JP6237431B2 - 焦点検出装置、電子機器 - Google Patents

Description

本技術は、焦点検出装置、電子機器に関する。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。

このように、撮像素子の感度を調整することは困難であった。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、所望の感度を得られる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と前記受光部との間に設けられ、前記受光部への光量を制限する遮光膜と、前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁とを備え、前記遮光壁は、前記遮光膜の開口部分に設けられている。

前記遮光壁は、前記遮光膜のマイクロレンズ側に設けられているようにすることができる。

前記遮光壁は、前記遮光膜の受光部側に設けられているようにすることができる。

前記遮光壁は、前記遮光膜のマイクロレンズ側と、前記受光部側に、それぞれ設けられているようにすることができる。

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と前記受光部との間に設けられ、前記受光部への光量を制限する遮光膜と、前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁と、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、前記遮光膜が設け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、前記遮光壁は、前記遮光膜の開口部分に設けられている。

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、マイクロレンズと受光部との間に設けられ、受光部への光量を制限する遮光膜と、遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁とが備えられ、遮光壁は、遮光膜の開口部分に設けられている。

本発明の一側面の電子機器は、前記焦点検出装置を備える構成とされている。

本技術の一側面によれば、所望の感度を得られることができる。

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。

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。 焦点検出装置の構成を示す図である。 焦点検出装置の構成を示す図である。 受光角度分布を示す図である。 焦点検出装置の構成を示す図である。 受光角度分布を示す図である。 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。 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。 第１の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第１の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 遮光壁の他の形状について説明するための図である。 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。 第２の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第３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。 第３の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第４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。 第４の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第５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。 第５の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第６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。 第６の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第７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。 第７の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 第８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。 第８の実施の形態における受光角度分布を示す図である。 適用例（カプセル型内視鏡カメラ）に係る全体構成を表す機能ブロック図である。 適用例（挿入型内視鏡カメラ）に係る全体構成を表す機能ブロック図である。 適用例（ビジョンチップ）に係る全体構成を表す機能ブロック図である。

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２の実施の形態における焦点検出装置の構成
６．第３の実施の形態における焦点検出装置の構成
７．第４の実施の形態における焦点検出装置の構成
８．第５の実施の形態における焦点検出装置の構成
９．第６の実施の形態における焦点検出装置の構成
１０．第７の実施の形態における焦点検出装置の構成
１１．第８の実施の形態における焦点検出装置の構成
１２．適用例

＜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および電源部２８等を有する。そして、ＤＳＰ回路２３、フレームメモリ２４、表示部２５、記録部２６、操作部２７および電源部２８がバスライン２９を介して相互に接続されている。

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および操作部２７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

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検出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およびシステム制御部１１５から構成されている。

ＣＭＯＳイメージセンサ１００はさらに、信号処理部１１８およびデータ格納部１１９を備えている。信号処理部１１８およびデータ格納部１１９については、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、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およびデータ格納部１１９の各処理については、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）が行方向および列方向に、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、画素行毎に画素駆動線１１６が行方向に沿って配線され、画素列毎に垂直信号線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、読出し走査系と掃き出し走査系の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。掃き出し走査系は、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き出し走査を行う。

この掃き出し走査系による掃き出し走査により、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、この掃き出し走査系が不要電荷を掃き出す（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き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、画素列毎に垂直信号線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の画素列毎に、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において単位回路毎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、および、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およ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および遮光膜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りする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検出画素に割り当てられる。位相差検出画素は、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に示した位相差検出画素の構成は、図２、３に示した固体撮像素子２２の一部分であり、位相差検出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、位相差検出画素を含み、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、位相差検出画素とは、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、位相差検出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、位相差検出画素として機能し、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検出画素の出力が一致）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検出画素の出力が一致）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、位相差検出画素としてのフォトダイオード２１４−３も同様である。

位相差検出画素は、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。

ここで、図６を参照する。図６は、位相差検出画素を上方から見たときの平面図であり、例えば、図４に示した位相差検出画素を上面から見たときの図である。図６では、１画素を正方形で表し、ここでは、フォトダイオード２１４を表すとして説明を続ける。図６では、位相差検出画素のフォトダイオード２１４−２とフォトダイオード２１４−３を図示してある。

以下の説明においても、位相差検出画素が隣り合って設けられている場合を例に挙げて説明するが、位相差検出画素は、異なる離れた位置に設けられていても良く、離れた位置に設けられているような場合であっても、以下に説明する本技術を適用することはできる。

図６に示した平面図において、フォトダイオード２１４−２とフォトダイオード２１４−３の上方には、遮光膜２１６が、開口部以外の部分に設けられている。図４に示したように、遮光膜２１６は、画素の断面（側面）から見た場合、遮光膜２１６−１と遮光膜２１６-２の間に、開口部が設けられ、連続的に設けられていないように見えるが、平面で見た場合、図６に示すように、連続的に設けられ、その一部が、開口部として、開口されている。

ここでは、フォトダイオード２１４−２上に設けられている遮光膜２１６−１と遮光膜２１６−２の開口部を開口部２３０−１とし、フォトダイオード２１４−３上に設けられている遮光膜２１６−２と遮光膜２１６−３の開口部を開口部２３０−２とする。

