ１およびＭＴ２の構成例を示している。図５Ｂの場合、図４Ｂに加えてＴＧ線、ＳＥＬ線、ＲＳＴ線が設けられている。
【００３５】
なお、図５Ａと図５Ｂは、それぞれ撮像素子を構成する１個の通常画素の回路構成を表している。
【００３６】
図６は、ＡＦ画素の回路構成を説明する図である。図６Ａは、ＡＦ画素の回路図を示しており、図６Ｂは、ＡＦ画素の回路のレイアウトを表している。なお、ＡＦ画素の回路図は、通常画素の回路図と同じものとなる。図６Ｂは、ＡＦ画素を２段（ＭＴ１、ＭＴ２）の構成とした場合のＭＴ１およびＭＴ２の構成例を示している。図６Ｂに示されるように、ＡＦ画素には、フォトダイオードに遮光膜が設けられている。この遮光膜は、ＧＮＤ用の配線パターンを利用して構成されている。図６Ｂにおけるそれ以外の部分は、図５Ｂの通常画素の場合と同様とされている。
【００３７】
なお、図６Ａと図６Ｂは、それぞれ撮像素子を構成する１個のＡＦ画素の回路構成を表している。
【００３８】
図４乃至図６に示されるＦＤの静電容量は、ＦＤから図中下に向かう配線の近傍に存在する金属によって影響を受ける。そして、ＦＤの静電容量が変化すると、変換用トランジスタ（ＡＭＰ）の変換効率も変化する。一般的に、ＦＤから図中下に向かう配線の近傍に金属が存在すると変換用トランジスタの変換効率が低くなる。すなわち、画素の近傍の金属の配置に応じて画素の電気的特性が変化することになり、画素を構成する回路の間で電気的特性の差が生じると、画素間で変換効率に差が生じることになる。
【００３９】
図７は、従来の通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子における回路のレイアウトの例を示す図である。同図の例においては、画素１０１乃至画素１０５が図中縦方向に一列に並べられている。なお、図７に示されるのは、撮像素子の一部であって、実際にはもっと多くの画素が設けられている。
【００４０】
図７における画素１０１は、遮光膜１０１ａを有する画素であり、ＡＦ画素とされる。画素１０２は、遮光膜を有しておらず、通常画素とされる。また、画素１０３は、遮光膜１０３ａを有する画素であり、ＡＦ画素とされる。画素１０４は、遮光膜を有しておらず、通常画素とされる。さらに、画素１０５は、遮光膜１０５ａを有する画素であり、ＡＦ画素とされる。
【００４１】
なお、図７における各画素の回路は、図５Ｂまたは図６Ｂを参照して上述した回路のレイアウトと同様のレイアウトを有する構成とされる。すなわち、画素１０１乃至画素１０５のそれぞれが、図５Ｂまたは図６Ｂを参照して上述した回路のレイアウトと同様のレイアウトを有する。
【００４２】
上述したように、画素の回路の中のＦＤから図中下に向かう配線（ＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線）の近傍に金属が存在すると変換用トランジスタの変換効率が低くなる。図７における画素１０２の下側には、ＡＦ画素である画素１０３が存在する。画素１０２のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線は、画素１０３の遮光膜１０３ａとの距離が近いため、画素１０２のＡＭＰの変換効率は比較的低いものとなる。
【００４３】
一方、図７における画素１０４の下側にも、ＡＦ画素である画素１０５が存在する。しかし、画素１０４のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線は、画素１０５の遮光膜１０５ａとの距離が近くないため、画素１０４のＡＭＰの変換効率は画素１０２の場合と比較すると高いものとなる。
【００４４】
すなわち、画素１０３の遮光膜１０３ａは、フォトダイオードの左側に構成されているので、画素１０３の上に配置される画素１０２のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線との距離が近くなる。一方、画素１０５の遮光膜１０５ａは、フォトダイオードの下側にのみ構成されているので、画素１０３の上に配置される画素１０２のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線との距離があまり近くならない。
【００４５】
このように、例えば、ＡＦ画素に隣接する通常画素の変換効率が、ＡＦ画素の遮光膜の形状に応じて変化してしまう。図７では、通常画素とＡＦ画素がそれぞれ１列おきに配置されている場合の例について説明したが、例えば、図２を参照して上述したような構成を有する撮像素子の場合、画素間の変換効率の差はより顕著なものとなる。
【００４６】
また、ここでは、通常画素の変換効率の変化のみを取り上げたが、例えば、ＡＦ画素の変換効率も隣接するＡＦ画素の遮光膜の形状に応じて変化することも起こり得る。
【００４７】
このように、従来の撮像素子においては、例えば、ＡＦ画素間での電気特性の差に起因して、焦点検出用の信号出力差が発生し、焦点検出精度が低下する場合がある。また、従来の撮像素子においては、例えば、通常画素間での電気特性の差に起因して、撮像用信号に出力差が発生し、画質が著しく低下する場合がある。
【００４８】
そこで、本技術においては、画素間での電気的特性の差が生じないようにする。具体的には、例えば、フォトダイオードの周囲を所定の太さ（幅）の配線で囲むようにして画素の回路を構成する。
【００４９】
図８は、本技術を適用した場合における通常画素とＡＦ画素を混在させた撮像素子における回路のレイアウトの例を示す図である。同図の例においては、画素１５１乃至画素１５３が図中縦方向に一列に並べられている。なお、図８に示されるのは、撮像素子の一部であって、実際にはもっと多くの画素が設けられている。
【００５０】
