(57)【要約】【課題】撮影画像の画質を低下させずに、受光領域の中央部と周辺部の位相差画素の感度差を低減する。【解決手段】固体撮像装置は、被写体の像が結像される受光領域に通常画素と右位相差画素４２ａと左位相差画素をそれぞれ複数備える。通常画素は、入射光を等方的に受光する。右位相差画素及び左位相差画素は、それぞれ右側，左側に偏心配置された開口を有し、入射光のうち右側，左側に到達する光を選択的に受光する。受光領域の左側の周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａは、中央部１１ａ及び右側の周辺部１１ｂＲのものよりも開口５６Ｒの面積が大きい。逆に、受光領域の右側の周辺部１１ｂＲにある左位相差画素は、中央部１１ａ及び左側の周辺部１１ｂＬのものよりも開口の面積が大きい。【選択図】図８
2016029674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像が結像される受光領域に配列され、入射光を等方的に受光する複数の通常画素と、
前記受光領域内に複数設けられ、第１方向に偏心配置された開口を有する画素であり、前記入射光のうち前記第１方向の側に到達した光を選択的に受光する第１位相差画素と、
前記受光領域に複数設けられ、前記第１方向とは逆の第２方向に偏心配置された開口を有する画素であり、前記入射光のうち前記第２方向の側に到達した光を選択的に受光する第２位相差画素と、を備え、
前記受光領域の前記第２方向の側の周辺部にある前記第１位相差画素は、前記受光領域の中央部及び前記第１方向の側の周辺部にある前記第１位相差画素に対して、前記第１開口の面積が大きく、
前記受光領域の前記第１方向の側の周辺部にある前記第２位相差画素は、前記中央部及び前記第２方向の側の周辺部にある前記第２位相差画素に対して、前記第２開口の面積が大きい固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２方向の側の前記周辺部にある前記第１位相差画素では、前記第１開口が前記中央部のものに対して前記第２方向の側に拡張され、
前記第１方向の側の前記周辺部にある前記第２位相差画素では、前記第２開口が前記中央部のものに対して前記第１方向の側に拡張されている請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２方向の側の前記周辺部にある前記第１位相差画素では、前記第１開口の中心位置が前記中央部のものよりも前記第２方向の側にあり、
前記第１方向の側の前記周辺部にある前記第２位相差画素では、前記第２開口の中心位置が前記中央部のものよりも前記第１方向の側にある請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２方向の側の前記周辺部にある前記第１位相差画素、及び、前記第１方向の側の前記周辺部にある前記第２位相差画素は、光電変換をするためのフォトダイオードが前記中央部のものよりも小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１開口の面積は前記中央部からの前記第２方向の側の前記周辺部にかけて、前記第２開口の面積は前記中央部から前記第１方向の側の前記周辺部にかけて、それぞれ段階的に拡大されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１位相差画素及び前記第２位相差画素は複数の色に設けられ、
前記第２方向の側の前記周辺部にある前記第１位相差画素の前記第１開口、及び、
前記第１方向の側の前記周辺部にある前記第２位相差画素の前記第２開口の各拡大率が、前記色ごとにそれぞれ定められている請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
ズームレンズによって前記被写体の像が前記受光領域に結像される場合に、
前記ズームレンズの焦点距離を最も長くした場合と最も短くした場合の中間の場合における前記入射光の入射角度に応じて、前記第２方向の側の前記周辺部にある前記第１位相差画素の前記第１開口、及び、前記第１方向の側の周辺部にある前記第２位相差画素の前記第２開口の各面積が定められている請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１方向の側の前記周辺部にある前記第１位相差画素は、前記中央部にある前記第１位相差画素に対して、前記第１開口が小さく、
前記第２方向の側の前記周辺部にある前記第２位相差画素は、前記中央部にある前記第２位相差画素に対して、前記第２開口が小さい請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記入射光を集光するマイクロレンズを画素毎に備え、
前記周辺部の前記マイクロレンズは、各画素への前記入射光の入射角度に応じて前記中央部の方向に偏心して配置されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
被写体の像が結像される受光領域に複数設けられ、第１方向に偏心配置された開口を有する画素であり、前記入射光のうち前記第１方向の側に到達した光を選択的に受光する第１位相差画素と、
前記受光領域に複数設けられ、前記第１方向とは逆の第２方向に偏心配置された開口を有する画素であり、前記入射光のうち前記第２方向の側に到達した光を選択的に受光する第２位相差画素と、を備え、
前記受光領域の前記第２方向の側の周辺部にある前記第１位相差画素は、前記受光領域の中央部及び前記第１方向の側の周辺部にある前記第１位相差画素に対して、前記第１開口の面積が大きく、
前記受光領域の前記第１方向の側の周辺部にある前記第２位相差画素は、前記中央部及び前記第２方向の側の周辺部にある前記第２位相差画素に対して、前記第２開口の面積が大きく、
前記受光領域に配列された画素が全て前記第１位相差画素または前記第２位相差画素のいずれかである固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出等に利用される非対称な画素を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや、携帯電話機やスマートフォン等の携帯機器に搭載されるカメラモジュールにはオートフォーカス機能がほぼ標準的に搭載されている。オートフォーカスを実現するための方法は複数知られており、例えば、近年のデジタルカメラやカメラモジュールでは、像のコントラストが最大になるように焦点調節を行うコントラスト検出方式のオートフォーカス（いわゆるコントラストＡＦ）や、視差による位相差に基づいて焦点調節を行う位相差検出方式のオートフォーカス（以下、位相差ＡＦという）が多く用いられている。
【０００３】
位相差ＡＦには、例えば特許文献１に記載の固体撮像装置のように、複数の画素が配列された受光領域内の所定箇所に、左右いずれかの方向から入射する光を選択的に受光して位相差を検出するために、左右方向に非対称な形状に形成された焦点検出用の画素（以下、位相差画素という）を有する固体撮像装置が用いられる（特許文献１）。
【０００４】
ところで、近年のデジタルカメラやカメラモジュールは、小型化，薄型化の要請からバックフォーカスが短くなる傾向にある。また、小型薄型のデジタルカメラ等にも受光領域の面積が大きい固体撮像装置が搭載されるようになってきている。このように、バックフォーカスを短くしたり、バックフォーカスに対して受光領域の面積が大きい固体撮像装置を採用したりすると、固体撮像装置の周辺部への光の入射角度が大きくなる。
