CN113363268A - 成像器件和移动设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成像器件和移动设备。其中，所述成像器件可包括：半导体基板，包括第一至第五光电转换区，第一至第三光电转换区沿第一方向布置，第一和第三光电转换区布置为分别邻近第二光电转换区，第四光、第二和第五光电转换区沿与第一方向垂直的第二方向布置，第四光电转换区邻近第二光电转换区，第二光电转换区邻近第五光电转换区；第一片上透镜，在第一光电转换区上方；第二片上透镜，在第二和第三光电转换区上方；第三片上透镜，在第四光电转换区上方；第四片上透镜，在第五光电转换区上方；以及第一彩色滤光片，在第一至第五光电转换区上方，并且在第一至第四片上透镜下方，其中，第一、第三和第四片上透镜与第二片上透镜的尺寸不同。

Description

成像器件和移动设备
本申请是申请日为2015年12月8日、发明名称为“固体摄像器件和电子装置”的申请号为201580067441.6的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固体摄像器件和电子装置，并且更具体地，涉及适合在布置有用于实现像面相位差(image-surface phase difference)自动聚焦(AF：Auto Focus)功能的相位差检测像素的情况下使用的固体摄像器件和电子装置。
背景技术
常规地，作为在具有摄影功能的以数码照相机为代表的电子装置中采用的AF功能方式，像面相位差AF是已知的(例如，参见专利文献1)。在能够实现像面相位差AF的固体摄像器件中，用于获得构成图像用的像素信号(彩色信号)的正常像素以及用于对入射光进行光瞳分割(pupil split)的相位差检测像素被布置在预定位置处。
在常规的相位差检测像素中，在片上透镜(on-chip lens)与光电转换层之间形成有金属遮光膜。该金属遮光膜具有相对于所述片上透镜的光轴(光学中心)发生偏移的开口。此外，在以彼此邻接的方式布置着的成对的相位差检测像素之间设置有遮光结构。该遮光结构用于减少光学混色。
基于所述具有不同开口位置的相位差检测像素对(例如，在左侧被开口的相位差检测像素和在右侧被开口的相位差检测像素)的输出来计算相位差信号。所计算出来的相位差信号被用来控制聚焦。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2007-304188号
发明内容
要解决的技术问题
在上述的常规的相位差检测像素中，金属遮光膜限制了所述开口。因此，与正常像素相比，对入射光的灵敏度的下降是不可避免的。因此，在实用中就可能发生不利的影响。例如，在暗处进行摄影的情况下，像面相位差AF是不能被利用的。
此外，未来伴随着固体摄像器件中的像素数量的增加，像素将变得微型化。在这种情况下，不仅入射光的在金属遮光膜上的反射而且诸如衍射等与电磁波相关的行为的影响都会变得显著。例如，可能会发生相位差检测的精度的下降和由于反射/衍射成分混入邻接像素中而造成的图像质量特性的劣化。
而且，在包括金属遮光膜的相位差检测像素的情况下，会给出对入射角变化的灵敏度响应的角度范围很窄。因此，这样的相位差检测像素难以与下列部件一起使用：具有小F值(f-number)的镜头、或者主光线角度(CRA：Chief Ray Angle)能够大幅度地变化的光学变焦镜头等。
本发明是鉴于上述状况而做出的，且本发明的目的是提出一种能够避免诸如对入射光的灵敏度下降和相位差检测精度下降等缺陷的相位差检测像素。
解决技术问题的技术方案
作为本发明第一方面的固体摄像器件是这样的固体摄像器件：在所述固体摄像器件中，以混合的方式布置有正常像素和相位差检测像素，所述正常像素产生图像的像素信号，且所述相位差检测像素产生在计算用于控制像面相位差AF功能的相位差信号时所要使用的像素信号。这里，在所述相位差检测像素中，以与每组多个邻接相位差检测像素对应的方式形成有共用型片上透镜，所述共用型片上透镜用于将入射光聚集到光电转换部，所述光电转换部产生在计算所述相位差信号时所要使用的像素信号。
在所述正常像素中，能够以与各个所述正常像素对应的方式形成有分立型片上透镜(individual on-chip lens)，所述分立型片上透镜用于将入射光聚集到产生图像的像素信号的光电转换部。
在所述正常像素与所述正常像素之间以及在所述正常像素与所述相位差检测像素之间能够设置有像素间遮光结构。
在所述相位差检测像素与所述相位差检测像素之间也能够设置有像素间遮光结构。
所述相位差检测像素能够包括对所述相位差检测像素的所述光电转换部的开口进行限制的开口遮光结构。
在所述相位差检测像素中，能够以与每组两个邻接像素对应的方式形成有一个所述共用型片上透镜。
在所述相位差检测像素中，能够以与每组三个邻接像素对应的方式形成有两个所述共用型片上透镜。
形成于所述正常像素中的所述分立型片上透镜与形成于所述相位差检测像素中的所述共用型片上透镜之间的边界能够大致是矩形或大致是六边形。
在形成于所述正常像素中的所述分立型片上透镜与形成于所述多个邻接相位差检测像素中的所述共用型片上透镜之间能够形成有伪聚光元件结构。
所述伪聚光元件结构能够以相对于共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素呈非对称的方式而被形成。
共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素能够按照棋盘图案而被布置着。
所述相位差检测像素能够在行方向和列方向中的至少一个方向上呈直线状地布置着。
所述相位差检测像素能够在行方向和列方向中的至少一个方向上呈条状样式地布置着。
呈条状样式地布置在彼此相邻的各条中的所述相位差检测像素能够具有彼此偏移的相位。
能够以与各个像素对应的方式设置有对三种以上的不同波长具有选择性灵敏度的彩色滤光片，且共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素能够包括对相同波长具有选择性灵敏度的所述彩色滤光片。
能够以与各个像素对应的方式设置有对三种以上的不同波长具有选择性灵敏度的彩色滤光片，且共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素能够包括对不同波长具有选择性灵敏度的所述彩色滤光片。
所述相位差检测像素的像素尺寸能够大于所述正常像素的像素尺寸。
包括有对三种以上的不同波长中的特定波长具有选择性灵敏度的彩色滤光片的所有像素能够是所述相位差检测像素，且所述相位差检测像素的输出也能够用作图像的像素信号。
共用所述共用型片上透镜的所述相位差检测像素的尺寸能够是所述正常像素的尺寸的整数倍，所述相位差检测像素的所述光电转换部被分割成包括中心区域的多个区域，从所述中心区域能够获得与所述正常像素的所述光电转换部相同的斜入射特性，且所述中心区域的输出也能够用作图像的像素信号。
共用所述共用型片上透镜的所述相位差检测像素的尺寸能够是所述正常像素的尺寸的两倍，所述相位差检测像素的所述光电转换部被分割成大致0.5:1:0.5的三个区域，且与上述比值中的1对应的那个区域的输出也能够用作图像的像素信号。
共用所述共用型片上透镜的所述相位差检测像素的尺寸能够是所述正常像素的尺寸的两倍，所述相位差检测像素的所述光电转换部被分割成大致0.5:0.5:0.5:0.5的四个区域，且与上述比值中的位于中央处的0.5和0.5分别对应的那两个区域的输出的相加值也能够用作图像的像素信号。
作为本发明第二方面的电子装置是包括固体摄像器件的电子装置。在所述固体摄像器件中，以混合的方式布置有正常像素和相位差检测像素，所述正常像素产生图像的像素信号，且所述相位差检测像素产生在计算用于控制像面相位差AF功能的相位差信号时所要使用的像素信号。这里，在所述相位差检测像素中，以与每组多个邻接相位差检测像素对应的方式形成有共用型片上透镜，所述共用型片上透镜用于将入射光聚集到光电转换部，所述光电转换部产生在计算所述相位差信号时所要使用的像素信号。
本发明的有益效果
根据本发明的第一方面，可以实现能够避免诸如对入射光的灵敏度下降和相位差检测精度下降等缺陷的固体摄像器件。
根据本发明的第二方面，可以实现高精度的具有像面相位差AF功能的电子装置。
附图说明
图1是示出了应用本发明的固体摄像器件中的正常像素的构造例的立体图。
图2是与图1对应的横断面图。
图3是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第一构造例的立体图。
图4是与图3对应的横断面图。
图5是图3中的共用型片上透镜的顶视图。
图6是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第二构造例的横断面图。
图7是图6中的共用型片上透镜的顶视图。
图8是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第三构造例的横断面图。
图9是图8中的共用型片上透镜的顶视图。
图10是用于说明相位差检测像素的第三构造例中的伪聚光元件结构的位置与光瞳校正的校正量之间的关系的图。
图11是用于说明相位差检测像素的第三构造例中的伪聚光元件结构的位置与光瞳校正的校正量之间的关系的图。
图12是用于说明相位差检测像素的第三构造例中的伪聚光元件结构的位置与光瞳校正的校正量之间的关系的图。
图13是示出了相位差检测像素的第三构造例的变型例的横断面图。
图14是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第四构造例的立体图。
图15是与图14对应的横断面图。
图16是图14中的共用型片上透镜的顶视图。
图17是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第五构造例的横断面图。
图18是图17中的共用型片上透镜的顶视图。
图19是用于说明第一构造例和第四构造例的器件灵敏度的入射角依赖关系的图。
