JP2014239290A - 焦点検出装置、電子機器、製造装置、製造方法 - Google Patents

焦点検出装置、電子機器、製造装置、製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】焦点検出精度を向上させる。【解決手段】マイクロレンズと、マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、受光部に受光させるための導波路であり、マイクロレンズと受光部の間に設けられる導波路と、受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部とを備える。マイクロレンズを介して入射された光のうち、所定の角度を有する方向からの光は、導波路により受光部に導かれる。本技術は、オートフォーカスを行う撮像装置に適用できる。【選択図】図６

Description

本技術は、焦点検出装置、電子機器、製造装置、製造方法に関する。詳しくは、より精度良く焦点を検出する焦点検出装置、電子機器、製造装置、製造方法に関する。
デジタルカメラにおけるオートフォーカス方式には、主に、コントラスト方式と位相差方式がある。コントラスト方式はレンズを動かし、一番コントラストの高いところを焦点が合ったところとする方法である。デジタルカメラの場合、撮像素子の画像の一部を読み出すことでオートフォーカスができ、他にオートフォーカス用の光学系を必要としない。
位相差方式は、いわゆる三角測量の技術を適用した方式であり、異なる２点から同一の被写体を見たときの角度差で距離を求める方式である。位相差方式の場合、レンズの異なる部分を通ってきた光での像、例えばレンズの右側と左側、それぞれの光束が用いられる。位相差方式では、測距することで、ピントの合っている位置まで、レンズをどれだけ動かす必要があるかが求められる。
像面位相差オートフォーカスは、撮像素子を用いて位相差方式でオートフォーカスを行う。撮像素子には、集光用のマイクロレンズが設けられており、このマイクロレンズに入射する光を制限する絞り部材を追加することで位相差オートフォーカス用の撮像素子とすることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１−１６５７３６号公報
コントラスト方式の場合、一番コントラストの高いところを探し出すために、レンズを前後に動かす必要があるため、焦点が合うまでに時間がかかる場合があった。コントラスト方式に対して位相差方式は、焦点位置を探し出すためにレンズを前後に動かすといった時間は必要ないため、高速なオートフォーカスを実現できる。
しかしながら、像面位相差方式では、マイクロレンズに入射する光を制限する絞り部材、例えば、遮光膜が設けられ、撮像素子に入射される光量が制限されてしまうため、感度が劣化してしまう。すなわち、像面位相差方式では、例えばレンズの右側と左側、それぞれの光束が用いられ、レンズに入射した光の一部が用いられるため、撮像素子に入射される光量が少なくなり、感度が劣化してしまう。
また、像面位相差方式では、例えばレンズの右側と左側、それぞれの光束が用いられるため、レンズの右側を通ってきた光は、右側用の撮像素子に入射され、レンズの左側を通ってきた光は、左側用の撮像素子に入射される必要がある。換言すれば、右側用の撮像素子に、レンズの左側を通ってきた光が入射しないように制御され、左側用の撮像素子に、レンズの右側を通ってきた光が入射しないように制御される必要がある。
特許文献１では、右側用の撮像素子に、レンズの左側を通ってきた光が入射しないように、また、左側用の撮像素子に、レンズの右側を通ってきた光が入射しないように、それぞれ制御するために、反射板を用い、不要な光を反射することが記載されている。しかしながら、特許文献１でも、撮像素子に入射される光量が少なくなり、感度が劣化してしまう。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、精度を高めた焦点の検出をことができるようにするものである。
本技術の一側面の焦点検出装置は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部とを備える。
前記導波路は、一部に受光角度に応じた側壁の傾きを有する非対称な形状であるようにすることができる。
前記導波路は、連続する前記受光部にそれぞれ設けられ、前記導波路と前記導波路の間の中央部分には、遮光膜が設けられるようにすることができる。
前記マイクロレンズは、前記連続する前記受光部に跨る位置に配置されるようにすることができる。
前記導波路の内部と外部は、異なる材料で構成され、前記内部の材料の屈折率と前記外部の材料の屈折率との差は、０．２以上であるようにすることができる。
前記導波路は、所定の角度以上で入射されてきた光を反射する反射板を含む構成とされているようにすることができる。
前記導波路上に配置される前記マイクロレンズは、前記導波路上に配置されない前記マイクロレンズよりも、レンズパワーが低くなるように構成されているようにすることができる。
前記反射板を構成する材料の屈折率の差は、０．２以上であるようにすることができる。
本技術の一側面の焦点検出装置においては、マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、受光部に受光させるための導波路であり、マイクロレンズと受光部の間に設けられる導波路が含まれる。
本技術の一側面の電子機器は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、前記導波路が備えられている前記受光部からの信号を用いて焦点を検出する検出部と、前記導波路が備えられていない前記受光部から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備える。
本技術の一側面の電子機器においては、マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、受光部に受光させるための導波路であり、マイクロレンズと受光部の間に設けられる導波路が含まれ、その導波路を介して受光部で受光された信号から焦点が検出される。
本技術の一側面の製造装置は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部とを備える焦点検出装置を製造する。
前記導波路を、リソグラフィ処理、ドライエッチング処理、および前記導波路を構成する材料の埋め込み処理を複数回繰り返すことで製造するようにすることができる。
本技術の一側面の製造方法は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部とを備える焦点検出装置を製造する。
前記導波路を、リソグラフィ処理、ドライエッチング処理、および前記導波路を構成する材料の埋め込み処理を複数回繰り返すことで製造するようにすることができる。
本技術の一側面の製造装置、製造方法においては、マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、受光部に受光させるための導波路であり、マイクロレンズと受光部の間に設けられる導波路が含まれる焦点検出装置が製造される。
本技術の一側面によれば、精度を高めた焦点の検出をことができる。
撮像装置の構成を示す図である。 固体撮像素子の構成を示す図である。 半導体パッケージの構成を示す図である。 位相差方式での焦点検出について説明するための図である。 位相差方式での焦点検出について説明するための図である。 本技術を適用した第１の実施の形態における焦点検出装置の構成を示す図である。 分岐型導波路の形状について説明するための図である。 分岐型導波路における集光について説明するための図である。 分岐型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 位相差画素の各種の設定について説明するための図である。 分岐型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 分岐型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 分岐型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 分岐型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 本技術を適用した第２の実施の形態における焦点検出装置の構成を示す図である。 異なる材質を利用した際の反射率について説明するための図である。 反射型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 反射型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 反射型導波路を備える位相差画素の特性について説明するための図である。 製造工程について説明するための図である。 製造工程について説明するための図である。