【０００５】
固体撮像装置の画素は、概ね正面から入射する光を効率良く集光して光電変換するように形成されているので、光の入射角度が大きくなると感度が低下する。このため、受光領域の周辺部にある画素への光の入射角度が大きい場合、撮影画像には輝度や色にシェーディングが生じることがある。シェーディングを低減するためには、周辺部への光の入射角度を考慮して、中央部と周辺部で画素の感度を均一化すれば良い。このため、例えば、各画素に設けられるマイクロレンズを、周辺部の画素ほど中央部に寄せて配置（スケーリング）することにより、周辺部にある画素の集光効率を上げ、中央部の画素と周辺部の画素の感度差を緩和し、シェーディングを低減する技術が知られている。
【０００６】
また、固体撮像装置の中央部から周辺部にかけて画素の開口を大きくすることにより、あるいは周辺部から中央部にかけて画素の開口を小さくすることにより、中央部と周辺部の感度を均一化してシェーディングを低減する技術も知られている（特許文献２）。
【０００７】
さらに、位相差画素を有する固体撮像装置においては、中央部の位相差画素の瞳領域を周辺部のものに比べて小さくすることによって、各位相差画素の信号レベルを均一にすることや、逆に周辺部の位相差画素の瞳領域を中央部のものに比べて小さくすることによって、各位相差画素のケラレを均一化することで、位相差ＡＦの精度を向上させる技術が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−００３００９号公報
【特許文献２】特開２００４−０５６４０７号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３９１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
位相差画素は例えば左右に非対称な構造に形成されているので、通常画素よりも光の入射角度に対して敏感であり、周辺部にある位相差画素は、通常画素よりも感度の低下が大きい。通常画素は、例えば、マイクロレンズのスケーリング等によって感度の均一化が図られるが、上述のように周辺部における位相差画素の感度の低下量は、通常画素よりも大きいので、通常画素用のマイクロレンズスケーリングでは位相差画素の感度を十分に補えず、周辺部の位相差画素を用いる場合には位相差ＡＦの精度が悪い場合がある。
【００１０】
このため、周辺部の位相差画素を用いる場合でも精度が良い位相差ＡＦを行うためには、例えば特許文献２，３に倣って周辺部の位相差画素の開口や瞳領域の大きさを調節し、周辺部の位相差画素の感度を向上させることが望ましい。
【００１１】
しかしながら、位相差画素は、例えば左右非対称な構造に形成されているので、特許文献２，３のように周辺部にある位相差画素の開口等を一律に大きくしても、位相差ＡＦの精度が向上しない場合がある。具体的には、入射光のうち右側に到達した光を選択的に受光する位相差画素（以下、右位相差画素という）は、受光領域の中央に対して、左側の周辺部にあるものは感度が低いが、右側の周辺部にあるものではむしろ感度が高い。逆に、入射光のうち左側に到達した光を選択的に受光する位相差画素（以下、左位相差画素という）は、右側の周辺部にあるものでは感度が低いが、左側の周辺部にあるものでは感度が高い。したがって、特許文献２，３のように、周辺部において開口や瞳領域の大きさを調節するとしても、右位相差画素と左位相差画素の区別をせずに、位相差画素の開口等の大きさを一律に調節したのでは、もともと感度が高い側にあるものではＳ／Ｎが悪化してしまうので、必ずしも位相差ＡＦの精度向上には繋がらない。
【００１２】
また、画素値を読み出す場合に通常画素の画素値を読み出す場合よりもゲインを上げることによって、感度が低い周辺部の位相差画素の画素値を大きくし、各位相差画素の感度を均一化させることもできるが、読み出しのゲインを上げると、画素値に含まれるノイズ成分も増大してしまうのでＳ／Ｎは改善しない。特に、光の入射角度が大きいために周辺部の画素では隣接する画素に入射すべき光が入射されて、混色が発生することがあるが、読み出しのゲインを上げる場合、混色による信号値も大きくなるので、感度が低い周辺部の位相差画素の画素値を読み出す場合にゲインを上げるだけでは、位相差ＡＦの精度を十分に改善することはできない。
【００１３】
この他には、マイクロレンズのスケーリング量を、通常画素と位相差画素とで異なる大きさにすることによって、周辺部の位相差画素の感度を向上させることも考えられるが、このように通常画素と位相差画素とでマイクロレンズのスケーリング量を変えると、通常画素のマイクロレンズと位相差画素のマイクロレンズの間に隙間が生じるために混色が増大してしまうことがある。
【００１４】
本発明は、撮影画像の画質を低下させずに、受光領域の周辺部にある位相差画素のうち感度が低いものの感度を向上し、周辺部の位相差画素を用いる場合でも、正確な位相差ＡＦを行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の固体撮像装置は、被写体の像が結像される受光領域に通常画素と第１位相差画素と第２位相差画素をそれぞれ複数備える。通常画素は、入射光を等方的に受光する。第１位相差画素は、第１方向（例えば、右方向）に偏心配置された開口を有する画素であり、入射光のうち前記第１方向の側に到達した光を選択的に受光する。第２位相差画素は、第１方向とは逆の第２方向（例えば、左方向）に偏心配置された開口を有する画素であり、入射光のうち第２方向の側に到達した光を選択的に受光する。そして、第２方向の側の周辺部にある第１位相差画素は、受光領域の中央部及び第１方向の側の周辺部にある第１位相差画素に対して、第１開口の面積が大きい。逆に、第１方向の側の周辺部にある第２位相差画素は、中央部及び第２方向の側の周辺部にある第２位相差画素に対して、第２開口の面積が大きい。
【００１６】
第２方向の側の周辺部にある第１位相差画素では、開口面積を拡大するために、第１開口が中央部のものに対して第２方向の側に拡張されていることが好ましい。また、第１方向の側の周辺部にある第２位相差画素では、開口面積を拡大するために、第２開口が中央部のものに対して第１方向の側に拡張されていることが好ましい。
【００１７】
第２方向の側の周辺部にある第１位相差画素では、第１開口の中心位置が、中央部のものよりも第２方向の側にあることが好ましい。また、第１方向の側の周辺部にある前記第２位相差画素では、第２開口の中心位置が中央部のものよりも第１方向の側にあることが好ましい。
【００１８】
第２方向の側の周辺部にある第１位相差画素、及び、第１方向の側の周辺部にある第２位相差画素は、光電変換をするためのフォトダイオードが中央部のものよりも小さいことが好ましい。
【００１９】
第１開口の面積は中央部からの第２方向の側の周辺部にかけて、第２開口の面積は中央部から第１方向の側の周辺部にかけて、それぞれ段階的に拡大されていても良い。
【００２０】
第１位相差画素及び第２位相差画素が複数の色に設けられている場合には、第２方向の側の周辺部にある第１位相差画素の第１開口、及び、第１方向の側の周辺部にある第２位相差画素の第２開口の各拡大率は、色毎に定められていることが好ましい。
【００２１】