上記したように、位相差検出画素には、遮光膜２１６が設けられているため、通常の画素と比較して、感度が低くなってしまう。位相差検出画素の感度を向上させる場合、開口部２３０を通ってフォトダイオード２１４に入射する光の量を増やす必要がある。フォトダイオード２１４に入射する光の量（受光量）を増やすには、マイクロレンズ２２０の曲率などを変えて、マイクロレンズ２２０によって集光された光の結像点を調整することや、位相差検出画素の遮光膜２１６の遮光被り量を調整することで行うことが考えられる。

図７、図８を参照し、マイクロレンズ２２０の曲率などを変えて、マイクロレンズ２２０によって集光された光の結像点を調整することで、受光量を増やす場合について説明する。

図７は、図４に示した画素のうち、位相差検出画素の部分を抽出した図である。マイクロレンズ２２０−２とマイクロレンズ２２０−３は、実線と破線で表しているが、実線は、マイクロレンズ２２０の曲率が大きいときの形状を表し、破線は、マイクロレンズ２２０の曲率が小さいときの形状を表している。

また、図７中、実線で示した矢印は、実線で示したマイクロレンズ２２０を適用したときに、マイクロレンズ２２０に入射した光の進路を表し、破線で示した矢印は、破線で示したマイクロレンズ２２０を適用したときに、マイクロレンズ２２０に入射した光の進路を表す。

図７に示した実線の矢印と破線で示した矢印とを参照するに、実線の矢印は、開口部２３０を通過しているが、破線の矢印は、遮光膜２１６−２で遮光されている部分があることが読み取れる。このことから、マイクロレンズ２２０の曲率を変えることで、開口部２３０を通過する光の量が変わり、フォトダイオード２１４での受光量が変わることがわかる。

このことをグラフとして表すと、図８に示すようなグラフとなる。図８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８中、実線で示したグラフは、曲率の大きなマイクロレンズ２２０であり、図７の実線で示したマイクロレンズ２２０からの光を受光するフォトダイオード２１４のグラフである。

また図８中、破線で示したグラフは、曲率の小さなマイクロレンズ２２０であり、図７の破線で示したマイクロレンズ２２０からの光を受光するフォトダイオード２１４のグラフである。図８中、左側は、図７に示したフォトダイオード２１４−２に受光される受光量を表し、右側は、図７に示したフォトダイオード２１４−３に受光される受光量を表す。

図８から、位相差検出画素は、入射角度が０度以外のところで最大値をとることがわかる。すなわち、位相差検出画素は、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、位相差検出画素、例えば、フォトダイオード２１４−２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２１４−２は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、位相差検出画素においては、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、図８から、曲率が大きいマイクロレンズ２２０の方が、曲率が小さいマイクロレンズ２２０よりも最大値が大きく、最小値が小さいことがわかる。このことから、感度の最大値を大きくしたい場合には、マイクロレンズ２２０の曲率を大きくし、感度の最小値を大きくしたい場合には、マイクロレンズ２２０の曲率を小さくすれば良いことが読み取れる。

このように、マイクロレンズ２２０の曲率を変えることで、位相差検出画素の感度を変えることができる。なお、ここではマイクロレンズ２２０の曲率を例に挙げて説明するが、曲率以外の条件、例えば、マイクロレンズ２２０の材質などの条件を変更することでも、位相差検出画素の感度を変えることはできる。

このことから、位相差検出画素の感度を向上させるには、マイクロレンズ２２０の曲率を大きくするなど、マイクロレンズ２２０の条件を変更することが考えられる。しかしながら、マイクロレンズ２２０の条件を変更する際に、位相差検出画素のマイクロレンズ２２０だけ曲率などの条件を変更する場合、位相差検出画素と撮像用画素とのマイクロレンズ２２０の連続性が悪くなり、位相差検出画素の周辺の撮像用画素で混色などが悪化してしまう可能性がある。

位相差検出画素と撮像用画素の全ての画素のマイクロレンズ２２０の条件を変更する場合、上記した連続性悪化の懸念はなくすことはできるが、撮像用画素の集光性能が変わってしまい、撮像用画素の特性が変動してしまう可能性が高い。

このようにマイクロレンズ２２０の条件を変更して、位相差検出画素の受光角度分布を調整する場合、撮像用画素の特性が変動してしまい、画質の劣化などが発生する可能性がある。

図９、図１０を参照し、マイクロレンズ２２０を被る遮光膜２１６の被り量、換言すれば、開口部２３０の大きさを調整することで、受光量を増やす場合について説明する。

図９は、図４に示した画素のうち、位相差検出画素の部分を抽出した図である。遮光膜２１６−２は、実線と破線で表しているが、実線は、遮光膜２１６−２が短く形成されており、開口部２３０が大きく構成されている場合を表し、破線は、遮光膜２１６−２が長く形成されており、開口部２３０が小さく構成されている場合を表している。

図９に示した実線で示した遮光膜２１６−２の場合と破線で示した遮光膜２１６−２との場合とを比較する。実線で示した遮光膜２１６−２の場合、開口部２３０が大きいため、マイクロレンズ２２０を通過した光は、遮光膜２１６−２に遮光されることなく、フォトダイオード２１４に受光される。一方、同じ進路の光であっても、破線で示した遮光膜２１６−２の場合、開口部２３０が小さいため、マイクロレンズ２２０を通過した光は、遮光膜２１６−２に遮光され、フォトダイオード２１４に受光されない。