图20是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图21是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图22是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图23是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图24是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图25是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图26是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图27是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图28是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图29是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图30是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图31是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图32是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图33是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图34是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图35是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图36是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图37是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图38是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图39是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图40是示出了相位差检测像素的变型例的布置示例的图。
图41是说明在相位差检测像素的输出被用作彩色信号的情况下的问题的图。
图42是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第四构造例的图。
图43是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图44是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图45是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图46是示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第五构造例的图。
图47是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图48是示出了相位差检测像素的第六构造例及其布置示例的图。
图49是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图50是示出了相位差检测像素的第七构造例及其布置示例的图。
图51是示出了相位差检测像素的布置变化的图。
图52是示出了应用本发明的固体摄像器件的使用示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地说明用于实施本发明的最佳方式(在下文中，称为实施例)。
应用本发明的固体摄像器件中的正常像素的构造例
首先，尽管本发明主要涉及固体摄像器件中所布置的相位差检测像素，但是为了与相位差检测像素进行比较，将会先说明与相位差检测像素一起被布置在应用本发明的固体摄像器件中的正常像素的构造例。
图1是仅提取并示出了应用本发明的固体摄像器件中的作为4×4像素范围的正常像素30的示意性立体图。图2是沿着图1的A-A’而截取的示意性断面图。
正常像素30包括从上表面侧(入射表面侧)依次设置的分立型片上透镜31、彩色滤光片层32、像素间遮光结构33、光电转换部34和信号配线层35。
分立型片上透镜31是对应于各个像素而被形成的，以便使入射电磁波(在下文中，称为入射光)更有效地进入与分立型片上透镜31下方的层对应的光电转换部34。彩色滤光片层32是以这样的方式而被形成的：以按照例如拜耳(Bayer)阵列布置着的R、G和B颜色中的任一者进行着色的彩色滤光片覆盖各像素，以使得入射光的具有特定波长的部分透过而去往彩色滤光片层32下方的层。
像素间遮光结构33是由金属材料等制成的，以便减少邻接像素之间的光学混色。光电转换部34包括产生并累积电荷的光电二极管，所述电荷依赖于经由分立型片上透镜31和彩色滤光片层32而进入光电转换部34中的入射光。信号配线层35读出由光电转换部34产生并累积的信号电荷，并且将所读出的信号电荷输出到后续阶段。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第一构造例
接着，将说明应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第一构造例。图3是提取并示出了应用本发明的固体摄像器件中的16(＝4×4)个像素的范围的示意性立体图。这16个像素中的两个像素是作为第一构造例的相位差检测像素40。其他的14个像素是正常像素30。图4是沿着图3的A-A’而截取的示意性断面图。在本图中，位于中央处的两个像素是相位差检测像素40。需要注意的是，相位差检测像素40和正常像素30中共同的部件由相同的符号来标注。因此，将适当地省略这些部件的说明。这同样适用于稍后说明的第二构造例等。
相位差检测像素40包括从上表面侧(入射表面侧)依次设置的共用型片上透镜41、彩色滤光片层32、像素间遮光结构33、光电转换部34和信号配线层35。
图5示出了共用型片上透镜41的顶视图。如本图所示，共用型片上透镜41被形成得覆盖多个(在本图中，两个)邻接的相位差检测像素40。即，图3和图4所示的第一构造例具有其中两个相位差检测像素40共用一个共用型片上透镜41的构造。
需要注意的是，形成于正常像素30之间以及正常像素30与相位差检测像素40之间的像素间遮光结构33并未形成在共用一个共用型片上透镜41的多个相位差检测像素40之间。应当注意的是，像素间遮光结构33也可以被形成在共用一个共用型片上透镜41的多个相位差检测像素40之间。
如本图所示，在布置有正常像素30和相位差检测像素40的固体摄像器件的情况下，能够通过正常像素30实现所摄取图像的分辨率和质量的提高。此外，在相位差检测像素40中，未通过遮光结构来阻挡光，且通过共用型片上透镜41的聚光能力来检测相位差。因此，具有高灵敏度和良好分离比特性(separation ratio characteristic)的相位差检测变得可能。此外，光路中不存在使光散射或衍射的障碍物。因此，能够抑制由于光的散射或衍射而可能发生的邻接像素的混色。因此，也能够防止图像质量的劣化。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第二构造例
接着，将说明应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第二构造例。图6是应用本发明的固体摄像器件中的四个邻接像素的示意性断面图。在本图中，位于中央处的两个像素是作为第二构造例的相位差检测像素50。
作为第二构造例的相位差检测像素50是通过将作为第一构造例的相位差检测像素40的共用型片上透镜41替换为共用型片上透镜51而获得的。即，图6所示的第二构造例具有其中两个相位差检测像素50共用一个共用型片上透镜51的构造。
图7示出了覆盖两个相位差检测像素50的共用型片上透镜51以及邻接的正常像素30的分立型片上透镜31的顶视图。
在使用与分立型片上透镜31的制造方法类似的制造方法来形成共用型片上透镜51的情况下，分立型片上透镜31被镶嵌得在邻接像素之间基本上没有间隙，且分立型片上透镜31的形状大致是矩形。另一方面，共用型片上透镜51的形状大致是六边形。于是，在正常像素30与相位差检测像素50的聚光元件结构(片上透镜)之间没有形成间隙。因此，可以提高相位差检测像素50的灵敏度。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第三构造例
接着，将说明应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第三构造例。图8是应用本发明的固体摄像器件中的四个邻接像素的示意性断面图。在本图中，位于中央处的两个像素是作为第三构造例的相位差检测像素60。
作为第三构造例的相位差检测像素60是通过将作为第一构造例的相位差检测像素40的共用型片上透镜41替换为共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53而获得的。即，图8所示的第三构造例具有其中两个相位差检测像素60共用了共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53的构造。
图9示出了覆盖两个相位差检测像素60的共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53、以及邻接的正常像素30的分立型片上透镜31的顶视图。