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．撮像装置の構成について
２．撮像素子の構成について
３．像面位相差方式によるオートフォーカスについて
４．第１の実施の形態における焦点検出装置の構成
５．第１の実施の形態における焦点検出装置の各部の設定
６．第２の実施の形態における焦点検出装置の構成
７．第２の実施の形態における焦点検出装置の各部の設定
８．製造について
＜撮像機器の構成＞
以下に説明する本技術は、デジタルカメラなどのオートフォーカス機構に適用できる。またオートフォーカスの方式として、主にコントラスト方式と位相差方式があるが、本技術は、位相差方式に適用でき、以下の説明においては、像面位相差オートフォーカスを例にあげて説明を行う。
像面位相差オートフォーカスは、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。
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、固体撮像素子（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及び電源部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。
レンズ群２１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子２２の撮像面上に結像する。固体撮像素子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。
ＤＳＰ回路２３は、固体撮像素子２２からの信号を処理する。例えば、詳細は後述するが、固体撮像素子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、固体撮像素子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。
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、固体撮像素子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、固体撮像素子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。
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及び操作部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。
上記の構成の撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置として用いることができる。そして、当該撮像装置において、固体撮像素子２２として、以下に説明する位相差画素を含む半導体パッケージを用いることができる。
＜撮像素子の構成について＞
図２は、固体撮像素子２２の構成を示す図であり、例えばＸ−Ｙアドレス方式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。
図２のＣＭＯＳイメージセンサ１００は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部１１１と、当該画素アレイ部１１１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１１２、カラム処理部１１３、水平駆動部１１４及びシステム制御部１１５から構成されている。
ＣＭＯＳイメージセンサ１００は更に、信号処理部１１８及びデータ格納部１１９を備えている。信号処理部１１８及びデータ格納部１１９については、本ＣＭＯＳイメージセンサ１００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１００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１１８及びデータ格納部１１９の各処理については、本ＣＭＯＳイメージセンサ１００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）回路やソフトウエアによる処理でも構わない。
画素アレイ部１１１は、受光した光量に応じた光電荷を生成しかつ蓄積する光電変換部を有する単位画素（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、即ち、行列状に２次元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（即ち、水平方向）を言い、列方向とは画素列の画素の配列方向（即ち、垂直方向）を言う。
画素アレイ部１１１において、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線１１６が行方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１１７が列方向に沿って配線されている。画素駆動線１１６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１１６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１１６の一端は、垂直駆動部１１２の各行に対応した出力端に接続されている。
垂直駆動部１１２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１１１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１１２は、当該垂直駆動部１１２を制御するシステム制御部１１５と共に、画素アレイ部１１１の各画素を駆動する駆動部を構成している。この垂直駆動部１１２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。
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１１１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シャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
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、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
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、単位画素における光電荷の露光期間となる。
垂直駆動部１１２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１１７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１１３は、画素アレイ部１１１の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線１１７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。
具体的には、カラム処理部１１３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）処理を行う。このカラム処理部１１３による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１１３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。
水平駆動部１１４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１１３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１１４による選択走査により、カラム処理部１１３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。