このことから、遮光膜２１６の長さ、換言すれば開口部２３０の大きさ、さらに換言すれば、マイクロレンズ２２０に被る遮光膜２１６の被り量を変えることで、開口部２３０を通過する光の量が変わり、フォトダイオード２１４での受光量が変わることがわかる。

このことをグラフとして表すと、図１０に示すようなグラフとなる。図１０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（感度）を表す。図１０中、実線で示したグラフは、図９の実線で示した遮光膜２１６−２が短い場合（遮光膜の被り量が小さい場合）における、フォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図１０中、破線で示したグラフは、図９の破線で示した遮光膜２１６−２が長い場合（遮光膜の被り量が大きい場合）における、フォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図１０中、左側は、図９に示したフォトダイオード２１４−２に受光される受光量を表し、右側は、図９に示したフォトダイオード２１４−３に受光される受光量を表す。

図１０から、遮光膜２１６−２の被り量が小さく、開口部２３０が大きい方が、遮光膜２１６−２の被り量が大きく、開口部２３０が小さい場合よりも、感度の最大値と最小値が共に大きいことがわかる。このことから、感度の最大値や最小値を大きくしたい場合には、遮光膜２１６−２の被り量を小さくし、開口部２３０を大きくすればよいことが読み取れる。

このように、遮光膜２１６−２の大きさを変えることで、位相差検出画素の感度を変えることができる。なお、ここでは、遮光膜２１６−２の大きさを変える場合を例に挙げて説明をしたが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３の大きさを変えた場合も、同様に、位相差検出画素の感度を変えることができる。すなわち、遮光膜２１６のフォトダイオード２１４に対する被り量により、位相差検出画素の感度を変えることができる。

しかしながら、遮光膜２１６の被り量を小さくした場合、換言すれば、開口部２３０を大きくした場合、位相差検出画素の分解能力が低下し、オートフォーカスなどの機能が低下してしまう可能性がある。

図７乃至図１０を参照して説明したように、マイクロレンズ２２０の曲率などの条件や、遮光膜２１６の被り量などを調整することで、位相差検出画素の感度を調整することはできるが、上記したように、位相差検出画素として望まれる分解能力や感度を得るのは困難である。

また、マイクロレンズ２２０の曲率などの条件や、遮光膜２１６の被り量などを調整することで、位相差検出画素の受光角度分布を調整する場合、受光角度分布の出力が高い側の特性と出力が低い側の特性の両方が変動してしまい、それぞれの特性を独立に調整することは困難である。

仮に、受光角度分布の出力が高い側の特性と出力が低い側の特性のそれぞれを独立に調整することが可能であると、以下のような効果を得ることができる。

すなわち、例えば、撮像用画素の特性が変動せずに、位相差検出画素において受光角度分布の高い側の出力を保ったまま、低い側の出力だけ上げれば、撮像用画素としても使用でき、ある程度の位相差検出特性を維持した特性を持たせることができる。

また別の効果として、撮像用画素の特性が変動せずに、位相差検出画素において受光角度分布の高い側の出力を保ったまま、低い側の出力だけさらに下げられれば、より位相差検出特性を向上させることができる。

そこで、受光角度分布の出力が高い側の特性と出力が低い側の特性のそれぞれを独立に調整することが可能な位相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１１は、第１の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を上面から見たときの平面図であり、図１２は、側面から見たときの断面図である。図１１、図１２に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図６、図７、図９に示した焦点検出装置の位相差検出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１１に示した位相差検出画素は、図６に示した位相差検出画素に遮光壁３０１を追加した構成となっている。この遮光壁３０１は、図１２に示すように、縦方向に設けられた遮光膜である。以下の説明において、位相差検出画素の横方向に配置された遮光部材を、遮光膜と記述し、縦方向に配置された遮光部材を、遮光壁と記述する。また、遮光膜２１６−２が設けられている方向（図中、左右方向）を、横方向とし、遮光壁３０１が設けられている方向（図中、上下方向）を、縦方向とする。

遮光壁３０１−１は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０側に設けられ、遮光壁３０１−２は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０側に設けられている。また遮光壁３０１−１と遮光壁３０１−２は、遮光膜２１６−２の両端に位置し、遮光膜２１６−２に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられている。また、遮光壁３０１は、開口部２３０側に設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２上に遮光壁３０１が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０１が設けられるようにしても良い。

図１２に示した位相差検出画素において、遮光膜２１６−２は、実線と破線で図示してある。実線は、遮光壁３０１を設けた場合の遮光膜２１６−２を表す。破線は、遮光壁３０１を設けない場合の遮光膜２１６−２’を表し、図７に示した遮光膜２１６−２などと同じ長さの遮光膜であるとする。遮光膜２１６−２’は、比較のために図示したのであり、図１２に示した位相差検出画素において必要とされる構成であることを示す記載ではない。

後述する第２の実施の形態乃至第８の実施の形態における説明においても、破線で図示した部分は、説明のために図示したのであり、必要な構成として図示したものではないとする。

図１２に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２を従来の遮光膜２１６−２’よりも短く構成され、遮光膜２１６−２の両端のマイクロレンズ２２０側に、所定の高さを有する遮光壁３０１が設けられている。

図１２に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−２の被り量が小さく構成されることで、開口部２３０は大きく構成されることになり、開口部２３０が大きく構成されることによる効果を得ることができる。

