(57)【要約】【課題】偏光情報とカラー情報の検出精度を向上させる。【解決手段】固体撮像装置は、偏光情報を検出する複数の偏光画素と、カラー情報を検出する複数のカラー画素とが配置されている画素アレイ部を備え、偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、カラー画素は、偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている。本技術は、例えば、固体撮像装置に適用できる。【選択図】図３
2017005111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光情報を検出する複数の偏光画素と、
カラー情報を検出する複数のカラー画素と
が配置されている画素アレイ部を備え、
前記偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、
前記カラー画素は、前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する前記偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記偏光画素と前記カラー画素の大きさが異なる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記偏光画素及び前記カラー画素のうち大きい方の画素は、長方形の四隅を切り欠いた八角形であり、
前記偏光画素及び前記カラー画素のうち小さい方の画素は、隣接する４つの前記大きい方の画素の斜め方向の辺により囲まれた領域に配置されている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記偏光画素及び前記カラー画素は、同じ大きさの菱形である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
透過軸の角度がθ°ずつ異なる１８０／θ種類の前記偏光画素が規則的に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
透過軸の角度が４５°ずつ異なる前記偏光画素が２行×２列に配置されているブロックが、行方向及び列方向に格子状に配置されている
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
複数の前記偏光画素からなる複数の種類のブロックが規則的に並べられており、
前記ブロック内の前記偏光画素の透過軸の角度が同じであり、異なる種類の前記ブロック間の前記偏光画素の透過軸の角度が異なる
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記偏光画素にカラーフィルタが設けられており、
前記カラーフィルタの色が規則的に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
複数の前記偏光画素からなる複数の種類のブロックが規則的に並べられており、
前記ブロック内の前記カラーフィルタの色が同じであり、異なる種類の前記ブロック間の前記カラーフィルタの色が異なる
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記偏光画素の一部に、透明な前記カラーフィルタが設けられているか、或いは、前記カラーフィルタが設けられていない
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記偏光画素に設けられている偏光部材と前記カラー画素に設けられているカラーフィルタとが、同じ面上に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記偏光画素に設けられている偏光部材と前記カラー画素に設けられているカラーフィルタとが、光軸方向において異なる位置に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記偏光画素に設けられている偏光部材が、前記偏光画素の光電変換素子が形成されている半導体基板の光が入射する側の面上に形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記偏光画素を構成する偏光部材と光電変換素子との間、及び、前記カラー画素を構成するカラーフィルタと光電変換素子との間の少なくとも一方に導波路が形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
各画素間にトレンチが形成され、前記トレンチに遮光膜が埋め込まれている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記偏光画素と前記カラー画素とが、それぞれ異なる行信号線及び列信号線に接続されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記カラー画素は、前記偏光画素のピッチの半分だけ前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記カラー画素の周囲の複数の前記偏光画素の輝度に基づいて、前記カラー画素における各偏光方向の光の輝度を算出する信号処理部を
さらに備える請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記偏光画素の周囲の複数の前記カラー画素の輝度に基づいて、前記偏光画素における前記偏光画素の偏光方向の各色の光の輝度を算出する信号処理部を
さらに備える請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記固体撮像装置は、
偏光情報を検出する複数の偏光画素と、
カラー情報を検出する複数のカラー画素と
が配置されている画素アレイ部を備え、
前記偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、
前記カラー画素は、前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する前記偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置及び電子機器に関し、特に、偏光情報とカラー情報の検出精度を向上させるようにした固体撮像装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像装置において、カラーフィルタが設けられたカラー画素の代わりに偏光部材が設けられた偏光画素を２行×２列の画素ブロックに１つずつ配置することにより、偏光情報とカラー情報を同時に検出することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６３１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カラー画素の代わりに偏光画素を配置すると、その分だけカラー画素が間引かれるため、カラー情報の検出精度が低下する。また、特許文献１に記載の発明では、４画素に１つずつしか偏光画素が配置されていないため、偏光情報についても検出精度の向上の余地がある。
【０００５】
そこで、本技術は、偏光情報とカラー情報の検出精度を向上させ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】
【０００６】
本技術の第１の側面の固体撮像装置は、偏光情報を検出する複数の偏光画素と、カラー情報を検出する複数のカラー画素とが配置されている画素アレイ部を備え、前記偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、前記カラー画素は、前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する前記偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている。
【０００７】
前記偏光画素と前記カラー画素の大きさを異ならせることができる。
【０００８】
前記偏光画素及び前記カラー画素のうち大きい方の画素を、長方形の四隅を切り欠いた八角形とし、前記偏光画素及び前記カラー画素のうち小さい方の画素を、隣接する４つの前記大きい方の画素の斜め方向の辺により囲まれた領域に配置させることができる。
【０００９】
前記偏光画素及び前記カラー画素を、同じ大きさの菱形にすることができる。
【００１０】
透過軸の角度がθ°ずつ異なる１８０／θ種類の前記偏光画素を規則的に配置させることができる。
【００１１】
透過軸の角度が４５°ずつ異なる前記偏光画素が２行×２列に配置されているブロックを、行方向及び列方向に格子状に配置させることができる。
【００１２】
複数の前記偏光画素からなる複数の種類のブロックを規則的に並べ、前記ブロック内の前記偏光画素の透過軸の角度を同じにし、異なる種類の前記ブロック間の前記偏光画素の透過軸の角度を異ならせることができる。
【００１３】
前記偏光画素にカラーフィルタを設け、前記カラーフィルタの色を規則的に配置させることができる。