伪聚光元件结构53被形成在覆盖相位差检测像素60的共用型片上透镜52与覆盖邻接的正常像素30的分立型片上透镜31之间。由于设置有伪聚光元件结构53，分立型片上透镜31和共用型片上透镜52就能够被镶嵌得在邻接像素之间基本上没有间隙。此外，能够使邻接像素的结构变形最小化，且可以实现能够让光学混色减少的相位差检测像素。
作为第三构造例的相位差检测像素60中的伪聚光元件结构53的位置与光瞳校正的校正量之间的关系
接着，图10至图12是用于说明作为图8所示的第三构造例的相位差检测像素60中的伪聚光元件结构53的位置与光瞳校正的校正量之间的关系的图。需要注意的是，这些图中的各者的A示出了共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53以及邻接的正常像素30的分立型片上透镜31的顶视图，这些图中的各者的B示出了横断面图，且这些图中的各者的C示出了器件灵敏度与入射光的在各相位差检测像素处的入射角的关系。
图10示出了这样的情况：在该情况中，覆盖邻接的相位差检测像素60A和60B的共用型片上透镜52的中心被形成在偏向相位差检测像素60A的位置处，且伪聚光元件结构53被形成在共用型片上透镜52与在本图中的右侧跟相位差检测像素60B邻接的正常像素30的分立型片上透镜31之间。在这种情况下，针对沿垂直方向(入射角为0)的光，相位差检测像素60A具有比相位差检测像素60B的灵敏度更高的灵敏度。结果，针对入射角更接近垂直方向的光，相位差检测像素60A具有更高的灵敏度。因此，可以实现具有如下这样的角度响应的成对相位差检测像素(相位差检测像素60A和60B)：相位差检测像素60B对来自本图中的左侧的沿倾斜方向的入射光具有相对更高的灵敏度。
图11示出了这样的情况：在该情况中，覆盖邻接的相位差检测像素60A和60B的共用型片上透镜52的中心被形成在与这两个像素的中心一致的位置处，且伪聚光元件结构53被形成在共用型片上透镜52与分别跟相位差检测像素60A和60B邻接的正常像素30的分立型片上透镜31之间。在这种情况下，针对沿垂直方向(入射角为0)的光，相位差检测像素60A和60B具有相等的灵敏度。因此，针对沿左、右倾斜方向的入射光，可以实现具有以0度入射角为基准而左右对称的角度响应的成对相位差检测像素(相位差检测像素60A和60B)。
图12示出了这样的情况：在该情况中，覆盖邻接的相位差检测像素60A和60B的共用型片上透镜52的中心被形成在偏向相位差检测像素60B的位置处，且伪聚光元件结构53被形成在共用型片上透镜52与在本图中的左侧跟相位差检测像素60A邻接的正常像素30的分立型片上透镜31之间。在这种情况下，针对沿垂直方向(入射角为0)的光，相位差检测像素60B具有比相位差检测像素60A的灵敏度更高的灵敏度。作为结果，针对入射角更接近垂直方向的光，相位差检测像素60B具有更高的灵敏度。因此，可以实现具有如下这样的角度响应的成对相位差检测像素(相位差检测像素60A和60B)：相位差检测像素60A对来自本图中的右侧的沿倾斜方向的入射光具有相对更高的灵敏度。
通过将图10至图12所示的成对相位差检测像素布置在固体摄像器件中的合适位置处，就可以实现也适合于具有宽CRA范围的变焦镜头等的固体摄像器件。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第三构造例的变型例
接着，图13示出了作为图10的B至图12的B所示的第三构造例的相位差检测像素60的变型例。具体地，覆盖相位差检测像素60A和60B的共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53以偏移的方式被形成得还覆盖邻接的正常像素30，且邻接的正常像素30的分立型片上透镜31也相应地以偏移的方式被形成。
在图13的A的变型例中，分立型片上透镜31、共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53以从图10的B所示的状态向本图中的右侧偏移的方式而被形成。在这种情况下，正常像素30C的分立型片上透镜31向右侧偏心，且分立型片上透镜31的光瞳校正能够被设计成等同于镜头光学***的主光束的光瞳校正。另一方面，关于相位差检测像素60A和60B，在右侧处形成有伪聚光元件结构53，且因此针对于相对地来自左侧的光，相位差变成0，或者能够使相位差检测像素60A和60B的输出相等。
在图13的B的变型例中，分立型片上透镜31、共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53以从图11的B所示的状态向本图中的右侧偏移的方式而被形成。在这种情况下，正常像素30C的分立型片上透镜31向右侧偏心，且分立型片上透镜31的光瞳校正能够被设计成等同于镜头光学***的主光束的光瞳校正。另一方面，关于相位差检测像素60A和60B，在左侧和右侧处均等地形成有伪聚光元件结构53，且因此在与正常像素30C处的灵敏度变得最大时的入射角方向等同的角度下能够使相位差检测像素60A和60B的输出相等。
在图13的C的变型例中，分立型片上透镜31、共用型片上透镜52和伪聚光元件结构53以从图12的B所示的状态向本图中的右侧偏移的方式而被形成。在这种情况下，正常像素30C的分立型片上透镜31向右侧偏心，且分立型片上透镜31的光瞳校正能够被设计成等同于镜头光学***的主光束的光瞳校正。另一方面，关于相位差检测像素60A和60B，在左侧处形成有伪聚光元件结构53，且因此针对于相对地来自右侧的光，相位差变成0，或者能够使相位差检测像素60A和60B的输出相等。
如图13所示，如果通过改变伪聚光元件结构53的尺寸、宽度和布置而将正常像素30与相位差检测像素60之间的光瞳校正的校正量设计为不同的水平，那么即使在就像例如光学变焦镜头一样主光束角度以取决于焦距的方式大幅度地变化的情况下，高精度的相位差检测也会变得可能。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第四构造例
接着，将说明应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第四构造例。图14是提取且示出了应用本发明的固体摄像器件中的16(＝4×4)个像素的范围的示意性立体图。这16个像素中的三个像素是作为第四构造例的相位差检测像素80。其他的13个像素是正常像素30。图15是沿着图14的A-A’而截取的示意性断面图。在图15中，位于左侧的三个像素是相位差检测像素80。
相位差检测像素80包括从上表面侧(入射表面侧)依次设置的共用型片上透镜81、彩色滤光片层32、像素间遮光结构33、光电转换部34和信号配线层35。
图16示出了共用型片上透镜81的顶视图。如本图所示，共用型片上透镜81是由两个共用型片上透镜81-1和81-2形成的，以覆盖三个邻接的相位差检测像素80。即，图14和图15所示的第四构造例具有其中三个相位差检测像素80共用两个共用型片上透镜81-1和81-2的构造。
需要注意的是，共用两个共用型片上透镜81-1和81-2的三个相位差检测像素80中的中央相位差检测像素80的像素开口的大致一半被覆盖且被遮光。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第五构造例
接着，将说明应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第五构造例。图17是应用本发明的固体摄像器件中的四个邻接像素的示意性断面图。在本图中，位于左侧的三个像素是作为第五构造例的相位差检测像素90。
作为第五构造例的相位差检测像素90是通过将作为第四构造例的相位差检测像素80的共用型片上透镜81替换为共用型片上透镜91而获得的。像共用型片上透镜81一样，共用型片上透镜91是由两个共用型片上透镜91-1和91-2形成的，以覆盖三个邻接的相位差检测像素90。
图18示出了覆盖三个相位差检测像素90的两个共用型片上透镜91-1和91-2以及邻接的正常像素30的分立型片上透镜31的顶视图。
在使用与分立型片上透镜31的制造方法类似的制造方法来形成共用型片上透镜91的情况下，分立型片上透镜31被镶嵌得在邻接像素之间基本上没有间隙，且分立型片上透镜31的形状大致是矩形。另一方面，共用型片上透镜91的形状大致是六边形。于是，正常像素30与相位差检测像素90的聚光元件结构(片上透镜)之间没有形成间隙。因此，可以提高相位差检测像素的灵敏度。
在三个邻接的相位差检测像素被两个共用型片上透镜覆盖的情况下的器件灵敏度与入射光的入射角的关系
图19是用于说明在三个邻接的相位差检测像素被两个共用型片上透镜覆盖的情况下的器件灵敏度与入射光的入射角的关系。
在本图的上部中，示出了具有左半部分被遮光的像素开口的常规类型的相位差检测像素A和具有右半部分被遮光的像素开口的常规类型的相位差检测像素B的器件灵敏度的入射角依赖关系。遮光是通过使用金属遮光膜而被执行的。相位差检测像素A对正入射角的光具有更高的灵敏度。与此相反，相位差检测像素B对以负角进入的光具有更高的灵敏度。基于相位差检测像素A和B的信号电平之差来计算用于AF的相位差信息。
在本图的中部中，示出了作为本发明的第一构造例的被一个共用型片上透镜41覆盖的两个相位差检测像素40A和40B的器件灵敏度的入射角依赖关系。相位差检测像素40A对正入射角的光具有更高的灵敏度。与此相反，相位差检测像素40B对以负角入射的光具有更高的灵敏度。需要注意的是，为了比较，该曲线图中的虚线对应于本图的上部中所示的常规相位差检测像素A和B。如本图所示，在作为第一构造例的相位差检测像素40A和40B中，不会发生由于遮光而造成的灵敏度下降。因此，能够在所有入射角处获得比常规相位差检测像素的灵敏度高的灵敏度。