システム制御部１１５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１１２、カラム処理部１１３、及び、水平駆動部１１４などの駆動制御を行う。
信号処理部１１８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部１１３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１１９は、信号処理部１１８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。
図３は、本技術が適用される撮像装置である図２のＣＭＯＳイメージセンサ１００を構成する半導体パッケージの基本的な構成を模式的に示す断面図である。図３の半導体パッケージ２００は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを構成している。
図３に示した有効画素領域内の半導体パッケージ２００においては、支持基板２１１の上に、ＳｉＯ２からなる配線層２１２が形成され、配線層２１２の上にシリコン基板２１３が形成されている。支持基板２１１は、シリコン、ガラスエポキシ、ガラス、プラスチックなどが用いられる。シリコン基板２１３の表面には、各画素の光電変換部としての複数のフォトダイオード２１４（光学素子）が、所定の間隔で形成されている。
シリコン基板２１３及びフォトダイオード２１４の上には、ＳｉＯ２からなる保護膜２１５が形成されている。保護膜２１５の上には、隣接する画素への光の漏れ込みを防止するための遮光膜２１６が、隣接するフォトダイオード２１４の間に形成されている。なお後述するように、このような隣接する画素への光の漏れ込みを防止するための遮光膜２１６もあるが、焦点検出用の画素に、余計な光が入射しないようにするための遮光膜２１６もある。
保護膜２１５及び遮光膜２１６の上には、カラーフィルタを形成する領域を平坦化するための平坦化膜２１７が形成されている。平坦化膜２１７の上には、カラーフィルタ層２１８が形成されている。カラーフィルタ層２１８には、複数のカラーフィルタが画素毎に設けられており、各カラーフィルタの色は、例えば、ベイヤ配列に従って並べられている。
カラーフィルタ層２１８の上には、第１の有機材料層２１９が形成されている。この第１の有機材料層２１９は、アクリル系樹脂材料、スチレン系樹脂材料、エポキシ系樹脂材料などが用いられる。第１の有機材料層２１９の上には、マイクロレンズ２２０が形成されている。このように、フォトダイオード２１４を備える複数の層を有する基板上に、マイクロレンズ２２０が設けられる。マイクロレンズ２２０には、各画素のフォトダイオード２１４に光を集めるためのマイクロレンズが画素毎に形成されている。マイクロレンズ２２０は、無機材料層であり、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯｘＮｙ（ただし、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１である）が用いられる。
マイクロレンズ２２０上部には、カバーガラス２２１が第２の有機材料層２２２を介して接着されている。カバーガラス２２１は、ガラスに限らず、樹脂などの透明板が用いられても良い。マイクロレンズ２２０とカバーガラス２２１との間に、水分や不純物の浸入を防止するための保護膜が形成されてもよい。第２の有機材料層２２２は、第１の有機材料層２１９と同じく、アクリル系樹脂材料、スチレン系樹脂材料、エポキシ系樹脂材料などが用いられる。
なお、図３に示した構成は一例であり、他の構成、例えば、上記した各層だけでなく、他の層が追加されたり、または上記した層のうちのいずれかの層が削除されたような構成であっても、以下に説明する本技術は適用できる。
＜像面位相差方式によるオートフォーカスについて＞
図４は、像面位相差オートフォーカスについて説明するための図である。画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部１１１内の所定数の画素が位相差画素に割り当てられる。位相差画素は、画素アレイ部１１１内の所定の位置に複数設けられている。
図４に示した位相差画素の構成は、図２、３に示した固体撮像素子２２の一部分であり、位相差画素を含む部分を示した図であり、以下の説明に必要な部分を抽出して図示した図である。以下、位相差画素を含み、焦点検出を行う部分を含む装置を、適宜、焦点検出装置と記述する。
また、位相差画素とは、位相差方式で焦点を検出する際に用いられる画素であるとし、撮像用画素とは、位相差画素とは異なる画素であり、撮像用に用いられる画素であるとする。
図４に示した焦点検出装置は、レンズ群２１、マイクロレンズ２２０−１乃至２２０−４、遮光膜２１６−１乃至２１６−３、およびフォトダイオード２１４−１乃至２１４−４から構成されている。
図４に示した固体撮像素子のうち、フォトダイオード２１４−２とフォトダイオード２１４−３は、位相差画素として機能し、オートフォーカス（焦点検出）のための画像信号を取得するために画素とされている。フォトダイオード２１４−２とフォトダイオード２１４−３を間に挟む位置に配置されたフォトダイオード２１４−１とフォトダイオード２１４−４は、撮像用画素として用いられ、被写体からの光による画像信号を取得するための画素とされている。
フォトダイオード２１４−１は、マイクロレンズ２２０−１により集光された被写体からの光を受光し、フォトダイオード２１４−２は、マイクロレンズ２２０−２により集光された被写体からの光を受光し、フォトダイオード２１４−３は、マイクロレンズ２２０−３により集光された被写体からの光を受光し、フォトダイオード２１４−４は、マイクロレンズ２２０−４により集光された被写体からの光を受光するように構成されている。
遮光膜２１６−１は、マイクロレンズ２２０−１からの光が、フォトダイオード２１４−２に入射しないように、またマイクロレンズ２２０−２からの光が、フォトダイオード２１４−１に入射しないように設けられている。同様に、遮光膜２１６−３は、マイクロレンズ２２０−４からの光が、フォトダイオード２１４−３に入射しないように、またマイクロレンズ２２０−３からの光が、フォトダイオード２１４−４に入射しないように設けられている。
遮光膜２１６−１と遮光膜２１６−３は、このように、隣接する画素（フォトダイオード）に対して漏れる光を防ぐために設けられているため、隣接するフォトダイオード２１４の間に設けられている。このような遮光膜２１６に対して、遮光膜２１６−３は、隣接する画素（フォトダイオード）に対して漏れる光を防ぐ役割の他に、光の入射角を選択して受光する機能（以下、分離能力と記述する）実現するための機能も有する。
すなわち、図４に示すように、レンズ群２１のＡ側（図中左側）を通ってきた光は、フォトダイオード２１４−３に入射され、レンズ群２１のＢ側（図中右側）を通ってきた光は、フォトダイオード２１４−２に入射されるように、遮光膜２１６−２は、フォトダイオード２１４−２のほぼ中央から、フォトダイオード２１４−３のほぼ中央まで設けられている。
遮光膜２１６−２があることで、レンズ群２１の左部から来る光と右部から来る光を分離して受光することが可能となる。レンズ群２１の左部から来る光と右部から来る光を、それぞれフォトダイオード２１４−２とフォトダイオード２１４−３で受光することで、図５に示したようにして、フォーカス位置を検出することができる。
すなわち、後ピン時や前ピン時には、フォトダイオード２１４−２からの出力とフォトダイオード２１４−３からの出力が一致（対とされている位相差画素の出力が一致）しないが、合焦時には、フォトダイオード２１４−２からの出力とフォトダイオード２１４−３からの出力が一致（対とされている位相差画素の出力が一致）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。
このような位相差方式で、合焦位置が検出される場合、比較的高速で焦点位置を検出でき、高速なオートフォーカスを実現できるが、感度の低下が伴う可能性があり、例えば、暗い場所などでは焦点位置が検出しづらい場合がある可能性がある。
図４を再度参照するに、遮光膜２１６−２は、フォトダイオード２１４−２の中央部分まで設けられている。フォトダイオード２１４−１と比較すると、フォトダイオード２１４−１には、遮光膜はかかっていないが、フォトダイオード２１４−２には、中央部分まで遮光膜がかかっている状態となっている。フォトダイオード２１４−１に入射される光の光量とフォトダイオード２１４−２に入射される光の光量を比較した場合、フォトダイオード２１４−１の光量の方がフォトダイオード２１４−２の光量よりも多い。