【００１４】
複数の前記偏光画素からなる複数の種類のブロックを規則的に並べ、前記ブロック内の前記カラーフィルタの色を同じにし、異なる種類の前記ブロック間の前記カラーフィルタの色を異ならせることができる。
【００１５】
前記偏光画素の一部に、透明な前記カラーフィルタを設けるか、或いは、前記カラーフィルタを設けないようにすることができる。
【００１６】
前記偏光画素に設けられている偏光部材と前記カラー画素に設けられているカラーフィルタとを、同じ面上に配置することができる。
【００１７】
前記偏光画素に設けられている偏光部材と前記カラー画素に設けられているカラーフィルタとを、光軸方向において異なる位置に配置することができる。
【００１８】
前記偏光画素に設けられている偏光部材を、前記偏光画素の光電変換素子が形成されている半導体基板の光が入射する側の面上に形成することができる。
【００１９】
前記偏光画素を構成する偏光部材と光電変換素子との間、及び、前記カラー画素を構成するカラーフィルタと光電変換素子との間の少なくとも一方に導波路を形成することができる。
【００２０】
各画素間にトレンチを形成し、前記トレンチに遮光膜を埋め込むことができる。
【００２１】
前記偏光画素と前記カラー画素とを、それぞれ異なる行信号線及び列信号線に接続させることができる。
【００２２】
前記カラー画素を、前記偏光画素のピッチの半分だけ前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に配置させることができる。
【００２３】
前記カラー画素の周囲の複数の前記偏光画素の輝度に基づいて、前記カラー画素における各偏光方向の光の輝度を算出する信号処理部をさらに設けることができる。
【００２４】
前記偏光画素の周囲の複数の前記カラー画素の輝度に基づいて、前記偏光画素における前記偏光画素の偏光方向の各色の光の輝度を算出する信号処理部をさらに設けることができる。
【００２５】
本技術の第２の側面の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを備え、前記固体撮像装置は、偏光情報を検出する複数の偏光画素と、カラー情報を検出する複数のカラー画素とが配置されている画素アレイ部を備え、前記偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、前記カラー画素は、前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する前記偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている。
【００２６】
本技術の第１の側面又は第２の側面においては、偏光画素により偏光情報が検出され、カラー画素によりカラー情報が検出される。
【発明の効果】
【００２７】
本技術の第１の側面又は第２の側面によれば、偏光情報とカラー情報の検出精度が向上する。
【００２８】
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】
【００２９】
【図１】本技術が適用されるＣＭＯＳイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。
【図２】ＣＭＯＳイメージセンサの第１の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図３】単位画素の第１の配置例を模式的に示す図である。
【図４】単位画素の第２の配置例を模式的に示す図である。
【図５】ＣＭＯＳイメージセンサの第２の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図６】単位画素の第３の配置例を模式的に示す図である。
【図７】単位画素の第４の配置例を模式的に示す図である。
【図８】ＣＭＯＳイメージセンサの第３の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図９】単位画素の第５の配置例を模式的に示す図である。
【図１０】単位画素の第６の配置例を模式的に示す図である。
【図１１】単位画素の第７の配置例を模式的に示す図である。
【図１２】単位画素の第８の配置例を模式的に示す図である。
【図１３】単位画素の第９の配置例を模式的に示す図である。
【図１４】ＣＭＯＳイメージセンサの第４の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図１５】固体撮像装置の使用例を示す図である。
【図１６】電子機器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術が適用される固体撮像装置
２．第１の実施の形態（裏面照射型で偏光画素とカラー画素のサイズが同じ例）
３．第２の実施の形態（裏面照射型で偏光画素とカラー画素のサイズが異なる例）
４．第３の実施の形態（偏光画素にカラーフィルタを設けた例）
５．第４の実施の形態（表面照射型の例）
６．変形例
７．固体撮像装置の使用例
【００３１】
＜１．本技術が適用される固体撮像装置＞
｛基本的なシステム構成｝
図１は、本技術が適用される固体撮像装置、例えばＸ−Ｙアドレス方式固体撮像装置の一種であるＣＭＯＳイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
【００３２】
本適用例に係るＣＭＯＳイメージセンサ１０は、図示せぬ半導体基板（チップ）上に形成された画素アレイ部１１と、当該画素アレイ部１１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、水平駆動部１４及びシステム制御部１５から構成されている。
【００３３】
ＣＭＯＳイメージセンサ１０は更に、信号処理部１８及びデータ格納部１９を備えている。信号処理部１８及びデータ格納部１９については、本ＣＭＯＳイメージセンサ１０と同じ基板上に搭載しても構わないし、本ＣＭＯＳイメージセンサ１０とは別の基板上に配置するようにしても構わない。また、信号処理部１８及びデータ格納部１９の各処理については、本ＣＭＯＳイメージセンサ１０とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路やソフトウェアによる処理でも構わない。
【００３４】
画素アレイ部１１は、複数の単位画素（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行方向及び列方向に配置された構成となっている。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（すなわち、水平方向）を言い、列方向とは画素列の画素の配列方向（すなわち、垂直方向）を言う。
【００３５】
より具体的には、後述するように、画素アレイ部１１には、偏光情報を検出可能な単位画素（以下、偏光画素と称する）と、カラー情報を検出可能な単位画素（以下、カラー画素と称する）とが配置されている。図３等を参照して後述するように、偏光画素は、行方向及び列方向に格子状（行列状）に並べられ、カラー画素は、偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する偏光画素の間に行方向及び列方向に格子状（行列状）に並べられている。
【００３６】
単位画素は、受光した光量に応じた電荷を生成しかつ蓄積する光電変換部（例えば、フォトダイオード）、及び、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有する。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。或いは、複数の画素トランジスタは、さらに選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。なお、各画素の等価回路は一般的なものと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３７】
また、単位画素は、共有画素構造とすることもできる。共有画素構造は、複数の光電変換素子、複数の転送トランジスタ、共有される１つのフローティングディフュージョン、および共有される１つずつの他の画素トランジスタから構成される。
【００３８】
画素アレイ部１１において、画素行ごとに行信号線としての画素駆動線１６が行方向に沿って配線され、画素列ごとに列信号線としての垂直信号線１７が列方向に沿って配線されている。画素駆動線１６は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図１では、画素駆動線１６について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１６の一端は、垂直駆動部１２の各行に対応した出力端に接続されている。
【００３９】
垂直駆動部１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部１２は、当該垂直駆動部１２を制御するシステム制御部１５と共に、画素アレイ部１１の各画素の動作を制御する駆動部を構成している。この垂直駆動部１２はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