在本图的下部中，示出了作为本发明的第四构造例的被两个共用型片上透镜81覆盖的三个相位差检测像素80A、80B和80C以及被两个共用型片上透镜81覆盖的三个相位差检测像素80D、80E和80F的器件灵敏度的入射角依赖关系。应当注意的是，相位差检测像素80B具有左半部分被遮光的像素开口且相位差检测像素80E具有右半部分被遮光的像素开口。
相位差检测像素80A对正入射角的光具有更高的灵敏度。与此相反，相位差检测像素80C对负入射角的光具有更高的灵敏度。此外，相位差检测像素80B的像素开口从该像素开口的中心到左侧被遮光。因此，相位差检测像素80B具有相对低的灵敏度。此外，相位差检测像素80B具有峰值灵敏度时的负入射角比相位差检测像素80C具有峰值灵敏度时的负入射角大。
相位差检测像素80F对负入射角的光具有更高的灵敏度。与此相反，相位差检测像素80D对正入射角的光具有更高的灵敏度。此外，相位差检测像素80E的像素开口从该像素开口的中心到右侧被遮光。因此，相位差检测像素80E具有相对低的灵敏度。此外，相位差检测像素80E具有峰值灵敏度时的正入射角比相位差检测像素80D具有峰值灵敏度时的正入射角大。
基于多个相位差检测像素80的信号电平之差来计算用于像面相位差AF的相位差信息。各相位差检测像素80具有峰值灵敏度时的角度的范围变宽，且因此能够针对宽的主光束范围的光来检测相位差。
像素阵列的变化
图20示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的布置示例。应当注意的是，本图提取了固体摄像器件中的6×6＝36个像素的像素范围，且本图中的R、G和B分别表示彩色滤光片层32的各个像素的颜色。需要注意的是，彩色滤光片层32在除了相位差检测像素40以外的正常像素30中的颜色布置是基于其中由4(＝2×2)个像素构成一个单元的拜耳阵列的。需要注意的是，所述单元内的R、G和B的各彩色滤光片的布置不限于本图所示的这种布置，且能够发生改变。或者，彩色滤光片层32的各像素的颜色配置也不限于R、G和B，且能够发生改变。这同样适用于下面的附图。
在本图的布置示例中，相位差检测像素40被布置在从本图的上侧算起的整个第三行中。相同颜色(在这种情况下，G)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被一个共用型片上透镜41覆盖。
通过将这一行中的所有像素设定为相位差检测像素40，既能够实现高精度、高灵敏度的相位差检测，又能够实现由于拜耳阵列而产生的高分辨率图像。
图21示出了把图20的布置示例中的相位差检测像素40偏移了一列的布置示例。在一个固体摄像器件中，如在图20的布置示例和图21的布置示例中，相位偏移了半个相位的相位差检测像素40被混在一起是有利的。图22是通过针对于图20的布置示例还将相位差检测像素40进一步布置在从本图的上侧算起的第五行的所有像素中而获得的。图22示出了假设2×4个像素中的FD加法的布置示例。通过采用能够与FD加法对应的使相同相位的相位差检测像素的输出信号相加的布置，既可以实现高精度、高灵敏度的相位差检测，又可以实现由于拜耳阵列而产生的高分辨率图像。
图23示出了这样的布置示例：在该布置示例中，相位差检测像素40被布置在位于本图中央处的4(＝2×2)个像素中，并且相同颜色(在这种情况下，G)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被水平细长的共用型片上透镜41覆盖。
图24示出了把图23的布置示例中的相位差检测像素40偏移了一列的布置示例。在一个固体摄像器件中，如在图23的布置示例和图24的布置示例中，相位偏移了半个相位的相位差检测像素40被混在一起是有利的。图25示出了这样的布置示例：在该布置示例中，相位差检测像素40被布置在位于本图中央处的4(＝2×2)个像素中，并且相同颜色(在这种情况下，G)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被垂直细长的共用型片上透镜41覆盖。
图26示出了这样的布置示例：在该布置示例中，相位差检测像素40被布置在位于本图中央处的4(＝2×2)个像素中，并且相同颜色(在这种情况下，G)的四个相位差检测像素40被一个共用型片上透镜41覆盖。
图27示出了这样的布置示例：在该布置示例中，颜色布置基于拜耳阵列的相位差检测像素40被布置在位于本图中央处的4(＝2×2)个像素中，并且不同颜色(在这种情况下，R和G、G和B)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被水平细长的共用型片上透镜41覆盖。
图28示出了把图27的布置示例中的相位差检测像素40偏移了一列的布置示例。具体地，在本布置示例中，不同颜色(在这种情况下，G和R、B和G)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被水平细长的共用型片上透镜41覆盖。在一个固体摄像器件中，如在图27的布置示例和图28的布置示例中，相位偏移了半个相位的相位差检测像素40被混在一起是有利的。图29示出了这样的布置示例：在该布置示例中，颜色布置基于拜耳阵列的相位差检测像素40被布置在位于本图中央处的8(＝2×4)个像素中，不同颜色(在这种情况下，G和B、R和G)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被水平细长的共用型片上透镜41覆盖，且假设2×4个像素中的FD加法。
图30示出了这样的布置示例：在该布置示例中，颜色布置基于拜耳阵列的相位差检测像素40被布置在位于本图中央处的4(＝2×2)个像素中，且不同颜色(在这种情况下，R和G、G和B)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被垂直细长的共用型片上透镜41覆盖。
图31示出了这样的布置示例：在该布置示例中，颜色布置基于拜耳阵列的相位差检测像素40被布置在从本图的上侧算起的第三行和第四行的所有像素中，且不同颜色(在这种情况下，R和G、G和B)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被水平细长的共用型片上透镜41覆盖。
图32示出了把图31的布置示例中的相位差检测像素40的相位偏移了半个相位的布置示例。在一个固体摄像器件中，如在图31的布置示例和图32的布置示例中，相位偏移了半个相位的相位差检测像素40被混在一起是有利的。图33示出了这样的布置示例：在该布置示例中，颜色布置基于拜耳阵列的相位差检测像素40被布置在从本图的上侧算起的第二行至第五行的所有像素中，不同颜色(在这种情况下，G和B、R和G)的相位差检测像素40以每组两个像素的方式被水平细长的共用型片上透镜41覆盖，且假设2×4个像素中的FD加法。
图34示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的布置示例。图34提取且示出了固体摄像器件的16(＝4×4)个像素或24(＝6×4)个像素。
在本图的A的布置示例中，关于相位差检测像素40，对G具有选择性灵敏度(被G的彩色滤光片覆盖)的两个像素被一个共用型片上透镜41覆盖，且多组这样的两个像素以在各行中彼此不邻接的方式而按照棋盘图案被布置着。关于正常像素30，对相同颜色具有选择性灵敏度(被相同颜色的彩色滤光片覆盖)的两个像素被布置成在行方向上彼此邻接。
在本图的B的布置示例中，关于相位差检测像素40，对G具有选择性灵敏度的两个像素被一个共用型片上透镜41覆盖，且多组这样的两个像素以在各行中彼此不邻接的方式而按照棋盘图案被布置着。关于正常像素30，它们在第N行中以R和B的顺序而被布置着并在第N+1行中以B和R的顺序而被布置着。
在本图的C的布置示例中，关于相位差检测像素40，对G具有选择性灵敏度的两个像素被一个共用型片上透镜41覆盖，且多组这样的两个像素以在各行中彼此不邻接的方式而按照棋盘图案被布置着。关于正常像素30，它们在各行中以R和B的顺序而被布置着。
在本图的D的布置示例中，关于相位差检测像素40，对G具有选择性灵敏度的两个像素被一个共用型片上透镜41覆盖，且多组这样的两个像素以在各行中彼此不邻接的方式而按照棋盘图案被布置着。关于正常像素30，R和B存在于所有的行和列中。成对的两个相位差检测像素40的两侧总是布置有相同颜色。
图35示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的布置示例。图35提取且示出了固体摄像器件的16(＝4×4)个像素。在本图的A至本图的D所示的布置示例中，对G具有选择性灵敏度的相位差检测像素40以水平(行)条状样式被连续地布置着，且相位差检测像素40的相位在所有行中是共同的。
在本图的A的情况下，关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30以如下的方式而被布置着：各行的R和B的布置是相同的、并且相同颜色是不连续的。
在本图的B的情况下，关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30被布置成使得相同颜色能够连续。
在本图的C的情况下，关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30以如下的方式而被布置着：各行的R和B的布置是不同的、并且相同颜色是不连续的。
在本图的D的情况下，正常像素的布置从本图的B所示的布置示例偏移了一列。
图36示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的布置示例。图36提取且示出了固体摄像器件的16(＝4×4)个像素。在本图的A至本图的D所示的布置示例中，对G具有选择性灵敏度的相位差检测像素40以水平(行)条状样式被连续地布置着，并且以相位差检测像素40的相位在各行中偏移半个相位的方式而被布置着。
在本图的A的情况下，关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30以各行的R和B的布置是相同的并且相同颜色是不连续的方式而被布置着。
