WO2016098640A1 - 固体撮像素子、および電子装置 - Google Patents

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創造 横川
功 広田
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Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device and an electronic apparatus, and more particularly, to a solid-state imaging device suitable for use when a phase difference detection pixel for realizing an image plane phase difference AF (Auto-Focus) function is disposed, and an electronic device Relates to the device.
  • a phase difference detection pixel for realizing an image plane phase difference AF (Auto-Focus) function is disposed
  • an electronic device Relates to the device.
  • image plane phase difference AF is known as one type of AF function employed in an electronic apparatus typified by a digital camera having an imaging function (see, for example, Patent Document 1).
  • a solid-state imaging device that realizes image plane phase difference AF, in addition to normal pixels for obtaining pixel signals (color signals) constituting an image, phase difference detection pixels for pupil division of incident light are located at predetermined positions. Has been placed.
  • a metal light-shielding film is formed between the on-chip lens and the photoelectric conversion layer, the opening being biased with respect to the optical axis (optical center) of the on-chip lens. Furthermore, a light shielding structure for reducing optical color mixing is provided between the pair of adjacent phase difference detection pixels.
  • phase difference signal is calculated based on the output of a pair of phase difference detection pixels (for example, a phase difference detection pixel having an opening on the left side and a phase difference detection pixel having an opening on the right side) having different opening positions, Used for focus control.
  • a pair of phase difference detection pixels for example, a phase difference detection pixel having an opening on the left side and a phase difference detection pixel having an opening on the right side
  • phase difference detection pixel since the opening is limited by the metal light-shielding film, a decrease in sensitivity to incident light is unavoidable as compared with a normal pixel. For this reason, for example, when taking a picture in a dark place, there may be a practical problem such that the image plane phase difference AF cannot be used.
  • the pixel size is expected to become finer as the number of pixels in the solid-state image sensor increases. In that case, not only the reflection of incident light at the metal shading film but also the influence of electromagnetic behavior such as diffraction becomes significant, the accuracy of phase difference detection decreases, and the image quality characteristics due to the mixture of reflection and diffraction components into adjacent pixels Degradation or the like may occur.
  • the phase difference detection pixel having a metal light-shielding film has a narrow angle range in which the sensitivity response to an incident angle change is narrow, so a lens having a bright F value, an optical zoom lens in which CRA (Chief Ray Angle) changes greatly, etc. It becomes difficult to cope with.
  • CRA Choef Ray Angle
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and proposes a phase difference detection pixel capable of avoiding problems such as a decrease in sensitivity to incident light and a decrease in phase difference detection accuracy.
  • the solid-state imaging device includes a normal pixel that generates a pixel signal of an image and a phase difference that generates a pixel signal used for phase difference signal calculation for controlling the image plane phase difference AF function.
  • the phase difference detection pixel includes a photoelectric conversion unit that generates a pixel signal used for calculating the phase difference signal for each of the plurality of adjacent phase difference detection pixels.
  • a shared on-chip lens for collecting incident light is formed.
  • the normal pixel may be formed with an individual on-chip lens for condensing incident light to a photoelectric conversion unit that generates a pixel signal of the image for each normal pixel. .
  • An inter-pixel light shielding structure can be provided between the normal pixel and the normal pixel, and between the normal pixel and the phase difference detection pixel.
  • An inter-pixel light blocking structure can also be provided between the phase difference detection pixel and the phase difference detection pixel.
  • the phase difference detection pixel may have an aperture light shielding structure that limits the aperture of the photoelectric conversion unit.
  • one shared on-chip lens may be formed for every two adjacent pixels.
  • phase difference detection pixel two shared on-chip lenses may be formed for every three adjacent pixels.
  • the boundary between the individual on-chip lens formed on the normal pixel and the shared on-chip lens formed on the phase difference detection pixel can be a substantially square shape or a substantially hexagonal shape.
  • a dummy condensing element structure is formed between the individual on-chip lens formed on the normal pixel and the shared on-chip lens formed on the plurality of adjacent phase difference detection pixels. Can be like that.
  • the dummy condensing element structure may be formed asymmetrically with respect to the plurality of phase difference detection pixels sharing the shared on-chip lens.
  • the plurality of phase difference detection pixels sharing the shared on-chip lens can be arranged in a checkered pattern.
  • the phase difference detection pixels can be arranged linearly in at least one of the row direction or the column direction.
  • the phase difference detection pixels may be arranged in stripes in at least one of the row direction or the column direction.
  • phase difference detection pixels arranged in adjacent stripes of the stripe shape may be out of phase.
  • Each of the plurality of phase difference detection pixels having a color filter having sensitivity selective to three or more different wavelengths for each pixel and sharing the shared on-chip lens is selective to the same wavelength.
  • the color filter having sensitivity can be provided.
  • Each of the plurality of phase difference detection pixels having a color filter having sensitivity selective to three or more different wavelengths for each pixel and sharing the shared on-chip lens is selective to different wavelengths.
  • the color filter having sensitivity can be provided.
  • the pixel size of the phase difference detection pixel can be made larger than that of the normal pixel.
  • All pixels having a color filter having a sensitivity selective to a specific wavelength among three or more different wavelengths can be the phase difference detection pixel, and the output of the phase difference detection pixel is: It can also be used as an image pixel signal.
  • the phase difference detection pixel sharing the shared on-chip lens may have a size that is an integral multiple of the normal pixel, and the photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel may be combined with the photoelectric conversion unit of the normal pixel. It is divided into a plurality of regions including a central region where the same oblique incidence characteristics can be obtained, and the output of the central region can also be used as an image pixel signal.
  • the phase difference detection pixel sharing the shared on-chip lens may have a size twice that of the normal pixel, and the photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel is approximately 0.5: 1: 0.5.
  • the output of the area corresponding to the ratio of 1 can be used as an image pixel signal.
  • the phase difference detection pixel sharing the shared on-chip lens may have a size twice that of the normal pixel, and the photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel is approximately 0.5: 0.5: 0.5: 0.5.
  • the output value of the region corresponding to 0.5 and 0.5 at the center of the ratio can be used as the pixel signal of the image.
  • the electronic device includes a normal pixel that generates a pixel signal of an image and a phase difference detection that generates a pixel signal used for calculating a phase difference signal for controlling the image plane phase difference AF function.
  • the phase difference detection pixel includes a photoelectric signal that generates a pixel signal used for calculating the phase difference signal for each of the plurality of adjacent phase difference detection pixels.
  • a shared on-chip lens for collecting incident light to the conversion unit is formed.
  • the first aspect of the present disclosure it is possible to realize a solid-state imaging device that avoids problems such as a decrease in sensitivity to incident light and a decrease in phase difference detection accuracy.
  • an electronic device having a highly accurate image plane phase difference AF function can be realized.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3.
  • FIG. 4 is a top view of the shared on-chip lens of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a top view of the shared on-chip lens of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a top view of the shared on-chip lens of FIG. 8. It is a figure for demonstrating the relationship between the position of the dummy condensing element structure in the 3rd structural example of a phase difference detection pixel, and the correction amount of pupil correction. It is a figure for demonstrating the relationship between the position of the dummy condensing element structure in the 3rd structural example of a phase difference detection pixel, and the correction amount of pupil correction.
  • FIG. 15 is a top view of the shared on-chip lens of FIG. 14. It is sectional drawing which shows the 5th structural example of the phase difference detection pixel in the solid-state image sensor to which this indication is applied.
  • FIG. 18 is a top view of the shared on-chip lens of FIG. 17.
  • the present disclosure mainly relates to a phase difference detection pixel disposed in a solid-state image sensor.
  • the present disclosure is applied to a solid-state image sensor to which the present disclosure is applied together with a phase difference detection pixel.
  • a configuration example of the normal pixels to be arranged will be described.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view in which only normal pixels 30 in a solid-state imaging device to which the present disclosure is applied are extracted in a range of 4 ⁇ 4 pixels
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. .
  • the normal pixel 30 includes an individual on-chip lens 31, a color filter layer 32, an inter-pixel light shielding structure 33, a photoelectric conversion unit 34, and a signal wiring layer 35 in order from the upper surface side (incident surface side).
  • the individual on-chip lens 31 is formed for each pixel in order to make incident electromagnetic waves (hereinafter referred to as incident light) more efficiently incident on the lower photoelectric conversion unit 34. Since the color filter layer 32 transmits a specific wavelength of incident light to the lower layer side, for example, a color filter colored in any one of R, G, and B arranged according to a Bayer array or the like covers each pixel. Is formed.
  • the inter-pixel light blocking structure 33 is formed of a metal material or the like in order to reduce optical color mixing between adjacent pixels.
  • the photoelectric conversion unit 34 is formed of a photodiode that generates and accumulates charges in accordance with incident light incident through the individual on-chip lens 31 and the color filter layer 32.
  • the signal wiring layer 35 reads the signal charges generated and accumulated by the photoelectric conversion unit 34 and outputs them to the subsequent stage.
  • two pixels are phase difference detection as a first configuration example.
  • the other 14 pixels are normal pixels 30.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 3. The center two pixels are the phase difference detection pixels 40.
  • symbol is attached
  • the phase difference detection pixel 40 includes a shared on-chip lens 41, a color filter layer 32, an inter-pixel light shielding structure 33, a photoelectric conversion unit 34, and a signal wiring layer 35 in order from the upper surface side (incident surface side).
  • FIG. 5 shows a top view of the shared on-chip lens 41.
  • the shared on-chip lens 41 is formed so as to cover a plurality of adjacent (two in the figure) phase difference detection pixels 40. That is, the first configuration example shown in FIGS. 3 and 4 has a configuration in which the two phase difference detection pixels 40 share the shared on-chip lens 41.
  • an inter-pixel light shielding structure formed between the normal pixels 30 and between the normal pixels 30 and the phase difference detection pixels 40 between the plurality of phase difference detection pixels 40 sharing the shared on-chip lens 41. 33 is not formed. However, the inter-pixel light blocking structure 33 may be formed between the plurality of phase difference detection pixels 40 sharing the shared on-chip lens 41.
  • the normal pixel 30 can realize high resolution and high image quality of the captured image.
  • the phase difference detection pixel 40 detects the phase difference by the light condensing power of the shared on-chip lens 41 without blocking the light with the light blocking structure, it is possible to detect the phase difference with high sensitivity and good separation ratio characteristics. Become. Furthermore, since there are no obstacles that scatter or diffract light in the optical path, color mixing of adjacent pixels that may be caused by light scatter or diffraction is suppressed, and image quality deterioration can also be prevented.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of four adjacent pixels in a solid-state imaging device to which the present disclosure is applied, and the center two pixels are phase difference detection pixels 50 as a second configuration example.
  • the phase difference detection pixel 50 that is the second configuration example is obtained by replacing the shared on-chip lens 41 of the phase difference detection pixel 40 that is the first configuration example with a shared on-chip lens 51. That is, the second configuration example shown in FIG. 6 has a configuration in which the two phase difference detection pixels 50 share the shared on-chip lens 51.
  • FIG. 6 shows a top view of the shared on-chip lens 51 covering the two phase difference detection pixels 50 and the individual on-chip lens 31 of the adjacent normal pixel 30.
  • the shared on-chip lens 51 is formed by the same manufacturing method as that of the individual on-chip lens 31, the individual on-chip lens 31 is plane-filled with almost no gap between adjacent pixels, and the shape thereof is substantially rectangular. In contrast, the shared on-chip lens 51 has a substantially hexagonal shape. Thereby, it is possible to increase the sensitivity of the phase difference detection pixel 50 without causing a gap between the condensing element structures (on-chip lenses) of the normal pixel 30 and the phase difference detection pixel 50.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of four adjacent pixels in a solid-state imaging device to which the present disclosure is applied, and the center two pixels are phase difference detection pixels 60 as a third configuration example.
  • the phase difference detection pixel 60 which is the third configuration example replaces the shared on-chip lens 41 of the phase difference detection pixel 40 which is the first configuration example with the shared on-chip lens 52 and the dummy condensing element structure 53. It is a thing. That is, the third configuration example shown in FIG. 8 has a configuration in which two phase difference detection pixels 50 share the shared on-chip lens 52 and the dummy condensing element structure 53.
  • FIG. 9 shows a top view of the shared on-chip lens 52 and the dummy condensing element structure 53 covering the two phase difference detection pixels 60 and the individual on-chip lens 31 of the adjacent normal pixel 30.
