(57)【要約】【課題】混色を低減した撮像を行えるようにする。【解決手段】画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の光電変換部で受光される状態を含むように構成され、第１の光電変換層と第２の光電変換層との間に、第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、遮光層には、第１の光電変換層からの光を第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、開口部は、第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている。本技術は、多層構造の撮像素子に適用できる。【選択図】図８
2017011002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、
光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、前記光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の前記光電変換部で受光される状態を含むように構成され、
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、
前記遮光層には、前記第１の光電変換層からの光を前記第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、
前記開口部は、前記第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている
撮像素子。
【請求項２】
前記光学レンズの像高に応じて、前記開口部の非対称性が異なる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記光学レンズの像高が高くなると、前記開口部の非対称性は大きくなる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記開口部を構成する辺は、前記開口部が位置する前記第１の光電変換層の画素を構成する辺に対して、シフトされた位置に設けられ、
前記開口部を構成する辺のうち、前記光学レンズの中心側に位置する第１の辺と、前記第１の辺とは異なる第２の辺とでは、異なるシフト量でシフトされている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記シフトは、水平方向に対して行われる
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記シフトは、水平方向と斜め方向に対して行われる
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記シフトは、垂直方向に対して行われる
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記シフトは、垂直方向と斜め方向に対して行われる
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記シフトは、水平方向、垂直方向、斜め方向の少なくとも１方向に対して行われる
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、位相差検出用の画素である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記遮光層と前記第２の光電変換層との間に、前記開口部を透過してきた光を遮光する遮光部をさらに備え、
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、前記遮光部により半分遮光された状態で構成され、
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、位相差検出用の画素とされている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光するグリッド状に形成された遮光部をさらに備える
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
隣接して配置されている前記遮光部のグリッド同士は、異なる方向のグリッドとされている
請求項１２に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、狭帯域のフィルタをさらに備え、
前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記フィルタを介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、プラズモンフィルタをさらに備え、
前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記プラズモンフィルタを介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、ファブリーペロー干渉計をさらに備え、
前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記ファブリーペロー干渉計を介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、ＴＯＦ（Time Of Flight）型のセンサを構成する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、ライトフィールドカメラ（Light Field Camera）を構成する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１９】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、被写体を撮像し、画像を取得する素子として用いられる
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項２０】
画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、
光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、前記光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の前記光電変換部で受光される状態を含むように構成され、
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、
前記遮光層には、前記第１の光電変換層からの光を前記第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、
前記開口部は、前記第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている
撮像素子を備える
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像素子、電子機器に関する。詳しくは、撮像画像の高画質化を図ることができる撮像素子、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子として有機光電変換膜を用いた撮像素子がある（例えば、特許文献１参照）。有機光電変換膜は薄膜で色分離と受光を同時に行うことができるため、開口率が高く、オンチップレンズは基本的に不要である。
【０００３】
有機光電変換膜の下のシリコン層にもフォトダイオードを設け、有機光電変換膜で画像を取得しながら、シリコン層のフォトダイオードで位相差検出を行うようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２４４２８７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０３３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示の構造では、オンチップレンズの焦光点をシリコン層のフォトダイオードに設定すると、オンチップレンズの曲率半径が小さくなり、斜入射特性が悪化してしまう。そのため、像高（光学中心からの距離）が大きくなるほど、受光量が少なくなり、シェーディングと呼ばれる感度ムラが発生する。
【０００６】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、撮像画像の高画質化を図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】
【０００７】
本技術の一側面の撮像素子は、画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、前記光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の前記光電変換部で受光される状態を含むように構成され、前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、前記遮光層には、前記第１の光電変換層からの光を前記第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、前記開口部は、前記第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている。
【０００８】
前記光学レンズの像高に応じて、前記開口部の非対称性が異なるようにすることができる。
【０００９】
前記光学レンズの像高が高くなると、前記開口部の非対称性は大きくなるようにすることができる。
【００１０】
前記開口部を構成する辺は、前記開口部が位置する前記第１の光電変換層の画素を構成する辺に対して、シフトされた位置に設けられ、前記開口部を構成する辺のうち、前記光学レンズの中心側に位置する第１の辺と、前記第１の辺とは異なる第２の辺とでは、異なるシフト量でシフトされているようにすることができる。
【００１１】
前記シフトは、水平方向に対して行われるようにすることができる。
【００１２】
前記シフトは、水平方向と斜め方向に対して行われるようにすることができる。
【００１３】
前記シフトは、垂直方向に対して行われるようにすることができる。
【００１４】
前記シフトは、垂直方向と斜め方向に対して行われるようにすることができる。
【００１５】
前記シフトは、水平方向、垂直方向、斜め方向の少なくとも１方向に対して行われるようにすることができる。
【００１６】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、位相差検出用の画素であるようにすることができる。
【００１７】
前記遮光層と前記第２の光電変換層との間に、前記開口部を透過してきた光を遮光する遮光部をさらに備え、前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、前記遮光部により半分遮光された状態で構成され、前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、位相差検出用の画素とされているようにすることができる。
【００１８】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光するグリッド状に形成された遮光部をさらに備えるようにすることができる。
【００１９】
隣接して配置されている前記遮光部のグリッド同士は、異なる方向のグリッドとされている請求項１２に記載の撮像素子。
【００２０】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、狭帯域のフィルタをさらに備え、前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記フィルタを介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達するようにすることができる。
【００２１】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、プラズモンフィルタをさらに備え、前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記プラズモンフィルタを介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達するようにすることができる。
【００２２】
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、ファブリーペロー干渉計をさらに備え、前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記ファブリーペロー干渉計を介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達するようにすることができる。
【００２３】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、ＴＯＦ（Time Of Flight）型のセンサを構成するようにすることができる。
【００２４】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、ライトフィールドカメラ（Light Field Camera）を構成するようにすることができる。