よって、フォトダイオード２１４−１の方がフォトダイオード２１４−２よりも感度が高くなる。上記したように、フォトダイオード２１４−２の感度は、分離能力を備えるために設けられた遮光膜２１６−２の影響により、低下してしまう。また、多画素化に伴い、１画素のサイズも縮小される傾向にあり、サイズが縮小されることによる感度の低下もある。このようなことから、フォトダイオード２１４−２の感度は低下してしまう可能性が高い。このことは、位相差画素としてのフォトダイオード２１４−３も同様である。
位相差画素は、通常の画素と比較して、遮光による感度が低くなるため、画素サイズの縮小の影響は大きく、焦点位置の検出の精度を下げてしまう可能性がある。小画素化は、分離能力も劣化させる可能性があるため、分離能力がなければ、像面位相差検出による焦点検出を実現できない可能性がある。
そこで、位相差画素の感度を低下させず、かつ分離能力を有するようにすることが望まれる。そこで、以下に、位相差画素の感度を低下させず、かつ分離能力を有する位相差画素について説明を加える。
＜第１の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図６は、第１の実施の形態における焦点検出装置の構成を示す図である。図６に示した焦点検出装置において、図４に示した焦点検出装置と同一の部分には、同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
図６に示した焦点検出装置において、位相差画素は、フォトダイオード３１３−２とフォトダイオード３１３−３であり、撮像用画素は、フォトダイオード３１３−１とフォトダイオード３１３−４である。
図６に示した焦点検出装置においては、位相差画素としてのフォトダイオード３１３−２とフォトダイオード３１３−３上のマイクロレンズは、１つのマイクロレンズ３１１で構成されている。すなわちマイクロレンズ３１１は、２画素分のレンズとされている。
撮像用画素のフォトダイオード３１３−１やフォトダイオード３１３−４には、それぞれマイクロレンズ２２０−１とマイクロレンズ２２０−４が設けられているのに対し、位相差画素のフォトダイオード３１３−２とフォトダイオード３１３−３には、共通して利用されるマイクロレンズ３１１が設けられている。
位相差画素には、分岐型導波路が備えられる。フォトダイオード３１３−２には、分岐型導波路３１２−１が備えられ、フォトダイオード３１３−３には、分岐型導波路３１２−２が備えられる。分岐型導波路３１２は、入射角に応じた光を集光し、フォトダイオード３１３に導く構造とされている。分岐型導波路３１２は、図７Ａに示すように、下側部分が円柱で構成されている。上側部分は、下側部分の円柱が徐々に広がるような形状であるが、断面で見たとき、一方の辺（図中右側の辺）は斜辺であり、他方の辺（図中左側の辺）は、垂直な辺となっている形状である。
図６や図７Ａに示した分岐型導波路３１２の形状は一例であり、限定を示すものではない。例えば、図７Ａに示した例では、主に下側部分と上側部分に分けることができるような形状であるが、図７Ｂに示したような一体的な形状であっても良い。図７Ｂに示した分岐型導波路３１２の形状は、円錐の一部分を切り取ったような形状であり、断面で見たとき、その一方の辺（図中左側の辺）は底面に対して直角方向に設けられ、他方の辺（図中右側の辺）は底辺に対して所定の傾斜を有して設けられている。
このように、分岐型導波路３１２は、一部に受光角度に応じた側壁の傾きを有する非対称な形状とされている。一部に受光角度に応じた側壁の傾きを有する形状とされていることで、右側または左側から入射された光を選択的にフォトダイオード３１３に受光させることができる形状となる。
分岐型導波路３１２の形状は、どのような形状でも良いが、マイクロレンズ３１１側の開口部が、フォトダイオード３１３（受光部）側の開口部よりも大きな形状とされているのが好ましい形状である。
このような形状の分岐型導波路３１２をフォトダイオード３１３とマイクロレンズ３１１の間に設けることで、図８に示すように、マイクロレンズ３１１に所定の角度を有して入射してきた光は、分岐型導波路３１２に導かれ、フォトダイオード３１３に供給されることになる。
このように、分岐型導波路３１２により所定の角度から入射された光は集光され、フォトダイオード３１３に供給されるようになるため、フォトダイオード３１３の感度が低下するようなことを防ぐことが可能となる。このことについて、図９に示したグラフを参照して説明する。
図９に示したグラフの横軸は、光の入射角度であり、縦軸は、入射された光に応じた画素の出力値を表す。図９中、点線で示したグラフは、分岐型導波路３１２を備えていない位相差画素、例えば、図４に示したフォトダイオード２１４−２とフォトダイオード２１４−３の出力値を表す。また図９中、細い実線で示したグラフは、撮像用画素、例えば、図８に示したフォトダイオード３１３−１の出力値を表す。また図９中、太い実線で示したグラフは、分岐型導波路３１２を備える位相差画素、例えば、図８に示したフォトダイオード３１３−２とフォトダイオード３１３−３の出力値を表す。
図９中、太い実線で示した分岐型導波路３１２を備える位相差画素のグラフ、細い線で示した分岐型導波路３１２を備えない位相差画素のグラフ、および撮像用画素のグラフを比較する。撮像用画素のグラフは、光の入射角度が０度のときに、最大値をとるのに対し、分岐型導波路３１２を備える位相差画素のグラフと分岐型導波路３１２を備えない位相差画素のグラフは、それぞれ、入射角度が０度以外のところで、最大値をとる。
換言すれば、撮像用画素は、光の入射角度によらず、出力が大きく変化することはないが、位相差画素は、光の入射角度に依存し、所定の角度で光が入射されたときに最大値をとる。また、位相差画素、例えば、分岐型導波路３１２を備えるフォトダイオード３１３−３は、右側から入射された光を効率良く受光し、最大値を得るが、左側から入射された光は受光せず、出力値は小さい値となる。同様に、フォトダイオード３１３−４も左側から入射された光を効率良く受光し、最大値を得るが、右側から入射された光は受光せず、出力値は小さい値となる。
このように、位相差画素においては、撮像用画素と異なり、所定の方向からの光を受光し、その所定の方向以外の方向からの光は受光しづらい構成とされている。
また、撮像用画素（フォトダイオード３１３−１）の最大値は、分岐型導波路３１２を備えない位相差画素（フォトダイオード２１４−２またはフォトダイオード２１４−３）の最大値よりも大きい。これは、分岐型導波路３１２を備えない位相差画素の場合、遮光膜２１６の影響により、入射される光の光量が少なくなり、撮像用画素よりも感度が低くなってしまうからである。
これに対し、撮像用画素（フォトダイオード３１３−１）の最大値は、分岐型導波路３１２を備える位相差画素（フォトダイオード３１３−２またはフォトダイオード３１３−３）の最大値よりも小さい。これは、分岐型導波路３１２を備える位相差画素の場合、分岐型導波路３１２の影響により、最大値を取る所定の角度において、入射される光の光量が大きくなり、撮像用画素よりも感度が高くなるからである。
次に太い実線で示した分岐型導波路３１２を備える位相差画素のグラフと、細い線で示した分岐型導波路３１２を備えない位相差画素のグラフを比較する。分岐型導波路３１２を備えているフォトダイオード３１３−３の出力値と、分岐型導波路３１２を備えていないフォトダイオード２１４−３の出力値は、共に、所定の角度で最大値をとるが、分岐型導波路３１２を備えているフォトダイオード３１３−３の出力値の最大値は、分岐型導波路３１２を備えていないフォトダイオード２１４−３の出力値の最大値よりも大きく、感度が向上していることが読み取れる。
図６乃至８に示したように、分岐型導波路３１２−１と分岐型導波路３１２−２をそれぞれ位相差画素（フォトダイオード３１３−２とフォトダイオード３１３−３）に跨って配置し、これらの２つの位相差画素に共通してマイクロレンズ３１１を設ける構成とすることで、感度が高い位相差方式での焦点検出を行うことが可能となる。
すなわち、このような構造の撮像素子に、入射角を振って光を照射すると、入射角に応じて左右のフォトダイオードに導波され受光されるようにすることができる。このような構造にすることで、今まで遮光によって受光出来なかった信号を、隣の画素に分配して出力することが可能となるため、大幅な感度向上が期待できる。