  • the dummy condensing element structure 53 is formed between the shared on-chip lens 52 covering the phase difference detection pixel 60 and the individual on-chip lens 31 covering the adjacent normal pixel 30.
  • the individual on-chip lens 31 and the shared on-chip lens 52 can be planarly filled with almost no gap between adjacent pixels, and further, the structural deformation is minimized and optical color mixing is performed. It is possible to realize a phase difference detection pixel with less.
  • FIG. 10 to FIG. 12 explain the relationship between the position of the dummy condensing element structure 53 in the phase difference detection pixel 60 which is the third configuration example shown in FIG. 8 and the correction amount of pupil correction.
  • FIG. Each figure A is a top view of the shared on-chip lens 52 and the dummy condensing element structure 53 and the individual on-chip lens 31 of the adjacent normal pixel 30, each figure B is a sectional view, and each figure C is The relationship of the device sensitivity with respect to the incident angle of the incident light in each phase difference detection pixel is shown.
  • the center of the shared on-chip lens 52 covering the adjacent phase difference detection pixels 60A and 60B is formed at a position eccentric to the phase difference detection pixel 60A side, and the dummy condensing element structure 53 is formed as a shared on-chip lens. 52 and the individual on-chip lens 31 of the normal pixel 30 adjacent to the right side of the phase difference detection pixel 60B in the drawing.
  • the sensitivity of the phase difference detection pixel 60A is higher than that of the phase difference detection pixel 60B with respect to light from the vertical direction (incident angle 0).
  • the phase difference detection pixel 60A has high sensitivity for light at an incident angle close to the vertical direction, and the sensitivity of the phase difference detection pixel 60B for incident light from an oblique direction from the left side in the figure.
  • a phase difference detection pixel pair (phase difference detection pixels 60A and 60B) having a relatively high angle response can be realized.
  • the shared on-chip lens 52 that covers the adjacent phase difference detection pixels 60A and 60B is formed at a position where the center of the shared on-chip lens 52 coincides with the center of both pixels, and the dummy condensing element structure 53 is formed as a shared on-chip lens.
  • the phase difference detection pixels 60A and 60B and the individual on-chip lens 31 of the adjacent normal pixel 30 are shown.
  • the sensitivity of the phase difference detection pixels 60A and 60B is equal to light from the vertical direction (incidence angle 0). Therefore, as a result, the phase difference detection pixel 60A has high sensitivity for light at an incident angle close to the vertical direction, and for light incident from an oblique direction in the left and right directions in FIG.
  • a phase difference detection pixel pair (phase difference detection pixels 60A and 60B) having a typical angle response can be realized.
  • the center of the shared on-chip lens 52 covering the adjacent phase difference detection pixels 60A and 60B is formed at a position eccentric to the phase difference detection pixel 60B side, and the dummy light condensing element structure 53 is formed on the shared on-chip.
  • mold on-chip lens 31 of the normal pixel 30 adjacent to the left side of the figure of the phase difference detection pixel 60A is shown.
  • the sensitivity of the phase difference detection pixel 60B is higher than that of the phase difference detection pixel 60A for light from the vertical direction (incident angle 0).
  • the phase difference detection pixel 60B has high sensitivity for light at an incident angle close to the vertical direction, and the sensitivity of the phase difference detection pixel 60A for incident light from an oblique direction from the right side in the figure.
  • a phase difference detection pixel pair (phase difference detection pixels 60A and 60B) having a relatively high angle response can be realized.
  • phase difference detection pixel pair shown in FIGS. 10 to 12 By arranging the phase difference detection pixel pair shown in FIGS. 10 to 12 at an appropriate position of the solid-state image sensor, a solid-state image sensor that can cope with a zoom lens having a wide CRA range can be realized.
  • FIG. 13 shows a modification of the phase difference detection pixel 60 which is the third configuration example shown in B of FIG. 10 to B of FIG. Specifically, the shared on-chip lens 52 and the dummy condensing element structure 53 that cover the phase difference detection pixels 60A and 60B are formed so as to be shifted to the adjacent normal pixels 30, and accordingly, the adjacent normal pixels 30 are adjacent to each other. The individual on-chip lens 31 is also formed to be shifted.
  • the individual on-chip lens 31, the shared on-chip lens 52, and the dummy condensing element structure 53 are further shifted from the state shown in FIG. 10B to the right side in the figure. It is a thing.
  • the individual on-chip lens 31 of the normal pixel 30C is decentered to the right, and the pupil correction can be designed to be equivalent to the principal ray of the lens optical system.
  • the phase difference detection pixels 60A and 60B have the dummy condensing element structure 53 formed on the right side thereof, so that the phase difference becomes relatively zero with respect to the light from the left side or the phase difference detection.
  • the outputs of the pixels 60A and 60B can be made equal.
  • the individual on-chip lens 31, the shared on-chip lens 52, and the dummy condensing element structure 53 are further shifted to the right in the drawing from the state shown in FIG. 11B. It is a thing.
  • the individual on-chip lens 31 of the normal pixel 30C is decentered to the right, and the pupil correction can be designed to be equivalent to the principal ray of the lens optical system.
  • the phase difference detection pixels 60A and 60B have the dummy condensing element structures 53 uniformly formed on the left and right sides thereof, thereby detecting the phase difference at an angle equivalent to the incident angle direction where the sensitivity is maximum at the normal pixel 30C.
  • the outputs of the pixels 60A and 60B can be made equal.
  • the individual on-chip lens 31, the shared on-chip lens 52 and the dummy condensing element structure 53 are further shifted from the state shown in FIG. 12B to the right side in the figure. It is a thing.
  • the individual on-chip lens 31 of the normal pixel 30C is decentered to the right, and the pupil correction can be designed to be equivalent to the principal ray of the lens optical system.
  • the phase difference detection pixels 60A and 60B have the dummy condensing element structure 53 formed on the left side thereof, so that the phase difference becomes 0 relative to the light from the right side or the phase difference detection.
  • the outputs of the pixels 60A and 60B can be made equal.
  • the pupil correction amount of the normal pixel 30 and the phase difference detection pixel 60 are designed to have different sizes by changing the size, width, and arrangement of the dummy condensing element structure 53. In this case, even when the chief ray angle changes greatly according to the focal length, such as an optical zoom lens, the phase difference can be detected with high accuracy.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 14, and the three pixels on the left side are the phase difference detection pixels 80.
  • the phase difference detection pixel 80 includes a shared on-chip lens 81, a color filter layer 32, an inter-pixel light shielding structure 33, a photoelectric conversion unit 34, and a signal wiring layer 35 in order from the upper surface side (incident surface side).
  • FIG. 16 shows a top view of the shared on-chip lens 81.
  • the shared on-chip lens 81 is formed so as to cover the three adjacent phase difference detection pixels 80 by the two shared on-chip lenses 81-1 and 81-2. That is, the fourth configuration example shown in FIGS. 14 and 15 has a configuration in which three phase difference detection pixels 80 share two shared on-chip lenses 81-1 and 81-2.
  • the center phase difference detection pixel 80 is shielded by covering almost half of the pixel opening. Shall.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of four adjacent pixels in a solid-state imaging device to which the present disclosure is applied.
  • the left three pixels are phase difference detection pixels 90 as a fifth configuration example.
  • the phase difference detection pixel 90 which is the fifth configuration example is obtained by replacing the shared on-chip lens 81 of the phase difference detection pixel 80 which is the fourth configuration example with a shared on-chip lens 91. Similar to the on-chip lens 81, the shared on-chip lens 91 is formed so as to cover the three adjacent phase difference detection pixels 90 by the two shared on-chip lenses 91-1 and 91-2.
  • FIG. 18 shows a top view of two shared on-chip lenses 91-1 and 91-2 covering the three phase difference detection pixels 90 and the individual on-chip lens 31 of the adjacent normal pixel 30.
  • the shared on-chip lens 91 is formed by the same manufacturing method as that of the individual on-chip lens 31, the individual on-chip lens 31 is planarly filled with almost no gap between adjacent pixels, and the shape thereof is substantially rectangular.
  • the shared on-chip lens 91 has a substantially hexagonal shape. Accordingly, it is possible to increase the sensitivity of the phase difference detection pixel without causing a gap between the condensing element structures (on-chip lenses) of the normal pixel 30 and the phase difference detection pixel 90.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the relationship of the device sensitivity to the incident angle of incident light when three adjacent phase difference detection pixels are covered with two shared on-chip lenses.
  • the phase difference detection pixel A is highly sensitive to light from the incident angle + side, and conversely, the phase difference detection pixel B is highly sensitive to light incident from the minus side angle.
  • the phase difference information used for AF is calculated from the difference between both signal levels.
  • the middle part of the figure shows the incident angle dependence of the device sensitivity of the two phase difference detection pixels 40A and 40B covered by one shared on-chip lens 41, which is the first configuration example of the present disclosure.
  • the phase difference detection pixel 40A is highly sensitive to light from the incident angle + side, and conversely, the phase difference detection pixel 40B is highly sensitive to light incident from the-side angle.
  • the dotted lines in the graph correspond to the conventional phase difference detection pixels A and B shown in the upper part of the figure for comparison.
  • the phase difference detection pixels 40A and 40B which are the first configuration example, there is no sensitivity reduction due to light shielding, so that it is possible to obtain higher sensitivity than before in all incident angles. it can.
  • phase difference detection pixels 80A, 80B, 80C covered with two shared on-chip lenses 81 which are a fourth configuration example of the present disclosure, and two shared on-chip lenses 81 are shown.
  • the incident angle dependence of the device sensitivity of the three phase difference detection pixels 80D, 80E, and 80F covered by the graph is shown.
  • the phase difference detection pixel 80B the left half of the pixel opening is shielded from light
  • the phase difference detection pixel 80E the right half of the pixel opening is shielded from light.
  • the phase difference detection pixel 80A is highly sensitive to light from the incident angle + side, and conversely, the phase difference detection pixel 80C is highly sensitive to light from the incident angle-side. Further, since the phase difference detection pixel 80B is shielded from the left side from the center of the pixel opening, the sensitivity is relatively low, and further has a peak sensitivity with respect to incidence from the negative side larger than the phase difference detection pixel 80C. .
  • the phase difference detection pixel 80F is highly sensitive to light from the incident angle minus side, and conversely, the phase difference detection pixel 80D is highly sensitive to light from the incident angle plus side. Further, since the phase difference detection pixel 80E is shielded from the right side from the center of the pixel opening, the sensitivity is relatively low, and has a peak sensitivity with respect to incidence from the + side, which is larger than the phase difference detection pixel 80D. .
  • the phase difference information used for the image plane phase difference AF is calculated from the difference in signal level of the plurality of phase difference detection pixels 80, and the angle range in which each phase difference detection pixel 80 has peak sensitivity is widened. A phase difference can be detected for light in a wide principal ray range.
  • FIG. 20 illustrates an arrangement example of the phase difference detection pixels 40 in the solid-state imaging device to which the present disclosure is applied.
  • 36 pixels of the solid-state imaging device are extracted from a 6 ⁇ 6 pixel range, and R, G, and B in the drawing represent the colors of the pixels of the color filter layer 32, respectively.
  • the arrangement of the R, G, and B color filters in the unit is not limited to that shown in the figure, and can be changed.
  • the color configuration of each pixel of the color filter layer 32 is not limited to R, G, and B, and can be changed. The same applies to the subsequent drawings.
  • phase difference detection pixels 40 are arranged in all the third rows from the upper side in the figure, and the phase difference detection pixels 40 of the same color (G in this case) are arranged by the shared on-chip lens 41. Every two pixels are covered.
  • phase difference detection pixels 40 By using all the pixels in one row as the phase difference detection pixels 40, it is possible to achieve both high-precision and high-sensitivity phase difference detection and high-resolution images using a Bayer array.
  • FIG. 21 shows an arrangement example in which the phase difference detection pixels 40 in the arrangement example of FIG. 20 are shifted by one column.
  • FIG. 22 shows the arrangement example of FIG. 20 in which the phase difference detection pixels 40 are arranged in all the pixels in the fifth row from the upper side in the figure, and an arrangement assuming FD addition with 2 ⁇ 4 pixels.
  • An example is shown.
  • positioning covered every 2 pixels is shown.
  • FIG. 24 shows an arrangement example in which the phase difference detection pixels 40 in the arrangement example of FIG. 23 are shifted by one column.