一方で、遮光壁３０１を、遮光膜２１６−２の上側に設けることで、遮光膜２１６−２’と同じく、被り量が大きく構成されている場合と同様の効果を得ることができる。

このようなことをグラフとして表すと、図１３に示すようなグラフとなる。図１３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（感度）を表す。

図１３中、実線で示したグラフは、図１２の実線で示した遮光膜２１６−２であり、遮光壁３０１が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図１３中、破線で示したグラフは、図１２の破線で示した遮光膜２１６−２’であり、遮光壁３０１が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図１３から、遮光壁３０１を設けることで、感度の最大値をあまり変化させずに、感度の最小値を上げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素に遮光壁３０１を設けることで、受光角度分布の高い側の出力を保ったまま、低い側の出力だけを上げることが可能となる。

本出願人は、図１２に示したような遮光壁３０１を設けた位相差検出画素において受光角度分布のシミュレーションを行った。その結果を、図１４に示す。図１４に示したグラフは、図１３に示したグラフと同じく、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（感度）を表す。

また図１４において、三角形の点で示したグラフは、遮光壁３０１が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフであり、四角形の点で示したグラフは、遮光膜２１６−２’であり、遮光壁３０１が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図１４のグラフからも、受光角度分布の高い側の出力は保たれ、低い側の出力は上がることが確認できる。

このような受光角度分布の高い側の出力は保たれ、低い側の出力は上がる位相差検出画素の特性は、撮像用画素の特性と類似しているため、位相差検出画素を撮像用画素として用いることも可能となる。図示はしないが、撮影用画素の受光角度分布は、０度の角度で最大値を有し、感度の最大値と最小値の差が小さい。

受光角度分布の高い側の出力は保たれ、低い側の出力は上がることで、感度の最大値と最小値の差が小さくなり、撮像用素子の特性に近似した特性となるため、位相差検出画素を撮像用画素として用いることも可能となる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

このように、受光角度分布の高い側の出力は、入射光を遮光壁３０１によって調整し、低い側の出力は、入射光を遮光膜２１６によって調整することができる。そして、高い側の出力と、感度の低い側の出力とをそれぞれ個別に調整することが可能となる。

なお、遮光壁３０１は、図１２に示したように矩形であり、遮光膜２１６−２の端に設けられるとして説明を行ったが、遮光壁３０１の形状や設けられる位置は、図１２に示した形状や位置に限定されるわけではない。

図１５に、遮光壁３０１の他の例を示す。図１５Ａに示した例は、遮光壁３０１の断面が三角形状で構成されている遮光壁３０１Ａを表す。遮光壁３０１Ａのように、一部分が所定の高さを有する形状であれば、遮光壁として用いることができる。

図１５Ｂに示した例は、遮光壁３０１が、遮光膜２１６−２の端にあるのではなく、遮光膜２１６上の端から少しなれた位置に配置された遮光壁３０１Ｂを表す。遮光壁３０１Ｂのように、遮光壁３０１Ｂのように、遮光壁３０１Ｂは、遮光膜２１６のどのような位置に設けられても良く、設ける位置や高さにより感度を調整することができる。

このように、遮光壁３０１の形状や設けられる位置は、感度の調整にかかわり、所望とされる感度が得られる形状や位置であれば良い。第２の実施の形態乃至第８の実施の形態においても、説明は省略するが、遮光壁の形状や設けられる位置は、第１の実施の形態と同じく、所望とされる感度が得られる形状や位置であれば良い。

＜第２の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図１６は、第２の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を側面から見たときの断面図である。図１６に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図１２に示した焦点検出装置の位相差検出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１６に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２’上に、遮光壁３０２を備える。遮光壁３０２−１は、遮光膜２１６−２’上の、マイクロレンズ２２０−２側に設けられ、遮光壁３０２−２は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０−３側に設けられている。

また遮光壁３０２−１と遮光壁３０２−２は、遮光膜２１６−２’の両端に位置し、遮光膜２１６−２’に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられている。また、遮光壁３０２は、開口部２３０側に設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２’上に遮光壁３０２が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０２が設けられるようにしても良い。

図１６に示した位相差検出画素の構成は、図１２に示した位相差検出画素と同じ構成であるが、遮光膜２１６−２の長さが異なる。図１６に示した位相差検出画素の遮光膜２１６−２’は、図１２に示した遮光膜２１６−２よりも長く構成されている。換言すれば、図１６に示した位相差検出画素の遮光膜２１６−２’は、図７の遮光膜２１６−２と同じ長さとされている。

図１６に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−２の被り量が大きく構成されることで、開口部２３０は小さく構成されることになり、開口部２３０が小さく構成されることによる効果、例えば、分解能力を向上させるといった効果を得ることができる。

このような構成を有する位相差検出画素から得られる受光角度分布を図１７に示す。図１７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（感度）を表す。

図１７中、実線で示したグラフは、遮光壁３０２が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図１７中、破線で示したグラフは、遮光壁３０２が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図１７から、遮光壁３０２を設けることで、感度の最小値をあまり変化させずに、感度の最大値を下げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素において、遮光膜２１６の長さを変えずに、遮光壁３０２を設けることで、受光角度分布の低い側の出力を保ったまま、高い側の出力だけを下げることが可能となる。

このように、受光角度分布の高い側の出力は、入射光を遮光壁３０２によって調整し、低い側の出力は、入射光を遮光膜２１６によって調整することができる。そして、高い側の出力と、感度の低い側の出力とをそれぞれ個別に調整することが可能となる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