また、受光される光の入射角度は、分岐型導波路３１２の構造により導かれるか否かで決定されるため、分離の良い特性となり、図９に示したように、位相差画素の特性を大幅に改善することが可能となる。
また、このように特性が大幅に改善されたフォトダイオード３１３からの信号を用いて焦点を検出する検出部（例えば、図１のＤＳＰ回路２３）においては、精度良い焦点の検出や、高速化した焦点の検出を行うことが可能となる。
＜第１の実施の形態における焦点検出装置の各部の設定＞
次に、図６乃至９を参照して説明した焦点検出装置の各部の設定について説明する。以下に説明するように、焦点検出装置を構成する、例えば遮光膜２１６の幅を調節することで感度や分離能力を調整することができる。図１１乃至１５に示したグラフを参照して焦点検出装置の各部の設定について説明するが、その前提として、調整できる各部について、図１０を参照して説明する。
図１０に示した焦点検出装置は、図６や図８に示した焦点検出装置であり、裏面照射型のイメージセンサーの像面位相差検出画素を含む装置である。（Ａ）は、セルサイズを表し、（Ｂ）は、マイクロレンズ３１１の厚さを表す。ここでは、一般的なセルサイズの1.12umが設定されている場合を例にあげて説明する。
（Ｃ）は、マイクロレンズ３１１と分岐型導波路３１２との距離を表す。（Ｄ）は、分岐型導波路３１２のクラッド屈折率を表し、（Ｅ）は、分岐型導波路３１２のコア屈折率を表す。（Ｆ）は、分岐型導波路３１２の開口（マイクロレンズ３１１側）の大きさ（直径）を表し、（Ｇ）は、分岐型導波路３１２の下側の円柱の大きさ（直径）を表す。
（Ｈ）は、分岐型導波路３１２の側壁の角度を表す。（Ｉ）は、遮光膜２１６−２の幅を表す。（Ｊ）は、センサー上の反射防止膜の有無を表し、以下の説明においては、反射防止膜が有る焦点検出装置であるとして説明を続ける。
具体的な数値は記載しないが、図１１乃至１５の各グラフは、上記した各部の設定のうちの１または２つの設定を変化させることで得られるグラフであり、その変化させた設定以外は同一条件下で測定した結果である。
図１１は、（Ａ）乃至（Ｊ）の各部は、基準となる値に設定されているときに得られるグラフであり、図９に示したグラフから、分岐型導波路３１２を備えるフォトダイオード３１３からの出力と、分岐型導波路３１２を備えないフォトダイオード２１４からの出力を比較したグラフである。図９を参照して説明したように、分岐型導波路３１２を設けることで、所定の角度からの光を受光する感度が向上し、十分な感度を得ることが可能となる。そして、分離能力も向上し、大幅に特性が改善される。
なお、図１０を再度参照するに、マイクロレンズ３１１の厚さ（Ｂ）は、撮像用画素のマイクロレンズ２２０の厚さと同程度の厚さとされているが、マイクロレンズ３１１は、２画素で共有されているのに対し、マイクロレンズ２２０は、１画素で用いられている。よって、マイクロレンズ３１１のレンズパワーはマイクロレンズ２２０よりも小さくなるが、上記したように、感度や分離能力は向上し、特性を改善することはできる。
図１２は、分岐型導波路３１２−１と分岐型導波路３１２−２（図１０参照）の間に設けられている遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）を変化させたときの、フォトダイオード３１３−２とフォトダイオード３１３−３のそれぞれの出力を計測したときのグラフである。遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）以外の設定は、図１１の結果が得られたときの設定と同じである。
まず、図１２から、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が異なることで、感度が変化することが読み取れる。図１２において、実線の細線は、遮光膜２１６−２がないときのフォトダイオード３１３−３からの出力のグラフである。この実線の細線のグラフを見るに、光の入射角が（−２０）乃至（−１０）の間で、最大値をとり、この最大値は、遮光膜２１６−２がある場合と比較しても高い値となっている。すなわち、遮光膜２１６−２がない場合、感度は高くなることが読み取れる。
入射角が０度のときの実線の細線のグラフを見るに、実線の細線のグラフの値は、他のグラフの値よりも大きいことが読み取れる。このことは分離能力に関わり、遮光膜２１６−２があるときに比べて分離能力が落ちていることを示す。ここで、分離能力の指標は、入射角が０度のときにおける感度の変化量（フォトダイオード３１３からの出力値の変化量）の傾きであるとする。
入射角が０度のときにおける感度の変化量の傾きを、図１３に示す。図１３に示したグラフの横軸は、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）であり、縦軸は、入射角が０度のときにおける感度の変化量の傾きである。図１３のグラフから、変化量の傾きは、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が大きくなると、増加する傾向にあることがわかる。このことから、分離能力としては、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が大きい方が良いことが読み取れる。
図１２のグラフと、図１３のグラフから、400nmの幅（Ｉ）を有する遮光膜２１６−２が、分離能力と感度を両立する幅（Ｉ）であることが読み取れる。すなわち、例えば、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が０ｎｍの場合、図１２のグラフから、他の幅（Ｉ）よりも感度が高くなることは読み取れるが、図１３のグラフから、分離能力が他の幅（Ｉ）よりも低いことが読み取れる。このような読みから、400nmの幅（Ｉ）を有する遮光膜２１６−２が、分離能力と感度を両立する幅（Ｉ）であることがわかる。
ここで、セルサイズ（Ａ）が1.12umである場合、400nmの幅（Ｉ）を有する遮光膜２１６−２は、セルサイズ比で約４０％程度となる。すなわちこのような結果から、セルサイズ比で40%の遮光膜２１６−２の線幅が、分離能力と感度を両立する有効な値となることがわかる。
このように、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）を調整することで、図１２や図１３に示したグラフを得ることができ、感度や分離能力を調整（設定）できることがわかる。
なお、ここでは、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が、400nmに設定された場合、分離能力や感度が最も良いとして説明したが、この具体的な数値は、一例であり、限定を示すものではない。図１０に示した各部、例えば、セルサイズ（Ａ）や、マイクロレンズ３１１の厚み（Ｂ）などの各部の設定値との関係で、分離能力や感度が最も良い遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が設定されるのであり、必ずしも、セルサイズ比で４０％の遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）が最も良いとは限らない。
しかしながら、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）により、分離能力や感度を調整（設定）できるため、所望とする分離能力や感度を得ることは可能である。このことは、例えば、分解能力は高くなくても良いが、感度は高めたいといった個別の要求に対し、遮光膜２１６−２の幅（Ｉ）を調整することで、所望の分解能力や感度を得ることができることを意味する。また、以下に説明するように、分岐型導波路３１２を構成する材料などにより、さらに、所望の分解能力や感度を得るための調整を行うことができる。
次に、分岐型導波路３１２構成する材料の違いによる感度や分離能力の違いについて説明する。図１４は、分岐型導波路３１２の材料の違いによる感度のグラフであり、分岐型導波路３１２のコア屈折率（Ｅ）と分岐型導波路３１２のクラッド屈折率（Ｄ）の差分によるフォトダイオード３１３−２，１３−３の出力の違いを計測したときのグラフである。
分岐型導波路３１２を構成する材質の屈折率をコア屈折率（Ｅ）とし、分岐型導波路３１２の周りの材質の屈折率をクラッド屈折率（Ｄ）とする。分岐型導波路３１２のコアをSiNで構成した場合、分岐型導波路３１２のコア屈折率（Ｅ）は、１．９程度である。また、分岐型導波路３１２のクラッドをSiO2で構成した場合、分岐型導波路３１２のクラッド屈折率（Ｄ）は、１．５程度である。