在本图的B的情况下，关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30被布置成使得相同颜色能够连续。
在本图的C的情况下，关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30以各行的R和B的布置是不同的并且相同颜色是不连续的方式而被布置着。
在本图的D的情况下，正常像素的布置从本图的B所示的布置示例偏移了一列。
图37示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的布置示例。图37提取且示出了固体摄像器件的16(＝4×4)个像素。应当注意的是，在本图的布置示例中，将相位差检测像素40的彩色滤光片层的颜色设定为R或B。
即，在本图的A所示的布置示例中，对R具有选择性灵敏度的相位差检测像素40以水平条状样式被连续地布置着，并且以相位差检测像素40的相位在各行中偏移半个相位的方式而被布置着。关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30以如下的方式而被布置着：各行中的G和B的布置是不同的、并且相同颜色是不连续的。
在本图的B所示的布置示例中，对B具有选择性灵敏度的相位差检测像素40以水平条状样式被连续地布置着，并且以相位差检测像素40的相位在各行中偏移半个相位的方式而被布置着。关于正常像素30，如沿行方向所观察到的，正常像素30以如下的方式而被布置着：各行中的R和G的布置是不同的、并且相同颜色是不连续的。
如本图所示，相位差检测像素40的彩色滤光片层的颜色不限于G，且可以是R或B。在这种情况下，与覆盖相位差检测像素40的彩色滤光片的颜色被设定为G的情况相比，灵敏度大致是1/2。然而，覆盖相位差检测像素40的共用型片上透镜41的面积是覆盖正常像素30的分立型片上透镜31的面积的两倍。因此，相位差检测像素40和正常像素30的输出是相等的，且灵敏度比(sensitivity ratio)变得有利。
图38是图36的A所示的布置示例中的相位差检测像素40的构造的变型。本图的A示出了通过将与两个像素对应的相位差检测像素40的区域不均等地(1:3)分割成两个区域而获得的一种构造。本图的B示出了通过将与两个像素对应的相位差检测像素40的区域均等地分割成用于多视图的三个区域而获得的一种构造。如本图所示，如果以与1:1不同的比值将与两个像素对应的相位差检测像素40的区域适当地分割成多个区域，那么能够实现斜入射特性的改善。需要注意的是，图38所示的变型例可以进一步变型，且覆盖相位差检测像素40的彩色滤光片的颜色可以被设定为如图37所示的R或B。
图39示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的布置示例。图39提取且示出了固体摄像器件的16(＝4×4)个像素。在本图的A至本图的D所示的布置示例中，关于相位差检测像素40，对G具有选择性灵敏度的四个像素被一个共用型片上透镜41覆盖。关于正常像素30，它们对R或B具有选择性灵敏度，且这些正常像素30中的各者被分立型片上透镜31覆盖。
在本图的A的情况下，在除了G的相位差检测像素40以外的2×2像素区域中，仅布置有R的正常像素30或仅布置有B的正常像素30。
在本图的B的情况下，在除了G的相位差检测像素40以外的2×2像素区域中，R或B的相同颜色的正常像素30被布置成在列方向上彼此邻接。应当注意的是，R和B的正常像素30的布置在各个2×2像素区域中是不同的。
在本图的C的情况下，在除了G的相位差检测像素40以外的2×2像素区域中，R或B的相同颜色的正常像素30被布置成在列方向上彼此邻接。应当注意的是，R和B的正常像素30的布置在各个2×2像素区域中是相同的。
在本图的D的情况下，在除了G的相位差检测像素40以外的2×2像素区域中，R或B的相同颜色的正常像素30被布置成在斜线方向上彼此邻接。应当注意的是，R和B的正常像素30的布置在各个2×2像素区域中是相同的。
图40示出了应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素40的变型例的布置示例。图40提取且示出了固体摄像器件的18(＝6×3)个像素。在本变型例中，成对相位差检测像素被形成得在尺寸上大于正常像素的尺寸。成对相位差检测像素按照棋盘图案而被布置着。
在本图的A的情况下，对G具有选择性灵敏度的Gl和Gr是成对相位差检测像素。Gl和Gr被形成得在尺寸上大于对R或B具有选择性灵敏度的正常像素的尺寸。
在本图的B的情况下，对R具有选择性灵敏度的Rl和Rr以及对B具有选择性灵敏度的Bl和Br是成对相位差检测像素。Rl和Rr或者Bl和Br被形成得在尺寸上大于对G具有选择性灵敏度的正常像素的尺寸。
关于相位差检测像素的输出用作彩色信号的情况下的问题
顺便提及地，例如，如在图20等所示的布置示例中，在针对于特定颜色(在图20的情况下，G)将正常像素30和相位差检测像素40都布置在固体摄像器件上的情况下，能够通过使用位于相位差检测像素40附近的相同颜色的正常像素30的输出来补偿与该相位差检测像素40的位置对应的彩色信号。因此，仅需要将相位差检测像素40的输出只用于计算相位差信号的用途。
然而，例如，如在图34等所示的布置示例中，在特定颜色(在图34的情况下，G)的所有像素都被设定为相位差检测像素40的情况下，就不存在相同颜色的正常像素30。因此，需要使相位差检测像素40的输出不仅用于计算相位检测信号的用途而且还用作彩色信号。
应当注意的是，在相位差检测像素40的输出也用作彩色信号的情况下，与该特定颜色不同的颜色(在图34的情况下，R和B)的正常像素30的形状与片上透镜在形状上不同，且因此斜入射特性存在差异并且会发生下面的问题。将参照图41来说明该问题。
图41的A示出了由作为具有相同颜色的两个像素的相位差检测像素40构成的成对相位差检测像素共用一个共用型片上透镜41的情况。在本图中，将成对相位差检测像素中的一者称为相位差检测像素40l(左)且将另一者称为相位差检测像素40r(右)。
图41的B示出了相位差检测像素40l和40r在CRA＝0度时的斜入射特性。在本图中，横轴表示入射角，且纵轴表示灵敏度。此外，在图41的B中，曲线l表示相位差检测像素40l的斜入射特性，曲线r表示相位差检测像素40r的斜入射特性，且曲线n表示颜色与相位差检测像素40的颜色不同的正常像素30的斜入射特性。曲线l+r是通过使曲线l与曲线r相加而获得的曲线，且曲线2n是通过使曲线n的值增加一倍而获得的曲线。
如果表示相位差检测像素40l和相位差检测像素40r的相加值的曲线l+r与表示正常像素30的灵敏度的双倍值的曲线2n一致，那么相位差检测像素40l和40r的斜入射特性将会与正常像素30的斜入射特性一致。然而，如将从图41的B中清楚可见的，上述两种曲线彼此不一致。
关于如上所述的相位差检测像素40l和40r的斜入射特性与正常像素30的斜入射特性不同的固体摄像器件，在将该固体摄像器件组装在智能手机等所使用的定焦(fixed-focus)相机中的情况下，不会发生问题。然而，在将该固体摄像器件组装在档位(stop)F值和焦距f都可变的摄像装置(单反照相机或紧凑型照相机等)中的情况下，会发生如下这样的不便：相位差检测像素40l、40r和正常像素30的灵敏度比发生变化，且白平衡(WB：whitebalance)遭到破坏。
鉴于此，在下文中，将说明能够抑制上述不便的发生的、在斜入射特性上与正常像素的斜入射特性一致的相位差检测像素的构造例(应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第四构造例)。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第四构造例
图42的A示出了相位差检测像素的第四构造例。该相位差检测像素100被设定成具有与正常像素30的两个像素对应的尺寸。关于光电转换部，与正常像素30的两个像素对应的尺寸在水平方向上被分割成大致0.5:0.5:0.5:0.5的四个区域，且通过这四个区域中的各区域产生的电荷能够被单独地输出。在下文中，与正常像素30的两个像素对应的尺寸被分割成四个区域的相位差检测像素100将从本图的左侧开始依次被称为相位差检测像素100ll、相位差检测像素100l、相位差检测像素100r和相位差检测像素100rr。相位差检测像素100ll至100rr被一个共用型片上透镜覆盖。彩色滤光片层的颜色是共同的。
图42的B示出了相位差检测像素100ll、100l、100r和100rr在CRA＝0度时的斜入射特性。在本图中，横轴表示入射角，且纵轴表示灵敏度。此外，在图42的B中，曲线ll表示相位差检测像素100ll的斜入射特性，曲线l表示相位差检测像素100l的斜入射特性，曲线r表示相位差检测像素100r的斜入射特性，曲线rr表示相位差检测像素100rr的斜入射特性，且曲线n表示颜色与相位差检测像素100的颜色不同的正常像素30的斜入射特性。曲线l+r是通过使曲线l与曲线r相加而获得的曲线，且曲线2n是通过使曲线n的值增加一倍而获得的曲线。
如将从本图的B中清楚可见的，表示相位差检测像素100l和相位差检测像素100r的相加值的曲线l+r与表示正常像素30的灵敏度的双倍值的曲线2n大致一致。因此，在使用相位差检测像素100的输出作为彩色信号的情况下，相位差检测像素100l的输出和相位差检测像素100r的输出能够被相加以便被使用。关于相位差检测像素100ll和相位差检测像素100rr的输出，它们用于相位差检测信号的计算。
在配备有包括相位差检测像素100和正常像素30的固体摄像器件的摄像装置中，可以抑制由于这两种像素的斜入射特性不一致而造成的不便的发生。