【００２５】
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、被写体を撮像し、画像を取得する素子として用いられるようにすることができる。
【００２６】
本技術の一側面の電子機器は、画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、前記光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の前記光電変換部で受光される状態を含むように構成され、前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、前記遮光層には、前記第１の光電変換層からの光を前記第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、前記開口部は、前記第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている撮像素子を備える。
【００２７】
本技術の一側面の撮像素子においては、画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層され、光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の光電変換部で受光される状態を含むように構成されている。また、第１の光電変換層と第２の光電変換層との間に、第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層が備えられ、遮光層には、第１の光電変換層からの光を第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、開口部は、第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている。
【００２８】
本技術の一側面の電子機器においては、前記撮像素子が備えられる。
【発明の効果】
【００２９】
本技術の一側面によれば、撮像画像の高画質化を図ることができる。
【００３０】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本開示に係る撮像素子を含む撮像機構を示す図である。
【図２】本技術を適用した撮像素子の構成について説明するための図である。
【図３】本技術を適用した撮像素子の構成について説明するための図である。
【図４】従来の撮像素子の構成を示す図である。
【図５】開口部の大きさに依存して発生する混色について説明するための図である。
【図６】開口部の大きさに依存して発生する混色について説明するための図である。
【図７】開口部の大きさに依存して発生する混色について説明するための図である。
【図８】撮像素子の構成について説明するための図である。
【図９】開口部の左右非対称性について説明するための図である。
【図１０】開口部のシフトについて説明するための図である。
【図１１】像高とシフト量について説明するための図である。
【図１２】像高とシフト量について説明するための図である。
【図１３】オンチップレンズにおける光の屈折について説明するための図である。
【図１４】開口部のシフトについて説明するための図である。
【図１５】開口部のシフトについて説明するための図である。
【図１６】開口部のシフトについて説明するための図である。
【図１７】開口部のシフトについて説明するための図である。
【図１８】位相差検出画素について説明するための図である。
【図１９】位相差検出画素の配置について説明するための図である。
【図２０】位相差検出画素の配置について説明するための図である。
【図２１】位相差検出結果について説明するための図である。
【図２２】遮光画素の構成について説明するための図である。
【図２３】遮光画素の構成について説明するための図である。
【図２４】遮光画素における検出強度について説明するための図である。
【図２５】混色の発生について説明するための図である。
【図２６】グリッド遮光膜の構成について説明するための図である。
【図２７】グリッド遮光膜の構成について説明するための図である。
【図２８】グリッド遮光膜の他の構成について説明するための図である。
【図２９】グリッド遮光膜の他の構成について説明するための図である。
【図３０】狭帯域フィルタを設けた撮像素子の構成を示す図である。
【図３１】プラズモンフィルタを設けた撮像素子の構成を示す図である。
【図３２】プラズモンフィルタの構成を示す図である。
【図３３】ファブリーペロー干渉計を有する撮像素子の構成を示す図である。
【図３４】ファブリーペロー干渉計の構成を示す図である。
【図３５】ＴＯＦ型センサを有する撮像素子の構成を示す図である。
【図３６】ＴＯＦ型センサの動作について説明するための図である。
【図３７】ＬＦＣ型センサを有する撮像素子の構成を示す図である。
【図３８】２層で撮像を行う構成としたときの撮像素子の構成を示す図である。
【図３９】撮像素子の他の構成について説明するための図である。
【図４０】撮像素子の他の構成について説明するための図である。
【図４１】撮像素子の他の構成について説明するための図である。
【図４２】撮像素子の使用例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．撮像装置の構成
２．撮像素子の構成
３．開口部の大きさによる混色について
４．本技術を適用した撮像素子の構成
５．２層目の画素を位相差検出用の画素とした実施の形態
６．グリッド状の遮光膜を有する構成について
７．狭帯域フィルタを有する構成について
８．プラズモンフィルタを有する構成について
９．ファブリーペロー干渉計を有する構成について
１０．ＴＯＦ型センサを有する構成について
１１．ＬＦＣ型センサを有する構成について
１２．２層で画像を撮像する構成について
１３．他の構成について
１４．撮像素子の使用例
【００３３】
＜撮像装置の構成＞
以下に説明する本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に半導体パッケージを用いる電子機器全般に対して適用可能である。
【００３４】
図１は、本技術に係る電子機器、例えば撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本技術に係る撮像装置１０は、レンズ群２１等を含む光学系、撮像素子（撮像デバイス）２２、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路２３、フレームメモリ２４、表示部２５、記録部２６、操作部２７、および電源部２８等を有する。そして、ＤＳＰ回路２３、フレームメモリ２４、表示部２５、記録部２６、操作部２７および電源部２８がバスライン２９を介して相互に接続されている。
【００３５】
レンズ群２１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子２２の撮像面上に結像する。撮像素子２２は、レンズ群２１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
【００３６】
ＤＳＰ回路２３は、撮像素子２２からの信号を処理する。例えば、詳細は後述するが、撮像素子２２には、焦点を検出するための画素があり、そのような画素からの信号を処理し、焦点を検出する処理を行う。また、撮像素子２２には、撮影された被写体の画像を構築するための画素があり、そのような画素からの信号を処理し、フレームメモリ２４に展開するといった処理も行う。
【００３７】
表示部２５は、液晶表示装置や有機ＥＬ（electro luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子２２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２６は、撮像素子２２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に記録する。
【００３８】
操作部２７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２８は、ＤＳＰ回路２３、フレームメモリ２４、表示部２５、記録部２６および操作部２７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【００３９】
＜撮像機構の構成＞
図２は、本開示に係る撮像素子を含む撮像機構を示す図である。
【００４０】
本開示に係る撮像素子１０１は、図２に示されるように、光学レンズ１０２によって集光された被写体３の光を受光する。撮像素子１０１は、図１における撮像素子２２に該当する。光学レンズ１０２は、図１における撮像装置１０の光学レンズ群２１に該当する。
【００４１】
撮像素子１０１は、例えば、２枚の半導体基板１１１Ａと１１１Ｂとが積層された複合型の撮像素子である。半導体基板１１１Ａと１１１Ｂのそれぞれには、光電変換部と、そこで光電変換された電荷を検出する電荷検出部を有する光電変換層が形成されている。半導体基板１１１Ａと１１１Ｂの半導体は、例えば、シリコン（Si）である。２枚の半導体基板１１１Ａと１１１Ｂの間には、アパーチャ１１２が形成されている。
【００４２】
なお、以下では、２枚の半導体基板１１１Ａと１１１Ｂのうち、光学レンズ１０２に近い方の半導体基板１１１Ａを上側基板１１１Ａと称し、光学レンズ１０２から遠い方の半導体基板１１１Ｂを下側基板１１１Ｂと称する。また、２枚の半導体基板１１１Ａと１１１Ｂを特に区別しない場合には、単に、基板１１１とも称する。
【００４３】
図３は、撮像素子１０１の概略構成を示す図である。
【００４４】
上側基板１１１Ａには、画素１２１Ａが２次元アレイ状に複数配列されている。各画素１２１Ａには、オンチップレンズ１３１が形成されている。上側基板１１１Ａに配列された複数の画素１２１Ａで得られる画素信号は、画像生成用の信号として利用される。したがって、上側基板１１Ａは、画像センサとして機能する。
【００４５】
下側基板１１１Ｂにも、画素１２１Ｂが２次元アレイ状に複数配列されている。下側基板１１１Ｂに配列された複数の画素１２１Ｂで得られる画素信号は、例えば、後述するように、位相差検出用の信号として用いることができる。このような場合、下側基板１１１Ｂは、位相差検出センサとして機能する。
【００４６】
アパーチャ１１２には、図３に示されるように、開口部１２３が、所定の間隔で形成されている。これにより、上側基板１１１Ａの画素１２１Ａには、入射光を下側基板１１１Ｂへ透過させる画素と、下側基板１１１Ｂへ透過させない画素とがある。
【００４７】
例えば、図２に示されるように、アパーチャ１１２の開口部１２１に対応する上側基板１１１Ａの１画素（以下、透過画素という。）を通過した入射光は、下側基板１１１Ｂの２×２の４画素に入射される構成とされている。
【００４８】
なお、図２及び図３は、上側基板１１１Ａの透過画素と、そこからの入射光を受光する下側基板１１１Ｂの受光画素との関係を説明するための図であり、上側基板１１１Ａと下側基板１１Ｂの画素サイズの縮尺が異なっている。
【００４９】
このように、本技術を適用した撮像素子１０１においては、画素を２層に配置し、例えば、上層に配置されている画素を、通常撮影を行う画素とし、下層に配置されている画素を、位相差検出画素とするといったように、それぞれ別の機能を有する画素として用いることができる。
【００５０】
積層構造ではない単層構造のイメージセンサの一部に位相差画素を配置した像面位相差センサにおいて、オンチップレンズの集光点は、理想的には、シリコン層のフォトダイオード表面であるが、実際には、シリコン層の深い位置となる。そのため、撮像用の集光点と、位相差検出用の集光点が異なり、マイクロレンズの最適化が両立できにくいという問題があった。
【００５１】
また、シリコン層のフォトダイオード表面にオンチップレンズの焦光点を設定すると、オンチップレンズの曲率半径が小さくなり、斜入射特性が悪化してしまう。そのため、像高（光学中心からの距離）が大きくなるほど、受光量が少なくなり、シェーディングが発生する。
【００５２】
そこで、撮像素子１０１では、２枚の基板１１１を積層し、後述するように位相差検出用の画素を下側基板１１１Ｂに配置することで、オンチップレンズの曲率半径を大きくすることができ、シェーディングの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、後述するように上側基板１１１Ａの１画素を通過した入射光を、２×２より大きい複数画素で受光するように構成することも可能であるため、多視点分離を行えるようになり、位相差画素の分離性能を向上させ、位相差オートフォーカスの高性能化が可能になる。
【００５４】
図４は、撮像素子１０１の断面図である。撮像素子１０１の上部には、上側基板１１１Ａがあり、オンチップレンズ１３１、オンチップカラーフィルタ１３２、フォトダイオード１３３が配置されている。オンチップレンズ１３１、オンチップカラーフィルタ１３２、フォトダイオード１３３は、画素１２１Ａ（図２）を構成する。
【００５５】
ここでは、上側基板１１１Ａには、フォトダイオード１３３が配置されているとして説明するが、フォトダイオード１３３が配置される光電変換層は、有機光電変換膜などで構成されるようにしても良い。また、有機光電変換膜で構成される場合、複数の光電変換層から構成されるようにしても良い。またここでは、裏面照射型で形成された上側基板１１１Ａを例にあげて説明するが、本技術は、裏面照射型、表面照射型のどちらにでも適用できる。
【００５６】