ズームレンズによって被写体の像を受光領域に結像する場合は、ズームレンズの焦点距離を最も長くした場合と最も短くした場合の中間の場合における入射光の入射角度に応じて、第２方向の側の周辺部にある第１位相差画素の第１開口、及び、第１方向の側の周辺部にある第２位相差画素の第２開口の各面積が定められていることが好ましい。
【００２２】
さらに、第１方向の側の周辺部にある第１位相差画素では、中央部にある第１位相差画素に対して第１開口を小さくし、第２方向の側の周辺部にある第２位相差画素では、中央部にある第２位相差画素に対して第２開口を小さくしても良い。
【００２３】
入射光を集光するマイクロレンズを画素毎に備えている場合、周辺部のマイクロレンズは、各画素への入射光の入射角度に応じて中央部の方向に偏心して配置されていることが好ましい。
【００２４】
また、本発明の別の固体撮像装置は、通常画素がなく、全画素が上述の第１位相差画素または第２位相差画素のいずれかの位相差画素で構成されているものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、右位相差画素の開口を左側の周辺部において拡大し、右側の周辺部では中央部のものと同じ（あるいは縮小）し、これとは逆に左位相差画素の開口は右側の周辺部で拡大し、左側の周辺部では中央部のものと同じ（あるいは縮小）しているので、左右の位相差画素の感度を適切に補い、位相差ＡＦの精度を向上することができる。また、マイクロレンズのスケーリング等にはよらず、位相差画素の開口の大きさを調節しているので、撮影画像の画質を低下させることもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】固体撮像装置を示す説明図である。
【図２】カラーフィルタの配列を示す説明図である。
【図３】通常画素及び位相差画素の構造を示す断面図である。
【図４】受光領域の中央部と周辺部の光の入射角度を示す説明図である。
【図５】位置に応じた通常画素への入射光を示す断面図である。
【図６】開口面積が位置によらない場合の右位相差画素への入射光を示す断面図である。
【図７】開口面積が位置によらない場合の位置に応じた右位相差画素の比感度を表すグラフである。
【図８】左側の周辺部で開口を拡大した場合の右位相差画素への入射光を示す断面図である。
【図９】左側の周辺部で開口を拡大した場合の位置に応じた右位相差画素の開口面積を表すグラフである。
【図１０】位置に応じた右位相差画素の比感度を表すグラフである。
【図１１】左側の周辺部の右位相差画素の比感度を中央部のものと揃えた場合のグラフである。
【図１２】さらに右側の周辺部において右位相差画素の開口面積を小さくした場合の位置に応じた開口面積を示すグラフである。
【図１３】中央部と周辺部で比感度を一定にした場合のグラフである。
【図１４】位置に応じた左位相差画素の開口面積を示すグラフである。
【図１５】位置に応じた左位相差画素の感度比を示すグラフである。
【図１６】位相差画素の開口面積の拡大方法を表す説明図である。
【図１７】位相差画素の開口面積を拡大する別の方法を表す説明図である。
【図１８】周辺部において位相差画素のＰＤを小さくする場合の説明図である。
【図１９】受光領域を細分化する例を示す説明図である。
【図２０】位相差画素の開口面積を段階的に拡大する場合の位置に応じた開口面積の変化を表すグラフである。
【図２１】Ｇ画素以外の位相差画素を表す説明図である。
【図２２】ハニカム配列の固体撮像装置を示す説明図である。
【図２３】色配列が異なる他のハニカム配列の固体撮像装置を示す説明図である。
【図２４】カラーフィルタがベイヤー配列の固体撮像装置を示す説明図である。
【図２５】全画素を位相差画素にした固体撮像装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示すように、固体撮像装置１０はＣＭＯＳ型イメージセンサであり、受光領域１１と、垂直走査回路１３、水平走査回路１４、出力回路１６、制御回路１７等を備える。
【００２８】
受光領域１１は、複数の画素２１が水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に沿って正方配列された領域である。受光領域１１には、撮像レンズ（図３参照）によって被写体の像が結像され、各画素２１は光電変換により、入射光量に応じた電荷を蓄積する。
【００２９】
画素２１は、フォトダイオード（以下、ＰＤという）２２、リセットトランジスタ（以下、Ｔｒという）２３、アンプトランジスタ（以下、Ｔａという）２４、選択トランジスタ（以下、Ｔｓという）２５を備えている。Ｔｒ２３，Ｔａ２４，Ｔｓ２５は例えばｎ型のＭＯＳトランジスタである。また、各画素２１には、各画素２１には赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のいずれかの色のカラーフィルタ４１（図２参照）が設けられており、各画素２１は対応するカラーフィルタ４１の色の光を光電変換する。
【００３０】
なお、受光領域１１に配列されている画素２１は、通常画素と位相差画素の２種類の画素のいずれかである。通常画素と位相差画素は、立体的構造（具体的にはＰＤ２２に対する開口の大きさや位置）が異なっているが、電気的構成は同じである。このため、図１では通常画素と位相差画素を区別せずに、受光領域１１内の画素を全て画素２１としている。
【００３１】
通常画素は、水平方向及び垂直方向に対称に形成された画素２１であり、通常画素で蓄積された電荷に基づく撮像信号は撮影画像の形成に利用される。画素２１の大半は通常画素である。
【００３２】
位相差画素は、左右いずれかの方向から入射する光を選択的に受光するために水平方向に非対称な形状に形成されており、右方向からの入射光を選択的に受光する位相差画素（以下、位相差Ａ画素という）と、左方向からの入射光を選択的に受光する位相差画素（以下、位相差Ｂ画素という）とを一組として、複数組の位相差画素が受光領域１１内に満遍なく設けられている。すなわち、位相差画素は受光領域１１の中央部にも周辺部にも設けられている。位相差画素で蓄積された電荷に基づく撮像信号は位相差ＡＦに利用される。
【００３３】
ＰＤ２２は光電変換により、入射光量に応じた電荷を生成する素子であり、アノードがグラウンドに接続されており、カソードがＴａ２４のゲート電極に接続されている。ＰＤ２２のカソードとＴａ２４のゲート電極の接続部分がフローティングディフュージョン（図示しない。以下、ＦＤという。）であり、ここにＰＤ２２で生成された電荷が蓄積される。
【００３４】
Ｔｒ２３は、ソース電極がＦＤに接続され、ドレイン電極には電源電圧ＶＤＤ（図示しない）が印加される。また、Ｔｒ２３のゲート電極はリセット線２６に接続されている。Ｔｒ２３は、垂直走査回路１３からリセット線２６を介してゲート電極にリセットパルスが印加されることによりオン状態になる。Ｔｒ２３がオン状態になると、ＦＤに電源電圧ＶＤＤが印加され、ＦＤに蓄積された電荷が破棄される。
【００３５】
Ｔａ２４は、ゲート電極はＦＤに接続され、ドレイン電極には電源電圧ＶＤＤが印加されている。また、信号電圧が出力されるソース電極は、Ｔｓ２５のドレイン電極に接続されている。Ｔａ２４は、ＦＤに蓄積された電荷量に応じた信号電圧をソース電極に出力する。
【００３６】
Ｔｓ２５はドレイン電極がＴａ２４のソース電極に接続され、ソース電極は信号線２７に接続されている。また、Ｔｓ２５のゲート電極は、行選択線２８に接続されている。Ｔｓ２５は、行選択線２８を介して垂直走査回路１３から選択パルスが入力されるとオン状態になり、Ｔａ２４から出力された信号電圧を信号線２７に出力する。