图43是应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素100的布置示例。图43提取且示出了来自固体摄像器件的与正常像素30的24(＝4×6)个像素对应的区域。在本图的布置示例中，相位差检测像素100的彩色滤光片层的颜色被设定为G。在各行中，所有像素被设定为相位差检测像素100。相位差检测像素100的行以相位差检测像素100的相位交替地偏移半个相位的方式而被布置着。
顺便提及地，如果相位差检测像素100ll和相位差检测像素100rr的输出仅用于相位差检测信号的计算且不用作彩色信号，那么在具有更宽斜入射范围的镜头(具有小F值的镜头)中，一些信号不断地被收集到相位差检测像素100ll和相位差检测像素100rr，并且会发生灵敏度损失。鉴于此，相位差检测像素100ll和相位差检测像素100rr的输出也能够用作彩色信号。
具体地，通过使用相位差检测像素1000以及围绕它的相同颜色的相位差检测像素1001至1006的输出来计算与图43的A所示的相位差检测像素1000的位置对应的G成分的彩色信号100G。
100G＝100S(100B/100A)
这里，100S、100A和100B分别如下。
100S＝1000ll+1000l+1000r+1000rr
100A＝(z0(1000ll+1000l+1000r+1000rr)+z1(1001ll+1001l+1001r+1001rr)+z2(1002ll+1002l+1002r+1002rr)+z3(1003ll+1003l+1003r+1003rr)+z4(1004ll+1004l+1004r+1004rr)+z5(1005ll+1005l+1005r+1005rr)+z6(1006ll+1006l+1006r+1006rr))/(z0+z1+z2+z3+z4+z5+z6)
100B＝(z0(1000l+1000r)+z1(1001l+1001r)+z2(1002l+1002r)+z3(1003l+1003r)+z4(1004l+1004r)+z5(1005l+1005r)+z6(1006l+1006r))/(z0+z1+z2+z3+z4+z5+z6)
需要注意的是，100A和100B中的z0至z6是预定系数。例如，z0至z6可以都是1。可以以取决于距中心像素的空间距离的方式来进行加权。可以为相位差检测像素100的四种输出ll、l、r和rr设定进一步细分化的系数。仅需要考虑分辨率与SN(信噪)比之间的平衡来设定这些进一步细分化的系数。
在使斜入射特性与正常像素一致的同时，以这种方式计算得出的彩色信号100G能够降低噪声水平。因此，能够提高图像的SN比。
图44是应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素100的另一个布置示例。图44提取且示出了来自固体摄像器件的与正常像素30的18(＝6×3)个像素对应的区域。在本图的布置示例中，相位差检测像素100的彩色滤光片层的颜色被设定为B或R。G的两个像素的正常像素30、B的相位差检测像素100ll至100rr和R的相位差检测像素100ll至100rr是根据拜耳阵列而被布置的。
图45是应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素100的又一个布置示例。图45提取且示出了来自固体摄像器件的与正常像素30的16(＝4×4)个像素对应的区域。在本图的布置示例中，相位差检测像素100的彩色滤光片层的颜色被设定为B或R。在各行中，所有像素被设定为相位差检测像素100。相位差检测像素100的行以相位差检测像素100的相位交替地偏移半个相位的方式而被布置着。在相位差检测像素100的各行中，B的相位差检测像素100ll至100rr和R的相位差检测像素100ll至100rr被交替地布置着。
需要注意的是，固体摄像器件中的相位差检测像素100的颜色和布置不限于上述的布置示例。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第五构造例
图46的A示出了相位差检测像素的第五构造例。该相位差检测像素110被设定成具有与正常像素30的两个像素对应的尺寸。关于光电转换部，与正常像素30的两个像素对应的尺寸在水平方向上被分割成大致0.5:1:0.5的三个区域，且通过这三个区域中的各区域产生的电荷能够被单独地输出。在下文中，通过将与正常像素30的两个像素对应的尺寸分割成三个区域而获得的相位差检测像素110从本图的左侧开始依次被称为相位差检测像素110l、相位差检测像素110c和相位差检测像素110r。相位差检测像素110l、110c和110r被一个共用型片上透镜覆盖。彩色滤光片层的颜色是共同的。
图46的B示出了相位差检测像素110l、110c和110r在CRA＝0度时的斜入射特性。在本图中，横轴表示入射角，且纵轴表示灵敏度。此外，在图46的B中，曲线l表示相位差检测像素110l的斜入射特性，曲线c表示相位差检测像素110c的斜入射特性，曲线r表示相位差检测像素110r的斜入射特性，且曲线n表示颜色与相位差检测像素110的颜色不同的正常像素30的斜入射特性。曲线2n是通过使曲线n的值增加一倍而获得的曲线。
如将从本图的B中清楚可见的，表示相位差检测像素110c的灵敏度的曲线c与表示正常像素30的灵敏度的双倍值的曲线2n大致一致。因此，在使用相位差检测像素110的输出作为彩色信号的情况下，使用相位差检测像素110c的输出。关于相位差检测像素110l和相位差检测像素110r的输出，它们用于相位差检测信号的计算。
在配备有包括相位差检测像素110和正常像素30的固体摄像器件的摄像装置中，可以抑制由于这两种像素的斜入射特性不一致而造成的不便的发生。
图47是应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素110的布置示例。图47提取且示出了来自固体摄像器件的与正常像素30的24(＝4×6)个像素对应的区域。在本图的布置示例中，相位差检测像素110的彩色滤光片层的颜色被设定为G。在各行中，所有像素被设定为相位差检测像素110。相位差检测像素110的行以相位差检测像素110的相位交替地偏移半个相位的方式而被布置着。
顺便提及地，如果相位差检测像素110l和相位差检测像素110r的输出仅用于相位差检测信号的计算且不用作彩色信号，那么在具有更宽斜入射范围的镜头(具有小F值的镜头)中，一些信号不断地被收集到相位差检测像素110l和相位差检测像素110r，并且会发生灵敏度损失。鉴于此，相位差检测像素110l和相位差检测像素110r的输出也能够用作彩色信号。
具体地，通过使用相位差检测像素1100以及围绕它的相同颜色的相位差检测像素1101至1106的输出来计算与图47的A所示的相位差检测像素1100的位置对应的G成分的彩色信号100G。
110G＝110S(110B/110A)
这里，110S、110A和110B分别如下。
110S＝1100l+1100l+1100r
110A＝(z0(1100l+1100c+1100r)+z1(1101l+1101c+1101r)+z2(1102l+1102c+1102r)+z3(1103l+1103c+1103r)+z4(1104l+1104c+1104r)+z5(1105l+1105c+1105r)+z6(1106l+1106c+1106r))/(z0+z1+z2+z3+z4+z5+z6)
110B＝(z0(1100l+1100r)+z1(1101l+1101r)+z2(1102l+1102r)+z3(1103l+1103r)+z4(1104l+1104r)+z5(1105l+1105r)+z6(1106l+1106r))/(z0+z1+z2+z3+z4+z5+z6)
需要注意的是，110A和110B中的z0至z6是预定系数。例如，z0至z6可以都是1。可以以取决于距中心像素的空间距离的方式来进行加权。可以为相位差检测像素110的三种输出l、c和r设定进一步细分化的系数。仅需要考虑分辨率与SN比之间的平衡来设定这些进一步细分化的系数。
在使斜入射特性与正常像素一致的同时，以这种方式计算得出的彩色信号100G能够降低噪声水平。因此，能够提高图像的SN比。
需要注意的是，固体摄像器件中的相位差检测像素110的颜色和布置不限于上述的布置示例中的颜色和布置。例如，可应用与图43至图45的颜色和布置类似的颜色和布置。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第六构造例
图48示出了固体摄像器件中的相位差检测像素的第六构造例和相位差检测像素的布置示例。该相位差检测像素120被设定成具有与正常像素30的尺寸的四倍一样大小的尺寸。关于光电转换部，与正常像素30的四个像素对应的尺寸在垂直方向和水平方向上均被分割成大致0.5:0.5:0.5:0.5的四个区域，且通过这些区域中的各区域产生的电荷能够被单独地输出。相位差检测像素120被一个共用型片上透镜覆盖。各分割区域的彩色滤光片层的颜色是共同的。此外，在本图的布置示例中，关于相位差检测像素120，彩色滤光片层的颜色被设定为G。在固体摄像器件中，G的相位差检测像素120以及B或R的正常像素30是根据拜耳阵列而被布置的。
需要注意的是，尽管省略了图示，但是相位差检测像素120的斜入射特性类似于图42的B的斜入射特性。因此，在使用相位差检测像素120的输出作为彩色信号的情况下，使用相位差检测像素120的位于16个分割块的中心处的四个块的输出。其他块的输出仅用于相位差检测信号的计算且不用作彩色信号。
图49示出了固体摄像器件中的相位差检测像素120的布置示例。在本图的布置示例中，关于相位差检测像素120，彩色滤光片层的颜色被设定为B或R。在固体摄像器件中，B或R的相位差检测像素120以及G的正常像素30是根据拜耳阵列而被布置的。
需要注意的是，固体摄像器件中的相位差检测像素120的颜色和布置不限于上述的布置示例中的颜色和布置。
在配备有包括相位差检测像素120和正常像素30的固体摄像器件的摄像装置中，可以抑制由于这两种像素的斜入射特性不一致而造成的不便的发生。