図１４に示したグラフは、分岐型導波路３１２のクラッドをSiNで構成するが、コア屈折率（Ｅ）が、１．５から２．１までの材料を用いた場合に得られるグラフである。クラッド屈折率（Ｄ）が１．５である場合、コア屈折率（Ｅ）が、１．５から２．１まで変化すると、その差分値（屈折率差）は、０から０．６まで変化することになる。
図１４に示したグラフから、屈折率差により、最大値が変化し、感度が変化することが読み取れる。また、入射角度が０度のときの値も変化することから、分離能力も変化することが読み取れる。図１４に示したグラフから、屈折率差０．２以上で分離能力と感度を向上させることが可能なことが読み取れる。このことから、屈折率差を変化させることで、所望の感度や分離能力を設定できることがわかる。
ここでは、図１２乃至図１４を参照し、遮光膜２１６−２の幅を変化させた場合と、分岐型導波路３１２の材質による屈折率差を変化させた場合とを検証し、遮光膜２１６−２の幅や屈折率差により感度や分離能力が設定できることを確認した。ここでは、図示しないが、図１０中の各部、例えば、マイクロレンズ３１１の厚さ（Ｂ）、レンズと分岐型導波路３１２の距離（Ｃ）、分岐型導波路３１２の開口の大きさ（Ｆ）、分岐型導波路３１２の下側の開口の大きさ（Ｇ）、側壁の角度（Ｈ）などをそれぞれ変化させた場合も、感度や分離能力は変化し、それらの各部を設定することで、所望の感度や分離能力を得られる値を設定することができる。
このように、分岐型導波路３１２を設けることで、感度が向上し、分離能力が向上した像面位相差方式を用いたオートフォーカスを実現することができる。
＜第２の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
次に、分岐型導波路３１２の第２の実施の形態における形状について説明する。図１５は、第２の実施の形態における焦点検出装置の位相差画素の構成を示す図である。図１５に示した位相差画素において、図４に示した位相差画素と同一の部分には、同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。図１５に示した焦点検出装置においては、フォトダイオード４１３−２が位相差画素とされている。図１５には図示してないが、所定の画素数分だけ離れた位置のフォトダイオード４１３も、位相差画素とされている。
図１５に示した焦点検出装置においては、連続する２画素を１組の位相差画素とすることも可能であるが、所定の画素数を間に挟み、離れた位置にある画素を１組の位相差画素とすることも可能である。
連続した２画素を１組の位相差画素とした場合、撮像画像において、位相差画素とされた２画素分の画像データが欠損し、その部分の画像が粗くなるなど画質が劣化する可能性がある。離れた位置にある画素を１組の位相差画素とすることで、画質が劣化することを、連続した２画素を１組の位相差画素とする場合よりも低減させることが可能となる。
図１５に示した焦点検出装置においては、位相差画素としてのフォトダイオード４１３−２上には、１つのマイクロレンズ４１１が備えられている。マイクロレンズ４１１は、第１の実施の形態におけるマイクロレンズ３１１と異なり、１画素分のレンズとされている。すなわち、マイクロレンズ４１１は、他のマイクロレンズ２２０と同じく、フォトダイオードと１対１の関係で備えられている。
図１９を参照して後述するが、マイクロレンズ４１１のレンズパワーが異なることで、分離能力が異なるため、最適な分離能力を得るためには、レンズパワーが最適なマイクロレンズ４１１を用いる必要がある。レンズパワーは、マイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）に依存する。このようなことから、マイクロレンズ４１１は、撮像用画素のマイクロレンズ２２０とは異なる厚さに設定される場合がある。図１５に示した例では、マイクロレンズ４１１は、マイクロレンズ２２０よりも薄く構成されている。
位相差画素には、反射型導波路が備えられる。フォトダイオード４１３−２には、反射型導波路４１２が備えられる。反射型導波路４１２は、入射角に応じた光を集光し、フォトダイオード４１３−２に導く構造とされている点で、第１の実施の形態として説明した分岐型導波路３１２と同様であるが、反射型導波路４１２は、その一部に反射板を備える点が分岐型導波路３１２と異なる。
反射型導波路４１２の形状は、分岐型導波路３１２の形状と同様な形状、例えば、図７Ａや図７Ｂに示したような形状とすることができる。また、反射を制御するために、細かな斜面を組み合わせたような形状であっても良い。
図１５に示した反射型導波路４１２は、内部の側面の一部であり、図中右側の側壁が、反射板４１２ａとされている。なお、ここで、反射型導波路４１２の一部が反射板４１２ａとされているとして説明を続けるが、反射型導波路４１２の内側の側壁が、全て反射板として構成されていても良い。また、反射型導波路４１２の側壁の全てが反射板として構成されているが、その一部が反射板として機能する構成でも良い。
ここでは、反射型導波路４１２の内部と外部（コアとクラッド）の材料を異なるものとし、材料が異なることで生じる屈折率の差を利用し、反射板４１２ａを構成する例を示す。図１６は、所定の材質を用いたときの反射率に関するグラフである。
図１６に示したグラフは、横軸に光の入射角を示し、縦軸に反射角を示したグラフである。反射型導波路４１２のコアとして、SiNを用いた場合、その屈折率は、1.9となる。反射型導波路４１２の外部の材質として、SiOを用いた場合、その屈折率は、1.5となる。この２つの異なる材質を用いたときの反射の特性を示したのが、図１６に示したグラフである。その他の設定は、上述した分岐型導波路３１２の場合と同様であり、例えば、反射板４１２ａの角度（Ｈ）は、４０度に設定されている。
図１６を参照するに、光の入射角度が５０度位を境に急峻に反射率が高くなっていることが読み取れる。すなわち、光の入射角度が５０度以上の場合と、５０度以下の場合では、反射率が大きく異なり、このような特性を利用することで、臨界角以上の光を効率良く受光し、受光する光の角度を選択することができる反射型導波路４１２を作成することができることが読み取れる。
このような特性を利用し、反射板４１２ａを含む反射型導波路４１２を備えた画素の出力に関するグラフを、図１７に示す。図１７は、反射型導波路４１２を備えたフォトダイオード４１３からの出力と光の入射角との関係を示したグラフである。図１７に示したグラフの横軸は、光の入射角を示し、縦軸は、画素（フォトダイオード４１３）からの出力値を示す。
図１７に示したグラフから、所定の角度からの入射に対して高い出力値を得られ、所定の角度から入射される光を選択的に受光できる構造となっていることが読み取れる。よって、分離能力が向上していることが読み取れる。
また、図１１に示した通常像面位相差構造（分岐型導波路３１２または反射型導波路４１２を備えない構造）の場合のグラフ（細線または太線の点線のグラフ）と比較するに、通常像面位相差構造の場合、最大値は、０．６以下であるのに対し、反射型導波路４１２を備えた構造の場合、最大値は、０．６以上になっている。このことから、反射型導波路４１２を備えた構造の場合、感度も向上することが読み取れる。
このように、反射型導波路４１２を備えた位相差画素は、感度と分離能力の両方が向上し、焦点検出の精度を向上させることができる。
＜第２の実施の形態における焦点検出装置の各部の設定＞
次に、図１５乃至図１７を参照して説明した焦点検出装置の各部の設定について説明する。以下に説明するように、焦点検出装置を構成する、例えば材質の屈折率を調節することで分離能力や感度を調整することができる。図１８、図１９に示しグラフを参照して焦点検出装置の各部の設定について説明する。
ここでも、前提として、図１０を参照して説明したような設定がされている焦点検出装置を用いた場合を例にあげて説明を続ける。すなわち、図１８、図１９は、図１０に示した焦点検出装置の（Ａ）乃至（Ｊ）の各部は、図１０を参照して説明した基準となる値に設定されているときに得られるグラフである。
図１８に示したグラフは、反射型導波路４１２の材料の違いによる位相差画素からの出力に関するグラフである。すなわちこの場合、図１８に示したグラフは、反射型導波路４１２のクラッド屈折率（Ｄ）と反射型導波路４１２のコア屈折率（Ｅ）の差分によるフォトダイオード４１３−２（図示していない、フォトダイオード４１３−２と対にされているフォトダイオード４１３）の出力の違いを計測したときのグラフである。
上記した図１４は、分岐型導波路３１２を備えた構造のときのグラフであったが、図１４のグラフが得られたときの焦点検出装置の各設定と同じ設定で、反射型導波路４１２を有する構成のときに得られるグラフである。
