JP5359323B2

JP5359323B2 - 固体撮像装置及び電子機器

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Publication number: JP5359323B2
Application number: JP2009019500A
Authority: JP
Inventors: 弘章湯川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-01-30
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Description

本発明は固体撮像装置及び電子機器に関し、特に、受光面にフォトダイオードを有する画素がマトリクス状に並べられてなる固体撮像装置と当該固体撮像装置を備えた電子機器に関する。

固体撮像装置としては、例えば、ＣＭＯＳ(Complementary MOS)センサあるいはＣＣＤ(Charge coupled device)が知られている。
ＣＭＯＳセンサあるいはＣＣＤセンサなどの固体撮像素子は、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード（光電変換部）に光を入射させ、そのフォトダイオードで発生した信号電荷によって映像信号を得る構成となっている。

ＣＭＯＳセンサでは、例えば、受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷はＣＭＯＳ回路の駆動でフローティングディフュージョンに転送される。信号電荷は信号電圧に変換して読み取られる構成となっている。

また、ＣＣＤセンサでは、例えば、ＣＭＯＳセンサと同様に受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷はＣＣＤ垂直転送路及び水平転送路により転送され、読み取られる構成となっている。

図１９は、従来例に係る固体撮像装置の模式構成図である。
撮像装置は、例えば、センサ部１０１とレンズモジュール１０２とを有する。

センサ部１０１は、例えば、ＣＭＯＳ型あるいはＣＣＤ型の画素がアレイ状に配置された基板１１１を有し、基板１１１上に絶縁膜１１２が形成されている。絶縁膜１１２中には金属配線が形成され、光導波路が設けられている。
また、絶縁膜１１２の上層に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）などのカラーフィルタ１１３が設けられており、その上層にオンチップマイクロレンズ１１４が設けられている。
オンチップマイクロレンズ１１４と光導波路により、センサ部１０１に入射する光が画素に入射する効率が高められている。

レンズモジュール１０２は、例えば、第１〜第５レンズ（１２１〜１２５）及び光学部材１２６などの複数枚の光学部材で構成される。
レンズモジュール１０２は、センサ部１０１に入射する光のトレランス及び画角依存性などを考慮して、光がセンサ部１０１に最適なスポットを形成するように設計されている。

図２０は、センサ部１０１における光入射側（オンチップマイクロレンズ側）から見た画素のレイアウトの一例である。
例えば、図のように２×２の画素を１つの画素ユニットＰＵとし、対角に緑（Ｇ）の画素を２つ、もう一方の対角に赤（Ｒ）と青（Ｂ）の画素を１つずつ配置する構成となっている。

上記の構成のセンサ部１０１においては、フォーカスが適正な時にはある画素ユニットの各色の画素に入射する光が、レンズモジュールなどの設定のためにデフォーカス状態となったときに隣接する画素ユニットの画素に入射してしまう。これは、いわゆるクロストークであり、画質の劣化を招く。

特許文献１〜６には、従来例に係る固体撮像装置が開示されている。
特開２０００−１５０８４５号公報特開２００２−３５９３６３号公報特開２００３−３２４１８９号公報特開２００４−２２１５３２号公報特開２００５−２９４７４９号公報特開２００６−８６３２０号公報

解決しようとする問題点は、固体撮像装置において入射光がデフォーカス状態となったときにクロストークが発生してしまうことである。

本発明の固体撮像装置は、フォトダイオードを含む画素が受光面にアレイ状に配置された半導体基板を有するセンサ部と、レンズを含む複数枚の光学部材を有し、撮像する画像情報を含んだ光が前記センサ部の受光面に入射するように配置されたレンズモジュールと、前記光の全体を複数に区分する領域が設定され、前記光に対して前記領域ごとに異なる位相シフトを生じさせる位相シフトマスクとを有する。

上記の本発明の固体撮像装置は、センサ部と、レンズモジュールと、位相シフトマスクを有する。
センサ部は、フォトダイオードを含む画素が受光面にアレイ状に配置された半導体基板を有する。
レンズモジュールは、レンズを含む複数枚の光学部材を有し、撮像する画像情報を含んだ光がセンサ部の受光面に入射するように配置されている。
位相シフトマスクは、光の全体を複数に区分する領域が設定され、光に対して領域ごとに異なる位相シフトを生じさせる。