＜第３の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図１８は、第３の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を側面から見たときの断面図である。図１８に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図１２に示した焦点検出装置の位相差検出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１８に示した位相差検出画素は、図１２に示した位相差検出画素と同じ構成であるが、設けられている遮光壁３０３の高さが異なる。すなわち、図１８に示した位相差検出画素は、図１２に示した位相差検出画素と同じく、遮光膜２１６−２上に、遮光壁３０３を備える。遮光壁３０３−１は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０−２側に設けられ、遮光壁３０３−２は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０−３側に設けられている。

また遮光壁３０３−１と遮光壁３０３−２は、遮光膜２１６−２の両端に位置し、遮光膜２１６−２に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられており、その高さは、図１２に示した遮光壁３０１と比べて高く構成されている。また、遮光壁３０３は、開口部２３０側に設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２上に遮光壁３０３が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０３が設けられるようにしても良い。

このように図１８に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２を従来の遮光膜２１６−２’よりも短く構成され、遮光膜２１６−２の両端のマイクロレンズ２２０側に、所定の高さを有する遮光壁３０３が設けられている。

図１８に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−２の被り量が小さく構成されることで、開口部２３０は大きく構成されることになり、開口部２３０が大きく構成されることによる効果を得ることができるが、遮光壁３０３を、遮光膜２１６−２の上側に設け、その高さを高くすることで、遮光膜２１６−２’と同じく、被り量が大きく構成されている場合と同様の効果を得ることができる。

このようなことをグラフとして表すと、図１９に示すようなグラフとなる。図１９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（感度）を表す。

図１９中、実線で示したグラフは、図１８の実線で示した遮光膜２１６−２であり、遮光壁３０３が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図１９中、破線で示したグラフは、図１８の破線で示した遮光膜２１６−２’であり、遮光壁３０３が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図１９から、遮光壁３０３を設けることで、感度の最大値を下げ、感度の最小値を上げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素に遮光壁３０３を設けることで、受光角度分布の高い側の出力を下げ、低い側の出力を上げることが可能となる。

以上のように、遮光膜２１６の長さ（遮光膜２１６がフォトダイオード２１４を被る量）を調整し、遮光膜２１６のマイクロレンズ２２０側に遮光壁３０１乃至３０３を設け、その高さを調整することで、受光角度分布の高い側の出力や、低い側の出力を，所望の出力が得られるように調整することができる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

＜第４の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図２０は、第４の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を側面から見たときの断面図である。図２０に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図１２に示した焦点検出装置の位相差検出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２０に示した位相差検出画素は、図１２に示した位相差検出画素において、遮光膜２１６−２の上側に設けられていた遮光壁３０１を、下側に設けた点以外は同じ構成を有している。すなわち、遮光壁３０４−１は、遮光膜２１６−２下の、フォトダイオード２１４−２側に設けられ、遮光壁３０４−２は、遮光膜２１６−２下の、フォトダイオード２１４−３側に設けられている。

また遮光壁３０４−１と遮光壁３０４−２は、遮光膜２１６−２の両端に位置し、遮光膜２１６−２に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられている。また、遮光壁３０４は、開口部２３０側に設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２下に遮光壁３０４が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０４が設けられるようにしても良い。

図２０に示した位相差検出画素において、遮光膜２１６−２は、実線と破線で図示してある。実線は、遮光壁３０４を設けた場合の遮光膜２１６−２を表す。破線は、遮光壁３０４を設けない場合の遮光膜２１６−２’を表し、図７に示した遮光膜２１６−２などと同じ長さの遮光膜であるとする。遮光膜２１６−２’は、比較のために図示したのであり、図２０に示した位相差検出画素において必要とされる構成であることを示す記載ではない。

図２０に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２を従来の遮光膜２１６−２’よりも短く構成され、遮光膜２１６−２の両端のフォトダイオード２１４側に、所定の高さを有する遮光壁３０４が設けられている。

図２０に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−２の被り量が小さく構成されることで、開口部２３０は大きく構成されることになり、開口部２３０が大きく構成されることによる効果を得ることができる。

このようなことをグラフとして表すと、図２１に示すようなグラフとなる。図２１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（感度）を表す。

図２１中、実線で示したグラフは、図２０の実線で示した遮光膜２１６−２であり、遮光壁３０４が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図２１中、破線で示したグラフは、図２０の破線で示した遮光膜２１６−２’であり、遮光壁３０４が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図２１から、遮光壁３０４を設けることで、感度の最小値をあまり変化させずに、感度の最大値を上げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素に遮光壁３０４を設けることで、受光角度分布の低い側の出力を保ったまま、高い側の出力だけを上げることが可能となる。

このような受光角度分布の低い側の出力は保たれ、高い側の出力は上がる位相差検出画素は、分解能力が高い位相差検出画素とすることができる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

遮光壁３０４の形状や設けられる位置は、感度の調整にかかわり、所望とされる感度が得られる形状や位置であれば良い。

＜第５の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図２２は、第５の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を側面から見たときの断面図である。図２２に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図２０に示した焦点検出装置の位相差検出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２２に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２’下側に、遮光壁３０５を備える。遮光壁３０５−１は、遮光膜２１６−２’下側の、フォトダイオード２１４−２側に設けられ、遮光壁３０５−２は、遮光膜２１６−２下側の、フォトダイオード２１４−３側に設けられている。