【００４０】
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１１の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりも露光時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
【００４１】
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換部から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換部がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃き出す（リセットする）ことにより、所謂電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の電荷を捨てて、新たに露光を開始する（電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
【００４２】
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における電荷の露光期間となる。
【００４３】
垂直駆動部１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列ごとに垂直信号線１７の各々を通してカラム処理部１３に入力される。カラム処理部１３は、画素アレイ部１１の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【００４４】
具体的には、カラム処理部１３は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えばＣＤＳ（Correlated Double Sampling；相関二重サンプリング）処理や、ＤＤＳ（Double Data Sampling）処理を行う。例えば、ＣＤＳ処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理部１３にノイズ除去処理以外に、例えば、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換機能を持たせ、アナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力することも可能である。
【００４５】
水平駆動部１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部１３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部１４による選択走査により、カラム処理部１３において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
【００４６】
システム制御部１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミングを基に、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、及び、水平駆動部１４などの駆動制御を行う。
【００４７】
信号処理部１８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部１３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部１９は、信号処理部１８での信号処理に当たって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
【００４８】
＜２．第１の実施の形態＞
次に、図２乃至図４を参照して、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１０の第１の実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａについて説明する。
【００４９】
｛ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａの構成例｝
図２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａの構成例を模式的に示す断面図である。なお、この図には、偏光画素Ｐｐ及びカラー画素Ｐｃの２つの画素を含む部分の断面が示されているが、他の画素についても基本的に同じ構成を有している。
【００５０】
なお、以下、光の入射側（図２の上側）をＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａの上方とし、光の入射側と反対側（図２の下側）をＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａの下方とする。
【００５１】
ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａは、半導体基板１０２の配線層１０１が積層されているオモテ面とは逆の裏面側から光が入射する、いわゆる裏面照射型の構造を有している。なお、以下、半導体基板１０２の裏面を入射面又は受光面と称する。
【００５２】
配線層１０１には、配線１２１が複数の層にわたって積層されている。また、配線層１０１の半導体基板１０２との境界付近に、各画素に対してゲート電極１２２が形成されている。
【００５３】
半導体基板１０２には、偏光画素Ｐｐの領域内に光電変換素子１２３ｐが形成され、カラー画素Ｐｃの領域内に光電変換素子１２３ｃが形成されている。なお、光電変換素子１２３ｐと光電変換素子１２３ｃとは構造上の違いはなく、例えばフォトダイオードにより構成される。また、光電変換素子１２３ｐと光電変換素子１２３ｃとは、ほぼ同じサイズである。
【００５４】
なお、以下、光電変換素子１２３ｐと光電変換素子１２３ｃとを個々に区別する必要がない場合、単に光電変換素子１２３と称する。
【００５５】
各光電変換素子１２３間には、半導体基板１０２の入射面側からトレンチが形成されている。半導体基板１０２の入射面及びトレンチの壁面には絶縁膜１２４が形成されている。また、半導体基板１０２のトレンチ内には、遮光膜１２５の垂直部１２５Ａが埋め込まれている。
【００５６】
半導体基板１０２の入射面上には、絶縁膜１２４を介して、遮光膜１２５の水平部１２５Ｂ、偏光部材１２６、及び、カラーフィルタ１２７が形成されている。
【００５７】
遮光膜１２５の水平部１２５Ｂは、半導体基板１０２の入射面を覆うとともに、光電変換素子１２３ｐ及び光電変換素子１２３ｃの上方に開口部が形成されている。すなわち、遮光膜１２５の水平部１２５Ｂは、隣接する画素の間を埋めるように形成されている。この遮光膜１２５の垂直部１２５Ａ及び水平部１２５Ｂにより、隣接する画素からの斜め方向の光の入射が抑制される。
【００５８】
偏光部材１２６は、遮光膜１２５の水平部１２５Ｂの光電変換素子１２３ｐの上方の開口部に形成され、光電変換素子１２３ｐの上面（入射面）を覆っている。偏光部材１２６は、例えば、ワイヤーグリッド偏光子からなり、複数の帯状の導電遮光材料とその間に設けられたスリットから構成されている。偏光部材１２６は、導電遮光材料の延びる方向と直行する方向の電界成分をもつ偏光波を通過させ、導電遮光材料の延びる方向と平行な電界成分を持つ偏光波の通過を抑制する。偏光部材１２６の導電遮光材料には、例えば、光電変換素子１２３が感度を有する波長域において複素屈折率の小さい導体材料が用いられる。そのような導電材料としては、例えば、アルミニウム、銅、金、銀、白金、タングステン、或いは、これらの金属を含む合金等が考えられる。
【００５９】
カラーフィルタ１２７は、遮光膜１２５の水平部１２５Ｂの光電変換素子１２３ｃの上方の開口部に形成され、光電変換素子１２３ｃの上面（入射面）を覆っている。カラーフィルタ１２７は、例えば、赤色の波長帯の光を透過するＲフィルタ、緑色の波長帯の光を透過するＧフィルタ、又は、青色の波長帯の光を透過するＢフィルタのいずれかからなる。
【００６０】
遮光膜１２５の水平部１２５Ｂ、偏光部材１２６、及び、カラーフィルタ１２７の上方には、図示せぬ層間絶縁膜を介して、集光素子１２８が形成されている。集光素子１２８は、例えば、オンチップマイクロレンズからなり、入射した光が偏光部材１２６又はカラーフィルタ１２７に入射するように集光する。
【００６１】
偏光部材１２６を通過した光は、光電変換素子１２３ｐに入射し、光電変換素子１２３ｐにより光電変換される。そして、光電変換により生成された電荷に基づくアナログの電気信号（偏光画素信号）が、垂直信号線１７を介してカラム処理部１３に出力される。
【００６２】