【００３７】
垂直走査回路１３は、画素２１の駆動回路であり、各行のリセット線２６と行選択線２８が接続されている。垂直走査回路１３は、選択された行のリセット線２６にリセットパルスを入力する。また、行選択線２８に選択パルスを入力してＴｒ２３やＴｓ２５の動作を制御する。これらにより、前述のように画素２１を動作させる。
【００３８】
水平走査回路１４は、各信号線２７上に設けられた列選択トランジスタ（Ｔｃ）３２のうち１つをオンにすることにより、信号電圧の読み出しを行う列を選択する。
【００３９】
信号線２７は、各画素２１からの信号電圧を読み出すための配線であり、画素２１の列毎に設けられている。また、信号線２７の末端には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路３１と列選択トランジスタ（Ｔｃ）３２が設けられている。ＣＤＳ回路３１は、制御回路１７から入力されるクロック信号に基づいて動作し、垂直走査回路１３によって選択された行選択線２８上の画素２１から、読み出しに伴うノイズが除去されるように電圧信号をサンプリングし、保持する。ＣＤＳ回路３１が保持する電圧信号は、水平走査回路１４によって列選択トランジスタ６７がオンにされることによって出力バスライン３３を介して出力回路１６に出力される。
【００４０】
出力回路１６は、ＣＤＳ３１から入力される電圧信号を増幅するアンプ３４と、アンプ３４で増幅された電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路３５を備える。アンプ３４のゲインは可変であり、撮影モード等の設定に応じて適宜調節される。
【００４１】
制御回路１７は、垂直走査回路１３や水平走査回路１４等の固体撮像装置１０の各部と接続されており、固体撮像装置１０の各部を統括的に制御する。例えば、垂直走査回路１３や水平走査回路１４の動作は制御回路１７から入力されるクロック信号等の制御信号に基づいて動作する。また、ＣＤＳ３１の動作やアンプ３４のゲイン等も制御回路１７によって制御される。
【００４２】
図２に示すように、固体撮像装置１０のカラーフィルタ４１は、６×６画素の色配列を１単位とする長い周期性を有している。より詳しくは、カラーフィルタ４１は、３×３画素の色配列からなる２種類のサブユニット４１ａ，４１ｂをそれぞれ対角の位置に配置した配列である。第１サブユニット４１ａは、３×３画素の中央及び対角位置に緑色（Ｇ）フィルタが配列され、左右中央に青色（Ｂ）フィルタを、上下中央に赤色（Ｒ）フィルタが配置されたサブユニットである。第２サブユニット４１ｂは、３×３画素の中央及び対角位置にＧフィルタが配列されている点は第１サブユニット４１ａと同様であるが、ＢフィルタとＲフィルタが第１サブユニット４１ａとは逆になっており、左右中央にはＲフィルタが配列され、上下中央にはＢフィルタが配列される。
【００４３】
例えば２×２画素の色配列を１単位としたベイヤー配列と比較すると、カラーフィルタ４１は長い周期性を有するので、固体撮像装置１０では、光学的ローパスフィルタを用いなくてもモアレの発生を抑えることができる。また、カラーフィルタ４１を採用した固体撮像装置１０では、縦方向（垂直方向）及び横方向（水平方向）に必ずＲＧＢの画素が存在するので、偽色が抑えられ、正確な色再現が可能である。
【００４４】
左右一対の位相差画素４２ａ，４２ｂは、位相差ＡＦのための視差に関する情報を含む信号を得るための画素であり、例えば、右上の第１サブユニット４１ａと左上の第２サブユニット４１ｂの各左下のＧ画素に形成される。位相差画素４２ａ，４２ｂ以外の画素は被写体の撮影画像を得るための通常画素４３である。
【００４５】
通常画素４３は、開口５５が上下左右に対称に形成されており、上下左右の各方向から入射する光を均等に（等方的に）受光する。これに対して、位相差画素４２ａは、入射光のうちＰＤ２２の右側に到達した光を選択的に受光する右位相差画素であり、開口５６Ｒが通常画素４３の開口５５よりも小さく、右寄りに偏心配置されている。また、位相差画素４２ｂは、入射光のうちＰＤ２２の左側に到達した光を選択的に受光する左位相差画素であり、開口５６Ｌが通常画素４３の開口５５よりも小さく、左寄りに偏心配置されている。
【００４６】
位相差画素４２ａ，４２ｂから出力される電圧信号は、それぞれ左右の視差がある信号であり、この視差がある電圧信号（あるいはこの電圧信号に基づく画素値）は位相差ＡＦに用いられる。また、固体撮像装置１０が出力する各画素の電圧信号から撮影画像を生成する場合、位相差画素４２ａ，４２ｂの電圧信号は例えば所定倍され、通常画素４３に感度を一致させて利用される。また、位相差画素４２ａ，４２ｂの周辺のＧ画素（通常画素４３）の電圧信号に基づいて補間により位相差画素４２ａ，４２ｂの位置の画素値が生成される場合もある。
【００４７】
なお、位相差画素４２ａ，４２ｂは受光領域１１の全面に設けられるが、カラーフィルタ４１の６×６画素の単位中に必ず位相差画素４２ａ，４２ｂが設けられているわけではなく、受光領域１１の各画素をカラーフィルタ４１の６×６画素の単位でみた場合、位相差画素４２ａ，４２ｂが設けられていない単位もあり、位相差画素４２ａ，４２ｂが設けられる場合には６×６画素単位中の上記箇所に設けられる。位相差画素４２ａ，４２ｂが設けられていない単位では、全てが通常画素４３である。
【００４８】
図３に示すように、固体撮像装置１０は、裏面照射型（ＢＳＩ；ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）のＣＭＯＳイメージセンサであり、支持基板５１、配線層５２、ｐ型半導体基板５３、遮光層５４、カラーフィルタ４１、マイクロレンズ５７等で構成される。ｐ型半導体基板５３に対して配線層５２が設けられている側が固体撮像装置１０の「表面」であり、カラーフィルタ４１や遮光層５４、マイクロレンズ５７が設けられている側が「裏面」である。固体撮像装置１０にはマイクロレンズ５７、カラーフィルタ４１、遮光層５４を介して裏面側からＰＤ２２に光が入射される。なお、図３は、受光領域１１の中央部１１ａ（図４参照）における固体撮像装置１０の断面を模式的に示したものである。
【００４９】
支持基板５１は、例えばシリコン基板であり、裏面照射型の固体撮像装置１０を製造する過程で、ｐ型半導体５３の裏面を露呈させ、ｐ型半導体５３を薄板化するために配線層５２の表面に接合される。
【００５０】
配線層５２はｐ型半導体基板５３の表面に形成され、配線層５２内に設けられた配線５２ａによって、各画素２１（通常画素４３及び位相差画素４２ａ，４２ｂ）を形成するトランジスタ（Ｔｒ２３，Ｔａ２４，Ｔｓ２５）や、各画素２１を駆動するための垂直走査回路１３，水平走査回路１４，制御回路１７，出力回路１６，制御回路１７，ＣＤＳ３１等の各種回路、リセット線２６，信号線２７，行選択線２８、出力バスライン３３等の各種配線が形成される。
【００５１】
ＰＤ２２は、ｐ型半導体基板５３と、ｐ型半導体基板５３内に形成されたｎ型半導体領域のＰＮ接合によって形成される。ｐ型半導体基板５３は薄板化されており、破線で示すＰＤ２２の光電変換領域はｐ型半導体基板５３の裏面近傍にまで達している。ＰＤ２２が光電変換により生成した電荷は配線層５２との界面近傍に蓄積される。なお、各ＰＤ２２は図示しない分離層（例えばｐ＋＋層）によって分離されている。