また、本発明の電子機器は、フォトダイオードを含む画素が受光面にアレイ状に配置された半導体基板を有するセンサ部と、レンズを含む複数枚の光学部材を有し、撮像する画像情報を含んだ光が前記センサ部の受光面に入射するように配置されたレンズモジュール、及び、前記光の全体を複数に区分する領域が設定され、前記光に対して前記領域ごとに異なる位相シフトを生じさせる位相シフトマスクを含む光学系と、前記センサ部の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。

上記の本発明の電子機器は、センサ部と、光学系と、センサ部の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。ここで、センサ部と光学系が上記の本発明の固体撮像装置を含んでいる構成である。

本発明の固体撮像装置は、固体撮像装置において入射光がデフォーカス状態となったときのクロストークの発生を抑制する。

本発明の電子機器は、撮像時において入射光がデフォーカス状態となったときのクロストークの発生を抑制する。

図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の模式構成図である。図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置におけるレンズ面の振幅分布の焦点面上の振幅分布の関係を示す。図３（ａ）は本発明の第１実施形態に係る位相シフトマスクの一具体例の平面図であり、図３（ｂ）は断面図である。図４はレンズ上の振幅分布が一定で波長において集光したときの焦点を結ぶ受光面上でのビームパターンを示す。図５（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図であり、図５（ｂ）はシミュレーションによるビームパターンの結果である。図６（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図であり、図６（ｂ）はシミュレーションによるビームパターンの結果である。図７（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図であり、図７（ｂ）はシミュレーションによるビームパターンの結果である。図８は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の模式構成図である。図９（ａ）は画素のレイアウトの一例であり、図９（ｂ）は、第１マスクの一具体例の平面図であり、図９（ｃ）は、第２マスクの一具体例の平面図であり、図９（ｄ）は第１マスクと第２マスクを組み合わせてなる位相シフトマスクの平面図である。図１０（ａ）は画素レイアウトの一例であり、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）は、それぞれ緑色（Ｇ）の光、青色（Ｂ）の光、赤色（Ｒ）の光に対して実効的に生じる位相差を示す。図１１（ａ）は位相シフトマスクなし、図１１（ｂ）は位相シフトマスクを有する場合の波長５５０ｎｍ（緑色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。図１２（ａ）は位相シフトマスクなし、図１２（ｂ）は位相シフトマスクを有する場合の波長４５０ｎｍ（青色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。図１３（ａ）は位相シフトマスクなし、図１３（ｂ）は位相シフトマスクを有する場合の波長６５０ｎｍ（赤色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は本発明の第２実施形態の効果の説明のための図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は本発明の第２実施形態の効果の説明のための図である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は本発明の第２実施形態の効果の説明のための図である。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は本発明の第２実施形態の効果の説明のための図である。図１８は本発明の第３実施形態に係る電子機器であるカメラの概略構成図である。図１９は従来例に係る固体撮像装置の模式構成図である。図２０は従来例に係る画素のレイアウトの一例である。

以下に、本発明に係る固体撮像装置と当該固体撮像装置を備えた電子機器の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の模式構成図である。
例えば、センサ部１、レンズモジュール２及びセンサ部１とレンズモジュール２の間に配置された位相シフトマスク３とを有する。

センサ部１は、例えば、フォトダイオードを含むＣＭＯＳ型あるいはＣＣＤ型の画素がアレイ状に配置された半導体基板１１を有する。
また、例えば、半導体基板１１上に絶縁膜１２が形成されており、絶縁膜１２中には金属配線及び光導波路などが設けられている。

また、例えば、絶縁膜１２の上層に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）などのカラーフィルタ１３が設けられており、その上層にオンチップマイクロレンズ１４が設けられている。
オンチップマイクロレンズ１４と光導波路により、半導体基板１１の画素に入射する光が画素に入射する効率が高められている。