上側基板１１１Ａのフォトダイオード１３３の下側には、複数の配線層と層間絶縁膜を含む多層配線層２０１が形成されている。多層配線層２０１には、上側基板１１１Ａ近傍に、フォトダイオード１３３に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し回路を構成する複数のトランジスタ回路が形成されているように構成することも可能である。
【００５７】
上側基板１１１Ａの下側には、アパーチャ１１２が配置されている。
【００５８】
下側基板１１１Ｂは、例えば、ｎ型（第１導電型）の半導体領域であるシリコン層により構成され、そのシリコン層内に、光電変換部としてのフォトダイオードが、ｐｎ接合により画素毎に形成されているように構成することができる。下側基板１１１Ｂの画素サイズは、上側基板１１１Ａの画素と異なるサイズであっても良い。
【００５９】
下側基板１１１Ｂの上側または下側に、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み出す読み出し回路を構成する複数のトランジスタ回路、複数の配線層、層間絶縁膜などを含む多層配線層が形成されようにしても良い。図４に示した実施の形態においては、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂは、層間絶縁膜２０２を介して接合（接着）されている。
【００６０】
下側基板１１１Ｂには、画素１５２−１乃至１５２−５が配置されている。画素１５２は、図２の画素１２１Ｂに該当する。ここでは、画素１５２−１乃至１５２−５は、それぞれフォトダイオードであるとし、適宜、フォトダイオード１５２とも記述する。
【００６１】
また、画素１５２−１乃至１５２−５を、適宜、画素群１５１と記述する。画素群１５１は、５画素が含まれる場合に限定されるわけではなく、複数の画素が含まれていれば良い。
【００６２】
画素１５２−１１乃至１５２−５は、１枚のオンチップレンズ１３１を透過してきた光を受光する。
【００６３】
多層配線層２０１の配線層は、銅などで構成される配線を含む。多層配線層２０１は、アパーチャ１１２と合わせて遮光膜としても機能するように構成することも可能である。図４に示すように、図中中央部分に示したオンチップレンズ１３１をオンチップレンズ１３１Ａとした場合、オンチップレンズ１３１Ａを透過した光が、アパーチャ１１２の開口部１２３を介して、画素１５２−１乃至１５２−５のいずれかに受光されるように構成されている。
【００６４】
一方で、オンチップレンズ１３１Ａとは異なるオンチップレンズ１３１、例えば、オンチップレンズ１３１Ａの右隣のオンチップレンズ１３１Ｂからの光は、アパーチャ１１２により透過されず、画素１５２−１乃至１５２−５に受光されないように構成されている。
【００６５】
このように、１枚のオンチップレンズ１３１を透過した光が、下側基板１１１Ｂの画素群１５１に受光されるように、アパーチャ１１２により遮光が行われる構成とされている。
【００６６】
＜開口部の大きさによる混色について＞
アパーチャ１１２の開口部１２３の大きさは、例えば、図３に示したように、上側基板１１１Ａの画素１２１Ａと同サイズの１画素サイズで形成することができる。換言すれば、透過画素と同一の大きさで、真下に位置する位置に形成することができる。図４は、画素１２１Ａと同サイズで構成されている場合である。このように、開口部１２３の大きさを画素１２１Ａと同サイズ、同位置とした場合、反射や回折が起こり、集光効率が低下してしまう可能性がある。
【００６７】
このことについて図５を参照して説明する。図５は、図４に示したような構成を有する撮像素子１０１における光の入射角と画素１５２における受光量との関係を表すグラフである。図５に示したグラフの横軸は、光線の入射角度（angle）を表し、縦軸は、感度特性（Pabs total）を表す。図中の数字は、画素１５２−１乃至１５２−５（図４）をそれぞれ表す数字であり、例えば、“１”は、画素１５２−１を表す。
【００６８】
図５に示した位相差特性を表すグラフにおいて、光線の入射角度により、ピーク値を得る画素が異なることが読み取れる。例えば、光線の入射角度が０度の場合、画素１５２−５が最もピーク値が高く、光線の入射角度が−１５度の場合、画素１５２−４が最もピーク値が高い。
【００６９】
また、図５から、画素１５２−１乃至画素１５２−５で受光される受光量は低く、特に、高入射角の光、例えば、図５においては、−３０度以下の入射角においては、ほとんど受光されていないことが読み取れる。画素１５２−１や画素１５２−２では、ピークがあるグラフを得ることができない状態である。
【００７０】
アパーチャ１１２を、画素１２１Ａと同サイズ、同位置で構成した場合、隣接画素からの混色は低減するが、必要な光がケラレてしまい、受光量が低減してしまう。
【００７１】
そこで、アパーチャ１１２の開口部１２３を広くした場合を考える。アパーチャ１１２の開口部１２３を広くした場合（不図示）の図４に示したような構成を有する撮像素子１０１における光の入射角と画素１５２の受光量との関係を表すグラフを、図６に示す。
【００７２】
図６に示したグラフは、図５に示したグラフと同じく、横軸は、光線の入射角度を表し、縦軸は、感度特性を表し、図中の数字は、画素１５２−１乃至１５２−５（図４）をそれぞれ表す数字である。
【００７３】
図５に示したグラフと図６に示したグラフを比較するに、図６に示したグラフの方が、全体的に感度が上がっていることが読み取れる。また、例えば、入射角度が−２５〜−２０度の範囲でピークを有するグラフ（画素１５２−３の感度を表すグラフ）を参照するに、高入射角においても、レベルが上がっており、高入射角の光も受光していることが読み取れる。
【００７４】
アパーチャ１１２の開口部１２３を広く構成することで、必要な光がケラレなくすることが可能となる。しかしながら、隣接画素からの混色が大きくなってしまう。
【００７５】
理想的には、図７に示すようなグラフが得られる開口部１２３となるのが好ましい。図７に示したグラフは、図５や図６に示したグラフと同じく、横軸は、光線の入射角度を表し、縦軸は、感度特性を表し、図中の数字は、画素１５２−１乃至１５２−５（図４）をそれぞれ表す数字である。
【００７６】
図７に示したグラフを参照するに、画素１５２−１乃至１５２−５のどの画素においてもピークが得られている。このことから、画素１５２のいずれかにおいて、高入射角を含めて、感度良く受光されているため、画素群１５１としても、感動良い受光が実現されていることが読み取れる。
【００７７】
また、入射角度が−２５〜−２０度の範囲でピークを有するグラフ（画素１５２−３の感度を表すグラフ）を参照するに、入射角度が−２５〜−２０度の範囲外のところでは、レベルが下がっており、隣接画素からの混色の影響が抑えられていることが読み取れる。
【００７８】
このようなグラフが得られる撮像素子１０１について以下に説明する。
【００７９】
＜本技術を適用した撮像素子の構成＞
図８は、本技術を適用した撮像素子１０１の一実施の形態の構成を示す図である。図８に示した撮像素子１０１と図４に示した撮像素子１０１は、基本的に同様の構成を有するが、アパーチャ１１２の開口部１２３の位置、大きさ、形状などが異なる。ここでは、図４に示した撮像素子１０１のアパーチャ１１２と異なることを示すためにアパーチャ３０１とし、開口部１２３も開口部３０２として記述する。
【００８０】
図８に示したアパーチャ３０１の開口部３０２は、２つの画素にまたがるような位置に形成されている。すなわち、透過画素の真下に開口部３０２が設けられているような上述した構成とは異なる構成とされている。アパーチャ３０１は、メタルなど、光を透過しない材料で形成され、上側基板１１１Ａを透過してきた光を遮光する遮光層として機能とする。よって、上側基板１１１Ａを透過してきた光のうち、開口部３０２を透過する光以外は、アパーチャ１１２により遮光され、下側基板１１１Ｂには到達しないように構成されている。
【００８１】
なお、多層配線層２０１も、アパーチャ３０１の開口部３０２の部分は開口されている。よって、以下の説明は、多層配線層２０１の開口部分にも適用される。またここでは、アパーチャ３０１と多層配線層２０１は、別体とし、アパーチャ３０１を例に挙げて説明を続けるが、アパーチャ３０１の機能（遮光機能）を多層配線層２０１に持たせ、アパーチャ３０１を削除した構成にすることも可能である。または、アパーチャ３０１を伝導性を有する材料で構成し、多層配線層２０１としても機能するように構成することも可能である。
【００８２】
すなわち、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの間に設けられる遮光層は、アパーチャ３０１で構成されていても良いし、アパーチャ３０１と多層配線層２０１で構成されていても良いし、多層配線層２０１で構成されていても良い。
【００８３】
開口部３０２は、オンチップレンズ１３１Ａの中央部分付近から始まり、隣接するオンチップレンズ１３１Ｃの中央部分付近まで設けられている。このように、開口部３０２は、上側基板１１１Ａに設けられている１画素（フォトダイオード１３３）の下に設けられているのではなく、複数の画素をまたぐように設けられている。
【００８４】
さらに図９を参照し、開口部３０２の大きさについて説明する。オンチップレンズ１３１Ａとオンチップレンズ１３１Ｃを図示し、それぞれの中心軸を点線で図示した。１つのオンチップレンズ１３１の直径、換言すれば、１画素の幅の大きさを大きさａとする。
【００８５】
アパーチャ３０１の開口部３０２は、図９に示すように、オンチップレンズ１３１Ａの中心軸から、大きさｂだけ右側にいったところから開始されている。また開口部３０２は、オンチップレンズ１３１Ａの端から、大きさｄだけ左側にいったところで終了している。開口部３０２には、大きさｂも含まれ、この大きさｂは、大きさａの半分（オンチップレンズ１３１Ａの半径）に該当する。
【００８６】
この場合、開口部３０２の大きさは、大きさ（ｂ＋ｃ＋ｄ）となる。この大きさ（ｂ＋ｃ＋ｄ）は、大きさａと同じ大きさであっても良いし、大きさａよりも小さいまたは大きくても良い。
【００８７】
オンチップレンズ１３１Ａに注目したとき、換言すれば、開口部３０２が設けられている透過画素に注目したとき、開口部３０２は、中心軸から同じ大きさで設けられているのではなく、左右非対称で設けられている。図９で示した例では、オンチップレンズ１３１Ａの中心軸に対して、右側に設けられている開口部３０２の大きさは、大きさｂであり、左側に設けられている開口部３０２の大きさは、大きさ（ｃ＋ｄ）である。この大きさｂと大きさ（ｃ＋ｄ）は同じ大きさではなく、異なる大きさである。
【００８８】
このように、オンチップレンズ１３１Ａ（透過画素）から、開口部３０２をみたとき、左右の大きさが異なり、左右非対称に設けられている。
【００８９】
図４を再度参照するに、図４に示したアパーチャ１１２の開口部１２３は、オンチップレンズ１３１Ａの真下に設けられ、中心軸からの大きさが等しく、左右対称に設けられている。このように、開口部１２３を、オンチップレンズ１３１Ａの中心軸に対して左右対称に設けると、図５、図６を参照して説明したように、ケラレや混色が発生する可能性があった。
【００９０】
しかしながら、図８、図９を参照して説明したように、アパーチャ３０１の開口部３０２のように、オンチップレンズ１３１Ａの中心軸からの大きさが異なり、左右非対称に設けることで、必要な光がケラレることなく、また隣接画素からの混色を防ぐことが可能となり、図７に示したようなグラフを得ることができる撮像素子１０１とすることが可能となる。
【００９１】
開口部３０２は、撮像素子１０１の上側からみたとき、図１０に示すような位置、形状、大きさで設けられる。図１０は、画面イメージを表し、開口部３０２が設けられている画面イメージ内の１層目の上側基板１１１Ａに配置されている画素（図１０では、フォトダイオード１３３）を表す図である。
【００９２】
図１０に示した画面イメージ４０１は、撮像装置１０（図１）で撮像された画像の一部を表し、その画面イメージ４０１内に、５個の開口部３０２−１乃至３０２−５が配置され、それぞれの開口部３０２−１乃至３０２−５が配置されているフォトダイオード１３３−１乃至１３３−５を図示している。図１０において、開口部３０２は、四角形の枠で表し、フォトダイオード１３３（画素）は、斜線を付した四角形（正方形）で表している。
【００９３】
なお、図１０、また以下の説明においては、５画素を例に挙げて説明するが、数画素から全画素まで、開口部３０２を設けることは可能であり、用途や精度に応じて、適宜、その数や、配置位置は変更可能であり、また後述するシフト量なども変更可能である。
【００９４】
画面イメージ４０１の中央部分に配置されたフォトダイオード１３３−３の位置に配置された開口部３０２−３は、ほぼ左右対象となる大きさで開口されている。フォトダイオード１３３−３の左隣に配置されたフォトダイオード１３３−２の位置に配置された開口部３０２−２は、左右非対称となる大きさで開口されており、フォトダイオード１３３−３に対して、左側にシフトした位置に開口されている。
【００９５】
フォトダイオード１３３−２の左隣に配置されたフォトダイオード１３３−１の位置に配置された開口部３０２−１は、左右非対称となる大きさで開口されており、フォトダイオード１３３−１に対して、左側にシフトした位置に開口されている。また開口部３０２−１は、開口部３０２−２と比較して、シフト量が大きく構成されている。
【００９６】
同様に、フォトダイオード１３３−３の右隣に配置されたフォトダイオード１３３−４の位置に配置された開口部３０２−４は、左右非対称となる大きさで開口されており、フォトダイオード１３３−４に対して、右側にシフトした位置に開口されている。