カラーフィルタ１２７を透過した光は、光電変換素子１２３ｃに入射し、光電変換素子１２３ｃにより光電変換される。そして、光電変換により生成された電荷に基づくアナログの電気信号（カラー画素信号）が、垂直信号線１７を介してカラム処理部１３に出力される。
【００６３】
｛単位画素の第１の配置例｝
図３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａの画素アレイ部１１における単位画素の第１の配置例を模式的に示している。なお、図内の各マスは画素の入射面（受光面）の形状を示している。
【００６４】
マス内に角度が示されている画素は偏光画素Ｐｐである。各偏光画素Ｐｐの角度は、偏光部材１２６の透過軸の角度を示しており、列方向を基準（０°）にして時計回りに角度が示されている。そして、各偏光画素Ｐｐは、透過軸と平行な向きを持つ光を通過させる。
【００６５】
なお、以下、偏光部材１２６の透過軸の角度が０°、４５°、９０°、又は、１３５°の偏光画素Ｐｐを、それぞれ０°画素、４５°画素、９０°画素、又は、１３５°画素と称する。また、以下、偏光部材１２６の透過軸の角度を、偏光角度とも称する。さらに、以下、偏光画素Ｐｐの偏光部材１２６の偏光角度を、偏光画素Ｐｐの偏光角度とも称する。
【００６６】
一方、マス内にＲ、Ｇｒ、Ｇｂ又はＢの文字が示されている画素はカラー画素Ｐｃである。Ｒの文字が付された画素は、赤色のカラーフィルタ１２７が設けられ、赤色の波長帯のカラー情報を検出可能なカラー画素Ｐｃ（以下、Ｒ画素と称する）である。Ｇｂの文字が付された画素は、緑色のカラーフィルタ１２７が設けられ、緑色の波長帯のカラー情報を検出可能なカラー画素Ｐｃ（以下、Ｇｂ画素と称する）である。Ｇｒの文字が付された画素は、緑色のカラーフィルタ１２７が設けられ、緑色の波長帯のカラー情報を検出可能なカラー画素Ｐｃ（以下、Ｇｒ画素と称する）である。Ｂの文字が付された画素は、青色のカラーフィルタ１２７が設けられ、青色の波長帯のカラー情報を検出可能なカラー画素Ｐｃ（以下、Ｂ画素と称する）である。
【００６７】
偏光画素Ｐｐ及びカラー画素Ｐｃの各画素とも、同じ大きさの正方形を、行方向及び列方向に対して４５°傾けた形状を有している。
【００６８】
偏光画素Ｐｐは、隣接する偏光画素Ｐｐと頂点が接するように、行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。また、角度が互いに４５°ずつ異なる０°画素、４５°画素、９０°画素、１３５°画素が２行×２列に配列されたブロックを１単位として、各ブロックが周期的に行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。
【００６９】
カラー画素Ｐｃは、偏光画素Ｐｐの隙間に配置されている。すなわち、カラー画素Ｐｃは、隣接する４つの偏光画素Ｐｐの斜め方向の辺により囲まれた領域であって、偏光画素Ｐｐのピッチの半分だけ偏光画素Ｐｐから行方向及び列方向にずれた位置に配置されている。従って、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃとは、それぞれ互いに１／２ピッチだけずれた位置に行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。また、Ｒ画素、Ｇｂ画素、Ｇｒ画素、及び、Ｂ画素が２行×２列に配列されたブロックを１単位として、各ブロックが周期的に行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されており、いわゆるベイヤ配列になっている。
【００７０】
各偏光画素Ｐｐは、斜め方向の四方をＲ画素、Ｇｂ画素、Ｇｒ画素、及び、Ｂ画素により囲まれている。また、各カラー画素Ｐｃは、斜め方向の四方を０°画素、４５°画素、９０°画素、及び、１３５°画素により囲まれている。
【００７１】
なお、図１の画素駆動線１６は、偏光画素Ｐｐの画素行ごと、及び、カラー画素Ｐｃの画素行ごとに行方向に沿って配線されている。すなわち、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃとは異なる画素駆動線１６に接続されている。従って、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃとは、行単位で個別に駆動することができる。
【００７２】
また、図１の垂直信号線１７は、偏光画素Ｐｐの画素列ごと、及び、カラー画素Ｐｃの画素列ごとに列方向に沿って配線されている。すなわち、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃとは異なる垂直信号線１７に接続されている。従って、偏光画素Ｐｐからの画素信号（偏光画素信号）とカラー画素Ｐｃからの画素信号（カラー画素信号）とは、個別に読み出すことができる。また、偏光画素Ｐｐからの偏光画素信号からなる偏光画像と、カラー画素Ｐｃからのカラー画素信号からなるカラー画像を個別に生成することができる。
【００７３】
｛偏光情報及びカラー情報の補間方法｝
ここで、カラー画像Ｐｃにおける偏光情報の補間方法、及び、偏光画素Ｐｐにおけるカラー情報の補間方法について説明する。
【００７４】
なお、以下、偏光画素Ｐｐの座標系とカラー画素Ｐｃの座標系とを異なる座標系により表す。そして、偏光画素Ｐｐの座標系の座標（ｉ，ｊ）の偏光画素ＰｐをＰｐ（ｉ，ｊ）で表し、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）の偏光角度をθ（ｉ，ｊ）で表し、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）の輝度をＩｐ（ｉ，ｊ）で表す。また、カラー画素Ｐｃの座標系の座標（ｍ，ｎ）のカラー画素ＰｃをＰｃ（ｍ，ｎ）で表す。また、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）がＲ画素である場合の輝度をＩｃｒ（ｍ，ｎ）で表し、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）がＧｒ画素である場合の輝度をＩｃｇｒ（ｍ，ｎ）で表し、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）がＧｂ画素である場合の輝度をＩｃｇｂ（ｍ，ｎ）で表し、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）がＢ画素である場合の輝度をＩｃｂ（ｍ，ｎ）で表す。
【００７５】
まず、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）における偏光情報の補間方法の例について説明する。なお、以下、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）が、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）、Ｐｐ（ｉ＋１，ｊ）、Ｐｐ（ｉ，ｊ＋１）及びＰｐ（ｉ＋１，ｊ＋１）に囲まれているものとする。
【００７６】
ここで、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）における偏光方向θの光の輝度Ｉｐ（ｍ，ｎ，θ）は、次式（１）の数学モデルにより表される。
【００７７】
【数１】
2017005111.tif 000003
【００７８】
なお、Ｉｍａｘは、輝度Ｉｐ（ｍ，ｎ，θ）の最大値であり、Ｉｍｉｎは、輝度Ｉｐ（ｍ，ｎ，θ）の最小値である。φは、輝度Ｉｐ（ｍ，ｎ，θ）＝Ｉｍａｘとなるときの偏光方向θである。
【００７９】
信号処理部１８は、例えば、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）の周囲の偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）、Ｐｐ（ｉ＋１，ｊ）、Ｐｐ（ｉ，ｊ＋１）及びＰｐ（ｉ＋１，ｊ＋１）の輝度Ｉｐ（ｉ，ｊ）、Ｉｐ（ｉ＋１，ｊ）、Ｉｐ（ｉ，ｊ＋１）及びＩｐ（ｉ＋１，ｊ＋１）、並びに、偏光角度θ（ｉ，ｊ）、θ（ｉ＋１，ｊ）、θ（ｉ，ｊ＋１）及びθ（ｉ＋１，ｊ＋１）に基づいて、最小二乗法等を用いたフィッティング処理を行い、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）における上記式（１）のＩｍａｘ、Ｉｍｉｎ及びφを推定する。これにより、信号処理部１８は、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）における各偏光方向θの輝度を求めることができる。
【００８０】
また、信号処理部１８は、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）における各偏光方向θの輝度に基づいて、カラー画素Ｐｃ（ｍ，ｎ）における被写体の法線の方向を検出することができる。従って、例えば、信号処理部１８は、各カラー画素Ｐｃにおける被写体の法線の方向を検出することにより、被写体の形状測定を行うことができる。
【００８１】