  • positioning covered every 2 pixels is shown.
  • G, G, and B phase difference detection pixels 40 are covered every two pixels.
  • FIG. 28 is an arrangement example in which the phase difference detection pixels 40 in the arrangement example of FIG. 27 are shifted by one column, and are different in color (in this case, G and R, B and G in this case) by the horizontally long shared on-chip lens 41.
  • An arrangement example in which the phase difference detection pixels 40 are covered every two pixels is shown.
  • B, R, and G phase difference detection pixels 40 are covered every two pixels, and an arrangement example is shown assuming FD addition with 2 ⁇ 4 pixels.
  • phase difference detection pixel 40 having a Bayer arrangement, and a different color (in this case) by the horizontally long shared on-chip lens 41.
  • R and G, and G and B phase difference detection pixels 40 are illustrated as being disposed every two pixels.
  • FIG. 32 shows an arrangement example in which the phase of the phase difference detection pixel 40 in the arrangement example of FIG. 31 is shifted by a half phase.
  • the phase difference detection pixels 40 having a Bayer arrangement are arranged in all the pixels in the second to fifth rows from the upper side in the drawing, and different colors (in this case, by the horizontally long shared on-chip lens 41).
  • the phase difference detection pixels 40 of G and B, R and G are covered every two pixels, and an FD addition is assumed with 2 ⁇ 4 pixels.
  • phase difference detection pixel 40 two pixels having a selective sensitivity to G (covered with a G color filter) are covered with one shared on-chip lens 41. And it is arranged in a checkered pattern so as not to be adjacent in each row. For the normal pixel 30, two pixels having selective sensitivity to the same color (covered with a color filter of the same color) are arranged adjacent to each other in the row direction.
  • phase difference detection pixel 40 for the phase difference detection pixel 40, two pixels having selective sensitivity to G are covered with one shared on-chip lens 41 and are not adjacent in each row. It is arranged in a pattern.
  • the normal pixels 30 are arranged in the order of R and B in the Nth row, and are arranged in the order of B and R in the N + 1th row.
  • phase difference detection pixel 40 for the phase difference detection pixel 40, two pixels having selective sensitivity to G are covered with one shared on-chip lens 41 and are not adjacent to each other in each row. It is arranged in a pattern.
  • the normal pixels 30 are arranged in the order of R and B in each row.
  • phase difference detection pixel 40 for the phase difference detection pixel 40, two pixels having selective sensitivity to G are covered with one shared on-chip lens 41 and are not adjacent to each other in each row. It is arranged in a pattern.
  • R and B exist in all rows and columns, and the same color is always arranged on both sides of the two phase difference detection pixels 40 that form a pair.
  • the phase difference detection pixels 40 having selective sensitivity to G are continuously arranged in a horizontal (row) stripe shape, and the phases are all the same. Common in line.
  • the normal pixels 30 are arranged so that the arrangement of R and B in each row is the same and the same color is not continuous when viewed in the row direction.
  • the normal pixels 30 are arranged while allowing the continuity of the same color when viewed in the row direction.
  • the normal pixels 30 are arranged so that the arrangement of R and B in each row is different and the same color is not continuous when viewed in the row direction.
  • the phase difference detection pixels 40 having selective sensitivity to G are continuously arranged in a horizontal (row) stripe shape, and the phase thereof is set for each row. Are shifted by a half phase.
  • the normal pixels 30 are arranged so that the arrangement of R and B in each row is the same and the same color is not continuous when viewed in the row direction.
  • the normal pixels 30 are arranged while allowing the continuity of the same color when viewed in the row direction.
  • the normal pixels 30 are arranged so that the arrangement of R and B in each row is different and the same color is not continuous when viewed in the row direction.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 40 is R or B.
  • the phase difference detection pixels 40 having a selective sensitivity to R are continuously arranged in a horizontal stripe shape, and the phase is shifted by a half phase for each row. Are arranged.
  • the normal pixels 30 When viewed in the row direction, the normal pixels 30 have the same arrangement of G and B in each row so that the same color does not continue.
  • the phase difference detection pixels 40 having selective sensitivity to B are continuously arranged in a horizontal stripe shape, and the phases are arranged so as to be shifted by a half phase for each row.
  • the normal pixels 30 When viewed in the row direction, the normal pixels 30 have the same arrangement of R and G in each row so that the same color does not continue.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 40 is not limited to G but may be R or B.
  • the sensitivity is about 1 ⁇ 2 compared to when the color of the color filter covering the phase difference detection pixel 40 is G, but the area of the shared on-chip lens 41 covering the phase difference detection pixel 40 is as follows. Since there are twice as many as the individual on-chip lens 31 covering the normal pixel 30, the output is equivalent and the sensitivity ratio is good.
  • FIG. 38 is a modification of the configuration of the phase difference detection image 40 in the arrangement example shown in FIG.
  • FIG. 3A shows an area obtained by dividing the region of the phase difference detection image 40 for two pixels into two parts in a non-uniform manner (1: 3).
  • FIG. 5B shows a multi-view image obtained by equally dividing the region of the phase difference detection image 40 for two pixels into three.
  • the modification shown in FIG. 38 may be further modified so that the color of the color filter covering the phase difference detection pixel 40 may be R or B as shown in FIG.
  • the phase difference detection pixel 40 in the phase difference detection pixel 40, four pixels having selective sensitivity to G are covered with one shared on-chip lens 41.
  • the normal pixel 30 has a selective sensitivity to R or B and is covered by an individual on-chip lens 31 pixel by pixel.
  • the R or B same color normal pixels 30 are arranged adjacent to each other in the column direction.
  • the arrangement of the R and B normal pixels 30 in each 2 ⁇ 2 pixel region is common.
  • the size of the phase difference detection pixel pair is formed larger than the size of the normal pixel, and the phase difference detection pixel pair is arranged in a checkered pattern.
  • Gl and Gr having a sensitivity selective to G are a phase difference detection pixel pair, and the size thereof is larger than the size of a normal pixel having a sensitivity selective to R or B. Largely formed.
  • Rl and Rr having a selective sensitivity to R and Bl and Br having a selective sensitivity to B are a phase difference detection pixel pair, and the size thereof is relative to G. It is formed larger than the size of a normal pixel having selective sensitivity.
  • phase difference detection pixels 40 when all the pixels of a specific color (G in the case of FIG. 34) are the phase difference detection pixels 40 as in the arrangement example shown in FIG. 34, for example, the normal pixels 30 of the same color are Since it does not exist, the output of the phase difference detection pixel 40 must be used not only for the purpose of calculating the phase detection signal but also as a color signal.
  • phase difference detection pixel 40l shows a case where a phase difference detection pixel pair composed of two phase difference detection pixels 40 of the same color shares the shared on-chip lens 41, and one of them is the phase difference detection pixel 40l (light). The other is referred to as a phase difference detection pixel 40r (right).
  • the horizontal axis represents the incident angle and the vertical axis represents the sensitivity.
  • the curve l indicates the phase difference detection pixel 40l
  • the curve r indicates the phase difference detection pixel 40r
  • the curve n indicates the oblique incidence characteristic of the normal pixel 30 having a color different from that of the phase difference detection pixel 40.
  • Curve l + r is obtained by adding curve l and curve r
  • curve 2n is obtained by doubling curve n.
  • the solid-state imaging device having the different oblique incidence characteristics of the phase difference detection pixels 40l and 40r and the normal pixel 30 does not interfere with being mounted on a fixed focus camera employed in a smartphone or the like.
  • the aperture F value and the focal length f are variable, the sensitivity ratio between the phase difference detection pixels 40l and 40r and the normal pixel 30 changes, and WB ( A disadvantage that white balance) shift occurs.
  • phase difference detection pixel in which the occurrence of such an inconvenience can be suppressed and the oblique incidence characteristic matches that of a normal pixel (fourth phase difference detection pixel in a solid-state imaging device to which the present disclosure is applied).
  • Example of configuration will be described.
  • FIG. 42A shows a fourth configuration example of the phase difference detection pixel.
  • the phase difference detection pixel 100 has a size corresponding to two pixels of the normal pixel 30, and the size of the two pixels of the normal pixel 30 in the photoelectric conversion unit is approximately 0.5: 0.5: 0.5: 0.5 in the horizontal direction. It is divided so that the charges generated by each can be output individually.
  • the phase difference detection pixel 100 in which the size of the two pixels of the normal pixel 30 is divided into four equal parts, in order from the left side in the figure, is the phase difference detection pixel 100ll, the phase difference detection pixel 100l, the phase difference detection pixel 100r, and the phase difference. This is called a detection pixel 100rr.
  • the phase difference detection pixels 10011 to 100rr are covered with one shared on-chip lens, and the color of the color filter layer is common.
  • the curve ll is the phase difference detection pixel 100ll
  • the curve l is the phase difference detection pixel 100l
  • the curve r is the phase difference detection pixel 100r
  • the curve rr is the phase difference detection pixel 100rr
  • the curve n is The oblique incidence characteristics of the normal pixel 30 having a color different from that of the phase difference detection pixel 100 are shown.
  • the curve l + r is obtained by adding the curves l and r
  • the curve 2n is obtained by doubling the curve n.
  • the curve l + r representing the added value of the sensitivity of the phase difference detection pixel 100l and the phase difference detection pixel 100r substantially coincides with the curve 2n representing the double value of the sensitivity of the normal pixel 30. Therefore, when the output of the phase difference detection pixel 100 is used as a color signal, the outputs of the phase difference detection pixel 100l and the phase difference detection pixel 100r are added and used, and the phase difference detection pixel 100ll and the phase difference detection pixel 100rr are used. Is used for calculation of the phase difference detection signal.
  • an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device including the phase difference detection pixel 100 and the normal pixel 30 it is possible to suppress the above-described inconvenience due to the mismatch of the oblique incidence characteristics of both.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 100 is G, and every pixel is the phase difference detection pixel 100 for each row, and the rows of the phase difference detection pixels 100 are alternately arranged. The phases are shifted by half a phase.
  • the outputs of the phase difference detection pixel 100ll and the phase difference detection pixel 100rr are used only for calculation of the phase difference detection signal and not for the color signal, a lens having a wide oblique incidence range (a lens having a small F value) is Signal is always condensed on the phase difference detection pixel 100ll and the phase difference detection pixel 100rr, resulting in a loss of sensitivity. Therefore, the outputs of the phase difference detection pixel 100ll and the phase difference detection pixel 100rr may also be used as color signals.
  • phase difference color signal 100G of G component corresponding to the position of the detection pixel 100 0, the phase difference detecting pixels 100 0 same color of the phase difference detection pixels 100 1 to the surrounding shown in A of FIG. 43 so as to calculate by using the output of 100 6.
  • 100G 100S (100B / 100A)
  • 100S 100 0 ll + 100 0 l + 100 0 r + 100 0 rr
  • 100A (z0 (100 0 ll + 100 0 l + 100 0 r + 100 0 rr) + z1 (100 1 ll + 100 1 l + 100 1 r + 100 1 rr) + z2 (100 2 ll + 100 2 l + 100 2 r + 100 2 rr) + z3 (100 3 ll + 100 3 l + 100 3 r + 100 3 rr ) + Z4 (100 4 ll + 100 4 l + 100 4 r + 100 4 rr) + z5 (100 5 ll + 100 5 l + 100 5 r + 100 5 rr) + z6 (100 6 ll + 100 6 l + 100 6 r + 100 6 rr) + (z0 + 3 + z + 5 +)
  • 100B (z0 (100 0 l + 100 0 r) + z1 (100 1 l + 100 1 r) + z2 (100 2 l + 100 2 r) + z3 (100 3 l + 100 3 r) + z4 (100 4 l + 100 4 r ) + Z5 (100 5 l + 100 5 r) + z6 (100 6 l + 100 6 r)) / (z0 + z1 + z2 + z3 + z4 + z5 + z6)
  • z0 to z6 in 100A and 100B are predetermined coefficients, and may all be 1, for example, may be weighted according to a spatial distance from the center pixel, or phase difference detection Further subdivided coefficients may be set for the four outputs ll, l, r, and rr of the pixel 100, and may be set in consideration of the balance between the resolution and the SN ratio.
  • the color signal 100G calculated in this way is obtained by compressing the noise level while matching the oblique incidence characteristic to that of a normal pixel, and can improve the SN ratio of the image.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 100 is set to B or R.