また遮光壁３０５−１と遮光壁３０５−２は、遮光膜２１６−２’の両端に位置し、遮光膜２１６−２’に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられている。また、遮光壁３０５は、開口部２３０側に設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２’下に遮光壁３０５が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０５が設けられるようにしても良い。

図２２に示した位相差検出画素の構成は、図２０に示した位相差検出画素と同じ構成であるが、遮光膜２１６−２の長さが異なる。図２２に示した位相差検出画素の遮光膜２１６−２’は、図２０に示した遮光膜２１６−２よりも長く構成されている。換言すれば、図２２に示した位相差検出画素の遮光膜２１６−２’は、図７の遮光膜２１６−２と同じ長さとされている。

図２２に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−２の被り量が大きく構成されることで、開口部２３０は小さく構成されることになり、開口部２３０が小さく構成されることによる効果、例えば、分解能力を向上させるといった効果を得ることができる。

このような構成を有する位相差検出画素から得られる受光角度分布を図２３に示す。図２３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（感度）を表す。

図２３中、実線で示したグラフは、遮光壁３０５が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図２３中、破線で示したグラフは、遮光壁３０５が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図２３から、遮光壁３０５を設けることで、感度の最大値をあまり変化させずに、感度の最小値を下げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素において、遮光膜２１６の長さを変えずに、遮光壁３０５を設けることで、受光角度分布の高い側の出力を保ったまま、低い側の出力だけを下げることが可能となるため、位相差検出画素としての分解能力を向上させることが可能となる。

このように、受光角度分布の高い側の出力は、入射光を遮光壁３０５によって調整し、低い側の出力は、入射光を遮光膜２１６によって調整することができる。そして、高い側の出力と、感度の低い側の出力とをそれぞれ個別に調整することが可能となる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

＜第６の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図２４は、第６の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を側面から見たときの断面図である。図２４に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図２０に示した焦点検出装置の位相差検出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２４に示した位相差検出画素は、図２０に示した位相差検出画素と同じ構成であるが、設けられている遮光壁３０６の高さが異なる。すなわち、図２４に示した位相差検出画素は、図２０に示した位相差検出画素と同じく、遮光膜２１６−２下側に、遮光壁３０６を備える。遮光壁３０６−１は、遮光膜２１６−２下側の、フォトダイオード２１４ー２側に設けられ、遮光壁３０６−２は、遮光膜２１６−２下側の、フォトダイオード２１４―３側に設けられている。

また遮光壁３０６−１と遮光壁３０６−２は、遮光膜２１６−２の両端に位置し、遮光膜２１６−２に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられており、その高さは、図２０に示した遮光壁３０４と比べて高く構成されている。また、遮光壁３０６は、開口部２３０側に設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２下に遮光壁３０６が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０６が設けられるようにしても良い。

このように図２４に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２が従来の遮光膜２１６−２’よりも短く構成され、遮光膜２１６−２の両端のフォトダイオード２１４側に、所定の高さを有する遮光壁３０６が設けられている。

図２４に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−２の被り量が小さく構成されることで、開口部２３０は大きく構成されることになり、開口部２３０が大きく構成されることによる効果を得ることができるが、遮光壁３０６を、遮光膜２１６−２の下側に設け、その高さを高くすることで、遮光膜２１６−２’と同じく、被り量が大きく構成されている場合と同様の効果を得ることができる。

このようなことをグラフとして表すと、図２５に示すようなグラフとなる。図２５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（感度）を表す。

図２５中、実線で示したグラフは、図２４の実線で示した遮光膜２１６−２であり、遮光壁３０６が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図２５中、破線で示したグラフは、図２４の破線で示した遮光膜２１６−２’であり、遮光壁３０６が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図２５から、遮光壁３０６を設けることで、感度の最大値を上げ、感度の最小値を下げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素に遮光壁３０６を設けることで、受光角度分布の高い側の出力を上げ、低い側の出力を下げることが可能となる。このような特性を有することで、分解能力が向上した位相差検出画素とすることができる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

以上のように、遮光膜２１６の長さ（遮光膜２１６がフォトダイオード２１４を被る量）を調整し、遮光膜２１６のフォトダイオード２１４側に遮光壁３０４乃至３０６を設け、その高さを調整することで、受光角度分布の高い側の出力や、低い側の出力を、所望の出力が得られるように調整することができる。

＜第７の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
図２６は、第７の実施の形態における焦点検出装置の位相差検出画素を側面から見たときの断面図である。図２６に示した焦点検出装置の位相差検出画素において、図１６，図２２に示した焦点検出装置の位相差検出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２６に示した位相差検出画素は、図１６または図２２に示した位相差検出画素と同じ構成であるが、遮光膜２１６−２の上下に遮光壁が設けられている点が異なる。すなわち、図２６に示した位相差検出画素は、図１６に示した位相差検出画素と同じく、遮光膜２１６−２上のマイクロレンズ２２０側に遮光壁３０７を備え、遮光膜２１６−２下のフォトダイオード２１４側に遮光壁３０８を備える。

遮光壁３０７−１は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０−２側に設けられ、遮光壁３０７−２は、遮光膜２１６−２上の、マイクロレンズ２２０−３側に設けられている。遮光壁３０８−１は、遮光膜２１６−２下の、フォトダイオード２１４ー２側に設けられ、遮光壁３０８−２は、遮光膜２１６−２下の、フォトダイオード２１４―３側に設けられている。