レンズモジュール２は、例えば、第１〜第５レンズ（２１〜２５）及び光学部材２６などの複数枚の光学部材で構成される。
レンズモジュール２は、センサ部１への入射光Ｌのトレランス及び画角依存性などを考慮して、撮像する画像情報を含んだ光がセンサ部の受光面に入射して、センサ部１に最適なスポットを形成するように設計されている。

ここで、本実施形態の固体撮像装置は、さらに位相シフトマスク３を有する。
位相シフトマスクは、光の全体を複数に区分する領域が設定され、光に対して領域ごとに異なる位相シフトを生じさせる構成である。

以下に位相シフトマスクの作用について説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）はレンズ面の振幅分布の焦点面上の振幅分布の関係を示す。図２（ａ）はレンズ面の焦点面の位置を示し、図２（ｂ）はレンズ面の振幅分布の焦点面上の振幅分布を示している。

一般にレンズによる集光の原理は、下記式（１）及び（２）で示されるフーリエ変換式Ｆで記述可能である。

式（１）及び（２）において、ψ（ｘ’，ｙ’）はスポット面上の振幅分布であり、ψ（ｘ，ｙ）はレンズ面上の振幅分布である。λは光の波長であり、ｆはレンズの焦点距離であり、ｋ_０は波数である。
ただし、これは近似式でありｘ’ｙ’面上での集光スポット系をＤとした場合、下記式（３）で示されるフラウンホーファー近似が満たされることが重要である。

この原理から、集光されるスポットはレンズ面上の振幅分布のフーリエ変換であることが分かる。
この原理を利用すると逆にレンズ面上（遠視野像）の振幅分布を位相シフトマスクにより変化させることにより、その合焦点におけるスポット分布（ビームパターン）をフーリエ変換則に基づき変化させることができる。

位相シフトマスク３は、入射光Ｌの遠視野領域（非焦点）に配置される。トレランス上光束径の大きい場所が望ましい。
例えば、センサ部１とレンズモジュール２の中間に配置される。
あるいは、位相シフトマスク３がレンズモジュール２の内部に組み込まれていてもよい。

図３（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図であり、図３（ｂ）は断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示す位相シフトマスクは、光の全体を２つに区分する領域が設定されており、光に対して一方の領域Ａ１では０、他方の領域Ａ２ではπとなるように位相シフトを生じさせる構成となっている。

上記の位相シフトを発生させるためには、例えば、上記の２つの領域（Ａ１，Ａ２）におけるマスクの膜厚をそれぞれｔ_１，ｔ_２として、２つの領域間に段差を設ければよい。
上記のような段差により発生する位相差は下記式（４）のように表される。

式（４）において、ｎは位相シフトマスクを構成する材料の屈折率であり、ｔ_１−ｔ_２が段差であり、λは光の波長である。
ここでは、挿入部のＦナンバーは十分大きく透過するビームはほぼ平行光とみなしている。
一方の領域Ａ１で０、他方の領域Ａ２でπとなるように位相シフトを生じさせるには、上記の式（４）の値が１／２となるように、ｎ，ｔ_１，ｔ_２をそれぞれ設定すればよい。

式（４）から分かるように、段差（ｔ_１−ｔ_２）により生じる位相差は波長λに反比例する。従って、波長が異なれば、結果として生じる位相差も異なることとなる。

図４はレンズ上の振幅分布ψ（ｘ，ｙ）が一定で波長５５０ｎｍ（緑色の光）においてＮＡ０．３をもつレンズで集光したときの焦点を結ぶ受光面上でのビームパターンを示す。
このビームパターンは円形であって、エアリーディスクと呼ばれ、通常の集光においてはこのスポット分布に近い形状を示す。

図５（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図である。また、図５（ｂ）は波長５５０ｎｍ（緑色）においてＮＡ０．３をもつレンズで集光したとするシミュレーションによる、図５（ａ）の位相シフトマスクを用いた場合の焦点を結ぶ受光面上でのビームパターンの結果である。

図５（ａ）に示すように、一方の領域Ａ１では０、他方の領域Ａ２ではπとなるように位相シフトを生じさせるものであり、スポットＳＰは入射する光のスポットであって、遠視野領域に位相シフトマスクが配置されたものである。