図８における画素１５１は、遮光膜１５１ａを有する画素であり、ＡＦ画素とされる。画素１５２は、遮光膜を有しておらず、通常画素とされる。また、画素１５３は、遮光膜１５３ａを有する画素であり、ＡＦ画素とされる。
【００５１】
また、図８において、画素１５１乃至画素１５３のそれぞれには、フォトダイオードの周囲を囲む所定の太さ（幅）の配線である囲み枠１５１ｂ乃至囲み枠１５３ｂが設けられている。
【００５２】
すなわち、矩形に構成されたフォトダイオードの４辺を覆うように、フォトダイオードの受光面の面積を著しく狭めることがないような太さの配線が設けられている。なお、囲み枠１５１ｂ乃至囲み枠１５３ｂのそれぞれは、画素１５１乃至画素１５３の回路におけるＧＮＤ用の配線パターンを利用して構成されている。従って、囲み枠１５１ｂの一部は、遮光膜１５１ａと一体化されて構成されており、囲み枠１５３ｂの一部は、遮光膜１５３ａと一体化されて構成されている。
【００５３】
図８のような構成を採用した場合、例えば、画素１５１のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線の近傍には、画素１５２の囲み枠１５２ｂが存在することになる。また、画素１５２のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線の近傍には、画素１５３の囲み枠１５３ｂが存在することになる。従って、各画素のＦＤとＡＭＰのゲート端子を接続する配線と近接する金属との距離を一定とすることができ、各画素間の電気的特性の差を極めて小さいものとすることができる。
【００５４】
すなわち、本技術を用いることにより、各画素間での変換効率に差が生じないようにすることができるので、例えば、ＡＦ画素間での電気特性の差に起因した焦点検出精度の低下や、通常画素間での電気特性の差に起因した画質の低下を抑止することができる。また、上述したように、囲み枠１５１ｂ乃至囲み枠１５３ｂのそれぞれは、画素１５１乃至画素１５３の回路におけるＧＮＤ用の配線パターンを利用して構成されるで、画素の回路の製造に要する素材などを変更する必要はなく、製造工程を大きく変更する必要もない。
【００５５】
従って、本技術を用いることにより、焦点検出の精度、画質などを損なわずに、低コストで自由度の高い撮像素子を提供することができる。
【００５６】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００５７】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
【００５８】
（１）  フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記画素に入射する光の一部を遮光する金属製の遮光膜を有する複数の第１の画素と、
フォトダイオードおよび画素内トランジスタを含んで構成される画素であって、前記遮光膜を有しない複数の第２の画素とを備え、
前記第１の画素および前記第２の画素に含まれるフォトダイオードの周囲が金属製の枠により覆われている
撮像素子。
（２）  前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素のそれぞれにおいて、
前記画素内トランジスタの端子に接続される配線の一部と、当該画素に隣接する画素の前記枠との距離が一定となるように、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素が配置されている
（１）に記載の撮像素子。
（３）  前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素のそれぞれにおいて、
前記画素内トランジスタのうちの電荷を電圧信号に変換するためのトランジスタのゲート端子と当該画素を構成する回路のＦＤ（Floating Diffusion）とを接続する配線と、前記画素に隣接する画素の前記枠との距離が一定となるように、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素が配置されている
（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）  前記遮光膜および前記枠が、
画素内トランジスタの所定の端子を接続する配線を構成する金属箔により構成されている
（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５）  前記第１の画素は、焦点距離を検出するための画素とされ、
前記第２の画素は、撮像用信号を出力するための画素とされる
（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
【符号の説明】
【００５９】
１０  撮像素子，  ２０  撮像素子，  １５１  ＡＦ画素，  １５１ａ  遮光膜，  １５１ｂ  囲み枠，  １５２  通常画素，  １５２ｂ  囲み枠，  １５３  ＡＦ画素，  １５３ａ  遮光膜，  １５３ｂ  囲み枠
【図１】
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【図２】
2013069987.tif 000004
【図３】
2013069987.tif 000005
【図４】
2013069987.tif 000006
【図５】
2013069987.tif 000007
【図６】
2013069987.tif 000008
【図７】
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【図８】
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