また遮光壁３０７−１と遮光壁３０７−２は、遮光膜２１６−２の両端に位置し、遮光膜２１６−２に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられている。遮光壁３０８−１と遮光壁３０８−２も、遮光膜２１６−２の両端に位置し、遮光膜２１６−２に対して、垂直方向に所定の高さを有して設けられている。

なおここでは、遮光膜２１６−２上に遮光壁３０７と遮光壁３０８が設けられるとして説明を続けるが、遮光膜２１６−１や遮光膜２１６−３にも遮光壁３０７と遮光壁３０８が設けられるようにしても良い。

このように図２６に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−２の上下に遮光壁３０７と遮光壁３０８が設けられている。

このような構成を有する位相差検出画素の受光角度分布を示すと、図２７のようになる。図２７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（感度）を表す。

図２７中、実線で示したグラフは、図２６に示した遮光壁３０７と遮光壁３０８が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図２７中、破線で示したグラフは、遮光壁３０７と遮光壁３０８が設けられていない位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図２７から、遮光壁３０７と遮光壁３０８を設けることで、感度の最大値を下げ、感度の最小値を下げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素に遮光壁３０７と遮光壁３０８を設けることで、受光角度分布の高い側の出力と低い側の出力を，両方下げることが可能となる。

図２６に示したように、遮光壁は、遮光膜の上側と下側にそれぞれ設けた構成とすることも可能であり、そのように構成することで、図２７に示すような特性を得ることが可能であり、受光角度分布の高い側の出力や、低い側の出力を、所望の出力が得られるように調整することができる。また、位相差検出画素の遮光膜に遮光壁を形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

なお、図２６では、遮光壁３０７と遮光壁３０８は、遮光膜２１６の同一に設けられている例を示したが、遮光壁３０７と遮光壁３０８が、遮光膜２１６の異なる位置にそれぞれ設けられるような構成も可能である。

また、遮光膜２１６−２の長さを短く（フォトダイオード２１４に対する被り量を小さく）構成することも可能である。

＜第８の実施の形態における焦点検出装置の構成＞
第１乃至第７の実施の形態においては、遮光膜２１６と垂直に交わる方向に遮光壁を設ける例を示した。第８の実施の形態として、遮光膜２１６と平行に設けられた遮光膜で、第１乃至第７の実施の形態と同じく、受光角度分布の高い側の出力や、低い側の出力を、所望の出力が得られるように調整することができることについて説明する。

図２８は、第８の実施の形態における位相差検出画素の構成を示す図である。図２８に示した位相差検出画素において、図２６などに示した位相差検出画素と同様の部分には、同様の符号を付し、その説明は省略する。

図２８に示した位相差検出画素は、遮光膜２１６−１のマイクロレンズ２２０−２側に、遮光膜２１６−１と平行な方向に遮光膜３０９−１が設けられている。同様に、遮光膜２１６−２のマイクロレンズ２２０−２，２２０−３側に、遮光膜２１６−２と平行な方向に遮光膜３０９−２が設けられている。さらに同様に、遮光膜２１６−３のマイクロレンズ２２０−３側に、遮光膜２１６−３と平行な方向に遮光膜３０９−３が設けられている。

図２８に示した位相差検出画素においては、遮光膜２１６−１と遮光膜３０９−１は同一の長さの膜とされている。また、遮光膜２１６−３と遮光膜３０９−３は同一の長さの膜とされている。これらの膜に対して、遮光膜２１６−２と遮光膜３０９−２は異なる長さの膜とされている。

このように、遮光膜を２膜設けた場合、受光角度分布の高い方の出力は、マイクロレンズ２２０側に位置する遮光膜３０９で調整を行うことができ、受光角度分布の低い方の出力は、フォトダイオード２１４側に位置する遮光膜２１６で調整を行うことができる。

このように、遮光膜２１６と遮光膜３０９の被り量を調整することで、受光角度分布の高い側の出力と低い側の出力とを、それぞれ個別に調整することが可能となる。

図２８に示した例では、遮光膜３０９−２の長さ（被り量）を、遮光膜２１６−２の長さ（被り量）よりも小さく構成している。このように構成された２膜を有する位相差検出の受光角度分布は、図２９に示すようになる。図２９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（感度）を表す。

図２９中、実線で示したグラフは、図２８に示した２層の遮光膜が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。図２９中、破線で示したグラフは、１層の遮光膜が設けられている位相差検出画素のフォトダイオード２１４の感度を表すグラフである。

図２９から、２層の遮光膜を設けることで、感度の最大値を保ち、感度の最小値を下げることができることがわかる。換言すれば、位相差検出画素に２層の遮光膜を設けることで、受光角度分布の高い側の出力は維持したまま、低い側の出力を下げることが可能となる。

上記したように、２層の遮光膜の長さ（被り量）を調整することで、受光角度分布の高い側の出力や、低い側の出力を、所望の出力が得られるように調整することができる。また、位相差検出画素の遮光膜を複数形成しても、撮像用画素の構造には変化がないため、撮影用画素の特性をおよぼすことなく、位相差検出画素の特性を上記したように調整することができる。