【００９７】
フォトダイオード１３３−４の右隣に配置されたフォトダイオード１３３−５の位置に配置された開口部３０２−５は、左右非対称となる大きさで開口されており、フォトダイオード１３３−５に対して、右側にシフトした位置に開口されている。また開口部３０２−５は、開口部３０２−４と比較して、シフト量が大きく構成されている。
【００９８】
このように、開口部３０２のフォトダイオード１３３に対する位置は、開口部３０２の位置により異なる。図１０に示した例では、画面イメージ４０１の中央部分から端部分へ向かうほど、フォトダイオード１３３の中心軸からのシフト量が大きくなるように構成されている。換言すれば、光学レンズ１０２（図２）の像高に応じて、開口部３０２の位置が設定されている。
【００９９】
すなわち、図１０に示した例では、像高が０割付近（画面イメージ４０１の中央付近）から像高が上がる（画面イメージ４０１の端付近）につれて、シフト量が増すように構成されている。換言すれば、像高が高くなるほど、開口部３０２の非対称性が増すように構成されている。
【０１００】
また、像高が高くなるほど、開口部３０２の開口面積が大きくなるようにしても良い。開口面積が像高に応じて広くなるようにした場合、その開口面積（シフト量）は、例えば、図１１または図１２に示したグラフに基づいて設定することができる。図１１、図１２に示したグラフにおいて、横軸は、像高を表し、縦軸は絞りシフト量を表す。またグラフ中の太線は、中心側のシフト量を表し、細線は、周辺側のシフト量を表す。
【０１０１】
中心側とは、像高が０割（像高中心）の方に向いている側のことを意味し、開口部３０２の中心側の辺とは、例えば、図１０の開口部３０２−２においては、右側に位置する辺であり、開口部３０２−４においては、左側に位置する辺である。
【０１０２】
周辺側とは、中心側の反対側のことであり、像高が１０割の方に向いている側のことを意味し、開口部３０２の周辺側の辺とは、例えば、図１０の開口部３０２−２においては、左側に位置する辺であり、開口部３０２−４においては、右側に位置する辺である。
【０１０３】
図１１を参照するに、像高０割のシフト量は、中心側、周辺側、共に０である。像高０割の画素は、フォトダイオード１３３−３（図１０）のところであり、フォトダイオード１３３−３のところの開口部３０２−３はシフト量が０とされる。よって、図１０に示したように、フォトダイオード１３３−３と開口部３０２−３は、ほぼ重なるような状態で設けられ、左右対称にはされていない。
【０１０４】
また像高９割のシフト量は、中心側が、約３（a.u.）であり、周辺側が、約６（a.u.）である。像高９割の画素が、フォトダイオード１３３−５（図１０）のところであるとした場合、フォトダイオード１３３−５のところの開口部３０２−３の中心側の辺のシフト量は、約３とされ、周辺側のシフト量は、約６とされる。
【０１０５】
中心側のシフト量は、中心側の辺を、フォトダイオード１３３に対して、左方向または右方向にシフトさせる量であり、像高に応じて設定される。この場合、開口部３０２−５の中心側の辺（左辺）は、フォトダイオード１３３−５の左辺よりも約３（a.u.）だけ右方向にシフトした位置に設けられる。
【０１０６】
同様に、周辺側のシフト量は、周辺側の辺を、フォトダイオード１３３に対して、左方向または右方向にシフトさせる量であり、像高に応じて設定される。この場合、開口部３０２−５の周辺側の辺（左辺）は、フォトダイオード１３３−５の右辺よりも約６（a.u.）だけ右方向にシフトした位置に設けられる。
【０１０７】
中央に位置するフォトダイオード１３３よりも左側に位置するフォトダイオード１３３に対して設けられる開口部３０２は、フォトダイオード１３３の左辺（周辺側）または右辺（中心側）に対して、左方向に、像高に応じたシフト量でシフトされる。
【０１０８】
中心側と周辺側でのシフト量が異なるため、像高が高くなるにつれて、開口部３０２の開口面積も大きくなる。
【０１０９】
図１１に示したシフト量は、像高に比例して同一の比率で増加する場合を示したが、図１２に示すように、像高に応じて、同一の比率で増加しないようなシフト量でも良い。図１２を参照するに、像高０乃至５割までの傾きと、像高５割から１０割までの傾きは同一の傾きではない。
【０１１０】
このように、像高に応じて単純に比例するのではなく、所定の像高において、傾きが変わるようなグラフに基づき、シフト量が設定されるようにしても良い。このようにする理由について、図１３を参照して説明する。
【０１１１】
図１３には図示していないが、光学レンズ１０２(図２)の像高が変わると、オンチップレンズ１３１に入射する入射光の角度も変化する。図１３の左図は、光学レンズ１０２に入射された入射光の入射角が小さい場合を示し、図１３の右図は、入射角が大きい場合を示している。
【０１１２】
また、図１３に示したように、オンチップレンズ１３１は、球面形状を有している。このようなことから、光学レンズ１０２に入射してきた入射光の角度と、オンチップレンズ１３１で屈折した後の光の角度は比例しない場合がある。よって、図１２に示したように、所定の像高で、傾きが異なるグラフに基づき、シフト量を設定することで、アパーチャ３０１が必要な光を透過させる効果と、不要な光をカットする効果を最大限に得ることが可能となる。
【０１１３】
なお、図１２では、傾きが２つ設定されている場合を示したが、設定されている傾きは、２つ以上であっても良い。また、図１２に示したような傾きが複数設定されているグラフを用いて、シフト量を設定した場合の効果が、無視できるような場合や、考慮する必要が無い場合などには、図１１に示したような傾きが１個設定されているグラフを適用して、シフト量を設定しても良い。
【０１１４】
図１０に示した開口部３０２の例は、画面イメージ４０１の水平方向（横方向）に配置された開口部３０２の例である。図１０には示していないが、開口部３０２−１乃至３０２−５の上側や下側（垂直方向）にも開口部は設けられており、水平方向で同一の位置に配置されている開口部３０２は、同一のシフト量でシフトされ、同一の開口面積とされている。
【０１１５】
このように、水平方向にのみ、シフト量を設け、開口部３０２が構成されるようにしても良いが、図１４に示すように、水平方向と斜め方向に対して、シフト量を設定し、開口部３０２が構成されるようにしても良い。
【０１１６】
シフト量としては、図１１に示したグラフ、または図１２に示したグラフに基づき設定されるようにすることができる。この場合、中央より左上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−２−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−２−１の右辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−２−１の左辺と上辺とされる。また開口部３０２−２−１の下辺は、垂直方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１１７】
また、中央より右上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−４−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−４−１の左辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−４−１の右辺と上辺とされる。また開口部３０２−４−１の下辺は、垂直方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１１８】
また、中央より左下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−２−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−２−２の右辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−２−２の左辺と下辺とされる。また開口部３０２−２−２の上辺は、垂直方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１１９】
また、中央より右下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−４−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−４−２の左辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−４−２の右辺と下辺とされる。また開口部３０２−４−２の上辺は、垂直方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１２０】
このように、垂直方向に関する辺はシフトせず、水平方向に関する辺と斜め方向に関する辺は、それぞれシフトされる。
【０１２１】
図１５に示すように、垂直方向にのみシフトさせるようにしても良い。図１５は、アパーチャ３０１の開口部３０２のシフト量が、垂直方向のみに適用された場合の一例を示す図である。１層目の上側基板１１１Ａのフォトダイオード１３３（画素）に対して、垂直方向のみにシフトしており、水平方向にはシフトされていない。
【０１２２】
中央に位置する画素（フォトダイオード１３３−３）の上側に配置されているフォトダイオード１３３−３−１のところに配置される開口部３０２−３−１は、上側方向にシフトされている。また、フォトダイオード１３３−３の下側に配置されているフォトダイオード１３３−３−２のところに配置される開口部３０２−３−２は、下側方向にシフトされている。
【０１２３】
他の画素は図示しないが、開口部３０２−３−１や開口部３０２−３−２と同じく、中央より上側に配置されている開口部３０２は、上方向にシフトされ、中央より下側に配置されている開口部３０２は、下側方向にシフトされている。
【０１２４】
垂直方向に開口部３０２をシフトさせるようにした場合のシフト量も、図１１または図１２に示したグラフに基づいて設定されるようにすることができる。このようにした場合、中央より上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−３−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−３−１の下辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−３−１の上辺とされる。
【０１２５】
また、中央より下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−３−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−３−２の上辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−３−２の下辺とされる。
【０１２６】
このように、垂直方法のみシフトが行われるようにしても良い。
【０１２７】
さらに、図１６に示すように、垂直方向と斜め方向にシフトが行われるようにしても良い。アパーチャ３０１の開口部３０２は、１層目の上側基板１１１Ａの所定の画素（フォトダイオード１３３）に対して、垂直方向および斜め方向に対してシフトされる。
【０１２８】
シフト量としては、図１１に示したグラフ、または図１２に示したグラフに基づき設定されるようにすることができる。この場合、中央より左上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−２−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−２−１の下辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−２−１の左辺と上辺とされる。また開口部３０２−２−１の右辺は、水平方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１２９】
また、中央より右上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−４−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−４−１の下辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−４−１の右辺と上辺とされる。また開口部３０２−４−１の左辺は、水平方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１３０】
また、中央より左下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−２−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−２−２の上辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−２−２の左辺と下辺とされる。また開口部３０２−２−２の右辺は、水平方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１３１】