【００５２】
遮光層５４はｐ型半導体基板５３の裏面側に設けられ、各ＰＤ２２間に入射する光を遮光することにより混色を抑える。遮光層５４は例えば金属薄膜等で形成され、各ＰＤ２２に対応する開口５５，５６を有する。開口５５，５６には、例えば、透明な材料が充填されており、遮光層５４の裏面（カラーフィルタ４１との界面）は平坦になっている。
【００５３】
開口５５は、通常画素４３に対応して設けられたものであり、通常画素４３のＰＤ２２のほぼ全面を露呈する大きさに設けられている。このため、一点鎖線で示すように、通常画素４３では、対応するマイクロレンズ５７及びカラーフィルタ４１を介して入射する光のほぼ全光束が開口５５を通ってＰＤ２２に入射される。なお、開口５５は、通常画素４３の位置等によらず、全ての通常画素４３で同じ大きさである。このため、通常画素４３は、受光領域１１（図４参照）内での位置によらず、全て同じ受光面積を有する。
【００５４】
一方、開口５６Ｌは、左位相差画素４２ｂに対応して設けられたものであり、通常画素４３用の開口５５よりも幅が狭く、開口面積は小さい。また、開口５６Ｌは、中心が左側（Ｘ方向負側）に偏心配置されている。このため、位相差画素４２ｂでは、対応するマイクロレンズ５７及びカラーフィルタ４１を介して入射する光のうち、さらに開口５６Ｌを通ってＰＤ２２の左側に到達する一部の光束だけを受光する。
【００５５】
なお、図３では位相差画素４２ａ，４２ｂのうち、左位相差画素４２ｂだけを示しているが、右位相差画素４２ａの構成は左位相差画素４２ｂと同様であるため、図示を省略する。但し、右位相差画素４２ａでは、左位相差画素４２ｂとは逆に、開口５６Ｒが右側（Ｘ方向正側）に偏心配置されており、対応するマイクロレンズ５７及びカラーフィルタ４１を介して入射する光のうち、さらに開口５６Ｒを通ってＰＤ２２の右側に到達する一部の光束だけを受光する。
【００５６】
カラーフィルタ４１の各色セグメントは、ＰＤ２２にそれぞれ対応するように設けられており、各色セグメントの中心はＰＤ２２の中心に対応する位置にある。カラーフィルタ４１の配列については前述の通りであり、マイクロレンズ５７によって集光される光束はカラーフィルタ４１を通ることによってＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの色になってＰＤ２２に入射する。
【００５７】
マイクロレンズ５７は、各ＰＤ２２に対応するように、カラーフィルタ４１上に設けられ、形状は概ね半球である。マイクロレンズ５７は、入射光を対応するＰＤ２２に集光させる。受光領域１１の中心（中央部１１ａの中心）では、マイクロレンズ５７の中心はＰＤ２２の中央にほぼ一致している。但し、中央部１１ａ内でも、マイクロレンズ５７は、主光線角度４５に応じて受光領域１１の中心方向にオフセットして配置（スケーリング）されている。
【００５８】
図４に示すように、固体撮像装置１０は撮像レンズ４４とともに用いられ、固体撮像装置１０の受光領域１１には撮像レンズ４４によって被写体５９の像が結像される。図４では、模式的に撮像レンズ４４を１枚のレンズにしているが、撮像レンズ４４は１枚のレンズで構成されていても良いし、複数のレンズで構成されていても良い。すなわち、撮像レンズ４４は、被写体５９の像を受光領域１１に結像させることができれば、その具体的構成は任意である。このため、撮像レンズ４４には、赤外線フィルタ等の各種光学フィルタや、実質的にレンズ作用がない光学要素が含まれていても良い。
【００５９】
撮像レンズ４４によって被写体５９の像を受光領域１１に結像させる場合、一点鎖線で示す主光線の角度（以下、主光線角度という）４５は、受光領域１１の中央部１１ａから左右の周辺部１１ｂＲ，１１ｂＬにかけて徐々に大きくなる。このため、固体撮像装置１０は、各画素が各箇所の主光線角度４５に合わせた構造になっている。
【００６０】
まず、図５に示すように、固体撮像装置１０では、主光線角度４５に合わせてマイクロレンズ５７がスケーリングされている。具体的には、カラーフィルタ４１以下の構造は中央部１１ａでも、周辺部１１ｂＲ，１１ｂＬでも全て同じ構造になっているが、周辺部１１ｂＲ，１１ｂＬでは、各マイクロレンズ５７の中心位置が中央部１１ａ側に偏心して配置されている。例えば、各通常画素４３への入射光の光束を、破線矢印で示す右側半分の光束（以下、右側光束という）と、実線矢印で示す左側半分の光束（以下、左側光束という）に分けて考えるとすると、中央部１１ａの通常画素４３では、マイクロレンズ７５によって左側光束はＰＤ２２の右側に、右側光束はＰＤ２２の左側にそれぞれ集光される。すなわち、中央部１１ａの通常画素４３では、入射光の光束はほぼ全てＰＤ２２に集光される。
【００６１】
また、右側の周辺部１１ｂＲにある通常画素４３では、一点鎖線で示すように主光線が傾斜しているが、この主光線の角度に合わせてマイクロレンズ７５がスケーリングされているので、左側光束も右側光束も全てＰＤ２２に集光される。同様に、左側の周辺部１１ｂＬにある通常画素４３についても、同様であり、主光線の角度に合わせてマイクロレンズ７５がスケーリングされているので、左側光束も右側光束も全てＰＤ２２に集光される。したがって、通常画素４３は、中央部１１ａ，右側の周辺部１１ｂＲ，左側の周辺部１１ｂＬのいずれにおいても入射光の光束のほぼ全てをＰＤ２２で受光することができる。
【００６２】
さらに、固体撮像装置１０では、位相差画素４２ａ，４２ｂの開口５６Ｌ，５６Ｒの面積（開口面積）が、受光領域１１内での位置に応じて調節されている。
【００６３】
まず、比較のために、位相差画素４２ａ，４２ｂの開口５６Ｌ，５６Ｒが中央部１１ａ，右側の周辺部１１ｂＲ，左側の周辺部１１ｂＬのいずれにおいても同じ大きさ（通常画素４３の開口５５の半分の面積）になっている場合を説明する。この場合、図６に示すように、中央部１１ａにある右位相差画素４２ａは、左側半分が遮光されているので、開口５６Ｒを通ってＰＤ２２の右側に到達する光のみを選択的に受光する。例えば、左側光束の約１／５、右側光束の約４／５がＰＤ２２の右側に到達するとすれば、中央部１１ａにある右位相差画素４２ａの受光量は、入射光量の約１／２である。
【００６４】
一方、右側の周辺部１１ｂＲにある右位相差画素４２ａでは、入射光の光束のうち、入射角度が小さい右側光束（破線矢印）は、その殆どが遮光され、入射角度が大きい左側光束（実線矢印）はほぼ全てＰＤ２２に到達する。例えば、右側光束の約１／５、左側光束のほぼ全てがＰＤ２２の右側に到達するとすれば、右側の周辺部１１ｂＲにある右位相差画素４２ａの受光量は、入射光量の約３／５である。
【００６５】
また、左側の周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａでは、右側の周辺部１１ｂＲにあるものとは逆に、入射光の光束のうち、右側光束（破線矢印）の入射角度が大きく、左側光束（実線矢印）の入射角度が小さい。このため、左側の周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａでは、右側光束はほぼ全て遮光され、左側光束の一部がＰＤ２２に到達する。例えば、左側光束の約４／５がＰＤ２２に到達するとすれば、周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａの受光量は、入射光量の約２／５である。
【００６６】