次に、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）におけるカラー情報の補間方法の例について説明する。なお、以下、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）が、カラー画素Ｐｃ（ｍ−１，ｎ−１）、Ｐｃ（ｍ−１，ｎ）、Ｐｃ（ｍ，ｎ−１）及びＰｃ（ｍ，ｎ）に囲まれているものとする。また、カラー画素Ｐｃ（ｍ−１，ｎ−１）、Ｐｃ（ｍ−１，ｎ）、Ｐｃ（ｍ，ｎ−１）、Ｐｃ（ｍ，ｎ）が、それぞれＲ画素、Ｇｒ画素、Ｇｂ画素、Ｂ画素であるものとする。
【００８２】
信号処理部１８は、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）におけるＲ成分のカラー偏光輝度Ｉｐｒ（ｉ，ｊ）、Ｇ成分のカラー偏光輝度Ｉｐｇ（ｉ，ｊ）、Ｂ成分のカラー変更輝度Ｉｐｂ（ｉ，ｊ）を、次式（２）乃至（４）により算出する。
【００８３】
【数２】
2017005111.tif 000004
【００８４】
なお、カラー偏光輝度Ｉｐｒ（ｉ，ｊ）は、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）における偏光方向θ（ｉ，ｊ）の赤色の光の輝度である。カラー偏光輝度Ｉｐｇ（ｉ，ｊ）は、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）における偏光方向θ（ｉ，ｊ）の緑色の光の輝度である。カラー偏光輝度Ｉｐｂ（ｉ，ｊ）は、偏光画素Ｐｐ（ｉ，ｊ）における偏光方向θ（ｉ，ｊ）の青色の光の輝度である。
【００８５】
また、カラー画素Ｐｃは、ベイヤ配列に従って配置されているため、信号処理部１８は、周知のデモザイク処理により、各カラー画素Ｐｃの各色の輝度を算出することにより、フルカラー画像を得ることができる。
【００８６】
このように、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａにおいては、偏光画素Ｐｐ及びカラー画素Ｐｃを格子状に高密度に配置することができるため、偏光情報及びカラー情報の検出精度を向上させることができる。また、同じ解像度の偏光画像とカラー画像を得ることができる。さらに、カラー画素については、通常の固体撮像装置の画素配列と同様であるため、特殊な処理を施すことなく、従来と同様の技術を用いて、カラー画像を得ることができる。
【００８７】
｛単位画素の第２の配置例｝
なお、図３の第１の配置例では、カラー画素をベイヤ配列とする例を示したが、ベイヤ配列以外の任意の配列を用いることが可能である。
【００８８】
図４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａの画素アレイ部１１における単位画素の第２の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【００８９】
この第２の配置例は、図３の第１の配置例と比較して、Ｇｂ画素の代わりに、マス内にＷの文字が付されたカラー画素（以下、Ｗ画素と称する）が配置されている点が異なり、それ以外は第１の配置例と同様である。
【００９０】
Ｗ画素は、例えば、透明のカラーフィルタ１２７が設けられているか、或いは、カラーフィルタ１２７が設けられていない画素である。従って、Ｗ画素は、入射光の波長が制限されないため、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素と比較して感度が高い。従って、第２の配置例では、第１の配置例と比較して、カラー画素Ｐｃ（カラー情報）の感度を向上させることができる。
【００９１】
＜３．第２の実施の形態＞
次に、図５乃至図７を参照して、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１０の第２の実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｂについて説明する。
【００９２】
｛単位画素の第３の配置例｝
図５は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｂの構成例を、図２と同様の形式で模式的に示している。
【００９３】
図５のＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｂは、図２のＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａと比較して、偏光画素Ｐｐのサイズが大きくなり、カラー画素Ｐｃのサイズが小さくなっている点が異なり、それ以外はＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａと同様である。そして、偏光画素Ｐｐの光電変換素子１２３ｐが、偏光画素Ｐｐの光電変換素子１２３ｃより大きくなっており、光電変換素子１２３ｐの受光面積が、光電変換素子１２３ｃの受光面積より大きくなっている。
【００９４】
｛偏光画素Ｐｐ及びカラー画素Ｐｃの第１の配置例｝
図６は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｂの画素アレイ部１１における単位画素の第３の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【００９５】
この第３の配置例は、図３の第１の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの形状及び面積、並びに、カラー画素Ｐｃの面積が異なっており、それ以外は第１の配置例と同様である。
【００９６】
具体的には、偏光画素Ｐｐは、正方形の四隅を行方向及び列方向に対して４５°の方向に切り欠いた正八角形の形状を有している。偏光画素Ｐｐは、隣接する偏光画素Ｐｐと行方向の辺又は列方向の辺が接しており、行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。
【００９７】
カラー画素Ｐｃは、偏光画素Ｐｐの隙間に配置されている。すなわち、カラー画素Ｐｃは、隣接する４つの偏光画素Ｐｐの斜め方向の辺により囲まれた領域であって、偏光画素Ｐｐ間のピッチの半分だけ偏光画素Ｐｐから行方向及び列方向にずれた位置に配置されている。従って、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃとは、それぞれ互いに１／２ピッチだけずれた位置に行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。また、カラー画素Ｐｃは、第１の配置例と同様に、正方形を行方向及び列方向に対して４５°傾けた形状を有している。ただし、第１の配置例と比較して、カラー画素Ｐｃの面積が小さくなっている。
【００９８】
これにより、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃのサイズを独立に設計することが可能になる。従って、偏光画素Ｐｐの消光比及び感度、並びに、カラー画素Ｐｃの感度を所望の値に設定しつつ、画素アレイ部１１のサイズを最小化することが可能になる。
【００９９】
例えば、偏光画素Ｐｐの偏光部材１２６の消光比を１０以上にする場合、偏光画素Ｐｐを３μｍ程度のピッチで格子状に配置すればよい。この場合、偏光画素Ｐｐの切り欠いた部分の斜めの辺の長さは約１．２μｍとなり、カラー画素Ｐｃは、一辺が約１．２μｍの正方形となる。
【０１００】
｛単位画素の第４の配置例｝
図７は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｂの画素アレイ部１１における単位画素の第４の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【０１０１】
図７の第４の配置例は、図６の第３の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの形状とカラー画素Ｐｃの形状とが逆になっており、それ以外は第３の配置例と同様である。
【０１０２】
＜４．第３の実施の形態＞
次に、図８乃至図１３を参照して、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１０の第３の実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃについて説明する。
【０１０３】
｛ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの構成例｝
図８は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの構成例を、図２と同様の形式で模式的に示している。
【０１０４】
ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃでは、図２のＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａと比較して、カラー画素Ｐｃのカラーフィルタ１２７が削除され、代わりに、遮光膜１２５の水平部１２５Ｂ及び偏光部材１２６と集光素子１２８との間にカラーフィルタ１５１が設けられている点が異なり、それ以外はＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａと同様である。