反射型導波路４１２を構成する材質の屈折率をコア屈折率（Ｅ）とし、反射型導波路４１２の周りの材質の屈折率をクラッド屈折率（Ｄ）とする。図１８に示したグラフは、反射型導波路４１２のクラッドをSiNで構成し、コア屈折率（Ｅ）が、１．５から２．１までの変化させた場合に得られるグラフである。クラッド屈折率（Ｄ）が１．５である場合、コア屈折率（Ｅ）が、１．５から２．１までの材料を用いた場合、その差分値（屈折率差）は、０から０．６まで変化することになる。
図１８に示したグラフから、屈折率差により、最大値が変化し、感度が変化することが読み取れる。また、入射角度が０度のときの値（出力値の変化量）も変化することから、分離能力も変化することが読み取れる。図１８に示したグラフから、屈折率差０．２以上で分離能力と感度を向上させることが可能なことが読み取れる。
このようなことから、この例の場合、屈折率差0.2以上で、効果が増大しており、反射板４１２ａの必要な屈折率を限定するものであることがわかる。また、屈折率差を変化させることで、所望の感度や分離能力を設定できることがわかる。
次に、図１９を参照し、マイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）によるフォトダイオード４１３−２からの出力値の変化について説明する。図１９のグラフの横軸は、光の入射角を示し、縦軸は、フォトダイオード４１３−２（フォトダイオード４１３−２と対にされている図示していないフォトダイオード４１３）からの出力を示す。
マイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）により、マイクロレンズ４１１のレンズパワーが異なる。マイクロレンズ４１１のレンズパワーが大きくなると、反射板４１２ａに当たる光の角度の範囲が大きくなり、分離能力などに影響を及ぼすことが考えられる。図１９に示したように、マイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）（マイクロレンズ４１１のレンズパワー）を変化させると、感度や分離能力が変化することが読み取れる。
マイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）が０．１μｍ，０．３μｍ，０．５μｍのうち、フォトダイオード４１３からの出力値が最も大きくなるのは、０．３μｍであり、感度が最も良くなる厚さ（Ｂ）であることが読み取れる。また、入射角度が０度のときの傾きから、分離能力が最も高いのも、０．３μｍであることが読み取れる。
ここでは、撮像用画素のマイクロレンズ２２０の厚さ（Ｂ）は、０．５μｍである場合を例にあげて説明している。仮に、撮像用画素のマイクロレンズ２２０の厚さ（Ｂ）と、位相差画素のマイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）を同一の厚さ（Ｂ）とした場合、位相差画素（この場合、フォトダイオード４１３−２）の感度や分離能力は、最も良い状態とはならないことがわかる。
換言すれば、撮像用画素のマイクロレンズ２２０の厚さ（Ｂ）よりも、位相差画素のマイクロレンズ４１１の厚さ（Ｂ）を薄くすることで、位相差画素（この場合、フォトダイオード４１３−２）の感度や分離能力は、最も良い状態となる。さらに換言すれば、撮像用画素のマイクロレンズ２２０のパワーよりも、位相差画素のマイクロレンズ４１１のパワーを落とすことで、感度と分離能力を向上させることができる。
このようなことから、図１５に示したように、マイクロレンズ２２０とマイクロレンズ４１１の厚さは異なるように構成され、マイクロレンズ２２０よりもマイクロレンズ４１１が薄く構成される構造とされる。
このように、反射型導波路４１２を備える位相差画素とすることで、感度や分離能力を向上させることが可能となり、焦点検出の精度を向上させ、より高速な焦点検出が可能となる。
なおここでは、図１８、図１９を参照し、反射型導波路４１２の材質による屈折率差を変化させた場合とマイクロレンズ４１１の厚さを変化させた場合を検証し、反射型導波路４１２の屈折率差やマイクロレンズ４１１の厚さにより感度や分離能力が設定できることを確認した。ここでは、図示しないが、図１０中の各部、例えば、レンズと反射型導波路４１２の距離（Ｃ）、反射型導波路４１２の開口の大きさ（Ｆ）、反射型導波路４１２の下側の開口の大きさ（Ｇ）、側壁の角度（Ｈ）などをそれぞれ変化させた場合も、感度や分離能力は変化し、それらの各部を設定することで、所望の感度や分離能力を得られる値を設定することができる。
なお、上記した実施の形態においては、反射板４１２ａを、反射型導波路４１２の内部と外部をそれぞれ構成する材料の屈折率の差を利用して実現する例を示したが、他の方法で、反射板４１２ａを構成するようにしても良い。例えば、アルミなどの反射性能が高い材質を反射板４１２ａに用い、反射型導波路４１２の側壁に設けるような構成でも良い。
＜製造について＞
次に、分岐型導波路３１２または反射型導波路４１２を備える焦点検出装置の製造について説明を加える。図２０、図２１は、焦点検出装置の製造工程を示す図である。ここでは、分岐型導波路３１２を形成する場合を例にあげて説明するが、基本的な製造工程は、反射型導波路４１２を形成する場合でも同様である。以下の説明において、分岐型導波路３１２を反射型導波路４１２と読み替えることで、反射型導波路４１２を形成する製造工程にも適用できる。
工程Ｓ１（図２０）において、分岐型導波路３１２を形成する基板が用意される。ここでは、分岐型導波路３１２の形成について説明するため、他の部分についての形成については適宜説明や図示を簡略化する。工程Ｓ１において用意される基板は、遮光膜２１６やフォトダイオード３１３などが形成されている基板である。
このような基板に対し、工程Ｓ２として、１回目のリソグラフィ処理が行われる。工程Ｓ２においては、フォトリソグラフィを使ってレジストパターンが形成される。図２０に示したように、レジストパターンとしては、分岐型導波路３１２を形成する部分以外のところに、レジストが塗布されているパターンである。また、図７Ａや図７Ｂに示したようなフォトダイオード３１３側の分岐型導波路３１２の形状が、円柱形状である場合、そのような円柱形状が作成されるようなパターン（レジストが設けられない部分が、円柱形状となるパターン）である。
工程Ｓ３において、１回目のドライエッチング処理が施され、分岐型導波路３１２の下側の部分（以下、分岐型導波路３１２−１ａ、分岐型導波路３１２−２ａとする）を形成する材料が充填される円柱形状の穴が基板に設けられる。
工程Ｓ４において、基板上に設けられた穴に、分岐型導波路３１２−１ａ、分岐型導波路３１２−２ａを構成するコア材料が埋め込まれる。上述した例によれば、コア材料として、SiNが用いられる。クラッド材料としてSiOが用いられた基板上に設けられた穴に、コア材料が、充填されることで、分岐型導波路３１２−１ａ、分岐型導波路３１２−２ａが形成される。
工程Ｓ５（図２１）において、分岐型導波路３１２−１ａ、分岐型導波路３１２−２ａが形成された上に、クラッド材料（この場合、SiO）が堆積され、製膜される。製膜される膜の厚さは、分岐型導波路３１２の上側の部分（以下、分岐型導波路３１２−１ｂ、分岐型導波路３１２−２ｂと記述する）の高さと同程度の厚さとされる。
工程Ｓ６において、２回目のリソグラフィ処理が行われる。工程Ｓ６は、１回目のリソグラフィ処理を行う工程Ｓ２と同じく、フォトリソグラフィを使ってレジストパターンが形成される。図２１に示したように、レジストパターンとしては、分岐型導波路３１２を形成する部分以外のところに、レジストが塗布されているパターンである。
図２１の工程Ｓ６に示すように、分岐型導波路３１２−１ｂ、分岐型導波路３１２−２ｂが形成される部分に対応する所のレジストは、分岐型導波路３１２−１ｂ、分岐型導波路３１２−２ｂの形状と同じく、片側の側壁のみが傾斜したレジストリパターンが形成される。
工程Ｓ７において、２回目のドライエッチング処理が行われる。工程Ｓ７は、１回目のドライエッチング処理を行う工程Ｓ３と同じく、分岐型導波路３１２の上側の部分（分岐型導波路３１２−１ｂ、分岐型導波路３１２−２ｂ）を形成する材料が充填される穴を基板に設けるための処理である。
工程Ｓ８において、２回目のコア材料の埋め込みが行われる。１回目のコア材料の埋め込み処理である工程Ｓ４と同じく、基板上に設けられた穴に、コア材料が埋め込まれる。分岐型導波路３１２−１ａを形成する材料として、SiOが用いられた場合、工程Ｓ８においても、SiOがコア材料として用いられ、基板上に設けられた穴に充填される。