したがって、図７に示すように、右位相差画素４２ａの比感度（通常画素４３の感度に対する感度）は、概ねＸ方向の位置に比例し、右側の周辺部１１ｂＲでは中央部１１ａのものよりも大きいが、左側の周辺部１１ｂＬでは中央部１１ａのものよりも小さい。このため、比感度が大きい右側の周辺部１１ｂＲの右位相差画素４２ａを用いる場合には、中央部１１ａのものを用いる場合よりも精度良く位相差ＡＦを行うことができるが、一方で、比感度が中央部１１ａのものよりも小さい左側の周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａを用いると、位相差ＡＦの精度が良くない。
【００６７】
このため、図８及び図９に示すように、固体撮像装置１０では、受光領域１１の中心（中央部１１ａの中央）から左側の周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａの開口５６Ｒを、中心部１１ａ及び右側の周辺部１１ｂＲの開口５６Ｒよりも、面積を大きくしてある。このように、開口面積を中央部１１ａ及び右側の周辺部１１ｂＲのものよりも大きくすると、左側の周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａの感度を、中央部１１ａにある右位相差画素４２ａの感度以上に向上させることができる。
【００６８】
例えば、開口面積が中央部１１ａのものと同じ場合（図６参照）には一部が遮光されていた左側光束（実線矢印）が、開口面積を拡大した場合（図８参照）にはほぼ全てがＰＤ２２に到達する。また、開口面積が中央部１１ａのものと同じ場合には全て遮光されていた右側光束（破線矢印）は、面積が拡大された開口５６Ｒを通過してＰＤ２２に到達する。このため、右側光束の約１／５がＰＤ２２に到達するとすれば、面積が拡大された開口５６Ｒを有する左側周辺部１１ｂＬの位相差画素４２ａの受光量は、入射光量の約３／５程度に向上する。これは、右側の周辺部１１ｂＲにある右位相差画素４２ａの受光量とほぼ同じ受光量である。
【００６９】
左側の周辺部１１ｂＬにおける開口５６Ｒの拡大率は、例えば、図１０に示すように、比感度が受光領域１１の中心から左側の周辺部１１ｂＬと、中心から右側の周辺部１１ｂＲとで対称になるように、各右位相差画素４２ａの位置に応じて調節すれば良い。なお、左側の周辺部１１ｂにおける開口５６Ｒの拡大率は、左側の周辺部１１ｂＬにある右位相差画素４２ａの比感度が、少なくとも中央部１１ａの右位相差画素４２ａの比感度以上になるように調節されていれば良いが、特に、図１１に示すように、受光領域１１の中心から左側の周辺部１１ｂＬにかけて比感度が一定になるように、開口５６Ｒの拡大率が調節されていることが好ましい。このように、中心における比感度と、左側の周辺部１１ｂＬの比感度が等しくなるように開口５６Ｒの拡大率が調節されている場合、左側周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａが本来受光すべき左側光束（信号）が多く、ノイズになる右側光束の受光量が少ないので、比感度が大きいながらも特にＳ／Ｎが良いからである。
【００７０】
なお、図１２に示すように、右側の周辺部１１ｂＲにある右位相差画素４２ａの開口５６Ｒを中央部１１ａのものよりも小さくしても良い。そして、右側の周辺部１１ｂＲにおける開口５６Ｒの縮小率は、図１３に示すように、受光領域１１の中心から右側の周辺部１１ｂＲにかけて比感度が一定になるように調節されていることが好ましい。このように、受光領域１１の中心における比感度と、右側の周辺部１１ｂＲの比感度が等しくなるように開口５６Ｒの面積が調節されている場合、開口面積が中心のものと同じ場合と比較すれば比感度が低下するが、Ｓ／Ｎを向上させることができる。また、上述の説明から分かるように、図１３のように、中央部１１ａ，左側の周辺部１１ｂＬ，右側の周辺部１１ｂＲで比感度がほぼ等しくなるように開口５６Ｒの面積が調節されていることが特に好ましいことは言うまでもない。
【００７１】
なお、左位相差画素４２ｂは右位相差画素４２ａと左右対称である。このため、図１４に示すように、左位相差画素４２ｂは、上述の右位相差画素４２ａの場合とは逆に、少なくとも受光領域１１の中心から右側の周辺部１１ｂＲにかけて開口５６Ｌの面積が大きくなるように開口面積が調節されている。
【００７２】
図１５に示すように、左位相差画素４２ｂの開口面積が一定になっている場合、右側の周辺部１１ｂＲにおける左位相差画素４２ｂの比感度は、中央部１１ａのものよりも低い（一点鎖線）。しかし、上述のように、右側の周辺部１１ｂＲにおいて左位相差画素４２ｂの開口面積を拡大しておくことで、左側の周辺部１１ｂＬの左位相差画素４２ｂと同程度に（実線）、あるいは中央部１１ａの中心ものと同程度に（破線）、右側の周辺部１１ｂＲの左位相差画素４２ｂの比感度を向上させている。
【００７３】
上述のように、固体撮像装置１０は、右位相差画素４２ａの開口５６Ｒを左側の周辺部１１ｂＬで拡大し、右側の周辺部１１ｂＲでは中央部１１ａと同じか、あるいは縮小している。同様に、左位相差画素４２ｂの開口５６Ｌを右側の周辺部１１ｂＲで拡大し、左側の周辺部１１ｂＬでは中央部１１ａと同じか、あるいは縮小している。このように、固体撮像装置１０は、左右の位相差画素４２ａ，４２ｂをそれぞれ別に、位置に応じて開口面積を調節しているので、左右の位相差画素の感度を適切に補い、位相差ＡＦの精度を向上することができる。
【００７４】
例えば、左右の位相差画素４２ａ，４２ｂを区別することなく、受光領域１１の中心からの距離に応じて、一律に開口面積を拡大すると、もともと比感度が大きい位置にある位相差画素（右側の周辺部の右位相差画素４２ａ及び左側の周辺部１１ｂＬにある左位相差画素４２ｂ）では、ノイズになる光束の受光量が増えるので、Ｓ／Ｎが悪化し、比感度が高くても位相差ＡＦの精度が悪化してしまう場合がある。この場合と比較すると、固体撮像装置１０は、左右の位相差画素４２ａ，４２ｂでそれぞれ別に、位置に応じて開口５６Ｌ，５６Ｒの大きさを調節しているので、Ｓ／Ｎを悪化させることなく、確実に位相差ＡＦの精度を向上させることができる。
【００７５】
また、位相差画素４２ａ，４２ｂのマイクロレンズ７５を通常画素４３とは異なるスケーリングにする場合、混色等が発生して撮影画像の画質が損なわれる場合があるが、固体撮像装置１０は、マイクロレンズ７５はスケーリングによらず、位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積の調節だけで位相差ＡＦの精度を向上させているので、撮影画像の画質は損なわれない。
【００７６】
なお、右位相差画素４２ａの開口面積を上述のように調節する場合、例えば、図１６に示すように、左側の周辺部１１ｂＬでは、中央部１１ａの右位相差画素４２ａの開口５６Ｒに対して、右位相差画素４２ａの左辺の位置を左側に移動して開口５６Ｒの横に拡張することによって、面積を拡大すれば良い。このように、中央部１１ａの右位相差画素４２ａの開口５６Ｒに対して、右辺の位置を揃えたまま開口を横に拡張して、面積を拡大すると、Ｓ／Ｎと比感度の向上を両立させやすい。また、この場合、開口面積を拡大しても基線長（位相差画素４２ａ，４２ｂの中心間隔）が短くなり難いので、視差に関する情報も得やすい。図１６では右位相差画素４２ａを例にしたが、左位相差画素４２ｂも同様であり、右側の周辺部１１ｂＲにおいて、左辺の位置を中央部１１ａのものと揃えたまま、右辺の位置を右側に移動して開口５６Ｌを横に拡張することによって、面積を拡大すれば良い。