【０１０５】
カラーフィルタ１５１は、カラー画素Ｐｃの光電変換素子１２３ｃの上方だけでなく、偏光画素Ｐｐの光電変換素子１２３ｐの上方にも配置されている。従って、偏光画素Ｐｐは、偏光情報だけでなく、カラー情報も検出することが可能である。
【０１０６】
｛単位画素の第５の配置例｝
図９は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの画素アレイ部１１における単位画素の第５の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【０１０７】
第５の配置例は、図３の第１の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐがカラー情報の検出が可能になっている点、及び、偏光画素Ｐｐの偏光角度の配置が異なっており、それ以外は第１の配置例と同様である。
【０１０８】
具体的には、この第５の配置例では、偏光画素Ｐｐの偏光角度は、全て０°になっている。また、図８を参照して上述したように、カラーフィルタ１５１が設けられることにより、全ての偏光画素Ｐｐが、偏光情報だけでなくカラー情報も検出可能になっている。なお、偏光画素Ｐｐの色の配列は、ベイヤ配列に従っている。
【０１０９】
偏光画素Ｐｐは、カラー画素Ｐｃと比較して、偏光部材１２６が設けられている分だけ感度が低下する。従って、例えば、低照度の場合、感度の高いカラー画素Ｐｃの画素信号を用いてカラー画像を生成し、高照度の場合、感度の低い偏光画素Ｐｐの画素信号を用いてカラー画像を生成することにより、白飛びや黒潰れの発生を抑えることができ、その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃのダイナミックレンジを拡大することができる。また、例えば、カラー画素Ｐｃの画素信号と偏光画素Ｐｐの画素信号とを、照度等に応じた比率で合成することも可能である。
【０１１０】
また、偏光画素Ｐｐの画素信号を用いてカラー画像を生成することにより、所定の偏光方向のカラーの偏光画像を容易に得ることができる。
【０１１１】
｛単位画素の第６の配置例｝
図１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの画素アレイ部１１における単位画素の第６の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【０１１２】
第６の配置例は、図９の第５の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの偏光角度及び色の配置が異なっており、それ以外は第５の配置例と同様である。
【０１１３】
具体的には、偏光画素Ｐｐの偏光角度の配置は、図３の第１の配置例と同様である。
【０１１４】
また、同じ色の偏光画素Ｐｐが２行×２列に並べられた小ブロックが、色の違いにより４種類に分かれ、４種類の小ブロックが、規則的に並べられている。すなわち、小ブロック内の偏光画素Ｐｐの色は同じであり、異なる種類の小ブロック間の偏光画素Ｐｐの色は異なっており、４種類の小ブロックが規則的に並べられている。具体的には、Ｒ画素である偏光画素Ｐｐからなる小ブロック、Ｇｒ画素である偏光画素Ｐｐからなる小ブロック、Ｇｂ画素である偏光画素Ｐｐからなる小ブロック、及び、Ｂ画素である偏光画素Ｐｐからなる小ブロックが２行×２列に配置された大ブロックを１単位として、大ブロックが周期的に行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。従って、小ブロック単位で見ると、偏光画素Ｐｐの色の配置はベイヤ配列に従っている。
【０１１５】
従って、第６の配置例では、図９の第５の配置例と同様に、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃのダイナミックレンジを拡大することができる。また、各色について４種類の角度の偏光情報を得ることができるので、上述した式（１）により表される各偏光方向の輝度を色毎に求めることができる。さらに、偏光画素Ｐｐが偏光情報とカラー情報の両方を取得できるため、偏光情報の鏡面反射と拡散反射の分離が容易になる。
【０１１６】
｛単位画素の第７の配置例｝
図１１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの画素アレイ部１１における単位画素の第７の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【０１１７】
第７の配置例は、図１０の第６の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの色の配置が異なっており、それ以外は第６の配置例と同様である。具体的には、第６の配置例においてＧｂ画素である偏光画素Ｐｐが配置されていた場所に、Ｗ画素である偏光画素Ｐｐが配置されている。従って、第６の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの感度が向上する。
【０１１８】
なお、例えば、カラー画素Ｐｃについても、図４の第２の配置例と同様に、Ｇｂ画素の代わりにＷ画素を配置するようにしてもよい。
【０１１９】
｛単位画素の第８の配置例｝
図１２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの画素アレイ部１１における単位画素の第８の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【０１２０】
第８の配置例は、図９の第５の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの偏光角度の配置が異なっており、それ以外は第５の配置例と同様である。
【０１２１】
具体的には、同じ偏光角度の偏光画素Ｐｐが２行×２列に並べられた小ブロックが、偏光角度の違いにより４種類に分かれ、４種類の小ブロックが、規則的に並べられている。すなわち、小ブロック内の偏光画素Ｐｐの偏光角度は同じであり、異なる種類の小ブロック間の偏光画素Ｐｐの偏光角度は異なっており、４種類の小ブロックが規則的に並べられている。具体的には、０°画素からなる小ブロック、４５°画素からなる小ブロック、９０°画素からなる小ブロック、及び、１３５°画素からなる小ブロックが２行×２列に配置された大ブロックを１単位として、大ブロックが周期的に行方向及び列方向に格子状（行列状）に配置されている。
【０１２２】
従って、第８の配置例では、図９の第５の配置例と同様に、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃのダイナミックレンジを拡大することができる。また、偏光角度毎に各色の色情報を取得することができる。
【０１２３】
｛単位画素の第９の配置例｝
図１３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの画素アレイ部１１における単位画素の第９の配置例を、図３と同様の形式で模式的に示している。
【０１２４】
第９の配置例は、図１２の第８の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの色の配置が異なっており、それ以外は第８の配置例と同様である。具体的には、第８の配置例においてＧｂ画素である偏光画素Ｐｐが配置されていた場所に、Ｗ画素である偏光画素Ｐｐが配置されている。従って、第８の配置例と比較して、偏光画素Ｐｐの感度が向上する。
【０１２５】
なお、例えば、カラー画素Ｐｃについても、図４の第２の配置例と同様に、Ｇｂ画素の代わりにＷ画素を配置するようにしてもよい。
【０１２６】
＜５．第４の実施の形態＞
次に、図１４を参照して、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１０の第４の実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｄについて説明する。
【０１２７】
｛ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｄの構成例｝
図１４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｃの構成例を、図２と同様の形式で模式的に示している。
【０１２８】
ＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｄは、上述したＣＭＯＳイメージセンサ１０Ａ乃至１０Ｃと異なり、半導体基板２０１の配線層２０２が積層されているオモテ面側から光が入射する、いわゆる表面照射型の構造を有している。なお、以下、半導体基板２０１のオモテ面を入射面又は受光面と称する。
【０１２９】