また、中央より右下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−４−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−４−２の上辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−４−２の右辺と下辺とされる。また開口部３０２−４−２の左辺は、水平方向に関する辺になるため、この場合、シフト対象の辺とはされない。
【０１３２】
このように、水平方向に関する辺はシフトせず、垂直方向に関する辺と斜め方向に関する辺は、それぞれシフトされる。
【０１３３】
さらに、図１７に示すように、水平方向、垂直方向、および斜め方向にシフトが行われるようにしても良い。アパーチャ３０１の開口部３０２は、１層目の上側基板１１１Ａの所定の画素（フォトダイオード１３３）に対して、水平方向、垂直方向、および斜め方向に対してシフトされる。
【０１３４】
シフト量としては、図１１に示したグラフ、または図１２に示したグラフに基づき設定されるようにすることができる。この場合、中央より左上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−２−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−２−１の下辺と右辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−２−１の上辺と左辺とされる。
【０１３５】
また、中央より右上側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−４−１においては、中心側の辺は、開口部３０２−４−１の下辺と左辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−４−１の上辺と右辺とされる。
【０１３６】
また、中央より左下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−２−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−２−２の上辺と右辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−２−２の下辺と左辺とされる。
【０１３７】
また、中央より右下側に位置する画素、例えば、フォトダイオード１３３−４−２においては、中心側の辺は、開口部３０２−４−２の上辺と左辺とされ、周辺側の辺は、開口部３０２−４−２の下辺と右辺される。
【０１３８】
このように、水平方向、垂直方向、斜め方向にそれぞれ関する辺は、それぞれシフトされる。なお、ここでは、中心側と周辺側とに分けてシフト量を設定するため、水平方向、垂直方向、斜め方向にそれぞれ関する辺をシフトするとしても、水平方向、垂直方向にそれぞれ係わる辺をシフトする処理を行えば、開口部３０２の４辺をそれぞれシフトさせることができる。よって、水平方向、垂直方向にそれぞれ係わる辺をシフトする処理が実行されるようにしても良い。
【０１３９】
また、上記した例では、開口部３０２の辺を中心側または周辺側に分け、該当する開口部３０２の辺をシフトするとして説明したが、中心側、周辺側の他に、例えば斜め方向に該当する辺のシフト量を設定するようにしても良い。
【０１４０】
＜２層目の画素を位相差検出用の画素とした実施の形態＞
上記したようにアパーチャ３０１の開口部３０２を、像高に応じて位置や大きさを変えて配置するようにした場合において、２層目の下側基板１１１Ｂに配置されている画素を位相差検出用の画素としても良い。
【０１４１】
ここで、一般的な位相差検出用の画素について簡便に説明を加える。図１８は、単層構造の位相差検出用の画素の構成を示す図である。位相差検出用の画素は、オンチップレンズ４５１からの光を遮光する遮光膜４５２が、オンチップレンズ４５１とフォトダイオード４５３との間に設けられた構成とされている。遮光膜４５２が設けられることで、オンチップレンズ４５１を介して入射してきた光の一部が遮光され、一部がフォトダイオード４５３に受光されるように構成されている。
【０１４２】
遮光膜４５２が左側に設けられる左側遮光画素（図１８）と、遮光膜４５２が右側に設けられた右側遮光画素（不図示）が画素アレイ部の一部に設けられる。右側遮光画素と左側遮光画素は、１対の位相差検出用画素として用いられる。右側または左側が遮光されることで、光の入射角を選択して受光する機能（分離能力）を実現するように構成されている。
【０１４３】
右側遮光画素と左側遮光画素を設けることで、入射光を分離して受光することが可能となり、左部から来た光と右部から来た光を、それぞれのフォトダイオードで受光することで、フォーカス位置を検出することができる。
【０１４４】
すなわち、後ピン時や前ピン時には、右側遮光されたフォトダイオードからの出力と左側遮光されたフォトダイオードからの出力が一致（対とされている位相差検出用画素の出力が一致）しないが、合焦時には、２つのフォトダイオードからの出力が一致（対とされている位相差検出用画素の出力が一致）する。後ピンや前ピンであると判断されるときには、レンズ群２１を合焦する位置まで移動させることで、焦点の検出が実現される。
【０１４５】
本技術を適用した撮像素子１０１においては、図１９に示すように、２層目の下側基板１１１Ｂに配置されたフォトダイオード１５２−１乃至１５２−６を位相差検出用の画素とすることができる。また、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０１４６】
以下、フォトダイオード１５２−１乃至１５２−６を、位相差検出用画素群１５３と記述する。このように横方向（水平方向）に位相差検出用画素群１５３が配置された場合、その配置を撮像素子１０１の情報から見た場合、図２０のようになる。
【０１４７】
図２０は、図１４に示した場合と同じく、画面イメージ４０１内に透過画素（フォトダイオード１３３）が９個配置され、それぞれの透過画素にアパーチャ３０１の開口部３０２が設けられている状態を示している。図２０においては、さらに、下側基板１１１Ｂに配置されている位相差検出用画素群１５３が、各開口部３０２の下側（下側基板１１１Ｂ）に配置されている。
【０１４８】
図２０に示した例では、例えば、中央部分にある開口部３０２−３の位置にある位相差検出用画素群１５３は、開口部３０２−３の中心と、位相差検出用画素群１５３−３の中心がほぼ重なるような位置に配置されている。
【０１４９】
中央上側部分にある開口部３０２−３−１の位置にある位相差検出用画素群１５３−３−１は、開口部３０２−３−１よりも上側にシフトされた位置に配置されている。また左上側部分にある開口部３０２−２−１の位置にある位相差検出用画素群１５３−２−１は、開口部３０２−２−１よりも上側にシフトされ、かつ左側にシフトされた位置に配置されている。
【０１５０】
右上側部分にある開口部３０２−４−１の位置にある位相差検出用画素群１５３−４−１は、開口部３０２−４−１よりも上側にシフトされ、かつ右側にシフトされたた位置に配置されている。
【０１５１】
このように、位相差検出用画素群１５３は、像高に応じて、開口部３０２に対して、所定量だけシフトされた位置に配置されている。
【０１５２】
図１９、図２０に示したように、位相差検出用画素が、横方向に配列され、横方向で位相差を検出するように構成される場合、図１０や図１４を参照して説明したように、水平方向（横方向）でシフト量が設定され、開口部３０２の位置や大きさが設定されるようにすると相性が良い。
【０１５３】
また、図示はしないが、縦方向（垂直方向）に位相差検出用画素群１５３を配置しても良い。位相差検出用画素群１５３を縦方向に配置し、縦方向で位相差を検出するように構成される場合、図１５や図１６を参照して説明したように、垂直方向（縦方向）でシフト量が設定され、開口部３０２の位置や大きさが設定されるようにすると相性が良い。
【０１５４】
図１９に示したように、位相差検出用画素群１５３が設けられ、位相差検出用の画素として、フォトダイオード１５２−１乃至１５２−６が配置されている場合、各フォトダイオード１５２−１乃至１５２−６で受光される入射光の受光量をグラフにすると、図２１に示すようなグラフが得られる。
【０１５５】
図２１は、位相差特性結果を表すグラフであり、横軸は、入射光の角度を表し、縦軸は、受光量を表す。また図中の数字は、フォトダイオード１５２−１乃至１５２−６を表し、例えば、“１”は、フォトダイオード１５２−１を表す。
【０１５６】
図２１に示したように、フォトダイオード１５２−１乃至１５２−６のそれぞれの受光量は、所定の入射光の角度（入射角）で、ピークを有するグラフとなる。例えば、フォトダイオード１５２−３は、入射角が、約−２０度のところでピークを有し、フォトダイオード１５２−４は、入射角が、約−１５度のところでピークを有する。
【０１５７】
例えば、入射角が約−２０度のときには、フォトダイオード１５２−３から得られる信号を用いて位相差が求められるようにし、入射角が約−１５度のときには、フォトダイオード１５２−４から得られる信号を用いて位相差が求められるようにすることができる。
【０１５８】
すなわち、位相差検出用画素群１５３を設け、複数の位相差検出用の画素を配置することで、入射光の角度に応じて、最も大きな信号を得られるフォトダイオード１５２からの信号を用いて、位相差を求め、オートフォーカスが実行されるように構成することが可能となる。
【０１５９】
なお、位相差検出用の画素は、２画素で１対とされるが、１つの位相差検出用画素群１５３から２個の画素が選択されて位相差が検出されるようにしても良いし、異なる位置に配置されている２つの位相差検出用画素群１５３のそれぞれから１個の画素を選択し、選択された２個の画素から位相差が検出されるようにしても良い。
【０１６０】
下側基板１１１Ｂに配置されている画素を、位相差検出用の画素とした場合、図１８を参照して説明したように、遮光膜４５２を用いて、右側遮光膜画素と左側遮光膜画素を構成し、位相差が検出されるように構成することも可能である。またこのように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０１６１】
図２２は、右側遮光画素の構成を示し、図２３は、左側遮光画素の構成を示す図である。図２２に示した右側遮光画素は、層間絶縁膜２０２に遮光膜４５２−１が設けられている。開口部３０２を透過してきた光の内、右側からの光は、遮光膜４５２−１で遮光され、左側からの光は、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２−１に受光される。
【０１６２】
図２３に示した左側遮光画素は、層間絶縁膜２０２に遮光膜４５２−２が設けられている。開口部３０２を透過してきた光の内、左側からの光は、遮光膜４５２−２で遮光され、右側からの光は、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２−２に受光される。
【０１６３】
図２２に示した右側遮光画素の検出強度と、図２３に示した左側遮光画素の検出強度をグラフにすると、図２４に示すようなグラフが得られる。図２４に示したように、また図１８を参照して説明したように、右側遮光画素と左側遮光画素とで、位相差が生じ、この位相差が最小となるように焦点が合わされる。
【０１６４】
本技術を適用した撮像素子１０１においては、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂとの間に、遮光膜を設け、下側基板１１１Ｂ上に位相差検出用の画素を設ける。このような構成とすることで、図１８に示したような構成の遮光画素において起こりえる混色などの不具合を、解消することができる。
【０１６５】
図２５を参照し、混色について説明する。図２５は、図１８に示した遮光画素の構成に、混色を起こす原因となる光を、点線の矢印で示した図である。オンチップレンズ４５１を介して入射してきた光は、遮光膜４５２で遮光されるが、一部は、反射され、隣接する画素のフォトダイオード（不図示）に入射されてしまう。
【０１６６】
このように、遮光膜４５２により入射光が反射され、隣接する画素に混色として漏れ込み、画質に悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【０１６７】
しかしながら、本技術を適用した撮像素子１０１においては、図１９に示したように、遮光膜が設けられていないため、遮光膜による混色が発生するようなことを防ぐことができる。また、図２２や図２３に示したように、遮光膜４５２を設ける構成としても、遮光膜４５２は、１層目の上側基板１１１Ａの下側に設けられているため、１層目の上側基板１１１Ａの画素で撮影されて得られる画像に影響を及ぼすようなことはない。
【０１６８】
よって、遮光膜４５２を設けた場合であっても、遮光膜４５２により混色が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
【０１６９】
なお、図２２、図２３では、下側基板１１１Ｂに設けられている位相差検出用の画素は、画素群ではなく、１個のフォトダイオード１５２で構成されている例を示したが、図１９に示したような位相差検出用画素群１５３であっても良い。
【０１７０】
また、図２２、図２３に示したフォトダイオード１５２は、開口部３０２に対して、水平方向または垂直方向において、像高に応じてシフトされた位置に配置される。この場合も、図２０を参照して説明したように、対となる位相差検出用の画素を横方向に配置する場合、図１０や図１４を参照して説明したように、水平方向（横方向）でシフト量が設定され、開口部３０２の位置や大きさが設定されるようにすると相性が良い。