  • Two normal pixels 30 of G, B phase difference detection pixels 100ll to 100rr, The phase difference detection pixels 100ll to 100rr are arranged according to the Bayer array.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 100 is B or R, and every pixel is the phase difference detection pixel 100 for each row, and the row of the phase difference detection pixel 100 is The phases are alternately shifted by a half phase.
  • B phase difference detection pixels 100ll to 100rr and R phase difference detection pixels 100ll to 100rr are alternately arranged.
  • phase difference detection pixels 100 in the solid-state imaging device are not limited to the arrangement examples described above.
  • phase difference detection pixel 110 has a size corresponding to two pixels of the normal pixel 30.
  • the size of the two pixels of the normal pixel 30 is horizontally divided into three parts of about 0.5: 1: 0.5. Therefore, the charges generated by each can be output individually.
  • the phase difference detection pixel 110 in which the size of two pixels of the normal pixel 30 is divided into three is referred to as a phase difference detection pixel 110l, a phase difference detection pixel 110c, and a phase difference detection pixel 110r in order from the left side in the drawing.
  • the phase difference detection pixels 110l, 110c, and 110r are covered with one shared on-chip lens, and the color of the color filter layer is common.
  • the horizontal axis represents the incident angle, and the vertical axis represents the sensitivity.
  • the curve l is the phase difference detection pixel 110l
  • the curve c is the phase difference detection pixel 110c
  • the curve r is the phase difference detection pixel 110r
  • the curve n is different in color from the phase difference detection pixel 110.
  • the oblique incidence characteristics of the pixel 30 are shown, and the curve 2n is a double of the curve n.
  • the curve c representing the sensitivity of the phase difference detection pixel 110c substantially coincides with the curve 2n representing the double value of the sensitivity of the normal pixel 30. Therefore, when the output of the phase difference detection pixel 110 is used as a color signal, the output of the phase difference detection pixel 110c is used, and the output of the phase difference detection pixel 110l and the phase difference detection pixel 110r is the phase difference detection signal. It is used for calculation.
  • an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device including the phase difference detection pixel 110 and the normal pixel 30 it is possible to suppress the above-described inconvenience due to the mismatch between the oblique incidence characteristics of the two.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixels 110 is G
  • all the pixels are phase difference detection pixels 110 for each row
  • the rows of the phase difference detection pixels 110 are alternately arranged.
  • the phases are shifted by half a phase.
  • the outputs of the phase difference detection pixel 110l and the phase difference detection pixel 110r are used only for calculation of the phase difference detection signal and not for the color signal, a lens having a wide oblique incidence range (a lens having a small F value) has one Signal is always focused on the phase difference detection pixel 110l and the phase difference detection pixel 110r, and sensitivity loss occurs. Therefore, the outputs of the phase difference detection pixel 110l and the phase difference detection pixel 110r may also be used as color signals.
  • phase difference color signal 100G of G component corresponding to the position of the detection pixel 110 0 the phase difference detection pixels 110 0 same color of the phase difference detection pixels 110 1 to the surrounding shown in A of FIG. 47 so as to calculate by using the output of 110 6.
  • 110G 110S (110B / 110A)
  • 110S 110 0 l + 110 0 l + 110 0 r
  • 110A (z0 (110 0 l + 110 0 c + 110 0 r) + z1 (110 1 l + 110 1 c + 110 1 r) + z2 (110 2 l + 110 2 c + 110 2 r) + z3 (110 3 l + 110 3 c + 110 3 r) + z4 (110 4 l + 110 4 c + 110 4 r) + z5 (110 5 l + 110 5 c + 110 5 r) + z6 (110 6 l + 110 6 c + 110 6 r)) / (z0 + z1 + z2 + z3 + z4 + z5 + z6)
  • 110B (z0 (110 0 l + 110 0 r) + z1 (110 1 l + 110 1 r) + z2 (110 2 l + 110 2 r) + z3 (110 3 l + 110 3 r) + z4 (110 4 l + 110 4 r ) + Z5 (110 5 l + 110 5 r) + z6 (110 6 l + 110 6 r)) / (z0 + z1 + z2 + z3 + z4 + z5 + z6)
  • z0 to z6 in 110A and 110B are predetermined coefficients, and may all be 1, for example, may be weighted according to the spatial distance from the center pixel, or phase difference detection Further subdivided coefficients may be set for the three outputs l, c, and r of the pixel 110, and may be set in consideration of the balance between the resolution and the SN ratio.
  • the color signal 110G calculated in this way is obtained by compressing the noise level while matching the oblique incidence characteristic with that of a normal pixel, and can improve the SN ratio of the image.
  • phase difference detection pixels 110 in the solid-state imaging device are not limited to the arrangement examples described above.
  • the same color and arrangement as in FIGS. 43 to 45 can be applied.
  • FIG. 48 shows a sixth configuration example of the phase difference detection pixels and an arrangement example thereof in the solid-state imaging device.
  • the phase difference detection pixel 120 has a size four times that of the normal pixel 30, and the size of four pixels of the normal pixel 30 in the photoelectric conversion unit is 0.5: 0.5: 0.5: 0.5 in the vertical and horizontal directions, respectively.
  • the electric charges generated by each can be individually output.
  • the phase difference detection pixel 120 is covered with one shared on-chip lens, and the color of the color filter layer in each divided area is common.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 120 is G.
  • the phase difference detection pixel 120 of G and the normal pixel 30 of B or R are Bayer. Arranged according to the sequence.
  • the oblique incidence characteristic of the phase difference detection pixel 120 is the same as B in FIG. Therefore, when the output of the phase difference detection pixel 120 is used as a color signal, the outputs of the four sections at the center of the phase difference detection pixel 120 divided into 16 sections are used, and the outputs of the other sections are as follows. It is used only for calculation of the phase difference detection signal and not for the color signal.
  • FIG. 49 shows an arrangement example of the phase difference detection pixels 120 in the solid-state imaging device.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 120 is B or R.
  • the phase difference detection pixel 120 of B or R and the normal pixel 30 of G are Bayer. Arranged according to the sequence.
  • phase difference detection pixels 120 in the solid-state imaging device are not limited to the arrangement examples described above.
  • an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device including the phase difference detection pixel 120 and the normal pixel 30 it is possible to suppress the above-described inconvenience due to the mismatch between the oblique incidence characteristics of the two.
  • FIG. 50 shows a seventh configuration example of the phase difference detection pixels and an arrangement example thereof in the solid-state imaging device.
  • the phase difference detection pixel 130 has a size four times that of the normal pixel 30, and the size of the four pixels of the normal pixel 30 in the photoelectric conversion unit is 3 in 0.5: 1: 0.5 in the vertical and horizontal directions, respectively. It is divided so that the charges generated by each can be output individually.
  • the phase difference detection pixel 130 is covered with one shared on-chip lens, and the color of the color filter layer in each divided area is common.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 130 is G.
  • the phase difference detection pixel 130 of G and the normal pixel 30 of B or R are Bayer. Arranged according to the sequence.
  • the oblique incidence characteristic of the phase difference detection pixel 130 is the same as B in FIG. Therefore, when the output of the phase difference detection pixel 130 is used as a color signal, the output of one section at the center of the phase difference detection pixel 120 divided into nine sections is used, and the output of the other sections is It is used only for calculating the phase difference detection signal and not for the color signal.
  • FIG. 51 shows an arrangement example of the phase difference detection pixels 130 in the solid-state imaging device.
  • the color of the color filter layer of the phase difference detection pixel 130 is B or R.
  • the phase difference detection pixel 130 of B or R and the normal pixel 30 of G are Bayer. Arranged according to the sequence.
  • phase difference detection pixels 130 in the solid-state imaging device are not limited to the arrangement examples described above.
  • an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device including the phase difference detection pixel 130 and the normal pixel 30 it is possible to suppress the above-described inconvenience caused by the mismatch of the oblique incidence characteristics of both.
  • FIG. 52 is a diagram illustrating a usage example in which the above-described solid-state imaging device is used.
  • the solid-state imaging device can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures
  • Equipment used for medical and health care ⁇
  • Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras
  • Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications etc.
  • Equipment used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops
  • This indication can also take the following composition.
  • a normal pixel that generates a pixel signal of an image and a phase difference detection pixel that generates a pixel signal used to calculate a phase difference signal for controlling the image plane phase difference AF function are mixedly mounted.
  • the phase difference detection pixel includes a shared type for condensing incident light to a photoelectric conversion unit that generates a pixel signal used for calculation of the phase difference signal for each of the plurality of adjacent phase difference detection pixels.
  • the normal pixel is formed with an individual on-chip lens for collecting incident light to a photoelectric conversion unit that generates a pixel signal of the image for each normal pixel.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (5), wherein two shared on-chip lenses are formed for every three adjacent pixels in the phase difference detection pixel.
  • the boundary between the individual on-chip lens formed on the normal pixel and the shared on-chip lens formed on the phase difference detection pixel is a substantially square or a hexagon.
  • the solid-state image sensor in any one of. (9) A dummy condensing element structure is formed between the individual on-chip lens formed on the normal pixel and the shared on-chip lens formed on the plurality of adjacent phase difference detection pixels.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (6).
  • phase difference detection pixel has a pixel size larger than that of the normal pixel.
  • All pixels having a color filter having sensitivity selective to a specific wavelength among three or more different wavelengths are the phase difference detection pixels, The output of the phase difference detection pixel is also used as a pixel signal of an image.
  • the phase difference detection pixel sharing the shared on-chip lens has a size that is an integral multiple of the normal pixel, The photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel is divided into a plurality of regions including a central region that can obtain the same oblique incidence characteristics as the photoelectric conversion unit of the normal pixel, and the output of the central region is an image pixel signal.
  • the phase difference detection pixel sharing the shared on-chip lens has a size twice that of the normal pixel, The photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel is divided into approximately 0.5: 1: 0.5, and an output of an area corresponding to the ratio of 1 is also used as an image pixel signal.
  • Solid-state image sensor Solid-state image sensor.
  • the phase difference detection pixel sharing the shared on-chip lens has a size twice that of the normal pixel,
  • the photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel is divided into four parts of approximately 0.5: 0.5: 0.5: 0.5, and the added value of the output corresponding to the center 0.5 and 0.5 of the ratio is an image pixel signal.
  • the solid-state imaging device which is also used as: (22)
  • An electronic apparatus comprising a solid-state imaging device in which a normal pixel that generates a pixel signal of an image and a phase difference detection pixel that generates a pixel signal used to calculate a phase difference signal for controlling the image plane phase difference AF function
  • the phase difference detection pixel includes a shared type for condensing incident light to a photoelectric conversion unit that generates a pixel signal used for calculation of the phase difference signal for each of the plurality of adjacent phase difference detection pixels.
  • An electronic device with an on-chip lens An electronic device with an on-chip lens.