図２８では、２層の遮光膜が設けられている位相差検出画素の例を示したが、２層に限らず、３層など、多層であっても良い。

このように、本技術によれば、撮像用画素の特性は変動させずに、受光角度分布の高い側の出力と、感度の低い側の出力とをそれぞれ個別に調整することが可能となる。

また、例えば、撮像用画素の特性が変動せずに、位相差検出画素において受光角度分布の高い側の出力を保ったまま、低い側の出力だけ上げることができ、撮像用画素としても使用でき、ある程度の位相差検出特性を維持した特性を持たせることができる。

また、撮像用画素の特性が変動せずに、位相差検出画素において受光角度分布の高い側の出力を保ったまま、低い側の出力だけさらに下げれば、より位相差検出特性を向上させることができる。

＜適用例＞
以下、上記した位相差検出画素を含む焦点検出装置の適用例について説明する。上記実施の形態における固体撮像素子２２はいずれも、様々な分野における電子機器に適用可能であり、図１に示した撮像装置（カメラ）の他に、ここでは、その一例として、内視鏡カメラ、ビジョンチップ（人工網膜）について説明する。

図３０は、適用例に係る内視鏡カメラ（カプセル型内視鏡カメラ４００Ａ）の全体構成を表す機能ブロック図である。カプセル型内視鏡カメラ４００Ａは、光学系４１０と、シャッタ装置４２０と、固体撮像素子２２と、駆動回路４４０と、信号処理回路４３０と、データ送信部４５０と、駆動用バッテリー４６０と、姿勢（方向、角度）感知用のジャイロ回路４７０とを備えている。

光学系４１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子２２の撮像面上に結像させる１または複数の撮像レンズを含むものである。シャッタ装置４２０は、固体撮像素子２２への光照射期間（露光期間）および遮光期間を制御するものである。駆動回路４４０は、シャッタ装置４２０の開閉駆動を行うと共に、固体撮像素子２２における露光動作および信号読み出し動作を駆動するものである。

信号処理回路４３０は、固体撮像素子２２からの出力信号に対して、所定の信号処理、例えばデモザイク処理やホワイトバランス調整処理等の各種補正処理を施すものである。

光学系４１０は、４次元空間における複数の方位（例えば全方位）での撮影が可能となっていることが望ましく、１つまたは複数のレンズにより構成されている。但し、本例では、信号処理回路４３０における信号処理後の映像信号Ｄ１およびジャイロ回路４７０から出力された姿勢感知信号Ｄ２は、データ送信部４５０を通じて無線通信により外部の機器へ送信されるようになっている。

なお、上記実施の形態におけるイメージセンサを適用可能な内視鏡カメラとしては、上記のようなカプセル型のものに限らず、例えば図３１に示したような挿入型の内視鏡カメラ（挿入型内視鏡カメラ４００Ｂ）であってもよい。

挿入型内視鏡カメラ４００Ｂは、上記カプセル型内視鏡カメラ４００Ａにおける一部の構成と同様、光学系４１０、シャッタ装置４２０、固体撮像素子２２、駆動回路４４０、信号処理回路４３０およびデータ送信部４５０を備えている。但し、この挿入型内視鏡カメラ４００Ｂは、さらに、装置内部に格納可能なアーム４８０ａと、このアーム４８０ａを駆動する駆動部４８０とが付設されている。このような挿入型内視鏡カメラ４００Ｂは、駆動部４８０へアーム制御信号ＣＴＬを伝送するための配線４９０Ａと、撮影画像に基づく映像信号Ｄoutを伝送するための配線４９０Ｂとを有するケーブル４９０に接続されている。

図３２は、他の適用例に係るビジョンチップ（ビジョンチップ５００）の全体構成を表す機能ブロック図である。ビジョンチップ５００は、眼の眼球Ｅ１の奥側の壁（視覚神経を有する網膜Ｅ２）の一部に、埋め込まれて使用される人口網膜である。このビジョンチップ５００は、例えば網膜Ｅ２における神経節細胞Ｃ１、水平細胞Ｃ２および視細胞Ｃ３のうちのいずれかの一部に埋設されており、例えば固体撮像素子２２と、信号処理回路５１０と、刺激電極部５２０とを備えている。

これにより、眼への入射光に基づく電気信号を固体撮像素子２２において取得し、その電気信号を信号処理回路５１０において処理することにより、刺激電極部５２０へ所定の制御信号を供給する。刺激電極部５２０は、入力された制御信号に応じて視覚神経に刺激（電気信号）を与える機能を有するものである。

また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

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。

２１４ フォトダイオード， ２１６ 遮光膜， ２２０ マイクロレンズ， ２３０ 開口部， ３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８ 遮光壁， ３０９ 遮光膜

Claims (5)

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と前記受光部との間に設けられ、前記受光部への光量を制限する遮光膜と、
   前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁と
   を備え、
   前記遮光壁は、前記遮光膜の開口部分に設けられている
   焦点検出装置。
2. 前記遮光壁は、前記遮光膜のマイクロレンズ側に設けられている
   請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記遮光壁は、前記遮光膜の受光部側に設けられている
   請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 前記遮光壁は、前記遮光膜のマイクロレンズ側と、前記受光部側に、それぞれ設けられている
   請求項１に記載の焦点検出装置。
5. 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と前記受光部との間に設けられ、前記受光部への光量を制限する遮光膜と、
   前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁と、
   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、
   前記遮光膜が設け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、
   前記遮光壁は、前記遮光膜の開口部分に設けられている
   電子機器。

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