【０１７１】
また、図示はしないが、位相差検出用の画素を縦方向（垂直方向）に配置し、縦方向で位相差を検出するようにした場合、図１５や図１６を参照して説明したように、垂直方向（縦方向）でシフト量が設定され、開口部３０２の位置や大きさが設定されるようにすると相性が良い。
【０１７２】
このように、下側基板１１１Ｂに配置される画素を、位相差検出用の画素とした場合も、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、位相差を検出することが可能となる。よって、精度を高めた位相差検出を行うことが可能となり、オートフォーカスの性能を向上させることが可能となる。
【０１７３】
＜グリッド状の遮光膜を有する構成について＞
層間絶縁膜２０２に遮光膜を設ける場合、図２６に示すように、グリッド状の遮光膜が設けられるようにしても良い。このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０１７４】
図２６に示した撮像素子１０１においては、層間絶縁膜２０２に、グリッド状のグリッド遮光膜５０１が設けられ、このグリッド遮光膜５０１を介して、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２に入射光が入射されるように構成されている。
【０１７５】
グリッド遮光膜５０１を設け、そのグリッドの方向に違いを持たせることで、グリッドの方向の違いで視差を生み出すことが可能となり、ステレオカメラなどに適用できるようになる。図２７は、グリッドの方向に違いを持たせたときの一例を示す図である。
【０１７６】
図２７は、図１４に示した場合と同じく、画面イメージ４０１内に透過画素（フォトダイオード１３３）が９個配置され、それぞれの透過画素にアパーチャ３０１の開口部３０２が設けられている状態を示している。図２７においては、さらに、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの間にグリッド遮光膜５０１が配置されている。
【０１７７】
図２７に示した例では、水平（横）方向のグリッドのグリッド遮光膜５０１と垂直（縦）方向のグリッドのグリッド遮光膜５０１が混在している。また水平方向のグリッドのグリッド遮光膜５０１と垂直方向のグリッドのグリッド遮光膜５０１は、隣り合うように配置されている。
【０１７８】
すなわち、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３は、水平方向のグリッドであり、その左側に位置するグリッド遮光膜５０１−２と、右側に位置するグリッド遮光膜５０１−４は、垂直方向のグリッドとされている。
【０１７９】
また、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３の上側に位置するグリッド遮光膜５０１−３−１と、下側に位置するグリッド遮光膜５０１−３−２は、垂直方向のグリッドとされている。
【０１８０】
このように、隣接するグリッド遮光膜５０１の方向は、互いに異なるように構成されている。
【０１８１】
また、グリッド遮光膜５０１は、像高に応じてシフトされている開口部３０２に合わせて配置され、開口部３０２に対してシフトされた位置に配置されるように構成されている。図２７に示した例では、例えば、中央部分にある開口部３０２−３の位置にあるグリッド遮光膜５０１は、開口部３０２−３の中心と、グリッド遮光膜５０１−３の中心がほぼ重なるような位置に配置されている。
【０１８２】
また、中央上側部分にある開口部３０２−３−１の位置にあるグリッド遮光膜５０１−３−１は、開口部３０２−３−１よりも上側にシフトされた位置に配置されている。また左上側部分にある開口部３０２−２−１の位置にあるグリッド遮光膜５０１−２−１は、開口部３０２−２−１よりも上側にシフトされ、かつ左側にシフトされたた位置に配置されている。また右上側部分にある開口部３０２−４−１の位置にあるグリッド遮光膜５０１−４−１は、開口部３０２−４−１よりも上側にシフトされ、かつ右側にシフトされたた位置に配置されている。
【０１８３】
このように、グリッド遮光膜５０１は、像高に応じて、開口部３０２に対して、所定量だけシフトされた位置に配置されている。
【０１８４】
グリッド遮光膜５０１が設けられる場合、開口部３０２の位置や大きさは、図１７を参照して説明したように、水平方向（横方向）、垂直方向（縦方向）、および斜め方向でそれぞれシフト量が設定されるようにすると相性が良い。
【０１８５】
グリッド遮光膜５０１のグリッドの形状は、図２７に示した縦方向または横方向である場合を例に挙げて説明したが、他の形状であっても良い。例えば、図２８に示すように、斜め方向のグリッド形状であっても良い。
【０１８６】
図２８に示したグリッド遮光膜５０１のグリッドの方向は、右下に向かって４５度（以下、右下方向と記述する）、または左下に向かって４５度（以下、左下方向と記述する）となっている。すなわち、図２８に示した例では、右下方向のグリッド遮光膜５０１と、左下方向のグリッド遮光膜５０１が混在している。
【０１８７】
右下方向のグリッドのグリッド遮光膜５０１と左下方向のグリッドのグリッド遮光膜５０１は、隣り合うように配置されている。すなわち、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３は、左下方向のグリッドであり、その左側に位置するグリッド遮光膜５０１−２と、右側に位置するグリッド遮光膜５０１−４は、それぞれ右下方向のグリッドとされている。
【０１８８】
また、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３の上側に位置するグリッド遮光膜５０１−３−１と、下側に位置するグリッド遮光膜５０１−３−２は、それぞれ右下方向のグリッドとされている。
【０１８９】
このように、隣接するグリッド遮光膜５０１のグリッドの方向は、互いに異なるように構成されている。また、図２７に示した場合と同じく、グリッド遮光膜５０１は、像高に応じて、開口部３０２に対して、所定量だけシフトされた位置に配置されている。
【０１９０】
さらに図２９に示すように、水平方向のグリッド遮光膜５０１、垂直方向のグリッド遮光膜５０１、右下方向のグリッド遮光膜５０１、および左下方向のグリッド遮光膜５０１が混在しているように構成することも可能である。
【０１９１】
図２９に示した例では、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３は、左下方向のグリッドであり、その左側に位置するグリッド遮光膜５０１−２は、垂直方向のグリッドであり、右側に位置するグリッド遮光膜５０１−４は、水平方向のグリッドである。
【０１９２】
また、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３の上側に位置するグリッド遮光膜５０１−３−１と、下側に位置するグリッド遮光膜５０１−３−２は、右下方向のグリッドとされている。
【０１９３】
また、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３の左上側に位置するグリッド遮光膜５０１−２−１と、左下側に位置するグリッド遮光膜５０１−２−２は、水平方向のグリッドとされている。
【０１９４】
また、画面イメージ４０１の中央に位置するグリッド遮光膜５０１−３の右上側に位置するグリッド遮光膜５０１−４−１と、右下側に位置するグリッド遮光膜５０１−４−２は、垂直方向のグリッドとされている。
【０１９５】
図２９に示した場合も、隣接するグリッド遮光膜５０１の方向は、互いに異なるように構成されている。また、図２７に示した場合と同じく、グリッド遮光膜５０１は、像高に応じて、開口部３０２に対して、所定量だけシフトされた位置に配置されている。
【０１９６】
このように、グリッド形状を有するグリッド遮光膜５０１を、撮像素子１０１に配置するようにした場合、グリッドの方向の違いで視差が生まれ、ステレオカメラなどに応用できる。
【０１９７】
図１９乃至図２５を参照して説明した位相差検出用の画素の場合と同じく、グリッド遮光膜５０１を設けた場合であっても、グリッド遮光膜５０１により入射光が反射され、隣接する画素に混色として漏れ込み、画質に悪影響を及ぼしてしまう可能性をなくすることが可能である。
【０１９８】
本技術を適用した撮像素子１０１においては、図２６に示したように、グリッド遮光膜５０１は、１層目の上側基板１１１Ａの下側に設けられているため、１層目の上側基板１１１Ａで得られる画像に影響を及ぼすようなことはない。よって、グリッド遮光膜５０１を設けた場合であっても、グリッド遮光膜５０１により混色が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
【０１９９】
また、グリッド遮光膜５０１を設けた場合も、上記した場合と同じく、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、グリッド遮光膜５０１による遮光を行うことが可能となる。
【０２００】
＜狭帯域フィルタを有する構成について＞
層間絶縁膜２０２にフィルタを設ける構成とすることができる。図３０に、フィルタとして狭帯域フィルタを備える撮像素子１０１の構成を示す。図３０に示した撮像素子１０１においては、層間絶縁膜２０２に、狭帯域フィルタ５５１が設けられ、この狭帯域フィルタ５５１を介して、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２に入射光が入射されるように構成されている。
【０２０１】
このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０２０２】
層間絶縁膜２０２に、狭帯域フィルタ５５１を設けることで、上側基板１１１Ａの所定の画素を透過してきた光のうち、狭帯域フィルタ５５１で分析したい波長が選択され、その選択された光が、フォトダイオード１５２で受光されるようにすることができる。すなわち、分析したい波長を選択的に抽出することができる撮像素子１０１とすることができる。
【０２０３】
上側基板１１１Ａには、２次元アレイ状に画素が配置されている。そして、２次元アレイ状に配置されている画素のうち、透過画素に設定されている所定の画素には、開口部３０２が設けられ、その開口部３０２が設けられているところに、狭帯域フィルタ５５１が設けられる。よって、狭帯域フィルタ５５１は、撮像素子１０１において、複数設けられていることになる。
【０２０４】
この複数設けられている狭帯域フィルタ５５１を全て同一のフィルタとしても良い。また、複数設けられている狭帯域フィルタ５５１を、それぞれ異なる波長を抽出するフィルタとすることで、マルチスペクトルやハイパースペクトルのデータを抽出できる撮像素子１０１とすることができる。
【０２０５】
この場合も、狭帯域フィルタ５５１は、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの間に設けられているため、上側基板１１１Ａの画素で撮像される画像に対して、狭帯域フィルタ５５１が影響を与えることはなく、画質が劣化してしまうようなことを防ぐことができる。
【０２０６】
＜プラズモンフィルタを有する構成について＞
図３１に、フィルタとしてプラズモンフィルタを備える撮像素子１０１の構成を示す。図３１に示した撮像素子１０１においては、層間絶縁膜２０２に、プラズモンフィルタ６０１が設けられ、このプラズモンフィルタ６０１を介して、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２に入射光が入射されるように構成されている。
【０２０７】
このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０２０８】
プラズモンフィルタ６０１は、分光を行うためのフィルタとして、プラズモン共鳴体をフィルタとして利用するフィルタである。図３２を参照して、プラズモンフィルタ６０１の構成を示す。プラズモン共鳴体は、導体素材（具体的には金、銀、銅などであるが、特にアルミニウム、ニッケルなどが好適である）からなる薄膜に微細加工を施したサブ波長構造体である。
【０２０９】
プラズモン共鳴体は、導体の物性と、パターン周期や、開口径、ドットサイズ、膜厚、構造体の周囲の媒質などによって決定される共鳴波長を有する。プラズモン共鳴体の基本構造はホールアレイ構造であり、検出波長よりも小さい径を有するホール（貫通穴６０２または非貫通穴６０２）が２次元配列状に配置された構造であって、ホールには誘電体素材が充填されている。また、ホールの配置は、ハニカムまたは直交行列に配置するのが好適であり、また、その他の配列でも周期性がある構造であれば適用することができる。
【０２１０】
例えば、図３２に示されているプラズモンフィルタ６０１は、導体薄膜に貫通穴６０２がハニカム状に配置されたプラズモン共鳴体により構成されている。貫通穴６０２の開口径は透過させたい光の波長よりも小さければよく、例えば、直径100ｎｍ程度とされる。
【０２１１】
プラズモンフィルタ６０１において隣接する貫通穴６０２どうしの間隔を調整することで、プラズモンフィルタ６０１を透過する透過波長が設定される。その間隔は、媒質中での実効的な電磁波波長の半波長から１波長程度の範囲が好適であり、具体的には、150〜1000ｎｍ程度とされる。
【０２１２】
層間絶縁膜２０２に、プラズモンフィルタ６０１を設けることで、上側基板１１１Ａの所定の画素を透過してきた光のうち、プラズモンフィルタ６０１で分析したい波長が選択され、その選択された光が、フォトダイオード１５２で受光されるようにすることができる。すなわち、分析したい波長を選択的に抽出することができる撮像素子１０１とすることができる。