  • phase difference detection pixels 41 shared on-chip lenses, 50 phase difference detection pixels , 51, 52 Shared on-chip lens, 53 dummy condensing element structure, 60, 80, 90, 100, 110, 120, 130 phase difference detection pixel

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Abstract

　本開示は、入射光に対する感度低下や位相差検出精度の低下などの不具合を回避した位相差検出画素を実現することができるようにする固体撮像素子、および電子装置に関する。 本開示の第１の側面である固体撮像素子は、画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子において、前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている。本開示は、裏面照射型CMOSイメージセンサと、それを搭載する電子装置に適用できる。

Description

固体撮像素子、および電子装置
　本開示は、固体撮像素子、および電子装置に関し、特に、像面位相差ＡＦ(Auto Focus)機能を実現するための位相差検出画素が配置される場合に用いて好適な固体撮像素子、および電子装置に関する。
　従来、撮像機能を備えたデジタルカメラに代表される電子装置に採用されているＡＦ機能の一方式として像面位相差ＡＦが知られている（例えば、特許文献１参照）。像面位相差ＡＦを実現する固体撮像素子には、画像を構成する画素信号（色信号）を得るための通常画素に加えて入射光を瞳分割するための位相差検出画素が所定の位置に配置されている。
　従来の位相差検出画素は、オンチップレンズと光電変換層との間に、オンチップレンズの光軸（光学中心）に対して開口を偏らせた金属遮光膜が形成されている。さらに、隣接して配置される対となる位相差検出画素に間には、光学的な混色を低減させるための遮光構造が設けられている。
　そして、開口の位置が異なる位相差検出画素対（例えば、左側が開口されている位相差検出画素と右側が開口されている位相差検出画素）の出力に基づいて位相差信号が算出されて、フォーカスの制御に用いられる。
特開２００７－３０４１８８号公報
　上述した従来の位相差検出画素では、金属遮光膜により開口が制限されているため、通常画素に比較して、入射光に対する感度の低下が不回避となる。このため、例えば暗所で撮影を行う場合に像面位相差ＡＦが利用できないなどの実用上の弊害が生じ得る。
　また、今後はさらに固体撮像素子における画素数の増加に伴って画素サイズの微細化が想定される。その場合、入射光の金属遮光膜での反射のみならず回折などの電磁波的な振る舞いの影響が顕著となり、位相差検出の精度の低下、反射・回折成分の隣接画素への混入に伴う画質特性の劣化などが発生し得る。
　さらに、金属遮光膜を備える位相差検出画素は、入射角変化に対して感度応答を示す角度範囲が狭いため、明るいＦ値を有するレンズやCRA(Chief Ray Angle)が大きく変化する光学ズームレンズなどには対応が困難となる。
　本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、入射光に対する感度低下や位相差検出精度の低下などの不具合を回避可能な位相差検出画素を提案するものである。
　本開示の第１の側面である固体撮像素子は、画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子において、前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている。
　前記通常画素には、前記通常画素毎に、前記画像の画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための個別型オンチップレンズが形成されているようにすることができる。
　前記通常画素と前記通常画素の間、および前記通常画素と前記位相差検出画素の間には画素間遮光構造を有することができる。
　前記位相差検出画素と前記位相差検出画素の間にも画素間遮光構造を有することができる。
　前記位相差検出画素は、前記光電変換部の開口を制限する開口遮光構造を有することができる。
　前記位相差検出画素には、隣接する２画素毎に１つの前記共有型オンチップレンズが形成されているようにすることができる。
　前記位相差検出画素には、隣接する３画素毎に２つの前記共有型オンチップレンズが形成されているようにすることができる。
　前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの境界は、略四角形または略六角形とすることができる。
　前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、隣接する複数の前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの間には、ダミー集光素子構造が形成されているようにすることができる。
　前記ダミー集光素子構造は、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素に対して非対称に形成されているようにすることができる。
　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、市松模様状に配置されているようにすることができる。
　前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方に直線状に配置されているようにすることができる。
　前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方にストライプ状に配置されているようにすることができる。
　前記ストライプ状の隣り合うストライプに配置されている前記位相差検出画素どうしは、位相がずれているようにすることができる。
　３種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、同じ波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有するようにすることができる。
　３種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、異なる波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有するようにすることができる。
　前記位相差検出画素は、前記通常画素に比較して画素サイズを大きくすることができる。
　３種類以上の異なる波長のうちの特定の波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを有する全ての画素は、前記位相差検出画素とすることができ、前記位相差検出画素の出力は、画像の画素信号としても用いることができる。
　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の整数倍のサイズを有することができ、前記位相差検出画素の前記光電変換部は、前記通常画素の光電変換部と同じ斜入射特性が得られる中心領域を含む複数の領域に分割されており、前記中心領域の出力が画像の画素信号としても用いることができる。
　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の２倍のサイズを有することができ、前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5：１：0.5に３分割されており、前記比の１に対応する領域の出力が画像の画素信号としても用いることができる。
　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の２倍のサイズを有することができ、前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5：0.5：0.5：0.5に４分割されており、前記比の中央の0.5と0.5にそれぞれ対応する領域の出力の加算値が画像の画素信号としても用いることができる。
　本開示の第２の側面である電子装置は、画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子を備える電子装置において、前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている。
　本開示の第１の側面によれば、入射光に対する感度低下や位相差検出精度の低下などの不具合を回避した固体撮像素子を実現ができる。
　本開示の第２の側面によれば、高精度の像面位相差ＡＦ機能を備えた電子装置を実現できる。
本開示を適用した固体撮像素子における通常画素の構成例を示す斜視図である。 図１に対応する断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第１の構成例を示す斜視図である。 図３に対応する断面図である。 図３の共有型オンチップレンズの上面図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第２の構成例を示す断面図である。 図６の共有型オンチップレンズの上面図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第３の構成例を示す断面図である。 図８の共有型オンチップレンズの上面図である。 位相差検出画素の第３の構成例におけるダミー集光素子構造の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。 位相差検出画素の第３の構成例におけるダミー集光素子構造の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。 位相差検出画素の第３の構成例におけるダミー集光素子構造の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。 位相差検出画素の第３の構成例の変形例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第４の構成例を示す斜視図である。 図１４に対応する断面図である。 図１４の共有型オンチップレンズの上面図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第５の構成例を示す断面図である。 図１７の共有型オンチップレンズの上面図である。 第１および４の構成例のデバイス感度の入射角依存性を説明するための図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の変形例の配置例を示す図である。 位相差検出画素の出力を色信号として用いる場合の問題を説明する図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第４の構成例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第５の構成例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の第６の構成例とその配置例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 位相差検出画素の第７の構成例とその配置例を示す図である。 位相差検出画素の配置のバリエーションを示す図である。 本開示を適用した固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
　以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における通常画素の構成例＞
　始めに、本開示は主に固体撮像素子に配置される位相差検出画素に関するものであるが、位相差検出画素との比較のために、位相差検出画素とともに本開示を適用した固体撮像素子に配置される通常画素の構成例について説明する。
　図１は、本開示を適用した固体撮像素子における通常画素３０のみを４×４画素の範囲で抜き出した斜視模式図であり、図２は、図１のＡ－Ａ’における断面模式図である。
　通常画素３０は、上面側（入射面側）から順に、個別型オンチップレンズ３１、カラーフィルタ層３２、画素間遮光構造３３、光電変換部３４、および信号配線層３５から成る。
　個別型オンチップレンズ３１は、下層の光電変換部３４に対して入射電磁波（以下、入射光と称する）をより効率的に入射させるために画素毎に形成される。カラーフィルタ層３２は、入射光のうちの特定波長を下層側に透過させるため、例えばベイヤ配列等に従って配置されたＲ，Ｇ，Ｂいずれかの色に着色されたカラーフィルタが各画素を覆うように形成されている。
　画素間遮光構造３３は、隣接する画素間の光学的な混色を低減するために金属材料などにより形成される。光電変換部３４は、個別型オンチップレンズ３１およびカラーフィルタ層３２を介して入射する入射光に応じて電荷を発生して蓄積するフォトダイオードからなる。信号配線層３５は、光電変換部３４により発生、蓄積された信号電荷を読み出して後段に出力する。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第１の構成例＞
　次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第１の構成例について説明する。図３は、本開示を適用した固体撮像素子における１６（＝４×４）画素の範囲を抜き出して図示した斜視模式図であり、このうちの２画素が第１の構成例としての位相差検出画素４０であって、その他の１４画素が通常画素３０である。図４は、図３のＡ－Ａ’における断面模式図であり、中央の２画素が位相差検出画素４０である。なお、位相差検出画素４０と通常画素３０で共通する構成要素については同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。以降に説明する第２の構成例などについても同様とする。
　位相差検出画素４０は、上面側（入射面側）から順に、共有型オンチップレンズ４１、カラーフィルタ層３２、画素間遮光構造３３、光電変換部３４、および信号配線層３５から成る。
　図５は、共有型オンチップレンズ４１の上面図を示している。同図に示されるように、共有型オンチップレンズ４１は、隣接する複数（同図の場合、２）の位相差検出画素４０を覆うように形成される。すなわち、図３および図４に示された第１の構成例は、２つの位相差検出画素４０が共有型オンチップレンズ４１を共有する構成を有している。
　なお、共有型オンチップレンズ４１を共有する複数の位相差検出画素４０の間には、通常画素３０どうしの間、および通常画素３０と位相差検出画素４０の間に形成される画素間遮光構造３３が形成されない。ただし、共有型オンチップレンズ４１を共有する複数の位相差検出画素４０の間に画素間遮光構造３３を形成してもよい。
　図示したように、通常画素３０と位相差検出画素４０が配置される固体撮像素子では、通常画素３０により撮像画像の高解像度化、高画質化が実現できる。また、位相差検出画素４０では、光を遮光構造でブロックすることなく共有型オンチップレンズ４１の集光力で位相差検出するため、感度が高く、分離比特性が良い位相差検出が可能となる。さらに、光を散乱したり、回折したりする障害物が光路中にないことから光の散乱、回折により生じ得る隣接画素の混色が抑止されるので、画質劣化も防ぐことができる。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第２の構成例＞
　次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第２の構成例について説明する。図６は、本開示を適用した固体撮像素子における隣接する４画素の断面模式図であり、中央の２画素が第２の構成例としての位相差検出画素５０である。
　第２の構成例である位相差検出画素５０は、第１の構成例である位相差検出画素４０の共有型オンチップレンズ４１を、共有型オンチップレンズ５１に置換したものである。すなわち、図６に示された第２の構成例は、２つの位相差検出画素５０が共有型オンチップレンズ５１を共有する構成を有している。
　図６は、２つの位相差検出画素５０を覆う共有型オンチップレンズ５１と、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１の上面図を示している。
　共有型オンチップレンズ５１を個別型オンチップレンズ３１と同様の製造方法により形成した場合、個別型オンチップレンズ３１は隣接画素間でほぼギャップなく平面充填されており、その形状が略四角形となるのに対して、共有型オンチップレンズ５１はその形状が略６角形形状となる。これにより通常画素３０と位相差検出画素５０の集光素子構造（オンチップレンズ）の間にギャップが生じることなく、位相差検出画素５０の感度を高くすることが可能になる。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第３の構成例＞
　次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第３の構成例について説明する。図８は、本開示を適用した固体撮像素子における隣接する４画素の断面模式図であり、中央の２画素が第３の構成例としての位相差検出画素６０である。
　第３の構成例である位相差検出画素６０は、第１の構成例である位相差検出画素４０の共有型オンチップレンズ４１を、共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３に置換したものである。すなわち、図８に示された第３の構成例は、２つの位相差検出画素５０が共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３を共有する構成を有している。
　図９は、２つの位相差検出画素６０を覆う共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３と、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１の上面図を示している。
　ダミー集光素子構造５３は、位相差検出画素６０を覆う共有型オンチップレンズ５２と隣接する通常画素３０を覆う個別型オンチップレンズ３１との間に形成される。ダミー集光素子構造５３を設けることにより、個別型オンチップレンズ３１および共有型オンチップレンズ５２は隣接画素間でほぼギャップなく平面充填することができ、さらにその構造変形を最小限に留め光学混色の少ない位相差検出画素を実現することができる。
　＜第３の構成例である位相差検出画素６０におけるダミー集光素子構造５３の位置と、瞳補正の補正量との関係＞
　次に、図１０乃至図１２は、図８に示された第３の構成例である位相差検出画素６０におけるダミー集光素子構造５３の位置と、瞳補正の補正量との関係を説明するための図である。なお、各図Ａは、共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３と、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１の上面図、各図Ｂは断面図、各図Ｃは、各位相差検出画素における入射光の入射角に対するデバイス感度の関係を示している。