図５（ｂ）に示すように、受光面上のビームパターンは分割方向に広がった対称なパターンが得られた。

また、図６（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図である。また、図６（ｂ）は波長５５０ｎｍ（緑色）においてＮＡ０．３をもつレンズで集光したとするシミュレーションによる、図６（ａ）の位相シフトマスクを用いた場合の焦点となる受光面上でのビームパターンの結果である。

図６（ａ）に示すように、一方の領域Ａ１では０、他方の領域Ａ２ではπ／２となるように位相シフトを生じさせるものであり、スポットＳＰは入射する光のスポットであって、遠視野領域に位相シフトマスクが配置されたものである。

図６（ｂ）に示すように、受光面上のビームパターンは分割方向に広がった非対称なパターンとなり、特に、位相差π／２のＡ２の領域側に偏ったパターンとなった。

また、図７（ａ）は位相シフトマスクの一具体例の平面図である。また、図７（ｂ）は波長５５０ｎｍ（緑色）においてＮＡ０．３をもつレンズで集光したとするシミュレーションによる、図７（ａ）の位相シフトマスクを用いた場合の焦点となる受光面上でのビームパターンの結果である。

図７（ａ）に示すように、一方の領域Ａ１では０、他方の領域Ａ２では−π／２となるように位相シフトを生じさせるものであり、スポットＳＰは入射する光のスポットであって、遠視野領域に位相シフトマスクが配置されたものである。

図７（ｂ）に示すように、受光面上のビームパターンは分割方向に広がった非対称なパターンとなり、特に、位相差０のＡ１の領域側に偏ったパターンとなった。

この特性を用いて、緑、青、赤の３色についてそれぞれに最適なスポットパターンを構成することができる。

上記の本実施形態に係る固体撮像装置によれば、位相シフトマスクを組み込むことにより、入射する光の波長に応じて、受光面上のビームパターンを変化させることができる。これにより、入射光がデフォーカス状態となったときのクロストークの発生を抑制することができる。

第２実施形態
図８は、本実施形態に係る固体撮像装置の模式構成図である。
例えば、センサ部１、レンズモジュール２及びセンサ部１とレンズモジュール２の間に配置された位相シフトマスク３とを有する。
位相シフトマスク３は、第１マスク３１と第２マスク３２の複数枚から構成されている。上記の式（３）より位相シフト量は波長に反比例するので波長により位相を変化させることができる。

例えば、センサ部１はフォトダイオードを含むＣＭＯＳ型あるいはＣＣＤ型の画素がアレイ状に配置された半導体基板１１上に、絶縁膜１５が形成されている。絶縁膜１５中には金属配線及び光導波路などが設けられている。絶縁膜１５の上層にカラーフィルタ１３などが形成されている。図面上第１実施形態と異なる構成を示しているが、実質的に第１実施形態と同様のセンサ部であってよい。
レンズモジュール２もまた、第１実施形態と同様のレンズモジュールであってよい。

以下、本実施形態の位相シフトマスクについて詳細に説明する。
図９（ａ）はセンサ部１における光入射側（カラーフィルタ側）から見た画素のレイアウトの一例である。
例えば、図のように２×２の画素を１つの画素ユニットＰＵとし、対角に緑（Ｇ）の画素を２つ、もう一方の対角に赤（Ｒ）と青（Ｂ）の画素を１つずつ配置する構成となっている。上記の構成の２×２の４画素からなる画素ユニットが、受光面上に繰り返し配置されている。

図９（ｂ）は、第１マスク３１の一具体例の平面図である。
第１マスクは、緑色の光に作用させる位相シフトマスクである。緑色の波長ではπの奇数倍の位相差、青色と赤色ではπの偶数倍の位相差となるマスクとする。青色、緑色、赤色の波長をそれぞれ４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍとすると、５５０ｎｍの波長において位相差凡そ５πに相当する段差を形成したとき、上記の条件をほぼ実現できる。

即ち、図９（ｂ）に示すように、第１マスク３１は、光の全体を２つに区分する領域が設定されており、緑色の光（波長５５０ｎｍ）に対して一方の領域Ａ１では５π、他方の領域Ａ２では０となるように位相シフトを生じさせる構成となっている。