【０２１３】
上側基板１１１Ａには、２次元アレイ状に画素が配置されている。そして、２次元アレイ状に配置されている画素のうち、透過画素に設定されている所定の画素には、開口部３０２が設けられ、その開口部３０２が設けられているところに、プラズモンフィルタ６０１が設けられる。よって、プラズモンフィルタ６０１は、撮像素子１０１において、複数設けられていることになる。
【０２１４】
この複数設けられているプラズモンフィルタ６０１を全て同一のフィルタとしても良い。また、複数設けられているプラズモンフィルタ６０１を、それぞれ異なる波長を抽出するフィルタとすることで、マルチスペクトルやハイパースペクトルのデータを抽出できる撮像素子１０１とすることができる。
【０２１５】
この場合も、プラズモンフィルタ６０１は、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの間に設けられているため、上側基板１１１Ａの画素で撮像される画像に対して、プラズモンフィルタ６０１が影響を与えることはなく、画質が劣化してしまうようなことを防ぐことができる。
【０２１６】
また、プラズモンフィルタ６０１を設けた場合も、上記した場合と同じく、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、プラズモンフィルタ６０１による分光を行うことが可能となる。
【０２１７】
＜ファブリーペロー干渉計を有する構成について＞
図３３に、フィルタとしてファブリーペロー干渉計を備える撮像素子１０１の構成を示す。図３３に示した撮像素子１０１においては、層間絶縁膜２０２に、ファブリーペロー干渉計６５１が設けられ、このファブリーペロー干渉計６５１を介して、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２に入射光が入射されるように構成されている。
【０２１８】
このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０２１９】
ファブリーペロー干渉計６５１は、図３４に示すように、２枚の半透鏡６５２と半透鏡６５３から構成され、この２枚の半透鏡６５２，６５３が向かい合わせ平行になるように配置された光学装置である。半透鏡６５２，６５３は、高い反射率とわずかな透過率をもつ反射面に仕上げられている。
【０２２０】
ファブリーペロー干渉計６５１の一方（図中、上側）から入射した光は、両反射面間を何回も反射往復して互いに干渉する。半透鏡６５３を透過した光は、一定の光路差をもって多数回往復した光による、かなりの長さのある干渉光となる。したがって、これを分光器として用いれば、非常に高い分解能が得られる。
【０２２１】
このようなファブリーペロー干渉計６５１を層間絶縁膜２０２に設けることで、上側基板１１１Ａの透過画素を透過してきた光のうち、ファブリーペロー干渉計６５１で分析したい波長が選択され、その選択された光が、フォトダイオード１５２で受光されるようにすることができる。すなわち、分析したい波長を選択的に抽出することができる撮像素子１０１とすることができる。
【０２２２】
上側基板１１１Ａには、２次元アレイ状に画素が配置されている。そして、２次元アレイ状に配置されている画素のうち、透過画素に設定されている所定の画素には、開口部３０２が設けられ、その開口部３０２が設けられているところに、ファブリーペロー干渉計６５１が設けられる。よって、ファブリーペロー干渉計６５１は、撮像素子１０１において、複数設けられていることになる。
【０２２３】
この複数設けられているファブリーペロー干渉計６５１を全て同一のフィルタとしても良い。また、複数設けられているファブリーペロー干渉計６５１を、それぞれ異なる波長を抽出するフィルタとすることで、マルチスペクトルやハイパースペクトルのデータを抽出できる撮像素子１０１とすることができる。
【０２２４】
この場合も、ファブリーペロー干渉計６５１は、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの間に設けられているため、上側基板１１１Ａの画素で撮像される画像に対して、ファブリーペロー干渉計６５１が影響を与えることはなく、画質が劣化してしまうようなことを防ぐことができる。
【０２２５】
また、ファブリーペロー干渉計６５１を設けた場合も、上記した場合と同じく、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、ファブリーペロー干渉計６５１による分光を行うことが可能となる。
【０２２６】
＜ＴＯＦ型センサを有する構成について＞
下側基板１１１Ｂに配置されている画素を、ＴＯＦ（Time To Flight）型センサとして用いるようにしても良い。このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０２２７】
図３５に示した撮像素子１０１において、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２は、ＴＯＦ型センサを構成する。例えば、ＴＯＦ型センサは、２画素を１対とし、その２画素を用いて、距離を計測するセンサである。
【０２２８】
ＴＯＦ型センサは、自己が発した光が、対象物に当たり、反射して帰ってくるまでの時間を計測することで、対象物までの距離を計測するセンサである。ＴＯＦ型センサは、例えば、図３６に示したタイミングで動作する。
【０２２９】
所定の時間、例えば、ここでは、パルス発光時間Ｔｐとする時間だけ、対象物に対して照射光が照射される。発光された照射光は、対象物に当たり、反射して戻ってくる。この反射光が、フォトダイオード１５２により受光される。図３６に示したように、照射光の照射が開始されてから反射光を受光するまでの時間は、対象物までの距離応じた時間となる。
【０２３０】
第１のフォトダイオード１５２は、照射光の照射が開始された時点から、パルス発光時間Ｔｐだけ受光する。この間に受光されるのは、背景光と反射光である。１回の受光で蓄積された受光量から、信号ｎ０が取得される。
【０２３１】
第２のフォトダイオード１５２は、第１のフォトダイオード１５２の受光が終了された時点から、パルス発光時間Ｔｐだけ受光する。この間に受光されるのは、背景光と反射光である。１回の受光で蓄積された受光量から、信号ｎ１が取得される。
【０２３２】
このように、蓄積のタイミングの位相を全く逆にした駆動が行われることで、信号ｎ０と信号ｎ１が取得される。このような駆動が複数回繰り返され、蓄積、積算が行われることで、信号Ｎ０と信号Ｎ１が、それぞれ取得される。このようにして得られた信号Ｎ０と信号Ｎ１から距離Ｄが算出される。
【０２３３】
信号Ｎ０と信号Ｎ１（信号ｎ０と信号ｎ１）には、背景光を受光することで蓄積された信号も含まれるため、その背景光を除き、反射光からの信号を残すために、背景光に関しても蓄積と積算が行われ、信号Ｎ２が取得される。
【０２３４】
このようにして取得される信号Ｎ０、信号Ｎ１、および信号Ｎ２を用い、以下の式（１）、（２）により、距離Ｄが算出される。
【０２３５】
【数１】
2017011002.tif 000003
【０２３６】
式（１）、式（２）において、Ｄは、距離を表し、ｃは、高速を表し、Ｔｐは、パルス発光時間を表す。
【０２３７】
下側基板１１１Ｂに配置されているフォトダイオード１５２を、ＴＯＦ型センサとして用い、対象物までの距離Ｄを測定する構成とすることができる。本技術によれば、ＴＯＦ型センサは、下側基板１１１Ｂに配置されるため、上側基板１１１Ａに影響を与えることがない。よって、上側基板１１１Ａの画素で得られる画像に影響を及ぼすことなく、距離測定を行える撮像素子１０１とすることができる。
【０２３８】
また、上側基板１１１Ａのセンサと、下側基板１１１Ｂのセンサを、それぞれ別のセンサとすることができる。すなわち、２つの独立したセンサを有する撮像素子１０１とすることができる。
【０２３９】
図３７に示したように、本技術を適用した撮像素子１０１においては、上側基板１１１Ａと透過してきた光が、下側基板１１１Ｂに配置されているフォトダイオード１５２に受光される。上側基板１１１Ａを、例えば、シリコンで構成した場合、波長の短い可視光領域は吸収される。ＴＯＦ型センサの照射光としては、８５０ｎｍ付近の近赤外光が利用されることが多い。
【０２４０】
このようなことから、フィルタなどを用いなくても、下側基板１１１Ｂに到達する光は、波長の短い可視光領域が除かれた光となり、８５０ｎｍ付近の近赤外光が利用されることが多いＴＯＦ型センサを、下側基板１１１Ｂに設けるのは、この点からも有利である。
【０２４１】
また、ＴＯＦ型センサを設けた場合も、上記した場合と同じく、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、ＴＯＦ型センサによる距離測定を行うことが可能となる。
【０２４２】
＜ＬＦＣ型センサを有する構成について＞
下側基板１１１Ｂに配置されている画素を、ＬＦＣ（Light Field Camera）として用いるようにしても良い。このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０２４３】
図３７に示した撮像素子１０１において、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２は、ライトフィールドカメラを構成する。
【０２４４】
ライトフィールドカメラは、ライトフィールド（光線空間）として多数の光線を取得し、その光線集合に一種の画像処理を施すことで最終画像を得るカメラである。ライトフィールドカメラの主な機能には、撮影後の後処理によってカメラ焦点距離を変更した画像を生成するリフォーカス機能がある。このようなライトフィールドカメラを、下側基板１１１Ｂに構成することができる。
【０２４５】
ライトフィールドカメラは、１つのオンチップレンズ１３１を透過してきた光を複数の画素で受光する必要がある。図３７では、フォトダイオード１５２−１とフォトダイオード１５２−２の２個の画素で受光される構成を示したが、４×４個以上の画素数とされる。また、１つのオンチップレンズ１３１（透過画素）から透過してきた光を複数の画素（フォトダイオード１５２）で受光すると、その数分だけ、ステレオ画像が得られる。複数のステレオ画像が得られることで、上記したように、リフォーカス機能を実現できる。
【０２４６】
このように、本技術によれば、下側基板１１１Ｂに配置されているフォトダイオード１５２を、ライトフィールドカメラとして用いる構成とすることができる。本技術によれば、ライトフィールドカメラは、下側基板１１１Ｂに配置されるため、上側基板１１１Ａに影響を与えることがない。よって、上側基板１１１Ａの画素で得られる画像に影響を及ぼすことなく、距離測定を行える撮像素子１０１とすることができる。
【０２４７】
また、上側基板１１１Ａのセンサと、下側基板１１１Ｂのセンサを、それぞれ別のセンサとすることができる。すなわち、２つの独立したセンサを有する撮像素子１０１とすることができる。
【０２４８】
また、ライトフィールドカメラを設けた場合も、上記した場合と同じく、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、ライトフィールドカメラによる撮像を行うことが可能となる。
【０２４９】
＜２層で画像を撮像する構成について＞
下側基板１１１Ｂに配置されている画素を、上側基板１１１Ａに配置されている画素と同じく、通常の画像を撮像する画素として用いるようにしても良い。このように構成した場合も、上述したように、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じたシフト量で、透過画素に対してシフトされて配置されている。
【０２５０】
図３８に示した撮像素子１０１において、下側基板１１１Ｂに設けられているフォトダイオード１５２は、通常の画像を撮像する画素として用いられる。
【０２５１】
すなわち、図３８に示した撮像素子１０１は、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂで同一の画像を撮像することができる構成とされている。このように構成した場合、下側基板１１１Ｂで撮像される画像は、撮像装置１０の表示部２５（図１）に表示される画像用としても良い。
【０２５２】
表示部２５には、画像撮影時にプレビュー画像が表示されるが、そのプレビュー画像は、上側基板１１１Ａの画素で撮像されている画像を間引いた画像が用いられることが考えられる。
【０２５３】
本実施の形態のように、２層の画素で撮像を行う構成とすることで、一方の層の画素で撮像された画像をプレビュー画像とし、他方の層の画素で撮像された画像を、記録用の画像とするといったような、使い分けを行うことが可能となる。ここでは、上側基板１１１Ａの画素で記録用の画像を撮像し、下側基板１１１Ｂの画素でプレビュー画像の画像を撮像する例を示した。
【０２５４】
また、２層の画素で撮像を行う構成とすることで、一方の層の画素で撮像される画像は動画像とし、他方の層の画素で撮像された画像は静止画像とすることも可能となる。例えば、上側基板１１１Ａの画素で静止画像を撮像し、下側基板１１１Ｂの画素で動画像を撮影するように構成することができる。
【０２５５】
また、上側基板１１１Ａの画素は、可視光の画像を撮像し、下側基板１１１Ｂの画素は、近赤外線の画像を撮像するといったように、異なる波長の光を同時に撮像することも可能となる。
【０２５６】