　図１０は、隣接する位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２の中心を位相差検出画素６０Ａ側に偏心した位置に形成し、ダミー集光素子構造５３を共有型オンチップレンズ５２と、位相差検出画素６０Ｂの図中右側に隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１との間に形成した場合を示している。この場合、垂直方向（入射角０）からの光に対しては位相差検出画素６０Ａの方が位相差検出画素６０Ｂよりも感度が高くなる。よって結果として、垂直方向に近い入射角での光に対しては位相差検出画素６０Ａが高感度となり、図中左側からの斜め方向からの入射光に対しては位相差検出画素６０Ｂの感度が相対的に高くなる角度応答を有する位相差検出画素対（位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂ）を実現できる。
　図１１は、隣接する位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２の中心を両画素の中心と一致させた位置に形成し、ダミー集光素子構造５３を、共有型オンチップレンズ５２と、位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂそれぞれと隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１との間に形成した場合を示している。この場合、垂直方向（入射角０）からの光に対しては位相差検出画素６０Ａと６０Ｂの感度は等しくなる。よって結果として、垂直方向に近い入射角での光に対しては位相差検出画素６０Ａが高感度となり、図中の左右斜め方向からの入射光に対しては、入射角０を基準として左右対照的な角度応答を有する位相差検出画素対（位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂ）を実現できる。
　図１２は、隣接する位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２の中心を位相差検出画素６０Ｂ側に偏心した位置に形成し、ダミー集光素子構造５３を、共有型オンチップレンズ５２と、位相差検出画素６０Ａの図中左側に隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１との間に形成した場合を示している。この場合、垂直方向（入射角０）からの光に対しては位相差検出画素６０Ｂの方が位相差検出画素６０Ａよりも感度が高くなる。よって結果として、垂直方向に近い入射角での光に対しては位相差検出画素６０Ｂが高感度となり、図中右側からの斜め方向からの入射光に対しては位相差検出画素６０Ａの感度が相対的に高くなる角度応答を有する位相差検出画素対（位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂ）を実現できる。
　図１０乃至図１２に示された位相差検出画素対を固体撮像素子の適切な位置に配置することにより、CRAレンジが広いズームレンズなどにも対応できる固体撮像素子を実現できる。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第３の構成例の変形例＞
　次に、図１３は、図１０のＢ乃至図１２のＢに示された第３の構成例である位相差検出画素６０の変形例を示している。具体的には、位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂを覆う共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３を隣接する通常画素３０上にまでずらして形成し、これに伴い、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１もずらして形成するようにしたものである。
　図１３のＡの変形例は、図１０のＢに示された状態からさらに、個別型オンチップレンズ３１、共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３を、図中右側にずらして形成したものである。この場合、通常画素３０Ｃの個別型オンチップレンズ３１は右側に偏心しており、その瞳補正をレンズ光学系の主光線と同等に設計することができる。一方で位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂは、その右側にダミー集光素子構造５３を形成していることにより、相対的に左側からの光に対して位相差が０になるか、または位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂの出力を同等にすることができる。
　図１３のＢの変形例は、図１１のＢに示された状態からさらに、個別型オンチップレンズ３１、共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３を、図中右側にずらして形成したものである。この場合、通常画素３０Ｃの個別型オンチップレンズ３１は右側に偏心しており、その瞳補正をレンズ光学系の主光線と同等に設計することができる。一方で位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂは、その左右にダミー集光素子構造５３を均等に形成していることにより、通常画素３０Ｃで感度最大になる入射角方向と同等の角度で、位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂの出力を同等にすることができる。
　図１３のＣの変形例は、図１２のＢに示された状態からさらに、個別型オンチップレンズ３１、共有型オンチップレンズ５２およびダミー集光素子構造５３を、図中右側にずらして形成したものである。この場合、通常画素３０Ｃの個別型オンチップレンズ３１は右側に偏心しており、その瞳補正をレンズ光学系の主光線と同等に設計することができる。一方で位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂは、その左側にダミー集光素子構造５３を形成していることにより、相対的に右側からの光に対して位相差が０になるか、または位相差検出画素６０Ａ，６０Ｂの出力を同等にすることができる。
　図１３に示されたように、ダミー集光素子構造５３の大きさ、幅、その配置を変更することにより、通常画素３０と位相差検出画素６０の瞳補正の補正量を異なる大きさに設計すれば、例えば光学ズームレンズなどのような焦点距離に応じて主光線角度が大きく変化するような場合でも、高精度の位相差検出が可能となる。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第４の構成例＞
　次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第４の構成例について説明する。図１４は、本開示を適用した固体撮像素子における１６（＝４×４）画素を抜き出して図示した斜視模式図であり、このうちの３画素が第４の構成例としての位相差検出画素８０であって、その他の１３画素が通常画素３０である。図１５は、図１４のＡ－Ａ’における断面模式図であり、左側の３画素が位相差検出画素８０である。
　位相差検出画素８０は、上面側（入射面側）から順に、共有型オンチップレンズ８１、カラーフィルタ層３２、画素間遮光構造３３、光電変換部３４、および信号配線層３５から成る。
　図１６は、共有型オンチップレンズ８１の上面図を示している。同図に示されるように、共有型オンチップレンズ８１は、２つの共有型オンチップレンズ８１－１，８１－２によって、隣接する３つの位相差検出画素８０を覆うように形成される。すなわち、図１４および図１５に示された第４の構成例は、３つの位相差検出画素８０が２つの共有型オンチップレンズ８１－１，８１－２を共有する構成を有している。
　なお、２つの共有型オンチップレンズ８１－１，８１－２を共有する３つの位相差検出画素８０のうち、中央の位相差検出画素８０は画素開口のほぼ半分が覆われて遮光されているものとする。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第５の構成例＞
　次に、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第５の構成例について説明する。図１７は、本開示を適用した固体撮像素子における隣接する４画素の断面模式図であり、左側の３画素が第５の構成例としての位相差検出画素９０である。
　第５の構成例である位相差検出画素９０は、第４の構成例である位相差検出画素８０の共有型オンチップレンズ８１を、共有型オンチップレンズ９１に置換したものであり、共有型オンチップレンズ８１と同様に、共有型オンチップレンズ９１は、２つの共有型オンチップレンズ９１－１，９１－２によって、隣接する３つの位相差検出画素９０を覆うように形成される。
　図１８は、３つの位相差検出画素９０を覆う２つの共有型オンチップレンズ９１－１，９１－２と、隣接する通常画素３０の個別型オンチップレンズ３１の上面図を示している。
　共有型オンチップレンズ９１を個別型オンチップレンズ３１と同様の製造方法により形成した場合、個別型オンチップレンズ３１は隣接画素間でほぼギャップなく平面充填されており、その形状が略四角形となるのに対して、共有型オンチップレンズ９１はその形状が略６角形形状となる。これにより通常画素３０と位相差検出画素９０の集光素子構造（オンチップレンズ）の間にギャップが生じることなく、位相差検出画素の感度を高くすることが可能になる。
　＜隣接する３つの位相差検出画素を２つの共有型オンチップレンズで覆う場合の入射光の入射角に対するデバイス感度の関係＞
　図１９は隣接する３つの位相差検出画素を２つの共有型オンチップレンズで覆う場合の入射光の入射角に対するデバイス感度の関係を説明するためのものである。
　同図上段には、金属遮光膜を用いて画素開口の左半分が遮光された従来型の位相差検出画素Ａと、右半分が遮光された従来型の位相差検出画素Ｂのデバイス感度の入射角依存性を示している。位相差検出画素Ａは入射角度＋側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素Ｂは－側の角度から入射する光に対して高感度である。ＡＦに用いられる位相差情報は、両者の信号レベルの差異から算出される。
　同図中段には、本開示の第１の構成例である、１つの共有型オンチップレンズ４１によって覆われた２つの位相差検出画素４０Ａ，４０Ｂのデバイス感度の入射角依存性を示している。位相差検出画素４０Ａは入射角度＋側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素４０Ｂは－側の角度から入射する光に対して高感度である。なお、グラフ中の点線は比較のために、同図上段に示された従来の位相差検出画素Ａ，Ｂに対応するものである。同図に示されるように、第１の構成例である位相差検出画素４０Ａ，４０Ｂでは、遮光に起因する感度低下がないので、全ての入射角度で従来に比較して高い感度を得ることができる。
　同図下段には、本開示の第４の構成例である、２つの共有型オンチップレンズ８１によって覆われた３つの位相差検出画素８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃと、２つの共有型オンチップレンズ８１によって覆われた３つの位相差検出画素８０Ｄ，８０Ｅ，８０Ｆのデバイス感度の入射角依存性を示している。ただし、位相差検出画素８０Ｂは画素開口の左半分が遮光され、位相差検出画素８０Ｅは画素開口の右半分が遮光されている。
　位相差検出画素８０Ａは入射角度＋側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素８０Ｃは入射角度－側からの光に対して高感度である。また、位相差検出画素８０Ｂは画素開口の中央から左側が遮光されているので、相対的に感度が低く、さらに、位相差検出画素８０Ｃよりも大きな－側からの入射に対してピーク感度を有する。
　位相差検出画素８０Ｆは入射角度－側からの光に対して高感度であり、反対に、位相差検出画素８０Ｄは入射角度＋側からの光に対して高感度である。また、位相差検出画素８０Ｅは画素開口の中央から右側が遮光されているので、相対的に感度が低く、さらに、位相差検出画素８０Ｄよりも大きな＋側からの入射に対してピーク感度を有する。
　像面位相差ＡＦに用いられる位相差情報は、これら複数位相差検出画素８０の信号レベルの差異から算出されるが、各々の位相差検出画素８０がピーク感度を有する角度範囲が広がることで、広い主光線レンジの光に対して位相差を検出することができる。
　＜画素配列のバリエーション＞
　図２０は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の配置例を示している。ただし、同図は固体撮像素子の３６画素を６×６の画素範囲を抜き出したものであり、図中のＲ，Ｇ，Ｂはそれぞれカラーフィルタ層３２の各画素の色を表している。なお、位相差検出画素４０以外の通常画素３０におけるカラーフィルタ層３２の色の配置は４（＝２×２）画素で１ユニットを構成するベイヤ配列とされている。なお、ユニット内におけるＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタの配置は図示するものに限定されるものではなく変更可能である。または、カラーフィルタ層３２の各画素の色の構成についてもＲ，Ｇ，Ｂに限定されるものではなく、変更可能である。以降の図面においても同様である。
　同図の配置例では、図中上側から３行目の全てに位相差検出画素４０が配置されており、共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われている。
　１行の全ての画素を位相差検出画素４０とすることで、高精度、高感度な位相差検出とベイヤ配列による高解像度画像の両立が可能になる。
　図２１は、図２０の配置例における位相差検出画素４０を１列ずらした配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図２０の配置例と図２１の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図２２は、図２０の配置例に対し、さらに、図中上側から５行目の全ての画素にも位相差検出画素４０を配置したものであり、２×４画素でＦＤ加算を想定した配置例を示している。ＦＤ加算に対応して同位相の位相差検出画素の出力信号の加算を可能にした配置を採用することにより、高精度、高感度な位相差検出とベイヤ配列による高解像度画像の両立が可能になる。
　図２３は、図中中央の４（＝２×２）画素に位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
　図２４は、図２３の配置例における位相差検出画素４０を１列ずらした配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図２３の配置例と図２４の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図２５は、図中中央の４（＝２×２）画素に位相差検出画素４０が配置され、縦長の共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
　図２６は、図中中央の４（＝２×２）画素に位相差検出画素４０が配置され、１つの共有型オンチップレンズ４１により同色（いまの場合、Ｇ）の４つの位相差検出画素４０が覆われた配置例を示している。
　図２７は、図中中央の４（＝２×２）画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＲとＧ、ＧとＢ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
　図２８は、図２７の配置例おける位相差検出画素４０を１列ずらした配置例であり、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＧとＲ、ＢとＧ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図２７の配置例と図２８の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図２９は、図中中央の８（＝２×４）画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＧとＢ、ＲとＧ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われており、２×４画素でのＦＤ加算を想定した配置例を示している。
　図３０は、図中中央の４（＝２×２）画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、縦長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＲとＧ、ＧとＢ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
　図３１は、図中上側から３行目と４行目の全ての画素の色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＲとＧ、ＧとＢ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われた配置例を示している。
　図３２は、図３１の配置例における位相差検出画素４０の位相を半位相ずらした配置例を示している。１つの固体撮像素子には、図３１の配置例と図３２の配置例のように、位相を半位相ずらした位相差検出画素４０を混在させることが好ましい。図３３は、図中上側から２乃至５行目の全ての画素に、色の配置がベイヤ配列の位相差検出画素４０が配置され、横長の共有型オンチップレンズ４１により異色（いまの場合、ＧとＢ、ＲとＧ）の位相差検出画素４０が２画素毎に覆われており、２×４画素でのＦＤ加算を想定した配置例を示している。
　図３４は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素または２４（＝６×４）画素を抜き出して図示したものである。
　同図Ａの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する（Ｇのカラーフィルタで覆われた）２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、同じ色に対して選択的な感度を有する（同じ色のカラーフィルタで覆われた）２画素が行方向に隣接して配置されている。
　同図Ｂの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、Ｎ行目にはＲ，Ｂの順に配置され、Ｎ＋１行目にはＢ，Ｒの順に配置されている。
　同図Ｃの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、各行にＲ，Ｂの順に配置されている。