应用本发明的固体摄像器件中的相位差检测像素的第七构造例
图50示出了固体摄像器件中的相位差检测像素的第七构造例和相位差检测像素的布置示例。该相位差检测像素130被设定成具有与正常像素30的尺寸的四倍一样大小的尺寸。关于光电转换部，与正常像素30的四个像素对应的尺寸在垂直方向和水平方向上均被分割成大致0.5:1:0.5的三个区域，且通过这些区域中的各区域产生的电荷能够被单独地输出。相位差检测像素130被一个共用型片上透镜覆盖。各分割区域的彩色滤光片层的颜色是共同的。此外，在本图的布置示例中，关于相位差检测像素130，彩色滤光片层的颜色被设定为G。在固体摄像器件中，G的相位差检测像素130以及B或R的正常像素30是根据拜耳阵列而被布置的。
需要注意的是，尽管省略了图示，但是相位差检测像素130的斜入射特性类似于图46的B的斜入射特性。因此，在使用相位差检测像素130的输出作为彩色信号的情况下，使用相位差检测像素130的位于9个分割块的中心处的一个块的输出。其他块的输出仅用于相位差检测信号的计算且不用作彩色信号。
图51示出了固体摄像器件中的相位差检测像素130的布置示例。在本图的布置示例中，关于相位差检测像素130，彩色滤光片层的颜色被设定为B或R。在固体摄像器件中，B或R的相位差检测像素130以及G的正常像素30是根据拜耳阵列而被布置的。
需要注意的是，固体摄像器件中的相位差检测像素130的颜色和布置不限于上述的布置示例中的颜色和布置。
在配备有包括相位差检测像素130和正常像素30的固体摄像器件的摄像装置中，可以抑制由于这两种像素的斜入射特性不一致而造成的不便的发生。
应用本发明的固体摄像器件的使用示例
图52是示出了使用上述的固体摄像器件的使用示例的图。
固体摄像器件能够用于如下的对诸如可见光、红外光、紫外光和X射线等光进行感测的各种情况。
·用于对图像进行摄影以供观看的装置，诸如数码照相机和配备有照相机的便携式装置等。
·用于交通用途的装置，诸如为了例如自动停车等安全驾驶、识别驾驶员状态等，对汽车的前方、后方、周围、内部进行摄影的车载相机；对行驶车辆和道路进行监视的监视相机；以及对车辆之间的距离进行测量的测距传感器。
·用于诸如TV、冰箱和空调等家用电器的装置，这类装置对用户的姿态进行摄影且根据该姿态来执行装置操作。
·用于医疗保健用途的装置，诸如内窥镜和通过接收红外光而对血管进行摄影的装置等。
·用于安保用途的装置，诸如用于预防犯罪用途的监视相机和用于身份认证用途的相机等。
·用于美容护理用途的装置，诸如对皮肤进行摄影的皮肤测量装置和对头皮进行摄影的显微镜等。
·用于运动用途的装置，诸如用于运动用途的运动相机和可穿戴式相机等。
·用于农业用途的装置，诸如用于监视田地和农作物的状态的相机等。
本发明的实施例不限于上述的实施例，且能够在不偏离本发明的实质的情况下做出各种改变。
本发明也能够采用下面的实施方案。
(1)一种固体摄像器件，在所述固体摄像器件中，以混合的方式布置有正常像素和相位差检测像素，所述正常像素产生图像的像素信号，且所述相位差检测像素产生在计算用于控制像面相位差AF功能的像素信号时所要使用的像素信号，
其中，在所述相位差检测像素中，以与每组多个邻接相位差检测像素对应的方式形成有共用型片上透镜，所述共用型片上透镜用于将入射光聚集到光电转换部，所述光电转换部产生在计算所述相位差信号时所要使用的像素信号。
(2)根据(1)所述的固体摄像器件，其中，
在所述正常像素中，以与各个所述正常像素对应的方式形成有分立型片上透镜，所述分立型片上透镜用于将入射光聚集到产生图像的像素信号的光电转换部。
(3)根据(1)或(2)所述的固体摄像器件，
在所述正常像素与所述正常像素之间以及在所述正常像素与所述相位差检测像素之间设置有像素间遮光结构。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
在所述相位差检测像素与所述相位差检测像素之间也设置有像素间遮光结构。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
所述相位差检测像素包括对所述光电转换部的开口进行限制的开口遮光结构。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
在所述相位差检测像素中，以与每组两个邻接像素对应的方式形成有一个所述共用型片上透镜。
(7)根据(1)至(5)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
在所述相位差检测像素中，以与每组三个邻接像素对应的方式形成有两个所述共用型片上透镜。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
形成于所述正常像素中的所述分立型片上透镜与形成于所述相位差检测像素中的所述共用型片上透镜之间的边界大致是矩形或者大致是六边形。
(9)根据(1)至(6)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
在形成于所述正常像素中的所述分立型片上透镜与形成于所述多个邻接相位差检测像素中的所述共用型片上透镜之间形成有伪聚光元件结构。
(10)根据(9)所述的固体摄像器件，其中，
所述伪聚光元件结构以相对于共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素呈非对称的方式而被形成。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素按照棋盘图案而被布置着。
(12)根据(1)至(10)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
所述相位差检测像素在行方向和列方向中的至少一个方向上呈直线状而被布置着。
(13)根据(1)至(10)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
所述相位差检测像素在行方向和列方向中的至少一个方向上呈条状样式地布置着。
(14)根据(13)所述的固体摄像器件，其中，
呈条状地布置在彼此相邻的各条中的所述相位差检测像素具有彼此偏移的相位。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
以与各个像素对应的方式设置有对三种以上的不同波长具有选择性灵敏度的彩色滤光片，且
共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素包括对相同波长具有选择性灵敏度的所述彩色滤光片。
(16)根据(1)至(14)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
以与各个像素对应的方式设置有对三种以上的不同波长具有选择性灵敏度的彩色滤光片，且
共用所述共用型片上透镜的所述多个相位差检测像素包括对不同波长具有选择性灵敏度的所述彩色滤光片。
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
所述相位差检测像素的像素尺寸大于所述正常像素的像素尺寸。
(18)根据(1)至(15)中任一项所述的固体摄像器件，其中，
包括有对三种以上的不同波长中的特定波长具有选择性灵敏度的彩色滤光片的所有像素都是所述相位差检测像素，且
所述相位差检测像素的输出也用作图像的像素信号。
(19)根据(18)所述的固体摄像器件，其中，
共用所述共用型片上透镜的所述相位差检测像素的尺寸是所述正常像素的尺寸的整数倍，
所述相位差检测像素的所述光电转换部被分割成包括中心区域的多个区域，从所述中心区域能够获得与所述正常像素的所述光电转换部的斜入射特性相同的斜入射特性，且
所述中心区域的输出也用作图像的像素信号。
(20)根据(19)所述的固体摄像器件，其中，
共用所述共用型片上透镜的所述相位差检测像素的尺寸是所述正常像素的尺寸的两倍，
所述相位差检测像素的所述光电转换部被分割成大致0.5:1:0.5的三个区域，且
与上述比值中的1对应的那个区域的输出也用作图像的像素信号。
(21)根据(19)所述的固体摄像器件，其中，
共用所述共用型片上透镜的所述相位差检测像素的尺寸是所述正常像素的尺寸的两倍，
所述相位差检测像素的所述光电转换部被分割成大致0.5:0.5:0.5:0.5的四个区域，且
与上述比值中的位于中央处的0.5和0.5分别对应的那两个区域的输出的相加值也用作图像的像素信号。
(22)一种电子装置，其包括固体摄像器件，
在所述固体摄像器件中，以混合的方式布置有正常像素和相位差检测像素，所述正常像素产生图像的像素信号，且所述相位差检测像素产生在计算用于控制像面相位差AF功能的相位差信号时时所要使用的像素信号，
其中，在所述相位差检测像素中，以与每组多个邻接相位差检测像素对应的方式形成有共用型片上透镜，所述共用型片上透镜用于将入射光聚集到光电转换部，所述光电转换部产生在计算所述相位差信号时所要使用的像素信号。
附图标记的列表
30 正常像素
31 分立型片上透镜
32 彩色滤光片层
33 像素间遮光结构
34 光电转换部
35 信号配线层
40 相位差检测像素
41 共用型片上透镜
50 相位差检测像素
51、52 共用型片上透镜
53 伪聚光元件结构
60、80、90、100、110、120、130 相位差检测像素。

Claims (41)

1.一种成像器件，包括：
半导体基板，包括第一光电转换区、第二光电转换区、第三光电转换区、第四光电转换区和第五光电转换区，所述第一光电转换区、所述第二光电转换区和所述第三光电转换区沿第一方向布置，所述第一光电转换区布置为邻近所述第二光电转换区，所述第二光电转换区布置为邻近所述第三光电转换区，所述第四光电转换区、所述第二光电转换区和所述第五光电转换区沿与所述第一方向垂直的第二方向布置，所述第四光电转换区布置为邻近所述第二光电转换区，并且所述第二光电转换区布置为邻近所述第五光电转换区；
第一片上透镜，布置在所述第一光电转换区上方；