なお、この例では、図５のＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｂと同様に、偏光画素Ｐｐのサイズが、カラー画素Ｐｃのサイズより大きい例を示している。ただし、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃのサイズを同じにしたり、カラー画素Ｐｃのサイズを偏光画素Ｐｐのサイズより大きくしたりすることも可能である。
【０１３０】
半導体基板２０１の入射面付近において、偏光画素Ｐｐの領域内に光電変換素子２２１ｐが形成され、カラー画素Ｐｃの領域内に光電変換素子２２１ｃが形成されている。なお、光電変換素子２２１ｐと光電変換素子２２１ｃとは構造上の違いはなく、例えばフォトダイオードにより構成される。また、光電変換素子２２１ｐの方が光電変換素子２２１ｃより大きくなっている。
【０１３１】
なお、以下、光電変換素子２２１ｐと光電変換素子２２１ｃとを個々に区別する必要がない場合、単に光電変換素子２２１と称する。
【０１３２】
配線層２０２には、半導体基板２０１との境界付近に、各画素に対してゲート電極２２２が形成されている。また、配線層２０２には、絶縁膜２２５内に配線２２３が複数の層にわたって積層されている。ただし、配線２２３は、画素と画素の間に形成され、各光電変換素子２２１の上方には形成されていない。
【０１３３】
また、配線層２０２内の光電変換素子２２１ｐの上方には、コア／クラッド型の導波路２２４ｐが形成されている。導波路２２４ｐは、偏光画素Ｐｐへの入射光を光電変換素子２２１ｐに導くことにより、偏光画素Ｐｐの集光効率を上げる。同様に、配線層２０２内の光電変換素子２２１ｃの上方には、コア／クラッド型の導波路２２４ｃが形成されている。導波路２２４ｃは、カラー画素Ｐｃへの入射光を光電変換素子２２１ｃに導くことにより、カラー画素Ｐｃの集光効率を上げる。
【０１３４】
配線層２０２の絶縁膜２２５の上面には、遮光膜２２６、偏光部材２２７、及び、カラーフィルタ２２８が形成されている。
【０１３５】
遮光膜２２６は、配線層２０２の上面を覆うとともに、光電変換素子２２１ｐ及び光電変換素子２２１ｃの上方に開口部が形成されている。従って、遮光膜２２６は、隣接する画素の間を埋めるように形成されている。この遮光膜２２６により、隣接する画素間の光の入射が抑制される。
【０１３６】
偏光部材２２７は、遮光膜２２６の光電変換素子２２１ｐの上方の開口部に形成され、光電変換素子２２１ｐの上面（入射面）を覆っている。偏光部材２２７は、例えば、図２の偏光部材１２６と同様に、ワイヤーグリッド偏光子からなる。
【０１３７】
カラーフィルタ２２８は、遮光膜２２６の光電変換素子２２１ｃの上方の開口部に形成され、光電変換素子２２１ｃの上面（入射面）を覆っている。カラーフィルタ２２８は、赤色の波長帯の光を透過するＲフィルタ、緑色の波長帯の光を透過するＧフィルタ、又は、青色の波長帯の光を透過するＢフィルタのいずれかである。
【０１３８】
遮光膜２２６、偏光部材２２７、及び、カラーフィルタ２２８の上方には、図示せぬ層間絶縁膜を介して、集光素子２２９が形成されている。集光素子２２９は、例えば、オンチップマイクロレンズからなり、入射した光が偏光部材２２７又はカラーフィルタ２２８に入射するように集光する。
【０１３９】
＜７．変形例＞
以下、上述した本技術の実施の形態の変形例について説明する。
【０１４０】
｛単位画素の配置に関する変形例｝
図３、図４、図６、図７、及び、図９乃至図１３を参照して上述した単位画素（偏光画素Ｐｐ及びカラー画素Ｐｃ）の形状は、その一例であり、必要に応じて変更することが可能である。
【０１４１】
例えば、図３等において、単位画素の形状を正方形以外の菱形にすることが可能である。
【０１４２】
また、例えば、図６及び図７において、単位画素の形状を正八角形以外の八角形にすることが可能である。例えば、単位画素の形状を、行方向及び列方向の辺と斜め方向の辺との長さが異なる八角形、正方形の四隅を４５°とは異なる角度で切り欠いた八角形、長方形の四隅を切り欠いた八角形等にすることが可能である。なお、八角形の単位画素の形状の変更に合わせて、四角形の単位画素の形状も変更になる。
【０１４３】
さらに、例えば、単位画素の形状を円形又は六角形等にすることも可能である。
【０１４４】
また、以上の説明では、偏光画素Ｐｐとカラー画素Ｐｃとを互いに１／２ピッチだけずれた位置に配置する例を示したが、１／２とは異なる値にピッチだけずれた位置に配置することも可能である。
【０１４５】
また、上述した第１乃至第９の配置例は、可能な範囲で組み合わせることが可能である。
【０１４６】
｛偏光角度の種類に関する変形例｝
以上の説明では、主に偏光画素Ｐｐの偏光角度（偏光部材の透過軸の角度）を０°、４５°、９０°、１３５°の４種類とする例を示したが、偏光角度の組み合わせや種類数を任意に変更することが可能である。
【０１４７】
例えば、偏光画素Ｐｐの偏光角度（透過軸の角度）をθ°ずつ異なる１８０／θ種類とし、１８０／θ種類の偏光画素Ｐｐを規則的に配置するようにしてもよい。
【０１４８】
なお、偏光角度の組み合わせや種類数を変更することにより、例えば、図１２及び図１３を参照して上述した偏光画素Ｐｐの偏光角度毎の小ブロックの種類や配置等も変更される。
【０１４９】
｛色の種類に関する変形例｝
以上の説明では、カラーフィルタの色の種類を、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類、又は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４種類とする例を示したが、色の組み合わせや種類数を任意に変更することが可能である。例えば、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（黄色）、Ｃ（シアン）の３種類、又は、Ｍ、Ｙ、Ｃ、Ｗの４種類とすることも可能である。
【０１５０】
なお、カラーフィルタの色の組み合わせや種類数を変更することにより、例えば、図１０及び図１１を参照して上述した偏光画素Ｐｐの色毎の小ブロックの種類や配置等も変更される。
【０１５１】
｛その他の変形例｝
例えば、図１４のＣＭＯＳイメージセンサ１０Ｄにおいて、導波路２２４ｐ又は導波路２２４ｃの一方又は両方を削除することが可能である。
【０１５２】
また、例えば、以上の説明では、図２及び図５の偏光部材１２６とカラーフィルタ１２７、並びに、図１４の偏光部材２２７とカラーフィルタ２２８を同じ面上（光軸方向において同じ位置）に配置する例を示したが、光軸方向において異なる位置に配置するようにしてもよい。例えば、光軸方向において、偏光部材１２６（又は偏光部材２２７）をカラーフィルタ１２７（又はカラーフィルタ２２８）の上方又は下方に配置することが可能である。
【０１５３】
さらに、本技術では、カラーフィルタ以外の方法により色情報を検出するようにすることが可能である。例えば、有機光電変換膜を用いて色情報を検出するようにすることが可能である。
【０１５４】
また、本技術では、偏光部材以外の方法により偏光情報を検出するようにすることが可能である。
【０１５５】
さらに、上記実施形態では、単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、本技術はＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではない。すなわち、本技術は、単位画素が行列状に２次元配置されてなるＸ−Ｙアドレス方式の固体撮像装置全般に対して適用可能である。
【０１５６】
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１５７】
＜７．固体撮像装置の使用例＞
図１５は、上述の固体撮像装置の使用例を示す図である。
【０１５８】
上述した固体撮像装置は、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。
【０１５９】
・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
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
【０１６０】
｛撮像装置｝
図１６は、本技術を適用した電子機器の一例である撮像装置（カメラ装置）の構成例を示すブロック図である。
【０１６１】
図１６に示すように、撮像装置は、レンズ群３０１などを含む光学系、撮像素子３０２、カメラ信号処理部であるＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示装置３０５、記録装置３０６、操作系３０７、及び、電源系３０８等を有している。そして、ＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示装置３０５、記録装置３０６、操作系３０７、及び、電源系３０８がバスライン３０９を介して相互に接続された構成となっている。
【０１６２】