　同図Ｄの配置例は、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する２画素が１つの共有型オンチップレンズ４１で覆われ、かつ、各行で隣接しないように市松模様状に配置されている。通常画素３０については、全ての行と列にＲ，Ｂが存在し、対となる２つの位相差検出画素４０の両脇は常に同色が配置されている。
　図３５は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。同図Ａ乃至同図Ｄに示される配置例では、Ｇに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横（行）ストライプ状に連続して配置されており、その位相は全ての行で共通である。
　同図Ａの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
　同図Ｂの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、同じ色の連続を許容して配置されている。
　同図Ｃの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が異なり、かつ、同じ色が連続しないように配置されている。
　同図Ｄの場合、通常画素の配置が同図Ｂに示された配置例から１列だけずらして配置されている。
　図３６は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。同図Ａ乃至同図Ｄに示される配置例では、Ｇに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横（行）ストライプ状に連続して配置されており、その位相は行毎に半位相だけずらして配置されている。
　同図Ａの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
　同図Ｂの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、同じ色の連続を許容して配置されている。
　同図Ｃの場合、通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｂの配置が異なり、かつ、同じ色が連続しないように配置されている。
　同図Ｄの場合、通常画素の配置が同図Ｂに示された配置例から１列だけずらして配置されている。
　図３７は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。ただし、同図の配置例では、位相差検出画素４０のカラーフィルタ層の色はＲまたはＢとされている。
　すなわち、同図Ａに示される配置例は、Ｒに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横ストライプ状に連続して配置されており、その位相が行毎に半位相だけずらして配置されている。通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＧ，Ｂの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
　同図Ｂに示される配置例は、Ｂに対して選択的な感度を有する位相差検出画素４０が横ストライプ状に連続して配置されており、その位相が行毎に半位相だけずらして配置されている。通常画素３０については、行方向に見た場合、各行のＲ，Ｇの配置が同一であって、同じ色が連続しないように配置されている。
　図示されたように、位相差検出画素４０のカラーフィルタ層の色はＧに限らず、ＲまたはＢとしてもよい。この場合、位相差検出画素４０を覆うカラーフィルタの色をＧとした場合に比較して感度は１／２程度であるが、位相差検出画素４０を覆う共有型オンチップレンズ４１の面積が、通常画素３０を覆う個別型オンチップレンズ３１の２倍あるので、同等出力となり、感度比は良好となる。
　図３８は、図３６のＡに示された配置例における位相差検出画像４０の構成を変形したものである。同図Ａは、２画素分の位相差検出画像４０の領域を不均等（１：３）に２分割したものを示している。同図Ｂは、２画素分の位相差検出画像４０の領域を均等に３分割して多視点化したものを示している。同図に示されたように、２画素分の位相差検出画像４０の領域を１：１とは異なる割合で適切に複数に分割すれば、斜入射特性の改善が期待できる。なお、図３８に示された変形例をさらに変形し、図３７に示されたように、位相差検出画素４０を覆うカラーフィルタの色をＲまたはＢとしてもよい。
　図３９は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の配置例であり、固体撮像素子の１６（＝４×４）画素を抜き出して図示したものである。同図Ａ乃至同図Ｄに示される配置例では、位相差検出画素４０については、Ｇに対して選択的な感度を有する４画素が１つの共有型オンチップレンズ４１によって覆われている。通常画素３０については、ＲまたはＢに対して選択的な感度を有し、１画素ずつ個別型オンチップレンズ３１により覆われている。
　同図Ａの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、Ｒの通常画素３０のみ、またはＢの通常画素３０のみが配置されている。
　同図Ｂの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、ＲまたはＢの同色の通常画素３０が列方向に隣接して配置されている。ただし、各２×２画素領域におけるＲおよびＢの通常画素３０の配置は異なる。
　同図Ｃの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、ＲまたはＢの同色通常画素３０が列方向に隣接して配置されている。ただし、各２×２画素領域におけるＲおよびＢの通常画素３０の配置は共通である。
　同図Ｄの場合、Ｇの位相差検出画素４０以外の２×２画素領域には、ＲまたはＢの同色通常画素３０が斜め方向に隣接して配置されている。ただし、各２×２画素領域におけるＲおよびＢの通常画素３０の配置は共通である。
　図４０は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素４０の変形例の配置例であり、固体撮像素子の１８（＝６×３）画素を抜き出して図示したものである。この変形例は、位相差検出画素対のサイズを通常画素のサイズよりも大きく形成したものであり、位相差検出画素対は市松模様状に配置される。
　同図Ａの場合、Ｇに対して選択的な感度を有するＧl，Ｇrが位相差検出画素対であり、そのサイズが、ＲまたはＢに対して選択的な感度を有する通常画素のサイズよりも大きく形成されている。
　同図Ｂの場合、Ｒに対して選択的な感度を有するＲl，Ｒrと、Ｂに対して選択的な感度を有するＢl，Ｂrが位相差検出画素対であり、そのサイズがＧに対して選択的な感度を有する通常画素のサイズよりも大きく形成されている。
　＜位相差検出画素の出力を色信号として用いる場合の問題について＞
　ところで、例えば図２０等に示された配置例のように、特定の色（図２０の場合はＧ）について通常画素３０と位相差検出画素４０が固体撮像素子上に配置されている場合、位相差検出画素４０の位置に対応する色信号は同じ色の近傍の通常画素３０の出力を用いて補間できるので、位相差検出画素４０の出力は位相検出信号を算出する用途だけに用いればよい。
　しかしながら、例えば図３４等に示された配置例のように、特定の色（図３４の場合はＧ）の全ての画素が位相差検出画素４０とされている場合、同じ色の通常画素３０は存在しないので、位相差検出画素４０の出力は位相検出信号を算出する用途だけでなく色信号としても用いる必要がある。
　ただし、位相差検出画素４０の出力を色信号としても用いた場合、該特定の色とは異なる色（図３４の場合、Ｒ，Ｂ）の通常画素３０とオンチップレンズの形状が異なることから斜入射特性に違いがあって以下の問題が生じてしまう。この問題について図４１を参照して説明する。
　図４１のＡは、同じ色の２画素の位相差検出画素４０からなる位相差検出画素対が共有型オンチップレンズ４１を共有する場合を示しており、一方を位相差検出画素４０ｌ(light)、他方を位相差検出画素４０ｒ(right)と称する。
　図４１のＢは、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒのCRA＝0degにおける斜入射特性を示しており、横軸は入射角、縦軸は感度である。また、図４１のＢにおける曲線ｌは位相差検出画素４０ｌの、曲線ｒは位相差検出画素４０ｒの、曲線ｎは位相差検出画素４０と色が異なる通常画素３０の斜入射特性をそれぞれ示しており、曲線ｌ＋ｒは曲線ｌと曲線ｒを加算したもの、曲線２ｎは曲線ｎを２倍したものである。
　位相差検出画素４０ｌと位相差検出画素４０ｒの感度の加算値を表す曲線ｌ＋ｒが、通常画素３０の感度の２倍値を表す曲線２ｎと一致すれば、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒと通常画素３０の斜入射特性は一致することになるが、図４１のＢから明らかなように両者は一致しない。
　このように、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒと通常画素３０の斜入射特性が異なる固体撮像素子は、スマートフォンなどに採用されている固定焦点カメラに搭載する分には支障ない。しかしながら、絞りＦ値や焦点距離ｆが可変とされている撮像装置（一眼レフカメラ、コンパクトカメラなど）に搭載すると、位相差検出画素４０ｌ，４０ｒと通常画素３０の感度比が変化してＷＢ（ホワイトバランス）ずれが生じるという不都合が発生してしまう。
　そこで以下では、そのような不都合の発生を抑止できる、斜入射特性が通常画素と一致するようにした位相差検出画素の構成例（本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第４の構成例）を説明する。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第４の構成例＞
　図４２のＡは、位相差検出画素の第４の構成例を示している。この位相差検出画素１００は、通常画素３０の２画素分のサイズとされており、光電変換部については通常画素３０の２画素分のサイズが横方向に略0.5：0.5：0.5：0.5に４分割されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。以下、通常画素３０の２画素分のサイズが４等分されている位相差検出画素１００を図中左側から順に、位相差検出画素１００ｌｌ、位相差検出画素１００ｌ、位相差検出画素１００ｒ、位相差検出画素１００ｒｒと称する。位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒは１つの共有型オンチップレンズに覆われており、カラーフィルタ層の色は共通とされている。
　図４２のＢは、位相差検出画素１００ｌｌ，１００ｌ，１００ｒ，１００ｒｒのCRA＝0degにおける斜入射特性を示しており、横軸は入射角、縦軸は感度である。また、図４２のＢにおける曲線ｌｌは位相差検出画素１００ｌｌの、曲線ｌは位相差検出画素１００ｌの、曲線ｒは位相差検出画素１００ｒの、曲線ｒｒは位相差検出画素１００ｒｒの、曲線ｎは位相差検出画素１００と色が異なる通常画素３０の斜入射特性をそれぞれ示しており、曲線ｌ＋ｒは曲線ｌと曲線ｒを加算したもの、曲線２ｎは曲線ｎを２倍したものである。
　同図Ｂから明らかなように、位相差検出画素１００ｌと位相差検出画素１００ｒの感度の加算値を表す曲線ｌ＋ｒは、通常画素３０の感度の２倍値を表す曲線２ｎとほぼ一致する。したがって、位相差検出画素１００の出力を色信号として用いる場合には、位相差検出画素１００ｌと位相差検出画素１００ｒの出力を加算して用いるようにし、位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒの出力については、位相差検出信号の算出に用いるようにする。
　位相差検出画素１００と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
　図４３は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素１００の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の２４（＝４×６）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１００のカラーフィルタ層の色はＧとされており、１行毎に全画素が位相差検出画素１００とされ、位相差検出画素１００の行は交互に位相が半位相ずつずらして配置されている。
　ところで、位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒの出力を、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号に用いないと、斜入射範囲が広いレンズ（Ｆ値が小さいレンズ）では、一部の信号が常時位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒに集光して感度ロスが発生してしまう。そこで、位相差検出画素１００ｌｌと位相差検出画素１００ｒｒの出力も色信号として用いるようにしてよい。
　具体的には、図４３のＡに示される位相差検出画素１０００の位置に対応するＧ成分の色信号１００Ｇを、位相差検出画素１０００とその周囲の同色の位相差検出画素１００１乃至１００６の出力を用いて演算するようにする。
　１００Ｇ＝１００Ｓ（１００Ｂ／１００Ａ）
　ここで、１００Ｓ，１００Ａ，１００Ｂは以下のとおりである。
　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）
　なお、１００Ａ，１００Ｂにおけるｚ０乃至ｚ６は所定の係数であり、例えば全て１であってもよいし、中心の画素からの空間的な距離に応じて、重み付けを行ってもよいし、位相差検出画素１００の４つの出力ｌｌ，ｌ，ｒ，ｒｒに対してさらに細分化した係数を設定するようにしてもよく、解像度とＳＮ比のバランスを考慮して設定すればよい。
　このようにして算出される色信号１００Ｇは、斜入射特性を通常画素に一致させながらノイズレベルを圧縮させたものとなり、画像のＳＮ比を改善することができる。
　図４４は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素１００の他の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の１８（＝６×３）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１００のカラーフィルタ層の色はＢまたはＲとされており、Ｇの２画素の通常画素３０と、Ｂの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒと、Ｒの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒがベイヤ配列に従って配置されている。
　図４５は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素１００のさらに他の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の１６（＝４×４）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１００のカラーフィルタ層の色はＢまたはＲとされており、１行毎に全画素が位相差検出画素１００とされ、位相差検出画素１００の行は交互に位相が半位相ずつずらして配置されている。位相差検出画素１００の各行には、Ｂの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒとＲの位相差検出画素１００ｌｌ乃至１００ｒｒが交互に配置されている。
　なお、固体撮像素子における位相差検出画素１００の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第５の構成例＞
　図４６のＡは、位相差検出画素の第５の構成例を示している。この位相差検出画素１１０は、通常画素３０の２画素分のサイズとされており、光電変換部については通常画素３０の２画素分のサイズが横方向に略0.5：１：0.5に３分割されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。以下、通常画素３０の２画素分のサイズが３分割されている位相差検出画素１１０を図中左側から順に、位相差検出画素１１０ｌ、位相差検出画素１１０ｃ、位相差検出画素１１０ｒと称する。位相差検出画素１１０ｌ，１１０ｃ，１１０ｒは１つの共有型オンチップレンズに覆われており、カラーフィルタ層の色は共通とされている。
　図４６のＢは、位相差検出画素１１０ｌ，１１０ｃ，１１０ｒのCRA＝0degにおける斜入射特性を示しており、横軸は入射角、縦軸は感度である。また、図４６のＢにおける曲線ｌは位相差検出画素１１０ｌの、曲線ｃは位相差検出画素１１０ｃの、曲線ｒは位相差検出画素１１０ｒの、曲線ｎは位相差検出画素１１０と色が異なる通常画素３０の斜入射特性をそれぞれ示しており、曲線２ｎは曲線ｎを２倍したものである。
　同図Ｂから明らかなように、位相差検出画素１１０ｃの感度を表す曲線ｃは、通常画素３０の感度の２倍値を表す曲線２ｎとほぼ一致する。したがって、位相差検出画素１１０の出力を色信号として用いる場合には、位相差検出画素１１０ｃの出力を用いるようにし、位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒの出力については、位相差検出信号の算出に用いるようにする。
　位相差検出画素１１０と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
　図４７は、本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素１１０の配置例であり、固体撮像素子から通常画素３０の２４（＝４×６）画素分の領域を抜き出して図示したものである。同図の配置例では、位相差検出画素１１０のカラーフィルタ層の色はＧとされており、１行毎に全画素が位相差検出画素１１０とされ、位相差検出画素１１０の行は交互に位相が半位相ずつずらして配置されている。
　ところで、位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒの出力を、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号に用いないと、斜入射範囲が広いレンズ（Ｆ値が小さいレンズ）では、一部の信号が常時位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒに集光して感度ロスが発生してしまう。そこで、位相差検出画素１１０ｌと位相差検出画素１１０ｒの出力も色信号として用いるようにしてよい。
　具体的には、図４７のＡに示される位相差検出画素１１００の位置に対応するＧ成分の色信号１００Ｇを、位相差検出画素１１００とその周囲の同色の位相差検出画素１１０１乃至１１０６の出力を用いて演算するようにする。