図９（ｃ）は、第２マスク３２の一具体例の平面図である。
第２マスクは、青色と赤色の光に作用させる位相シフトマスクである。青色と赤色の波長に作用させる位相シフトマスクは、緑色の波長ではπの偶数倍の位相差、青色の波長と赤色の波長ではそれぞれπ／２の（４ｍ＋１）倍、（４ｍ−１）倍（ここでｍは整数）の位相差とすればよい。これには、緑色の５５０ｎｍの波長において位相差凡そ２πに相当する段差を形成したとき、上記の条件をほぼ実現できる。

即ち、図９（ｃ）に示すように、第２マスク３２は、光の全体を２つに区分する領域が設定されており、緑色の光（波長５５０ｎｍ）に対して一方の領域Ａ３では０、他方の領域Ａ４では２πとなるように位相シフトを生じさせる構成となっている。
領域Ａ３とＡ４を区分する区分線は、領域Ａ１とＡ２を区分する区分線と直交する。

図９（ｄ）は、第１マスク３１と第２マスク３２を組み合わせてなる位相シフトマスクの平面図である。２枚のマスクを組み合わせたときの領域の区分と各領域の位相差を示す。
即ち、緑色の光（波長５５０ｎｍ）に対して、領域Ａ１と領域Ａ３の重なり領域Ａ１３が位相差５πとなる。また、領域Ａ２と領域Ａ３の重なり領域Ａ２３が位相差０となる。また、領域Ａ２と領域Ａ４の重なり領域Ａ２４が位相差２πとなる。また、領域Ａ１と領域Ａ４の重なり領域Ａ１４が位相差７πとなる。

第１マスク３１と第２マスク３２を組み合わせた位相シフトマスク３は、上記の画素ユニットの各画素を区分する区分線に対して受光面と平行な面上で４５°回転して得られる直交する区分線で光の全体を４つに区分する領域が設定されている。光のうち緑色の光に対して、ある領域から時計周り方向に、０、２π、７π、５πとなるように位相シフトを生じさせる。上記の時計周り方向は半時計周り方向でもよい。

青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の光の波長がそれぞれ４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍとしたとき、上記の第１マスク３１と第２マスク３２を組み合わせた位相シフトマスク３により生じる位相差は、以下のようになる。
図１０（ａ）は上記の画素レイアウトの一例であり、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）は、それぞれ緑色（Ｇ）の光、青色（Ｂ）の光、赤色（Ｒ）の光に対して実効的に生じる位相差を示す。
即ち、緑色（Ｇ，５５０ｎｍ）の光に対して、領域Ａ１で位相差π、領域Ａ２で位相差０となる。
また、青色（Ｂ，４５０ｎｍ）の光に対して、実効的に、領域Ａ４で位相差π／２、領域Ａ３で位相差０となる。
また、赤色（Ｒ，６５０ｎｍ）の光に対して、実効的に、領域Ａ４で位相差−π／２、領域Ａ３で位相差０となる。

図１１（ａ）は位相シフトマスクなしの場合の波長５５０ｎｍ（緑色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。このビームパターンは円形となる。

図１１（ｂ）は上記の位相シフトマスクを有する場合の波長５５０ｎｍ（緑色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。
緑色の光に対しては、実質的に図１０（ｂ）に示す位相差が作用し、受光面上のビームパターンは分割方向に広がった対称なパターンとなり、即ち、２つの緑色の画素に入射するパターンが得られた。

図１２（ａ）は位相シフトマスクなしの場合の波長４５０ｎｍ（青色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。このビームパターンは円形となる。

図１２（ｂ）は上記の位相シフトマスクを有する場合の波長４５０ｎｍ（青色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。
青色の光に対しては、実質的に図１０（ｃ）に示す位相差が作用し、受光面上のビームパターンは分割方向に広がった非対称なパターンとなり、特に、位相差π／２のＡ４の領域側に偏ったパターンとなり、即ち、青色の画素に偏ったパターンが得られた。