異なる層に配置された画素で、それぞれ画像を撮像するため、互いに影響を与えることがなく、両方とも良好な画像を取得することが可能となる。
【０２５７】
また、２層にそれぞれ配置された画素で画像を撮像するようにした場合も、上記した場合と同じく、アパーチャ３０１の開口部３０２は、像高に応じて透過画素に対してシフトされた位置に配置されているため、混色などが発生しない状態で、それぞれの層の画素で撮影された画像を得ることが可能となる。
【０２５８】
＜他の構成について＞
上述した実施の形態においては、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの２層で撮像素子１０１が構成される例を挙げて説明したが、図３９に示すように、３層で構成されるようにしても良い。図３８に示した例では、上側基板１１１Ａと下側基板１１１Ｂの間に、基板７０１を設けた３層構造の撮像素子１０１である。
【０２５９】
このように、２層に限らず、３層構造など、多層構造に、本技術は適用できる。また、途中層においてシリコンによる光の吸収により下層まで十分な光が透過されない場合など、シリコンに貫通口を設け、下層まで十分な光が透過されるような構成とすることも可能である。
【０２６０】
また、２層の場合であっても、図４０に示すように、貫通口を設けるようにしても良い。図４０に示した撮像素子１０１においては、透過画素に設定されている上側基板１１１Ａのシリコンには、貫通口７０２が設けられている。貫通口７０２が設けられることで、その貫通口７０２を介して下側基板１１１Ｂまで光が透過しやすくなり、例えば、短い波長の可視光なども、下層基板１１１Ｂで受光されやすい撮像素子１０１とすることができる。
【０２６１】
また透過画素のオンチップカラーフィルタ１３２の色は、赤、緑、青など、いわゆるＲＧＢのいずれかであっても良いし、さらに白色（Ｗ）や透明であっても良い。特に、白（透明）にした場合、２層目移行の画素（センサ）でも、高感度で検出が行えるようになる。
【０２６２】
上述した実施の形態においては、アパーチャ３０１の開口部３０２は、平面的（２次元）で構成されている例を挙げて説明したが、図４１に示すように、３次元で構成されているようにしても良い。図４１に示した開口部３０２は、図中上方向にもメタルが形成され、横方向（水平方向）のみならず、縦方向（垂直方向）にもメタルが設けられている。
【０２６３】
このように、開口部３０２を３次元で構成することで、隣接画素からの混色をより抑制することが可能となる。
【０２６４】
なお、上述した実施の形態においては、アパーチャ３０１は、メタルで構成されているとして説明したが、光を透過しない材料であれば、メタル以外の材料で構成することも可能である。ただし、アパーチャ３０１を、多層配線層２０１の一部として設ける場合、導電性が有する必要がある。
【０２６５】
本技術によれば、上述したように、アパーチャ３０１（多層配線層２０１）の開口部３０２を、左右非対称に構成することで、隣接画素からの混色などの不要な光をカットし、必要な光をより多く取り込めるような構成とすることができる。また、高入射角光まで対応することが可能となる。
【０２６６】
また、様々なセンサにおいて、特に位相差センサにおいて、高入射角まで分離比の高いセンサの作成が可能となる。
【０２６７】
＜撮像素子の使用例＞
図４２は、上述の撮像素子や撮像素子を含む電子機器を使用する使用例を示す図である。
【０２６８】
上述した撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【０２６９】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【０２７０】
本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０２７１】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０２７２】
なお、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。
【０２７３】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、
光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、前記光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の前記光電変換部で受光される状態を含むように構成され、
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、
前記遮光層には、前記第１の光電変換層からの光を前記第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、
前記開口部は、前記第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている
撮像素子。
（２）
前記光学レンズの像高に応じて、前記開口部の非対称性が異なる
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記光学レンズの像高が高くなると、前記開口部の非対称性は大きくなる
前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記開口部を構成する辺は、前記開口部が位置する前記第１の光電変換層の画素を構成する辺に対して、シフトされた位置に設けられ、
前記開口部を構成する辺のうち、前記光学レンズの中心側に位置する第１の辺と、前記第１の辺とは異なる第２の辺とでは、異なるシフト量でシフトされている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５）
前記シフトは、水平方向に対して行われる
前記（４）に記載の撮像素子。
（６）
前記シフトは、水平方向と斜め方向に対して行われる
前記（４）に記載の撮像素子。
（７）
前記シフトは、垂直方向に対して行われる
前記（４）に記載の撮像素子。
（８）
前記シフトは、垂直方向と斜め方向に対して行われる
前記（４）に記載の撮像素子。
（９）
前記シフトは、水平方向、垂直方向、斜め方向の少なくとも１方向に対して行われる
前記（４）に記載の撮像素子。
（１０）
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、位相差検出用の画素である
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
前記遮光層と前記第２の光電変換層との間に、前記開口部を透過してきた光を遮光する遮光部をさらに備え、
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、前記遮光部により半分遮光された状態で構成され、
前記第２の光電変換層の前記光電変換部の画素は、位相差検出用の画素とされている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光するグリッド状に形成された遮光部をさらに備える
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
隣接して配置されている前記遮光部のグリッド同士は、異なる方向のグリッドとされている
前記（１２）に記載の撮像素子。
（１４）
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、狭帯域のフィルタをさらに備え、
前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記フィルタを介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達する
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１５）
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、プラズモンフィルタをさらに備え、
前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記プラズモンフィルタを介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達する
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１６）
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、ファブリーペロー干渉計をさらに備え、
前記第１の光電変換層を透過してきた光は、前記ファブリーペロー干渉計を介して、前記第２の光電変換層の前記光電変換部に到達する
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１７）
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、ＴＯＦ（Time Of Flight）型のセンサを構成する
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１８）
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、ライトフィールドカメラ（Light Field Camera）を構成する
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１９）
前記第２の光電変換層の前記光電変換部は、被写体を撮像し、画像を取得する素子として用いられる
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（２０）
画素単位に分割された光電変換部を有する光電変換層が２層以上に積層されており、
光学レンズに近い側の第１の光電変換層の１画素に入射された光が、前記光学レンズから遠い側の第２の光電変換層の前記光電変換部で受光される状態を含むように構成され、
前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に、前記第１の光電変換層を透過してきた光を遮光する遮光層を備え、
前記遮光層には、前記第１の光電変換層からの光を前記第２の光電変換層まで透過させるための開口部が設けられ、
前記開口部は、前記第１の光電変換層の画素に対して、非対称に開口されている
撮像素子を備える
電子機器。
【符号の説明】
【０２７４】
１０  撮像装置，  ２１  レンズ群，  ２２  撮像素子，  １０１  撮像素子，１０２  光学レンズ，  １１１Ａ  上側基板，  １１１Ｂ  下側基板，  １３１  オンチップレンズ，  １３２  オンチップカラーフィルタ，  １３３  フォトダイオード，  １５１  画素群，  １５２  フォトダイオード，  ３０１  アパーチャ，  ３０２  開口部
【図１】
2017011002.tif 000004
【図２】
2017011002.tif 000005
【図３】
2017011002.tif 000006
【図４】
2017011002.tif 000007
【図５】
2017011002.tif 000008
【図６】
2017011002.tif 000009
【図７】
2017011002.tif 000010
【図８】
2017011002.tif 000011
【図９】
2017011002.tif 000012
【図１０】
2017011002.tif 000013
【図１１】
2017011002.tif 000014
【図１２】
2017011002.tif 000015
【図１３】
2017011002.tif 000016
【図１４】
2017011002.tif 000017
【図１５】
2017011002.tif 000018
【図１６】
2017011002.tif 000019
【図１７】
2017011002.tif 000020
【図１８】
2017011002.tif 000021
【図１９】
2017011002.tif 000022
【図２０】
2017011002.tif 000023
【図２１】
2017011002.tif 000024
【図２２】
2017011002.tif 000025
【図２３】
2017011002.tif 000026
【図２４】
2017011002.tif 000027
【図２５】
2017011002.tif 000028
【図２６】
2017011002.tif 000029
【図２７】
2017011002.tif 000030
【図２８】
2017011002.tif 000031
【図２９】
2017011002.tif 000032
【図３０】
2017011002.tif 000033
【図３１】
2017011002.tif 000034
【図３２】
2017011002.tif 000035
【図３３】
2017011002.tif 000036
【図３４】
2017011002.tif 000037
【図３５】
2017011002.tif 000038
【図３６】
2017011002.tif 000039
【図３７】
2017011002.tif 000040
【図３８】
2017011002.tif 000041
【図３９】
2017011002.tif 000042
【図４０】
2017011002.tif 000043
【図４１】
2017011002.tif 000044
【図４２】
2017011002.tif 000045