　１１０Ｇ＝１１０Ｓ（１１０Ｂ／１１０Ａ）
　ここで、１１０Ｓ，１１０Ａ，１１０Ｂは以下のとおりである。
　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）
　なお、１１０Ａ，１１０Ｂにおけるｚ０乃至ｚ６は所定の係数であり、例えば全て１であってもよいし、中心の画素からの空間的な距離に応じて、重み付けを行ってもよいし、位相差検出画素１１０の３つの出力ｌ，ｃ，ｒに対してさらに細分化した係数を設定するようにしてもよく、解像度とＳＮ比のバランスを考慮して設定すればよい。
　このようにして算出される色信号１１０Ｇは、斜入射特性を通常画素に一致させながらノイズレベルを圧縮させたものとなり、画像のＳＮ比を改善することができる。
　なお、固体撮像素子における位相差検出画素１１０の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。例えば、図４３乃至図４５と同様の色や配置を適用できる。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第６の構成例＞
　図４８は、位相差検出画素の第６の構成例と、固体撮像素子におけるその配置例を示している。この位相差検出画素１２０は、通常画素３０の４倍のサイズとされており、光電変換部については通常画素３０の４画素分のサイズが縦、横方向それぞれに、0.5：0.5：0.5：0.5に４等分されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。位相差検出画素１２０は、１つの共有型オンチップレンズに覆われており、区分けられた各領域のカラーフィルタ層の色は共通とされている。また、同図の配置例では、位相差検出画素１２０はカラーフィルタ層の色がＧとされており、固体撮像素子において、Ｇの位相差検出画素１２０と、ＢまたはＲの通常画素３０はベイヤ配列に従って配置されている。
　なお、図示は省略するが、位相差検出画素１２０の斜入射特性は、図４２のＢと同様となる。したがって、位相差検出画素１２０の出力を色信号として用いる場合には、１６区画に分割された位相差検出画素１２０の中心の４つの区画の出力を用いるようにし、その他の区画の出力については、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号には用いないようにする。
　図４９は、位相差検出画素１２０の固体撮像素子における配置例を示している。同図の配置例では、位相差検出画素１２０はカラーフィルタ層の色がＢまたはＲとされており、固体撮像素子において、ＢまたはＲの位相差検出画素１２０と、Ｇの通常画素３０はベイヤ配列に従って配置されている。
　なお、固体撮像素子における位相差検出画素１２０の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。
　位相差検出画素１２０と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
　＜本開示を適用した固体撮像素子における位相差検出画素の第７の構成例＞
　図５０は、位相差検出画素の第７の構成例と、固体撮像素子におけるその配置例を示している。この位相差検出画素１３０は、通常画素３０の４倍のサイズとされており、光電変換部については通常画素３０の４画素分のサイズが縦、横方向それぞれに、0.5：１：0.5に３分割されていて、それぞれで生成された電荷が個別に出力できるようになっている。位相差検出画素１３０は、１つの共有型オンチップレンズに覆われており、区分けられた各領域のカラーフィルタ層の色は共通とされている。また、同図の配置例では、位相差検出画素１３０はカラーフィルタ層の色がＧとされており、固体撮像素子において、Ｇの位相差検出画素１３０と、ＢまたはＲの通常画素３０はベイヤ配列に従って配置されている。
　なお、図示は省略するが、位相差検出画素１３０の斜入射特性は、図４６のＢと同様となる。したがって、位相差検出画素１３０の出力を色信号として用いる場合には、９区画に分割された位相差検出画素１２０の中心の１区画の出力を用いるようにし、その他の区画の出力については、位相差検出信号の算出にのみ用いて色信号には用いないようにする。
　図５１は、位相差検出画素１３０の固体撮像素子における配置例を示している。同図の配置例では、位相差検出画素１３０はカラーフィルタ層の色がＢまたはＲとされており、固体撮像素子において、ＢまたはＲの位相差検出画素１３０と、Ｇの通常画素３０はベイヤ配列に従って配置されている。
　なお、固体撮像素子における位相差検出画素１３０の色や配置は、上述した配置例に限定されるものではない。
　位相差検出画素１３０と通常画素３０を含む固体撮像素子を搭載した撮像装置では、両者の斜入射特性の不一致に起因する上述した不都合の発生を抑止することが可能となる。
　＜本開示の適用した固体撮像素子の使用例＞
　図５２は、上述の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
　該固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
　本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子において、
　前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている
　固体撮像素子。
（２）
　前記通常画素には、前記通常画素毎に、前記画像の画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための個別型オンチップレンズが形成されている
　前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
　前記通常画素と前記通常画素の間、および前記通常画素と前記位相差検出画素の間には画素間遮光構造を有する
　前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
　前記位相差検出画素と前記位相差検出画素の間にも画素間遮光構造を有する
　前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
　前記位相差検出画素は、前記光電変換部の開口を制限する開口遮光構造を有する
　前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
　前記位相差検出画素には、隣接する２画素毎に１つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
　前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
　前記位相差検出画素には、隣接する３画素毎に２つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
　前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
　前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの境界は、略四角形または略六角形である
　前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
　前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、隣接する複数の前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの間には、ダミー集光素子構造が形成されている
　前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
　前記ダミー集光素子構造は、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素に対して非対称に形成されている
　前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、市松模様状に配置されている
　前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
　前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方に直線状に配置されている
　前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
　前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方にストライプ状に配置されている
　前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
　前記ストライプ状の隣り合うストライプに配置されている前記位相差検出画素どうしは、位相がずれている
　前記（１３）に記載の固体撮像素子。
（１５）
　３種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、同じ波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
　前記（１）から（１４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１６）
　３種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、異なる波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
　前記（１）から（１４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）
　前記位相差検出画素は、前記通常画素に比較して画素サイズが大きい
　　前記（１）から（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）
　３種類以上の異なる波長のうちの特定の波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを有する全ての画素は、前記位相差検出画素であり、
　前記位相差検出画素の出力は、画像の画素信号としても用いられる
　前記（１）から（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１９）
　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の整数倍のサイズを有し、
　前記位相差検出画素の前記光電変換部は、前記通常画素の光電変換部と同じ斜入射特性が得られる中心領域を含む複数の領域に分割されており、前記中心領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
　前記（１８）記載の固体撮像素子。
（２０）
　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の２倍のサイズを有し、
　前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5：１：0.5に３分割されており、前記比の１に対応する領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
　前記（１９）に記載の固体撮像素子。
（２１）
　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の２倍のサイズを有し、
　前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5：0.5：0.5：0.5に４分割されており、前記比の中央の0.5と0.5にそれぞれ対応する領域の出力の加算値が画像の画素信号としても用いられる
　前記（１９）に記載の固体撮像素子。
（２２）
　画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子を備える電子装置において、
　前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている
　電子装置。
　３０　通常画素，　３１　個別型オンチップレンズ，　３２　カラーフィルタ層，　３３　画素間遮光構造，　３４　光電変換部，　３５　信号配線層，　４０　位相差検出画素，　４１　共有型オンチップレンズ，　５０　位相差検出画素，　５１，５２　共有型オンチップレンズ，　５３　ダミー集光素子構造，　６０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０　位相差検出画素

Claims (22)

  1. 　画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子において、
    　前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている
    　固体撮像素子。
  2. 　前記通常画素には、前記通常画素毎に、前記画像の画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための個別型オンチップレンズが形成されている
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記通常画素と前記通常画素の間、および前記通常画素と前記位相差検出画素の間には画素間遮光構造を有する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記位相差検出画素と前記位相差検出画素の間にも画素間遮光構造を有する
    　請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記位相差検出画素は、前記光電変換部の開口を制限する開口遮光構造を有する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記位相差検出画素には、隣接する２画素毎に１つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記位相差検出画素には、隣接する３画素毎に２つの前記共有型オンチップレンズが形成されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの境界は、略四角形または略六角形である
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  9. 　前記通常画素に形成されている前記個別型オンチップレンズと、隣接する複数の前記位相差検出画素に形成されている前記共有型オンチップレンズとの間には、ダミー集光素子構造が形成されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記ダミー集光素子構造は、前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素に対して非対称に形成されている
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、市松模様状に配置されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方に直線状に配置されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  13. 　前記位相差検出画素は、行方向または列方向の少なくとも一方にストライプ状に配置されている
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  14. 　前記ストライプ状の隣り合うストライプに配置されている前記位相差検出画素どうしは、位相がずれている
    　請求項１３に記載の固体撮像素子。
  15. 　３種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
    　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、同じ波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  16. 　３種類以上の異なる波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを画素毎に有し、
    　前記共有型オンチップレンズを共有する複数の前記位相差検出画素は、異なる波長に対して選択的な感度を有する前記カラーフィルタを有する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  17. 　前記位相差検出画素は、前記通常画素に比較して画素サイズが大きい
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  18. 　３種類以上の異なる波長のうちの特定の波長に対して選択的な感度を有するカラーフィルタを有する全ての画素は、前記位相差検出画素であり、
    　前記位相差検出画素の出力は、画像の画素信号としても用いられる
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  19. 　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の整数倍のサイズを有し、
    　前記位相差検出画素の前記光電変換部は、前記通常画素の光電変換部と同じ斜入射特性が得られる中心領域を含む複数の領域に分割されており、前記中心領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
    　請求項１８に記載の固体撮像素子。
  20. 　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の２倍のサイズを有し、
    　前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5：１：0.5に３分割されており、前記比の１に対応する領域の出力が画像の画素信号としても用いられる
    　請求項１９に記載の固体撮像素子。
  21. 　前記共有型オンチップレンズを共有する前記位相差検出画素は、前記通常画素の２倍のサイズを有し、
    　前記位相差検出画素の前記光電変換部は、略0.5：0.5：0.5：0.5に４分割されており、前記比の中央の0.5と0.5にそれぞれ対応する領域の出力の加算値が画像の画素信号としても用いられる
    　請求項１９に記載の固体撮像素子。
  22. 　画像の画素信号を生成する通常画素と、像面位相差ＡＦ機能を制御するための位相差信号算出に用いられる画素信号を生成する位相差検出画素とが混載された固体撮像素子を備える電子装置において、
    　前記位相差検出画素には、隣接する複数の前記位相差検出画素毎に、前記位相差信号の算出に用いられる画素信号を生成する光電変換部に対して入射光を集光するための共有型オンチップレンズが形成されている
    　電子装置。
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