レンズ群３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子３０２の撮像面上に結像する。撮像素子３０２は、レンズ群３０１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。
【０１６３】
表示装置３０５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成り、撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置３０６は、撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を、メモリカードやビデオテープやＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に記録する。
【０１６４】
操作系３０７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。電源系３０８は、ＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示装置３０５、記録装置３０６、及び、操作系３０７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。
【０１６５】
このような撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、更には、スマートフォン、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールに適用される。そして、この撮像装置において、撮像素子３０２として、上述した各実施形態に係る固体撮像装置を用いることができる。これにより、撮像装置の画質を向上させることができる。
【０１６６】
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。
【０１６７】
また、例えば、本技術は以下のような構成も取ることができる。
【０１６８】
（１）
偏光情報を検出する複数の偏光画素と、
カラー情報を検出する複数のカラー画素と
が配置されている画素アレイ部を備え、
前記偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、
前記カラー画素は、前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する前記偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている
固体撮像装置。
（２）
前記偏光画素と前記カラー画素の大きさが異なる
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記偏光画素及び前記カラー画素のうち大きい方の画素は、長方形の四隅を切り欠いた八角形であり、
前記偏光画素及び前記カラー画素のうち小さい方の画素は、隣接する４つの前記大きい方の画素の斜め方向の辺により囲まれた領域に配置されている
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記偏光画素及び前記カラー画素は、同じ大きさの菱形である
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（５）
透過軸の角度がθ°ずつ異なる１８０／θ種類の前記偏光画素が規則的に配置されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
透過軸の角度が４５°ずつ異なる前記偏光画素が２行×２列に配置されているブロックが、行方向及び列方向に格子状に配置されている
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
複数の前記偏光画素からなる複数の種類のブロックが規則的に並べられており、
前記ブロック内の前記偏光画素の透過軸の角度が同じであり、異なる種類の前記ブロック間の前記偏光画素の透過軸の角度が異なる
前記（５）又は（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記偏光画素にカラーフィルタが設けられており、
前記カラーフィルタの色が規則的に配置されている
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
複数の前記偏光画素からなる複数の種類のブロックが規則的に並べられており、
前記ブロック内の前記カラーフィルタの色が同じであり、異なる種類の前記ブロック間の前記カラーフィルタの色が異なる
前記（８）に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記偏光画素の一部に、透明な前記カラーフィルタが設けられているか、或いは、前記カラーフィルタが設けられていない
前記（８）又は（９）に記載の固体撮像装置。
（１１）
前記偏光画素に設けられている偏光部材と前記カラー画素に設けられているカラーフィルタとが、同じ面上に配置されている
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
前記偏光画素に設けられている偏光部材と前記カラー画素に設けられているカラーフィルタとが、光軸方向において異なる位置に配置されている
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１３）
前記偏光画素に設けられている偏光部材が、前記偏光画素の光電変換素子が形成されている半導体基板の光が入射する側の面上に形成されている
前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１４）
前記偏光画素を構成する偏光部材と光電変換素子との間、及び、前記カラー画素を構成するカラーフィルタと光電変換素子との間の少なくとも一方に導波路が形成されている
前記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１５）
各画素間にトレンチが形成され、前記トレンチに遮光膜が埋め込まれている
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６）
前記偏光画素と前記カラー画素とが、それぞれ異なる行信号線及び列信号線に接続されている
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１７）
前記カラー画素は、前記偏光画素のピッチの半分だけ前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に配置されている
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１８）
前記カラー画素の周囲の複数の前記偏光画素の輝度に基づいて、前記カラー画素における各偏光方向の光の輝度を算出する信号処理部を
さらに備える前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１９）
前記偏光画素の周囲の複数の前記カラー画素の輝度に基づいて、前記偏光画素における前記偏光画素の偏光方向の各色の光の輝度を算出する信号処理部を
さらに備える前記（１）乃至（１８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（２０）
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記固体撮像装置は、
偏光情報を検出する複数の偏光画素と、
カラー情報を検出する複数のカラー画素と
が配置されている画素アレイ部を備え、
前記偏光画素は、行方向及び列方向に格子状に並べられ、
前記カラー画素は、前記偏光画素から行方向及び列方向にずれた位置に、隣接する前記偏光画素間に行方向及び列方向に格子状に並べられている
電子機器。
【符号の説明】
【０１６９】
１０，１０Ａ乃至１０Ｄ  ＣＭＯＳイメージセンサ，  １１  画素アレイ部，  １２  垂直駆動部，  １３  カラム処理部，  １４  水平駆動部，  １５  システム制御部，  １６  画素駆動線，  １７  垂直信号線，  １８  信号処理部，  １０１  配線層，  １０２  半導体基板，  １２３ｐ，１２３ｃ  光電変換素子，  １２５  遮光膜，  １２６  偏光部材，  １２７  カラーフィルタ，  ２０１  配線層，  ２０２  半導体基板，  ２２１ｐ，２２１ｃ  光電変換素子，  ２２４ｐ，２２４ｃ  導波路，  ２２６  遮光膜，  ２２７  偏光部材，  ２２８  カラーフィルタ，  Ｐｐ  偏光画素，  Ｐｃ  カラー画素，    ３０２  撮像素子
【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】
2017005111.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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