【００７７】
一方、図１７に示すように、左側の周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａでは、中央部１１ａの右位相差画素４２ａの開口５６Ｒの右辺及び左辺を両方とも左側に移動させて開口面積を拡大しても良い。この場合、開口５６Ｒの中心位置も左側に移動する。このように、開口面積の拡大のために、開口５６Ｒの右辺及び左辺の位置をともに左側に移動させると、開口５６Ｒの幅をできるだけ小さく保ったまま、信号になる左側光束をほぼ全て受光しつつ、ノイズになる右側光束の入射を防ぐように開口面積を拡大することができる。このため、前述の右辺を移動させない場合と比較すると、比感度の増分が少なく、また、基線長も短くなりやすいが、Ｓ／Ｎが特に良好である。図１７では、右位相差画素４２ａを例にしたが、左位相差画素４２ｂも同様である。
【００７８】
なお、上述のように周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａの開口面積を調節した上で、さらに図１８に示すように、周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａのＰＤ２２を中央部１１ａのＰＤ２２に対して小さくしても良い。このように周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａのＰＤ２２を小さくすると、右位相差画素４２ａのＰＤ２２は周辺の通常画素４３のＰＤ２２からの距離が大きくなる。通常画素４３のＰＤ２２と右位相差画素４２ａのＰＤ２２の距離が近い場合、通常画素４３に斜めに入射した光が右位相差画素４２ａのＰＤ２２に漏れ、混色が発生する場合があるが、上述のように、右位相差画素４２ａのＰＤ２２を小さくしておけば、通常画素４３に斜めに入射した光が位相差画素４２ａ側に漏れても、右位相差画素４２ａのＰＤ２２には到達し難いので、混色がより確実に防止され、Ｓ／Ｎが良い信号が得られやすい。
【００７９】
このように、周辺部１１ｂＬの右位相差画素４２ａのＰＤ２２を小さくする場合、開口５６Ｒの面積や、ＰＤ２２の大きさ及び形状は、比感度及びＳ／Ｎが最適になるように適宜定めれば良い。また、ＰＤ２２の大きさ及び形状を、拡大した右位相差画素４２ａの開口５６Ｒに合わせた長方形にしても良い。例えば、右位相差画素４２ａの開口５６Ｒに大きさや形状がほぼ合致する長方形にすれば良い。なお、左位相差画素４２ｂについても同様である。
【００８０】
なお、上述の実施形態では、受光領域を中央部１１ａと周辺部１１ｂＬ，１１ｂＲに分けているが、受光領域１１ａをさらに細かく区分けしても良い。例えば、図１９に示すように、受光領域１１を、中央部８１ａＬ，８１ａＲ、中間部８１ｂＬ，８１ｂＲ，周辺部８１ｃＬ，８１ｃＲに分けても良い。撮影画像のシェーディング補正や傷補正（位相差画素４２ａ，４２ｂの画素値の補正）等の所定の各種処理の方法が受光領域１１の位置によって異なる場合があるが、上述のように受光領域１１を細かく区分けする場合には、各種処理の方法の区切りに合わせて受光領域１１を区分けすることが好ましい。
【００８１】
この場合、さらに、図２０に示すように、右位相差画素４２ａの開口面積を、左側の中央部８１ａＬ，左側の中間部８１ｂＬ，左側の周辺部８１ｃＬの順に段階的に拡大しても良い。このように、各種処理の方法が異なる区切りに合わせて、位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積を段階的に拡大しておくと、中心からの距離に応じて開口面積を滑らかに拡大するよりも（図９参照）容易に良好な処理結果が得られる。すなわち、位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積の段階的拡大は、位相差ＡＦの精度向上と撮影画像の画質を両立しやすい。なお、図２０では、受光領域１１を中央部８１ａＬ，８１ａＲ、中間部８１ｂＬ，８１ｂＲ，周辺部８１ｃＬ，８１ｃＲに分けているが、上述の実施形態のように、受光領域１１を中央部１１ａと周辺部１１ｂＬ，１１ｂＲに分ける場合も同様である。また、左位相差画素４２ｂは、上述の実施形態と同様に、右側の中央部８１ａＲ，中間部８１ｂＲ，周辺部８１ｃＲで段階的に開口面積を拡大すれば良い。
【００８２】
なお、撮像レンズ４４がズームレンズの場合、ズーム倍率によって各位置の主光線角度４５が変化するので、各位置の位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積を一義的に定められない場合がある。この場合、撮像レンズ４４がテレ端（焦点距離が最も長い場合）、ワイド端（焦点距離が最も短い場合）、またはこれらの中間の場合の主光線角度４５に合わせて各位置の位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積を定めることが好ましい。但し、テレ端の場合の主光線角度４５に合わせるとワイド端での誤差（比感度等のずれ）が大きく、逆にワイド端の場合の主光線角度４５に合わせるとテレ端での誤差が大きいので、テレ端及びワイド端の場合の位相差ＡＦの精度を両立するためには、テレ端とワイド端の中間の場合の主光線角度４５に合わせて、各位置の各位置の位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積を定めることが特に好ましい。
【００８３】
なお、上述の実施形態では、Ｇ画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにしたが、図２１に示すように、Ｒ画素やＢ画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにしても良い。もちろん、位相差画素４２ａ，４２ｂを全てＲ画素で形成しても良いし、位相差画素４２ａ，４２ｂを全てＢ画素で形成しても良い。また、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか２種にだけ位相差画素４２ａ，４２ｂを設けても良い。
【００８４】
但し、Ｒ，Ｇ，Ｂのうち２色以上に位相差画素４２ａ，４２ｂを設ける場合、色毎に周辺部１１ｂにおける感度の低下量が異なるので、色毎に位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積の拡大率を変えることが好ましい。マイクロレンズ７５の焦点等によっても異なるが、例えば、各色の位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積の拡大率をＢ画素＞Ｇ画素＞Ｒ画素にする。もちろん、開口面積の拡大率が２色で同じであり、１色だけ異なっていても良い（例えば、Ｂ画素＝Ｇ画素＞Ｒ画素）。拡大率の基準は、中心部１１ａにおける各色の位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積である。このように、色毎に位相差画素４２ａ，４２ｂの開口面積の拡大率を調節しておけば、各色の位相差画素４２ａ，４２ｂでＳ／Ｎが良い信号が得られるので、位相差ＡＦの精度を向上させやすい。
【００８５】