図１３（ａ）は位相シフトマスクなしの場合の波長６５０ｎｍ（赤色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。このビームパターンは円形となる。

図１３（ｂ）は上記の位相シフトマスクを有する場合の波長６５０ｎｍ（赤色の光）における受光面上でのビームパターンを示す。
赤色の光に対しては、実質的に図１０（ｄ）に示す位相差が作用し、受光面上のビームパターンは分割方向に広がった非対称なパターンとなり、特に、位相差０のＡ３の領域側に偏ったパターンとなり、即ち、赤色の画素に偏ったパターンが得られた。

各画素サイズを２μｍ角とした場合の回折計算を行ったところ、その光量は位相シフト板がない場合に比べて緑色の光で４８％、青色の光で７３％、赤色の光で４３％増大するという結果を得た。

実際の照明光はここで仮定したように波長が３つのみに限定されず、連続的に分布するものであるので増大量はこれより小さくなるが上記により一定の効果が得られると考えられる。

上記のような位相シフトマスクを組み込むことにより、入射する光の波長に応じて、受光面上のビームパターンを変化させることができ、入射光がデフォーカス状態となったときのクロストークの発生を抑制することができることについて説明する。
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、上記の実施形態の固体撮像装置の効果の説明のための図である。

図１４（ａ）は緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の各画素が上述のパターンで繰り返して配置されたレイアウトを示す。
上記のパターンの画素に対して、合焦点となる受光面で３つのスポット（ＳＰ１〜ＳＰ３）が入射する場合を考える。
図１４（ａ）中の矢印で示した位置における緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の各画素が受光する光の強度は、図１４（ｂ）のようになる。

上記の構成において、入射光がデフォーカス状態となったとき、図１５（ａ）に示すパターンの３つのスポット（ＳＰ１〜ＳＰ３）が入射する。
図１５（ａ）中の矢印で示した位置における緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の各画素が受光する光の強度は、図１５（ｂ）のようになる。
即ち、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の信号強度の振幅が小さくなっており、画素間のクロストークＣＴが発生したことを示している。

次に、本実施形態の場合について説明する。
図１６（ａ）は緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の各画素が上述のパターンで繰り返して配置されたレイアウトを示す。
本実施形態においては、合焦点となる受光面で、それぞれ２つに分割されている緑色の光の３つのスポット（ＳＰＧ１〜ＳＰＧ３）、青色の光の３つのスポット（ＳＰＢ１〜ＳＰＢ３）、赤色の光の３つのスポット（ＳＰＲ１〜ＳＰＲ３）が入射する。
図１６（ａ）中の矢印で示した位置における緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の各画素が受光する光の強度は、図１６（ｂ）のようになる。

上記において入射光がデフォーカス状態となったとき、図１７（ａ）に示すような緑色の光の３つのスポット（ＳＰＧ１〜ＳＰＧ３）、青色の光の３つのスポット（ＳＰＢ１〜ＳＰＢ３）、赤色の光の３つのスポット（ＳＰＲ１〜ＳＰＲ３）が入射する状態となる。
上記における図１７（ａ）中の矢印で示した位置における緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の各画素が受光する光の強度は、図１７（ｂ）で示される。
即ち、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）及び赤色（Ｒ）の信号強度の振幅が小さくなっておらず、画素間のクロストークＣＴが抑制されたことを示している。

第３実施形態
図１８は、本実施形態に係る電子機器であるカメラの概略構成図である。本実施形態に係るカメラは、静止画撮影又は動画撮影可能なビデオカメラの例である。
本実施形態に係るカメラは、センサ部５１、レンズモジュールを含む光学系５２、位相シフトマスク５３及び信号処理回路５４などを有する。位相シフトマスク５３は光学系５２内に組み込まれていてもよい。
本実施形態において、上記のセンサ部５１、レンズモジュール、位相シフトマスク５３としては、上記の第１及び第２実施形態に係る固体撮像装置と同等の構成が組み込まれている。

光学系５２は、被写体からの像光（入射光）をセンサ部５１の撮像面上に結像させる。
これによりセンサ部５１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
シャッタ装置は、センサ部５１への光照射期間および遮光期間を制御する。