第二片上透镜，布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上方；
第三片上透镜，布置在所述第四光电转换区上方；
第四片上透镜，布置在所述第五光电转换区上方；以及
第一彩色滤光片，布置在所述第一光电转换区、所述第二光电转换区、所述第三光电转换区、所述第四光电转换区和所述第五光电转换区上方，并且在所述第一片上透镜、所述第二片上透镜、所述第三片上透镜和所述第四片上透镜下方，
其中，所述第一片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同，
其中，所述第三片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同，并且
其中，所述第四片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同。
2.根据权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一光电转换区、所述第二光电转换区和所述第三光电转换区被配置为接收从所述第一彩色滤光片透射的光。
3.根据权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一片上透镜被配置为将入射光聚焦到所述第一光电转换区上，并且所述第二片上透镜被配置为将入射光聚焦到所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上。
4.根据权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一彩色滤光片使绿色光通过。
5.根据权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一光电转换区与所述第二光电转换区和所述第三光电转换区中的一者的尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的成像器件，其中，从上面观察时，所述第二片上透镜具有六边形。
7.根据权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一片上透镜比所述第二片上透镜小。
8.根据权利要求1所述的成像器件，其中，相位差被配置为通过所述第二光电转换区和所述第三光电转换区的输出来检测。
9.根据权利要求1所述的成像器件，其中，第一隔离区布置在所述第一光电转换区和所述第二光电转换区之间，并且其中，第二隔离区布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区之间。
10.根据权利要求9所述的成像器件，其中，在所述第一隔离区上方设置有遮光部。
11.根据权利要求9所述的成像器件，其中，在所述第二隔离区上方没有设置遮光部。
12.根据权利要求1所述的成像器件，其还包括布置在所述半导体基板下方的配线层。
13.根据权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一方向是所述半导体基板的横向方向。
14.一种配备有照相机的移动设备，包括根据权利要求1所述的成像器件。
15.一种成像器件，包括：
半导体基板，包括第一光电转换区、第二光电转换区、第三光电转换区、第四光电转换区和第五光电转换区，所述第一光电转换区、所述第二光电转换区和所述第三光电转换区沿第一方向布置，所述第一光电转换区布置为邻近所述第二光电转换区，所述第二光电转换区布置为邻近所述第三光电转换区，所述第四光电转换区、所述第二光电转换区和所述第五光电转换区沿与所述第一方向垂直的第二方向布置，所述第四光电转换区布置为邻近所述第二光电转换区，并且所述第二光电转换区布置为邻近所述第五光电转换区；
第一片上透镜，布置在所述第一光电转换区上方；
第二片上透镜，布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上方；
第三片上透镜，布置在所述第四光电转换区上方；
第四片上透镜，布置在所述第五光电转换区上方；
第一彩色滤光片，布置在所述第一光电转换区上方且在所述第一片上透镜下方；
第二彩色滤光片，布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上方且在所述第二片上透镜下方；
第三彩色滤光片，布置在所述第四光电转换区上方且在所述第三片上透镜下方；以及
第四彩色滤光片，布置在所述第五光电转换区上方且在所述第四片上透镜下方，
其中，所述第一片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同，
其中，所述第三片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同，并且
其中，所述第四片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同。
16.根据权利要求15所述的成像器件，其中，所述第一光电转换区被配置为接收从所述第一彩色滤光片透射的光，并且所述第二光电转换区和所述第三光电转换区被配置为接收从所述第二彩色滤光片透射的光。
17.根据权利要求15所述的成像器件，其中，所述第一片上透镜被配置为将入射光聚焦到所述第一光电转换区上，并且所述第二片上透镜被配置为将入射光聚焦到所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上。
18.根据权利要求15所述的成像器件，其中，所述第一彩色滤光片和所述第二彩色滤光片使绿色光通过。
19.根据权利要求15所述的成像器件，其中，所述第一光电转换区与所述第二光电转换区和所述第三光电转换区中的一者的尺寸相同。
20.根据权利要求15所述的成像器件，其中，从上面观察时，所述第二片上透镜具有六边形。
21.根据权利要求15所述的成像器件，其中，所述第一片上透镜比所述第二片上透镜小。
22.根据权利要求15所述的成像器件，其中，相位差被配置为通过所述第二光电转换区和所述第三光电转换区的输出来检测。
23.根据权利要求15所述的成像器件，其中，第一隔离区布置在所述第一光电转换区和所述第二光电转换区之间，并且其中，第二隔离区布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区之间。
24.根据权利要求23所述的成像器件，其中，在所述第一隔离区上方设置有遮光部。
25.根据权利要求23所述的成像器件，其中，在所述第二隔离区上方没有设置遮光部。
26.根据权利要求15所述的成像器件，其还包括布置在所述半导体基板下方的配线层。
27.根据权利要求15所述的成像器件，其中，所述第一方向是所述半导体基板的横向方向。
28.一种配备有照相机的移动设备，包括根据权利要求15所述的成像器件。
29.一种成像器件，包括：
半导体基板，包括第一光电转换区、第二光电转换区、第三光电转换区、第四光电转换区和第五光电转换区，所述第一光电转换区、所述第二光电转换区和所述第三光电转换区沿第一方向布置，所述第一光电转换区布置为邻近所述第二光电转换区，所述第二光电转换区布置为邻近所述第三光电转换区，所述第四光电转换区、所述第二光电转换区和所述第五光电转换区沿与所述第一方向垂直的第二方向布置，所述第四光电转换区布置为邻近所述第二光电转换区，并且所述第二光电转换区布置为邻近所述第五光电转换区；
第一片上透镜，布置在所述第一光电转换区上方；
第二片上透镜，布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上方；
第三片上透镜，布置在所述第四光电转换区上方；以及
第四片上透镜，布置在所述第五光电转换区上方；
其中，所述第一光电转换区、所述第二光电转换区、所述第三光电转换区、所述第四光电转换区和所述第五光电转换区被配置为接收过滤至第一光谱的光，
其中，所述第一片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同，
其中，所述第三片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同，并且
其中，所述第四片上透镜与所述第二片上透镜的尺寸不同。
30.根据权利要求29所述的成像器件，其中，所述第一光电转换区、所述第二光电转换区和所述第三光电转换区被配置为接收绿色光。
31.根据权利要求29所述的成像器件，其中，所述第一片上透镜被配置为将入射光聚焦到所述第一光电转换区上，并且所述第二片上透镜被配置为将入射光聚焦到所述第二光电转换区和所述第三光电转换区上。
32.根据权利要求29所述的成像器件，其中，所述第一光电转换区与所述第二光电转换区和所述第三光电转换区中的一者的尺寸相同。
33.根据权利要求29所述的成像器件，其中，从上面观察时，所述第二片上透镜具有六边形。
34.根据权利要求29所述的成像器件，其中，所述第一片上透镜比所述第二片上透镜小。
35.根据权利要求29所述的成像器件，其中，相位差被配置为通过所述第二光电转换区和所述第三光电转换区的输出来检测。
36.根据权利要求29所述的成像器件，其中，第一隔离区布置在所述第一光电转换区和所述第二光电转换区之间，并且其中，第二隔离区布置在所述第二光电转换区和所述第三光电转换区之间。
37.根据权利要求36所述的成像器件，其中，在所述第一隔离区上方设置有遮光部。
38.根据权利要求36所述的成像器件，其中，在所述第二隔离区上方没有设置遮光部。
39.根据权利要求29所述的成像器件，其还包括布置在所述半导体基板下方的配线层。
40.根据权利要求29所述的成像器件，其中，所述第一方向是所述半导体基板的横向方向。
41.一种配备有照相机的移动设备，包括根据权利要求29所述的成像器件。
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