なお、上述の実施形態では、固体撮像装置１０の画素が正方配列されているが、画素の配列は任意である。例えば、画素の配列を図２２及び図２３のようにハニカム配列にしても良い。また、画素配列をハニカム配列にする場合のカラーフィルタの色配列は任意であるが、例えば、図２２や図２３の色配列にすることができる。図２２の色配列は、Ｇ画素の列と、Ｒ画素及びＢ画素が２個ずつ交互に並んだ列を斜め４５度方向に交互に配置した例である。
【００８６】
また、上述の実施形態では、固体撮像装置１０の画素が正方配列されている場合に、６×６画素を単位としたカラーフィルタ４１を用いたが、カラーフィルタ４１の配列は任意である。例えば、画素を正方配列にする場合には、図２４に示すように、破線で囲む２×２画素を上下左右に並べたいわゆるベイヤー配列にしても良い。
【００８７】
なお、上述の実施形態及び変形例では、カラーフィルタ４１の６×６画素の単位において、右上の第１サブユニット４１ａの左下Ｇ画素と、左上の第２サブユニット４１ｂの左下Ｇ画素を位相差画素４２ａ，４２ｂを形成する例を説明したが、位相差画素４２ａ，４２ｂを形成するＧ画素の位置は任意である。例えば、右上の第１サブユニット４１ａの中央のＧ画素と、左上の第２サブユニット４１ｂの中央のＧ画素をそれぞれ位相差画素４２ａ，４２ｂにしても良い。また、例えば、右下の第２サブユニット４１ｂのＧ画素と、左下の第１サブユニット４１ａのＧ画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにしても良い。
【００８８】
さらに、上述の実施形態及び変形例では、対になる２つの位相差画素４２ａ，４２ｂが同じ行内に設けられているが、対になる２つの位相差画素４２ａ，４２ｂは異なる行に設けられていても良い。
【００８９】
なお、上述の実施形態では、３つのトランジスタＴｒ２３，Ｔａ２４，Ｔｓ２５で画素を構成しているが（図１参照）、画素２１（通常画素４３及び位相差画素４２ａ，４２ｂ）は、入射光を各々光電変換し、撮影画像の形成や位相差ＡＦに必要な信号を出力することができればよく、トランジスタの数等は任意である。例えば、画素２１は、ＰＤ２２とＦＤの間に転送用のトランジスタを設け、４つのトランジスタを用いて構成されていても良い。
【００９０】
なお、上述の実施形態及び変形例では、遮光層５４とカラーフィルタ４１を積層して設けたが、遮光層５４の開口５５，５６内にカラーフィルタ４１の各色セグメントを埋め込むように形成することで、遮光層５４とカラーフィルタ４１を一体に形成しても良い。
【００９１】
なお、上述の実施形態及び変形例では、ｐ型半導体基板５３の裏面に、遮光層５４、カラーフィルタ４１の順に各層を積層しているが、遮光層５４とカラーフィルタ４１の積層順は逆順でも良い。
【００９２】
なお、上述の実施形態及び変形例では、遮光層５４の開口５５，５６に透明な材料を充填して遮光層５４を平坦化しているが、開口５５，５６にはカラーフィルタ４１の材料が充填されていても良い。
【００９３】
なお、上述の実施形態及び変形例では、固体撮像装置１０がＣＭＯＳイメージセンサであるが、固体撮像装置１０はＣＣＤ型イメージセンサでも良い。
【００９４】
なお、上述の実施形態及び変形例では、固体撮像装置１０が裏面照射型のイメージセンサであるが、固体撮像装置１０は表面照射型（ＦＳＩ；ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ）のイメージセンサでも良い。表面照射型イメージセンサは、配線層を介してＰＤに光が入射するタイプのイメージセンサである。
【００９５】
なお、上述の実施形態では、遮光層５４において、通常画素４３間にも遮光材料が設けられおり、各通常画素４３の開口５５が分離しているが、通常画素４３間の遮光材料を設けず通常画素４３の開口５５が全て連結していても良い。この場合、遮光層５４は、位相差画素４２ａ，４２ｂにおいて入射光を制限する部分にだけ遮光材料を配置したものになる。
【００９６】
なお、上述の実施形態では、原色系のカラーフィルタ４１を用いているが、補色系のカラーフィルタを用いても良い。また、カラーフィルタには無色（透明）な画素が含まれていても良く、位相差画素４２ａ，４２ｂがこの無色画素に形成されていても良い。
【００９７】
なお、上述の実施形態では、位相差画素４２ａ，４２ｂが左右方向（横方向）に非対称に形成されており、位相差画素４２ａ，４２ｂで左右の視差を得るようになっているが、視差の情報を得る方向は上下方向（縦方向）や斜め方向でも良い。すなわち、位相差画素の構造（開口の位置）を縦方向に非対称にし、対になる位相差画素を上下に並べておくことによって上下方向の視差を得るようにしても良い。斜め方向の視差を得る場合には、同様に斜め方向に非対称な構造の位相差画素の対を斜め方向に配置すれば良い。
【００９８】
また、上述の実施形態では、左右方向の視差を得る位相差画素４２ａ，４２ｂだけを受光領域１１内に設けているが、左右方向の視差を得る位相差画素４２ａ，４２ｂ、上下方向の視差を得る位相差画素、斜め方向の視差を得る位相差画素のうち２以上を受光領域１１に設けておいても良い。上下方向の視差を得る位相差画素や斜め方向の視差を得る位相差画素を設ける場合、これらの各方向の位相差画素も、上述の実施形態の左右の位相差画素４２ａ，４２ｂと同様に、受光する光束の方向と、受光領域１１内の位置に応じて拡大することが好ましい。
【００９９】
なお、上述の実施形態では、受光領域１１内の一部の画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにしているが、図２５に示すように、全画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにしても良い。全画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにすると、例えば、単眼（１個の固体撮像装置）で３Ｄ画像を得ることができる。図２５では、画素が正方配列であり、カラーフィルタ４１を用いる場合を示しているが、画素がハニカム配列やカラーフィルタがベイヤー配列の場合も全画素を位相差画素４２ａ，４２ｂにしても良い。
【０１００】
なお、上述の実施形態では、受光領域１１内に満遍なく位相差画素４２ａ，４２ｂが複数設けられているが、位相差画素４２ａ，４２ｂは少なくとも中央部１１ａと周辺部１１ｂＬ，１１ｂＲにあれば良く、位相差画素４２ａ，４２ｂの個数や配置及び分布は任意である。
【０１０１】
本発明の固体撮像装置１０は、薄型のデジタルカメラ、携帯電話機やＰＤＡ、スマーフォトン等に搭載されるカメラユニットに好適である。特に、撮像レンズ４４と距離が近く、周辺部で主光線角度が大きいカメラやカメラユニットに好適である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  固体撮像装置
１１  受光領域
１１ａ  中央部
１１ｂＬ，１１ｂＲ  周辺部
２１  画素
４２ａ，４２ｂ  位相差画素
４３  通常画素
５５，５６Ｌ，５６Ｒ  開口
【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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【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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