このようにして、分岐型導波路３１２は、２回にわけて形成される。反射型導波路４１２も、同様に、２回に分けて形成することでできる。なお、反射型導波路４１２の反射板４１２ａとして機能する部分に、反射型導波路４１２のコアやクラッドとなる材料と異なる材料、例えば、アルミなどの材料を用いた場合、工程Ｓ７の前に、基板上に設けられた側壁に、アルミなどの材料を塗布する工程を入れることで作成することができる。
なお、図７Ｂに示したような分岐型導波路３１２（反射型導波路４１２）を形成する場合、上記したように２回に分けて形成するのではなく、１回で形成することも可能である。
例えば、工程Ｓ１乃至Ｓ４を実行することで形成することも可能である。工程Ｓ２でレジストリを塗布する際、そのレジストリパターンを工程Ｓ６（図２１）に示したような、片側の側壁のみが傾斜したレジストリパターンを形成することで、図７Ｂに示したような分岐型導波路３１２（反射型導波路４１２）を形成することができる。
分岐型導波路３１２（反射型導波路４１２）の形状により、その製造工程を変更することは可能であり、上記した工程に限定されるものではない。
上述した実施の形態においては、左から入射される光と、右から入射される光の２種類に分割する像面位相差構造について説明したが、２種類に分割する場合にのみ本技術が適用されることを限定するものではない。すなわち、本技術は、多方向に分割するような場合にも適用することができる。
上記したように、本技術によれば、感度が向上し、分離能力が向上した位相差画素を提供することが可能となり、位相差方式での焦点検出の精度を向上させることが可能となる。また、焦点の検出にかかる時間を、感度や分離能力が向上することにより、さらに高速化することが可能となる。また、画素が微細化した際にも、本技術を適用することはでき、微細化された画素においても、感度や分離能力を向上させ、焦点の検出の高速化を実現できる。
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。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
マイクロレンズと、
前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部と
を備える焦点検出装置。
（２）
前記導波路は、一部に受光角度に応じた側壁の傾きを有する非対称な形状である
前記（１）に記載の焦点検出装置。
（３）
前記導波路は、連続する前記受光部にそれぞれ設けられ、前記導波路と前記導波路の間の中央部分には、遮光膜が設けられる
前記（１）または（２）に記載の焦点検出装置。
（４）
前記マイクロレンズは、前記連続する前記受光部に跨る位置に配置される
前記（３）に記載の焦点検出装置。
（５）
前記導波路の内部と外部は、異なる材料で構成され、前記内部の材料の屈折率と前記外部の材料の屈折率との差は、０．２以上である
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の焦点検出装置。
（６）
前記導波路は、所定の角度以上で入射されてきた光を反射する反射板を含む構成とされている
前記（１）に記載の焦点検出装置。
（７）
前記導波路上に配置される前記マイクロレンズは、前記導波路上に配置されない前記マイクロレンズよりも、レンズパワーが低くなるように構成されている
前記（６）に記載の焦点検出装置。
（８）
前記反射板を構成する材料の屈折率の差は、０．２以上である
前記（６）または（７）に記載の焦点検出装置。
（９）
マイクロレンズと、
前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
前記導波路が備えられている前記受光部からの信号を用いて焦点を検出する検出部と、
前記導波路が備えられていない前記受光部から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
（１０）
マイクロレンズと、
前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部と
を備える焦点検出装置を製造する製造装置。
（１１）
前記導波路を、リソグラフィ処理、ドライエッチング処理、および前記導波路を構成する材料の埋め込み処理を複数回繰り返すことで製造する
前記（１０）に記載の製造装置。
（１２）
マイクロレンズと、
前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部と
を備える焦点検出装置を製造する製造方法。
（１３）
前記導波路を、リソグラフィ処理、ドライエッチング処理、および前記導波路を構成する材料の埋め込み処理を複数回繰り返すことで製造する
前記（１２）に記載の製造方法。
２１６ 遮光膜， ２２０ マイクロレンズ， ３１１ マイクロレンズ， ３１２分岐型導波路， ３１３ フォトダイオード， ４１１ マイクロレンズ， ４１２ 反射型導波路， ４１３ フォトダイオード

Claims (13)

  1. マイクロレンズと、
    前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
    前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
    前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部と
    を備える焦点検出装置。
  2. 前記導波路は、一部に受光角度に応じた側壁の傾きを有する非対称な形状である
    請求項１に記載の焦点検出装置。
  3. 前記導波路は、連続する前記受光部にそれぞれ設けられ、前記導波路と前記導波路の間の中央部分には、遮光膜が設けられる
    請求項１に記載の焦点検出装置。
  4. 前記マイクロレンズは、前記連続する前記受光部に跨る位置に配置される
    請求項３に記載の焦点検出装置。
  5. 前記導波路の内部と外部は、異なる材料で構成され、前記内部の材料の屈折率と前記外部の材料の屈折率との差は、０．２以上である
    請求項１に記載の焦点検出装置。
  6. 前記導波路は、所定の角度以上で入射されてきた光を反射する反射板を含む構成とされている
    請求項１に記載の焦点検出装置。
  7. 前記導波路上に配置される前記マイクロレンズは、前記導波路上に配置されない前記マイクロレンズよりも、レンズパワーが低くなるように構成されている
    請求項６に記載の焦点検出装置。
  8. 前記反射板を構成する材料の屈折率の差は、０．２以上である
    請求項６に記載の焦点検出装置。
  9. マイクロレンズと、
    前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
    前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
    前記導波路が備えられている前記受光部からの信号を用いて焦点を検出する検出部と、
    前記導波路が備えられていない前記受光部から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
    を備える電子機器。
  10. マイクロレンズと、
    前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
    前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
    前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部と
    を備える焦点検出装置を製造する製造装置。
  11. 前記導波路を、リソグラフィ処理、ドライエッチング処理、および前記導波路を構成する材料の埋め込み処理を複数回繰り返すことで製造する
    請求項１０に記載の製造装置。
  12. マイクロレンズと、
    前記マイクロレンズを介して入射された光を受光する受光部と、
    前記マイクロレンズに所定の角度で入射された光を、前記受光部に受光させるための導波路であり、前記マイクロレンズと前記受光部の間に設けられる導波路と、
    前記受光部からの出力値を用いて焦点を検出する検出部と
    を備える焦点検出装置を製造する製造方法。
  13. 前記導波路を、リソグラフィ処理、ドライエッチング処理、および前記導波路を構成する材料の埋め込み処理を複数回繰り返すことで製造する
    請求項１２に記載の製造方法。
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