画像処理部は、センサ部５１の転送動作およびシャッタ装置のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。画像処理部から供給される駆動信号（タイミング信号）により、センサ部５１の信号転送を行なう。信号処理回路５４は、センサ部５１の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。

上記の本実施形態に係る電子機器によれば、内蔵される固体撮像装置において、入射光がデフォーカス状態となったときのクロストークの発生を抑制することができる。
例えば、固定焦点カメラなどのデフォーカスとなりやすい撮像装置に採用することで、クロストークによる画質の劣化を抑制できる。

本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らない。赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。

さらに、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限らず、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。

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。

また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。

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において、その固体撮像装置として先述した実施形態に係る固体撮像装置を用いることで、簡単な構成で、良質な画像を得ることができる。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においてはＣＭＯＳセンサとＣＣＤ素子のいずれにも適用できる。
また、位相シフトマスクの構成は、上記のように位相差を発生させるものであれば特に限定はなく、種々の材料や膜厚のものを用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

１…センサ部、２…レンズモジュール、３…位相シフトマスク、１１…半導体基板、１２…絶縁膜、１３…カラーフィルタ、１４…オンチップマイクロレンズ、１５…絶縁膜、２１…第１レンズ、２２…第２レンズ、２３…第３レンズ、２４…第４レンズ、２５…第５レンズ、２６…光学部材、３１…第１マスク、３２…第２マスク、Ｌ…入射光、ＳＰ…スポット、５１…センサ部、５２…光学系、５３…位相シフトマスク、５４…信号処理回路

Claims

フォトダイオードを含む画素が受光面にアレイ状に配置された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された配線及び光導波路と、前記絶縁膜上に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成されたオンチップマイクロレンズとを有するセンサ部と、
レンズを含む複数枚の光学部材を有し、撮像する画像情報を含んだ光が前記センサ部の受光面に入射するように配置されたレンズモジュールと、
前記光の全体を複数に区分する領域が設定され、前記光に対して前記領域ごとに異なる位相シフトを生じさせる位相シフトマスクと
を有し、
前記センサ部において、一方の対角に２つの緑色のカラーフィルタを有する緑画素を有し、他方の対角に赤色のカラーフィルタを有する赤画素と青色のカラーフィルタを有する青画素を有する２×２の４画素からなる画素ユニットが、前記受光面上に繰り返し配置されており、
前記位相シフトマスクとして、前記画素ユニットの各画素を区分する区分線に対して前記受光面と平行な面上で４５°回転して得られる直交する区分線で前記光の全体を４つに区分する領域が設定されており、前記光のうち緑色の光に対して、ある領域から時計周りまたは反時計周り方向に、０、２π、７π、５πとなるように位相シフトを生じさせる
固体撮像装置。
前記位相シフトマスクが前記光の非焦点領域である遠視野領域に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記位相シフトマスクが前記レンズモジュール内部に組み込まれている
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
フォトダイオードを含む画素が受光面にアレイ状に配置された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された配線及び光導波路と、前記絶縁膜上に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成されたオンチップマイクロレンズとを有するセンサ部と、
レンズを含む複数枚の光学部材を有し、撮像する画像情報を含んだ光が前記センサ部の受光面に入射するように配置されたレンズモジュール、及び、前記光の全体を複数に区分する領域が設定され、前記光に対して前記領域ごとに異なる位相シフトを生じさせる位相シフトマスクを含む光学系と、
前記センサ部の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記センサ部において、一方の対角に２つの緑色のカラーフィルタを有する緑画素を有し、他方の対角に赤色のカラーフィルタを有する赤画素と青色のカラーフィルタを有する青画素を有する２×２の４画素からなる画素ユニットが、前記受光面上に繰り返し配置されており、
前記位相シフトマスクとして、前記画素ユニットの各画素を区分する区分線に対して前記受光面と平行な面上で４５°回転して得られる直交する区分線で前記光の全体を４つに区分する領域が設定されており、前記光のうち緑色の光に対して、ある領域から時計周りまたは反時計周り方向に、０、２π、７π、５πとなるように位相シフトを生じさせる
電子機器。